BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐINH VĂN TUẤN
NGHIÊN CỨU CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ
VẬT LIỆU NANO MoS2 VÀ AgNP/MoS2 NHẰM ỨNG DỤNG
ĐỂ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ GLUCOSE
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Hà Nội – 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐINH VĂN TUẤN
NGHIÊN CỨU CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ
VẬT LIỆU NANO MoS2 VÀ AgNP/MoS2 NHẰM ỨNG DỤNG
ĐỂ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ GLUCOSE
Ngành: Khoa học vật liệu
Mã số: 9440122
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. PHẠM HÙNG VƯỢNG
2. PGS. TS. PHƯƠNG ĐÌNH TÂM
Hà Nội - 2023
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là
thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa
từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và
trung thực.
Tôi xin xin chịu trách nhiệm về nội dung luận án và những kết quả công bố trong
luận án.
TM Tập thể hướng dẫn
PGS.TS Phạm Hùng Vượng
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Nghiên cứu sinh
Đinh Văn Tuấn
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới
PGS.TS. Phương Đình Tâm, PGS. TS. Phạm Hùng Vượng và TS Cao Xuân Thắng.
Những người Thầy đã cho tôi những định hướng khoa học và phong cách sống. Đã tận
tình giúp đỡ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình hoàn thành luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Đại học Bách Khoa Hà Nội,
Phòng Đào tạo, Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu, đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại Điện lực, Ban Chủ nhiệm
Khoa Điện tử Viễn thông đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi tập
trung nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp,
các anh chị em trong nhóm nghiên cứu đã luôn động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn mã số đề tài 103.02–2017.320 của Quỹ Phát triển
khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đã hỗ trợ kinh phí để thực hiện luận án.
Tôi gửi lời cảm ơn đến TS. Vũ Văn Thú, PGS. TS Nguyễn Văn Quỳnh, TS.
Nguyễn Xuân Trường, TS. Phạm Hồng Nam, ThS. Nguyễn Hoài Nam, TS. Hoàng Lan,
TS. Nguyễn Thị Nguyệt, ThS. Đặng Thị Thúy Ngân, ThS Đào Vũ Phương Thảo vì sự
cộng tác và giúp đỡ đầy hiệu quả để tôi có thể hoàn thiện luận án.
Tôi muốn gửi thành quả này của mình đến vợ và các con những người luôn đồng
hành và cổ vũ tôi ở mọi hoàn cảnh. Tôi xin gửi lòng biết ơn đến Bố, Mẹ, các anh, chị,
em trong gia đình đã luôn động viên và hỗ trợ tôi trong cuộc sống và quá trình học tập.
Chính sự tin yêu và mong đợi của gia đình đã tạo thêm động lực cho tôi thực hiện thành
công luận án này.
Một lần nữa tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy, Cô, Đồng nghiệp
và bạn bè đã cổ vũ, động viên tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện
luận án.
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Nghiên cứu sinh
Đinh Văn Tuấn
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................................ vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ....................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: ......................................................................................................................... 7
TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SINH HỌC GLUCOSE ......................................................... 7
1.1. Giới thiệu về cảm biến sinh học ............................................................................... 7
1.1.1. Khái niệm .............................................................................................................. 7
1.1.2. Quá trình phát triển của cảm biến sinh học ............................................................. 7
1.1.3. Cấu tạo chung cảm biến sinh học ......................................................................... 11
1.1.4. Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học ......................................................... 13
1.1.5. Ứng dụng cảm biến sinh học ................................................................................ 13
1.2. Giới thiệu về cảm biến xác định glucose ................................................................ 14
1.2.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện hóa xác định glucose .............................. 19
1.2.2. Các thế hệ cảm biến điện hóa glucose .................................................................. 20
1.3. Tổng quan về vật liệu phát triển cho ứng dụng trong cảm biến điện hóa glucose .... 24
1.3.1. Vật liệu cho cảm biến điện hóa glucose sử dụng enzyme ...................................... 24
1.3.2. Vật liệu cho cảm biến điện hóa glucose không sử dụng enzyme ........................... 26
1.4. Tổng quan về kim loại chuyển tiếp dichalcogenides - MoS2 ................................... 27
1.4.1. Cấu trúc tinh thể ................................................................................................... 28
1.4.2. Đặc điểm cấu trúc điện tử ..................................................................................... 30
1.4.3. MoS2 và tiềm năng ứng dụng trong cảm biến sinh học ......................................... 31
1.5. Tình hình nghiên cứu vật liệu MoS2 và cảm biến glucose trong trong nước ............ 37
1.6. Kết luận chương 1 .................................................................................................. 40
CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM .............................................................. 41
2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu ................................................................................. 41
2.1.1. Hóa chất và thiết bị chế tạo .................................................................................. 41
2.1.2. Quy trình chế tạo vật liệu MoS2 bằng phương pháp thủy nhiệt ............................. 42
2.1.3. Quy trình chế tạo vật liệu nanocomposite AgNP/MoS2 ........................................ 46
2.1.4. Chế tạo cảm biến glucose sử dụng enzyme GOx trên cơ sở các vật liệu: MoS2 NP
(dạng hạt), MoS2 NF (hình hoa), MoS2 NPL (dạng vảy) ................................................ 47
2.1.5. Chế tạo điện cực biến đổi với vật liệu nanocomposite AgNP/MoS2 không sử dụng
enzyme ......................................................................................................................... 48