Melamin teşhisi için moleküler baskılanmış kuartz kristal mikrobalans (QCM)  çiplerin hazırlanması ve uygulamaları
Preparation and application of molecular imprinted quartz microbalance chips for detection of melamine
Yazar: ŞEYDA CÖMERT
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ODABAŞI
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry

Özet:
Azotça zengin bir kimyasal olan melamin (2,4,6-triamino-1,3,5-triazine) 2007 yılında, gıdalardaki görünür protein miktarlarını yüksek göstermek amacıyla, bazı üreticiler tarafından süt ürünlerine (süt veya süt tozu gibi) ve evcil çiftlik hayvanı yemlerine kasıtlı olarak eklenmiştir. Bu gıdalar ile beslenen bebeklerde 2008 yılında, böbrek yetmezliği gibi çok ciddi rahatsızlıklar ortaya çıkmıştır. 2008'in sonlarında Amerikan yapımı bebek mamalarında eser miktarda melamin tespit edilmiştir. Melamin ile kirletilen bebek gıdaları ve evcil hayvan besinleri bugün, gıda güvenliği ile ilgili ciddi bir tehlike arz etmektedir. Melamin teşhisine yönelik mevcut analitik metotlar genellikle kromatografik (HPLC, GC–MS, gibi) temele dayanmaktadır ki, bu metotlar çoğunlukla zaman alan, pahalı ve karmaşık örnek hazırlama prosedürleri gerektirmektedir. Moleküler baskılanmış polimerler (MIP) ile melamin teşhisi ise yoğun bir araştırma konusu oluşturmaktadır.

Hazırlanan polimer matriks, kalıp molekülün uzaklaştırılmasından sonra, içinde hedef molekül ve yarışmacı moleküllerin bulunduğu bir çözeltiye ilave edildiğinde, bağlanma bölgesinin büyüklüğü ve üç boyutlu geometrisinden dolayı kalıp moleküle yüksek seçicilik gösterecektir. Bu tez kapsamında Kuartz Kristal Mikrobalans (QCM) çipler üzerinde melamine özgü moleküler baskılanmış polimerik filmler hazırlanmıştır. Önce kalıp molekül (melamin) ile fonksiyonel monomerin (Metakrilik asit) ikincil kuvvetlerle ön organizasyonu ardından çapraz bağlayıcı olarak, Etilen glikol dimetakrilat (EDMA) varlığında, UV başlatıcılı polimerizasyon ile polimerleştirilmiştir. Daha sonra kalıp molekülün yapıdan uzaklaştırılması ile filmler üzerinde, melaminin spesifik tayinine yönelik non-kovalent moleküler baskılanmış, etkin ve tekrar kullanılabilirliğe sahip bölgeler oluşturulmuştur. Çalışmalardan elde edilen bazı sonuçlar şöyledir. Melamin-metakrilik asit arasındaki optimal ön organizasyon, pH 6'da gerçekleşmiştir. Ancak pH 6'da hazırlanan melamin baskılanmış filmler QCM çip yüzeyinden sıyrılmıştır. Melamin baskılanmış filmlerin hazırlanması için en uygun çözücü DMSO olarak belirlenmiştir.  Melamin baskılanmış QCM çip yüzeyindeki maksimum melamin adsorpsiyonu pH 6'da görülmüştür. Melamin baskılanmış QCM çipler ile 1-1000 ng/mL başlangıç melamin derişimlerinde çalışılmış ve 50-1000 ng/mL derişim aralığında yaklaşık % 100 ve 1-10 ng/ml aralığında ise %81, 1-1000 ng/mL aralığında ise %98'lik doğrusallıkta sonuçlar alınmıştır. Melamin adsorpsiyonu baskılanmış QCM çipler üzerine düşük derişimlerde Freundlich izoterm modeline yüksek derişimlerde ise Langmuir modeline daha uygun olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Melamine (2,4,6-triamino-1,3,5-triazine), a nitrogen-rich chemical, was intentionally added by some companies to dairy products (liquid milk or milk powder) and provender for domestic livestock to increase the apparent protein content in 2007. Serious disorders such as renal failure were observed in many infants fed with those food products in 2008. In late 2008, trace amounts of melamine were detected in US-made infant formula products. Today, infant formula products and pet food contaminated with melamine pose serious threat to food safety. Current analytical methods for detection of melamine are mainly based chromatographic methods (e.g., HPLC, GC–MS), which are usually time consuming, expensive, and require complex procedures of sample preparation. The detection of melamine with molecular imprinted polymers (MIP) has been the subject of intense research.
 
When the polymer matrix, upon removing the template molecule, is added into a solution containing the target and the competitive molecules, it will exhibit a high selectivity towards the template molecule due to size of the binding site and its three dimensional geometry. In this study, molecular imprinted polymeric films specific to melamine were prepared on Quartz Crystal Microbalance (QCM) chips. Firstly, following the pre-organization by secondary forces, the template molecule (melamine) and functional monomer (methacrylic acid) were polymerized with UV initiated polymerization in the presence of the cross-linking agent ethylene glycol dimethacrylate. After removal of template molecule from the polymer, non-covalently molecular imprinted, efficient, reusable sites were created on the films for specific detection of melamine. Some of the findings of the study are as follows. Optimal pre-organization of melamine-methacrylic acid was achieved at pH 6.0. But, the films prepared at pH 6.0 were stripped off the QCM chip surface.  DMSO was determined to be the best solvent for production of melamine imprinted films. The maximum melamine adsorption on melamine imprinted QCM films was observed at pH 6.0. Studies on melamine imprinted QCM chips were conducted at initial melamine concentrations of 1-1000 ng/mL; results were obtained at concentrations of 50-1000, 1-10 and 1-1000 ng/mL with a linearity nearly of 100%, 81% and 98%. It was observed that melamine adsorption onto the imprinted QCM chips exhibited better fit to Freundlich isotherm model at low concentrations and to Langmuir model at high concentrations.