Design of a microheater to improve the sensitivity of electrochemical nucleic acid biosensors
Elektrokimyasal nükleik asit biyosensörlerin hassasiyetini artırmak için bir mikro ısıtıcı tasarımı
- Tez No: 780877
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA DOĞAN GÜZEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyokimya, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Biochemistry, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, çipte laboratuvar, mikroısıtıcı, DNA hibridizasyon hassasiyeti, Electrochemical impedance spectroscopy, lab-on-a-chip, microheater, DNA hybridization sensitivity
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) biyosensörlerde ölçüm yöntemi olarak kullanılır. EIS yüksek performansa sahip bir ölçüm yöntemidir fakat özellikle nükleik asit biyosensörlerinde çalışılırken duyarlılığının ve özgüllüğünün geliştirilmesine hala ihtiyaç vardır. Nükleik asit hibridizasyonunun seçiciliğini arttırmak ve hibridizasyon oranını arttırmak için bölgesel ısıtma potansiyel bir yaklaşımdır. Çalışmanın amacı, elektrokimyasal sensör elektrotlarını çevreleyen mikroısıtıcı üretimi ve çalışma alanını sınırlandırmak için entegre edilmiş PDMS'in de bir parçası olduğu hibrit-çip üretimidir. Çip tasarımı hem ısıtma hem de nükleik asitlerin tespiti (çalışma ve karşı/referans) için elektrotlardan oluşmuştur ve AutoCAD yazılımı kullanılarak dizayn edilmiştir. Isı transferi ise COMSOL Multiphysics programı kullanılarak simüle edilmiştir. Hem mikro ısıtıcı hem de biyosensör elektrotları, gölge maskesi kullanılarak termal buharlaştırma yöntemi ile üretilmiştir ve mikro ısıtıcıların sıcaklık dağılımı termal kamera kullanılarak ölçülmüştür. Sensör elektrotlarının performansı, EIS ve Mycobacterium tuberculosis için prob dizileri kullanılarak DNA hibridizasyonu üzerine yük transfer direncindeki (RCT) değişiklikler ölçülerek test edilmiştir. Sonuç olarak, DNA hibridizasyon aşamasında mikro ısıtıcıya ısı (50°C) uygulandığında, çip-içi ısıtma deneylerindeki RCT değeri yaklaşık %236'lık artış gösterirken, çip-dışı sıcaklık olmadan yapılan deneylerdeki RCT değerinin yaklaşık %90 arttığı gözlemlenmiştir. Bu gözlemden, mikro ısıtıcının gerçekten de nükleik asit hibridizasyon deneyinin performansını önemli ölçüde arttırdığı ve yüksek hassasiyetli entegre biyosensörlerin geliştirilmesinin yolunu açtığı sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is often used for biomolecule detection based on the hybridization of the molecule onto the functionalized electrode surface and consequent impedance change. Though its performance is well established, there is still a need for improved sensitivity and specificity, especially when attempting to detect nucleic acids from clinical samples with minimal amplification steps. Localized heating is a potential approach for improving nucleic hybridization rates and reducing non-specific hybridization, and thereby producing high sensitivity and selectivity. The aim of the study was therefore to develop a microheater surrounding microeledtrodes, an integrated hybrid chip, sensing the genes of Mycobacterium tuberculosis with much higher sensitivity. The performance of the integrated hybrid chip was determined using the changes in the charge transfer resistance (RCT) upon DNA hybridization using probe sequences for Mycobacterium tuberculosis. Heat transfer was simulated by using COMSOL Multiphysics as mathematical modeling. When the heat (50°C) was applied to the microheater during the DNA hybridization step, we observed that the RCT values increased about 236% and 90% as opposed to on-chip heating experiments and off-chip non-heating experiments. We conclude from this observation that the microheater indeed can significantly improve the performance of the nucleic acid hybridization assay and paves the way for the development of highly- sensitive integrated label-free biosensors
Benzer Tezler
- Design of boron doped (nickel manganese cobalt containing) NMC 811 cathode active materials
Bor katkılanmış (nikel mangan kobalt içeren) NMC811 katot aktif malzemelerinin tasarımı
İBRAHİM CAN TOPAKTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Experimental investigation of boundary layer transition via vortex generators
Vorteks üreteçleri ile sınır tabakadaki akışın laminerden türbülansa geçisinin deneysel incelenmesi
İSMET CİHAT AY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. DUYGU ERDEM
- Advanced coating technologies with spectral alteration for solar applications
Güneş uygulamarı için dalgaboyuna hassas özellikli gelişmiş kaplama teknolojileri
REFET ALİ YALÇIN
Doktora
İngilizce
2018
EnerjiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ERTÜRK
- Nanoteknoloji ve mezoskopik makina mühendisliği
Nanotechnology and mesoscopic mechanical engineering
GÖKHAN BURAK GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN DİKİCİOĞLU
- Mechatronic design of a modular three-axis slider system for high-precision positioning applications
Yüksek hassasiyetli pozisyonlama uygulamaları için modüler üç-eksenli kızak sisteminin mekatronik tasarımı
ERVA ULU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MELİH ÇAKMAKÇI