Zincirleme polimeraz reaksiyonu için mikro sıcaklık döngüleyici tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Biyolojik ve kimyasal analitik cihazların mikroelektromekanik sistemler (MEMS) teknolojisi ile minyatürleştirilmesi, tıbbi ve mikrobiyolojik teşhis ve diğer biyolojik analizler için önemli olmuştur. Mevcut veya ortaya çıkmakta olan bulaşıcı hastalıklar, zamanında teşhisi iyileştirmek için hasta başında (POC) test ihtiyacını arttırmaktadır. Nükleik asit tespiti için geleneksel yöntemler birçok adım gerektirmektedir. Bu teknolojilerin bazıları yüksek hassasiyette olabilir. Ancak, düşük algılama limitleri, zaman ve enstrümantasyon gereksinimleri nedeniyle POC cihazlarını geliştirmede geride kalmaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, örnek ön işleme, reaksiyonlar, ayırmalar ve teşhis dahil tüm analitik adımların küçük bir çip üzerindeki mikro kanallarda verimli ve otomatik olarak gerçekleştirilmesine izin veren mikroakışkan teknolojiler kullanılmaktadır. Nükleik asit amplifikasyon yöntemlerinden biri olan polimeraz zincir reaksiyonu veya zincirleme polimeraz reaksiyonu (PCR), basitliği nedeniyle en çok kullanılan yöntem olmuştur. Mikroakışkan teknolojiler, PCR işlemlerinin hız, maliyet, taşınabilirlik, verim ve otomasyon gibi potansiyel faydaları olan bir çipte minyatürleştirilmesini sağlamaktadır. Tez çalışması ile PCR gerçekleştirebilmek için gerekli olan mikroçip ve mikro sıcaklık döngüleyici tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla yapılan mikroçip tasarımında Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) programı kullanılmış, üretiminde ise CAD yöntemlerinden biri olan lazer kesici kullanılmış ve tek odacıklı bir çip üretilmiştir. Mikroçip üretiminde kullanılan malzemeler lamel, çift taraflı bant (DSA) ve polimetilmetakrilat (PMMA) polimeri olmuştur. Mikro sıcaklık döngüleyici üretiminde kullanılmak üzere ısıtıcı eleman olarak Peltier modülü seçilmiştir. Sıcaklık kontrollerinin gerçekleştirilmesinde mikrodenetleyici ve H-Köprü modülleri kullanılmıştır. Sıcaklık döngüleyici devre analizi öncelikle bir simülasyon programında yapılmış ve PCR döngüsü gerçekleştirilebilmiştir. Daha sonra bu devreyi gerçekleyebilmek için uygun elemanlar temin edilmiştir. H köprü tipi sürücülerin modları, mikrodenetleyici ile nasıl sürüldüğüne ilişkin devre düzeneklerinin çalışması yapılmıştır. Motor sürme tekniklerinden biri olan darbe genişlik modülasyonu (PWM) tekniği ile H köprü sürme (bir mikrodenetleyici yardımı ile) denenmiştir. Temin edilen elemanlar ile öncelikle peltier modül sıcaklık testleri gerçekleştirilmiştir. Uygunlukları test edilen devre elemanları ile sıcaklık döngüsü kontrolü için geliştirilen PID kontrol algoritması birleştirilerek PCR döngüsü gerçekleştirilmiştir. Isı transferi ve akışkan akışını simüle etmek için farklı bir CAD programı daha kullanılmıştır. Bu yazılım sonlu-eleman yöntemine dayanmaktadır. Fiziğin farklı alanlarından kısmi diferansiyel denklemleri birleştirmek ve çözmek için kolaylık sağlamaktadır. Akışkan akış modülü kullanılarak mikroçip içerisinde laminar akış simüle edilmiştir. Ayrıca ısı transfer modülü kullanılarak çip malzemelerindeki ısı transferi simüle edilmeye çalışılmıştır. Tasarlanan mikro sıcaklık döngüleyici ile DNA örneği, Kırıkkale Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalında amplifiye edilmiştir. Yapılan tasarımın PCR gerçekleştirdiğini test edebilmek için, sıcaklık döngüleyici üzerinde kullanılan örnek ticari bir sıcaklık döngüleyici kullanılarak da amplifiye edilmiş ve sonrasında uygun bir analiz yöntemiyle sonuçlar belirlenmiştir.