Mikro Nano Manyetik Parçacıkları Kullanarak Biyosensörlerin Hassasiyetini İyileştirme

Abstract

Halihazırda, manyetik boncuklar gibi mikro/nano parçacıklar sadece biyosensörlerden sinyal elde etmek için değil, aynı zamanda biyosensörlerden elde edilen sinyalleri güçlendirmek için de kullanılmaktadır. Hem algılama hem de işaret artırımı için çoğunlukla antikor-antijen bağlanması gibi biyomoleküllerin etkileşimi esasına dayalı bağlanmalar kullanılır. Bu biyomoleküler bağlanma olayı bir çok dezavantaja sahiptir. Biyomoleküler bağlanma pH ve sıcaklık gibi ortam şartlarına karşı hassastır, bağlanma için kullanılan etiketler pahalıdır ve moleküler bağlanma fazla zaman alabilir. Bu tez çalışmasında, manyetik mikro/nano parçacıkların manyetik etkileşimine dayandırılan ve hiçbir biyomoleküler kaplama gerektirmeyen kısa sürede ve düşük maliyetli sinyal kuvvetlendirme yöntemi geliştirilmiştir. Dış manyetik alana maruz bırakılan manyetik parçacıklar manyetize olurlar ve bu parçacıklar etraflarında bölgesel bir manyetik alan oluşturarak, birbirlerini çekerler. Bu kontrol edilebilen manyetik etkileşim ve topaklanma, optik mikroskoplar ile elde edilen görüntülerdeki piksel alanının veya renk kontrastının yoğunluğundaki değişimler ölçülerek analiz edilebilir. Manyetik alan altındaki manyetik parçacıkların topaklanma dinamikleri teorik ve deneysel olarak irdelenmiştir ve bu yöntemin Escherichia Coli 0157:H7 bakterisine bağlanmış manyetik boncuklara uygulaması gösterilmiştir. Son olarak, bu sinyal kuvvetlendirme yöntemi akış kanalıyla birleştirilmiş ve model hedef protein olarak streptavidinin algılanması gösterilmiştir. Akış kanalı içerisindeki altın yüzey üzerine sabitlenmiş mikro/nano parçacıklar, bu sıvı içerisinde hareket eden demir parçacıkları zincir şeklinde toplar. Manyetik alanda oluşturulan bu topaklanmalar görüntülerin Kontrast Gürültü Oranını artırmak için kullanılır ve böylece elde edilen işaret 6-8 kat artırılır.

Currently micro/nanoparticles such as magnetic beads are not only used as labels to acquire signals from biosensors but they are also used to enhance the signals obtained from various biosensors. Magnetic beads or target are linked to other molecular labels such as fluorescence and chemiluminescence labels by biomolecules such as antibody to reach higher sensitivity and provide signal amplification for the measurement. This dependency on biomolecular binding has several disadvantages such as molecular binding is sensitive to environmental conditions such as pH and temperature, labels are costly and molecular binding may require extra time. In this thesis a time and cost efficient signal amplification method that does not need any biomolecular coating but based on magnetic interaction of magnetic micro/nanoparticles is developed. Magnetic particles subjected to external magnetic field are magnetized and form a local field around them, attract each other and accumulate along the magnetic field lines. These controlled accumulations can be used to amplify the pixel area or the contrast of magnetic particles. Accumulation dynamics of magnetic particles under magnetic field are studied and the application of this method to the Escherichia coli 0157:H7 sample is demonstrated. Lastly the integration of this signal amplification method to a flow chamber and a complete biosensing procedure is pursued. Magnetic micro/ nano particles that are immobilized on gold-coated surface under external magnetic field inside a flow chamber attract the iron nanoparticles in a running fluid to form chains of accumulations around them. The accumulations formed under magnetic field are used to improve the Contrast to Noise Ratio (CNR) of the images thus the sensitivity.