Design and fabrication of a low-cost piezoresistive MEMS biosensor for aflatoxin detection

Basit Öğe Kaydı
dc.contributor.advisorGökdel, Yiğit Dağhan
dc.contributor.authorErdil, Kuter
dc.date.accessioned2025-02-06T20:40:01Z
dc.date.available2025-02-06T20:40:01Z
dc.date.issued2021
dc.departmentEnstitüler, Lisansüstü Programlar Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
dc.descriptionLisansüstü Programlar Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
dc.description.abstractBu tez dahilinde, aflatoksin maddesinin tespiti için alternatif bir yöntem olarak sunulan kağıt tabanlı, delikli yapıda, çift tarafı piyezodirenç tabakalı ve aynı zamanda tek kullanımlık bir biyoalgılama sistemi tasarlanmış, üretilmiş ve kalibre edilmiştir. Burada altın standart bir biyoalgılama cihazı önermekten ziyade bünyesinde yenilikli bir yöntem barındıran, ucuz, son kullanıcı için uygun ve yeterince hassas bir cihaz sunulmuştur. Gösterilen sistem, bu nitelikte bir biyoalgılama işlemini düşük maliyetli malzemelerle gerçekleştirmek için tasarlanmıştır. Bu amaçla, önerilen tek kullanımlık biyoalgılayıcının ana üretim malzemesi 190 um kalınlığında olan belirli bir filtre kağıdı seçilmiştir. Daha hassas AFM1 ağırlıklarını algılama yeteneği elde etmek amacıyla, kağıt tabanlı konsol kiriş yapısının her iki tarafına yaklaşık 50 um kalınlığında piyezodirenç grafit macun kaplanmıştır. Önerilen kağıt tabanlı konsol kiriş yapısının bükülmesini kolaylaştırmak ve sistemin hassasiyetini daha da artırmak için belirli bir düzende delikler açılmıştır. Biyoalgılayıcının uç kısmının hemen altında yer alacak şekilde bir elektromanyetik bobin, daha sonra uca sabitlenecek BSA-AFM1 bileşiğinde mevcut olan manyetik nanoparçacıkların (Fe3O4) tepki vermesi amacıyla sisteme dahil edilmiştir. Böylelikle AFM1'in etkin kütlesi, 142 ug'dan 9.25 mg'a 65,24 kat büyük gözükecek şekilde yüksektilmiştir. Bununla birlikte, bir çevresel elektronik okuma devresi geliştirilmiştir ve algılama sistemine entegre edilmiştir. Önerilen biyoalgılama sisteminin, cihaz başına maliyeti 0.02 ABD Doları olup 142 ug çözünürlüğü ve 248 ug'a kadar olan çalışma aralığı ile aflatoksin M1 moleküllerini ölçebildiği deneysel olarak gösterilmiştir. Ölçülen aflatoksin M1 parçacıklarının ağırlıkları, rekabetçi ELISA metodu sayesinde aflatoksin maddesinin tespit edilebilmesine olanak sağlamaktadır. Nihayete erdirilmiş biyoalgılayıcı 2.82 uV/ug aflatoksin M1 molekülü hassasiyete sahiptir. Aynı zamanda, önerilen biyoalgılayıcı yapısı 3.89 mV/mN hassasiyete sahip bir kuvvet algılayıcı olarak da hizmet verebilmektedir.
dc.description.abstractIn this thesis, a paper-based perforated disposable biosensing system with a double piezoresistive layer has been designed, fabricated, and calibrated as an alternative method for aflatoxin detection. Here it is not aimed to propose a gold standard biosensing device, but we have presented a cheap, point-of-care, and sufficiently sensitive device with a novel method. The demonstrated system is designed to achieve this qualified biosensing operation with low-cost materials. For that purpose, the main fabrication material of the proposed disposable biosensor has opted as a 190 um thick specific filter paper. Approximately 50 um thick piezoresistive graphite paste is coated onto both sides of the paper-based cantilever beam with the aim of acquiring more sensitive AFM1 weight sensing capability. Additionally, the proposed paper-based structure has arrays of closely spaced perforations to facilitate the bending of the cantilever beam and further increase the system's sensitivity. An electromagnetic coil located just below the biosensor tip is included in the system to react to the BSA-AFM1 complex due to containing the magnetic nanoparticles (Fe3O4), which will then be fixed to the biosensor tip. Thus, the effective mass of the AFM1 is increased to be 9.25 mg from 142 ug with a ratio of 65.24 times. Apart from these, a peripheral electronic read-out circuitry is developed and integrated into the system. It is experimentally demonstrated that the proposed biosensing system can measure miniature AFM1 weights ranging from 0 to 248 ug with a resolution of 142 ug and costs $0.02 per device. These measurements of the magnetic nanoparticles enable the detection of aflatoxin M1 substance owing to the competitive ELISA method. The implemented biosensor has a sensitivity of 2.82 uV/ug aflatoxin M1 molecules. At the same time, it can be used as a force sensor with a sensitivity of 3.89 mV/mN owing to its force sensing qualification.
dc.identifier.endpage105
dc.identifier.startpage1
dc.identifier.urihttps://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=8tbPippmWV_b-Irrn9YEAuk1DEZa_2NRlVy_ZVqhPMu7s4H3u3sCBqAFWtSACJCx
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11411/9061
dc.identifier.yoktezid672473
dc.language.isoen
dc.publisherİstanbul Bilgi Üniversitesi
dc.relation.publicationcategoryTez
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.snmzKA_Tez_20250206
dc.subjectBiyomühendislik
dc.subjectBioengineering
dc.subjectElektrik ve Elektronik Mühendisliği
dc.titleDesign and fabrication of a low-cost piezoresistive MEMS biosensor for aflatoxin detection
dc.title.alternativeAflatoksin tespiti için ucuz maliyetli piyezodirenç MEMS biyoalgılayıcı tasarımı ve üretimi
dc.typeMaster Thesis

Dosyalar

Koleksiyon

Graduate Programs Institute Thesis Collection