DERS 02 Biyoreseptörlerin İmmobilizasyonu

11/3/2016
Biyosensör
DERS 02
Biyoreseptörlerin
İmmobilizasyonu
1
Biyosensör
2
Biyosensör
3
4
Biyoreseptörler
Enzimler,
Mikroorganizmalar,
Organeller,
Antikorlar,
Nükleik asitler,
Lipozom,
Biyomembranlar,
Polimerler,
……
Biyoreseptörler
5
6
1
11/3/2016
Biyoreseptörler
Biyoreseptörler
Antibody
Antibodies are biological molecules that exhibit very
specific binding capabilities for specific structure
(antigens).
Antibody
Bioreceptor
Antigen
Display
It can be recognized by antibody.
8
7
Biyoreseptörler
Biyoreseptörler
Enzyme
Enzyme
Enzyme is a large protein molecule that acts as a catalyst in chemical reactions.
Enzymes are often chosen as bioreceptors based on their specific binding
capabilities as well as their catalytic activity.
Bioreceptor
Display
9
10
Biyoreseptörler
Biyoreseptörler
DNA Structure
Principles of DNA biosensors
Nucleic acid hybridization
Another biorecognition mechanism involves
hybridization of deoxyribonucleic acid (DNA)
or ribonucleic acid (RNA), which are the
building blocks of genetics.
(Target Sequence)
Four chemical bases:
•
•
adenine(A), guanine (G),
cytosine (C), and thymine (T)
11
ssDNA (Probe)
(Hybridization)
(Stable dsDNA)
12
2
11/3/2016
Biyoreseptörler
Biyoreseptörler
DNA Structure
Living Cell
Nourishment
Bioreceptor
Product
Display
13
14
Biyoreseptörler
Biyoreseptörler
Living Cell
MIP (Molecularly Imprinted Polymer)
Bioreceptor
Display
15
Biyoreseptörler
16
Biyoreseptörler
MIP (Molecularly Imprinted Polymer)
Bioreceptor
Display
17
18
3
11/3/2016
İmmobilizasyon
DESTEK
(SUPPORT)
İmmobilizasyon
19
İmmobilizasyon
20
İmmobilizasyon Gereklilikleri
İmmobilize edilmiş biyoreseptörlerin çözünür biyoreseptörlere göre avantajları;
• Çözünürlük problemini ortadan kaldırıyor
– Tanıma ve bağlanma işleminden sonra reaksiyon çözeltisi sadece
çözücü ve varsa reaksiyon ürününü içeriyor.
• Daha ekonomik
– Tekrar kullanılabiliyor.
– Biyolojik bileşen (biyoreseptör) immobilize edildikten sonra da
aktivitesine devam etmeli,
– Uzun zaman dayanabilir olmalı (long-term stability),
– Enzimin ve diğer biyoreseptörlerin hassasiyetleri aynı kalmalı,
– Biyoreseptörün çok yüklenmesi aktif bölgelerin bloklanmasına
veya inaktif olmasına yol açabilir, bu yüzden çok yükleme
yapmaktan kaçınılmalıdır.
• Stabilite (Dayanıklılık)
– Genellikle sıcaklığa ve diğer çevre koşullarına daha dayanıklılar.
21
22
23
24
İmmobilizasyon Yöntemleri
1. Non-kovalent İmmobilizasyon
• Adsorbsiyon
• Enkapsülasyon
• Hapsetme
2. Kovalent İmmobilizasyon
• Kovalent bağlanma
• Çapraz bağlanma
4
11/3/2016
Non-kovalent İmmobilizasyon
26
25
Non-kovalent Etkileşimler
1. Adsorbsiyon
• Non-kovalent etkileşimler ile biyoreseptörlerin yüzeye tutunmasıdır.
• En kolay immobilizasyon yöntemidir.
• Bağlar zayıf olduğu için sızıntı riski vardır.
27
1. Adsorbsiyon
28
1. Adsorbsiyon
SELF-ASSEMBLY (ÖZ TOPLANMA)
SELF-ASSEMBLY (ÖZ TOPLANMA)
Layer by Layer: Tabaka Tabaka
29
30
5
11/3/2016
2. Hapsetme
Biyoreseptörler polimer jel içerisine hapsedilebilir.
• Biyoreseptör ve jel (monomerler) karıştırılır ve polimerizasyon
gerçekleştirilir.
• Poliakrilamid ve polimetakrilamid en çok tercih edilen polimerlerdir.
• Jelin gözenek büyüklüğü çok önemlidir.
31
2. Hapsetme
32
3. Enkapsülasyon
33
34
1. Kovalent Bağlanma
• Biyoreseptörlerin fonksiyonel grupları ile destek (support) arasında kovalent bağ
vardır.
• Teknik olarak çok daha karmaşıktır.
• Pahalı ve zaman alıcı bir yöntemdir.
• İmmobilize edilen biyoreseptör oldukça dayanıklıdır.
Kovalent İmmobilizasyon
35
36
6
11/3/2016
1. Kovalent Bağlanma
1. Kovalent Bağlanma
Proteinlerin Fonksiyonel Grupları
37
2. Çapraz Bağlanma
Lineer (doğrusal)
Dallanmış
38
2. Çapraz Bağlanma
Çapraz bağlı
39
40
İmmobilizasyon Yöntemleri
Avantajlar
Non-kovalent
Immobilizayon
Adsorbsiyon,
Enkapsülasyon
Hapsetme
•
•
•
•
•
•
Basit
Ilımlı reaksiyon koşulları
Ucuz
Biyoreseptöre zarar
vermez
Birçok biyoreseptörlere
uygulanabilir
Çok miktarda
biyoreseptör yüklenebilir
Dezavantajlar
•
•
•
•
•
•
Kovalent
İmmobilizasyon
Kovalent
bağlanma,
Çapraz
bağlanma
•
•
•
Güçlü kimyasal bağlanma
Seri üretime uygun
Dayanıklı biyoreseptörler
•
•
•
•
Çok dayanıklı değil
Sıcaklık, pH, çözücü gibi
ortam koşullarına bağlı
Optimizasyonu zor
Sızıntı yüzünden
biyoreseptör etkinliği
azalabilir
Difüzyon engeli
Tepki
süresinin artması
Serbest radikaller
nedeniyle proteinler
bozulabilir
Zor ve zaman alıcı
Göreceli olarak etkinlik
azalabilir
Reaksiyonun kontrolü zor
Pahalı olabilir
41
42
7
11/3/2016
Destek Malzemesinin Özellikleri
• Destek malzemesinin şekil, yoğunluk, gözenekli
yapısı, gözenek boyutu dağılımı, dayanıklılığı,
partikül boyutu dağılımı sonuçları etkilemektedir.
• Uygun bir destek ucuz olmalı, istenmeyen
reaksiyona girmemeli (inert), dayanıklı ve sert
olmalıdır.
Destek Malzemesinin Özellikleri
43
• Biyoreseptör etkinliğini arttırmalıdır.
44
8