Piezoelektrik kuartz kristal mikrobalans sistemine dayalı glikonik asit biyosensörünün geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışma, glikoz oksidaz (GOx) tarafından glikozun oksidasyon ürünü olan glikonik asidin belirlenmesi amacıyla geliştirilen bir piezoelektrik (PZ) glikoz biyosensörünü tanımlamaktadır. GOx, inkübasyon sonrası katalitik reaksiyon çözeltisi içerisinden kolay ayrılabileceği, kitosan küreler içerisine immobilize edildi ve oluşan glikonik asit, enzim moleküllerinin girişim etkisi olmadan belirlendi. PZ kuartz kristaller, fulleren C60/PVC membran ile kaplandı; fulleren C60'ın, güçlü nükleofilik özelliği sayesinde elektronca zengin glikonik asit molekülleri ile etkileşime girmesi beklendi. Bu etkileşim kaplanan PZ kristalin titreşim frekansındaki değişim ile izlendi. C60-kaplı PZ kuartz kristal sensörünün, frekans cevabı üzerine; kaplama kalınlığı, glikoz konsantrasyonu, girişim etkisi, pH ve sıcaklığın etkileri incelendi. Sonuç olarak, sensör üzerine glikonik asidin adsorpsiyonundan dolayı titreşim frekansı azaldı. Frekans cevabındaki doğrusallık, 2-13 µg C60 arasında ölçüldü; deneyler boyunca 5 µg C60/kristal kaplama miktarı kullanıldı. Atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri, sensör kaplamalarının tamamen aynı şekil ve boyutlardaki C60 kümelerinden oluştuğunu gösterdi. 37°C sıcaklık ve pH 7.4'ün, glikonik asidin, PZ sensör ile analizi için uygun olduğu bulundu. Frekans değişimi ve glikoz konsantrasyonu arasındaki ilişkinin, ölçülebilir insan kan glikoz seviyesini de kapsayan 50-300 mg/dL glikoz aralığında, (1.5x10-3-6.0x10-3 M) doğrusal olduğu bulundu. PZ sensör ayrıca üre, askorbik asit, sistein, aseton, etanol ve amonyak gibi bazı maddeler varlığında glikonik aside, oldukça iyi seçicilik gösterdi

This work describes a piezoelectric (PZ) glucose biosensor which is developed for the detection of gluconic acid, an oxidation product of glucose by glucose oxidase (GOx) in aqueous solutions. GOx was immobilized within chitosan spheres to permit its easy removal from the catalytic reaction solution after incubation, and monitoring of the formed gluconic acid, devoid of the interfering effects of the enzyme molecules with the sensor. PZ quartz crystals were coated with fullerene C60/PVC membrane; fullerene C60 was expected to interact with the electron-withdrawing gluconic acid molecules through a strong nucleophilic attack. The interaction was followed by the change in the oscillating frequency of the coated PZ crystals. The effects of coating load, glucose concentration, interfering species, pH, and temperature on the frequency response of the C60-coated PZ quartz crystal sensor were investigated. As the result, the oscillating frequency decreased owing to the adsorption of gluconic acid on the sensor. While a good linearity in frequency response was measured between 2-13 µg C60, a coating load of 5 µg C60/crystal was used during the experiments. Atomic force microscopy demonstrated that the sensor coatings were composed of spherical C60 aggregates with quite uniform shape and size. A pH of 7.4 and a temperature of 37°C were found to be optimal for the analysis of gluconic acid with the PZ sensor, in correlation with the physiological conditions. Importantly, the relationship between glucose concentration and frequency shift was found to be quite linear between 1.5x10-3-6.0x10-3 M range, corresponding to ca. 50-300 mg/dL of glucose, which is within measurable human blood glucose values. The PZ sensor also exhibited comparatively good selectivity for gluconic acid with respect to some other species, e.g. urea, ascorbic acid, cysteine, acetone, ethanol and ammonia.