Microfluidic platforms for hemorheology and coagulation time analysis
Hemoreoloji ve pıhtılaşma zamanı analizi için mikroakışkan platformlar
- Tez No: 615425
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Hematoloji, Makine Mühendisliği, Biophysics, Hematology, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Kan, vücudu sürekli olarak dolaşan plazma ve hücrelerden oluşan non-Newtonian bir sıvıdır. Eritrositler, viskoelastik zara sahip, deforme olabilen, çekirdeksiz, disk şeklinde ve kanın hacimsel olarak yarısını oluşturan kan hücreleridir. Hemoreoloji, kanın akış karakteristiğini inceler. Bu karakteristiği belirleyen hemoreolojik özellikler, eritrositlerin topaklanması, çökelmesi ve deformasyonuyla birlikte kan/plazma viskoelastikiyetidir. Hemoreolojik özellikler karmaşık şekilde birbirlerine bağlıdırlar. Bu yüzden, hemoreolojik özelliklerden birini etkileyen, sonradan edinilen veya kalıtsal sorunlar (sıtma, diyabet, anemi) diğer özelliklerde de değişime neden olur. Mevcut teknikler, bu özellikleri eş zamanlı ve vücuda benzer şartlar altında ölçme konusunda yetersizdirler. Kanın pıhtılaşması, sağlıklı bir kan akışı kadar öneme sahiptir. Pıhtılaşma, kan elemanlarının etkinliğiyle kan kaybını önlemek amacıyla kararlı pıhtı yapısı oluşturan bir vücut savunma mekanizmasıdır. Pıhtılaşma zamanının hassas ve periyodik ölçümü, kan kaybı ve damar tıkanıklığı riski olan bireyler için kritik bir öneme sahiptir. Günümüzde bu durumlar, dünya nüfusunun yüzde 25'inin ölümünden sorumludur. Maalesef, geleneksel uygulama, hastaların belirli aralıklarla hastane ziyaretiyle pıhtılaşma değerlerini izletmesidir. Bu tezde, hemoreolojik özelliklerin ve pıhtılaşma zamanı parametrelerinin analizi için yeni mikroakışkan platformlar ve ölçüm yöntemleri sunuyoruz. Testler, eritrositlerin küçük kanallar içerisinde optiksel ölçümü temellidir. ölçümlerde sadece 50 mikro litre kana ihtiyaç vardır ve toplam ölçüm süresi 5 dakikadan daha azdır. İlk olarak, eritrosit topaklanmasının ve topaklanma dinağini kullanarak eritrosit çökelme oranının (sedim) optiksel ölçümünü gösteriyoruz. İkinci olarak, hastanede yaptığımız sedim ölçüm sonuçlarını veriyoruz ve geliştirilen platform ile geleneksel ölçümün performanslarını karşılaştırıyoruz. Optiksel transmisyon sinyalleri ile eş zamanlı olarak eritrositlerin mikroskop altında gerçek zamanlı gözlenmesi, önerdiğimiz ölçüm yöntemini doğrulamaktadır. üçüncü olarak, kan akış karakterizasyonuna bütüncül bir yaklaşım sunan bir yöntem sunuyoruz. Bu yöntem, birkaç hemoreolojik özelliğin eş zamanlı ölçümünü mümkün kılmaktadır. Bunu, örneğin bir kanal içerisinde sönümlenen salınımlı hareketi esnasında, eritrositlerin toplu hareketlerini optiksel olarak analiz ederek yapıyoruz. Vücut içerisindeki akışa benzer bir akış ortamı oluşturuyoruz. Dördüncü olarak, eritrosit topaklanmasının optiksel olarak incelenmesiyle pıhtılaşma zamanının elde edildiği bir yöntem sunuyoruz. Pıhtılaşma ve eritrosit topaklanması mekanizmalarının temel bağlantısını ortaya çıkartıyoruz. Son olarak, örneğin mikroakışkan kanallar içerisinde aldığı mesafeyi inceleyerek hemoreoloji ve pıhtılaşma analizi yapabilen alternatif, tek kullanımlık bir mikroakışkan platform sunuyoruz. Sonuç olarak, burada gösterdiğimiz platformlar ve ölçüm yöntemleri, hemoreoloji ve pıhtılaşma zamanı analizlerinin, kaynak sıkıntısı çeken bölgelerde bile yapılabilmesini mümkün kılma potansiyeline sahiptir.
Özet (Çeviri)
Blood is a non-Newtonian fluid consisting of plasma and cells that uninterruptedly circulate the body. Erythrocytes are deformable anucleated discoid blood cells with a viscoelastic membrane, constituting around half of blood volume. Hemorheology investigates blood flow characteristics determined by hemorheological properties comprising aggregation, sedimentation, and deformation of erythrocytes as well as blood/plasma viscoelasticity. These hemorheological properties are intricately interdependent. Hence, acquired or hereditary disorders affecting one hemorheological property (malaria, diabetes, anemia) lead to alterations in other properties. Available techniques lack the ability to measure these properties all-at-once and in physiologically relevant conditions. Blood coagulation is as essential as a healthy blood flow. This is a body defense mechanism involving the interplay of blood constituents for stable clot formation to stop bleeding. Sensitive and periodic measurement of coagulation time is critical for individuals who are under the risk of excessive bleeding or thrombus-originated vessel obstruction. Today, these conditions are responsible for 25 percent of all deaths worldwide. Unfortunately, the conventional practice for coagulation monitoring is fixed-interval hospital visits by patients. In this thesis, we present novel microfluidic platforms and measurement methods for the analysis of hemorheological properties and coagulation time parameters. The assays are based on optical quantification of erythrocyte dynamics inside miniaturized channels. The measurements require only 50 micro liter undiluted blood and are completed in less than 5 min. Firstly, we demonstrate optical measurement of erythrocyte aggregation and rapid measurement of erythrocyte sedimentation rate (ESR) using aggregation dynamics. Secondly, we present the results of clinical ESR tests performed in a local hospital and compare the performance of the developed platform with the conventional 1-hour test. Simultaneously obtained optical transmission signals and real-time microscopic observations of erythrocytes in custom-developed cartridges validate the proposed measurement principle. Thirdly, we present a method offering a holistic approach to blood flow characterization. The method enables simultaneous analysis of multiple hemorheological properties by optically investigating collective erythrocyte dynamics, primarily deformation, in a channel during unique damped oscillatory sample motion. We create a fluidic environment mimicking in vivo flow: confined, directional, and pulsatile movement of blood at flow rates and hematocrit comparable to physiological levels. Fourthly, we present a method for blood coagulation time measurement by optical quantification of erythrocyte aggregation. We demonstrate the fundamental relationship between aggregation and coagulation. Finally, we present an alternative, entirely disposable microfluidic platform for hemorheology and coagulation time analysis based on migration analysis of blood sample in microfluidic channels. Overall, the microfluidic platforms and measurement methods presented here will potentially initiate routine hemorheological and coagulation time analysis even in resource-poor setting.
Benzer Tezler
- Design and application of compartmentalized platforms for neurobiological research
Nörobiyolojik araştırmalar için kompartmentalize platform tasarım ve uygulaması
AYSEL FIŞGIN
Doktora
İngilizce
2016
BiyoteknolojiBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZHAN ÖZTÜRK
- Development of microfluidic platforms for therapeutic purposes
Mikroakışkan platformların terapötik amaçlı geliştirilmesi
ELİF GENÇTÜRK
Doktora
İngilizce
2021
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEFİKA KUTLU ÜLGEN
- Prostat kanseri biyobelirteçlerinin tayini için nanoplazmonik platformların hassasiyetinin arttırılması
Enhancing the sensitivity of nanoplasmonic platforms for detecting prostate cancer biomarkers
SEMİH ÇALAMAK
Doktora
Türkçe
2018
BiyolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEZBAN ULUBAYRAM
- Bakım noktası testler için kağıt tabanlı mikro ve makro akışkan platformlar
Paper-based micro and macro fluidic platforms for point-of-care testing
ESRA BABÜR
- Development of Microwave/Droplet-Microfluidics Integrated Heating and Sensing Platforms for Biomedical and Pharmaceutical Lab-on-a-Chip Applications
Development of Microwave/Droplet-Microfluidics Integrated Heating and Sensing Platforms for Biomedical and Pharmaceutical Lab-on-a-Chip Applications
GÜRKAN YEŞİLÖZ
Doktora
İngilizce
2017
BiyomühendislikUniversity of WaterlooMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAROLYN L. REN