Kimyasal Silahlarda Kullanılan Sinir Ajanlarının Tespitine Yönelik Nano Ache Enzim Sistemi Temelli Sensör Geliştirilmesi

Bu çalışmada; kimyasal silah yapımında kullanılan sinir ajanlarının algılanmasına yönelik nanoenzim sistemi temelli sensör geliştirilmiştir. Sinir ajanlarını oluşturan kimyasal maddelerorganofosforlu bileşik grubu içerisinde yer almaktadır. Çalışmada organofosforlu bileşik olarakparaokson kullanılmıştır. Paraokson molekülü asetilkolinesteraz enzimini (AChE) geridönüşümsüz olarak inhibe etmektedir. Bu yönüyle sinir ajanlarına benzemesinden dolayı tercihedilmiştir. Sensör sisteminde algılayıcı tabaka olarak rutenyum tabanlı aminoasit monomerleriylefotosensitif çapraz bağlama yöntemine göre sentezlenen nano enzim sistemi kullanılmıştır. Eldeedilen nano enzimin floresans spektrumu alınmış ve floresans özelliği gösterdiği gözlemlenmiştir.Yapılan analizler sonucunda çalışma koşulları 300 nm dalga boyu ve 7,4 pH olarak belirlenmiştir.300 nm dalga boyu ve 7.4 pH değerinde, 0.01 ppm ile 200 ppm arasında değişen paraoksonnumunelerinin nano enzim ile etkileştikten sonraki floresans şiddetleri ölçülmüştür. Elde edilenveriler kullanılarak kalibrasyon grafiği çizilmiştir. Deneysel sonuçlara göre, Nano AChE enzimitemelli sensör sisteminin LOD (Gözlenebilme Sınırı) değeri 6,0x10-8 M, LOQ (Tayin Sınırı)değeri 6,98x10-8 M olarak hesaplanmıştır. Geliştirilen bu nano enzim sistemi temelli sensör ileeser miktarda analit içeren numunelerin analizini yapmak mümkündür.

Development of Nano Ache Enzyme Based Sensor for Determination of Nerve Agents Used in Chemical Weapons

In this study; Nano enzyme system based sensor system has been developed for detection of nerve agents used in chemical weapons production. The chemical substances forming the nerve agents are included in the group of organophosphorus compounds. Paraoxon was used as the organophosphorus compound. Paraoxon molecule irreversibly inhibits the acetylcholinesterase enzyme (AChE). In this respect, it is preferred because of its similarity to nerve agents. In the sensor system, nano enzyme system synthesized according to photosensitive cross-linking method with ruthenium based amino acid monomers was used as sensor layer. The fluorescence spectrum of the obtained nano enzyme was taken and observed to show fluorescence. As a result of the analyzes, working conditions were determined as wavelength of 300 nm and pH of 7,4. The fluorescence intensities of the paraoxon samples, which ranged from 0.01 ppm to 200 ppm, were measured after interaction with the nano-enzyme at 300 nm wavelength and 7.4 pH. Calibration graph is drawn by using the obtained data. According to the experimental results, the LOD value of the sensor system based on the Nano AChE enzyme was calculated as 6,0x10-8 M, and the LOQ was calculated as 6,98x10-8M.

PDF

___

[1] Karayılanoğlu,T. (1996). Kimyasal, biyolojik ve nükleer silahların tıbbi etkileri. Ankara: GATA Basımevi.
[2] Hıncal, F., Çeliker, A., Özgüven, Ş., Kaya, E. (1991). Kimyasal ve biyolojik savaş ajanlarının sağlık üzerine etkileri. Ankara: Hacettepe İlaç ve Zehir Bilgi Merkezi.
[3] Jeyeratnam, J. (1990). Pesticides: poisining as a global health problem. World Health Stat., Vol. Q.43, 139-144.
[4] Kamanyire, R., Karalliedde, L. (2004). Organophosphate toxicity and occupational exposure. Occup. Med., Vol. 54, 69–75.
[5] Sunay, S. (2010). Paraoksonaz polimorfizminin ve paraoksonaz enzim aktivitesinin pestisitlere maruz kalan bireylerde araştırılması. Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Ankara, 80-85.
[6] Şanlı, Y. (1984). Çevre sorunları ve besin kirlenmesi. Selçuk Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, Özel Sayı, 17-37.
[7] Dragonov, D. I., Ladu, B.N. (2004). Pharmacogenetics of paraoxonases: a brief review. Naunyn- Schmiedeberg’s Arch Pharmocol, Vol.369(1), 78-88.
[8] Bajgar, J. (2004). Organophosphates/Nevre Agents poisoning: mechanism of action, diagnosis, prophylaxis and treatment. Advances In Clinical Chemistry, Vol. 38, 152-153.
[9] Patocka, J., Kuča, K. (2004). Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase – Important enzymes of human body. Acta Medica (Hradec Králové), Vol. 4, No. 4.
[10] Textbook of Military Medicine. Washington, D.C.: Office of the surgeon general at TMM publications, 1997.
[11] Patocka, J., Kuca, K., Jun, J. (2005). Oxime reactivation of acetylcholinesterase inhibited by toxic phosphorus esters: In vitro kinetics and thermodynamics. J.Appl.Biomed., Vol.3, 91-99.
[12] Kousba, A. A., Sultatos, L.G., Poet, T.S., Timchalk, C. (2004). Comparison of chlorpyrifos-oxon and paraoxon acetylcholinesterase inhibition dynamics: potential role of a peripheral binding site. Toxicol Sci., Vol.80(2), 239-48.
[13] Başkol, G., Köse, K. (2004). Paraoksonaz: Biyokimyasal özellikleri, fonksiyonları ve klinik önemi. Erciyes Tıp Dergisi (Erciyes Medical Journal), Vol.26(2), 75-80.
[14] Hong-Liang, L., De-Pei, L. Chih-Chuan, L. (2003). Paraoxonase gene polymorphisms, oxidative stress and diseases. J. Mol. Med., Vol.81(12), 766-79.
[15] Rainwater, D.L., Rutherford, S.T., Dyer, D.E., Rainwater, D.S.A., Cole, J., Vandeberg, L., Almasy, L., Blangero, J. J., Maccluer, W., Mahaney, M. C. (2009). Determinants of variation in human serum paraoxonase activity. Heredity, Vol.102(2), 147-154.
[16] Stetter, J., Penrose, W. (2002). Understanding chemical sensors and chemical sensors arrays; past, present and future. Sensors Update, Vol.10, 189-229.
[17] Skoog, D.A., West, D.M., Holler, F.J. (1990). Fundamentals of analytical chemistry. Saunders College publishing.
[18] Dondurmacıoğlu, F. (2011). Ağır metal iyonlarının tayini için optik sensörlerin geliştirilmesi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, İstanbul,.
[19] A. Hulanicki, Glab, S., İngman, F. (1991). Chemical sensors definitions and classification. Pure&apl Chem., Vol.63(9), 1247-1250.
[20] Yağmuroğlu, O. (2018). Kimyasal Savunma ve Güvenlik. Eskişehir: Anadolu Üniversitesi Basımevi, s.3,30.
[21] Yağmuroğlu, O., Diltemiz, SE. (2020). Development of QCM based biosensor for the selective and sensitive detection of paraoxon. Analytical Biochemistry, 591, 113572.
[22] Diltemiz, S., Yağmuroğlu, O. (2019). Development of reflectometric interference spectroscopy based sensors for paraoxon determination. Eskişehir Technical University Journal of Science and Technology - C Life Sciences and Biotechnology, 8 (1), 12-22.
[23] Yağmuroğlu, O. (2017). Development of paraoxon-based sensors for the detection of chemical warfare agents. Doctoral Thesis. Anadolu University, Eskişehir.
[24] Ateş, H., Kaya, B., Bahçeci, E. (2015). Nano malzemeler için üretim yöntemleri. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 3(2), 483–499.
[25] Bergeson, L.L. (2004). The regulatory implications of nanotechnology. Environmental Quality Management, Vol.14(1), 71-82.
[26] Bayındır, M., Köylü, Ö. (2006). Türkiye’de nanoteknoloji. Bilim ve Teknik Dergisi - Yeni Ufuklar, Vol.469, 1-23.
[27] Erkoç, Ş. (2010). Nanobilim ve nanoteknoloji. Ankara: ODTÜ Yayıncılık.
[28] Liveri, F. (2006). Controlled synthesis of nanoparticles in microheterogeneous systems. New York: Springer science and Business media.
[29] Goldstain, A. (1997). Handbook of nanophase materials. New York: Marcel Dekker Inc.
[30] Doron, A., Katz, E., Willner, I. (1995). Organization of au colloids as monolayer films onto glass surfaces: application of the metal colloid films as base ınterfaces to construct redox-active monolayers. Langmuir, Vol.11, 1313-1317.
[31] Say, R., Ersoz, A., Hur, D., Yılmaz, F., Denizli, A., Atılır Özcan, A., Emir Diltemiz, S., Yazar, S., Biçen, Ö., Büyüktiryaki, S., Keçili, R., Saka, G., Fındık, T. (16.06.2011). Photosensıtıve aminoacidmonomer linkage and bioconjugatıon applıcatıons ın lıfe scıences and bıotechnology. U.S. Patent, No: WO/2011/070402.
[32] Köse, E. (2015). Yapısında birden fazla fonksiyonu barındıran hetero nano-enzim yapılar ve elısa uygulamaları. Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir.
[33] Wang, J., Krause, R., Block, K., Musameh, M., Mulchandani, A. (2009). Dual amperometricpotentiometric biosensor detection system for monitoring organophosphorus neurotoxins. Analytica Chemica Acta., Vol.469, 197-203.
[34] Lei, C., Valenta, M., Saripalli, P., Ackerman, J. (2007). Biosensing paraoxon in simulated environmental samples by immobilized organophosphorus hydrolase in functionalized mesoporous silica. J. Environ. Qual., Vol.36, 233-238.
[35] Hossain, M., Faisal, M., Kim, C., Cha, H., Nam, S., Lee, J. (2011). Amperometric proton selective strip-sensors with a microelliptic liquid/gel interface for organophosphate neurotoxins. Electrochemistry Communication, Vol.13, 611-614.
[36] Meng, Z., Yamazaki, T., Sode, K. (2003). Enhancement of the catalytic activity of an artificial phosphotriesterase using a molecular impirinting technique. Biotechnol. Lett., Vol.25, 1075-1080.