Meme kanserinin erken teşhisi için elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
Development of an electrochemical biosensor for early diagnosis of breast cancer
Yazar: ZEYNEP TÜRK
Danışman: PROF. DR. SEYFULLAH MADAKBAŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Elektrokimyasal sensörler = Electrochemical sensors ; Fizikokimya = Physical chemistry

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, HER2 tayinine yönelik iki farklı özgün karbon temelli elektrokimyasal aptasensör platformunun geliştirilmesi amaçlanmıştır. İlk olarak diazonyum uç gruplu polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu yapılmış, sonra polimerik diazonyum tuzuna alternatif olarak karbon temelli elektrot yüzeyleri denenmiş ve elektrokimyasal olarak elektrot yüzeylerinin etkinliği incelenerek, öne çıkan iki sensör yüzeyi seçilmiştir. Sensör yüzeyini geliştirirken ilk kez katran kullanılarak HER2 tayinine yönelik bir elektrokimyasal biyosensör geliştirilmiştir. İlk aptasensör tasarımında, aptamerlerin yüzeye etkin bir şekilde immobilizasyonu için, karboksil bakımından zengin bir yüzey elde edilmiştir. İkinci aptasensörde ise katran ve MWCNT ile katkılanıp, pirolizlenerek yeni bir yüzey elde edilmiştir. Geliştirilen aptasensörlerin performanslarına etki eden aptamer derişimi, immobilizasyon süresi ve HER2 ile etkileşim süreleri optimize edilmiştir. Fe(CN)63-/4- redoks molekülünün impedans cevapları değerlendirilerek, iki aptasensör yüzeyleri için de 10,0 fg/mL-1000,0 pg/mL aralığında doğrusallık elde edilmiştir. İki aptasensör için de tespit sınırı 0,003 pg/mL ve tayin alt sınırı 0,01 pg/mL olarak bulunmuştur. Hazırlanan aptasensörlerin düşük tarama limitlerine sahip olduğu, HER2'ye karşı oldukça geniş bir ölçüm aralığı ve de hassasiyet gösterdiği görülmektedir. İnsan serum örneklerinde HER2'yi belirlemek geliştirilen aptasensörlerin tespit edilen yüksek orandaki geri kazanımlarıyla iyi derecede doğruluk sergilemektedir. Yapılan stabilite, tekrar üretilebilirlik, seçicilik, geri kazanım ve gerçek serumda uygulama analizleri, aptasensörlerin yüksek performans sergilediğini göstermiştir. HER2 tayini amacıyla geliştirilen etiketsiz aptasensörler, literatürdeki diğer yöntemlere kıyasla daha düşük maliyetli, pratik, yüksek duyarlılığa sahip, seçici ve çevreye duyarlı olmalarıyla dikkat çekmektedir. Ayrıca, karbon temelli malzemelerle modifiye edilmiş etiketsiz aptasensörlerin insan kan serumunda uygulanmasıyla elde edilen tutarlı bulgular, bu sensörlerin gelecekteki araştırmalar için umut verici olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this thesis, it was aimed to develop two different novel carbon-based electrochemical aptasensor platforms for HER2 determination. Firstly, the synthesis and characterisation of polymers with diazonium end groups were carried out, then carbon-based electrode surfaces were tested as an alternative to the polymeric diazonium salt and the electrochemical efficiency of the electrode surfaces was investigated and two prominent sensor surfaces were selected. While developing the sensor surface, an electrochemical biosensor for HER2 determination was developed for the first time using tar. In the initial aptasensor configuration, a carboxyl-rich surface was generated to facilitate the effective immobilization of aptamers on the surface. In the second aptasensor, a novel surface was created by doping tar with MWCNT, followed by pyrolysis. The concentration of the aptamer, immobilization time, and HER2 interaction time were optimized for the developed aptasensors. The impedance responses of the Fe(CN)₆3-/4- redox molecule were evaluated, and a linear range from 10.0 fg/mL to 1000.0 pg/mL was obtained for both aptasensor surfaces. The limit of detection for both aptasensors was 0.003 pg/mL, with a lower detection limit of 0.01 pg/mL. The aptasensors exhibited low detection limits, a wide measurement range, and high sensitivity to HER2. The detection of HER2 in human serum samples shows good accuracy with high recovery rates of the developed aptasensors. The aptasensors demonstrated high stability, reproducibility, selectivity, recovery, and suitability for real serum analyses, indicating excellent overall performance. Label-free aptasensors for HER2 determination are notable for their low cost, practicality, high sensitivity, selectivity, and environmental friendliness, offering advantages over other methods reported in the literature. Furthermore, the repeated positive outcomes achieved through the utilisation of label-free aptasensors modified with carbon-based materials in human blood serum indicate that these sensors have the potential to be a valuable tool in future research.