Nanomechanical and microwave resonance sensing for characterization of individual virions and nanoparticles in atmospheric conditions

Bu doktora tezi, geleneksel kütle spektrometresi teknikleri için ağır olan nanoparçacıkları ve biyomolekülleri tartmak için devrim niteliğinde bir teknik olan Nanoelektromekanik tabanlı Kütle Spektrometresi (NEMS-MS) etrafında dönüyor. Çalışma, NEMS-MS'yi atmosferik koşullar altında yürütmeyi ve entegre bir odaklama merceği ile NEMS yongasının yeteneklerini geliştirmeyi önermektedir. COVID-19 salgını zemininde, tez, hızlı virüs tespiti için acil ihtiyacı ele almaktadır. NEMS-MS kullanarak tek tek virüsleri tespit etmek ve karakterize etmek için etiketsiz bir yaklaşım kullanılmıştır. Etkileyici bir şekilde, ¸calışma, tamamen atmosferik basınç altında çalışan ilk NEMS-MS sistemi tarafından elde edilen SARS-CoV-2 virüsünün kütle spektrometri ölçümünü sunmaktadır. Bu çalışma, atmosferik ortamlarda NEMS-MS'ye öncülük ettiğinden, tez, NEMS-MS'nin atmosferik koşullar altında çalıştırılmasındaki bazı zorlukları, özellikle de esas olarak havanın viskoz sönümünün neden olduğu enerji tüketen mod ¸sekillerini araştırmaktadır. Mod Şekli Zayıflamasına yol açan faktörlerin karmaşık etkileşimi, matematiksel modeller ve deneyler kullanılarak incelenmiştir, gerçek dünyaya uygulamasına yönelik öncü bir sistematik çalışma ortaya konulmuştur. Bu analiz, yalnızca gelişmiş kütle spektrumlarına ortaya çıkarmakla kalmayıp, aynı zamanda teknolojiyi gerçek dünya senaryolarında daha uygulanabilir hale getirmeye yönelik önemli bir ilerleme ortaya koymaktadır. İnovasyonu bir adım öteye taşıyan çalışma, nanopartiküllerin elektriksel özelliklerini tanımlamak için tasarlanmış mikrodalga tabanlı bir sensörü de tanıtmaktadır. Atmosferik koşullar altında elektromanyetik alanda çalışan bu sensör, dielektrik sabit gibi özellikleri belirleyerek NEMS tabanlı algılama araçlarının potansiyelini genişletmektedir. Genel olarak, bu tez, kütle spektrometresi, mikrodalga algılama ve atmosferde çalışma imkanını birleştirerek NEMS tabanlı algılama ve karakterizasyonu yeni zirvelere taşımıştır. Zorlukları doğrudan ele alan ve yaratıcı çözümler sunan bu çalışma, yalnızca NEMS teknolojisini ilerletmekle kalmamış, aynı zamanda çeşitli uygulamalarda nanoparçacıkları ve biyomolekülleri karakterize etmek için uygun maliyetli, çok yönlü bir araç sunmaktadır.