Klasik YPR Cihazı Ölçümleri

Belirli bir kalınlık ve kırılma indisine sahip, metal tabaka içeren sistemlerde optik dalga kılavuzu modları görülür. Kılavuz özelliği gösteren tabakanın kırılma indisinin, tabakayı saran ortamın kırılma indisinden büyük olması gerekmektedir. Optik dalga kılavuzu özelliği gösterecek tabaka, metal üzerine yerleştirilir. Kretschmann yapılandırılması kullanıldığında (Şekil 2.9) belirli dalgaboyundaki ışık öncelikle prizmadan geçer ve metal tabakaya ulaştıktan sonra, belli geliş açılarında yansıma göstermez ve dalga kılavuzu tabakada sınırlandırılarak yayılmaya devam eder. Işık, dalga kılavuzu tabakada manyetik bileşeni ile ilerliyorsa buna p-polarizasyon (TM), elektrik bileşeni ile ilerliyorsa s-polarizasyon (TE) adı verilir [97].

ODK spektroskopisinde kaynaktan tek dalgaboyuna sahip ışık çıkar ve öncelikle optik ışık kıyıcıdan geçerek polarizörler üzerinden prizmaya yönlendirilir. Optik dalga kılavuzlarını gözlemleyebilmek için prizmanın alt tabanı metal kaplı olmalıdır. Kullanım kolaylığı sağlaması açısından, metal ince bir camın tek yüzeyine kaplanır ve kaplanmamış yüzey ile prizma indeks eşitleyici sıvılar kullanılarak birleştirilir. Böylelikle aynı prizma farklı metal-kılavuz tabakalarıyla kullanılabilmektedir. Akış hücresiyle birleştirilmiş metal-kılavuz tabakasından yansıyan ışık fotodiyot detektöre düşürülür. Tüm sistem bir bilgisayara bağlanarak takip edilir [118].

Şekil 2.9: Kretschmann yapılandırılması ve optik dalga kılavuz modları

Şekil 2.10’da gösterilen düzenekte geliş açısı-yansıma taramaları elde edilebilir. Bu eğrilerin 3 farklı karakteristik noktaları bulunmaktadır. Toplam iç yansımanın uç noktası bunlardan ilkidir. Bu noktanın gözlendiği açı (θc) kullanılan prizmanın ve

kılavuz tabakanın içinde bulunduğu ortamın kırılma indislerine bağlıdır. Yani aynı ortamda ve aynı prizma ile alınan ölçümlerde, kılavuz tabaka değişse bile, bu ucun gözlendiği açı değişmeyecektir [119]. Dolayısıyla üzerinde çalışılan sistemin sonuçları çapraz kontrol edilmek istendiğinde, bu değer kullanılabilir. Kritik bir rol oynadığından dolayı, sonuç olarak sunulan diyagramlarda belirtilmesi gerekir.

Rezonans açısı (θr) ise diğer bir önemli noktadır. Aslında belirlemek istediğimiz olan

rezonans açısı, yüzey plazmonların gelen ışığın enerjisini en fazla miktarda absorbladığı açıdır. Bu sebeple bu noktada yansıma sıfıra kadar iner. Fakat her sistemde tam olarak sıfır değerini vermeyebilir, metal tabakasının kalınlığı arttıkça yansıma miktarı da artış gösterir. Herhangi bir kılavuz tabaka olmadan ölçüm alındığında bu açı, kullanılan metal, prizma ve ortamın optik özelliklerine göre bir değer verir. Daha sonra kaplanan film ile yapılan analizlerin doğru yönlendirilebilmesi ve yorumlanabilmesi için boş sistem ile ölçüm alınarak, rezonans açılarının takip edilmesi önemlidir [120].

Şekil 2.10: Optik Dalga Kılavuzu Spektroskopisi cihazının şematik gösterimi

Son olarak yarı-doruk genişliği (fwhm) de sistem hakkında bilgi veren bir parametredir. Rezonans pikinin yarı-doruk genişliği sistemde kullanılan metal tabakasına bağlıdır. Metal tabakasının dielektrik sabitinin sanal bileşeni ne kadar büyük bir değer ise, rezonans piki de o kadar geniş elde edilir. Bu sebeple altın ve

gümüş tabakalarının yarı-doruk genişlikleri karşılaştırıldığında, gümüşün daha dar pikler oluşturduğu gözlenir. Fakat gümüş metalinin oksitlenebilirliği yüksek olduğundan, kararlı bir yapıya sahip olan altının çalışmalarda daha çok tercih edildiği görülür [121].

Şekil 2.12’de gösterilen örnek eğriler ‘durgun (statik)’ analiz sonucu elde edilir. Durgun analiz, geliş açısı-yansıma eğrisinin akış hücresi içerisinde bulunan kılavuz tabaka üzerinden bir çözücü ya da çözelti geçirilirken elde edilir. Biyosensör uygulamalarında, sensör tabaka üzerine hedef molekülün tutunmasını takip etmek amacıyla ya da bir yüzeyi belirli bir molekül ile tamamen kaplamak gerekiyorsa işlemi

Şekil 2.11: Yüzey Plazmon Rezonans cihazından elde edilen (a) geliş açısı-yansıma eğrisi örneği ile kritik noktaları ve (b) dalga kılavuzu modları

gözlemlemek için bu mod uygulanır. Tutunma gerçekleştiğinde rezonans açısında yüksek değerlere kayma görünür. Bir diğer yöntem ise ‘dinamik’ analizdir. Bu yöntemde ise yine akış hücresi içerisinde bulunan kılavuz tabaka üzerinden hedef madde ya da maddeler çözelti içinde geçirilirken adsorpsiyon süresi-rezonans açısı eğrisi elde edilir. Her absorplanan tabaka sonrasında rezonans açısı arttığından, yükselme eğiliminde olup tabaka hedef moleküle doyduğunda sabitlenen bir trend izler [122].

Bağlanma ve kinetiği takip edilebildiği gibi, moleküler etkileşimler de etiketleme yapılmadan ve gerçek zamanlı olarak takip edilebilir. Bunun için yine kinetik mod uygulanır. Algılayıcı yüzey akış hücresine yerleştirilir, hedef molekülünü içeren çözelti akış hücresinden bir pompa yardımıyla sürekli olarak geçirilir. İlk olarak yüzeye adsorplanma (birleşme basamağı) gerçekleşir ve rezonans açısı artar.

(a) _(b) Rezonans açısı R ef le k ti v it e R ef le k ti v it e

Şekil 2.12: Yüzey plazmon rezonans cihazı ile alınan (a) durgun (b) kinetik ölçümler [122]

Yüzeyde aktif uç sayısı azaldıkça rezonans açısının artması da yavaşlar. Açıdaki değişimin durması, aktif uçların tamamen etkileşim durumunda olduğunu gösterir. Ulaşılan bu yatışkın halin ardından akış hücresi herhangi bir çözücü ya tampon çözelti ile yıkanırsa aktif bölgelere tutunan moleküller, yüzeyden ayrılmaya başlar, yani desorpsiyon (ayrılma basamağı, dissociation) oluşur. Tekrar hedef molekül içeren çözelti ortama gönderilirse adsorpsiyon basamağı yinelenir, boş çözücü durumunda ise desorpsiyon yinelenebilir. Bu şekilde bağlanma seçiciliği ve kinetiği güvenilir bir şekilde ölçülebilir. Bu yöntemin uygulanmasıyla elde edilen örnek eğri Şekil 2.13’te gösterilmiştir [113,118].

Şekil 2.13: Moleküler etkileşim takibinde elde edilen tarama eğrisi ve alanları [122]