Design and optimization of a durable gold-based microelectrode for dopamine detection
Dopamin tespiti için dayanıklı altın-tabanlı mikroelektrodun tasarımı ve optimizasyonu
- Tez No: 687359
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YASEMİN YÜKSEL DURMAZ, YRD. DOÇ. DR. MEHMET KOCATÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Nöroşirürji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Bioengineering, Neurosurgery, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoenformatik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Dopamin, motor kontrol ve ödül aracılı öğrenme/bağımlılık konusunda önemli bir rol oynar. Dopamin konsantrasyonunun değiştirilmesi nörolojik hastalıklara, örneğin şizofreni, bağımlılık, ve Parkinson hastalığına yol açar. Günümüzde dopamini tespit etmek için kullanılan mikroelektrotlar zayıf duyarlılığa, düşük zamansal çözünürlüğe ve implantasyondan sonra gliyal hücrelerin büyümesine yol açan daha az biyolojik uyumluluğa sahiptir. Dopamin konsantrasyonunu izlemek ticari olarak bulunan karbon (C) mikroelektrotlara alternatif olarak kolay üretilebilen, yüksek iletkenliğe sahip ve biyouyumlu elektrotlar geliştirilmesi önem taşımaktadır. Bu ihtiyacı gidermek amacıyla, mevcut çalışmada altın bazlı bir elektrot geliştirilmiştir. Pürüzsüz altın yüzeyi, elektro kimyasal olarak grafen oksit (GO) tabakası ile kaplanmıştır. Bu şekilde duyarlılığı arttırılan yüzeyin mekanik mukavemetini ve biyouyumluluğu arttırmak için daldırıp kaplama yöntemi ile sülfonlanmış poli (eter eter keton) (SPEEK) ikinci bir yüzey olarak kaplanmıştır. Poli (eter eter keton) (PEEK) sülfonlanması ayrıca ıslanabilirliği ve iyon transferini arttırmaya yardımcı olmaktadır. Son olarak elektropolimerizasyon yolu ile polipirol tabakası biriktirilerek biyouyumluluğu kronik implantasyona daha uygun hala getirilmesi hedeflenmiştir. Mikroelektrotların yüzey morfolojisi ve yüzey analizi taramalı elektron mikroskobu yardımı ile incelenmiştir. Mikroelektrotların dopamin ölçümüne karşı duyarlılıkları elektriksel duyarlılık hızlı taramalı döngüsel voltametri (FSCV) kullanılarak en etkin kaplamanın belirlenmesi hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlar GO, SPEEK ve polipirol tabakalarının aynı anda karıştırılarak kaplanması yerine tabaka tabaka sırasıyla kaplanmasının daha etkin duyarlılık sağladığı görülmüştür. Üretilen elektrot, voltametrik dalga biçiminde sırasıyla -0,2 V ve +0,6 V iken, GO ve SPEEK tabakaları ile kaplandığında dopamin duyarlılığını dopaminin in-vivo tespiti için geleneksel olarak kullanılan karbon fiber mikroelektrotlardan 50 kattan fazla artırırken, polipirol tabakasının eklenmesi ile sadece yaklaşık 2 kat daha fazla artırmıştır. 5 saat süreyle FSCV döngülerine maruz bırakılan elektrotların dayanıklığı yüzey kaplama bileşimi ve morfolojisi incelendiğinde dayanıklılık ve dopamin duyarlılığının bu süreçten etkilenmediği görülmüştür. Oksidasyon potansiyeli uzun süre sağladığında, pirol katyon değişim tabakası oldukça yüksek biyouyumluluk ve yüksek yüzey korozyon direncine sahiptir. Bu sonuç, elektrotun genel yüzey hassasiyetini azaltsa bile gelecekteki kronik implantasyonlarda (> 1 yıl) kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Dopamine plays a vital role in motor control and reward-mediated learning/addiction. Disorders of the dopamine system lead to neurological diseases such as schizophrenia, addiction, depression, and Parkinson's disease. Currently used microelectrodes to detect dopamine have poor sensitivity, low temporal resolution, and less durability, leading to microglial reactivity after implantation. Tracking the concentration of dopamine is vital using a reproducible, highly conductive, and durable option as compared to the conventional carbon (C) fiber electrodes. To address this need, in the present work, a gold-based electrode has been developed. The smooth gold surface is electro-coated with a highly sensitive graphene oxide (GO) layer. In addition, a polymer poly (ether ether ketone) (PEEK) through the sulfonation process have charged groups introduced, to help enhance its wettability and ion transfer. This sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK), deposited by dip-coating mainly improves the thin electrode's mechanical strength and biocompatibility. The third layer of pyrrole is electrodeposited. Microelectrodes were characterized for electrical sensitivity (using the fast-scan cyclic voltammetry (FSCV)), surface morphology and composition, durability, and the effect of the deposition thickness. Layer-by-layer deposition in the order GO, SPEEK then polypyrrole gave optimal results unlike simultaneous deposition of the mixture. The sensitivity of the electrode depended on the electric conductivity and the morphology of the outer surface. The fabricated electrode improved dopamine sensitivity by over 50 folds when using GO and SPEEK whereas the addition of a polypyrrole layer reduces this to just about 2 folds more than the carbon fiber microelectrodes conventionally used for in-vivo detection of dopamine when the holding and peak potentials in the voltammetric waveform are -0.2 V and +0.6 V, respectively. Studies on durability showed that the composition and morphology of the surface coatings were not affected after 5 hours of FSCV runs at 10 Hz whilst maintaining a high degree of sensitivity. The pyrrole cation exchange layer is biocompatible and highly resists surface corrosion when supplied with an oxidizing potential in a long term. This result indicates that the electrode may be utilized in chronic implantations (> 1 year) even if it reduced the overall surface sensitivity.
Benzer Tezler
- Takım çalışması esaslı demontaj hattı için optimizasyon yaklaşımı: Beyaz eşya endüstrisinde bir uygulama
An optimization aprroach for balancing multi-manned disassembly lines: An application from white goods industry
DİCLE ASLAN
Doktora
Türkçe
2019
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ÇEVİKCAN
- Bir insansız hava aracına ait kompozit kanadın tasarımı ve yapısal optimizasyonu
Design and structural optimisation of an UAV composite wing
MUHAMMED ATIF YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- Optimum design and analysis of torsion spring used in series elastic actuators for rehabilitation robots
Rehabilitasyon robotları için seri elastik eyleyicilerde kullanılan burulma yayının optimum tasarımı ve analizi
HACER İREM ERTEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM
- NiCoCrAlY+YSZ ile kaplanmış kanatçıklı diskin dinamik sonluelemanlar analizi ve toplu parametreli sistem ilemodellenmesi
Dynamic fem analysis and modeling of NiCoCrAlY+YSZ coated blisk with lumped parameter system
MUSTAFA YİĞİT OTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VAHİT MERMERTAŞ
- Kamyonlarda kullanılan kriko takozlarının yapısal analizi ve optimizasyonu
Structural analysis and optimization of jack mounts used in trucks
EROL ERNEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ