Doku mühendisliği ve biyosensör uygulamaları için nanogözenekli anodize alüminyum oksit membranların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of physical and chemical properties of anodic aluminium oxide membranes for tissue engineering and biosensors applications
Yazar: SEVDE ALTUNTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. FATİH BÜYÜKSERİN
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Biyoseramikler = Bioceramics ; Nanobiyoteknoloji = Nanobiotechnology ; Optik sensörler = Optical sensors ; İn vitro = In vitro ; İn vivo = In vivo

Özet:
Anodik alüminyum oksit (AAO) membranlar biyomedikal mühendisliğinin birçok uygulama alanında fiziksel ve kimyasal avantajları nedeniyle ön plana çıkan seramik bir malzeme grubudur. Bu tez kapsamında, AAO membranlar doku mühendisliği ve biyosensör uygulamaları açısından ele alınmıştır. Tezin ilk kısmında AAO membranların nöroelektrot olma potansiyelleri araştırılmıştır.  Sonuçlar, iletken 100 nm AAO (CAAO) membranların sinir gelişimini, farklılaşmasını iletken 250 nm AAO membranlara nazaran tetiklediğini göstermiştir. Dahası, 100 nm AAO membranlar, membranlardaki sinir büyüme faktörlerinin kontrollü salım parametreleri kontrol edilirse nöron elektrot yüzeyi olma potansiyeline sahiptir.
Ayrıca, membranlar Alzheimer proteinlerinin tespiti için faydalanılan Raman aktif polikarbonat filmlerin üretiminde kalıp olarak kullanılmıştır. Çalışmalar 20 nm Au kaplanmış multi çatal desenli substratların (Au@MDS) 0,5 pg/ml konsantrasyonuna kadar amiloid β 1-42 (Aβ 1-42) proteininin tespitine olanak sağladığını göstermiştir. Ayrıca yüzeylerin sinyal tekrarlanabilirliği (% RSD: %17), seçiciliği (miyoglobin) test edilmiştir. Sonuçlar Au@MDS`lerin fiziksel yapıları nedeniyle sıcak nokta oluşumunu tetiklediğini göstermiştir.
Ek olarak, damla yayma tekniği kullanılarak üretilen kitosan:jelatin (K:J) nanodesenli ve/veya epidermal büyüme faktörü katkılanmış filmler üretilmiş ve bu filmlerin implant kaplama ve yara örtü modeli (melanogenez perspektifinde) olarak potansiyelleri in vitro/in vivo koşullarda takip edilmiştir. 
Kemik doku mühendisiliği ile ilgili yapılan çalışmalar nano K:J filmlerin mezenkimal kök hücreleri düz K:J filmlere ve TCPS yüzeylere nazaran kemik hücrelerine farklılaştırma potansiyeli tespit edilmiştir. Ayrıca benzer analizler olgun kemik hücreleri için tekrarlanmış ve benzer sonuçlar elde edilmiştir.
Deri doku mühendisliği çalışmaları in vitro ve in vivo koşullarda yapılan protein ve gen temelli testleri ile sunulmuştur. Epidermal büyüme faktörü (EGF), melanogenezde önemli bir etkiye sahip olmamasına rağmen, yaranın kapanma performansını arttırdığı gösterilmiştir. Sonuçlar histoloji boyamaları ile doğrulanmıştır. Ancak, nanotopografik etkinin melanogenezde aktif rol aldığı tespit edilmiştir. Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, nano filmlerin EGF varlığında iyi bir yara yama modeli olabileceği düşünülmektedir. 
Sonuçlar, AAO mebranların kontrol edilebilir parametrelerinin doğrudan ya da dolaylı (kalıp) olarak hücresel aktiviteyi ve optik sensörlerde sıcak nokta oluşumunu tetikleyici bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Anodic aluminum oxide (AAO) membranes are a ceramic material group which comes into prominence due to their physical and chemical advantages in various fields of biomedical engineering. In the thesis scope, AAO membranes were contextualized regarding their potential tissue engineering and biosensor applications.
In the first part of the thesis, the potential of AAO membranes as a neuro-electrode was investigated. The results showed that conductive 100 nm AAO (CAAO) membranes triggers neuron growing and differentiation compared to 250 nm AAO membranes. Moreover, 100 nm AAO membranes has a potential to be neuron electrode surface if controlled release parameters of nerve growth factors on the membranes. 
Additionally, the membranes were used as a mold to fabricate Raman active substrates which were utilized for detecting of Alzheimer`s proteins. The results demonstrated that 20 nm Au coated multibranched substrates (Au@MDS) provides detecting amyloid β 1-42 (Aβ 1-42) proteins by 0,5 pg/ ml concentration. Furthermore, signal reproducibility (RSD%: 17%) and selectivity (aganist to myglobin) of surfaces were tested. Overall, results indicated that Au@MDSs triggers hot spot formation due to their pyhsical structures.
Moreover, nano-designed and/or epidermal growth factor doped chitosan:gelatin (C:G) films were synthesized with the drop casting technique and the potential of the films as an implant coating or wound patch model (melanogenesis perspective) were followed under in vitro / in vivo conditions. 
Nano C:G films has potential to differentiate mesenchymal stem cells to bone cells compared to flat films and TCPS control group. Additionally, the same analyses were repeated for mature bone cells and same results were obtained.
Skin tissue enngineering studies were presented protein and gene based analysis under in vitro and in vivo conditions. Although epidermal growth factor (EGF) has no significant effect on melanogenesis, it has been shown to improve wound closure performance. The results were confimed by histology staining. However, it is established that nanotopography effect has taken active role on melanogenesis. When all results are evaluated together, it is thought that nano films can be a good wound patch model in the presence of EGF.
The results showed that the controllable parameters of AAO membranes have a potential to trigger cellular activity and hot spot formation in optic sensors, directly or indirectly (mold).