Akademik Veri Yönetim Sistemi
Kaya M. (Yürütücü), Esentürk O., Öz S., Durmaz F.
Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, 2018 - 2022
Modern bilim ve teknolojinin getirdiği pek çok gelişme, çeşitli hastalıkların çok önceden teşhis
edilmesine olanak sağlayabilmektedir. Lazer ışını, içerdiği yüksek enerjiden dolayı küçük dalga
boyuna sahip olması (görünür ışık için yaklaşık olarak 0.5 mikron) ve bundan dolayı da küçük
boyutlara odaklanabilir olması, bununla birlikte belirli dalga boylarında lazer ışının emilim ve
saçılımında hava molekülleri ile reaksiyona girmemesi, lazerleri bir ışık kaynağı olarak Fiber
Optik Sensör (FOS) sisteminde kullanılmasını ve çok geniş bir yelpazede uygulama alanı
oluşturmasını cazip kılmaktadır. Günümüzde FOSler otomotiv endüstrisinden, yapısal sağlık
denetimine, biyomedikal uygulamalardan, savunma endüstrisine kadar çok geniş yelpazede
uygulama alanı bulmaktadır.
FOSlerin çalışma prensibi, fiber optik devreye giren küçük miktardaki lazer ışını şiddetinin,
uygulanan çözeltinin/ortamın kırıcılık indisine bağlı olarak değişmesi esasına dayanmaktadır.
Laboratuar ortamında üretilen 3.0 cm ile 40.0 cm' ye kadar değişen sensör başlığının, çalışılacak
çözelti ortamına daldırılması sonucu, fiber optik devredeki lazer ışını enerjisinin, sensör başlığı
çözelti ortamına daldırılmadan önceki saçılma oranından farklı olacaktır. Devredeki mevcut lazer
ışınının çok küçük miktarı fotodedektöre gönderilirken, kalan lazer ışını fiber optik devrede
dönmeye devam edecektir. Fotodedektörde toplanan her bir sinyal osiloskop yardımı ile
bilgisayara gönderilerek her bir ortama göre değişen veriler grafik olarak çıktıya dönüşmektedir.
Lazer ışınının fiber optik devrede dönme süresi ise döngü (ringdown) zamanı olarak
adlandırılmaktadır ki FOS sisteminin ayırt edici verisi bu zamandır. Mikron ve hatta nano saniye
mertebesinde olan ringdown zamanı, çalışılacak hastalıkların erken teşhisi için çok önemli
bilgiler sağlamaktadır.
Her ortamın kırıcılık indisi farklıdır. Dolayısı ile kırıcılık indisi ayırt edici bir özellik olduğu için,
FOSlerin ringdown zamanı kırıcılık indisi ile ilişkili olduğundan her ortam için farklı olacaktır.
Örneğin Alzheimer hastası olmayan sağlıklı bir bireyden alınan kan değerlerinin ölçümündeki
ringdown zamanı T1 iken, Alzheimer hastası olan bir bireyin bu değerleri ölçümü ringdown
zamanı T1 değil, farklı bir ringdown zamanı olan T2 olacaktır. Çözeltilerin kırıcılık indisleri farklı
olduğu için ringdown zamanları farklı ölçülecektir. FOSlerin en önemli özelliklerinden olan
yüksek ölçüm duyarlılığı ve hızlı ölçüm özelliği ile sensör çevresindeki ortam değişikliği sonucu
değerlerdeki anlık değişimler anlık kayıt edilebilmektedir. Maliyet açısından uygun olması, ışık
kaynağı dalgalanmalarına duyarsız oluşu, hafifliği, esnekliği, vb. bir çok özellikleri FOSleri çok
cazip kılmaktadır.
FOSlerin biyomedikal uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılması kanser, Alzheimer, şeker
hastalığı, vb. gibi önemli hastalıkların erken teşhisinde bu sensörlere büyük bir potansiyele
kazandırmıştır. Bu proje önerisi özet ifadeyle, yüksek hassasiyete sahip FOSlerin üretilmesi ve
üretilen FOSlerin Alzheimer hastalığının erken teşhisi için kullanılması konularını kapsamaktadır.
Bir beyin hastalığı olan Alzheimer hastalığının çeşitli fiziksel belirtileri mevcuttur. Bunlar
gündelik hayatı etkileyen unutkanlıklar, zamanla ve yerle ilgili kafa karışıklığı, görüntüleri
algılama zorluğu, vb. belirtilerdir. Bu belirtiler ortaya çıktığında Alzheimer hastalığı teşhisi
gecikmiş olabilmektedir. Yoğun araştırmalar göstermiştir ki Fibrinogen (Fbg), beta-amyloid ve
tau proteinleri Alzheimer hastalığı için mümkün biyoişaretler (biyomarkers) olarak düşünülmektedir. Bu proje kapsamında, yapay beyin omurilik sıvısı (BOS) içerisindeki değişik
konsantrasyonlardaki beta-amyloid ve tau biyomarker (veya herhangi biri) oranına göre ölçümler
yapılacak, sensörlerin gerçek zamanlı ve nicelik olarak karşılaştırılabilir verileri almaya imkan
tanıyacak bir fiber optik sensör sistemi kurulacaktır. Beta-amyloid ve/veya tau biyomarkerindan
istenilen sonuçlar elde edilemediği takdirde, yapay kan çözeltisi içerisine değişik oranlarda Fbg
eklenerek, sensörlerin değişen Fbg oranına verdiği tepki ölçümlenerek ve sonuçlar literatüredeki
sonuçlarla kıyaslanarak Alzheimer hastalığı teşhisi ve tanısı için çalışmalar yapılacaktır. Bu
veriler FOSlerin Alzheimer Hastalığı uygulaması için bir ön çalışma için olanağı sağlayacaktır. En
düşük ölçüm limitinin belirlenmesi, Alzheimer hastalığının erken teşhisi için çok büyük bir katkı
sağlayabilecektir. Son olarak Alzheimer hastalığı teşhisinin kan, BOS gibi hiçbir numune alımına
veya canlı üzerinde teste ihtiyaç duymadan idrar testi ile mümkün olup olmayacağı
araştırılacaktır. Yapay üre çözeltisi içerisinde beta-amyloid testi yapılacak, sonuçlar
kıyaslanacaktır.
Bu projenin yürütülmesi başlıca üç aşamadan oluşacaktır. İlk aşamada FOSlerin üretilmesi ve
karakterizasyonu gerçekleştirilecek, gerekli deneysel düzenek ve ekipman oluşturulacaktır. Fiber
optik kablo devreleri ile fiber optik kesici ve birleştirici aletleri kullanılarak FOSler oluşturulacak,
bu sensörler hidroflorik asit çözeltisi içerisinde işlenerek sensör başlıkları üretilecektir. Üretilen
sensör başlıklarının sergiledikleri davranışlar ölçülecek, en ideal sensör elde edilene kadar
işlemler tekrarlanacaktır. İkinci aşamada, üretilen bu FOSlerin öncelikle hava ve saf su
ortamında bir çok kez test edilerek sensörün tekrarlanabilirliği ölçülecek, sonra bu sensörler
beta-amyloid ve tau biyomarkerlari içeren yapay BOS çözeltileri içerisinde, istenilen sonuçlar
elde edilemediği takdirde Fbg biyomarker içeren yapay kan test çözeltilerinde test edilecektir.
Ayrıca, yapay üre çözeltisi içerisinde beta-amyloid ve tau biyomarker testi yapılacak ve sonuçlar
kıyaslanacaktır. Son aşamada ise elde edilen bulgular ve sonuçlar doğrultusunda, pratik ve
endüstriyel uygulamalara yönelik çalışmalar üzerine yoğunlaşılacaktır. Projenin sağlıklı ve etkin
bir biçimde yürütülmesi için, proje yürütücüsünün yanında iki araştırmacı ve bir yüksek lisans
öğrencisinin görevlendirilmesi öngörülmektedir.
Özet olarak, burada öngörülen çalışmalar, dünyada bir çok ülkede halen aktif araştırma konusu
teşkil eden çeşitli hastalıklar için biyomarker ölçümü konusunda yeni bir sayfa açacaktır.
Alzheimer hastalığının insan sağlığına ve bedenine zarar vermeden teşhisinin ve tanısının
yapılmasını öngören yüksek potansiyele sahip bir çalışma olacaktır. Öngörülen sonuçlar elde
edildiğinde uluslararası dergilerde ve konferanslarda yayınlanabilecektir. Beklenen sonuçlar
pratik uygulamalarda da kullanılabilecek, böylelikle hem akademik hem de teknolojik-endüstriyel
alanda önemli katkılar elde edilmiş olacaktır.