İletken nanoliflerin çeşitli yöntemlerle üretilmesi ve amperometrik biyosensörlerin geliştirilmesi

Abstract

Biyosensörler biyolojik bir yanıtı sinyale çeviren analitik cihazlar olup, glukoz ve fenolik maddeler gibi insan sağlığına etkileri olan maddelerin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyosensörler genellikle, polimer film halindeki matrislere biyoreseptörlerin hapsedilmesiyle hazırlanmaktadır ve biyoreseptör ile analit arasındaki etkileşimin artması biyosensör performansını da arttırmaktadır. Son yıllarda, geniş yüzey alanlarından kaynaklanan üstün fiziksel ve elektrokimyasal özellikleri nedeniyle iletken nanoliflerin geliştirilmesi ve bunların sensör uygulamalarında kullanılmaları dikkat çekmektedir. İletken polimerler arasında yüksek iletkenlikleri, kararlılıkları, kolay elde edilebilmeleri ve ince film oluşturabilme yetenekleri sebebi ile poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT)'un ve polipirol (PPy)'un biyosensör uygulamalarında kullanımı oldukça yaygındır. Bu tezde PEDOT ve PPy nanoliflerinin elde edilmesi, glukoz ve polifenol biyosensörlerin hazırlanması amaçlanmıştır. Bu noktada nanoliflerin yüksek gözenekli yapıları sebebi ile büyük immobilizasyon alanları sağlayarak biyoreseptörlerle analit arasındaki etkileşimi arttırması ve bu sayede iletken nanolif tabanlı biyosensörlerin yüksek duyarlılık, düşük tespit sınırı ve kısa tepki süresine sahip olmaları hedeflenmiştir. PEDOT ve PPy nanolif tabanlı biyosensörlerin üretimi için düşük maliyetli ve basit yöntemler tercih edilmiştir. Elektrospin yöntemi ile hazırlanan poliakrilonitril ve poliakrilonitril/çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) nanolif matları üzerinde EDOT ve pirolün kimyasal buhar polimerizasyonu ile iletken nanolifler üretilmiştir. Nanolifler SEM, FTIR, döngüsel voltametri yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Amperometrik glukoz ve polifenol biyosensörleri, glukoz oksidaz (GOx) ve polifenol oksidazın (PPO) glutaraldehit yardımıyla nanolifler üzerine hapsedilmesiyle hazırlanmış ve biyosensörlerin analitik perfomansları değerlendirilmiştir. Bu çalışmalarda enzim miktarı, MWCNT etkisi, takip edilen bileşen değiştirilmesi gibi çeşitli faktörlerin biyosensörlerin analitik performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Hazırlanan her bir biyosensör için duyarlılık, lineer aralık, tespit sınırı, Km ve Imax değerleri belirlenmiş ve tüm biyosensörlerin kararlılıkları araştırılmıştır. Ayrıca, bazı biyosensörler için raf ömrü ve gerçek numune analizleri de gerçekleştirilmiştir. Gerçek numune analizleri yapılırken meyve suyunda glukoz tayini için glukoz biyosensörleri, musluk suyunda ve endüstriyel suda katekol tayini için polifenol biyosensörleri kullanılmıştır. Enzimatik reaksiyon sonucu oluşan H2O2'in yükseltgenmesinin takip edildiği çalışmalarda; PEDOT-MWCNT-NFs/GOx-2 ve Pt/PPy-MWCNT-NFs/GOx-1 yüksek duyarlılık (92.24 ve 81.74 µA/mM.cm2 ), düşük LOD (7.7 ve 2.4 µM ) ve düşük Km (2.21 mM ve 1.13 mM) gösterdikleri için PEDOT ve PPy nanolif tabanlı glukoz biyosensörleri içindeki en iyi performansa sahip biyosensörler olarak seçilmiştir. Polifenol biyosensörlerine ait çalışmalar incelendiğinde ise Pt/PEDOT-MWCNT-NFs/PPO-2 ve Pt/PPy-MWCNT-NFs/PPO-2 yüksek duyarlılık (7042.2 ve 10015 µA/mM.cm2 ), düşük LOD (0.114 ve 0.404 µM ) ve düşük Km (0.007 mM ve 0.013 mM) gösterdikleri için PEDOT ve PPy nanolif tabanlı polifenol biyosensörleri içindeki en iyi performansa sahip biyosensörler olarak seçilmiştir. Tez kapsamında hazırlanan tüm nanolif tabanlı biyosensörler incelendiğinde, sensör performanslarının literatürdeki birçok çalışmadan daha iyi olduğu belirlenmiştir.