A microfluidic system for dielectrophoretic characterization of cancer cells
Kanser hücrelerinin dielektroforetik karakterizasyonu için mikroakışkan sistem
- Tez No: 518307
- Danışmanlar: PROF. DR. HALUK KÜLAH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Dielektroforez (DEF), kanserin erken teşhisinde kullanılabilecek umut verici bir hücre manipülasyon yaklaşımı sunmaktadır. Yüzey antijenlerine dayanan ve düşük seçiciliğe sahip diğer manipülasyon metotlarından farklı olarak, DEF sistemler etiketsiz, düşük maliyetli ve kolayca uygulanabilir bir hücre karakterizasyonu ve ayrıştırmasını mümkün kılar. Ancak, günümüzde kullanılan DEF tabanlı sistemlerin ayrıştırma başarısı kanserin erken teşhisi için gerekli tıbbi şartları karşılamaktan uzaktır. Mevcut DEF sistemlerinin verimliliğini arttırmak için, optimum çalışma koşullarını elde etmek önemlidir. Bu tezin ana amacı, farklı çalışma koşullarında kanser hücrelerinin dielektroforetik karakterizasyonunu, herhangi bir dielektrik hücre değerini kullanmadan, otonom bir şekilde gerçekleştirebilmektir. Tez kapsamında sunulan sistemin nihai versiyonu, CMOS görüntü sensörü, portatif sinyal üretici ve mikro-akışkan DEF cihazını birleştirir. Sistem, geniş bir frekans bandında (30 kHz ile 50 MHz arası) hücrelerin DEF spektrum analizini mümkün kılar. Mikro-akışkan DEF cihazı, aktif analiz bölgesi içerisinde izomotif elektrik alanı oluşturma yeteneğine sahip, özel tasarım elektrot yapıları içermektedir. Bu sayede, DEF kuvveti etkisi altındaki hücre hareketi doğrudan hücrenin dielektroforetik davranışı ile ilişkilendirilebilir. Testlerde elde edilen kayıtların işlenmesi, otomatik hücre takip algoritması kullanan özel geliştirilmiş MATLAB GUI üzerinde ve akıllı telefona bağlanarak kullanılabilen Android yazılımda yapılabilmektedir. Bu tez kapsamında sunulan DEF karakterizasyon cihazı ile, farklı koşullar hücre ayrıştırması için gerekli optimum koşulları bulmak amacı için, otonom ve titiz bir şekilde test edilebilir. Sistemin performans ve hassasiyet ölçümleri MCF-7 (insan meme adenokarsinomu) ve K562 (insan kronik miyeloid lösemi) hücreleri üzerinde yapışmıştır. Elde edilen sonuçlar, literatürde bu iki hücre grubu hakkında yer alan DEF spektrum çalışmaları ile uyum göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Dielectrophoresis (DEP) is a promising cell manipulation approach for early diagnosis of cancer, which significantly increases chances of successful treatment. Compared to other cell manipulation techniques that rely on surface antigens, DEP systems enable label-free, cost-effective, simply-implementable cell characterization and separation. However, separation efficiency of the DEP based systems is limited and still far from meeting the medical requirements for early cancer detection. In order to improve the throughput of current DEP systems, it is important to obtain the optimum operating conditions. The main objective of this thesis is to conduct accurate dielectrophoretic characterization of cancer cells without ascertaining cell dielectric properties at different operating conditions in autonomous fashion. The presented system integrates a microfluidic DEP device with a CMOS image sensor, and a portable signal generator. The system enables DEP spectra analysis of cells in a wide frequency band (30 kHz to 50 MHz). The microfluidic DEP device, contains optimized electrode structures that can generate isomotive electric-field inside the analysis region. Hence, cell motion under the DEP force can directly be related to its dielectrophoretic behaviour. In addition, post-processing can be done either in a custom-developed MATLAB GUI or in a custom-developed Android software connected to a smartphone using an automated cell tracking algorithm. With the DEP characterization device presented in this thesis, different conditions (operating frequency, medium characteristics) can be tested in a portable, autonomous and rigorous fashion to find the optimum case for cell separation. The system was tested with both MFC-7 (Human Breast Adenocarcinoma) and K562 (Human Chronic Myeloid Leukemia) cells due to availability. The results display consistency with the DEP spectrum studies conducted with these two cell groups in the literature.
Benzer Tezler
- Simulation of continous polystyrene particle manipulation with dielectrophoresis using comsol
Alternatif akım kutupsal devinim ile sürekli akışta polistren parçacıkların yönlendirilmesinin comsol simulasyonu
YAVUZ GENÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- A design tool for inertial microfluidics-based microchips
Ataletsel mikroakışkan çipler için bir tasarım aracı
EGE MUTLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiÇankaya ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZİYA ESEN
DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM
- Integrated microfluidic systems for droplet detection and sorting
Damlacık tanıma ve ayrıştırma için entegre mikroakışkan sistemler
PELİN KÜBRA İŞGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Empedans değişimi üzerinden mikroorganizma tayini yapmayı hedefleyen sensör sistemi çalışması
Sensor system study targeted to microorganism detection under impedance change
SEVİLAY BURCU ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL-KARAGÜLER
- 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