Search

Biyosensörler ve yakıt hücreleri biyobelirteçlerin tayini başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Enzimatik biyosensörler ve enzimatik yakıt hücreleri enzimlerin fizyolojik şartlarda çalışabilmeleri, yüksek özgüllükleri ve küçük ölçekte tasarım imkânı sağlamaları nedeniyle öne çıkan sistemlerdir. Bu çalışmada, farklı biyokütle kaynakları kullanılarak karbonizasyon yöntemiyle iletken elektrot malzeme hazırlanmış ve elde edilen bu karbonize malzemenin biyoelektronik uygulamalardaki performansının incelenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak, hasır otu püskülü (TT) ve kedi söğüdünden (PW) karbonizasyon yöntemiyle iletken karbonize malzemeler elde edilmiştir (CTT ve CPW). Elde edilen karbonize malzemeler fiziksel, kimyasal ve elektrokimyasal yöntemlerle karakterize edilmiş, baskı devre karbon elektrotlar üzerine kaplanmış ve yüzeylerine glikoz oksidaz enzimi tutuklanmıştır. Daha sonra en uygun enzim tutuklama yöntemi belirlenmiş ve biyosensör çalışma potansiyeli, uygulanan enzim ve mediyatör miktarları optimize edilmiştir. Hazırlanan elektrotlar test edilerek, tekrar edilebilirlikleri, raf ömürleri, girişim etkileri, doğrusal çalışma aralıkları, tayin limitleri (LOD ve LOQ) belirlenmiş ve gerçek numune testleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu elektrotlar platin karası ile geliştirilen katot ile birleştirilerek yakıt hücresi testleri gerçekleştirilmiştir. CTT ve CPW modifiye elektrotların 5 mM glikoz derişimde tekrar edilebilirlik bağıl standart sapma değerleri sırasıyla % 6,67 ve %12,85 olarak elde edilmiş, 30 günün sonunda akım değişiminin sırasıyla %12,33 ve %19,56 olarak bulunmuştur. Biyosensör, muhtemel girişim yapması beklenen ürik asit, askorbik asit ve insülin varlığında test edildiğinde glikoz cevabına karşı bu maddelerin anlamlı bir girişim etkisi görülmemiştir. Sensörün doğrusal çalışma aralığı her iki malzeme için de 0 – 10 mM olarak belirlenmiş, CTT ve CPW için LOD değerleri ise sırasıyla, 0,45 mM ve 0,31 mM; LOQ değerleri ise sırasıyla 1,35 mM ve 0,93 mM olarak hesaplanmıştır. Biyosensörlerin glikoz tayini için uygulanabilirliği gerçek numune (çilek, vişne ve kayısı reçeli) testleri ile gösterilmiştir. Son olarak, CTT ve CPW ile hazırlanan yakıt hücrelerinden üretilen maksimum güç yoğunluğu değerleri ise sırasıyla 3,54 µW/cm2 ve 3,31 µW/cm2 olarak elde edilmiştir. Biosensors and fuel cells are used in many applications, especially in the determination of biomarkers. Enzymatic biosensors and enzymatic fuel cells, on the other hand, stand out due to the ability of enzymes to work under physiological conditions, their high specificity, and their miniature design possibilities. This study aims to produce conductive electrode materials using different biomass sources via carbonization and to examine the performance of this carbonized material in bioelectronic applications. First, conductive carbonized materials were obtained from typha tassel (TT) and pussy willow (PW) using the carbonization method (CTT and CPW). The carbonized materials obtained were characterized by physical, chemical, and electrochemical methods, coated on screen-printed carbon electrodes and the glucose oxidase enzyme was immobilized on modified surfaces. The most suitable enzyme immobilization method was determined and the biosensor working potential, applied enzyme, and mediator amounts were optimized. The reproducibility, shelf life, interference effects, linear operating ranges, and detection limits (LOD and LOQ) of the prepared electrodes were determined, and real sample tests were carried out. Then, these electrodes were combined with the cathode developed with platinum black, and fuel cell tests were carried out. The relative standard deviation values of the repeatability of CTT and CPW-modified electrodes at 5 mM glucose concentration were calculated as 6.67% and 12.85%, respectively, and the current change at the end of 30 days was found to be 12.33% and 19.56%, respectively. When the biosensor was tested in the presence of uric acid, ascorbic acid, and insulin, no significant interference effect was observed against the glucose response. The linear operating range of the sensor is determined as 0 – 10 mM for both materials, the LOD values for CTT and CPW are 0.45 mM and 0.31 mM, respectively, and the LOQ values are 1.35 mM and 0.93 mM, respectively. The applicability of biosensors for glucose determination has been demonstrated by real sample (strawberry, cherry, and apricot jam) tests. Finally, maximum power density values obtained from fuel cells prepared with CTT and CPW are 3.54 µW/cm2 and 3.31 µW/cm2 , respectively.

Chemical sensor systems is a multidisciplinary field that stands out as a good example of progress in science and technology. Chemical sensors are analytical devices in which the sensing layer, transmission system and signal reading systems are integrated. It has to have criteria such as high sensitivity and selectivity, low cost, easy to use, portability. Basic science and engineering are used to meet the criteria. One of the important structures that provide great advantages in sensor systems and the product of multidisciplinary studies is microfluidic systems. Microfluidic systems are the technology of producing channel structures ranging from 100 nm to 100 µm with different material types such as polydimethylsiloxane (PDMS), glass, and paper. Although each material has its own advantages and disadvantages, it is seen that the applications of μPAD chemical sensors in different fields such as wearable, clinical, food and environment are increasing day by day with the breakthrough studies carried out by the Whitesides Group with Paper-Based Microfluidic (µPAD) Sensors in 2007. In this review article, the history of paper-based microfluidic systems, patterning of paper and chemical sensor applications are presented., Kimyasal sensör sistemleri, bilim ve teknolojideki ilerlemenin güzel bir örneği olarak karşımıza çıkan multidisipliner bir alandır. Kimyasal sensörler, algılayıcı tabaka, iletim sistemi ve sinyal okuma sistemlerinin entegre halde bulunduğu analitik cihazlardır. Hassasiyeti ve seçiciliği yüksek, düşük maliyetli, kullanımı kolay, taşınabilirlik gibi kriterlere sahip olmak zorundadır. Kriterleri sağlayabilmek için temel bilim ve mühendislikten faydalanılmaktadır. Multidisipliner çalışmaların ürünü ve sensör sistemlerinde büyük avantaj sağlayan önemli yapılardan biri de mikro akışkan sistemlerdir. Mikro akışkan sistemler, polidimetilsiloksan (PDMS), cam, kâğıt gibi farklı malzeme türleriyle 100 nm-100 µm arasında değişebilen kanal yapıların üretilebilme teknolojisidir. Her malzemenin kendine has avantaj ve dezavantajı bulunmakla beraber Whitesides Grubu’nun 2007 yılında Kâğıt Tabanlı Mikro akışkan (µPAD) Sensörlerle yapmış olduğu çığır açıcı çalışmalarla, μPAD kimyasal sensörlerin giyilebilir, klinik, gıda ve çevre gibi farklı alanlarda uygulamalarının her geçen gün arttığı görülmektedir. Bu derleme makalede, kâğıt tabanlı mikro akışkan sistemlerin tarihçesi, kâğıdın desenlendirmesi ve kimyasal sensör uygulamaları aktarılmaktadır.

Bu tez çalışması “TÜBİTAK Bilim İnsanı Destek Programları Başkanlığı (BİDEB)” tarafından 2210-C Yurt İçi Öncelikli Alanlar Yüksek Lisans Burs Programı ile ve Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından 2021FEBE036 nolu proje ile desteklenmiştir. Kardiyovasküler hastalıklar, dünya çapında çoğu ülkede önde gelen ölüm nedenidir ve hastalığın en önemli klinik belirtilerinden biri Kalp Yetmezliğidir (KY). Halen KY'den şüphelenilen hastalara tıbbi öykü, fizik muayene, elektrokardiyogram (EKG) ve kan testleri de dâhil olmak üzere tanı ve değerlendirmesi yapılmaktadır. KY sırasında kalp tarafından salgılanan bir protein olan Beyin Natriüretik Peptid (BNP), kardiyak bir hormondur ve KY durumunda önemli bir biyo belirteçtir. Hâlihazırda kullanılmakta olan kan testleri ile tespit edilmektedir. Bununla birlikte, çoğu test, merkezi bir laboratuvar ortamında yapılmaktadır ve 90-120 dakikalık bir geri dönüş süresine sahiptir. Bu kısıtlamalardan ötürü KY‟nin değerlendirilmesinde hekimi yönlendirecek pratik bir belirtece ihtiyaç duyulmaktadır. KY sırasında kalp tarafından salgılanan bir protein olan, BNP proteininden oluşan ve BNP‟ye kıyasla daha uzun yarı ömre sahip olan NT-proBNP‟nin az miktarda kan örneği üzerinden hassas ve hızlı sonuç verebilen bir biyosensör tasarımı oluşturulması, KY hastaları adına hayati önem taşımaktadır. Grafen tabanlı alan Alan Etkili Transistör (GFET) temelli biyosensörler, potansiyel olarak düşük maliyet, yüksek hassasiyet ve özgüllük ile hızlı, etiketsiz, elektriksel olarak algılama yapabilmeleri nedeniyle belirtilen kriterleri karşılama potansiyelindedir. Bu tez çalışmasında Fotolitografi ve Electrone Beam Lithography (EBL) yöntemleri kullanılarak Alan Etkili Transistör (FET) yapılı biyosensör platformları tasarlanmıştır. Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) Yöntemi ve Eksfoliasyon Yöntemi ile elde edilen 2 boyutlu grafen nanomalzemesi, çeşitli kimyasal metotlar kullanılarak bu elektrot yapılarına transfer edilerek, GFET biyosensör platformları elde edilmiştir. Elde edilen biyosensör platformlarının yapısal ve elektriksel karakterizasyonları (kuru ve sıvı koşullarda, back ve top gate konfigürasyonlarında) yapılmıştır. Heart Failure (HF) is one of the most common clinical presentations of cardiovascular disease and is the leading cause of death in most cases. Medical history, physical examination, electrocardiogram, and blood tests are used to diagnose and evaluate patients who are suspected of having heart failure worldwide. Brain Natriuretic Peptide (BNP) is a cardiac hormone and an important biomarker in HF. It is a protein that is produced by the heart during heart failure. Currently, blood tests are utilized to detect it. These tests are conducted in a central laboratory setting and take 90-120 minutes to complete. On a limited amount of blood samples, HF patients must develop a sensitive and quick biosensor design for NT-proBNP. It is a protein released by the heart during HF, comprises BNP protein, and has a longer half-life than BNP. Due to their capacity to provide quick, label-free electrical sensing with possibly low cost, high sensitivity, and specificity, graphene-based field Field-Effect Transistor-based (GFET) biosensors have the potential to meet specified criteria. Photolithography and Electron Beam Lithography were used to construct biosensor platforms as a Field Effect Transistor structure. To make GFET biosensors, the 2-dimensional graphene nanomaterial was synthesized by Chemical Vapor Deposition and Exfoliation Methods and then transformed into these electrode structures. The designed biosensor platforms were evaluated structurally and electrically (in dry and liquid conditions, including back and top gate configurations).

Bir demir depolama proteini olan ferritin, insanda oldukça yaygın olarak görülen demir eksikliği anemisi hastalığında belirteç olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, ferritin insan vücudundaki demir dengesi ya da metabolizması için kritik bir öneme sahiptir. Her yaş grubunun savunmasız olduğu demir eksikliğinin uzun süre devamlılığı artan ölüm oranları ile ilişkili olmakla beraber çocuklarda gelişimi kalıcı olarak bozabilir. Bu nedenle demir eksikliğinin erken teşhisi ve sık sık kontrol edilmesi, demir eksikliği sonuçlarından kaçınmak için oldukça gereklidir. Biyomedikal uygulamalar için kullanılan alan etkili transistör (FET) biyosensörleri dönüştürücülerinde biyoreseptör modifikasyonu için kullanılmaktadır. Ayrıca nanomalzemelerin kullanılması ile FET biyosensörleri sağlam bir ilerleme kaydetmiştir. Bu çalışmada ferritin tayinine yönelik bir grafen alan etkili transistör biyosensör (GFET) platformu ve kapasitif EIS (elektrolit-yalıtkan-yarı iletken) FET biyosensör platformu geliştirilmiştir. FET’lerde iki boyutlu bir nanomalzeme olan grafenin kullanılmasıyla biyosensörün performansı üst düzeye çıkartılmıştır. Ayrıca biyosensör modifikasyon çalışmalarında nanopartiküllerin kullanılmasıyla yüksek hassasiyete ve seçiciliğe sahip bir biyoalgılama cihazı geliştirilmesi amaçlanmıştır. Tek tabakalı grafen kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle üretilmiştir ve yapısal karakterizasyonu Raman Spektroskopisi kullanılarak yapılmıştır. Grafen, fotolitografi yöntemi ile üretilen farklı drain-source kanal aralıklarına sahip katkılı Si/SiO2 alttaşlara başarılı bir şekilde transfer edilmiştir. GFET’in elektriksel karakterizasyonu transfer ve çıkış eğrileri elde edilerek yapılmıştır. Ayrıca, devrenin iletkenliğe cevabı farklı tip gate elektrodu uygulanarak oluşturmuştur. Ek olarak, kanal genişliğine bağlı olarak değişen sensör direnci analiz edilmiştir. Biyosensör yüzey modifikasyonu üzerine çalışılan Kapasitif EIS FET’in ise elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Yüzey modifikasyon çalışmalarının sinyale etkisi kapasitans-voltaj (C-V) ve sabit kapasitans (ConCap) eğrileri elde edilerek analiz edilmiştir. Ferritin, an iron storage protein, is used as a marker in iron deficiency anemia, which is very common in humans. Also, it is a crucial protein for iron balance or metabolism in the human body. Long-term persistence of iron deficiency, to which all age groups are vulnerable, is associated with increased death rates, but it can permanently impair development in children. Therefore, early diagnosis and frequent control of iron deficiency are essential to avoid the consequences. Field-effect transistor (FET) biosensors used for biomedical applications are utilized for bioreceptor modification in transducers. They also made solid progress with the use of nanomaterials. Here, a graphene field-effect transistor (GFET) biosensor platform and a capacitive EIS (electrolyte-insulator-semiconductor) field-effect transistor biosensor platform for ferritin determination were developed. With the use of Graphene, a two-dimensional nanomaterial in FETs, the performance of the biosensor is increased to a higher level. Also, The high sensitivity and selectivity are aimed to achieve by developing biosensor modification studies using nanoparticles. Monolayer graphene was produced by the chemical vapor deposition method, and its structural characterization was done using Raman Spectroscopy. Graphene has been successfully transferred to doped Si/SiO2 substrates with different drain-source channel spacings by using photolithography. The GFET system was characterized by obtaining the transfer and output curves. Also, the conduction response of the created circuit was examined by applying different types of gate electrodes. Additionally, the change in sensor resistance depending on the channel width was analyzed. The Capacitive EIS FET, which was studied on biosensor surface modification, was electrochemically characterized. The effects of surface modification on the signal were analyzed by obtaining capacitance-voltage (C-V) and constant capacitance (ConCap) curves.

Çalışmanın amacı, hidrojen peroksit içeren çalışma ortamında önemli bir kanserojen olarak değerlendirilen Bisfenol A'nın katalaz enzimi üzerindeki inhibisyon etkisini dikkate alarak, BPA’nın spesifik tayini amacıyla katalaz enzim temelli yeni bir biyosensör geliştirmektir. Bu amaç dahilinde hazırlanan karbon pasta elektrot yüzeyine ilk olarak 10 mM’lık sisteamin çözeltisi damlatıldı. Bu sayede elektrot yüzeyinde tiyol grupları oluşturuldu ve ardından damlatılan 5 nm altın nanopartiküllerin tiyol grupları üzerinden immobilizasyonu sağlandı. Modifiye elektrot üzerine 10 mM’lık 3-merkaptopropiyonik asit damlatıldı ve karboksil gruplarını aktive etmek için elektrot 50 mM’lık EDC-NHS (1:1) çözeltisine daldırıldı. Son aşamada 10 mg/ml’lik katalaz enzim çözeltisi damlatılarak biyosensör hazırlandı. Sis/AuNP/3-MPA/Kat enzim temelli biyosensörün pH, sıcaklık ve tampon sistemi optimizasyonu yapılarak çalışma koşulları; enzim miktarı ve AuNP boyutu optimizasyonu yapılarak da biyoaktif tabaka bileşenleri ile ilgili parametreler belirlenmiştir. Biyosensörün karakterizasyonuna yönelik çalışmalarda ise doğrusal tayin aralığı, tekrarlanabilirlik, susbstrat spesifikliği, kronoamperometrik ölçümler ve örnek uygulaması amacı ile damacana suda BPA tayini ile ilgili sonuçlar elde edilmiştir. Tasarlanan biyosensör ile diferansiyel puls voltametirisi (DPV) metodu kullanılarak -0,15 V & +0,95 V potansiyel aralıkta ve K4[Fe(CN)6] içeren ortamda ölçümler alınmıştır. H2O2 konsantrasyonu (500 μM) sabit tutulurken BPA konsantrasyonu arttırılarak ölçümler yapılmıştır. BPA’nın katalaz enzimi üzerindeki inhibisyon etkisi ile artan BPA konsantrasyonu ile orantılı akım değerleri elde edilmiştir ve standart grafiği çizilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar incelenerek en iyi çalışma ortamı koşullarının 25 ºC’de 50 mM, pH 7,0 potasyum fosfat tamponu olduğu belirlenmiştir. BPA'nın doğrusal tayin aralığı 0,25 - 2,5 μM olarak bulunmuştur. Tekrarlanabilirlik çalışmaları ile 0,75 μM BPA için yapılan (n=10) ölçüm ile ortalama değer (x-)= 0, 756 μM, standart sapma (S.S.)= ± 0,769 μM ve % varyasyon katsayısı (%V.K.)= % 1,31 olarak bulunmuştur. Biyosensörün cevap süresi 22 saniyedir. Diferansiyel puls voltammetrisi ile yapılan çalışmanın tayin limiti 0,16 μM ve amperometri çalışmasının tayin limiti 0,45 μM ‘dir. Son olarak 6 ay boyunca bekletilmiş damaca suda BPA tayini için hazırlanan enzim temelli elektrotla ölçümler yapılmıştır., The aim of the study is to develop a new catalase enzyme-based biosensor for the specific determination of Bisphenol A, which is considered an important carcinogen based on the inhibition effect of Bisphenol A on the catalase enzyme in a working environment containing hydrogen peroxide. For this purpose, 10 mM cysteamine solution was first dripped onto the prepared carbon paste electrode surface. In this way, thiol groups were formed on the electrode surface and then immobilization of the dripped 5 nm gold nanoparticles over the thiol groups was achieved. 3-mercaptopropionic acid of 10 mM was dripped onto the modified electrode and the electrode was immersed in a 50 mM EDC-NHS (1:1) solution to activate the carboxyl groups. At the final stage, a 10 mg/ml catalase enzyme solution was dripped and a biosensor was prepared. By optimizing the pH, temperature and buffer system of the Cys/AuNP/3-MPA/Cat enzyme-based biosensor, the operating conditions were determined; the amount of enzymes and the size of AuNP were optimized, and the parameters related to the bioactive layer components were determined. In the studies aimed at characterizing the biosensor, results were obtained regarding the determination of BPA in the water of the vessel for the purpose of linear range of determination, repeatability, substrate specificity, chronoamperometric measurements and sample application. Measurements were taken using the differential pulse voltammetry (DPV) method in the potential range of -0,15 V & +0,95 V and in the medium containing K4[Fe(CN)6] with the designed biosensor. While the H2O2 concentration (500 μM) was kept constant, measurements were made by increasing the BPA concentration. Due to the inhibition effect of BPA on the catalase enzyme, current values proportional to the increased BPA concentration were obtained and the standart graph was plotted. When the results obtained from experimental studies were examined, it was determined that the best working environment conditions were 50 mM at 25 ºC and pH 7,0 potassium phosphate buffer. The linear range of determination of BPA was found to be 0,25 – 2,5 μM. After the repeatability studies, the mean value (x)= 0,756 μM with the measurement (n=10) made for 0.75 μM BPA, the standard deviation (S.S.)= ± 0,769 μM and % coefficient of variation (% V.K.)= 1,31%. The response time of the biosensor is 22 seconds. The limit of detection of the study with differential pulse voltammetry is 0,16 μM and the limit of detection of the amperometry study is 0,45 μM. Finally, measurements were made with an enzyme-based electrode prepared for the determination of BPA in the water of the vessel, which was kept for 6 months.

Bu çalışmada 3 boyutlu baskı tekniği ile elektrokimyasal biyosensör uygulamalarında kullanılmak üzere üçlü elektrot sisteminin bir parçası olan çalışma elektrotları hazırlanmıştır. Tasarlanan elektrotlar önce 3 boyutlu katı modelleme programı ile çizilip daha sonra 3 boyutlu yazıcı ile karbon siyahı/polilaktik asit (CB/PLA) bazlı filament kullanılarak üretilmiştir. Tasarlanan bu elektrotların (3DcbE) ilk önce elektrokimyasal uygulamaları saptanmasının ardından elektrokimyasal biyosensörlere uygulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında ilk olarak, modellenen elektrotların dilimleyici bir program ile G-koda dönüştürülmesinin ardından kaynaşmış birikim modellemesi (FDM) yöntemi ile çalışan bir 3 boyutlu yazıcı ile üretilmişlerdir. Çalışma elektordu kapasitelerinin araştırılması amacıyla 1 mM [Fe(CN)6]-3/-4 varlığında döngüsel (CV) ve diferansiyel puls voltametrisi (DPV) teknikler ile elektrokimyasal ölçümler alınmıştır. Farklı kalınlıklardaki iletkenlik düzeyleri ve 3 boyutlu yazıcı baskı prosedürü sırasındaki üretim kolaylığı dikkate alınarak en uygun elektrot boyutu seçilmiştir. Boyutları belirlenen elektrotların iletkenlik düzeylerini iyileştirmek adına farklı yüzey aktivasyon işlemlerine (mekanik, kimyasal, elektrokimyasal) tabi tutulmuşlardır. En uygun (kimyasal/elektrokimyasal) yüzey hazırlama tekniği saptanmasının ardından bu elektrotların iletkenlik düzeyinin iyileştirilmesi çalışmalarına devam edilmiş böylece biyosensör uygulamaları için optimizasyon işlemler tamamlanmıştır. Tüm bunların ardından elektrokimyasal DNA biyosensörlerinde sensör yüzeyi olarak kullanıma başlanmıştır. Buna yönelik yapılan ilk çalışmalarda balık sperminden elde edilmiş çift sarmal DNA (dsDNA) kullanılmış ve bu molekülün işaretsiz (label- free) olarak biyoelektronik tayinine yönelik biyosensör geliştirilmesi çalışmalarına devam edilmiştir. Bu amaçla, 3DcbE ile dsDNA'nın çözelti içinde, adsorbe yüzeyde ve kovalent bağlı yüzeylerde DPV ile ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalarda Guanin bazının elektrokimyasal sinyali (1.0V) esas alınmış ve en uygun yüzey bağlama tekniği optimize edilmiştir. 3DcbE yüzeyler ile dsDNA'nın elektrokimyasal olarak görüntülenmesinin ardından sensör yüzeylerinde kısa oligonükleotit dizileri kullanılarak hibridizasyon işlemi gerçekleştirilmiş ve DPV ile görüntülenmiştir. Hazırlanan çalışma elektrotları kullanılarak alınan ölçümler elektrokimyasal çalışmalarda sıklıkla tercih edilen tek kullanımlık kalem grafit elektrotlar (PGE) ve Perde Baskılı Elektrotlar (SPE) ile elektrokimyasal yanıt, DNA bağlama kapasitesi, LOD, LOQ, maliyet gibi parametreler esas alınarak karşılaştırmalar yapılmıştır. 3 boyutlu baskı teknolojisinin yenilikçi yönü, farklı boyutlarda hazırlanabilmesi, düşük maliyet gibi özellikleri ile yeni nesil minyatürize edilebilir biyosensörlerin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır. Tez kapsamında tasarlanan 3DcbE elektrotlar ile hastalıkların teşhisinde son yıllarda ticari olarak geliştirilebilir, hasta başında analize uyumlu (Point of care –POC) tanı yöntem ve cihazlarının tasarımlarını mümkün kılacaktır., In this study, working electrodes, which are a part of the triple electrode system, were prepared to be used in electrochemical biosensor applications with 3D printing technique. The designed electrodes were first drawn with a 3D solid modeling program and then produced with a 3D printer using carbon black/polylactic acid (CB/PLA) based filament. After the electrochemical applications of these designed electrodes (3DcbE) were determined first, application studies were carried out on electrochemical biosensors. Within the scope of the study, firstly, after the modeled electrodes were converted to G-code with a slicer program, they were produced with a 3D printer working with the fused deposition modeling (FDM) method. In order to investigate the working electrode capacities, electrochemical measurements were taken with cyclic (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) techniques in the presence of 1 mM [Fe(CN)6]-3/-4. The most suitable electrode size was chosen considering the conductivity levels in different thicknesses and the ease of production during the 3D printer printing procedure. In order to improve the conductivity levels of the electrodes whose sizes were determined, they were subjected to different surface activation processes (mechanical, chemical, electrochemical). After the determination of the most suitable (chemical/electrochemical) surface preparation technique, studies to improve the conductivity level of these electrodes were continued, thus optimization processes for biosensor applications were completed. After all, it started to be used as a sensor surface in electrochemical DNA biosensors. In the first studies conducted for this purpose, double-stranded DNA (dsDNA) obtained from fish sperm was used and biosensor development studies for the label-free bioelectronic determination of this molecule were continued. For this purpose, measurements of 3DcbE and dsDNA in solution, on adsorbed surfaces and on covalently bonded surfaces with DPV were carried out. In these studies, the electrochemical signal (1.0V) of the guanine base was based and the most suitable surface bonding technique was optimized. After electrochemical imaging of dsDNA with 3DcbE surfaces, hybridization was performed using short oligonucleotide sequences on the sensor surfaces and visualized with DPV. Measurements taken using the prepared working electrodes were compared with disposable graphite pencil electrodes (PGE) and Screen Printed Electrodes (SPE), which are frequently preferred in electrochemical studies, on the basis of parameters such as electrochemical response, DNA binding capacity, LOD, LOQ, cost. The innovative aspect of 3D printing technology allows the development of new generation miniaturizable biosensors with its features such as being prepared in different sizes and low cost. With the 3DcbE electrodes designed within the scope of the thesis, it will enable the designs of diagnostic methods and devices that can be developed commercially in recent years and are compatible with point of care (POC) analysis in the diagnosis of diseases.

Biyosensörler, temel biyolojik süreçleri anlamamıza yardımcı olan değerli bilgileri kodlayan biyomoleküllerin ve biyo-işlevlerin dinamik değişikliklerini izlemek için tasarlanmış temel araçlardır. Günümüzde doku histolojisi, doku analizi ihtiyacını karşılayan en yaygın analitik tekniktir. Bu teknik, uç nokta analizi, yüksek maliyet ve uzun hazırlık süresi ile sınırlıdır. Uygulamalarda, gerçek zamanlı izlemedeki zorluklar ve nitel yorumlamada ortaya çıkan etik sorunlar nedeniyle kullanımı avantajlı değildir. Bu nedenle, boyuta bağlı olarak farklı fizikokimyasal özelliklere sahip nanometre ölçekli malzemeler, son zamanlarda biyolojik algılama (sensör) uygulamaları için umut verici adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Bu sensör yapıları, önemli fizyolojik parametrelerin gerçek zamanlı değişikliklerine benzersiz bir bakış açısı sağlar. Sensör bileşenlerinin iki veya daha fazla sinyal aktarım mekanizmasına dayalı olarak çalıştığı çok modlu (multi mod) nanosensörlerin yarattığı sinerji daha ayrıntılı olarak elde edilir. Yogi Berra'nın "Sadece izleyerek çok şey gözlemleyebilirsiniz" ifadesi, biyosensörlerde biyoalgılama işlevinde sadece küçük bir ayarlama ile yerine getirilir. Pek çok biyolojik süreç, basitçe yüksek uzay- zamansal algılayıcı tepkileri takip edilerek gözlemlenir. Makalemizde son yıllarda in vitro veya in vivo ölçümlere uygulanan nanobiyosensör cihazlarındaki önemli gelişmelere değinilmektedir. Biyolojik algılama uygulamaları için birden fazla mekanizma içeren nanobiyosensörlerin son gelişmelerine kısaca değinilecektir. Biosensors are key tools designed to monitor the dynamic changes of biomolecules and bio-functions that encode valuable information that helps us understand fundamental biological processes. Today, tissue histology is the most common analytical technique that meets the need for tissue analysis. This technique is limited by endpoint analysis, high cost, and long preparation time. In applications, its use is not advantageous due to difficulties in real-time monitoring and ethical problems arising in qualitative interpretation. Therefore, nanometer- scale materials with different physicochemical properties depending on size have recently emerged as promising candidates for biological sensing (sensor) applications. These sensor structures provide unparalleled insight into real-time changes of important physiological parameters. The synergy created by multi-mode (multi-mode) nanosensors, in which the sensor components operate based on two or more signal transmission mechanisms, is achieved in greater detail. Yogi Berra's statement, "You can observe a lot just by watching" is fulfilled with only a small adjustment to the biosensing function in biosensors. Many biological processes are observed simply by following high spatio-temporal sensor responses. In our article, important advances in nanobiosensor devices applied to in vitro or in vivo measurements in recent years are mentioned. Recent developments of nanobiosensors, which include multiple mechanisms for biological sensing applications, will be briefly discussed.

Biyosensörler esas itibarıyla, bir biyo algılama materyali ve bir transdüser içerir. Biyolojik ve kimyasal etken maddelerin tespitinde kullanılır. Enzimler, antikorlar, nükleik asit çalışmaları, hücreler, dokular ve organelleri içeren biyolojik algılama malzemeleri, elektrokimyasal, optik, piezoelektrik, termal ve manyetik cihazlar gibi hedef analitleri ve transdüserleri seçici olarak tespit edebilir ve nicel olarak görüntüleyebilir. Biyoçipler, biyolojik olarak kullanılabilen mikroişlemciler olarak tanımlanır. Bir biyoçip, ultraminyatürize test tüpleri seti olarak algılanabilir. Bu sistem pek çok testin aynı anda ve çok hızlı bir biçimde yapılabilmesine imkân sağlar. Biyoçip aynı zamanda, bir numuneden birçok farklı bölgeye bakabilme avantajı da sunar. Son yıllarda biyomedikal uygulamalarında biyosensör ve biyoçipler sıklıkla tercih edilmektedir. Çünkü biyosensörler ve biyoçipler hastalıkların erken tanısında ve yaşam kalitesinin yükseltilmesinde önemli bir yere sahiptir. Nanoteknoloji veya chip teknolojisi kullanılarak geliştirilen yeni nesil biyosensörler, sonuçların daha kolay izlenmesi ve değerlendirilmesini sağlamaktadır. İnsanlar atomları anlamaya, atomları yeniden düzenlemeye, birçok yapıyı atomik (mikro, nano vb. Ölçeklere) boyutlara indirgemeye çalışırken birçok icat ortaya çıkmıştır. Bunlardan biri şüphesiz MEMS teknolojisidir. Bu çalışmada, biyosensör ve biyoçip uygulamaları üzerine yapılan çalışmalar incelenmiştir. Yeni teknolojinin kullanım alanları araştırılmıştır. Biyosensör ve biyoçip alanında yapılan uygulamalar incelenmiştir., The biosensors essentially comprise a biosensing material and a transducer. It is used in the determination of biological and chemical active substances. Biosensing materials including enzymes, antibodies, nucleic acid studies, cells, tissues and organelles can selectively identify and quantitatively display target analytes and transducers such as electrochemical, optical, piezoelectric, thermal and magnetic devices. Biochip, at the same time offers the advantage looking at many different regions from one sample. In recent years biosensors and biochips have been frequently preferred in biomedical applications. Because biosensors and biochips have an important place in the early diagnosis of diseases and the promotion of quality of life. New generation biosensors, developed using nanotechnology or chip technology, provide easier monitoring and evaluation of results. Many inventions have arisen as people try to understand atoms, rearrange atoms, and reduce many structures to atomic (micro, nano, etc.) dimensions. One of them is undoubtedly MEMS technology. In this study, studies on biosensor and biochip applications are examined. The areas of use of the new technology have been researched. Biosensor and biochip applications have been examined.

Toksin maddeler, gıda güvenliğini tehdit eden ve canlı organizmaların ölümüne neden olabilen biyolojik tehlike unsurları arasındadır. Geleneksel yöntemlerin dışında, gıda toksinlerini analiz etmek için biyosensörler son yıllarda geniş kullanım alanı bulmuştur. Bu sensörlerin yapılarına enzimler, hücreler, dokular, antikorlar, DNA vb. biyolojik materyallerin eklenmesiyle isimlendirilmiştir. Bu çalışmada deniz ürünlerinde önemli bir toksin madde niteliğinde olan domoik asitin hızlı ve güvenilir olarak tespit edilmesi için tek kullanımlık perde baskılı elektrotlar (SPE) kullanılmıştır. SPE'ler, tek seferde çok sayıda üretilebilen, ön işlem ya da eğitimli kullanıcıya ihtiyaç duyulmayan, kullanımı kolay ve gerçek zamanlı algılama için uygun özellikteki ucuz malzemelerdir. Bu çalışmada, altın SPE'ler (SPGE) potasyum ferrisiyanür redoks probu ile inkübe edilmiş ve örneklerin elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) analizi karakterize edilerek değerlendirilmiştir. SPGE'lere biyofonksiyonel özellikler kazandırmak için, dört farklı derişimde domoik asit (DA) solüsyonu inkübe edilerek empedans ölçümleri alınmıştır. Empedans ölçümleri sonrasında elde edilen Nyquist grafikleri değerlendirilmiştir. Ayrıca SPGE'lerin yüzey özellikleri atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve SEM cihazına entegre enerji yayılımlı X ışını (EDX) analiziyle incelenmiş ve sonraki çalışmalarda yüzeyde oluşacak diğer ara katmanların EIS ölçümlerinde karşılaşılabilecek olası sorunlar tartışılmıştır. Sonuç olarak, elde edilen biyosensörlerin düşük hata paylarıyla çalışacağı ve toksin analizinin sonuçlarının gelecekteki çalışmalar için önemli olması beklenmektedir Toxins are among the biological hazard elements that threaten the safety of food and can cause the death of living organisms. Apart from traditional methods, biosensors to analyze food toxins have found wide use in recent years. These sensors include enzymes, cells, tissues, antibodies, DNA, etc. which are named by the addition of the biological agents. In this study, disposable screen-printed electrodes (SPE) were used to detect domoic acid, which is an important toxic substance in seafood, in a quick and reliable manner. SPEs are inexpensive materials that can be produced in large numbers at once, do not require pre-treatment or trained users, are easy to use and are suitable for real-time detection. In this study, gold based SPEs (SPGE) were incubated with potassium ferricyanide redox probe and electrochemical impedance spectroscopy analysis (EIS) of the samples were characterized and evaluated. Impedance measurements were taken by incubating domoic acid (DA) solutions at four different concentrations in order to gain biofunctional properties to SPGEs. Nyquist plots were obtained after impedance measurements, then the results were evaluated. In addition, the surface properties of SPGEs were examined by atomic force microscope (AFM), scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X ray (EDX) analysis which is integrated to the SEM device, and in subsequent studies, possible problems that may be encountered in EIS measurements of other intermediate layers that will form on the surface were discussed. Consequently, it is expected that our develop biosensor can be operated with low margins of error and the results of the toxin analysis will be important for the future studies in the field

Günümüzde maddelerin kötüye kullanımının her yıl büyük bir hızla artması sebebiyle, önemli toplumsal halk sağlığı sorunlardan biri olmaya devam etmektedir. Metamfetamin (METH) kannabislerden sonra en çok kullanımı olan ve merkezi sinir sistemini üzerinde çok çeşitli güçlü etkileri olan güçlü bir yasadışı maddedir. Her yıl artan kullanım sayılarına bağlı olarak, METH tespiti ve takibi büyük bir öneme sahiptir. METH analize yönelik mevcut veriler incelendiğinde, aptamer temelli çalışmaların oldukça kısıtlı olduğu görülmüştür. Bu tez çalışması kapsamında, çeşitli aptamer dizileri ile hızlı, pratik, kullanımı kolay ve yenilikçi aptasensör sistemelerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla SELEX metodu ile geliştirilen aptamer dizileri (Apta-1, Apta-2, Apta-3, Apta-4), uygun yüzey kimyası ile altın elektrot (GE) ve yüzey baskılı elektrot (SPGE) altın-tiyol affinitesinden faydalanılarak immobilize edilmiştir. Yüzey karakterizasyonu aşaması elektrokimyasal yöntemler ile analiz edilmiş ve başarılı bulunmuştur. Geliştirilen aptasensör sistemlerinin analitik parametreleri incelendiğinde en iyi sonuçların Apta-4 dizisi ile elde edildiği görülmüştür. Bu sonuçlara göre GE/Apta-4/METH test sisteminin çalışma aralığı 0,1-50 ng/mL bulunmuş ve aptasensör sistemi 100 ng/mL’de doygunluğa ulaşmıştır. GE/Apta-4/METH test sisteminin dedeksiyon limiti (LOD) ise 0,467 ng/mL olarak bulunmuştur. Tez çalışması sonucunda, hedef molekül olarak seçilen METH analizine yönelik yenilikçi, ucuz, kullanımı kolay ve hızlı aptasensör test sistemi elde edilmiştir., Nowadays, rapid growth of a drug abuse continues to be one of the major socio-economic health problem and rate of substance abuse is increasing every year. Methamphetamine (METH) is a potent illicit drug with the most use after cannabis and a broad range of potent effects on the central nervous system. Depends on the increasing rate of drugs abuse, testing of METH is significant. When the available data for METH analysis were examined, it was seen that aptamer-based studies were quite limited. Within the scope of this thesis, it is aimed to develop fast, practical, easy-to-use, and innovative aptasensor systems with various aptamer sequences. For this aim, different aptamer sequences (Apta-1, Apta-2, Apta-3, Apta-4) developed by the SELEX method were immobilized on gold electrode (GE) and screen-printed gold electrode (SPGE) with suitable surface chemistry using gold-thiol affinity. The surface characterization step was analyzed by electrochemical methods and was found to be successful. When the analytical parameters of the developed aptasensor systems were examined, it was seen that the best results were obtained with the Apta-4 sequence. According to these results, the linear range of the GE/Apta-4/METH aptasensor was found to be 0.1-50 ng/mL, and the aptasensor system reached saturation at 100 ng/mL. The detection limit (LOD) of the GE/Apta-4/METH aptasensor was found to be 0.467 ng/mL. As a result of the thesis study, an innovative, inexpensive, easy-to-use, and fast aptasensor test system for METH analysis selected as the target molecule was obtained.

Gazotransmitterler, ihtiyaca göre enzimatik olarak üretilebilen ve etkilerini reseptör-ligand etkileşimi yerine difüzyonla etki bölgesinde çeşitli yolakların regülasyonu ile gösteren gaz halindeki moleküllerdir. Nitrik oksit, hidrojen sülfat ve karbon monoksit sinyal molekülleri, şimdiye kadar gazotransmitter olarak sınıflandırılan moleküllerdir. Bir molekülün gazotransmitter olarak adlandırılabilmesi için enzimatik olarak üretilebilir, reseptör etkileşiminden bağımsız difüzyon yoluyla plazma membranından geçerek ikincil haberci molekül olsun ya da olmasın konsantrasyona bağlı etkisini gösterebilmelidir. Gazotransmiterler arasındaki karmaşık ilişki ve bunların kardiyovasküler sistem üzerindeki paradoksal etkileri yeni çalışma konuları oluşturmuştur. Bu gazotransmiterler arasındaki karmaşık etkileşim ve bu moleküllerin evrimsel olarak korunmuş enzimler tarafından düzenlenmesi, zamanın başlangıcından beri farklı biyolojik hastalıklar üzerinde düzenleyici etkiye sahip olduklarını düşündürmektedir. Son zamanlarda, kardiyovasküler hastalıklarda düzenleyici etkilerinden dolayı ilgi çekici ajanlar haline gelmişlerdir. Ayrıca, gazotransmitterlerin konsantrasyona bağlı etki göstermeleri tespit edilmelerine yönelik sistemler geliştirilmesinine yönelik çalışmaların başlamasına sebep olmuştur. Gerçekleştirilen çalışma temel olarak CO gazotransmitterine odaklanmakta olup; damar tonusu üzerindeki etkisini ve bu süreçte diğer gazotransmitterlerle olan etkileşimini incelemektedir. Ayrıca, CO gazotransmitter tespiti için yeni bir biyosensörler prensibi ortaya koymaktadır. Biyosensörün çalışma prensibi sıvı kristallerin optik özelliklerine ve bunlarda değişim meydana getiren enzim-substrat-inhibitör etkileşiminden oluşmaktadır. Çalışma kapsamında elde edilen eksojen CO kaynaklı vasodilatasyon ve maksimum kasılma sonuclarında endotele bağlı meydana gelen farklılıklar, NO gazotransmiteri ile etkileşimi açıkça ortaya koymaktadır. CO ve H2S gazotransmitterleri arasındaki etkileşim ise H2S öncüsü L-sistein, eksojen H2S donörü NaHS ve seçici olmayan H2S inhibitörü AOAA inkübasyonları varlığındakümülatif CORM-2 doz-yanıt deneyleri yapılarak araştırılmıştır. Bunun sonucunda endotelli ve endotelsiz dokularda farklı sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, H2S gazotransmiterinin bazal CO üretimi üzerine olan etkisinin araştırılması için hem oksijenaz inhibitörü CrMP ve CO öncülü Hemin inkübasyonu varlığında NaHS ve L-sistein kümülatif doz-yanıt deneyleri yapılmıştır. Bunun sonucunda hemin inkübasyonu yüzde gevşeme değerlerinde artışa sebep olurken CrMP inkübasyonu yüzde gevşeme yanıtlarını azaltmıştır. Sıvı kristal prensipli bir sisteme dayanan ve doğal olarak meydana gelen bir enzimatik reaksiyonu taklit ederek eksojen olarak üretilen CO molekülünü tespit için bir biyosensör geliştirme üzerine çalışmalar yapılmıştır. Sonuç olarak, basit bir LC sistemi ile CO tespitinin enzimatik reaksiyona dayanarak optik olarak gözlemlenebilir bir biyosensör prensibine dönüştürülmesi başarılmıştır. Doğada aerobik solunum sırasında bir ETS elementi olarak görev yapan Sitokrom C Oksidaz (COX) enziminin, substratı olan sitokrom C ile etkileşimi CO molekülü tarafından bloke edilerek inhibe edilebilir. CO molekülünün bu ezimatik reaksiyonu üzerine olan inhibisyon etkisi kullanılmıştır. Biyosensör bu temel üzerinden inhibisyona bağlı olarak CO tayini yapmaktadır., Gasotransmitters are gaseous molecules that can be produced enzymatically at need, can penetrate through the plasma membrane by diffusion instead of receptor-ligand interaction and show their effects in a concentration-dependent manner with or without secondary messenger molecule. NO, H2S and CO signaling molecules are the molecules so far classified as gasotransmitters. The complex relation between gasotransmitters and their paradoxical effect on the cardiovascular system has created a new research area. Since the complex interactions between gasotransmitters are regulated by evolutionarily preserved enzymes, gasotransmitters have had their regulatory impact on different biological diseases since the beginning of time. Furthermore, the concentration-dependent mechanism of action of gasotransmitters makes their concentration and presence detection a point of interest. This study has mainly focused on CO gazaotransmitter; its effect on vascular tonus and its interaction with other gasotransmitters during this process. Also, this study reveals a new approch to determination of CO molecule via biosensors. The differences in the results of exogenous CO-induced vasodilation and maximum contraction obtained within the scope of the study clearly demonstrate the interaction with the NO gasotransmitter. The interaction between CO and H2S gasotransmitters was investigated using the combination of H2S precursor L-Cysteine, exogenous H2S donor NaHS and nonselective H2S inhibitor AOAA incubations with cumulative CORM-2 dose-response experiments. These results reveal that endothelium integrity plays a tremendous role in CO-induced vasodilation. Moreover, to investigate the effect of H2S gasotransmitter on basal CO production, heme-oxygenase inhibitor CrMP and CO precursor Hemin incubation applications were performed with the combination of NaHS and L-Cysteine cumulative doseresponse experiments. As a consequence of this experiment, hemin incubation results increased vasodilation levels whereas CrMP incubation decreased these results. Moreover, studies have been carried out on the development of a biosensor for the detection of exogenously produced CO molecule by mimicking a naturally occurring enzymatic reaction based on a LC principle system. As a result, it has been achieved to detect CO with a simple LC system principle which is an optically observable biosensor based on enzyme-substrate-inhibitor relation. The interaction of the enzyme Cytochrome C Oxidase (COX), which functions as an ETS element during aerobic respiration in nature, with its substrate, cytochrome C, can be inhibited by blocking it by the CO molecule. The inhibition effect of the CO molecule on this ezimatic reaction was used. The biosensor determines CO based on inhibition on this basis. As a conclusion of this study, endothelial integrity plays a tremendously important role in CO gasotransmitter caused vasodilation. Furthermore, during this study, a novel method was developed to detect CO gasotransmitter based on an optical system that consists of LC and enzymesubstrate- inhibitor interaction.

Leishmaniasis, farklı türlerdeki Leishmania parazitlerinin vektör kum sineği aracılığı ile bulaştığı bir grup hastalıktır. Hastalık insanda parazitin yerleşim yerine göre klinik olarak başlıca kutanöz leishmaniasis, visseral leishmaniasis ve mukozal leishmaniasis olarak isimlendirilmektedir. Türkiye'de yılda 20-30 visseral leishmaniasis ve 2000 civarında kutanöz leishmaniasis hastası bildirilmektedir. Günümüzde kutanöz leishmaniasis tanısında birtakım sorunlarla karşılaşılmaktadır. Klasik tanı yöntemi olarak mikroskopi yönteminin hassasiyeti düşüktür ve deneyim gerektirmektedir. Kültür yöntemi ise hassasiyetinin düşük olması, yoğun emek gerektirmesi ve zaman alıcı olması nedeniyle çoğu merkezde rutin tanıda kullanılamamaktadır. Modern tanı yöntemi olarak moleküler tanı ile çok hassas ve hızlı tanı konabilmektedir ancak kontaminasyonun engellendiği özel laboratuvar, pahalı ekipman, optimizasyon ve deneyim gerektirdiği için rutin tanıda yaygın olarak kullanılamamaktadır. Antikorların saptandığı serolojik tanının ise hastalığın lokalize olarak deride yerleşmesi nedeniyle hassasiyeti düşük olup, antijen saptanan hızlı tanı testleri ise son yıllarda üretilmiş ve halen deneme aşamasındadır. Hızlı tanı testleri ülkemizde başarılı bulunsa bile ticari olarak alındığında pahalı yöntemler olup rutin tanıda kullanımı mümkün görünmemektedir. Bu nedenlerle özellikle çok pahalı ekipman gerektirmeyen, rutin tanı laboratuvarlarında kullanılabilecek hassas ve hızlı sonuç veren yeni tanı yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Leishmaniasis tanısında altın standart olarak kabul edilen kültür yönteminin sonuç verilme süresi bir aya kadar uzayabileceğinden, daha kısa sürede yüksek duyarlılıkla tanı olanağı sağlayan bir yöntemin bulunması leishmaniasis tanısında büyük kolaylık sağlayacaktır. Etkene özgü geliştirilen biyosensörler, bildiğimiz tanı yöntemlerine göre çoğu zaman spesifik ve duyarlı sonuçların pratik ve kısa sürede alınmasını sağlamaları, tekrar kullanılabilir model olarak ya da düşük maliyetle tek kullanımlık şekilde seri olarak üretebilmeleri nedeniyle gelecek vaat eden biyoanalitik sistemlerdir. Çalışmamızda biyosensörlere etken Leishmania spp. parazitine karşı oluşturulmuş monoklonal antikor sabitlenerek parazitin antijeninin tanınması araştırılmış ve optimize edilmiştir. Diferansiyel Puls Voltametri, Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi ve Döngüsel Voltametri ölçümleri sonucunda biyosensör sisteminin Leishmania spp. tayininde oldukça duyarlı olduğu görülmüştür., Leishmaniasis is a group of diseases transmitted by vector sand flies of Leishmania parasites of different species. The disease is clinically referred to as cutaneous leishmaniasis, visceral leishmaniasis and mucosal leishmaniasis according to the location of the parasite in humans. Totally 20-30 visceral leishmaniasis and around 2000 cutaneous leishmaniasis patients are reported annually in Turkey, respectively. Currently, a number of problems are encountered in the diagnosis of cutaneous leishmanaisis. As a classic diagnostic method, microscopy is low in sensitivity and requires experience. The culture method, on the other hand, cannot be used in routine diagnosis in most centers due to its low sensitivity, intensive labor and time-consuming. A very precise and fast diagnosis can be made with molecular diagnosis as a modern diagnostic method, however because of the requirement of a special laboratory where contamination is prevented, expensive equipments, optimisation and experience, it cannot be used in routine diagnosis widely. Serological diagnosis of antibodies are low in sensitivity due to the localisation of the lesions in the skin, while rapid diagnostic tests detected antigen have been produced in recent years and are still in the trial stage. Even if rapid diagnostic tests are successful in our country, they are expensive methods commercially and their use in routine diagnosis does not seem possible. For these reasons, new diagnostic methods that do not require very expensive equipment, which provide precise and fast results that can be used in routine diagnostic laboratories, are needed. Since the culture method, which is considered the gold standard in the diagnosis of leishmaniasis, the duration of the result can extend up to one month, the presence of a method that provides diagnosis with high sensitivity in a shorter time will provide great convenience in the diagnosis of leishmaniasis. Agent-specific developed biosensors are promising bioanalytical systems because they can be produced commercially as a reusable or in a single use as disposable models at low cost, often providing specific and sensitive results in a practical and short time compared to traditional diagnostic methods. In our study, the recognition of the parasite's antigen was investigated and optimized by fixing the Leishmania spp. monoclonal antibody to biosensors. As a result of electrochemical measurements of Differantial Pulse Voltametry, Electrochemical Impedance Spectroscopy and Cyclic Voltametry, Leishmania spp. biosensor system has been shown to be very sensitive in determination of the parasite antigen.

Alzheimer hastalığı (AH) kişinin beyin hücrelerinin zamanla ölümüne bağlı olarak hafıza kaybı ve bilişsel fonksiyonların azalması şeklinde gelişen nörodejeneratif bir hastalıktır. AH'nin başlıca nedeni; 42 amino asit uzunluğundaki amiloid beta 42 (Aβ42) peptitlerinin beyin hücrelerinde birikmesidir. Bu tezde, Aβ42 peptit seviyesini saptamak için peptit konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak anizotropik yapılarına bağlı olarak polarize edilmiş ışığı geçirebilme özelliklerine sahip olan sıvı kristallerin oryantasyonuna dayanan bir optik biyosensör sunulmaktadır. Sıvı kristal molekülleri, uygun miktarda gelsolin ile modifiye edilmiş cam slaytın yüzeyinde desteklenmiştir ve sıvı kristallerin homeotropik bir oryantasyonuna neden olmuştur. Gelsolin ve Aβ42 peptidinin bağlanması sıvı kristallerin homeotropik oryantasyonunu bozmuştur ve homeotropikten rastgele bir hizalama değişikliğini indüklemiştir. Bu oryantasyon değişikliği, Aβ42 peptidinin saptanmasını sağlayan, karanlık bir optik sıvı kristal görüntüsünden Polarize Optik Mikroskop (POM) altında daha parlak bir görüntüye geçiş olarak basitçe görselleştirilmiştir. 1 pg/ml-1000 pg/ml geniş aralıkta Aβ42 peptidi bu biyosensör yardımıyla başarılı bir şekilde tespit edilebilmiştir ve geliştirilen biyosensör 1 pg/ml'lik çok düşük bir algılama sınırı göstermiştir. Geliştirilen biyosensör yardımıyla Aβ42 peptidinin yanısıra AH'nin önemli risk faktörü olan Apolipoprotein E4 (ApoE4) 0,1-30 nM konsantrasyon aralığında tespit edilmiştir. Aβ42 peptidi ile ApoE4 proteini arasındaki etkileşim sonucunda sıvı kristal oryantasyonunda meydana gelen değişim optiksel olarak saptanmıştır., Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease that develops in the form of memory loss and loss of cognitive functions due to the death of brain cells over time. The main reason of the Alzheimer’s disease is the accumulation of 42 amino acid long amyloid beta 42 (Aβ42) peptides in brain cells. In this thesis, an optical biosensor based on the orientation of liquid crystals with polarized light transmittance properties due to their anisotropic structure as a function of peptide concentration is presented to detect the Aβ42 peptide level. The liquid crystal molecules were supported on the surface of the glass slide modified with an appropriate amount of gelsolin, resulting in a homeotropic orientation of the liquid crystals. The binding of gelsolin and Aβ42 peptides disrupted the homeotropic orientation of the liquid crystals and induced a change in the orientation from the homeotropic to a random alignment. This change of orientation was simply visualized as a transition from a dark optical liquid crystal image to a brighter image under a Polarized Optical Microscope (POM), which allows detection of the Aβ42 peptide. In the wide range of 1 pg/ml-1000 pg/ml, Aβ42 peptide could be detected successfully with the help of this biosensor and the developed biosensor showed a very low detection limit of 1 pg/ml. With the help of the developed biosensor, besides the Aβ42 peptide, Apolipoprotein E4 (ApoE4), which is an important risk factor for AD, was detected in the concentration range of 0.1-30 nM. The change in the liquid crystal orientation as a result of the interaction between the Aβ42 peptide and the ApoE4 protein was detected optically.

Nowadays, diabetes is a metabolic disease characterized by hyperglycemia by a problem in insulin secretion, insulin action, or both. It is known that oxidative damage plays an important role in the development of vascular and neurogenic complications of diabetes and antioxidants are effective on these pathologies. The aim of this study was to investigate the possible antidiabetic and antioxidant effects of Ferula elaeochytris root extract, commonly known as “ÇAKŞIR” in South and Southeastern Anatolia. Ferula elaeochytris was collected from the Engizek plateau of Kahramanmaraş. The plant root was prepared on a clean and dry surface and ground for grinding. The inhibitory effect of Ferula eleaochytris on glucose was determined electrochemically with the biosensor device, and total phenolic content was determined by Folin-Ciocalteu method as an indicator of antioxidant activity. In this study, according to electrochemical analysis with biosensor device, a linear decrease in glucose levels was observed depends on the decrease of enzyme-substrate interaction as a result of the addition of 100 µl cumulatively 1 minute (min) intervals of Ferula elaeochytris root extract (N=120). In addition, the total phenolic content of this plant was detected (41.45±2.38 mg GAE/g, n:3) by Folin-Ciocalteu method. It can be concluded that Ferula elaeochytris may have a hypoglycemic effect owing to its inhibitory effect on glucose levels and Ferula elaeochytris may also have a possible antioxidant source by means of the plant has a high capacity of total phenolic content. With the advanced studies to be done, it will be able to provide a more conscious utilization in accordance with the purpose of this unconsciously used plant by many people.

Amaç: Bu çalışmada tükürük numunelerinde ürik asit miktar tayini için yeni bir amperometrik biyosensör kullanılması amaçlanarak, hazırlanan sistemde elektrodun iyi çalışma koşullarının belirlenmesi ve çalışmayı etkileyen faktörlerin tanımlanması hedeflenmiştir. Gereç ve Yöntem: Hazırlanan biyosensörde, BSA/jelatin kullanarak grafit elektrot üzerindeki ürikaz enzimi glutaraldehit ile çapraz bağlanmaktadır. Optimizasyon çalışmaları sırasında jelatin, sığır serum albümini ve glutaraldehit miktarları belirlendi. Karakterizasyon çalışmaları sırasında tekrarlanabilirlik, doğrusal ölçüm aralığı ve raf ömrü çalışmaları yapılmıştır. Validasyon ve verifikasyon çalışmaları için genç erişkin bireyler kontrol grubunu oluşturdu (n=26). Tükürük örneklerinden ürik asit değerleri kemilüminesans prensibi ile çalışan otoanalizör ile ölçüldü ve biyosensör sonuçları ile karşılaştırıldı. Bulgular: Tayin sınırının 6,0x10-4mM olduğu ve ürik asit konsantrasyonu için 6,0x10-4-5,0x10-3 mM aralığında doğrusal sonuçlar elde edildiği belirlenmiştir. Raf ömrü çalışmalarına baktığımızda sonuçlar 40. günün sonunda %82,5 oranında korunmuştur, ölçüm tekrarlanabilirliği (n=15) standart sapması (S.S)=±0,1 ve % varyasyon (değişim) katsayısı (V.K)=0,2’dir. Otoanalizör sonuçları biyosensör sonuçları ile istatistiksel olarak karşılaştırıldığında çizilen ROC eğrisinde %97 doğruluk oranı elde edilmiştir.Sonuç: Çalışmamızda geliştirdiğimiz yöntem kullanılarak ileri çalışmalarla taşınabilir ve girişimsel olmayan bir ürik asit tayin cihazı üretilebilir., Purpose: The aim of this study was to use a new amperometric biosensor for the determination of uric acid in saliva samples. Besides the good working conditions of the electrode was determined and identified the factors affecting the study.Materials and Methods: By the prepared biosensor the used BSA/gelatin has crosslinked the uricase enzyme on the graphite electrode to glutaraldehyde. During characterization studies, linearity, repeatability of the measurements and shelf life were carried out. For the validation and verification studies, formed the control group of the young adult individuals (n=26). Uric acid values from saliva samples were measured by autoanalyzer working with chemiluminescence principle and compared biosensor results.Results: Limit of detection 6.0x10-4 mM, and linear results are obtained between the ranges of 6.0x10-4 – 5.0x10-3 mM for uric acid concentration. As for shelf life studies, at the end of 40th day of responses has been preserved by 82.5%, repeatability of the measurement (n=15) standard deviation (S.S) = ±0.1 and % coefficient of variation (V.K)=0.2, respectively. When the autoanalyser results were compared statistically to biosensor results, 97% accuracy rate was obtained from the drawn ROC curve.Conclusions: By using the method we developed in our study, a portable and non-invasive uric

Dünya çapında ölüme yol açan nedenler arasında kanser, kalp hastalıklarından sonra ikinci sırayı almaktadır. Kanser tedavilerindeki önemli gelişmelere rağmen, morbidite ve mortalite hala çok yüksektir. Bu kapsamda, halihazırda kullanılan kan biyobelirteçleri yanı sıra "sıvı biyopsi" olarak tanımlanan ve tümör dokusundan salınan dolaşımdaki hücre dışı tümör DNA’sını (circulating tumor DNA-ctDNA) saptamaya yönelik kan tabanlı analizler noninvaziv, spesifik, pratik ve ekonomik olmaları nedeniyle son yıllarda ilgi çekmektedirler. Bu çalışmada ctDNA’nın doğrudan tespiti için, grafen oksit ekran baskılı elektrotlar (GPHOXE), biyolojik tanıma reseptörü olarak dCas9 proteinleri ve sgRNA ile modifiye edilmiştir. Biyosensörün temelinde yer alan diziye özgü tanımanın örnekte hedeflediği yapı ise, meme kanserinde en sık görülen tümöre bağlı mutasyon olan PIK3CA ekson 9 mutasyonudur. Geliştirilen sistemde, CRISPR-dCas9-sgRNA ile modifiye edilmiş elektrotların yüzeyinde bu mutasyonun varlığında gerçekleşen bağlanma ise, elektrokimyasal impedans spektroskopisi (Electrochemical Impedance Spectroscopy-EIS) ile analiz edilmiştir. Tek nükleotit uyuşmazlığı da dahil olmak üzere hedef mutasyon dışındaki ctDNA dizileri için son derece seçici özellik gösteren sistemin ölçüm süresi son derece hızlı (40 saniye) olarak saptanmıştır. Analiz, 120 bp ctDNA'lar için 2-20 nM arasında doğrusal saptama sınırlarında olup en düşük tespit limiti (LOD) 0,65 nM ve en düşük tayin limiti (LOQ) 1,92 nM olarak hesaplanmıştır. Gerçek kan örneklerinde seçicilik ve tekrarlanabilirlik çalışmaları yapılmış ve geri elde oranı % 96'dan yüksek olmuştur. Aynı metot, doğrulama amaçlı olarak altın elektrot ile de denenmiş ve ctDNA analizi başarı ile yapılabilmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışmasında grafen oksit elektrotlarda geliştirilen ve altın elektrot ile doğrulama çalışmaları yapılan dCas9 temelli impedimetrik biyosensör sistemi, ctDNA ölçümünde yüksek seçicilik, hız, tekrar üretilebilirlik ve ekonomik olma avantajları sağlamaktadır. Ön çalışmaları sağlam verilerle kanıtlanmış olan bu düzeneğin geliştirilerek multipleks bir sistem çerçevesinde diğer önemli mutasyonlara yönelik olarak da uygulanması, kanserin erken teşhisinde umut verici bir alan olarak ortaya çıkmaktadır., Among the causes of death worldwide, cancer is the second leading cause of death, following coronary diseases. Despite significant improvements in cancer treatments, morbidity and mortality rates are still very high. Thus, in addition to the currently used blood biomarkers, circulating extracellular tumor DNA (ctDNA), have attracted attention in recent years. These analysis are defined as "liquid biopsy" and their non-invasive, specific, practical and economical nature is well appreciated. There are increasing numbers of publications showing that ctDNA accurately demonstrates tumor burden and treatment response, reduces the need for harmful adjuvant chemotherapy, and allows recurrence to be detected more quickly. In this study, graphene oxide screen printed electrodes (GPHOXE) were modified with dCas9 proteins and sgRNA as biorecognition receptor for direct detection of ctDNA. The sequence-specific recognition targeted PIK3CA exon 9 mutation which is the most common tumor-related mutation in breast cancer. With electrodes modified with CRISPR-dCas9-sgRNA, the presence of the mutation was analyzed by EIS. The system is highly selective for the PIK3CA exon 9 mutation containing ctDNA and eliminates other mutations, including even single nucleotide mismatch. The measurement time is determined to be extremely fast (40 seconds). The analysis was carried out in a linear detection range between 2 and 20 nM for 120 bp ctDNAs. The lower limit of detection (LOD) was 0.65 nM and the lower limit of quantification (LOQ) was 1.92 nM. Selectivity and reproducibility studies were performed on real blood samples, and the recovery was higher than 96%. An alternative modification procedure was performed on gold electrodes for verification purposes and ctDNA analysis was successfully performed on this platform as well. In conclusion, the dCas9 based impedimetric biosensor system, which was developed on graphene oxide electrodes and verified with gold electrode, provided advantages like high selectivity, fast detection, reproducibility and economic efficiency in ctDNA analysis. The development of this novel biosensor, whose preliminary studies have been proven with solid data, and its application for other important mutations within the framework of a multiplex system, is a promising area in the early diagnosis of cancer.

Biyomolekülleri temel alan diyagnostik teknikler; yiyecek/içecek endüstrisi, hastalıkların tanısı, biyoproses görüntüleme ve çevresel kirleticilerin görüntülenmesi gibi birçok çalışma alanında kullanılabilecek uygulama potansiyeline sahiptir. Biyo-analiz sistemlerinde kullanılacak olan biyomoleküllerin stabilizasyonunu, duyarlılık ve seçimliliğini artırmak için biyomoleküllerin iletici yüzeylerde immobilizasyonun başarısı anahtar rol oynar. Biyomoleküllerin immobilizasyonu için nanolifler, morfoloji ve gözenek boyutu gibi birçok avantajları nedeniyle iyi bir adaydır. Montmorillonit kili (Mt) PAMAM G3 ile modifiye edilmiş ve PS çözeltisi içine eklenerek elektroeğirme yöntemi ile nanolifler elde edilmiştir. %PS ve %Mt-PAMAM G3 oranları denenerek elde edilen nanoliflerin SEM ile karakterizasyonu yapılmıştır. Daha sonra Anti-Serum Amiloid A antikoru GCE yüzeye EDC-NHS kimyası kullanılarak yüzeye kovalent bağlar ile konjuge edilmiştir. Son olarak elde edilen seçimli yüzey, Serum Amiloid A düzeylerinin elektrokimyasal tayininde kullanılmıştır. PS/Mt-PAMAM/Anti-SAA biyosensörünün doğrusal aralığı 1 ng/ml – 200 ng/ml arasındadır. PS/Mt- PAMAM/Anti-SAA biyosensörünün dedeksiyon limiti 0.580 ng/ml SAA'dır. SAA içeren sentetik tükürük ve serum ile ölçüm alınarak PS/Mt- PAMAM/Anti-SAA biyosensörünün uygulanabilirliği araştırılmıştır., Diagnostic techniques based on biomolecules; The food / beverage industry has application potential that can be used in many fields of study, such as disease diagnosis, bioprocess imaging and environmental pollutant imaging. The success of immobilization on the conductive surfaces of biomolecules plays a key role in increasing the stabilization, sensitivity and selectivity of biomolecules to be used in bioassay systems. Nanofibers are a good candidate for immobilization of biomolecules due to many advantages such as morphology and pore size. Montmorillonite clay (Mt) was modified with PAMAM G3 and added to the PS solution, and nanofibers were obtained by the electrospinning method. The nanofibres obtained by testing %PS and %Mt- PAMAM G3 ratios were characterized by SEM. Anti-Serum Amyloid A antibody was then conjugated to the surface with covalent bonds using EDC-NHS chemistry to the GCE surface. Finally, the selective surface obtained was used for the electrochemical determination of Serum Amyloid A levels. The linear range of PS/Mt-PAMAM/Anti-SAA biosensor is between 1 ng/ml - 200 ng/ml. The detection limit of the PS/Mt-PAMAM/ Anti-SAA biosensor is 0.580 ng/ml SAA. The applicability of PS/Mt-PAMAM/Anti-SAA biosensor was investigated by taking measurements with synthetic saliva and serum containing SAA.

Küçük moleküller 1000 Da altında büyüklüğe sahip farmasötik veya doğal kökenli moleküllerdir. Küçük molekül modeli olarak bağımlılık yapıcı moleküllerin analizine yönelik elektroaktif ve optik yüzeyler oluşturmak bu tez projesinin konusunu oluşturmaktadır. Çalışmalarda analizleri yapılmak üzere kullanımları son yıllarda hızla artan bağımlılık yapıcı küçük moleküllerden kokain ve bonzai seçildi. Bu maddelerin seçimli ve duyarlı analizine imkan sağlayabilecek çeşitli fonksiyonel metalik nanoparçacıkların hazırlanması, karakterizasyonu ve uygulanma potansiyellerinin değerlendirilmesi tez projesinin temel hedefidir. Bu amaçla Fe3O4 manyetik nanoparçacıklar ile antikor temelli elektrokimyasal JWH-073 (4-bütanoik asit metaboliti) biyosensörü, kobalt nitrilotriasetik asit boncuklar ile antikor fragmenti temelli elektrokimyasal kokain biyosensörü ve altın nanoparçacıklar ile aptamer temelli kolorimetrik kokain biyosensörü geliştirildi. Bu biyosensörlerin optimizasyon ve karakterizasyon çalışmaları, sonrasında analitik performansları detaylı bir şekilde incelendi. Biyosensörler laboratuvar ortamında hazırlanan sentetik örneklerde (idrar, tükürük, ter, serum) test edildi, geri kazanımları belirlendi ve kromatografik doğrulama/kıyaslama çalışmaları gerçekleştirildi. Son olarak bazı potansiyel girişimcilerin analiz üzerine etkileri test edildi. Tez kapsamında elde edilen bulgular bütünüyle değerlendirildiğinde oluşturulan üç farklı fonksiyonel yüzey içeren test sistemlerinin başarıyla çalıştığı, sonraki bilimsel çalışmalara ve ticari ürünlere öncü nitelikte olduğu görüldü., Small molecules are pharmaceutical or natural origin molecules with a size below 1000 Da. Creating electroactive and optical surfaces for the analysis of abuse drug molecules as a small molecule model is the subject of this thesis project. To be used in the studies, cocaine and bonzai were chosen, which are abuse drug small molecules that their usage has increased rapidly in recent years. The main objective of the thesis project is the preparation, characterization and evaluation of the application potentials of various functional metallic nanoparticles that can enable selective and sensitive analysis of these substances. For this purpose, antibody-based electrochemical JWH-073 (4-butanoic acid metabolite) biosensor with Fe3O4 magnetic nanoparticles, antibody fragment based electrochemical cocaine biosensor with cobalt nitrilotriacetic acid beads and colorimetric cocaine biosensor based on gold nanoparticles were developed. Optimization and characterization studies of these biosensors and their analytical performances afterwards were examined in detail. These biosensors were tested in synthetic samples prepared in the laboratory (urine, saliva, sweat, serum), their recovery was determined and chromatographic verification / comparison studies were performed. Finally, the effects of some potential interferents on the analysis were tested. When the findings obtained within the scope of the thesis were evaluated in full, it was seen that the test systems containing three different functional surfaces were successfully working and pioneering the next scientific studies and commercial products.

Tiroid uyarıcı hormon (TSH) hipofiz ön lobundan salgılanan, glukoprotein yapılı bir hormondur. Tiroid bezini etkileyerek kana tiroid hormonlarının salınmasını uyarır. Kan konsantrasyonunun referans değerlerin üzerinde olması hipotiroidizm, referans değerlerin altında olması ise hipertroidizm olarak adlandırılır. Kan TSH konsantrasyonu pek çok hastalık ile ilişkilendirilir. Günümüzde TSH tayini için kullanılan yöntemler immünoassay temelli yöntemlerdir. Bunların çoğu zaman alıcı yöntemlerdir ve hepsi özel ekipman ve uzman personel gerektirir. TSH tayini için antikor-antijen ilişkisini temel alan biyosensörler, uygun maliyet, kısa ölçüm süresi ve yüksek hassasiyetleri gibi avantajları sayesinde alternatif ölçüm sistemleri olabilir. Bu tez kapsamında kanda TSH tayini için elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) temelli bir immünosensör geliştirildi. Bu amaçla ilk önce altın çalışma elektrodu üzerine sisteamin ile kendiliğinden oluşan tek tabakalar oluşturuldu. İkinci aşamada poliamidoamin dendrimeri (PAMAM) ile elektrot yüzeyi modifiye edildi ve son aşamada anti-TSH antikoru modifiye çalışma elektrodu yüzeyine immobilize edildi. Geliştirilen biyosensörün TSH tayin aralığı 0.1-0.6 mIU/L olarak belirlendi ve yapay serum örneklerinin analizinde başarıyla kullanıldı. Thyroid stimulating hormone (TSH) is a glycoprotein secreted from the anterior lobe of the pituitary. It stimulates the release of thyroid hormones into the blood by affecting the thyroid gland. The amount of TSH in the blood is greater than the reference value are called hypothyroidism, the amount of TSH in the blood is lower than the reference value are called hyperthyroidism. Blood TSH concentration is associated with many diseases. Today, the methods used for the determination of TSH are immunoassay based methods. Most of these are time consuming methods and all require special equipment and expert personnel. For the determination of TSH, biosensors based on the antibody-antigen relationship can have alternative measurement systems due to their advantages such as cost, short measurement time and high sensitivity. In this thesis, an immunosensor based on electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was developed for the determination of TSH in the blood. For this purpose, in the first step self assembled monolayers were formed with cysteamine on the gold working electrode. In the second step, the electrode surface was modified with polyamidoamine dendrimer (PAMAM) and in the final step the anti-TSH antibody was immobilized to the modified working electrode surface. The TSH detection interval of the biosensor was determined as 0.1-0.6 mIU/L and this biosensor was used successfully in the analysis of artificial serum samples.

Silica and magnetic microspheres in the monodisperse porous form used as a supporting material are synthesized using the multi-step hydrolysis-condensation method. The surface of magnetic silica microspheres was coated with silica shell. The gold nanoparticles synthesized by the Turkevich method were immobilized onto the silica-coated magnetic silica and bare silica microspheres. Surface morphology and size distribution of the microspheres were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The surface atomic composition and the chemical structure were investigated by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction method (XRD), respectively. The surface area and the pore size distribution were determined by using the nitrogen adsorption and desorption method (BET / Brunauer-Emmett-Teller). The magnetization properties of magnetic microsphere were investigated using vibrating sample magnetometry (VSM). The peroxidase-like activity of the synthesized microspheres was investigated by varying pH, substrate concentration, and the nanozyme concentration. OPD was used as substrate in the peroxidase-like activity measurements. Measurements were made with UV-visible spectrophotometry. Lineweaver-Burk graphs were plotted using OPD utilization rate and substrate concentration values and Michaelis Menten constant (Km) demostrating the affinity between enzyme and substrate was calculated for nanozym structure. Km values of gold nanoparticle immobilized silica coated magnetic silica microspheres and gold nanoparticle immobilized silica microsphere were calculated as 522,47 μM and 816,48 μM. A biosensor was developed for glutathione determination based on the variation of peroxidase-like activity of microsphere depends on glutathione concentation by adsorption glutathione to the surface of the microsphere. Adsorption of glutathione onto the microsphere surface was analyzed using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). Glutathione in buffer solution and in human serum were determined using the synthesized nanozymes under appropriate conditions. The linear change of adsorbance values corresponding to glutathione concentration was shown, and the determination of glutathione between 325 - 3253 μM concentration in buffer medium was performed with gold nanoparticle immobilized silica and silica coated magnetic silica microspheres. It has been shown that glutathione can be determined in human serum at concentrations between 2.5-50 μM. ÖZET i ABSTRACT iii TEŞEKKÜR v İÇİNDEKİLER vi ŞEKİLLER DİZİNİ ix ÇİZELGELER DİZİNİ xiii SİMGELER VE KISALTMALAR xiv 1. GİRİŞ 1 2. GENEL BİLGİLER 3 2.1. Nanozimler 3 2.2. Manyetik Nanozimler 4 2.3. Peroksidaz Benzeri Aktivite 5 2.4. Peroksidaz Sensörleri 6 2.5. Glutatyon Tayini 7 2.6. Silika Mikroküreler 10 2.7. Manyetik Silika Mikroküreler 11 2.8. Altın Nanopartiküller 12 2.9 Michaelis-Menten Modeli 13 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 17 3.1. İmmobilize Formda AuNP İçeren ve Peroksidaz Aktivitesine Sahip Monodispers-Gözenekli Mikrokürelerin Sentezi 19 3.1.1. Kullanılan Kimyasal Malzemeler 19 3.1.2. Monodispers Gözenek Yapılı SiO2 ve SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Sentezi 19 3.1.2.1. GMA Polimerinin Sentezi 19 3.1.2.2. Çok Basamaklı Mikrosüspansiyon Polimerizasyon Metodu ile Gözenekli Monodispers Partiküllerin Sentezi 20 3.1.2.3. SiO2 Mikrokürelerin Sentezi 21 3.1.2.4. MagSiO2 Mikrokürelerin Sentezi 22 3.1.2.5. Manyetik Silika Mikrokürelerin Silika ile Kaplanması / SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Sentezi 23 3.1.2.6. SiO2 ve SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin HCl ile Türevlendirilmesi 23 3.1.3. Monodispers ve Gözenek Yapılı SiO2 ve SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin AuNP ile Modifiye Edilmesi 24 3.1.3.1. Aminopropiltrietoksisilan ile Monodispers-Gözenekli SiO2 ve SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Türevlendirilmesi 24 3.1.3.2. AuNP Sentezi 25 3.1.3.3. Monodispers-Gözenekli SiO2 ve SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Altın Nanopartiküller ile Dekorasyonu / Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Oluşturulması 25 3.2. Monodispers-Gözenekli SiO2 ve SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin ve Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Karakterizasyonu 26 3.2.1. Yüzey Alanı ve Gözenek Boyutu Ölçümü 26 3.2.2. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) 26 3.2.3. Titreşimli Örnek Manyetometri Analizi 27 3.2.4. X Işını Kırınım Yöntemi 27 3.3. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküreler ile Peroksidaz Aktivite Ölçümleri ve GSH Tayini 28 3.3.1. Kullanılan Kimyasal Malzemeler 28 3.3.2. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Değişen Ortam pH Değerleri için Peroksidaz Aktivitesi Ölçümleri 28 3.3.3. Değişen Substrat Derişimi için Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Peroksidaz Aktivite Ölçümleri 29 3.3.4. Farklı Au@SiO2, Au@SiO2@MagSiO2 Miktarları için Peroksidaz Aktivite Ölçümleri 30 3.3.5. Glutatyonun Au@SiO2, Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküre Yüzeylerine Adsorpsiyonunun Ölçülmesi 31 3.3.6. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin GSH Tayininde Kullanılması 32 3.3.7. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküreler ile İnsan Serumunda GSH Tayini 33 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 34 4.1. Monodispers-Gözenekli SiO2, SiO2@MagSiO2, Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Karakterizasyonu 34 4.1.1. Monodispers-Gözenekli Mikrokürelerin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) Görüntüleri 34 4.1.2. Monodispers-Gözenekli Mikrokürelerin Yüzey Alanı ve Gözenek Boyutu Ölçümleri 37 4.1.3. Titreşimli Örnek Manyetometri Analizi 39 4.1.4. X-Işını Kırınım Analizi 40 4.2. İmmobilize Formda AuNP İçeren ve Peroksidaz Aktivitesine Sahip Monodispers-Gözenekli Mikrokürelerin Peroksidaz Aktivitesi Ölçümleri 41 4.2.1. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Değişen Ortam pH Değerleri için Peroksidaz Aktivitesi Ölçüm Sonuçları 41 4.2.2. Değişen Substrat Derişimi (OPD derişimi) için Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikrokürelerin Peroksidaz Aktivitesi Ölçüm Sonuçları 45 4.2.3. Farklı Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküre Miktarları için Peroksidaz Aktivite Ölçümleri 56 4.3. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Monodispers-Gözenekli Mikroküreler ile GSH Adsorpsiyon Ölçüm Sonuçları 59 4.4. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküreler ile GSH Biyomolekülünün Kolorimetrik Tayini 60 4.4.1. Au@SiO2 ve Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküreler ile Çözelti Ortamında GSH Biyomolekülünün Kolorimetrik Tayini 60 4.4.2. Au@SiO2@MagSiO2 Mikroküreler ile İnsan Serumunda GSH Biyomolekülünün Kolorimetrik Tayini 63 5. YORUM 67 6. KAYNAKLAR 69 EKLER 74 EK 1 - Tez Çalışması Orjinallik Raporu 74 ÖZGEÇMİŞ 75 Destek materyali olarak kullanılan monodispers gözenekli formda silika ve manyetik silika mikroküreler çok basamaklı hidroliz-kondenzasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. Manyetik mikrokürelerin yüzeyi tekrar silika kabuk yapısıyla kaplanmıştır. Silika ve yüzeyi silika kaplanmış manyetik silika mikrokürelere Türkevich metodu ile sentezlenen altın nanopartiküller immobilize edilmiştir. Mikrokürelerin yüzey morfolojileri ve boy dağılımı taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Mikrokürelerin yüzeylerindeki atomik bileşim enerji saçılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ile ve kimyasal yapıları X ışını kırınım yöntemi (XRD) ile incelenmiştir. Mikrokürelerin yüzey alanları ve gözenek boyutu (BET/Brunauer-Emmett-Teller) azot adsorpsiyon ve desorpsiyon yöntemi kullanılarak, manyetik özelliğe sahip mikrokürelerin manyetizasyon özellikleri ise titreşimli örnek manyetometresi (VSM) kullanılarak belirlenmiştir. Sentezlenen mikrokürelerin peroksidaz benzeri aktivitesi değişen pH, substrat konsantrasyonu ve nanozim miktarı için incelenmiştir. Peroksidaz aktivitesi ölçümlerinde substrat olarak o-fenilendiamin (OPD) kullanılmıştır. Ölçümler UV-görünür bölge spektrofotometresi ile gerçekleştirilmiştir. Nanozim yapıları için OPD tüketim hızı ve substrat derişimi kullanılarak Lineweaver-Burk grafikleri çizilmiş, enzimlerde enzim ve substrat arasındaki afiniteyi gösteren Michaelis Menten sabiti (Km) değeri hesaplanmıştır. Yüzeyine altın nanopartikül immobilize edilmiş ve silika ile kaplanmış manyetik silika mikroküreler için Km değeri 522,47 μM, yüzeyine altın nanopartikül immobilize edilmiş silika mikroküreler için 816,48 μM olarak hesaplanmıştır. Glutatyon tayini için geliştirilen sensörde, glutatyonun mikroküre yüzeyine bağlanmasıyla, mikrokürenin peroksidaz aktivitesinde glutatyon derişimine bağlı olarak ortaya çıkan değişim incelenmiştir. Glutatyonunun mikroküre yüzeyine adsorbsiyonu Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC) kullanılarak analiz edilmiştir. Sentezlenen nanozimler ile peroksidaz aktivitesi için uygun koşullar seçilerek çözelti ortamında ve insan serumunda glutatyon tayini yapılmıştır. Glutatyon derişimine karşılık gelen adsorbans değerlerininin lineer değişimi gösterilmiş, altın nanopartikül immobilize edilmiş silika ve silika ile kaplanmış manyetik silika mikroküreler ile çözelti ortamında 325 - 3253 μM glutatyon tayini yapılmıştır. İnsan serumunda ise 2,5-50 μM arasındaki derişim değerlerinde glutatyon tayininin yapılabildiği gösterilmiştir.