Real-time analysis of cytoskeletal filaments using mems traction sensor and fluorescent microscopy
Sitoiskelet iplikçiklerin mems kuvvet algılayıcı ve floresan mikroskopisi kullanılarak gerçek zamanlı incelenmesi
- Tez No: 456338
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Hücrenin üzerine etkiyen kuvvetleri algılama ve yönlendirmedeki kabiliyeti hücrenin büyüme, yönelme, göç etme ve bölünme gibi birçok olayın oluşmasında önemli rol oynar. Protein yapılardan oluşan hücre sitoskeleti hücreye bu kabiliyeti kazandırmasının yanında hücreye mekanik dayanıklılık da sağlamaktadır. Sitoskelet bileşenlerinin oluşmaması durumunda hücrenin dış kuvvetlere olan direnci azalır ve bu da birçok hastalığın meydana gelmesine sebep olur. Hücrenin mekanik uyartılara nasıl dayandığı veya nasıl yönlendirdiğinin açığa kavuşturulması, sitoskelet ile ilişkili olan hastalıkların teşhisi ve tedavisi için büyük önem taşır. Bu ama doğrultusunda, sitoskelet iplikçilerin davranışlarını gözlemlemeye dayalı iki teknoloji geliştirilmiştir. Geliştirilen birinci teknoloji, sitoskelet iplikçilere etkiyen düzlemsel kuvvetlerin algılanmasına olanak sağlayan ve MEMS algılayıcılardan oluşan bir akıllı yüzey geliştirmeye dayanmaktadır. Algılayıcıların mekanik duyarlılığı ve piezoresistif tepkisi optimum seviyede olacak şekilde tasarlanmıştır. Üretim aşamasında mikron-altı şekillendirme ve iyon yoluyla katkılama imkanlarından yararlanılmıştır. Silisyum test ve SOI pullar üzerinde yapılan üretim çalışmaları başarıyla gerçekleştirilmiştir. Bu proje kapsamında geliştirilen ikinci teknolojide ise ince diyaframlar üzerinde ekilmiş hücrelere kontrollü bir şekilde kuvvet uygunabilmesini sağlayan ve flüoresans mikroskopisi ile uyumlu olan bir minyatür çekme cihazı geliştirilmiştir. Çekme cihazı, mikroskop ile senkronize edilerek istenilen alanın veya hücrenin tüm bir deney esnasında görüntüde kalmasını mümkün kılmıştır. Çekme sırasında elde edilen görüntüler için piksel-altı parçacık izleme algoritması geliştirilerek hücre veya hücre alttaşlarında oluşan deformasyon ve düzlemsel gerinimleri yüksek çözünürlükte mekân-zamansal analizi yapılmıştır. Bu çalışma literatürde polimer malzemelerde üzerinde yapılan çalışmalardaki iki önemli kusuru giderebilecektir. i) gerçek zamanlı ve ii) yüksek uzamsal çözünürlükte ölçüm yapabilme. Önerilen teknik 116 nm yer değiştirme ve 300 mikrometre gibi kısa bir uzunluk üzerinden 0.04% gerinime kadar ölçebilme kabiliyetine sahiptir.
Özet (Çeviri)
The ability of cells to resist and exert mechanical forces allows them to perform many essential tasks such as cell growth, orientation, migration, and division. Cytoskeleton is the protein network of the cells that provides this ability as well as mechanical strength. In the absence of cytoskeletal components, cells experience significant embrittlement and this causes various human diseases. Understanding the mechanisms that determine how cells withstand and exert the mechanical stimuli is therefore significant to the diagnosis and treatment of cytoskeleton-related diseases. For this purpose, two different technologies with the major objective of observing the behavior of cytoskeletal filaments under local loads are developed. The first technology is based on the idea of building a smart surface comprising of MEMS sensors that can measure in-plane forces acting on the cytoskeletal filaments. The design of force sensors is geared towards optimizing both the mechanical sensitivity and piezoresistive response. Fabrication work is carried out through submicron patterning and doping by ion implantation. The initial fabrication results on silicon test and SOI wafers are presented. The second technology developed within the scope of this study is to construct a miniaturized stretcher integrated with a fluorescence microscope, which can load very thin diaphragms and measure associated minute forces. The integration is also enhanced with a synchronization enabling us to keep a certain area in the field of view during the entire duration of stretching. By applying sub-pixel particle tracking algorithm to the deformed micrographs, deformation and in-plane strains in the cells or in the substrates can be determined with a high spatiotemporal resolution. This work addresses two current shortcomings of non-contact strain measurement of soft matter: i) real-time measurement, and ii) high spatial resolution. The proposed technique can overcome this challenge and provides a displacement measurement resolution of 116 nm and a strain resolution of 0.04% over a gage length of 300 µm.
Benzer Tezler
- Cell-surface interactions in a breast cancer model
Mem kanseri modelinde hücre-yüzey etkileşimleri
EZGİ ANTMEN
Doktora
İngilizce
2017
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
PROF. DR. UTKAN DEMİRCİ
- Regulation of SPG4 and KANTB1 gene expressions by ELK1 transcription factor
SPG4 ve KATNB1 gen anlatımlarının ELK1 transkripsiyon faktörü ile düzenlenmesi
ECE SELÇUK
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARZU KARABAY KORKMAZ
- Analysis of WAVE13 gene expression in kidney cancer
Böbrek kanserinde WAVE3 gen ekspresyonunun analizi
SOZI TAHIR AHMED AHMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Tıbbi BiyolojiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI ÖMER ATEŞ
- Analysis of ACTR3 gene expression in renal cell carcinoma
Böbrek hücreli karsınomda ACTR3 gen ekspresyonunun analizi
PARZHIN MUHAJIR ABDULHADI ABDULHADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Tıbbi BiyolojiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI ÖMER ATEŞ
- Analysis of WASP gene expression in pterygium
Pterjiumda WASP geninin analizi
MAHDI SALAH MOHAMMED AL-ZANDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
GenetikTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI ÖMER ATEŞ