Hava örnekleme sistemi ile biyoaerosol tespiti için mikroakışkan tabanlı tanı sistemi geliştirilmesi

Abstract

Günümüzde hava kalitesi, özellikle kapalı ortamlarda insan sağlığını doğrudan etkileyen önemli bir çevresel faktördür. Havadaki biyolojik partiküller olarak tanımlanan biyoaerosoller, patojen mikroorganizmalar içerebildikleri için solunum yoluyla bulaşan enfeksiyonların yayılımında kritik rol oynamaktadır. Bu doğrultuda, biyoaerosollerin hızlı, güvenilir ve taşınabilir sistemlerle tespit edilmesi hem halk sağlığının korunması hem de bulaşıcı hastalıkların erken teşhisi açısından büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, havadaki Escherichia coli (E. coli) biyoaerosollerinin, izotermal koşullarda çalışan bir moleküler tanı yöntemi olan LAMP (Loop Mediated Isothermal Amplification) tekniği ile tespit edilmesi amaçlanmış; ayrıca bu yöntemin kültürleme, jel elektroforez ve elektrokimyasal ölçüm teknikleriyle karşılaştırmalı analizi gerçekleştirilmiştir. Tezin literatür bölümünde, biyoaerosollerin yapısı, çevresel etkileri, örnekleme yöntemleri (pasif ve aktif), moleküler tespit teknikleri ve biyosensör teknolojileri detaylı şekilde incelenmiştir. Özellikle sıvıya çarptırma (impingement) yöntemi, biyoaerosol toplama verimliliği açısından ön plana çıkmıştır. Ardından, hava örnekleme sistemine entegre edilebilecek bir çip tasarlanmış, PDMS (polidimetilsiloksan) kullanılarak üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çipin üretiminde kullanılan kalıp için PCB (baskı devre kartı) prototipleme cihazı kullanılmıştır. LAMP amplifikasyonlarında ısı kontrolü için özgün bir ısıtıcı sistem ve hava örnekleme numunesi çekme işlemlerinde kullanılmak üzere şırınga pompası tasarlanıp üretilmiştir. Deneysel süreçte, farklı konsantrasyonlarda hazırlanmış E. coli çözeltileri bir nebülizatör aracılığıyla kapalı bir ortama aerosolize edilmiştir. Özel olarak tasarlanan hava örnekleme şişesinde, bu bakteriler LB besiyerinde çoğaltılmış ve belirli zaman aralıklarında (10, 30, 60, 90 ve 120 dakika) peristaltik pompa ya da şırınga pompası ile sıvı numune çekme işlemi yapılmıştır. Elde edilen örnekler öncelikle kültürleme yöntemiyle agar plaklar üzerinde inkübe edilerek değerlendirilmiş, ardından LAMP yöntemi uygulanmıştır. Sonuçlar jel elektroforez yöntemi ve elektrokimyasal ölçümlerle doğrulanmıştır. Bu çalışmada geliştirilen sistem, klasik kültürleme ve PCR (Polimeraz Zincir Reaksiyonu) tabanlı analiz yöntemlerine kıyasla çok daha kısa sürede, yüksek özgüllük ve hassasiyette sonuç vermesi bakımından, acil durumlarda ve sahada kullanılabilir tanı sistemleri için umut vadetmektedir. Ayrıca çip tasarımı entegrasyonu ile sistemin taşınabilirliği artırılmış, düşük maliyetli ve kompakt bir biyosensör platformunun temelleri atılmıştır. Bu tez, çevresel sağlık alanına, enfeksiyon kontrolüne, mikrobiyal tespit ve mobil tanı alanlarına önemli katkılar sunan, yenilikçi ve çok disiplinli bir yaklaşımı yansıtmaktadır.