İN VİTRO DİYAGNOSTİK SİSTEMLERDE KULLANILMAK ÜZERE YENİ NESİL ELEKTROTLARIN TASARIMI VE GELİŞTİRİLMESİ

This study aims to fabricate electrodes with properties of both gold and diamond-like carbon (DLC) thin films for in vitro diagnostic system applications for the first time. A specific self-assembly method was used to prepare conductive gold nanonetwork bonded diamond-like carbon nanofilm (CGN-DLC) electrodes with multifunctional surface and bulk properties. The nanofilms possessed a relatively high sp3 carbon fraction, a high electrical conductivity (1,4 × 103 S.cm-1) and optical band gaps of 1,42 eV and 3,87 eV. Attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed the presence of carboxylic acid functional groups on the DLC surface. High-resolution transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), RAMAN spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EİS) were used to help qualitative and quantitative assessing of CGN-DLC nanofilms. TEM and SEM analyzes demonstrated the successful use of trisodium citrate and gold nanoparticles to produce CGN-DLC nanofilms. The XRD spectrum indicated the Au (111), Au (200), Au (220) and Au (311) peaks of the gold nanonetwork and the C (002), C (032) and C (111) peaks of the DLC structure. The RAMAN spectroscopy demonstrated the D and G band peaks of the diamond-like carbon structure at 1388.6 cm-1 and 1568.0 cm-1, respectively. The sp3 content of DLC film was found approximately 30 %, as well. CV and EİS demonstrated that CGN-DLC nanofilms can be used as effective electrodes in biosensor applications. In the presented thesis, a sustainable method is shown for obtaining CGN-DLC nanofilms without using harmful chemicals or physical methods. To evaluate the performance of CGN-DLC nanofilm, it was coated on a pencil graphite electrode (PGE) and used in an electrochemical biosensor for the sensitive detection of miR-NA-410-5p as a prostate cancer biomarker. No amplifica-tion and/or labeling process was used on this biosensor platform. The prepared biosensor platform was detected target miRNAs using differential pulse voltammetry (DPV) method with a linear range of 0.3 fM to 100 fM and a detection limit (LOD) of 0.27 fM. As such, the CGN-DLC nanofilm is expected to find wide application areas such as bio/sensors, photovoltaics, transistors, amplifiers, energy storage elements and biomedical.Bu çalışmada, in vitro diyagnostik sistem uygulamaları için altın ve elmas benzeri karbon (DLC) ince film özelliklerine sahip elektrotların ilk kez üretilmesi amaçlanmıştır. Çok fonksiyonlu yüzey ve yığın özelliklerine sahip, iletken altın nanoağ bağlı elmas benzeri karbon nanofilm (CGN-DLC) elektrotların hazırlanması için kendiliğinden düzenlenme (self-assembly) yöntemi kullanılmıştır. Geliştirilen nanofilmlerin nispeten yüksek bir sp3 karbon dağılımına, 1,4 × 103 S.cm-1 elektrik iletkenliğine ve 1,42 eV ve 3,87 eV optik bant aralıklarına sahip oldukları bulunmuştur. Azalan tam yansıma-fourier dönüşümü kızılötesi (ATR-FTIR) spektroskopisi ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri, DLC yüzeyinde karboksilik asit fonksiyonel gruplarının varlığını ortaya çıkarmıştır. CGN-DLC nanofilmlerinin kalitatif ve kantitatif olarak değerlendirilmesinde yüksek çözünürlüklü geçirimli elektron mikroskopisi (TEM), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), X-ışını kırınımı (XRD), RAMAN spektroskopisi, dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EİS) kullanılmıştır. TEM ve SEM analizleri, CGN-DLC nanofilmlerini üretmek için trisodyum sitrat ve altın nanopartiküllerinin başarılı bir şekilde kullanıldığını göstermiştir. XRD spektrumundan, altın nanoağ yapısına ait Au (111), Au (200), Au (220) ve Au (311) pikleri ve DLC yapısına ait C (002), C (032) ve C (111) pikleri belirlenmiştir. RAMAN spektroskopisi elmas benzeri karbon yapının D ve G bandı piklerini sırasıyla 1388,6 cm-1 ve 1568,0 cm-1 konumlarında göstermiştir. DLC filminin sp3 içeriği de yaklaşık % 30 bulunmuştur. CV ve EİS, CGN-DLC nanofilmlerinin biyosensör uygulamalarında etkili modifiye edici ajan olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Sunulan tez kapsamında, zararlı kimyasallar veya fiziksel yöntemler kullanılmadan CGN-DLC nanofilmlerinin elde edilmesi için sürdürülebilir bir yöntem gösterilmiştir. CGN-DLC nanofilm performansını değerlendirmek için, sentezlenen nanofilm kalem grafit elektrot (PGE) üzerine modifiye edilmiş ve prostat kanseri biyobelirteci olan miRNA-410-5p'nin hassas ve seçici olarak elektrokimyasal tayini gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan biyosensör platform üzerinde herhangi bir amplifikasyon ve/veya etiketleme işlemi kullanılmamıştır. Hazırlanan biyosensör platformu, 0,3 fM ile 100 fM doğrusal aralığı ve 0,27 fM'lik bir tayin sınırı (LOD) ile diferansiyel puls voltametri (DPV) yöntemi kullanılarak hedef miRNA'ları saptamıştır. Sonuç olarak, sentezlenen CGN-DLC nanofilminin biyo/sensörler, fotovoltaikler, transistörler, amplifikatörler, enerji depolama unsurları ve biyomedikal gibi geniş uygulama alanlarında kullanılması gelecek çalışmalarda beklenmektedir

Kağıt-Tabanlı Biyosensör Tasarımı ve Geliştirilmesi

In the last few years biosensors have been used broadly in diagnostics, especially in application of point-of-care (POC). POC diagnostics required to be easy-to-use and affordable. Microfluidic paper-based analytical devices (µPADs) have been one of the POC diagnostic devices. In order to fabricate µPADs are developed variety of methods such as photolithography, plotting, plasma etching, screen printing, flexographic printing, wax and ink-jet printing. Inkjet printing technique has become one of the most promising and versatile techniques. The obvious advantages of this technique are reproducibility, printing multiple pages rapidly, inexpensive and ability to work with very small volumes of ink (picolitres). In this thesis, we presented a novel fabrication method for development of paper-based microfluidic device by using inkjet printing technique. Special positive features of this method are low number of process steps (one step), cost-effectiveness and reaching result at the lowest time span (~10 min). In this method, we used and compare two different silylating agents Tetraethylorthosilicate (TEOS) and Hexamethyldisilazane (HMDS) to create hydrophobic barriers on the filter paper. The silylation was achieved by using three different methods including heating, plasma treatment and microwave irradiation. In order to generate hydrophilic channels on modified paper, HCl etching approach was used by ink-jet printer. Also, urea solution and phenol red were printed into own zones as reactive material and indicator reagent, respectively. Surface chemical analysis of samples was carried out by using of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Morphology of treated filter papers was obtained by Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM). Washburn assay was performed to study the performance of penetration behavior of generated hydrophilic channels. Also, the wettability of treated paper surface was measure by using contact angle instrument at room temperature as well. This lab-on-a-paper (LOP) biosensor could be kept in room temperature for a year. The validation test of our µPADs was performed successfully with determination of urease enzyme without "coffee ring effect" in detection zones. Thus, the inkjet printer provides the least fabrication steps and produces biosensors will be simple-to-use, cost-effective and have long shelf life and fabricated fast.Son birkaç yıldır, kağıt tabanlı mikroakışkan cihazlar teşhis konusunda ve özellikle nokta-bakım analizler (Point-Of-Care-POC) uygulamalarında geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Bakım noktası teşhislerin, kolay kullanımlı ve uygun fiyatlı olmaları gerekmektedir. Mikroakışkan kağıt tabanlı analitik cihazlar (µPADs), POC teşhis cihazlardan birisi olarak kullanılmaya başlamıştır. µPAD'leri üretmek için çeşitli metodlar geliştirilmiştir. Bunlara örnek olarak örneğin fotolitografi, plotting, plazma aşındırma, serigrafi baskı, fleksografik baskı, mum ve mürekkep püskürtmeli (ink-jet) baskı yöntemler verilebilir. Inkjet baskı tekniği en umut verici yöntem ve çok yönlü tekniklerden biri haline gelmiştir. Bu yöntemin belirgin avantajları çoğaltılabilirliği, birden fazla sayfa yazdırmayı hızlı şekilde yapabilmesi, düşük maliyetli oluşu ve çok küçük mürekkep hacimleri ile (pikolitre) çalışmak yeteneğinin olmasıdır. Bu tezde inkjet baskı tekniği kullanılarak kağıt tabanlı mikroakışkan cihazlar geliştirilerek yeni bir fabrikasyon metodu ortaya konulmuştur. İşlem adımlarının sayısının az olması, ucuz ve kısa zaman diliminde sonuca varması (~ 10 dk.) bu fabrikasyon yönteminin dikkat çeken avantajlarındandır. Bu yöntemde, kağıt üzerinde hidrofobik bariyerler oluşturmak için Tetraetilortosilikat (TEOS) ve Hekzametildisilazen (HMDS) kimyasalları kullanılmıştır ve birbriyle karşılaştırılmıştır. Hidrofobik bariyerlerin oluşturulmasında kaynatma, plazma işlenmesi ve mikrodalga ışınlanma gibi üç farklı metod kullanılmıştır. Ayrıca, hidrofilik kanalları elde etmek için hidrofobikleştirilmiş kağıt üzerinde HCl aşındırması yaklaşımı inkjet yazıcı ile uygulanmıştır. Hazırlanan kağıt tabanlı biyosensörün değerlendirmesi için üre solüsyonu reaktif madde olarak ve fenol kırmızısı indikatör ajanı olarak kendi bölgelerine basılmıştır. Numunelerin yüzey kimyasal analizleri X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Modifiye filtre kağıtların morfolojisi Çevresel Taramalı Elektron Mikroskobu (ESEM) ile elde edilmiştir. Hidrofilik kanalların su emme performansını incelemek için Washburn testi yapılmıştır. Ayrıca, modifiye kağıt yüzeyinin ıslanabilirliği, temas açısı aleti kullanarak oda sıcaklığında ölçülmüştür. Üretilen LOP biyosensörü bir yıl boyunca oda sıcaklığında muhafaza edilebilir. Hazırlanan µPAD'lerin validasyonu algılama bölgelerinde "kahve halka etkisi" olmadan üreaz enziminin başarılı bir şekilde tespiti ile gerçekleştirilmiştir. Böylece, mürekkep püskürtmeli yazıcı az adımlar ile üretim sağlarken kullanımı basit, maliyeti düşük, uzun raf ömrüne sahip ve hızlı üretilebilelen biyosensörler elde edilir

Rapid and Alternative Fabrication Method for Microfluidic Paper Based Analytical Devices

A major application of microfluidic paper-based analytical devices (mu PADs) includes the field of point-of-care (POC) diagnostics. It is important for POC diagnostics to possess properties such as ease-of-use and low cost. However, mu PADs need multiple instruments and fabrication steps. In this study, two different chemicals (Hexamethyldisilazane and Tetra-ethylorthosilicate) were used, and three different methods (heating, plasma treatment, and microwave irradiation) were compared to develop mu PADs. Additionally, an inkjet-printing technique was used for generating a hydrophilic channel and printing certain chemical agents on different regions of a modified filter paper. A rapid and effective fabrication method to develop mu PADs within 10 min Was introduced using an inkjet-printing technique in conjunction with a microwave irradiation method. Environmental scanning electron microscope (ESEM) and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used for morphology characterization and determining the surface chemical compositions of the modified filter paper, respectively. Contact angle measurements were used to fulfill the hydrophobicity of the treated filter paper. The highest contact angle value (141 degrees +/- 1) was obtained using the microwave irradiation method over a period of 7 min, when the filter paper was modified by TEOS. Furthermore, by using this method, the XPS results of TEOS-modified filter paper revealed Si2p (23%) and Si-O bounds (81.55%) indicating the presence of Si-O-Si bridges and Si(OEt) groups, respectively. The ESEM results revealed changes in the porous structures of the papers and decreases in the pore sizes. Washburn assay measurements tested the efficiency of the generated hydrophilic channels in which similar water penetration rates were observed in the TEOS-modified filter paper and unmodified (plain) filter paper. The validation of the developed mu PADs was performed by utilizing the rapid urease test as a model test system. The detection limit of the developed mu PADs was measured as 1 unit ml(-1) urease enzyme in detection zones within a period of 3 min. The study findings suggested that a combination of microwave irradiation with inkjet-printing technique could improve the fabrication method of mu PADs, enabling faster production of mu PADs that are easy to use and cost-effective with long shelf lives. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.Wo

Saponin loaded montmorillonite-human serum albumin nanocomposites as drug delivery system in colorectal cancer therapy

WOS: 000449135300025This study reports the synthesis and application of new saponin (SAP)-loaded montmorillonite-human serum albumin (Mt-HSA) nanocomposites (NCs) as an anticancer drug delivery agent. When the biodegradable and biofriendly HSA was combined with Mt., which possesses excellent mucoadhesive properties, the resulting NCs could pass through the gastrointestinal barrier easily. SAP-Mt-HSA NCs were prepared by a modified desolvation technique in which ethanol and glutaraldehyde (GA) were used as precipitating and crosslinking agents, respectively. The efficacy of these NCs was assessed in a colorectal cancer cell line (DLD-1) as an in-vitro gastrointestinal model and L929 fibroblast cells as a healthy cell model. The release profile of SAP and the cytotoxic effect and cellular uptake of NCs were evaluated. The results clearly demonstrated that SAP-Mt-HSA NCs can induce dose-dependent cancer cell death with little or no toxicity toward healthy cells