Bachelor's Thesis

Fabrication and Characterization of Carbon Electrodes for Electrochemical Biosensors

Final Thesis 4.45 MB

Author of thesis: Luboš Hanus

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Zuzana Košelová, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the preparation and characterization of electrochemical biosensors based on carbon inks modified with carbon nanomaterials. The introductory section presents a literature review focused on the principles, fabrication and application of electrochemical biosensors, with an emphasis on carbon paste elecreodes and the oissubulities of their modification using carbon nanoparticles and other substances.
The thesis also includes practial familiarization with screen-printing and stencil-printing methods for electrode fabrication, which represent a promising technology for the production of low-cost and disposable sensor platforms.
The experimental section involved the preparation of screen-printed and stencil-printed electrodes from unmodified carbon paste, graphene paste, and carbon paste supplemented with carbon nanotubes. The prepared electrodes were subjected to vasic electrochemical characterization using electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry and square-wave voltammetry.
The aquired data were processed and evaluated to compare the electrochemical properties of the individual electrode types. Furthermore, albumin molecules were adsorbed ono the electrode surface as a model receptor systém for an affinity biosensor. The effect od albumin adsorption on the electrochemical response of the electrodes was monitored and analyzed using the selected electrochemical methods.
The results showed that the modification of the carbon paste with carbon nanomaterials affects the electrochemical properties of the electrodes, particularly the chargé transfer at the electrode-solution interface and the size of the electroactive surface area. The adsorption of albumin led to measurable changes in electrochemical parameters, confirming the potential of the prepared electrodes for use in affinity biosensors. The measured results were discussed and compared with available literature data. This work contributes to a better understanding of the impact of carbon nanomaterials on the properties of screen-printed electrodes and their applicability in the field of electrochemical biosensors.

Keywords:

SPE, stencil-printing, biosensors, immunosensors, electrochemistry

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Ing. Harabiš položil otázku, jak byla provedena literární rešerše. Ing. Smital položil otázku, k čemu se využívají použité elektrody. Doc. Kudrna položil otázku, kolik měření bylo realizováno a zda je daný počet měření standardní. Student obhájil bakalářskou práci s výhradami a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Kudrna, Ph.D. (předseda)
Ing. Markéta Jakubíčková, Ph.D. (místopředseda)
MUDr. Zuzana Nováková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Smital, Ph.D. (člen)
Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D. (člen)
Ing. Larisa Chmelíková, Ph.D. (člen)

Předložená práce studenta Luboše Hanuse se zaměřuje na přípravu a testování uhlíkových elektrod pro využití v biosenzorech. Student se v práci zabývá technologiemi sítotisku a šablonotisku, které slouží k cenově dostupné výrobě senzorových platforem na flexibilních substrátech. Výzkum se soustředí zejména na modifikaci uhlíkových past pomocí nanomateriálů, jako jsou grafen a uhlíkové nanotrubice, s cílem zlepšit citlivost a elektrochemické vlastnosti elektrod. Student splnil zadání v plném rozsahu. Teoretická část práce obsahuje rešerši z oblasti elektrochemických biosenzorů a popis výrobních metod (sítotisk a šablonotisk). Experimentální část se zabývá přípravou a charakterizací elektrod a měřením s modelovým analytem s následnou diskusí výsledků. Práce čítá 40 stran, je vhodně strukturovaná, nicméně je po formální stránce na slabší úrovni (gramatické chyby, chyby v odkazech atd.). Student v práci využil 20 relevantních literárních zdrojů, se kterými pracuje aktivně, zejména v diskusi, kde srovnává své výsledky s publikovanými poznatky. Z hlediska praktické části mohla být aktivita lepší, jelikož výroba elektrod a jejich testování vyžadují vyšší nasazení k docílení požadovaného úspěchu. Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Mgr. Zuzana Košelová, Ph.D.

Bakalářská práce Luboše Hanuse Výroba a charakterizace uhlíkových elektrod pro elektrochemické biosensory se zabývá aktuálním tématem přípravy a základní elektrochemické charakterizace uhlíkových elektrod modifikovaných uhlíkovými nanomateriály. Práce splňuje zadání v tom smyslu, že autor připravil elektrodové systémy pomocí sítotisku a šablonotisku, provedl jejich charakterizaci metodami CV, EIS a SWV a dále ověřil změnu odezvy po adsorpci albuminu jako modelové biomolekuly.

Teoretická část poskytuje základní přehled elektrochemických biosenzorů, tiskových metod, uhlíkových nanomateriálů a použitých měřicích technik. Její rozsah je pro bakalářskou práci přijatelný, místy je však text spíše popisný a některé formulace by vyžadovaly větší odbornou přesnost. Experimentální část je nejsilnější stránkou práce, protože dokládá praktickou práci autora s výrobou elektrod a následným elektrochemickým měřením. Pozitivně hodnotím zejména srovnání uhlíkové, grafenové a CNT-modifikované pasty.

Zpracování výsledků ukazuje základní rozdíly mezi jednotlivými typy elektrod a naznačuje, že modifikace CNT může vést ke zlepšení elektrochemické odezvy. Interpretace výsledků je však místy zjednodušená a u měření s albuminem by bylo vhodné doplnit systematičtější statistické vyhodnocení, lepší diskusi opakovatelnosti a jasnější rozlišení mezi prostou adsorpcí modelové molekuly a imunosenzorem. Slabší stránkou je rovněž formální úroveň práce, zejména překlepy, nejednotné označení BSA/HSA, chyby v odkazech a číslování obrázků, které se objevují ve větším množštví než je u bakalářky běžné.

Přes uvedené nedostatky práce prokazuje, že autor zvládl základní experimentální postupy, orientuje se v použitých elektrochemických metodách a je schopen získaná data alespoň základně vyhodnotit. Práci proto doporučuji k obhajobě. S ohledem na praktický rozsah práce, ale také na formální nedostatky a omezenou hloubku interpretace výsledků navrhuji hodnocení 74/100 bodů, tedy C – dobře. Topics for thesis defence:
  1. Jaký albumin byl ve skutečnosti použit — BSA, nebo HSA — a proč se v práci objevují obě označení?
  2. Jak byl zvolen a ověřen ekvivalentní obvod použitý pro vyhodnocení EIS dat?
  3. Jak přesně byla připravena CNT pasta? Jaká byla konečná hmotnostní koncentrace CNT po úpravě receptury?
  4. Jak by bylo možné experiment upravit, aby byla závislost elektrochemické odezvy na koncentraci albuminu průkaznější? Aby například výsledky které narušili trend se víc objasnili?
Points proposed by reviewer: 74

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová