Design of a microheater to improve the sensitivity of electrochemical nucleic acid biosensors

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2020

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: İREMNUR AKÇAKOCA

Danışman: Fatma Doğan Güzel

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) biyosensörlerde ölçüm yöntemi olarak kullanılır. EIS yüksek performansa sahip bir ölçüm yöntemidir fakat özellikle nükleik asit biyosensörlerinde çalışılırken duyarlılığının ve özgüllüğünün geliştirilmesine hala ihtiyaç vardır. Nükleik asit hibridizasyonunun seçiciliğini arttırmak ve hibridizasyon oranını arttırmak için bölgesel ısıtma potansiyel bir yaklaşımdır. Çalışmanın amacı, elektrokimyasal sensör elektrotlarını çevreleyen mikroısıtıcı üretimi ve çalışma alanını sınırlandırmak için entegre edilmiş PDMS'in de bir parçası olduğu hibrit-çip üretimidir. Çip tasarımı hem ısıtma hem de nükleik asitlerin tespiti (çalışma ve karşı/referans) için elektrotlardan oluşmuştur ve AutoCAD yazılımı kullanılarak dizayn edilmiştir. Isı transferi ise COMSOL Multiphysics programı kullanılarak simüle edilmiştir. Hem mikro ısıtıcı hem de biyosensör elektrotları, gölge maskesi kullanılarak termal buharlaştırma yöntemi ile üretilmiştir ve mikro ısıtıcıların sıcaklık dağılımı termal kamera kullanılarak ölçülmüştür. Sensör elektrotlarının performansı, EIS ve Mycobacterium tuberculosis için prob dizileri kullanılarak DNA hibridizasyonu üzerine yük transfer direncindeki (RCT) değişiklikler ölçülerek test edilmiştir. Sonuç olarak, DNA hibridizasyon aşamasında mikro ısıtıcıya ısı (50°C) uygulandığında, çip-içi ısıtma deneylerindeki RCT değeri yaklaşık %236'lık artış gösterirken, çip-dışı sıcaklık olmadan yapılan deneylerdeki RCT değerinin yaklaşık %90 arttığı gözlemlenmiştir. Bu gözlemden, mikro ısıtıcının gerçekten de nükleik asit hibridizasyon deneyinin performansını önemli ölçüde arttırdığı ve yüksek hassasiyetli entegre biyosensörlerin geliştirilmesinin yolunu açtığı sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, çipte laboratuvar, mikroısıtıcı, DNA hibridizasyon hassasiyeti.