Vũ quang khuê development of electrochemical biosensors based on gold nanomaterials, silver nanoparticles reduced graphene oxide for quick detection of pathogenic bacteria

INFORMATION ON NEW CONCLUSIONS OF DOCTORAL DISSERTATION (Information will be posted on the Website) Name of dissertation: Development of electrochemical biosensors based on gold nanomaterials, silver nanoparticles- reduced graphene oxide for quick detection of pathogenic bacteria Major: Material Sciences Code No: 9440122 Name of PhD student: Vu Quang Khue Supervisors: Dr Vu Ngoc Phan Dr Tran Quang Huy Training Institution: Hanoi University of Science and Technology Summary of new contributions to the Dissertation Preparation of electrochemical biosensors based on carbon screen-printed electrodes (SPEs) modified with silver nanoparticles- reduced graphene oxide (AgNPs-rGO) - AgNPs-rGO (silver nanoparticles (AgNPs) of 20 nm in size) was prepared to modify the working surface of carbon SPEs, and electrochemical properties of modified SPE were also investigated The current of AgNPsrGO - modified SPEs was amplified up to 160% compared to that of bare SPEs; - The detection time of AgNPs-rGO - modified SPE for Salmonella detection was found about 25 min, and the limit of detection (LOD) was 22 CFU /mL Preparation of electrochemical biosensors based on SPEs modified with gold nanoparticles (AuNPs) - AuNPs were electrochemically synthesized to modify carbon SPEs The electrochemical stability of modified SPEs was investigated corresponding to AuNPs modified in the range of 10 nm to 25 nm; - AuNPs - modified SPEs were applied for detection of E.coli O157 and MRSA bacteria, and results showed that the detection range was found from 10 CFU/mL to 106 CFU/mL, detection time of 25 min, and LOD was of 13 CFU/mL (MRSA); Preparation of electrochemical biosensors based on SPEs modified with gold nanofilms (AuNFs) - Carbon SPEs were coated with gold nanofilms (AuNFs) by ion sputtering and then investigated their electrochemical properties corresponding to AuNFs in different thickness of 10 nm, 20 nm, and 30 nm The electrochemically active areas were also calculated according to modified SPEs including AgNPs-rGO – modified SPEs (increased 1.53 times), AuNPs-modified SPEs (increased 1.76 times), and AuNFs – modified SPEs (increased 1.92 times); - AuNPs - modified SPEs were applied for detection of MRSA, the results showed that the detection time was 25 min, LOD was CFU/ mL, and detection range was from 10 CFU/mL to 106 CFU/mL; Fabrication of portable device for electrochemical biosensors applied for quick detection of pathogenic bacteria on-site - Dimension of the portable device: L271 x W108 x H38 mm Power supply: ± 5V, and 10 mA; - Signal input for biosensors: 0.1 mV- 2.5 V, frequency of 0.1 Hz to 100 kHz; - Connection: USB 2.0 LCD display: LCD 20x4; diagnostic results by Pos+: positive (LED red color), and Neg-: negative (LED blue color); Supervisor Hanoi, December , 2020 PhD Student Dr Vu Ngoc Phan Vu Quang Khue THƠNG TIN TĨM TẮT VỀ NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦA LUẬN ÁN TIẾN SĨ (Thông tin đưa lên trang Web) Tên luận án: Nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học điện hóa sở vật liệu nano vàng, bạc - oxide graphene khử để phát số vi khuẩn gây bệnh Ngành: Khoa học Vật liệu Mã số: 9440122 Nghiên cứu sinh: Vũ Quang Khuê Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Ngọc Phan TS Trần Quang Huy Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TÓM TẮT KẾT LUẬN MỚI CỦA LUẬN ÁN Chế tạo cảm biến điện hóa sở SPE cacbon biến tính với hệ vật liệu nano bạc/graphene oxít (AgNPs-rGO) - Chế tạo biến tính hệ AgNPs-rGO (kích thước nano bạc: ~ 20 nm) bề mặt điện cực SPE cacbon khảo sát đặc tuyến điện hóa điện cực biến tính Xác định giá trị dòng điện khuếch đại tăng cường 160% so với điện cực trần; - Thử nghiệm cảm biến để phát vi khuẩn Salmonella thời gian 25 phút, giới hạn phát (LOD): 22 CFU/mL Chế tạo cảm biến điện hóa sở SPE cacbon biến tính với hạt nano vàng (AuNPs) - Điện cực SPE cacbon biến tính với hạt nano vàng chế tạo phương pháp điện hóa Các hạt nano vàng chế tạo dải kích thước hạt từ 10 nm đến 25 nm khảo sát ổn định điện hóa điện cực biến tính với kích thước hạt tương ứng; - Cảm biến thử nghiệm phát chủng vi khuẩn E.coli O157 MRSA dải 10 CFU/mL đến 106 CFU/mL; thời gian phát 25 phút, LOD tương ứng 15 (E.coli O157) 13 CFU/mL (MRSA) Chế tạo cảm biến điện hóa sở SPE cacbon biến tính với màng nano vàng (AuNFs) - Biến tính điện cực SPE cacbon màng nano vàng khảo sát đặc tuyến điện hóa đặc trưng với 03 độ dày màng khác nhau:10 nm, 20 nm, 30 nm Tính tốn xác định giá trị diện tích hoạt động điện hóa so với diện tích hình học điện cực biến tính khác SPE/AgNPs-rGO (tăng 1,53 lần), SPE/AuNPs (tăng 1,76 lần), SPE/AuNFs (tăng 1,92 lần); - Cảm biến điện hóa chế tạo thử nghiệm phát vi khuẩn MRSA thời gian 25 phút, LOD: CFU/mL, dải phát hiện: 10 CFU/mL đến 106 CFU/mL; Chế tạo thiết bị đo cầm tay cho cảm biến điện hóa nhằm phát vi khuẩn gây bệnh thực địa - Kích thước: L271 x W108 x H38 mm; - Điện áp nguồn nuôi làm việc:  5V, 10 mA; - Tín hiệu cấp cho cảm biến: 0,1 mV- 2,5 V; tần số 0,1 Hz đến 100 kHz; - Giao tiếp USB 2.0 với phần mềm iportable Hiển thị kết đo LCD 20x4; - Chẩn đốn định tính với hiển thị Pos+: dương tính (màu đỏ); Neg-: âm tính (màu xanh) TM Tập thể hướng dẫn TS Vũ Ngọc Phan Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2020 Nghiên cứu sinh Vũ Quang Khuê ... vàng, bạc - oxide graphene khử để phát số vi khuẩn gây bệnh Ngành: Khoa học Vật liệu Mã số: 9440122 Nghiên cứu sinh: Vũ Quang Khuê Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Ngọc Phan TS Trần Quang Huy Cơ... tính (màu đỏ); Neg-: âm tính (màu xanh) TM Tập thể hướng dẫn TS Vũ Ngọc Phan Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2020 Nghiên cứu sinh Vũ Quang Khuê ... để phát vi khuẩn Salmonella thời gian 25 phút, giới hạn phát (LOD): 22 CFU/mL Chế tạo cảm biến điện hóa sở SPE cacbon biến tính với hạt nano vàng (AuNPs) - Điện cực SPE cacbon biến tính với hạt