Real-time analysis of cytoskeletal filaments using mems traction sensor and fluorescent microscopy

Hücrenin üzerine etkiyen kuvvetleri algılama ve yönlendirmedeki kabiliyeti hücrenin büyüme, yönelme, göç etme ve bölünme gibi birçok olayın oluşmasında önemli rol oynar. Protein yapılardan oluşan hücre sitoskeleti hücreye bu kabiliyeti kazandırmasının yanında hücreye mekanik dayanıklılık da sağlamaktadır. Sitoskelet bileşenlerinin oluşmaması durumunda hücrenin dış kuvvetlere olan direnci azalır ve bu da birçok hastalığın meydana gelmesine sebep olur. Hücrenin mekanik uyartılara nasıl dayandığı veya nasıl yönlendirdiğinin açığa kavuşturulması, sitoskelet ile ilişkili olan hastalıkların teşhisi ve tedavisi için büyük önem taşır. Bu ama doğrultusunda, sitoskelet iplikçilerin davranışlarını gözlemlemeye dayalı iki teknoloji geliştirilmiştir. Geliştirilen birinci teknoloji, sitoskelet iplikçilere etkiyen düzlemsel kuvvetlerin algılanmasına olanak sağlayan ve MEMS algılayıcılardan oluşan bir akıllı yüzey geliştirmeye dayanmaktadır. Algılayıcıların mekanik duyarlılığı ve piezoresistif tepkisi optimum seviyede olacak şekilde tasarlanmıştır. Üretim aşamasında mikron-altı şekillendirme ve iyon yoluyla katkılama imkanlarından yararlanılmıştır. Silisyum test ve SOI pullar üzerinde yapılan üretim çalışmaları başarıyla gerçekleştirilmiştir. Bu proje kapsamında geliştirilen ikinci teknolojide ise ince diyaframlar üzerinde ekilmiş hücrelere kontrollü bir şekilde kuvvet uygunabilmesini sağlayan ve flüoresans mikroskopisi ile uyumlu olan bir minyatür çekme cihazı geliştirilmiştir. Çekme cihazı, mikroskop ile senkronize edilerek istenilen alanın veya hücrenin tüm bir deney esnasında görüntüde kalmasını mümkün kılmıştır. Çekme sırasında elde edilen görüntüler için piksel-altı parçacık izleme algoritması geliştirilerek hücre veya hücre alttaşlarında oluşan deformasyon ve düzlemsel gerinimleri yüksek çözünürlükte mekân-zamansal analizi yapılmıştır. Bu çalışma literatürde polimer malzemelerde üzerinde yapılan çalışmalardaki iki önemli kusuru giderebilecektir. i) gerçek zamanlı ve ii) yüksek uzamsal çözünürlükte ölçüm yapabilme. Önerilen teknik 116 nm yer değiştirme ve 300 mikrometre gibi kısa bir uzunluk üzerinden 0.04% gerinime kadar ölçebilme kabiliyetine sahiptir.