İletken Polimer Tabanlı Organofosforlu Pestisit Tayinine Yönelik Amperometrik Biyosensörlerin Geliştirilmesi

Abstract

In growing crops, use of pesticides especially organophosphorous pesticides is extensive. It is well known that these pesticides’ side effects on various organisms, food chain and the men work in field are dangerous. Electrochemical pesticide biosensors are more effective alternative to traditional methods such as HPLC, GC and LC/MS/MS since they provide low cost, easy preparation, and on-site analysis. Conducting polymers are suitable materials for biosensor designs due to their superior properties. Combinations of conductive polymers with biosensor technology enable the enzymes to be immobilized to the electrode surface in a practical, while shortening the electrochemical response time with fast electron conduction and increasing the stability of the biosensor. In this study, it was aimed to prepare a conductive polymer-based practical biosensor based on acetylcholinesterase (AChE) enzyme for the amperometric determination of paraoxon, an organophosphate pesticide. First of all, the synthesis of the polymer called poly-2,2′-(9,9-dioctyl-9h-fluorene-2,7-diyl)bistiophene, Poly(BT) on the graphite electrode surface was carried out by electrochemical method. After the polymer was deposited on the graphite electrode surface, it was used as an immobilization matrix for the AChE enzyme. To examine the analytical performance of the Poly(BT)/AChE biosensor, amperometric measurements were taken at a constant potential using a three electrode system. The surface and electrochemical properties of the biosensor system were characterized using SEM, EDX and CV techniques. After working conditions were optimized, analytical performance was identified for AThCl detection. In addition, the developed biosensor was used for pesticide detection in milk and tap water samples, effectively.,Tarımsal uygulamalarda pestisitler etkin bir biçimde kullanılmaktadır. Özellikle organofosfor bileşiklerinin çeşitli organizmalar, besin zinciri ve tarım işçilerinin üzerindeki yan etkilerinin zararları açıkça bilinmektedir. Elektrokimyasal pesitisit biyosensörleri düşük maliyet, kolay hazırlanma ve yerinde analize imkan sağladığından HPLC, GC ve LC/MS/MS gibi geleneksel yöntemlere göre daha etkili bir alternatiftir. İletken polimerler üstün özelliklerinden dolayı biyosensör tasarımlarında kullanılmaya elverişli malzemedirler. İletken polimerlerin biyosensör teknolojisiyle kombinasyonları, enzimlerin elektrot yüzeyine pratik bir şekilde immobilizasyonunu sağlarken, hızlı elektron iletimiyle de elektrokimyasal cevap süresini kısaltmakta ve biyosensörün kararlığını arttırmaktadır. Bu çalışmada, organofosfat pestisiti olan paroksonun amperometrik tayinine yönelik asetilkolinesteraz (AChE) enzimini temel alan iletken polimer tabanlı pratik bir biyosensör hazırlanması hedeflenmiştir. Öncelikle, grafit elektrot yüzeyinde poli2,2′-(9,9-dioktil-9h-floren-2,7-diyl)bistiyofen, Poli(BT) olarak adlandırılan polimer elektrokimyasal yöntemle sentezlenmiştir. Polimerin grafit elektrot yüzeyinde biriktirilmesinden sonra, AChE enzimi için bir immobilizasyon matriksi olarak kullanılmıştır. Poli(BT)/AChE biyosensörünün analitik performansını incelemek için, amperometrik ölçümler üçlü elektrot sistemi kullanılarak sabit bir potansiyelde gerçekleştirilmiştir. Biyosensör sisteminin yüzey ve elektrokimyasal özellikleri SEM, EDX ve CV teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Çalışma koşulları optimize edildikten sonra, asetiltiyokolün klorür (AThCl) tespiti için analitik performans parametreleri belirlenmiştir. Ek olarak, geliştirilen biyosensör süt ve çeşme suyu örneklerinde etkin bir şekilde pestisit tespiti için kullanılmıştır.

In growing crops, use of pesticides especially organophosphorous pesticides is extensive. It is well known that these pesticides’ side effects on various organisms, food chain and the men work in field are dangerous. Electrochemical pesticide biosensors are more effective alternative to traditional methods such as HPLC, GC and LC/MS/MS since they provide low cost, easy preparation, and on-site analysis. Conducting polymers are suitable materials for biosensor designs due to their superior properties. Combinations of conductive polymers with biosensor technology enable the enzymes to be immobilized to the electrode surface in a practical, while shortening the electrochemical response time with fast electron conduction and increasing the stability of the biosensor. In this study, it was aimed to prepare a conductive polymer-based practical biosensor based on acetylcholinesterase (AChE) enzyme for the amperometric determination of paraoxon, an organophosphate pesticide. First of all, the synthesis of the polymer called poly-2,2′-(9,9-dioctyl-9h-fluorene-2,7-diyl)bistiophene, Poly(BT) on the graphite electrode surface was carried out by electrochemical method. After the polymer was deposited on the graphite electrode surface, it was used as an immobilization matrix for the AChE enzyme. To examine the analytical performance of the Poly(BT)/AChE biosensor, amperometric measurements were taken at a constant potential using a three electrode system. The surface and electrochemical properties of the biosensor system were characterized using SEM, EDX and CV techniques. After working conditions were optimized, analytical performance was identified for AThCl detection. In addition, the developed biosensor was used for pesticide detection in milk and tap water samples, effectively.,Tarımsal uygulamalarda pestisitler etkin bir biçimde kullanılmaktadır. Özellikle organofosfor bileşiklerinin çeşitli organizmalar, besin zinciri ve tarım işçilerinin üzerindeki yan etkilerinin zararları açıkça bilinmektedir. Elektrokimyasal pesitisit biyosensörleri düşük maliyet, kolay hazırlanma ve yerinde analize imkan sağladığından HPLC, GC ve LC/MS/MS gibi geleneksel yöntemlere göre daha etkili bir alternatiftir. İletken polimerler üstün özelliklerinden dolayı biyosensör tasarımlarında kullanılmaya elverişli malzemedirler. İletken polimerlerin biyosensör teknolojisiyle kombinasyonları, enzimlerin elektrot yüzeyine pratik bir şekilde immobilizasyonunu sağlarken, hızlı elektron iletimiyle de elektrokimyasal cevap süresini kısaltmakta ve biyosensörün kararlığını arttırmaktadır. Bu çalışmada, organofosfat pestisiti olan paroksonun amperometrik tayinine yönelik asetilkolinesteraz (AChE) enzimini temel alan iletken polimer tabanlı pratik bir biyosensör hazırlanması hedeflenmiştir. Öncelikle, grafit elektrot yüzeyinde poli2,2′-(9,9-dioktil-9h-floren-2,7-diyl)bistiyofen, Poli(BT) olarak adlandırılan polimer elektrokimyasal yöntemle sentezlenmiştir. Polimerin grafit elektrot yüzeyinde biriktirilmesinden sonra, AChE enzimi için bir immobilizasyon matriksi olarak kullanılmıştır. Poli(BT)/AChE biyosensörünün analitik performansını incelemek için, amperometrik ölçümler üçlü elektrot sistemi kullanılarak sabit bir potansiyelde gerçekleştirilmiştir. Biyosensör sisteminin yüzey ve elektrokimyasal özellikleri SEM, EDX ve CV teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Çalışma koşulları optimize edildikten sonra, asetiltiyokolün klorür (AThCl) tespiti için analitik performans parametreleri belirlenmiştir. Ek olarak, geliştirilen biyosensör süt ve çeşme suyu örneklerinde etkin bir şekilde pestisit tespiti için kullanılmıştır.