ANTİBİYOTİK TOKSİSİTESİNİN MİKROBİYAL YAKIT HÜCRESİ (NHY) TABANLI BİYOSENSÖR KULLANARAK TESPİTİ

Abstract

Antibiyotikler, insan ve hayvanlarda bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde yaygın bir şekilde kullanılan antimikrobiyal ilaçlardır. Antibiyotiklerin dünya genelinde kullanımının giderek artması sonucunda bu bileşikler atıksu arıtma tesislerine ulaşmakta ve aktif çamur prosesinin performansını etkilemektedir. Biyolojik arıtma tesislerinde erken uyarı sistemleri toksik bileşiklerin saptanması için kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında üç farklı tetrasiklin antibiyotiklerinin (terasikilin, klortetrasiklin ve oksitetrasiklin) mikroorganizmalar üzerindeki toksik etkisinin mikrobiyal yakıt hücresi (MYH) tabanlı biyosensörler kullanılarak tespiti araştırılmıştır. MYH reaktörlerine enjekte edilen antibiyotik konsantrasyonu 0.25-50 ppm aralığında olacak şekilde ayarlanmıştır. Söz konusu antibiyotik konsantrasyonları altında MYH reaktörünün performansı detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Çalışma sonuçları MYH sistemine enjekte edilen antibiyotik konsantrasyonu ile MYH'nin güç üretiminde meydana gelen inhibisyon oranı arasında korelasyonun mevcut olduğunu göstermiştir. En yüsek toksik etki klortetrasiklin antibiyotiğinde meydana gelmiştir. Diğer taraftan, antibiyotik konsantrasyonunun artışı ile biyofim direncinin arttığı belirlenmiştir. İşletme süresi sonunda anot yüzeyinden alınan SEM görüntülerinde az sayıda bakterinin varlığına rastlanmıştır. Ayrıca membran yüzeyinde yüksek miktarda bir çökelti tabakasının mevcut olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar MYH tabanlı biyosensörlerin antibiyotiklerin tespiti için kullanılabileceğini göstermiştir.

Antibiotics are antimicrobial drugs commonly used in the treatment of bacterial infections in humans and animals. As a result of the increase in usage of antibiotics worldwide, these compounds reach wastewater treatment plants and affect the performance of the activated sludge process. The early warning device has a critical importance to detect the existence of toxic substrances in biologic wastewater treatment plants. In this thesis study, the detection of the toxic effect of three different antibiotics (tetracycline, chlortetracycline and oxytetracycline) on the microorganism were investigated by using microbial fuel cell (MFC) based biosensors. Different antibiotic concentrations in the ranges of 0.25 to 30 mg/L were injected to the MFC reactors. The performance of the MFCs were investigated in detail under these concentrations. The results showed that there is correlation between antibiotic concentration and the inhibition ratio in power density of MFC. The highest toxic effect was observed with chlortetracycline antibiotic. On the other hand, the biofilm resistance increased with increasing antibiotic concentration. It was seen from the SEM images that a few bacteria present on the surface of the anode at the end of the operation period. Additionally, a thick precipitation layer was observed on the proton exchange membrane surface. The results showed that the MFC based biosensors can be used to detect antibiotics.