DEVELOPMENT OF A HIGHLY SENSITIVE CARBON DOTS-BASED ELECTROCHEMICAL BIOSENSOR FOR WATERBORNE BACTERIAL DETECTION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Modified Thesis V4-Tahani .pdf Restricted to Repository staff only until 24 February 2027. Download (30MB)

Arabic Abstract

تشكل الملوثات البكتيرية المنقولة عبر المياه خطرًا صحيًا عالميًا كبيرًا، إذ إن طرق الكشف التقليدية ما تزال بطيئة، وتتطلب جهداً مخبريًا مكثفًا، وتعتمد على تجهيزات متخصصة. يقدم هذا البحث تطويرَ حساسٍ كهروكيميائي عالي الحساسية يعتمد على جسيمات النانو الكربونية ومركّباتها الهجينة مع أكاسيد المعادن للكشف السريع عن بكتيريا الإشريكية القولونية. تم تصنيع جسيمات النانو الكربونية وتحسينها لرفع التوصيلية الكهربائية وتعزيز خصائصها السطحية، ثم دمجها مع جسيمات أكاسيد المعادن كمعدن النيكل والحديد والنحاس والكوبالت لتشكيل مواد هجينة ، ذات أداءٍ كهروكيميائي مُحسّن. استُخدمت هذه المواد في تعديل أقطاب الكربون الزجاجي والأقطاب المطبوعة لتمكين الكشف المباشر في مواقع الفحص. كما تم تثبيت مجسّات الحمض النووي ذات تصاميم مختلفة خطية وحلَقية على سطح القطب لتحقيق الإنتقاء الحيوي عبر عملية التهجين. وقد أُجريت التحليلات البنائية والمورفولوجية والكهروكيميائية لتقييم أداء الحساس. تمثل المنظومة المقترحة نهجًا واعدًا للكشف السريع والميداني عن بكتيريا الماء المسببة للأمراض، مما يسهم في تعزيز أمان المياه وتطبيقات الرصد البيئي.

English Abstract

Waterborne bacterial contamination poses major global health risks, and current detection methods remain slow, labor-intensive, and dependent on specialized laboratory facilities. This research presents the development of a highly sensitive electrochemical biosensor based on carbon dots CDs and CD–metal oxide nanocomposites for the rapid detection of Escherichia coli. CDs were synthesized and optimized to enhance electrical conductivity and surface functionality, then integrated with metal oxide nanoparticles to form hybrid materials (CDs@Fe3O4, CDs@Co3O4, CDs@Cu2O, and CDs@NiO ) with improved electrochemical performance. These nanocomposites were used to modify both glassy carbon electrodes and screen-printed were to enable portable detection. A linear and stem-loop oligonucleotide probe was immobilized onto the electrode surface to achieve selective recognition through DNA hybridization. Structural, morphological, and electrochemical analyses were performed to evaluate sensor performance. The proposed platform offers a promising route toward fast, sensitive, and field-deployable detection of waterborne pathogens, supporting safer water monitoring and practical environmental applications.