Atomik kuvvet mikroskobu ile biyomoleküllerin doğal ortamlarında tayini ve karakterizasyonu
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DEMET ÇATÇAT KAYIM
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): MEMED DUMAN
Özet:Diğer yüksek çözünürlük teknikleri ile karşılaştırıldıklarında, AKM'lerin en önemli özelliklerinden birisi sıvı içerisinde görüntü alabilme yeteneğidir. Ancak sıvı içerisinde görüntü alabilme ambiyant koşullara göre çok daha zordur, çünkü sıvı yüzeyi lazer ışını yansımasına neden olmaktadır ve kantileveri akustik olarak titreştirmek sıvı içerisinde zordur. Ayrıca örnek alttaş yüzeyine sıkıca tutturulmalıdır ve sıvı hücre içerisindeki hava kabarcıkları ve sıvı kaybı iyi bir yalıtım ile minimize edilmelidir. Bu tarz engellerin üstesinden gelebilmek için bu tez kapsamında ilk olarak Nanomanyetik Bilimsel Cihazlar tarafından üretilmiş olan AKM cihazında mekanik, optik ve elektronik olarak optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiş ve bu kapsamda iki prototip geliştirilmiştir. İlk prototip geliştirilirken mekanik engeller ortadan kaldırılmış ve sıvı hücre içerisinde mikron ve submikron skalada çeşitli biyolojik örneklerin görüntüleri kaydedilebilmiştir. Bu çalışmalarda varolan sıvı hücre, kantilever tutucu tasarımı ve kullanılan malzemeler literatür verileri ışığında değiştirilmiştir. Daha sonra sıvı içerisinde gerçek atomik çözürlük elde edilebilen AKM geliştirilmesi için optik yolakta ve AKM elektronik düzeneğinde iyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar neticesinde kantilever sıvı içerisinde, istenmeyen frekans eğrilerinden kaçınılarak doğru merkez frekans eğrisinde titreştirilebilmiş ve aynı zaman da düzgün bir rezonans eğrisi kaydedilebilmiştir. Bu şekilde geliştirilen AKM ile kantileverin rezonanstaki termal olarak titreşiminin gürültü tabanları sırası ile havada 19.24 fm/√Hz, sıvıda ise 28.43 fm/√Hz olarak ölçülmüştür ve atomik skalada yüksek çözünürlük görüntüleri kaydedilmiştir. Tez çalışmasının ikinci ve son kısımlarında AKM'yi çok kuvvetli bir karakterizasyon cihazı haline getiren kuvvet spektroskopi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Hücrelerin yüzeyinde bulunan farklı reseptör ve proteinlerin ilgili ligandları ile etkileşimleri, hücresel yapılanmayı ve hücrelerin birbirleri ile olan ilişkilerini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu etkileşimlerin çok daha detaylı ve tek molekül düzeyinde anlaşılması, günümüzde moleküler biyoloji ve biyofizik çalışma alanlarının en önemli sorularındandır. Kuvvet spektroskopisi, reseptör-ligand etkileşimlerini, uygun fizyolojik koşullarda pikonewton düzeyinde ölçebilen oldukça hassas bir karakterizasyon tekniğidir. Yalnız bu etkileşimlerin ölçülebilmesi ve AKM iğne ucunun hassas bir sensör gibi davranabilmesi için, ucun çeşitli kimyasal çapraz bağlayıcılar ile modifiye edilmesi gerekmektedir. Tez kapsamında AKM ucu modifikasyon çalışmaları gerçekleştirilmiş ve çeşitli yöntemler denenerek kalibrasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Validasyon çalışması olarak streptavidin-biyotin spesifik bağlanma çalışmaları model olarak kullanılmıştır. Bu çalışmalar lizozim baskılanmış polimer ile lizozim arasındaki bağlanmalar kaydedilerek sonuçlandırılmıştır. Tezin son aşaması olarak AKM'nin biyomedikal uygulamalarına örnek teşkil edecek ostesarkoma benzeri hücrelerin substrat ve inkübasyon günlerine bağlı olarak elastisite tayinleri yapılmıştır. Örneklerin elastik modülü ve sertlikleri AKM'lerin nanoindentasyon özelliği ile tayin edilebilmektedir. Bu özellik sayesinde bu çalışma kapsamında SaOS-II hücrelerinin mekaniği hakkında kantitatif bilgi edinilmiş ve çeşitli parametrelere bağlı olarak hücre elastisite ve mekaniği üzerindeki değişim karşılaştırmaları yapılabilmiştir. Sonuç olarak tez çalışmasında gürültü kaynakları minimize edilerek, akustik titreştirme ve optik ışık saçılması yöntemi ile çalışan kapalı sıvı hücre AKM geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemin hassasiyeti, tek molekül kuvvet spektroskopisi ve nanoindentasyon çalışmaları ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler ışığında tez çalışması boyunca tasarlanan kapalı sıvı hücre AKM'sinin, biyolojik moleküllerin biribileri ile olan etkileşimlerini fizyolojik ortamlarda nano ölçeklerde incelenebilmesinden dolayı temel bilimler ve tıp alanında kullanılabileceği öngörülmektedir.