Developing integrated optical structures, with special respect toapplications in medical diagnostics [Integrált optikai struktúrák fejlesztése, különös tekintettel az orvos-diagnosztikai alkalmazásokra]

Petrovszki, Dániel [Petrovszki, Dániel (biofizika), szerző] Multidiszciplináris Orvostudományok Doktori Iskola (SZTE / DI)

Angol nyelvű PhD (Disszertáció) Tudományos
Megjelent: Szegedi Tudományegyetem, 54 p. 2023
    Azonosítók
    A PhD disszertációmban két, integrált optikai (IO) struktúrákon alapulójelölésmentes optikai bioszenzort ismertetek, amelyek feladata kórokozók –baktériumsejtek, vírusfehérjék – érzékeny, gyors kimutatása folyadékmintából,amelyek alapul szolgálhatnak klinikai gyorstesztekhez. Ezen típusú eszközökkelspecifikus, költséghatékony, felhasználóbarát, hordozható módon valósítható mega detektálás az optikai jel megváltozása által, kellő érzékenység mellett. Így agyakorlatban betegágymelletti („point-of-care”, POC) vagy otthonigyorstesztekként lehetnek potenciálisan alkalmazhatók a diagnózisfelállításához, ígéretes alternatívát nyújtva a hagyományos laboratóriumiteszteknek. Munkám során a kismennyiségű folyadékminta kezeléséhez abioszenzorokat üveghordozón létrehozott, mikrofluidikai csatornába integrálthullámvezetők formájában terveztem meg. Detektálásuk alapja, hogy ahullámvezetőben teljes visszaverődéssel terjedő fény kis távolságban, a felületközelében, behatol a szomszédos közegekbe is, ezt hívjuk evaneszcens térnek. Haa felületre kórokozó kötődik ki, megváltozhat a struktúrában terjedő fényfázisa, illetve az ki is szóródhat a környező közegbe, amely érzékelhető. Afelület előzetes biológiai felismerőelemmel történő bevonásával – pl.antitesttel – ez specifikusan is megvalósulhat. Első alkalmazásként egy olyanelektro-optikai bioszenzort kívántam elkészíteni, amely alkalmas baktériumoktestfolyadékokból való jelölésmentes, gyors, szelektív és érzékeny kimutatására.A célsejteken szóródó evaneszcens hullámok okozta fényszórás-mintázatokfeldolgozásán alapuló mérési elvének alkalmazhatóságát Escherichia colibaktériumsejtek szuszpenzióból történő kvantitatív kimutatásával demonstráltam.A bioszenzor érzékenységének növelésére a célsejtek polarizálhatóságátfelhasználó dielektroforézis jelenségét használtam fel, amely révén ahullámvezető közelébe helyezett elektródák felületén a sejtek szelektívgyűjtése, majd azok evaneszcens-tér alapuló detektálása megvalósítható volt. Abioszenzorral főként a baktériumok nemspecifikus detektálását valósítottam meg,azonban a dielektroforetikus sejtgyűjtés által, több vizsgálattal bizonyítanitudtam a méretszelektív érzékelés megvalósíthatóságát. Az eszközzel végzettmérések paramétereinek optimalizálásával elért, 10 percig tartó – a sejtgyűjtéstis magában foglaló – mérési idő gyorsnak tekinthető. A kísérleti módszerérzékenysége 10^2 CFU/ml (kolóniaformáló egység /ml) kimutatási határraljellemezhető, amely releváns érték egyes kórokozók testfolyadékokban (pl.vizeletben) fellépő koncentrációja szempontjából. Disszertációmban egy másodikalkalmazás is bemutatásra kerül, ez esetben egy miniatűrMach-Zehnder-interferométer alapú bioszenzort hoztam létre és alkalmaztamvírusfehérjék specifikus, mennyiségi kimutatására. Az interferometrikus mérésielvnek köszönhetően a célfehérjék gyors, pontos detektálása végezhető el. Azeszközzel a koronavírus (SARS-CoV-2) fertőzés potenciális neuroinvazív jellegétkívántam vizsgálni, amely szempontból a vírusfelszíni tüskefehérje vér-agy gátragyakorolt patológiás hatásai nagy jelentőséggel bírnak az elnyúló tünetekesetén. Továbbá a fertőzés bélrendszerben is tüneteket okozhat. Ennél azalkalmazásnál ezért a konkrét cél az interferométer alapuló bioszenzorral akoronavírus felületi tüskefehérje S1 alegységének az in vitro humán vér-agy gát,illetve bélhám biológiai gátrendszer modelleken való átjutási képességénekjellemzése volt. Így kísérleteket terveztünk a bioszenzorral a - kooperációspartnereink által készített biológiai gátrendszer-modelleken elvégzettpermeabilitásvizsgálatok során esetlegesen átjutott - tüskefehérjék specifikus,mennyiségi kimutatására. A specifikus detektálás elérésére az interferométermérőágának hullámvezető-felületét specifikus S1 fehérje antitesttelfunkcionalizáltam. Az optimális, stabil mérési feltételek eléréséhez azinterferométer munkapontját hőmérséklettel állítottam be. A bioszenzorralmeghatározható volt a gátrendszereken átjutott S1 fehérje mennyisége, valamintaz is megállapítható volt, hogy a kétféle gát-modellen ez eltérőnek mértékű. Abioszenzorral végzett kísérletek eredményei összhangban voltak a hagyományosimmunológiai tesztekéivel (ELISA). Az IO Mach-Zehnder interferométerbioszenzorral végzett kísérletek alapján tehát bebizonyosodott, hogy az eszközalkalmazható lehet hasonló orvosi diagnosztikai célokra, így a SARS-CoV-2 emberiszervezetre gyakorolt káros hatásainak vizsgálatához is hozzájárulhat.
    Hivatkozás stílusok: IEEEACMAPAChicagoHarvardCSLMásolásNyomtatás
    2024-11-02 00:06