Serhat Tozburun Laboratuvarı

Translasyonel Biyofotonik ve Optik Görüntüleme

Serhat Tozburun Research Lab. serhat.tozburun@deu.edu.tr
Grup Üyeleri
Merve Türker, Doktora öğrencisi
Hilal Deniz Yılmaz, YL öğrencisi

 

GENEL BAKIŞ

Geçen son birkaç on senede biyomedikal araştırma ve sağlık hizmetleri alanlarında optik teknolojilerinin kullanımı önemli ölçüde ve hızlı bir şekilde artmakta. Bu durum da dikkatlerin Biyofotonik ve Optik Görüntüleme çalışmaları üzerinde yoğunlaşmasına neden olmaktadır. Biyofotonik temelde lazer ışımasının oluşturulması, oluşturulan ışıma ile biyolojik doku arasındaki etkileşim üzerine temellendirilmiş geniş bir yelpazede farklı konuları kapsayan disiplinler arası bir bilim dalıdır. Disiplinler arası bir araştırma sahası olması dışında Biyofotonik; lazer fiziği, optoelektronik, fiber optik, biyofizik, ve optik görüntüleme alanlarındaki teknolojileri ortak bir noktada toplayarak tanı ve tedavi uygulamaları için yeni nesil biyomedikal cihazların geliştirilmesinde özgün ve çok önemli bir rol oynamaktadır.

Translasyonel Biyofotonik ve Optik Görüntüleme laboratuvarı olarak bizim odağımız biyomedikal uygulamalardaki zorluklara hitap eden, lazer-doku etkileşimine ve örselemesiz optik eş-fazlı görüntüleme yöntemlerine dayanan orijinal optik teknolojiler ve metodlar geliştirmektir. Ayrıca, Elektrik mühendisliği, Optik mühendisliği, Fizik, Biyofizik, Biyoloji alanlarını ve klinik tedavi uzmanlarıyla yapılacak olan profesyonel işbirliğini de içine alan çoklu disiplinli bir ortam oluşturmak amaçlanmaktadır.

ARAŞTIRMA ALANLARI

Biyofotonik ve Optik Görüntüleme alanında yakın gelecekteki gelişmelerin hastaların yaşam kalitelerine doğrudan katkı sağlayacak tanı ve tedavi uygulamaları için yeni nesil biyomedikal cihazların geliştirilmesinde önemli bir güç teşkil edeceği öngörülmektedir. Optik, fotonik, lazer fiziği, mühendislik ve tıbbi biyoloji alanlarını temel alarak; translasyonel ve orijinal AR-GE çalışmalarla bu öngörüye katkı sağlıyoruz.

Özetle; araştırmalarımız olası klinik uygulamalar ışığında ışık-doku etkileşiminin temel fiziğinden optik eş-fazlı görüntüleme sistemlerine uzanan konuları kapsamaktadır. Araştırmalarımızın ana konu başlıklarını sıralamak gerekirse: Optik Eş-fazlı Tomografi için hızlı dalgaboyu-tarayan lazer kaynaklarının geliştirilmesi, yeni nesil Optik Eş-fazlı Tomografi cihazlarının geliştirilmesi, Optik laparoskopik sonda geliştirilmesi, Kızılötesi lazer kullanılarak sinir uyarımı.

ÖNE ÇIKAN UNSURLAR

1) Potansiyel Tanı Tekniği : Optiksel Sinir Uyarımı

Yakın-kızılötesinde sürekli-dalga lazer ışıması kullanılarak yapılan Optiksel Sinir Uyarımı’nın geleneksel olarak kullanılan Elektriksel Sinir Uyarımı yöntemine potansiyel bir seçenek olduğu belirtiliyor. Optiksel Sinir Uyarımı yöntemi Elektriksel Sinir Uyarımı yöntemine kıyasla bilimsel araştırmalarda ve klinik uygulamalarda kayda değer avantajlara sahip olabilir. İlk olarak, bu yöntem için temas gerekli değildir çünkü yakın-kızılötesi lazer ışımaşı temazsız bir şekilde iletilir. İkinci olarak, bu yöntemle yüzeysel seçicilik arttırılmış oluyor çünkü lazer ışınları tipik bir elektrotun etki edeceği alandan daha küçük bir alana odaklandırılabilir ve elektrik akımının doku içindeki yayılım problemi de ortadan kaldırılabilir. Son olarak bir sinir optiksel olarak uyarıldığında ve tepkisi elektriksel olarak ya da başka bir şekilde ölçüldüğü zaman elektriksel uyarımın oluşturduğu durumlar (artifacts) ortadan kaldırılmış olur. Biyofotonik ve Optik Görüntüleme Laboratuvarında biz sinir haritalaması cihazlarının ve Optiksel Sinir Uyarım tekniğinin geliştirme çalışmalarını yapmaktayız. Bu çalışmalar sinir demetlerinin klinik operasyonlar sırasında gerçek zamanlı olarak, intraoperatif tanımlamasında ve korunmasında umut verici olabilecektir.

ONS Photothermal

Bu şekil sıçan kavernus sinirinin Optiksel Sinir Uyarımı öncesi ve uyarım sırasındaki ısısal dağılımın görüntülerini göstermekterdir. Lazer ışınlamasından hemen önce sinirin sıcaklığı temel düzeyde 33.9 santigrad dereceydi. Lazer ışınlaması sırasında bu sinirin sıcaklığı 43.3 santigrad dereceye (sinir uyarımı eşik değerinin çok az üstü) kadar yükseldi.

2) Tedavi : Endoskopik Tedavi Cihazı geliştirilmesi

Mide asitinin yemek borusuna kronik olarak geri akışından kaynaklanan ve yemek borusunun iç yüzeyinde meydana gelen enflamasyon prekanseröz durumlarla sonuçlanabilir ve yemek borusu kanseri ile ilişkilendirilebilir. Bu durum için ilaç tedavisi, endoskopik mukozal rezeksiyon ve endoskopik ablasyonu da içine alan çeşitli tedavi seçenekleri mevcut. Fakat, yine de yemek borusunun endoskopik mukozal tedavisinde dokuda minimum tahribat oluşturan bir cihaza ihtiyaç duyulmakta. Bizim ekibimiz de yemek borusundaki bu hastalıklı doku tabakasını tehlikesiz, etkili, uygun maliyetli, yüksek verimli, tek seferde ve güvenilir bir şekilde ortadan kaldırabilen yeni endoskopik cihaz tasarımları üzerinde çalışmakta.

Esophagus

Bu şekil yeni geliştirilen bir endoskopik sonda ile domuz yemek borusundan alınan OCT görüntüsünü göstermektedir.

3) Optik Görüntüleme : Dalgaboyu-taramalı Optik Eş-fazlı Tomografi (OCT)

MHz seviyelerinde A-çizgi hızı sağlayabilen Dalgaboyu-taramalı Optik Eş-fazlı Tomografi (OCT) sistemleri hızlı volümetrik anjiyografi ve volümetrik kan akışı ölçümü imkânı oluşturmaktadır. Bu ilgi çekici özellik ile; OCT teknolojisinin volümetrik kan akışının ölçülmesinin geliştirilmesi; ya da nabız atma dinamiğinde bir hacimdeki perfüzyon ölçümlerinin gerçekleştirilmesi gibi yeni uygulamalarla bir üst seviyeye taşınabileceği değerlendirilmektedir. Bu değerlendirmeyi gerçekleştirmekte önemli adımların atılmasına olanak sağlayacak çok hızlı OCT sistemlerin geliştirilmesine katkı sağlamak amacıyla; MEMS teknolojisini temel alan bir tarayıcı ve orijinal bir lazeri ışık kaynağı olarak kullanan OCT sistemlerinin geliştirilmesi ve yeni klinik uygulamalarının oluşturulması üzerinde çalışılmaktadır.

OCT System Diagram

Bu şekil OCT teknolojisi için geliştirilen yeni bir lazer tasarımını göstermektedir.

Grup Üyeleri:

IBG-izmir bünyesinde bulunan laboratuvarımızda son teknoloji araştırma olanakları mevcuttur. Biyofotonik ve Optik Görüntüleme Laboratuvarı olarak ekibimize yüksek motivasyona sahip, hevesli lisansüstü öğrenciler ve araştırmacılar aramaktayız. Özellikle Elektrik Mühendisliği, Biyomedikal Mühendisliği, Optik ve Fotonik alanlarında tecrübe sahibi olan adayların başvuruları beklenmektedir.

İlgilenen adaylar özgeçmişlerini bir ön yazıyla beraber serhat.tozburun@deu.edu.tr adresine gönderebilirler.

Eğitim/Araştırma Deneyimi
2015 – halen Yardımcı Doçent
Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir Uluslararası Biyotıp ve Genom Enstitüsü/Merkezi, İzmir, Türkiye.
2012 – 2015 Dermatoloji alanında Doktora Sonrası Araştırmacı
Massachusetts General Hospital, Boston, MA.
2012 – 2015 Doktora Sonrası Araştırmacı
Optical Imaging and Biomedical Optics Lab,Harvard Medical School, Boston, MA.
2009-2012 Araştırma Görevlisi
Neuro-Urology Lab, Johns Hopkins Medical Institution, Baltimore, MD.
2008-2012 Araştırma Görevlisi
Biomedical Optics Lab, University of North Carolina, Charlotte, NC.
2007-2008 Öğretim Görevlisi
Dept. of Physics and Optical Science, University of North Carolina, Charlotte, NC.
2005-2007 Öğretim Görevlisi
Koç Üniversitesi, Fizik Bölümü, İstanbul, Türkiye.
2012 Optik Bilim ve Mühendislik alanında Doktora
University of North Carolina, Charlotte, NC.
2007 Fizik alanında Yüksek Lisans
Koç Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
2005 Fizik alanında Lisans
ODTÜ, Ankara, Türkiye.
ÖDÜLLER VE TANINMA
• Seal of Excellence, Marie Skłodowska-Curie Actions, 2017.
• FABED Eser Tümen Araştırma Ödülü, 2016.
• 2236 Co-Funded Brain Circulation Scheme Fellowship, TÜBİTAK ve AB 7. Çerçeve Programı Marie Curie Aksiyonu, Ankara – Türkiye, 2016.
• 2232 Yurda Dönüş Araştırma Bursu, TÜBİTAK, Ankara – Türkiye, 2016.
• Optik ve Fotonik Bursu, The international society for optics and photonics – SPIE, Bellingham, WA, 2012.
• Seyehat Ödülü, 2011 SPIE Photonics West, Center for Biomedical Engineering Systems, Charlotte, NC, 2011.
• Seyehat Ödülü, 2010 SPIE Photonics West, University of North Carolina, Charlotte, Charlotte, NC, 2010.
• Lisansüstü Öğrenci Bursu, University of North Carolina, Charlotte, Charlotte, NC, 2007-2012.
• Lisansüstü Öğrenci Bursu, Koç Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2005-2007.
• Onur Ödülü, ODTÜ Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2005.
YAYINLAR (seçili)
Tüm yayınlar ve atıflar: Google Scholar: Serhat Tozburun
• M. Siddiqui, S. Tozburun, E.Z. Zhang, and B.J. Vakoc, Compensation of spectral and RF errors in swept-source OCT for high extinction complex demodulation”, Opt. Express 23, 5508-5520 (2015).
S. Tozburun, M. Siddiqui, and B.J. Vakoc, A rapid, dispersion-based wavelength-stepped and wavelength-swept laser for optical coherence tomography,” Opt. Express 22, 3414-3424 (2014).•  S. Tozburun, G.A. Lagoda, A.L. Burnett, and N.M. Fried, Infrared laser nerve stimulation as a potential diagnostic method for intra-operative identification and preservation of the prostate cavernous nerves,” IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 20, 7100515 (2013). (INVITED)
• S. Tozburun, C.D. Stahl, T.C. Hutchens, G.A. Lagoda, A.L. Burnett, and N.M. Fried, Continuous-wave infrared subsurface optical stimulation of the rat prostate cavernous nerves using a 1490-nm diode laser,” Urology 82, 968-973 (2013).
S. Tozburun, T.C. Hutchens, M.A. McClain, G.A. Lagoda, A.L. Burnett, and N.M. Fried, Temperature-controlled optical stimulation of the rat prostate cavernous nerves,” J. Biomed. Opt. 18, 0670001 (2013).
S. Tozburun, G.A. Lagoda, A.L. Burnett, and N.M. Fried, Subsurface near-infrared laser stimulation of the periprostatic cavernous nerves,” J. Biophoton. 5, 793-800 (2012).
S. Tozburun, G.A. Lagoda, A.L. Burnett, and N.M. Fried, “Continuous-wave laser stimulation of the rat prostate cavernous nerves using a compact and inexpensive all single mode optical fiber system,” J. Endourol. 25, 1727-1731 (2011).
S. Tozburun, C.M. Cilip, G.A. Lagoda, A.L. Burnett, and N.M. Fried, Continuous-wave infrared optical nerve stimulation for potential diagnostic applications,” J. Biomed. Opt. 15, (2010).
S. Tozburun, M. Mayeh, G.A. Lagoda, F. Farahi, and N.M. Fried, A compact laparoscopic probe for optical stimulation of the prostate nerves,” IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 16, 941-945 (2010).
PATENTLER
• B.J. Vakoc, S. Tozburun, and M. Siddiqui, “System, apparatus and method utilizing optical dispersion for Fourier-domain optical coherence tomography,” filed July 25. 2014 and published June 9, 2016.
• N.M. Fried and S. Tozburun, “Continuous-wave optical stimulation of nerve tissue,” filed June 22, 2012 and published June 27, 2013.