Sulardaki mikroorganizmaların belirlenmesine yönelik biyosensörlerin geliştirilmesi
The development of biosensors for detection of microorganisms in water
Yazar: MEMDUH AK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ ; PROF. DR. AHMET ALTINDAL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Biyosensörler, tıp, endüstri ve mühendislik gibi pek çok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu uygulama alanlarından birisi de sulardaki mikroorganizmaların belirlenmesidir.
Bu çalışmada, su ortamında Enterokok (Enterococcus faecalis) bakteri konsantrasyonunun ve ortam sıcaklığının biyosensörlerin cevabı üzerindeki etkileri araştırıldı. Sudaki Enterokok bakterilerinin tespit edilebilmesi için biyosensörler yapıldı. Bunun için iki tip transduser kullanıldı. Bunlardan birincisi İnterdijital Transduser (IDT), ikincisi ise Kuvars Kristal Mikroterazi (QCM) olarak belirlendi. IDT ve QCM transduserlarının yüzeyleri dikkatli bir şekilde temizlendi ve yüzeyleri, antibadi (anti-Enterokok) kaplanması için bir takım özel işlemler uygulandı. Daha sonra anti-Enterokok antibadisi transduserların yüzeyleri üzerine kaplandı. Biyosensörlerin üretilmesi bu şekilde tamamlandı. Biyosensörlerin farklı su sıcaklığı ve su ortamındaki bakterilerin farklı konsantarsyonlarına vermiş oldukları cevaplar ölçüldü. Enterokok bakteri konsantrasyonu ve ortam sıcaklığı ölçüm aralıkları sırasıyla 100 - 5x106 cfu/ml ve 5-25°C olarak belirlendi. IDT?nin DC ve AC (40 Hz - 100 kHz) elektriksel ölçümleri, QCM?in ise zamana bağlı frekans ölçümleri yapıldı. Ölçülen parametreler üzerinden biyosensörlerin duyarlılıkları hesaplandı. Ayrıca zamana bağlı frekans ölçümlerinden QCM transduser?ların cevap süreleri hesaplandı.
Farklı bakteri konsantrasyonları ve farklı sıcaklıklarda IDT ile yapılan d.c. ve a.c. ölçümler ile QCM ile yapılan frekans ölçümleri sonucunda,  üretilen biyosensörlerin incelenen ölçüm aralığı içinde Enterokok bakterisini başarılı bir şekilde algıladığı görülmüştür. Enterokok bakterisinin tespit edilmesinde a.c. ölçüm sonuçlarının d.c. ölçüm sonuçlarından daha başarılı olduğu görülmüştür. Sensörlerin duyarlığı, bakteri konsantrasyonu artarken azalmıştır. QCM tabanlı biyosensörlerin cevap sürelerinin, sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak 100 ile 200 saniye aralığında olduğu belirlenmiştir. Sonuçlar yapılan biyosensörlerin geri dönüşümlü (reversible) olduğunu da göstermiştir.

Abstract:
Biosensors have wide range of applications in many fields such as medical, industrial and engineering. One of the application areas of the biosensors is detection of microorganisms in water ambient.
In this study, the effects of the Enterococcus faecalis bacteria concentration in water and ambient temperature on biosensor responses were investigated. For this aim, biosensors were fabricated for the detection of Enterococcus faecalis bacteria in water. Two types of transducers were used. First one was Interdigital Transducer (IDT) and second was Quartz Crystal Microbalance (QCM). Surface of IDT and QCM transducers were cleaned thoroughly. Special processes were performed to prepare the surface of the transducers for the deposition of the antibody. Anti- Enterococcus faecalis (antibody of Enterococcus) were deposited on the surface of the transducers. The fabrication of biosensors was completed in this way. Responses of the biosensors were measured in water ambient at different bacteria concentration and water temperatures. Range of the Enterococcus bacteria concentration and water temperature were 100 - 5x106 cfu/ml and 5-25°C, respectively. D.c. and a.c. (40 Hz - 100 kHz) conductivity measurements were performed on IDT. Frequency measurements were performed on QCM. Sensitivity of the biosensors for the tested parameters was calculated. Response times were also calculated for frequency measurements on QCM.
D.c. and a.c. measurements on IDT and frequency measurements on QCM in water at different bacteria concentration and temperature revealed that the fabricated biosensor detected very successfully the Enterococcus bacteria in the measurement ranges. A.c. measurement results were found very successful to determine the Enterococcus bacteria than d.c. measurements. Sensitivity of the sensors decreased with increasing bacteria concentration. Response times for QCM based biosensors were calculated between 100-200 seconds depending on temperature and bacteria concentration. The results also showed that responses of the sensors were reversible.