Geri Dön

Development of a resonant mass sensor for MEMS based cell detection applications

MEMS tabanlı hücre algılama uygulamaları için rezonant kütle sensörü geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 313623
  2. Yazar: DENİZ EROĞLU
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HALUK KÜLAH
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoteknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Biotechnology, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 115

Özet

Bu tez, MEMS teknolojisine dayanan hücre algılama uygulamalarında kullanılacak bir resonant kütle algılayıcısının tasarım ve uygulamasını içermektedir. Tezin ana amacı, sıvı ortamında yakalanmış hücrelerin gerçek zamanlı algılanması ve algılama sonuçlarının dışarıdan herhangi bir optik algılama aleti kullanılmadan elektriksel olarak elde edilmesidir.Geleneksel örnekleriyle kıyaslandığında çeşitli anatajları bulunan yeni bir rezonant kütle algılaycısı sunulmuştur. Aygıt, yatay eksende salınım yaparak sıkıştırma film sönümlemesini ortadan kaldırmaktadır. Aygıt üzerine kaplanmış ince bir parilen tabakası sıvının aygıttaki dar boşluklara girmesini engellemekte; dolayısıyla kalite faktörünü iyileştirmektedir. Rezonatör bir mikrokanalın tabanına gömülüdür. Ataletsel kütle üzerindeki altın bir tabaka, antibadi tabanlı hücre yakalanmasına olanak sağlamaktadır.Resonatör uygulamalarının temelini oluşturan kuramsal bilgiler sunulmuş, tasarım ödünleşimi, uygulama alanları ve üretim kısıtlamaları göz önüne alınarak çeşitli rezonatör tasarımları yapılmıştır. Tasarım sonuçları MATLAB Simulink ve sonlu eleman modelleme sonuçları ile doğrulanmıştır.SOI, cam ve polimer mikroişleme yöntemleri birleştirilerek rezonatör üretimi için yeni bir üretim akışı geliştirilmiştir. Bu akış üzerinde aygıt üretimi sırasında karşılaşılan sorunları çözmek amacıyla değişiklikler yapılmıştır. Her aygıt, 1.5 x 0.5 cm2 alana sahiptir. Bu alanın büyük bir kısmı rezervuar ve sıvı bağlantıları için kullanılmıştır.Hava ve su içinde yapılan rezonans karakterizasyon testleri, parilen kaplama metodu sayesinde kaydadeğer kalite faktörü iyileşimi elde edildiğini göstermiştir. Kalite faktörü, rezonatör parilen ile kaplandığında havada 610'dan suda sadece 170'e düşmüştür. Doğrusallık ve eşbenzerlik testleri, aygıt çıkışının farklı yakalama bölgeleri için %1.9 standart sapmaya sahip olduğunu ve 2.7 ng'a kadar yük kütlesi için 0.997'lik bir R2 elde edildiğini göstermiştir.Saccharomyces cerevisiae tipi maya hücre algılanması da rezonatörler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tek bir maya hücresinin (13 pg) ve maya öbeklerinin (102 pg) kütle ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Antibadi ve thiol-altın kimyası tabanlı Candida Albicans yakalama ve algılama deneyleri hava ve su ortamlarında yapılmıştır. Yakalanmış birkaç bakteri hücresinin kütlesi hava ortamında 95 pg olarak ölçülmüştür. Su içinde yakalanmış olan iki bakteri hücresinin kütlesi ise 85 pg olarak ölçülmüşür. Bu ölçüm sonuçları beklenen değerlerle tamamen örtüşmektedir.

Özet (Çeviri)

This thesis reports design and implementation of a MEMS based resonant mass sensor for cell detection applications. The main objective of the thesis is the real-time detection of captured cells inside liquid medium and obtaining the detection results by electronic means, without the aid of any external optical instruments.A new resonant mass sensor architecture is presented that has various advantages over its conventional counterparts. The device oscillates in the lateral direction, eliminating squeeze film damping. A thin parylene layer coated on the device prevents liquids from entering the narrow gaps of the device, further improving the quality factor. The resonator is embedded on the floor of a microchannel. A gold film on the proof mass facilitates antibody based cell capture on the device.Theoretical background regarding resonator operation is investigated. Various resonator designs are presented, taking into account design trade-offs, application considerations, and fabrication limitations. The design procedure is verified with MATLAB Simulink modeling results and finite element simulations.A new process flow has been developed for resonator fabrication, combining SOI, glass, and polymer micromachining. Modifications have been done on the flow for the solution of problems encountered during device fabrication. Each device has a foot print area of 1.5 x 0.5 cm2. The majority of this area is occupied by fluidic connections and reservoirs.Resonance characterization results in air and water have shown that there is significant quality factor enhancement with the parylene coating method. The quality factor decreases to only 170 in water from 610 in air, when the resonator is coated with a thin layer of parylene. Uniformity and linearity tests revealed that the devices have a standard deviation of only 1.9% for different analyte capture sites and an R2 of 0.997 for mass loads as high as 2.7 ng.Detection of Saccharomyces cerevisiae type yeast cells has been done using the resonators. Mass measurement of single yeast cell (13 pg) and yeast clusters (102 pg) have been performed. Antibody and thiol-gold chemistry based Candida Albicans type bacteria capture and detection has also been made in both air and water environments. The mass of several captured bacterial cells in air has been measured as 95pg. Two bacterial cells have been captured on one device inside water and their mass has been measured as 85 pg. It is worthy to note that all mass measurements are consistent with theoretical expectations.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    383268

    Development of a high yield fabrication process for MEMS based resonant mass sensors for cell detection applications

    Hücre algılama uygulamaları için MEMS tabanlı yüksek randımanlı rezonant kütle sensörü fabrikasyon metodu geliştirilmesi

    TAYLAN BERKİN TÖRAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HALUK KÜLAH

    YRD. DOÇ. DR. Kıvanç Azgın

  2. Tez No

    475040

    Development of a parylene bonding based fabrication method for MEMS gravimetric resonant based mass sensors

    MEMS gravimetrik tınlaşım esaslı kütle algılayıcıların üretimi için parylene pul bağlama yöntemini esas alan yeni bir üretim akışının geliştirilmesi

    FURKAN GÖKÇE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK KÜLAH

  3. Tez No

    387574

    Microcantilever based lab-on-a-chip sensor for real-time mass, viscosity, density and coagulation measurements

    Gerçek zamanlı kütle, özkütle, viskozite ve pıhtılaşma ölçümleri için mikroçubuk tabanlı mikroakışkan algılayıcılar

    ONUR ÇAKMAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ÜREY

  4. Tez No

    556582

    Reliability and Cyclic Testing of 3D-Printed Polyamide Actuators for Opto-medical imaging

    Opto-medikal görüntülemede kullanilan 3 boyutlu yazici ile üretilmiş polyamid eyleyicilerin güvenilirliği ve döngü testi

    GÖKÇE KASAP

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU

  5. Tez No

    75327

    Deprem etkisindeki yapılarda aktif ve pasif kontrol sistemlerinin uygulanması

    Başlık çevirisi yok

    BARIŞ SARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ

Geri Dön