Ferritin tayini için grafen alan etkili biyosensör tasarımı geliştirilmesi
Development of graphene field-effect biosensor design for ferritin detection
Yazar: HATİCE NUR KOYUN
Danışman: DOÇ. DR. CUMHUR GÖKHAN ÜNLÜ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Buhar biriktirme = Vapour deposition ; Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Ferritin = Ferritin ; Transistör = Transistor

Özet:
Bir demir depolama proteini olan ferritin, insanda oldukça yaygın olarak görülen demir eksikliği anemisi hastalığında belirteç olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, ferritin insan vücudundaki demir dengesi ya da metabolizması için kritik
bir öneme sahiptir. Her yaş grubunun savunmasız olduğu demir eksikliğinin uzun süre devamlılığı artan ölüm oranları ile ilişkili olmakla beraber çocuklarda gelişimi kalıcı olarak bozabilir. Bu nedenle demir eksikliğinin erken teşhisi ve sık
sık kontrol edilmesi, demir eksikliği sonuçlarından kaçınmak için oldukça gereklidir. Biyomedikal uygulamalar için kullanılan alan etkili transistör (FET) biyosensörleri dönüştürücülerinde biyoreseptör modifikasyonu için kullanılmaktadır. Ayrıca nanomalzemelerin kullanılması ile FET biyosensörleri sağlam bir ilerleme kaydetmiştir. Bu çalışmada ferritin tayinine yönelik bir grafen alan etkili transistör biyosensör (GFET) platformu ve kapasitif EIS (elektrolityalıtkan-yarı iletken) FET biyosensör platformu geliştirilmiştir. FET'lerde iki boyutlu bir nanomalzeme olan grafenin kullanılmasıyla biyosensörün performansı üst düzeye çıkartılmıştır. Ayrıca biyosensör modifikasyon çalışmalarında
nanopartiküllerin kullanılmasıyla yüksek hassasiyete ve seçiciliğe sahip bir biyoalgılama cihazı geliştirilmesi amaçlanmıştır. Tek tabakalı grafen kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle üretilmiştir ve yapısal karakterizasyonu Raman
Spektroskopisi kullanılarak yapılmıştır. Grafen, fotolitografi yöntemi ile üretilen farklı drain-source kanal aralıklarına sahip katkılı Si/SiO2 alttaşlara başarılı bir şekilde transfer edilmiştir. GFET'in elektriksel karakterizasyonu transfer ve çıkış eğrileri elde edilerek yapılmıştır. Ayrıca, devrenin iletkenliğe cevabı farklı tip gate elektrodu uygulanarak oluşturmuştur. Ek olarak, kanal genişliğine bağlı olarak değişen sensör direnci analiz edilmiştir. Biyosensör yüzey modifikasyonu üzerine çalışılan Kapasitif EIS FET'in ise elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Yüzey modifikasyon çalışmalarının sinyale etkisi kapasitans-voltaj (C-V) ve sabit kapasitans (ConCap) eğrileri elde edilerek analiz edilmiştir.

Abstract:
Ferritin, an iron storage protein, is used as a marker in iron deficiency anemia, which is very common in humans. Also, it is a crucial protein for iron balance or metabolism in the human body. Long-term persistence of iron deficiency, to
which all age groups are vulnerable, is associated with increased death rates, but it can permanently impair development in children. Therefore, early diagnosis and frequent control of iron deficiency are essential to avoid the consequences. Field-effect transistor (FET) biosensors used for biomedical applications are utilized for bioreceptor modification in transducers. They also made solid progress with the use of nanomaterials. Here, a graphene field-effect transistor (GFET) biosensor platform and a capacitive EIS (electrolyte-insulator-semiconductor) field-effect transistor biosensor platform for ferritin determination were developed. With the use of Graphene, a two-dimensional nanomaterial in FETs, the performance of the biosensor is increased to a higher level. Also, The high sensitivity and selectivity are aimed to achieve by developing biosensor modification studies using nanoparticles. Monolayer graphene was produced by the chemical vapor deposition method, and its structural characterization was done using Raman Spectroscopy. Graphene has been successfully transferred to doped Si/SiO2 substrates with different drain-source channel spacings by using photolithography. The GFET system was characterized by obtaining the transfer and output curves. Also, the conduction response of the created circuit was examined by applying different types of gate electrodes. Additionally, the change in sensor resistance depending on the channel width was analyzed. The Capacitive EIS FET, which was studied on biosensor surface modification, was electrochemically characterized. The effects of surface modification on the signal were analyzed by obtaining capacitance-voltage (C-V) and constant capacitance (ConCap) curves.