Hybrid biosensing systems for the detection ofbiomolecules and disease biomarkers
Biyomoleküller ve hastalık biyobelirteçlerinin tespiti için hibrit biyoalgılama sistemleri
- Tez No: 830550
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH İNCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Optik metayüzeyler, elektromagnetik dalgayı yönlendirmek ve kontrol etmek için kullanılan yapay yapılardır. Nanometre ölçeğine sınırlandırılan elektromanyetik alanı manipüle etme kabiliyeti sayesinde, metayüzeyler vücutta düşük konsantrasyondaki yer alan biyobelirteçlerin tespiti için optik hasta başı (POC) biyosensörleri olarak kullanılabilirler. Ayrıca floresan molekülleri ile plazmonik metayüzeylerin entegrasyonu, plazmonik ve floresan sinyallerini artırmak amacı ile kullanılabilir. Ancak bu sinyal artırımının elde edilebilmesi için, floresan molekülleri ile pazmonik metayüzey arasındaki nanometre ölçeğindeki mesafenin ve floresan ile plasmonik kaynakların spektral örtüşmesinin, floresanla arttırılan plazmonik ışıma elde edilmesi için optimize edilmesi gerekir. Bu şekilde, yüzeye hapsolan yüzey plazmonlarının ışıma olmadan enerji değişimi yapması ile floresan eşlenen plazmonik ışımanın sinyal artırımında bulunması durumlarının birbirinden ayrılmaları gerekmektedir. Bu çalışmada, floresan molekülleri (FITC) ile işaretlenen proteinler üç farklı ayırım mesafesine sahip yüzey modifikasyonlarının aracılığıyla metayüzeye bağlanırlar. Bu çalışma, düşük tespit sınırına sahip ve flüoresan molekülleri ile plazmonik duyarlılığı arttırılmış bir hibrit biyosensör sistemi tasarlamayı ve üretmeyi hedefledik. Çalışmada kullanılan metayüzey, polikarbonat tabanlı (DVD'ler) yüzey üzerine sırasıyla titanyum (10 nm), gümüş (30 nm) ve altın (15 nm) metallerinin fiziksel buharlaştırma yöntemi ile kaplanmasıyla üretildi. Ayrıca yüzey modifikasyonları, floresanlı molekül bağlanması için kısa mesafe, orta mesafe ve uzun mesafe modifikasyonları olacak şekilde seçildi. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, avidin-FITC ile işaretlenen orta-mesafeli modifikasyon en yüksek plazmonik dalga boyu kaymasını sağladı. Bu şekilde, orta mesafe modifikasyonundan elde edilen sinyal, kısa mesafe modifikasyondan elde edilen sinyale kıyasla yaklaşık 4.4 kat sinyal artışı sağladı. Bu nedenle, Alzheimer hastalığı tespiti için orta-mesafeli modifikasyon üzerine Alzheimer biyobelirteçlerine spesifik antikorlar yerleştirildi. Sonuç olarak, bu çalışmada, floresan molekülleri kullanılarak, hem plazmonik biyosensörün analitik performansı arttırıldı, hem de plazmonik metaüzey üzerinde yeni düzenlemeler tasarlandı.
Özet (Çeviri)
Optical metasurfaces are configurations of artificially structured surfaces designed to obtain unusual electromagnetic properties. The ability to manipulate a confined electromagnetic field enables metasurfaces to be utilized as optical point-of-care (POC) biosensors for the detection of low concentrations of biomarkers. Moreover, the integration of fluorescent molecules and plasmonic metasurfaces is utilized to enhance both plasmonic and fluorescent signals; however, the nanoscale distance and spectral overlap between the fluorescent emitter and plasmonic metasurface are crucial for the separation of the fluorescence-coupled plasmonic radiation and non-radiative induced plasmon surface entrapment. In this study, fluorescently labeled (FITC) proteins are integrated over a plasmonic metasurface via three different surface modifications for obtaining a hybrid biosensing system that boosts the device's plasmonic sensitivity and lowers the detection limit. The metasurface is fabricated via physical vapor deposition of titanium (10 nm), silver (30 nm), and gold (15 nm), respectively over polycarbonate nanograting substrates of optical disks (DVDs). Additionally, the surface modifications are arranged via short-distance, medium-distance, and long-distance modifications for fluorescently labeled molecule binding. After the evaluations, the highest plasmonic wavelength shift over the FITC labeled protein binding is obtained from the medium-distance modification with ~4.4 times signal enhancement over the short-distance modification. The medium-distance modification is further combined with an immunoassay for the detection of Alzheimer's disease. Consequently, this study paves the way for designing new arrangements on a metasurface to couple with fluorescence molecules while enhancing the analytical performance of the plasmonic biosensor.
Benzer Tezler
- Nanomaterials in macromolecular synthesis
Makromoleküler yapıların sentezinde nanomalzemelerin kullanımı
AZRA KOCAARSLAN AHMETALİ
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Electrically tunable plasmon induced transparency in hybrid metal-graphene structures
Hibrit metal-grafen yapılarında elektrikle değiştirilebilen plazmonla uyarılmış geçirgenlik
MOHSIN HABIB
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
DR. HÜMEYRA ÇAĞLAYAN
- Molecular recognition based self assembly of engineered proteins on nanoscaled gold surfaces
Nano-ölcek metal yüzeylerde moleküler tanıma esaslı kendiliğinden montaj olabilen protein tasarımı
BANU TAKTAK KARACA
Doktora
İngilizce
2015
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BALTA
- Manyetit-altın hibrit nanopartiküllerin sentezi, karakterizasyonu ve mikroyapıların eldesinde kullanılması
Synthesis and characterization of magnetite-gold hybrid nanoparticles and their usage in microstructure fabrication
ERDEM ALP
Doktora
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
- Two dimensional material based field effect transistor for biosensing applications
Biyoalgılama uygulamaları için iki boyutlu malzeme tabanlı alan etkili transistör
DİLCE İNANÇ
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT HAKAN YILDIZ
PROF. DR. CEM ÇELEBİ