Design, development and application of nanostructure based sensor platforms for chemical and biological sensing

Abstract

Sensörler tıbbi teşhis, gıda endüstrisi, ziraat, ulusal güvenlik ve hava kalitesi görüntüleme gibi birçok alandaki uygulamalarda kullanılmaktadır. Son yıllarda, doğru, taşınabilir, düşük maliyetli ve kolay kullanılabilir biyosensörlere karşı artan bir talep bulunmaktadır. Belirli alanlara yönelik bu talebi karşılamak için sensör teknolojilerinde bazı ilerlemeler yapılması gerkemektedir. Özellikle hasta başı tanısı için biyosensör geliştirmeye yönelik büyük bir ihtiyaç mevcuttur. Bu ihtyacı karşılamak için sensör platformlarının geliştirilmesi gerekmektedir. Sensör platformunun tasarımı için en önemli hedef yeni malzemelerin farklı boyutlarda üretip fonksiyonel hale getirilmeleridir. Özellikle nanoyapılı malzemelerin özellikleri cihaz boyutunu arttırmadan yüzey alanı arttığı için çok daha iyi olmaktadır. Geçiş metali dikalgonitler (MoS2, WS2 vb.) veya oksitler (TiO2, ZnO vb.) nanoçubuklar, nanoteller, nanotüpler, tek katman veya birkaç katmandan oluşan kristal yapılar şeklinde sensör teknolojilerinde kullanılmak amacı ile sentezlenebilirler. Bu tezde, hidrotermal, magnetron saçtırma ve atomik katman kaplama gibi farklı yöntemler ile nanoyapılar kullanılarak sensör platformlar geliştirilecektir.

Chemical sensors and biosensors are of the highest importance in the field of medical diagnostics, food industries, agriculture, national security, and environmental monitoring. Recently, there have been emerging demands for a new approach in sensing technology with high accuracy, mobile, low cost, and easier to use, among which biosensors are a possible application. To this end, new sensor platforms for the development of sensing technology have been required to apply desired fields. Especially, demand grows for point-of-care devices for health diagnostics and monitoring. To meet this demand, sensor platforms should be improved. The creation of new materials of different dimensionality and functionality is one of the most important goals of designing the sensor platform. In this case, the properties of nanostructured materials can be different and, in many ways, far superior to those of the bulk counterpart because of enlarged surface area without increasing the device dimensions. Transition metal dichalcogenides (MoS2, WS2, etc.) and transition metal oxides (TiO2, ZnO, etc.) have been successfully fabricated as Nanorods, nanowires, nanotubes, monolayers, and few-layer crystals for sensing technology. In this thesis, nanostructure-based sensor platforms were fabricated with different techniques such as hydrothermal, magnetron sputter, and atomic layer deposition for sensor applications.