Biyomoleküler algılamaya yönelik elektrokimyasal sensörlerin tasarımı ve uygulamaları
The design and applications of electrochemical sensors for biomolecular recognation
Yazar: HAKAN KARADENİZ
Danışman: DOÇ. DR. K. ARZUM ERDEM GÜRSAN
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Sensörler = Sensors

Özet:
Moleküler algılama yöntemlerindeki gelişmeler ve yeni teknolojik ürünlerle sonuçlanabilecek çalışmaların hızla ortaya çıkması sonucunda, biyomoleküler algılamaya yönelik yeni teknolojilerin oluşturulması gündeme gelmiştir. Elektrokimyasal DNA sensör teknolojilerinde, nanopartiküller, manyetik partiküller, karbon nanotüpler gibi farklı malzemelerin kullanımına artan bir ilgi bulunmaktadır.Çalışmamızın ilk bölümünde, gümüş nanopartiküllere (Ag-NP) tutturulmuş DNA'nın elektrokimyasal tayini, gümüş ve guaninin yükseltgenme sinyallerinin tek kullanımlık grafit elektrot (PGE) ile aynı ölçüm aralığında ölçülmesiyle, literatürde ilk defa bu çalışmada gerçekleştirilmiştir. Ag-NP'lerin elektrokimyasal davranışları, dönüşümlü voltametri (CV) ve diferansiyel puls voltametri (DPV) teknikleriyle incelenmiştir. Ag-NP konsantrasyonu, DNA konsantrasyonu ve tampon çözeltinin etkisi araştırılmıştırÇalışmamızın ikinci bölümünde, manyetik partiküllere dayalı DNA hibridizasyonunun tayini, hem elektroaktif indikatör ECHI, hem de guanin ve adenin'e ait yükseltgenme sinyallerinin DPV tekniği ve PGE kullanılarak, aynı ölçüm aralığında ölçülmesiyle, literatürde ilk defa bu çalışmada gerçekleştirilmiştir. ECHI'nın elektrokimyasal davranışı, CV ve DPV teknikleriyle incelenmiştir. Hibridizasyondaki seçimlilik, rastgele dizi (NC) ve bir bazı hedeften farklı dizilerin (MM) kullanılmasıyla araştırılmıştır.Çalışmamızın son bölümünde, Hepatit B virüsüne (HBV) dayalı hibridizasyonunun indikatörsüz tayini, karbon nanotüp modifiye perde baskılı elektrotlarla (MWCNT-SPE) DPV tekniği kullanılarak, guanin sinyalinin ölçülmesiyle gerçekleştirilmiştir. HBV prob konsantrasyon farklılığının yanıta etkisi, tayin sınırı, tekrarlanabilirlik gibi deneysel parametreler araştırılmıştır.Nanopartiküller, manyetik partiküller ve karbon nanotüplere dayalı elektrokimyasal sensör teknolojisiyle elde edilen tekrarlanabilir sonuçlar, duyarlı ve hızlı bir şekilde DNA analizini mümkün kılmaktadır. Tasarımlanan biyomoleküler algılamaya yönelik elektrokimyasal DNA sensör teknolojilerinin her birinin hazırlık aşamasının kolay olması, tekrarlanabilir, duyarlı ve seçimli sonuçlar vermesi, kullanılan malzemenin özelliği sebebiyle küçültülmeye ve seri üretime uygulanabilecek olması sebebiyle, gelecekte DNA çip teknolojisine öncülük edebileceği ümit edilmektedir.

Abstract:
As a result of developments in molecular recognition methods and the rapid appearance of the studies which will be concluded with new technologic products, the design of new technologies for biomolecular recognition was come into question. There is a growing interest in using different materials such as; nanoparticles, magnetic particles, carbon nanotubes in electrochemical DNA sensor technologies.In the first part of our study, the electrochemical detection of DNA attached onto silver nanoparticles (Ag-NP) was performed at the first time in the literature in this study by measuring the oxidation signals of silver and guanine in the same measurument scale with disposable graphite electrode (PGE). The electrochemical behaviour of Ag-NPs was investigated by cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) techniques. The effects of Ag-NP concentration, DNA concentration and buffer solution were exploredIn the second part of our study, the detection of DNA hybridization based on magnetic particles was performed at the first time in the literature in this study by measuring both an oxidation signal of electroactive indicator ECHI, and the ones of guanine and adenine in the same measurument scale by using DPV technique and PGE. The electrochemical behaviour of ECHI was investigated by CV and DPV technique. The selectivity in hybridization was explored by using non-complementary (NC) and single-base mismatch (MM) oligonucleotides.In the last part of our study, the detection of hybridization based on Hepatitis B virus (HBV) was performed measuring the guanine signal by using carbon nanotube modified screen-printed electrodes (MWCNT-SPE) and DPV technique. The experimental parameters such as; the effect of different HBV probe concentration to the response, detection limit, reproducibility were explored.The reproducible results which were obtained by electrochemical sensor technology based on nanoparticles, magnetic particles and carbon nanotubes, enable DNA analysis sensitively and rapidly. Each of the electrochemical DNA sensor technologies designed for biomolecular recognition will lead to DNA chip technology in future, due to easy preparation, resulting with reproducible, sensitive and selective results, and being able to miniaturize and applicable for serial manufacture because of the properties of material.