Kan pıhtılaşma süresinin belirlenmesi için qcm tabanlı biyosensör cihaz tasarımı

Abstract

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. 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.