31082

حسگر الكتروشيميايي پوشيدني منعطف براي پايش سلامت بر پايه گرافن القا شده با ليزر در بستر كاغذي

كارشناسي ارشد

نانوفناوري-نانو مواد

1400

1403/4/19

صادق صادق زاده

سيد مرتضي نقيب

فناوري هاي نوين

اخيراً روشي نوين در زمينه سنتز گرافن به‌وسيله حكاكي مستقيم ليزري روي بستر پليمري (LIG) پديدآمده است كه بر خلاف ساير روش‌هاي پيشين، بسيار اقتصادي و مقياس‌پذير است و مي‌توان به‌خوبي از آن براي تبديل پليمرهاي طبيعي و سنتزي به گرافن استفاده كرد. در اين پايان‌نامه، يك حسگر الكتروشيميايي براي اندازه‌گيري تيروزين و اوريك‌اسيد مبتني بر LIG بر بستر كاغذي ساخته شده است. ابتدا ساختار گرافني توسط ليزر CO2 بر روي بستر سلولزي طي فرايندي تشكيل شد كه يك المان حسگر زيستي منعطف به دست آمد و به كمك آزمون‌هاي الكتروشيميايي ولتامتري پالس تفاضلي و ولتامتري چرخه‌اي، رفتار الكتروشيميايي و توانايي آن براي سنجش تيروزين و اوريك‌اسيد، ونيز گزينش‌پذيري و تكرارپذيري، مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت مشاهده شد كه ثابت انتقال الكترون اين حسگر، حساسيت و حد تشخيص آن براي سنجش اوريك‌اسيد و تيروزين در مقايسه با حسگرهاي LIG كاغذي ساخته شده در پژوهش‌هاي موجود بهتر و در برخي ويژگي‌ها در مقايسه با حسگرهاي مشابه بر بسترهاي مصنوعي مثل پلي ايمايد برتري و يا برابري دارد. همچنين در اين پايان‌نامه شبيه‌سازي ديناميك مولكولي تشكيل LIG از سلولز و ليگنين، دوزيست بَسپار فراوان در طبيعت، با نرم‌افزار LAMMPS و پتانسيل ReaxFF موردمطالعه قرار گرفت و نتايج آن با نتايج به‌دست‌آمده تجربي بررسي شد و تطابق خوبي حاصل شد. وجود حلقه‌هاي 5 ضلعي و 6 ضلعي در ساختار LIG به‌دست‌آمده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي و همچنين تشكيل ساختار سلسله‌مراتبي و متخلخل فوم گرافن، توسط آزمون‌هاي مشخصه‌يابي SEM، FT-IR و طيف‌سنجي رامان بررسي و تأييد شدند. همچنين خواص و ويژگي‌هاي LIG به‌دست‌آمده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي موردمطالعه قرار گرفت، خواص حرارتي LIG بر بستر سلولز و ليگنين، مثل ضريب انتقال حرارت و چگالي ارتعاشي حالات (VDOS) با دو پتانسيل اتمي Airebo و ترسوف بهينه (opt-Tersoff) و نيز خواص نفوذي آن مثل ضريب نفوذ (D) و MSD به كمك پتانسيل ReaxFF ، در دماها و ابعاد مختلف بررسي شدند.

1403/05/13

A Flexible Wearable Electrochemical Sensor for Health Monitoring Based on Paper Substrate Laser

7/9/2025 12:00:00 AM

A novel method has recently emerged in the field of graphene synthesis through direct laser engraving on a polymer substrate (LIG). Unlike previous methods, it is highly economical and scalable, making it suitable for converting both natural and synthetic polymers into graphene. In this thesis, an electrochemical sensor based on LIG for measuring tyrosine and uric acid on a paper substrate was developed. Initially, a graphene structure was formed on a cellulose substrate using a CO2 laser, resulting in a flexible biosensor element. Electrochemical tests, including differential pulse voltammetry and cyclic voltammetry, were conducted to assess its electrochemical behavior, ability to measure tyrosine and uric acid, selectivity, and reproducibility. The results showed that the electron transfer constant of this sensor is with sensitivity and detection limits for uric acid measurement and for tyrosine, Compared to existing paper LIG sensors in the literature, it performs better, and in some features, it is superior or equal to similar sensors on artificial substrates like polyimide. Additionally, in this thesis, molecular dynamics simulations of LIG formation from cellulose and lignin, abundant biopolymers in nature, were conducted using LAMMPS software and ReaxFF potential. The simulation results were compared with experimental results and showed good agreement. The presence of 5-membered and 6-membered rings in the LIG structure obtained from molecular dynamics simulations, as well as the formation of a hierarchical and porous graphene foam structure, were confirmed by characterization tests including SEM, FT-IR and Raman spectroscopy. Furthermore, the properties and features of LIG obtained from molecular dynamics simulations were studied. The thermal properties of LIG on cellulose and lignin substrates, such as heat transfer coefficient and vibrational density of states (VDOS), were examined using two atomic potentials, Airebo and optimized Tersoff (opt-Tersoff), as well as its diffusion properties like diffusion coefficient (D) and mean square displacement (MSD) using ReaxFF potential at different temperatures and dimensions.

گرافن القا شده با ليزر , حسگر زيستي پوشيدني , شبيه‌سازي ديناميك مولكولي

Laser-induced graphene , wearable biosensor , molecular dynamics simulation

ali ghavipanjeh

sadegh sadeghzadeh