Nanogap based label-free impedimetric biosensors

Bir çare bulmak adına yapılan onca araştırmaya rağmen, kanser günümüzde halen temel ölüm nedenleri arasında yer almaktadır. Araştırmalar göstermiştir ki kanser vücutta bazı biyoişaretçilere sahiptir ve bu biyoişaretçileri zamanında tespit edebilmek erken tanıya ve başarılı tedavilere olanak sağlayabilir.Yerinde tanı yapabilen biyoalgılayıcılar bu görev için oldukça ümit vadedicidirler. Eğer bu biyoalgılayıcılar, duyarlılığı ve güvenilirliği düşük maliyetli ve basit bir yapı ile sağlayabilirlerse, kanserin erken aşamalarında bulunan ve henüz ciddi bir belirtiye sahip olmayan geniş kitlelere hitap edebilirler.Bu amaçla, biyoalgılayıcı yüzeyindeki algılama elemanından gelen sinyali sinyal işleme amacıyla sayısal alana dönüştürmeye yarayan çeşitli biyoalgılama mekanizmaları kullanılabilir. Bu mekanizmalardan biri olan çeli temelli algılama çok cazip bir biyoalgılama yöntemidir; çünkü bu yöntem etiketsiz, düşük maliyetli, düşük güç gerektiren, küçültülebilir ve çiple tümleştirilebilir algılama platformları sunabilir. Ancak, çeli temelli algılama sıvı ortamlarda sorunludur çünkü elektriksel ölçümler esnasında, hedef sıvıdaki elektrotlar üzerinde iyon temelli istenmeyen katmanlar (elektriksel çift katmanlar) oluşmaktadır. Ne yazık ki, bu katmanlar sıvıya uygulanan elektriksel alana karşı bir kalkan gibi davranmakta ve hedef biyoişaretçilerin algılanmasını önleyebilmektedir.Bu tezde nanoaralık temelli etiketsiz bir biyoalgılayıcı yapısı tasarlanmış ve bu tasarım kullanılarak sıvı ortamda ve düşük frekanslarda (1kHz ? 100 kHz) çeli temelli algılama gösterilmiştir. Düşük frekanslı platformlar yerinde tanı yapabilen biyoalgılayıcılar gibi düşük maliyetli uygulamalara oldukça yatkındırlar.Tasarlanan yapı nanometre düzeyinde elektrot ayrımı (nanoaralık) kullanmaktadır. Teorik hesaplamalar nanoaralığın, elektriksel çift katmanın istenmeyen etkisini azalttığını göstermiştir. Buna ek olarak, nanoaralık ölçüm için kullanılan sıvı hacmini asgari düzeye çekmeye de yardımcı olmaktadır.Biyoalgılayıcının tasarım, üretim, yüzey etkinleştirme ve biyotinleme aşamaları temizoda ortamında ve biyomimetik malzeme laboratuarında gerçekleştirilmiştir.Üretilen biyoalgılayıcılar hedef moleküllerin (streptavidin) fosfat tamponlu bir tuzlu su çözeltisi içinde tanıtılması ile test edilmiştir. Çeli ölçümleri için sığa-gerilim ölçüm birimli bir parametre inceleyici ve bir ölçüm istasyonu kullanılmıştır.Bu biyoalgılayıcılarla, etiketsiz streptavidin algılaması 100 µg/mL, 10 µg/mL, 1 µg/mL, 100 ng/mL ve 10 ng/mL derişimlerinde gözlemlenmiştir. Bu, bildiğimiz kadarıyla, nanoaralık temelli etiketsiz çeliölçer biyoalgılayıcılarla streptavidin algılanmasının ilk gösterimidir. Yukarıda belirtilen derişimler bu biyoalgılayıcıların ticari uygulamalar için ümit vadettiğini göstermektedir. Hedef ortamın dielektrik sabitine duyarlılık, 10 kHz ölçüm frekansında dielektrik sabitindeki birim değişikliğe karşı 132 pF olarak ölçülmüştür. Güvenilirlik testleri gerçekleştirilmiştir; algılayıcıların kararlı ve tekrarlanabilir çalışırlığı kontrol edilmiş ve doğrulanmıştır.Sonuç olarak, bu kavramsal ispatlayıcı çalışma nanoaralık temelli biyoalgılayıcıların duyarlı, güvenilir, basit, düşük güç ve düşük maliyet gerektiren biyoalgılama uygulamaları için uygun ve cazip bir seçenek olabileceğini göstermektedir. Bundan sonraki adım, bu çalışmada tanıtılan platformu PSA ya da CA125 gibi belirli kanser biyoişaretçilerini algılamada kullanmak olabilir. Böylece, daha da geliştirilir ve ticarileştirilirse, nanoaralık temelli etiketsiz çeliölçer biyoalgılayıcılar gelecekte insanoğlunun kansere karşı savaşında yer alabilirler.