Glukoz konsantrasyonu ölçümü için bir elektrokimyasal biyosensör tasarımı ve modellenmesi
Design and modeling of an electrochemical biosensor for measurement of glucose concentration
Yazar: YONCA TOGAY
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN CANPOLAT
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Glükoz = Glucose ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Voltametri = Voltammetry

Özet:
Biyokimyasal olayların incelenmesinde ve oluşan değişimlerin algılanmasında biyosensörler yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bir biyosensör biyoaktif tabaka, sinyal iletici sistem, kaydedici olmak üzere üç temel bileşenden oluşmaktadır. Biyosensörler yüksek duyarlılıklı, hızlı, basit ve ucuz cihazlardır. Biyosensörlerin tasarımında enzimler, biyomateryaller, dokular kullanılabilmektedir. Enzimler protein yapısında olup tepkimeleri belirli koşullarda gerçekleştiren biyokatalizörlerdir ve tepkimenin hızlanmasına sebep olurlar. Bu çalışmada glukozun enzim bağımlı oksidasyon ve redüksiyon tepkimelerini incelemiştir. Bu amaçla bir mikro kanal yüzeyine bir elektrot yerleştirilmiştir. Elektrot üzerinde oluşan redoks tepkimeleri sonucu akım değişimleri çevrimsel voltametri ile izlenmiştir. Mikrokanala entegre biyosensörün tasarımı ve sonlu elemanlar analizi için Comsol Multiphysics v3.5a kullanılmıştır. Matematiksel modelleme öncelikli olarak mikrokanal boyunca sıvı akışı olmadan gerçekleştirilmiştir. Sonrasında mikrokanal girişine laminer akış koşulları altında bir sıvı girişi tanımlanarak analizler yapılmıştır. Bu çalışmada laminer akış varlığında çevrimsel voltametriden elde edilen maksimum akımın yükseldiği gözlemlenmiştir. Simülasyonlar, sıvı akış hız şiddetinin arttırılmasının biyosensörün etkinliğinin arttırdığını göstermiştir.

Abstract:
Biosensors are widely used in the analysis of biochemical events and the detection of changes. A biosensor consists of three basic components: a bioactive layer, a signal-transmitting system, and a recorder. Biosensors are high-sensitivity, fast, simple, and inexpensive devices. Enzymes, biomaterials, and tissues can be used in the design of biosensors. Enzymes are in protein structure and they are biocatalysts that perform reactions under certain conditions and cause the reaction to accelerate. In this study, the enzyme-dependent oxidation and reduction reactions of glucose were investigated. For this purpose, an electrode is placed on a microchannel surface. Current changes as a result of redox reactions on the electrode were monitored by cyclic voltammetry. Comsol Multiphysics v3.5a was used for the design and finite element analysis of the microchannel integrated biosensor. Mathematical modeling was first performed without fluid flow through the microchannel. Then, a liquid flow was defined to the microchannel inlet under laminar flow conditions and analyzes were made. In this study, it was observed that the maximum current obtained from cyclic voltammetry increased in the presence of laminar flow. Simulations have shown that increasing the magnitude of liquid flow velocity increases the efficiency of the biosensor.