Geri Dön

Microfluidic system development for detection of single-cell mechanical properties

Tek hücrelerin mekanik özelliklerinin tespiti için mikroakışkan sistem geliştirilmesi

  1. Tez No: 639827
  2. Yazar: GİZEM AYDEMİR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ÜVET, PROF. DR. ALİ KOŞAR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Mikroakışkan, yonga üstü sistemler (Lab-on-Chip), kanser, akustik, holografi, Microfluidic, LoC (Lab-on-Chip), cancer, acoustic, holography
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 103

Özet

Bu tez kapsamında, holografik görüntüleme tekniğiyle tek bir hücre olarak kanser hücrelerinin ve sağlıklı hücrelerin mekanik özelliklerini belirlemek için mikroakışkan sistem geliştirilmiştir. Mikroakışkan çiplerin getirdiği en önemli yenilikler, aynı anda birçok işlemi gerçekleştirebilmeleri, hücre ayırma süreçleri ve mikrokanalların sürekli olarak tanımlanıp takip edilebilmeleridir. Ayrıca dar ve kısıtlı bir alanda hücreleri işlemek ve analiz etmek için uygun bir ortam sağlarlar. Bu nedenle, analiz, değerlendirme, hücreler üzerinde replikasyon gibi işlemlerde mikroakışkan çip uygulamalarının kullanımı yaygınlaşmıştır. Tez kapsamında geliştirilen mikroakışkan sistemlerde PDMS esaslı mikroçipler üretilir ve mikrokanalların bulunduğu bir platform olarak tasarlanır, hücreler ayrı ayrı hareketsiz hale getirilebilir ve akustik etkilere maruz kalabilir. Deneyler esnasında uygun kanser hücre hattı olarak HCT-116 (Kolon Kanseri), ONCO-DG-1 (Yumurtalık Kanseri), MDA-MB-1 (Meme Kanseri) ve sağlıklı bir hücre hattı olarak HUVEC'ler (İnsan Göbek Damarı Endotelyal Hücreleri) kullanıldı. Öncelikle, hücrelerin kontrol edilebildiği bir mikroakışkan sistem geliştirilmiştir. Mikroakışkan sistemleri kontrol etmek için de akışın kontrolü büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle, mikroakışkan sistemdeki akış hızı diyamanyetik levitasyona dayalı bir mikro-akış sensörü geliştirilerek ölçülmüştür. Geliştirilen bu sensör sayesinde, mikrokültür sisteminde hücre kültürü çalışmaları için optimum değerler belirlenmiştir. Daha sonra, ultrasonik transdüserler mikroakışkan sisteme entegre edilmiştir. Akustik transdüserler kullanılarak hücre yüzeylerinde akustik yüzey dalgaları oluşturuldu. Bu akustik transdüserler, yüksek frekans modları nedeniyle hücre yüzeyinde fark edilebilir dalgalar oluşturmak için kullanılmıştır. Sonuç olarak, holografik görüntüleme tekniği ile kanser hücreleri üzerindeki akustik mekanik etki elde edildi. Sonuç olarak, deneylerde, kanser hücrelerinin mekanik sertliğini belirlemek için 1 Hz ile 2 kHz frekans aralığında ve 3Vpp ile 5Vpp genlik aralığında akustik dalgalar gönderilmiştir. Optimum frekans aralıkları belirlenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tezde yapılan bu çalışmalarla, kanser hücrelerinin morfolojik yapılarını akustik-holografik olarak ortaya çıkarabilen mikroakışkan bir sistem geliştirilmiştir.

Özet (Çeviri)

This thesis aims to microfluidic systems have been developed to determine the mechanical properties of cancer cells and healthy cells as a single cell with a holographic imaging technique. The most important innovations brought by microfluidic chips are that they can perform many operations at the same time, cell separation processes, and the microchannels can be continuously identified and followed. They also provide a suitable environment for processing and analyzing cells in a narrow and restricted area. Therefore, the use of microfluidic chip applications in processes such as analysis, evaluation, replication on cells has become widespread. In the microfluidic systems developed within the scope of the thesis PDMS based microchips are produced and designed as a platform in which microchannels are contained, the cells can be immobilized individually and exposed to acoustic effects. HCT-116 (Colon Cancer), ONCO-DG-1 (Ovarian Cancer), MDA-MB-1 (Mammary Cancer) were chosen as the appropriate cancer cell line and HUVECs (Human Umbilical Vein Endothelial Cells) selected as a healthy cell line for the experiments. First of all, a microfluidic system has been developed in which cells can be controlled. In order to control microfluidic systems, the flow must also be controlled. For this reason, a flow rate in the microfluidic system was measured by developing a micro-flow sensor based on diamagnetic levitation. Thanks to this developed sensor, optimum values were determined in the micro-flow system for cell culture studies. Afterward, ultrasonic transducers were integrated into the microfluidic system. Acoustic surface waves were created on cell surfaces using acoustic transducers. These transducers have been used to create discernible waves on the cell surface due to their high-frequency modes. As a result, the acoustic mechanical effect on cancer cells was obtained by the holographic imaging technique. In experiments, acoustic waves were sent in the frequency range between 1 Hz and 2kHz and amplitude range between 3Vpp and 5Vpp applied to determine the mechanical stiffness of cancer cells. Optimum frequency ranges are determined, and results are compared. With these studies conducted in the thesis, a microfluidic system that can reveal the morphological structures of cancer cells based on acousto-holographic has been developed.

Benzer Tezler

  1. Enrichment of MCF7 breast cancer cells from leukocytes through continuous flow dielectrophoresis

    Dielektroforez yöntemi ile sürekli akış altında MCF7 meme kanseri hücrelerinin akyuvar hücrelerinden zenginleştirilmesi

    ZEYNEP ÇAĞLAYAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    BiyomühendislikOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK KÜLAH

  2. Design and fabrication of magnetically actuated cell sorter

    Manyetik olarak kontrol edilebilen hücre siniflandirici tasarimi ve üretimi

    MERVE GÜLLE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN

  3. 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

    İngilizce

    2020

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN KIZIL

  4. Development of viscoelastic particle migration for microfluidic flow cytometry applications

    Mikroakışkan akış sitometrisi uygulamarında viskoelastik parçacık hizalama tekniğinin geliştirilmesi

    MURAT SERHATLIOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Biyofizikİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR ELBÜKEN

  5. Development of droplet based microfluidic system for agglutination assays

    Aglütinasyon tahlili için damlacık tabanlı mikroakışkan sistemi geliştirilmesi

    MERVE MARÇALI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ELBÜKEN