Mikronäytteenotin soluviljelyn pH-arvon mittaamiseen

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli suunnitella ja toteuttaa mikronäytteenotin solukasvatusliuoksen pH:n mittaamiseen käyttäen osaltaan kaupallisia komponentteja, mutta myös itse valmistettuja järjestelmän osia. Päätavoitteena oli saada analysoitua pH mahdollisimman pientä näytemäärää käyttäen. Kohde, johon näytteenotin suunniteltiin, on Ihmisen varaosat – projektin aikana kehitetty ihmisen kantasolujen kasvatusympäristö.

Työn teoriaosuudessa esitellään pH:n mittausmenetelmiä, mikrofluidististen järjestelmien osia, materiaalivaihtoehtoja ja solukasvatuksen perusteita. Teoriaosuutta seuraa esiselvitys näytteenottimen suunnittelua varten. Ensiksi esitellään kaupallisia vaihtoehtoja näytteenottoon ja pH:n analysoimiseen, jonka jälkeen tutkimusesimerkki automatisoidusta pH:n analysointijärjestelmästä. Lopuksi kuvaillaan vaihtoehtoja näytteenottimen suunnittelun suuntaviivoiksi ja viimeistellään esiselvitys näytteenottojärjestelmän vaatimusmäärittelyllä.

Tutkimusmenetelmät jaetaan kahteen osioon, joista ensimmäisessä luodaan näytteenottimen alkeellinen prototyyppi ja jälkimmäisessä kehittyneempi versio. Näytteenotin valmistettiin polydimetyylisiloksaanista käyttäen pehmytlitografista menetelmää ja monipuolisia käsivalmistusvaiheita. Näytteen pH:n analysoimiseen käytettiin kaupallista Sentron MicroFET-anturin ja SI600-mittarin yhdistelmää. Näytteenottimella suoritettiin pH:n mittausta käyttäen puskuriliuoksia ja solukasvatusliuosta erisuuruisilla näytemäärillä. Tulosten perusteella lopullisen näytteenottimen analysoinnin tarkkuus kasvatusliuosmittauksissa ylsi ±0,1 yksikköön, kun näytemäärän suuruuden vaikutus poistettiin. Puskuriliuosten mittauksissa 84 % tuloksista oli ±0,2 yksikön sisällä odotetuista arvoista ottaen huomioon myös virheelliset mittaustapahtumat. Suurimpana tulosten teknisenä virhelähteenä todettiin olevan näytekeruukammion virheellinen täyttö ajoittain, joka pahimmissa tapauksissa saattoi vääristää tuloksia useita pH-yksiköitä. Lopputuloksena saatiin kuitenkin kehitettyä näytteenotin, jonka potentiaali yleiskäyttöisenä mikronäytteenottimena solukasvatuksen lisäksi on merkittävä.

Jatkotoimenpiteinä kehitystyötä on syytä jatkaa, jotta näytteenottimen analysoinnin luotettavuutta saadaan kasvatettua. Lisäksi näytteenoton automatisointi ja rakenteen jalostaminen ovat askelia kohti näytteenottimen tuotteistamista.