Plazmonik soy metal (Au, Ag) nanoparçacıklara dayalı sensör üretimi ve analizi
Production and investigation of sensor devices based on plasmonic noble metal (Au, Ag) nanoparticles
Yazar: İLHAN CANDAN
Danışman: PROF. DR. HADİCE BUDAK GÜMGÜM ; PROF. DR. HAMDİ ŞÜKÜR KILIÇ
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fizik = Physics ; Lazerler = Lasers ; Plazmonik soy metal = Plasmonic noble metal ; Sensörler = Sensors

Özet:
Plazmonik nanoparçacıklar son yirmi yılda bilim insanları tarafından oldukça yoğun olarak çalışılmaktadır.  Soy metal nanoparçacıklar ışık ile etkileştiklerinde metal yüzeyinde bulunan serbest elektronlar salınıma zorlanır ve belli bir dalgaboyunda yüzey plazmon rezonansı (SPR) oluşur. Bu muazzam optik olay çok hassas bir süreç olup nanoparçacığın boyutlarına, şekline ve çevresindeki ortama bağlıdır.  Plazmonik nanoparçacıkların sensör olarak kullanılma nedeni; sinyalleri çok iyi derecede yükseltebilmeleridir. Metalik nanoparçacıkların Lokalize Yüzey Plazmon Rezonans (LSPR) özelliği ile kimyasal ve biyolojik algılama için yaygın olarak kullanılmaktadır.  İşlevselleştirilmiş nanoparçacıklar kullanılarak moleküllerin seçici sensör özelliği; kimya, biyoloji ve malzeme bilimi alanlarında önemli bir disiplinlerarası araştırma konusu haline gelmiştir.  Soy metaller, özellikle altın (Au) ve gümüş (Ag) nanoparçacıklar, benzersiz ve ayarlanabilir plazmonik özellikler göstermektedirler. Bu metal nanoyapıların büyüklüğü, şekli ve yerel çevreye verdikleri tepkiler kontrol edilebilmekte ve LSPR piklerindeki kaymalar sayesinde dalga boyundaki değişimler ölçülebilmektedir.  Bu çalışmada, Puls Lazer Depozisyonu (PLD) tekniği kullanılarak 20-100 nm boyutlarında Au ve Ag soy metal nanoparçacıklar (NP) üretilmiş ve LSPR tekniği kullanılarak da NP'lerin çok hassas optik özellikleri incelenmiştir.  Üretilen nanoparçacıkların morfolojisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak belirlenmiş ve karakterize edilmiştir. Ayrıca NP'lerin LSPR absorpsiyon piklerini belirlemek için UV-Vis-NIR spektroskopi tekniği kullanılmıştır. Au ve Ag NP'ler lazer depozisyon zamanlarına bağlı olarak cam alttabaka üzerine birikltirilmiştir. Üretilen NP'lerin lazer depozisyon zamanı arttıkça, oluşan NP'lerin hem büyüklükleri hem de birim yüzeye düşen nanoparçacık sayısı artmıştır. SEM görüntülerine dayanarak üretilen Au ve Ag NP'lerin şeklinin küresel olduğu gözlemlenmiştir. Au ve Ag NP'lerin UV-Vis-NIR spektrumları incelendiğinde, LSPR piklerinin lazer depozisyon süreleri attıkça daha uzun dalga boyuna kaydığı(kırmızıya kayma) ölçülmüştür. Plazmonik nanoparçacıkların LSPR pikleri karakterize edildikten sonra, sensör özelliklerini tespit etmek için Gümüş ve Altın NP'lere Protein A ve Biotin molekülleri bağlanmış ve  LSPR pik kaymaları belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Ag, Au, LSPR, Plazmonik nanoparçacıklar (NP), sensör, PLD

Abstract:
Plasmonic nanoparticles have been studied extensively by scientists in the last two decades. When noble metal nanoparticles interact with light, free electrons on the metal surface are forced to oscillate and surface plasmon resonance (SPR) occurs at a certain wavelength. This enormous optical phenomenon is a very delicate process and depends on the nanoparticle's size, shape and surrounding environment. The reason for using plasmonic nanoparticles as sensors; their ability to amplify signals very well. The Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) property of metallic nanoparticles is widely used for chemical and biological sensing. Selective sensor property of molecules using functionalized nanoparticles; It has become an important interdisciplinary research topic in the fields of chemistry, biology and materials science. Noble metals, especially gold (Au) and silver (Ag) nanoparticles, show unique and tunable plasmonic properties. The size, shape and response of these metal nanostructures to the local environment can be controlled, and changes in wavelength can be measured by shifts in the LSPR peaks. In this study, 20-100 nm Au and Ag noble metal nanoparticles (NP) were produced using Pulse Laser Deposition (PLD) technique and very sensitive optical properties of NPs were investigated using LSPR technique. The morphology of the produced nanoparticles was determined and characterized using scanning electron microscopy (SEM). In addition, UV-Vis-NIR spectroscopy technique was used to determine the LSPR absorption peaks of NPs. Au and Ag NPs were deposited on the glass substrate depending on the laser deposition times. As the laser deposition time of the produced NPs increased, both the size of the formed NPs and the number of nanoparticles per unit surface increased. It was observed that the shape of Au and Ag NPs produced based on SEM images was spherical. When the UV-Vis-NIR spectra of Au and Ag NPs were examined, it was observed that the LSPR peaks shifted to longer wavelengths (redshift) as the laser deposition times increased. After the LSPR peaks of the plasmonic nanoparticles were characterized, Protein A and Biotin molecules were attached to the Silver and Gold NPs to detect the sensor properties. LSPR peak shifts of bound NPs could be determined. 

Keywords: Ag, Au, LSPR, Plasmonic nanoparticles (NP), sensor, PLD