Biyosensör olarak kullanılacak kuartz kristal yüzeylerin plazma polimerizasyonu ile hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of quartz crystal surfaces by plasma polymerisation technique for a biosensor
Yazar: BERNA OZANSOY
Danışman: PROF.DR. SELMA MUTLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Biyosensör uygulamaları, sağladıkları avantajlar nedeniyle geleneksel analitik tayinyöntemlerine göre daha yoğun ilgi görmektedir. Analizden beklenen hassasiyet,doğrusallık, cevap süresi, işlem kolaylığı, ölçüm alt limiti gibi özellikler biyosensörtasarımı ile sağlanmaktadır. Biyosensör tasarımının önemli kısmı tanıyıcı tabaka ileçeviricinin bütünleşmesidir. Bu amaçla, çevirici yüzeyinde polimer kaplamalar ilefonksiyonel yüzeyler oluşturulmaktadır. Bu çalışmada, kullanılan kütle hassas çevirici(piezoelektrik kuartz kristal) üzerinde plazma polimerizasyonu tekniği ile biyomolekültutuklamasına uygun arayüzeyin oluşturulması ve antikor tutuklamasıyla biyosensörhazırlanması hedeflenmiştir. Plazma polimerizasyon tekniği ile kararlı, homojen veince yüzeyler elde edilmesi hassas ölçüm gerektiren sensör uygulamaları içinönemlidir. Hedef analit olarak 50 ppm tehlike sınırı olarak belirlenmiş biyojen bir aminolan histamin seçilmiş ve buna göre sensör yüzeyinde histamin tayinini sağlayacakanti-histamin kullanılmıştır. Kuartz kristal sensör yüzeyinin hazırlanması işlemi üçbasamakta tamamlanmıştır. lk basamak yük boşalım tekniği kullanılarak kristalyüzeyin etilen daimin (EDA), sistamin (SA) ve 11-Merkapto undekanoik asit (MUA) ilemodifikasyonu, ikinci basamak yüzey fonksiyonel gruplarının glutaraldehit (GA) veya1-etil-3-(3 dimetilaminopropil) karbodiimide hidroklorür (EDC)/N-hidroksisakkinimit(NHS) aktivasyon ajanları ile aktivasyonu, son basamak ise anti-histamin tutuklanmasıdır. Plazma polimerizasyonunda kullanılan kimyasallar bazalınarak hazırlanan sensör yüzeyleri PlzP(EDA), PlzP(SA) ve PlzP(MUA) bazlıimmünosensör olarak adlandırılmıştır. Sensör yüzeylerinin performansları, histaminletest edilmiştir. Amin içerikli film tabakasının sensör uygulaması temelindekullanılabilirliği, PlzP(EDA) bazlı immünosensörün, 2 ppm'lik histamin varlığındaki3230Â±10 Hz'lik frekans azalması ile kanıtlanmıştır. Tiyol içeren PlzP(SA) bazlıimmünosensör, 2ppm'lik histamin çözeltisi varlığında 10000Â±1475 Hz frekanssapması göstermiştir. Yine tiyol içeren PlzP(MUA) bazlı immünosensör ise 10 ppmhistamin ile etkileştirilmiş ve 22Â±3 Hz frekans sapması elde edilmiştir. Ayrıca iki farklıantikor derişiminde hazırlanan PlzP(MUA) bazlı immünosensörler ile kalibrasyonçalışmaları yapılmıştır. 30 Âµg/ml anti-histamin çözeltisinde hazırlanan PlzP(MUA)bazlı immünosensörün hassasiyeti: 0.30 ppm/Hz, doğrusallığı: 110 ppm ve cevapsüresi: 8 dakika bulunmuştur. 40 Âµg/ml anti-histamin çözeltisinde hazırlananPlzP(MUA) bazlı immünosensör için ise hassasiyet, 0.61 ppm/Hz, doğrusallık, 45ppm ve cevap süresi, 5 dakika olarak saptanmıştır. Plazma modifikasyonu ile eldeedilen yüzeylerin karakterizasyon çalışmaları, temas açısı ölçümleri, X-ışınlarıfotoelektron spektroskopisi(XPS), ?Fourier Transform Infrared? spektrometresi (FTIR)ve atomik kuvvvet mikroskopisi (AKM) kullanılarak yapılmıştır.Çalışmamızda ilk defa ?tiyol içeren bileşiklerle plazma polimerizasyonu?gerçekleştirilmiş ve kuartz kristal yüzeylerde oluşturulan bu arayüzeyler aracılığıylafarklı biyosensörler hazırlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Biyosensor, plazma polimerizasyonu, tiyol, kuartz kristal,histamin

Abstract:
Biosensor applications due to its? advantages has gained more attraction thanconventional analytical analysing techniques. The expected outputs of an analysissuch as sensitivity, linearity, response time, usability, low base line limits are generalcharacteristics for the biosensor design. The combination of the recognition layer andtransducer is the most important part of the biosensor design. For this purpose withpolymer coatings functional surfaces are formed on the transducer surface. In thiswork our purpose was creating a proper interface for biomolecule immobilization overthe mass sensitive transducer (piezoelectriz quartz crystal) with plasmapolymerisation technique and preparing a biosensor with antibody immobilization.Plasma polymerisation technique gives us a chance to prepare a stable,homogeneous, functional and very thin surface which is essential for a biosensor.Histamine, an biogen amine with 50 ppm defect action level, was chosen as a targetanalyte and according to this, anti-histamine was used to provide histaminedetermination on the sensor surface. The surface of the piezoelectric quartz crystalswere modified in three stages. In the first stage, the surfaces were modified by glowdischarge technique utilizing ethylenediamine (EDA), cysteamine (CA) or 11-mercapto undecanoicacid as precursors. The second stage was the activation of thefunctional groups on surface by glutaraldehyde (GDH) or 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC)/ Nhydroxysuccinimide (NHS)activation agents. The final step was the immobilization of anti-histamine. Theimmunosensor surfaces is named after the modification steps such as PlzP(EDA),PlzP(CA) and PlzP(MUA) based upon the type of precursor employed. The sensorsurfaces are tested directly with histamine. PlzP(EDA) based immunosensor gave aresponse of 3230Â±10 Hz shift in the prescence of 2 ppm histamine thus the usabilityof the amine based film layer in sensor applications was proved. Thiol includingPlzP(SA) based immunosensor showed a response of 10000Â±1475 Hz frequencyshift in the prescence of 2ppm histmine. And also thiol containing PlzP(MUA) basedimmunosensor was interacted with 10 ppm histamine and a response of 22Â±3 Hzfrequency shift was observed. Additionally the calibration studies were performedwith PlzP(MUA) surfaces where two different antibody concentration were appliedduring the final stage of recognition layer formation.The performance of theimmunosensor PlzP(MUA) prepared with 30 Âµg/ml anti-histamine solution was foundas; sensitivity: 0.30 ppm/Hz, linearity:110 ppm, response time: 8 minutes. Similarly,the performance of the immunosensor PlzP(MUA) prepared with 40 Âµg/ml anti-histamine solution was determined as; sensitivity: 0.61 ppm/Hz, linearity:45 ppm,response time: 5 minutes.The surface characterization studies of the plasma modified surfaces were achievedby contact angel method, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), FourierTransform Infrared spectroscopy (FTIR) and Atomic Force Microscopy (AFM).In our study for the first time ?plasma polymerisation with thiol compounds? isachieved and different biosensors are prepared with these interfaces formed on thesurfaces of the quartz crystal.Keywords: Biosensor, plasma polymerisation, thiol, quartz crystal, histamine