İnorganik yarı iletken tabanlı glikoz sensörü geliştirilmesi
Development of glucose sensor based on inorganic semiconductor
- Tez No: 1025805
- Danışmanlar: PROF. DR. SÜREYYA AYDIN YÜKSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Harici bir dış güç kaynağı olmadan oda sıcaklığında yakıt hücre tabanlı çalışan Schottky diyot altyapılı elektrokimyasal etkileşimli glikoz sensörleri incelenen çalışmada, ilk olarak Au/GS/n-Si Schottky diyotları için, GS ve Au katman kalınlıklarının sensörlerin glikoz duyarlılığı üzerindeki etkileri belirlenmiş ve optimize edilmiştir. Sensörler, glikoz konsantrasyonuna bağlı olarak üretilen kısa devre akım yoğunluğu (JSC) ve açık devre gerilimi (VOC) arasında yüksek doğrusal ilişki göstermiştir. Bu ilişki, Schottky bariyer yüksekliğinin değiştirilmesiyle kontrol edilmiştir. Elektrolit arayüzlü Schottky diyot tabanlı enzimatik olmayan sensörlerin elektrokimyasal çalışma mekanizması, CV ve EIS ölçümleriyle desteklenmiştir. 58 µM'lik düşük algılama limiti ve 36.6 nAcm-2(mg/dL)-1 hassasiyetiyle glikoz sensörü özellikleri sergilemektedir. Bu sonuçlar, GS tabanlı Schottky diyot sensörlerinin biyolojik uygulamalarda da glikoz algılama cihazları olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Metal farklılığının Metal/GS/n-Si diyot tabanlı sensörlerde etkisinin belirlenmesi için, Ag/GS/n-Si ve Pd/GS/n-Si yapılarının incelendiği ikinci kısımda ise, metal katalitik etkisi ve diyotun iç elektrik alanı sayesinde glikoz algılama hassasiyeti gösterdiği belirlenmiştir. Ag yüzeyine glikoz molekülü adsorpsiyonu yoluyla Ag/GS/n-Si arayüz bariyer yüksekliğini doğrudan değiştirmektedir. Glikoz konsantrasyonuyla oldukça doğrusal ilişkiyle değişerek ISC ve VOC üretmektedir. Aynı Schottky diyot GS/n-Si tabanında Pd metaliyle üretilen yapıyla karşılaştırıldığında, mekanizma Pd'nin zayıf glikoz katalitik etkisiyle açıklığa kavuşturulmuştur. Farklı Ag katman kalınlıklarıyla optimize edilmiş Ag(780nm)/GS/n-Si, 30-500 mg/dL glikoz konsantrasyonlarında mg/dL başına 5.5 nA ISC ve 391 mV VOC hassasiyeti sırasıyla R2=0.9554 ve R2=0.8925 değerleriyle yüksek doğrusal ilişki sergilemektedir. Üçüncü kısımda ise oda koşullarında sprey piroliz yöntemiyle GS yüzeyine CuO kaplanarak oluşturulan sensörlerde CuO/GS arayüzü, CuO'nun katalitik etkisi ve GS'nin geniş yüzey alanı sayesinde glikoz etkileşim sürecini iyileştirmiştir. CuO/GS/n-Si Schottky diyotlarının özellikleri ve elektrokimyasal özellikleri, alkali çözeltilerde üç elektrotlu CV tekniği kullanılarak fizyolojik pH'da incelenerek, glikoz oksidasyonuna karşı yüksek elektrokatalitik aktivite göstermiştir. Diyot, VOC ve ISC üreterek bariyer yüksekliği modifikasyonu yoluyla hassas ve seçici glikoz algılamayı mümkün kılmıştır. CuO/GS/n-Si yapısı, enzim içermeyen glikoz sensörleri için 30-360 mg/dL aralığında yüksek doğrusal korelasyonla yanıt vermiş ve 45.2 nA ISC üretmiştir. Diyot bariyerini mg/dL başına 0.1 meV azaltmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, which investigates electrochemical interaction glucose sensors based on Schottky diodes operating at room temperature without an external power source using fuel cells, the effects of PS and Au layer thickness on the glucose sensitivity of Au/PS/n-Si Schottky diodes were first determined and optimized. The sensors showed a high linear correlation between the short-circuit current density (JSC) and open-circuit voltage (VOC) generated depending on the glucose concentration. This correlation was controlled by varying the Schottky barrier height. The electrochemical working mechanism of the electrolyte-interfaced Schottky diode based non-enzymatic sensors was supported by CV and EIS measurements. It exhibits glucose sensor characteristics with a low detection limit of 58 µM and a sensitivity of 36.6 nAcm-2(mg/dL)-1. These results show that our PS-based Schottky diode sensors can also be used as glucose detection devices in biological applications. In the second part, which examined Ag/PS/n-Si and Pd/PS/n-Si structures to determine the effect of metal difference on Metal/PS/n-Si diode-based sensors, it was determined that glucose detection sensitivity was achieved due to the catalytic effect of the metal and internal electric field of the diode. Adsorption of glucose molecules onto the Ag surface directly alters the Ag/PS/n-Si interface barrier height. This changes with a highly linear correlation to glucose concentration, producing ISC and VOC. When compared with the PS/n-Si base, the mechanism is elucidated by the weak glucose catalytic effect of Pd. Optimized Ag(780nm)/PS/n-Si with different Ag layer thicknesses exhibits a high linear correlation at glucose concentration of 30-500 mg/dL, with ISC sensitivity of 5.5 nA per mg/dL and VOC sensitivity of 391 mV, respectively, with R2=0.9554 and R2=0.8925. In the third part, sensors fabricated by coating the PS surface with CuO using spray pyrolysis at room temperature, the CuO/PS interface improved the glucose interaction process thanks to the catalytic effect of CuO and the large surface area of PS. The properties and electrochemical characteristics of CuO/PS/n-Si Schottky diodes were investigated at physiological pH using a three electrode CV technique in alkaline solutions, demonstrating high electrocatalytic activity against glucose oxidation. The diode enabled sensitive and selective glucose detection through barrier height modification by generating VOC and ISC. The CuO/PS/n-Si structure responded with high linear correlation in the 30-360 mg/dL range for non-enzymatic glucose sensors and generated 45.2 nA ISC. It reduced the diode barrier by 0.1 meV per mg/dL.
Benzer Tezler
- Prussian blue analogues as semiconductors: Fefe variants for oxygen evolution
Yarı iletken olarak prusya mavisi analogları: Oksijen çıkışı için fefe varyantları
MOUNA YOUSSEF
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
ASSOC. PROF. DR. FERDİ KARADAŞ
- Synthesis & characterization of CdSe/ZnS quantum dots
CdSe/ZnS kuantum noktalarının sentezi ve karakterizasyonu
HAKAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Side chain liquid crystalline polymers for organic field effect transistors
Organik alan etkili transistörler için yan grup sıvı kristal polimerler
ÇİĞDEM ÇAKIRLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAİT EREN SAN
- Production of dye sensitized solar cell and optimization of production parameters
Boya uyarımlı güneş pillerinin üretimi ve üretim parametrelerinin optimizasyonu
RAMAZAN ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ