Lizozim tayini için moleküler baskılı grafen oksit bazlı yüzey plazmon rezonans biyosensörü
Molecular imprinted graphene oxide-based surface plasmon resonance biosensor for lysozyme sensing
- Tez No: 1004418
- Danışmanlar: PROF. DR. ADİL DENİZLİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Biyokimya, Chemistry, Biochemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lizozim (LYZ) birçok insan vücut sıvısında bulunan, 14.4 kDa molekül ağırlığında ve pI: 11.1 izoelektrik noktasına sahip antimikrobiyal bir enzimdir. LYZ özellikle gözyaşı, tükürük, serum ve idrar gibi vücut sıvılarında bulunur ve bağışıklık sistemi yanıtında önemli rol oynar. Normal koşullarda en yüksek lizozim konsantrasyonu gözyaşında (~1267 mg/L), daha düşük seviyelerde serumda (yaklaşık 0.7-2.6 mg/L) ve idrarda (1.7–123 μg/L) görülür. Patolojik durumlarda lizozim seviyeleri anormal derecede yükselebilir. Örneğin; bazı lösemi türlerinde, AIDS, tüberküloz, romatoid artrit ve Crohn hastalığında lizozim düzeyleri referans aralıklarının üzerine çıkabilmektedir. Bu nedenle lizozim, çeşitli hastalıkların erken tanı ve tedavi takibi için değerli bir biyobelirteçtir. Geleneksel lizozim tayin yöntemleri enzimatik aktivite ölçümlerine veya özgül biyoreseptörlere dayalıdır. En yaygın yöntemlerden biri ELISA (Enzim Bağlantılı İmmünosorbent Analizi) olup yüksek duyarlılık sunmasına rağmen antikor temelli olduğu için maliyetlidir. Ayrıca hazırlık ve analiz süresi uzundur, tekrar kullanımı kısıtlıdır ve hedef molekülün etiketlenmesini gerektirir. Bunun yanı sıra HPLC (Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi) ve kapiler elektroforez gibi ayırma teknikleri de lizozim tayininde kullanılmaktadır. Fakat bu teknikler de karmaşık örnek hazırlığı, uzun analiz süresi ve yüksek maliyet gibi dezavantajlara sahiptir. Daha hızlı, kullanıcı dostu ve tekrar kullanılabilir yöntemlere duyulan ihtiyaç, son yıllarda biyosensör teknolojilerinin gelişimini hızlandırmıştır. Yüzey plazmon rezonansı (SPR) temelli sensörler, biyolojik örneklerdeki etkileşimleri gerçek zamanlı ve etiketleme gerektirmeden yüksek duyarlılıkla sunabilmesi nedeniyle önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadırlar. SPR, metal-dielektrik ara yüzeyinde serbest elektronların toplu salınımına dayalı bir optik fenomen olup, uygun koşullarda bu salınımlar yüzey plazmon polaritonları olarak adlandırılan dalgalar oluşturur. Bir SPR biyosensörü, altın gibi metal bir yüzey üzerindeki kırılma indisi değişimlerini plazmon rezonansı açısındaki kaymalar yoluyla tespit eder. Bu yöntem, kanser biyobelirteçleri dahil birçok analitin hızlı taramasında kullanılmıştır. SPR'ın yüksek duyarlılığı, gerçek zamanlı ölçüm imkanı ve etiket gerektirmemesi avantajlarıyla, lizozim dahil çeşitli proteinlerin tespitine yönelik sensör geliştirme çalışmalarında yoğun şekilde değerlendirilmektedir. Bu tez çalışmasında, lizozimin seçici tayini için moleküler baskılanmış polimer (MIP) yaklaşımı ile bir biyosensör platformu geliştirilmiştir. MIP, hedef molekülün kalıbı alınarak oluşturulan sentetik polimerik bir tanıma elemanıdır. Bu çalışmada, altın nanopartiküller (AuNP) ve grafen oksit (GO) ile zenginleştirilmiş bir MIP nanofilmi, SPR biyosensör yüzeyine uygulanmıştır. Böylece, AuNP'lerin ve iki boyutlu karbon malzeme olan GO'nun plazmonik ve yüzeysel özellikleri sayesinde sensör duyarlılığının artırılması hedeflenmiştir. Geliştirilen AuNP–GO/MIP tabanlı SPR biyosensörü, 7.4 PBS tampon çözeltisinde 0.01-0.5 nM konsantrasyon aralığında lizozime karşı doğrusal bir yanıt vermiş ve 0.0015 nM gibi çok düşük bir tespit sınırına ulaşmıştır. Sensörün seçiciliği, benzer boyut ve izoelektrik noktaya sahip kontrol proteinleri (miyoglobin ve sitokrom c) kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, AuNP–GO/MIP sensörün lizozime karşı miyoglobine göre ~4.27 kat, sitokrom c'ye göre ~2.36 kat daha yüksek bağlanma gösterdiğini, lizozim baskılanmamış kontrol sensöre (NIP) kıyasla ise baskılama faktörünün (IF) ~4.9 kat yüksek olduğunu ortaya koymuştur. Sensörün tekrar kullanılabilirliği altı ardışık ölçüm sonunda %1.5'in altında bağıl standart sapma (RSD) ile doğrulanmıştır. Son olarak, yapay idrar, serum ve tükürük örneklerine belirli miktarda lizozim eklenerek hazırlanan karışımlarda sensör performansı test edilmiş, karmaşık matris varlığının sensör cevabına etkisi incelenmiştir. Elde edilen bulgular, geliştirilen AuNP–GO/MIP SPR biyosensör platformunun lizozim tayininde yüksek duyarlılık, seçicilik ve güvenilirlik sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Lysozyme (LYZ) is an antimicrobial enzyme found in many human body fluids, with a molecular weight of 14.4 kDa and an isoelectric point (pI) of 11.1. LYZ is present in biofluids, including tears, saliva, serum, and urine, and plays a crucial role in immune responses. Under normal conditions, the highest lysozyme concentration is observed in tears (~1267 mg/L), with lower levels in serum (approximately 0.7-2.6 mg/L) and urine (1.7-123 μg/L). In pathological conditions, lysozyme levels can increase abnormally; for example, in certain types of leukemia, AIDS, tuberculosis, rheumatoid arthritis, and Crohn's disease, lysozyme levels may exceed reference ranges. Therefore, lysozyme is a valuable biomarker for early diagnosis and monitoring of treatment across various diseases. Conventional methods for lysozyme detection are based on enzymatic activity measurements or specific bioreceptors. One of the most common methods is ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay), known for its high sensitivity but also its high cost due to the antibody-based procedure. In addition, the preparation and analysis time is long, reusability is limited, and labeling of the target molecule is required. Separation techniques such as HPLC (High-Performance Liquid Chromatography) and capillary electrophoresis are also used for lysozyme detection; however, these techniques have disadvantages, including complex sample preparation, long analysis time, and high cost. The need for faster, user-friendly, and reusable methods has accelerated the development of biosensor technologies in recent years. Surface Plasmon Resonance (SPR)-based biosensors have emerged as an essential alternative because they enable real-time, label-free, and highly sensitive monitoring of interactions in biological samples. SPR is an optical phenomenon based on the collective oscillation of free electrons at the metal–dielectric interface, and under appropriate conditions, these oscillations generate waves known as surface plasmon polaritons. An SPR biosensor detects changes in the refractive index at a metal surface, such as gold, via shifts in the plasmon resonance angle. This method has been used for rapid screening of many analytes, including cancer biomarkers. Owing to its high sensitivity, real-time measurement capability, and label-free operation, SPR has been widely evaluated in sensor development studies for the detection of various proteins, including lysozyme. This thesis presents an SPR biosensor platform for the selective detection of lysozyme, which utilizes a molecularly imprinted polymer (MIP) decorated with gold nanoparticles (AuNPs) and graphene oxide (GO) on its surface. Thus, the aim was to increase sensor sensitivity by leveraging the plasmonic and surface properties of AuNPs and GO. The developed AuNPs-GO/MIP SPR biosensor exhibited a linear response to lysozyme over the concentration range 0.01–0.5 nM in phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.4), achieving a very low limit of detection of 0.0015 nM. The sensor's selectivity was evaluated using control proteins with similar sizes and isoelectric points (myoglobin and cytochrome c). The results revealed that the AuNPs-GO/MIP sensor showed ~4.27-fold and ~2.36-fold higher binding to lysozyme compared to myoglobin and cytochrome c, respectively. Compared to the non-imprinted control sensor (NIP), the imprinting factor (IF) was approximately 4.9, confirming the efficiency of the molecular imprinting process. The sensor's reusability was confirmed by a relative standard deviation (RSD) of < 1.5% across six successive measurements. Finally, sensor performance was evaluated in mixtures prepared by spiking lysozyme into artificial urine, serum, and saliva samples, and the effect of complex matrices on the sensor response was investigated. The findings demonstrate that the developed AuNPs-GO/MIP-based SPR biosensor platform offers high sensitivity, selectivity, and reliability for lysozyme determination in biomedical samples.
Benzer Tezler
- Lizozim tayini için lizozim baskılanmış yüzey plazmon rezonans çipler
Lysozyme imprinted surface plasmon resonance chips for lysozyme detection
ŞEYMA ERİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADİL DENİZLİ
- Prostat kanser tayini için moleküler baskılama temelli yüzey plazmon rezonans (SPR) sensörlerin hazırlanması
Preparation of molecular imprinting based surface plasmon resonance (SPR) sensor for prostate cancer detection
GİZEM ERTÜRK
- Preparation of molecular imprinting based lysozyme sensors
Moleküler baskılama temelli lizozim sensörlerin hazırlanması
ERKUT YILMAZ
- Pyridine-peg functionalized graphene nucleants for protein crystallization
Piridin-peg ile işlevlendirilmiş grafenin protein kristalizasyonu için nükleant olarak kullanımı
CEM MERİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
KimyaSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KEMAL BAYAZIT
- Nanopartiküllerle duyarlılığı arttırılmış yüzey plazmon rezonans biyosensörlerin hazırlanması
Preparation of nanoparticle-amplified surface plasmon resonance biosensors
GÜLSU ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADİL DENİZLİ