Skip to main content
SUPERVISOR
Mahshid Kharaziha-esfahani,Fatallah Karimzadeh
مهشيد خرازيهاي اصفهاني (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sorour Darvishi
سرور درويشي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
In this study, non-enzymatic biosensor based on nickel nanoparticles (Ni-) /Graphene: GelMA hybrids were synthesized. Physical, chemical and electrochemical behavior of hybrid in the application of glucose sensing were evaluated. We applied a facile polyol approach to decorate Ni- on the reduced graphene oxide (rGO) nanosheets (GNs) for the nonenzymatic electrochemical detection of glucose. Furthermore, the effects of Ni-NP content (0.14, 0.28, 0.42 and 0.56 wt.%) on the electrochemical properties of the hybrids were evaluated. Nickel nanoparticles examined by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Results showed that spherical nickel nanoparticles with an average size 20 ± 2 nm with high purity were synthesized. Electrochemical results show the electrocatalytic behavior of nickel nanoparticles for sensing glucose. In addition, Ni-/rGO hybrids containing varying amounts of Ni-NP were synthesized by facile procedures and one-step in situ reduction approach. Results revealed that GO is almost completely reduced to rGO and functionalized Ni- hosted on the surface of graphene layer. Modified glassy carbon electrode with Ni-/rGO due to simultaneous effect of Ni- and rGO had better electrochemical behavior in comparison with Nickel nanoparticles and graphene. Results showed that in the presence of ethylene glycol, spherical-like Ni- were deposited on rGO nanosheets. As prepared Ni-/rGO: glassy carbon electrode (GCE) revealed significantly improved electrochemical performance to the oxidation of glucose in alkaline solution compared to rGO: GCE, depending on Ni-NP content. Specifically, hybrid 0.28 wt.% Ni-/ rGO: GCE revealed the linear range for glucose (0.25 µM to 1200 mM) with low detection limit of 0.01 µM and sensitivity of 2511.276 µA.µM -1 .cm -2 . After synthesizing of methacrylate gelatin (GelMA), the ternary hybrid hydrogels of Ni-/rGO: GelMA were prepared by the combination of different ratios of Ni-/rGO hybrid with GelMA (95: 5 and 90:10) and evaluated. According to the results, GelMA with the highest degree of Methacrylation (81.4 ± 0.4%) was synthesized. Electrochemical behavior of GelMA showed that although there was not any redox peak in the absence of glucose, well-defined redox peak was revealed in the presence of glucose. Moreover, electrochemical results showed the presence of glucose oxidation peaks in the modified electrode with low concentration of Ni-/rGO hybrid (Ni-/rGO: GelMA = 95: 5). With the increase of Ni-/rGO hybrid (Ni-/rGO: GelMA = 90: 10), the electrochemical behavior of modified glassy carbon electrode with triple hybrid hydrogel was similar to the hybrid of Ni-/rGO. Finally, after optimization of triple hybrid hydrogel of Ni-/rGO :GelMA in the ratio of 90:10, other parameters of sensory were calculated. According to the results, linear range and sensitivity were 100-10000 ?M 3658.278 µA.µM -1 .cm -2 , which compared to other non-enzymatic glucose biosensors is prominent. Keywords : Biosensor, Graphene, Nickel nanoparticles, Gelatin methacrylate (GelMA).
چکيده: هدف از پژوهش حاضر، ساخت حسگر زيستي غيرآنزيمي بر پايه نانوذرات گرافن- نيکل: ژلما و ارزيابي رفتار فيزيکي، شيميايي و الکتروشيميايي آن به منظور شناسايي گلوکز است. در اين راستا، ابتدا نانوذرات نيکل با استفاده از فرايند شيمي تر بر پايه پلي-ال سنتز شد. نانوذرات نيکل حاصل تحت آزمون هاي پراش پرتو ايکس، طيف سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، پراکندگي ديناميکي نور، ولتامتري چرخه اي و طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي مشخصه يابي شد. نتايج نشان داد که نانوذرات کروي و خالص نيکل با ميانگين اندازه nm2±20 سنتز شد. نتايج آزمون هاي الکتروشيميايي رفتار الکتروکاتاليستي نانوذرات نيکل را نشان داد. در ادامه، هيبريدهاي گرافن-نيکل حاوي مقادير مختلفي از نيکل (14/0، 28/0، 42/0 و 56/0 درصد وزني) به روش ساده و تک مرحله اي احياي درجا سنتز شد. نتايج نشان داد که اکسيد گرافن تقريباً به طور کامل احيا شده و نانوذرات نيکل عامل دار شده بر روي موقعيت هاي اکسيد گرافن احيا شده به طور يکنواختي مستقر شده اند. الکترودهاي کربن آمورف اصلاح شده با نانوذرات گرافن- نيکل به علت اثر همزمان نانو ذرات نيکل و نانوصفحات گرافني رفتار الکتروشيميايي بهتري نسبت به اکسيد گرافن، اکسيد گرافن احيا شده و نانوذرات خالص نيکل نشان دادند. بعد از بهينه سازي مقدار نيکل در هيبريد دوتايي گرافن-نيکل (گرافن-42 درصد وزني نيکل (0.21Ni/GNs))، پارامترهاي حسگري اين الکترود مورد بررسي قرار گرفته شد که عبارت بودند از حساسيت µA.µM -1 .cm -2 276/2510و در بازه ي خطي µM 05/0 تا mM2/1. بعلاوه، کمترين حد تشخيص اين الکترود محاسبه µM 01/0 بود. در ادامه، بعد از سنتز ژلاتين متاکريليت شده (ژلما) و مشخصه يابي آن، هيبريد سه تايي از گرافن-نيکل:ژلما از طريق ترکيب نسبت هاي مختلفي از محلول گرافن-نيکل و محلول پليمري ژلما(95:5 و 90:10) ساخته و مورد ارزيابي قرار گرفت. براساس نتايج بدست آمده، ژلما با بالاترين درجه متاکريليت شدن (%4/0±4/81) سنتز شد. نتايج ارزيابي الکتروشيميايي ژلما نشان داد که اين پليمر رفتاري کاملاً بي اثري در برابر محلول شاهد داشته در حالي که رفتاري ردوکسي اکسايش/ کاهشي در حضور گلوکز دارد. نتايج الکتروشيميايي حضور پايدار پيک اکسيداسيون گلوکز را در الکترود اصلاح شده هيبريد سه تايي حاوي مقادير پايين هيبريد نانوذرات گرافن-نيکل (گرافن-نيکل:ژلما= 95:5 ) نشان داد. با افزايش درصد وزني هيبريد نانوذرات نيکل- گرافن(گرافن-نيکل:ژلما= 90:10 )، رفتار الکترود کربن شيشه اي اصلاح شده با هيبريد سه تايي به الکترود اصلاح شده کربن شيشه اي با هيبريد دوتايي مشابه شد. در ادامه، بعد از بهينه سازي هيبريد سه تايي نانوذرات گرافن-نيکل: ژلما در نسبت 90:10، ساير پارامترهاي حسگري آن محاسبه گرديد. براساس نتايج بدست آمده اين الکترود داراي بازه خطيMµ10000-100 با حساسيتµAµM -1 cm -2 78/3658 مي باشد که در مقايسه با حسگرهاي زيستي غيرآنزيمي گلوکز برجسته است. کلمات کليدي: حسگر زيستي، گرافن، نانوذرات نيکل، پليمر ژلما.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی