dc.contributor.advisor | Uzun, Lokman | |
dc.contributor.author | Karasu, Tunca | |
dc.date.accessioned | 2025-03-03T11:00:07Z | |
dc.date.issued | 2025-02-24 | |
dc.date.submitted | 2025-02-20 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/36626 | |
dc.description.abstract | The emergence of the COVID-19 pandemic has once again highlighted the necessity for
the development of rapid diagnostic kits. The detection of viral and microbial pathogens
has become imperative. In addition to the pandemic, geographical hazards and public
health concerns have also underscored the need for rapid, reliable, cost-effective, and
easily accessible tests. In the presented thesis study, three different pathogens were
detected using three different methods with four sensor systems.
As part of the thesis, the first study focused on Pseudomonas aeruginosa, a significant
threat in public areas such as swimming pools and saunas, which can be transmitted
through contaminated water and contribute to increased mortality and morbidity rates in
intensive care units. In this study, P. aeruginosa bacteria were imprinted onto a
polydopamine polymer surface on a graphene-graphite hybrid substrate and detected
electrochemically. Molecularly imprinted polydopamine films were prepared on
graphene oxide-modified graphite electrodes by the chemical oxidation of dopamine in the presence of P. aeruginosa template molecules. The electrodes were electrochemically
characterized using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy
(EIS), and differential pulse voltammetry (DPV). Additionally, the electrodes were
chemically characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and
scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the films were
successfully deposited onto the electrodes and exhibited enhanced electrical conductivity
in the presence of graphene oxide. After template removal, selective cavities for P.
aeruginosa were exposed. The analytical performance of the electrodes was tested using
DPV within a concentration range of 10²–10⁸ CFU/mL. The sensor's selectivity was also
evaluated against potential interfering competitors, including Escherichia coli,
Staphylococcus aureus, and Bacillus subtilis, demonstrating a high specificity for P.
aeruginosa.
The second study in the thesis involved the detection of the SARS-CoV-2 virus surface
peptide, responsible for over 771 million reported cases and more than 7 million deaths
since the first case was identified on November 17, 2019. The immunoaffinity sensor
interface was developed using Anti-SARS-CoV-2 antibodies covalently immobilized
onto poly(pyrrole-pyrrole-3-carboxylic acid) [p(Py-PyCOOH)] nanotube surfaces. The
anti-SARS-CoV-2 immobilized nanotubes were drop-cast onto flexible screen-printed
carbon electrodes. The electrodes were electrochemically characterized using cyclic
voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Additionally,
Raman spectroscopy, contact angle measurements, and scanning electron microscopy
(SEM) were used for chemical characterization. The results demonstrated the successful
deposition of nanotubes onto the electrodes. The sensor’s analytical performance was
evaluated using EIS in a concentration range of 1–1000 pg/mL. Its selectivity was
assessed against potential interfering agents, including immunoglobulin G (IgG), bovine
serum albumin (BSA), hemoglobin (Hb), glucose, and uric acid.
The final two sensors developed within the scope of the thesis were designed for the
detection of the Crimean-Congo hemorrhagic fever acute virus, which is transmitted by
ticks carried by migratory birds and poses a significant threat to our geographical region.
The first sensor design for this virus incorporated DNA-based aptamers. Electrodes electrochemically coated with platinum nanoparticles were modified with p(Py-
PyCOOH) polymer via cyclic voltammetry in two cycles to allow the binding of DNA
aptamers. These electrodes, onto which DNA aptamers were covalently immobilized,
were electrochemically characterized using cyclic voltammetry (CV), electrochemical
impedance spectroscopy (EIS), and chronoamperometry (CA). Additionally, chemical
characterization was performed using Raman spectroscopy (FTIR), contact angle
measurements, and atomic force microscopy (AFM). The analytical performance of the
electrodes was tested using EIS in a concentration range of 10²–10⁸ copies/mL. The
sensor's selectivity was evaluated against potential interfering agents, including P.
aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis, and SARS-CoV-2, demonstrating high
specificity.
Finally, molecularly imprinted sensors were developed for the detection of the Crimean-
Congo hemorrhagic fever acute virus. Electrodes electrochemically coated with PtNP
were treated with a solution of 4-aminophenylboronic acid (4-APBA) containing the
Crimean-Congo hemorrhagic fever acute virus and subjected to 10 cycles of cyclic
voltammetry to form a virus-containing film. The viral particles within the structure were
subsequently removed using phosphate-buffered saline (PBS) through 10 cycles of cyclic
voltammetry. Non-imprinted electrodes were prepared by polymerizing a virus-free 4-
APBA solution. These electrodes were electrochemically characterized using cyclic
voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Chemical
characterization was also conducted using Raman spectroscopy (FTIR), contact angle
measurements, and atomic force microscopy (AFM). The analytical performance of the
electrodes was tested using EIS in a concentration range of 10²–10⁸ copies/mL. The
sensor's selectivity was evaluated against potential interfering agents, including P.
aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis, and SARS-CoV-2, demonstrating high
specificity. | tr_TR |
dc.language.iso | tur | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Moleküler baskılamış polimerler | tr_TR |
dc.subject | Aptasensörler | tr_TR |
dc.subject | İmmünoafinite | tr_TR |
dc.subject | İletken polimerler | tr_TR |
dc.subject | Nanopartiküller | tr_TR |
dc.subject | Patojen tayini | tr_TR |
dc.title | ELEKTROKİMYASAL HİBRİT AFİNİTE ELEKTROTLARIN GELİŞTİRİLMESİ VE GENEL TARAMA KİTİ OLARAK KULLANILABİLİRLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Covid-19 pandemisinin hayatımıza girişiyle birlikte hızlı tanı kitlerinin geliştirilmesi
gerekliliği yeniden hayatımıza girmiştir. Viral ve mikrobiyal bulaşanların tayini zaruri bir
hal almıştır. Pandeminin yanı sıra gerek coğrafik tehlikeler gerek de halk sağlığı sorunları
hızlı, güvenilir, ucuz ve kolay erişilebilen testlerin üretimi için, sunulan tez çalışmasında,
3 farklı patojen, 3 farklı yöntem ile 4 sensör sistemi ile tayin edilmiştir.
Tez kapsamında, ilk olarak yüzme havuzları, saunalar gibi kontamine su yolu ile
bulaşabilen, yoğun bakım ünitelerinde ciddi enfeksiyonların mortalite ve morbidite
oranını artışına neden olan kamusal alanlardaki önemli tehlikelerden olan Pseudomonas
aeruginosa bakterisi grafen-grafit hibrit yüzey üzerinde polidopamin polimerine
baskılanmış ve elektrokimyasal olarak tayin edilmiştir. Moleküler olarak basılmış
polidopamin filmleri, P. aeruginosa’nın kalıp moleküllerinin varlığında dopaminin
kimyasal oksidasyonu ile grafen oksit modifiyeli grafit elektrotlar üzerinde
hazırlanmıştır. Elektrotlar, döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans
spektroskopisi (EIS) ve diferansiyel puls voltametrisi (DPV) ile elektrokimyasal olarak
karakterize edilmiştir. Elektrotlar ayrıca Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile kimyasal olarak karakterize edilmiştir.
Sonuçlara göre, filmler elektrotlar üzerine başarıyla biriktirildi ve grafen oksit ile birlikte
artan elektriksel iletkenlik göstermiştir. Kalıp çıkarıldıktan sonra, P. aeruginosa için
seçici boşluklar açığa çıkarıldı. Elektrotların analitik performansları, 102 – 108 CFU/mL
konsantrasyon aralığında DPV kullanılarak test edilmiştir. Sensör ayrıca potansiyel
müdahale eden rakipler olarak değerlendirilen Escherichia coli, Staphylococcus aureus
ve Bacillus subtilis’e kıyasla P. aeruginosa’ya karşı seçicilikleri değerlendirilmiştir.
Tezin ikinci çalışmasında, ilk vakanın açıklandığı 17 Kasım 2019’dan günümüze kadar
771 milyon vaka rapor edilen ve 7 milyondan fazla insanın hayatını kaybetmesine yol
açan SARS-CoV-2 virüsünün yüzey peptitinin tayinini içermektedir. İmmünoafinite
sensör arayüzeyi poli(pirol-pirol-3-karboksilik asit) [p(Py-PyCOOH)] nanotüp
yüzeylerine kovalent olarak immobilize edilmiş Anti-SARS-CoV-2 antikorları ile elde
edilmiştir. Anti-SARS-CoV-2 immobilize edilmiş nanotüplerin esnek perde baskılı
karbon elektrotlara damlatılarak oluşturulmuştur. Elektrotlar, döngüsel voltametri (CV)
ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrokimyasal olarak karakterize
edildi. Elektrotlar ayrıca Raman spektroskopisi, temas açısı ölçümleri ve taramalı
elektron mikroskobu (SEM) ile kimyasal olarak karakterize edildi. Sonuçlara göre,
nanotüpler elektrotlar üzerine başarıyla biriktirilmiştir. Sensörün analitik performansları,
1 - 1000 pg/mL konsantrasyon aralığında EIS kullanılarak test edilmiştir. Sensör ayrıca
potansiyel girişimci ajanlar olarak değerlendirilen immünoglobülin G (IgG), sığır serum
albümin (BSA), hemoglobin (Hb), glikoz ve ürik aside karşı seçicilikleri
değerlendirilmiştir.
Tez çalışması kapsamında üretilen son iki sensör ise ilk olarak Kırım’da ve Kongo’da
görülen göç eden kuşların taşıdığı kenelerden bulaşan, coğrafyamız için büyük tehlike
arz eden Kırım-Kongo kanamalı ateşi akut virüsüne yönelik olarak hazırlanmıştır. Bu
virüs için geliştirilen ilk sensör tasarımı DNA-temelli aptamerleri içermektedir.
Yüzeylerinde elektrokimyasal olarak platin nanopartikül biriktirilmiş elektrotlara DNA
aptamerin bağlanabileceği p(Py-PyCOOH) polimeri döngüsel voltametri ile 2 döngüde
kaplanmıştır. DNA aptamerin kovalent olarak immobilize edildiği bu elektrotlar,
döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve kronoamperometri (CA) ile elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotlar
ayrıca Raman spektroskopisi (FTIR), temas açısı ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM)
ile kimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotların analitik performansları, 102 – 108
kopya/mL derişim aralığında EIS kullanılarak test edildi. Sensör ayrıca potansiyel
girişimci ajanlar olarak değerlendirilen P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, B. subtilis ve
SARS-CoV-2’ye karşı seçicilikleri değerlendirilmiştir.
Son olarak, Kırım-Kongo kanamalı akut virüsü için moleküler baskılanmış sensörler
hazırlanmıştır. Yüzeylerinde elektrokimyasal olarak PtNP biriktirilmiş elektrotlara
Kırım-Kongo kanamalı ateşi akut virüsü içeren 4-aminofenil boronik asit (4-APBA)
çözeltisi damlatılmış ve döngüsel voltametri ile 10 döngüde virüs içeren film elde
edilmiştir. Yapıdaki virüs partikülleri PBS varlığında döngüsel voltametri ile 10 döngüde
uzaklaştırılmıştır. Baskılanmamış elektrotlar virüs içermeyen 4-APBA çözeltisinin
polimerleştirilmesiyle elde edilmiştir. bu elektrotlar, döngüsel voltametri (CV) ve
elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile elektrokimyasal olarak karakterize
edilmiştir. Elektrotlar ayrıca Raman spektroskopisi (FTIR), temas açısı ve atomik kuvvet
mikroskobu (AFM) ile kimyasal olarak karakterize edilmiştir. Elektrotların analitik
performansları, 102 – 108 kopya/mL derişim aralığında EIS kullanılarak test edilmiştir.
Sensör ayrıca potansiyel girişimci ajanlar olarak değerlendirilen P. aeruginosa, E. coli,
S. aureus, B. subtilis ve SARS-CoV-2’ye karşı seçicilikleri değerlendirilmiştir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Kimya | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2025-03-03T11:00:07Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |