Carbon based hybrid nanomaterials for electrochemical detection of neurotransmitters

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.authorSainio, Sami
dc.contributor.departmentSähkötekniikan ja automaation laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Electrical Engineering and Automationen
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Electrical Engineeringen
dc.contributor.supervisorLaurila, Tomi, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.date.accessioned2017-04-13T09:00:40Z
dc.date.available2017-04-13T09:00:40Z
dc.date.defence2017-04-28
dc.date.issued2017
dc.description.abstractApplying carbon-based sensors to detect neurotransmitters in vitro and to take them towards in vivo is a goal of many research groups. The motivation arises from the increased occurrence of neurological disorders, diseases and age-related illnesses. Thus far, carbon-based materials used as sensors lack the sensitivity and selectivity for neurotransmitter detection, in addition to fouling and stability issues. This thesis presents several methods for tailoring and forming new carbon-based hybrid nanomaterials for the reliable detection of neurotransmitters. The hypothesis of this thesis is that by controllably integrating different carbon allotropes, it is possible to produce hybrid materials with unique properties. The objectives of this thesis are to (i) introduce new carbon-based hybrid materials and their unique properties, (ii) provide a detailed chemical and structural description of the materials and (iii) show the potential of detecting dopamine by using hybrid carbon-based materials in physiologically relevant concentrations for in vivo applications. By using hybrid structures, such as tetrahedral amorphous carbon (ta-C) and nickel as a seed layer for carbon nanofiber (CNF) growth, it is possible to produce a CNF with completely different morphology and properties, compared with a CNF grown on a traditional nickel seed layer. Tailoring of materials at the nanoscale enables the creation of 3D hybrid structures for targeted applications. Furthermore, this work has considered rarity of critical materials, such as platinum, and kept their use to a minimum.en
dc.description.abstractMonen tutkimusryhmän tavoitteena on käyttää hiilipohjaisia antureita hermovälittäjäaineiden havaitsemiseksi in vitro olosuhteissa sekä viedä niitä kohti in vivo sovelluksia. Motivaatio tähän nousee sekä neurologisten että iän tuomien sairauksien kasvaneesta hoitotarpeesta. Tähänastiset hiilipohjaiset anturit eivät ole pystyneet riittävän herkkään ja valikoivaan hermovälittäjäaineiden havaitsemiseen. Lisäksi ne ovat myös alttiita biolikaantumiselle eivätkä näin ollen pysy vakaina pitkiä aikoja. Tässä työssä esitetään useita menetelmiä hiilipohjaisten hybridimateriaalien valmistamiseksi sekä niiden räätälöimiseksi hermovälittäjäaineiden luotettavaan havainnointiin. Työn hypoteesina on, että yhdistämällä hallitusti hiilen eri muotoja on mahdollista saavuttaa antureita, joita ei muuten ole mahdollista toteuttaa. Saavutettu suorituskyky on yhdistelmä hiilen eri muotojen parhaita ominaisuuksia. Tämän työn tavoitteet ovat seuraavat (i) esitellä uusia hiilipohjaisia hybridimateriaaleja ainutlaatuisilla ominaisuuksilla, (ii) tarjota syvällistä kemiallista ja rakenteellista tietoa näistä materiaaleista sekä (iii) todentaa, että näillä hiilihybridimateriaaleilla voidaan havaita dopamiinia (DA) fysiologisesti merkityksellisissä konsentraatioissa. Käyttämällä hybridirakenteita, kuten tetraedrillistä amorfista hiiltä (ta-C) sekä nikkeliä siemenkerroksena hiilinanokuitujen (CNF) kasvatuksessa, saavutetaan täysin erilainen morfologia ja ominaisuudet kuin käyttämällä perinteistä, pelkkää nikkeliä sisältävää siemenkerrosta. Tämä sallii materiaalien räätälöinnin nanoskaalassa ja mahdollistaa räätälöityjen 3D hybridirakenteiden valmistuksen kohdennettuihin sovelluksiin. On huomionarvoista, että tässä työssä valmistetuissa hiilipohjaisissa antureissa ei käytetä kriittisiä materiaaleja (kuten platinaa).fi
dc.format.extent71 + app. 57
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.isbn978-952-60-7389-7 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-7390-3 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/25080
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-7389-7
dc.language.isoenen
dc.opnVajtai, Robert, Dr., Rice University, USA
dc.opnAhlskog, Markus, Prof., University of Jyväskylä, Finland
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Sainio S, Palomäki T, Rhode S, Kauppila M, Pitkänen O, Selkälä T, Toth G, Moram M, Kordas K, Koskinen J, Laurila T ”Carbon nanotube (CNT) forest grown on diamond-like carbon (DLC) thin films significantly improves electrochemical sensitivity and selectivity towards dopamine”, Sensors and Actuators B: Chemical, 211, 177-186, (2015), DOI: 10.1016/j.snb.2015.01.059
dc.relation.haspart[Publication 2]: Sainio S, Palomäki T, Tujunen N, Protopopova V, Koehne J, Kordas K, Koskinen J, Meyyappan M, Laurila T ”Integrated Carbon Nanostructures for Detection of Neurotransmitters”, Molecular Neurobiology, 52, 859-866, (2015), DOI: 10.1007/s12035-015-9233-z
dc.relation.haspart[Publication 3]: Sainio S, Jiang H, Caro M A, Koehne J, Lopez-Acevedo O, Koskinen J, Meyyappan M, Laurila T “Structural morphology of carbon nanofibers grown on different substrates”, Carbon, 98, 343-351, (2016), DOI: 10.1016/j.carbon.2015.11.021
dc.relation.haspart[Publication 4]: Sainio S, Nordlund D, Caro M A, Gandhiraman R, Koehne J, Wester N, Koskinen J, Meyyappan M, Laurila T “Correlation between sp3-to-sp2 Ratio and Surface Oxygen Functionalities in Tetrahedral Amorphous Carbon (ta-C) Thin Film Electrodes and Implications of Their Electrochemical Properties”, The Journal of Physical Chemistry C, 120, 8298-8304, (2016), DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b02342
dc.relation.haspart[Publication 5]: Sainio S, Nordlund D, Gandhiraman R, Jiang H, Koehne J, Koskinen J, Meyyappan M, Laurila T ”What Does Nitric Acid Really Do to Carbon Nanofibers?”, The Journal of Physical Chemistry C, 120 (39), 22655-22662, (2016), DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b06353
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries72/2017
dc.revVajtai, Robert, Dr., Rice University, USA
dc.revNasibulin, Albert G., Prof., Skolkovo Institute of Science and Technology, Russia
dc.subject.helecontekniikka
dc.subject.heleconterveystalous
dc.subject.heleconbioteknologia
dc.subject.keywordhybrid carbon nanomaterialsen
dc.subject.keywordcarbon nanomaterialsen
dc.subject.keywordneurotransmittersen
dc.subject.keywordelectrochemistryen
dc.subject.keywordx-ray absorption spectroscopyen
dc.subject.keywordXASen
dc.subject.keywordcarbon nanotubeen
dc.subject.keywordCNTen
dc.subject.keywordcarbon nanofiberen
dc.subject.keywordCNFen
dc.subject.keywordtetrahedral amorphous carbonen
dc.subject.keywordta-Cen
dc.subject.keywordhybridi hiilinanomateriaalitfi
dc.subject.keywordhiilinanomateriaalitfi
dc.subject.keywordhermovälittäjäaineetfi
dc.subject.keywordsähkökemiafi
dc.subject.keywordröntgen absorptiospektroskopiafi
dc.subject.keywordhiilinanoputkifi
dc.subject.keywordhiilinanokuitufi
dc.subject.keywordtetraedrillinen amorfinen hiilifi
dc.subject.otherElectrical engineeringen
dc.subject.otherMedical sciencesen
dc.subject.otherMaterials scienceen
dc.titleCarbon based hybrid nanomaterials for electrochemical detection of neurotransmittersen
dc.titleHiilipohjaiset hybridi nanomateriaalit hermovälittäjäaineiden sähkökemialliseen mittaamiseenfi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.archiveyes
local.aalto.formfolder2017_04_12_klo_15_16
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526073897.pdf
Size:
2.63 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Download
Collections
[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC