Developments in micro/nanophotonics and nanobiotechnology creates new opportunities regarding development of devices with unprecedented capabilities, which could improve human civilization substantially. On the other hand, a certain level of maturity in transforming these possibilities into reality still requires considerable efforts. One of the main problems of these novel technologies is that their practical know-how is so scarce that they could only be utilized within strictly determined laboratory conditions, and by highly sophisticated scientists.This thesis focuses on large scale applications at the intersection of microphotonics and nanobiotechnology, and also in nanophotonics. On microphotonics side, optical microresonators with toroidal shape were successfully fabricated and optically integrated. Having an extremely high sensitivity towards perturbations in their environments, these microcavities could be used as biological sensors; however, they are also very sensitive for nonspecific interactions. Thus, a novel surface chemistry enabling bioconjugation of molecular probes without compromising their sensitivity and enhancing their selectivity was developed, based on methylphosphonate containing silane modification of the microtoroid surface. After this functionalization, microtoroids were used in biodetection in complex media.Also, a macroscopic photodetection device composed on intrinsically aligned semiconducting selenium nanowires were demonstrated. This device could be considered as a novel and efficient demonstration of nanowire integration to the macroscopic world. Together with the research on biosensors, these are important large scale applications of emergent science of our age.

Mikro/nanofotonik ve nanobiyoteknolojideki gelişmeler, insan uygarlığını büyük oranda değiştirebilecek, daha önce düşünülmemiş özelliklere sahip aygıtların ortaya çıkma ihtimalleri sunmaktadır. Bununla birlikte, bu ihtimalleri gerçekliğe dönüştürecek birikimin oluşması hala önemli bir çaba gerektirmektedir. Söz konusu yeni teknolojilerin en önemli sorunlarından bir tanesi, uygulamaları ile ilgili teknik bilginin azlığından dolayı, sadece çok iyi denetlenen laboratuvar koşullarında uzman araştırmacılar tarafından ilgili çalışmaların yürütülebilmesidir.Bu tezin amacı, mikrofotoniğin nanobiyoteknoloji ile kesişiminde, ayrıca nanofotonik alanında yaygın uygulamaların geliştirilebilmesidir. Mikrofotonik alanı içinde toroid şekilli optik mikrorezonatörler üretilmiş ve ışıkla eşlenmişlerdir. Çevrelerindeki en ufak değişikliğe karşı bile çok hassas olan bu yapıların bu özelliğinden biyolojik sensörlerde faydalanılması amaçlanmakla beraber, bu durum beraberinde seçici olmayan etkileşmelere karşı da istenmeyen seviyede bir hassasiyet getirmektedir. Bu sorunun aşılması amacıyla hem protein dirençli hem de biyoeşlenebilir bir yüzey kaplaması geliştirilmiş, yüzeyi bu kaplamayla işlevselleştirilen mikrotoroidler, karmaşık ortamda biyolojik ölçüm yapmak için kullanılmıştır.Ayrıca, kendiliğinden düzenli yarıiletken selenyum nanoteller kullanılarak, makroskopik boyutta bir fotoalgılayıcı cihaz üretilmiştir. Bu cihaz, makroskopik dünyaya nanotel entegrasyonunda yeni ve verimli bir yöntem sunmaktadır. Biyosensör çalışması ile birlikte ele alındıklarında, çağımızın yükselen bilimi ile ilişkili önemli yaygın uygulamalar gösterilmiştir.