Kan pıhtılaşma süresinin belirlenmesi için QCM tabanlı biyosensör cihaz tasarımı
QCM-based biosensor device design for determination of blood coagulation time
Yazar: İREM ÖZERSAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN ERDEM HABERAL
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Kuvars kristal mikro terazi (QCM) biyosensörleri, son yirmi yılda biyomoleküllerin gerçek
zamanlı ve hızlı tespiti için umut verici araçlardır. Biyosensörlere dayalı hızlı, kullanımı
kolay ve ucuz bir biyobelirteç algılama teknolojisi geliştirilmiştir. Bu inceleme, hastalık
izleme ve teşhis sonuçları için biyobelirteçlerin nicelleştirilmesi için moleküler baskıya
dayalı kuvars kristal mikro terazi biyosensörlerindeki güncel uygulamaları sunar. QCM,
erken ve doğru klinik tanıda iyileştirme sağlayan ve hastalık tedavi sürecini
kolaylaştırabilen, kısa tespit süresine sahip, güvenilir, düşük maliyetli ve hassas bir
biyoalgılama aracıdır. Bu nedenle kanda, idrarda, tükürükte vb. hastalıkla ilgili
biyobelirteçlerin saptanması ve nicelenmesi çok önemli bir rol oynar. Daha önce
gerçekleştirilen çalışmalarla fibrin oluşumu yerinde ve elektrot yüzeyinde gerçek zamanlı
olarak tespit edilmiş ve QCM biyosensörünün yüzey kaynaklı kan pıhtılaşmasının
belirlenmesi için çok faydalı bir alternatif olduğu ortaya çıkmıştır. QCM frekans kaymaları,
başlangıç zamanı ve fibrin birikim hızı gibi genel pıhtılaşma kinetiği hakkında bilgi verir.
Klasik QCM tekniği daha önce fibrinojen konsantrasyonunu, kan pıhtılaşma faktörlerinin
aktivitesini ve pıhtılaşma süresini belirlemek için kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında kan
pıhtılaşmasında rol alan fibrinojenin yüksek hassasiyette tespiti için bir QCM biyosensörü
tasarımı amaçlanmıştır. Klinik plazma örneklerinde kan pıhtılaşma sürelerini saptamak için
laboratuvarda tasarlanan ve üretilen QCM biyosensörünü kullanmak temel hedeftir. Kan
pıhtılaşmasında görev alan fibrinojenin kütle artımıyla birlikte QCM biyosensörünün
frekans aralığındaki değişimini saptamak ve belirli bir metot geliştirerek bunu mikroakışkan
bir sistem haline getirmek amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda tez kapsamında kan
pıhtılaşmasında rol alan fibrinojenin yüksek hassasiyette tespiti için bir QCM biyosensörü
tasarımı klinik plazma örneklerinde kan pıhtılaşma sürelerini saptamak için laboratuvarda
tasarlanmıştır. Yansıra tasarlanan sistem için uygun kan hacimleri 1 uL olarak belirlenmiş
ve standartlar ortaya konulmuştur. QCM biyosensörü klinik kullanımda henüz
yaygınlaştırılamasa da bir adım olarak görülebilir. Üzerinde çalışılması gerekir. Tez
deneyleri sonuçları göz önünde bulunduğunda ilk aşama olarak kullanımı olumlu gözükse
bile gerekli laboratuvar testlerinin gerçekleştirilmesi zorunlu olmalıdır. Kan pıhtılaşmasında
görev alan fibrinojenin 1uL kan hacminde ortaya çıkmasıyla QCM biyosensörünün frekans
değişimi ortalama 450Hz olarak ortaya konulmuştur.

Abstract:
Quartz crystal microbalance (QCM) biosensors have been promising tools for real-time and
rapid detection of biomolecules over the past two decades. A fast, easy to use and
inexpensive biomarker detection technology based on biosensors has been developed. This
review presents current applications in molecular print-based quartz crystal microbalance
biosensors for quantification of biomarkers for disease monitoring and diagnostic outcomes.
QCM is a reliable, low-cost and sensitive biodetection tool with short detection time, which
can improve early and accurate clinical diagnosis and facilitate the disease treatment process.
Therefore, detection and quantification of disease-related biomarkers in blood, urine, saliva,
etc. play a very important role. Previous studies have detected fibrin formation in situ and
on the electrode surface in real time, and the QCM biosensor has proven to be a very useful
alternative for the detection of surface-induced blood coagulation. QCM provides
information on general coagulation kinetics, such as frequency shifts, onset time, and fibrin
deposition rate. The classical QCM technique has previously been used to determine
fibrinogen concentration, activity of blood coagulation factors, and coagulation time. In this
thesis, it is aimed to design a QCM biosensor for high sensitivity detection of fibrinogen,
which is involved in blood coagulation. The primary goal is to use the lab-designed and
manufactured QCM biosensor to detect fibrinogen and coagulation FVIII concentrations in
clinical plasma samples. It is aimed to determine the change in the frequency range of the
QCM biosensor with the increase in mass of fibrinogen, which is involved in blood
coagulation, and to make it a microfluidic system by developing a specific method. For this
purpose, within the scope of the thesis, a QCM biosensor design for high sensitivity detection
of fibrinogen involved in blood coagulation was designed in the laboratory to detect
fibrinogen and coagulation FVIII concentrations in clinical plasma samples. In addition,
suitable blood volumes for the designed system were determined as 1 µL and standards were
set. Although the QCM biosensor has not yet been deployed in clinical use, it can be seen as
a step forward. It needs to be worked on. Considering the results of the thesis experiments,
it should be mandatory to perform the necessary laboratory tests, even if its use as a first step
seems positive. The frequency change of the QCM biosensor was revealed as an average of
450Hz, with the emergence of fibrinogen, which is involved in blood coagulation, in 1uL blood volume.