Microfluidic system development for detection of single-cell mechanical properties
Tek hücrelerin mekanik özelliklerinin tespiti için mikroakışkan sistem geliştirilmesi
- Tez No: 639827
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ÜVET, PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Mikroakışkan, yonga üstü sistemler (Lab-on-Chip), kanser, akustik, holografi, Microfluidic, LoC (Lab-on-Chip), cancer, acoustic, holography
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- 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
- 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
2018
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
- Design and fabrication of magnetically actuated cell sorter
Manyetik olarak kontrol edilebilen hücre siniflandirici tasarimi ve üretimi
MERVE GÜLLE
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
- 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
- Development of viscoelastic particle migration for microfluidic flow cytometry applications
Mikroakışkan akış sitometrisi uygulamarında viskoelastik parçacık hizalama tekniğinin geliştirilmesi
MURAT SERHATLIOĞLU
Doktora
İngilizce
2020
Biyofizikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Development of droplet based microfluidic system for agglutination assays
Aglütinasyon tahlili için damlacık tabanlı mikroakışkan sistemi geliştirilmesi
MERVE MARÇALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ELBÜKEN