Health care and the medical industry, environmental monitoring and food sector are just a few examples of human’s major concerns. Design and analytical applications of (bio)sensors and sensing (nano)materials in these fields which have drawn tremendous attention by scientific community, require multidisciplinary knowledge in materials, transducers, and measurement methodologies. Among different types of transducers, electrochemical transducers have gained a lot of interest due to their simplicity, ease of fabrication and integration, selectivity, and sensitivity. Application of sensing materials, in particular nanomaterials, provide several improvements for analytical sensing such as selectivity, sensitivity, robustness, and fast response. Therefore, different nanomaterials due to their excellent characterization are exploited as key instruments for the design of high-performant analytical assays in various fields.

Considering this established nanomaterial-based electrochemical sensing applications as alternatives to conventional methods in various fields, in this thesis, we synthesized and characterized some (nano)materials such as gold nanostars (AuNSs), iron oxide/zinc oxide (α-Fe₂O₃/ZnO) nanocomposite for sensing applications in environmental monitoring. We fabricated screen printed Ruthenium (IV) oxide (RuO₂-Nf) pH electrodes and applied them for continuous pH monitoring in milk and during milk coagulation. Although the results indicated the applicability of the RuO₂-Nf electrodes for continuous pH measurement in milk as a replacement of traditional glass electrode, they are not suitable for more viscous samples. Later we investigated the cleaning procedure for these pH electrodes, and we showed that soaking them in the solution of 5% pepsin in 0.1 M HCl restores the electrodes to their initial state for pH measurement in food samples. In another work we developed a molecular imprinted polymer-based biosensor for successful detection of prostate-specific antigen. At the end we investigated the effect of pH on the growth of pathogenic bacteria using electrical impedance spectroscopy.

Hälso- och sjukvårdsbranschen, miljöövervakning och livsmedelssektorn är bara några exempel på mänsklighetens stora bekymmer. Design och analytiska tillämpningar av (bio)sensorer och sensormaterial inom dessa områden, som har lockat enorm uppmärksamhet från vetenskapssamhället, kräver tvärvetenskaplig kunskap inom material, omvandlare och mätmetodik. Bland olika typer av omvandlare har elektrokemiska (bio)sensorer väckt stort intresse på grund av sin enkelhet, lätthet att tillverka, selektivitet och känslighet. Användning av nya sensormaterial, särskilt nanomaterial, ger flera förbättringar för analytisk detektion, som exempelvis selektivitet, känslighet, robusthet och snabb respons. Därför utnyttjas olika nanomaterial på grund av deras utmärkta egenskaper som nyckelkomponenter för designen av högpresterande analytiska metoder inom olika områden.

Med tanke på att nanomaterialbaserade elektrokemiska sensorapplikationer är ett hett ämne har vi i denna avhandling syntetiserat och karaktäriserat vissa nanomaterial såsom guld nanostjärnor (AuNSs) och järnoxid/zinkoxid (α-Fe₂O₃/ZnO) nanokomposit för sensormaterial i miljöövervakning. Vi tillverkade tryckta pH-elektroder av rutenium (IV)oxid (RuO₂-Nf) och använde dem för kontinuerlig pH-övervakning i mjölk, och under mjölkkoagulering. Även om resultaten indikerade att RuO₂-Nf-elektroderna är användbara för kontinuerlig pH-mätning i mjölk som en ersättning för traditionella glaselektroder, är de inte lämpliga för mer viskösa prov. Senare undersökte vi rengöringsmetoden för dessa pH-elektroder och visade att blötläggning i en lösning av 5% pepsin i 0,1 M HCI återställer elektroderna till sitt ursprungliga tillstånd för pH-mätning i livsmedelsprover. I ett annat arbete utvecklade vi en molekylär imprintingpolymerbaserad biosensor för framgångsrik detektion av prostata-specifikt antigen. Till slut undersökte vi effekten av pH på tillväxten av patogena bakterier med hjälp av elektrisk impedansspektroskopi.