Kalem grafit elektrotların (PGE) pratik  ve ekonomik enzim temelli biyosensörler hazırlanmasında sensör olarak kullanılma potansiyellerinin araştırılması
Investigation of the usege potential of pencil graphite electrode (PGE) as a sensor in preparation of practical and economical enzyme based biosensor
Yazar: ZEYNEP ÇELİK
Danışman: PROF. DR. ERHAN DİNÇKAYA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tezde, biyosensör teknolojisi için yeni ve özgün bir bakış açısı getirmek tasarlanan biyosensörler PGE kullanarak hidrojen peroksit için tasarlanmıştır. Bu çalışmada hidrojen peroksit tayini için PGE kullanılarak iki farklı biyosensör geliştirilmiştir. İlk olarak, katalaz jelatin ile glutaraldehid kullanılarak çapraz bağlanmış, kalem grafit elektrot yüzeyine sabitlenmiştir ve tasarlanan biyosensör hidrojen peroksit tayini için kullanılmıştır ( PGE/jelatin-katalaz/glutaraldehit). İkinci olarak, farklı bir enzimatik biyosensor tasarlanmıştır. H2O2 tayini için ikinci tasarlanan biyosensör nafyon, katalaz ve glutaraldehit kullanılarak hazırlanmıştır. Geliştirilen biyosensörler ile hidrojen peroksit ölçümleri  -0.7 V'ta amperometrik yöntem ile yapılmıştır. Biyosensörler üzerinde ölçümler amperometrik yöntem kullanılarak oksijen konsantrasyonu ile orantılı akım değerlerindeki azalmanın belirlenmesi ile gerçekleştirilmiştir.
 Hazırlanan biyosensörün optimizasyon çalışmalarında öncelikle optimum jelatin miktarı, optimum nafyon yüzdesi, optimum katalaz konsantrasyonu, optimum glutaraldehitte bekleme süresi gibi paremetreler çalışılmıştır. Çalışma koşullarının optimizasyonunda pH optimizasyonu ve sıcaklık optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra karakterizasyon çalışmaları içinde doğrusal tayin aralığı, tekrarlanabilirlik, depo kararlılığı ve örnek analizi gibi bazı parametreler belirlenmiştir.
Optimizasyon çalışmalarından PGE/jelatin-katalaz/glutaraldehit modifiye biyosensör için katalaz konsantrasyonu, jelatin miktarı ve glutaraldehitte bekletme süresi sırasıyla 70.000 U/mL, 20 mg ve 3 dakika olarak tespit edilmiştir. Fosfat tamponu (100 mM, pH: 7,0) ve 30°C sıcaklığın optimum çalışma koşullarını sağladığı belirlenmiştir. PGE/jelatin-katalaz/glutaraldehit modifiye biyosensör için karakterizasyon çalışmalarında 20 µM - 1400 µM aralığında hidrojen peroksit için doğrusal sonuçların alındığı belirlenmiştir.
PGE/nafyon/katalaz/glutaraldehit modifiye biyosensör için katalaz konsantrasyonu, nafyon yüzdesi ve glutaraldehitte bekletme süresi sırasıyla 70.000 U/mL, %1,5 ve 5 dk olarak belirlenmiştir. Fosfat tamponu (50 mM, pH: 7,0) ve 30°C sıcaklığın optimum çalışma koşullarını sağladığı belirlenmiştir. PGE/nafyon/katalaz/glutarldehit modifiye biyosensör için karakterizasyon çalışmalarında 40 µM - 2000 µM  aralığında hidrojen peroksit için doğrusal sonuçların alındığı belirlenmiştir. Hidrojen peroksitin belirlenmesi için geliştirilmiş biyosensörler ile ticari olarak temin edilebilen hidrojen peroksit ve süt örneklerinde örnek analizi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, designed biosensors which bring a new and original perspective to biosensor technology  intended for hydrogen peroxide by using PGE. In this study, two different biosensors were developed for the determination of hydrogen peroxide by using PGE. Firstly, catalase was crosslinked with gelatine by using glutaraldehyde and fixed on pencil graphite electrode and designed biosensor was used for the determination hydrogen peroxide (PGE/gelatine-catalase/glutaraldehyde). Secondly, a different enzymatic biosensor were designed. Second designed biosensor was prepared by using nafion, catalase and glutaraldehyde for the determination of hydrogen peroxide(PGE/nafion/catalase/glutaraldehyde). Hydrogen peroxide measurements were done at -0,7 V with amperometric method by developed  biosensor systems. The measurements on biosensors were carried out with the determination of decreasing  current values proportional with oxygen concentration using amperometric method.
In the optimization studies of the biosensor firstly optimization of bioactive layer components such as optimum gelatine amount, optimum nafion rate, optimum catalase concentration, optimum glutaraldehyde duration time were carried out. Optimization of working conditions; optimum  pH and  optimum  temperature were also investigated. Afterwards, in the characterization studies some paramaters such as linearity, reproducibility, strage stability and applicability in real-world examples were determined.
From the optimization studies , catalase concentration, gelatine amount and glutaraldehyde duration time were determined as 70.000 U/ml , 20 mg and 3 min.  for the PGE/gelatine-catalase/glutaraldehyde modified biosensor. Phosphate buffer (100 mM; pH:7.0 ) and 30°C were established as providing the optimum working conditions. It was determined at the characterization studies on the PGE/gelatine-catalase/glutaraldehyde biosensor that linear results are obtained between the ranges of 20 µM to 1400 µM hydrogen peroxide concentration.
Catalase concentration, nafion rate and glutaraldehyde duration time were determined as 70.000 U/ml, 1.5% and 5 min. for the PGE/nafion/catalase/glutaraldehyde modified biosensor. Phosphate buffer (50 mM; pH 7.0 ) and 30°C were established as providing the optimum working conditions. It was determined at the characterization studies on the PGE/nafion/catalase/glutaraldehyde biosensor that linear results are obtained between the ranges of 40 µM to 2000 µM hydrogen peroxide concentration. Determination of hydrogen peroxide were carried out in commercially available hydrogen peroxide and milk samples by developed biosensor.