Biyosensör uygulamalarına yönelik olarak kuvars kristal mikroterazi yüzeylerin elektro-eğirme yöntemi ile modifikasyonu

Abstract

Bu çalışmanın amacı; elektro-eğirme yöntemiyle biyosensör uygulamalarınayönelik olarak kuvars kristal mikroterazi (QCM) yüzeylerin modifikasyonudur.Literatürde daha önceden yapılmış olan biyosensör çalışmalarında QCM kristalleriyüzeylerine plazma polimerizasyon yöntemiyle yapılmış olan kaplamanın,biyosensör uygulaması sırasındaki kararlılığı beklenilen düzeyde etkinlikgöstermemiştir. Bu nedenle tez kapsamında, literatürde piezoelektrik çeviriciyüzeyinin modifikasyonunda, sensörlerin hassasiyetini arttıran yeni ve alternatif biryöntem olarak bildirilen elektro-eğirme (electrospinning) yöntemi kullanılmıştır.Elektro-eğirme yöntemi polimer esaslı nanoliflerin üretimi için kullanılmaktadır. Buyöntem, katı ve boşluklu içyapıya sahip, uzun boylarda, homojen çapta ve çeşitlikomposizyonlarda nanolif üretimi sağlamaktadır. Aynı zamanda QCM yüzeylerinielektro-eğirme yöntemiyle kaplamak yüzey alanı/hacim oranını da arttırmaktadır.Nanoliflerin çapları ne kadar küçük olursa biyoaktif yüzey o kadar artacakdolayısıyla yüzeyde daha hassas ölçüm yapma olanağı sağlayacaktır.Piezoelektrik prensibini kullanan kuvars kristal mikroterazi (QCM) sayesinde;biyosensörün tanıyıcı tabakasındaki amino grubu ve ortamda bulunan analitetkileşiminin meydana getirdiği kütle değişimleri çok hassas ölçülebilecektir. QCMsensörlerin diğer avantajları; kısa cevap süresi, düşük maliyeti, küçük boyutları vetaşınabilir olması olarak sıralanmaktadır.Ön çalışmalarda elektro-eğirme yöntemiyle daha ince ve düzenli nanolif eldeetmek için farklı polimer çözeltileri kullanılarak farklı işlem parametrelerindeçalışılmıştır. QCM yüzey üzerine ise polivinil alkol (PVA) nanolifleri kaplanmasıtercih edilmiştir. PVA yağda ve çözücüde çözünmez, kararlıdır ve oda sıcaklığındaelektro-eğirme yöntemi için uygundur. Bu polimerle QCM kristallerin yüzeyindeoluşturulan nanolif yapıların modifikasyonu, plazma polimerizasyonu yöntemi ileamino grubu içeren etilendiamin (EDA) ve alilamin (AA) monomerleri kullanılarak iigerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında amino grubu oluşturmak için alilamin tercih edilmiştir.Plazma işlemi görmüş elektrospan nanolif modifiyeli yüzeylerde, model proteinolarak seçilen sığır serum albüminin (SSA) kovalent bağ yaparak tutunabileceğifonksiyonel grupların oluşturulması amacıyla kimyasal aktivasyon yapılmıştır. Sonolarak yüzeyler SSA immobilizasyonunda kullanılmış ve yüzey performansı test edilmiştir.Her basamakta yüzeylerde meydana gelen değişimler taramalı elektronmikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), fourier dönüşümlü kızılötesispektroskopisi-zayıflatılmış toplam yansıma (FTIR-ATR) ve temas açısı ölçümüyöntemleriyle tanımlanmıştır. Hazırlanan yüzeylerin ileriki biyosensörçalışmalarında antibadi tutuklama ve antijen tayininde kullanılması düşünülmektedir.

The aim of this study is the modification of quartz crystal microbalance (QCM)surfaces oriented towards biosensor applications by electro-spinning method.Stability of plasma polymerized films on QCM surfaces did not exhibit efficiency atan expected level during the biosensor studies which were previously carried outin the literature. Therefore, within the scope of this thesis, electrospinning methodwas used, that is notified in the literature as a new and an alternative method forincreasing the sensitivity of sensors in modification of piezoelectric transducer surfaces.Electrospinning method is used to produce polymer based nanofibers. Thismethod allows the production of nanofibers of solid and porous inner structure,long lengths, homogeneous diameter and varying compositions. Coating thesurfaces of QCM crystals via electro-spinning method increases surface area tovolume ratio as well. The less the diameters of nanofibers are, the more thebioactive surface is, which allows more sensitive measurement in the surface.Mass changes due to the interaction of amine group in the recognizer coating ofbiosensor and ambient analyte can be measured very sensitively with quartzcrystal microbalance (QCM) that use piezoelectric principle. Other advantages ofQCM sensors can be listed as short response time, low cost, small dimensions and portability.As a preliminary study, various polymer solutions were studied at different processparameters in order to obtain thinner and more coordinated nanofiber via electrospinningmethod. For the coating of QCM surfaces, polyvinyl alcohol (PVA)nanofiber was preferred. PVA does not dissolve in oil or solvent, is stable and it ispossible to be used with electro-spinning method at room temperature.Modification of nanofiber structures formed with this polymer over the surface ofQCM crystals was performed via plasma polymerization method by using ivethylenediamine (EDA) and allylamine (AA) monomers containing amine groups.Allylamine was preferred within the scope of this study in order to form amine groups.Plasma treated electrospun nanofiber modified surfaces were chemically activatedin order to create functional groups that model protein (bovine serum albumin)could be immobilized with covalent bindings. Finally, modified surfaces were usedin SSA immobilization and surface performance was tested.The changes in crystal surfaces were identified with scanning electron microscopy(SEM), atomic force microscopy (AFM), fourier transform infrared spectroscopyattenuatedtotal reflectance (FTIR-ATR) and contact angle measurements at eachstep. The prepared surfaces were planned to be used in further biosensor studiesfor antibody immobilization and antigen detection.