Lokalize yüzey plazmon rezonansına dayalı sensör üretimi ve ölçüm sisteminin geliştirilmesi
Development of a sensor production and measurement system based on localized surface plasmon resonance
Yazar: HAMİT ONUR IŞIK
Danışman: DOÇ. DR. METİN BİLGE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez, lokalize yüzey plazmon rezonansı (LSPR) fenomenine dayalı bir
sensör üretimi ve ölçüm sisteminin geliştirilmesine ve optimizasyonuna
odaklanmaktadır. Çalışma, görünür bölgede absorbans tepe noktasına sahip yaklaşık
50 nm kolloidal küresel altın nanoparçacıklar (AuNP) kullanılarak bir biyosensör
üretimini ele almaktadır. Bu biyosensörler, APTES silan ajanları ((3-
Aminopropyl)triethoxysilane) yardımıyla daldırma metodu kullanılarak NBK7
camları üzerinde oluşturulmuştur. Üretilen sensörler, görünür ışık bandında
(Tungsten 2800K) geçirgen ışık tabanında analiz edilmiştir.
Çalışmanın ilk aşamasında, üretilen çiplerin spektral dağılımları detaylı bir
şekilde incelenmiş ve performans artırımı amacıyla çeşitli iyileştirmeler yapılmıştır.
Farklı gliserol-su konsantrasyonları kullanılarak LSPR tepe noktasının kayması ve
kırılma indisi ilişkisi gözlemlenmiş, bu kaymaların biyosensörün hassasiyetine
etkileri değerlendirilmiştir.
Biyosensörler, E. Coli bakterisini tespit etmek üzere özel ajanlar ile modifiye
edilmiştir. Bu ajanlar, bakteriyi etkili bir şekilde yakalayarak biyosensörün
spesifikliğini artırmıştır. Elde edilen veriler, CMOS kamera sensörleri kullanılarak
görüntü işleme teknikleri ve renk bilimi ile analiz edilmiştir. Biyosensörlerin ve
görüntü işleme prosesinin performansını doğrulamak için UV-vis spektrofotometrisi
kullanılmıştır. Bu sayede biyosensörün ve görüntü işleme metodunun performansı
farklı optik yöntemlerle doğrulanmıştır.
Sonuç olarak, bu çalışma LSPR tabanlı biyosensörlerin çeşitli biyolojik
ajanların tespiti için kullanılabilirliğini ve geliştirilmiş optik yöntemlerin bu
süreçteki önemini ortaya koymaktadır. Geliştirilen biyosensör, hem bakteri hem de
virüs tespiti için umut verici bir diagnostik araç olarak değerlendirilebilir. Bu
biyosensörlerin geliştirilmesi, gelecekte daha hızlı ve hassas biyolojik analizlerin
yapılabilmesine olanak sağlayacak potansiyele sahiptir.

Anahtar Kelimeler: Lokalize Yüzey Plazmon Rezonansı, Altın
Nanoparçacıklar, Biyosensör, Uv-Vis spektrofotometrisi, Görüntü İşleme

Abstract:
This thesis focuses on the development and optimization of a sensor
production and measurement system based on the localized surface plasmon
resonance (LSPR) phenomenon. The study involves the production of a biosensor
using approximately 50 nm colloidal spherical gold nanoparticles (AuNP) with an
absorbance tepe in the visible region. These biosensors were fabricated on NBK7
glass using the dipping method with the aid of APTES silane agents ((3-
Aminopropyl)triethoxysilane). The produced sensors were analyzed based on
transmission light in the visible light band (Tungsten 2800K).
In the initial phase of the study, the spectral distributions of the produced chips
were examined in detail, and various improvements were made to enhance
performance. By using different glycerol-water concentrations, the shift of the LSPR
tepe and its relationship with the refractive index were observed, and the effects of
these shifts on the sensitivity of the biosensor were evaluated.
The biosensors were modified with specific agents to detect E. Coli bacteria.
These agents effectively captured the bacteria, enhancing the specificity of the
biosensor. The obtained data were analyzed using image processing techniques and
color science with CMOS camera sensors. UV-vis spectrophotometry was used to
verify the performance of the biosensors and the image processing process. Thus,
the performance of the biosensor and the image processing method was validated
with different optical methods.
As a result, this study demonstrates the applicability of LSPR-based biosensors
for the detection of various biological agents and highlights the importance of
improved optical methods in this process. The developed biosensor is considered a
promising diagnostic tool for detecting both bacteria and viruses. The development
of these biosensors has the potential to enable faster and more sensitive biological
analyses in the future.

Keywords: Localized Surface Plasmon Resonance, Gold Nanoparticles,
Biosensor, UV-Vis Spectrophotometry, Image Processing