Development of a portable system for the detection of the microorganisms in meat product

Abstract

This thesis is related to a part of the Ministry of Science, Industry and Technology (MOSIT)'s Industry Thesis (SANTEZ) Program. The specific project number given by MOSIT to the project is 00973.STZ.2011-2. In the thesis, as a part of a Project group, I participated in all the activities of design and development of a new portable device that can detect and identify the food poisoning in a very short time, accurately, and reliably. The research Project Group consisted of the Project Coordinator Prof. Dr. Taner ALTUNOK, who was responsible for the management of the Project and technically all the aspects of the Project, Engin KIRAN, from IDC Company for electronic design and software, Onur ÖÇALAN and Melike AYTÜRK, from IDC company, for software development, and Gamze YAVAŞ and Cansu ÖZDEMİR, from IDC, are the biology experts. My main responsibility was to support the electronic and software design. I developed the image processor software used to identify the bacteria that cause the food poisoning in the images taken by a camera. The device, Biosensor System, was designed, developed and tested by the Project Group successfully. Thus, the SANTEZ Project was successfully completed and was tested and accepted by the MOSIT. The Biosensor System developed within the scope of the SANTEZ Project has extra capabilities to the devices available on the market. The image processing method we developed takes the image of a well where a chemical reaction had taken place by introducing an antigen into the food samples before. When the chemical reaction takes place between the food under test and the antigen in the well, some photons are emitted through the chemiluminescence mechanism. The irradiation intensities of the pixels in the image of the well were measured by an electron-multiplying charge-coupled device (EMCCD) camera. Our method defines the area of the wells identified by a mask, and then calculates the average intensity of all the intensity values belonging to pixels in the well image. A detection of the harmful microorganisms is made if the average intensity pertaining to the well exceeds a limit. A decision indicating a positive detection and identification of the harmful microorganism is made if this average intensity exceeds a threshold value determined

Bu tez çalışması, T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (Bakanlık)nın Sanayi Tezi (SANTEZ) Programı'nın bir parçasını oluşturmaktadır. Bu projeye Bakanlık tarafından 00973.STZ.2011-2 proje numarası verilmiştir. Bu tez çalışması çerçevesinde proje grubunun bir parçası olarak ben de gıda zehirlenmesini çok kısa bir sürede, doğru ve güvenilir bir şekilde saptayıp tanımlayabilen taşınabilir yeni bir cihazın bütün tasarım ve geliştirme faaliyetlerinde yer aldım. Araştırmayı yürüten Proje Grubu'nun içerisinde Proje'nin yönetiminden ve bütün teknik hususlarından sorumlu Proje Koordinatörü Prof. Dr. Taner ALTUNOK, elektronik tasarım ve yazılım ile ilgili IDC Şirketi'nden Engin KIRAN, yazılım geliştirme konusunda IDC Şirketi'nden Onur ÖÇALAN ve Melike AYTÜRK ve biyoloji uzmanı Gamze YAVAŞ ile Cansu ÖZDEMİR yer almaktaydı. Benim ise bu çalışmadaki esas sorumluluğum elektronik ve yazılım tasarımına destek sağlamaktı. Bu bağlamda ben de gıda zehirlenmesine sebep olan bakterileri fotoğraf makinesi ile çekilen görüntülerden tespit etmek amacıyla kullanılan görüntü işleme yazılımı geliştirdim. Biyosensör Sistemi adını verdiğimiz bu cihaz, Proje Grubu tarafından başarılı bir şekilde tasarlandı, geliştirildi ve test edildi. Böylelikle, SANTEZ Projesi de aynı başarıyla Bakanlık tarafından test edildi ve kabul edildi. Ortaya çıkardığımız bu Biyosensör Sistemi'nin piyasadaki mevcut cihazlarla kıyaslandığında onlara göre gelişmiş ilave yetenekleri bulunmaktadır. SANTEZ Projesi kapsamında geliştirmiş olduğumuz bu görüntü işleme yöntemi, içine daha önceden antijen verilmiş gıda örneklerinin yarattığı bir kimyasal tepkimenin içerisinde oluştuğu bir kuyunun görüntülerini çekmektedir. Test edilen gıda ile kuyunun içerisindeki antijen arasında kimyasal tepkime oluştuğunda, kimyasal ışıldama mekanizması ile bazı fotonlar yayılmaktadır. Kuyu imgesinin içerisindeki piksellerin ışın yayma yoğunlukları, bir elektron çoğaltıcı yük-bağlaşık aygıtı (EMCCD) kamerası ile ölçülmüştür. Geliştirdiğimiz yöntem öncelikle bir maskeyle kuyuların alanını tanımlanmakta ve daha sonra kuyu imgesi içerisindeki piksellere ait bütün yoğunluk değerlerinin ortalama yoğunluğunu almaktadır. Kuyuya ait ortalama yoğunluk bir sınırı aşarsa, zararlı mikroorganizmaların olduğu tespit edilmektedir. Eğer bu ortalama yoğunluk belirlenen bir sınır değeri aşarsa, zararlı organizmanın pozitif tespiti yapılmakta ve tanımlamasını belirten bir karar verilmektedir