Nanomechanical and microwave resonance sensing for characterization of individual virions and nanoparticles in atmospheric conditions
Atmosferik koşullarda tekli virüslerin ve nanoparçacıkların karakterizasyonu için nanomekanik ve mikrodalga rezonans algılama
- Tez No: 842045
- Danışmanlar: DOÇ. MEHMET SELİM HANAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezi, geleneksel kütle spektrometresi teknikleri için ağır olan nanoparçacıkları ve biyomolekülleri tartmak için devrim niteliğinde bir teknik olan Nanoelektromekanik tabanlı Kütle Spektrometresi (NEMS-MS) etrafında dönüyor. Çalışma, NEMS-MS'yi atmosferik koşullar altında yürütmeyi ve entegre bir odaklama merceği ile NEMS yongasının yeteneklerini geliştirmeyi önermektedir. COVID-19 salgını zemininde, tez, hızlı virüs tespiti için acil ihtiyacı ele almaktadır. NEMS-MS kullanarak tek tek virüsleri tespit etmek ve karakterize etmek için etiketsiz bir yaklaşım kullanılmıştır. Etkileyici bir şekilde, ¸calışma, tamamen atmosferik basınç altında çalışan ilk NEMS-MS sistemi tarafından elde edilen SARS-CoV-2 virüsünün kütle spektrometri ölçümünü sunmaktadır. Bu çalışma, atmosferik ortamlarda NEMS-MS'ye öncülük ettiğinden, tez, NEMS-MS'nin atmosferik koşullar altında çalıştırılmasındaki bazı zorlukları, özellikle de esas olarak havanın viskoz sönümünün neden olduğu enerji tüketen mod ¸sekillerini araştırmaktadır. Mod Şekli Zayıflamasına yol açan faktörlerin karmaşık etkileşimi, matematiksel modeller ve deneyler kullanılarak incelenmiştir, gerçek dünyaya uygulamasına yönelik öncü bir sistematik çalışma ortaya konulmuştur. Bu analiz, yalnızca gelişmiş kütle spektrumlarına ortaya çıkarmakla kalmayıp, aynı zamanda teknolojiyi gerçek dünya senaryolarında daha uygulanabilir hale getirmeye yönelik önemli bir ilerleme ortaya koymaktadır. İnovasyonu bir adım öteye taşıyan çalışma, nanopartiküllerin elektriksel özelliklerini tanımlamak için tasarlanmış mikrodalga tabanlı bir sensörü de tanıtmaktadır. Atmosferik koşullar altında elektromanyetik alanda çalışan bu sensör, dielektrik sabit gibi özellikleri belirleyerek NEMS tabanlı algılama araçlarının potansiyelini genişletmektedir. Genel olarak, bu tez, kütle spektrometresi, mikrodalga algılama ve atmosferde çalışma imkanını birleştirerek NEMS tabanlı algılama ve karakterizasyonu yeni zirvelere taşımıştır. Zorlukları doğrudan ele alan ve yaratıcı çözümler sunan bu çalışma, yalnızca NEMS teknolojisini ilerletmekle kalmamış, aynı zamanda çeşitli uygulamalarda nanoparçacıkları ve biyomolekülleri karakterize etmek için uygun maliyetli, çok yönlü bir araç sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This dissertation focuses on Nanoelectromechanical-based Mass Spectrometry (NEMS-MS), an innovative technique for characterizing nanoparticles and biomolecules weighing above the working limit of commercial mass spectrometry tools. It suggests performing NEMS-MS under atmospheric conditions and enhancing its capabilities with a built-in focusing lens. Amid the COVID-19 pandemic, the study addresses urgent virus detection needs, proposing a label-free method using NEMS-MS for individual virus detection and characterization. Notably, the study achieves mass spectrometry measurement of the SARS-CoV-2 virus using a NEMS-MS system operating entirely under atmospheric pressure. As the first to pioneer NEMS-MS in air, the study examines challenges tied to this, particularly how NEMS response in dissipative environments, known as Mode Shape Attenuation. Mathematical models and experiments dissect factors contributing to this attenuation, resulting in improved mass spectra and contributing toward the utilization of NEMS-MS for real-world application. Taking innovation a step further, the study introduces a microwave-based sensor for inferring electrical properties of nanoparticles. This sensor works in the electromagnetic domain, determining properties like dielectric constant and expanding the sensing possibilities. Overall, this dissertation propels NEMS-based sensing and characterization by combining mass spectrometry, microwave sensing, and atmospheric pressure operation. Addressing challenges and introducing innovative solutions, it advances NEMS-MS technology and offers a cost-effective tool for characterizing nanoparticles and biomolecules across various applications.
Benzer Tezler
- Design, fabrication and characterization of surface plasmon resonance based MEMS displacement sensors
Yüzey plazmon rezonansına dayalı MEMS yerdeğiştirme algılayıcılarının tasarım, üretim ve karakterizasyonu
HASAN GÜNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. SALİM ÇIRACI
YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA
- Frequency-selective remote actuation via continuous beam spans
Sürekli kiriş dizileri yardımıyla frekans-seçici uzaktan tahrik
JABER SALAMAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN
- Explorations on optomechanical devices for energy sink applications
Enerji sönümleme uygulamalarında optomekanik aygıtların kullanımı
CHULHYEONG LEE
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MEHMET SELİM HANAY
- Surface integrated membrane nanomechanical and microwave coplanar waveguide based biosensors
Yüzeye entegre membranlı nanomekanik ve mikrodalga eşdüzlemsel dalga kılavuzu temelli biyoalgılayıcılar
LEVENT ASLANBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SELİM HANAY
- Motion and energy transfer through coupled micro/nano-scale cantilever beams via mechanical resonance absorption
Mikro/nano-boyutlu ankastre kirişlerde mekanik rezonans absorpsiyonu yardımıyla hareket ve enerji transferi
ÜNAL DEĞİRMENCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN