Çip üstü laboratuvar aletleri ve biyo-mikroelektromekanik sistemler (Biyo-MEMS) zamanımızın en heyecan verici teknolojilerindendir ve son 10 yılda bu konularda yapılan çalışmalar ivme kazanmıştır. Çip üstü laboratuvar aletleri bir ya da daha çok laboratuvar işlemlerinin milimetrik veya en fazla bir kaç santimetre büyüklüğündeki tek bir çipin üzerinde gerçekleştirildiği sistemlerdir. Çip üstü laboratuvar aletleri içerisine elektronik parçalar yerleştirilerek analitik ölçümlerin de yapılması sağlanabilir,bu tür biyolojik ölçüm ve işlemlerde kullanılmak üzere üretilen küçük ölçekli elektro-mekanik düzeneklere biyo-mikro-elektro-mekanik sistemler (Biyo-MEMS) adı verilmektedir. Biyo-MEMSlerin karakteristik boyutu birkaç mikron (milimetrenin 1000’de biri) ile bir kaç santimetre arasındadır. Biyo-MEMS ve çip üstü laboratuvar düzeneklerine kısaca biyo-çip adı verebiliriz. Temel araştırma, sağlık sektörü, ilaç sanayi, gıda güvenliği, savunma teknolojileri gibi alanlardaki bilimsel gelişmelere paralel olarak kimyasal/biyokimyasal analiz ve testlere olan ihtiyaç artmış ve bu testleri yapmak için eğitimli personel, sofistike aletler gerektiren ve uzun zaman alan klasik laboratuvar yöntemlerinin yerini yavaş yavaş biyo-çip entegre edilmiş küçük aletler almaya başlamıştır. Biyo-çip entegre edilmiş sistemler yeni teknoloji olduğundan geleneksel yöntemlere karşı üstünlüklerini ispat etmeleri gerekse de, bu konuda çalışmalar ve uygulamalar arttıkça bu sorun da ortadan kalkacaktır.
Biyo-çipler yapılırken mikrofabrikasyon teknikleri kullanılarak cam, silikon ve ya polimer üzerine mikro-kanallar oluşturulur ve bu mikro-kanallar sayesinde çip içerisinde sıvıların hareketi, karıştırılması ve işleme tabi tutulması sağlanır. Biyo-çipler içerisine elektronik parçalar yerleştirilerek analitik ölçümlerin yapılması sağlanabilir ve ya optik metodlarla çip üzerinde gerçekleştirlen olaylar gözlemlenir ve ölçümler yapılabilir. Biyo-çipler ile kimyasal ayrıştırma işlemleri (elektroforez, kromatografi gibi) yapılabildiği gibi, klinik analizler (kandaki bazı moleküllerin teşhis ve tanı amaçlı tayini), DNA analizleri, proteinlerle ilgili analizler, kimyasal maddelerin sentezi ve analizi, zehirli maddelerin ve ya organizmaların tesbiti gibi pek çok işlem de yapılabilmektedir. Biyo-çip teknolojisinin avantajlarını kısaca özetleyecek olursak:
- Analiz zamanı hızlıdır.
- Az sıvı kullanımı sayesinde daha az atık ve malzeme maliyeti olur.
- Hacmine nazaran yüzey alanı çok büyüktür.
- Küçük boyutu nedeni ile kontrollü sıvı akış hızı, daha çabuk ısıtma-soğutma ve ya sıvı karıştırma yapıldığından proses kontrolü daha kolaydır ve daha etkin bir analiz yapılabilir.
- Az yer kaplar ve az güç harcarlar.
- Küçük boyutu sayesinde paralel analiz yapılarak aynı anda çok sayıda işlem yapılabilir.
- Portatif ve minyatür entegre sistemlerin üretilmesine olanak tanır.
- Tehlikeli kimyasal ve biyolojik analizler için daha emniyetli bir platform oluştururlar.
- Çok sayıda üretildiğinde maliyeti ucuzlar ve tek kullanımlık çiplerin üretilmesine olanak tanırlar.
Biyo-çiplerin dezavantajlarından biri ise yukarıda da bahsettiğimiz gibi henüz kendini ispatlama aşamasında olan yeni bir teknoloji olmasıdır. Ayrıca biyo-çiplerde küçük boyutlar nedeni ile genellikle standard fizik kuralları geçersizdir ve biyo-çip dizaynı yapılırken bu farklık göz önüne alınarak çalışılmalıdır.
Bu teknolojilerin en önemli kullanım alanlarından biri de hastalıkların teşhis veya seyrinde kullanılan pratik ve hızlı testlerin geliştirilmesine olanak sağlamalarıdır. Massachusetts General Hospital Biyo-Mikroelektromekanik Sistemleri Kaynak Merkezi Direktörü Profesör Mehmet Toner ve ekibinin geliştirdiği ve kandaki kanser hücrelerin tesbitinde kullanılan çip bu konuda güzel bir örnektir. Profesör Mehmet Toner ve ekibinin geliştirdiği biyo-çip üzerinde bulunan 78 000 silindirik yükseltiler arasında kanın dolaşması sağlanır. Bu yükseltiler üzerinde kanserli hücreyi tanıyarak bağlanan antikor molekülleri yerleştirilmiştir ve eğer kan örneği içerisinde kanserli hücre varsa bu yükseltilerdeki antikorlara bağlanarak tutulurken diğer hücreler biyo-çipten çıkarlar. Böylece kanserli hücrelerin hem varlığı hem de miktarları tesbit edilmiş olur.
Laboratuvar ortamında ve uzman kişiler tarafından yapılan testler ilk önce masaüstü cihazlarla otomatik hale getirildi. Sonra çanta boyutuna indirgenen cihazlar, şimdi ise biyo-çip teknolojilerinin ilerlemesi ile elde taşınabilen ve uzman gerektirmeden ölçüm yapabilen cihazlara dönüştürülüyor. Biyo-çip teknolojisi sayesinde yakın bir gelecekte belki de saat ya da cep telefonumuza eklenecek özel bir kartuş sayesinde pek çok testi hastahane veya laboratuvara gitmeden yapabileceğiz. Yapılan test sonuçları ise anında cep telefonu veya kablosuz internet ağı ile hastanedeki veri bankalarına ve doktora ulaşabilecek. Veya zabıtalar gıda kontrolü yaptıklarında örnekleri laboratuvarlara göndermek yerine testi ellerindeki küçük test cihazları ile yapıp ona göre anında karar alabilecekler.
Yıldız Bozkurt
Yıldız'ın Dünyası 