TR202007785A2 - Moleküler baskilanmiş poli̇merler i̇le i̇mpedi̇metri̇k/kapasi̇ti̇f tekrar kullanilabi̇li̇r kan şekeri̇ ölçümü - Google Patents

Abstract

Bu buluş, moleküler baskılama teknolojisi ile kan şekeri ölçümünde kullanılabilecek bir sensör alanındadır. Bu buluş genel olarak, sıvı numunelerindeki şeker (glukoz, analit) miktarını belirlemek için hızlı ve hassas tek frekansa dayalı impedimetrik/kapasitif elektrokimyasal sensörler ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME MOLEKÜLER BASKILANMIS POLIMERLER iLE IMPEDIMETRIK/KAPASITIF TEKRAR KULLANILABILIR KAN SEKERI ÖLÇÜMÜ Bulusun Ilgili Oldugu Teknik Alan Bu bulus, moleküler baskllama teknolojisi ile kan sekeri ölçümünde kullanillabilecek bir sensör ile ilgilidir. Bulus genel olarak, SN' lnumunelerindeki seker (glukoz, analit) miktarlnl belirleyen hlzll ve hassas, tek frekansa dayal limpedimetrik/kapasitif elektrokimyasal sensör ile ilgilidir. Bu elektrokimyasal sensör, sßrEnumunelerdeki seker moleküllerinin gerçek zamanljölçümlerinde kullanmi için moleküler baskJhnmE polimerler (MIP'ler) içermektedir.

Moleküler baskülanms polimerlerin bozulinaz ve güçlü yapßEsensörün tekrar kullanîna olanak saglamaktad m.

Bulusla Ilgili Teknigin Bilinen Durumu (Önceki Teknik) Glukoz molekülü veya dekstroz, kanda sandalye konformasyonunda bulunmaktadm. Genel yapEEia baktEgEnEtda sandalye konfonnasyonundaki hali, yani d-D-Glukoz formu kanda serbest dolasan ve hücre içine girdiginde gerektiginde fosfatlanan seklidir ve vücudun primer enerji kaynagLdLr. Seker hastalLgLblan kisilerde duyarlLlve hzldölçümü son derece önemlidir.

Teknikte bilinen seker ölçüm stripleri ve cihazi kan ömegindeki glukozu tan yarak enzimatik olarak parçalanmaslnl saglayan glukoz oksidaz (GOX) veya glukoz dehidrogenaz (GDH) biyotanýöîenzim sistemlerinin yüzeye yerlestirildigi, tek kullanînltk elektrotlard E. Ölçüm, biyokimyasal bir degisime ugrayan glukozun olusturdugu biyoelektroaktif moleküllerin birim zamanda verdigi elektronlarîi elektrokimyasal sinyal olarak ölçüm eihazEia iletilmesiyle gerçeklesir. Striplerde enzim sistemlerinin kullan Jhiasmîl, sensitivite (duyarlÜlEk) -spesifisite (özgüllük) sorunlar: ve sistemlerin tek kullanEha izin vermesi gibi kIslmlÜJEIîlarj vardE. Örnegin, GOX sistemi oksijen bagmilElçalStIgEldan sensitivitesi kandaki oksijen seviyesinden etkilenmektedir. Buna karstl][k GDH, yüksek sensitiviteye sahip olsa da diger maddelerle interferans gösterebildiginden GOx kadar spesifik degildir. Bunun yani sLija, enzim sistemlerinin ortamdaki nem ve slcakllkla etkilesimi, ölçümlerin dogrulugunu etkileyebilmektedir. Enzim sistemlerinin ömekteki hematokrit, oksijen düzeyleri gibi bir takîh etkilesimlere açik olmalarC maliyet ve etkin olacak sekilde yeniden kullan Wna uygun olmamalarj en büyük dezavantajlarElE. Normalde bu sekilde ölçüm yapan elektrotlarEl yeniden kullanînj ancak glukozun, dolayßgila ölçüm yapüacak kan örneginin stripten uzaklastEJInasgla mümkündür. Üzerinde enzim tasgtan bu ölçüm sistemlerinde ise temizleme islemi sßasßda enzim aktivitesi için gerekli sartlar etkileneeeginden yeniden kullan lesöz konusu degildir.

Biyosensör sn fl lolan günümüz kan sekeri analizörleri, sadece analit molekülüne afinite gösteren bir biyolojik alglllayld yani enzim, reseptör, antikor, DNA veya protein molekülünün bir fizikokimyasal iletici (“transducer°) üzerine immobilizasyonu ile gelistirilen analiz sistemleridir. Biyolojik algllayldl ile analit molekülü aras ridaki etkilesimin sonucunda ortaya çkan sinyaller “transducer” tarafidan analiz sistemine iletilir ve bu sinyalin konsantrasyona bagllars Egil analizi ile ölçüm gerçeklestirilir.

Biyosensörler, üzerlerindeki biyoalgühyßßta göre katalitik veya afrnite temelli olabilmektedir. Katalitik temelli biyosensör sistemlerinde bir enzim analit molekülünü enzimatik olarak parçalar ve açEga çEkan ikincil moleküller üzerinden veya bu ikincil molekülleri ölçülebilir hale getirebilen üçüncü] moleküller ile ölçüm gerçeklestirilir. Afrnite temelli biyosensörlerde ise antijen-antikor, DNA-DNA, protein-ligand baglanmasîtEt derecesinin ölçülmesi üzerinden analiz gerçeklestirilir.

Afinite temelli biyosensörler, ömekleri verilen reseptör-ligand çiftleri dlSlnda ek bir moleküle gerek duymamalarl lnedeniyle katalitik olanlara göre daha avantajlldlr. Her iki tipteki biyosensörler de, temelde, “transducer” tipine göre elektrokimyasal, optik ve piezoelektrik temelli tasarlanabilmektedir. Bu fizikokimyasal degismeler sonucunda açEga çEkan sinyaller elektrokimyasal ise, “transducer” tipi elektriksel sinyalleri alglayßüolabilmektedir. Örnegin bir enzim bir substratjdönüstürürken elektroaktif ürünler olusuyor veya elektrot yüzeyinin yük dagJJEnîia baglüiletkenlik degisiyorsa analitin elektrokimyasal olarak ölçülmesi daha avantajlîii Buna karsJlk olusan ürün optik olarak @Ek soguran veya emisyon yapan bir ürünse, bu durumda optik biyosensör kullanühialElE. Bas Eiçta, hâda, gerilmede bir degisim oluyorsa bu degisimleri elektriksel yüke çeviren piezoelektrik biyosensör tasarlamak daha uygundur Bu yöntemler içerisinde girisime en az açllt, buna karsllllk hemen hemen her tipteki madde içerisinde ölçüm olanagH saglayabilecek sekilde en pratik ve en düsük maliyetli olan elektrokimyasal biyosensör sistemleridir. Elektrokimyasal biyosensör sistemlerinin düsük maliyetli ve kolay kullanüabilir olmalarÇ bilimsel çalgslmalarda da daha fazla tercih Biyoatinite esaleolarak gelistirilen biyosensör sistemleri, biyomolekül ve analitin birbirine baglanma kinetigine dayalE biyosensör sistemleridir. Biyoatinite esaslü biyosensörlerde biyotannia ajan Jolarak immün sistem biyomolekülleri, tek zincirli DNA, yapay tek zincirli DNA (Aptamer) veya hücre yüzey reseptörleri kullanllabilir. Biyosensörler ile son ylllarda sagllk alan nda son derece spesifik analizler yapilabilmektedir. Elektrokimyasal olarak gelistirilen afinite biyosensörleri, genellikle ikincil bir antikor molekülden veya analit molekülüne spesifik ikincil isaretçi bir molekülden gelen sinyallerle ölçümü temel alln.

Genellikle ikincil molekül elektrik akWnîrl ölçülebilir bir sekilde degistirdiginden elektrokimyasal ölçüm gerçeklestirilebilir. Her ne kadar biyosensör sistemleri biyolojik alg JlayBJlari analite olan spesifikligi sayesinde oldukça avantajlüve duyarlj'âlçüm sistemleri olarak görünseler de, algühyßjmolekül olarak biyolojik kaynakljreseptörlerin kullanüînasE biyosensörün verecegi çevresel kosullar göz önüne almdtgmda analizi kßîlamaktadî Biyolojik moleküllerin verimli çalgmasjiçin optimum çalßma kosullar: gerekmektedir.

Bunlar pH, sBaklE, basEiç, EE, iyon siddeti, ölçüm alman sürüm polaritesi gibi fiziksel özelliklerdir. Bu özeliklerin çok küçük degisimleri bile bir ölçümü etkileyebilmektedir. Örnegin, asetil kolin esteraz enzim aktivitesi pH degisimlerine kars Son derece hassastlr. Bir baska örnek olarak antijen-antikor tabanl lbiyosensörlerin rejenerasyonu verilebilir. Bu islemde antijen-antikor etkilesimlerinin bozulmas Tüyon siddetinin degisimi ile saglan Hi, fakat bu arada moleküllere zarar verilebilir. Bir baska örnek de, düsük ortam sEakIEgEiEi etkileridir.

Bu durumda kullan ]}1n enzimin aktivitesi gözlenmeyebilir/düsük gözlenebilir. Bu örneklerde oldugu gibi bir dizi etkilesimler biyosensör sistemlerinin kullaniimjkßîlamakta ve pratik uygulamalarîi önünde büyük engel teskil etmektedir.

Bahsedilen nedenlerden ötürü, son yülarda çevresel kosullarEldan daha az etkilenen, daha dayanItljalgIayIljmateryaller tasarlanmaktadE. Burada biyosensör terimi yerine sensör terimi kullanmLtlaha uygundur, çünkü biyoalngayLdLyerine sentetik alngachLlar üretimi söz konusudur. Bu yapay reseptörlerin üretilmesi ve uygulamasl,löze1 fonksiyonel gruplara sahip monomerlerin, analit molekülünü üç boyutlu özelliklerine göre saracak sekilde polimerlestirilmesi ile gerçeklestirilmektedir. Böylelikle bu polimerlerin üzerine belli moleküllerin girebilecegi özellesmis oyuklar tasarlamak mümkün olmaktadî Bu yapay reseptör olusturma teknolojisine, moleküler bask [[ama veya moleküler damgalama teknolojisi (molecular imprinting technology, MIT) denmektedir. Bu tipte gelistirilmis polimerler de moleküler damgalanmß polimerler veya moleküler baskIanmß polimerler (MIP) olarak adlandîlhnaktadi. MIT, kßaca, karmask ve kompleks çözeltilerin içinde bulunan bir kalîi molekülünün üç boyutlu yapßßa uygun sekilde molekülü saracak monomerleri, bu kal& üzerinde üretme teknolojisidir. Olusturulmak istenen yapay polimerik reseptörün monomerlerinin kimyasal yapsd baglanmasListenen hedef molekülle etkilesime girecek fonksiyonel grup veya gruplar içermesine göre seçilmektedir. Örnegin, analitin yani hedef molekülün üzerinde amin gruplar. lveya pozitif yük olusturabilecek gruplar varsa, monomer molekülün hedef molekülü sarabilmesi/çekebilmesi için fonksiyonel olarak negatif yüklü gruplar içermesi gerekmektedir. Bu sayede hedef molekülün “parmak izi”, polimer yaplnln üzerinde olusturularak sadece hedef molekülün girebilecegi oyuklarTiçeren yapay bir reseptör elde edilmis olur. SonrasEida ise üzerinde spesifik oyuklar olusmus olan bu dayanüglü polimerler hedef molekülü seçici bir sekilde tanglîi baglayabilirler.

MIT, moleküler tan ana, kataliz, kromatograf'ik ay Etna, kimyasal tan Bia gibi farklüsleri farklE çözgenlerde gerçeklestirebilen göreceli olarak yeni bir teknolojidir. Bu polimerler biyoreseptörlerin etkilendikleri fiziksel kosullardan kolay kolay etkilenmezler, intereferansa daha kapalElElar. Bununla birlikte, biyolojik kaynaklîreseptörlere göre üretimleri de daha az maliyetlidir. Tüm bu avantajlar sensör sistemlerde, biyolojik moleküllerin yerine MIP kullan mln n daha yerinde bir seçim oldugunu göstermektedir.

Molekül baskllll polimerler (MlPs) kalip moleküle kars lseçici özellik göstermesi, kararll bir yap da bulunmasi sßaklfga ve bas Rica kars ?dayan lk] Ükimyasallara karsfdirençli olmalarflve tekrar kullanfllabilmeleri gibi özelliklerinden dolayjsklkla kullanmnaktadm. Günümüzde, moleküler baskflama teknigi, kromatografi, sensör Vb. gibi çesitli analitik tekniklerle basarü Ancak teknikte bilinen MIP ile gelistirilen sensörlerde seçicilik önemli bir sorundur.

Uygulanan metotlarda, farklE elektriksel gerilim uygulandfgEida glukoz dsîida da diger moleküller elektrokimyasal dönüsüme ugrayabileceginden sinyal olusturabilmektedir. Bu nedenlerden ötürü kan sekeri tayininin dogru sekilde yapilabilmesi için sblLl numune içerisindeki diger bilesenlerden etkilenmeyen, sadece glukoza seçici bir sensör gelistirilmesi ihtiyac. duyulmaktad It Bulusun Kîa Aç Rlamas Eve Amaçlarü Bulus, kan, plazma, idrar Vb. sßlj numunelerindeki seker (glukoz, analit) miktarEiE tek frekansa dayallîblarak hülßa tespit edebilen, molekül baskEEpolimerler (MIPs) ile modifiye edilmis bir impedimetrik/kapasitif elektrokimyasal sensör ile ilgilidir.

Bulus sensöründe glukoz, sensör yüzeyinde bulunan ve sadece kendine özgü bir oyuga baglanmaktad B. Bu sensör ile glukoza spesifik oyuk içerisine giren glukoz molekülü sadece baglanma-ayrljna sinyali olusturacagtndan herhangi bir elektrokimyasal reaksiyon söz konusu olmadlglndan, sadece baglanmay lölçecek metot olarak impedimetrik/kapasitif metot kullan ldl g ndan oldukça seçicidir.

Bulus ile çevre kosullarFrldan etkilenmeyen, birden çok kez kullantlabilen, seker dîsüidaki diger maddelerle interferans göstermeyen bir elektrokimyasal sensör gelistirilmistir.

Bulus sensörü ile, biyoreseptör-analit molekülünün etkilesimi, ikincil molekül kullanllmadan, yüzey kapasitans Dveya impedans :ölçümü ile tayin edilebilmektedir. Impedans ve kapasitans elektriksel olarak tamamen elektrotlarE yüzey karakteristigini inceleyebilme olanagü sundugundan sadece biyoreseptör-analitîn baglanmas Eölçüm için yeterli olmaktad E.

Bulus kapsamEida glukoz ölçümü için kullantlhcak yapay tanüia ajanlarüyani moleküler baskJhnmß polimerler ile bu baskJhnmE oyuklara giren glukoz üzerindeki hidroksil gruplarE ile etkilesime girebilecek boronik asit türevleri içerecek sekilde, diol olusumu üzerinden yeni nesil sensörler tasarlanmStLii Bu polimerler, moleküler baskLllama teknolojisi kullanilarak elektrokimyasal (in situ) sentezlenmis ve strip yani glukoz baskllanm s polimerleri üzerinde bulunduran sensörün üzerine yerlestirilmistir. Böylelikle gelistirilmis yeni nesil stripler, dolaylîbir tanrlîa ajanT(enzim) degil, hedef molekül glukoza dogrudan affinite temelli baglanacak bir yapay reseptör kullan [Barak gelistirilmislerdir.

Glukozun altül ve platin elektrotlar üzerindeki grafen tabakaya yerlestirilmis MlP'e baglanmasîtîi ölçülmesi ise, tek frekanleimpedans spektroskopisi ile gerçeklestirilmistir.

EIS, elektrot yüzeyinin kalîtlgîtjveya yük dagEEhEiE(kapasitans) ölçebildiginden elektrot yüzeyindeki elektriksel yük dag [IJEhEiDdegistiren çok küçük degisiklikleri bile tayin edecek sekilde duyarlE bir yöntemdir. EIS ile elektrot yüzey kapasitansü hiçbir biyokimyasal reaksiyona gerek olmadan potantiyostat kullantlhrak ölçülebilmektedir. Tek frekanslL impedans ise glukoz baglanmaslnln zamana bagll direnç yani impedans cinsinden degismeyen bir frekansta ölçülmesi ile elektrokimyasal olmayan bir metot olarak adlandlrlllrt Bulusta glukozun strip yüzeyine baglanma karakteristigi izlenmektedir ve ölçüm metodu olarak yüzey impedans Eve kapasitans EkullanElmßtE. Platin bir elektrot (elektron kaynagEl ile alti bir elektrot (elektron alBE) arasmdaki grafen tabaka üzerinde olusturulan glukoz baglayan MIP°ler ile modifiye edilmis bir glukoz sensörü gelistirilmistir. Bu elektrot aras Eia uygulanan frekanlepotansiyel ile impedimetrik ve kapasitif ölçüm ile glukoz miktarjtayin edilebilmektedir.

Bulus sensörü ile; sensör yüzeyinde MIP ile modifiye sekilde tasarlanmts ve glukoz basklanmlsl polimerlerin yer aldtgt tyeni nesil striplerde bu polimerlere spesifik olarak baglanan glukozun birim zainanda olusturacag lstrip/elektrot impedans art sH We kapasitansta azalmanît ölçümleri yapührak degisik ömeklerdeki glukoz konsantrasyonlarH tayin edilebilmektedir.

Bulus sensörü elektrotlarmii yüzeyinin elektriksel yük dagfllînlîtm degismesi, impedans ile birlikte yüzey kapasitansiXC) da azalttîgßdan sadece impedans ölçümleri arac [[Eggtla degil, kapasitans ölçümleriyle de glukoz baglanmasiît takibi de önemlidir. AyrEa bu ölçümler birim zamandaki korele degisimleri takip edeceginden gelistirilen glukoz ölçüm temeli kronoimpedimetrik ve kronokapasitif özelliklerde olmaktad E.

Bulus ile platin bir elektrot (elektron kaynagE) ile altEi bir elektrot (elektron alBE] aras Eidaki grafen tabaka üzerinde olusturulan glukoz baglayan MIP”ler ile modifiye edilmis bir strip gelistirilmistir. Elektrot aras Lna uygulanan frekanslldpotansiyel ile impedimetrik ve kapasitif ölçüm ile glukoz miktar tayin edilebilmektedir.

Bulusu Aç klayan Sekillerin Tan Inlarü Bu bulusla gelistirilen cihazm daha iyi anlaSJJabilmesi için hazmlanan sekiller asagma aç klanmaktad 3.

Sekil 1: Glukoz sensörünün yandan görünümü ve parçalarj Sekil 2: Glukoz sensörünün üstten görünümü Sekil 3: Glukoz sensörünün yandan bütünlesik görünümü Bulusu Olusturan Unsurlar m/Kßmilar ît/Parçalarm Tan înlarj Bu bulusla gelistirilen kan sekeri ölçüm sensörünün daha iyi açtklanabilmesi sekillerde yer alan parçalar/klstmlar/unsurlar ayr ayri numaraland n lln si olup her bir numarann açlklamasl asag da verilmektedir. 1: YalIkan Destek Tabaka 2: Plastik YalEkan Tabaka 3: Glukoza Seçici Oyuklarn Bulundugu MIP 4: Altin Elektrot : Grafen Baglant lTabakas l 6: Platin Elektrot 7: Moleküler Glukoz Bask lanm sl Polimer Tabakasî l 8: Numune Haznesi 9: Baki Iletken Teller Bulusun Ayr Iit [IlüAç [klamas J Bulus; kan, plazma, idrar vb süt: numunelerindeki seker (glukoz, analit) miktarEiE tek frekansa dayalüolarak hülßa tespit edebilen, molekül baskEEpolimerler (MIPs) ile modifiye edilmis bir elektrokimyasal sensör ile ilgilidir.

Sekil 17de bulus sensörünün yandan görünümü ve parçalarLgösterilmektedir.

S V lnumunelerdeki glukoz miktar nl ltespit eden bulus sensörü, en üst tabaka kaplamasl l olarak kullan lan ve sensör yüzeyinin dayanlkllllglnl arttlran yal tkan destek tabaka (l), elektrotlarîl (4,6) içerisinde yer aldgîplastik yalftkan tabaka (2), glukoza seçici oyuklarlrl bulundugu MIP (3), platin elektrot (6) ile grafen baglantütabakas D(5) üzerinden elektriksel etkilesime giren altEi elektrot (4), plastik yalEkan tabaka (2) üzerinde altEi ve platin elektrotlar (4,6) aras &da bulunan ve bu iki elektrot aras Iidaki elektrik akînßm iletilmesini saglayan grafen baglantEtabakasD(5), altît elektrot (4) ile grafen baglantütabakasîü) üzerinden elektriksel etkilesime giren platin elektrot (6), grafen baglantütabakas :(5) üzerine yerlestirilmis, tayin edilmek istenen analit olan glukoza özgü moleküler glukoz baskEanmS polimer tabakasL(7), içerisindeki seker miktaritespit edilmek istenen numuneyi sensöre temas ettirmek için tan mlanmls, en az 50 uL örnek alabilen numune haznesi (8), altln (4) ve platin (6) elektrotlar n ds baglanti# için kullan lan bak n iletken teller (9) içermektedir.

Moleküler Glukoz Baskilanmls Polimerin (Yapay Tan ma Ajanl veya Yapay Reseptör) Üretimi Moleküler baskLlanmLs polimer üretiminde iki çesit monomer kullanhnaktadn. Birincil monomer olarak kullanilan 0,2-1 mg arallglnda, tercihen 1 mg akrilamidofenil boronik asit (AAPBA), pH°sl \7 olan ve içerisinde 50 mM dihidrojen fosfat bulunan bir çözgende çözülmektedir. Sonras Frida içerisine 0,1-5 mg aralfgfrlda, tercihen 1 mg glukoz (Glc) ilave edilmekte ve bu karls'lrna ikincil monomer olarak 0,01-0,5 mg aral g nda, tercihen 0,5 mg pirol eklenerek oda sßaklfglüda (~25 OC) sensör hazlîllanana kadar en fazla 4 saat bekletilmektedir. Glukoza seçici oyuklarEi bulundugu moleküler basküanmß polimerlerin (3) üretimi için gerekli olan bu karßîn grafen baglantEtabakasD(5) üzerine eklenerek içerisinde çözünmesi gereken maddelerin kendi kendine düzenlenmesi ve yayEmasE için biraz bekletilmektedir. Ardmdan altß (4) ve platin (6) elektrot aras &a ve grafen baglantEtabakasE (5) üzerine 600 mV ile 900MV aralEgElda sabit potansiyel en fazla 20 dakika süreyle uygulanmaktadi Böylece grafen baglantütabakasjß) üzerinde hem glukozun üç boyutlu yapstna hem de glukoz üzerindeki hidroksil gruplartna baglanabilecek glukoza seçici oyuklar n bulundugu MIP (3) üretilmektedir. Bu polimerler, MIT kullanllarak elektrokimyasal (in situ) sentezlenmis ve strip (MIP ile kaplanm s grafen tabaka) yüzeyinde grafen baglantH tabakasÜ üzerinde olusturulmustur. Böylelikle gelistirilmis yeni nesil striplerde, dolayljbir tanEna ajanD(enzim) degil, hedef molekül glukoza dogrudan affinite temelli baglanacak bir yapay reseptör kullanEüirak gelistirilmislerdir. AAPBA”ni glukoz ile diol olusturma özelligi ve pirolün elektrokimyasal olarak polimerize olabilmesinden ötürü polimerin kapasitesi artmaktadi Bu monomerler glukoz çevresinde polimerlesmistir, bu polimerlesme ile sadece glukozun girebilecegi yani glukozun üç boyutlu yapßiia uygun sekilde düzenlenen ve üzerinde glukozun girebilecegi oyuklar elde edilmistir. Bu oyuklar hem glukozun üç boyutlu yapLsLna `hem de glukoz üzerindeki hidroksil gruplaana baglanabilecek boronik asit türevlerinin de buna göre düzenlenmesi ile olusurlar. Böylelikle bu oyuk bir anahtar-kilit modeli gibi sadece glukozun girebilecegi sekilde yönlenmislerdir.

Bulus Elektrokimyasal Sensör ile SEHINumunelerindeki Seker Tayini Glukoza seçici oyuklarEi bulundugu MIP (3) elde edildikten sonra, glukoz miktarütespit edilmek istenen SEIEnumuneler bulus sensöründe numune haznesine (8) damlatlîmaktadi Sensöre 100-150 Hz aralgîida frekans ile en fazla 200mV potansiyel uygulanmaktadm SEIE numune içerisindeki glukozun, grafen tabaka üzerindeki glukoza seçici MIP oyuklarEia baglanmas3impedansEartEmakta, kapasitansEazaltmaktadE. Impedans artßßlßdaki oranEi glukoz oranLna çevrilmesi, kapasitans azalLslnn da glukozun baglanmas Lndan ötürü azalma göstererek glukoza seçicilik dogrulamaktadln. Böylece bulus sensörü ile slVl numunelerdeki seker miktar tespit edilebilmektedir. Örnek damlatldktan sonra, 200mV potansiyel ve 100 ile 150Hz arasFfrekans uygulanmaya baslanacakt ri. Bu süre zarflnda birim zamanda impedans artls'l görülecek ve bu art`$a bagll olarak seker miktarrölçülebilecektir. Kapasitans ölçümü burada kontrol mekanizmasÜolarak kullanJInaktadE. Yüzeye, yani grafen tabaka üzerindeki moleküler baskEDanmS polimerlere baglanma oldugunda kapasitans artsîlglukoz konsantrasyonundan bag mis] olmaktad E, fakat oyuklara baglanma olursa yani glukoz baglanîsa kapasitanstaki degisim glukoz konsantrasyonu korelasyon göstermektedir. Glukozun oyuklara baglanmas :ile zamanla artß ve sonras Ilda arts gözlenmemektedir. Fakat yüzeyde birikirse bu artß devam eder bu sekilde hem impedans artßühem de kapasitanstaki artß birbiri ile körele edildiginde dogru miktarda glukoz ölçümü gerçeklestirilir.

Glukoz ölçümü, grafen tabaka üzerine kaplanmls MIPslerin üzerindeki glukozun girebilmesi için üretilmis seçici oyuklara glukoz baglanmas lile gerçeklestirilir. Bu baglanma, AAPBA üzerinde bulunan boronik asit uçlarÜ(B-OH) ile glukoz üzerindeki hidroksil (OH) uçlarlîilîi diol olusumu üzerinden gerçeklestirilir, glukoz üzerindeki aldehit (C:O) grubu ise pirol üzerindeki imino (-NH-) grubu ile hidrojen bagj olusturarak etkilesmesi ile seçicilik gerçeklestirilir. Etkilesime giren boronik asit ve imino gruplarü glukoz çevresinde kendi kendine düzenlendikten sonra polimerlestirilir ve oyuklar bu sekilde glukozun üç boyutlu yapIleia uygun olarak olustur. Bu oyuk glukoz üç boyutlu yapßEia uygun oldugundan sadece glukoz bu oyuklara girebilmektedir. Bu bir anahtar-kilit uyumu olarak düsünülebilir.

Bulus sensörü, yüzeyinde MIT ile modifiye sekilde tasarlanms ve glukoz basküanmts polimerlerin yer ald g yeni nesil striplerde bu polimerlere spesifik olarak baglanan glukozun birim zamanda olusturacag lstrip/elektrot impedans-kapasitans degisim ölçümleri yapilarak degisik örneklerdeki glukoz konsantrasyonlar`ltayin edilebilmektedir. Elektrotlarîl yüzeyinin elektriksel yük dagEIEhEiEi degismesi, impedans ile birlikte yüzey kapasitansIlD(C) da degistirdiginden sadece impedans ölçümleri aracmîgßtla degil, kapasitans ölçümleriyle de glukoz baglanmasiZönemlidir. Ayrßa bu ölçümler birim zamandaki korele degisimleri takip edeceginden gelistirilen glukoz ölçüm temeli kronoimpedimetrik ve kronokapasitif özelliklerde olmaktad E.

Bu bulusta glukozun yüzeye baglanma karakteristigi izlenmektedir ve ölçüm metodu olarak yüzey impedansEve kapasitans Dkullanümgtî. Impedans (Z veya R) veya elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) elektrolit-elektrot ara yüzünün incelenmesinde, kütle transfer oranlarnn ölçülmesinde ve elektrot reaksiyonlarlnln arastlrllmaslnda kullanllan etkili bir ölçüm teknigidir. Bu ölçüm ile elektroaktif olmayan büyük kütledeki proteinler, antijenler çok düsük tayin aralklarîlda ve çok düsük tayin sinüda ölçülebilmektedir.

Ikinci] bir moleküle gerek duyulmamasî lsadece iki molekül arasndaki etkilesimin ölçülmesi açilîidan da diger elektrokimyasal yöntemlere göre daha ekonomik olmaktad E. Bu ölçüm en basit sekilde elektrotlarîl, yüzey kompozisyonunu ve yüzey direncini ölçen bir tekniktir. MIP ile kaplanmß grafen tabaka yüzeyine, örnekteki glukozun baglanmasEile yüzey direncinde glukoz konsantrasyonuna baglEolarak bir degisim olusmus, bu degisim ve baglanma hEEda impedimetrik olarak ölçülmüstür. Bu ölçümde zamana baglümpedansta degisim olacagEidan, ölçüm temelinin bir ayagEkronoimpedimetrik olmaktad 3. Özellikle glukozun baglanmasEiEi metod olarak yorumlanmasEiçin ise, kapasitif ölçüm ile birlikte olusturulan algoritma ile glukoz ölçümü gerçeklestirilir. Bu algoritma grafen kaplLlMIP alanLllmilimetre kare olacak sekilde hesaplanm Stlri ve su sekilde türetilir, glukozun yüzeye baglanmasl ile birlikte kapasitans ve impedansta art s gözlenir, bu artls 3 saniye boyunca devam eder, bu saniyeden sonra kapasitans artlTsIT olmaz fakat impedans artlsî devam etmektedir ve glukoz konsantasyonu ile impedansta arts gerçeklestirilir. Eger kapasitans artglor ve impedans 3. saniyeden sonra degismiyor ise glukoz dßümoleküller yüzeyde birikiyor demektir. Bu süre grafen kapl jalan i art :SI Juan Eda artar. Ölçüm sonrasßda sensörün tekrar kullanüabilmesi için elektrot etanol-su karßiqßa sokularak 5 dakika bekletilmektedir. Glc uzaklastEEdEthtan (yülama) sonra sensör tekrar kullan Iabilmektedir S yiimekteki glukozun ölçüm aralgdau sensör ile 20mg/dL ile 800 mg/dL aralbgndad LÜ.

Bulusta tercihen bu slvl numunenin temas ettigi noktada MIP`i koruyan çok ince, selüloz bir membran bulunabilmektedir. Bu membran kandan kaynakll Sekilli elemanlarl tutma özelligine sahiptir, 1000 Dalton altmdaki molekülleri geçirebilecek, 10 um kalîlltglîlda nitroselüloz inateryalden üretilmistir.

Bulus sensörü bir yanal akß sensörüdür. Bu sensörün altîl (4) ve platin (6) elektrotlarßa ayrD ayrjbaglEbaki iletken teller (9) vasßasglla bir cihaza, cep telefonuna, analizöre veya bir platforma baglanabilir 3,5 mm kulaklEIl girisi seklinde tasarlanmßtî Alti iletken ile platin iletken arasEida (grafen baglantDtabakasEuzunlugu), lmm uzaklllî bulunmaktadi. Bu uzaklI& degisebilir, bu uzaklEgEi degismesi ile grafen, AAPBA, Pirol miktarlar Jizaklthaki yüzde artsljle çarp lhrak art Jilinaltdii

Claims (1)

1. ISTEMLER S Ellmmunelerdeki glukoz miktarîl Jespit eden bir elektrokimyasal sensör olup özelligi; Sensörde en üst tabaka kaplamasü olarak kullanüan ve sensör yüzeyinin dayan Ellgiîarttman yalîkan destek tabaka (1), Elektrotlari (4,6) içerisinde yer ald :g galastik yalIkan tabaka (2), Glukoza seçici oyuklarîl bulundugu MIP (3) Platin elektrot (6) ile grafen baglantütabakasüö) üzerinden elektriksel etkilesime giren alt n elektrot (4), Plastik ya] tkan tabaka (2) üzerinde altln ve platin elektrotlar (4,6) arasinda bulunan ve bu iki elektrot araslndaki elektrik ak min n iletilmesini saglayan grafen baglantl l tabakasTS), Altîl elektrot (4) ile grafen baglantütabakasüö) üzerinden elektriksel etkilesime giren platin elektrot (6), Grafen baglantEtabakas :(5) üzerine yerlestirilmis, tayin edilmek istenen analit olan glukoza özgü moleküler glukoz bask IlanmEs polimer tabakas :(7), Içerisindeki seker miktarütespit edilmek istenen numuneyi sensöre temas ettirmek için tan Ehlanmg, en az 50 uL örnek alabilen numune haznesi (8), Alt Il (4) ve platin (6) elektrotlarln dls baglants için kullanilan bak n iletken teller (9) içermesidir. . Istem 1°e uygun sensörün üretim yöntemi olup özelligi; glukoza seçici oyuklarln bulundugu MIP (3) üretiminin, Birincil monomer olan , pH°sl7 olan ve içerisinde 50 mM dihidrojen fosfat bulunan bir çözgende çözülmesi, Içerisine 0,1-5 mg aralgßda glukoz ilave edilmesi, ikincil monomer olarak 0,01-0,5 mg aralEgElda pirol (Py) eklenerek oda sßakIEgmda en fazla 4 saat bekletilmesi, Kar sllm n grafen baglant l tabakasl | (5) üzerine eklenerek içerisinde çözünmesi gereken maddelerin kendi kendine düzenlenmesi ve yay lmasl için bekletilmesi, Alti (4) ve platin elektrot (6) aras Eia ve grafen baglant Etabakas :(5) üzerine 600 mV ile 900Mv aral g nda sabit potansiyelin en fazla 20 dakika uygulanmasl, AAPBA üzerinde bulunan boronik asit uçlarE(B-OH) ile glukoz üzerindeki hidroksil (OH) uçlarmß diol olusturmas] pirol üzerindeki imino (-NH-) grubu ile glukoz üzerindeki aldehit (CîO) ile hidrojen bagEolusturmasJile boronik asit ve imino gruplari& glukoz çevresinde polimerleserek grafen baglantütabakasüö) üzerinde hem glukozun üç boyutlu yapilia hem de glukoz üzerindeki hidroksil gruplarßa baglanabilecek glukoza seçici oyuklarîi bulundugu MIP (3) elde edilmesi islem ad Inlar Il jçerinesidir. Istem l°e uygun sensörün symumunelerdeki glukoz miktarhjLltespit etme yöntemi olup Özelligi; Seker miktarü tespit edilmek istenen SEIE numunelerin numune haznesine (8) damlatJhias] Sensöre 100-150 Hz aralEgîlda frekans ile en fazla 200 mV potansiyel uygulanmasÇ sv. lnumune içerisindeki glukozun, grafen tabaka üzerindeki glukoza seçici MIP oyuklarîia baglanmas J Grafen tabaka üzerindeki glukoza seçici MIP oyuklarlna baglanan glukozun impedans artlnmas ,lkapasitans azaltmasm Impedans artSEiEidaki orani glukoz oranIia çevrilmesi, kapasitans azalEEiEl da glukozun baglanmas fidan ötürü azalma göstererek glukoza seçiciligi dogrulamasE Istem 1°e uygun sensör olup özelligi; surLhumunenin temas ettigi noktada MIP°i koruyan selüloz membran içermesidir. Istem 4'e uygun sensör olup özelligi; bahsi geçen selüloz membrann 1000 dalton altîidaki molekülleri geçirmesidir. Istem 47e uygun sensör olup özelligi; bahsi geçen selüloz membranß 10 um kal mlfgßda nitroselüloz olmas El 3. Istem l,e uygun sensör olup özelligi; alt& (4) ve platin (6) elektrotlarßa ayrüayrübaglü baki iletken teller (9) vas 313 ;ila bir cihaza, cep telefonuna, analizöre veya bir platforma baglanabilmesidir. Istem lle uygun sensör olup özelligi; glukozun ölçüm aralfgii 20mg/dL ile 800 mg/dL olmas d Ji