Nguyên lý vật liệu cảm biến sinh học điện hóa và ứng dụng: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:142

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Cảm biến sinh học điện hóa - Nguyên lý vật liệu và ứng dụng" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Các phương pháp đo điện hóa và các loại cảm biến điện hóa, cảm biến sinh học điện hóa, vật liệu điện cực, các phân tử sinh học trong cảm biến sinh học điện hóa. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nguyên lý vật liệu cảm biến sinh học điện hóa và ứng dụng: Phần 1

V IỆ GK'0000071757 »A HỌ C VÀ CÔ NG N G H Ệ V IỆ T NAM — BỌ SÁCH CHUYÊN KHẢO ÚNG DỤNG VÀ PHÁT TRIÊN CÔNG NGHỆ CAO TRẦN ĐẠI LÂM f nr Ạ f ■ I Nguyên lý, vật liệu và ứng dụng IGUYÊN c LIỆU NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC T ự NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
TRẦN ĐẠI LÂM I I Nguyên lý, vật liệu và ứng dụng HÀ NỘI
Biên mục trên xuất bản phẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam Trần Đại Lâm Cảm biến sinh học điện hóa: Nguyên lý, vật liệu và ứng dụng: Sách chuyên khảo/Trần Đại Lâm. - H.: Khoa học tự nhiên và Công nghệ, 2014. - 224tr.: minh hoạ; 24cm. - (Bộ sách Chuyên khảo ứng dụng và phát triển công nghệ cao) Thư mục: tr. 209-223 ISBN 9786049132209 1. Điện hoá sinh học 2. Cảm biến 3. sách chuyên khảo 572.437 - dc23 KTK0006p-CIP
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM BỘ SÁCH CHUYÊN KHẢO ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRlỂN c ô n g n g h ệ c a o HỘI ĐỔNG BIÊN TẬP Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH. NGUYỄN KHOA SƠN Cúc ủy viên: 1. GS.TSKH. Nguyễn Đông Anh, 2. GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc, 3. GS.TS. Trương Nam Hải, 4. PGS.TSKH. Phạm Thượng Cát, 5. GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến.
Lời giới thiệu Viện Hùn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Num là cơ quan nghiên cứu khoa học tự nhiên và công nghệ đa ngành lem nhất cả nước, có th ế mạnh trong nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu và phát triển công nghệ, điều tra tài nguyên thiên nhiên và môi trường Việt Nam. Viện tập trung một đội ngũ cán bộ nghiên cứu có trình độ cao, cơ sỏ vật chất kỹ thuật hiện đại đáp ứng các yêu cầu về nghiên cứu vù thực nghiệm của nhiều ngành khoa học tự nhiên và công nghệ. Trong gần 40 năm xây dựng và phát triển, nhiều công trình và kết quả nghiên cứu có giá trị của Viện Hàn lâm đã ra đời phục vụ đắc lực cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ T ổ quốc. Đ ể tổng hợp và gicrì thiệu có hệ thống ở trình độ cao, các công trình vá kết quả nghiên cứu tới bạn đọc trong nước và quốc tế, Viện Hàn lảm Khoa học và Công nghệ Việt Nam quyết định xuất bản bộ sách chuyên khảo. Bộ sách tập trung vào bốn lĩnh vực sau: ■ ứng dụng và phát triển công nghệ cao; ■ Tài nguyên thiên nhiên và môi trường Việt Nam; ■ Biển và Công nghệ biển; ■ Giáo trình đụi học và sau đại học. Tác già cùa cúc chuyén khảo là những nhà khoa học đầu ngành cùa Viện Hùn lâm hoặc các cộng tác viên đã từng hợp tác nghiên cứu. Viện Hàn lúm Khoa học và Công nghệ Việt Nam xin trán trọng giới thiệu tới các quý độc giả bộ sách này và hy vọng bộ sách chuyên khảo sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích, có giá trị phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng công nghệ, đào tạo đại học và sau đại học. HỘI ĐỒNG BIÊN TẬP
3 MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI TH IỆU MỤC LỤC 3 DANH MỤC HÌNH VẺ 7 DANH MỤC BẢNG 19 DANH MỤC CHỮ CÁI VIÉT TÁT 21 LỜI TựA ' 27 M Ở ĐÀU 29 Chương 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN HÓA VÀ 31 CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA 1.1. Giới thiệu chung 31 1.2. Phương pháp đo điện thế 33 1.2.1 Đặc điểm chung của phương pháp đo điện thế 33 1.2.2 T hế điện cực và các loại điện cực 34 1 .2 .3 ứ n g d ụ n g c ủ a pliu xn ig p h á p đo điện th é 37 1.3. Phương pháp đo dòng 37 1.4. Phương pháp đo dòng-thế 37 1.4.1. Kỹ thuật Von-Ampe vòng (CV) 38 1.4.2. Kỹ thuật Von-Ampe xung vi phân (DPV) 40 1.4.3. Kỹ thuật Von-Ampe sóng vuông (SWV) 41 1.4.4. ử ng dụng của phương pháp đo dòng thế 42 1.5. Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) 43 1.5.1. Nguyên lý của phổ tổng trở điện hóa 43
4 Trằn Đại Lâm 1.5.2. Mạch tương đương của phổ tổng trở 44 1.5.3. Biểu diễn tổng trở trên mặt phẳng phức 46 Chương 2. CẢM BIÉN SINH HỌC ĐIỆN HÓA 49 2.1. Giói thiệu chung 49 2.2. Cảm biến sinh học điện hóa 51 2.2.1. Cảm biến sử dụng tác nhân chỉ dấu 53 2.2.2. Cảm biến không sử dụng tác nhãn chỉ dấu 57 2.3. Các đặc trưng của cảm biến 61 2.4. Phạm vi ứng dụng của cảm biến sinh học 68 Chương 3. VẬT LIỆU ĐIỆN c ự c 69 3.1. Polyme dẫn 69 3.1.1. Giới thiệu chung 69 3.1.2. Cơ chế dẫn điện của polyme dẫn 73 3.1.3. Các phương pháp tổng hợp polyme dẫn 75 3.1.4. Các ứng dụng của polyme dẫn điện 79 3.2. ửng dung một số polyme dẫn trong chế tạo 81 cảm biển điện hóa 3.2.1. Polyanilin (PANi) 81 3.2.2. Polypyrrol (PPy) 83 3.2.3. Polydiaminonaphthalen (PDAN) 86 3.2.4. Poly(5-hydroxy-l,4-naphthoquinon) (PJUG) 88 3.3. V ậ t liệ u n a n o c a c b o n 96 3.3.1. Óng nano cacbon 97 3.3.2. Graphen 100 3.4. Các vật liệu nano kim loại và oxit kim loại 103 3.4.1. Hạt nano oxit sắt từ (Fe3Ơ4 NP) 104 3.4.2. Hạt nano vàng, bạc (Au NP, A g NP) 105 3.5. Vi cân tinh thể thạch anh (QCM) và vi cân 107 tinh thể thạch anh điện hóa (EQCM) Chương 4. CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC TRONG 111 CẢM BIÉN SINH HỌC ĐIỆN HÓA
M CL C Ụ Ụ 5 4.1 Enzym 111 4.2 Axit DeoxyriboNucleic (ADN) 113 4.3 MỉcroARN 117 4.4 Kháng nguyên-kháng thể 120 4.4.1. Kháng thể 120 4.4.2. Kháng nguyên 121 4.4.3. Tính đặc hiệu của phản úng kháng thể-kháng 122 nguyên 4.5. Aptame 125 4.6. Cố định phân tử sinh học trên bề m ặt điện 126 cực 4.6.1. Phương pháp hấp phụ 126 4.6.2. Phuơng pháp liên kết chéo (cross-lỉnking) 127 4.6.3. Phương pháp màng mỏng đơn lớp tự lắp ghép 128 (SAM) 4.6.4. Phương pháp cộng hoá trị 128 4.6.5. Phương pháp điện hoá 130 4.6.6. M ột số công nghệ cố định AD N của các hãng 132 chế tạo chip sinh học Chương 5. CÔNG NGHỆ CHÉ TẠO CẢM BIÉN 137 5.1. Công nghệ chế tạo điện cực in lưới (SPE) 137 5.2. Công nghệ vỉ cơ điện tử (MEMS) 139 5.2.1. Gia công vi cơ khối 141 5.2.2. Gia công vi cơ bề mặt 141 5.2.3. Gia công bang laze 143 5.2.4. Công nghệ LIGA 143 5.3. Cảm biến trên cơ sở tranzitff hiệu ứng 145 trường (FET) 5.3.1. M O SFET kênh sẵn 146 5.3.2. Tram ìtơ hiệu úng trường trên cơ sở vật liệu 147 nano carbon
6 Trằn Đại Lâm 5.4. Hệ vỉ lưu 150 5.5. Phát triển thiết bị tích họp 156 5.5.1. Thiết bị tích hợp cảm biến và h ệ vi lưu 156 5.5.2. Chế tạo thiết bị cảm biến sử dụng vi điều khiển 158 Chương 6. M ỘT SÓ ỬNG DỤNG CỦA CẢM BIÉN 163 SINH HỌC ĐIỆN HÓA 6.1. Cảm biến enzym 163 6.1.1. Xác định hàm lượng glucozff 163 6.1.2. Xác định hàm lượng Cholesterol 172 6.1.3. Xác định hàm lượng lactozơ 177 6.2. Cảm biến ADN 180 6.2.1. Nhận biết virút H IV 180 6.2.2. Nhận biết thực phẩm biển đổi gen (GMC) 184 6.2.3. Nhận biết virút HPV 187 6.2.4. Nhận biết virút H B V 189 6.2.5. Nhận biết ung th ư tiền liệt tuyến PSA 191 6.2.6. Nhận biết vi khuẩn lao Mycobacterium 192 tuberculosis 6.3. Cảm biến xác định các phân tử nhỏ 197 6.3.1. Xác định hàm lượng độc tổ Aflatoxin M l 197 6.3.2. Xác định dư lượng thuốc bảo vệ thực vật 201 Atrazin (ATZ) LỜI KÉT 207 TÀI LIỆU THAM KHẢO 209
7 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Hình mô tà "viên pin của người Parthian” [ 1 ] 31 Hình 1.2. Mô hình hệ điện hóa ba điện cực 32 Hình 1.3. Mô hình pin galvanic đơn giàn [1] 34 Hình 1.4. Quan hệ phụ thuộc E-t trong phương phápCV: 38 (a) chu kỳ oxy hóa; (b) chu kỳ khử Hình 1.5. Đường Von-Ampe vòng trong trường hợp có 39 chất hoạt động điện hóa và phàn ứng xảy ra thuận nghịch Hình 1.6. (a) Sự biến thiên thế theo thời gian, (b) Dạng 41 đường von-ampe trong kỹ thuật xung vi phân [2] Hình 1.7. (a) Sự biến thiên thế theo thời gian và (b) Dạng 42 đường von-ampe trong kỹ thuật von-ampe sóng vuông [2] Hình 1.8. Nguyên tắc của phương pháp phổ tổng trờ điện 43 hóa [3] Hình 1.9. Sơ đồ mạch tương đương Randles 44 Hình 1.10. Đường cong tổng trờ trong mặt phẳng phức cho 47 hệ điện hóa đơn giàn [3J Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một cảm biến sinh học [6] 50 Hình 2.2. Càm biến sinh học phân tích thuốc bảo vệ thực 52 vật (BVTV) dựa trên mô hình tranzitơ hiệu ứng trường (FET) [8] Hình 2.3 Thiết bị cảm biến đo theo nguyên lý điện hóa [9] 52 Hình 2.4. Minh họa sự thay đổi trở kháng của vi điện cực 52 dạng chuỗi khi có sự lai hóa ADN [7] Hình 2.5. Một số hợp chất oxy hóa khử phổ biến cài vào 53 chuỗi ADN
8 Trằn Đại Lâm Hình 2.6. Các mô hình dựa trên tác nhân chi dấu ứng dụng 54 trong cảm biến điện hóa ADN (A), (B) Mô hình nhận biết trực tiếp sự lai hóa bàng ADN (ODN) dò; (C), (D) Mô hình sandwich sử dụng hai chuỗi dò, một chuỗi gắn cố định trên điện cực, một chuỗi gắn vói tác nhân chỉ dấu là enzym hay hạt nano [10] Hình 2.7. Các mô hình sandwich (hai kháng thể) dựa trên 55 tác nhân chỉ dấu ứng dụng trong cảm biến miễn dịch điện hóa. (A) sử dụng enzym HRP làm tác nhân chi dấu [11]; (B) sử dụng Fe(CN>63' /Fe(CN)ô4' làm tác nhân chi dấu [12]; (C) tạo khuôn phân tử kháng thể và sử dụng tác nhân chi dấu Fe(CN)637Fe(CN)64' [13]; (D) mô hình sandwich sừ dụng hai loại hạt nano [14] Hình 2.8. Mô hình PCR- miễn dịch điện hóa (immuno- 56 PCR), trong đó B: Biotin, STR: Sưeptavidin Hình 2.9. Phương pháp không chi dấu cho phân tích điện 57 hóa xác định sự lai hóa ADN. (A) Xác định bởi oxy hóa guanin. Các oligonucleotit dò có guanin tự do (ký hiệu G) có thể được thay thế bằng inosin (ký hiệu I). (B) Xác định bằng cách kiểm soát sự thay đổi trong tính chất điện hóa của bề mặt sau lai hóa giữa oligonucleotit dò và chuỗi ADN đích. Sau khi lai hóa sẽ gây thay đổi phân bố của anion và cation trên bề mặt tương tác làm thay dổi lính chất diện hóa. (C) Sự lai hóa (sứ dụng ADN dò có đánh dấu tác nhân oxy hóa khử điện hóa) gây nên sự thay đổi về hành vi điện hóa cùa bề mặt điện cực [16] Hình 2.10. Mô hình cảm biến ADN dựa ưên sự tăng tín hiệu 58 (signal-on) khi có sự lai hóa [18] Hình 2.11 Mô hình cảm biến miễn dịch không sử dụng tác 59 nhân chi dấu (chỉ dấu đã gán sẵn ưên bề mặt điện cực biến tính [20]) Hình 2.12. Cảm biến miễn dịch điện hóa tổng trở không sử 60 dụng chi dấu [21]
DANH MỤC HlNH v ẽ 9 Hình 2.13. So sánh hai phương pháp bằng phương pháp đồ 67 thị Hình 3.1. Một số polyme dẫn điện tử điển hình 69 Hình 3.2. Polyme oxy hóa khử 70 Hình 3.3. Polyme trao đồi ion poly (vinylpyridin) 71 Hình 3.4. Trạng thái polaron và bipolarem của PPy [22] 74 Hình 3.5. Sơ đồ vùng năng lượng của polyme dẫn điện 75 trước và sau khi bị oxy hóa [22] Hình 3.6. Sơ đồ mô tả quá trình tổng hợp hóa học PANi 76 Hình 3.7. Mô tả quá trình trùng hợp điện hóa PPy trong hệ 77 ba điện cực Hình 3.8. Sơ đồ hệ phun tĩnh điện 79 Hình 3.9. Cơ chế hình thành PANi từ ANi bằng phương 81 pháp điện hóa [22] Hình 3.10. (A) Phổ trùng hợp điện hóa c v (tốc độ quét 82 50 mV/s) và (B) Ảnh SEM cùa màng PANi [25] Hình 3.11. Công thức tổng quát của PANi 82 Hình 3.12. Cơ chế phàn ứng trùng hợp PPy [22] 84 Hình 3.13. (A) Phổ trùng hợp điện hóa c v (tốc độ quét 85 50mV/s) và (B) Ảnh SEM của màng PPy [26] Hình 3.14. Ảnh SEM của PPy dạng sợi nano được tổng hợp 85 tại E = +0,8V trong Py 0,15 M + H P O 42- 0,2 M + CIO 4“ 1 Í11M [27] Hình 3.15. Quá trình điện trùng hợp và các quá trình oxy 86 hóa khử của PPy Hình 3.16. Cấu trúc hóa học eủa (a) 1,5-; (b) 1,8-; (c) 2,3- 87 diaminonaphthalen (DAN) Hình 3.17. Phổ trùng hợp điện hóa c v (tốc độ quét 87 50 mV/s) của màng (A) P18DAN [28] và (B) P15DAN [29] Hình 3.18. Các dạng cấu trúc của P18DAN [30] 87
10 Trần Đại Lâm Hình 3.19. Phản ứng tổng hợp monome 5-hydroxy-3- 88 thioacetic acid-l,4-naphthoquinon [35] Hình 3.20. Phản ứng tổng hợp 5-hydroxy-2-carboxyethyl- 89 1,4-naphthoquinon [36] Hình 3.21. Phổ trùng hợp điện hóa của poly(JƯG-co-JUGA) 89 [40] Hình 3.22. Công thức cấu tạo của poly(JUG-co-JUGA) [37] 90 Hình 3.23. Phồ hồng ngoại cùa poly(JUG-co-JUGA) [38] 91 Hình 3.24. Tính chất điện hoá của nhóm quinon trong môi 92 Uirờng hữu cơ: (A) độ hoạt động điện hoá; (B) độ bền điện hoá [43] Hình 3.25. Tính chất điện hoá của nhóm quinon trong môi 93 trường nước trung tính: (A) độ hoạt động điện hoá; (B) độ bền điện hoá [46] Hình 3.26. Phổ EIS của poly(JUG-co-JUGA) trong dung 94 dịch PBS tại các điện thế khác nhau (0,0 V tới -0,8 V/ SCE) [43, 47] Hình 3.27. Biến thiên của điện dung trong quá trình oxy hóa 95 (A) Ce/r; (B) c d [43, 47] Hình 3.28. Biến thiên của Rct theo điện thế (A) Quá trình 96 oxy hóa; (B) Quá trình khử [43,47] Hình 3.29. cấu trúc ống nano cacbon: (A) đom vách và (B) 97 đa vách Hình 3.30. Các cách cuộn các tấm graphen để tạo thành 98 CNT [49] Hình 3.31. Sơ đồ của hệ thiết bị CVD tại Viện Khoa học vật 99 liệu (ảnh trái) và ảnh SEM của vật liệu MWCNT tổng hợp được (ảnh phải) Hình 3.32. Chức năng hóa bề mặt CNT sử dụng 99 H2S 0 4:HN03 Hình 3.33. Tồng hợp CNT định hướng nằm ngang (trái) và 100 vuông góc (phải) trực tiếp ưên điện cực được
DANH MỤC HÌNH VỂ 11 tổng hợp tại Viện Khoa học vật liệu Hình 3.34. Điện cực graphen ứng dụng cho cảm biến điện 101 hóa [55] Hình 3.35. Phản ứng oxy hóa(khử) chuyển graphen 101 (graphen oxit) thành graphen oxit (graphen) [55] Hình 3.36. Sơ đồ tổng hợp graphen theo phương pháp CVD 102 nhiệt [56] Hình 3.37. Phương pháp ẹián tiếp: tổng hợp vật liệu 103 graphen trên đế Cu, sau đó tách lớp màng graphen ra khỏi đế Cu và chuyển sang đế điện cực cảm biến [56] Hình 3.38. Au NP (bên trái) và Fe3Ơ4 NP (bên phải) được 104 chức năng hóa bề mặt Hình 3.39. Mô hình cảm biến sinh học trên cơ sở hạt Fe3Ơ4 105 [66] Hình 3.40. Mô hình cảm biến ADN ưên cơ sờ PANi và hạt 106 nano vàng [73] Hình 3.41. Cảm biến enzym acetylcholinesterase (AChE) 106 xác định dư lượng chất BVTY trên cơ sở chitosan và hạt nano vàng [75] Hình 3.42. Cảm biến miễn dịch điện hóa siêu nhạy xác định 107 chi dấu ung thư CEA trên cơ sở Au NP và Fe30 4 NP [65] Hình 3.43. Sơ đồ hệ vi cân tinh thẻ thạch anh điện hóa 108 Hình 3.44. Các kiểu cấu trúc QCM: (a) Phẳng (Planar), (b) 109 Bi-mesa, (c) Plano-convex Hì nh 4.1. Vai trò của enzym trong chuyển hóa chất của tế bào 112 Hình 4.2. (a) Mô hình Fischer (b) Mô hình Koshland 112 Hình 4.3. Công thức cấu tạo của 4 loại nucleotit 114 Hình 4.4. Cấu trúc và sự lai hóa phân tử ADN 115 Hình 4.5. Các vị trí hoạt động điện hóa của các bazơ A, G, c 116
12 Trằn Đại Lâm Hình 4.6. Nguyên lý cài nhóm oxy hóa khử vào chuỗi ADN 117 Hình 4.7. Hoạt động của cảm biến miARN theo phương 119 pháp tổng trở điện hóa (EIS) không sử dụng chất đánh dấu để phát hiện miR-let-7b. Ở đây Fe(CN)64'/Fe(CN)63' được sừ dụng làm chi thị điện hóa, DSN là enzym cắt chuỗi xoắn kép [92] Hình 4.8. Cấu tạo cùa kháng thể 121 Hình 4.9. Liên kết hóa học và ái lực của cặp kháng thể- 122 kháng nguyên [99] Hình 4.10. Sơ đồ nguyên lý của kit thử nhanh 123 Hình 4.11. Phân tích miễn dịch enzym gián tiếp 125 Hình 4.12. Chu trình SELEX [103] 126 Hình 4.13. Cố định enzym theo phương pháp liên kết chéo 127 sử dụng glutarldehyt Hình 4.14. Cố định kháng thể, oligonucleotit (ODN) ưên bề 129 mặt điện cực có nhóm chức -COOH thông qua tác nhân EDC và NHS [43] Hình 4.15. Phản ứng cộng hóa trị cố định oligonucleotit 129 (ODN) ưên bề mặt có nhóm chức -N H 2, -COOH, -OH, -SH thông qua tác nhân và ODN biến tính phù hợp [43] Hình 4.16. Phản ứng trong phức hợp Biotin-(Strept) 130 Avidin [43] Hình 4.17. Cố định điện hóa protein trên bề mặt cảm biến 131 [104] Hình 4.18. Phương pháp điện hoá cố định ADN trên bề mặt 131 điện cực [105] Hình 4.19. Biến tính điện hóa bề mặt điện cực bằng nhóm 132 diazo [106] Hình 4.20. Cố định ADN dò theo công nghệ Affymetrix 133 GeneChip [107] Hình 4.21. Công nghệ vi đánh dấu cơ học [108] 134
DANH MỤC HÌNH VẼ 13 Hình 4.22. Công nghệ phun mực [108] 134 Hình 4.23. Công nghệ khắc nano 134 Hình 4.24. Sử dụng phương pháp điện hóa để tạo các ADN 135 dò [108] Hình 4.25. Tổng hợp monome Py dẫn xuất Py-ADN và điện 136 trùng hợp thành PPy-ADN Hình 5.1. Máy in điện cực lưới cùa hãng DEK và cấu trúc 138 điện cực in lưới tích hợp Hình 5.2. Một số loại điện cực in lưới thương mại và hệ 138 phân tích dòng chày liên tục đầu dò điện hóa cùa hãng Dropsens Hình 5.3. Các bước chế tạo vi cấu trúc bằng gia công vi cơ 142 bề mặt Hình 5.4. Mô hình các bước chế tạo một bánh răng với ti lệ 144 kích thước rất cao theo công nghệ LIGA Hình 5.5. Cấu tạo của MOSFET kênh sẵn loại N (trái) và p 146 (phải) Hình 5.6. Mạch khảo sát đặc tuyến cùa MOSFET kênh liên 147 tục loại N Hình 5.7. Sơ đồ cấu tạo của cảm biến CNTFET (trái) [112] 148 và graphen FET (phải) [113] Hình 5.8. Quy trình chế tạo CNTFET cực cổng dưới [1 14] 149 Hình 5.9. Mô hình thiết kế một cảm biến sinh học vi lưu 151 Hình 5.10. Sơ đồ nguyên tắc mô tà cấu trúc cùa một thiết bị 151 vi lưu của hãng THINXXS Microtechnology Hình 5.11. (a) Hình ảnh huỳnh quang kênh vi lưu (phía trên 152 là nước, phía dưới là hạt nano từ phân tán trong đệm Tris-axetat EDTA); (b) Hình ảnh huỳnh quang sự tách dòng khi hạt nano từ đuợc tách ra khỏi dung dịch mẫu [119] Hình 5.12. Mô phỏng dòng chảy trong kênh vi lưu chữ Y 153 bằng phần mềm COMSOL Hình 5.13. Hệ vi lưu chữ Y (trái) và chữ T (phải), được chế 154
14 Trần Đại Lãm tạo bằng PDMS tại Viện Khoa học vật liệu Hình 5.14. Mô tả một thiết bị vi lưu điện hóa trong tài liệu 155 [124] (hình trên) và thiết kế vi lưu điện hóa kết hợp với các hạt nano từ của Viện Khoa học vật liệu (hình dưới, với (1): hạt nano từ + tác nhân phản ứng; (2): chất cần phân tích; (3): kênh ưộn; (4): buồng phản ứng+điện cực; (5): buồng xử lý sau phản ứng) Hình 5.15. Một số bộ sản phẩm LOC : phân tích ADN của ] 56 IMEC (Bi) họp tác với Panasonic (trái); phân tích protein cùa hãng Agilent (giữa) và phân tích glucozo qua nước bọt của Hememics Biotechnologies (phải, sản phẩm prototype) Hình 5.16. Sơ đồ nguyên lý phát hiện CTC dựa vào cảm biến 157 hiệu ứng trường sợi nano Si [125] Hình 5.17. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CTC-iChip 158 [126] Hình 5.18. Sơ đồ khối lõi vi xử lý PSoC 159 Hình 5.19. Bộ vi xử lý PIC 16F877A [ 127] 160 Hình 5.20. Sơ đồ thiết kế thiết bị cảm biến đo cholesterol [ 127] 160 Hình 5.21. Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo tích hợp truyền dẫn 161 không dây, sừ dụng MSP 430 Hình 5.22. Sơ đồ khối hệ thống càm biến tích hợp mô đun 162 truyền dữ liệu không dây GSM/GPRS [129] Hình 6.1. Phổ c v của điện cực PANi và PANÍ-MWCNT 165 trong HC1 0,1 M [135] Hình 6.2. Cảm biến glucoza (A) ảnh SEM bề mặt điện cực 166 GOx/PANi-MWCNT ; (B) phổ c v của GOx/PANi- MWCNT trong dung dịch chứa OmM (đường a), 1 mM (đường b), 2 mM (đường c) glucozo; (C) đáp ứng dòng của glucoza, AA, AU, AAP tại các điện thế khác nhau; (D) đáp ứng dòng theo thời gian của cảm biến GOx/PANi-MWCNT tại E = +0,6 V và đường chuẩn của cảm biến [135] Hình 6.3. Phổ c v của cảm biến glucozơ trong dung dịch 167 HC10,1 M