Development of a multi-walled carbon nanotube conductive paste for mass production of screen printed paper-based electrochemical sensors: Application in bisphenol a detection in tap water
Serigrafi baskılı kağıt bazlı elektrokimyasal sensörlerin seri üretimi için çok duvarlı karbon nanotüp iletken macunun geliştirilmesi: Bisfenol a tayininde uygulama
- Tez No: 888602
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ŞEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Anabilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Kağıt tabanlı elektrokimyasal sensörlerin kitlesel üretimi, maliyet etkinliği, taşınabilirlik, hızlı analiz yetenekleri, minimal örnek gereksinimleri ve çevre dostu özellikleri açısından hayati öneme sahiptir. Bu sensörler, çeşitli ortamlarda teşhis, izleme ve analiz için uygun fiyatlı çözümler sunarak, geleneksel sensör teknolojilerine sürdürülebilir ve erişilebilir alternatifler sağlar. Bu çalışmada, kağıt tabanlı elektrokimyasal sensörlerin çoklu üretimi için ekran baskı teknolojisi kullanılarak yeni bir çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) bazlı iletken mürekkep/pasta formülasyonu geliştirilmiştir. Karbon bazlı mürekkep/pasta, A4 kağıdına çalışma ve karşıt elektrotların üst kısımlarının şablonla baskısı için uygun bir doku elde etmek amacıyla uygun bir MWCNT, akrilik boya, dimetil sülfoksit ve sodyum dodesil sülfat kombinasyonundan hazırlanmıştır. Bu arada, çalışma elektrodu ve karşıt elektrodun alt kısmı ile referans elektrotların baskısı için gümüş mürekkep/pasta üretilmekte ve karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal ölçümler sırasında elektrotları yalıtmak için, elektrotların baskısından önce ve sonra olmak üzere iki hidrofobik yalıtım tabakası, sırasıyla balmumu ve ekran baskı kullanılarak kağıda basılmıştır. Sensör üretimi tamamlandıktan sonra, mekanik dayanıklılıkları uzun süreli sıvı maruziyeti sonrası değerlendirilmiştir hem elektrokimyasal hem de fiziksel olarak karakterize edilmiştir.. Ayrıca, sensörler sudaki Bisfenol A'nın (BPA) tespiti için uygulanmıştır. BPA tespiti, insan sağlığı üzerindeki potansiyel olumsuz etkileri nedeniyle önemlidir. BPA, gıda ve içecek kaplarında kullanılan plastikler ve reçineler ile diğer tüketici ürünlerinde yaygın olarak bulunan bir kimyasaldır. Araştırmalar, BPA maruziyetinin özellikle östrojen seviyelerini bozabileceğini ve üreme bozuklukları, gelişimsel anormallikler ve belirli kanser türlerinin riskinde artış gibi çeşitli sağlık sorunlarına yol açabileceğini önermektedir. Bu nedenle, BPA seviyelerinin doğru ve maliyet-etkin bir şekilde tespiti, bu potansiyel zararlı bileşiğe maruz kalma risklerinin değerlendirilmesi, düzenleyici önlemlerin uygulanması ve insan maruziyetini en aza indirmek için stratejiler geliştirilmesi açısından hayati öneme sahiptir. Sonuçlar, pSPE'lerin 0.084 µM LOD değerine ve 1.3 µA·mM−1·cm−2 duyarlılığına sahip olduğunu gösterdi. Bu tezde geliştirilen tek kullanımlık sensörlerin, BPA gibi toksik bileşiklerin düşük maliyetli izlenmesine katkı sağlama potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Mass production of disposable screen printed paper-based electrochemical sensors (pSPE) is crucial for ensuring cost-effectiveness, portability, rapid analysis, minimal sample requirement, and environmental friendliness. These sensors provide affordable solutions for diagnostics, monitoring, and analysis across various settings, making them accessible and sustainable alternatives to traditional sensor technologies. In this thesis, a novel multi-walled carbon nanotube (MWCNT) conductive ink/paste formulation was developed for the mass production of all-homemade paper-based electrochemical sensors using screen printing technology. The carbon-based ink/paste is prepared from a combination of MWCNT, acrylic paint, dimethyl sulfoxide, and sodium dodecyl sulfate to achieve a texture suitable for screen printing of the working (WE) and counter (CE) electrodes on an A4 paper. Additionally, a silver ink/paste is produced and characterized to print the bottom part of the WE and CE electrodes as well as the reference electrodes (RE). To insulate the electrodes during electrochemical measurements, two hydrophobic insulating layers are printed on the paper both before and after the printing of the three electrodes using wax and the screen printer, respectively. Once sensor production is completed, the sensors were characterized both electrochemically and physically to assess their mechanical durability following prolonged exposure to liquids. Furthermore, the sensors were successfully applied for detecting Bisphenol A (BPA) in tap water. Detecting BPA is important due to its potential adverse effects on human health. BPA is a chemical commonly found in plastics and resins used in food and beverage containers and other consumer products. Research suggests that BPA exposure may disrupt hormone levels, particularly estrogen, and potentially lead to various health issues, including reproductive disorders, developmental abnormalities, and an increased risk of certain cancers. Therefore, accurate and cost-effective detection of BPA levels is crucial for assessing exposure risks, implementing regulatory measures, and developing strategies to minimize human exposure to this potentially harmful compound. Results showed that the pSPEs had a limit of detection (LOD) of 0.084 µM with a sensitivity of 1.3 µA·mM−1·cm-2. Therefore, it is concluded that the disposable sensors developed in this thesis have the potential to contribute to low cost monitoring of toxic compounds such as BPA.
Benzer Tezler
- Development of multi-walled carbon nanotube-based flexible screen-printed disposable electrodes for sensor applications
Sensör uygulamaları için çok duvarlı karbon nanotüp tabanlı esnek ekran baskılı tek kullanımlık elektrotların geliştirilmesi
MERVE OĞUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Biyoteknolojiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ŞEN
- Preparation of transparent conductive electrodes via layer by layer deposition of functional nanomaterials
Fonksiyonel nanomalzemelerin katman katman kaplanması ile saydam iletken elektrotların hazırlanması
FARUK OYTUN
Doktora
İngilizce
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ALPTÜRK
DOÇ. DR. FEVZİHAN BAŞARIR
- Klopiralit ve propam tayinine yönelik modifiye elektrot temelli elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
Development of electrochemical sensor based on modified electrode for the determination of clopyralid and propham
MUSTAFA GÜRBÜZ
- İletken polimer/çok duvarlı karbon nanotüp modifikasyonuna dayalı mikrobiyal temelli biyosensör tasarımı ve parasetamol tayininde kullanılması
Development of microbial biosensor based on conductive polymer/multiwalled carbon nanotube and its application to paracetamol determination
EZGİ BAYRAM
- Geçirgen ve iletken elektrot olarak karbon nanotüp katkılı indiyum kalay oksit ince filmlerin geliştirilmesi
Development of carbon nanotube doped indium tin oxide transparent conductive electrode
GÖKÇEN GÖKÇELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ