Albakshi, Zahra (2026) Nanocomposite-Enhanced U-Bent Plastic Optical Fiber Plasmonic Biosensor for the Detection of Mirna As a Cancer Biomarker. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis Report Zahra Albaqshi.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 14 August 2027. Download (5MB)

Arabic Abstract

تم في هذه الدراسة تطوير مستشعر حيوي بلازموني للكشف الحساس والانتقائي عن المؤشرات الحيوية السرطانية من نوع الحمض النووي الريبي الميكروي (miRNA)، باستخدام ألياف بصرية بلاستيكية منحنية على شكل حرف U (U-bent POF). وتم تعديل سطح الألياف باستخدام مركب نانوي من أكسيد الجرافين-نافيون (GO-Nafion) بهدف زيادة مساحة السطح المتاحة لتثبيت مجسات الالتقاط، وتحسين التفاعل البصري، والحد من الامتزاز غير النوعي لجسيمات الذهب النانوية (AuNPs). تمت دراسة ومقارنة عدة طرق لتعديل سطح الألياف، شملت الألياف غير المعدلة والأسطح المطلية بأكسيد الجرافين وتكوينات مجسات الالتقاط المختلفة. كما تم تقييم الأداء البصري من خلال قياسات شدة الضوء والامتصاصية تحت ظروف مختلفة لمعامل الانكسار، ودراسة ارتباط جسيمات الذهب النانوية بالسطح. بالإضافة إلى ذلك، تم توصيف اقتران جسيمات الذهب النانوية بالأوليغونوكليوتيدات باستخدام تقنية تشتت الضوء الديناميكي (DLS) وقياسات جهد زيتا. أظهرت النتائج أن تعديل السطح بأكسيد الجرافين أدى إلى انخفاض ملحوظ في الامتزاز غير النوعي لجسيمات الذهب النانوية، حيث وصلت كفاءة الحجب إلى 75.5% مقارنة بـ 20.4% للألياف غير المعدلة، بينما حقق تكوين GO-capture كفاءة حجب بلغت 67.3%. كما تم تأكيد نجاح اقتران جسيمات الذهب النانوية بالأوليغونوكليوتيدات من خلال زيادة القطر الهيدروديناميكي من حوالي 50 نانومتر إلى 79.4 نانومتر، والتغير في جهد زيتا من -55 إلى -6 ملي فولت. كذلك أظهر اختبار التهجين بطريقة الساندويتش زيادة تدريجية في الامتصاصية خلال 60 دقيقة، مما أكد نجاح تهجين تسلسل miRNA المستهدف وتضخيم الإشارة باستخدام الرنين البلازموني السطحي الموضعي (LSPR). وتشير هذه النتائج إلى أن استخدام مركب GO-Nafion ساهم في تحسين أداء المستشعر وتقليل التداخل الناتج عن الارتباط غير النوعي. بشكل عام، توضح هذه الدراسة إمكانية استخدام المستشعر الحيوي البلازموني القائم على الألياف البصرية البلاستيكية المنحنية والمعززة بمركب GO-Nafion للكشف عن جزيئات miRNA منخفضة الوفرة. ويوفر النظام المطور منصة استشعار بسيطة ومنخفضة التكلفة وموثوقة وذات انتقائية جيدة، مع إمكانية تطويرها مستقبلًا لتطبيقات الكشف المبكر عن السرطان والتشخيص في نقاط الرعاية الصحية.

English Abstract

A biosensor was developed for the sensitive detection of miRNA cancer biomarkers. A graphene oxide–Nafion (GO–Nafion) nanocomposite was used to functionalize the fiber surface in order to improve sensor performance by reducing nonspecific nanoparticle adsorption, increasing surface area for probe immobilization, and improving optical interaction. Different surface modification strategies, including bare POF, GO-coated POF, GO–capture probe, and HMDA–capture probe configurations, were systematically evaluated. The optical performance of the probes was investigated through intensity and absorbance measurements under varying refractive index conditions, while AuNP attachment was assessed to determine the influence of surface chemistry on plasmonic signal generation. AuNP–oligonucleotide conjugates were further characterized using DLS and zeta potential analysis. The GO-functionalized surfaces exhibited significantly reduced nonspecific AuNP adsorption, achieving a blocking efficiency of 75.5%, compared with 20.4% for bare POF, while the GO–capture configuration achieved 67.3% blocking efficiency. Successful AuNP–oligonucleotide conjugation was confirmed by an increase in hydrodynamic diameter from ~50 nm to 79.4 nm and a shift in zeta potential from −55 mV to −6 mV. Furthermore, the sandwich hybridization assay showed a time-dependent increase in absorbance over 60 min, confirming successful target hybridization and LSPR-based signal amplification. This work successfully demonstrates a GO–Nafion nanocomposite-enhanced U-bent POF plasmonic biosensor for the selective detection of low-abundance biomolecules such as miRNA through sandwich hybridisation, minimizing nonspecific AuNP adsorption. The developed platform offers a simple, low-cost, and reliable sensing approach with enhanced selectivity and strong potential for future point-of-care cancer diagnostic applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Bioengineering
Thesis Advisor:	Tanzilur Rahman,
Thesis Committee Members:	Tawfik Awadh, Alexis Mouanda,
Depositing User:	ZAHRA ALBAKSHI
Date Deposited:	17 Aug 2026 10:45
Last Modified:	17 Aug 2026 10:45
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144705