Hastalık tanısı için polimer tabanlı mikroçiplerde protein tayini
Protein analysis in polymer based microfludic chips for diagnostic purposes
Yazar: ECEM SAYGILI
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Protein yapılı olan enzimler tüm organizmaların biyolojik sistemlerinde önemli bir yere sahiptirler. Biyolojik mekanizmalarla ilişkili protein aktivitesini daha iyi anlayabilmek için yapılan proteomik araştırmalar, proteinlerin karakteristik özelliklerine odaklanmıştır. Çeşitli hastalıklar bazı proteinlerin kanda yüksek miktarda bulunması veya hiç bulunmamasına neden olabilmektedir. Bu durum, proteinlerin belirli patolojik rahatsızlıkların erken teşhisinde kullanılabilirliklerinin de bir göstergesidir. Bu nedenle çalışmalar yoğun olarak proteinlerin birbirleriyle etkileşimleri ve analizlerine dayanmaktadır. Mikroakışkan teknolojilerinden biri olan çip üstü laboratuvar (çip-üstü-lab) sistemler, minyatürize edilmiş ve paralelleştirilmiş eş zamanlı reaksiyonların önünü açmaktadır. Bu sistemlerin duyarlılığı yüksek ve reaktif tüketimi oldukça kısıtlıdır. Mikroakışkan cihazlar hem kimyasal hem de biyolojik prosesler için oldukça önemli bir teknolojidir. Çip-üstü-lab sistemleri, konvansiyonel platformlara kıyasla hızlı ısı ve kütle transferi, daha yüksek reaksiyon verimleri ve reaksiyon hızları sağlamaktadır. Bu avantajlar göz önünde bulundurulduğunda, çip-üstü-lab sistemlerinin hem serbest hem de immobilize enzimlerle biyokatalitik alanda da uygulamalarına yönelik çalışmalar artmaktadır. Bir hastalığın tanısı için tek bir enzim yerine çoklu enzim tayininin yapılması önem kazanmaktadır.
Bu proje kapsamında çeşitli hastalıklar için belirteç olarak kullanılan karaciğer enzimlerinin mikrosistemlere adaptasyonları hedeflenmiştir. Karaciğer enzimlerinin daha pratik ve ucuz yollarla test edilebilmesi için çoklu tayin gerçekleştirebilecek bir mikrosistem tasarımı yapılmış ve simüle vücut sıvısında ki karaciğer enzimlerinin bu sistemde ki reaksiyon ortamları optimize edilmiştir. Bu çalışmanın sonunda tasarımı yapılan mikrosistemde elde edilecek verilerin karaciğer enzimlerinin tayini için bir hasta başı tanı kiti oluşturulmasında ilk adımı tamamlaması hedeflenmiştir.

Abstract:
Enzymes are mainly globular proteins, having significant roles in the biological systems of all living organisms. The high concentration or absence of proteins in blood can further be used in diagnosis of a particular pathology at an early stage. Current studies are intensely based on the analysis of interaction and detection of proteins. Lab-on-a-chip (LOC) systems with high sensitivity and limited reagent consumption allow miniaturized and parallelized reactions simultaneously. In comparison to the conventional platforms, higher reaction yields and rates, rapid heat exchange as well as mass transfer can be obtained in microfluidic systems due to their micro-dimensions. As a result of these advantages, the use of LOC is increasing in the field of biocatalysis by using both free and immobilized enzymes. Incorporation of multiple enzymes on a microfluidic platform instead of a single enzyme is getting more important for diagnosis of a diseases. Thus, the aim of this study was to adapt liver enzymes to the LOC systems to enhance more practical and affordable enzyme tests. Therefore, polymer, glass and paper based microplatforms were designed, developed, and compared to find out the best platform to detect enzyme levels in body fluid samples. Spectroscopic analysis, electrical measurement and qualitative color analysis were used as detection methods. The most significant results were obtained through the spectroscopic analysis. The latter method was qualitative color detection and it was observed that with the descending concentration of enzyme, the color shade was changing as well. In regards to the electrical sensing model, it is concluded that the designed electrode system which requires more complex structure and optimization parameters, was not applicable for this study.