Novel carbon materials and microstructures for electrochemical sensors

Julkaisun otsikon käännös: Uudenlaiset hiilimateriaalit ja mikrorakenteet sähkökemiallisiin sensoreihin

Joonas J. Heikkinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Hiilipohjaiset ohutkalvot ovat saaneet paljon huomiota, kun hiilinanoputket löydettiin vuonna 1991. Tämä laukaisi monimuotoisen hiilen laajamittaisen tutkimisen. Hiilen kaikkein tunnetuin muoto on timantti, jonka synteettistä versiota käytetään sovelluksissa, jotka vaativat suurta kulutuksenkestävyyttä. Hiilipohjaisilla materiaaleilla on kuitenkin paljon muitakin mahdollisuuksia. Tarjolla on laaja kirjo erilaisia hiilipohjaisia materiaaleja, joiden ominaisuuksia voidaan muovata käyttötarpeen mukaan.  Tässä väitöskirjassa tutkittiin kolmea erilaista hiilen ohutkalvoa mikrovalmistuksen ja kuvioinnin näkökulmasta. Nämä valitut ohutkalvot olivat erityisesti sähköä johtavia, sillä niiden suorituskykyä arvioitiin elektrodimateriaalina monielektrodijärjestelmissä (MEA). Nämä kolme valittua materiaalia olivat nanohiili (nC), tetraedrinen amorfinen hiili (ta-C) ja pyrolyyttinen hiili (PyC). Mikrovalmistuksessa ja ohutkalvoteknologiassa on vain rajallinen määrä tekniikoita ja laitteistoja, joilla voidaan kuvioida hiilen ohutkalvoja. Tässä väitöskirjassa esitetään kuviointikeinot kaikille kolmelle tutkitulle hiilimateriaalille. Nanohiilen kohdalla käytettiin plasmaetsausta, ta-C kalvot kuvioitiin lift-off -tekniikalla ja PyC kuvioitiin fotoresistinä ennen pyrolyysiä.  Useimmat hiilimateriaalit ovat luonnostaan bioyhteensopivia ilman minkäänlaisia pinnoituksia. Näitä kolmea hiilimateriaalia käytettiin sähkökemiallisissa mittauksissa biologisten analyyttien tai hermovälittäjäaineiden, kuten dopamiinin, vähäisen määrän havaitsemiseen. Sähkökemian näkökulmasta hiili on houkutteleva materiaali, sillä sen ominaisuuksiin kuuluu leveä potentiaali-ikkuna, joka mahdollistaa usean analyytin mittauksen samaan aikaan. PyC ja ta-C tuottivat hyviä tuloksia dopamiinin havainnoinnissa keinotekoisista liuoksista, mutta kehitystyötä tarvitaan vielä häiritsevien molekyylien ja epäpuhtauksien erottelemiseen.  Näitä kolmea hiilimateriaalia käytettiin monielektrodijärjestelmissä, jotka rakentuvat useista lähellä toisiaan olevista mikroelektrodeista. MEA-alustoilla voidaan mitata hermosolupopulaatioiden välistä viestintää, seurata aivoleikkeiden aktiivisuutta tai havainnoida biologisten analyyttien erittäin vähäisiä pitoisuuksia. Tässä työssä esitellään biologisia mittauksia vain nanohiili-MEA alustalla (aivoleikkeillä). PyC ja ta-C materiaaleista saatiin onnistuneesti valmistettua MEA-alustoja, mutta niiden suorituskykyä testattiin vain alustavissa kokeissa.
Julkaisun otsikon käännösUudenlaiset hiilimateriaalit ja mikrorakenteet sähkökemiallisiin sensoreihin
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Franssila, Sami, Vastuuprofessori
  • Jokinen, Ville, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0550-6
Sähköinen ISBN978-952-64-0551-3
TilaJulkaistu - 2021
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • mikrovalmistus
  • hiili
  • pyrolyysi
  • monielektrodijärjestelmät

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Uudenlaiset hiilimateriaalit ja mikrorakenteet sähkökemiallisiin sensoreihin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä