Metamaterials and their applications in biomedical engineering
Metamalzemeler ve biyomedikal mühendisliginde üygülamaları
- Tez No: 930598
- Danışmanlar: PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Biyo-Medikal Mühendislik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 136
Özet
Metamaterials are subwavelength structures that exhibit idiosyncratic behavior at a narrow resonance band. The characteristics of such devices can be engineered and tuned based on the application of interest. The resonant narrow-band nature of these structures renders them very desirable for many applications such as sensors and spectroscopy techniques where a high light-matter interaction is required or Magnetic resonance imaging, which operates in a very narrow-band Radio-Frequency range. Here, we focus on investigating the structure and design of metamaterials and metamaterial-inspired structures and their applications in biomedical engineering. We start with metamaterials that operate in the Radiofrequency range of the electromagnetic spectrum and show the possible applications in magnetic resonance imaging. Then, we increase the resonance to the Ultrahigh Frequency and demonstrate its application as a low-cost and effective dielectric microfluidic sensor. We demonstrate this by integrating cost-effective microfluidic systems such as paper-based and PCB-based microfluidics with metamaterial-based structures. Finally, utilizing microfabrication techniques, we push the resonance frequency of the design beyond the electronics domain and toward the Terahertz frequencies. As the THz field grows, an ever-growing need for optical components for THz radiation forms. We demonstrate an efficient plasmonic metamaterial using high-quality factor Fano resonance. Then, by manipulation of the structural parameter, we tune the fano resonance to obtain electromagnetically induced transparency that has applications in sensing and slow-light applications. The systems introduced in this work can be developed into sensing kits with direct applications in the biomedical engineering field.
Özet (Çeviri)
Metamalzemeler, dar bir rezonans bandında kendine özgü davranışlar sergileyen dalga boyu altıyapılarıdır. Bu tür cihazların özellikleri, ilgilenilen uygulamaya göre tasarlanabilir ve ayarlanabilir. Bu yapıların dar bantlı rezonans doğası, onlarısensörler ve yüksek ışık-madde etkileşiminin gerektiği spektroskopi teknikleri veya çok dar bantlı Radyo Frekansı aralığında çalışan Manyetik rezonans görüntüleme gibi birçok uygulama için çok cazip hale getirmektedir. Bu çalışmada, metamalzemelerin ve metamalzeme ilhamlı yapıların yapısını ve tasarımını ve biyomedikal mühendislikteki uygulamalarını araştırmaya odaklanıyoruz. Elektromanyetik spektrumun Radyo frekansı aralığında çalışan metamalzemelerle başlayıp manyetik rezonans görüntülemede olası uygulamaları gösteriyoruz. Daha sonra, rezonansı Ultra Yüksek Frekansa çıkararak, düşük maliyetli ve etkili bir dielektrik mikroakışkan sensör olarak uygulamasını gösteriyoruz. Bunu, kağıt tabanlı ve PCB tabanlı mikroakışkanlar gibi uygun maliyeti mikroakışkan sistemleri metamalzeme tabanlı yapılarla entegre ederek gösteriyoruz. Son olarak, mikroüretim tekniklerini kullanarak, tasarımın rezonans frekansını elektronik alanın ötesine ve Terahertz frekanslarına doğru yükseltiyoruz. THz araştırmalarıbüyüdükçe, THz radyasyon için optik bileşenlere duyulan ihtiyaç artıyor. Bu şmada, resonator yapısınıdeğiştirerek yüksek kalite faktörlü Fano rezonans oluşturup, verimli bir plazmonik metamalzeme gösteriyoruz. Ardından, yapısal parametrelerin manipülasyonu ile, algılama ve yavaş ışık uygulamalarında kullanılan elektromanyetik olarak indüklenmiş şeffaflığı elde etmek için Fano rezonansını ayarlıyoruz. Bu çalışmada tanıtılan sistemler, biyomedikal mühendisliği alanında doğrudan uygulamalarıolan algılama kitlerine dönüştürülebilir.
Benzer Tezler
- Kumaş yüzeylerine metamalzeme tabanlı giyilebilir sensör uygulamaları
Metamaterial-based wearable textile sensor applications on fabric surfaces
BERKER ÇOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZHAN AKGÖL
- Kemik için meta-iskele tasarımı ve sonlu elemanlar analizi
Design and finite element analysis of meta-scaffolds for bones
HÜMEYRA ŞEVVAL KAVAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyomühendislikKarabük ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DAVER ALİ
- Düzlemsel metamalzemeler ve uygulamaları
Planar metamaterials and their applications
YUSUF ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASIM EGEMEN YILMAZ
- Split ring resonators in microwave regime for sensing of reagents in aqueous solutions
Sulu çözelti içindeki maddelerin algılanmasına yönelik mikrodalga frekanslı yarık halka tınlayıcılar
BERK ÇAMLI
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- Multifunctional properties of controlled morphology aligned carbon nanotube polymer nanocomposites and their applications
Kontrollü yapıda dikey yönelimli karbon nanotüpler ile üretilmiş polimer nanokompozitlerin çok fonksiyonlu özellikleri ve uygulamalar
HÜLYA CEBECİ
Doktora
İngilizce
2011
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BRİAN L. WARDLE
DOÇ. DR. HALİT S. TÜRKMEN