Antioksidan aktivite tayini için folin-ciocalteu reaktifi içeren hidrojel sensörün geliştirilmesi
Development of a folin-ciocalteu reagent containing hydrogel sensor for antioxidant activity determination
Yazar: MÜGE YERMEYDAN PEKER
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA REŞAT APAK ; PROF. DR. AYŞEM ARDA
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Antioksidan aktivite = Antioxidant activity ; Hidrojeller = Hydrogels ; Kolorimetrik yöntemler = Colorimetric methods

Özet:
Antioksidanlar, serbest radikalleri ve reaktif oksijen türleri süpüren veya oluşumlarını engelleyen biyolojik türlerdir. Bu sebeple antioksidanların tespitine yönelik çalışmalar canlı yaşamı için önem arz etmektedir. Antioksidan aktivite tayin yöntemlerden biri de antioksidanların toplam fenol miktarını ölçmek için geliştirilen Folin-Ciocalteu reaktifi yöntemidir. Fakat mevcut yöntemin uzun uygulama süresi, yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyması, fenolik bileşenlerin sadece kuvvetli bazik çözelti ortamında reaksiyon vermesi ve hassasiyetinin düşük olması gibi dezavantajları bulunmaktadır. Ayrıca reaksiyon kuvvetli asidik pH'larda çok yavaş gerçekleşmekte ve spesifikliğini kaybetmektedir. Bu dezavantajları ortadan kaldıracak ve daha fazla türde antioksidana cevap verebilecek sensör geliştirilerek Folin-Ciocalteu yöntemine yeni bir soluk kazandırılmıştır. Hidrojeller, yüksek miktarda su emme yeteneğine sahip polimerlerdir. Polimer zincirleri arasında oluşan kimyasal veya fiziksel bağlar sayesinde çözünmeyerek yapılarını koruyabilmektedirler. Bu sebeple antioksidan tayinlerinde sensör materyali olarak kullanılması pek çok avantaj ihtiva etmektedir. 
Bu tez çalışmasında, akrilamid ve N,N'-metilenbisakrilamid kullanılarak gözenek boyutları yaklaşık 15- 20 µm olan ağırlığının % 444 katı kadar şişme davranışı gösteren hidrojel sentezlenmiştir. Optimizasyon deneyleri yapılarak en uygun şekilde Folin-Ciocalteu reaktifi hidrojellere immobilize edilmiştir. Infrared spektroskopisi (KBr-pelet, IR), termogravimetrik analiz (TGA), x-ışını fotoelektron spektrometresi (XPS) ve enerji dağılımlı x-spektroskopisi ile birleştirilmiş taramalı geçirimli elektron mikroskobu (STEM-EDX) ile yapılan karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İnfrared spektrumundaki -NH2, C=O ve C-N karakteristik pikler destek materyali hidrojelin yapısını doğrulamakla birlikte Folin- Ciocalteu reaktifi immobilizasyonu C=O pikinin keskinleşmesi ve spektrumda Mo=O pikinin gözlenmesi ile desteklenmektedir. Ayrıca, Mo3d XPS spektrumunda Mo=O bağına ait pikin antioksidan ile etkileştikten sonra kaybolması sensör ve antioksidan arasında etkileşim olduğunu göstermiştir. Bu sayede yüksek hassasiyet, düşük hacim ve uygun sıcaklık koşullarında antioksidanlara kısa sürede cevap verebilecek yeni bir sensör geliştirilmiş, sensörün antioksidanlar ile etkileşimi sonrası oluşacak renk değişimleri akıllı ve yenilikçi bir uygulama olan Smartphone ile ölçülmüştür. Geliştirilen yöntem, birçok fenolik ve amin tipi antioksidana cevap verirken seçimlilik ve interferans çalışmaları sonucunda tiyollü bileşiklere, metal katyonları ve anyonlara cevap vermemektedir.

Abstract:
Antioxidants are biological species that scavenge free radicals and reactive oxygen species or inhibit their formation. For this reason, studies on the determination of antioxidants are important for human life. One of the antioxidant activity determination methods is the Folin-Ciocalteu reagent, which was developed to measure the total phenol content of antioxidants. However, the current method has disadvantages such as long application time, high temperatures, reaction of phenolic compounds only in basic solution and low sensitivity. In addition, the reaction happens slowly at acidic pH and loses its specificity. Folin-Ciocalteu assay has been innovated by developing a new sensor that will eliminate disadvantages and respond to more antioxidants. On the other hand, hydrogel structures are polymers capable of absorbing large amounts of water. There are chemical or physical bonds which formed between the polymer chains, they can preserve their structure by not dissolving. For this reason, its use as a sensor material in antioxidant determinations has many advantages. 
In this thesis, a hydrogel with a pore size of approximately 15-20 µm and swelling behavior up to 444% of its weight was synthesized by using acrylamide and N,N'-methylenebisacrylamide. Optimization experiments were carried out and Folin-Ciocalteu reagent was immobilized to the hydrogels through optimization experiments. Characterization studies were performed using infrared spectroscopy (KBr pellet, IR), thermogravimetric analysis (TGA), x-ray photoelectron spectrometry (XPS) and scanning transmission electron microscopy combined with energy dispersive x-spectroscopy (STEM-EDX). Although -NH2, C=O and C-N characteristic peaks in the infrared spectrum confirm the structure of the support material hydrogel, the immobilization of the Folin-Ciocalteu reagent is supported by the sharpening of the C=O peak and the observation of the Mo=O peak in the spectrum. In addition, the disappearance of the peak of the Mo=O bond in the Mo3d XPS spectrum after treatment with the antioxidant showed that an interaction between the sensor and the antioxidant occured. In this way, a new sensor has been developed that can respond to antioxidants in a short time under high sensitivity, low volume and suitable temperature conditions, and the color changes that will occur after the interaction of the sensor with antioxidants are measured with a smart and innovative Smartphone application. While the developed method responds to many phenolic and amine type antioxidants, it does not respond to compounds with thiol, metal cations and anions as a result of selectivity and interference studies.