Design and optimization of a durable gold-based microelectrode for dopamine detection
Dopamin tespiti için dayanıklı altın-tabanlı mikroelektrodun tasarımı ve optimizasyonu
- Tez No: 687359
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YASEMİN YÜKSEL DURMAZ, YRD. DOÇ. DR. MEHMET KOCATÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Nöroşirürji, Biyomühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Neurosurgery, Bioengineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoenformatik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dopamin, motor kontrol ve ödül aracılı öğrenme/bağımlılık konusunda önemli bir rol oynar. Dopamin konsantrasyonunun değiştirilmesi nörolojik hastalıklara, örneğin şizofreni, bağımlılık, ve Parkinson hastalığına yol açar. Günümüzde dopamini tespit etmek için kullanılan mikroelektrotlar zayıf duyarlılığa, düşük zamansal çözünürlüğe ve implantasyondan sonra gliyal hücrelerin büyümesine yol açan daha az biyolojik uyumluluğa sahiptir. Dopamin konsantrasyonunu izlemek ticari olarak bulunan karbon (C) mikroelektrotlara alternatif olarak kolay üretilebilen, yüksek iletkenliğe sahip ve biyouyumlu elektrotlar geliştirilmesi önem taşımaktadır. Bu ihtiyacı gidermek amacıyla, mevcut çalışmada altın bazlı bir elektrot geliştirilmiştir. Pürüzsüz altın yüzeyi, elektro kimyasal olarak grafen oksit (GO) tabakası ile kaplanmıştır. Bu şekilde duyarlılığı arttırılan yüzeyin mekanik mukavemetini ve biyouyumluluğu arttırmak için daldırıp kaplama yöntemi ile sülfonlanmış poli (eter eter keton) (SPEEK) ikinci bir yüzey olarak kaplanmıştır. Poli (eter eter keton) (PEEK) sülfonlanması ayrıca ıslanabilirliği ve iyon transferini arttırmaya yardımcı olmaktadır. Son olarak elektropolimerizasyon yolu ile polipirol tabakası biriktirilerek biyouyumluluğu kronik implantasyona daha uygun hala getirilmesi hedeflenmiştir. Mikroelektrotların yüzey morfolojisi ve yüzey analizi taramalı elektron mikroskobu yardımı ile incelenmiştir. Mikroelektrotların dopamin ölçümüne karşı duyarlılıkları elektriksel duyarlılık hızlı taramalı döngüsel voltametri (FSCV) kullanılarak en etkin kaplamanın belirlenmesi hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlar GO, SPEEK ve polipirol tabakalarının aynı anda karıştırılarak kaplanması yerine tabaka tabaka sırasıyla kaplanmasının daha etkin duyarlılık sağladığı görülmüştür. Üretilen elektrot, voltametrik dalga biçiminde sırasıyla -0,2 V ve +0,6 V iken, GO ve SPEEK tabakaları ile kaplandığında dopamin duyarlılığını dopaminin in-vivo tespiti için geleneksel olarak kullanılan karbon fiber mikroelektrotlardan 50 kattan fazla artırırken, polipirol tabakasının eklenmesi ile sadece yaklaşık 2 kat daha fazla artırmıştır. 5 saat süreyle FSCV döngülerine maruz bırakılan elektrotların dayanıklığı yüzey kaplama bileşimi ve morfolojisi incelendiğinde dayanıklılık ve dopamin duyarlılığının bu süreçten etkilenmediği görülmüştür. Oksidasyon potansiyeli uzun süre sağladığında, pirol katyon değişim tabakası oldukça yüksek biyouyumluluk ve yüksek yüzey korozyon direncine sahiptir. Bu sonuç, elektrotun genel yüzey hassasiyetini azaltsa bile gelecekteki kronik implantasyonlarda (> 1 yıl) kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Dopamine plays a vital role in motor control and reward-mediated learning/addiction. Disorders of the dopamine system lead to neurological diseases such as schizophrenia, addiction, depression, and Parkinson's disease. Currently used microelectrodes to detect dopamine have poor sensitivity, low temporal resolution, and less durability, leading to microglial reactivity after implantation. Tracking the concentration of dopamine is vital using a reproducible, highly conductive, and durable option as compared to the conventional carbon (C) fiber electrodes. To address this need, in the present work, a gold-based electrode has been developed. The smooth gold surface is electro-coated with a highly sensitive graphene oxide (GO) layer. In addition, a polymer poly (ether ether ketone) (PEEK) through the sulfonation process have charged groups introduced, to help enhance its wettability and ion transfer. This sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK), deposited by dip-coating mainly improves the thin electrode's mechanical strength and biocompatibility. The third layer of pyrrole is electrodeposited. Microelectrodes were characterized for electrical sensitivity (using the fast-scan cyclic voltammetry (FSCV)), surface morphology and composition, durability, and the effect of the deposition thickness. Layer-by-layer deposition in the order GO, SPEEK then polypyrrole gave optimal results unlike simultaneous deposition of the mixture. The sensitivity of the electrode depended on the electric conductivity and the morphology of the outer surface. The fabricated electrode improved dopamine sensitivity by over 50 folds when using GO and SPEEK whereas the addition of a polypyrrole layer reduces this to just about 2 folds more than the carbon fiber microelectrodes conventionally used for in-vivo detection of dopamine when the holding and peak potentials in the voltammetric waveform are -0.2 V and +0.6 V, respectively. Studies on durability showed that the composition and morphology of the surface coatings were not affected after 5 hours of FSCV runs at 10 Hz whilst maintaining a high degree of sensitivity. The pyrrole cation exchange layer is biocompatible and highly resists surface corrosion when supplied with an oxidizing potential in a long term. This result indicates that the electrode may be utilized in chronic implantations (> 1 year) even if it reduced the overall surface sensitivity.
Benzer Tezler
- Takım çalışması esaslı demontaj hattı için optimizasyon yaklaşımı: Beyaz eşya endüstrisinde bir uygulama
An optimization aprroach for balancing multi-manned disassembly lines: An application from white goods industry
DİCLE ASLAN
Doktora
Türkçe
2019
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ÇEVİKCAN
- Dört tekerlekli mobil tarım robotunun tasarımı ve gri kurt optimizasyon algoritması tabanlı akıllı kontrolü
Design and grey wolf optimization algorithm based intelligent control of a four wheeled mobile agriculture robot
ALİCAN KAZMACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET HAKAN DEMİR
- Sonlu elemanlar ve topoloji optimizasyon yöntemi ile bir yolcu uçağı koltuk kolçağının tasarımı
Design of a passenger aircraft seat armrest via finite element and topology optimization methods
TOLGA GÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN KEMAL SÜRMEN
- Yeni bir hibrit yapı kullanılarak hafiflik ve çarpışmaya dayanıklılık açısından elektrikli araç batarya kutusu yan profilinin kapsamlı optimizasyonu ve tasarımı
Comprehensive optimization and design of an electric vehicle battery box side profile for lightweight and crashworthiness using a novel hybrid structure
MUHAMMET ARSLAN
Doktora
Türkçe
2025
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET İHSAN KARAMANGİL
- Design and optimization of hydraulic actuator used in jet fighter
Jet uçağında kullanılan hidrolik aktüatörün tasarımı ve optimizasyonuu
AHMET DENİZCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM