Development of nanostencil lithography and its applications for plasmonics and vibrational biospectroscopy
Nanoşablon litografisinin geliştirilmesi ve plazmonik yapılar ile titreşimli biospektroskopi uygulamaları
- Tez No: 851533
- Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE ALTUG
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boston University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Optik ve Fotonik Mühendisliği Bilim Dlı
- Sayfa Sayısı: 170
Özet
Düşük maliyetli nanolitografi araçlarının geliştirilmesi, çeşitli nano yapı şekilleri ve düzenlemelerinin yüksek verimlilikle hassas bir şekilde oluşturulması, gelecek nesil biyofotonik teknolojileri için hayati öneme sahiptir. Mevcut litografi teknikleri büyük tasarım esnekliği sunmalarına rağmen, düşük verimlilik ve üretim karmaşıklığı gibi büyük dezavantajlara sahiptir. Ayrıca, esnek, gerilebilir, düzlemsel olmayan nanoelektronik/fotonik sistemler ve çok işlevli malzemeler üzerinde alt-100 nm yapıların sistemli olarak üretilme talebi, son yıllarda yenilikçi üretim yöntemlerine olan araştırmayı hızlandırmıştır. Bu tez araştırması, görünür ve kızılötesi dalga boylarında çalışan plazmonik nano yapılarının ve metamalzemelerin üretimi için yeni bir litografi yaklaşımını incelemektedir. Teknik Nanoşablon Litografi (NSL) olarak adlandırılır ve bir şablon üzerindeki nano delikler aracılığıyla malzemelerin doğrudan birikimine dayanır. NSL, optik özellikleri standart elektron ışını litografisi ile üretilenlere benzer olan anten dizilerinin yüksek verimli üretimini sağlar. Dahası, nanoşablonlar çok kez yeniden kullanılabilir ve aynı optik yanıtı sağlayan plazmonik nanoantenna dizilerinin serilerinin üretilmesine olanak tanır. Nanoşablonlar kullanılarak, çok hassas nano yapılar 10 nm hassasiyetle üretilebilir. Ayrıca, bu teknik, ışın ve iyon ışını litografi araçları ile çalışılması zor olan altlıklar üzerinde karmaşık plazmonik nano yapı dizileri oluşturmak için esneklik ve çözünürlüğe sahiptir. Plazmonikleri polimerik malzemelerle, biyobirikimli yüzeylerle veya kavisli ve düzlemsel olmayan nesnelerle birleştirme, büyük gerilmeler altında normal cihaz işleyişini koruyabildikleri için benzersiz optik uygulamalara olanak tanır. Bu çalışmada, geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılabilecek mekanik olarak ayarlanabilir esnek optik malzemeler ve lif yüzeylerine entegre edilmiş spektroskopi probaları gösterilmektedir. Son olarak, plazmonik olarak geliştirilmiş titreşimli biyospektroskopi için düşük maliyetli kızılötesi nanoantenna dizilerinin NSL ile üretilmesinin ilk uygulaması sunulmaktadır. 3 nm kalınlığındaki immünolojik olarak önemli protein monokatmanlarının ve antikor testlerinin tespiti, yeniden kullanılabilir nanostencil'lerle üretilmiş nanoantenna dizileri kullanılarak gösterilmiştir. Sunulan sonuçlar, nanostencil litografinin nano üretim maliyetini azaltırken biyospektroskopi araçlarının biyoloji ve tıp alanındaki performansını artırmak için umut verici bir yöntem olduğunu göstermektedir. Tek adımlık ve düşük maliyetli bir nanofabrikasyon tekniği olarak, NSL, gerçek dünya uygulamaları için biyofotonik teknolojilerin üretimini kolaylaştırabilir.
Özet (Çeviri)
Development of low cost nanolithography tools for precisely creating a variety of nanostructure shapes and arrangements in a high-throughput fashion is crucial for next generation biophotonic technologies. Although existing lithography techniques offer tremendous design flxibility, they have major drawbacks such as low-throughput and fabrication complexity. In addition the demand for the systematic fabrication of sub-100 nm structures on flexible, stretchable, non-planar nanoelectronic/photonic systems and multi-functional materials has fueled the research for innovative fabrication methods in recent years. This thesis research investigates a novel lithography approach for fabrication of engineered plasmonic nanostructures and metamaterials operating at visible and infrared wavelengths. The technique is called Nanostencil Lithography (NSL) and relies on direct deposition of materials through nanoapertures on a stencil. NSL enables high throughput fabrication of engineered antenna arrays with optical qualities similar to the ones fabricated by standard electron beam lithography. Moreover, nanostencils can be reused multiple times to fabricate series of plasmonic nanoantenna arrays with identical optical responses enabling high throughput manufacturing. Using nanostencils, very precise nanostructures could be fabricated with 10 nm accuracy. Furthermore, this technique has flexibility and resolution to create complex plasmonic nanostructure arrays on the substrates that are di cult to work with e-beam and ion beam lithography tools. Combining plasmonics with polymeric materials, biocompatible surfaces or curvilinear and non-planar objects enable unique optical applications since they can preserve normal device operation under large strain. In this work, mechanically tunable flexible optical materials and spectroscopy probes integrated on fiber surfaces that could be used for a wide range of applications are demonstrated. Finally, the rst application of NSL fabricated low cost infrared nanoantenna arrays for plasmonically enhanced vibrational biospectroscopy is presented. Detection of immunologically important protein monolayers with thickness as small as 3 nm, and antibody assays are demonstrated using nanoantenna arrays fabricated with reusable nanostencils. The results presented indicate that nanostencil lithography is a promising method for reducing the nano manufacturing cost while enhancing the performance of biospectroscopy tools for biology and medicine. As a single step and low cost nanofabrication technique, NSL could facilitate the manufacturing of biophotonic technologies for real-world applications.
Benzer Tezler
- Development of air-breathing polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell for small uav application
Küçük İHA uygulamaları için hava dolaşımlı polimer elektrolit zarlı yakıt hücre geliştirilmesi
NOOR UL HASSAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiEndüstri ve Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHADIR TUNABOYLU
- Farklı Mg içerikli ikiz merdaneli sürekli döküm AA5754 alüminyum alaşımlarının şekillendirme kabiliyetinin geliştirilmesi
Development of forming capability of twin roll continuous casting AA5754 aluminium alloys with different Mg content
KORAY TURBALIOĞLU
Doktora
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ SUN
YRD. DOÇ. DR. YUNUS TÜREN
- Patlatma kaynaklı sarsıntı ve gürültü analizi için bir bilgisayar programı geliştirilmesi
Development of a computer program for analysis of vibration and noise caused by blasting
ERDEM KAZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Maden Mühendisliği ve MadencilikDumlupınar ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMDİ AKÇAKOCA
- Development of column filler material for solid phase extraction and investigation their removal ability upon heavy metal ions
Grafen bazlı kolon dolgu malzemesi geliştirilmesi ve bu malzemenin ağır metal iyonlarının giderimi üzerine kullanılabilirliğinin araştırılması
DOĞU RAMAZANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mühendislik BilimleriKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MUHARREM KARABÖRK
- Osseintegrasyonu arttıracak hidroksiapatit/siklodekstrin kompozit taşıyıcıların geliştirilmesi
Development of hydroxyapatite/cyclodextrin composite carriers to enhance osseointegration
MERYEM SÜMEYYE AKDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU