Development of cutting-edge SERS and TERS technologies for environmental challenges
Çevresel sorunlara yönelik son teknoloji SERS ve TERS sistemlerinin geliştirilmesi
- Tez No: 846714
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPAN BEK, PROF. DR. EMREN NALBANT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İz düzeyindeki çevresel analitlerin güvenilir parmak izi bilgilerini sağlayan hızlı ve tahribatsız tespit yöntemlerine yönelik artan bir talep vardır. Yüzey-artırımlı Raman spektroskopisi (SERS) ve uç-artırımlı Raman spektroskopisi (TERS), etiketsiz kimyasal tanımlama ve ölçüme olanak tanımaktadır. SERS metal nanoyapılarının ve TERS metal ucunun yakın alanındaki uyaran ve saçılan elektromanyetik alanların artırılması, plazmonik nano antenlerin uygun seçimi ve tasarımı ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada, sinyal artırımı ve tekrarlanabilirlik açısından oldukça umut vadeden, yüksek fayda-maliyet oranına sahip son teknoloji SERS alttaş hazırlama yöntemlerini sunuyoruz. 10 fM kristal menekşe ve 1 μM düzeyinde amonyum nitratı tespit edebilen çok uçlu altın nanoparçacıkların tek katmanlı, sıkı paketlenmiş düzeneklerini gösteriyoruz. Ayrıca, yüzey aktif madde içermeyen Ag nanoyapılarının ve Au-Ag alaşımlı nanoparçacıklarının, tek adımlı bir kimyasal indirgeme yöntemi kullanarak filtre kağıdı üzerinde yerinde büyümesini rapor ediyoruz. Ag nanoyapıları ile üre nitratın C-N simetrik gerilme modu 1 μM konsantrasyona kadar tespit edilebilirken, Au-Ag alaşım nanoparçacıkları R6G, CV ve BCB'nin çoklu tespitini sağlamaktadır. Ek olarak, epi aydınlatma ve toplama konfigürasyonunu kullanarak opak ve şeffaf numunelerin karakterizasyonunu sağlayan ve yan aydınlatmayla ilişkili artık arka plan sinyallerini ortadan kaldıran son teknoloji ürünü bir TERS tasarımı sunuyoruz. Tasarımımız üç farklı lazer dalga boyuna uygun olduğu için hem atomik kuvvet mikroskobu uçlarından hem de analitlerden gelen geniş bir spektral tepki aralığında çalışabilmektedir. TERS sinyalinin daha da artırılması, metal uç şaftı üzerinde yüzey plazmon polaritonunu (SPP) uyardıktan sonra tipin ucuna doğru SPP yayılmasını içeren plazmon nano odaklanma yoluyla elde edilebilir. Bu amaçla, femtosaniye darbeleriyle lazer kaynaklı periyodik yüzey yapılandırması kullanarak aynı anda birden fazla uç modifikasyonuna olanak sağlıyoruz.
Özet (Çeviri)
There is a growing demand for rapid and non-destructive detection methods that provide reliable fingerprint information of trace-level environmental analytes. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) enable label-free chemical identification and quantification. Enhancement of both incident and scattered electromagnetic fields at the close vicinity of metal nanostructures in SERS and that of the tip in TERS is achieved through proper choice and design of the plasmonic nano-antennas. We present cutting-edge SERS substrate preparation methods highly promising in signal enhancement and reproducibility, with high benefit-cost ratio. We demonstrate monolayer close-packed assemblies of multispiked gold nanoparticles (NPs) capable of detecting 10 fM of the crystal violet (CV) and 1 μM level ammonium nitrate. We also report in-situ growth of surfactant-free Ag nanostructures and Au-Ag alloy NPs on filter paper using a one-step chemical reduction. With Ag nanostructures, the C-N symmetric stretching mode of urea nitrate is detectable down to 1 μM concentration, while Au-Ag alloy NPs enable the detection of multiplexed Rhodamine 6G, CV, and brilliant cresyl blue. We present a cutting-edge TERS design that facilitates epi-illumination and collection configuration, enabling characterization of both opaque and transparent samples while eliminating residual background signals associated with side illumination. Our design allows for the use of three different laser wavelengths, making it suitable for a wide range of spectral responses from both the atomic force microscopy tips and the analytes. Further enhancement of TERS signal can be achieved through plasmon nanofocusing, involving the propagation of surface plasmon polariton (SPP) through the tip's end after exciting SPP on the metal tip shaft. We employ laser-induced periodic surface structuring with femtosecond pulses, enabling multiple tip modifications simultaneously.
Benzer Tezler
- Development of free-cutting Zn based alloys
Serbest kesilebilen çinko ve çinko bazlı alaşımların geliştirilmesi
TANSEL ULUSOY
- Development of flat bottom drill cutting tool for machining of brass alloys
Pirinç alaşımlarının talaşlı imalat süreçleri için düz ağızlı matkap kesici takım geliştirilmesi
NIMA ZOGHIPOUR
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF KAYNAK
- CNC takım tezgahlarının gelişimi ve ülkemiz talaşlı imalat sektöründeki yeri
The Development and the place of CNC machine tools in Turkish metal cutting sector
İLKER ÖZTÜRK
- Takım ömrü süresince kesici takım davranışlarının incelenmesi ve kırılma anının önceden tahmini için bir erken uyarı modelinin geliştirilmesi
The Investigation of cutting tool behaviour in tool life and the development of a real time tool breakage system
YAHYA IŞIK
Doktora
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. CEMAL ÇAKIR
- Development of a low-cost microfluidic system to detect ımmunomagnetically captured leukemia cells
İmmunomagnetik ile lösemi hücrelerini algılamak için düşük maliyetli mikroakışkan sistem geliştirilmesi
ÜNAL AKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyomühendislikAbdullah Gül ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KUTAY İÇÖZ