Balık dokularında biriken ağır metallerin tespiti için yeni nesil kullan-at sensör geliştirilmesi
Development of a new generation disposable sensor for the detection of heavy metals accumulated in fish tissues
Yazar: ERKAN YILDIRIM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AZİZ KOLKIRAN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Ağır metaller = Heavy metals ; Elektrokimyasal sensörler = Electrochemical sensors ; Grafen = Graphene ; Kalem grafit elektrot = Pencil graphite electrode

Özet:
Günümüzde, endüstri ve tarım sektöründe yapılan faaliyetler sonucu sulardaki ağır metal seviyeleri artmaktadır. Sucul organizmaları etkileyen ağır metaller kara ve suda yaşayan organizmaların vücutlarında toksik madde birikimine neden olmaktadır. Ayrıca, sulardaki müsilaj kitle içerisinde toksin ve ağır metal seviyesi yüksek olduğundan balıkların insanlar tarafından tüketimi oldukça tehlikelidir. Özellikle Hg+, Cd+, Cu+ ve Pb+ ağır metalleri, yüksek toksisite ve besin zincirindeki birikme eğilimlerinden dolayı insan sağlığını tehdit etmektedir. Balıklardaki toksik ağır metal birikimi güvenli seviyeleri aştığında ve bu balıklar tüketildiğinde insan sağlığı için önemli risk oluşturmaktadır. Bu ağır metaller, insan vücudunda kronik zehirlenme, Alzheimer hastalığı, kanser gibi ciddi sağlık sorunlarına yol açmaktadır. Balık tarafından vücuda solungaç, deri ve sindirim yoluyla alınan ağır metallerin tayini genel olarak Indüklenmiş Plazma Kütle Spektroskopisi (ICP-MS) ve Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi (AAS) ile yapılmaktadır. Fakat bu analitik yöntemler uzun analiz süresi, yüksek maliyet, komplike teknik içerme gibi dezavantajlara sahiptir. Bu tezde, bu dezavantajlardan yola çıkılarak balıklardaki ağır metallerin kısa sürede ve yüksek hassasiyetle belirlenmesi için bir elektrokimyasal biyosensör geliştirilmiştir. Bu çalışmada Dicentrarchus Labrax, Mullus Barbatus, LizaRamada, Pagellus erythrinus gibi deniz canlılarının yaş ayrıştırma yöntemi ile kas doku ve solungaçlarından alınan örnekler analiz edilmiştir. Bu sistem ağır metallerin elektrokimyasal olarak tayini için tek kullanımlık sensör ve ona bağlı analiz cihaz platformundan oluşmaktadır.Bu sensör sistemini klasik yöntemlerden ayıran en önemli özellik üç elektrotun da ana malzemesinin grafen oksit olmasıdır. Kalem grafit elektrotlar (PGE) elektrokimyasal yöntem kullanılarak grafen oksit ile modifiye edilmiştir. Elektrokimyasal grafen modifiye elektrotların ağır metallere karşı olan sensör duyarlılığı incelenmiştir. Yapılan çalışmada Pb+, Cu+, Hg+ ve Cd+ için tayin limiti sırasıyla 0,04 mg/L, 0,75 mg/L, 0,56 mg/L ve 0,03 mg/L'dir. Balıklarda bulunan ağır metallerin (Pb+, Cu+, Hg+ ve Cd+) eş zamanlı multiplex tayini tek kullanımlık çip platformunda grafen elektrotlar vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Nowadays, heavy metal levels of water increase as a result of the activities made in the industry and agricultural sector. Heavy metals which affect the aquatic organisms cause the accumulation of toxic substances in the bodies of land and water organisms. In addition, the consumption of fish by humans is quite dangerous, since the level of toxins and heavy metals in the mucilage mass in the waters is high. Especially Hg+, Cd+, Cu+, and Pb+ heavy metals threaten human health due to high toxicity and accumulation tendencies in the nutrient chain. When the toxic heavy metal accumulation in fish exceeds safe levels and these fish are consumed significant risk for human health. These heavy metals lead to serious health problems such as chronic poisoning, Alzheimer's disease, cancer in the human body. The determination of heavy metals taken by fish through gill, skin, and digestion is generally carried out by Induced Plasma Mass Spectroscopy (ICP-MS) and Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). However, these analytical methods have disadvantages such as a long-term analysis, high cost, the inclusion of complicated techniques. In this thesis, based on these disadvantages, an electrochemical biosensor has been developed in order to determine the heavy metals in fish in a short time and with high precision. In this study, the samples were obtained from the muscle tissue and gills of marine species with the method of wet decomposition such as Dicentrarchus Labrax, Mullus Barbatus, LizaRamada, Pagellus erythrinus were analyzed. This system consists of a disposable sensor and its connected analysis device platform for the electrochemical determination of heavy metals. The most important feature that differentiates this sensor system from the classical methods is that the main material of the three-electrode is graphene oxide. Pencil graphite electrodes (PGE) were modified with graphene oxide using the electrochemical method. The sensor sensitivity against heavy metals of electrochemical graphene-modified electrodes was investigated. In the study, the Limit of Detection (LOD) for Pb+, Cu+, Hg+ and Cd+ was 0.04 mg/L, 0.75 mg/L,0.56 mg/L and 0.03 mg/L respectively. The simultaneous multiplex determination of heavy metals (Pb+, Cu+, Hg+ and Cd+) in fish was performed by graphene electrodes on the disposable chip platform.