Theses supervised by Doç. Dr. Mustafa Kocakulak
10 theses · Başkent University
Kuartz kristal yüzeyine protamin immobilizasyonu
Yapılan çalışmanın amacı kuartz kristal yüzeyine protamin immobilizasyonu yapıp, heparin miktarının kuartz kristal mikrobalans (QCM) ile ölçülmesidir. QCM cihazı; kütle değişimine göre frekans değişimi vermektedir. Çalışma sırasında bu ilkeden yararlanarak immobilizasyon sırasında moleküllerin ne miktarda tutunduğu ölçülmüştür.Kristaller; farklı derişimlerde hazırlanmış olan sistamin ve glutaraldehit çözeltilerinde etkileştirilmesiyle optimum derişim bulunmaya çalışılmıştır. Daha sonra sistamin ve glutaraldehit immobilizasyonunun gerçekleştiği kristallerde, fosfat tamponunda hazırlanmış olan protaminle immobilizasyon yapılmıştır. Protamin immobilizasyonundan sonra biyosensör oluşturulması aşamasında tedavi edici doz aralığında fosfat tamponu ile hazırlanmış olan heparin ölçümü yapılmaya çalışılmıştır.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Protamin, heparin, biyosensör, QCM, Kalp Akciğer Makinesi, Kardiyopulmoneri bypass, aktifleşmiş pıhtılaşma zamanı (ACT)
Bilirubin biyosensör tasarımı ve üretimi
Bilirubin bir safra pigmentidir ve memelilerde yaşlanmış kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobin katabolizması sonucu oluşur. İnsan vücudundaki fonksiyonu zincir kıran bir antioksidan olduğu tahmin edilmektedir. Ayrıca bu madde beyin dokusunda biriken toksik bir maddedir. Bilirubin seviyesi yüksek olan hiperbiluribinemi hastalarının tedavisinde plazmadan bilirubin uzaklaştırılması teknikleri kullanılmaktadır. Bilirubin seviyesinin ölçülmesi hastalığın teşhisinde ve tedavisinde önem taşımaktadır. Bu ölçümlerin yapılmasında standart olarak deri test cihazları, kimyasal olmayan fotometrik cihazlar ve laboratuar analizatör kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı kuartz kristalleri kullanarak yeni bir bilirubin biyosensörünün tasarımı ve üretimidir. Biyosensör üretimi için ilk aşamada kuartz kristal üzerine çapraz bağlama ve kovalent bağlama immobilizasyon yöntemleri kullanılarak albümin immobilizasyonu yapılmıştır. Van der Walls etkileşimi ile kristal üzerindeki albümin üzerine bilirubin bağlanmıştır. Kuartz kristal üzerine bağlanan bilirubin miktarı frekans değişimlerinden yaralanılarak hesaplanmıştır. Böylece yapılan çalışmalarda başarılı bir şekilde bilirubin biyosensörü tasarlanmıştır. Geliştirilen tasarımla, düşük maliyetle bilirubin seviyesini ölçebilen cihazlar tasarlanabilecektir.
QCM heparin biyosensör tasarımı
Kandaki heparin miktarının izlenmesine olanak sağlayan direk ölçüm yöntemi bulunmamaktadır. Heparin; ekstrakorporal uygulamalarda pıhtılaşmanın önlenmesi için kullanılan sülfatlı polisakkarit molekülüdür. Sunulan tez çalışması kapsamında kuvars kristallerin yüzeyine kimyasal immobilize afinite ligand ile etkileşimin neden olduğu frekans değişimi ile bir akış hücresinde insan plazmadan heparin ölçümü yapılması hedeflenmektedir. Uygulanacak kimyasal immobilizasyon yöntemi ile ligand molekülünün kristal yüzeyinde uzun süre kalması ve tekrarlanarak kullanılması hedeflenmektedir. Sunulan tez çalışması kapsamında; 1 ) Elektromekanik ve Elektronik Tasarım 2) Sensör oluşturulması 3) Plazmadan heparin ölçümü gerçekleştirilmiştir. Kuvars kristal frekansının ölçülebilmesi için elektronik devre ( osilatör devresi ve frekans sayıcı devresi 12 MHz. LCD göstergeli ) tasarlanmış ve üretilmiştir. Akış hücresi teflon malzemeden tasarlanmış ve üretilmiştir. Kapalı akış devresi oluşturularak fosfat tamponundan ve plazmadan heparin ölçümü sıcaklık kontrollü ortamda gerçekleştirilmiştir.
Fosforilkolin kaplı oksijenatör fiberlerine protein adsorbsiyonunun incelenmesi
Açık kalp cerrahisi esnasında kalp ve akciğerler geçici bir süre devre dışı bırakılmaktadır. Bu esnada hastanın hayati fonksiyonları olan dolaşım ve solunum fonksiyonları kalp-akciğer pompası ile sürdürülmektedir. Oksijenatör akciğerlerin yerini almakta ve hastanın yaşamsal fonksiyonunu devam ettirmek için gerekli olan oksijeni sağlamaktadır. Hava ağız yada burundan girer ve buralarda filitrelenip ısıtıldıktan sonra yutak ve gırtlağı takip eder nefes borusunu geçtikten sonra bronş dallara ulaşır. Oksijenatörler O2 ve CO2 değişimi yapılan ortamlardır. Membran oksijenatör; kabarcık ve film oksijenatöre göre öndoldurma hacimi daha azdır ve gaz geçişini daha iyi sagladığı için ve kan ile gazın direk temasta olmaması nedeniyle, hemoliz gibi travmaları da en aza indirir. Bir membran oksijenatör, vücut dışı dolaşım devresinde kan ve gaz akışını ayıran gaz geçirgen ince bir zardan oluşur. Yapay yüzeyle kanın teması; sistematik enflamasyon, kanama eğilimi ve organ kayıplarına neden olabilir. Bu sorunların çözümü için çeşitli kaplama türleri geliştirilmiştir. Fosforilkolin bu kaplamalar içerisinde nisbeten yeni bir kaplama türüdür. Biyomalzeme yüzeylerinin kan proteinleri ile etkileşimi biyouyumluluk çalışmalarına ışık tutmaktadır. Bu bağlamda fiber yüzeylerine adsorbe olan kan proteinleri nanoteknolojik ve yeni biyosensör yöntemleriyle incelenecektir. Adsorblanan toplam protein ölçülecek ve diğer kaplamalarla karşılaştırılacaktır. Ayrıca yüzeye adsorblanan protein profili kalınlığı elektron mikroskobisi ve nanoteknolojik görüntüleme yöntemleri incelenecektir.
Akut miyokard hasarının troponin biyosensör ile ölçülmesi
Koroner kalp hastalıkları Türkiye'de yetişkinlerde ölüm oranının en yüksek olduğu hastalıklardan biridir. Özellikle kardiyopulmoner bypass ameliyatı sonrası hastalarda miyokard enfarktüs riski oldukça yüksektir. Amerikan Kardiyoloji Derneği ve Avrupa Kardiyoloji Birliği kardiyak troponinleri miyokard enfarktüs tanısı için biyokimyasal belirteç olarak önermektedir. Bu nedenle, ameliyat sonrası hastanın hayati değerleri ile birlikte kandaki troponin seviyesinin ardışık olarak ölçülmesi gereklidir. Ancak sürekli ölçüm yapabilen hassas bir sistem henüz bulunmamaktadır. Bu çalışmanın amacı kandaki troponin protein seviyesini hassas, hızlı ve ucuz olarak ölçebilen bir sistem geliştirmektir. Bu amaçla, QCM kristalleri yüzey temizliği işleminden sonra anti-cTnT immobilize edilmiştir. Troponin konsantrasyonu, QCM sensörünün frekans değişimi ile gözlemlenmiştir. Aynı sensör farklı troponin konsantrasyonları ile test edilmiş ve frekans değerinin, troponin konsantrasyonu ile doğru orantılı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. Bu sonuç TEM görüntüleri ile desteklenmiştir. Geliştirilen sensör sistemi troponin seviyesinin gözlemlenmesi için önerilen hızlı, etkili ve ucuz bir yöntemdir.
Pulsatile akışın heparin kaplı oksijeneratör ile biyouyumluluğunun araştırılması
Açık kalp ameliyatlarının odak noktası olan kardiyopulmoner bypass'ın olabildiğince yan etkisiz olarak gerçekleştirilebilmesi için perfüzyon tekniklerinin detaylı incelenmesi gerekmektedir. Genellikle kardiyopulmoner bypas sırasında pulssuz karakterde bir dolaşım sağlamaktadır. Geliştirilen alternatif yöntemlerden biri pulslu perfüzyondur. Kardiopulmoner bypas'ın temel zararlı etkilerinden birisi, bu sırada oluşan ve fizyolojik olmayan pulssuz akımdır. Daha fizyolojik, fakat ek tartışmalar getiren bir yöntem, vücudun doğasına uygun olarak dolaşımın pulslu olarak sağlanmasıdır. Birçok araştırmacı pulslu ve pulssuz perfüzyon arasında fark görememesine rağmen organ işlevleri, histoloji, metabolizma, mikrodolaşım ve hemodinami ile ilgili yapılan incelemelerden elde edilen bulgular pulslu perfüzyonun, pulssuz perfüzyona göre bazı durumlarda dokunun metabolizmasını ve işlevini korumakta daha etkili olduğunu göstermiştir.Bu çalışmada pulssuz akışın biyouyumluluğa etkisi araştırılmıştır.Bu etkilerin araştırılması için çalışmaya dahil edilen hastalarda, açık kalp ameliyatı sırasında 3 hastaya pulslu, 3 hastaya pulssuz perfüzyon uygulanmıştır. Kullanılan vücut dışı dolaşım devresindeki heparin kaplı medos HILITE 7000 model oksijenatör çıkartılarak üzerinde yapılan işlemler sonucunda iki akış tipi arasındaki biyouyumluluk farkı araştırılacaktır. Oksijenatör yüzeyinde tutunan toplam protein ve tam kan değerleri ölçülerek, akış tiplerindeki biyouyumluluk farkları incelenecektir.ANAHTAR SÖZCÜKLER: pulslu akış, ekstrakorporal dolaşım, Medos oksijenatör , heparin kaplama, biyouyumluluk.
QCM akış ölçer tasarımı ve üretimi
Günümüzde sıvıların akışkanlığının ölçülmesinde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Endüstriyel boyuttaki bu akış ölçerlerde ölçümler makro düzeydedir. Biyomedikal uygulamalarda ise sıvıların akış hızının mikro boyutlarda ölçülmesi farklı tekniklerle yapılmakla birlikte pahalı ve birçoğu özel kurulum gerektirmektedir. QCM (kuvartz kristal mikroterazi- Quartz Crystal Microbalance) kullanılarak akış hızının ölçülmesi ile ilgili ticari bir ürün bulunmamaktadır. Literatürde sıvı ortamda QCM ile yapılan çalışmalar oldukça fazla olmasına karşın akış altında ölçüm yapılması ile ilgili yapılan çalışmalara nadiren rastlanmaktadır. Deneysel olarak yapılan bu laboratuar çalışmaları, akış hızının ölçülmesinden ziyade, akış altında sıvının özelliklerinin (viskozite, yoğunluk gibi) belirlenmesi yönündedir ve ürün haline getirilmemiştir. Sunulan tez çalışması kapsamında, QCM kristaller kullanılarak akış hücresinden geçen sıvının akış hızının neden olduğu frekans değişiminden yararlanılarak akış ölçer tasarımının yapılması hedeflenmiştir. Ayrıca tasarımda kullanılan QCM ile ürünün ticari değerinin olması hedeflenmiştir. Sunulan tez çalışması kapsamında; 1) Elektronik Devre Tasarımı 2) Akış Hücresi Tasarımı 3) Frekansmetre Tasarımı ve 4) Bilgisayar Haberleşme Tasarımı gerçeklenmiştir. QCM kristalin çalışması için osilatör devresi ve frekansın ölçülmesi için LCD göstergeli elektronik devre tasarlanmış ve üretilmiştir. Elektronik devre ile bilgisayar arasındaki haberleşme sağlanmış ve kullanıcıya yönelik bir grafik ara yüz programı yazılımı tasarlanmıştır. QCM kristalin içine yerleşeceği bir akış hücresi de akrilik malzemeden tasarlanmış ve üretilmiştir.
Pulslu ve pulssuz akışın kaplamalı oksijenatörlerde biyouyumluluğa etkisinin sem (taramalı elektron mikroskop) ile incelenmesi
Açık kalp ameliyatlarının uygulanabilmesi için kalbin ve akciğerlerin fonksiyonlarını durdurmamak ve kalbin içindeki kanı boşaltmak gerekir. Bu esnada kalbin ve akciğerlerin görevlerini yapan makinelere ihtiyaç duyulur. Bu makinelere KALP AKCİĞER MAKİNESİ denir. Kalp-akciğer makinesinde karbondioksitin uzaklaştırılıp oksijenlendirildiği kısım oksijenatördür. Oksijenatörler akciğer gibi O2 ve CO2 değişimi yapılan ortamlardır. Bu cihazın görevi hastadan alınan CO2 konsantrasyonu yüksek olan kanı temizleyip oksijen konsantrasyonu artırılmış bir biçimde hastaya sunmaktadır. Hastaların kalp ve akciğerleri geçici bir süre devre dışı bırakılmaktadır. Bu esnada hastanın yaşamsal faliyetleri kalp-akciğer pompası ile sürdürülmektedir. Oksijenatör akciğerlerin yerini alarak hastanın hayatı için gerekli olan oksijeni sağlamaktadır. Bunun yanında açık kalp ameliyatlarında hastalar pulslu ve pulssuz olmak üzere iki şekilde perfüze edilmektedir. Pulslu akışın, pulssuz akışa göre sahip olduğu yüksek enerjinin hastaya ve oksijenatör fiberine farklı etkileri olabilmektedir. Özellikle perfüzyon tipinin oksijenatör fiberi üzerine etkileri tam olarak bilinmemektedir. Sunulan bu çalışma da pulslu ve pulssuz perfüzyonun heparin kaplamalı ve kaplamasız oksijenatör fiberleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Fiberlerin yüzeylerine SEM taramalı elektron mikroskobu ile bakılarak adsorbe olan protein kalınlığı ve kan hücreleri miktarları hesaplanarak kaplamalı ve kaplamasız oksijenatörlerle karşılaştırılmıştır. Bu bağlamda bir biyouyumluluk çalışması yapılmıştır.
Anti-CD62P biyosensör ile platelet aktivasyonunun ölçülmesi
Bu çalışmanın amacı platelet aktivasyonunun kuvars kristal mikroterazi sistemlerle (QCM) daha hızlı, uygulaması kolay, hassas ve etkin bir şekilde ölçülmesidir. Gerçek zamanlı algılama özelliği ile anlık veri alınması mümkün hale gelmektedir. QCM'in klinik teşhiste son yıllarda kullanımı artarak devam etmektedir ve bu çalışma ile platelet aktivasyonunun ölçümüne alternatif bir yöntem geliştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında gümüş elektrotlu piezoelektrik kristal yüzeylerin modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Kristal yüzeyinin temizlenmesi işleminin ardından yüzeye sistamin immobilizasyonu yapılmıştır. Bu işlemlerden sonra sistamin üzerine bifonksiyonel gluteraldehit bağlanması gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında gluteraldehit bağlanmış yüzeylere platelet aktivasyonunu tanıyan ligand bağlanması sağlanmıştır. Hazırlanan kan örnekleri kullanılarak platelet aktivasyonunun varlığı anti-CD62P immobilize edilmiş kuvars kristaller ile belirlenmiştir. Bu şekilde, tasarlanan kristalin biyosensör olarak kullanılması ile platelet aktivasyonunu tanıyan yeni bir yöntem geliştirilmiştir.
Trombosit hücre membranına annexın v bağlanmasının piezoelektrik algılayıcılar ile ölçülmesi
Trombositler hemostazın sağlanmasında görev alan kan hücreleridir. Trombositler endotel dışına çıktığında ya da yabancı bir yüzeyle etkileştiğinde pıhtılaşma kaskadı devreye girer. Trombositlerin agregasyona uğramadan önceki formları oldukça önemli olup, apoptosis öncesi hakkında bilgi vermesi teşhis ve tedavi süreçlerini dolayısı ile hastanın hayatını doğrudan etkilemektedir. Bu amaçla erken trombosit apoptosisi tespiti hayati öneme sahiptir. Bu çalışmanın amacı, trombosit aktivasyonu ve erken trombosit apoptosisini hassas, hızlı ve ucuz olarak ölçebilen bir sistem geliştirmektir. Bu amaçla piezoelektrik kristallerin yüzey temizliği, hidrofilik yüzey eldesi işlemlerinin ardından sistamin ve glutaraldehit immobilizasyonu yapılarak uzatma kolu oluşturulmuştur. Erken trombosit apoptosisi tanıyıcı molekülü olan Annexin V immobilizasyonu sonrası farklı trombosit sayısı içeren kan derişimlerinde deneyler yapılmıştır. Farklı derişimler Annexin V biyosensörleri ve farklı derişimlerdeki kan süspansiyonlarındaki frekans değişimi Annexin V konsantrasyonu ve trombosit sayısıyla orantılıdır. Bu sonuç AFM ve SEM görüntüleriyle de desteklenmiştir. Geliştirilen piezoelektrik biyosensörle mevcut sistemlere göre hızlı, hassas ve ucuz bir sistemdir.