Nükleik asit analizleri için elektrokimyasal sensör teknolojilerinin geliştirilmesi
Development of electrochemical sensor technologies for the analysis of nucleic acids
Yazar: GÜLŞAH ÇONGUR
Danışman: PROF. DR. KADRİYE ARZUM ERDEM GÜRSAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Elektrokimyasal ölçümler = Electrochemical measurements ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Nanoteknolojiye dayalı bilimsel çalışmaların son elli yılda artış göstermesiyle birlikte, nanomalzemeler kullanılarak daha duyarlı ve seçimli biyosensör platformlarının tasarımlanmasına yeni bir bakış açısı getirilmiştir.Çalışmamızın ilk bölümünde, antikanser ilaç topotekan (TPT) ile çift sarmal DNA etkileşimi tek kullanımlık kalem grafit elektrot (PGE) kullanılarak optimize edilen deneysel koşullarda voltametrik yöntemle incelenmiştir. Ayrıca, karboksil gruplarıyla zenginleştirilmiş tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) modifiye edilmiş PGE hazırlandıktan sonra, geliştirilen nanomalzemelere dayalı sensörlerle ilaç tayini ve TPT-DNA etkileşimi tayini, diferansiyel puls voltametrisi (DPV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri kullanılarak incelenmiştir.Çalışmamızın ikinci bölümünde, farklı çap ve uzunluklardaki altın nanoçubukların (AuNR) PGE'nin yüzeyine modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan sensörlerin mikroskobik yüzey karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. AuNR'ların PGE yüzeyine modifikasyonu öncesi ve sonrasında, ayrıca hepatit B virüsünü (HBV) temsil eden kısa DNA dizisi (HBV prob) AuNR yüzeyine immobilizasyonu sonrasında, sensörlerin elektrokimyasal davranışı dönüşümlü voltametri (CV) tekniği ile incelenmiştir. Dizi seçimli DNA hibridizasyonunun AuNR-PGE yüzeylerinde tayini, optimize edilen deneysel koşullarda, EIS ve CV teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, HBV prob modifiye AuNR-PGE'nin DNA hibridizasyonuna yönelik seçimlilik çalışmaları, rastgele (NC) dizi kullanılarak araştırılmıştır.Çalışmalarımızda, farklı özellikteki nanomalzemelere dayalı geliştirilen tek kullanımlık grafit sensörler ile elektrokimyasal teknikler kullanılarak, daha hızlı, seçimli ve duyarlı bir şekilde tekrarlanabilir sonuçlar elde ederek nükleik asitlere yönelik analizler yapılabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, nanomalzemelere dayalı tasarımlanan grafit elektrotların oldukça ucuz olması ve tek kullanımlık olmaları, gelecekte minyatürize edilerek nükleik asit analizlerine yönelik çip teknolojilerinde uygulanabilirlik potansiyelini arttırmaktadır.

Abstract:
While there has been an increase attention to the scientific studies based nanotechnology for last fifty years, a new perspective has been introduced on the design of more sensitive and selective biosensor platforms using nanomaterials applications.In the first part of our study, anticancer drug topotecan (TPT) and double stranded DNA interaction was investigated voltammetrically by using PGE at optimized experimental conditions. After the development of carboxylated single walled carbon nanotubes (SWCNT) modified pencil graphite electrode (PGE), the detection of drug, and the detection of TPT-DNA interaction were also monitored by using these nanomaterial based sensors developed in our study via differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques.In the second part of our study, the gold nanorods (AuNRs) in different lengths and diameters were used to modify onto the PGE surface. The microscopic characterization of these sensors was done by using scanning electron microscopy (SEM). The electrochemical behaviours of PGEs before and after their modification with AuNRs, and also after the immobilization of Hepatitis B virus (HBV) related short DNA oligonucleotide (HBV probe) onto the surfaces of AuNR-PGEs were investigated by using cyclic voltammetry (CV). At optimized experimental conditions, the detection of sequence selective DNA hybridization was performed at AuNR-PGE surface using EIS and CV techniques. The selectivity studies of HBV prob modified AuNR-PGE towards to DNA hibridization was examined using noncomplementary (NC) sequences.It has been shown in our studies that the analysis for nucleic acids could be performed by using electrochemical techniques and single-use graphite sensors based on nanomaterials in different spesifications while recording more rapid, selective, sensitive and reproducible results. As the graphite electrodes developed using nanomaterials are single-use and quite cost-effective, there is an increasing possibility for their use at chip technologies for monitoring of nucleic acids after their minutarization in future.