Protein algılamasına yönelik nano-biyosensörlerin yeni malzeme ve tekniklerle geliştirilmesi

Abstract

Bu tezde protein algılamasına yönelik nano biyosensörlerin, yeni malzemeler ve tekniklerle geliştirilmesi araştırılmıştır. Dikey kapasitör sensörler tasarlanmış olup, metal kaplama için altın ve krom malzemeleri kullanıldı. Metal plakaların arasına ise dielektrik malzeme olarak SiO2 ve Al2O3 malzemeleri kullanıldı. Nano boşluklu kapasitif nano biyosensörlerin fabrikasyonu ve düşük frekans değerlerinde (1 kHz ? 100 kHz) karakterizasyonu konusu araştırıldı. Geliştirilen etiketsiz kapasitif nano biyosensörlerin 100 ?g/ml, 10 ?g/ml, 1 ?g/ml, 100 ng/ml ve 10 ng/ml konsantrasyonlarındaki streptavidin proteinlerini algılaması araştırıldı. Yapılaniiideneysel çalışmalar sonucunda farklı konsantrasyonları birbirinden ayırt edebildiği görüldü. Ayrıca, farklı boyutlardaki sensör yapılarının algılama hassasiyetine etkisi, ıslak aşındırma süresinin algılama hassasiyetiyle ilişkisi ve streptavidinlerin fonksiyonalize edilen yüzeylere bağlanma süresi araştırılmıştır. Yapılan araştırmaların sonucunda, farklı boyutlara sahip sensörlerin algılama hassasiyetlerinin farklı olduğu gösterilmiştir. Üretilen nano biyosensörlerin tekrarlanabilirlik, kararlılık ve güvenilirlik testleri yapılmış olup, güvenilirliği ispatlanmıştır. Bu biyosensörler 10 mVrms'te çalışırlar ve düşük güç platformları sunarlar. Hedef proteinleri algılamada dielektriğe karşı duyarlılık dielektrik katsayısı birim değişikliği başına 132 pF'dir. Ayrıca, farklı boyutlara sahip olan dört aygıta 100?g/ml konsantrasyonunda streptavidin uygulanmıştır. Aygıtların kapasitans (Cp) değerlerinde %10 ile %16 arasında bir değişim görülmüştür. Streptavidin bağlanma deneyi sonuçlarına göre, 100?g/ml konsantrasyonundaki straptavidinin bağlanması için +4ºC sıcaklıkta 30 dakika bekletmenin yeterli olduğu gösterilmiştir.

In this thesis, development of nano-biosensors intended protein detection by new materials and techniques was investigated. The vertical capacitor sensors were designed and gold and chrome materials were used for metal coating. SiO2 and Al2O3 materials were used as dielectric materials between the plates of metals. Fabrication of capacitive nano-biosensors with nano gap and characterization at low frequency ranges (1 kHz ? 100 kHz) were investigated., Detection of streptavidin proteins in 100 ?g/ml, 10 ?g/ml, 1 ?g/ml, 100 ng/ml and 10 ng/ml concentrations were investigated by developed unlabelled capacitive nano-biosensors. As a result of experimental studies, it was seen to be able to distinguish different concentrations from each other. Also, the effect of sensor structures having different dimensions on the detection sensitivity, the relationship between wet etching time and detection sensitivity and the binding time of streptavidins to functionalized surfaces werevinvestigated. As a result of the investigations, detection sensitivities of the sensors with different dimentions were shown to be different. The repeatability, stability and reliability tests of fabricated nano-biosensors were performed and their reliabilities were proved. These biosensors work at 10 mVrms and provide low power platforms. Sensitivity to dielectric in detecting the target proteins, dielectric coefficient is 132 pF per unit change. Moreover, 100?g/ml concentration of streptavidin was applied to the four devices with different dimentions. In the capacitance values of devices, a change between 10% to 16% was observed. According to the results of streptavidin-binding experiments, it was shown that in order to bind 100?g/ml of streptavidin concentration, a temperature of +4 °C for 30 minutes was found to be sufficient.