عنوان پایان‌نامه
ساخت کامپوزیت های نانو لوله های کربنی با اکسید فلزات و کاربرد آن ها در بیوسنسورها
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1198.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55294
- تاریخ دفاع
- ۲۰ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- مرضیه جعفری
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- استفاده از نانولوله های کربنی بر پایه ساختار و ویژگی های منحصر بفرد آن ها است. اصلاح نانولوله های کربنی با اکسید فلزی سبب افزایش کاربرد های نانولوله می شود. کمپوزیت نانولوله های کربنی با اکسید فلزات هم ویژگی های نانولوله و هم ویژگی های اکسید فلزی را دارد و علاوه بر آن سبب بهبود ویژگی های نانولوله و اکسید فلز می شود. سنسورهای الکتروشیمیایی بر پایه الکترود های اصلاح شده با کمپوزیت نانولوله های کربنی با اکسید های فلزی با افزایش فعالیت الکتروکاتالیستی، آنالیز بسیاری از بیومولکول ها مانند گلوکز را آسان می کند. در این تحقیق نانوذرات ZnO با استفاده از استات روی در محیط آبی با pH های 12(نمونه 1) و 8(نمونه 2) و محیط اتیلن گلایکول با pH 8 (نمونه 3) و تابش مایکروویو روی سطح نانولوله های کربنی نشانده شد و به ترتیب نمونه ها 1 تا 3 نامگذاری شده اند. قابل ذکر است که در 3 نمونه سنتز شده، نسبت جرمی پیش ماده اکسید روی به نانولوله برابر 27/0 بود. مشخصات نمونه های سنتز شده با آنالیز های XRD، SEM و TEM مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج آنالیزها، در12pH= اکسید روی عمدتاً به صورت میکروفلاور هایی با اندازه حدود 700 نانومتری شکل می گیرد، و بقیه اکسیدروی به صورت نانوذرات با اندازه حدود nm 10 روی سطح نانولوله کربنی تشکیل و پراکنده می شود. با تغییر مقدار pH از 12 به 8 (نقطه ایزوالکتریک اکسید روی 5/9 می باشد) نانوذرات حدود 100 نانومتری روی سطح نانولوله تشکیل می شوند. و با تغییر حلال از آب به اتیلن گلایکول اندازه نانوذرات کاهش می یابد حدوداً به 40 نانومتر می رسد. در قسمت دوم این پژوهش، برقراری ارتباط الکتریکی مستقیم آنزیم گلوکز اکسیداز با سطح الکترود کربن شیشه ای با استفاده از نمونه های سنتز شده و نافیون مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی اثر ZnO و اندازه نانوذرات تشکیل شده روی سطح نانولوله کربنی در انتقال الکترون آنزیم تثبیت شده روی آن ها، مقایسه قله های ولتامتری چرخه ای الکترودهای آنزیمی اصلاح شده با نمونه ها صورت گرفت. از آن جایی که جفت قله مشاهده مربوط به نمونه 1 بلندتر بودند، این نمونه برای مطالعات بعدی انتخاب شد. نمودار پتانسیل فرمال گلوکز اکسیداز تثبیت شده بر سطح الکترود نسبت به pH بافر، خطی با شیب 33/66 بود که بیانگر انجام واکنش آنزیمی همراه با انتقال دو پروتون و دو الکترون می باشد. پارامتر های الکتروشیمیایی نظیر ضریب انتقال الکترون (?) و ثابت سرعت انتقال الکترون (ks) با استفاده از ولتامتری چرخه ای به دست آمد، که مقادیر آن ها به ترتیب 37/0 و s-1 95/0 می باشد. همچنین زیست حسگر محدوده خطی µM 100-10، حد تشخیص µM1/4 و حساسیت µA mM-1 3/14 را دارا بود. واژه‌های کلیدی: گلوکز اکسیداز- نانولوله های کربنی – نانوذرات اکسید روی – انتقال مستقیم الکترون.
- Abstract
- Due to the unique structure and excellent physical properties, Carbon nanotubes (CNTs) are used in many applications. Functionalization of CNTs will greatly broaden and enhance their applications. Electrochemical biosensors with modified electrodes i.e. electrodes based on metal oxides deposited on functionalized CNTs, which has improved electro catalytic activity, facilitate the analysis of many biomolecules such as glucose. In the present study, the samples were prepared by depositing zinc oxide nanoparticles on functionalized CNTs with carboxyl groups at pH=8 and 12 and water and ethylene glycol as solvent via microwave assisted method. The mass ratio of CNTs to zinc precursor was held constant for all the samples. The prepared samples were characterized with XRD, SEM and TEM. The results of SEM and TEM confirmed that at pH=12 the majority of zinc oxide was formed as a flower-like structure with the relative size of about 700 nm whereas in the other samples ZnO were formed as nanoparticles with the size of about 10 nm dispersed on the surface of CNTs. Changing the pH from 12 to 8 resulted in nanoparticles with the size of about 100 nm while changing the solvent from water to ethylene glycol led to ZnO with smaller size. Direct electrical communication between glucose oxidase (GOx) and modified surfaces of glassy carbon electode has been achieved using the synthesized samples and nafion. The effect of adding ZnO and the size of ZnO nanoparticles deposited on the surface of CNTs on the electron transfer of GOx was studied by comparing the cyclic voltammetric (CV) peaks of the modified electrodes. For the sample synthesized at pH of 12 in water had the largest redox peaks in CV. For this sample it was found that the formal potential (E°?) of GOx on modified electrode had a linear relativity to the buffer pH with slope of -66.33 mV/pH, indicating that the reaction was accompanied by two-electrons and two-protons transfer. The electrical parameters such as charge transfer coefficient (?) and apparent heterogeneous electron transfer rate constant (ks) was estimated as 0.37 and 0.95 s-1 by CV. Under the optimized experimental conditions, the biosensor exhibited a linear response to glucose from 10-100 µM, with the detection limit of 4.1 µA and the sensitivity of 14.3 µA mM-1 .
