Amphetamine abuse is an enduring problem in many developed nations, including Sweden. It causes lasting damage both to its users and in the form of increased strain on healthcare services. It is therefore critical that police be equipped with the tools necessary to rapidly and accurately identify any samples in order to combat this scourge. Current analysis methods rely on large complex machines such as gas-chromatographs. This causes a significant bottleneck as all samples must be sent to lab for analysis. In this report the potential application of graphene quantum dots(GQDs) as a sensor for amphetamine has been studied. These offer a potentially quick and cheap analysis method that could be integrated into an easily portable detector. It was found that GQDs synthesised by a simple method from citric acid shows increased photo-luminescence in the presence of amphetamine. The response is largely linear with increasing concentrations of amphetamine within an interval of 1mM-200mM. This indicates they may very well serve as a sensing element of an amphetamine detector. / Amfetaminmissbruk har länge varit ett problem i många industrialiserade länder, inklusive Sverige. Det skapar långvariga skador både på dess användare och i form av ökade kostnader för hälsovården. Det är därför kritiskt att polisen ges de verktyg som behövs för att snabbt och precist kunna analysera prov. Nuvarande analysmetoder använder sig av stora avancerade maskiner so som gas-kromatografer. Detta skapar en flaskhals då alla prov som tas måste skickas till labb för analys. I denna rapport har användningen av grafen kvantprickar (GQD) som en sensor för amfetamin studerats. Dessa har potentialen att ge en snabb och enkel analysmetod som skulle kunna integreras i portabel sensor. GQD:er syntetiserade med en simpel metod från citronsyra visas i dessa experiment ha ökad fotoluminiscens när de är lösta tillsammans med amfetamin. Denna respons är linjär relativt till koncentrationen av amfetamin inom intervallet 1mM-200mM. Detta indikerar att dessa GQD:er mycket väl kan användas som ett sensorelement i en amfetamindetektor.

Zero-dimensional graphene (carbon) quantum dots have been drawing attention in bio-related applications since their discovery, especially for their optical properties, chemical stability, and easily modifiable surface.  This thesis focuses on the green synthesis of nitrogen-doped graphene quantum dots (GQDs) for dual-mode bioimaging with X-ray fluorescence (XRF) and optical fluorescence. Both conventional and microwave- (MW-)assisted solvothermal methods were followed to investigate the precursors’ effect on the synthesized GQDs. The MW-assisted method permitted the synthesis of uniform GQDs with an excitation-independent behavior, due to highly controllable reaction conditions. It was demonstrated that the molecular structure of the precursors influenced the optical fluorescence properties of the GQDs. Thus, both blue- (BQDs) and red-emitting (RQDs) GQDs were obtained by selecting specific precursors, leading to emission maxima at 438 and 605 nm under the excitation wavelengths of 390 and 585 nm, respectively.  Amine-functionalized Rh nanoparticles (NPs) were chosen as the X-ray fluorescence (XRF) active core, synthesized via MW-assisted hydrothermal method with a custom designed sugar ligand as the reducing agent. These NPs were conjugated with BQDs using EDC-NHS treatment. The hybrid Rh-GQDs NPs exhibited green emission (520 nm) under 490 nm excitation and led to a reduced cytotoxicity with respect to bare Rh NPs, highlighting the passivation role of the GQDs via the real-time cell analysis (RTCA) assay. The hybrid complex constituted a multimodal bioimaging contrastagent, tested with confocal microscopy (in vitro) and XRF phantom experiments. / Sedan deras upptäckt har nolldimensionella kvantprickar av grafen (kol) uppmärksammats inom biorelaterade applikationer, särskilt för deras optiska egenskaper, kemiska stabilitet och enkelt modifierbara yta. Denna avhandling fokuserar på en grön syntesmetod av kvävedopade grafen-kvantprickar för bimodal bioavbildning med röntgenfluorescens och optisk fluorescens. Både konventionella och mikrovågs-assisterade solvotermiska syntesmetoder användes för att undersöka metodernas effekt på de syntetiserade kvantprickarna. Den mikrovågs-assisterade metoden möjliggjorde syntes av uniforma kvantprickar med exciteringsoberoende egenskaper på grund av mycket kontrollerbara reaktionsförhållanden. Det demonstrerades att den molekylära strukturen hos prekursorerna påverkade de optiska fluorescensegenskaperna hos grafen-kvantprickarna. Genom att välja specifika prekursorer erhölls kvantprickar som emitterar i både blått och rött ljus, motsvarande emissionsmaxima vid 438 respektive 605 nm under excitering vid 390 respektive 585 nm. Amin-funktionaliserade Rh-nanopartiklar valdes som en aktiv kärna för röntgenfluorescens, syntetiserad genom en mikrovågs-assisterad hydrotermisk metod med en specialdesignad sockerligand som reduktionsmedel. Dessa nanopartiklar konjugerades med blåemitterande kvantprickar genom EDC-NHS-behandling. De hybrida nanopartiklarna uppvisade grön emission (520 nm) under 490 nm excitation och ledde till en minskad cytotoxicitet uppmätt genom cellanalys i realtid (RTCA) jämfört med endast Rh-nanopartiklar, vilket framhävde passiveringsrollen som kvantprickarna spelar. Hybridkomplexet utgjorde ett multimodalt kontrastmedel för bioavbildning, vilket demonstrerades med konfokalmikroskopi (in vitro) och fantomexperiment med röntgenfluorescens.

storage devices in micro sizes are receiving more and more attention. One of them, on-paper Microsupercapacitors (MSCs), has become a key energy storage device because of its good mechanical flexibility and high power density. In this project, a triphase system with electrochemically exfoliated graphene and graphene quantum dots to synergistically stabilize PEDOT:PSS in ethylene glycol/water solvent was developed for scalable and reliable inkjet printing. Without any post-treatment, the printed patterns with a large thickness (up to 9 μm, about 0.4 μm per layer) attain a sheet resistance of as low as 4 Ω2−1 and high resolution at a small drop spacing of 10 μm. Thanks to these feature, the areal capacitance of the on-paper MSCs can reach >2 mF cm−2 at a high scan rate of 1000 mV s−1. The device also exhibits excellent mechanical flexibility, long cycle life (>95% capacitance retention after 10000 cycles CV test) and long service time (retain 84% capacitance after 4 months in air without any encapsulation). Moreover, we can directly print the interconnect to connect 4 devices on paper substrate in series or in parallel and thus get rid of metal current collector. / Med den snabba utvecklingen av flexibel och bärbar elektronik får energilagringsenheter i mikrostorlek allt mer uppmärksamhet. En av dem, mikrosuperkondensatorer (MSC) på papper, har blivit en viktig energilagringsenhet på grund av sin goda mekaniska flexibilitet och höga effekttäthet. I det här projektet utvecklades ett trefasigt system med elektrokemiskt exfolierad grafen och grafenkvantprickar för att synergistiskt stabilisera PEDOT:PSS i etylenglykol/vattenlösningsmedel för skalbar och tillförlitlig bläckstråleutskrift. Utan någon efterbehandling uppnår de tryckta mönstren med stor tjocklek (upp till 9 μm, ca 0,4 μmper lager) ett arkmotstånd på så lågt som 4 Ω2−1 och hög upplösning vid ett litet droppavstånd på 10 μm. Tack vare dessa egenskaper kan den ytliga kapacitansen hos MSC på papper nå >2 mF cm−2 vid en hög skanningshastighet på 1000 mV s−1. Anordningen uppvisar också utmärkt mekanisk flexibilitet, lång livslängd (>95% kapacitansbehållning efter 10000 cykler i CV-test) och lång livslängd (behåller 84% kapacitans efter 4 månader i luft utan inkapsling). Dessutom kan vi direkt skriva ut kopplingen för att ansluta fyra enheter på papperssubstratet i serie eller parallellt och på så sätt bli av med metallströmkollektorn.