ساخت نانوبیوسنسور گاز اتانول بر پایه کامپوزیت GO/PANI/SnO2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه بیو متریال، دانشکده مهندسی پزشگی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه بیو متریال، دانشکده مهندسی پزشگی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

3 دانشجوی دکترا، گروه شیمی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه یک نانوبیوسنسور برای تشخیص گاز اتانول ساخته شد. برای ساخت آن در مرحله اول نانوکامپوزیت گرافن اکساید-پلی آنیلین سنتز شد و برای بررسی ترکیب شیمیایی و مورفولوژی و ساختار آن آنالیز های طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی میدان مغناطیسی(FE-SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری(HR-TEM) و پراش اشعه ایکس(XRD) انجام شد و نتایج نشان دهنده این است که سنتز گرافن اکساید به درستی انجام شده و ذرات پلی آنیلین به خوبی و به صورت فیزیکی و شیمیایی بر سطح صفحات گرافن اکساید پیوند یافته اند. آنالیزها نشان دهنده این هستند که تشکیل زنجیره های پلیمری پلی آنیلین بر سطح گرافن اکساید باعث شده که صفحات گرافن اکساید که در حالت عادی به صورت صفحات صاف و یکنواخت هستند به صورت صفحات ناصاف و غیر یکنواخت تغییر شکل یابند که علت آن تشکیل درست نانو کامپوزیت گرافن اکساید-پلی آنیلین است. در مرحله دوم نانو کامپوزیت تشکیل شده را بر روی الکترودهایی با روکش نقره قرار داده و سپس با قرار دادن نانو ذرات اکسید اکسید قلع قسمت های مختلف نانوبیوسنسور نسبت به گاز اتانول حساس شد. میزان پاسخ و حساسیت نانو بیوسنسور نسبت به هریک از گازهای اتانول، دی اکسید کربن، متان و آمونیاک، با انجام آزمایش های آمپرومتریک مورد سنجش قرار گرفت و نتایج نشان داد که حساسیت نانو بیوسنسور ساخته شده برای تشخیص گاز اتانول قابل قبول می باشد. بررسی نتایج حاصل از انجام آزمایش های الکتروشیمیایی نشان داد که نانوبیوسنسور به وجود گازهای آمونیاک و متان نیز اندکی پاسخ می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ahmad, H., M. Fan, and D. Hui, Graphene oxide incorporated functional materials: A review. Composites Part B: Engineering, 2018. 145: p. 270-280.

[2] Amirov, R.R., et al., Chemistry of graphene oxide. Reactions with transition metal cations. Carbon, 2017. 116: p. 356-365.

[3] Park, J., et al., Characteristics tuning of graphene-oxide-based-graphene to various end-uses. Energy Storage Materials, 2018. 14: p. 8-21.

[4] Abdolrahim, M., et al., Development of optical biosensor technologies for cardiac troponin recognition. Anal Biochem, 2015. 485: p. 1-10.

[5] Abdorahim, M., et al., Nanomaterials-based electrochemical immunosensors for cardiac troponin recognition: An illustrated review. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2016. 82: p. 337-347.

[6] Ghasemi, A., et al., Optical assays based on colloidal inorganic nanoparticles. Analyst, 2018. 143(14): p. 3249-3283.

[7] Kharati, M., et al., Early Diagnosis of Multiple Sclerosis based on Optical and Electrochemical Biosensors: Comprehensive Perspective. Vol. 14. 2018.

[8] Naghib, S., M. Rabiee, and E. Omidinia, Electrochemical Biosensor for L-phenylalanine Based on a Gold Electrode Modified with Graphene Oxide Nanosheets and Chitosan. Vol. 9. 2014. 2341-2353.

[9] Rabiee, N., M. Safarkhani, and M. Rabiee, Ultra-sensitive electrochemical on-line determination of Clarithromycin based on Poly(L-Aspartic Acid)/Graphite Oxide/Pristine Graphene/Glassy Carbon Electrode. Asian Journal of Nanosciences and Materials, 2018. 1(Issue 2. pp. 52-103): p. 63-73.

[10] Lim, J.Y., et al., Recent trends in the synthesis of graphene and graphene oxide based nanomaterials for removal of heavy metals — A review. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2018. 66: p. 29-44.

[11] Muzyka, R., et al., Oxidation of graphite by different modified Hummers methods. New Carbon Materials, 2017. 32(1): p. 15-20.

[12] Huang, Y.F. and C.W. Lin, Facile synthesis and morphology control of graphene oxide/polyaniline nanocomposites via in-situ polymerization process. Polymer, 2012. 53(13): p. 2574-2582.

[13] Park, S. and R.S. Ruoff, Chemical methods for the production of graphenes. Nature Nanotechnology, 2009. 4: p. 217.

[14] Wu, Y., et al., Tuning the Surface Properties of Graphene Oxide by Surface-Initiated Polymerization of Epoxides: An Efficient Method for Enhancing Gas Separation. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017. 9(5): p. 4998-5005.

[15] Lawal, A.T., Progress in utilisation of graphene for electrochemical biosensors. Biosensors and Bioelectronics, 2018. 106: p. 149-178.

[16] Chang, Y., et al., Reduced Graphene Oxide Mediated SnO2 Nanocrystals for Enhanced Gas-sensing Properties. Journal of Materials Science & Technology, 2013. 29(2): p. 157-160.

[17] Inyawilert, K., et al., Rapid ethanol sensor based on electrolytically-exfoliated graphene-loaded flame-made In-doped SnO2 composite film. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015. 209: p. 40-55.

[18] Zhang, D., et al., Characterization of a hybrid composite of SnO2 nanocrystal-decorated reduced graphene oxide for ppm-level ethanol gas sensing application. RSC Advances, 2015. 5(24): p. 18666-18672.

[19] Jiménez, P., et al., Carbon Nanotube Effect on Polyaniline Morphology in Water Dispersible Composites. The Journal of Physical Chemistry B, 2010. 114(4): p. 1579-1585.

[20] Yoo, M.J. and H.B. Park, Effect of Hydrogen Peroxide on Properties of Graphene Oxide in Hummers Method. Carbon, 2018.

[21] Zaaba, N.I., et al., Synthesis of Graphene Oxide using Modified Hummers Method: Solvent Influence. Procedia Engineering, 2017. 184: p. 469-477.

[22] Xu, G., et al., Preparation of Graphene Oxide/Polyaniline Nanocomposite with Assistance of Supercritical Carbon Dioxide for Supercapacitor Electrodes. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2012. 51(44): p. 14390-14398.

[23] Yan, X., et al., Fabrication of Free-Standing, Electrochemically Active, and Biocompatible Graphene Oxide-Polyaniline and Graphene-Polyaniline Hybrid Papers. Vol. 2. 2010. 2521-9.

[24] Mori, M., et al., Influence of VOC structures on sensing property of SmFeO3 semiconductive gas sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014. 202: p. 873-877.

[25] Zhu, B.L., et al., Improvement in gas sensitivity of ZnO thick film to volatile organic compounds (VOCs) by adding TiO2. Materials Letters, 2004. 58(5): p. 624-629.

[26] Wang, C., et al., Metal Oxide Gas Sensor: Sensitivity and Influencing Factors. Vol. 10. 2010. 2088-106.

[27] Mohamadzadeh Moghadam, M.H., et al., Graphene oxide-induced polymerization and crystallization to produce highly conductive polyaniline/graphene oxide composite. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2014. 52(11): p. 1545-1554.

[28] Rana, U. and S. Malik, Graphene oxide/polyaniline nanostructures: transformation of 2D sheet to 1D nanotube and in situ reduction. Chemical Communications, 2012. 48(88): p. 10862-10864.

[29] Xu, L.Q., et al., Reduction of graphene oxide by aniline with its concomitant oxidative polymerization. Macromol Rapid Commun, 2011. 32(8): p. 684-8.

[30] Bhanvase, B.A., M.A. Patel, and S.H. Sonawane, Kinetic properties of layer-by-layer assembled cerium zinc molybdate nanocontainers during corrosion inhibition. Corrosion Science, 2014. 88: p. 170-177.

[31] Chen, X. and B. Chen, Macroscopic and Spectroscopic Investigations of the Adsorption of Nitroaromatic Compounds on Graphene Oxide, Reduced Graphene Oxide, and Graphene Nanosheets. Environmental Science & Technology, 2015. 49(10): p. 6181-6189.

[32] Liu, F., et al., Three-Dimensional Graphene Oxide Nanostructure for Fast and Efficient Water-Soluble Dye Removal. ACS Applied Materials & Interfaces, 2012. 4(2): p. 922-927.