Development of quartz crystal microbalance (QCM) based biosensor for determination of lactons by molecular imprinting methods

Yüksek canlılar birbirleriyle iletişim için ses ve sözcükleri kullanırken, bakteriler bu işlevi bazı iletişim molekülleri ile sağlamaktadırlar. Bu iletişim molekülleri, "Quorum Sensing" (QS) veya çevreyi algılama sistemi tarafından üretilen ve bakterilerce iletişimde kullanılan kimyasallar olarak ifade edilmektedir. Gram-negatif bakterilerin ana sinyal molekülleri olan N-açil-homoserin-laktonlar (AHL) patojenitede etkin virülans faktörlerini eksprese edebilirler ve dolayısıyla Quorum Sensing sistemi, bu virülans faktörlerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynayabilir. Düşük konsantrasyonlarda üretilen AHL'lerin genel tekniklerle tespit edilmesi oldukça zordur. Bu çalışma kapsamında; QCM çipler üzerinde 6 karbonlu laktona (C6-HSL) özgü moleküler baskılanmış polimerik membranlar hazırlanıp; moleküler baskılanmış QCM çipler ile sulu ortamdan yüksek hassasiyette C6-HSL tanımlanması yapılmıştır. Moleküler baskılanmış yapıyı oluşturmak için, N-Heksanoil-L-homoserin lakton (C6-HSL) (hedef molekül) ve fonksiyonel monomerin (akrilamid) ikincil kuvvetlerle ön-organizasyonunun ardından, monomer olarak 2-hidroksietil metakrilat (HEMA), çapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetakrilat (EGDMA), başlatıcı olarak azobisizobutironitril (AIBN) eşliğinde UV başlatıcılı polimerizasyon ile C6-HSL baskılanmış polimerik membranlar sentezlenmiştir. Sentezlenen polimerlerin karakterizasyonu AFM, SEM, temas açısı ve FTIR-ATR spektrofotometre analizleri ile gerçekleştirilmiştir. C6-HSL-akrilamid arasındaki optimum ön organizasyon (çözücü olarak DMF), pH 7.0'da oluşmuştur. C6-HSL baskılanmış QCM çip yüzeyindeki en yüksek lakton adsorpsiyonu ise 1000 ng/mL Ayrıca, GC-MS sonuçları çalışmalarımızın sonuçlarıyla korelasyon göstermiş ve sentezlenen polimerlerin C6-HSL'ye duyarlılığının olduğunu GC-MS ile de konfirme edilmiştir.While high living organisms use sounds and words to communicate with each other, bacteria provide this function with some communication molecules. These communication molecules are expressed as "Quorum Sensing" (QS) or chemicals produced by the environment sensing system and used by bacteria to communicate. N-acyl-homoserine-lactones (AHL) that are the main signaling molecules of Gram-negative bacteria, may express the pathogenic factors, and the Quorum Sensing system may play an important role in the identification of the being virus. AHLs are produced at low concentrations that are difficult to detect with general techniques. In this study, molecularly imprinted polymeric membranes, which are specific to lactone with 6-carbons (C6-HSL) were prepared on the QCM chips and molecularly imprinted QCM chips were utilized to detect N-Hexanoyl-L-homoserine lactone (C6-HSL) with high sensitivity from the aqueous medium. After pre-oganization of C6-HSL (template molecule) and functional monomer (acrylamide) with the secondary forces to form molecular imprinting structure, C6-HSL imprinted polymeric membrans in the presence of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) as monomer, ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as crosslinker, and azobisisobutyronitrile (AIBN) as initiator were polymerized with the aid of UV-initiated polymerization. Characterization of the synthesized polymers were come true by AFM, SEM, contact angle and FTIR-ATR spectrophotometer analyzes. The optimal pre-organization between the C6-HSL-acrylamide (DMF as solvent) was determined at pH 7.0. The maximum C6-HSL adsorption on the C6-HSL imprinted QCM chip surface was observed at 1000 ng/mL concentration, pH 7.0. Moreover, the GC-MS results correlated with the results of our studies, and they confirmed the sensitivity of synthesized the polymers toward C6-HSL