Taşınabilir üremi ve fosfatemi tanı ve takip cihazının geliştirilmesi
Development of portable uremia and phosphatemia diagnosis and follow-up device
Yazar: ÖZLEM TAVUKÇUOĞLU
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Kronik böbrek yetmezliği hastalığında ortaya çıkan üremik sendromlar ve hiperfosfatemi, bu hastalar için hızlı bir şekilde hayati riske dönüşebilmektedir. Riskin yavaşlaması, diyaliz ve gıda rejimi uygulamaları ile sağlanabilmektedir. Dolayısıyla kronik böbrek yetmezliği bulunan hastaların yakından takibi önem arz etmektedir. Bu durum üremi ve fosfatemiye neden olan üre ve fosfat kan değerlerinin sık aralıklarla ölçülmesini gerektirmektedir. Ancak bu ajanların rutin takibini yapacak basit ve ekonomik bir cihaz veya sisteme dünyada rastlanmamıştır. Dolayısıyla tez çalışması, kronik böbrek yetmezliği riski taşıyan hastaların kan üre, fosfat düzeylerini ve ilave olarak bu parametreler ile yakından ilişkili kan pH seviyesini etkili bir şekilde ölçen sensörlerin ve ölçüm cihazının geliştirilmesini konu almaktadır. 
Bu kapsamda fosfat ve pH seçici sensörler ile beraber kullanılacak üre biyosensör geliştirildi. Geliştirilen sensörlerin potansiyometrik performansları detaylı bir şekilde incelendi. Performans testlerinden elde edilen sonuçlar, geliştirilen fosfat, pH ve üre biyosensörlerin başarılı olduğunu göstermekteydi. Potansiyometrik performansı belirlenen fosfat, pH ve üre biyosensörlerin strip üzerinde hazırlanması araştırıldı. Diğer taraftan, yeni geliştirilen pH ve fosfat-seçici sensörlerin hazırlanmasında kullanılan aktif bileşenlerin ve matrislerin FTIR, SEM, XRD ve TGA spektrumları alınarak karakterizasyonları sağlandı. Strip tipi sensörlerin eşzamanlı ölçüm cihazında kullanımı araştırıldı.  Cihaz, fosfat ve üre miktarı ile birlikte pH değerini de takip edecek özelliklere sahip olacak şekilde tasarlandı. Tasarımı yapılan ölçüm cihazında, parmaktan alınan 5-10 mikrolitre kan örneğindeki fosfat, üre ve pH'nın takibi dikkate alındı. Bu kapsamda, böbrek yetmezliği hastalarında üremik sendrom ve hiperfosfateminin takibinde, özgünlük, duyarlılık ve doğruluk oranı yüksek olan etkili ve evde hasta tarafından konforlu bir şekilde kolaylıkla uygulanabilecek güvenilir yöntem öngörüldü. Evde veya hastanede, parmaktan alınan bir damla kanda üre, fosfat ve pH düzeylerini ölçen bu sistem dünyada ilktir. İlgili literatürde ve bu konuda etkin olan bilim insanları tarafından farklı platformlarda sıkça ifade edilen etkili, basit ve ekonomik bir takip sistemine olan ihtiyaç bu durumu desteklemektedir.

Abstract:
Uremic syndrome and hyperphosphatemia, two of the complications of chronic kidney disease, can rapidly become life-threatening. The risk can be minimalized by dialysis and dietary applications. Therefore, close monitoring of patients with chronic kidney disease is important. This necessitates frequent analysis of urea and phosphate values of blood, which causes uremia and phosphatemia. However, there is no simple and economic device or system in the world which can routinely monitor these agents. Hence, this thesis addresses the measurement device and sensors which effectively quantify blood levels of urea, phosphate, and pH, which is closely related to other parameters, for patients under risk of chronic kidney disease.
In this context, urea biosensor to be used with phosphate and pH selective sensors was developed. The potentiometric performances of the developed sensors have been examined in detail. The results from the performance tests showed that the developed phosphate, pH and urea biosensors were successful. The preparation of phosphate, pH and urea biosensors on a strip were investigated. On the other hand, FTIR, SEM, XRD and TGA spectras of the active components and matrices used in the preparation of the newly developed pH and phosphate-selective sensors were taken, and their characterization was provided. The use of a strip type sensors in a simultaneous measurement device was investigated. The device was designed to have the characteristics to monitor the pH value as well as the amount of phosphate and urea. In the designed measuring device, 5 to 10 microliters of blood taken from the finger, then phosphate, urea and pH were taken into consideration. In this context, it is predicted that a reliable method can be easily applied in patients with renal insufficiency following uremic syndrome and hyperphosphatemia, with high specificity, sensitivity and accuracy, which can be easily performed by patients at home and comfortably. At home or in the hospital, this system measures urea, phosphate and pH levels from a drop of finger. There is a need for an effective, simple and economical follow-up system that is frequently expressed in the relevant literature and by scientists active in this field on different platforms.