Nanostructures for plasmonic biosensors

Abstract

Bu tez, doğal litografi kullanılarak hazırlanmış üçgen nanoyapılar/nanosandviçler veya ıslak kimyayla hazırlanmış nanoçubuklar/nanobaloncuklar şeklindeki nanopartiküllerin önemli optik özellikleri olduğunu ve bunları çevreleyen ortamın geliştirilmiş hassasiyetinin Lokalize Yüzey Plasmon Rezonans (LSPR) ve Yüzey Geliştirilmiş Raman Saçılımı (SERS) teknikleri aracılığıyla optik sensörlerin bir yeni sınıfı olarak kullanabileceğini göstermeyi amaçlar. Tezin içeriği 2 ana kısıma bölünmüştür: (1) nanoyapılar/nanosandviçlerin, optik özelliklerini anlamak ve model biyosensörler olarak geliştirmek ve test etmek için, hazırlanması, karakterizasyonu ve optimizasyonu; (2) altın nanoçubukların sentezi ve nanopartikül ve nanobaloncuk üretimi için çeşitli gazlar kullanarak büyütme işleminin değiştirilmesi. Ayrıca bu nanoyapılar, optik özellikleri için LSPR/SERS ile ve görüntüleme için mikroskop teknikleriyle incelenmiştir.Tezin ilk kısmında, Nanoküre Litografi (NSL) tekniği sandviç gibi nanoyapıların desenli dizilerini üretmek için kullanılmıştır. Nanosandviçler üçtabakalı metal/metal oksit (yalıtkan)/metalden yapılmıştır. Bu yeni nanosandviç dizileri sıcaklığa duyarlı polimer uyarıcılar ve farklı model biyomolekül türleriyle (örn: streptavidin, tek-şerit adenin oligonükleotidi) fonksiyonelleştirilmiştir. Bilindiği kadarıyla, çoklu biyotanıma özelliğine sahip sıcaklığa duyarlı nanosandviç dizileri herhangi bir başka grup tarafından daha önce geliştirilmemiştir. Farklı transdüksiyon mekanizmalarını araştırmak için, fonksiyonelleştirilmiş nanodizilerin Lokalize Yüzey Plasmon Rezonans ve Yüzey Geliştirilmiş Raman Saçılımı, Ultraviyole-Görünür -Yakın Kızılötesi Spektrofotometresi (UV-Vis-NIR), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanarak çoklu biyomoleküler bağlanma olaylarının fonksiyonu olarak belirlenmiştir.Tezin ikinci kısmı nanoçubuklar ve nanobaloncuklar gibi plasmonik olarak aktif nanopartikülleri hazırlamak için yeni sentetik metotları geliştirmek ve sonuçta oluşan ürünleri karakterize etmektir. Altın nanoçubuklar nanonoktalara bağlanmıştır. Bu sistem gelecek plasmonik cihazlara katkı sağlayabilir.

This thesis aims to show that nanoparticles in the form of triangle nanostructures/nanosandwiches prepared using natural lithography or in the form of nanorods/nanobubbles prepared by wet chemistry have important optical properties and that the enhanced sensitivity of their surrounding environment can be used as a new class of optical sensors using Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) spectroscopy and Surface Enhanced Raman Scattering (SERS). The content of the thesis can be divided into two main parts: (1) the preparation, characterization and optimization of nanostructures/nanosandwiches for the basic understanding of their optical properties and the development and testing of nanosandwiches as model biosensors; (2) synthesis of gold nanorods and changing the growth process using various gases to produce nanoparticles and nanobubbles. These nanostructures have been also investigated with LSPR/SERS for optical properties and also using microscopies techniques for visualization.In the first part of the thesis, Nanosphere Lithography (NSL) technique was used to produce patterned arrays of sandwich-like nanostructures. The nanosandwiches were made of triple layers of metal / metal oxide (insulator) / metal (MIM). These new nanosandwich arrays were then functionalized with different model biomolecule species (e.g. streptavidin, single strand adenine oligonucleotide) and temperature-responsive polymer actuators. To the best of our knowledge, these kinds of temperature-responsive nanosandwich arrays functionalized with multiple biorecognition species have not been developed before by any other group. To investigate different transduction mechanisms, the LSPR and SERS of the functionalised nanoarrays were determined as a function of multiple biomolecular binding events using an Ultraviolet Visible Near-Infrared (UV-VIS-NIR) spectrophotometry, Atomic Force Microscopy (AFM), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The second part of the thesis was to develop new synthetic methods for preparation of plasmonically active nanoparticles (NPs) such as nanorods (NRs) and nanobubbles, and to characterize the resulting products. The gold nanorods were bound to nanodots. This system may contribute to future plasmonic devices.