İletken polimer tabanlı amperometrik biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of amperometric biosensors based on conducting polymer
Yazar: AYHAN ALTUN
Danışman: PROF. DR. PINAR ÇAMURLU
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Biyosensörler tıp, tarım, gıda, eczacılık, çevre, savunma sanayi ve birçok endüstriyel alanda özellikle otomasyon ve kalite kontrolünde çok önemli bir yere sahiptir. Özellikle glikoz, fenol türevleri ve üre gibi insan sağlığına olumsuz etkileri nedeni ile kontrol altında tutulması gereken bileşiklerin kolay, yüksek hassasiyetli analizine ihtiyaç duyulmaktadır.  Biyosensörlerin yüksek spesifikliklerinin yanında, renkli ve bulanık çözeltilerde geniş bir derişim aralığında doğrudan ölçmeye olanak sağlamak gibi üstünlükleri vardır. Literatürde iletken polimerlerin amperometrik biyosensörlerde kullanımı ile ilgili pek çok çalışma bulunmasına karşın hazırlanan sensörlerin seçiciliği, duyarlılığı, ölçüm aralığı, kararlılığı, gözlenebilme sınırı ve raf ömrü gibi önemli özellikleri ticari, güncel uygulamalarda yer bulabilecek nitelikte olmadığından yeni biyosensörlerin üretimi için yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Son dönemde yapılan çalışmalar, gelişmiş özelliklere sahip biyosensörlerin hazırlanabilmesinin uygun niteliklere sahip yeni polimerler matrislerinin kullanılmasına bağlı olduğunu ortaya koymuştur.
Poli (2,5-ditiyenilpirol) (PSNS) ve polipirol (PPy)  türevleri düşük yükseltgenme potansiyeline sahip olmaları, kimyasal ve elektrokimyasal yöntemler ile kolayca sentezlenebilmeleri nedeniyle özellikle elektrokromik uygulamalar açısından umut verici niteliktedir. Tüm bu olumlu özelliklerine karşın, PSNS türevlerini içeren enzim biyosensör uygulamalarında polimer matrisi olarak kullanılması ile ilgili sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır.  Ayrıca, polimer yapısının biyosensörün özeliklerine etkileri sistematik olarak incelenmemiştir. 
Tez kapsamında farklı yapıda beş SNS türevi ( SNS-An, SNS-Et, SNS-N3, SNS-HE ve SNS-Fc) ve Py-Fc monomerleri sentezlenmiştir. Söz konusu monomerler (SNS-N3 ve Py-Fc hariç) elektrokimyasal olarak polimerleştirilmiş ve glikoz biyosensörlerinde elekro-aktif tabaka olarak kullanılmıştır. Kopolimerizasyonun etkisini incelemek amacı ile P(SNS-AN-ko-EDOT) elektrokimyasal yöntem ile sentezlenmiş ve glikoz biyosensörü hazırlanmıştır. Ayrıca, PSNS-Fc ve P(SNS-Fc-ko-EDOT) kullanılarak üre ve polifenol biyosensörleri de hazırlanmıştır. Söz konusu çalışmalarda biyosensör yapısında karbon nano metaryel kullanılması ve karbon nano metaryelin türünün etkisi de sistematik olarak incelenmiştir.
Hazırlanan toplam 21 farklı biyosensörün her biri için uygun hazırlanma ve çalışma koşulları belirlenmiştir. Daha sonra her bir biyosensörün analitik performansı duyarlılık, ölçüm aralığı, kararlılık, gözlenebilme sınırı, raf ömrü gibi özelikleri açısından kronoamperometrik yöntemle incelenmiştir. Hazırlanan biyosensörler, ticari olarak satılan ve /veya hastahane merkezi laboratuvarından temin edilen numunelerde glikoz, polifenol veya üre tayininde kullanılmış ve referans yöntem ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Biosensors play a very important role in medicine, agriculture, food, pharmacy, environment, and many industries such as defense, automation, and quality control. Simple and highly sensitive analyses are needed for compounds, particularly glucose, phenol derivatives, and urea, which are needed to be kept under control due to their adverse effects on human health.  In addition to their high specificity, biosensors have other advantages such as the possibility of direct measurement in colored or cloudy solutions in a wide concentration range. Even though there are many studies in literature about the use of conductive polymers in amperometric biosensors, intensive studies have been carried out for the production of new biosensors since the important characteristics of the existing sensors such as selectivity, sensitivity, linear range, stability, detection limit, and shelf life are not good enough for current commercial applications.  Recent studies have shown that designing biosensors with advanced properties involves use of new polymer matrices with appropriate characteristics.
Poly (2,5-dithienylpyrrole) (PSNS) and polypyrrole (PPy) derivatives are promising, especially for electrochromic applications, as they have low oxidation potentials and can be easily synthesized by chemical and electrochemical methods. Despite these favorable properties, there is a limited number of studies on the use of PSNS derivatives as polymer matrices in enzyme biosensor applications.   Additionally, the effects of the polymer structure on the biosensor characteristics have not been investigated systematically. 
For this thesis, we have synthesized Py-Fc and five different SNS derivatives (SNS-An, SNS-Et, SNS-N3, SNS-HE, and SNS-Fc). These monomers (except PSNS-N3 and PPy-Fc) were polymerized electrochemically and used as the electroactive layer in glucose biosensors. To investigate the effect of copolymerization, we electrochemically synthesized P(SNS-AN-co-EDOT) and utilized in a glucose biosensor. We also prepared urea and polyphenol biosensors by using PSNS-Fc and P(SNS-Fc-co-EDOT). The use of accelerators in the biosensor structure and the effect of the accelerator type were also investigated systematically in our studies.
The appropriate preparation and working conditions were determined for each of the 21 different biosensors. Then, using chronoamperometry, the analytical performance of each biosensor was examined in terms of their analytical characteristics such as sensitivity, liner range, stability, lowest detection limit, and shelf life. Prepared biosensors were used for glucose, polyphenol, or urea detection in commercially available samples and/or samples obtained from a hospital central laboratory and the results were compared with the reference method.