Nanobiyosensör uygulamaları için metalik nano yapıların lokalize yüzey plazmon rezonansı (LYPR) temelli çevirici geliştirilmesi
Developing a transducer based on localized surface plasmon resonance (LSPR) of metallic nanostructures for nanobiosensor applications
Yazar: ADİL BURAK TURHAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET MUTLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Plazma polimerleşmesi = Plasma polymerization ; Transduser = Transducer ; Yüzey plazmon rezonans teorisi = Surface plasmon resonance theory

Özet:
Çalışma, lokalize yüzey plazmon rezonansı (LYPR) temelli nano çevirici geliştirilmesi amacıyla yapılan nanofabrikasyon ve yüzey modifikasyonu işlemlerini kapsamaktadır. Altın nano yapılar safir örnekler üzerine fabrike edilmiştir. Nano desenleme yöntemi olarak, boyut, şekil ve periyot gibi nano yapı nitelikleri üzerinde tam kontrol sağlayan ve bu sayede ayarlanabilir LYPR sensör özelliklerinin verimli şekilde kullanılabilmesine olanak veren elektron demeti litografisi (EDL) yöntemi uygulanmıştır. Fabrike edilen örnekler taramalı elektron mikroskopisi (TEM) ile incelenmiş ve optik ölçümleri geçirgenlik spektroskopisi ile yapılmıştır. Üzerinde çalışılan birçok nano yapı dizaynının zamanda sonlu farklar (FDTD) yöntemi ile elektromagnetik simülasyonları yapılmıştır. Simülasyon sonuçları ile deneysel veriler arasında iyi bir uyum elde edilmiştir. Çeviricinin kullanılabilir hale getirilebilmesi için önemli bir adım altın nanoyapıların üzerinde seçici bir biyolojik katman oluşturmaktır. Bunun için plazma polimerizasyonu ve ıslak kimya teknikleri uygulanmıştır. İlk olarak, etilendiaminin (EDA) kaynak olarak kullanıldığı bir plazma polimerizasyonu işlemi ile altın nano yapıların üzerinde amin grupları oluşturulmuştur. Plazma polimerizasyonu işleminin başarısı x-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile değerlendirilmiştir. Daha sonra yüzeye glutaraldehit eklenmiştir. Glutaraldehit, yüzeydeki amin grupları ve kendisinden sonra eklenen avidin arasında çarpraz bağlayıcı görevi görmektedir. Son yüzey modifikasyonu adımı olarak ise, yüzeydeki avidin ile yüksek afiniteye sahip biyotin eklenmiştir. Avidin ve biyotin bu çalışmada seçici algılama için model oluşturmaktadır. LYPR rezonans dalga boyundaki kayma, her yüzey modifikasyonu adımının ardından optik geçirgenlik spektrumunda tespit edilmiştir.

Abstract:
This work combined nanofabrication and surface modification efforts to develop a localised surface plasmon resonance based (LSPR) based nano transducer. Gold nano structures were fabricated over sapphire substrates.The nano patterning technique we used was electron beam lithography (EBL), which provides a full capability for taking advantage of tunable LSPR sensor properties by providing immense control over nanostructure properties such as their size, shape, and periodicity. Fabricated structures were inspected by using a scanning electron microscope. The measurements of nanostructure array LSPR spectra were done by transmission spectroscopy. Various proposed designs for the nanostructure array were electromagnetically simulated by finite-time difference-domain (FDTD) technique. There was a good agreement between the simulation data and the experimental results. A critical process step in the utilization of this transducer is to form a selective biolayer over the gold nanostructures. We applied plasma polymerization and wet chemistry techniques for ethylenediamine (EDA) modification and glutaraldehyde immobilization as intermediate layers, respectively. The gold nanostructure arrays were primarily modified using EDA in order to activate the surface with amine groups that are cross-linked with later added avidin molecules by the help of glutaraldhyde layer residing inbetween. The success of plasma polymerization was validated with X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) measurements. As a last step, we introduced biotin to the surface, because biotin has a very high affinity for avidin. We were able to detect the LSPR resonance wavelength shift in the transmission spectra at each step of modification, including the avidin-biotin interaction, which acts as a model for specific molecule detection using LSPR.