AI-Augmented 3dp microfluidic bio-reaction system for point-of-care detection of mpox via LAMP-on-a-chip
Maymun çiçeği hastalığını bakım noktasında teşhisi amacıyla 3B mikroakışkan sistemin geliştirilmesi
- Tez No: 941792
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SAVAŞ TAŞOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikroakışkan cihazlar, yüksek verimli, düşük maliyetli ve bakım noktasında (PoC) biyolojik analizler için büyük bir potansiyele sahiptir ancak mevcut üretim ve kontrol stratejileri, bu sistemlerin ölçeklenebilirliğini ve otomasyonunu sınırlamaktadır. Bu tezde öncelikle dijital ışık işleme (DLP) 3 boyutlu (3B) yazım yöntemiyle, karmaşık bir organ-çipi başarıyla üretilerek geleneksel litografi yöntemine hızlı ve ekonomik bir alternatif sunulduğunu gösteriyoruz. Ardından, sonlu elemanlar modelleme (FEM) simülasyonlarını ve makine öğrenimi (ML) araçlarını birleştirerek, yüksek doğrulukla hedef akış hızlarına ulaşabilen tek fazlı akış devrelerini tasarlamaya yönelik kullanıcı dostu bir arayüz geliştiriyoruz. Bu yaklaşım, mikroakışkan düzeneklerin üretimini ve optimizasyonunu kolaylaştırmaktadır. Sonrasında hidrofobik kanallarda basınca bağlı iki fazlı (su/hava) akışkan kontrolünden yararlanan programlanabilir 3B mikroakışkan reaksiyon rezervuarlarını tanıtıyoruz. Giriş basıncı ayarlanarak sıvı, bu rezervuarlarda belirli bir süre reaksiyon için tutulabilmektedir ve ardından sırasıyla bir sonraki rezervuarlara aktarılabilmektedir. Bu, ardışık veya paralel analizlerin otomatize bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar. Ayrıca, erişilebilirliği artırmak amacıyla, büyük ve pahalı ekipmanlara olan bağımlılığı ortadan kaldıran düşük maliyetli ve taşınabilir bir basınç pompası geliştirilmiştir. Pompa ile entegre bir şekilde çalıştırılan, maymun çiçeği hastalığı işaretçilerini hedef alan bir LAMP mikroçipi ile PoC hastalık teşhisi gerçekleştirilmiştir. Numune akışkan, rezervuarda önceden immobilize edilmiş LAMP primerleriyle etkileşime girerek, 65°C'de 30 dakika boyunca ısıtılmış ve patojenin varlığını doğrulayan belirgin bir renk değişimi gözlenmiştir. Önceden yazılmış bir kodla akışkanın yönetimi ve reaksiyon zamanlaması, sistemin PoC teşhisleri için potansiyelini kanıtlamıştır. Sunulan yöntemler, daha erişilebilir, hassas ve bağımsız PoC biyolojik analizlere giden yolu açmaktadır.
Özet (Çeviri)
Microfluidic devices hold enormous potential for high-throughput, low-cost, and point-of-care (PoC) biological assays, yet current fabrication and control strategies limit their scalability and automation. In this thesis, we first demonstrate that digital light processing (DLP) 3D printing provides a rapid and economical alternative to conventional soft lithography by reproducing a complex organ-on-chip. We then integrate finite element modeling (FEM) simulations with machine learning (ML) tools to create a user-friendly interface for designing single-phase flow circuits that achieve target flow rates with high accuracy. Next, we introduce programmable 3D microfluidic reaction reservoirs that utilize pressure-dependent two-phase (water/air) fluid control in hydrophobic channels. Adjusting the inlet pressure allows fluid to be temporarily retained in these reservoirs for precisely timed reactions, and then released into following reservoirs, facilitating automated consecutive or parallel assays. To further expand accessibility, a low-cost, portable pressure pump was developed to eliminate reliance on bulky, expensive equipment. The utility of the integrated approach is demonstrated through a PoC Loop-mediated Isothermal Amplification (LAMP)-on-chip assay targeting monkeypox markers. The sample fluid, heated to 65°C for 30 minutes, interacts with pre-immobilized LAMP primers within the reservoir, producing a distinct colorimetric shift that confirms the presence of the pathogen. The automated control of fluid handling and reaction timing proved the system's potential for PoC diagnostics. Collectively, the presented methodologies pave the way for more accessible, precise, and autonomous PoC bioassays.
Benzer Tezler
- AI-augmented validation of in-home male fertility test
Yapay zeka destekli evde erkek doğurganlık test kiti doğrulaması
OLGAÇ ÖZARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAVAŞ TAŞOĞLU
- A mobile-based E-commerce platform enhanced with augmented reality and AI-powered virtual try-on technology
Artırılmış gerçeklik ve yapay zekâ destekli sanal deneme teknolojisi ile geliştirilmiş mobil tabanlı bir e-ticaret platformu
MUHAMMAD HAMZA
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBeykoz ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. ÖZLEM FEYZA ERKAN
- Turkısh legal NLP: a comprehensıve aı framework for legal document understandıng, summarızatıon, and retrıeval-augmented generatıon
Türkçe hukuk NLP: hukuki metin anlama, özetleme ve erişim destekli üretim için kapsamlı yapay zekâ yaklaşımı
MEHMET ALİ ERKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
İstatistikOrta Doğu Teknik Üniversitesiİstatistik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEYLAN YOZGATLIGİL
- Akışkan-yapı etkileşiminde yapay zeka destekli topoloji optimizasyonu
Ai augmented topology optimization in fluid-structure interaction
MUSTAFA KUZAY
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER DEMİREL
- Kütle tasarımı çalışmaları için yapay zeka tabanlı artırılmış gerçeklik
Ai-based augmented reality for mass design studies
SÜHEYLA MÜGE HALICI
Doktora
Türkçe
2026
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEMAN FİGEN GÜL