İçeceklerde bulunan amaranth tayinine yönelik sensörlerin hazırlanması
Preparation of sensors for the amaranth detection in beverages
Yazar: FATMA ÖZGE ÖZGÜR
Danışman: DOÇ. DR. NİLAY BERELİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Çalışma kapsamında moleküler baskılama tekniği kullanılarak içeceklerde ve çeşitli gıda ürünlerinde kullanılan ve sağlığa zararlı olduğu bildirilen, bir azo gurubu gıda boyası olan Amaranth tayini için Amaranth baskılanmış yüzey plazmon rezonans (SPR) sensör hazırlanmıştır. Öncelikle fonksiyonel monomer olarak metakrilik asit (MAA) ve akrilamid (AM) kullanılarak Amaranth baskılanmış nanopartiküller (MIP), etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) ve hidroksi etil metakrilat (HEMA) polimerizasyonu ile hazırlanmıştır. Kontrol gurubu deneyleri için ise Amaranth kullanılmadan aynı kimyasallar ile Amaranth baskılanmamış nanopartikül (NIP) sentezi yapılmıştır. Hazırlanan nanopartiküller Zeta-boyut analizi, FTIR-ATR spektroskopisi ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. SPR altın çip yüzeyi nanopartiküllerin bağlanması için allil merkaptan ile modifiye edilmiş ve Amaranth baskılanmış nanopartiküller SPR çip yüzeyine immobilize edilmiştir. Sensör çip yüzeyi elipsometri, temas açısı ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon işlemleri ile uygun koşullar belirlendikten sonra Amaranth baskılanmış sensör ile pH 7.4 fosfat tamponu ile hazırlanmış Amaranth çözeltileri (0.1-150 mg/mL) analiz edilerek sensörün ölçüm hassasiyeti araştırılmıştır. Elde edilen sensorgramlar ile yapılan hesaplamalar sonucunda hazırlanan sensörün % 99 doğruluk ile ölçüm yaptığı, tespit sınırının (LOD) 0.0180 mg/mL, tayin sınırının (LOQ) ise 0.06 mg/mL olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Farklı derişimlerde Amaranth çözeltileri ile yapılan ölçüm ve değerlendirmeler, adsorpsiyon kinetiğini belirlemek için kullanılmış ve hazırlanan sensör için en uygun adsorpsiyon modelinin Langmuir modeli olduğu tespit edilmiştir. Sensörün seçicilik çalışmaları için aynı azo gurubu gıda boyaları olan Tartrazin ve Allura Red çözeltileri kullanılmıştır. İçeceklerden Amaranth tayini için hazırlanan sensörün gerçek örnek analizleri için piyasada satılan meyve suyu örneklerinden Amaranth tayini yapılmış, elde edilen sensorgramlar ile meyve sularında bulunan Amaranth miktarı belirlenmiştir. Validasyon çalışmaları için ise sıvı kromatografi-kütle spektrometresi (LC-MS) tekniği kullanılmıştır. Yapılan tüm analizlerin ardından son işlem olarak aynı gün art arda ve 1, 2, 4, 6. aylarda yapılan kinetik analizlerle sensörün tekrar kullanılabilirliği ve kullanım ömrü araştırılmıştır. Çalışmalar, hazırlanan Amaranth baskılanmış SPR sensörün içeceklerden Amaranth tayini için hassas, hızlı, eş zamanlı ölçüm yapabilen ve tekrar kullanılabilir, uygun maliyetli bir teknik olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Within the scope of the study, an Amaranth imprinted surface plasmon resonance (SPR) sensor was prepared for the determination of Amaranth, an azo group food dye used in beverages and various food products and reported to be harmful to health, using molecular imprinting technique.  First of all, Amaranth imprinted nanoparticles (MIP) were prepared by polymerization of ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) and hydroxy ethyl methacrylate (HEMA) using methacrylic acid (MAA) and acrylamide (AM) as functional monomers.  For the control group experiments, Amaranth non-imprinted nanoparticle (NIP) synthesis was made with the same chemicals without using Amaranth.  The prepared nanoparticles were characterized by Zeta-size analysis, FTIR-ATR spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM).  SPR gold chip surface was modified with allyl mercaptan to bind nanoparticles and Amaranth imprinted nanoparticles were immobilized on SPR chip surface.  The sensor chip surface was characterized by ellipsometry, contact angle and atomic force microscopy (AFM). After the characterization processes, Amaranth solutions with different concentrations (0.1-150 mg/mL) were prepared with pH 7.4 phosphate buffer with the Amaranth imprinted sensor were analyzed and the measurement sensitivity of the sensor was investigated. As a result of the calculations were made with the obtained sensorgrams, it was found that the prepared sensor measured with 99%  accuracy, the calculated limit of detection (LOD) was 0.0180 mg/mL, and the limit of quantification (LOQ) was 0.06 mg/mL. Measurements and evaluations were made with Amaranth solutions at different concentrations were used to determine the adsorption kinetics and it was determined that the most suitable adsorption model Langmuir model for the prepared sensor. For the selectivity studies of the sensor, Tartrazine and Allura Red solutions, which are the same azo group at food dyes which were used. Real sample analysis of the sensor prepared for the determination of Amaranth from beverages, Amaranth was determined from fruit juice samples which were sold in the market, and the amount of Amaranth in fruit juices was determined with the sensorgrams obtained. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) technique was used for validation studies. After all the analyzes, the reusability and stability of the sensor were investigated with kinetic analyzes performed on the same day consecutively and at 1, 2, 4, and 6 months as the last operation. As a result of the studies have shown that the prepared Amaranth-imprinted SPR sensor is a sensitive, fast, simultaneous and reusable, cost-effective technique for the determination of Amaranth from beverages.