Elektrokimyasal empedans spektroskopisi kullanarak biyosensör geliştirilmesinin incelenmesi

Abstract

Gıda güvenliği ve kalitesi, hızla değişen yemek alışkanlıkları nedeniyle giderek daha önemli hale gelmektedir. Gıda ürünleri içerisinde bulunabilen patojenler, toksinler ve farklı şekillerdeki kirleticiler insanlarda gıda kaynaklı hastalıklara neden olmakta ve ciddi tehditler oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında hayatımızda önemli bir yere sahip deniz ürünlerinde bulunan, insan sağlığı için son derece zararlı olan toksinlerinden olan domoik asit tespiti yapabilen bir elektrokimyasal bazlı biyosensör geliştirilmiştir. Bu çalışmada öncelikle ekran baskılı altın elektrot (SPGE) ve ekran baskılı karbon elektrotların (SPCE) elektrokimyasal karakterizasyonları elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) kullanılarak yapılmış, daha sonra immobilizasyonu, rejenerasyonu ve seçiciliği incelenmiştir. SPGE kullanarak PBS ve hücre kültür medyası içeren ortamda domoik asit tespit çalışmaları yapılmış ve tayin limitleri (LOD) sırasıyla 2,9 ng/ml ve 4,28 ng/ml olarak bulunmuştur. SPCE'ler kullanarak yaptığımız çalışmalarda ise SPCE yüzeyine altın nanopartikül (AuNP) modifikasyonu yapılmamış ve yapılmış SPCE'ler ile domoik asit tayini yapabilen biyosensörler de geliştirilmiştir. AuNP modifikasyonu yapılmamış ve yapılmış SPCE'ler için domoik asit LOD sırasıyla 9,74 ng/ml ve 3,52 ng/ml olarak tespit edilmiştir. Ayrıca Türkiye'de endüstrinin yoğun olduğu Marmara denizinden temin edilen hamsi, sardalya, midye ve Karadeniz'den yakalanan hamsi balığındaki domoik asit miktarı geliştirdiğimiz biyosensörler ile tespit edilmiş ve sonuçları ayrıntılı incelenmiştir. Bu doğrultuda bu tezde aynı zamanda SPE'lerin mikro yüzeysel ve yapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi ile araştırılmıştır. Sonuç olarak, yüksek hassasiyete sahip elektrokimyasal biyosensör başarıyla geliştirilmiş, detaylı elektrokimyasal ve toksin tayin analizleri EIS kullanılarak elde edilmiş ve sonuçlar detaylı olarak incelenmiştir.

Food safety and quality have recently become more and more important due to rapidly changing eating habits. Pathogens, toxins, and various types of pollutants that might be found in food products can cause foodborne illnesses and pose serious threats to humans. In this thesis, an electrochemical-based biosensor has been developed to detect domoic acid, one of the toxins found in seafood, which is extremely harmful to the human health. In this study, electrochemical characterizations of screen-printed gold electrode (SPGE) and screen-printed carbon electrode (SPCE) biosensors were performed using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and then immobilization, regeneration and selectivity were investigated. Using the SPGE, domoic acid was detected in PBS solution and in cell culture medium, respectively with the limit of detection (LOD) values of 2.9 ng/ml and 4.28 ng/ml, respectively. Additionally, a gold nanoparticles (AuNPs) modification was carried out on the SPCE surface, afterwards a biosensor that can detect domoic acid was developed via unmodified and AuNPs modified SPCEs. LOD of domoic acid with unmodified and modified by AuNPs of SPCE surfaces were determined as 9.74 ng/mL and 3.52 ng/mL, respectively. In addition, the amount of domoic acid in anchovies, sardines, mussels in the Sea of Marmara of Turkey's heavy industrial areas and anchovy in the Black Sea were investigated and the results were examined in detail. Accordingly, in this thesis, microsurface and structural properties of SPEs were also investigated by using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy techniques. As a result, a highly sensitive and selective electrochemical biosensor was successfully developed, and detailed electrochemical analysis and toxin detection were performed using EIS method.