Mimetik bıyomoleküller kullanılarak metamalzeme yüzeyinin gelıştirilmesi ve meta-biyo-sensör hazırlanması

Bu tez kapsamında, nano boyuttaki üstün özelliklere sahip olan metamalzemelerin bu özelliklerinden yararlanılarak etkin bir çevirici olarak kullanılma potansiyelleri ortaya konulmuştur. Bu amaçla yarıklı halka rezonatörü (Split Ring resonator, SRR) ve indiyum kalay oksit (Indium Tin-Okside Nanorod, ITO NR) ITO NR'lar gibi iki farklı metamalzeme ile çalışılmıştır. Metamalzeme tasarımı elektromanyetik simülasyonlar ile yapılmıştır. Simülasyon sonuçları ile istenilen dalga boyunda en yüksek duyarlılığı verecek yapı tespit edilmiştir. Nano meta malzeme yüzeylerinin nanofabrikasyonu elektron demeti litografisi ile gerçekleştirilmiştir. Bu yüzeyler Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR-ATR), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), optik geçirgenlik (ya da yansıma) spektrumu temelinde karakterize edilmiştir. SRR-Meta-biyo-sensöre ait çeviricinin hazırlanmasında temel malzeme olarak, kimyasal stabilitesi nedeniyle altın kullanılmıştır. Örnek SRR-çiplerin hazırlanmasında alttaş olarak optik geçirgenliği yüksek quartz seçilmiştir. Yakın-infrared (near infrared, NIR) bölgede çalışan, metatronik nano-devre temelli, yüksek hassasiyetli, kırılım indisi sensörü geliştirilmesi hedeflenmiştir. Sensör yapısı, transparan iletken oksitlerin nano-çubuk şeklinde desenlendirilmesi ile üretilmiştir. Polarizasyon bağımlı bu metatronik devrelere, ayarlanabilir bir sensör cevabı kazandırılarak, fonksiyonellikleri arttırılmıştır. Bu amaçla, indiyum-kalay-oksit (indium-tin-oxide, ITO) nano-çubukların (NR) yüzeyinde, plazma polimerizasyon (PlzP) tekniği ile NH¬2 (amin) grupları oluşturulmuştur. Yüzey fonksiyonellendirmesi için plazma polimerizasyon yöntemi (PlzP) ile farklı plazma koşullarında (güç/ süre) yüzeye peptid moleküllerini bağlamaya uygun fonksiyonel amin grubu (-NH2) kazandırılmıştır. Çevirici yüzeyini hedefe özgül kılabilmek için karara varılan oligo [acyl-lysine] (OAK) Antimikrobiyal peptit mimetiği (AMPm) ve Trombin Aptamer ile tanıyıcı tabaka oluşturulmuştur. Bu şekilde hazırlanan meta-biyo-sensör, son aşamada hedef analite karşı denenmiş ve oluşan cevaplar değerlendirilmiştir. AMPm yüzey modifikasyonu ile hazırlanan SRR-nano-sensör sisteminde 102 cfu/ml E.coli hedef derişimine karşı 15 dk. analiz süresi ile anlamlı cevap alınmıştır. Aptamer yüzey modifikasyonu ile hazırlanan SRR-nano-sensör siteminde ise 120 mM Trombin hedef molekülüne karşı 15 dk. analiz süresi ile anlamlı cevap alınmıştır. ITO NR kullanılarak hazırlanan meta-biyosensör sisteminde ise 0,032 pM hassasiyet ve 15 dk. analiz süresi ile en iyi anlamlı cevap alınmış sensör yüzeyi olmuştur. Her üç sensör yüzeyi de hedeflerine karşı seçici davranış göstermiş ve yanlış pozitif cevap vermedikleri izlenmiştir. Metamalzemeler ile AMPm ve Aptamerlerin entegrasyonu ile yüksek hassasiyette, seçicilikte ve doğrulukta bir biyosensör oluşturmak bu tezin hedefini oluşturmaktadır. Bu çalışmanın iki hedefi bulunmaktadır; tek hücre tanısına izin verebilecek hassas bir biyosensör ve ikincisi ise daha ucuz ve pikomolar seviyesinde ölçüm yapabilmeye izin verecek, oldukça hassas bir biyosensör ortaya koyabilmektir. Bahsedilen ITO NR'lar ile gerçekleştirilen biyosensör çalışmaların, vücuda yerleştirilebilen hassas ve biyo-uyumlu metatronik nano-yapıların elde edilmesi ve yakın gelecekte bireysel tıbbi uygulamalar için nanofotonik biyosensörlerin elde edilmesinde temel oluşturacağı düşünülmektedir. Bu çalışma kapsamında, PlzP tekniği ile yüzey fonksiyonellendirmesi yapılarak AMPm ve Aptamerler ile tanıyıcı tabakanın oluşturulmasıyla ortaya konulan gelişmiş özelliklere sahip bir meta-biyo-sensör, literatürde bir ilk olacaktır. Tez kapsamında nano-yüzeylerin hazırlanması, modifikasyonu ve uygulamaları ile yeni bir sistem ortaya konulmuş ve bu yeni meta-biyosensörler başarı ile geliştirilmiştir.