Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Biyosensör Teknolojilerinde Nanomalzemler

Biyosensör geliştirmede kullanılan nanomalzemeler

  • Be the first to comment

Biyosensör Teknolojilerinde Nanomalzemler

  1. 1. Biyosensörler: Genel İlkeler ve Uygulamalar Armağan Yalgın 04.12.2014 Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomedikal Teknolojiler A.B.D. 1
  2. 2. 2
  3. 3. • 0D; quantum noktalar, nanopartiküller • 1D; nanokablolar, nanoçubuklar, karbon nanotüpler • 2D; metal levhalar, grafenler Biyosensörlerde Kullanılan Nanomalzemeler Biyosensörlerde, 1-100 nm arasında boyutlara sahip nanomalzemelerin büyük boyutlarında elde edilemeyen quantum, yüzey ve makro-quantum tünel etkisi gibi spesifik fiziksel ve kimyasal özelliklerinin kullanımı ve arttan hassasiyetler özellikle in vivo analizlerin gerçekleştirilmesini kolaylaştırmaktadır. 3
  4. 4. Nano-malzemeler 1. Nanopartiküller 2. Nanokablolar 3. Nanotüpler 4. Nanoçubuklar 5. Manyetik partiküller 6. Dendrimerler 4
  5. 5. 1. Nanopartiküller • Boyutları 100 nm nin altında olan parçacıklardır. • Üstün fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptirler; kuantum boyut etkileri, elektronik yapısının boyut bağımlılığı, yüzey atomlarının benzersiz karakterleri ve yüksek yüzey/hacim oranı … • Nanopartiküllerin fizikokimyasal ve morfolojik özellikleri kullanılan başlangıç malzemesinin karakteristiğinden etkilenmesinden dolayı farklı üretim yöntemlerin geliştirildiği görülmektedir. • Nanoteknolojik malzemelerin çıkış noktasını oluşturan nanopartiküller geniş bir kimyasal aralık ve morfolojide üretilebilirler. • Günümüzde çekirdek-kabuk, katkılı, sandvic, boşluklu, küresel, çubuk benzeri ve çok yüzlü gibi farklı morfolojilere sahip metal, metal alasımı, seramik ve polimer esaslı veya bunların karışımından istenilen özelliklere sahip nanopartiküller hazırlanabilir. 5
  6. 6. • İmmobilizasyonları sonucunda kullanılan çevirici sistemlerin yüzey alanını genişleterek biyomoleküllerin daha hassas ve seçimli bir şekilde analizlerini mümkün kılarlar. • Yüzeyin iletkenliğini arttırırlar. • Yüzeyin büyüklüğü ve morfolojisi üzerinde modifikasyon yapabilmeyi sağlarlar. • DNA analizlerinde sinyal amplifikasyonunu sağlarlar. Avantajları Kullanım Alanları • Yüksek aktiviteli katalizörler, • Süper iletkenler, • Aşınmaya karsı katkılar, • Yüzey aktif maddeler, • İlaç taşıyıcılar, • Özel teşhis aletleri • Nanotasıyıcılar, sensorler, nanomakinalar • Yüksek yoğunluklu veri depolama hücreleri 6
  7. 7. AuNP ve CdS NP hazırlanmıştır. Hazırlanan AuNP lerin ortalama çapı, 24 nM; CdS NP lerin ortalama çapı 20 nM dir. P.Du, H. Li,Z. Mei, S. Liu, «Electrochemical DNA biosensor for the detection of DNA hybridization withthe Altın ve Kadmiyum-Sülfat nanoparçaçık ile Elektrokimyasal DNA biyosensörü 7
  8. 8. •Nanokablolar, çapları metrenin milyarda biri olan nanomateryallerden oluşmuş yapılardır. •Uzunlukları hesaba katılmadan kalınlığı 10 nm’den ince yapılar nanokablo olarak adlandırılabilir. •Bu boyutlaraki yapılar; yapıyı oluşturan maddenin, atomlarının özellikleri , kuantum mekaniği dahilinde etkilere sahiptir. Bu nedenle bu yapılara “kuantum kablolar” da denilmektedir. Çapları: Tek atomdan --> Birkaç yüz nm Uzunlukları: Birkaç atomdan --> Yüzlerce Mikrona •DNA doğadaki en iyi bilenen moleküler nanokablodur. Yapılan çalışmalarda henüz DNA kadar özellikli ve kararlı yapıda olabilen bir organik nk sentezlenememiştir. •Farklı boyutsal durumdaları nano-materyallerin çoğuna yüksek derecede Elektriksel iletkenlik, magnetiklik, ısı , optik özellikler sağlamaktadır. 2. Nanokablolar 8
  9. 9. Avantajları • Hasas ve Rasyonel oluşları, • Elektriksel Tanı ve Sinyal özelliklerilerinin değiştirilebilir oluşu, • Paralel ölçümlerde güvenilir sonuçlar vermesi. Nanokabloların özellikleri sentezleri sırasında kontrol edilebilir -Kimyasal Bileşenleri (Kullanılacak ortam,yer,analit ve maliyete göre değiştirilebilir) -Çap (Küçük olması - İletkenlik avantajı sağlar) -Uzunluk (istenilen uzunluklarda sentezlenebilmesi) Kullanım Alanları • Yarı-İletken Nanokabloların elektronik cihazlarda kulanımı (p-n diyotlar, FET, Mikroçip, Transistör, Optoelektronik devreler) • Nano-elektronik Devrelerde ve Cihazlarda Kullanımı • Magnetik Cihazlarda Kullanımı • Kimyasal Sensörlerde Kullanımı • Biyolojik Sensörlerde Kullanımı • Biyolojik Etiketlerde Kullanımı 9
  10. 10. Kanser Proteinleri için Si NK sensörleri işleyişi 1 ve 2 numaralı NK farklı Antibody reseptörleri ile modifye edilmişlerdir. Kanser Yapıcı Protein 1 numaralı NK daki kendi reseptörüne bağlanarak NK yüzey karakteristiğini değiştirmiştir. 1,2,3 numaralı NK benzer şekilde üretilmişlerdir.Her biri farklı kanser yapıcı proteinleri algılamak üzere reseptörler ile modifiye edilmiştir.(Spesifiklik) 10
  11. 11. Reference: Jim Heath, California Institute of Technology http://nano.cancer.gov 11
  12. 12. • İdeal bir nanotüp ; düzgün, silindir, yuvarlatılmış hegzagonal karbon atom ağından oluşur 3. Karbon Nanotüpler • Bükülebilir, halka haline getirebilir, Sıkıştırıldıkları zaman, tekrar eski haline dönerler. (Aşırı çekilmede ise plastik bozulma görülür.) • Nanotüpler neredeyse sürtünme olmadan etraflarında dönebilir. (Bu özellikten en küçük motor yapımında faydalanılmıştır.) • Hem yarıiletken hem metalik iletkendirler. İletkenlik 1 Milyar Amper/m2olabilir (Bakır = 1 milyon Amper/m2) • Kimyasal olarak inerttirler. (Graphene levhalardan daha reaktiftirler. ) • Optik olabilirler. (Kiral nanotüplerçok uzun iseler optiklik ortadan kalkar.) 12
  13. 13. • Büyük bir yüzey alanına sahip küçük boyutlu tanecikler • Mükemmel elektron transfer yeteneği • Kolay protein immobilizasyonu aktivitesinin yüksek olması • Elektrokimyasal olarak inert malzeme • Bunların yanında Karbon nanotüpler, bilinen en sağlam malzeme olma özelliğine sahiptir. (Kendi ağırlığının 300 milyon katı bir ağırlığa dayanabilir. ) Avantajları Kullanım Alanları • Elektronik malzeme olarak; manyetik ve optik nanoaygıt yapımında; hafıza elemanı, • kapasitör, transistor, diyot, mantık devresi ve elektronik anahtar yapımında kullanılır. • Süper kapasitör özelliği ile yapay kas üretimi • Damarların karbon nanotüplerden yapılması, • Hastalık/Metabolit tanınmasında biyosensör olarak kullanımı • İlaç taşınım malzemesi olarak kullanımı 13
  14. 14. Karbon Nanotüp ile Optik Biyosensör Device concept. (a) Conceptual diagram of the CNT photodetector insulated with parylene (b) schematic illustration of charge generation in PmPV changing the conductivity of CNT. Shim J.S. , Ahn C.H. ‘‘Optical immunosensor using carbon nanotubes coated with a photovoltaic polymer’’ 14
  15. 15. 4. Nanoçubuklar • Uzunluğu 50 nm kadar olan nano yapılara nanoçubuklar adı verilir. • Nanokablolardan farkı uzunluklarıdır. • Çoğu literatürde nanokablolar ve çubuklar aynı başlık altında incelenmektedir. • Sahip oldukları özellikler sentezlenme prosedürlerine göre değişiklik göstermektedir. • Tek boyutlu nanomalzemeler olarak bilinen nanoçubukların boyutları 1-50 nm arasında bir dağılım göstermektedirler. • Metallerden ya da yarı iletken malzemelerden kimyasal sentez yoluyla geliştirilirler. 15
  16. 16. Altın nanoçubuklar ile patojenlerin tesipiti için optik DNA Hibridizasyon biyosensörü A gold nanorod-based optical DNA biosensor for the diagnosis of pathogens, Biosensors and Bioelectronics 16
  17. 17. Kitosan ve altın nanoçubuklardan kan proteinlerini ayıran biyosensör Jean R.D., Cheng W.D., Hsiao M.H., Chou F.H., Bow J.S., Liu D.M., 2014, Highly electrostatically-induced detection selectivity and sensitivity for a colloidal biosensor made of chitosan nanoparticle decorated with a few bare-surfaced gold nanorods,17
  18. 18. 5. Manyetik Partiküller • Manyetik nanopartiküller manyetik alan kullanılarak manipüle edilebilen nanopartiküllerin bir sınıfıdır. • Genellikle, Fe, Ni, Co ve bunların bileşimleri olan manyetik elemanlardan oluşur. • Manyetik nanopartiküller bir araya geldiklerinde toplamda büyük manyetik moment ve kolektif spinli dev atomları oluştururlar. • Nanopartikül türleri; Magnetite (Fe3O4) Ferrites (MeO . Fe2O3; Me = Ni, Co, Mg, Zn, Mn) Magemit (-Fe2O3) Greigite (Fe3S4) Demir, nikel (Fe, Ni) 18
  19. 19. Avantajları Kullanım Alanları • Manyetik biyomateryaller manyetik alan içerisinde hedef doku bünyesinde kolayca yönlendirilebilmekte ve konsantre edilebilmekte, işlem tamamlandığında kolayca ayrılabilmektedir. • Manyetik nanopartiküller süpermanyetik etki gösterebilmekte, işlem sonrası manyetizlenme olgusu kalmamakta ve böylece partikül birikim riski azalmaktadır. • Duyarlılıkları yüksek olduğu için bio-uygulamalarda sıklıkla kullanılabilmektedirler. • İlaçların hedef organa iletiminde etkin rol oynayarak, ilaç israfını azaltmakta, görülen yan etkilerin hafifletilmesine yardımcı olmakta ve iletim sürekliliğini sağlayabilmektedirler. • Biyomedikal alan uygulamaları; Hipertermi , Hedeflenmiş ilaç taşınımı, Nükleer Manyetik Rezonans Görüntüleme (NMR) • Bakterilerin Tespiti • Manyetik Veri Depolama • Atık Su Arıtımı 19
  20. 20. 20
  21. 21. 21
  22. 22. Setterington, E.B. Ve Alocilja, E.C., 2012. Electrochemical Biosensor for Rapid and Sensitive Detection of Magnetically Extracted Bacterial Pathogens . Biosensors 2012, 2, 15-31; doi:10.3390/bios2010015 22
  23. 23. 6. Dendrimerler • Nitrojen gibi başlangıç atomundan yapılır • Karbon ve diğer elementler tekrarlanan kimyasal reaksiyon ile nitrojene eklenir • Son olarak küresel dallı bir yapı oluşur • Yapının boyutu albumin ve hemoglobin ile aynı, fakat bazı antikor komplexlerinden küçük olabilir • Merkezinden çevresine doğru aşırı dallanmayla katmanlar oluşur. • Dendrimerler 3 ayrı yapısal bileşenden oluşur ; →başlatıcı çekirdek →iç katmanlar →dış katman • Farklı grup ve sentezlenme çeşitlerine göre 11 farklı tüp dendrimer vardır. 23
  24. 24. • Dendrimerler yüksek çözünürlük, reaktiflik ve bağlanma eğilimindedir. • Dendrimerlerde çok sayıdaki terminal grupların varlığı çözücü yüzeyler veya moleküller ile yüzey gruplarının aynı anda birden çok etkileşim yapmasını kolaylaştırır. • Hidrofilik gruplarla sonlanan dendrimerler polar çözücülerde çözünür • Hidrofobik gruplarla sonlanan dendrimerler polar olmayan çözücülerde çözünür • DNA kompleksi ve dendrimer oluşumu için yüzey aminleri ve nükleik asit fosfatları arasındaki çoklu etkileşimler çok önemlidir • Dendrimerlerin çözünürlüğü yüzey gruplarının doğası tarafından şiddetle etkilenir. Avantajları Kullanım Alanları • Tanı kitleri (Biyosensör olarak hızlı tanı ve patojenik hastalıklar için kullanılır.) • İlaç taşıyıcı sistemler, • Konjuge gen transfer sistemleri, • MRI için kontrast tanı ajanı. 24
  25. 25. İnsan serum albuminini tespit etmek için kuartz ve cam katmanlar ile fonksiyonlaştırılmış aminoya kovalent olarak bağlanmış aldehit terminal gruplarını taşıyan 3a-G5 fosfor dendrimerleri kullanıldı. AFM yöntemiyle bu katmanların görünümü: A. Caminade, C. Turrin, J. Majoral ; Biological properties of phosphorus dendrimers, New J. Chem., 2010, 34, 1512-1524 25
  26. 26. • From Wikipedia, the free encyclopedia • Sensors 2008, 8, 1400-1458 , Review Paper “Electrochemical Biosensors - Sensor Principles and Architecture” • HongPhan, “Application of Silicon Nanowire in Biosensor” presentation pdf. • Küçükyıldırım, B. O., Akdoğan, Eker, A. 2012. “Karbon Nanotüpler, Sentezleme Yöntemleri ve Kullanım Alanları,” TMMOB MMO Mühendis ve Makina Dergisi, 53, 630, 34-44. • Koç, M.B., ‘’Nanotüpler’’ Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bitirme Tezi (2003) • Shim J.S. , Ahn C.H. ‘‘Optical immunosensor using carbon nanotubes coated with a photovoltaic polymer’’ Biosensors and Bioelectronics 34 (2012) 208– 214 • Ahammad,A. J.S., Lee J., and Rahman, A., ’’Review:Electrochemical Sensors Based on Carbon Nanotubes’’ Sensors 2009, 9, 2289-2319 • Edelstein, A. S. and Cammarata, R. C., [31] 2001. Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Institute of Physics Publishing, Bristol. • Gubin, S.P., 2009. Introduction. In Magnetic Nanoparticles. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. ISBN: 978- 3-527-40790-3 • Eggins B.R., 2002, Chemical Sensors and Biosensors; John Wiley & Sons: New York • Archer M., Christopherson M., Fauchet P.M., 2004, Microporous silicon electrical sensor for DNA hybridization detection, in Biomed Micodevices 6, 203-211pp. • Papaefthymiou, G.C., 2010. Synthesis and Characterization of Nanoparticulate Magnetic Materials. BuildMoNa Workshop University of Leipzig Leipzig, Germany October 28-29, 2010. • Janssen, X.J.A., 2009. Magnetic particle actuationfor functional biosensors. PROEFSCHRIFT. Printed by University Press Facilities, Eindhoven, The Netherlands. ISBN: 978-90-386-2031-2. • Setterington, E.B. Ve Alocilja, E.C., 2012. Electrochemical Biosensor for Rapid and Sensitive Detection of Magnetically Extracted Bacterial Pathogens . Biosensors 2012, 2, 15-31; doi:10.3390/bios2010015 • Paraba H.J., Junga C., Leeb J.H., Parka H.G., 2010, A gold nanorod-based optical DNA biosensor for the diagnosis of pathogens, Biosensors and Bioelectronics, 26: 667–673pp. • Jean R.D., Cheng W.D., Hsiao M.H., Chou F.H., Bow J.S., Liu D.M., 2014, Highly electrostatically-induced detection selectivity and sensitivity for a colloidal biosensor made of chitosan nanoparticle decorated with a few bare-surfaced gold nanorods, Biosensors and Bioelectronics, 52: 111–117pp. • A. Caminade, C. Turrin, J. Majoral ; Biological properties of phosphorus dendrimers, New J. Chem., 2010, 34, 1512- Kaynaklar 26
  27. 27. Dinlediğiniz için Teşekkür Ederim Armağan Yalgın armaganyalgin86@gmail.com 27

×