MikroRNA-133a'ya duyarlı elektrokimyasal biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of electrochemical biosensors sensitive to MikroRNA-133a
Yazar: AHMET KARAÇELİK
Danışman: PROF. DR. SAİM TOPÇU
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; DNA probları = DNA probes ; Mikro RNA = Micro RNA ; Neoplazmlar = Neoplasms

Özet:
Tez çalışmasında bir kanser biyobelirteci olan mikroRNA-133a'nın (Target-miR-133a) kantitatif tayini için elektrokimyasal biyosensör geliştirilmiştir. Nükleik asit hibridizasyon prensibine göre tasarlanmış, sensör seçiciliği yüksek, duyarlı, hızlı, ucuz ve pratik bir biyosensör geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla tek kullanımlık, düşük maliyetli ve pratik bir kalem grafit elektrot (PGE) kullanılmıştır. PGE elektrodunun yüzeyi elektrokimyasal yöntemle aktive edilmiştir. Hedef molekül miRNA-133a'nın tamamlayıcı konjugatı olan anti-miR-DNA ipliği, bir yakalama probu (Cp) olarak PGE'nin yüzeyine adsorbe edilmiştir. Anti-miR-DNA/Target-miR-133a hibridizasyonu, hazırlanan elektrodun hedef molekül çözeltisinde bekletilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Elektrot yüzeyinde gerçekleşen bütün işlemler her aşamada elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile karakterize edilmiştir. Elektrot yüzeyine immobilize edilen yakalama ucu (cp-DNA-miR-133a) konsantrasyonu, adsorpsiyon süresi, hedef molekül konsantrasyonu ve hibridizasyon süresi optimizasyonları ayrı ayrı çalışılmıştır. 

Yakalama ucu ile hedef molekül arasındaki güçlü hidrojen bağları nedeniyle, moleküller birbirine kenetlendikten sonra elektrot yüzeyinin yük transfer direncinde bir artış gözlemlenmiştir. Başlangıçta iyi iletken olan PGE elektrot yüzeyi yalıtkan biyomoleküllerle kaplandığından, PGE elektrodunun yük transfer direnci sırasıyla yakalama probunun adsorpsiyonu ve hibridizasyon sebebi ile artmıştır.

Ayrıca biyosensörün farklı tampon ortamlarında uygulanabilirliliğini değerlendirmek üzere fosfat tamponu (PBS) ve asetat tamponu (ABS) ortamında çalışılmıştır. Biyosensörün seçimlilik çalışmalarında değişik baz dizilerine sahip yalancı hedef moleküllerin varlığında biyosensörün performansı asetat tamponunda test edilmiştir.

Abstract:
In the thesis study, an electrochemical biosensor was developed for the quantitative determination of microRNA-133a (Target-miR-133a), a cancer biomarker. It is aimed to develop a sensitive, fast, cheap and practical biosensor with high sensor selectivity, designed according to the nucleic acid hybridization principle. For this purpose, a disposable, low-cost and practical pencil graphite electrode (PGE) was used. The surface of the PGE electrode was activated by electrochemical method. The anti-miR-DNA strand, the complementary conjugate of the target molecule miRNA-133a, was adsorbed to the surface of the PGE as a capture probe (cp). Anti-miR-DNA/Target-miR-133a hybridization was carried out by keeping the prepared electrode in the target molecule solution. All processes that occurring on the electrode surface were characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) at each stage. Optimization of capture tip (cp-DNA-miR-133a) concentration immobilized on the electrode surface, adsorption time, target molecule concentration and hybridization time were studied separately.
	
Due to the strong hydrogen bonds between the capture probe and the target molecule, an increase in the charge transfer resistance of the electrode surface was observed after the molecules were hybridized. Since the initially well-conducting PGE electrode surface was covered with insulating biomolecules, the charge transfer resistance of the PGE electrode increased with adsorption of the capture probe and hybridization, respectively.

In addition, the biosensor was studied in phosphate buffer (PBS) and acetate buffer (ABS) media to evaluate its applicability in different buffer environments. In the selectivity studies of the biosensor, the performance of the biosensor was tested in acetate buffer in the presence of pseudotarget molecules with different base sequences.