Kaliksaren kaplı QCM sensörler kullanılarak biyojenik aminlerin algılanması
Detection of biogenic amines using calixarene coated QCM sensors
Yazar: KAAN KARAKAYA
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TABAKCI
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, farklı fonksiyonel gruplar taşıyan kaliks[4]aren türevleri ile kaplı QCM sensörler hazırlanarak onların çeşitli gıda ürünlerinde bulunan ve karsinojenik ve/veya mutajenik etkenlerin öncüsü olarak bilinen biyojenik aminler için sulu ortamda algılama özelliklerinin QCM sisteminde belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk olarak algılayıcı malzeme olarak kullanılan kaliks[4]aren türevleri (K-3, K-4, K-5, K-6 ve K-7) sentezlenmiş ve yapıları 1H-NMR ve FT-IR spektroskopisi yöntemleri kullanılarak doğrulanmıştır. Daha sonra çözeltide bekletme yöntemi ile QCM kristallerinin yüzeyine kaliks[4]aren türevleri kaplanarak kaliks[4]aren kaplı QCM sensörler hazırlanmıştır. Böylece hazırlanan QCM sensörlerin sulu ortamda farklı biyojenik aminlere (triptamin (TRI), tiramin (TIR), spermidin (SPD), spermin (SPM), kadaverin (KAD), ve histamin (HIS)) karşı algılama özellikleri incelenmiştir. Algılama çalışmaları sonucunda kaliks[4]aren türevleri ile kaplı QCM sensörler arasında aldehit grubu içeren kaliks[4]aren türevi (K-4) kaplı QCM (K4-QCM) sensör çalışılan tüm biyojenik aminlere karşı en iyi tepki veren QCM sensör olarak belirlenmiştir. Frekans değişimlerine göre K4-QCM sensörün en yüksek tepkiyi SPM'ye karşı sergilediği görülmüş ve SPM için LOD değeri 2,4×10-5 M olarak hesaplanmıştır. Stokiyometrik oran (SO) değerlerine göre ise K4-QCM sensörün en yüksek SO değerine KAD durumunda ulaştığı görülmüş ve KAD için LOD değeri 2,0×10-5 M olarak hesaplanmıştır. En etkin sensör:analit çiftinin ortaya çıkmasında kaliksaren molekülleri ve biyojenik amin molekülleri arasındaki hidrojen bağı etkileşimlerinin ve molekül ağırlığı ya da büyüklüğünün önemli bir rol oynadığı değerlendirilmiştir. K4-QCM sensörün SPM ve KAD için izoterm parametreleri belirlenerek adsorpsiyon davranışları değerlendirilmiştir. K4-QCM sensörün SPM ve KAD için tekrarlanabilirlik çalışmaları, sensörün tekrarlanabilir sonuçlar verdiğini göstermiştir. Çalışmanın sonuçları farklı biyojenik amin veya farklı analitlerin algılanması amacıyla farklı kaliksaren türevleri ile kaplı QCM sensörlerin geliştirilmesi için umut verici olmuştur.

Abstract:
In this study, it was aimed to prepare QCM sensors coated with calix[4]arene derivatives bearing different functional groups and to determine their sensing properties in aqueous media for biogenic amines, which are known to be precursors of carcinogenic and/or mutagenic agents in various food products, in QCM system. For this purpose, calix[4]arene derivatives (K-3, K-4, K-5, K-6 and K-7) used as sensing materials were first synthesized and their structures were confirmed using 1H-NMR and FT-IR spectroscopy methods. Then, calix[4]arene derivatives were coated on the surface of QCM crystals by solution retention method and calix[4]arene coated QCM sensors were prepared. The sensing properties of the QCM sensors against different biogenic amines (tryptamine (TRI), tyramine (TIR), spermidine (SPD), spermine (SPM), cadaverine (KAD), and histamine (HIS)) in aqueous media were investigated. As a result of the sensing studies, among the QCM sensors coated with calix[4]arene derivatives, the calix[4]arene derivative (K-4) coated QCM (K4-QCM) sensor containing aldehyde group was found to be the best QCM sensor against all biogenic amines studied. According to the frequency changes, the K4-QCM sensor exhibited the highest response to SPM and the LOD value for SPM was calculated as 2.4×10-5 M. According to the stoichiomeric ratio (SO) values, it was observed that the K4-QCM sensor reached the highest SO value in case of KAD and the LOD value for KAD was calculated as 2.0×10-5 M. It was evaluated that hydrogen bonding interactions between calixarene molecules and biogenic amine molecules and molecular weight or size play an important role in the emergence of the most efficient sensor:analyte pair. Isotherm parameters of the K4-QCM sensor for SPM and KAD were determined and adsorption behaviors were evaluated. Reproducibility studies of the K4-QCM sensor for SPM and KAD showed that the sensor gave reproducible results. The results of the study are promising for the development of QCM sensors coated with different calixarene derivatives for the detection of different biogenic amines or different analytes.