Search

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

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.

Osteoporoz, belirti vermeyen bir hastalık olup birçok kişi hastalığının farkında değildir. Kemikte kırık meydana gelmeden önce sessiz dönemde osteoporoz tanısının konulması son derece önemlidir. Kemik metabolizma ve döngüsünün değerlendirilmesinde kemik döngüsündeki yapım ve yıkım ürünleri biyokimyasal belirteç olarak kullanılmaktadır. Osteoporoz tanısı ve takibinde klinik muayene, görüntüleme yöntemlerinin yanısıra bu biyokimyasal belirteçlerden yararlanılır. Biyobelirteç temelli bu yöntemlerin çoğu özel ekipman ve uzman personel gerektiren, zaman alıcı yöntemler olduğundan, alternatif olarak biyobelirteçlerin tayini için daha duyarlı, daha kısa sürede uygulanabilen biyosensör sistemlerinin geliştirilmesi önem kazanmaktadır. Osteokalsin (OCN) ve Osteopontin (OPN) molekülleri bazı metabolik kemik hastalıklarında anormal kemik kaybını öngörebilen biyolojik belirteçlerdendir. Bu tez kapsamında; osteoporoz tanısı, seyri ve tedavi takibinde kullanılmak üzere immünolojik temelli OCN ve OPN biyosensör sistemleri geliştirildi. Geliştirilen OCN ve OPN biyosensörleri ile elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) kullanılarak 10-60 pg/µL tayin aralığında spesifik ve duyarlı OCN ve OPN ölçümleri yapıldı. Geliştirilen biyosensörlerin tekrarlanabilirliklerinin yüksek olduğu belirlendi. Ayrıca bu biyosensörler, yapay serum örneklerinin analizinde de başarıyla kullanıldı. Osteoporosis is a symptom-free disease and many people are not aware of the disease. The diagnosis of osteoporosis in the silent period before the fracture occurs is extremely important. The production and degradation products in the bone cycle are important in the evaluation of bone metabolism and cycle as biochemical markers. Today, in addition to the clinical examination and imaging methods, these biochemical markers are used in the diagnosis and follow-up of osteoporosis. Since most of these methods based on biomarkers are time-consuming methods that require special equipment and expert personnel, the development of biosensor systems that are more sensitive and fast becomes more important for the determination of biomarkers.Osteocalcin (OCN) and Osteopontin (OPN) molecules are biomarkers that can predict abnormal bone loss in some metabolic bone diseases. In this thesis, OCN and OPN biosensor systems based on immunoassay were developed for the diagnosis, prognosis and follow-up of osteoporosis. By using the developed OCN and OPN biosensors, the OCN and OPN determinations were performed specifically and sensitively using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) within the concentration range of 10-60 pg/µL. The reproducibilities of the developed biosensors were determined to be high. Also, these biosensors were also used successfully in the analysis of artificial serum samples. 110

Vücutta artmış yağ miktarı olarak tanımlanan obezitenin görülme sıklığı cinsiyet, yaş ve ırka göre farklılık gösterir. Çocukluk çağı obezitesi son yıllarda dünya çapında artış göstermektedir. Obezite, tip 2 diabetes mellitus, non alkolik hepatosteatoz, hipertansiyon, hiperlipidemi ve kardiyovasküler hastalıklar gibi ciddi komplikasyonlara neden olmaktadır. Bu sebeple bu hastalığın erken teşhisi son derece önem teşkil etmektedir.Bu doktora çalışmasında çocukluk çağı obezitesinin erken teşhisi için potansiyel olabilecek leptin, adiponektin ve nöropeptit Y biyobelirteçleri için kullan-at biyosensörler geliştirilmiştir. Biyosensörlerin tüm immobilizasyon adımları, optimizasyon çalışmaları ve analitik karakterizasyonu elektrokimyasal impedans spektroskopisi, döngüsel voltametri ve kare dalga voltametrisi tekniklerinden yararlanılarak takip edilmiş ve değerlendirilmiştir. Biyosensörlerin immobilizasyon adımlarına ait yüzey morfolojisinin görüntülenmesi için taramalı elektron mikroskopu (SEM) cihazı kullanılmıştır. Tasarlanan biyosensörlerin klinik alanda kullanımının incelenmesi için gerçek serum örneklerine uygulanabilirliği test edilmiştir. Biyosensörlerin gerçek serum örneklerinde analit (leptin, adiponektin, nöropeptit Y) tayinine yüksek hassasiyette olanak sağladığı gözlemlenmiştir. Aynı zamanda geliştirilen biyosensör sistemlerinin uzun süre raf ömrü, femtogram ve pikogram düzeyinde analit konsantrasyonlarını tayin edebilme potansiyeli, tekrar üretilebilirlik, yüksek hassasiyet gibi avantajlara da sahip olduğu tespit edilmiştir. The incidence of obesity, which is defined as increased amount of fat in the body, differs according to gender, age and race. Childhood obesity has been increasing worldwide in recent years. Obesity causes serious complications such as type 2 diabetes mellitus, non alcoholic hepatosteatosis, hypertension, hyperlipidemia and cardiovascular diseases. For this reason, early diagnosis of this disease is extremely important.In this phD study, disposable biosensors have been developed for leptin, adiponectin and neuropeptide Y which are potential biomarkers for early detection of childhood obesity. All immobilization steps of biosensors, optimization studies and analytical characterization were followed and evaluated by electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry and square wave voltammetry techniques. A scanning electron microscope (SEM) was used to monitoring the surface morphology of the immobilization steps of the biosensors. The applicability of the designed biosensors to real serum samples was tested to investigate the potential of them in clinical use. It has been observed that biosensors sensitively allow the determination of analytes (leptin, adiponectin, neuropeptide Y) in real serum samples. At the same time, it has been found that the developed biosensor systems have advantages such as long shelf life, reproducibility, high sensitivity, potential to determine analyte concentrations at femtogram and picogram level. 127

Ferritin dünyada insan popülâsyonunda çok yaygın bir şekilde görülen demir eksikliği anemisinin en önemli belirteçlerinden biridir. Bunun yanı sıra bir akut faz reaktanı olarak pek çok enflamasyon durumunda ve bazı durumlarda da bir tümör marker olarak tayini önem taşımaktadır. Bu önemli nedenlerden dolayı proje kapsamında ferritin tayinine yönelik yeni bir impedimetrik immünosensör geliştirildi. Temel prensip olarak antijen – antikor etkileşimine dayalı afinite temelli bir biyosensör sistemi geliştirildi ve sensör yüzeyinde meydana gelen değişimler elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile izlendi. Söz konusu değişimlerden yola çıkılarak ferritin tayini gerçekleştirildi. Antijen – antikor etkileşimi anti ferritin antikoru ile ferritin biyomolekülleri arasında gerçekleştirildi. İmmünosensör sisteminin hassasiyeti, kullanılan sensör yüzeylerinin çeşitli yöntemlerle modifikasyonları neticesinde arttırıldı. Anti ferritin antikorları altın elektrot yüzeyine 11 – merkaptoundekanoik asit (11 – MUA) ile oluşturulan kendiliğinden oluşan tek tabaka (SAM) üzerinden kovalent bağlarla immobilize edildi. Ferritin antijenleri, yüzeye immobilize edilen antikorlarla etkileşimleri sonucunda elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EİS) sistemi ile tayin edildi. Geliştirilen biyosensör sistemi 2,5 – 400 pg/mL ferritin konsantrasyonlarında doğrusal tayin aralığına sahiptir. Biyosensörün tekrar üretilebilirlik ve tekrarlanabilirlik sonuçları ise oldukça tutarlıdır., Ferritin is one of the most important markers of iron deficiency anemia, which is very common in human populations around the world. In addition, it is important as an acute phase reactant in many cases of inflammation and in some cases as a tumor marker. Due to these important reasons, a new impedimetric immunosensor for the determination of ferritin was developed under the project. As a basic principle, an affinity - based biosensor system based on antigen - antibody interaction was developed and the changes on the sensor surface were observed by electrochemical impedance spectroscopy. Ferritin determination was carried out by way of the mentioned changes. Antigen - antibody interaction was carried out between the anti-ferritin antibody and the ferritin biomolecules. The sensitivity of the immunosensor system has been increased as a result of various modifications of the sensor surfaces used. Anti-ferritin antibodies were covalently immobilized onto the gold electrode surface via a self-assembled monolayer (SAM) of 11 - mercaptoundecanoic acid (11 – MUA). Ferritin antigens were detected by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) as a result of their interaction with surface-immobilized antibodies. The developed biosensor system has a linear range of 2.5 to 400 pg/mL ferritin. The reproducibility and repeatability results of the biosensor are highly consistent.

Yüksek Lisans Tezi Luteinleştirici hormon (LH) ön-hipofiz bezinden salgılanır ve üreme sisteminin gelişimi ve fonksiyonunda önemli rol oynar. LH cinsiyet bezlerinin normal fonksiyonu ve üreme için gereklidir. Erkeklerde testosteron üretimini uyarırken, kadınlarda östrojen ve progesteron üretimini uyarır ve yumurtlamayı başlatır. Kadınlarda artan LH seviyeleri primer gonadol bozukluk, polikistik over sendromu, post-menapoz ve hipofiz adenomları ile ilişkilendirilmektedir. Erkeklerde ise hipogonadizm ve primer testis bozukluğunda yüksek LH konsantrasyonu görülür. Bu tezde; elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) ile LH'ın kantitatif tayini için spesifik ve duyarlı immünolojik bir biyosensör geliştirildi. 12-merkaptododekanoik asit, EDC/NHS çifti, PAMAM ve glutaraldehit kullanılarak kovalent immobilizasyon yöntemi ile anti-LH antikoru altın elektrot yüzeyine immobilize edildi. İmmobilizasyon adımları siklik voltammetri ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile karakterize edildi. Bu biyosensörün tayin süresi 1 saat olup, biyosensörün tayin aralığı 1-60 mIU/mL LH konsantrasyonu aralığı olarak belirlendi. Ayrıca geliştirilen biyosensör, LH eklenmiş yapay serum örneklerinin analizinde de başarıyla kullanıldı. abstract Luteinizing hormone (LH) is secreted by the anterior pituitary gland, and plays a key role in the development and function of the reproductive system. LH is essential for normal gonadal function and fertility, stimulating testosterone production in men while it stimulates estrogen and progesterone production and triggers ovulation in females. Increased LH levels are related with primary gonadal dysfunction, polycystic ovary syndrome, post-menopause and pituitary adenoma in females. High LH concentration has been found in men with hypogonadism, and primary testicular failure. In this thesis, a specific and sensitive immunological biosensor was developed for quantitative detection of LH by electrochemical impedance spectroscopy. Anti-LH antibody was immobilized onto gold electrode surface via covalent immobilization techniques by using mercaptododecanoic acid, EDC/NHS couple, PAMAM and glutaraldehyde. Immobilization steps were characterized by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The detection time of this developed biosensor system was one hour. Its detection range was determined as 1-60 mIU/mL LH concentration during this period. This constructed biosensor was successfully used to artificial serum samples spiked with LH.

Elektrokimyasal impedans spektroskopi yöntemi, hücre yüzeyinde aşırı eksprese olan c-erbB-2 proteinini içeren MCF-7 kanser hücre hatlarının, işaretleyicisiz olarak analizinde kullanıldı. Spesifik antikor olan, anti c-erbB-2 nin kovalent olarak, Poli(pirol-NHS) film üzerine immobilizasyonu gerçekleştirildi. Polimer oluşumu, antikorun bağlanması ve son olarak da MCF-7 kanser hücrelerinin yüzeyde tanınması, döngüsel voltammetri, floresans mikroskop, tarayıcı elektron mikroskop ve atomik kuvvet mikroskobu ile karakterize edildi. İmpedimetrik kanser biyosensörü, 100 ile 10 000 hücre mL-1 gibi yüksek hassasiyette bir aralık gösterdi. Bu tasarlanan yüzey, hücre analizi için işaretliyicisiz ve etkili bir yöntem olarak görüntülendi. Electrochemical impedance spectroscopy was evaluated for the label free detection of MCF-7 cancer cell lines in which c-erbB-2 were overexpressed on the cell surfaces. The specific receptor unit, the antibody anti-c-erbB-2, was immobilized on electrogenerated poly(pyrrole-NHS) on electrode surfaces via covalent linking. The polymer formation, the grafting of the antibody, and finally the recognition event with the cancer cells MCF-7 was characterized by using cyclic voltammetry, fluorescence microscopy and scanning electron microscopy. The impedimetric cell cancer sensor showed high sensitivity from 100 to 10 000 cells mL-1 without any labelling step and represents an efficient transduction method for cell detection. 63

Bu tezde, erken kanser teşhisi için hedeflenen anti-HER3 bazlı ve HER3 tayini yapabilen yeni bir biyosensör tasarlandı. Bunun için altın elektrot yüzeyine sisteamin ile kendinden oluşan monotabaka (SAM) oluşturuldu ve böylece anti-HER3’ ün yüzeye kovalent olarak bağlanması sağlandı. Döngüsel voltametri ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile imobilizasyon adımları ve HER3’ ün elektrot yüzeyine bağlanması incelendi. Biyosensörün başarılı sonuçlar vermesi için tüm adımlar optimize edildi. Deneysel impedans dataları üzerinde Kramers-Kronig dönüşümü uygulandı. For early cancer diagnosis, a new impedimetric biosensor, based on the use of anti-HER3 was developed for the determination of HER3. Anti-HER3 was immobilized through covalent coupling with cysteamin which formed a self-assembled monolayer on gold electrodes. Cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy techniques were employed to characterize the immobilization process and to detect HER3. To successfully construct the biosensor current experimental parameters were optimized. Kramers–Kronig Transform was performed on the experimental impedance data.