Methicillin Resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is one of the most important threats of nosocomial infections in many regions of the world and Vancomycin Resistant Enterococcus (VRE) is an emerging pathogen that develops full resistance against third-generation glycopeptide antibiotics. Conventional methods for identification of MRSA and VRE generally depend on culturing, which requires incubation of biological samples at least 24-72 hours to get accurate results. These methods are time consuming and necessitate optical devices and experts for evaluation of the results. On the other hand, early diagnosis and initiation of appropriate treatment are necessary to decrease morbidity and mortality rates. Thus, new diagnostic systems are essential for rapid and accurate detection of biological analytes at the point of care.This study presents design, fabrication, and implementation of MEMS based micro electrochemical sensor (µECS) to detect the methicillin resistance in Staphylococcus aureus and vancomycin resistance in Enterococcus species. To the best of our knowledge, the developed sensor is the first µECS which utilizes on-chip reference (Ag), working (Au), and counter (Pt) electrodes together with a microchannel to detect MRSA and VRE.The characterization of the designed sensor was achieved analyzing the interactions of the buffer solutions and solvents with the electrodes and Parylene C film layer by using optical and electrochemical methods. Specific parts of genes that are indicators of antimicrobial resistances were used in order to detect the resistances with high selectivity and sensitivity. Thus, synthetic DNA and bacterial PCR product were used as target probes in redox marker based detection and enzyme based detection, respectively. In order to enhance the hybridization, folding structures of the capture probe were investigated by using mfold Web Server. In redox marker based detection, the hybridization of DNA was indirectly detected by using Hoechst 33258 as redox marker with differential pulse voltammetry. The cross reactivity of the tests were performed by using different target probes of femA genes of S. aureus and S. epidermis, which are the major genes detected in methicillin detection assays. Consequently, amplification of signal by using horseradish peroxidase and TMB/H2O2 as substrate was achieved in order to enhance detection sensitivity. The sensor could detect 0.01 nM 23-mer specific part of mecA gene with redox marker based detection and 10 times diluted PCR product with enzyme-based detection in about six hours including the steps of sample preparation from whole blood. This sensor with its compatibility to MEMS fabrication processes and IC technology has a promising potential for a hand-held device for POC through the integration of micropotentiostat.

Metisilin Dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) dünyanın bir çok yerinde hastane kaynaklı enfeksiyonların en önemli tehditlerinden biridir ve Vankomisin Dirençli Enterococcus (VRE) üçüncü nesil glikopeptit antibiyotiklere karşı tam direnç geliştiren yeni ortaya çıkan patojendir. Bu patojenlerin tanısında kullanılan geleneksel metotlar genellikle, doğru sonucun alınması için biyolojik örneklerin en az 24-72 saat inkübasyonunu gerektiren, kültüre dayanmaktadır. Bu metotlar zaman kaybettiricidir ve optik yöntemlerin kullanılmasını ve sonuçların değerlendirilmesi için uzman personel gerektirmektedir. Bununla birlikte, hastalığa yakalananların sayısını ve ölüm oranını azaltmak için erken tanı ve uygun tedavinin başlatılması gereklidir. Bu nedenle, nokta analizinde biyolojik ajanların doğru ve hızlı tanısı için yeni tanı sistemleri gereklidir.Bu çalışmada, MEMS tabanlı mikroelektrokimyasal sensörün tasarımı, mikroüretimi, ve MRSA ve VRE'nin tanısında uygulanması sunulmuştur. Bildiğimiz kadarıyla, bu sensör, MRSA ve VRE tanısında kullanılan, çip üzerinde mikrokanalları ile birlikte (Ag) referans, (Au) çalışma, ve (Pt) yardımcı elektrotlara sahip ilk mikroelektrokimyasal sensör (µECS)'dür.Tasarımı yapılan sensörün karakterizasyonunda elektrotların ve Parilen C film tabakasının kullanılan tampon çözeltilerle ve çözücülerle etkileşimi analiz edilmiştir. Antimikrobiyal direncin yüksek hassasiyetle ve seçicilikle tanısı için bu direçlerin belirteçleri olan genlerin belirli bölümleri kullanılmıştır. Bu nedenle, sentetik DNA ve bakteriyel PCR ürünü, sırasıyla, redoks işaretçi dayalı ve enzyme dayalı elektrokimyasal tanı metotlarında hedef prob olarak kullanılmıştır. Hibridizasyonu arttırmak için, kaptür probun katlanma yapıları mfold Web Server kullanılarak araştırılmıştır. Redoks işaretçi dayalı tanıda, Hoechst 33258 redoks işaretçi olarak kullanılarak diferensiyal puls voltammetrisi ile DNA hibridizasyonunun dolaylı olarak tanısı yapılmıştır. Çapraz reaktivite testlerinde metisilin tanı testlerinde sıklıkla kullanılan temel genlerden olan S.aureus'un ve S.epidermis'in femA genlerinin farklı probları kullanılmıştır. Ayrıca, tanı hassasiyetini arttırmak için horseradish peroksidaz ve TMB/H2O2 kullanılarak sinyal arttırımı sağlanmıştır. Redoks işaretçi kullanılarak 0.01 nM mecA geninin belirli 23-bazlık zincirinin tanısının ve enzyme dayalı tanı metodu kullanılarak 10 kez seyreltilmiş PCR ürünün tanısının tam kandan örnek hazırlama aşamalarını da dahil ederek yaklaşık altı saat içerisinde mümkün olduğu gösterilmiştir. MEMS üretim prosesleri ve entegre devre teknolojileri ile uyumlu bu sensör, mikropotentiyostat ile entegre edilerek nokta analizinde kullanılmak üzere elde taşınabilir sistemlerin bir parçası olabilir.