Microsphere based optical biosensors

Abstract

ÖZET MIKROKURE OPTİK BIYOALGILAYICILAR Optik mikroküre çınlaçları kuvantum optiğinde, lazer biliminde, spektroskopide ve optoelektronik alanlarında kullanılmakta ve benzersiz optik özelliklerinden dolayı hergeçen gün ilgi toplamaktadır. Mikroküreler, yüksek kalite faktörlü yapısal çınla malara ve küçük hacimlere sahiptirler. Kalite faktörü, elastik saçılma tayfında yapısal çınlamaların ne kadar keskin olduğu ile ilişkilendirilir. Yüksek kalite faktörlü yapısal çınlamalar, kırılma indislerindeki ve mikrokürenin küreselliğindeki değişimlere çok du yarlıdırlar. Yarıçapları 5 mikrometreden 500 mikrometreye kadar değişen bu küçük op tik çınlaçların, 3 x 109 gibi yüksek kalite faktörüne ulaştığı bildirilmiştir. Bu tür yüksek hassaslığa sahip olduklarından dolayı mikrokürelerin yapısal çınlamalarının, biyoalgı- layıcı uygulamalarında kullanılması mümkündür. Örnek olarak, bir proteinin yada diğer biyomoleküllerin mikroküre yüzeyine bağlanması, yapısal çınlamaların frekansın- daki kaymalar gözlenerek tespit edilebilir. Bu optik olaya dayalı çalışacak bir biyoalgıla- yıcının uygun bir tasarımla tek bir molekül tespiti yapababilmesi de teorik olarak mümkündür. Bu çalışmada, çeşitli malzeme yapısındaki mikrokürelerden, deneysel olarak elastik saçılım tayfları elde edilmiş ve yapısal çınlamalar gözlemlenmiştir. Ayrıca, optik çınlaç olarak mikroküreler, yapısal çınlamalar ve bu optik olayın, biyoalgılayıcı uygu lamalarında nasıl kullanılabileceği incelenmiştir. Anahtar Sözcükler: Biyoalgılayıcı, Mikroküre, Yapısal çınlama

IV ABSTRACT MICROSPHERE BASED OPTICAL BIOSENSORS Optical microsphere resonators have recently utilized in quantum optics, laser science, spectroscopy, and optoelectronics and attracted increasing interest due to their unique optical properties. Microspheres possess high quality factor (Q-factor) optical morphology dependent resonances, and have relatively small volumes. Q-factor can be defined as how sharp morphology dependent resonance in the elastic scattering spectrum. High-Q morphology dependent resonances are very sensitive to the refractive index change and microsphere uniformity. These tiny optical cavities, whose diameters may vary from a few to several hundred micrometers, have resonances with reported Q- factors as large as 3x 109. Due to their sensitivity, morphology dependent resonances of microspheres are also considered for biosensing applications. For instance, binding of a protein or other biomolecules can be monitored by observing the wavelength shift of morphology dependent resonances. A biosensor, based on this optical phenomena, can even detect a single molecule if a good system design is achieved. In this work, elastic scattering spectra from the microspheres of different mate rials are experimentally obtained and morphology dependent resonances are observed. Furthermore, the morphology dependent resonances of microspheres for biosensor ap plications were studied theoretically. Keywords: Biosensor, Microsphere, Morphology Dependent Resonances.