Pdms surface functionalization for sustained cell adhesion in microfluidic organ-on-chip models
Mikroakışkan çip-üstü-organ modellerinde hücre tutunması için pdms yüzey fonksiyonelliği
- Tez No: 983136
- Danışmanlar: DOÇ. GÜRKAN YEŞİLÖZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biyomühendislik, Biotechnology, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polidimetilsiloksan'ın (PDMS) doğasında bulunan hidrofobiklik, özellikle çip-üstü-organ teknolojisinde olmak üzere hücre kültürü uygulamaları için önemli zorluklar teşkil etmektedir. Bu çalışma, çip-üstü-organ uygulamalarında PDMS'in sitouyumluluğunu ve akış altındaki stabilitesini önemli ölçüde artırmak amacıyla tasarlanmış, yenilikçi, çok yönlü ve biyouyumlu bir yüzey işlem yöntemi sunmaktadır. Bu amaçla, 3- (Trimetoksisilyl)propil metakrilat (TMSPMA) kullanılarak dört özel yüzey fonksiyonelleştirme protokolü sistematik olarak araştırılmıştır. Bu protokoller, ıslanabilirlik, yüzey pürüzlülüğü ve kimyasal fonksiyonellik gibi özellikleri artıracak şekilde optimize edilmiştir ve güçlü, uzun süreli hücre tutunmasına olanak sağlamıştır. Uygulanan yüzey işlemlerinin etkinliği, temas açısı ölçümleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) gibi kapsamlı yüzey karakterizasyon teknikleriyle doğrulanmıştır. Artan hidrofiliklik, insan kaynaklı üç farklı hücre tipi (HUVEC, MCF-7 ve indüklenmiş pluripotent kök hücre iPSC'ler) kullanılarak belirlenen güçlü hücre tutunması, çoğalması ve canlılığını desteklemiştir. Önemli olarak, elde ettiğimiz veriler, işlem görmüş PDMS yüzeyinin hem statik hem de dinamik mikroakışkan koşullar altında uzun süreli hücre tutunması ve çoğalmasını desteklediğini, fizyolojik kayma gerilmesine (~1.5 dyne/cm²) karşılık gelen akış hızlarında dahi minimum hücre kopmasıyla çalıştığını göstermektedir. Sayısal simülasyonlar, deneysel akış koşullarını doğrulayarak modelin fizyolojik geçerliliğini daha da güçlendirmiştir. Bu çalışma, TMSPMA ile yapılan yüzey işleminin PDMS'in hücre kültürüne uygunluğunu artırmadaki etkinliğini vurgulamakta ve daha güvenilir, biyolojik olarak anlamlı mikroakışkan sistemler oluşturmayı hedefleyen araştırmacılar için erişilebilir, ayarlanabilir ve ölçeklenebilir bir çözüm sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The inherent hydrophobicity of Polydimethylsiloxane (PDMS) poses significant challenges for its use in cell culture applications, particularly in organ-on-chip technology. This study presents a novel, versatile, and biocompatible surface treatment method for polydimethylsiloxane (PDMS), designed to significantly improve its cytocompatibility and shear stability in organ-on-chip applications. Four tailored surface functionalization protocols were systematically explored using 3- (Trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSPMA), optimized to enhance wettability, surface roughness, and chemical functionality, leading to robust and sustained cell adhesion. The efficacy of these treatments was confirmed via comprehensive surface characterizations of contact angle measurements, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The changed hydrophilicity supported robust cell adhesion, proliferation and viability that were determined using three distinct human cell types: HUVECs, MCF-7, and Humanderived induced pluripotent stem cells (iPSCs). Importantly, our findings show that the treated PDMS supports long-term adhesion and proliferation under both static and dynamic microfluidic conditions, with minimal cell detachment even under flow rates corresponding to physiological shear stress (~1.5 dyne/cm²). Numerical simulations further validate the experimental flow conditions, strengthening the model's physiological relevance. This study underscores the effectiveness of TMSPMA treatment in improving PDMS compatibility for cell culture, offering an accessible, tunable, and scalable solution for researchers aiming to create more reliable and biologically relevant microfluidic systems.
Benzer Tezler
- Development of a mems-based microfluidic electrochemical biosensor for the detection of circulating tumor DNA
Dolaşimdaki tümör DNA tespiti için mems tabanli mikroakişkan elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
ZEYNEP ÇAĞLAYAN ARSLAN
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
- Development of novel aflatoxin B1 biosensors by carbon nanotube integrated microfluidic systems
Karbon nanotüp entegre edilmiş mikroakışkan sistemlerin kullanımıyla yeni aflatoksin B1 biyosensörlerinin geliştirilmesi
NAGİHAN OKUTAN ARSLAN
Doktora
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- The effect of surface functionalization on cell behavior
Yüzey fonksiyonlamanın hücre davranışı üzerine etkisi
HAYRİYE ÖZTATLI
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BORA GARİPCAN
- The effect of bone surface mimicked magnetic particle embedded pdms membranes on human osteoblast cell behavior
Manyetik partikül içeren kemik yüzey taklitli pdms membranların insan osteoblast hücresi davranışlarına etkisi
BERKAY ERENAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BORA GARİPCAN
DOÇ. DR. SEDAT ODABAŞ