EFFECT OF THE MORPHOLOGY OF ZINC OXIDE LAYERS ON THE ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF BIOSENSORS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v83.i4.04
        99 80

Keywords:

zinc oxide, electrochemical properties, biosensor, glucose

Abstract

Инсулин тапшылығы мен қандағы глюкозаның жоғары концентрациясына байланысты қант диабеті әлемдегі өлім мен мүгедектіктің негізгі себептерінің бірі болып табылады. Қандағы глюкоза деңгейін үздіксіз бақылау жүрек ауруының, бүйрек жеткіліксіздігінің немесе зағиптылықтың алдын алады. Осыған байланысты қандағы глюкоза деңгейін тез, дәл және үнемді анықтау қажет. Сондықтан қант диабетінде глюкозаны анықтауға арналған үнемді, қолдануға оңай, дәл, портативті және жылдам биосенсор жасау өте маңызды. Глюкозаны анықтау үшін электрохимиялық биосенсорлар кеңінен таралған. Бұл жұмыста төмен шығынды ерітіндіден химиялық тұндыру әдісімен алынған жоғары бағытталған ZnO нанобіліктерінің массиві физикалық адсорбция арқылы глюкозооксидаза (GOx) иммобилизацияланған амперометриялық ферментативті электрод ретінде пайдаланылды. Модификацияланған ITO/ZnO/GOx/Нафион электродының морфологиясы, оптикалық және электрохимиялық қасиеттері зерттелді. Мырыш оксиді қабаттарының морфологиясының фермент пен биосенсордың белсенділігіне әсері зерттелді. ZnO бағытталған жұқа нанобіліктерінің массиві бар модификацияланған ITO/ZnO/GOx/Нафион электродтары ерітіндіде глюкоза анықталғанда ~50 мкА/мМ·см2 мәнінде  өте жоғары сезімталдылықты көрсетті, яғни бетінің меншікті ауданы жоғары ZnO нанобіліктері биосенсорлардағы глюкозооксидазаны иммобилизациялауға арналған тамаша платформа болып табылады.

References

1 Pullano S.A., Greco M., Bianco M.G., Foti D., Brunetti A., Fiorillo A.S. Glucose biosensors in clinical practice: principles, limits and perspectives of currently used devices // Theranostics. – 2022. – Vol. 12(2). – p. 493-511.
2 Jayakumar K., Bennett R., Leech D. Electrochemical glucose biosensor based on an osmium redox polymer and glucose oxidase grafted to carbon nanotubes: A design-of-experiments optimisation of current density and stability // Electrochimica Acta. – 2021. – Vol. 371. – P.137845.
3 Haghparas Z., Kordrostami Z., Sorouri M., Rajabzadeh M., Khalifeh R. Highly sensitive non-enzymatic electrochemical glucose sensor based on dumbbell-shaped double-shelled hollow nanoporous CuO/ZnO microstructures // Sci. Rep. – 2021. – Vol. 11. – P.344.
4 Arif D., Hussain Z., Sohail M., Liaqat M.A., Khan M.A., Noor T. A Non-enzymatic Electrochemical Sensor for Glucose Detection Based on Ag@TiO2@ Metal-Organic Framework (ZIF-67) Nanocomposite // Front. Chem. – 2020. – Vol. 8. – P. 573510.
5 Hassan M.H., Vyas C., Grieve B., Bartolo P. Recent Advances in Enzymatic and Non-Enzymatic Electrochemical Glucose Sensing // Sensors (Basel). – 2021. – Vol. 21(14). – P. 4672.
6 Nakhaeki H., Mogharnasi M., Fanaei H. Effect of swimming training on levels of asprosin, lipid profile, glucose and insulin resistance in rats with metabolic syndrome // Obesity Med. – 2019. – Vol. 15. – P.100111.
7 Tang J., Wei L., He S., Li J., Nan D., Ma L., Shen W., Kang F., Lv R., Huang Z. A Highly Sensitive Electrochemical Glucose Sensor Based on Room Temperature Exfoliated Graphite-Derived Film Decorated with Dendritic Copper // Materials. – 2021. – Vol. 14 (17). – P. 5067.
8 Kedruk Y.Y., Baigarinova G.A., Gritsenko L.V., Cicero G., Abdullin Kh. A. Facile Low-Cost Synthesis of Highly Photocatalitycally Active Zinc Oxide Powders // Frontiers of Materials. – 2022. – Vol. 9. – p. 1-11.
9 Maraeva E.V., Permiakov N.V., Kedruk Y.Y., Gritsenko L.V., Abdullin Kh.A. Creating a virtual device for processing the results of sorption measurements in the study of zinc oxide nanorods // Chimica Techno Acta. – 2020. – Vol. 7, №4. - p. 154-158.
10 Aydoğdu G., Zeybek D.K., Pekyardımcı Ş., Kılıç E. A novel amperometric biosensor based on ZnO nanoparticles-modified carbon paste electrode for determination of glucose in human serum // Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. – 2013. – Vol. 41 (5). – p. 332–338.
11 Arya S.K., Saha S., Ramirez-Vick J.E., Gupta V., Bhansali Sh., Singh S.P. Recent advances in ZnO nanostructures and thin films for biosensor applications: Review // Anal. Chim. Acta. – 2012. – Vol. 737. – p. 1–21.
12 Bagyalakshmi S., Sivakami A., Balamurugan K.S. A ZnO nanorods based enzymatic glucose biosensor by immobilization of glucose oxidase on a chitosan film // Obesity Medicine. – 2020. – Vol. 18. – P. 100229.
14 Zhai Y., Zhai Sh., Chen G., Zhang K., Yue Q., Wang L., Liu J., Jia J. Effects of morphology of nanostructured ZnO on direct electrochemistry and biosensing properties of glucose oxidase // J. Electroanal. Chem. – 2011. – Vol. 656. – p. 198–205.
15 Saidi R., Ashrafizadeh F., Raeissi K., Kharaziha M. Electrochemical aspects of zinc oxide electrodeposition on Ti6Al4V alloy // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 402. – P. 126297.
16 Majid F., Bashir M., Bibi I., Raza A., Ezzine S., Alwadai N., Iqbal M. ZnO nanofibers fabrication by hydrothermal route and effect of reaction time on dielectric, structural and optical properties // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 18. – p. 4019-4029.
17 Jones A., Mistry K., Kao M., Shahin A., Yavuz M., Musselman K.P. In-situ spatial and temporal electrical characterization of ZnO thin films deposited by atmospheric pressure chemical vapour deposition on flexible polymer substrates // Sci Rep. – 2020. – Vol.10. – P.19947.
18 Wang J., He Y., Luo T.-Ch., Li Y., Zhou Zh., Fan B., Li J., Wang G. Simulation and experimental verification study on the process parameters of ZnO-MOCVD // Ceramics International – 2021. – Vol. 47, Issue 11. – p. 15471-15482.
19 Vasin A.V., Rusavsky A.V., Bortchagovsky E.G., Gomeniuk Y.V., Nikolenko A.S., Strelchuk V.V., Yatskiv R., Tiagulskyi S., Prucnal S., Skorupa W., Nazarov A.N. Methane as a novel doping precursor for deposition of highly conductive ZnO thin films by magnetron sputtering // Vacuum. – 2020. – Vol. 174. – P.109199.
20 Podrezova L.V., Cauda V., Stassi S., Cicero G., Abdullin Kh.A., Alpysbaeva B.E. Properties of ZnO nanorods grown by hydrothermal synthesis on conductive layers // Crystal Research and Technology. – 2014. – Vol. 49 (8). – p. 599-605.
21 Kurudirek S.V., Pradel K.C., Summers C.J. Low-temperature hydrothermally grown 100 μm vertically well-aligned ultralong and ultradense ZnO nanorod arrays with improved PL property // J. Alloys Compd. – 2017. – Vol. 702. – p. 700–709.
22 Rusdi R., Rahman A.A., Mohamed N.S., Kamarudin N., Kamarulzaman N. Preparation and Band gap Energies of ZnO Nanotubes, Nanorods and Spherical Nanostructures // Powder Technol. – 2011. – Vol. 210. – p. 18–22.

Downloads

How to Cite

Gritsenko, L., & Tolubayeva, D. (2022). EFFECT OF THE MORPHOLOGY OF ZINC OXIDE LAYERS ON THE ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF BIOSENSORS. Recent Contributions to Physics (Rec.Contr.Phys.), 83(4), 29–37. https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v83.i4.04

Issue

Section

Condensed Matter Physics and Materials Science Problems. NanoScience