Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo hệ vi cảm biến điện hóa trên cơ sở polyme dẫn biến tính để ứng dụng trong y sinh và môi trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:180

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của luận trình bày thực nghiệm chế tạo vi cảm biến sinh học điện hóa; nghiên cứu phát triển vi cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở vật liệu polyme dẫn; ứng dụng các vi cảm biến sinh học điện hóa trong phân tích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo hệ vi cảm biến điện hóa trên cơ sở polyme dẫn biến tính để ứng dụng trong y sinh và môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN HẢI BÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ VI CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ POLYME DẪN BIẾN TÍNH ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH VÀ MÔI TRƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2020
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ……..….***………… NGUYỄN HẢI BÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ VI CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ POLYME DẪN BIẾN TÍNH ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y-SINH VÀ MÔI TRƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 62.44.01.23 Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Trần Đại Lâm Hà Nội – 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của GS.TS. Trần Đại Lâm. Các số liệu và kết quả chính trong luận án được công bố trong các bài báo đã được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Hải Bình Hướng dẫn khoa học GS. TS. Trần Đại Lâm
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả luận án xin bày tỏ lòng kính trọng và cảm ơn chân thành nhất đối với sự hướng dẫn tận tình, hiệu quả cả về kiến thức, vật chất và tinh thần của GS. TS. Trần Đại Lâm trong toàn bộ quá trình học tập NCS và thực hiện luận án này. Luận án này được thực hiện nhờ sự hỗ trợ kinh phí từ các đề tài: đề tài Nghị định thư Việt Nam – Hàn Quốc, Nghị định thư Việt Nam – Nhật Bản, đề tài Nghị định thư Việt Nam – Đài Loan, đề tài Quỹ NAFOSTED và các đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ cụ thể và rất cần thiết này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tạo điều kiện của Ban lãnh đạo Viện Khoa học vật liệu, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy/cô và đồng nghiệp tại Viện Khoa học vật liệu, các đồng nghiệp trong và ngoài Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã động viên – hỗ trợ trong nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp đỡ của các đồng nghiệp Phòng Vật liệu Nano Y-sinh, Phòng Vật liệu Nano cácbon, Phòng thí nghiệm trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện điện tử (Viện Khoa học vật liệu), các đồng nghiệp tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Công nghệ Sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Viện Kỹ thuật hóa học (Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội), Trung tâm CETASD (Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội); cám ơn PGS. TS. Nguyễn Tuấn Dung, PGS. TS. Đỗ Phúc Quân, Th.S Nguyễn Lê Huy,… cùng các bạn Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên đại học.
Luận án đã nhận được sự giúp đỡ thực hiện các thực nghiệm tại Viện IEF (Đại học Paris 11, Pháp), Viện ITODYS (Đại học Paris 7, Pháp), Khoa ESS (Trường Đại học Quốc gia Thanh Hoa, Đài Loan). Xin trân trọng cảm ơn những sự hỗ trợ quý báu này. Cuối cùng, tôi xin dành mọi tình cảm sâu sắc nhất, chân thành nhất cho gia đình tôi, là chỗ dựa vững chắc và cho tôi động lực cũng như quyết tâm hoàn thành bản luận án. Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả Nguyễn Hải Bình
MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục i Danh mục bảng, hình vẽ v Danh mục viết tắt xv Mở đầu xviii Chương I: Tổng quan 1 I. Giới thiệu về cảm biến sinh học điện hóa 1 I.1 Định nghĩa về cảm biến sinh học điện hóa 1 I.2 Phân loại cảm biến sinh học điện hóa 6 I.2.1 Cảm biến trên cơ sở thế điện cực 6 I.2.2 Cảm biến dòng điện 8 I.2.3 Cảm biến độ dẫn 8 I.2.4 Cảm biến hiệu ứng trường 9 I.3 Một số tính chất của cảm biến sinh học điện hóa 10 II. Vật liệu polyme dẫn sử dụng trong cảm biến sinh học điện hóa 11 II.1 Giới thiệu về Polyanilin 13 II.2 Giới thiệu về polydiaminonaphthalen 18 II.2.1 Poly(1,8-diaminonaphthalen) 18 II.2.2 Poly(1,5-diaminonaphthalen) 18 II.3 Một số vật liệu cấu trúc nano được pha tạp/kết hợp với polyme dẫn 20 II.3.1 Hạt nano Fe3O4 20 II.3.2 Ống nano cácbon (CNTs) 22 II.3.3 Vật liệu màng graphen 22 III. Ứng dụng của cảm biến sinh học điện hóa 23 III.1 Ứng dụng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe 23 III.1.1 Xác định nồng độ glucôzơ 23 III.1.2 Xác định nồng độ cholesterol 24 i
III.1.3 Xác định chuỗi DNA của virút HPV 25 III.2 Ứng dụng trong quan trắc môi trường 26 III.3 Ứng dụng trong kiểm soát an toàn thực phẩm 27 III.3.1 Xác định hàm lượng độc tố Aflatoxin trong sữa 27 III.3.2 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa 29 IV. Kết luận 31 Chương II: Thực nghiệm chế tạo vi cảm biến sinh học điện hóa 33 I. Chế tạo các vi điện cực điện hóa 33 I.1 Chế tạo các hệ vi điện cực điện hóa tích hợp 33 I.1.1 Cấu trúc hệ vi điện cực điện hóa tích hợp 33 I.1.2 Chế tạo bộ mặt nạ cho vi điện cực điện hóa 34 I.1.3 Chế tạo hệ vi điện cực điện hóa phẳng (planar) 36 I.1.4 Chế tạo hệ vi điện cực có buồng phản ứng (dạng MEMS) 42 II. Tổng hợp điện hóa các màng polyme dẫn 46 II.1 Tổng hợp điện hóa màng polyanilin 46 II.1.1 Tổng hợp điện hóa màng polyanilin pha tạp ống nano cácbon 46 II.1.2 Tổng hợp điện hóa màng polyanilin pha tạp hạt nano Fe3O4 48 II.1.3 Chế tạo màng đa lớp polyanilin/Graphen 49 II.2 Trùng hợp điện hóa màng polydiaminonaphthalen (PDAN) 52 II.2.1 Trùng hợp điện hóa màng polydiaminonaphthalen pha tạp hạt nano Fe3O4 52 II.2.2 Chế tạo màng đa lớp Graphen/polydiaminonapthalen 52 III. Cố định các phần tử sinh học trên vi điện cực điện hóa tích hợp 53 III.1 Cố định các phần tử sinh học trên màng polyanilin biến tính 53 III.1.1 Cố định các phân tử enzym lên màng PANi biến tính 53 III.1.2 Cố định phần tử sinh học aptamer lên màng PANi biến tính 54 III.1.3 Cố định kháng thể Atrazin 56 III.2 Cố định phần tử sinh học enzym trên màng PDAN biến tính 56 IV. Các phương pháp phân tích điện hóa 57 ii
IV.1 Phương pháp Vôn-Ampe tuần hoàn 57 IV.2 Phương pháp đo dòng thời gian thực 58 IV.3 Phương pháp xung sóng vuông 58 IV.4 Phương pháp tổng trở điện hóa 59 V. Các kỹ thuật phân tích bề mặt và cấu trúc màng 59 VI. Kết luận 60 Chương III: Nghiên cứu phát triển vi cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở vật liệu polyme dẫn 62 I. Phát triển vi cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở polyme dẫn - polyanilin 62 I.1 Pha tạp màng PANi bằng ống nano cácbon 62 I.2. Pha tạp màng PANi bằng vật liệu hạt nano Fe3O4 69 I.3 Nghiên cứu phát triển cảm biến điện hóa sử dụng cấu trúc lớp PANi/Graphen 73 I.4 Nghiên cứu chế tạo cảm biến điện hóa cấu trúc lớp PANi- Fe3O4/Graphen 76 II. Phát triển vi cảm biến cảm biến trên cơ sở màng P(1,5-DAN) 80 II.1 Tổng hợp điện hóa màng P(1,5-DAN) pha tạp hạt nano Fe3O4 80 II.2 Chế tạo vi cảm biến điện hóa Graphen/PDAN 82 III. Kết luận 87 Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng các vi cảm biến sinh học điện hóa trong phân tích 89 I. Ứng dụng trong phân tích y sinh 89 I.1 Xác định hàm lượng glucôzơ trong dung dịch 89 I.1.1 Xác định hàm lượng glucôzơ bằng vi cảm biến sinh học điện hóa PANi/MWCNTs 89 I.1.2 Xác định hàm lượng Glucôzơ bằng vi cảm biến PANi-Fe3O4 98 I.1.3 Xác định hàm lượng Glucôzơ bằng vi cảm biến điện hóa PANi- Fe3O4/Graphen 100 iii
I.2 Xác định hàm lượng cholesterol trong dung dịch 103 I.2.1 Xác định hàm lượng cholesterol bằng vi cảm biến PANi/CNTs 103 I.2.2 Xác định nồng độ cholesterol bằng cảm biến PANi-Fe3O4 109 I.2.3 Xác định hàm lượng cholesterol bằng vi cảm biến PANi- Fe3O4/Graphen 114 I.3. Xác định chuỗi ADN của virút HPV 115 II. Ứng dụng trong kiểm soát an toàn thực phẩm 118 II.1 Xác định hàm lượng Aflatoxin M1 trong sữa 118 II.2 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa 124 II.2.1 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa bằng vi cảm biến P(1,5- DAN)-Fe3O4 124 II.2.2 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa bằng vi cảm biến Graphen/P(1,5-DAN) 136 III. Ứng dụng trong quan trắc ô nhiễm môi trường 128 III.1 Xác định dư lượng thuốc diệt cỏ Atrazin bằng vi cảm biến PANi/Fe3O4 128 III.2 Xác định dư lượng Atrazin trong dung dịch bằng vi cảm biến PANi/Graphen 132 IV. Kết luận 137 Kết luận chung 138 Tài liệu tham khảo 139 Phụ lục I iv
DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ Hình I.1. Sơ đồ cấu tạo và chức năng của cảm biến sinh học 1 Hình I.2: Sơ đồ của MOSFET (trái) và mạch điện tương đương (phải) 9 Hình I.3. Một số polyme dẫn điện tử 11 Hình I.4. Polyme oxy hóa khử 12 Hình I.5. Polyme trao đổi ion poly(vinylpyridine) 12 Bảng I.1: Tính chất một số polyme dẫn thông dụng 13 Hình I.6. Công thức cấu tạo của anilin 13 Hình I.7. Các dạng khác nhau của polyanilin phụ thuộc vào trạng thái 14 oxy hóa Hình I.8. Các dạng cộng hưởng của cation gốc anilin 15 Hình I.9. Dạng dime của anilin 16 Hình I.10. Dạng cation gốc dime 16 Hình I.11. Quá trình tạo thành polyme 16 Hình I.12. Cơ chế pha tạp của polyanilin trong môi trường HCl 17 Hình I.13. Cấu trúc hóa học của 1,5-DAN 19 Hình I.14. Sơ đồ trùng hợp điện hóa 1,5-DAN 19 Hình I.15. Cấu trúc của graphen (a); ảnh TEM (b) và SEM (c) của 22 graphen được tổng hợp bằng phương pháp khử graphen ôxít Hình I.16. Cấu trúc hóa học của các dạng Aflatoxin 28 Hình I.17 Giới hạn hàm lượng của Aflatoxin trong sữa trên thế giới 29 Hình I.18: Cấu trúc hóa học của lactôzơ 30 Hình I.19: Cơ chế thủy phân lactôzơ 31 v
Hình II.1. Sơ đồ các bước thực nghiệm chế tạo – thử nghiệm cảm biến 33 sinh học điện hóa trên cơ sở polyme dẫn Hình II.2. Thiết kế của hệ vi điện cực điện hóa tích hợp đơn chíp (màu 34 xanh: điện cực làm việc và điện cực đối; màu hồng: điện cực so sánh) Hình II.3. Mặt nạ hệ vi điện cực tích hợp điện hóa với đường kính điện 35 cực làm việc là 500 m Hình II.4. Các công đoạn chế tạo hệ vi điện cực tích hợp phẳng (planar) 37 Bảng II.1. Thông số quá trình phún xạ điện tử 39 Bảng II.2. Thông số quá trình bốc bay chùm tia điện tử 40 Hình II.5. Ảnh hệ vi điện cực điện hóa tích hợp sau khi chế tạo 42 Hình II.6. Điện cực điện hóa tích hợp Pt ( trong đó: điện cực làm việc 42 – 1; điện cực đối – 2; điện cực so sánh – 3) Hình II.7. Cấu trúc hệ vi điện cực điện hóa tích hợp có buồng phản ứng 43 Hình II.8. Mặt nạ hệ vi điện cực điện hóa tích hợp có buồng phản ứng 43 Hình II.9. Hình ảnh thiết bị ăn mòn khô (DRIE – dry etching) tại Khoa 45 ESS, Đại học quốc gia Thanh Hoa, Đài Loan Hình II.10. Phản ứng chức năng hóa MWCNTs 47 Hình II.11. Hệ lọc hút chân không CNTs sau khi chức năng hóa bằng 47 hỗn hợp axit Hình II.12. Quy trình CVD nhiệt tổng hợp màng graphen 50 Hình II.13. Quy trình tách chuyển màng Graphen từ đế đồng sang đế vi 51 điện cực Hình II.14. Cố định enzym qua liên kết chéo sử dụng tác nhân 54 glutaraldehít Hình II.16 Sàng lọc aptamer đặc hiệu theo chu trình SELEX 55 vi
Hình III.1. Phổ tổng hợp điện hóa theo phương pháp CV của màng 62 PANi/MWCNTs trên điện cực tích hợp Hình III.2. Phổ tổng hợp điện hóa theo phương pháp CV của màng PANi (a) và màng PANi/MWCNTs (b) tại chu kỳ thứ 20 trên điện cực tích 63 hợp Hình III.3. Ảnh chụp vi điện cực tích hợp có/không có màng 64 PANi/MWCNTs Hình III.4 Ảnh FE-SEM của ống MWCNTs, màng PANi thuần và màng 65 PANi/MWCNTs Hình III.5. Ảnh FESEM của phóng đại cấu trúc bề mặt PANi/MWCNTs 66 Hình III.6. Ảnh AFM của màng PANi và màng PANi/MWCNTs 67 Hình III.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của màng PANi và màng 67 PANi/MWCNTs Hình III.8. Sơ đồ hình thành liên kết giữa màng PANi dạng ES với MWCNTs thông qua các liên kết: (a) π-stacking (xếp lớp liên kết π của 68 vòng thơm), (b) liên kết ion và (c) liên kết Hiđrô Hình III.9 Phổ trùng hợp điện hóa CV của màng PANi pha tạp Fe3O4 69 Hình III.10. So sánh phổ trùng hợp điện hóa của màng PANi-Fe3O4 và 70 PANi Hình III.11. Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của màng PANi-Fe3O4 trên 71 vi điện cực Hình III.12. Hình thái bề mặt của màng PANi và PANi-Fe3O4 trên vi 72 điện cực Hình III.13. Ảnh HRTEM của màng graphen 73 Hình III.14. Phổ Raman của các màng graphen, PANi và PANi/Graphen 74 vii
Hình III.15. Phổ điện hóa của màng PANi/Graphen trước và sau khi ủ glutaraldehít trong dung dịch HCl 0,1M (dải thế quét: -0,2 ÷ +0,8 V, tốc 76 độ quét: 50 mV/s, bước thế 10 mV) Hình III.16. Phổ Raman của màng PANi-Fe3O4/Graphen trên vi điện cực 77 Hình III.17. Hình ảnh AFM của màng graphen được tách chuyển trên vi 78 điện cực PANi-Fe3O4. Hình III.18. Ảnh FESEM của màng PANi-Fe3O4/Graphen 78 Hình III.19. Tính chất điện hóa của màng PANi-Fe3O4/Graphen 79 Hình III.20. Trùng hợp điện hóa màng PDAN-Fe3O4, PDAN và so sánh 81 hoạt động điện hóa của các màng PDAN pha tạp/không pha tạp Fe3O4 Hình III.21. Đường CV vòng quét đầu tiên ghi trên điện cực (a) Pt và 82 (b) Pt/Gr trong dung dịch HClO4 1M và monome 1,5-DAN 5mM Hình III.22. Phổ CV tổng hợp màng poly(1,5-DAN) trên điện cực (a) Pt 83 và (b) Pt/Gr Hình III.23. Phổ Raman của Gr (đường a), poly(1,5-DAN) (đường d) và các màng tổ hợp Gr/poly(1,5-DAN) tổng hợp với 5 chu kỳ (đường b) và 84 20 chu kỳ quét thế (đường c) Bảng III.1. Các đỉnh Raman của màng mỏng graphen, poly(1,5-DAN) 85 và tổ hợp Gr/poly(1,5-DAN) Hình III.24. Ảnh FESEM của màng graphen (A) và điện cực 86 Pt/graphen/P(1,5-DAN) (B); Ảnh AFM của màng graphen (C) Hình III.25. So sánh hoạt động điện hóa của các màng Pt/PDAN và 87 Pt/Graphen/PDAN Hình IV.1. Ảnh FE-SEM màng PANi/CNTs đã cố định GOx theo phương pháp liên kết chéo sử dụng glutaraldehít với (a) phóng đại 89 10.000 lần và (b) phóng đại 50.000 lần viii
Hình IV.2. Phổ tổng trở của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx (đường a) và vi điện cực PANi/CNTs (đường b) (thông số dòng xoay chiều: tần 90 5 số f= 0,01 ÷ 10 Hz, Uo=5 mV trong dung dịch PBS 50 mM) Hình IV.3. Phổ CV của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx trong dung dịch PBS: (a) không có glucôzơ; (b) 0,5 mM glucôzơ và (c) 1,0 mM 91 glucôzơ (thông số: dải thế: -0,8 V ÷ +0,8 V, tốc độ quét: 50 mV/s, bước thế: 10 mV) Hình IV.4. So sánh dòng đáp ứng của vi cảm biến PANi/GOx (A) và PANi/MWCNTs/GOx (B) khi thêm glucôzơ vào hệ điện hóa (E = +0,7 92 V) Hình IV.5. Đường đặc tuyến dòng đáp ứng của vi cảm biến 93 PANi/MWCNTs/GOx khi thêm glucôzơ vào hệ điện hóa (E = 0,7 V) Bảng IV.1. Chênh lệch cường độ dòng khi thêm glucôzơ vào hệ điện 94 hóa Hình IV.6. Đường chuẩn của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx trong 94 dải nồng độ 1÷ 9 mM Bảng IV.2. Độ nhạy của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx 95 Hình IV.7. Đường chuẩn của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx sau các 96 khoảng thời gian khác nhau Bảng IV.3. Độ nhạy của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx theo thời 97 gian Hình IV.8. Độ đặc hiệu của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx (điện thế 97 áp = 0,7 V) Hình IV.9. Đáp ứng dòng của vi cảm biến sinh học PANi-Fe3O4/GOx và PANi/GOx tại điện thế +0,7 V trong dung dịch PBS (pH = 7) khi 98 thêm liên tiếp 0,5 mM glucôzơ sau mỗi 50 s ix
Hình IV.10. Đường chuẩn của cảm biến PANi-Fe3O4/GOx 99 Hình IV.11. Phổ điện hóa SWV đặc trưng cho các lớp vật liệu của vi cảm biến PANi-Fe3O4/Graphen/GOx (thông số: tần số = 12,5 Hz, tốc độ 100 quét = 50 mV/s, bước thế = 10 mV, biên độ xung = 5 mV, dải thế = -0,6 ÷ 0,65 V trong dung dịch HCl 0,1M) Hình IV.12. Đáp ứng dòng ra của vi cảm biến PANi- Fe3O4/Graphen/GOx khi thêm liên tiếp các nồng độ của glucôzơ (E = 101 0,7 V, nhiệt độ phòng, không có khuấy, dung dịch đệm 50mM PBS 1x) Hình IV.13. Đường chuẩn của vi cảm biến PANi-Fe3O4/Graphen/GOx 102 theo nồng độ glucôzơ Bảng IV.4. So sánh tính chất của các hệ vi cảm biến sinh học điện hóa 103 xác định nồng độ glucôzơ trên cơ sở vật liệu khác nhau Hình IV.14. Ảnh FE-SEM màng PANi/CNTs đã cố định ChOx theo phương pháp liên kết chéo sử dụng glutaraldehít (a) phóng đại 10.000 103 lần và (b) phóng đại 50.000 lần Hình IV.15. Phổ tổng trở của điện cực PANi/MWCNTs/ChOx (đường a) và điện cực Pt/PANi/MWCNTs (đường b) (thông số dòng xoay chiều: 104 tần số f= 0,01 ÷ 105 Hz, Uo=5 mV trong dung dịch PBS 50 mM) Hình IV.16. Phổ CV của vi cảm biến PANi/MWCNTs/ChOx trong dung dịch PBS 50 mM (a) không có cholesterol; (b) 0,05 mM cholesterol; (c) 105 0,1 mM cholesterol và (d) 0,2 mM cholesterol (thông số: dải thế = -0,9 ÷ 0,8 V, tốc độ quét = 50 mV, bước thế = 10 mV) Hình IV.17. Đặc trưng đáp ứng dòng theo thời gian của vi cảm biến PANi/MWCNTs/ChOx khi thêm liên tiếp cholesterol vào dung dịch 106 PBS 50 mM (pH = 7) tại điện áp -0,3 V (vs Ag/AgCl) x
Bảng IV.5. Chênh lệch cường độ dòng khi thêm cholesterol vào hệ điện 107 hóa Hình IV.18. Đường chuẩn của vi cảm biến PANi/MWCNTs/ChOx 107 Hình IV.19. Độ đặc hiệu của vi cảm biến PANi/MWCNTs/ChOx 108 Bảng IV.6. Độ nhạy của vi cảm biến PANi/MWCNTs/ChOx 109 Hình IV.20. Phổ điện hóa CV của cảm biến PANi-Fe3O4/ChOx trong dung dịch PBS 50 mM có 0,5 mM cholesterol với các tốc độ quét thay 110 đổi từ 10 ÷ 100 mV/s với bước thế 10 mV (đường a tới j) trong dải thế - 0,6 V ÷ + 0,6 V Hình IV.21. Phổ CV của vi cảm biến PANi-Fe3O4/ChOx trong PBS 50 mM khi không có cholesterol và khi có 0,5 mM cholesterol (thông số: 111 dải thế -0,6 V ÷ +0,6 V, tốc độ quét = 50 mV/s, bước thế = 10 mV) Hình IV.22. So sánh khả năng đáp ứng dòng của cảm biến PANi/ChOx, 112 PANi-Fe3O4/ChOx và PANi/Fe3O4/ChOx- Fe3O4 Hình IV.23. Cơ chế phản ứng thủy phân cholesterol trên vi cảm biến 112 sinh học điện hóa PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx Hình IV.24. Đặc tuyến đáp ứng dòng với các nồng độ cholesterol (0,19 mM) được thêm vào của vi cảm biến sinh học điện hóa PANi- 113 Fe3O4/ChOx-Fe3O4 Hình IV.25. Đường chuẩn của vi cảm biến sinh học điện hóa PANi- 113 Fe3O4/ChOx-Fe3O4 Hình IV.26. Đường đáp ứng dòng của vi cảm biến sinh học điện hóa PANi-Fe3O4/Graphen/ChOx với các nồng độ cholesterol trong dung 114 dịch (hình nhỏ: đường đặc tuyến của cảm biến cholesterol) Bảng IV.7. So sánh tính chất của các vi cảm biến sinh học điện hóa xác 116 định hàm lượng cholesterol trong dung dịch xi
Hình IV.27. Đồ thị SWV khi xử lí với EDC/NHS (đường 1), khi gắn với aptamer HPV-16-L1 với nồng độ 5x10-8 M (đường 2) và khi hình thành phức hợp HPV-16-L1 với kháng nguyên HPV (đường 3- 7) (thông số: 116 tần số = 12,5 Hz, tốc độ quét = 50 mV/s, bước thế = 10 mV, biên độ xung = 5 mV, dải thế = -0,6 V ÷ 0,5 V trong dung dịch HCl 0,1 M) Hình IV.28. Đường chuẩn của vi cảm biến sinh học điện hóa 117 PANi/MWCNTs theo nồng độ HPV trong dải 10-80 nM Hình IV.29. Đồ thị SWV sau khi được xử lí với EDC/NHS (đường 1); sau khi gắn với aptamer 5.10-8M HPV-16-L1 (đường 2) và sau khi tạo phức hợp với 5.10-8 M kháng nguyên OVA (đường 3) (thông số: tần số 118 = 12,5 Hz, tốc độ quét = 50 mV/s, bước thế = 10mV, biên độ xung = 5mV, dải thế = -0,6V ÷ 0,5V trong dung dịch HCl 0,1M) Hình IV.30. Nguyên lý chế tạo và ứng dụng vi cảm biến Aptasensor xác 119 định AFM1 trong sữa Hình IV.31. Phổ CV của vi cảm biến PANi-Fe3O4 với các nồng độ AFM1 khác nhau (thông số: dải thế = -0,2 V ÷ 1,0 V, tốc độ quét = 50 120 mV/s, bước thế = 10 mV trong dung dịch PBS 1x) Hình IV.32 Phổ SWV của vi cảm biến PANi-Fe3O4 với các nồng độ AFM1 khác nhau (thông số: tần số quét 12,5 Hz, tốc độ quét: 50 mV/s, 121 bước thế 10 mV, dải thế quét: -0,6 ÷ +0,65 V trong dung dịch HCl 0,1 M) Hình IV.33. Kết quả đo SWV của vi cảm biến với mẫu đối chứng OTA (thông số: tần số quét 12,5 Hz, tốc độ quét: 50 mV/s, bước thế 10 mV, 122 dải thế quét: -0,6 ÷ +0,65 V trong dung dịch HCl 0,1 M) Bảng IV.8. So sánh các phương pháp xác định nồng độ AFM1 trong 123 dung dịch xii
Hình IV.34. Độ hoạt động điện hóa của vi cảm biến sinh học điện hóa PDAN-Fe3O4 (thông số: dải thế = -0,02 ÷ 0,95 V, tốc độ quét = 50 mV/s, 124 bước thế = 10 mV trong dung dịch PBS 1x) Hình IV.35. Đặc tuyến đáp ứng dòng thời gian thực theo nồng độ lactozơ 125 của vi cảm biến sinh học điện hóa PDAN/Fe3O4 (E = 0,4V) Hình IV.36. Đường chuẩn của vi cảm biến PDAN-Fe3O4 theo nồng độ 126 lactôzơ trong dung dịch Hình IV.37. Độ hoạt động điện hóa của vi cảm biến Graphene/PDAN (thông số: dải thế: -0,02 V÷0,95 V, tốc độ quét = 50 mV/s, bước thế = 127 10 mV trong dung dịch PBS 1x) Hình IV.38. Đường chuẩn của vi cảm biến Graphene/PDAN theo nồng 128 độ lactôzơ trong dung dịch Hình IV.39. Mô hình bề mặt vi điện cực làm việc PANi-Fe3O4 được cố 129 định đầu dò sinh học -ATZ của vi cảm biến Hình IV.40. Tính chất điện hóa của vi cảm biến PANi-Fe3O4 trước và sau khi gắn Anti-ATZ (thông số: dải thế = -0,6 V÷ +0,65 V, tốc độ quét 129 = 50 mV/s, bước thế = 10 mV trong dung dịch HCl 0,1 M) Hình IV.41. Phổ SWV của vi cảm biến PANi-Fe3O4 với các nồng độ khác nhau của Atrazin (thông số: tần số quét 12,5 Hz, tốc độ quét: 50 130 mV/s, bước thế 10 mV, dải thế quét: -0,6 ÷ +0,65 V trong dung dịch HCl 0,1 M) Hình IV.42. Xác định sự nhả ATZ trên bề mặt cảm biến bằng phương pháp SWV (thông số: tần số quét 12,5 Hz, tốc độ quét: 50 mV/s, bước 131 thế 10 mV, dải thế quét: -0,6 ÷ +0,65 V trong dung dịch HCl 0,1 M) Hình IV.43. Đường chuẩn của cảm biến PANi-Fe3O4/Anti-Atrazin 132 xiii
Hình IV.44. Nguyên lý chế tạo và hoạt động của vi cảm biến sinh học 133 điện hóa PANi/Graphen xác định dư lượng thuốc BVTV Atrazin Hình IV.45. Tín hiệu đáp ứng SWV của vi cảm biến PANi/Graphen với các nồng độ Atrazin trong dải từ 10-11 đến 10-7 M (thông số: tần số quét 135 12,5 Hz, tốc độ quét: 50 mV/s, bước thế 10 mV, dải thế quét: -0,6 ÷ +0,65 V trong dung dịch HCl 0,1 M) Hình IV.46. Đường chuẩn đáp ứng dòng ra tại điện áp +0,57 V của vi 135 cảm biến PANi/Graphen trong dải nồng độ của ATZ từ 10-11 đến 10-7 M Bảng IV.9. So sánh một số cảm biến điện hóa xác định hàm lượng 136 Atrazin xiv
DANH MỤC VIẾT TẮT ADN Acid Deoxyribonucleic Axít deoxyribonucleíc AFM Atomic Force Microscopy Kính hiển vi lực nguyên tử AFM1 Aflatoxin M1 Độc tố Aflatoxin M1 APT Aptamer Aflatoxin M1 Chuỗi aptame Aflatoxin M1 ARN Acid Ribonucleic Axít ribonucleíc ATZ Atrazine Thuốc BVTV Atrazin BSA Bovine serum albumine Huyết thanh bò CNT Carbon nanotubes Ống nano cácbon CSA Camphorsulfonic acid Axít Camphorsulfoníc CV Cyclic Voltammetry Vôn-Ampe tuần hoàn CVD Chemical vapor deposition Lắng đọng pha hơi hóa học ChOx Cholesterol oxidase Enzym Cholesterol oxidase DAN Diaminonapthalene Diaminonapthalen DBSA Doecyl benzensulfonic acid Axít Doecyl benzensulfoníc DI Deionized Nước khử ion DRIE Deep Reactive Ion Etching Ăn mòn sâu bằng phản ứng ion EB Emeraldin base Dạng bazơ emeraldin EDC N-(3-dimethylaminopropyl)- N-(3-dimethylaminopropyl)-N- N-ethylcarbodiimide ethylcarbodiimide hydrochloride hydrochlorít ELISA Enzyme-linked immunosorbent Xét nghiệm miễn dịch enzym assays pha rắn ES Emeraldin Salt Dạng muối emeraldin FESEM Field Emission Scanning Electron Kính hiển vi điện tử quét Microscopy phát xạ trường FET Field Effect Transistor Tranzitơ hiệu ứng trường xv