DEVELOPMENT OF LOOP-MEDIATED ISOTHERMAL AMPLIFICATION (LAMP) BASED BIOSENSOR SET FOR DETECTION OF GENETICALLY MODIFIED ORGANISMS (GMO) AND Escherichia coli (E. Coli)
GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALARIN (GDO) ve Escherichia coli BAKTERİSİNİN (E. Coli) TESPİTİ İÇİN İLMİĞE DAYALI İZOTERMAL ÇOĞALTMA (LAMP) TABANLI BİYOSENSÖR SETİ GELİŞTİRİLMESİ
- Tez No: 614917
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELTEM ELİTAŞ, DOÇ. DR. AYHAN BOZKURT, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR GÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Mekatronik Mühendisliği, Biyomühendislik, Biotechnology, Mechatronics Engineering, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Sensörler, Sensors
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Genetiği değiştirilmiş organizmalara (GDO) sahip ürünlerin Dünya çapında kullanımı yasal çerçeveler altında olmaktadır. GDO'nun kullanım sınırları, ülkelerin yönetmelikleri ile belirlenmiştir. Türkiye'de 2010 yılında yürürlüğe giren“Genetik Yapısı Değiştirilmiş Organizmalar ve Ürünlerine Dair Yönetmelik”ile bu sınırlar çizilmiştir. Bu yönetmelik sonucunda GDO'lu ürünlerin kullanım kontrolü tespit ve sınıflandırma sürecinden geçmektedir. Araştırma camiası bağlamında önemli sayılan GDO ürün tespitine yönelik çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. GDO tespiti için Polimeraz Zincir Reaksiyonu, Ligaz Zincir Reaksiyonu, Dönen Daire Çoğaltması yöntemleri gibi çeşitli DNA amplifikasyon metotları vardır. Bu çalışmada hızlı sonuç veren ve daha az sıcaklık çevrimi gerektirmesiyle ilmiğe dayalı izotermal çoğaltma (LAMP) metodu kullanılmıştır. LAMP metodunun gerçekleşmesi için, numunenin 60-65⁰C derecede 35-120 dakika arasında tutulması gerekmektedir. Ayrıca, bu metot için kullanılan geleneksel laboratuvar cihazları; ağır (1-12 kg), pahalı (1300-15000 €), taşınamaz ve teknik bir bilgiye sahip kullanıcı tarafından çalıştırılabilecek özelliklere sahiptir. Bu çalışma, GDO ve Bakteri tespitinde LAMP metodunun laboratuvar ortamı haricinde kullanılabilmesine olanak sağlayacak taşınabilir (108-240 g) bataryalı sistemi ile her yerde kullanılabilir, hızlı (< 30-40 dakika), maliyeti düşük (< 25-30 €) ve cep boyutlarına (6x6x3-9.7x6.8x5 cm) sahip iki adet prototip cihazın tasarımı, imalatı ve performans analizini sunmaktadır. Bu cihazlar içinde sıcaklığı hassas bir şekilde tutan denetleyici, ısıtıcı tasarımı, geri bildirim devresi ve cihazın dış kısmı mekanik ve elektronik tasarım programları ile hazırlanmıştır. Hazırlanan elektronik devre ve ısıtıcı PCB cihazında, cihazın dış kısmı 3B yazıcı ile üretilmiştir. Çeşitli ısıtma elemanları (Peltier, Tel sargı, Cartridge ısıtıcı) denenmiştir. Bu denemeler de ısıtıcıların esnek olmama ve cihaza göre modifiye edilememe durumları görülerek matematiksel olarak yeni ısıtıcılar modellenmiş ve PCB üzerine baskı yapılarak cihaza özel ısıtıcılar oluşturulmuştur. Elektronik devre, sıcaklığın hassas bir şekilde (±0.2⁰C) kalmasını sağlayan geri beslemeli olarak yazılan oransal-integral-türevsel (Proportional Integral Derivative, PID) kontrol kodu ile çalışmaktadır. Bu hassaslığı sağlaması için PID kontrole ait parametreler Ziegler-Nichols Metodu ile hesaplanarak bulunmuştur. Bu çalışma, E.coli bakterisinin tespitine yönelik çalışmaları da içermektedir. Tespit yöntemi LAMP metodu kullanılarak yapılmış ve yüksek çıktı (105 mikro kanal) alınmasını sağlayan ikinci bir cihaz tasarımı olarak sunulmuştur. GDO analiz kısmı için %0, %0.1, %1 ve %10 GDO içeriğine sahip Roundup Ready Soya (Round Ready Soybean (RRS), gts40-3-2) ve bakteri analizi için de E. Coli ATCC 10536 bakteri çeşidi kullanılmıştır. Hem GDO analizi, hem de Bakteri analizi hem cihazlarla hem de ticari cihazlarla yapılarak karşılaştırılmış ve benzer hassasiyet ve doğruluk değerleri elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The worldwide usage of products with genetically modified organisms (GMOs) is constrained by different legal frameworks. GMO's usage limits are determined by the related regulations in each countries.“Regulation on Genetically Modified Organisms and Products”named law – effective since 2010 – draws the aforementioned conditions in Turkey. As a consequence, a variety of products are monitored by undergoing a GMO detection and classification processes. Researchers have been proposing different works regarding the specifically important problem of GMO-based products' detection. Various methods such as Polymerase Chain Reaction, Ligase Chain Reaction, Rotating Circle Amplification are commonly used for DNA amplification, a crucial preprocessing step of the detection process. In this work, the loop-based isothermal amplification (LAMP) method which provides fast results and requires fewer temperature cycles is used. For the LAMP method to be properly implemented, the sample should be kept at 60-65⁰C between 35-120 minutes. Conventional laboratory devices used for this purpose can be characterized - on average – to be heavy (1-12 kg), expensive (1300-15000 €), unmovable and only operable by trained experts. In this thesis, we present the design, implementation and performance analysis of two prototype GMO-based product and bacteria detection devices that are portable (108-240 g) , fast (<30-40 minutes), affordable (<25-30 €) and pocket-size (6x6x3-9.7x6.8x5 cm) provided with battery system that allows its functionality outside laboratory environment. The temperature level controller, heater design, feedback circuit and the exterior of the device are prepared via different mechanical and electronic design software. Different heating elements (Peltier, Wire winding, Cartridge heater) have experimented for selection purposes. In these experiments, the heaters were found to be not flexible and cannot be adapted to device requirements. Accordingly, new customized heaters are mathematically modeled and then embedded on the flexible PCB. A Proportional Integral Derivative (PID) control based feedback control scheme is used to adjust the temperature with a high accuracy of (± 0.2⁰C). In order to achieve this sensitivity, parameters of PID control were fine-tuned by Ziegler-Nichols Method. In this work, we extended the devices uses to E.coli bacteria detection as well. The detection was done using the LAMP method and is presented as the second device with its customized design providing high output (105 microchannels). Roundup Ready Soybean (RRS), gts40-3-2) with 0%, 0.1%, 1% and 10% GMO content were used for GMO analysis part and E. Coli ATCC 10536 bacteria for bacterial analysis. Both GMO and Bacteria detection and analysis results were done by the proposed devices showed similar performance in terms of accuracy and sensitivity when compared to the laboratory or commercial correspondents in the market while successfully outperforming them in the other already mentioned aspects.
Benzer Tezler
- Hava örnekleme sistemi ile biyoaerosol tespiti için mikroakışkan tabanlı tanı sistemi geliştirilmesi
Development of a microfluidics-based diagnostic system for bioaerosol detection using an air sampling system
HÜLYA ERASLAN GÜLTEKİN
Doktora
Türkçe
2025
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Development of ultrasensitive and highly specific electrochemical biosensor for on site pathogen detection
Sahada patojen tespiti ̇için ultra hassas ve yüksek seçici elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
AHMET AKİF KIZILKURTLU
Doktora
İngilizce
2024
BiyoteknolojiGebze Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN DEMİRBAŞ
DR. HATİCE ESRA AĞEL
- Development of a loop mediated isothermal amplification (LAMP) based detection platform for genetically modified organism (GMO) detection
Genetı̇ğı̇ değı̇ştı̇rı̇lmı̇ş organı̇zma (GDO) tespı̇tı̇ ı̇çı̇n ı̇lmı̇ğe dayalı ı̇zotermal çoğaltma (LAMP) tabanlı algılama platformu gelı̇ştı̇rı̇lmesı̇
AYÇA NAZLI MOĞOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN AVNİ ÖKTEM
DOÇ. DR. REMZİYE YILMAZ
- Türkiye şap virüsü serotiplerinin hızlı ve güvenilir teşhisi için ilmek aracılı izotermal amplifikasyon (loop-mediated isothermal amplification-LAMP) yöntemi geliştirilmesi ve validasyonu
Development and validation of loop-mediated isothermal amplification (LAMP) method for rapid and reliable diagnosis of foot and mouth virus serotypes in Türkiye
SENA İNEL TURGUT
- Bitki hastalığı tespiti için ilmiğe dayalı izotermal çoğaltma yönteminin optimizasyonu
Optimization of loop mediated isothermal amplification assay for plant disease detection
HASAN SAĞCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Biyoteknolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESLİHAN TURGUT KARA