Elektrokimyasal olarak metal nanoparçacık modifiye metal oksit elektrotlarının hazırlanması, karakterizasyonu ve biyosensör uygulamaları
Preparation, characterization of metal nanoparticle modified metal oxide electrodes by electrochemical and its biosensor applications
Yazar: SEÇİL AKOĞULLARI
Danışman: DOÇ. DR. SÜLEYMAN KOÇAK
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Nanoparçacıklar ve nanomalzemeler, enerji, kataliz, elektrokimya, elektronik ve sensörler gibi uygulama alanlarına sahip fonksiyonel malzemeler olduğundan büyük ilgi görmektedir. Oksijen indirgeme reaksiyonu (ORR), yakıt pilleri ve metal hava pilleri gibi çeşitli temiz yenilenebilir enerji dönüşümünün performansının kontrol edilmesinde önemli bir süreçtir. Değerli metallerin nanoparçacıkları ve metal oksitlerin bir araya gelmesi ORR için etkin bir elektrokatalizör özellik gösterir. 
Bu çalışmada, çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT) üzerine mangan ve vanadyum oksit (MnOx-VOx) filmler pulslu birikimle sentezlendi ve sonra glikoz biyosensörü için MnOx-VOx film üzerine metal nanopartiküller ile modifiye edilerek çalışma elektrodu oluşturuldu (MNPs/MnOx-VOx/CNT/GCE). Glikoz oksidaz (GOx) enzimi MNPs/MnOx-VOx/CNT/GCE nanokompozit üzerine immobilize edildi. Modifiye edilen biyosensörün elektrokimyasal performansı, döngüsel voltammetri ve amperometri kullanılarak incelendi. Modifiye elektrotlar taramalı elektron mikroskobu (SEM), yüksek çözünürlüklü geçişli elektron mikroskop (HRTEM), X-ışını fotoelektron spektroskopi (XPS), X-Işını kırınımı (XRD) teknikleriyle karakterize edildi. Amperometrik glikoz tayini için GOx ve altın nanopartikül modifiye MnOx-VOx nanokompozit elektrotlar kullanıldı. Elde edilen sonuçlar diğer modifiye elektrotlarla karşılaştırıldı. Glikoz tayini için yeni bir elektrokimyasal biyosensör platformu oluşturuldu.
Glikoz biyosensörü hazırlanırken çözünmüş oksijen genellikle enzimatik tepkimeler sırasında tüketilir. Glikoz sensörü için optimum pH olarak 5,17 olarak ölçüldü. Au3+ derişimi 1,0 mM olarak seçildi. Metal iyonu döngü sayısı ise 15 olarak belirlendi. Glikozoksidaz enzim miktarı 1 mg olarak belirlendi. Glikoz biosensörü için kalibrasyon grafiği optimum koşullar altında 0,1 mM – 1,0 mM aralığında elde edildi. Glikoz sensörü için girişim çalışmaları (fruktoz, galaktoz, mannoz, askorbik asit, vb.) yapıldı. Ayrıca hazırlanan yeni sensör platformun günler içi ve günler arası tekrarlanabilirlik çalışması test edildi. Geliştirilen yeni biyosensör platform glikoz serum örneğinde doğruluğu test edildi. Ayrıca, yöntem gazoz ve elma suyu örnekleri analizinde başarı ile uygulandı.

Abstract:
Nanoparticles and nanomaterials have received great interest because they are functional materials with application areas such as energy, catalysis, electrochemistry, electronics, and sensors. The oxygen reduction reaction (ORR) is a key process in controlling the performance of various clean renewable energy conversion systems such as in fuel cells and metal-air batteries. The combination of nanoparticles of precious metals and metal oxides is showed as an effective electrocatalyst for ORR.
In this study, manganese and vanadium oxide (MnOx-VOx) films were synthesized pulsed deposition on multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), and then decorated with metal nanoparticles to fabricate the MnOx-VOx film for glucose biosensor (MNPs/MnOx-VOx/CNT/GCE). Glucose oxidase (GOx) enzyme was immobilized on the MNPs/MnOx-VOx/CNT/GCE nanocomposite. The electrochemical performance of the modified biosensor was investigated using cyclic voltammetry and amperometry. Modified electrodes were characterized with scanning electron microscopy (SEM), High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-Ray Diffraction (XRD) techniques. GOx and gold nanoparticle modified MnOx-VOx nanocomposite electrode has been used for amperometric detection of glucose. The obtained results were compared with other modified electrodes. A new electrochemical biosensor platform was constructed for the glucose detection. 
Dissolved oxygen in glucose biosensor studies is generally consumed during enzymatic reactions. For biosensor study, the optimum pH was selected to be 5.17. The optimum Au3+ concentration was chosen as 1.0 mM. For cycle number of metal ions, fifteen cycles was chosen as optimum in this study. The amount of glucose oxidase enzyme was selected to be 1 mg. Under optimal conditions, the calibration curves for glucose biosensor were obtained over the range of 0,1 mM – 1,0 mM. Interference studies for glucose sensor (Fructose, Galactose, Mannose, Ascorbic acid, etc.) were examined. In addition, the prepared new sensor platform was tested for repeatability between inter-day and intra-day. A new biosensor platform was tested with glucose serum sample. Also, the method successfully applied in the analysis of samples of soda and apple juice.