Substrate effect on carbon nanotube electrochemistry

Abstract

Electrochemical biosensors play a crucial role in various fields, especially in medical diagnostics, by providing sensitive and selective detection of biological molecules.

This thesis investigates the impact of different substrates on the electrochemical properties of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) used in biosensors. The main research question is how does the substrate affect the electrochemical behavior of MWCNTs, and additionally two different thicknesses of the MWCNT network were used.

To explore this, the substrates were characterized using contact angle measurements, sheet resistance measurements, Raman spectroscopy, and ATR-FTIR spectroscopy. The electrochemical properties of the MWCNTs on these substrates were examined through cyclic voltammetry.

The study reveals no substantial differences in electrochemical performance across the different substrate materials tested, while the thickness of the MWCNT membrane on the substrate seems to be more significant in the electrochemical response. This research offers a starting point of enhancing our understanding of substrate effects in MWCNT-based biosensors, providing insights that could inform the design and optimization of future electrochemical biosensing devices.

Sähkökemialliset biosensorit ovat keskeisessä roolissa monilla tieteenaloilla kuten lääkinnällisessä diagnostiikassa. Niiden avulla saadaan luotettavasti mitattua haluttujen molekyylien pitoisuuksia pienistäkin pitoisuuksista.

Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena oli selvittää, miten substraattimateriaalin valinta vaikuttaa moniseinämäisten hiininanoputkien (MWCNT) muodostama kalvon sähkökemialliseen vasteeseen. Substraattimateriaalin lisäksi kahta eri MWCNT kalvon paksuutta testattiin sensoreissa.

Tutkimuksessa substraattimateriaalit karakterisoitiin kontaktikulmamittauksilla, Raman- ja ATR-FTIR-spektroskopialla, sekä mittaamalla substraattien päälle asetettujen hiilinanoputkikalvojen resistanssi. Käsityönä valmistetut näyte-elektrodit karakterisoitiin sähkökemiallisesti käyttäen syklistä voltammetriaa (CV).

Eri susbtraattien välillä oli havaittavissa eroja, mutta suurin vaikutus sensorin sähkökemialliselle vasteelle todettiin olevan MWCNT-kalvon paksuus. Tulokset luovat pohjaa ymmärrykselle substraatin vaikutuksesta hiilinanoputkipohjaisten biosensensorien toimintaan. Substraatin valinta vaikuttaa biosensorin suunnitteluun niin sähkökemiallisessa kuin tuotannollisessakin mielessä.