Thesis Number |
level |
Language |
Year |
Bilim Dalı |
|
Yüksek Lisans |
İngilizce |
2016 |
Diğer |
Son on yılda, çeşitli araştırma çalışmaları, Biyolojik Mikroelektromekanik Sistem
(Bio-MEMS) biyosensörlerinin Deoksiribonükleik Asit (DNA), proteinler, Bakteri
ve Antijenler gibi biyomolekülleri belirleme yeteneğini ortaya koydu. Ancak,
numunelerde tespit edilmesi gereken analitlerin düşük konsantrasyonundan dolayı,
sensörün çıktısına ufak bir sinyal neden olur.
Buna cevap olarak, numunedeki birkaç analitin bulgulanmasına yanıt olarak yüksek
çıktı sinyali verebilen optimize edilmiş bir biyosensör için bir ihtiyaç ortaya
çıkmıştır; Nihai hedef tek bir biyomoleküle yapışmayı ölçülebilir bir miktara
dönüştürmektir.
Bu amaçla, basit, ucuz, oldukça hassas ve daha önemlisi analitlerin optik
etiketlenmesine ihtiyaç duymadığı için (Etiketsiz), MEMS mikrokantilever tabanlı
biyosensörler umut verici bir algılama çözümü olarak ortaya çıkmıştır.
Farklı mikrokandilever ileten teknikler arasında, piezoresistif tabanlı mikrokantilever
biyosensörler, ucuz, yüksek hassasiyetli, minyatür olan, sıvı ortamlarda iyi çalışan ve
entegre okuma sistemi olan cazip bir çözüm gibi gözükmektedir.
Literatürde piezoresistif mikrokolantların hassasiyetini arttırmaya odaklanan birçok
yayın olmasına rağmen, sırf birkaç tasarım ve işlem parametresini optimize etmeyi
düşündükleri için sonuçta elde edilen hassaslık arttırmaları pratik uygulamalar için
yetersiz kalıyordu.
Literatürde yapılan çalışmanın analizinden sonra, Piezoresistif mikrokandilöre dayalı
sensörlerin hassasiyetini arttırmak için optimize edilebilen / kullanılabilen
parametreler / yaklaşımlar: kantilever boyutları, kantilever Malzemesi, kantilever
şekli, Piezoresistör malzemesi, Piezoresistör Doping seviyesi, Piezoresistör
Boyutları, Piezoresistörün konumu, Stres konsantrasyon Bölgesinin (SCR) şekli ve
konumu.
Bu çalışmada, tüm tasarım ve işlem parametrelerinin duyarlılık üzerindeki etkisini
analizi yapıldıktan sonra, kademeli optimizasyon yaklaşımı geliştirilmiş. Bu
yaklaşımında neredeyse tüm parametreleri , her adımda biri olmak üzere, değiştirerek
öbtimsyon yapılmış ve öyleyse hassasiyet maksimum düzeyde olmasını sağlamıştır.
Bu çalışma boyunca, sensör performansını simüle etmek için ticari bir Sonlu
Elemanlar Analizi (FEA) aracı olan COMSOL Multiphysics 5.0 kullanıldı.
Her bir optimizasyon adımında, aynı uygulanan kuvvet için piezoresistor
bölgelerindeki gerilimi en üst düzeye çıkaracak ve yoğunlaştıracak şekilde
parametrenin optimize edilmesi hedefi daha yüksek duyarlılık elde etmektir.
Toplamda, son optimize edilmiş sensörü elde etmek için neredeyse 46 farklı
simülasyon yapıldı.
Biyolijik uygulamalarında kullanılan etkileşimli kuvvetler onlarca ila yüzlerce pN
arasında olduğu için, bu sensörde kullanılacak 25 ila 250 pN aralığı seçilmiştir.
Optimizasyon işlemindeki tüm simülasyonlar sırasında 250 pN'lik bir toplam
xxvi
dağıtılmış kuvvet, analitlerin sensöre bağlanmasını temsil eden Altın katmanın
üzerine uygulanır.
Başlangıç olarak sırasıyla uzunluk, genişlik ve kalın