TARIFNAME KUANTUM KAPASITANS ALGILAMA Mevcut bulus, islevsel hale getirilmis olan bir elektrodun kuantum kapasitansinin sondajlanmasi suretiyle, elektrokimyasal algilama için bir yöntem ve aparat ile ilgilidir. Bulusun Arka plani Elektrokimyasal teknikler çok çesitli algilama uygulamalarinda, örnegin fizyolojik örneklerdeki ilgili tanisal moleküllerin tespit edilmesi ve miktarinin belirlenmesi için, toksik gazlarin algilanmasi için ve örnegin nem gibi çevresel parametrelerdeki degisimlerin izlenmesi için kullanilmaktadir. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), uygun sekilde degistirilmis bir elektrot yüzeyinin lokal ortamindaki degisiklikler ile ilgili kapasitans ya da yük aktarma direncindeki degisiklikleri izleyen bir tekniktir. Bu gibi degisiklikler, maddelerin (örnegin bir biyo isaret gibi bir hedef türün) elektrot yüzeyine baglanmasini ve bunun yani sira, örnegin sicaklik gibi çevresel parametrelerdeki degisiklikleri ihtiva edebilir. EIS, örnegin etiketsiz metodolojiler dahilinde yapisal basitligi, hassasiyeti, seçiciligi ve hazir uygulanabilirligi açisindan uygulamalari algilamak için ilgi çekici bir tekniktir. Yapilan son çalismalarda, mevcut bulus sahipleri tarafindan elektrot yüzeylerinde tutulan moleküler filmlerin içindeki bir dizi sarj dalgalanmasini gidermek için elektrokimyasal empedans yöntemlerinin uygulanabilecegi gösterilmistir. Bunlar elektronik dipol dalgalanmasi ve alan kaynakli iyonik hareket ile iliskili degisiklikleri ihtiva eder ve kendi zaman ölçekleri ve yüzey potansiyeli bagimliliklarina göre Elektro aktif Tek Katmanli Kapasite Spektroskopisi ile giderilebilir. Bu moleküler filmler, enerjik olarak erisilebilen (redoks aktif) yörünge durumlarina sahip olan bir kisim içerdigi zaman, altta yatan metalik elektroda/ metalik elektrottan yapilan gelen elektron transferi, bu ara yüzde yeni ve hassas bir sekilde gerilime bagi sarj islemi olusturur. Bu faradaik kapasitans (redoks kapasitansi (Cr) olarak bilinir), elektrostatik degildir ve (hizli heterojen elektron transferi oranlari ile iliskili olan yüksek kaliteli moleküler filmler için) Helmholtz katkisindan yüzlerce kez daha büyük olabilir. Bu Cr imzasinin, ek olarak (antikorlarin antijen ortaklari gibi) bahsi geçen özel hedefleri elde edebilecek olan filmlere entegre edilebilecegi gösterilmistir. Redoks kapasitans degisikligi, bu durum da yüksek hassasiyet, stabilite ve uygunluk ihtiva eden yeni bir etiketsiz biyo algilama formatinin Her ne kadar bu EIS teknikleri yüksek hassasiyette, stabil ve uygun bir algilama metoduna olanak saglasa da, asagidakilerin not edilmesi gerekir: (i) Redoks kapasitansi, (Cr), sinirli redoks gruplarinin elektrokimyasal aktivitesi hakkinda, bunlarin optimum elektrokimyasal "yarim dalga potansiyeli" ile ilgili (ii) Baska hiçbir potansiyel hakkinda bilgi toplanmamasi. (iii) Filmin elektrokimyasal aktivitesinin bozulmasi durum unda, 'Ölçülen Cr degerinin degismesi. Spesifik baglama/ tanima olayi disindaki olaylardan (örnegin, yan reaksiyonlar/ ayrisma, solvent ya da elektrolit etkisindeki degisikliklerden) kaynaklanan bozulmalar, inceleme altindaki baglama/ tanima olayindan ayri olarak ayirt edilemez. Bu nedenle, örnegin EIS ilkelerini temel alan alternatif, ancak bunlar ile iliskili algilama yöntemlerine ihtiyaç vardir. Ozellikle cazip olan, basit bir deney düzeneginin (örnegin, bir prob olarak tek bir çalisma elektrodu) kullanildigi, yukarida bahsi geçen dezavantajlarin bir tanesi ya da daha fazlasindan muzdarip olmayan, ve/ veya algilanan kimyasal maddeye ya da diger parametrelere karsi yüksek hassasiyete ve/ veya yüksek seçicilige sahip olan, bir dizi farkli parametrenin algilanmasi için genel olarak uygulanan bir algilama yöntemi olacaktir. Lehr ve prostatik asit fosfataz (PAP) ve C- Reaktif proteinini rapor etmek için kullanilan, klinik olarak önem arz eden iki hedefe ferrosen ve antikor reseptörleri ihtiva eden, karisik moleküler filmlerin kullanildigi empedans t'urevli bir kapasitans spektroskopik yöntemi ile ilgilidir. Bulusun Ozeti Mevcut bulus sahipleri simdi, uygun sekilde islevsellestirilmis olan bir elektrot yüzeyinin lokal ortamindaki degisiklikleri algilamak için yeni bir yöntem tanimlamislardir. Yeni yöntem, sadece tek bir çalisma elektrotu (yani tek bir prob) ihtiva eden, özellikle basit ve kullanisli bir elektrokimyasal sistem kullanilarak uygulanabilir. Bundan baska, çalisma elektrodunun ne redoks gruplari ile islevsellestirilmesi ve ne de bu redoks gruplarinin stabil oldugunun varsayilmasi sart degildir. Bulus sahipleri tarafindan gelistirilen yeni teknik, örnegin bir tasiyici ortamdaki hedef türlerin spesifik tespiti (örnegin fizyolojik numunelerde teshis biyo belirteçlerinin tespiti), ilaç tarama prosedürleri, glikorray sistemlerinde kullanilan, çesitli algilama uygulamalarina ve ayni zamanda çalisma elektrodunun çevresindeki ortam nemi, isik yogunlugu ve sicaklik gibi çevresel parametrelerin algilanmasi için kolayca uygulanabilir. Daha detayli olarak, bulus sahipleri tarafindan gelistirilen teknik, altta yatan elektroda elektronik olarak baglanmis olan algilama elemanlari ile islevsellestirilmis olan çalisan bir elektrot kullanir. Elektronlarin algilama elemanlari ve elektrot arasindaki dagilimi, lokal ortam degistigi zaman hassas bir sekilde degisen baglantili bir kapasitif (ve sarj dinamigi) parmak izine sahiptir. Bulustaki yöntemde, elektrokimyasal empedans ölçümleri farkli uygulanan bir dizi potansiyelde (daha ziyade geleneksel bir EIS yönteminde uygulanan tek temel potansiyel) elde edilir. Farkli potansiyellerde elde edilen birden fazla sayida ölçümden, sabit bir frekanstaki (w) voltajin bir fonksiyonu olarak, kompleks direncin (C* ve ya da C") gerçek ve / ya da farazi bileseninin ölçümleri elde edilir. Olçülen C 've C "degerlerinin voltaj üzerinden entegrasyonunun, çalisma elektrodunun lokal ortaminin yapisini yakindan yansitan ve dolayisiyla algilayan entegre bir ölçüm degeri sagladigi bulunmustur. Spesifik olarak, mevcut bulus sunlari saglamaktadir: ihtiva eder: (A) bir dizi uygulama potansiyeli boyunca yürütülen elektrokimyasal empedans spektroskopisi vasitasiyla, bahsi geçen maddeyi ihtiva edebilen bir tasiyici ortam ile temas halinde olan bir çalisma elektroduna sahip olan bir sistemin kompleks empedansinin (Z*) bir birden fazla sayida ölçümünü, çalisma elektrodu bahsi geçen maddeye baglanma yetenegine sahip olan reseptör kisimlari ihtiva eder, burada, çalisma elektrotu uygulanan potansiyellere elektrokimyasal tepkisi, bahsi geçen maddenin bahsi geçen reseptör kisimlarina baglanmasina duyarli olan algilama elemanlari ile islevsel hale getirilmis olan bir elektrot substrati ve 0.5 ila 10 nm'Iik bir boyuta sahip olan algilama elemanlari ihtiva eder; (B) bahsi geçen 2 * ölçümlerinin, seçilen bir frekanstaki (w) kompleks kapasitansin (0) gerçek bileseninin ve/ veya kompleks kapasitansin (C") farazi bileseninin seçilen bir frekansta (00) bir birden fazla sayidaki ölçümüne dönüstürülmesini; (C) entegre edilmis bir ölçüm degeri elde etmek için, (a) C', (b) C" ya da (0) herhangi bir C 've C" kombinasyonunun ölçümlerinin, seçilen frekansta w, uygulanan voltajin bir fonksiyon olarak entegre edilmesi; ve (D) Kimyasal maddenin tasiyici ortamda mevcut olup olmadiginin, bahsi geçen entegre ölçüm degerinden algilanmasi. Bulustaki algilama yöntemi, islevsel hale getirilmis olan bir elektrodun kuantum kapasitansinin algilanmasi vasitasiyla elektrokimyasal algilama için uygundur. Bu nedenle "kuantum kapasitansi algilama yöntemi" olarak adlandirilabilir. Bu nedenle, bulus ayni zamanda, bulustaki algilama yöntemi için yukarida tanimlandigi gibi (A), (B), (C) ve (D) adimlarini ihtiva eden bir kuantum kapasitans algilama yöntemi de saglamaktadir. aparat olup, bu aparat asagidakileri ihtiva eder: -bir çalisma elektrodu, bir karsi elektrot ve bir gerilim denetleyici ihtiva eden bir elektrokimyasal spektrometre, bahsi geçen çalisma elektrodu, bahsi geçen maddeye baglanma kabiliyetine sahip olan reseptör bölümleri ihtiva eder, -burada, bahsi geçen çalisma elektrodu uygulanan potansiyellere elektrokimyasal tepkisi, elektrodun lokal çevresindeki bir degisiklige duyarli olan algilama elemanlari ile islevsel hale getirilmis olan bir elektrot substrati, 0.5 ila 10 nm'lik bir boyuta sahip olan algilama elemanlari ihtiva eder; -bahsi geçen elektrokimyasal spektrometreden, bir dizi uygulanan potansiyel boyunca bir birden fazla sayida karmasik empedansin (Z*) ölçümünü ihtiva eden girdi verilerini alacak sekilde konfigüre edilmis olan bir alici; -(i)de bahsi geçen Z* ölçümlerinin, seçilen bir frekanstaki (00) kompleks kapasitansin (C') gerçek bileseninin ve/ veya kompleks kapasitansin (C") farazi bileseninin seçilen frekansta (w) bir birden fazla sayidaki ölçümüne dönüstürülecegi sekilde ve entegre edilmis bir ölçüm degeri elde etmek için, (a) C', (b) C" ya da (0) herhangi bir C' ve C" kombinasyonunun ölçümlerinin, seçilen frekansta (w), uygulanan voltajin bir fonksiyon olarak entegre edilecegi sekilde konfigüre edilmis olan bir islemci. Algilama yöntemi bir kuantum kapasitansi algilama yöntemi olabilir, yani aparat, kuantum kapasitansi algilama yönteminde kullanmak için olabilir; ve -bahsi geçen entegre ölçüm degerinden üretilen verinin çiktisini yapacak sekilde konfigüre edilmis olan bir çikis ünitesi, bahsi geçen çikti verisi, algilanan maddenin mevcut oldugunun, mevcut olmadiginin ya da konsantrasyonunun bir göstergesini ihtiva eder. Tercih edilen diger özellikler ve uygulamalar ekli tarifnamede ve ekli istemlerde tarif edilmektedir. Sekillerin Kisa Açiklamasi Sekil 1, Ornek 1'de tarif edildigi sekilde elde edilen elektronik yogunluktan ve bununla iliskili DOS varyasyonlarindan olusturulan analitik egrileri göstermektedir. Kutu (b), degisen CRP konsantrasyonlarinda bir elektro aktif moleküler katmandaki anti-CRP ve CRP arasindaki karsilikli etkilesime bagli olarak (CS ölçümlerinden elde edilen) Cq = e2 g(E) varyasyonunu göstermektedir (artan CRP konsantrasyonunun egilimi Sekilde gösterilmistir). Mutlak enerjiler üstteki x ekseninde gösterilmistir. Çizgiler, deneysel verilerin (noktalarla temsil edilir) Gaussian sekline yapilan bir ayarlamadir. Kutu (a), CRP konsantrasyonunun dogal logaritmasi ile sistemin elektron yogunlugu arasindaki dogrusal iliskiyi (analitik egri) göstermektedir. Sekil 2, Ornek 1'de tarif edildigi gibi elde edilen iletkenlik degisikliklerini ve iliskili bir analitik egriyi göstermektedir. Kutu (a), çesitli CRP konsantrasyonlarindaki elektron yogunlugundaki bir degisiklik nedeniyle iletkenligin ölçümlerini göstermektedir (artan CRP konsantrasyonunun egilimi Sekilde gösterilmistir). Kutu (b), anti-CRP ve CRP arasindaki etkilesime bagli olarak, tabakadaki elektron iletkenligindeki varyasyondan elde edilen analitik bir egriyi göstermektedir. Sekil 3, altta yatan elektroda elektronik olarak baglanmis olan algilama elemanlari ile islevsel hale getirilmis olan, çalisan bir elektrodun (altin) sematik bir gösterimidir. Bu örnekte, elektrot üzerine bir grafen tabakasi monte edilir ve bir hedef analit için bir reseptör islevi gören bir protein, grafene baglanir. Deneysel olarak kapasitans spektroskopisi vasitasiyla ölçülen durumlarin yogunlugu (kuantum halleri), dönüstürücü sinyali olarak kullanildi. Sekil 4, pM (X ekseni) birimlerinde, bir hedef analit, alfa sinüklein (d-sync) farkli konsantrasyonlari için bir yüzde (y ekseni) olarak ifade edilen nispi tepkinin (RR) bir grafigidir. Grafik, altin substrat üzerindeki bir yalitkan katman üzerine yerlestirilmis olan bir iletken grafen katmanindaki karsilastirmali analitik tepkileri göstermektedir. Grafen katmani, bir a senkronizasyonu için anti senkronizasyon ile uygun bir sekilde modifiye edildi. Hem kuantum kapasitansinin hem de kuantum iletkenliginin, (Ornek 2'de Eqn.1'de belirtildigi gibi) yüzeyin enerjisinden daha duyarli oldugu açiktir. Duyarlilik, testlerin (S) egimi vasitasiyla kanitlanmaktadir. Kapasitans ve direnç parametresi için en uygun analitik frekanslar, sirasiyla 118 ve 22 Hz'dir. Standart sapma, tüm r2 0.99 olan her bir konsantrasyon için üç ölçüm boyunca hesaplanir. Detayli Açiklama Mevcut bulusun özellikleri simdi tarif edilecektir. Algilama Yöntemi Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), uzman kisiler tarafindan bilinen bir tekniktir. Genel olarak, degisken bir ac potansiyeli, çalisan bir elektrot ve bir karsi elektrot arasindaki bir sapma (ya da DC) potansiyeline uygulanir. Genel olarak, EIS, bir ac frekanslari araligi boyunca tarama yapilmasini ihtiva eder. Giris sinyalinin (tipik olarak degisken potansiyelin) çikis sinyaline (tipik olarak degisken akima) orani empedansin hesaplanmasina olanak verir. Burada, genel olarak giris sinyali ile çikis sinyali arasinda bir faz farki mevcuttur, öyle ki empedans, gerçek bir bölüme (bazen Z' olarak adlandirilir) ve farazi bir bölüme (bazen 2" olarak adlandirilir) sahip olan karmasik bir fonksiyon (2*) olarak düsünülebilir. Uygulanan degisken ac potansiyelinin frekans araligi 1 MHz ila 10 MHz olabilir. Tipik olarak bir sinüs dalgasi formunda olan, uygulanan ac potansiyelinin genligi 1 mV ila 100 mV arasinda, istege bagli olarak 5 mV ila 50 mV arasinda, istege bagli olarak 5 mV ila 20 mV arasinda, istege bagli olarak 5 mV ila 15 mV arasinda, istege bagli olarak 8 mV ila 12 mV, istege bagli olarak yaklasik olarak 10 mV olabilir. Bir Els ölçümü yapildigi sirada, sapma potansiyeli (ya da dogru akim potansiyeli) arzu edilen herhangi bir degere ayarlanabilir. Bu DC ya da sapma potansiyeli, burada, uygulanan potansiyel olarak bilinir. Mevcut bulustaki yöntem, (uygulanan voltaj üzerinden müteakip entegrasyona izin veren) bir dizi uygulama potansiyeli boyunca kompleks empedansin bir birden fazla sayida ölçümünün elde edilmesini ihtiva eder, yani, her biri farkli seçilmis voltajlarda, bir dizi EIS ölçümü elde edilir. Tipik olarak, EIS vasitasiyla elde edilen birden fazla sayida kompleks empedans ölçümü en az üç tane ölçümdür, Örnegin en az on ya da en az yirmi ölçüm gibi, tercih edilen sekliyle en az bes ölçümdür, yani uygulanan potansiyellerin araligi tipik olarak en az üç farkli uygulanan potansiyel, örnegin tercih edilen sekliyle en az on ya da hatta en az yirmi farkli uygulanan potansiyel gibi, en az bes farkli uygulanan potansiyel ihtiva eder. Birden fazla sayida ölçümün (Z*) bir birden fazla sayida kompleks kapasitansin (C') gerçek bileseninin gerçek bileseninin birden fazla sayidaki ölçümüne dönüstürülmesi adiminda, (C')'nin seçilmis (sabit/ tek) bir frekanstaki (w) ölçümleri kullanilir. Uzman bir kisi tarafindan iyi bilindigi gibi, C' tipik olarak 0› degisimleri olarak degisir (yani, C', w'nun bir fonksiyonudur). Seçilmis olan uygun frekans (w) hiç süphesiz belirli bir elektrodun yapisina ve gerçeklestirilen algilama yönteminin yapisina bagli olacaktir. Bununla birlikte, seçilmis olan uygun bir frekansin (w) belirlenmesi rutin bir islemdir. Teknikte uzman olan bir kisi kolayca, örnegin, elde edilen C' degerlerinin tatmin edici bir sekilde yüksek oldugu (örnegin rutin bir EIS taramasinda uygulanan frekans araligi boyunca maksimum C' degerine ya da buna yakin) bir w degerini belirleyebilir. Birden fazla sayida Z* ölçümünün, kompleks kapasitansin (C") farazi bileseninin birden fazla sayida ölçümüne dönüstürüldügü zaman benzer prensipler uygulanir. Seçilen frekansta (w) Z*'nin C' ve/ veya C"ye dönüstürülmesi rutin bir islemdir ve teknikte iyi bilinmektedir. Özel olarak, standart bir uygulamali EIS analizinde, belirli bir potansiyeldeki kompleks empedans fonksiyonu (Z*) (00), C*(ui) = 1/z'wZ*(w) denklemi kullanilarak, kendi gerçek ve farazi bilesenleri ile, fazörlü olarak kompleks kapasitans haline (C*) (w) dönüstürülebilir. Ayni zamanda, C' ve/ veya C" ölçümlerinin, uygulanan voltajin bir fonksiyonu olarak entegre edilmesi islemi de, uygulanan voltaja karsi örnegin," C', C" ya da C 've C"nin herhangi bir kombinasyonu kestirildigi zaman "grafik yöntemleri altindaki alan" kullanilarak ve/ veya deneysel olarak türetilmis verilerin entegre edilmesi için iyi bilinen ve rutin bilgisayarli algoritmalar vasitasiyla rutin bir sekilde gerçeklestirilebilir. Seçilen frekansta to C' ve C"nin herhangi bir tanesinin uygulanan voltajin bir fonksiyonu olarak entegre edilmesinin, algilamaya uygun olan, yani, EIS ölçümleri yapildigi sirada maddenin reseptör kisimlarina baglanmasini rapor etmek için kullanilabilecek olan bir "entegre ölçüm degeri "sagladigi bulunmustur. Spesifik olarak, C' entegrasyonundan elde edilen entegre bir ölçüm degeri, sistemin durumlarinin (DOS) yogunlugu ile ilgilidir, yani kuantum kapasitansini yansitir (Sekil 1'deki Ornek 1'de gösterildigi gibi). C" entegrasyonundan elde edilen entegre bir ölçüm degeri, sistemin iletkenligi ile ilgilidir (Sekil 1'deki Ornek 2'de gösterildigi gibi). Uygulamada, uygulanan voltajin bir fonksiyonu olarak seçilen frekansta w , entegre ölçüm degerinin C' ve C" den sadece bir tanesinin entegre edilmesi suretiyle elde edilmesi (yalnizca islemin basitligi için) tercih edilebilir. Bu nedenle, tercih edilen bir birinci uygulamada, birden fazla sayida Z* ölçümü, seçilen frekansta u› kompleks kapasitansin (C') gerçek bileseninin bir birden fazla sayida ölçümüne dönüstürülür ve entegre ölçüm degerini elde etmek için bu ölçümler, uygulanan voltajin bir fonksiyonu olarak dönüstürülür. Bundan baska, tercih edilen bir ikinci uygulamada, birden fazla sayida Z* ölçümü, seçilen frekansta u› kompleks kapasitansin (C") farazi bileseninin bir birden fazla sayida ölçümüne dönüstürülür ve entegre ölçüm degerini elde etmek için bu ölçümler, uygulanan voltajin bir fonksiyonu olarak dönüstürülür. Bununla birlikte, hem C' ve hem de C" kullanilabildigi için, teknikte uzman olan bir kisi, seçilen frekansta w uygulanan voltajin bir fonksiyonu olarak C' ve C" nin herhangi bir kombinasyonunun entegre edilmesi vasitasiyla entegre bir ölçüm degerinin elde edilebilecegi açikça görecektir. Ornegin, C' ve C" (C' ve/ veya C" muhtemelen herhangi bir negatif ya da pozitif sabit ile agirliklandirilmistir) degerlerinin herhangi bir toplami ya da C' ve C" degerlerinin herhangi bir çarpimi ya da katsayilari kullanilabilir. Bu nedenle, burada kullanildigi sekliyle "kuantum kapasitansi algilama yöntemi" teriminin, uygulanan voltajin, seçilen voltajin bir fonksiyonu olarak, seçilen frekansta 0) sadece C" nin entegrasyonu vasitasiyla elde edilen entegre ölçüm degerinin elde edildigi yöntemleri içerdigi anlasilmalidir, öyle ki, entegre ölçüm degeri kuantum kapasitansindan ziyade sistemin iletkenligini ve bunun yani sira, yukarida açiklandigi gibi, entegre ölçüm degerinin yalnizca C' nin entegre edilmesi ile ya da C' ve C" nin herhangi bir kombinasyonunun entegre edilmesi suretiyle elde edildigi yöntemleri de yansitir. Kimyasal maddenin tasiyici ortamda mevcut olup olmadigini algilama, yani maddenin reseptör kisimlarina baglanmasi adimi, tipik olarak entegre ölçüm degerinin bir tane ya da daha fazla sayida referans degeri ile karsilastirilmasi suretiyle gerçeklestirilir. Referans deger (ler), maddenin reseptör kisimlarina baglanmasinin önceden bilindigi kosullar altinda, bir tane ya da daha fazla sayida karsilik gelen entegre ölçüm degerinin elde edilmesi suretiyle elde edilebilir. Baska bir deyisle, referans deger(ler)i, yöntem, belirli, bilinen kosullar altinda elde edilebilmesi beklenen degerler ile test kosullari altinda gerçeklestirildigi zaman elde edilen entegre ölçüm degerini kalibre etmek için kullanilir. Algilama, yani maddenin reseptör kisimlarina baglanmasi, dogal olarak ya niteliksel ya da niceliksel olabilir. Algilama uygulamalarinda kullanim için bir aparatin kalibrasyonu iyi bilinmektedir ve ElS'yi temel alan yöntemler de dahil olmak üzere teknikte rutin bir islemdir. çalisma Elektrotunun Yapisi Çalisma elektrotu, algilama elemanlari ile islevsel hale getirilmis olan bir elektrot substrati ihtiva eder. Elektrot substrati elektriksel olarak iletken olan herhangi bir materyal ihtiva edebilir. Substrat bir metal ya da karbon ihtiva edebilir. Metal, dogal formunda bir metal ya da bir metal alasimi olabilir. Istege bagli olarak, substratin tamami bir metal ya da karbon ihtiva eder. Substrat bir geçis metal ihtiva edebilir. Substrat, Periyodik Tablonun 9 ila 11 gruplarindan seçilen bir geçis metali ihtiva edebilir. Substrat, bunlarla sinirli olmamak üzere, renyum, iridyum, paladyum, platin, bakir, indiyum, rubidyum, gümüs ve altindan seçilen bir metal ihtiva edebilir. Substrat, altin, gümüs ve platin arasindan seçilen bir metal ihtiva edebilir. Substrat, kenar düzleminde pirolitik grafit, bazal düzlem pirolitik grafit, camsi karbon, bor katkili elmas, yüksek dereceli pirolitik grafit, karbon tozu ve karbon nano tüplerden seçilebilen, karbon ihtiva eden bir materyal ihtiva edebilir. Tercih edilen bir uygulamada, substrat altin ihtiva eder, örnegin substrat bir altin substrattir. Elektrot yüzeyi (yani, substrat yüzeyi), genel olarak düzlemsel bir yüzey, örnegin, girintiler, çikintilar ve gözeneklerin olmadigi bir yüzey olabilir. Bu tür substrat yüzeyleri, örnegin ince tanecikler ile cilalama, örnegin ince tanecikler püskürtme gibi tekniklerle, istege bagli olarak, her bir cilalama asamasinda ince taneciklerin boyutunun düsürüldügü bir dizi asama halinde kolayca hazirlanabilir. Ince tanecikler, örnegin, elmas gibi karbon bazli bir malzeme ihtiva edebilir ve/ veya istege bagli olarak 10 um ya da daha küçük, istege bagli olarak 5 ya da daha küçük, istege bagli olarak 3 ya da daha küçük, istege bagli olarak 1 ya da daha küçük, istege bagli olarak 0,5 um ya da daha küçük, istege bagli olarak 0,1 um ya da daha az bir çapa sahip olan parçaciklara ihtiva edebilir. Parlatma isleminden sonra, substrat yüzeyi örnegin, ultrasonik olarak. istege bagli olarak, örnegin su gibi uygun bir sivi ortamda, örnegin en az 1 dakikalik bir süre boyunca, örnegin yaklasik olarak 1 dakika ila 10 dakika arasinda bir süre boyunca yikanabilir. Istege bagli olarak, substrat yüzeyi asindirici bir maddeyle, örnegin asidik, çözelti, örnegin cilalamayi takiben ve kullaniliyor olmasi durumunda, ultrasonik yikama asamalari ile yikanabilir. Asindirici çözelti, örnegin su gibi uygun bir sivi ortam içinde bir inorganik asit, örnegin H2804 ve/ veya bir peroksit, örnegin H202 ihtiva edebilir. Istege bagli olarak, substratlar elektrokimyasal olarak cilalanabilir, bu da ince tanecikler ile bir ya da daha fazla cilalama, örnegin ultrasonik olarak yikama ve/ veya asindirici bir çözelti kullanilmasini ihtiva eden herhangi bir asamanin ardindan gelebilir. Elektrokimyasal parlatma, kararli bir indirgeme zirvesine ulasilincaya kadar, örnegin istege bagli olarak 0,5 V ya da daha yüksek, istege bagli olarak 1 V ya da daha yüksek, istege bagli olarak 1,25 V ya da daha yüksek bir potansiyel ve istege bagli olarak 0,5 V ya da daha düsük, istege bagli olarak 0,25 V ya da daha düsük, ya da istege bagli olarak 0.1 ya da daha düsük bir potansiyel gibi, bir üst ve alt potansiyel arasinda döngü ihtiva edebilir. Elektrot substrat, algilama elemanlari ile islevsel hale getirilir. Algilayici elemanlar elektrot yüzeyinde sinirlandirilmistir. Elektrot substrati ile kombinasyon halinde, EIS islemi gerçeklestirildigi zaman, algilama elemanlari bir elektrokimyasal tepki üretme kabiliyetine sahiptir. Bundan baska, uygulanan potansiyellere verilen elektrokimyasal tepki, maddenin reseptör kisimlarina baglanmasina karsi duyarlidir. Elektrodun bu özellikleri, algilama elemanlarinin elektrot yüzeyine elektronik olarak baglanmasinin saglanmasi suretiyle saglanabilir. "Elektronik olarak baglanmis" terimi, elektronlarin elektrot yüzeyi ile algilama elemanlari arasinda yeniden dagilabilmesi anlamina gelir. Bu nedenle, elektrot, elektrot yüzeyinin algilama elemanlari ile islevsel hale getirilmesi suretiyle üretildigi zaman, elektrot yüzeyi ile algilama elemanlari arasinda elektronlarin yeniden dagitilmasi islemi gerçeklestirilir. Benzer bir sekilde, elektronlarin elektrot yüzeyi ile algilama elemanlari arasinda yeniden dagitilmasi, elektrodun lokal ortaminda bir degisiklik, özellikle da algilanan substrata karsilik gelen bir degisiklik oldugu zaman meydana gelir. Genel olarak, algilama elemani, elektronlarin elektrotlara göre farkli kimyasal potansiyele sahip olan herhangi bir kimyasal bilesikten teskil edilebilir. Elektrot ve belirli kimyasal bilesik, çok kisa bir mesafeden, yani örnegin 10 nm'den daha düsük bir nano ölçek dahilinde, örnegin 2 nm'den daha küçük bir mesafe içinde dagitilabilir. Bu kisa mesafe, dönüstürücü sinyalin nicelenmis dogasini belirler. Aslinda, bu (elektrot probu ve kimyasal bilesigin kendisi disindaki) iki enerjik durumu nano ölçekli uzunluktaki bir saçilma bölgesi vasitasiyla birlestirir. Sonuç olarak, algilama elemanlarinin her biri tipik olarak 05 ila 10 nm, tercih edilen sekliyle 1 ila 5 nm, örnegin 1 ila 3 nm gibi 10 nm ya da daha küçük bir boyuta sahiptir. Bahsi geçen boyut tipik olarak, elektrot yüzeyine bagli algilama elemaninin bir ucundan elektrot yüzeyine bagli olmayan algilama elemaninin bir ucuna düz bir çizgi halinde uzanan en büyük boyuttur. Tipik olarak, algilama elemanlarinin her birinin tüm boyutlari tipik olarak 0,5 ila 10 nm, tercih edilen sekliyle 1 ila 5 nm, örnegin 1 ila 3 nm gibi 10 nm ya da daha küçük bir boyuta sahiptir. Bir algilama elemani, elektronlarin, algilama elemaninin 10 nm ya da daha az, örnegin 0.5 nm ila 10 nm arasinda, tercih edilen sekliyle 1 ila 5 nm arasinda, örnegin 1 ila 3 nm arasindaki yukaridaki boyutlara sahip olmasini saglayan kisa bir kimyasal baglayici vasitasiyla elektrot yüzeyine bagli olan elektrotlara nazaran daha farkli bir kimyasal potansiyele sahip olan bir kimyasal bilesikten teskil edilebilir. Tipik olarak, algilama elemanlari esasen sonsuz bir DOS'a sahip oldugu düsünülen altta yatan elektrot substratinin aksine, sinirli ve sonlu bir elektronik durum yogunluguna ("DOS") sahiptir. Bundan dolayi, algilama elemanlari tipik olarak elektrot substratindan farklidir, yani iletken bir metal ya da karbon substrat degildir. Uygun algilama elemanlarinin örnekleri, redoks aktif türlerini, bir moleküler filmi, nano partikülleri, grafen, karbon nano tüpleri ve nicelik noktalarini ihtiva eder. Elektrot substratlarinin bu tür malzemelerle islevsel hale getirilmesi teknikte iyi bilinmektedir ve rutin teknikler kullanilarak elde edilebilir. Uygun redoks aktif türlerinin temsili örnekleri, osmiyum bazli redoks sistemleri, ferrosenleri, kinonlari ve bunlarin türevlerinin yer aldigi porfirinleri ihtiva eder. Kinin türevleri, p-benzokinon ve hidrokinon ihtiva eder. Tercih edilen sekliyle, redoks aktif türler ferrosen ya da bunun bir türevidir, örnegin bir alkil (örnegin, Ci-6 alkil) ya da bunun asil türevidir. Daha çok tercih edilen sekliyle, redoks aktif türler ferrosendir. Onemli olarak, algilama elemanlari redoks aktif türler ihtiva edebilse de, algilama elemanlarinin redoks aktif olmasi sart degildir. Bundan dolayi, mevcut bulusun bir uygulamasinda, çalisma elektrodu algilama elemanlari ile islevsel hale getirilir ancak çalisma elektrodu herhangi bir redoks aktif türüyle islevsel hale getirilmez. Örnegin, bu uygulamadaki algilama elemanlari bir moleküler film, nano partiküller, grafen, karbon nano tüpler ve kuantum noktalarindan seçilebilir. Ornegin, algilama elemanlari redoks aktif türler ihtiva etmez. Tercih edilen bir uygulamada, algilama elemanlari grafen ihtiva eder. Genel olarak, örnegin, elektrot substrati altin ihtiva eder (örnegin substrat bir altin substrat olabilir) ve algilama elemanlari grafen ihtiva eder. Grafen oksitlenmis formda, yani grafen oksit olarak mevcut olabilir. Çalisma elektrotu bundan baska, elektrot substrati ve algilama elemanlarinin arasina yerlestirilmis olan bir ara katman da ihtiva edebilir. Ara kat, belirli bir bilesigin, örnegin sisteinin kendi kendine yerlesen tek bir tabakasi olabilir. Bahsi geçen bilesik bir yalitici olarak adlandirilabilir. Bir uygulamada, elektrot substrati altin ihtiva eder, çalisma elektrodu bundan baska, elektrot substratinin üzerine yerlestirilmis olan bir ara katman ihtiva eder ve ara katman üzerine yerlestirilmis olan algilama elemanlari grafen ihtiva eder. Grafen oksitlenmis formda, yani grafen oksit olarak mevcut olabilir. Ara katman tipik olarak sistein ihtiva eder. dogasini da tarif eden "nano Ölçekli varliklar" terimi ile degisimli olarak kullanilabilir. Algilama Yönteminin Uygulamalari Esas olarak herhangi bir madde, bu maddenin miktarindaki bir degisikligin, çalisma elektrodunun yerel ortaminda bir degisiklik ve dolayisiyla algilama elementleri ile elektrot substrati arasindaki elektronlarin dagiliminda bir degisiklige yol açmasi kosuluyla algilanabilir. Bu nedenle, çalisma elektrotu, kullanilacagi, amaçlanan algilama yöntemine göre tasarlanabilir. Bununla birlikte, mevcut bulusta, özellikle algilanan bir kimyasal maddedir ve bu nedenle asagida daha ayrintili bir sekilde açiklandigi gibi, çalisma elektrodunun lokal ortamindaki degisiklik, maddenin reseptör kisimlara baglanmasina karsilik gelir. Fiziksel maddelerin algilanmasi Mevcut bulustaki yöntem, kimyasal bir maddeyi, yani bir kimyasal bilesigi ya da bir grup kimyasal bilesigi algilamak için bir yöntemdir. (A) asamasinda, çalisma elektrodu, maddeyi ihtiva edebilen bir tasiyici ortam ile temas halindedir ve algilama elemanlarinin uygulanan potansiyellere elektrokimyasal tepkisi, bahsi geçen maddenin varligina duyarlidir. Tasiyici ortamin maddeyi içermiyor olmasi durumunda, bu durumda belirli bir entegre ölçüm degeri elde edilir. Tasiyici ortamin maddeyi içermemesi durumunda, entegre ölçüm degeri farkli olacaktir. Benzer bir sekilde, entegre ölçüm degerindeki degisiklikler, maddenin tasiyici ortamdaki konsantrasyonu degistikçe ortaya çikar. Tasiyici ortam tercih edilen sekliyle sivi halde olmasina ragmen, gaz halinde bir ortam olmasi da mümkündür. Tasiyici sivi (ya da gaz), maddenin askiya alinabilecegi ya da çözünebilecegi (ya da dagilabilecegi) herhangi bir sivi (ya da gaz) olabilir. Bir uygulamada, tasiyici sivi su ihtiva eder. Bir uygulamada, tasiyici sivi biyolojik bir sivi ihtiva eder. Biyolojik bir sivi, bir insandan ya da bir hayvan olabilen bir denekten elde edilen bir sivi olabilir. Bir uygulamada, tasiyici sivi seyreltilmemis biyolojik bir sivi ihtiva eder. Mevcut baglamda seyreltilmemis bir biyolojik sivi, bir denekten, örnegin bir insan ya da hayvandan elde edilen ve baska bir sivi ile seyreltilmemis olan biyolojik bir sividir. Biyolojik sivi kan, idrar, gözyasi, tükürük, ter ve beyin omurilik sivisi arasindan seçilebilir. Istege bagli olarak, tasiyici ortam bir denekten, örnegin bir insan ya da hayvandan elde edilen bir biyolojik sivi ve bir seyreltici ihtiva eder. Seyreltici, denekten elde edildikten sonra biyolojik siviya ilave edilebilir. Seyreltici, bir sivi ortam, örnegin su ve bir alkolden, örnegin bir alkol, örnegin etanolden seçilen bir sivi ortam ihtiva edebilir. Tasiyici ortam bundan baska bir tampon ihtiva edebilir. Tampon bir fosfat ihtiva edebilir. Çalisma elektrodu, bahsi geçen maddeye baglanma kabiliyetine sahip olan reseptör kisimlari ihtiva eder ve algilama elemanlarinin uygulanan potansiyellere olan elektrokimyasal tepkisi, bahsi geçen maddenin reseptör kisimlara baglanmasina duyarlidir. Tercih edilen sekliyle reseptör kisimlari, maddeye spesifik olarak baglanabilme kapasitesine sahiptir. "Ozel olarak maddeye baglanabilme kapasitesi" terimi tipik olarak, maddeye baglanma sabitinin, tasiyici ortamda bulunan diger maddelere baglanma sabitinden en az 50 kat daha fazla, tercih edilen sekliyle en az 100 kat daha fazla ve daha da tercih edilen sekliyle en az 200 kat daha fazla oldugu anlamina gelir. Elektrot substrati, hem algilama elemanlari ve hem de algilama elemanlarindan farkli olan reseptör kisimlari ile islevsel hale getirilir. Reseptör kisimlarinin örnekleri arasinda antikorlar, antikor fragmanlari, nükleik asitler, aptamerler, oligosakaritler, peptitler ve proteinler yer alir. Tercih edilen sekliyle, reseptör kisimlar antikorlardan, nükleik asitlerden ve peptidlerden seçilir. Daha da tercih edilen sekliyle, reseptör kisimlari antikorlardir. Antikor ya da antikor fragmani, IgA, IgD, IgE, IgG ve IgM siniflarindan bir tanesini ya da daha fazlasindan seçilebilir. Tercih edilen bir uygulamada, antikor ya da antikor fragmani IgG tipindedir. Antikor, bahsi geçen maddeye seçici olarak baglanir. Antikor ya da antikor fragmani, bir insandan, bir fareden, bir fareden, bir siçandan, bir tavsandan, bir keçiden, bir koyundan ve bir attan meydana gelen bir gruptan bir memeliyi ihtiva eden, ancak bunlarla sinirli olmayan bir memeliden elde edilebilir. Aptamer bir peptit aptamer, bir DNA aptamer ve bir RNA aptamer arasindan seçilebilir. Antikor örnegin, anti-alfa sinüklein antikoru (anti a-sync) olabilir. Açikça görülecegi gibi, belli bir elektrot için reseptör kisimlarinin seçimi, bahsi geçen maddenin, yani bahsi geçen "hedefin" kimligi vasitasiyla belirlenir. Ornegin, hedef alfa sinüklein (oi-sync) olabilir, bu durumda reseptör kisimlari tipik olarak anti-d-sync ihtiva eder ya da bundan meydana gelir. Bir uygulamada, çalisma elektrodu reseptör kisimlari ihtiva eder; algilama elemanlari grafen ihtiva eder; ve elektrot substrati altin ihtiva eder. Reseptör kisimlari bundan baska, yukarida tanimlandigi gibi olabilir, örnegin anti-ci-sync ihtiva edebilir ya da bunlardan meydana gelebilir. Grafen oksitlenmis formda, yani reseptör kisimlarinin baglanmasini kolaylastirabilecegi için grafen oksit formunda mevcut olabilir. Çalisma elektrodu bundan baska, elektrot substrati ve algilama elemanlarinin arasinda, elektrot substratinin `üzerine yerlestirilmis olan bir ara katman da ihtiva edebilir. Ara katman tipik olarak sistein ihtiva eder. Hedef türlerin örnegin teshis uygulamalari için tespiti Bu madde bir hedef tür, yani tasiyici ortamda mevcut olabilen ya da mevcut olmayabilen bir tür olabilir, istege bagli olarak bir tane ya da daha fazla diger hedef disi türle birlikte ve kullanicilarin tespit etmek/ algilamak istedigi türler olabilir. Daha tipik olarak, yöntem bahsi geçen hedef türlerin bahsi geçen tasiyici ortamdaki konsantrasyonunu belirlemek için bir yöntemdir. Her ne kadar bu yöntem bir dizi hedef türü tespit etmek için kullanilabilse de, özellikle yararli bir özelligi, teshis amaçli bir türün tespitidir. Biyo belirteçlerin fizyolojik örneklerde hassas bir sekilde tespit edilmesi, teshiste gittikçe daha fazla ilgi çekmektedir. Bu bulustaki yöntemler, spesifik biyo belirteçleri algilamak (ve konsantrasyonunu belirlemek) için, özellikle özel olarak ilgilenilen biyo belirtece baglanabilen reseptör kisimlari ile fonksiyonel hale getirilmis olan bir elektrot substrati saglanmasi suretiyle hassas ve seçici bir sekilde kullanilabilir. Hedef tür örnekleri arasinda CRP proteini, insülin ve bir tane ya da daha fazla sayida nörodejenerasyon, kanser, miyokart enfarktüsü, diyabet ve genel travmanin olusturdugu gruptan seçilenler yer alir. Daha genel olarak, bulustaki yöntemlere uygun olarak tespit için uygun olan hedef türler arasinda proteinler, polipeptitler, antikorlar, nano partiküller, ilaçlar, toksinler, zararli gazlar, tehlikeli kimyasallar, patlayicilar, viral partiküller, hücreler, çok hücreli organizmalar, sitokinler ve kemokinler, ganietosit, organeller, Iipitler, nükleik asit dizileri, oligosakaritler, metabolik yollarin kimyasal ara maddeleri ve makro moleküller yer alir. Tercih edilen uygulamalarda, hedef türler temel olarak bir biyolojik molekül, daha uygun olarak bir biyolojik makro molekül, daha da uygun olarak bir polipeptitten meydana gelir ya da bunlardan olusur. Bir biyo belirteç, özel ilgi konusu olan bir biyolojik molekül örnegidir. Hedef türün bir protein olmasi ya da bir protein ihtiva ediyor olmasi durumunda, protein dogal proteinlerden, denatüre proteinlerden, protein fragmanlarindan ve prokaryotik ya da ökaryotik olarak ifade edilen proteinlerden seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Protein, teknikte kendi normal anlamini tasiyabilir ve daha çok tercih edilen sekliyle 'protein', bir polipeptit molekülünü ifade eder. Bu polipeptit, örnegin glikosilasyon gibi modifikasyonlar; fosforilasyon ya da bunun gibi baska modifikasyonlar ihtiva edebilir. Hedef türün bir antikor olmasi durumunda, antikor IgA, IgD, IgE, Hedef türün bir nano parçacik olmasi durumunda, nano parçacik bir tane ya da daha fazla sayida yalitkan, metalik ya da yari iletken nano parçacik arasindan seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün bir ilaç olmasi durumunda, ilaç alkol (örnegin etanol), amfetaminler, amil nitrat, eroin, ketamin, anabolik steroidler, LSD, solventler, esrar, kokain (kokain hidroklorür ya da gamhidroksibutirattan (GHB) seçilebilir fakat örnekler bunlarla sinirli degildir. Alternatif olarak, bazi uygulamalarda, ilaç tibbi bir madde olabilir. Hedef türler bir aday Ilaç, örnegin mevcut bulusun kullanildigi belirli bir aktivite ya da özellik için test edilebilecek ya da taranabilecek kimyasal ya da biyolojik bir entite olabilir. Hedef türün bir toksin olmasi durumunda, toksin hayvanlar, bitkiler ya da bakterilerden kaynaklanan bir tane ya da daha fazla toksinden seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün bir viral parçacik olmasi durumunda, viral parçacik bir genoma sahip olan ve olmayan bir tane ya da daha fazla sayida viral parçacik arasindan seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün bir hücre olmasi durumunda, hücre bir ya da daha fazla pluripotent progenitör hücreden, insan hücrelerinden (örnegin, B-hücreleri, T-hücreleri, mast hücreleri, fagositler, nötrofiller, eozinofiller, makrofajlar, endotel hücreleri), kanserli hücreler (örnegin karacigerden, servikal kemik, pankreas, kolorektal, prostat, epidermal, beyin, meme, akciger, testis, böbrek, mesane kanserlerinden kaynaklananlar), insan kökenli olmayan alglerin tek hücreli organizmalari, mantarlar, bakteriler, bitki hücreleri, parazit yumurtalari, plazmodia ve mikoplazma hücrelerinden seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün bir organel olmasi durumunda, organel bir tane ya da daha fazla sayida çekirdek, mitokondri, Golgi aygiti, endoplazmik retikulum, lizozom, fagozom, hücre içi membranlar, hücre disi membranlar, hücre iskeleti, nükleer membran, kromatin, nükleer matris ve kloroplastlardan meydana gelen bir gruptan seçilebilir ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün bir Iipit olmasi durumunda, Iipit bir tane ya da daha fazla sayida sinyal veren lipit, yapisal Iipit, fosfolipit, glikolipit ve yag asitleri arasindan seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün nükleik asit dizisi olmasi durumunda, nükleik asit dizisi DNA, cDNA, RNA, rRNA, mRNA, miRNA ve tRNA'nin bir tanesi ya da daha fazlasi arasindan seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef türün bir oligosakkarit olmasi durumunda, oligosakkaritler insanlar, hayvanlar, bitkiler ya da bakterilerden kaynaklanan bir tane ya da daha fazla oligosakkaritten seçilebilir, ancak örnekler bunlarla sinirli degildir. Hedef tür, belirli bir hastaligin göstergesi olan herhangi bir antijen ya da analit olabilir. Hedef, örnegin, C-reaktif protein (CRP proteini), anjiyotensin I dönüstürücü enzim (peptidiI-dipeptidaz A) 1; adiponektin; ileri glikosilasyon son ürüne özgü reseptör; alfa-2-HS-glik0protein; anjiyojenin, ribonükleaz, RNase A ailesi; apolipoprotein A-1; apolipoprotein B (Ag (x) antijeni dahil); apolipoprotein E; BCL2 ile iliskili X proteini; B hücreli CLL/ Ienfoma 2; tamamlayici C3; kemokin (C-C motifi) ligand 2; Çözünür, CD 14; Çözünür CD; cdk5 ;, pentraksin ile ilgili; katepsin B; dipeptidil peptidaz IV; Epidermal büyüme faktörü; endoglin; Fas; fibrinojen; ferritin; büyüme hormonu 1; alanin aminotransferaz; hepatosit büyüme faktörü; haptoglobin; isi soku 70kDa proteini 1 B; hücreler arasi yapisma molekülü 1; insülin benzeri büyüme faktörü 1 (somatomedin C); insülin benzeri büyüme faktörü 1 reseptörü; insülin benzeri büyüme faktörü baglayici protein 1; insülin benzeri büyüme faktörü baglayici protein 2; insülin benzeri büyüme faktörü baglayici protein 3; interlökin 18; interlökin 2 reseptörü, alfa; interlökin 2 reseptörü, beta; interlökin 6 (interferon, beta 2); interlökin 6 reseptörü; interlökin 6 sinyal transdüktörü (gpI30, onkostatin M reseptörü); interlökin 8; aktivin A; leptin (obezite homolojisi, fare): plazminojen aktivatörü, doku; proopiyomelanokortin (adrenokortikotropin / beta-Iipotropin I alfa-melanosit uyarici hormon / beta-melanosit uyarici hormon / beta-endorfin); proinsülin; rezistin; selektin (endotel yapisma molekülü 1); selektin P (granül membran proteini 140kDa, antijen CD62); serpin peptidaz inhibitörü, E harfi (neksin, plazminojen aktivatörü 10 inhibitörü tip 1), üye 1; serum / glukokortikoid düzenlenmis kinaz; cinsiyet hormonu baglayici globülin; dönüstürücü büyüme faktörü, beta 1 (Camurati-Engelmann hastaligi); TIMP metalopeptidaz inhibitörü 2; tum ya da nekroz faktörü reseptörü üst ailesi, üye 1 B; vasküler hücre yapisma molekülü 1 (VCAM-1); vasküler endotel büyüme faktörü; Faktör Il, Faktör V, Faktör VIII, Faktör fibrinojen, plazminojen, protrombin ve von Willebrand faktörü ve benzeri arasindan seçilebilir. Diyabet için faydali isaretleyiciler arasinda örnegin C-reaktif protein; glikoz; insülin; TRIG; GPT; HSPA1 B; IGFBP2; LEP; ADIPOQ; CCL2; ENG; HP; IL2RA; SCP; SHBG; ve TIMP2 yer alir. Halihazirda tercih edilen hedef tür örnekleri arasinda CRP proteini, insülin ve nörodejenerasyon, kanser, miyokart enfarktüsü, diyabet ve genel travmadan bir tane ya da daha fazlasinin bir isaretleyicisinden meydana gelen gruptan seçilenler yer alir. Hedef türler, örnegin, alfa-sinüklein (d-sync) ihtiva edebilir ya da bundan meydana gelebilir. Hedef türün d-sync olmasi ya da bunu ihtiva ediyor olmasi durumunda, reseptör kisimlar d-sync antikoru ihtiva edebilir ya da bundan meydana gelebilir. Hedef türler, diyabetin izlenmesi ile iliskili bir hedef olabilir. Bir uygulamada, hedef glikoz, insülin, interlökin 2 reseptörü alfa (IL2-RA), C-reaktif protein (CRP) ve glise edilmis hemoglobin (HbAlc) arasindan seçilebilir. Hedef türün glikoz olmasi durumunda, reseptör kisimlari, örnegin, GDH-FAD testinin moleküler tanima elementi ya da bir glikoz/ galaktoz baglayici protein ("GGBP") arasindan seçilebilir (Scholle, ve digerleri, Mol. Gen. Genet 208: monoklonal antikor ihtiva edebilir ya da bundan meydana gelebilir. Hedef türün C-reaktif protein olmasi ya da ihtiva etmesi durumunda, tercih edilen sekliyle bu insan C-reaktif proteinidir. Hedef türün C-reaktif protein olmasi ya da bunu ihtiva ediyor olmasi durumunda, reseptör kisimlar anti- CRP ihtiva edebilir ya da bundan meydana gelebilir. Hedef t'L'ir'un insülin olmasi ya da bunu ihtiva ediyor olmasi durumunda, reseptör kisimlar bir insülin antikoru ihtiva edebilir ya da bundan meydana gelebilir. Glikoarray bazli yöntemler Bulustaki yöntemler ayni zamanda, glikoarray ihtiva eden uygulamalarda da kullanilabilir. Bir glikoarray, her bir dizi biriminin (diger dizi birimlerindeki karbonhidrat kisimlarindan farkli olan) spesifik karbonhidrat kisimlari ihtiva ettigi bir dizidir. Mevcut bulus baglaminda, dizi, her birinin çalisma elektrodu, karbonhidrat kisimlari olan reseptör kisimlari ile islevsel hale getirilmis olan bir birden fazla sayida ayri sekilde adreslenebilir elektrokimyasal sistem ihtiva eder . Ornegin, karbonhidrat kisimlari dizisi, örnegin bir insan gibi bir organizmanin glikomunu ya da glikomunun bir kismini teskil edebilir. Bundan dolayi, bulustaki yöntemin bir uygulamasinda, (algilanan) madde bir Iektin proteini, bir glikoenzim ve bir karbonhidrat baglayici antikordan seçilir, bununla birlikte reseptör kisimlar karbonhidrat kisimlaridir. Bundan baska, bu algilama yönteminde, çalisma elektrodu her biri farkli karbonhidrat kisimlari ile islevsel hale getirilmis olan bir birden fazla sayida çalisma elektrodu ihtiva eden bir glikoarrayin bir parçasini teskil edebilir. Bundan dolayi, yöntem glikoarrayda yer alan çalisma elektrotlarinin her biri 'L'izerinde (A) - (D) yöntem adimlarinin gerçeklestirilmesini ihtiva edebilir. Ilaç taramasi / kesfi Bulustaki yöntemler için baska bir uygulama da, ilaç taramasi ve kesfi alanindadir. Ilaç taramasi için bilinen dizi bazli sistemlerde, her dizi birimi, bir ilaç adayi tarafindan baglanmasi suretiyle, ilk bakista ilaç adayinin terapötik açidan ilgi çekici olabilecegini gösteren erisilebilir reseptör kisimlari ihtiva eder . Ornegin, tak sol-tubulin modelini temel alan bilinen tarama yöntemleri mevcuttur. Bu modelde, bilinen anti kanser ilaci taksolün, tubulin proteini ile olan karsilikli etkilesimi, yeni ilaç adaylarinin karsilastirildigi bir referans olarak kullanilmaktadir. Ozellikle, bulustaki yöntemde (algilanan) madde bir ilaç adayi olabilir ve reseptör kisimlari bilinen bir referans ilaca baglanma yetenegine sahip olan kisimlar olabilir. Bu nedenle, ilaç adayinin reseptör kisimlarina baglanmasinin algilanmasi, bilinen referans ilaca benzer bir sekilde davranan ilaç adayi ile iliskili olacaktir (ve bu nedenle daha fazla çalisma yapilmaya deger). Bunun aksine, baglanmadaki basarisizlik ilaç adayinin reddedilmesine neden olabilir. Bu algilama yönteminde, çalisma elektrodunun, her biri bahsi geçen reseptör kisimlari ile islevsel hale getirilmis olan bir birden fazla sayida çalisma elektrodu ihtiva eden bir dizinin bir parçasini teskil edilebilecegi, bu suretle, bahsi geçen dizinin bir birden fazla sayida ilaç adayinin eszamanli taramasini kullanmak için uygun olacagi takdir edilecektir. Bu dizi kurulumu, ayni anda çok sayida ilaç adayinin yüksek verimlilikte taranmasini saglar. Mevcut bulus ayni zamanda, bir kimyasal maddeyi algilamak için bir algilama yönteminde, tipik olarak mevcut bulusa göre bir algilama yönteminde, kullanmak için bir cihaz da saglamaktadir. Bu aparat, çalisma elektrodu, algilama elemanlari ile islevsel hale getirilmis olan ve bahsi geçen maddeye baglanma kapasitesine sahip olan reseptör kisimlari ihtiva eden bir elektrokimyasal spektrometre, yani mevcut bulustaki yöntemini gerçeklestirmek için özel olarak adapte edilmis olan bir elektrokimyasal Spektrometre ihtiva eder. Çalisma elektrodu burada tarif edilmektedir. Aparat bundan baska (a) bahsi geçen elektrokimyasal spektrometreden, bir dizi uygulanan potansiyel boyunca bir birden fazla sayida kompleks empedans (Z*) ölçümü ihtiva eden giris verilerini alacak sekilde konfigüre edilmis olan bir alici; (b) (i) bahsi geçen bir birden fazla sayidaki Z* ölçümünün, seçilen birfrekansta u› , C' ve/ veya C" kompleks kapasitansinin gerçek ve/ veya farazi bileseninin bir birden fazla sayida ölçümüne dönüstürecek sekilde ve (ii) entegre bir ölçüm degeri elde etmek için bahsi geçen C', C" ya da C' ve C" kombinasyonu ölçümlerinin seçilen bir frekansta w , uygulanan voltaj degerinin bir fonksiyonu olarak entegre edecek sekilde konfigüre edilmis olan bir islemci; ve (c) bahsi geçen entegre ölçüm degerinden üretilen verinin çiktisini yapacak sekilde konfigüre edilmis olan bir çikis ünitesi ihtiva eder, burada bahsi geçen çikti verisi, algilanan maddenin mevcut oldugunun, mevcut olmadiginin ya da konsantrasyonunun bir göstergesini ihtiva eder. Alici ve islemci bir bilgisayarin parçasi olabilir. Alici ve islemcinin islevselligi, bilgisayarin bulusa ait yöntemden girdi verilerinin alinmasi ve bu verilerin burada tarif edilen sekilde entegre bir ölçüm degerinde islenecegi sekilde programlanmasi suretiyle basarilabilir. Alici, giris verilerini dogrudan spektrometreden ya da dolayli olarak, örnegin spektrometre tarafindan teskil edilen bir veri dosyasindan okuyarak alabilir. farazi ve/ veya gerçek parçalarina dönüstürülmesi, ve otomatik olarak, örnegin bir kullanicinin müdahalesi olmadan entegre bir ölçüm degeri elde etmek için entegre edilmesi adimlarini gerçeklestirmek için talimatlar saglayan, bilgisayar tarafindan okunabilen bir kod saglanmasi kastedilmektedir. Bilgisayar örnegin uygun bir bilgisayar programi ile programlanmis olan fiziki bir bilgisayar ihtiva edebilir. Bu program, örnegin, bilgisayar ya da bir bilgisayar agi tarafindan uygulamak için bir depolama ortaminda saglanabilir. Depolama ortami, bir sabit disk gibi bilgisayarin ayrilmaz bir parçasi ya da bir optik disk gibi çikarilabilir bir depolama ortami ya da bir USB flash bellek aygiti gibi bir tasinabilir depolama aygiti olabilir. Aparat mevcut bulusun bir yöntemini gerçeklestirmek için kullanilir, ve bu sayede operatör elektrokimyasal spektrometreyi kullanarak bulustaki yöntemin (A) adiminin gerekli EIS ölçümlerini yapar ve burada, takip eden adimlar bu durumda algilama yöntemini tamamlamak için otomatik olarak gerçeklestirilir. Bilgisayar bundan baska, bahsi geçen entegre ölçüm degerinden üretilen verilerin çiktisini alacak sekilde programlanir. Bu çikti bir ekrana ve/ veya bir bilgisayar dosyasina ve/ veya baska bir cihaza veri akisi olarak verilebilir. Bu veriler entegre ölçüm degerinin kendisine karsilik gelen basit sayisal veriler ihtiva edebilir. Alternatif olarak, veriler algilanan bir maddenin mevcut oldugunun, mevcut olmadiginin ya da konsantrasyonunun bir göstergesini ya da incelenen sistemde algilanan bir çevresel parametrenin niceliksel ya da niteliksel bir göstergesini ihtiva edebilir. Teknikte uzman olan bir kisi tarafindan açik bir sekilde anlasilacagi gibi, bilgisayar ek olarak entegre ölçüm degeri ile ilgili kalibrasyon (referans) degerleri ile programlanmak suretiyle, bu verileri saglamak için rutin olarak programlanabilir. Çalisan bir elektrot asagidaki gibi hazirlandi. Karisik Kendi Kendine Yerlesen Tek Katmanlar (SAM), bir pentadekantiol ve 11-Ferr0cenil- Undekantiol çözeltisi içinde inkübasyon yoluyla bir altin elektrot substrati üzerinde üretildi. Alici yüzeyler, bunlarin Anti-CRP'ye batirilmasi suretiyle hazirlandi. Ara yüze PBS içerisinde 0 nmol/ L ila 8.0 nmol/ L arasinda degisen konsantrasyonlarda nmol/ L konsantrasyonlarinda alindi). Elektrokimyasal ölçümler referans olarak Ag/ AgCl ile bir üç elektrot konfigürasyonu, bir sayaç olarak platin ve yukaridaki elektrot kullanilarak bir gerilim denetleyici ile gerçeklestirildi. Tüm deneyler üç tekrar halinde gerçeklestirildi ve Sekillerde gösterilen ölçüm degerleri bu dogrultuda alinan ortalamalarin ortalamasidir. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi ölçümleri, 15 mV'Iik bir potansiyel adim ve 20 mHz'Iik bir sabit frekans ile, Ag/ AgCl'ye karsi + 0.2V ve + 0.8V arasindaki bir dizi potansiyelde yapildi. Böylece Sekil 1 ve 2'de gösterilen DOS elde edildi. Sekil 1(b)'de gösterilen sekiller dogrudan dogruya 20 mHz'de kompleks kapasitansin gerçek kismindan teskil edildi. Spesifik olarak DOS sekli, kuantum kapasitans seklini, yani e2DOS'u yansitmaktadir. Çizgiler, deneysel verinin (burada noktalar tarafindan temsil edilir), termal genislemenin etkilerini ihtiva eden bir Gauss dagilim islevine ayarlanmasidir. Bundan dolayi, elektron yogunlugu (N) (termal genisleme ile), bu Gaussian dagilim islevinin entegrali olarak asagidaki gibi verilir. ..v = J ' artti..) du 1+eip[-ks;7.1] burada: gr(ue), DOS fonksiyonudur (Sekil 1b'de gösterilen potansiyelin bir fonksiyonu olarak Gaussian), Er elektrotla iliskili redoks türlerinin redoks potansiyelidir, kg, Boltzmann sabiti, T mutlak sicakliktir ve pe, elektrottaki elektronlarin pe = -CV olarak potansiyel ile ilgili olarak, kimyasal potansiyelidir. N daha sonra, Sekil 1(a)'da gösterildigi gibi, CRP konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak hesaplandi. Spesifik olarak, elektron yogunlugu, moleküler katman hacmi (11-ferroseniI-undekanetiol moleküler katmani için 3.5 nm uzunlugunda kullanildi) vasitasiyla normalize edilmis olan Sekil 1(b)'de gösterilen egrilerin entegrasyonu ile hesaplandi. Sekil 2, 20 mHz'deki kompleks kapasitansin farazi kapasitans teriminden teskil edildi; bu redoks filminin iletkenligini açiklamaktadir (bkz. Sekil 2(a)). Iletkenligin entegrali ayni zamanda bir elektron yogunlugu da saglar. Bu elektron yogunlugu ayni zamanda, moleküler filmdeki baglanma olaylarini algilamak için bir araç da saglar (bakiniz Sekil 2(b)de gösterilen analitik Bulus sahipleri, kapasitans spektroskopisi metodolojisini kullanarak moleküler niceliksel durumlara ve bunlarin kullanimina (kuantum kapasitansi) deneysel olarak erismenin ve bu sinyali biyosensör uygulamalari için bir dönüstürücü olarak kullanmanin mümkün oldugunu göstermistir; bu mümkündür, çünkü ölçülen kapasitans ortamdaki (elektrostatik ya da kimyasal) herhangi bir degisiklige karsi son derece hassastir. Ek olarak, bulus sahipleri sistemin niceliksel kapasitansinin yani sira niceliksel moleküler erisilebilir durumlari, elektrot/ prob ile birlestiren niceliksel direncin dönüstürücü sinyalleri olarak kullanilabilecegini de göstermistir. Bulus sahipleri ayni zamanda, Yogunluk Fonksiyonel Teorisine (kuantum spektroskopisi ile asagidaki gibi yakindan ilgili oldugunu da fark etmistir mekanik metodolojisi) göre elektron yogunlugunun fonksiyonunun ( kapasitans burada, Ceq iki pay (CqUI ) (miktar) ve Ce(.ü ) (elektrostatik)) ihtiva eden elektrokimyasal kapasitanstir. Bunu, kisitli elektronik durumlari ya da bir elektroda bagli nano ölçekli boyutlari ihtiva eden, küçültülmüs olan herhangi bir cihazin, y/Cq (g) içerisinde yer alan kuantum mekanik durumlarinin, bir dis olayla (örnegin, bir proteinin baglanmasiyla) degismesini saglayarak, duyusal bir formatta potansiyel olarak kullanilabilmesi takip eder. Bulus sahipleri burada, çalisan bir elektrot probu üzerine monte edilmis olan bir grafen tabakasi olmasi durumunda, kendisine bir protein baglandigi zaman, bir analite (hedef protein) Sekil 3'de gösterildigi gibi reseptör olarak hizmet ettigi sistemin bu degisikliklere karsi çok hassas olabilecegini göstermektedir. Bu sistemde, kuantum mekanik durumlarin, kapasitans ve direncin (grafen elektronik durumlarla altin/ prob elektrodun arasindaki baglanti ile iliskili) enerjisi, dönüstürücü sinyalleri olarak kullanilabilir. Bu durum, sekil 4'de gösterilmistir. Cihazlar, grafen oksidin (mekanik ve elektrokimyasal olarak parlatilmis olan) altin elektrot üzerine, kendiliginden yerlesen tek bir tabakadan (Sekil 3'te gösterilen, sisteinden yapilmis olan yalitkan tabakasi) bir 8 saatlik bir inkübasyon süresi içinde, su içinde bir grafen dispersiyonuna damlatilmasi suretiyle üretildi. Reseptörler, zwitteriyonik bir monomer olan CBMA'dan sonra, (negatif yüklü grafen oksit terminali üzerinde) düsük tortu olusumu yapan bir yüzey olusturmak için elektrot üzerinde elektrostatik düzenek ile hareketsiz kilindi. Ilgili türün (anti-oi-sync) hareketsiz hale getirilmesinden önce, yüzeyi modifiye edilmis elektrotlar H20 ile durulandi ve bir azot gazi akisi içinde kurutuldu. Terminal karboksil gruplari daha sonra 40 dakika boyunca deiyonize su içerisinde 1-EtiI-3- (3-dimetilaminopropil) karbodiimid (EDC) (0.4 M) ve N-Hidroksisüksinimid (NHS) (0.1 M) ile aktif hale getirildi ve daha sonra, oda sicakliginda 1 saat boyunca PBS çözeltisindeki ilgili reseptör molekülünün 1 pM'si ile reaksiyona sokuldu. Ara yüzler daha sonra reaksiyona girmemis aktive edilmis karboksilik gruplarin devre disi birakilmasi için 1 M etanolamin (pH yaklasik 8.5) içine batirilmis ve ölçümlerden önce PBS ile yikanmistir (Sekil 3'te sematik olarak gösterilmistir). Her bir parametre (Sekil 4), yani kuantum kapasitansi , kuantum iletkenligi "1, ,i, g_ i _i ( L ` ) ve yuzey enerjisi Esitlik (1)], bir dizi hedef konsantrasyon (or-sync) araliginda degerlendirildi. Bu parametrelerin her biri için dönüstürme sinyalini normallestirmek için ilgili tepki kullanildi. Bundan dolayi, rezonans frekansindaki farkli hedef konsantrasyonlari için yani k = G/ Cq'nin maksimuma çiktigi ilgili tepki (RR), asagidaki gibi hesaplandi RRîai-ggt1(%) = [(Rgmggt] _ RGIWRGIIIOO buradaki ( Rgzui'get] 1) ), analit yoklugunda parametrelerin baslangiç degerini temsil eder (bos ölçüm) ve ( , reseptör islevsel elektrodun ayni frekansta (k) karsilik gelen hedef konsantrasyona maruz biraktiktan sonraki parametrenin degeridir. RR'nin bir hedef konsantrasyon araligi boyunca toplanmasi suretiyle, Sekil 4'te gösterilen parametrelerin her biri için analitik egrileri çizmek mümkün oldu. TR TR TR TR TR