Yerelleşmiş yüzey plazmon spektroskopisi ile yüzey plazmon rezonans spektroskopisinin sensör uygulamalarında karşılaştırmalı incelenmesi
Comperative i̇nvestigation of localized surface plasmon resonance spectroscopy and surface plasmon resonance spectroscopy in sensor application
Yazar: GÜLAN BİNGÖL
Danışman: DOÇ. DR. FATMA FİGEN BİNBAY
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüzde kullanım alanları gittikçe artan, Yüzey Plazmon Rezonans Spektroskopisi (SPR) ve Yerelleşmiş Yüzey Plazmon Rezonans Spektroskopisi (LSPR); Nanoteknoloji, Biyosensörler, Kimyasal Sensörler, Malzeme bilimi, Tıp ve Sağlık, Çevre Bilimi, Kinetik Analiz ve Biyomoleküler Etkileşimler gibi pek çok uygulama alanına sahiptir. Hassasiyetleri ve özgüllükleri sayesinde bilimsel araştırmalar ve endüstriyel uygulamalar için vazgeçilmez araçlar haline gelmiştir. Metal bir yüzey ile dielektrik arayüzünde elektromanyetik dalga tarafından uyarılan bir plazmonun rezonansa girmesi ve belirli bir açıda gelen ışığın büyük bir kısmının yüzey plazmonları oluşturmak için kullanılması prensibine dayanan Yüzey Plazmon Rezonans Spektroskopisi (SPR), yansıyan ışığın minimum seviyeye düşüp yoğunluğunun bir dedektör tarafından ölçülmesini, aynı zamanda yüzeydeki biyomoleküler etkileşimleri etiketleme yapmaksızın tespit ve analiz edilmesini sağlar. Bir de özellikle nano ölçekteki metalik yapılar (genellikle altın veya gümüş) ile etkileşime giren ışık dalgalarının nanoparçacık yüzeyindeki elektronların topluca salınımının uyarılmasını inceleyen Yerelleşmiş Yüzey Plazmon Rezonans Spektroskopisi (LSPR), salınan elektronların rezonansa girmesi durumunda ışığın nanoparçacıklar tarafından absorbe edilmesi gibi optik özelliklerini araştırır. SPR ve LSPR'nin karşılaştırmalı incelenmesini konu alan bu çalışmada, öncelikle, harici bir ortama gömülü (yani vakum, gaz veya sıvı) nano boyutta y-yayılımlı z-polarizasyonlu ışınlanmış tek bir metal küre için, kullanılan lazer ışığının dalga boyu λ, ortamın dielektrik sabiti ε_0, kürenin dielektrik sabiti ε_1, kabul edilmek üzere bu küresel yapı için Yerelleşmiş Yüzey Plazmon Spektroskopisi (LSPR) teorik altyapısı incelenecek ve bu bağlamda ilgili Maxwell Denklemleri çözülüp bu iki yöntemin nano yapılara uygunluğu tartışılacaktır.

Anahtar Kelimeler: Plazmon, Rezonans Spektroskopisi, Maxwell Denklemleri, Yerelleşmiş Yüzey Plazmon, Yüzey Plazmon

Abstract:
Nowadays, Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR) and Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (LSPR), has been increasing application area, such as Nanotechnology, Biosensors, Chemical Sensors, Materials science, Medicine and Health, Environmental Science, Kinetic Analysis and Biomolecular Interactions. Thanks to their sensitivity and specificity, they have become indispensable tools for scientific research and industrial applications. Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR), which is based on the principle that a plasmon excited by an electromagnetic wave at the dielectric interface with a metal surface resonates and a large part of the light coming at a certain angle is used to create surface plasmons, reduces the reflected light to a minimum level and its intensity is measured by a detector, at the same time. It also enables the detection and analysis of biomolecular interactions on the surface without labeling. Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (LSPR), which examines the stimulation of the collective oscillation of electrons on the nanoparticle surface by light waves interacting with nanoscale metallic structures (usually gold or silver), investigates their optical properties, such as the absorption of light by nanoparticles when the oscillating electrons resonate. In this study, which is about the comparative examination of SPR and LSPR, first of all, for a single metal sphere irradiated with nano-sized y-emission z-polarization embedded in an external medium (i.e. vacuum, gas or liquid), the wavelength of the laser light used is λ, the dielectric constant of the medium ε_0, the dielectric constant of the sphere ε_1, the theoretical infrastructure of Localized Surface Plasmon Spectroscopy (LSPR) for this spherical structure will be examined and in this context, the relevant Maxwell Equations will be solved and the suitability of these two methods for nanostructures will be discussed.

Keywords: Plasmon, Resonance spectroscopy, Maxwell's Equations, Localized surface plasmon, Surface plasmon