Mikrobiyal hücrelerle hazırlanmış, nanopartiküller ile modifiye medyatörlü bakteriyal sensörlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of gold nanoparticles modified mediated bacterial sensors
Yazar: NİMET YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. SUNA TİMUR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Glükoz = Glucose

Özet:
Bu tez projesi kapsamında sırasıyla altın nanopartiküller (AuNP) ve (ferrosenil)hegzantiyol (SH-ferrosen) ile modifiye edilen altın yüzeylerde Gluconobacter oxydans hücrelerinin immobilizasyonu suretiyle mikrobiyal bir biyosensörün tasarımı gerçekleştirildi (Sistem I). Oluşturulan sistem için hazırlama koşulları (AuNP miktarı ve boyutu, çalışma pH'sı) optimize edildikten sonra analitik karakterizasyonu (doğrusal tayin aralığı, tekrarlanabilirlik ve operasyonel stabilite) gerçekleştirildi. Ayrıca atomik güç mikroskobu (AFM) ile yüzey morfolojisi görüntülendi.Elde edilen biyosensör sisteminin son yıllarda oldukça popüler olan biyolojik yakıt hücreleri ile kombine edilebilecek bir `Mikrobiyal Anod' yapısı olarak kullanım potansiyeli mevcuttur.Ayrıca çalışma kapsamında tasarlanan sistem, yine ferroseni redoks mediyatörü olarak içeren iki farklı mikrobiyal biyosensör sistemi ile kıyaslanmıştır (Sistem II ve Sistem III).Önerilen sistem (sistem I) ile optimize edilen koşullarda glukoz için doğrusal tayin aralığı 0,5 µM-10 µM olarak belirlendi. Tekrarlanabilirlik denemelerinde 5 ? M glukoz için (n=5) S.D ± 0,006 ? M ve cv % 2,39 olarak bulundu. Operasyonel kararlılığının belirlenmesi amacıyla 6 saat boyunca 1 saat aralıklarla ölçümler alındı ve biyosensör cevabının % 63'e düştüğü gözlendi. AuNP ile modifiye edilmemiş elektrot için ise doğrusal tayin aralığı 0,5 µM-10 µM olarak belirlendi. Tekrarlanabilirlik denemelerinde 5 ? M glukoz için (n=5) standart sapma (S.D) ± 0,008 ? M ve varyasyon katsayısı (cv) % 4,51 olarak bulundu. Operasyonel kararlılığının belirlenmesi amacıyla 6 saat boyunca 1 saat aralıklarla ölçümler alındı ve biyosensör cevabının % 52'ye düştüğü gözlendi. Sistem I için Biyosensörün substrat spesifikliği ayrıca incelendi.Sistem II de hücreler ve ferrosen dilayiz memebranı vasıtasıyla AuNP modifiye elktrot üzerinde tutuklandı. Optimum koşullarda doğrusal tayin aralığı 1,0 µM-10 µM olarak belirlendi. Tekrarlanabilirlik denemelerinde 5 ? M glukoz için (n=5) S.D ± 0,003 ? M ve cv % 1,40 olarak bulundu. Operasyonel kararlılığının belirlenmesi amacıyla 6 saat boyunca 1 saat aralıklarla ölçümler alındı ve biyosensör cevabının % 51'e düştüğü gözlendi. AuNP ile modifiye edilmemiş elektrot için ise doğrusal tayin aralığı 1,0 µM-10 µM olarak belirlendi. Tekrarlanabilirlik denemelerinde 5 ? M glukoz için (n=5) S.D ± 0,007 ? M ve cv % 3,12 olarak bulundu. Operasyonel kararlılığının belirlenmesi amacıyla 6 saat boyunca 1 saat aralıklarla ölçümler alındı ve biyosensör cevabının % 44'e düştüğü gözlendi.Sistem III için medyatör olarak çözünür formda ferrosen kullanıldı ve her ölçümde ortama ilave edildi. Optimum koşullarda AuNp ile modifiye elektrot ile hazırlanan sistem için doğrusal tayin aralığı 1,0 µM-10 µM olarak belirlendi. Tekrarlanabilirlik denemelerinde 5 ? M glukoz için (n=5) S.D ± 0,006 ? M ve cv % 3,31 olarak bulundu. Operasyonel kararlılığının belirlenmesi amacıyla 6 saat boyunca 1 saat aralıklarla ölçümler alındı ve biyosensör cevabının % 58'e düştüğü gözlendi. AuNP ile modifikasyon yapılmamış elektrot için ise doğrusal tayin aralığı 1,0 µM-10 µM olarak belirlendi. Tekrarlanabilirlik denemelerinde 5 ? M glukoz için (n=5) S.D ± 0,010 ? M ve cv % 6,12 olarak bulundu. Operasyonel kararlılığının belirlenmesi amacıyla 6 saat boyunca 1 saat aralıklarla ölçümler alındı ve biyosensör cevabının % 53'e düştüğü gözlendi.Yapılan denmeler sonucunda, 6-(ferrosenil)hegzantiyol (SH-ferrosen)'ün medyatör olarak kullanıldığı sistemin diğerlerine glukoz analizinde duyarlılık, operasyonel kararlılık denemelerinde diğer sistemlere üstünlük sağladığı gözlenmiştir.Anahtar kelimeler: Mikrobiyal biyosensör, altın nanopartikül (AuNP), 6-(ferrosenil)hekzantiyol, medyatörlü mikrobiyal sensör, Gluconobacter oxydans.

Abstract:
In this project, a mediated microbial biosensor modified with gold nanoparticles (AuNP), 6-(ferrocenyl)hexanethiol and Gluconobacter oxydans were desined (System I). After ptimization studies (AuNP size and amount, pH) analytic characterization studies (lineer range for glucose, repeatabilit and operational stability) were performed. Finally, morphologies were imaged by atomic forse microscope (AFM). The purposed system could be good alternative as a `microbial anod? fuel cell which is hot topic in recent works.6-(ferrocenyl)hexanethiol used as a mediator in system I. According to the optimization studies pH were found to be 7.0. Under these conditions, linearity for the glucose was in the range of 0,5 µM and 10 µM. As for the repeatability, 5 subsequent measurements were taken for 5 ? M glucose. S.D and c.v were calculated as ± 0,006 ? M and 2,396 %. For the operational stability, sensor responses were followed during 6 hours in 1 hour intervals and biosensor response was observed 63 % at the end of this period. For non-modified electrode linearity for the glucose was in the range of 0,5 µM and 10 µM. As for the repeatability, 5 subsequent measurements were taken for 5 ? M glucose. Standard deviation (S.D) and coefficient of variation (c.v) were calculated as ± 0,008 ? M and 4,51 %. For the operational stability, sensor responses were followed during 6 hours in 1 hour intervals and biosensor response was observed 52 % at the end of this period. Substrate specifity of the proposed system was also investigated.In the second part (system II) ferrocen and microbial cells were adsorbed to the AuNP modified electrode vie via dialyze membrane. Under optimum conditions, linearity for the glucose was in the range of 1.0 µM and 10 µM. S.D and c.v values were calculated as ± 0,007 ? M and 1,17 %. For the operational stability, sensor responses were followed during 6 hours in 60 minutes intervals and biosensor response was observed 51 % at the end of this period. And for non-modified electrode the lineer detection range of glucose was found in the range of 1.0 µM and 10 µM. Moreover, S.D and c.v values were calculated as ± 0,007 ? M and 3,122 % for 5 subsequent measurements. For the operational stability, sensor responses were followed during 6 hours in 1 hour intervals and biosensor response was observed 44 % at the end of this period.In system III ferrocen in solution was used as a mediator and it was added to the measuring cell in every study. Under optimum conditions, linearity for the glucose was in the range of 1.0 µM and 10 µM. 5 subsequent measurements were taken for 5 ? M glucose and S.D and cv were calculated as ± 0,006 ? M and 3,31 %. For the operational stability, sensor responses were followed during 6 hours in 60 minutes intervals and biosensor response was observed 58 % at the end of this period. And for non-modified electrode linearity was in the range of 1.0 µM and 10 µM for the glucose. S.D and cv (n=5, with 5 ? M glucose) were calculated as ± 0,010 ? M and 6,12 %. For the operational stability, sensor responses were followed during 6 hours in 1 hour intervals and biosensor response was observed 53 % at the end of this period.After these experiments we detected that SH-ferrocene mediated system is more benefit and sensitive method than other systems for glucose analyses.Keywords: Microbial biosensor, gold nanoparticles (AuNP), 6-(ferrocenyl)hexanethiol, mediated microbial sensor, Gluconobacter oxydans.