Kanda siyanür tayini için floresan altın nanokümeler ile kombine mikroakışkan tabanlı bir platform tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of a microfluidic-based platform, combined with fluorescent gold nanoclusters for cyanide detection in blood
Yazar: UĞUR AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. MEMED DUMAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Siyanür birçok evsel gıda ve üründe bulunabileceği gibi özellikle endüstride kullanılan birçok sentetik malzemenin yanma ürünleri olarak da ortaya çıkmaktadır. Özellikle birçok endüstri veya ev yangınında siyanür içeren bileşiklerin yanması sonucu ortaya çıkan hidrojen siyanür (HCN) gazından zehirlenme ile karbonmonoksit (CO) zehirlenmesi arasında ayrımın çok kolay yapılamadığı, teşhis ve buna bağlı tedavinin uygulanmasında zorluklar yaşandığı ve birçok can kaybının yaşanabildiği literatür kaynaklarında yer almaktadır. Siyanür içeren maddelerin ağız yoluyla alınması, solunması ve deriden emilimi sonucunda birçok toksik etki meydana gelmektedir. Siyanürün yarılanma ömrü kısa olduğundan, tedavi için teşhis hızı da çok büyük önem arz etmektedir. Günümüzde kan ve idrar bazlı siyanür tayini çalışmaları bulunmakta ancak hem örnek saklama hem de nakliye, maliyet ve analiz süreleri bakımından yetersiz kalmaktadır. Bu sebeple çok kısa süre içerisinde maruz kalan kişiden siyanür teşhisine ve maruz kalınan siyanür derişiminin (konsantrasyonunun) ölçülmesine olanak sağlayacak bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu sebeple tez kapsamında, floresan altın nanokümelerin (AuNCs) siyanür varlığında sönümlenme etkisine dayanan ve insan tam kan plazmasından uygun maliyetli ve hızlı kolorimetrik siyanür tayini yapılabilen mikroakışkan bir sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. AuNC'ler ve siyanür arasındaki Elsner reaksiyonu, diğer metal iyonlarının ve tuzlarının aksine siyanür için yüksek seçicilik sağlamaktadır. 200 μm ve 500 μm kanallara sahip çok katmanlı bir mikroakışkan kompakt disk (CD) ve insan tam kanından hızlı plazma ayrıştırma işlemi için gerekli 500 RPM ve 5000 RPM dönme hızı aralığına sahip Arduino Uno tabanlı bir taşınabilir santrifüj cihazı da yine tez kapsamında
tasarlanmış ve üretilmiştir. CD'nin dönme hızını kontrol etmek için gerekli yazılım da
ayrıca geliştirilmiştir.
Bir akıllı telefon ve ticari/ticari olmayan kullanımlar için ücretsiz sunulan bir cep telefonu
uygulaması yardımı ile insan kan plazmasında siyanür tespiti için yeni bir kolorimetrik tayin yöntemi geliştirilmiştir. Sistem, insan kan plazmasındaki siyanürü, literatürde güvenli ve tehlikeli aralık olarak tanımlanan 0,1 mg/L ile 5 mg/L arasındaki derişim aralığında tespit edebilmektedir. Tez çalışmaları sonucunda ortaya çıkarılan, insan kan plazmasından son derece seçici, hızlı ve uygun maliyetli bir şekilde siyanür tayini yapabilen AuNC bazlı mikroakışkan sistem, geleneksel siyanür tespit sistemlerine güçlü bir alternatif olacaktır.

Abstract:
Cyanide can be found in many household foods and products, as well as the combustion products of many synthetic materials, especially used in industry. The distinction between poisoning from carbon monoxide (CO) and hydrogen cyanide (HCN) caused by the burning of cyanide-containing compounds, especially in many industrial or household fires, is not easily to detect. Due to difficulties in diagnosis and application of treatment related to the detection on time, many casualties may occur as described in literature. Many toxic effects occur as a result of oral intake, inhalation and absorption of cyanidecontaining substances. Because of the half-life of cyanide is short, the rate of diagnosis for treatment has also a great importance. There are currently blood and urine-based cyanide determination methods, but they are insufficient in terms of both sample storage and transportation, cost and analysis times. For this reason, there is a need for a system that will allow rapid diagnosis of cyanide from the exposed person and to measure the concentration of exposed cyanide level.
A cost-effective and rapid microfluidic platform for colorimetric cyanide detection in human whole blood plasma based on quenching effect of fluorescent gold nanoclusters (AuNCs) in the presence of cyanide has been designed and developed within the scope of the thesis. Elsner reaction between AuNCs and cyanide provides high selectivity in contrast to other metal ions and salts. A microfluidic multi layer compact disc (CD) with 200 μm and 500 μm channels and an Arduino Uno based portable centrifuge device which has rotational speed range between 500 RPM and 5000 RPM for rapid plasma seperation from whole human blood were also designed and developed in this study. A software for controlling the rotational speed of CD was also developed.
With the help of a smart phone and a mobile application which is free for commercial and non-commercial use we represent a novel colorimetric method for detection of cyanide in human blood plasma. The system can detect cyanide in human blood plasma in the concentration range between 0,1 mg/L and 5 mg/L which is described safe and dangerous interval in the literature. We believe that a highly selective, rapid and cost effective AuNCs based centrifugal microfluidic cyanide detection system in human blood plasma which is reported in this study can be an alternative to conventional cyanide detection systems.