Microneedles for DNA extraction in plant studies
Bitki çalışmalarında DNA ekstraksiyonu için mikroiğneler
- Tez No: 898607
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH İNCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Botanik, Mühendislik Bilimleri, Biotechnology, Botany, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Sürdürülebilir yaşam için aciliyet, küresel nüfus artışı ve aşırı tüketim nedeniyle artmaktadır. Bu yaşam tarzının en temel ihtiyaçlarından biri olan tarım alanlarının korunması büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamda, bitki çalışmalarının (örneğin spesifik gen analizi ve genetiği değiştirilmiş organizma'nın (GDO) tanımlanması) ve patojen tayinlerinin hızlı ve etkili örnekleme yöntemleri ile yapılması, hem ürün verimini artırmada hem de ekonomik kayıpları önlemede önemli bir rol oynamaktadır. Özellikle patojenlerin erken tayini, doğru pestisit ve karantina önlemlerinin uygulanması ile hastalığın yayılmasını önler. Bitki çalışmalarında, setiltrimetilamonyum bromür (CTAB) yöntemi DNA ekstraksiyonu için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, zararlı kimyasal kullanımı, uzun deney süresi (3-4 saat) ve yüksek maliyet gereksinimleri, yeni DNA ekstraksiyon yöntemlerini gerektirir. Bu sorunu çözmek amacıyla, bu tezde kimyasal içermeyen DNA ekstraksiyonu polimerik mikroiğneler kullanılarak 10 saniye içinde gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, hem bitki çalışmaları hem de patojenlerin tayini için DNA ekstraksiyon aracı olarak hidrofilik polivinil alkol (PVA) ve reçine bazlı 3B yazıcı ile üretilmiş mikroiğneler kullanılmıştır. Bu süreçte, PVA mikroiğnelerin konsantrasyonunun mekanik dayanım ve hidrofiliklik üzerindeki etkileri incelenmiştir. Diğer taraftan, farklı baskı açıları (0°, 45° ve 75°) ve kürleme süreleri (10, 20 ve 30 dakika) kullanılarak üretilmiş olan 3B baskılı mikroiğneler için aynı optimizasyonlar yapılmıştır. İlk olarak bitki çalışmalarında, öncelikle mikroiğneler kullanılarak Oryza sativa ve Gossypium hirsutum bitkilerinden DNA ekstraksiyonu tamamlanmış ve bu mikroiğnelerin DNA ekstraksiyon performansları polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile değerlendirilmiştir. Patojen tespitinde, ekstrakte edilen Puccinia triticina DNA'sı önce izotermal döngü aracılı amplifikasyon (LAMP) yöntemi ile çoğaltılmıştır. Bu patojenin varlığı, lateral flow assay (LFA) ile gözle kontrol edilerek doğrulanmıştır. Son olarak, 40 dakika içinde sahada patojen tespiti yapılmasını sağlayan taşınabilir bir ısıtıcı sistem geliştirilmiştir. Özetle, yüksek DNA ekstraksiyonu için optimize edilmiş mikroiğnelerin ve taşınabilir tespit sistemlerinin kombinasyonunun, sürdürülebilir tarım ve yaşam için önemli faydalar sağlayacağını öngörmekteyiz.
Özet (Çeviri)
The urgency for sustainable life is growing due to the increase in global population and over-consumption. Preserving the agricultural areas, which are among the most basic needs of this lifestyle, is of great importance. In this regard, rapid and effective sampling techniques for plant studies (such as specific gene analysis and genetically modified organism (GMO) determination) and pathogen detection play a significant role in both enhancing the crop yield and preventing the economic losses. Specifically, early pathogen detection prevents their spread by employing correct pesticides and quarantine measures. In plant studies, the conventional cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is widely used for DNA extraction. However, the hazardous chemical consumption, long-time duration (3-4 h) and high-cost requirements necessitate new DNA extraction methods. To address this, in this thesis, chemical-free DNA extraction was achieved using polymeric microneedles (MNs) in 10 seconds. For that, hydrophilic poly (vinyl alcohol) (PVA) and resin-based 3D-printed MNs were utilized as a DNA extraction tool for both plant studies and pathogen detection. In this process, the effect of concentration on mechanical strength and hydrophilicity of PVA MNs were evaluated. On the other hand, same optimizations were carried out for 3D-printed MNs fabricated using different printing angles (0°, 45°, and 75°) and curing times (10, 20, and 30 min). In plant studies, first, DNA extraction from Oryza sativa and Gossypium hirsutum was completed using MNs, and their DNA extraction performances were assessed using polymerase chain reaction (PCR). In pathogen detection, the extracted DNA of Puccinia triticina was first amplified using loop-mediated isothermal amplification (LAMP). The presence of that pathogen was controlled by naked-eye using lateral flow assay (LFA). Finally, a portable heater system was developed, enabling the in-field pathogen detection within 40 minutes. In summary, we anticipate that the combination of optimized MNs for high DNA extraction and portable detection systems will provide significant benefits to sustainable agriculture and life.
Benzer Tezler
- Transdermal ilaç dağıtımı için antibiyotik yüklü GelMA mikro iğnelerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of antibiotic-loaded GelMA microneedles for transdermal drug delivery
HÜSEYİN ERKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- Ai-enabled optimization of 3D-printed microneedles for simultaneous epidermal and dermal delivery
Eşzamanlı epidermal ve dermal ilaç teslimat için 3D baskılı mikroiğnelerin yapay zeka destekli optimizasyonu
MISAGH REZAPOUR SARABI
Doktora
İngilizce
2024
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAVAŞ TAŞOĞLU
PROF. DR. METİN SİTTİ
- Dijital ışık işleme yöntemi ile mikroiğne içeren kulak zarı yaması üretimi
Production of tympanic membrane patch containing microneedle by digital light processing
TUBA BEDİR
Doktora
Türkçe
2024
BiyomühendislikMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ
PROF. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- Machine Learning-enabled optimization of microneedle design for interstitial fluid collection
Interstisyel sıvı toplama için makine öğrenimi etkileştirilmiş mikroiğne tasarım optimizasyonu
CEREN TARAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyoteknolojiKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAVAŞ TAŞOĞLU
- Transdermal olarak uygulanacak ilaç yüklü formülasyonlar için yenilikçi üretim yöntemlerinin tasarımı ve etkinliklerinin incelenmesi
Design and efficacy evaluation of innovative preparation methods for drug loaded transdermal applications
ERKAN AZİZOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiFarmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEVSER ÖZGEN ÖZER