Manyetik özelliğe sahip monodispers-gözenekli silika mikroküreler üzerine biyomolekül baskılama yoluyla sorbent sentezi ve sorbentin seçici biyomolekül izolasyonunda kullanımı
Synthesis of a sorbent via molecular imprinting onto magnetic-monodisperse-porous silica microspheres and its usage in selective biomolecule isolation
Yazar: BENSU ALAN
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL ; DR. FATOŞ ÇİĞDEM KİP
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez kapsamında, moleküler baskılama yoluyla biyomolekül izolasyonu için seçici sorbent sentezinde destek materyali olarak kullanılan monodispers-gözenekli silika mikroküreler, "çok basamaklı hidroliz/kondenzasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. Manyetik formunun eldesi için, silika mikroküreler içerisine demir oksit nanopartiküller immobilize edilmiştir. Sonrasında her iki formdaki mikroküreler üzerine folik asit (FA) moleküler olarak baskılanmıştır. Moleküler baskılama sonrası sorbent yıkanarak baskılanan hedef molekül yapıdan uzaklaştırılmış ve elde edilen sorbentin hedef moleküle (FA) karşı seçici adsorpsiyon davranışı kesikli ve sürekli sistemde incelenmiştir. Kesikli sistemde manyetik ve manyetik formda olmayan moleküler baskılanmış mikroküreler (MMIP ve MIP) ve baskılanmamış mikroküreler (MNIP ve NIP) ile sorbent derişimi ve hedef molekül derişimi taramaları yapılarak, denge adsorpsiyon kapasitesi değerleri (Q) bulunmuş ve baskılama faktörleri (IF) belirlenmiştir. En uygun sorbent derişiminde MIP ve NIP için Q değerleri sırasıyla, 30.88 mg FA/g mikroküre ve 7.57 mg FA/g mikroküre olup IF değeri 4.08 olarak belirlenmiştir. 
MMIP ve MNIP için ise Q değerleri sırasıyla, 48.19mg FA/g mikroküre ve 17.57mg FA/g mikroküre ve IF değeri ise 2.74 olarak tayin edilmiştir. 
Seçicilik testi folik asitin benzer yapıdaki moleküllere kıyasla kesikli adsorpsiyon sisteminde daha yüksek IF değerine sahip olduğunu göstermiştir. Kesikli sistemde MIP ve MMIP sorbentlerinin tekrarlı formda kullanılabilir olduğu gösterilmiştir. 
Mikrokürelerin boy dağılımı ve yüzey morfolojileri, taramalı elektron mikroskobundan (SEM) alınan görüntülerle belirlenmiş, moleküler baskılama sonrası mikroküreler üzerindeki polimerik yapının varlığı ise geçirimli elektron mikroskobundan (TEM) elde edilen görüntüler ile belirlenmiştir. Gözenek boyutu ve özgül yüzey alanları azot adsorpsiyon/desorpsiyon yöntemi (BET) ile tespit edilmiş olup, manyetik formdaki mikrokürelerin manyetik davranışları ise titreşimli örnek manyetometresi (VSM) ile tespit edilmiştir.
Sürekli sistemdeki adsorpsiyon davranışı incelendiğinde, MIP ve NIP içeren mikrokolonların sırasıyla 6 ve 3 dakikada doygunluğa ulaştığı görülmüştür. Sürekli sistem için yapılan tekrarlanabilirlik testi ile 4 döngü boyunca mikrokolonun tekrar kullanılabilir olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, kesikli ve sürekli sistemin her ikisinin de folik asit izolasyonu için uygun olduğunu ve moleküler baskılama yöntemi ile FA ayrımının başarılı olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Monodispers-gözenekli silika, manyetik mikroküre, moleküler baskılama, sorbent, adsorpsiyon, folik asit.

Abstract:
In the scope of the thesis, monodisperse-porous silica microspheres used as support material for selective sorbent synthesis for biomolecule isolation by molecular imprinting were synthesized by multi-step hydrolysis / condensation method. For the magnetic form, iron oxide nanoparticles were immobilized in silica microspheres. Subsequently, folic acid (FA) was imprinted molecularly on the microspheres in both forms. After molecular imprinting, the sorbent was washed away and the imprinted target molecule was removed from the structure and the selective adsorption behavior of the obtained sorbent to target molecule (FA) was studied in a batch and continuous system. Equilibrium adsorption capacity values (Q) were found and imprinting factors (IF) were determined by scanning sorbent concentration and target molecule concentration with molecularly imprinted microspheres (MMIP and MIP) and unimprinted microspheres (MNIP and NIP) in magnetic and non-magnetic form in the batch system. At optimal sorbent concentration, the Q values for MIP and NIP were 30.88 mg FA/g microspheres and 7.57mg FA/g microspheres, respectively, and the IF value was 4.08. 
For MMIP and MNIP, the Q values were determined as 48.19mg FA/g microspheres and 17.57mg FA/g microspheres, so the IF value was 2.74.
The selectivity test showed that folic acid had a higher IF value in the batch adsorption system than molecules of similar structure. It has been shown that MIP and MMIP sorbents can be used in a reusable form in a batch system.
The size distribution and surface morphologies of the microspheres were determined by scanning electron microscopy (SEM) images and the presence of the polymeric structure on the microspheres after molecular imprinting was determined by images obtained from the transmission electron microscope (TEM). Pore size and specific surface areas were determined by nitrogen adsorption / desorption method (BET) and the magnetic behaviors of microspheres in magnetic form were determined by vibrating sample magnetometer (VSM).
When the adsorption behavior of the continuous system was examined, it was observed that the microcolumns containing MIP and NIP reached saturation in 6 and 3 minutes, respectively. Reusability testing for the continuous system revealed that the microcolumn can be reused for 4 cycles. These results demonstrate that both the batch and the continuous system are suitable for folic acid isolation and FA assay is successful with molecular imprinting.

Keywords: Monodisperse-porous silica, magnetic microspheres, molecular imprinting, sorbent, adsorption, folic acid.