Mikroakışkan sistemlerde empedans bazlı kan hücresi tespiti
Impedance-based blood cell detection in microfluidic systems
- Tez No: 476577
- Danışmanlar: PROF. DR. TALİP KIRINDI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Tıbbi Biyoloji, Biotechnology, Physics and Physics Engineering, Medical Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Bu tez çalışmasında hücrelerin sayımı, tanımlanması ve sınıflandırılması için yaygın bir teknik olan empedans akış sitometrisi tekniği kullanılarak mikroakışkan bir sistem geliştirilmiştir. Bu çalışmada kapasitif-impedimetrik biyosensörler araştırılarak, mikroakışkan sistemin duyarlılık sınırlarının geliştirilmesi ve bunun bir sonucu olarak kan hücresi tespiti yapılabilmesi hedeflenmiştir. Hücreler elde edilmesi ve manipüle edilmesi zor parçacıklar olduğundan mikroakışkan sistemi geliştirmek için hücre ile eşdeğer elektriksel özelliğe sahip olan 6 µm çapındaki polistiren mikro küreler kullanılmıştır. Mikroakışkan sistem içerisinden mikro küre taşıyan 2.5 S/m iletkenliğine sahip bir sıvı geçirilerek, sıvı içerisindeki mikro küreler elektriksel empedans ölçümü yoluyla tespit edilmiştir. Mikroakışkan sistemin hassasiyetini artırmak için sonlu elemanlar metodu ile simülasyonlar yapılarak parçacıkların kanal içerisindeki konum ve boyutlarına bağlı olarak verdiği sinyaller hesaplanmıştır. Empedans değişiminin elektro aktif bölgede yer değiştiren parçacığın hacmi ile orantılı olduğunu göstermek için ise farklı boyutlardaki elektrot ve kanalların performansı teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. En uygun kanal ve elektrot geometrisini bulabilmek için öncelikle elektrot boyutu sabit tutularak farklı kanal boyutlarına sahip mikroçiplerde, daha sonra kanal boyutu sabit tutularak farklı elektrot boyutlarına sahip mikroçiplerde deneyler yapılmıştır. Kanal ve elektrot genişliği azaldıkça mikro kürenin empedans değişiminin arttığı ve elde edilen sonuçlarında Maxwell mixture teorisi ile uyumlu olduğu gösterilmiştir. Bu ön çalışmalardan yola çıkarak 4, 6 ve 8 µm çaplarındaki polistiren mikro küreleri yüksek hassasiyet ile ayırt edebilen bir elektrot ve kanal yapısı geliştirilmiştir. Hücre sınıflandırma cihazları saniyede binlerce hücre analizi yapabilir fakat genellikle küçük bir örnek hacminin kullanımı için uygun olmayan komplike makinalardır. Bu çalışmada empedansa dayalı mikroakışkan sistem içerisinde alınan bir damla kan örneği kullanılarak kırmızı kan hücreleri sayılmış ve kan örneğindeki farklı mikro parçacıklar tespit edilmiştir. Bu sayede kan sayım cihazı teknolojisine dair bir altyapı geliştirilmiştir. Bu altyapı ile kan hastalıklarının tespitine yönelik, çok az miktarda kan ile dahi cevap verebilen, portatif sistemlerin geliştirilebilmesinin zemini oluşturulmuştur.
Özet (Çeviri)
In this dissertation, a microfluidic system was developed by using the impedance flow cytometry technique that is in common use for cell counting, identification, and classification. Through investigation of capacitive-impedimetric biosensors, this work aimed to improve the sensitivity levels of the microfluidic system and to identify blood cells as a result of it. Since it is difficult to obtain and manipulate cells, 6 µm polystyrene micro beads having equivalent electrical properties with cells were employed to develop the microfluidic system. By passing a fluid, which has 2.5 S/m conductivity and carriers the micro beads within the microfluidic system, the micro beads were identified impedimetrically. To improve the sensitivity of the microfluidic system, simulations were performed with the Finite Element Method (FEM) to calculate the signals that the particles give depending on their locations and sizes within the channels. In order to show that the impedance change is proportional on the volume of the particle changing its location within the electro-active region, the performances of electrodes and channels with different dimensions were investigated both theoretically and experimentally. To find the optimum channel and electrode geometries, firstly, experiments were performed with microchips with fixed electrode dimensions and varying channel dimensions. This was followed by employing microchips with fixed channel dimensions and varying electrode dimensions. It was shown that the impedance change of the bead increases as the channel and electrode widths decrease and the results match well with the Maxwell mixture theory. With these primary works, an electrode-channel structure was developed which can sort 4, 6, 8 µm diameter polystyrene beads with high sensitivity. Cell classification devices can perform thousands of cell analyses within seconds, but they are not suitable for the use of small volume samples. In this work, impedance based microfluidic system was used to count red blood cells and sense different micro particles from a drop of blood sample. Thanks to that, an infrastructure was developed for the blood counter technology. With this infrastructure, a ground was formed to develop portable systems, even sensitive to very small volume blood samples, for the diagnosis of hematologic diseases.
Benzer Tezler
- Development of impedance flow cytometry system for white blood cell count
Beyaz kan hücresi sayimi için empedans akiş sitometrisi sistemi geliştirilmesi
MEHMET ALPER DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM
- DEVELOPMENT OF MICROFLUIDIC BASED SINGLE CELL CAPTURING SYSTEMS FOR EARLY DETECTION OF DISEASES
Erken teşhise yönelik mikroakışkan tabanlı tek hücre yakalama sistemlerinin geliştirilmesi
EMRE ALTINAĞAÇ
Doktora
İngilizce
2020
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL
- Gram-positive bacteria sensing in a microfluidic chip by ac electrophoresis
Ac elektroforez ile mikroakışkan sistemlerde gram-pozitif bakteri algılaması
MERVE YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL
- Concentration and detection of bacteria with combined AC electrokinetic and impedance analysis in microfludic systems
Mikroakışkanlarda AC elektrokinetik tekniklerle empedans tabanlı bakteri algılaması
KADRİYE ÖLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN KIZIL
- Development of microfluidic chip for impedance-based detection of liver cancer biomarkers
Karaciğer kanseri biyobelirteçlerinin empedans bazlı tespiti için mikroakışkan çip geliştirilmesi
ARDA DURER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL