Engineering plasmonic nanoparticles for nanomedical applications

Lokalize yüzey plazmon rezonanslarının plazmonik parçacıklara kazandırdığı zengin özellikler birçok farklı disiplinden araştırmacının dikkatini çekmeyi başarmıştır. Uzaktan tetiklemeli nano boyutta ısı ve güçlü optik kontrast üretimi altın nanoparçacıkların (ANP) ışıl ısıl tanı ve tedavi gibi uygulamalarda nanotıp alanında öne çıkmasına neden olan temel nedenlerdir. ANP'ların yüzey modifikasyonları aracılığıyla kanser hücrelerini seçilimli hedeflemeye programlanması hücresel düzeyde girişimsel olmayan kanser tanı ve tedavi uygulamalarına olanak sağlamıştır. Kanser türleri arası değişkenlik ve buna bağlı hastadan hastaya farklılık gösteren tümör dokusu yapılanmasındaki öngörülemezlik geleneksel kanser tanı ve tedavi yaklaşımlarının karşılaştığı en önemli zorluklardan birini temsil eder. Kanserin hayli düzensiz doğası kişiselleştirilmiş tedavi stratejilerini son yıllarda özellikle dikkat çekici kılmıştır. Bu tez çalışması teknolojik gelişmelere ve değişen uygulama koşullarının durmaksızın farklılaşan gerekliliklerine tutarlı olarak dönüşüm geçiren dinamik uygulama alanlarında kullanılmak üzere en uygun ANP biçimlerinin belirlenmesine olan artan ihtiyaca hitap etmek amacıyla hazırlanmıştır. Tezin kapsamı plazmonik nanoparçacıkların biçimsel nitelikleri ve bunlar sonucunda ortaya çıkan optik özellikleri arası etkileşimi kavramaya yönelik sayısal simülasyonları temel alan dereceli gelişen bir yaklaşımı içine alır. Değişen geometrilerdeki plazmonik parçacıklar bütün bilinen biyolojik saydamlık pencerelerini kapsayan 500-3000 nm aralığındaki ışık spektrumunda Lumerical ve MATLAB için yazılmış MNPBEM paketi kullanılarak simüle edilmiştir. Yapılan simülasyonlarda tekil nanoparçacıkların soğurma, saçılım ve sönümleme kesitleri; periyodik dizilimli nanoparçacıkların iletim, yansıma ve soğurulması; nanoparçacık yakın çevresindeki elektrik alanı ve lokalize yüzey plazmon rezonansı kaynaklı nanoparçacıkta oluşan elektrik akım yoğunluğu başta olmak üzere plazmonik nanoparçacıkların optik nitelikleriyle ilintili veri üretilmiştir. Bu tezde irdelenen nanoparçacık geometrileri hem tek parçalı bağımsız hem de öztoplanımlı karmaşık yapıdaki küresel, disk-biçimli ve sliindirik temel nanoparçacık geometrilerinden nanobar gibi kartezyen geometrilere uzanan bir yelpazeyi kapsamaktadır. Çoğunlukla saçılgaç nanoparçacıkların hakim olduğu 1500 nm dalga boyunda çınlayan büyük boyutlu soğurucu gümüş nanoparçacıkların mühendisliği bu tez araştırmasının kilit yeniliklerinden birisidir. Çerçeve tasarım yaklaşımı plasmonik nanoparçacıkların saçılımlarını baskılarken soğurma özelliklerini artırmasıyla parçacıkların optik niteliklerinde kayda değer değişimler ortaya çıkarır. Bu tez çalışmasının esaslı katkılarından bir diğeri, çerçeve tasarım yaklaşımı üzerine kurgulanan ANP aracılı kanser tanı ve tedavi uygulamalarının son zamanlarda keşfedilen uzun dalgaboyu saydamlık pencerelerinde (1600-2400 nm) teorik olarak gerçekleştirilebilirliğinin literatürde ilk defa kanıtlanmasıdır. ANP mühendisliği odaklı tasarım iskeleti kapsamlı temel ANP veri setinin veri bilimi bakış açısıyla yapılan çıkarımsal analizi sonucu oluşturulmuştur. Tasarım iskeleti ANP'ların geniş uygulama alanlarına uyarlanmasında çalışan bir çok araştırmacıya gelecekte yol göstermeyi hedefleyen bu araştırma tezinin son asli katkısını temsil eder.