Bachelor's Thesis

Fabrication and application of graphene-metal heterostructure in biosensing by Surface Enhenced Raman Spectroscopy

Final Thesis 5.02 MB

Author of thesis: Ing. Veronika Hegrová

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: Ing. Martin Konečný, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zoltán Édes

Abstract:

This thesis deals with fabrication of graphene/metal heterostructures and their application
in biosensing by surface-enhanced Raman spectroscopy. The heterostructures are
fabricated by selective deposition of gold colloidal nanoparticles onto silicon substrate,
where the termination of both the gold colloidal solution and the silicon surface is controlled.
Further, the assembled gold colloids are overlaid by graphene monolayer. The
experiments have proved, that it is possible to observe the presence of biomolecules at
very low concentrations if the parameters of graphene/metal heterostructures are well selected.
The combination of both graphene and metal SERS properties have demonstrated
their appropriateness for utilization in bisensing.

Keywords:

SERS, graphene, graphene/metal heterostructure, AuNPs, rhodamine, biosensors

Date of defence

09.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Konečný, Ph.D.

Cílem bakalářské práce studentky Veroniky Hegrové byla příprava grafen-kovových heterostruktur a studium možnosti jejich využití pro biodetekci metodou SERS. Veronika Hegrová začala na uvedené problematice pracovat přibližně od října minulého roku. V průběhu své práce se postupně seznámila s experimentálními technikami jako Ramanova spektroskopie, Kelvinova silová mikroskopie, elektronová mikroskopie a litografie. Zvládnutí těchto technik po teoretické a hlavně po praktické stránce bylo nezbytným předpokladem k úspěšnému splnění bodů zadání. I přes poměrně značnou náročnost jednotlivých technik se je Veronika Hegrová velmi rychle naučila a i díky tomu se podařilo splnit všechny vytyčené cíle. Z tohoto pohledu vyzdvihuji především poctivý a zodpovědný přístup studentky v průběhu vypracovávání celé bakalářské práce. Získané poznatky nepředstavují pouze splnění bodů zadání, ale svoji hodnotu mají i pro samotný výzkum prováděný na Ústavu fyzikálního inženýrství. Jako příklad lze uvézt zvládnutí řízené depozice koloidních nanočástic na u nás dosud nevyzkoušeném křemíkovém substrátu s tlustou vrstvou termického oxidu křemičitého. Jediné nedostatky bych viděl pouze v samotném sepisování práce, a to ve stylistice a práci s literaturou. Nicméně i zde bylo pozorovatelné postupné výrazné zlepšení. Celkově tak hodnotím předloženou práci jako výbornou klasifikačním stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zoltán Édes

Bakalářská práce studentky Veroniky Hegrové je zaměřena na výrobu grafen/kovových heterostruktur a na jejich využití v povrchem zesílené Ramanově spektroskopii. Téma bakalářské práce je aktuální a autorce se povedlo získat cenné poznatky nejen o řízené depozici koloidních nanočástic na oxidu křemičitém, ale i o vlivu grafenu na povrchem zesílený Ramanův rozptyl detekovaných biomolekul. Text je psán v angličtině, ale bohužel obsahuje řadu gramatických a stylistických chyb. Navíc celá práce je psaná až přehnaně stručným způsobem, což taky znesnadňuje pochopení textu. Detailnější diskuze experimentálních výsledků, a popis některých použitých experimentálních metod (například Kelvinovy silové mikroskopie) by určitě pomohli čtenáři k snadnějšímu pochopení práce. Obrázky a grafy jsou obecně pěkně zpracované ale bohužel i v těch se dá najít pár drobných chyb: špatně nakreslený vektor a2 na obrázku 2.2, měřítko u obrázku 3.4 a popis vodorovné osy v obrázku 3.10 (měly by tam být převrácené centimetry namísto dávky). Ohledně citací bych vytknul, že autorka necituje původní publikace o SERS-u a některé publikace neodpovídají citovanému tvrzení (např. [22]). Také chybí zmínka o tom, že samotná metoda řízené depozice koloidních nanočástic na křemíkovém substrátu byla vyvinuta už dříve na Ústavu fyzikálního inženýrství. Přes všechny uvedené výhrady je nutné říct, že studentka splnila všechny cíle bakalářské práce a při tom si osvojila několik důležitých experimentálních technik (SEM, AFM, KPFM, Ramanova spektroskopie, grafenové technologie), proto práci hodnotím celkově jako velmi dobrou.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. 2. V kapitole 3.3 tvrdíte že Rhodamin 6G je přítomný na celém vzroku. Je ale koncentrace Rhodaminu 6G stejná na grafenu jako na SiO2 a případně jak by se to dalo ověřit?
  2. 1. Zdůvodněte, proč se používala 0.9μL HF a ne 0.8μL v případě depozice na křemíkovém substrátu (kapitola 3.1.1.) a proč byla pozitivní depozice neúspěšná?
  3. 3. Proč je vidět druhý řád křemíku pouze v případě Rhodaminu 6G na grafenu v obrázku 3.11 (a) a (b)?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová