Skip to main content
SUPERVISOR
Mahshid Kharaziha-esfahani,Fatallah Karimzadeh
مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sorour Darvishi
سرور درویشی

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).
: هدف از پژوهش حاضر، ساخت حسگر زیستی غیرآنزیمی بر پایه نانوذرات گرافن- نیکل: ژلما و ارزیابی رفتار فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی آن به منظور شناسایی گلوکز است. در این راستا، ابتدا نانوذرات نیکل با استفاده از فرایند شیمی تر بر پایه پلی-ال سنتز شد. نانوذرات نیکل حاصل تحت آزمون های پراش پرتو ایکس، طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراکندگی دینامیکی نور، ولتامتری چرخه ای و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مشخصه یابی شد. نتایج نشان داد که نانوذرات کروی و خالص نیکل با میانگین اندازه nm2±20 سنتز شد. نتایج آزمون های الکتروشیمیایی رفتار الکتروکاتالیستی نانوذرات نیکل را نشان داد. در ادامه، هیبریدهای گرافن-نیکل حاوی مقادیر مختلفی از نیکل (14/0، 28/0، 42/0 و 56/0 درصد وزنی) به روش ساده و تک مرحله ای احیای درجا سنتز شد. نتایج نشان داد که اکسید گرافن تقریباً به طور کامل احیا شده و نانوذرات نیکل عامل دار شده بر روی موقعیت های اکسید گرافن احیا شده به طور یکنواختی مستقر شده اند. الکترودهای کربن آمورف اصلاح شده با نانوذرات گرافن- نیکل به علت اثر همزمان نانو ذرات نیکل و نانوصفحات گرافنی رفتار الکتروشیمیایی بهتری نسبت به اکسید گرافن، اکسید گرافن احیا شده و نانوذرات خالص نیکل نشان دادند. بعد از بهینه سازی مقدار نیکل در هیبرید دوتایی گرافن-نیکل (گرافن-42 درصد وزنی نیکل (0.21Ni/GNs))، پارامترهای حسگری این الکترود مورد بررسی قرار گرفته شد که عبارت بودند از حساسیت µA.µM -1 .cm -2 276/2510و در بازه ی خطی µM 05/0 تا mM2/1. بعلاوه، کمترین حد تشخیص این الکترود محاسبه µM 01/0 بود. در ادامه، بعد از سنتز ژلاتین متاکریلیت شده (ژلما) و مشخصه یابی آن، هیبرید سه تایی از گرافن-نیکل:ژلما از طریق ترکیب نسبت های مختلفی از محلول گرافن-نیکل و محلول پلیمری ژلما(95:5 و 90:10) ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس نتایج بدست آمده، ژلما با بالاترین درجه متاکریلیت شدن (%4/0±4/81) سنتز شد. نتایج ارزیابی الکتروشیمیایی ژلما نشان داد که این پلیمر رفتاری کاملاً بی اثری در برابر محلول شاهد داشته در حالی که رفتاری ردوکسی اکسایش/ کاهشی در حضور گلوکز دارد. نتایج الکتروشیمیایی حضور پایدار پیک اکسیداسیون گلوکز را در الکترود اصلاح شده هیبرید سه تایی حاوی مقادیر پایین هیبرید نانوذرات گرافن-نیکل (گرافن-نیکل:ژلما= 95:5 ) نشان داد. با افزایش درصد وزنی هیبرید نانوذرات نیکل- گرافن(گرافن-نیکل:ژلما= 90:10 )، رفتار الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با هیبرید سه تایی به الکترود اصلاح شده کربن شیشه ای با هیبرید دوتایی مشابه شد. در ادامه، بعد از بهینه سازی هیبرید سه تایی نانوذرات گرافن-نیکل: ژلما در نسبت 90:10، سایر پارامترهای حسگری آن محاسبه گردید. براساس نتایج بدست آمده این الکترود دارای بازه خطیMµ10000-100 با حساسیتµAµM -1 cm -2 78/3658 می باشد که در مقایسه با حسگرهای زیستی غیرآنزیمی گلوکز برجسته است. کلمات کلیدی: حسگر زیستی، گرافن، نانوذرات نیکل، پلیمر ژلما.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی