Mikroakışkan moleküler haberleşme alıcılarının geliştirilmesi için çözüm kapılı grafen alan etkili transistörlerin ve grafen hall sensörlerinin üretimi ve karakterizasyonu

Moleküler haberleşme (MH), mekansal olarak ayrılmış varlıklar arasında bilgi aktarımı için kimyasal sinyalleri kullanan biyolojik olarak esinlenen bir haberleşme paradigmasıdır. Daha önce teorik MH yöntemleri üzerinde çalışmalar yapılmış olsa da, bu teorileri gerçek dünya senaryolarına dönüştürebilecek pratik sistemler geliştirme çalışmalarında büyük açıklar bulunmaktadır. Mikro ve nano ölçeklerde test platformlarının olmaması, araştırmacıları genellikle haberleşme kanal koşulları ve alıcı-verici tasarımları üzerinde basitleştirilmiş varsayımlara yönlendirmektedir. Bunun yanı sıra, MH, geleneksel bilgi ve iletişim teknolojileri araçlarının yeterli derecede açıklayamadığı karmaşık, doğrusal olmayan ve zamanla değişen kanal özellikleri nedeniyle alışılmadık zorluklara sahiptir. Bunun sonucu olarak, büyük ölçüde geleneksel elektromanyetik haberleşme modellerinden uyarlanmış olan birçok mevcut MH yöntemi, pratik test platformları olmadan doğrulanamamıştır. Bu boşluğu kapatmak için, gerçekçi MH yöntemlerini ve Biyo-Nano Nesnelerin İnterneti (Internet of Bio-Nano Things, IoBNT) uygulamalarını geliştirmek için test platformu görevi gören nano ölçekli MH alıcılarına sahip pratik MH sistemleri geliştirmeye ihtiyaç vardır. Bu bağlamda, mikro/nano ölçekli alan etkili transistör (FET) tabanlı biyosensörler ve Hall olayı sensörleri, bilgiyi kodlamak için kullanılabilecek çeşitli molekülleri seçici olarak tespit etme özellikleriyle pratik MH alıcıları için umut vadeden mimariler oluşturmaktadır. FET tabanlı sensörler, FET kanal iletkenliğini düzenleyen ligand-reseptör etkileşimleri yoluyla nükleotidler gibi yüklü bilgi moleküllerini tespit etmektedir. Buna karşılık Hall olayı sensörleri, Hall olayına dayalı ölçülebilir voltaj modülasyonuyla yerel manyetik alanı değiştiren, manyetik nano parçacıkları (MNP) tespit etmek üzere tasarlanmıştır. Her iki sensör mimarisi de sürekli, etiketsiz ve seçici moleküler algılamayı mümkün kılarak, bunları MH sistemlerine alıcı olarak entegre etmek için uygun hale getirmektedir. Olağanüstü elektriksel özellikleriyle grafen, FET tabanlı biyosensörler ve Hall olayı sensörleri için kullanılan nanomalzemeler arasında öne çıkmaktadır. Bu bağlamda, bu tezde, grafen FET tabanlı DNA sensörleri ve grafen Hall olayı sensörlerine dayalı MH alıcılarının tasarım ve üretim süreçleri rapor edilmiştir. Üzerine çalışılan temel zorluklar arasında hassas grafen transferi, yüksek kaliteli metal elektrotların oluşturulması, etkili dielektrik katmanlarının depozit edilmesi ve mikroakışkan kanallarla entegrasyon ile birlikte geleneksel algılamanın ötesinde MH alıcı uygulamalarıyla ilgili zorluklar yer almaktadır. Optik ve elektriksel karakterizasyon yöntemleri ile her iki sensörün performansını ve kalitesini değerlendirerek hassas ve güvenilir MH alıcılarının potansiyelleri doğrulanmıştır. Bu tezde, pratik MH sistemlerinin geliştirilmesi için temeller atılmış ve gerçekçi MH yöntemlerinin ve IoBNT uygulamalarının gelişmesine katkıda bulunulmuştur.