Development of a nanopore-based biosensor embedded into a microfluidic channel
Mikroakışkan kanal içerisine yerleştirilmiş nanopor biyosensörünün geliştirilmesi
- Tez No: 777069
- Danışmanlar: PROF. DR. JOSHUA B. EDEL, PROF. DR. TİM ALBRECTH
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Imperial College London
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 177
Özet
Katı hal nano gözenekleri kullanılarak tek molekül algılama, biyomoleküllerin, komplekslerinin veya bağlanma kinetiğinin elektriksel veya optik tespiti olsun, son on yılda büyük ilgi görmüştür. Bu nedenle, bu tezin ana odak noktası, DNA'nın tek molekül seviyesinde akış içi elektrokimyasal tespiti için mikroakışkan bir kanala entegre edilmiş bir nanogözenek biyosensörü geliştirmektir. Böylesine kompakt bir düzlemsel cihaz oluşturarak, nanogözenekler potansiyel olarak akış içi tek molekül algılama özelliğine sahip geleceğin çip üzerinde laboratuvar biyosensörlerine dönüştürülebilir. Başlangıçta iki farklı tipte nano gözenek malzemesi üretilmiştir; yeni bir ultra ince PI membran ve SiN ve nano gözenek iletkenliği ve elektrik gürültüsü açısından karakterize edilmiştir. Reaktif İyon Aşındırma tekniği kullanılarak SiN nano gözeneklerin yerel olarak ve kademeli olarak inceltilmesine yönelik alternatif bir yaklaşım da ayrıntılı imalat, optimizasyon ve karakterizasyon adımlarıyla birlikte sunulmuştur. Polimer ve inceltilmiş SiN nanogözenekler kullanılarak DNA translokasyonu her bir fabrikasyon bölümünün sonunda gösterilmiştir. Mikroakışkan entegrasyonu ile uyumlulukları nedeniyle SiN nanogözenek çipi, sürekli akış koşulları altında potansiyel tek molekül algılama yetenekleri oluşturmak amacıyla bir PDMS mikroakışkan kanalı içine sıkıştırılmıştır. Nanogözenek sistemine akışın eklenmesi önemlidir, çünkü ideal olarak çip üzerinde laboratuvar biyoalgılama cihazları fikrinin üzerine inşa edildiği akışta biyolojik varlıkların eşzamanlı elektrokimyasal tespitinin faydasını getirecektir. DNA'nın reolojik özelliklerini ve akış özelliklerini karakterize etmek için Konfokal Mikroskopi ve Floresan Korelasyon Spektroskopisi kullanılarak optik deneyler gerçekleştirilmiştir. Akış hızının nano gözenek tespitinin temelleri (örn. nano gözenek iletkenliği ve gürültü) üzerindeki etkisi tartışılmış ve deneysel olarak incelenmiştir. Son olarak, DNA translokasyonu akış yokluğunda ve varlığında bir prensip kanıtı olarak incelenmiştir. Seçilen akış hızları kullanılarak entegre cihazın algılama kapasitesinin araştırılması, nanogözenekle entegre mikroakışkan sistemlerin gelecekteki uygulamaları için temel oluşturmaktadır (örn. nanogözenek çip üzerinde kapiler elektroforez).
Özet (Çeviri)
Single molecule sensing using solid-state nanopores has sparked tremendous interest within the last decade, whether it be electrical or optical detection of biomolecules, their complexes or binding kinetics. Therefore, the main focus of this thesis was on developing a nanopore biosensor integrated into a microfluidic channel for in-flow electrochemical detection of DNA at single molecule level. By constituting such a compact planar device, nanopores can potentially be turned into future lab-on-chip biosensors with a capability of in-flow single molecule detection. Two different types of nanopore materials were initially fabricated; a novel ultra thin PI membrane and SiN, and characterized in terms of nanopore conductance and electric noise. An alternative approach to locally and gradually thin SiN nanopores using Reactive Ion Etch technique was also presented with detailed fabrication, optimization and characterization steps. DNA translocation using polymer and thinned SiN nanopores was shown at the end of each fabrication chapter. On account of their compatibility with microfluidic integration, SiN nanopore chip was compacted into a PDMS microfluidic channel for the purpose of creating potential single molecule detection capabilities under continuous flow conditions. The introduction of flow to the nanopore system is important, because it would ideally bring the benefit of simultaneous electrochemical detection of biological entities in flow, where the idea of lab-on-chip biosensing devices is built upon. To characterize the rheological properties of DNA and flow characteristics, optical experiments were carried out using Confocal Microscopy and Fluorescence Correlation Spectroscopy. The effect of flow rate on the basics of nanopore detection (e.g. nanopore conductance and noise) was discussed, and investigated experimentally. Last, DNA translocation in the absence and the presence of flow was studied as a proof-of-principle. The investigation of detection capability of the integrated device using the chosen flow rates sets the basics for the future applications of nanopore-integrated microfluidic systems (e.g. on-nanopore chip capillary electrophoresis).
Benzer Tezler
- Farklı giriş frekans değerlerine yönelik transempedans yükselteçlerin geliştirilmesi
Development of transimpedance amplifiers for different input frequency values
HARUN ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET AKİF ERİŞMİŞ
- Nanopore sekanslama teknolojisi kullanılarak, kişi tanımlama kiti geliştirilmesi
Development of human identification kit using nanopore sequencing technology
BİLÇAĞ AKGÜN
Doktora
Türkçe
2019
Adli TıpEge ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERİŞTAH FERDA ÖZKINAY
- Anaerobic digestion of lignocellulosic waste usingphysico-chemical pretreatment methods interms of performance, microbial community, and cost analysis
Fizikokimyasal ön arıtım yöntemi ile lignoselülozik atıkların anaerobik çürütülmesi optimizasyonu, mikrobiyal topluluğu ve maliyet analizi
İREM GÜVEN BEYAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN İNCE
- Hibrit nanobiyomalzemeler içeren kemik doku iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of bone tissue scaffolds containing hybrid nanobiomaterials
DİCLE ERDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyomühendislikPamukkale ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF ÖZCAN
PROF. DR. CEM GÖK
- Comparative evaluation of prokaryotic community of salda lake using oxford nanopore-minion and next generation sequencing-illumina
Salda gölü'nün prokaryotik topluluğunun oxford nanopore-minıon ve yeni nesil dizileme-illumina ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi
KÜBRA DOYMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN İNCE