Nanostructure arrays for detection of biomolecules

Abstract

Bu çalışmada, `Nanosphere Litografi` tekniği kullanılarak elde edilen sandviç görünümlü nanoyapılı diziler sıcaklığa duyarlı polimerler ve çok katmanlı biyomolekül türleriyle işlevselleştirilmiştir. Bu nanosandviçlerin kapasitans ozellikleri XPS (X-ışını fotoelektron spektroskopisi) kullanılarak dışarıdan doğrusal voltaj ve kare dalgalar uygulanarak farklı frekans aralıklarında incelenmistir.Bu projede, nanosphere tekniği ile elde edilen nanomalzemeler kullanarak kapasitans bazlı yeni nesil biosensörler geliştirilmiştir. Tek bir kan örneğinden bir çok hastalığı aynı anda doğrudan teşhis edebilen bu biyosensörler biyotıp ve biyoteknoloji alanında kullanılabilirler.Au/ Al2O3/ Au and Au/ HfO2/ Au (20nm/ 20nm/ 20 nm) metal/ yalıtkan/ metal cok katlı tabakalarından oluşan nanoyapılar PDS, PHO, ATES uç gruplu sıcaklığa duyarlı polimerlerle ve biyotin-streptavidin biyomolekülü ile modifiye edilerek dokuz farklı örnek hazırlanmıştır. Her bir örneğe 150-250 kHz freakans aralığında dışardan ±10 V doğrusal voltaj uygulanmış ve kapasitans paremetreleri XPS cihazı ile incelenmistir. Böylece her bir farklı polimerle ve biyomolekülle modifiye edilmiş nanoyapıların, şarj/deşarj özelliklerinden yararlanılarak farkli spesifik frekans aralıklarındaki kapasitans degerleri hesaplanmistir.Son olarak, deneysel olarak gözlenen kapasitans özelliklerinin matematiksel hesaplamalari yapılmıştır. Bunun için örneklere disarıdan ±10 V'luk voltaj uygulanmış ve XPS cihazı ile örnekler arasına 10 mega ohm luk bir direnç bağlanarak 150-250 kHz frekans aralığında spektrumlar alınmıştır. Böylece nanosandviçlerin orta tabakasında bulunan dielektrik davranşları biribirinden farklı olan Al2O3 ve HfO2 yalıtkanlarının kapasitans değerlerine etkisi hesaplanmıştır. Nanosandviç yapılara kapasitans ölçümleriyle biyolojik bağlanma olaylarını açıklamak için kullanılan bu tür transdüksüyon mekanizmalarına daha önce literatürde rastlanmamaktadır.Anahtar Kelimeler: Nanosphere Litografi, nanoyapılar, XPS, Şarj/deşarj özellikleri, diferansiyel şarj, kapasitans özellikleri

In this study, the sandwich-like nanostructure arrays are functionalized with temperature responsive polymers and multiple biomolecule species, and the capacitance properties of these nanosandwiches are examined at different frequencies intervals under external voltage and square wave pulses using XPS.As a result of this project, we obtained a novel and improved biosensor by using the nanomaterials we developed. These biosensors can be used for diagnosis of multiple diseases with single blood sample with immediate applications in biomedicine and biotechnology.9 different samples were prepared by modifying Au/ Al2O3/ Au and Au/ HfO2/ Au (20nm/ 20nm/ 20 nm) metal/insulator/metal multiple layer nanostructures with PDS, PHO, ATES end group temperature responsive polymers and biotin-streptavidin biomolecule. Each sample's capacitance parameters were examined by XPS at 150-250 kHz frequency levels under ±10 external voltage. Thus, the capacitance values of nanostructures modified by different polymers and biomolecules at different frequency levels are calculated by using their charging/discharging properties.Lastly, to calculate the mathematical values of the empirically observed capacitance values, a 10 mega ohm resistance is included between ±10 voltage and XPS, and measurements were recorded between 150-250 kHz frequency level. This way, the effect of Al2O3 and HfO2 ?insulators which are at the middle layer of nanosandwiches and have different dielectric properties- on the capacitance values are calculated. Capacitance measurements of nanosandwich structures have not been reported in the literature as a possible transduction mechanism for the detection of biological binding events.Keywords: Nanosphere Lithography, Nanostructures, XPS, Charging/ Discharging Properties, Differential charging, Capacitance Properties