Yüzey plazmon resonansına dayalı yeni bir algılayıcı geliştirilmesi

Abstract

Nanoteknoloji alanında özellikle son birkaç on yılda gerçekleştirilmiş olan ilerlemeler neticesinde sensör teknolojileri kendisine biyosensör uygulamaları başlığı altında yeni bir araştırma, çalışma ve uygulama alanı yaratmış bulunmaktadır. Başlangıçta basınç, sıcaklık, hareket, nem, yoğunluk, akışkanlık gibi temel fiziksel ve kimyasal değişkenlerin algılanması ile başlamış olan sensör uygulamaları, biyoteknoloji kavramının ortaya çıkması ve moleküler düzeyde gerçekleşen değişimleri algılayabilecek yeni tekniklerin keşfedilip uygulamaya alınmasıyla birlikte yeni bir döneme girmiştir. Bu bağlamda bilimsel yazına 'yüzey plazmon rezonansı' olarak girmiş olan teknik, ışığın bir takım özel koşullar altında bir yüzeye düştüğünde maruz kaldığı yansımalardaki ilginç değişimlerin altında yatan gerçeğin fiziksel ve matematiksel olarak yorumlanması ve modellemesi sonucunda 20. yüzyılın ilk yarısında keşfedilmiş bir olgu olarak karşımıza çıkmaktadır. 1980'lere kadar fiziksel ve matematiksel modellemesinin araştırıldığı bu teknik, 90'ların başında İsveçli bir grup bilim adamı tarafından ilk defa bir algılayıcı arayüz olarak kullanılmış ve bu yöntemle gaz ölçümü yapılmıştır. İlerleyen yıllarda bu ilk denemeden ilham alan araştırmacılar tarafından moleküllerin birbirlerine seçici olarak bağlanıyor olmalarından yola çıkılarak, bu bağlanmaların kinetik olarak takip edilebilmelerini sağlayacak ve beklenen bağlanmaların gerçekleşip gerçekleşmediğini saptayabilecek olan, moleküler düzeyde algılama yapabilen biyoalgılayıcıların tasarlanabileceği düşüncesi etrafında bilimsel çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. Günümüze gelindiğinde artık bu tekniğin laboratuvarlarda kullanılan geleneksel yöntemlere kıyasla daha hızlı sonuç verebilen, oldukça hassas ve güvenilir ve uygulaması oldukça zahmetsiz ve zaman almayan bir alternatif olabileceğine dair düşünceler kuvvetlenmektedir. Bu tez çalışmasının konusu da işte bu tekniği kullanarak biyoalgılayıcı olarak çalıştırılmaya müsait yenilikçi bir opto-elektro-mekanik algılama mekanizmasının geliştirilmesini ve birtakım öncül uygulamalarla sistemin denenmesini kapsamaktadır. Algılama arayüzü olarak kullanılan yüzey plazmonlarını uyaracak özel bir yüzeyin yenilikçi üretim teknikleri kullanılarak geliştirilmesi ve üretilmesi, opto-elektronik arayüz olarak kullanılan yenilikçi bir yaklaşım dahilinde sinyalleri toplayan bütünleşik ve yüksek oranda minyatürize edilebilir bir sistemin oluşturulması, bu tez çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Sistemin prensipte çalışırlığını ispatlamak amacıyla hazırlanmış olan sıvı çözeltilerindeki çok küçük indis değişimlerinin tekrarlanabilir ve yüksek hassasiyette saptanabildiğini gösteren deneysel bir takım çalışmalar yapılmıştır. Geliştirilen algılama mekanizmasının muhtemel bir biyoalgılayıcı olarak da özelleştirilmeye müsait olduğunu göstermek maksadıyla tez çerçevesinde DNA hibridizasyonunun gerçek zamanlı takibine yönelik bir uygulama denemesi de yapılmış ve alınan ümit verici sonuçlar son bölüm içerisinde sergilenmiştir. Bahsi geçen deneysel öncül çalışmaların ümit verici uygulama neticelerinde sonlandırılmış olan bu tez çalışması, ileri uygulama alanlarının çeşitlendirilmesi maksadıyla devam edecek olan bir takım farklı projeler çerçevesinde geliştirilmesine devam edilerek, bu uzun soluklu bilimsel araştırmalar esnasında patentlenmiş olan algılama mekanizmasının ticarileştirilebilir/endüstriye transfer edilebilir bir son ürüne dönüştürülmesi yolundaki faaliyetler de hız kesmeden sürdürülmektedir.