GDO tayini için mikroakışkan biyosensör tasarlanması

Abstract

Günümüzde insan sağlığı ve çevre sağlığı için önemli bir konu olan “Genetiği Değiştirilmiş Organizma” (GDO) kavramı ve içerisinde GDO olan ürünlerin hızlı, kolay ve güvenilir olarak algılanması büyük bir önem arz etmektedir. Günümüze GDO tayinine yönelik yöntemler genellikle polimeraz zincir reaksiyonu temelli yaklaşımlardır. Bu yöntemler pahalı ekipmanlar, maliyetli reaktifler ve deneyimli personel gerektirir. Bu çalışmayla, piyasadaki GDO'ların varlığını izleme sürecinin ekonomik yükünü azaltmak için DNA hibridizasyonuna dayalı nispeten ucuz ve kullanımı kolay bir mikroakışkan biyosensör tasarlamak amaçlanmıştır. Sistemin nümerik çalışması Comsol Multiphysics 5.6 yazılımında çoklu fiziksel sistem kullanılarak yapılmıştır. Çalışmamızda GDO’nun varlığı, komplementer DNA hibridizasyonuna bağlı olarak değişen kütle ile tayin edilmektedir. Piezoelektrik alttaş olarak LiTaO3 kullanılmış olup, altın IDT’ler ile yüzey akustik dalgası üretilmiştir ve özfrekans analizi ile frekanstaki kayma hesaplanmıştır. Ayrıca modelleme yaklaşımının doğruluğu için ikinci bir çalışma yapılarak yaklaşımın doğruluğu ispatlanmıştır. Nümerik çalışma ile mikroakışkan kanal kullanmadan yüzeye DNA tutturulmasıyla elde edilen frekans tepkisi KHz düzeyinde olup, mikroakışkan kanal eklenmesiyle yapılan analizde frekans tepkisi MHz düzeyine çıkmıştır. Bu durumda mikroakışkan kanalın varlığıyla birlikte hassasiyetin arttığı görülmüştür. Ayrıca mikroakışkan kanal kullanımı, deneysel çalışmalarda yenilenmeyi ve farklı yıkama koşullarındaki deneylerin tek bir çip üzerinde yapılmasına olanak tanıyacaktır.

The concept of Genetically Modified Organism (GMO), and perception of products containing GMOs in fast, easy and reliable ways are of great importance for human and environmental health. Today, methods for GMO detection are mainly based on polymerase chain reactions. These methods require expensive equipment, costly reagents and experienced personnel. In this study, it is aimed to design a relatively inexpensive and easy-to-use microfluidic biosensor based on DNA hybridization to reduce the economic burden of monitoring the presence of GMOs in the market. The numerical study of the system was made using the multi-physical system in Comsol Multiphysics 5.6 software. In our study, the presence of GMO is determined by varying mass depending on complementary DNA hybridization. LiTaO3 was used as the piezoelectric substrate, surface acoustic wave was produced with gold IDTs and frequency shift was calculated by eigenfrequency analysis. In addition, the accuracy of the modeling approach has been proven by a second study for the accuracy of the modeling approach. The frequency response obtained by attaching DNA to the surface without using microfluidic channels by numerical study was at the level of Hz, and the frequency response was increased to MHz in the analysis made with the addition of microfluidic channel. In this case, it was observed that the sensitivity increased with the presence of the microfluidic channel. In addition, the use of microfluidic channels will allow renewal in experimental studies and experiments under different washing conditions on a single chip.