Depth scanning correlation interferometric microscopy for label-free nanoparticle detection

Virüs, protein veya eksozom gibi biyolojik nanoparçacıkların algılanması hastalık teşhisi, tedavi sürecinin izlenmesi ve yeni biyoayıraçların geliştirilmesi için önemlidir. özellikle, hücrelerden salınan eksozomlar son yıllarda kanser ve nörodejeneratif hastalıkların erken teşhisi için önem kazanmıştır. Bu parçacıkların optik yöntemler kullanılarak algılanması, küçük boyutları ve düşük kırınım indisi kontrastından dolayı oldukça zordur. Son yıllarda floresan etiketler kullanımına dayalı çeşitli algılama yöntemleri geliştirilmesine rağmen, bu yöntemler ikincil bir ayıraç kullanımını gerektirmekte, bu durum da örnek hazırlama prosedürlerini karmaşıklaştırmaktadır. Bunun yanı sıra floresan etiket temelli algılayıcılar, fototoksisite, sönümlenme ve ışık doygunluğu gibi etkenlerden olumsuz olarak etkilenmektedir. Etiketsiz algılama yöntemleri bu gibi sorunlardan etkilenmediği gibi, parçacıkların boyu ve dielektrik indisi gibi parametreler hakkında da bilgi sağlamaktadır. Etiketsiz bir yöntem olan genişalanlı interferometrik mikroskopi tekniği nanoboyutlu parçacıkların görüntülenmesine olanak tanımaktadır. Fakat bu teknik kısıtlı hassasiyet, kısıtlı boyut ölçüm kapasitesi ve yüzey tutucu miktarındaki değişkenler nedeniyle sonuçların yanlış yorumlanması gibi sorunlara sahiptir. Bu tezde, bu sorunların çözümü için iki ayrı interferometrik algılama sistemi önerilmiştir. İlk olarak, döküman tarayıcısının modifiye edilmesiyle elde edilen düşük maliyetli bir interferometrik biyoalgılayıcı tanıtılacaktır. 10 saniyede 4mm x 4mm (A4 döküman boyuna ölçeklenebilir), geliştirilen biyoalgılayıcıyla mikrodizi formatında DNA hibritleşmesi ve DNA yardımlı antikor bağlanması gösterilmiştir. Geliştirilen bu sistem tek başına bir biyoalgılayıcı olarak kullanılabilmesinin yanında, mikrodizi deneylerinden önce yüzey tutucu antikorların karakterize edilmesi için de kullanılabilir. İkinci olarak, interferometrik mikroskoplarda hassasiyetin (algılanabilecek en küçük parça boyutu), odak dışı görüntülerin analiz edilmesiyle arttırılabileceğini gösterilmiştir. Geliştirdiğimiz özgün bir yöntem derinlik taramalı korelasyon interferometrik miktoskobuyla, 30 nm çapındaki polistiren parçacıklar, 300 µmx 200 µmboyutlarında bir görüş alanda algılanmıştır. Bunun yanında, Bayez analizinin (ön bilgi), veri işleme aşamasında kullanılmasıyla daha sağlam bir şekilde parçacık karakterizasyonunun yapılabileceği gösterilecektir. Fiziksel bir modelin, elde edilen nanoparçacık interferometrik mikroskop verisine Markov Zinciri Monte Carlo yöntemiyle eklenmesi ile birlikte parçacık parametrelerinin tahmin edilmesi sağlanacaktır. Ek olarak, tümör hücrelerinden ayrıştırılan eksozomların algılanması ve nötrofil hücre dışı tuzaklarının görüntülenmesi, biyolojik uygulamalar olarak gösterilecektir