Luận án tiến sĩ Vật lý kỹ thuật: Nghiên cứu và chế tạo cảm biến sinh học điện hóa độ nhạy cao sử dụng điện cực in các bon ứng dụng trong chẩn đoán bệnh sớm

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:188

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm nghiên cứu cảm biến sinh học phổ tổng trở điện hóa sử dụng đầu thu sinh học (kháng thể, aptamer, enzyme) trên cơ sở điện cực in lưới thương mại với chi phí thấp hướng đến ứng dụng thực tế trong các thiết bị cầm tay.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Vật lý kỹ thuật: Nghiên cứu và chế tạo cảm biến sinh học điện hóa độ nhạy cao sử dụng điện cực in các bon ứng dụng trong chẩn đoán bệnh sớm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ THỊ NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC ĐIỆN HÓA ĐỘ NHẠY CAO SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC IN CÁC BON ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH SỚM LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT Hà Nội - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ THỊ NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC ĐIỆN HÓA ĐỘ NHẠY CAO SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC IN CÁC BON ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH SỚM Ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 9520401 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Trương Thị Ngọc Liên 2. GS.TS. Patrick Wagner Hà Nội - 2018
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày lòng biết ơn sâu sắc nhất đến tập thể cán bộ hướng dẫn PGS.TS. Trương Thị Ngọc Liên trường Đại học Bách khoa Hà Nội và GS.TS. Patrick Wagner trường Đại học KU Leuven, Vương quốc Bỉ đã nhiệt tình chỉ bảo, định hướng và giúp đỡ về mặt khoa học để tôi có thể hoàn thành luận án tiến sĩ. Tôi xin chân thành cảm ơn các thành viên trong phòng thí nghiệm Cảm biến sinh học thuộc Bộ môn Vật liệu Điện tử, phòng thí nghiệm của GS. Yoshiakia Ukita thuộc Đại học Yamanashi Nhật Bản, phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Vật liệu và Linh kiện Điện tử, Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc và Công nghệ nano y sinh thuộc Viện Vệ sinh dịch tễ, Khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện các thí nghiệm trong thời gian nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ tài chính của đề tài NAFOSTED mã số 103.99.2012.12, đề tài VLIR-UOS mã số ZEIN2013RIP022 và đề tài AUN/SEED-Net CRC 2016-2018. Tôi xin cảm ơn tới ban lãnh đạo Viện Vật lý kỹ thuật và trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ trong thời gian học tập. Tôi cũng xin cảm ơn tập thể các thầy cô, anh chị và bạn bè đồng nghiệp thuộc bộ môn Vật liệu điện tử, Viện Hóa học và Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hỗ trợ và đóng góp những ý kiến quí báu về mặt chuyên môn trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng, tác giả xin dành những tình cảm chân thành và sâu sắc nhất tới gia đình đã luôn sát cánh, chia sẻ những khó khăn, thông cảm và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Tác giả Đỗ Thị Ngọc Trâm i
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tác giả thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trương Thị Ngọc Liên và GS.TS. Patrick Wagner. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa được tác giả khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Tất cả các công trình đã công bố chung với thầy hướng dẫn khoa học và đồng nghiệp đều được sự đồng ý của các tác giả trước khi đưa vào luận án. Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2018 TM tập thể hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS. Trương Thị Ngọc Liên Đỗ Thị Ngọc Trâm ii
MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. viii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ........................................................................... xi MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. CẢM BIẾN SINH HỌC ĐIỆN HÓA ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN BỆNH SỚM ...................................................................................................................................... 6 1.1 Cảm biến sinh học ........................................................................................................... 6 1.1.1 Đầu thu sinh học ....................................................................................................... 7 1.1.2 Bộ phận chuyển đổi tín hiệu ................................................................................... 13 1.1.3 Phương pháp cố định đầu thu sinh học ................................................................... 15 1.1.4 Các phương pháp cố định kháng thể....................................................................... 17 1.1.4.1 Hấp phụ vật lý .............................................................................................. 18 1.1.4.2 Liên kết cộng hóa trị .................................................................................... 18 1.1.4.3 Ái lực tương tác sinh học ............................................................................. 20 1.2 Cảm biến sinh học điện hóa........................................................................................... 21 1.2.1 Điện cực điện hóa ................................................................................................... 21 1.2.2 Phân loại cảm biến sinh học điện hóa ..................................................................... 24 1.2.2.1 Cảm biến đo dòng ........................................................................................ 24 1.2.2.2 Cảm biến đo điện thế.................................................................................... 26 1.2.2.3 Cảm biến đo độ dẫn ..................................................................................... 28 1.2.2.4 Cảm biến đo phổ tổng trở ............................................................................ 29 1.3 Ung thư và một số chất chỉ dấu khối u .......................................................................... 32 1.3.1 Chỉ dấu α-hCG và ung thư tế bào mầm tinh ........................................................... 34 1.3.2 Chỉ dấu PSA và ung thư tiền liệt tuyến .................................................................. 35 1.3.3 Chỉ dấu AFP và ung thư gan nguyên phát .............................................................. 36 1.4 Nghiên cứu về cảm biến sinh học điện hóa ứng dụng phát hiện chỉ dấu khối u ........... 36 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................................................... 36 1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................................... 47 1.4.3 Định hướng nghiên cứu của luận án ....................................................................... 47 iii
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................... 49 2.1 Phương pháp điện hóa ................................................................................................... 49 2.1.1 Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) .............................................................. 49 2.1.1.1 Mô hình mạch điện tương đương Randles ................................................... 50 2.1.1.2 Biểu diễn phổ tổng trở trong mặt phẳng phức ............................................. 51 2.1.2 Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV) ................................................................... 53 2.2 Phương pháp khảo sát tính chất và hình thái học vật liệu ............................................. 54 2.2.1 Ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) ............................................... 54 2.2.2 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) ........................................................................ 54 2.2.3 Phổ tán xạ Raman ................................................................................................... 54 2.3 Công nghệ vi lưu ly tâm ................................................................................................ 55 2.3.1 Giới thiệu ................................................................................................................ 55 2.3.2 Thiết kế và quy trình chế tạo chíp vi lưu ly tâm ..................................................... 55 2.3.3 Vận chuyển dung dịch trong chíp vi lưu ly tâm ..................................................... 57 2.4 Quy trình thực nghiệm chế tạo cảm biến ....................................................................... 58 2.4.1 Tổng hợp hạt nano vàng trên điện cực làm việc SPCE .......................................... 58 2.4.2 Màng đơn lớp tự lắp ghép (SAM) alkanethiol ........................................................ 58 2.4.3 Tổng hợp vật liệu polyme bằng phương pháp trùng hợp điện hóa ......................... 59 2.4.3.1 Polyme đồng trùng hợp PPy-PPa ................................................................ 59 2.4.3.2 Vật liệu lai cấu trúc nano hai chiều giữa polyme đồng trùng hợp PPy-PPa và erGO ................................................................................................................... 60 2.4.3.3 Vật liệu lai poly(p-ATP) và hạt nano vàng .................................................. 61 2.4.4 Cố định đầu thu sinh học bằng liên kết cộng hóa trị............................................... 61 2.4.4.1 Liên kết cộng hóa trị thông qua nhóm amin của đầu thu sinh học .............. 62 2.4.4.2 Liên kết cộng hóa trị thông qua nhóm cacboxyl của đầu thu sinh học ........ 63 2.5 Khảo sát hoạt động của cảm biến phổ tổng trở điện hóa ............................................... 63 2.6 Quy hoạch số liệu thực nghiệm ..................................................................................... 65 2.6.1 Độ nhạy của cảm biến............................................................................................. 65 2.6.2 Khoảng tuyến tính của cảm biến ............................................................................ 66 2.6.3 Độ lặp lại của cảm biến .......................................................................................... 66 2.6.4 Giới hạn phát hiện của cảm biến ............................................................................ 66 iv
2.6.5 Độ chọn lọc của cảm biến ....................................................................................... 67 CHƯƠNG 3. CẢM BIẾN MIỄN DỊCH PHÁT HIỆN CHỈ DẤU α-hCG ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN U TẾ BÀO MẦM TINH ............................................................................ 68 3.1 Mở đầu ........................................................................................................................... 68 3.2 Thực nghiệm .................................................................................................................. 69 3.2.1 Hóa chất .................................................................................................................. 69 3.2.2 Điện cực và linh kiện .............................................................................................. 70 3.2.3 Quy trình cố định mAb hCG trên điện cực vàng .................................................... 71 3.2.4 Khảo sát hoạt động của cảm biến mAb hCG/SAM(MHDA)/QCM ....................... 72 3.2.4.1 Vi cân tinh thể thạch anh ............................................................................. 72 3.2.4.2 Khảo sát hoạt động của cảm biến ................................................................ 73 3.2.5 Khảo sát hoạt động của cảm biến mAb hCG/SAM(MHDA)/SPAuE .................... 73 3.3. Kết quả và thảo luận ..................................................................................................... 74 3.3.1 Cảm biến miễn dịch nhạy khối lượng mAb hCG/SAM(MHDA)/QCM ................ 74 3.3.1.1 Hiệu suất cố định kháng thể ......................................................................... 74 3.3.1.2 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................... 75 3.3.2 Cảm biến miễn dịch phổ tổng trở mAb hCG/SAM(MHDA)/SPAuE .................... 77 3.3.2.1 Đặc tính điện hóa sau mỗi bước công nghệ ................................................. 77 3.3.2.2 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................... 79 3.4 Kết luận ......................................................................................................................... 81 CHƯƠNG 4. CẢM BIẾN APTAMER PHÁT HIỆN CHỈ DẤU PSA ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN ............................................................................ 82 4.1 Mở đầu ........................................................................................................................... 82 4.2 Thực nghiệm .................................................................................................................. 83 4.2.1 Hóa chất .................................................................................................................. 83 4.2.2 Điện cực và linh kiện .............................................................................................. 84 4.2.3 Tổng hợp hạt nano vàng trên điện cực SPCE ......................................................... 84 4.2.4 Cố định aptamer ...................................................................................................... 86 4.3 Kết quả và thảo luận ...................................................................................................... 87 4.3.1 Cảm biến aptamer phổ tổng trở điện hóa ................................................................ 87 4.3.2 Cảm biến PSA-aptamer/SAM (MHDA)/SPAuE .................................................... 88 v
4.3.2.1 Đặc tính điện hóa sau mỗi bước công nghệ ................................................. 88 4.3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ aptamer lên tín hiệu cảm biến .............................. 89 4.3.3 Cảm biến PSA-aptamer/SAM (MHDA)/AuNPs-SPCE ......................................... 90 4.3.3.1 Phân tán aptamer ......................................................................................... 90 4.3.3.2 Đặc tính điện hóa sau mỗi bước công nghệ ................................................. 93 4.3.3.3 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................... 95 4.3.3.4 Độ chọn lọc của cảm biến ............................................................................ 97 4.4 Kết luận ......................................................................................................................... 97 CHƯƠNG 5. CẢM BIẾN MIỄN DỊCH PHÁT HIỆN CHỈ DẤU AFP ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN UNG THƯ GAN ..................................................................................................... 98 5.1 Mở đầu ........................................................................................................................... 98 5.2 Thực nghiệm .................................................................................................................. 99 5.2.1 Hóa chất và điện cực ............................................................................................... 99 5.2.2 Cố định mAb AFP lên điện cực PPy-PPa/SPCE và PPy-PPa/erGO-SPCE ........... 99 5.2.3 Cố định mAb AFP lên điện cực SPCE biến tính bởi SAM (p-ATP) .................... 100 5.2.4 Cố định mAb AFP lên điện cực SPCE biến tính bởi vật liệu lai poly(p-ATP) và hạt nano vàng ....................................................................................................................... 100 5.3. Kết quả và thảo luận ................................................................................................... 101 5.3.1 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb AFP/PPy-PPa/SPCE .................................... 101 5.3.1.1 Polyme đồng trùng hợp PPy-PPa trên điện cực SPCE ............................. 101 5.3.1.2 Tối ưu hóa tỷ số hợp phần của monome Pa với Py .................................... 103 5.3.1.3 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................. 104 5.3.2 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb AFP/PPa-PPy/erGO-SPCE .......................... 107 5.3.2.1 Khử điện hóa GO trên SPCE ..................................................................... 107 5.3.2.2 Hình thái học bề mặt điện cực ................................................................... 111 5.3.2.3 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................. 112 5.3.3 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE .............. 115 5.3.3.1 Ảnh hưởng của mật độ hạt nano vàng ....................................................... 115 5.3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian tạo màng SAM ................................................... 118 5.3.3.3 Đặc trưng điện hóa sau mỗi bước công nghệ ............................................ 119 5.3.3.4 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................. 120 vi
5.3.4 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb AFP/poly(p-ATP)/AuNPs-SPCE ................. 121 5.3.4.1 Poly(p-ATP) kết hợp hạt nano vàng trên điện cực AuNPs-SPCE.............. 122 5.3.4.2 Phổ tán xạ Raman của màng poly(p-ATP)/AuNPs-SPCE ......................... 124 5.3.4.3 Đặc trưng điện hóa sau các bước công nghệ ............................................. 125 5.3.4.4 Đặc trưng chuẩn của cảm biến .................................................................. 126 5.4 Kết luận ....................................................................................................................... 128 CHƯƠNG 6. CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA GLUCOSE .......................................................... 129 6.1 Glucose và đường huyết .............................................................................................. 129 6.2 Cảm biến điện hóa enzyme GOx ................................................................................. 130 6.3 Polyme ôxy hóa khử Osmium và cảm biến GOx ........................................................ 133 6.4 Thực nghiệm ................................................................................................................ 133 6.4.1 Hóa chất và thiết bị ............................................................................................... 133 6.4.2 Quy trình chế tạo cảm biến (GOx/Osmium)n/AuNPs-SPCE ................................ 134 6.5 Kết quả và thảo luận .................................................................................................... 135 6.5.1 Khảo sát hình thái bề mặt cấu trúc đa lớp (GOx/Osmium) .................................. 135 6.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của số lớp (GOx/Osmium)................................................... 136 6.5.3 Đáp ứng dòng-thế của cảm biến (GOx/Osmium)4/AuNPs-SPCE ........................ 137 6.6 Kết luận ....................................................................................................................... 138 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 139 KIẾN NGHỊ....................................................................................................................... 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 141 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................... 160 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... - 1 - vii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Ab Antibody Kháng thể AFP Alpha-fetoprotein Ag Antigen Kháng nguyên AuNPs Gold nano-particles Hạt nano vàng BSA Bovine serum albumin Albumin huyết thanh bò CA Chronoamperometry Kỹ thuật đo dòng – thời gian CV Cyclic voltammetry Kỹ thuật quét thế tuần hoàn DNA Deoxyribo nucleic acid Axít deoxyribonucleic DPV Different pulse voltammetry Kỹ thuật đo dòng-thế xung vi phân 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) EDC carbodimide EDS Energy dispertive spectroscopy Phổ tán xạ năng lượng EIS Electrochemical impedance Phổ tổng trở điện hóa spectroscopy ELISA Enzyme linked immuno sorbent Kỹ thuật miễn dịch gắn enzyme assay FAD Flavin adenine dinucleotide GDH Glucose dehydrogenase Enzyme glucose dehydrogenase GMC Graphitized mesoporous carbon Các bon lỗ xốp trung bình GOx Glucose oxidase Enzyme glucose oxidase hCG Human chorionic gonadotropin Kỹ thuật miễn dịch sắc kí sử dụng IGCA Immunogold chromatographic assay hạt vàng Internatonal union of pure and applied Hiệp hội Quốc tế về hóa học và hóa IUPAC chemistry học ứng dụng LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện mAb monoclonal antibody Kháng thể đơn dòng MHDA 16-Mercaptohexadecanoic acid Axít 16-mercaptohexadecanoic viii
MIP Molercularly imprinted polymer Polyme in phân tử MUA 11-Mercaptoundecanoic acid Axít 11-mercaptoundecanoic NHS N-Hydroxysuccinimide ODN Oligo deoxyribo nucleotide Pa Pyrrole-2-cacboxylic acid p-ATP Para-aminothiophenol PBS Phosphate buffered saline Đệm chứa muối phosphat PCR Polymerase chain reaction Phản ứng chuỗi polymerase PEGDGE Poly(ethylene glycol)diglycidyl PL Photoluminescence Kỹ thuật phổ huỳnh quang PPa Polypyrrole cacboxylic acid PPy Polypyrrole PSA Prostate specific antigen Py Pyrrole QCM Quartz crystal microbalance Vi cân tinh thể thạch anh RNA Ribo nucleic acid Axít ribonucleic SAM Self assembled monolayer Màng đơn lớp phân tử tự lắp ghép SELEX Systematic evolution of ligands by exponential enrichment SEM Scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét SPAuE Screen-printed gold electrode Điện cực in lưới mực in vàng SPCE Screen-printed carbon electrode Điện cực in lưới mực in các bon SPR Surface plasmon resonance Kỹ thuật cộng hưởng plasmon bề mặt STDEV Standard deviation Sai số chuẩn SWSV Square wave stripping voltammetry Kỹ thuật đo xung vuông quét nhanh UTTLT Ung thư tiền liệt tuyến ix
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại enzyme [256]. ................................................................................... 10 Bảng 1.2. Nhóm chức thuộc amino axít tham gia cố định bằng liên kết cộng hóa trị [178]................................................................................................................. 19 Bảng 1.3. Điện cực điện hóa trong cảm biến sinh học điện hóa. ...................................... 22 Bảng 1.4. Nồng độ ngưỡng chỉ dấu khối u trong huyết thanh của người [260]................ 32 Bảng 1.5. Các chỉ dấu khối u thông dụng trong chẩn đoán và điều trị một số bệnh ung thư [32]. ........................................................................................................... 32 Bảng 1.6. Nồng độ hCG và β-hCG đối với người bình thường [201]. ............................. 34 Bảng 1.7. Mối liên hệ giữa nồng độ PSA toàn phần trong máu và tỷ lệ mắc bệnh UTTLT [26]. .................................................................................................... 35 Bảng 2.1. Cố định đầu thu sinh học bằng liên kết cộng hóa trị. ....................................... 61 Bảng 2.2. Mô hình mạch tương đương khớp phổ tổng trở thực nghiệm. ......................... 65 Bảng 3.1. Số phân tử cố định trên bề mặt linh kiện QCM sau mỗi bước chế tạo. ............ 75 Bảng 3.2. Giá trị thành phần của mạch tương đương Randles sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo cảm biến mAb α-hCG/SAM(MHDA)/SPAuE. ................... 78 Bảng 3.3. Một số kết quả nghiên cứu cảm biến sinh học phát hiện chỉ dấu khối u hCG . 80 Giá trị thành phần của mạch tương đương Randles sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo cảm biến PSA-aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE................... 89 Bảng 4.2. Giá trị thành phần của mạch tương đương Randles sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo cảm biến PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. ....... 94 Bảng 4.3. Một số kết quả nghiên cứu cảm biến đện hóa sử dụng đầu thu aptamer phát hiện chỉ dấu khối u PSA .................................................................................. 96 Bảng 5.1. Số sóng đặc trưng trong phổ Raman của polyme PPy-PPa theo thực nghiệm và so sánh với giá trị lý thuyết [179, 243]. .................................................... 102 Bảng 5.2. Giá trị thành phần của mạch tương đương Randles sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo cảm biến mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE ........... 120 Bảng 5.3. Số sóng đặc trưng trong phổ Raman của poly(p-ATP) theo thực nghiệm. .... 124 Bảng 5.4. Giá trị thành phần của mạch tương đương Randles sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo cảm biến mAb AFP/poly(p-ATP)/AuNPs-SPCE .............. 125 Bảng 5.5. Một số kết quả nghiên cứu cảm biến sinh học điện hóa phát hiện chỉ dấu khối u AFP ..................................................................................................... 127 Bảng 6.1. Giá trị chuẩn của nồng độ đường huyết đối với người bình thường [5]. ........ 130 x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc của cảm biến sinh học. ......................................................................... 6 Hình 1.2. Phân loại cảm biến sinh học theo cơ chế chuyển đổi tín hiệu và loại đầu thu sinh học [134]. ................................................................................................... 7 Hình 1.3. Cấu trúc của phân tử globulin miễn dịch [66]. ................................................... 8 Hình 1.4. Lực tương tác giữa kháng nguyên – kháng thể [66]. .......................................... 9 Hình 1.5. Mô hình cấu trúc của RNA, DNA [287]. .......................................................... 11 Hình 1.6. Cấu trúc và tương tác giữa aptamer và chỉ dấu sinh học [288]......................... 12 Hình 1.7. Đầu thu sinh học nhân tạo tổng hợp bằng phương pháp in polyme phân tử [255]................................................................................................................. 13 Hình 1.8. Biểu đồ tỷ lệ bài báo cảm biến sinh học theo cơ chế chuyển đổi tín hiệu. Số liệu thống kê bài báo tìm kiếm theo từ khóa “electrochemical biosensor”, “optical biosensor”, “piezoelectric biosensor”, “calorimetric biosensor” từ năm 2000 ÷ 2018 theo website Science Direct [289]. ..................................... 14 Hình 1.9. Phương pháp cố định đầu thu sinh học: a) Hấp phụ vật lý, b) Liên kết cộng hóa trị, c) Bẫy, d) Liên kết chéo, e) Hóa rắn [139]. ......................................... 15 Hình 1.10. Biểu đồ số lượng bài báo cảm biến sinh học phân loại theo phương pháp cố định đầu thu sinh học. Số liệu thống kê bài báo tìm kiếm theo từ khóa “adsorption”, “covalent”, “encapsulation”, “entrapment”, “cross-linking” trong khoảng từ năm 2000 ÷ 2018 theo website Science Direct [289]. .......... 16 Hình 1.11. Định hướng cố định của kháng thể trên bề mặt điện cực [254]. ..................... 17 Hình 1.12. Kháng thể cố định trên bề mặt điện cực bằng liên kết cộng hóa trị; (a) giữa nhóm amin (hoặc nhóm cacboxyl) trên kháng thể với nhóm cacboxyl (hoặc nhóm amin) biến tính trên bề mặt điện cực; (b) giữa nhóm thiol sinh ra do phản ứng khử liên kết cầu disulfide trên kháng thể bởi TCEP (hoặc 2-MEA) và bề mặt điện cực vàng; (c) giữa nhóm aldehyde sinh ra do phản ứng ôxy hóa gốc đường nằm ở đoạn Fc của kháng thể và nhóm hydrazide biến tính trên bề mặt điện cực [254]. .............................................................................. 18 Hình 1.13. Kháng thể được cố định trên bề mặt điện cực thông qua ái lực tương tác: (a) giữa protein G và kháng thể; (b) lai hóa giữa ssDNA cố định và ssDNA gắn trên kháng thể [151]. ................................................................................. 20 Hình 1.14. Kháng thể cố định trên bề mặt điện cực thông qua ái lực tương tác giữa Avidin/ Streptavidin với Biotin [181].............................................................. 21 Hình 1.15. Điện cực các bon thủy tinh (Glassy carbon electrode - GCE) và hệ điện hóa ba điện cực sử dụng điện cực làm việc GCE. .................................................. 22 Hình 1.16. Điện cực điện hóa in lưới màng dầy (a) hệ 2 điện cực, (b) hệ 3 điện cực. ..... 23 xi
Hình 1.17. Điện cực in lưới mực in các bon của hãng Dropsen (Tây Ban Nha) (a) 1 điện cực làm việc; (b) 2 điện cực làm việc; (c) 4 điện cực làm việc; (d) 8 điện cực làm việc. ............................................................................................ 23 Hình 1.18. Điện cực in lưới màng dày của hãng BioDevice Technology (Nhật Bản) (a) điện cực làm việc mực in các bon; (b) điện cực làm việc mực in vàng. ......... 23 Hình 1.19. Cơ chế hoạt động của cảm biến miễn dịch đo dòng cấu trúc “sandwich” dựa trên tác nhân đánh dấu enzyme HRP, ALP và GOx [105]. ............................. 24 Hình 1.20. Cơ chế hoạt động của cảm biến miễn dịch đo dòng cấu trúc “sandwich” dựa trên tác nhân đánh dấu: (a) muối của kim loại vàng, (b) kim loại bạc Ag, (c) chấm lượng tử PbS và CdS [105]. ................................................................... 26 Hình 1.21. Điện cực chọn lọc ion ISE dùng trong cảm biến đo điện thế: (a) điện cực màng chất lỏng; (b) điện cực màng chất rắn [252]. ......................................... 27 Hình 1.22. Cảm biến điện hóa đo điện thế dựa trên cấu trúc: (a) Transitor hiệu ứng trường nhạy ion (ISFET), (b) Cảm biến điện thế chiếu sáng vùng (LAPS) [74]................................................................................................................... 27 Hình 1.23. Cảm biến miễn dịch điện hóa đo độ dẫn dựa trên cấu trúc FET, điện tích dương của kháng nguyên – kháng thể trên kênh dẫn làm giảm độ dẫn đối với kênh dẫn là bán dẫn loại n và làm tăng độ dẫn đối với kênh dẫn là bán dẫn loại p [34]. ................................................................................................. 28 Hình 1.24. Cảm biến DNA độ dẫn dựa trên cấu trúc dây nano polyme đồng trùng hợp (poly EDOT-co-EDOT-COOH) giữa hai điện cực làm bằng kim loại vàng, phản ứng lai hóa giữa chuỗi DNA dò và DNA đích làm thay đổi độ dẫn của dây nano polyme [98]. ..................................................................................... 28 Hình 1.25. Mô hình mạch điện tương đương Randles mô phỏng tính chất điện của hệ điện hóa trong dung dịch điện ly (a) không có cặp chất ôxy hóa - khử, (b) có cặp chất ôxy hóa - khử [105]. ..................................................................... 29 Hình 1.26. Mô hình cấu trúc cảm biến miễn dịch kiểu tụ và mạch điện tương đương [105]................................................................................................................. 30 Hình 1.27. Cảm biến miễn dịch phổ tổng trở điện hóa sử dụng chất dò [Fe(CN)6]3-/4-; (a) đầu thu kháng thể cố định trên điện cực vàng, (b) đầu thu kháng thể liên kết đặc hiệu với kháng nguyên cản trở quá trình truyền điện tích đến điện cực, (c) mạch tương đương Randles và (d) phổ tổng trở biểu diễn trên mặt phẳng Nyquist của cảm biến trước và sau phản ứng miễn dịch [105]............. 31 Hình 1.28. Biểu đồ thống kê số lượng bài báo cảm biến sinh học phát hiện chỉ dấu khối u trong thời gian từ năm 2005÷2018 (dữ liệu từ nguồn Scopus truy cập ngày 01-08-2018): .................................................................................................... 37 xii
(a) Theo phương pháp chuyển đổi tín hiệu với từ khóa tìm kiếm “cancer biomarkers” kết hợp với “electrochemical biosensor”, “optical biosensor”, “piezoelectric biosensor”, “calorimetric biosensor”. .............................................................. 37 (b) Theo phương pháp đo tín hiệu với từ khóa tìm kiếm “electrochemical biosensor”, “cancer biomarkers” kết hợp với “impedimetric”, “amperometric”, “voltammetric”, “potentiometric”, “conductometric”. .................................... 37 Hình 1.29. Biểu đồ thống kê số lượng bài báo cảm biến sinh học điện hóa phát hiện chỉ dấu khối u theo loại đầu thu sinh học với từ khóa tìm kiếm “cancer biomarkers”, “electrochemical biosensor”, “electrochemical immunosensor”, “electrochemical aptasensor” (dữ liệu từ nguồn Scopus truy cập ngày 01-08-2018). ............................................................................. 37 Hình 1.30. Cải thiện độ nhạy của cảm biến miễn dịch điện hóa phát hiện chỉ dấu khối u bằng vật liệu nano; (a) biến tính bề mặt điện cực bằng vật liệu nano, (b) tác nhân đánh dấu bằng vật liệu nano [247]. ................................................... 38 Hình 1.31. Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến miễn dịch cấu trúc “sandwich” phát hiện chỉ dấu khối u AFP trên cơ sở điện cực vàng được biến tính bởi hạt nano vàng [263]. .............................................................................................. 39 Hình 1.32. Quy trình chế tạo cảm biến miễn dịch phát hiện chỉ dấu khối u EGFR trên cơ sở điện cực vàng được biến tính bởi hạt nano vàng: tạo màng SAM cysteamine trên hạt vàng, liên kết hóa học bởi chất trung gian p- phenyldiisothiocyanate (PDITC), protein G liên kết qua nhóm NH2, protein G liên kết đặc hiệu với vùng Fc của kháng thể EGFG [54]. ........................... 40 Hình 1.33. Quy trình chế tạo cảm biến miễn dịch phát hiện chỉ dấu khối u PSA trên cơ sở điện cực GCE được biến tính bởi hạt nano vàng trên nền vật liệu poly(2,6- Pyridinediamine) [269]. ................................................................................... 40 Hình 1.34. Quy trình chế tạo cảm biến miễn dịch cấu trúc sandwich phát hiện chỉ dấu khối u IL-6 trên cơ sở điện cực ITO được biến tính bởi tổ hợp vật liệu nano AuNPs – Graphene - Silica sol-gel [248]. ....................................................... 41 Hình 1.35. Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến miễn dịch phát hiện chỉ dấu khối u AFP trên cơ sở điện cực GCE được biến tính bởi tổ hợp vật liệu nano AuNPs-PDA-Thi-GO [154]............................................................................. 42 Hình 1.36. Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến miễn dịch sandwich phát hiện chỉ dấu khối u CEA với kháng thể phát hiện được đánh dấu bởi tổ hợp vật liệu nano AgNPs - AuNPs - Graphene [80]. .......................................................... 42 Hình 1.37. Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến aptamer phổ tổng trở phát hiện chỉ dấu Mucine trên cơ sở điện cực mực in các bon biến tính bởi MWCNT [142]................................................................................................................. 44 xiii
Hình 1.38. Quy trình thực nghiệm cố định aptamer trên bề mặt SWCNT và sơ đồ thiết lập hệ khảo sát SWCNT FET trong dung dịch [235]. ..................................... 44 Hình 1.39. (a) Tác nhân đánh dấu enzyme HRP và kháng thể Con A được cố định trên SWCNT, (b) bề mặt điện cực GCE được biến tính bởi MWCNT/Au-S- mannose và cơ chế đáp ứng tín hiệu dòng của cảm biến, (c) đường đặc trưng chuẩn của cảm biến sử dụng tác nhân đánh dấu MWCNT kết hợp với enzyme HRP và cảm biến sử dụng kháng thể đánh dấu bởi enzyme HRP [280] ................................................................................................................ 45 Hình 1.40. (a) Quy trình tạo cấu trúc ôxít graphene dạng khử (rGO) kết hợp với AuNPs và thionine (Thi) hoặc Prussian blue (PB), (b) cảm biến miễn dịch đa kênh phát hiện đồng thời chỉ dấu CEA và AFP trên cơ sở điện cực được biến tính bề mặt bởi rGO/Au/Thi và rGO/Au/PB [94]. .................................................. 46 Hình 2.1. (a) Quá trình điện hóa xảy ra tại phân biên giữa điện cực làm việc được áp điện thế dương và dung dịch điện ly chứa cặp chất dò; (b) Mô hình mạch điện tương đương Randles: Cdl điện dung lớp kép, Rct điện trở truyền điện tích, Rs điện trở dung dịch, ZW trở kháng Warburg, IHP mặt phẳng Helmholtz phía trong; OHP mặt phẳng Helmholtz bên ngoài; CE điện cực đối và WE là điện cực làm việc [150]. ............................................................ 50 Hình 2.2. Biểu diễn phổ tổng trở ở vùng tần số cao trên mặt phẳng phức ....................... 52 Hình 2.3. Biểu diễn phổ tổng trở ở vùng tần số thấp trên mặt phẳng phức ...................... 52 Hình 2.4. Biểu diễn phổ tổng trở trên mặt phẳng Nyquist. ............................................... 53 Hình 2.5. Quan hệ giữa điện thế và dòng điện trong quét thế tuần hoàn .......................... 53 Hình 2.6. Cấu trúc thiết kế của chíp vi lưu a) chíp vi lưu một đầu vào, b) mặt cắt chíp vi lưu. ............................................................................................................... 56 Hình 2.7. Ảnh hiển vi quang học của vi kênh với độ rộng khoảng 200 µm. .................... 57 Hình 2.8. Thiết kế giá đỡ gắn với trục quay của máy ly tâm: a) Thứ tự lắp ghép chíp vi lưu và điện cực; b) Vị trí bốn hệ chíp vi lưu-điện cực được cố định đồng thời trên giá đỡ. ................................................................................................ 57 Hình 2.9. Hình ảnh dòng dung dịch vận chuyển từ đầu vào qua kênh dẫn vào buồng phản ứng và dung dịch thoát ra ngoài theo thời gian quay ly tâm với tốc độ 1200 vòng/phút. ............................................................................................... 58 Hình 2.10. Quy trình tổng hợp vật liệu lai cấu trúc nano hai chiều giữa polyme đồng trùng hợp PPy- PPa và erGO trên điện cực SPCE bằng phương pháp điện hóa quét thế tuần hoàn. .................................................................................... 60 Hình 2.11. Cơ chế phản ứng tạo liên kết giữa nhóm amin (NH2) của đầu thu sinh học và nhóm cacboxyl (-COOH) trên bề mặt điện cực sử dụng hợp chất NHS và EDC [219]........................................................................................................ 62 xiv
Hình 2.12. Cơ chế phản ứng tạo liên kết giữa nhóm cacboxyl (-COOH) của kháng thể và nhóm amin (NH2) trên bề mặt điện cực sử dụng EDC [219]...................... 63 Hình 2.13. Quy trình xử lý mẫu máu toàn phần tách lấy phần huyết thanh: (a) mẫu máu toàn phần, (b) mẫu máu sau khi để đông tự nhiên, (c) mẫu sau khi tách phần máu đông, (d) mẫu huyết thanh ....................................................................... 64 Hình 3.1. (a) Linh kiện vi cân tinh thể thạch anh QCM 5 MHz được ghép nối với bộ tạo dao động QCM25 của hãng Stanford Research Systems, (b) Hệ thiết bị khảo sát hoạt động của QCM ở chế độ đo động. ............................................. 70 Hình 3.2. (a) Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt điện cực mực in vàng, (b) Điện cực mực in vàng SPAuE của hãng BioDevice Technology, (c) Hệ thiết bị điện hóa AutoLab PGSTAT 12. ..................................................................................... 70 Hình 3.3. Quy trình công nghệ cố định mAb α-hCG lên điện cực vàng thông qua màng SAM(MHDA). ................................................................................................. 71 Hình 3.4. Sơ đồ hệ đo khảo sát hoạt động của cảm biến sinh học nhạy khối lượng sử dụng linh kiện QCM. ....................................................................................... 73 Hình 3.5. Nguyên lý hoạt động của cảm biến miễn dịch phổ tổng trở điện hóa............... 73 Hình 3.6. Độ dịch tần sau mỗi bước chế tạo cảm biến nhạy khối lượng sử dụng linh kiện QCM. ....................................................................................................... 75 Hình 3.7. Suy giảm tần số theo thời gian tại các nồng độ kháng nguyên từ 100 pg/mL ÷ 27 ng/mL của cảm biến mAb α-hCG/SAM (MHDA)/QCM. ...................... 76 Hình 3.8. Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến nhạy khối lượng sử dụng giá trị độ dịch tần số như một hàm của nồng độ kháng nguyên α-hCG. Giá trị tại mỗi điểm đo và sai số được lấy trung bình của 3 cảm biến độc lập chế tạo cùng quy trình và cùng điều kiện đo. ....................................................................... 77 Hình 3.9. Phổ EIS sau mỗi bước công nghệ chế tạo cảm biến mAb α- hCG/SAM(MHDA)/SPAuE. ........................................................................... 78 Hình 3.10. Phổ tổng trở đáp ứng của cảm biến với kháng nguyên α-hCG có nồng độ 0÷100 ng/mL. Phép đo thực hiện bởi dung dịch điện hóa gồm 0,1M KCl và 5 mM [Fe(CN)6]3-/4-. Dải tần số quét 100 kHz ÷ 50 mHz, EDC = 0,16 V vs. Ag/AgCl, Eac= 10 mV. .................................................................................... 79 Hình 3.11. Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến mAb α-hCG/SAM(MHDA)/SPAuE. ......................................................................................................................... 79 Hình 4.1. (a) Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt điện cực mực in các bon, (b) Điện cực mực in cácbon SPCE của hãng BioDevice Technology, (c) Hệ thiết bị điện hóa Vertex Invium. .......................................................................................... 84 xv
Hình 4.2. Đặc trưng dòng thế của điện cực SPCE quét thế vòng 20 chu kì trong dung dịch HAuCl4 1 mM pha trong PBS 100 mM; tốc độ quét 50 mV/s trong dải điện áp từ -0,6 V đến 0,5 V vs. Ag/AgCl. ....................................................... 85 Hình 4.3. Đặc trưng dòng thế của điện cực trong dung dịch H2SO4 1M, tốc độ quét 50 mV/s, dải điện áp từ -0,2 V đến 1,4 V vs. Ag/AgCl. (a) Điện cực AuNPs- SPCE, (b) So sánh điện cực AuNPs-SPCE và SPAuE .................................... 86 Hình 4.4. Mô hình quá trình động học xảy ra trên bề mặt điện cực trong phép đo phổ tổng trở Faradaic sử dụng cặp chất dò [Fe(CN)6]3-/4-: (a) điện cực SPAuE, (b) điện cực AuNPs-SPCE. ............................................................................. 87 Hình 4.5. Phổ EIS sau mỗi bước công nghệ chế tạo cảm biến PSA- aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE ....................................................................... 88 Hình 4.6. Khảo sát sự phụ thuộc của ∆Rct như một hàm của nồng độ PSA của cảm biến PSA-aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE với nồng độ aptamer 5, 10, 100 µg/mL. ............................................................................................................. 90 Hình 4.7. Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt điện cực SPCE sau khi tổng hợp hạt nano vàng bằng phương pháp quét thế tuần hoàn với số vòng quét khác nhau: 5, 10, 15, 20 vòng. ............................................................................................... 91 Hình 4.8. Phổ EDS của điện cực AuNPs-SPCE với cac hạt nano vàng được tổng hợp bằng phương pháp quét điện thế tuần hoàn 20 chu kỳ. ................................... 92 Hình 4.9. Sự phụ thuộc của ∆Rct theo nồng độ kháng nguyên PSA của cảm biến trên điện cực AuNPs-SPCE với lượng aptamer cố định (5 µg/mL, 10 µg/mL, 25 µg/mL, 50 µg/mL, 100 µg/mL) và số vòng quét tạo hạt vàng: (a) 5 vòng, (b) 10 vòng, (c) 15 vòng, (d) 20 vòng. ............................................................ 93 Hình 4.10. Phổ EIS sau mỗi bước công nghệ chế tạo của cảm biến PSA- aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. ........................................................... 94 Hình 4.11. Đáp ứng phổ tổng trở của cảm biến PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs- SPCE với nồng độ kháng nguyên PSA từ 0 ng/mL đến 14 ng/mL. ................ 95 Hình 4.12. Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs- SPCE................................................................................................................ 96 Hình 4.13. Độ chọn lọc của cảm biến PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE với các kháng nguyên hCG, protein TAU, amylin và PSA ................................... 97 Hình 5.1. Quy trình cố định kháng thể AFP bằng liên kết cộng hóa trị giữa nhóm amin của kháng thể và nhóm cacboxyl của polyme PPy-PPa: (a) trên điện cực SPCE; (b) trên điện cực erGO-SPCE. ........................................................... 100 Hình 5.2. Quy trình công nghệ cố định kháng thể AFP bằng liên kết cộng hóa trị giữa nhóm cacboxyl của kháng thể và nhóm amin của SAM (p-ATP) trên điện cực AuNPs-SPCE. ......................................................................................... 100 xvi
Hình 5.3. Quy trình công nghệ cố định kháng thể AFP bằng liên kết cộng hóa trị giữa nhóm cacboxyl của kháng thể và nhóm amin của vật liệu lai polyme (p- ATP) và hạt nano vàng trên điện cực AuNPs-SPCE. .................................... 101 Hình 5.4. (a) Đặc trưng dòng-thế của quá trình đồng trùng hợp PPy-PPa quét thế tuần hoàn 20 chu kì trong dung dịch PBS 10 mM (pH 7,4) có chứa KCl 100mM, monome Py 120 mM và Pa 40 mM với tốc độ quét 30 mV/s trong dải điện áp từ -0,8 V đến 0,8 V vs. Ag/AgCl; (b) Ảnh SEM màng polyme PPy-PPa trên điện cực SPCE. ....................................................................................... 102 Hình 5.5. Phổ Raman của màng polyme PPy-PPa trên điện cực SPCE (đo tại 4 vị trí khác nhau) với bước sóng kích thích 632,8 nm. ............................................ 103 Hình 5.6. Đáp ứng dòng-thế của điện cực PPy-PPa/SPCE với tỷ lệ mol Pa so với Py thay đổi từ 0 đến 100% mol trong dung dịch gồm [Fe(CN)6]3-/4- 5 mM và KCl 0,1 M với tốc độ quét 50 mV/s. ............................................................. 104 Hình 5.7. (a) Đáp ứng phổ tổng trở điện hóa của cảm biến mAb AFP/PPy-PPa/SPCE với nồng độ kháng nguyên AFP thay đổi từ 0 đến 100 ng/mL (đường đo thực nghiệm được biểu diễn bằng các ký hiệu, đường nét liền biểu diễn đường cong khớp theo mạch tương đương Randles); (b) Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến........................................................................................ 105 Hình 5.8. (a) Đáp ứng dòng-thế của cảm biến mAb AFP/PPy-PPa/SPCE với nồng độ kháng nguyên AFP thay đổi từ 0 đến 100 ng/mL, (b) Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến thể hiện sự phụ thuộc Ipc vào nồng độ kháng nguyên AFP. .. 106 Hình 5.9. Đặc trưng dòng-thế quá trình khử GO trên bề mặt điện cực SPCE thành erGO trong dung dịch PBS 100 mM (pH 6,6) với 30 chu kỳ quét. ......................... 108 Hình 5.10. Đặc trưng điện hóa của điện cực erGO-SPCE khảo sát trong dung dịch đo gồm 5 mM [Fe(CN)6]3-/4- và KCl 0,1 M: (a) Đáp ứng phổ EIS, (b) Đáp ứng dòng-thế tại tốc độ quét 50 mV/s................................................................... 109 Hình 5.11. Phổ Raman của GO và erGO trên điện cực SPCE với bước sóng kích thích 632,8 nm. ....................................................................................................... 110 Hình 5.12. Ảnh SEM (a) bề mặt điện cực SPCE trần, (b) điện cực GO/SPCE, (c) điện cực erGO/SPCE, (d) vật liệu lai cấu trúc nano hai chiều giữa PPy-PPa và erGO trên SPCE............................................................................................. 111 Hình 5.13. (a) Đáp ứng phổ tổng trở điện hóa của cảm biến mAb AFP/PPy-PPa/erGO- SPCE với nồng độ kháng nguyên AFP thay đổi từ 0 đến 100 ng/mL (đường đo thực nghiệm được biểu diễn bằng các ký hiệu, đường nét liền biểu diễn đường cong khớp theo mạch tương đương Randles), (b) Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến........................................................................................ 113 Hình 5.14. (a) Đáp ứng dòng-thế của cảm biến mAb AFP/PPy-PPa/erGO-SPCE với nồng độ kháng nguyên AFP thay đổi từ 0 đến 100 ng/mL, (b) Đường đặc xvii
trưng chuẩn của cảm biến thể hiện sự phụ thuộc Ipc vào nồng độ kháng nguyên AFP. .................................................................................................. 114 Hình 5.15. Ảnh SEM điện cực SPCE biến tính bởi AuNPs tổng hợp bằng phương pháp quét thế tuần hoàn với số vòng quét khác nhau 10, 20, 40 và 60. ................. 115 Hình 5.16. Phổ tổng trở của điện cực SPCE biến tính bởi AuNPs với số vòng quét tạo AuNPs (10, 20, 40, 60) và sau khi cố định kháng thể mAb AFP. ................. 116 Hình 5.17. Phổ tổng trở của điện cực SPCE biến tính bởi AuNPs với số vòng quét tạo AuNPs (10, 20, 40, 60) trước và sau phản ứng giữa mAb AFP và kháng nguyên AFP 100 ng/mL. ............................................................................... 117 Hình 5.18. Đáp ứng tín hiệu của các cảm biến mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE có thời gian tổng hợp màng SAM (6, 12, 18, 24 giờ) với kháng nguyên AFP nồng độ (10, 50, 100 ng/mL). ........................................................................ 118 Hình 5.19. Phổ tổng trở sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo của cảm biến mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE (đường đo thực nghiệm được biểu diễn bằng các ký hiệu và đường nét liền biểu diễn đường cong khớp theo mạch tương đương Randles). .................................................................................. 119 Hình 5.20. (a) Đáp ứng phổ tổng trở của cảm biến tại các nồng độ kháng nguyên AFP từ 0 ng/mL đến 100 ng/mL (đường đo thực nghiệm được biểu diễn bằng các ký hiệu, đường nét liền biểu diễn đường cong khớp theo mạch tương đương Randles), (b) Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến. .................................... 121 Hình 5.21. (a) Đặc trưng dòng-thế của quá trình tổng hợp vật liệu lai poly(p-ATP) và hạt nano vàng trên điện cực AuNPs-SPCE, (b) Ảnh SEM của màng poly(p- ATP) trên điện cực SPCE. ............................................................................. 122 Hình 5.22. Cơ chế quá trình trùng hợp điện hóa poly(p-ATP) [284]. ............................ 123 Hình 5.23. Phổ Raman của màng poly(p-ATP) trên điện cực AuNPs-SPCE................. 124 Hình 5.24. Phổ tổng trở sau mỗi bước thực hiện quy trình chế tạo của cảm biến mAb AFP/poly( p-ATP)/AuNPs-SPCE......................................................... 125 Hình 5.25. (a) Đáp ứng phổ tổng trở của cảm biến với nồng độ kháng nguyên AFP từ 0 ng/mL đến 100 ng/mL (đường đo thực nghiệm được biểu diễn bằng các ký hiệu, đường nét liền biểu diễn đường cong khớp theo mạch tương đương Randles), (b) Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến. .................................... 126 Hình 6.1. Cấu trúc phân tử α-D-glucose và β-D-glucose [290]...................................... 129 Hình 6.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện hóa Glucose sử dụng enzyme GOx (a) thế hệ thứ 1; (b) thế hệ thứ 2; (c) thế hệ thứ 3. ......................................... 130 Hình 6.3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện hóa Glucose/(GOx/Osmium)n /AuNPs-SPCE................................................................................................ 133 xviii