Biyoalgılama için mikroakışkan sistemlerin geliştirilmesi
Development of microfluidics systems for biosensing applications
Yazar: FATMA BETÜL KÖŞKER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER AYDIN ; DOÇ. DR. KUTAY İÇÖZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyomedikal mühendisliği = Biomedical engineering ; Biyomedikal teknoloji = Biomedical technology ; Biyosensörler = Biosensors ; Hücre boyama = Cell staining ; Mikro akışkanlar = Microfluidics ; Ökaryotik hücreler = Eukaryotic cells

Özet:
Hücrelerin basit boyanması, temel tıbbi teşhis, eğitim ve araştırma laboratuvarlarında yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Boyalar düşük maliyetlidir, ancak yoğun tüketim aşırı toksik atık oluşumuna neden olmaktadır. Bu nedenle, hücre boyama prosedüründen kaynaklanan toksik atık miktarını azaltmak bir ihtiyaçtır. Bu çalışmada, insan ökaryotik hücrelerinin, K562 hücrelerinin ve hastalardan elde edilen lenfosit hücrelerinin basit boyamasını gerçekleştirmek için manyetik tabanlı ve kompartımanlara ayrılmış pasif bir mikroakışkan çip geliştirilmiştir. Yüksek, orta ve düşük hücre yoğunlukları için tripan mavisi, metilen mavisi, kristal viyole ve safranin ile hücreler üzerinde basit boyama gösterilmiştir. Odak düzlemindeki hücreleri saymak için boyalı hücreler, aydınlık alan optik mikroskobu ve cep telefonu kullanılarak görüntülenmiştir. Boyama işlemi, mikroskobik görüntüler için hücrenin renk sinyalini 25-135 piksel yoğunluk farkı oluşturmuştur. Protokolün geçerliliği, Jurkat ve MDA-MB-231 hücre hatları negatif kontrol olarak kullanılarak belirlenmiştir. Sistemin uygulanabilirliğini göstermek için insan kan örneklerinden elde edilen lenfosit hücreleri tripan mavisi ile boyanmıştır. Çipin performansını değerlendirmek için ise ilk ve son kompartımanlardaki renk yoğunluğu değişiklikleri analiz edilmiştir. Geliştirilen yöntem ultra düşük maliyetlidir, üretilen atığı önemli ölçüde azaltır ve taşınabilirlik açısından mobil görüntüleme cihazları ile entegre edilebilir. Mikrofabrikasyon teknolojisini hücre boyama ile birleştiren bu çalışma, mikroakışkan biyosensörler alanına yeni bir katkı sunmaktadır. Gelecekte, bu yöntemi kullanarak patojenlerin tespitini göstermek amaçlanmaktadır.

Abstract:
Simple staining of cells is a widely used method in basic medical diagnostics, education, and research laboratories. The stains are low-cost, but the extensive consumption results in excessive toxic waste generation. Thus, to decrease the amount of toxic waste resulting from cell staining procedure is a need. In this study we developed a magnetically driven and compartmentalized passive microfluidic chip to perform simple staining of human eukaryotic cells, K562 cells, and lymphocyte cells derived from patients. We demonstrated simple staining on cells with trypan blue, methylene blue, crystal viyole, and safranin for high, medium, and low cell densities. The stained cells were imaged using a bright field optical microscope and a cell phone to count cells on the focal plane. The staining improved the colour signal of the cell by 25–135-pixel intensity changes for the microscopic images. Validity of the protocol was determined using Jurkat and MDA-MB-231 cell lines as negative controls. To demonstrate the practicality of the system, lymphocyte cells derived from human blood samples were stained with trypan blue. The colour intensity changes in first and last compartments were analysed to evaluate performance of the chip. The developed method is ultra-low cost, significantly reduce the waste generated and can be integrated with mobile imaging devices in terms of portability. Combining microfabrication technology with cell staining, this study reports a novel contribution to the field of microfluidic biosensors. In future, we expect to demonstrate the detection of pathogens using this method.