Development of mesoscale and microscale methods for the mechanical characterization of cells and cell-substrate ınteractions

Canlı hücreler üzerindeki mekanik etkilerin kas ve sinir dokusu hastalıkları ve kanser metastazı gibi birçok hastalıkta rol oynadığı bilinmektedir. Hücrelerin mekanik özelliklerinin ve hücre-alttaş etkileşim kuvvetlerinin ölçümü, bu hastalıkların teşhis ve tedavisi için ciddi önem taşımaktadır. Ayrıca, hücre mekaniğinin daha iyi anlaşılması, hücrelerin mikro ölçekte makine elemanı olarak kullanılmasını mümkün kılabilir. Bu çalışmada, hücrelerin mekanik özelliklerinin ve hücre-alttaş etkileşim kuvvetlerinin ölçümü için orta ve küçük ölçekte olmak üzere iki yöntem geliştirilmiştir. Orta ölçekte geliştirilen yöntem, tek eksenli çekme ile optik mikroskobun tümleştirilmesi yoluyla çalışmaktadır. Geliştirilen tek eksenli çekme cihazı, üzerinde hücreler bulunan elastik numuneye gerinim uygulamak için, mikroskop da hücreleri ve numuneyi görüntülemek için kullanılmaktadır. İçerisinde gömülü floresan kürecikler olan numuneler hazırlanarak yerel gerinim ölçümü gerçekleştirilmiştir. Bu ölçüm, hücrelerin tepkileri ve davranışları ile üzerinde bulundukları numunenin mekanik deformasyonu arasında kesin bağıntılar kurulmasını sağlayabilir. Mikro ölçekte yapılan çalışma, tek bir hücre ile tutunduğu yüzey arasındaki etkileşim kuvvetlerinin ölçümü için tasarlanan MEMS algılayıcı üzerinedir. Tasarlanan kuvvet algılayıcı, piezorezistif nanotel bileşkeler kullanarak uygulanan kuvvetin elektronik sinyale dönüştürülmesi yoluyla çalışmaktadır. Çalışma kapsamında, MEMS kuvvet algılayıcının elektromekanik tasarımı ve imalat süreç akışı geliştirilmiştir. Tasarım aşamasında piezorezistif bileşkelerin hassaslığı ve mekanik yapının uygulanan kuvveti nanotellere aktarmadaki verimliliği göz önünde bulundurulmuştur. MEMS algılayıcının ilk prototip tasarımı, imalat süreç akışı ve imalattan alınan ön çıktılar sunulmakta ve çalışmanın devamı ile ilgili olarak, uygun karakterizasyon yöntemi ve algılayıcı dizisi için imalat süreci önerilmektedir.