Aflatoksin tayini için plazma polimerizasyon yöntemi ile kütle hassas immünosensör hazırlanması
Preparation of mass sensitive immunosensor by plasma polymerisation technique for aflatoxin
Yazar: DİLEK ÇÖKELİLER
Danışman: PROF. MEHMET MUTLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, gıda endüstrisinde aflatoksin tayini için plazmapolimerizasyon yöntemi ile kütle hassas bir immünosensör hazırlanmasıdır.Aflatoksin; mutajenik etkili bir mikotoksindir. Yalnızca akut hepatoksin etkili birmadde olmayıp, immün baskılayıcı, kanserojen etkisi de bulunmaktadır. Sonzamanlarda, aflatoksin kontaminasyonunun artışı, tekrar edilebilir ve hassas olarakaflatoksin tayini gerekliliğini arttırmıştır. Aflatoksin-B1 tayini için hazırlananimmunosensörler, tutuklanmış antibadinin (anti-aflatoksin B1), sıvı içinde bulunantayin edilecek antijenle (aflatoksin B1) etkileşimi esasına dayanır. Sensörüntasarımında, düşük maliyet, hassasiyet, kullanım kolaylığı avantajlarından dolayıçevirici olarak piezoelektrik kuartz kristaller tercih edilmiştir. Piezoelektrikkristallerin yüzey modifikasyonunda, plazma polimerizasyon tekniği kullanılmıştır.Piezoelektrik kuartz kristal yüzeyleri, farklı yük boşalım kaynakları (yüksek akım,radyo frekansı), plazma reaktör tasarımları (plaka elektrotlu, halka elektrotlu, içelektrotlu) ve çalışma parametrelerinde (boşalım gücü:5-45W), plazmapolimerizasyon yöntemi ile kaplanmıştır. şlem sırasında, amin (-NH), tiyol (-SH) yada aldehit (-C=OH) grupları içeren monomerlerin buharlarının kullanımı ile kuartzkristal yüzeylerde farklı kimyasal yapıda, plazma polimerizasyon yöntemi ileoluşturulmuş filmler (PlzP-film) oluşturulmuştur. PlzP-filmlerin karıştırmalı saf suortamında dinamik davranışları test edilmiş ve bu davranışlar yüzeydeki kimyasalve fiziksel değişimlerin tespit edilmesi ile tanımlanmıştır. Aflatoksin B1 tayini içinkütle hassas immünosensör hazırlanmasında, piezoelektrik kuartz kristalyüzeyinde, dinamik akış ortamında kararlılık ve kimyasal fonksiyonellik kriterleri ilealilamin (AA), diaminosiklohekzan (DASH), sisteamin (SA), tiyokarboksialdehit(TKA) bazlı PlzP-filmlerin oluşturulmasına karar verilmiş ve en uygun plazmapolimerizasyon sistemleri (dış halka elektrotlu/iç elektrotlu) ve işlem parametresi(Boşalım gücü: 45W) belirlenmiştir. PlzP-film kaplı piezoelektrik kuartz kristalyüzeyleri, glutaraldehit çözeltisi ile aktive edilerek, anti-aflatoksin B1'in kovalentbağlanabileceği fonksiyonel gruplar oluşturulmuştur. Her basamak sonrasımeydana gelen yüzeydeki fiziksel ve kimyasal değişimeler, Atomik KuvvetMikroskopisi (AKM), Fourier Transform Infrared Spektrometresi (FTIR-ATR), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve temas açısı ölçüm tekniklerikullanılarak tanımlanmıştır. Farklı derişimlerde anti-aflatoksin B1 çözeltisi ileçevirici yüzeylerin etkileştirilmesi sonucu, tanıyıcı tabaka yüzeyinde farklımiktarlarda anti-aflatoksin B1 içeren, PlzP(AA), PlzP(DASH), PlzP(SA) vePlzP(TKA) bazlı immünosensörler hazırlanmıştır. Hazırlanan immünosensörlerin,kalibre edilmesi ile, performans parametreleri, hassasiyet (Hz/ppm), cevap süresi(dak) ve doğrusallık sınırı (ppm) belirlenmiş ve karşılaştırılmıştır.Aflatoksin B1 tayini için geliştirilen PlzP(AA) bazlı immunosensörlerde, hassasiyet:24.6 Hz/ppm, cevap süresi: 8 dak, doğrusallık sınırı: 3 ppm, PlzP(DACH) bazlıimmünosensörlerde, hassasiyet: 12.5 Hz/ppm, cevap süresi: 5 dak, doğrusallıkisınırı: 6 ppm, PlzP(SA) bazlı immünosensörlerde hassasiyet: 18.5 Hz/ppm, cevapsüresi: 11 dak, doğrusallık sınırı: 5 ppm olarak bulunmuştur.Anahtar Kelimeler: Aflatoksin B1, immünosensör, plazma polimerizasyonu,piezoelektrik kristalDanışman: Prof.Dr. Mehmet Mutlu, Hacettepe Üniversitesi Gıda MühendisliğiBölümii

Abstract:
The aim of this study is to improve a mass sensitive immunosensor by plasmapolymerization technique for aflatoxin analysis. Aflatoxins are carcinogenic,mutagenic, teratogenic and immunosuppressive to most animal species Recentlythere has been an increase in aflatoxin contamination of food causing concernamong producers and consumers: hence, the availability of reproducible andsensitive methods for the screening of foodstuffs is essential. An immunosensorfor aflatoxin -B1 is based on very specific interaction between the immobilizedantibody (anti-aflatoxin B1), and its counterpart antigen (aflatoxin B1) to bedetected in aqueous media. Piezoelectric quartz crystals that are one of the mostattractive transducers due to low cost, sensivity, easy procedures for detectionunits have been chosen in design of the sensor. Recently plasma polymerizationtechnique has been applied for surface modification of piezoelectric crystals.The surfaces of piezoelectric quartz crystals were coated by plasmapolymerization technique in different glow discharge sources (high voltage or radiofrequency), plasma reactor designs (parallel plate electrode, ring electrode, orinternal electrode) and plasma polymerization parameters (discharge power: 5-45W). During the process, using different monomer vapours which contains amine(-NH), thiol (-SH) or aldeyde (-C=OH), plasma polymerized films (PlzP-film) weredeposited with different chemical properties. The dynamic behaviours of preparedPlzP-films were tested and characterised by identification of physical and chemicalchanges of surfaces. For preparation of mass sensitive immunosensor of aflatoxin-B1, alilamine (AA), diaminocyclohexane (DACH), cysteamine (SA) andthiocarboxyaldeyde (TCA) based PlzP-films were chosen and proper plazmapolymerisation system (external ring electrode / internal electrode) with plasmapolymerization parameter (discharge power: 45W) were used with the criteria thatusing the evaluation of the high stability in dynamic flow and high chemicalfunctionalility. The PlzP-film deposited piezoelectric quartz crystals were activatedchemically to create fuctional group onto surfaces that anti-aflatoxin-B1 could beimmobilized with covalent bindings. The changes of crystal surface after eachmodification were identified with Atomic Force Microscopy (AFM), FourierTransform Infrared Spectroscopy with ATR (FTIR-ATR), X-Ray PhotoelectronSpectroscopy (XPS) and Contact Angle Measurements. PlzP(AA), PlzP(DACH),PlzP(SA) and PlzP(TCA) based immunosensors were prepared with theimmobilisation of anti-aflatoxin B1 in differerent concentrations. The preparedimmunosensors were calibrated and performance parameters; sensivity (Hz/ppm),response time (min) and linearity (ppm) were compared.The performance parameters of PlzP(AA) based immunosensörs which were usedfor aflatoxin B1 detection were found in sensivity: 24.6 Hz/ppm, response time: 8imin, linearity: 3 ppm. PlzP(DACH) based immunosensors detection were found insensivity: 12.5 Hz/ppm, response time: 5 min, linearity: 6 ppm. The performanceparameters of PlzP(SA) based immunosensors was calculated as sensivity: 18.5Hz/ppm, response time: 11min, linearity: 5 ppmKeywords: Aflatoxin B1, immunosensor, plasma polymerisation, piezoelectricquartz crystalAdvisor: Prof.Dr. Mehmet Mutlu, Hacettepe University, Engineering Faculty, Deptof Food Engineeringii