Kağıt tabanlı mikro akışkan çiplerin geliştirilmesi; kan matriksinde glikoz ve kanser biyobelirteç tayini
The development of paper based microfluidic chips; determination of glucose and cancer biomarker in blood matrix
Yazar: HİLAL TORUL
Danışman: PROF. DR. UĞUR TAMER
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyobelirteçler = Biomarkers ; Cep telefonu = Mobile phone ; Glükoz = Glucose ; Kan testleri = Hematologic tests ; Mikroskopi = Microscopy ; Mikroskopi-flüoresans = Microscopy-fluorescence ; Mikroçipler = Microchip ; Spektrum analizi-raman = Spectrum analysis-raman

Özet:
Bu tezde, mikro akışkan çipler kullanılarak kan örneklerinde glikoz ve kanser biyobelirteç tayini gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla üç farklı türde çip hazırlanmış ve kan örneğinde iki farklı tür hedef molekül ile test edilmiştir. Ayrıca yürütülen tez kapsamında,  taşınabilir sistemlere geçiş yapmak amacıyla cep telefonu tabanlı bir mikroskop üretilmiştir. Kendiliğinden düzenlenen tek tabaka (SAM) ve kağıt tabanlı mikroçipler kullanılarak kan matriksinde glikoz tayini ve yatay akış testleri kullanılarak karsinoembriyonik antijen (CEA) tayini gerçekleştirilmiştir. Tezin ilk çalışması olarak, kendiliğinden düzenlenme yöntemi (SAMs) ile hazırlanmış bir Yüzeyde Güçlendirilmiş Raman Saçılması (YGRS) probu (4-merkaptofenil boronik asit (4-MBA)/ 1-dekantiyol (1-DT)) kullanılarak glikoz tayini için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Analitik performans değerlendirilmiş ve kan matriksinde 2–16 mM glikoz derişim aralığında doğrusal kalibrasyon grafiği elde edilmiştir. Teşhis sınırı kullanılan referans kanda 0,5 mM olarak bulunmuştur. Referans kan örneğinde glikoz derişimi 5,61 ± 0,29 mM olarak bulunmuş ve glikozun belirtilen derişimi 6,17 ± 0,11 mM'dır. Referans kan örneğindeki glikozun geri kazanımı % 90,9 olarak bulunmuştur. Tezin ikinci çalışmasında nitroselüloz membran kullanılarak kanda glikoz seviyesinin tayini için kağıt membran tabanlı YGRS platformu geliştirilmiş ve mikro akışkan kanallar basit bir şekilde mum baskılama yöntemi ile oluşturulmuştur. Çubuk şeklinde altın nanopartiküller 4-MBA ve 1- DT molekülleri ile modifiye edilmiş ve kağıt tabanlı mikroakışkan sistemler için YGRS probu olarak kullanılmıştır. Toplam analiz süresi 5 dakikadır. YGRS ölçümlerinde, kan örneğindeki glikoz derişiminin artışına bağlı olarak B–OH titreşimini gösteren 1070 cm−1'deki bandın şiddetinde azalma gözlenmiştir. Referans kan örneğinde glikoz derişimi 5,43 ± 0,51 mM ve geri kazanımı yaklaşık % 88 olarak bulunmuştur. Yürütülen tez kapsamında son olarak, kuantum noktacıkları ve yatay akış test stripleri ile cep telefonu tabanlı floresans mikroskop kullanılarak tam kan örneğinden karsinoembriyonik antijenin (CEA) kantitatif tayini gerçekleştirilmiştir. Cep telefonu tabanlı floresans mikroskobun üretilmesi için ticari Nokia Lumia 1020 cep telefonu kullanılmıştır. Sandviç immunoreaksiyonuna dayanan yatay akış test stripleri, nitroselüloz membran yüzeyinde test ve kontrol hatlarının oluşturulmasıyla hazırlanmıştır. Optimum koşullar altında, geliştirilen yatay akış test stripleriyle sadece 80 µl örnek hacmi kullanılarak CEA protein için LOD değeri 1,0 ng/ml olarak bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler  :	YGRS, çip, kağıt tabanlı mikro akışkan sistemler, cep telefonu tabanlı floresans mikroskop

Abstract:
In this thesis, determination of glucose and cancer biomarker was carried out by using microfluidic chips in blood samples. For this purpose, three different types of chip were prepared and they were used to detect two different target molecules in blood sample. Moreover, in the scope of carried out thesis, a smartphone based fluorescent microscope was created to relate hand-held systems. The determination of glucose molecules was achieved by using self-assembled monolayers (SAMs) and paper based micro fluidic assays in blood sample and also the detection of carcinoembryonic antigen (CEA) was achieved using lateral flow test strips. As the first study of this thesis, a new detection method for blood glucose was developed using a Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) probe (4- mercaptophenylboronic acid (4-MBA)/1-decanethiol (1- DT)) embedded in self-assembled monolayers (SAMs). The analytical performance was evaluated and linear calibration graphs were obtained in the glucose concentration range of 2–16 mM, which is also in the range of the blood glucose levels, and the detection limit was found to be 0,5 mM in reference blood sample. The glucose concentration was found to be 5,61 ± 0,29 mM in the reference blood sample and the certified value for glucose was 6,17 ± 0,11 mM. The recovery of the glucose in the reference blood sample was found as 90,9 %. As the second study of this thesis, a paper membrane-based SERS platform for the determination of blood glucose level was developed using a nitrocellulose membrane as substrate paper, and the microfluidic channel was simply constructed by wax-printing method. The rod shaped gold nanoparticles were modified with 4-MBA and 1-DT molecules and used as embedded SERS probe for paper based microfluidics. Total analysis was completed in 5 min. In SERS measurements, the intensity of the band at 1070 cm−1 which is attributed to B–OH vibration decreased depending on the rise in glucose concentration in the blood sample. The glucose concentration in the reference blood sample was found to be 5,43 ± 0,51 mM and the recovery of the glucose was found as 88 %.  Ultimately, in the scope of carried out thesis, the detection of CEA was achieved from whole blood using smartphone based fluorescence microscope with quantum dot-based lateral flow immunoassay test strip. To design smartphone based fluorescence microscope, commercial Nokia Lumia 1020 was used as a cell phone. The lateral flow immunoassay which is on the basis of a sandwich immunoreaction was constructed by creating test and control lines on nitro cellulose membrane. Under optimal conditions, the LOD of CEA protein was found to be 1,0 ng/ml by using developed lateral flow assay with only 80 µL sample volume.

Key Words    :  SERS, chip, paper based microfluidic systems, cell phone fluorescence microscopes