Glukoz oksidaz bazlı enzim elektrotlarda elektriksel iletkenliğin geliştirilmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomühendislik A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2010
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: GONCA BİLGE
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): SELMA MUTLU
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Sunulan çalışma ile önemi giderek artan, birçok araştırmaya konu olan biyosensörler ve biyoyakıt pili uygulamalarında kullanılmak üzere elektriksel iletimi geliştirilmiş glukoz oksidaz (GOD) bazlı enzim elektrodu oluşturulması hedeflenmiştir.Bu amaçla, enzimin redoks aktif merkezi ve elektrot arasındaki elektriksel iletimin arttırılması esas alınarak, farklı immobilizasyon yöntemleriyle elektriksel iletkenliği geliştirilmiş glukoz oksidaz bazlı enzim elektrodu tasarımı önerilmiştir.Tez kapsamında amaçlanan GOD enzim elektrodu tasarım çalışmaları kovalent bağlama, elektrokimyasal immobilizasyon ve apo-enzimin yeniden yapılandırılması yöntemleri ile gerçekleştirilmiş, hazırlanan enzim elektrotların performansları karşılaştırılmıştır.Elektrot ve enzimin redoks aktif merkezi arasındaki elektron transferini arttırmak amacıyla, kovalent bağlama ve elektrokimyasal immobilizasyon yöntemlerinde medyatör moleküllerinden, apo-enzimin yeniden yapılandırılması yönteminde ise direk elektron transferinden yararlanılmıştır.Enzim elektrodu tasarım çalışmalarından, kovalent ve elektrokimyasal immobilizasyon yöntemlerinde iletken polimer olarak polipirol (PPy), medyatör olarak dimetilaminometil ferrosen (DMAMFc), apo-enzimin yeniden yapılandırılması yönteminde ise iletken polimer olarak polianilin (PAn) ile modifikasyon yapılmıştır. İmmobilizasyon işlemlerinin verimini arttırmak amacıyla her immobilizasyon yöntemine özgü immobilizasyon parametreleri incelenmiştir. Apo-enzimin yeniden yapılandırılması yönteminde stabilizasyon problemi ile karşılaşıldığı için immobilizasyon parametreleri üzerinde çalışılamamıştır.pH ve sıcaklık gibi çevresel koşulların hazırlanan enzim tabanlı elektrotların performansına etkisi bir elektrokimyasal potansiyostat-galvanostat sisteminde kronoamperometri (CA) yöntemiyle incelenmiştir. Enzim elektrotların kalibrasyon eğrileri çıkartılarak kinetik parametreler (Imax, Km) hesaplanmıştır. Buna göre elektrokimyasal immobilizasyon yöntemiyle hazırlanan enzim elektrodunun Km değeri 7 mM, Imax değeri 833 µA, kovalent bağlama yöntemiyle hazırlanan enzim elektrodunun Km değeri 19.87 mM, Imax değeri 1250 µA, apo-enzimin yeniden yapılandırılmasıyla hazırlanan enzim elektrodunun Km değeri 27.4 mM, Imax değeri 2000 µA olarak bulunmuştur.Kovalent bağlama ve elektrokimyasal immobilizasyon yöntemleri ile hazırlanan enzim elektrotları biyoyakıt hücresinde test edilmiştir. Biyoyakıt hücresinin performansı, akım-voltaj karakteristiğini veren değerlendirmeler ile sunulmuştur. Bu sonuçlara göre kovalent bağlama ile oluşturulan biyoanodun bağlı olduğu biyoyakıt hücresinde açık devre potansiyeli (OCP) 333 mV, kısa devre akım yoğunluğu 18.17 µA/cm2 (0.85 ? direnç altında), maksimum güç yoğunluğu 0.9 µW/cm2; elektrokimyasal immobilizasyon ile oluşturulan biyoanodun bağlı olduğu biyoyakıt hücresinde ise açık devre potansiyeli (OCP) 456 mV, kısa devre akım yoğunluğu 13.30 µA/cm2 (0.85 ? direnç altında), maksimum güç yoğunluğu 0.88 µW/cm2 olarak bulunmuştur.Son olarak farklı immobilizasyon yöntemleri ile hazırlanan enzim elektrotlarının yüzeyleri AKM ve FTIR teknikleri ile topografik ve kimyasal olarak karakterize edilmiştir.Bu çalışma ile dünyada son dönemde hızlı bir gelişme sürecine giren enzim tabanlı yakıt pili teknolojisinde ve hemen her alanda kullanılma imkanı bulan biyosensörlerin gelişiminde farklı enzim immobilizasyon yaklaşımları ile elektrot performansının değerlendirmesi sunulmuştur.