Dielectrophoresis (DEP) method is based on manipulating dielectric particles under nonuniform electric field according to their unique electrical properties. With the developments in both MEMS and microfluidics technology, DEP becomes promising technique in cell manipulation. Main advantages of the DEP can be listed as: label free operation, simple implementation and cost effectiveness. However, most of the systems implementing DEP method to manipulate cells, includes microscope, computer and signal generator which are not easily available and limiting portability. Lens-free CMOS imaging is an alternative technique in cell quantification by offering cost effectiveness, easy-to-use operation and portability. In this thesis, a lab-on-a-chip (LOC) system integrating the DEP technique with lens-free CMOS imaging to quantify manipulated cancer cells is developed.In the design phase of the system, different DEP device designs having various electrode width and interelectrode gaps are proposed. DEP devices are energized with a portable signal generator circuitry. Additionally, CMOS image sensor is operated with a smartphone for processing CMOS image data for cell quantification in stand-alone manner. Finally, mechanical integration of the LOC system is completed with 3D printed holders.Experimental results shows both functionality of the DEP device designs under different flow rates (0-3 µL/min) and counting accuracy of the CMOS imager integrated with the DEP devices. The counting accuracy of the system is above 90%.As a future development, the system performance can be increased utilizing different image reconstruction techniques for achieving better resolution. Moreover, DEP designs can be revised to selectively capture rare cells from heterogeneous cell solutions.

Dielektroforez (DEP) yöntemi, dielektrik parçacıkların ayırt edici elektriksel özelliklerine göre değişken elektrik alan altında manipüle edilmesine dayanır. MEMS ve mikroakışkanlar teknolojisindeki gelişmelerle birlikte DEP, hücre manipülasyonunda etkili bir teknik haline gelmektedir. DEP'in başlıca avantajları şu şekildedir: etiket kullanılmasını gerektirmeyen yapısı, basit uygulanması ve düşük maliyet. Bununla birlikte, DEP yöntemini uygulayan sistemlerin çoğunda, hücrelerin tespitinde kolayca bulunmayan ve taşınabilirliği sınırlayan, mikroskop, bilgisayar ve sinyal üreteci gibi cihazlar kullanılmaktadır. Lenssiz CMOS görüntüleme, düşük maliyet, kolay kullanım ve taşınabilirlik gibi avantajlar sunarak hücre incelemesinde alternatif bir teknik haline gelmiştir. Bu tezde, manipüle edilmiş kanser hücrelerini incelemek için DEP tekniğini lenssiz CMOS görüntüleme ile birleştiren bir çip-üstü-laboratuvar sistemi geliştirilmiştir.Sistemin tasarım aşamasında, çeşitli elektrot genişliği ve aralıklarına sahip farklı DEP cihazı tasarımları yapılmıştır. DEP cihazlarını taşınabilir bir sinyal jeneratör ile çalışmaktadır. Buna ek olarak, CMOS görüntü sensörü, hücre incelenmesi için görüntü verilerini işlemek üzere bir akıllı telefon ile çalıştırılmaktadır. Son olarak, çip-üstü-laboratuvar sisteminin mekanik entegrasyonu üç boyutlu yazıcı ile üretilen tutucular ile tamamlanmaktadır.Deneysel sonuçlar DEP cihaz tasarımlarının farklı akış hızlarında (0-3 μL / dakika) işlevselliğini ve DEP cihazlarıyla entegre CMOS görüntüleyicinin sayım doğruluğunu göstermiştir. Sistemin sayım doğruluğu %90'nın üzerindedir.İyileştirme olarak, daha iyi çözünürlük elde etmek için görüntüler farklı yapılandırma teknikleri kullanılarak işlenerek sistem performansı artırılabilir. Ayrıca, DEP tasarımları, heterojen hücre solüsyonlarından nadir bulunan hücreleri seçici olarak yakalamak üzere revize edilebilir.