Grafen oksit modifiye elektrotların geliştirilmesi ve voltametrik miRNA tayinine yönelik uygulamaları
The development of graphene oxide modified electrodes and its application to voltametric detection of miRNA
Yazar: DENİZ IŞIN
Danışman: PROF. DR. KADRİYE ARZUM ERDEM GÜRSAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
mikroRNA'lar (miRNA), 19-25 nükleotit uzunluğundaki RNA dizileridir. miRNA'ların ekpresyonlarındaki değişimler, insan sağlığını tehtid eden kanser, Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklar ve diyabet gibi metabolik hastalıklarla ilişkilendirilmektedir. Bu nedenle miRNA'ların kısa sürede, duyarlı ve seçimli bir şekilde analizini yapabilen, aynı zamanda kullanımı pratik, hazırlanışı kolay, minyatürize edilebilmeye uygun biyosensör platformlarının geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. 
Grafen, sp2 hibritleşmesine sahip karbon atomlarının bal peteği örgüsü oluşturmasıyla meydana gelen iki boyutlu düzlemsel yapıdaki nanomalzemedir. Yakın bir geçmişte keşfedilen grafen; kusursuz fiziksel, kimyasal, elektriksel, termal ve optik özelliklere sahiptir. Grafen oksit (GO), kimyasal gruplarca aktif grafenin büyük kapasiteyle ve en ucuz şekilde üretilebildiği formudur. Geniş yüzey alanı sunduğundan modifiye edildiği yüzeyin immobilizasyon ve adsorpsiyon kapasitesini arttırır. 
Çalışmamızda geliştirdiğimiz GO modifiye tek kullanımlık voltametrik temelli biyosensörler ile seçimli ve duyarlı bir şekilde elektrokimyasal miRNA analizleri yapılmıştır. Bu kapsamda kullan-at tipi elektrot olan kalem ucu grafit (PGE) yüzeyler GO ile modifiye edildikten sonra, analiz platformu olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada hedef miRNA dizisi olarak seçtiğimiz Alzheimer ile ilişkilendirilen miRNA-34a'ya spesifik DNA probu ve hedef miRNA-34a dizisi arasında gerçekleştirilen DNA-miRNA hibridizasyonu, voltametrik yöntemle tayin edilmiştir. GO modifiye PGE yüzeyi taramalı elektron mikroskobisi (SEM), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve dönüşümlü voltametri (CV) teknikleri ile karakterize edilmiştir. miRNA tayinine yönelik geliştirilen GO modifiye biyosensör tasarımında, GO konsantrasyonu, DNA prob konsantrasyonu, hedef miRNA konsantrasyonundaki değişimin yanıta etkisi incelenmiş, deneysel koşullar optimize edilmiş ve optimum koşullarda miRNA-34a'ya spesifik biyosensörün seçimliliği test edilmiştir. 
Geliştirdiğimiz elektrokimyasal biyosensörler, PGE'lerin kullanımının kolay olması, GO ile PGE yüzeyinin modifikasyonunun kısa zamanda ve ekstra kimyasal madde kullanımını gerektirmeden yapılabilmesi açısından önemli avantajlara sahiptir. Çalışmamızda herhangi bir elektrokimyasal indikatöre gerek kalmaksızın hedef miRNA'nın seçimli ve duyarlı bir şekilde voltametrik yönteme dayalı analizini mümkün kılan GO modifiye elektrokimyasal biyosensör geliştirilmiştir.

Abstract:
microRNAs (miRNA) are small RNA molecules, that contains 19-25 nucleotides. The abnormal expression of miRNA causes different type of cancer and neurodegenerative diseases such as Alzheimer, and metabolic diseases as diabetes. Therefore, the studies have been performed in order to investigate practical, easy-to-prepare, miniaturize biosensor platforms which can detect miRNAs rapidly, sensitively and selectively.
Graphene is a crystalline allotrope of carbon with 2-dimensional properties. Graphene was discovered in the recent past and it has perfect physical, chemical, electrical, thermal and optic properties. Graphene oxide (GO) is a form of chemically active graphene that can be produced cost effectively. Due to its large surface area, GO also increases the immobilization and adsorption capasity of the surfaces.
GO modified disposable electrodes were used in our study for sensitive and selective voltametric detection of miRNAs. Disposable pencil graphite electrode (PGE) surfaces were modified by GO and used as a platform for analyzing of miRNA. The detection of specific recognition of miRNA-34a, which has been related to Alzheimer disease, was performed according to DNA-RNA hybridization by using GO-PGEs. The characterization of the GO-PGEs was investigated by using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV), and scanning electron microscopy (SEM) techniques. The effect of the changes at GO concentration, DNA probe concentration, miRNA-34a concentration upon to biosensor response on detection of hybridization between miRNA-34a target and its complementary DNA probe was explored and optimized, and then, the selectivity of miRNA-34a biosensor was tested under the optimum conditions.
GO-PGEs were developed in our study that presented important advantages such as, being cost-effective, easy to use without requiring any extra chemicals, and surface modification in a short time. In this study selective and sensitive GO modified electrochemical biosensor was developed for miRNA analysis by using voltametric techniques without using any electrochemical indicator.