Determination of microbial load and somatic cell count in milk with lab-on-a-chip (LOC) device

Son 20 yılda ortaya çıkan, mikro-kanal yapılarında mikro-litreler mertebesinde akışkanın proses edilmesi için kullanılan çip-üstü-laboratuvar (ÇÜL) teknolojisi geleneksel yöntemlere bir alternatif oluşturmaktadır. Mikro-yapıların kendine has özelliklerinden dolayı ÇÜL cihazları, karmaşık analizleri geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında daha düşük maliyette, daha düşük enerji, daha düşük kimyasal sarfiyatı ile daha verimli bir şekilde yapabilmekte ve bu yönleriyle birçok alanda (biyomedikal, gıda, kimya, tıp, eczacılık, tarım vb.) çok değerli bir seçenek oluşturmaktadır. Ayrıca bu cihazlar otomasyona uygundur ve taşınabilir olma potansiyelleri vardır. Özellikle süt endüstrisinde analiz sonuçlarının hızlı alınabilmesi işletme için büyük önem taşımaktadır. ÇÜL teknolojisi bu nedenle süt endüstrisinde özellikle mikrobiyolojik analizlerde hızlı sonuç vermesi, uzman personel gerektirmemesi, az örneğe ihtiyaç duyması vb. özellikleri ile oldukça önem taşımaktadır. Çalışmanın amacı sütteki toplam bakteri ve somatik hücre sayımını yapabilecek bir ÇÜL cihazının geliştirilmesidir. Bu amaca yönelik olarak öncelikle 300μmx60μm boyutlarında kanala sahip, 3cmx1cm boyutlarında polidimetilsiloksan (PDMS) çip üretilmiştir. Daha sonra sütte floresan boya ile işaretlenmiş hücreler/bakteriler bu çipin entegre edildiği ÇÜL cihazı ile sayılmış, elde edilen sonuçlar gerçek hücre konsantrasyonlarıyla/geleneksel yöntemden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. ÇÜL cihazının sayımı farklı konsantrasyonlardaki somatik hücreler için %85 doğrulukla, farklı bakteri konsantrasyonları için ise %90 doğrulukla ve her bir analiz için 20 dakikalık bir işlem ile gerçekleştirilebildiği tespit edilmiştir. Çalışmaya özel tasarlanan ÇÜL cihazı, donanım dahil nihai olarak 25x25x25cm ölçülerinde ve 9 kilogram ağırlığında olmuştur. Cihaz üzerindeki donanım haricinde her bir testin maliyetinin yaklaşık 20TL civarında olduğu hesaplanmıştır. Yapılan çalışma ile bilimsel literatüre, yerli imkanlarla geliştirilen taşınabilir ÇÜL tabanlı cihazla da ulusal sanayimize katkı sağlanacağı düşünülmektedir.Lab-on-a-chip (LOC) systems that has been emerged in the last 20 years and used for processing the fluid in a microchannel structure at microliter levels are alternative to the traditional methods. LOC devices can make complex analysis more efficient with lower cost, lower energy and lower chemical consumption as compared to traditional systems because of the unique properties they have, and they make valuable options for many applications (biomedical, food, chemistry, medicine, pharmacy, agriculture, etc.) in these aspects. In addition, these systems are suitable for automation and have potential to be portable. Especially in some cases in dairy industry, taking the results of the analysis quickly has a great importance for the company. For this reason, LOC technology is very important with their features of quick response in microbiological analysis, not skilled personel required, low amount of sample, etc. in dairy industry. The objective of the study is to develop a LOC device able to count live bacteria and somatic cells in whole milk. For this purpose, a polydimethylsiloxane (PDMS) chip with a channel size of 300μm × 60μm and a overall size of 3cmx1cm has been produced, firstly. Cells/bacteria labeled with fluorescent dye in milk were counted with LOC device and then the results were compared with the real cell concentration/ the traditional method. It has been found that LOC devices can be counted somatic cells at different concentrations with 85% accuracy and bacteria at different concentrations with 90% accuracy, in a 20 minute run for each analysis. LOC device designed in the study has an overall dimension of 25cmx25cmx25cm and weighs approximately 9 kg (included equipments). The cost of the counting for single test is estimated as 20 TL. It is expected that the study will contribute to the scientific literature and also portable LOC device developed with local resources will contribute to domestic facilities