Yüzey plazmon rezonans sistemi ve mikroorganizma tayinine yönelik biyosensör hazırlanması
Prof. Dr. İsmail Hakkı BOYACI
Hacettepe Üniversitesi,
Gıda Mühendisliği Bölümü, Beytepe Ankara
ihb@hacettepe.edu.tr

Neden mikroorganizma tayini?

Halk sağlığı

Çevre sağlığı

Gıda güvenliği

Biyogüvenlik

Biyoterör ajanı

Kültürel yöntemler

Mikroskobik yöntemler

Kimyasal yöntemler

Fiziksel yöntemler

Biyokimyasal yöntemler

Moleküler yöntemler

İmmünolojik yöntemler

Biyosensörler

Mikroorganizma tayini yöntemleri

A. Diret sayım yöntemleri

Kültür sayım yöntemleri (dökme plak, çift tabakalı dökme plak,agar damlatma yöntemi, membran filtre sayım yöntemleri ve diğer yöntemler)

Mikroskopik sayım yöntemleri (Thoma lamı, Howard lamı, membran fitre ve diğer sayım yöntemleri)

Flow sitometresi

Kültürel yöntemler

Uzun inkübasyon sürelerine gereksinim duyulmaktadır.

Zahmetli yöntemlerdir.

Mikrobiyolojik analizlerde hızlı yöntemlere gereksinim duyulmaktadır.
100 ml içme suyu içerisindeki 1 Escherichia coli’nin saptanması.

BİYOSENSÖR

Biyolojik tanıma mekanizmasına sahip, hedef molekül derşimine orantılı sinyaller üreten analiz sistemlerine biyosensör denir.

Bioajanlar

Antikor

DNA

Enzim

Protein

Mikroorganizma

Bitkisel ve hayvansal dokular

Aptamer

Yüzey plazmon rezonans sistemi (SPR):

Polarize ışık, yüzeyi altın kaplı bir prizmaya gönderildiğinde ışığın bir kısmı absorplanmakta, bir kısmı da yansımakatdır. Geliş açısı değiştirilip yansıyan ışığın şiddeti izlendiğinde yansıyan ışık şiddetinde azalma görülür. Yansıyan ışığın şiddetinde maksimum kaybın gerçekleştiği açıya rezonans açısı ya da SPR açısı adı verilir.

Bu geliş açısında ışık, yüzey plazmonlarını (elektron paketçikleri) harekete geçirecek, yüzey plazmon rezonans olayı gerçekleşecektir. Yüzey plazmon rezonansı iki optik ortamın ara yüzeyine ince iletken bir film yerleştirildiğinde meydana gelir. Spesifik bir geliş açısında metal yüzeyindeki elektron frekanslarının eşleşmeleri nedeniyle gelen ışık ile rezonans durumuna gelecektir. Bu rezonans durumunda enerji absorblanacağı için yansıyan ışının yoğunluğunda bir azalma meydana gelmektedir.

Metal yüzeyiyle temas halinde ortamın özelliklerinin değişmesi veya yüzeyde birikim sağlanması durumunda rezonans açısı değişmektedir.

Yüzeyde birikim kontrollü olarak sağlanması durumunda birikin madder derişimiyle ilgili kantitatif sensör çalışmalaırnda kullanılabilmektedir.

Bu amaçla zamana karşı SPR açısını takip eden ticari sistemler geliştirilmiştir.

Deney düzeneği

SpreetaTM sesnör (Texas Instruments, Dallas, TX)

Antikorun tutuklanması

Yüzeyin temizlenmsi

Avidin ile kaplanması (1 mg/ml, 10 μl/min)

Yıkama

Antikorun tutuklanması-2

Biyotin işaretli anti-E. coli antikorunun yüzeye başlanması

Yıkama, tampon

Yıkama, % 1SDS

Antikor tutuklama

Bakteri tayini

Örnek enjeksiyonu (1 ml)

Yıkama

Rejenerasyon, % 1 SDS

Immunosensors using surface plasmon resonance (Real time antigen determination)

The response (RU) to binding of E. coli and regeneration. Injection of

A) E. coli solution (9.0×101 cfu ml-1); B) PBS; C) %1 SDS solution;

D) E. coli solution(1.8×103 cfu ml-1);

E) E. coli solution(1.8×105 cfu ml-1).

Reusability

Selectivity

The change in RU induced by the binding E. aerogenes (1.8×105 cfu/ml) and E. dissolvens (1.4×104 cfu/ml) and E. coli (1.8×104 cfu/ml).

Real water samples

Sonuç…

SPR sistemi kullanılarak çok farklı hedef moleküle karşı biyonsensör geliştirilebilmekte farklı etkileşimler takip edilebilmektedir.

Diğer biyosensörlere göre daha hızlı, hassas ve seçici uygulamalar gerçekleştirilebilmektedir.

En önemli avantajı sandviç analizlerde olduğu gibi ikincil tanıyıcı molekül gereksinim duymamasıdır.

Aynı SPR yüzeyleri tekrar tekrar kullanılabilmektedir.

Sistem optimize edilerek taşınabilir sistemlerin geliştirilmesi mümkün olabilmektedir.

Yaygın kullanıma uygun bir teknolojidir.

Daha fazla bilgi için:

F. Baldini, A. N. Chester, J. Homola, and S. Martellucci (editors): Optical Chemical Sensors, NATO Science Series II, Vol. 224, Springer, 2006.

J. Homola (editor): Surface Plasmon Resonance Based Sensors, Springer, 2006.

M. Piliarik, H. Vaisocherová, J. Homola: Surface Plasmon Resonance Biosensing, in Biosensors and Biodetection, Methods in Molecular Biology, Vol. 503, editors A. Rasooly, K. E. Herold, Humana Press, 2009, 65-88.

Dudak F.C., İ.H. Boyacı, Development of an Immunosensor Based On Surface Plasmon Resonance for Enumeration of Escherichia coli in Water Samples, Food Research International, 40, 803-807 (2007).

Dudak F.C., İ.H. Boyacı, Rapid and label-free bacteria detection by surface plasmon resonance (SPR) biosensors, Biotechnology Journal 7 1003-1011 (2009).

ihb@hacettepe.edu.tr

…