Silika ve polimer bazlı mikrokürelerin dna izolasyon özelliklerinin belirlenmesi
Determination of dna isolation properties of silica and polymer based microspheres
Yazar: GÜLÇİN GÜNAL
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ALİ TUNCEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: DNA immobilasyonu = DNA immobilization ; Polimerik mikroküre = Polymeric microshepere

Özet:
Bu tez kapsamında polimer ve silika bazlı mikropartiküller sentezlenmiştir. Bu partiküllerin DNA izolasyon kapasiteleri araştırılarak, DNA izolasyonu yapılabilecek yeni bir mikroekstraksiyon sisteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk kısmında DNA izolasyon deneylerinde sorbent olarak kullanılmak üzere, monodispers-makrogözenekli poli(gliserol-1,3-digliserolat diakrilat-co-gliserol dimetakrilat), poli(GDGDA-co-GDMA) mikropartiküller; monodispers-makrogözenekli silika mikropartiküller ve polidispers-mezogözenekli silika mikropartiküller sentezlenmiştir. Polimer mikropartiküllerin sentezi için çok basamaklı mikrosüspansiyon polimerizasyonu; monodispers ve polidispers silika mikropartiküllerin sentezi için ise sırasıyla çok basamaklı hidroliz-kondenzasyon yöntemi ile Stöber yöntemi kullanılmıştır. Partiküllerin yüzey özellikleri ile boy dağılımları taramalı elekton mikroskobu (Scanning Electron Microscope, SEM) ile özgül yüzey alanı ölçümleri ise Yüzey Alanı ve Gözenek Boyutu Ölçüm Cihazı ile Brunauer-Emmett-Teller (BET) modeli kullanılarak belirlenmiştir.
Çalışmanın diğer kısmında, kesikli sistemde sorbentlerin denge DNA adsorpsiyon kapasiteleri tayin edilmiştir. Ortam pH'ı, sorbent ve DNA derişimlerinin değiştirilmesiyle sorbentlerin DNA adsorpsiyon davranışı incelenmiştir. En uygun adsorpsiyon ortamının belirlenmesinin ardından, farklı desorpsiyon tamponlarında desorpsiyon ve izolasyon verimleri belirlenerek en uygun desorpsiyon tamponu seçilmiştir. Bu alt yapı, sürekli sistemde DNA izolasyonunun en yüksek verimde yapılabilmesi için hazırlanmıştır. Sentezlenen sorbentlerin kesikli sistem davranışlarının incelenmesinin ardından, mikropartiküller silika kapiler kolona (iç çap: 300 mm, uzunluk: 40 mm) dolgulanmış ve mikro-enjeksiyon pompası yardımıyla hareketli faz akışı sağlanarak mikroakış tabanlı yeni bir DNA izolasyon sistemi geliştirilmiştir. Mikroekstraksiyon sisteminde farklı akış hızları ve DNA besleme derişimleri ile, DNA desorpsiyon ve izolasyon verimleri belirlenmiş ve izole edilen DNA'nın polimeraz zincir reaksiyon sistemi (Polymerase Chain Reaction System, PCR) ile karakterizasyonu yapılmıştır.
Sonuçlar, DNA izolasyonu için mikroakış tabanlı yeni ekstraksiyon sisteminin geliştirildiğini; ve yeni üretilen monodispers silika mikropartiküllerin, yüksek verimle DNA izolasyonu yapabilecek, yeni bir DNA izolasyon sorbenti olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Polymer and silica based microparticles were synthesized and the DNA isolation capacities of these particles were investigated. In the first part of this study, monodisperse-macroporous poli(gliserol-1,3-digliserolat diakrilat-co-gliserol dimetakrilat), poly(GDGDA-co-GDMA) microparticles, monodisperse-macroporous silica microparticles and polydisperse-mesoporous silica microparticles were synthesized for using in DNA isolation experiments as sorbent. Multistage hydrolysis–condensation method and Stober method were used for the synthesis of monodisperse and polydisperse silica microparticles, respectively whereas the multistage microsuspension polymerization method was used for synthesizing the polymer microparticles. Size distribution and surface morphology of particles were investigated by scanning electron microscopy (SEM). The specific surface area was determined by specific surface area and pore size measurement system according to Brunauer-Emmett-Teller (BET) model.
In the second part, the equilibrium DNA adsorption capacities of sorbents were determined. The effects of the buffer pH, sorbent concentration and initial DNA concentration on DNA adsorption behaviors of sorbents were investigated. The most suitable buffer allowing to perform DNA isolation with the highst yield was chosen by considering the desorption and isolation yields obtained in different desorption media.
Following to the evaluation of DNA isolation behaviour of each sorbent in batch fashion, both polymer and silica based microparticles were slurry packed into the fused silica capillaries with an internal diameter of 300 m and 40 mm in length. Hence a new microfluidic system for DNA isolation was constructed by generating the flow of mobile phase by means of a micro-injection pump. DNA desorption and isolation yields were identified due to the various flow rates and DNA concentrations and isolated DNA was characterized by polymerase chain reaction (PCR).
The results showed that a new DNA extraction system in the microfluidic form was developed. The monodispers silica microparticles obtained by the developed synthesis protocol could be used as a sorbent for DNA isolation with high yield.