Tóm tắt 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:28

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm phát triển cảm biến sinh học phổ tổng trở điện hóa sử dụng điện cực in lưới thương mại với chi phí thấp hướng đến ứng dụng thực tế trong các thiết bị cầm tay. Cải tiến và phát triển các kỹ thuật biến tính bề mặt điện mực in các bon nhằm nâng cao hiệu suất cố định đầu thu sinh học cũng như tăng cường đáp ứng tín hiệu đối với cảm biến phổ tổng trở điện hóa.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 Ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 9520401 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT Hà Nội – 2018
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: PGS.TS. Trương Thị Ngọc Liên Hướng dẫn 2: GS.TS. Patrick Wagner Phản biện 1: GS. TS. Nguyễn Văn Hiếu Phản biện 2: GS. TS. Nguyễn Năng Định Phản biện 3: PGS. TS. Nguyễn Thế Toàn Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi ….. giờ, ngày.….. tháng…….năm…. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU Ung thư là bệnh có tỷ lệ bệnh nhân tử vong cao đứng thứ hai trên thế giới với hơn 200 loại ung thư khác nhau [60]. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) xếp Việt Nam ở vị trí 78 trên 172 quốc gia, vùng lãnh thổ được khảo sát với tỉ lệ tử vong 110/100.000 người, nằm trong 50 nước thuộc nhóm 2 của bản đồ ung thư thế giới [1]. Tuy nhiên, phần lớn bệnh nhân mắc bệnh ung thư tại Việt Nam đến khám và điều trị ở giai đoạn khối u đã chuyển thành ác tính và di căn nên tỷ lệ chữa khỏi bệnh là thấp, chi phí điều trị tốn kém. Hiện nay, việc khám và chữa bệnh ung thư tại các bệnh viện chủ yếu dựa vào các phương pháp truyền thống như siêu âm, chụp cộng hưởng từ và sinh thiết. Kết quả của các phương pháp này phụ thuộc vào kích thước và đặc tính của khối u nên thường phát hiện khi bệnh ở giai đoạn đã phát triển và không hiệu quả trong phát hiện ung thư giai đoạn sớm [17]. Các chỉ dấu khối u thường được sinh ra từ tế bào ung thư và biểu mô và có nồng độ cao hơn mức ở người bình thường. Các chất này có thể xác định được bằng các kỹ thuật như ELISA [247], PCR [108], miễn dịch phóng xạ (RIA) [131], phổ huỳnh quang [59], phổ khối [285] và sắc kí [217]. Các kỹ thuật này cho phép phát hiện chỉ dấu khối u với độ chính xác và độ chọn lọc cao; tuy nhiên yêu cầu thời gian phân tích lâu, chi phí hóa chất cao, phân tích đơn lẻ từng chất chỉ dấu. Cảm biến sinh học điện hóa với ưu điểm độ nhạy và độ chọn lọc cao, thời gian phân tích ngắn, cho phép phát hiện chất cần phân tích ở nồng độ thấp, đơn giản và rẻ tiền, khả năng tích hợp trong các thiết bị đo cầm tay ứng dụng phép phân tích tại chỗ đang là phương pháp được ưu tiên lựa chọn để phát hiện chỉ dấu khối u. Chính vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài “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”. Mục tiêu nghiên cứu của luận án: (1) Phát triển cảm biến sinh học phổ tổng trở điện hóa sử dụng điện cực in lưới thương mại với chi phí thấp hướng đến ứng dụng thực tế trong các thiết bị cầm tay. (2) Cải tiến và phát triển các kỹ thuật biến tính bề mặt điện mực in các bon nhằm nâng cao hiệu suất cố định đầu thu sinh học cũng như tăng cường đáp ứng tín hiệu đối với cảm biến phổ tổng trở điện hóa. (3) Chế tạo cảm biến sinh hóa điện hóa có độ nhạy và độ chọn lọc cao phát hiện chỉ dấu khối u (bao gồm các kháng nguyên α-hCG, PSA, AFP) ứng dụng trong chẩn đoán sớm một số bệnh ung thư và cảm biến điện hóa enzyme xác định glucose trong máu. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu của luận án là phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 1
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: - Về lý luận khoa học: các kết quả thu được của luận án đã góp phần làm sáng tỏ cơ chế hoạt động cảm biến sinh học điện hóa phổ tổng trở sử dụng đầu thu sinh học tự nhiên (kháng thể) và đầu thu sinh học bán tổng hợp aptamer. - Về thực tiễn: kết quả nghiên cứu của luận án hướng tới phát triển cảm biến sinh học có cấu trúc đơn giản, giá thành thấp, thời gian phân tích ngắn, độ nhạy và độ chọn lọc cao, cho phép phát hiện chỉ dấu khối u trong giai đoạn sớm của bệnh. Cảm biến sinh học đã chế tạo có định hướng ứng dụng trong các thiết bị cầm tay đáp ứng yêu cầu xét nghiệm tại chỗ. Những đóng góp mới của luận án: 1. Luận án đã đóng góp các kết quả mới về công nghệ chế tạo hạt nano vàng phân tán đều trên bề mặt điện cực in lưới mực in các bon nhằm thay thế điện cực in lưới mực in vàng. Hơn thế nữa giải pháp công nghệ này giúp phân tán đều đầu thu sinh học trên bề mặt điện cực, nhờ đó nâng cao hiệu suất bắt cặp giữa đầu thu và chỉ dấu sinh học cần phân tích. 2. Luận án đóng góp ba giải pháp biến tính bề mặt điện cực in lưới mực in các bon bằng hệ vật liệu mới nhằm nâng cao hiệu suất cố định đầu thu sinh học và đáp ứng tín hiệu đối với cảm biến phổ tổng trở điện hóa. Hệ vật liệu bao gồm: (i) Polyme dẫn đồng trùng hợp polypyrrole-polypyrrole cacboxyl (PPy-PPa); (ii) Vật liệu lai cấu trúc nano hai chiều giữa polyme đồng trùng hợp PPy-PPa và ôxít graphene dạng khử điện hóa (erGO); (iii) Vật liệu lai giữa poly(para-aminothiophenol) và hạt nano vàng. 3. Ứng dụng thành công đầu thu sinh học bán tổng hợp aptamer trong chế tạo cảm biến phổ tổng trở điện hóa xác định chỉ dấu ung thư tiền liệt tuyến. Kết quả nghiên cứu này là tiền đề cho định hướng nghiên cứu về cảm biến phổ tổng trở điện hóa phát hiện chỉ dấu sinh học với chi phí thấp, không yêu cầu điều kiện bảo quản nghiêm ngặt. 4. Ứng dụng thành công cấu trúc đa lớp giữa vật liệu polyme ôxy hóa-khử Osmium và enzyme trong cảm biến cảm biến điện hóa enzyme thế hệ thứ 2. Kết quả nghiên cứu này là tiền đề cho định hướng nghiên cứu về cảm biến điện hóa đo dòng phát hiện chỉ dấu sinh học trên cơ sở tác nhân sinh học enzyme. 5. Xây dựng quy trình chế tạo quy mô phòng thí nghiệm 06 cảm biến điện hóa sử dụng điện cực in lưới mực in các bon cho phép xác định nồng độ chỉ dấu khối u trong ngưỡng phát hiện sớm các bệnh ung thư (ung thư u tế bào mầm tinh, ung thư tiền liệt tuyến và ung thư gan). Các cảm biến đã chế tạo có độ nhạy và độ chọn lọc cao, yêu cầu lượng mẫu phân tích nhỏ (cỡ 3µL), thời gian phân tích nhanh (khoảng 30 phút), thao tác đơn giản, có khả năng tích hợp với thiết bị cầm tay. 2
Bố cục của luận án: Chương 1. Cảm biến sinh học điện hóa ứng dụng chẩn đoán bệnh sớm Chương 2. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu Chương 3. Cảm biến miễn dịch phát hiện chỉ dấu α-hCG ứng dụng chẩn đoán u tế bào mầm tinh Chương 4. Cảm biến aptamer phát hiện chỉ dấu PSA ứng dụng chẩn đóa ung thư tiền liệt tuyến Chương 5. Cảm biến miễn dịch phát hiện chỉ dấu AFP ứng dụng chẩn đoán ung thư gan Chương 6. Cảm biến điện hóa glucose CHƯƠNG 1. CẢM BIẾN SINH HỌC ĐIỆN HÓA ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN BỆNH SỚM 1.1 Cảm biến sinh học Theo Hiệp hội Quốc tế về Hóa học và Hóa học ứng dụng (IUPAC – Internatonal Union of Pure and Applied Chemistry), cảm biến sinh học (biosensor) là một thiết bị tích hợp có khả năng cung cấp thông tin, phân tích định lượng hoặc bán định lượng của chất cần phân tích thông qua việc sử dụng đầu thu sinh học được cố định lên bộ phận chuyển đổi tín hiệu [101, 168]. Cấu tạo của một cảm biến sinh học bao gồm ba phần chính: đầu thu sinh học, bộ phận chuyển đổi và bộ phận xử lý đọc tín hiệu. 1.2 Cảm biến sinh học điện hóa Cảm biến sinh học điện hóa là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu do tương tác sinh học thành tín hiệu điện của hệ điện hóa (tín hiệu dòng, tín hiệu điện áp, tín hiệu độ dẫn, tín hiệu tổng trở) [104, 220]. Cảm biến loại này có ưu điểm như thời gian đáp ứng nhanh, độ nhạy và độ chọn lọc cao. và được ứng dụng trong các phép phân tích y sinh trong y tế, trong công nghệ sinh học thực phẩm hoặc kiểm soát các thông số môi trường [21, 155, 171]. Cảm biến sinh học phổ tổng trở điện hóa dựa trên nguyên tắc nhận biết tương tác sinh học xảy ra trên bề mặt điện cực và làm thay đổi trở kháng phức của hệ điện hóa. Phép đo phổ tổng trở được khảo sát trong dung dịch điện ly có cặp chất ôxy hóa-khử được gọi là phổ tổng trở Faradaic (EIS faradaic); trong dung dịch điện ly không có cặp chất ôxy hóa-khử được gọi là phổ tổng trở không Faradaic (EIS nonfaradaic) [25]. Mô hình mạch tương đương Randles được áp dụng đối với hệ điện hóa khảo sát trong dung dịch điện ly có cặp chất ôxy hóa-khử, bao gồm 3 thành phần là Rs là điện trở của dung dịch điện ly, Rct điện trở truyền điện tích, Cdl là điện dung lớp kép, trở kháng Warburg ZW. 1.2.1 Điện cực điện hóa 3
4 mm (a) (b) Tiếp xúc thiết bị Vùng mặt 12,5 mm nạ không Điện so sánh thấm nước Ag/AgCl Điện cực Điện cực làm việc cácbon làm việc vàng (2,64 mm2) Điện cực đối (3,67 mm2) 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. Điện cực in lưới màng dày có nhiều ưu điểm như: giá thành thấp, cho phép sản xuất hàng loạt, thiết kế linh hoạt, độ lặp lại cao, nguồn nguyên liệu phong phú. Điện cực làm việc sử dụng mực in cácbon hay kim loại (vàng hoặc platin), điện cực so sánh sử dụng mực in Ag/AgCl. Mực in cácbon với ưu điểm dòng phông nền thấp và giá thành rẻ và khả năng tương thích sinh học cao nên được lựa chọn trong cảm biến sinh học [234]. 1.2.2 Phân loại cảm biến sinh học điện hóa 1.2.2.1 Cảm biến đo dòng 1.2.2.2 Cảm biến đo điện thế 1.2.2.3 Cảm biến đo độ dẫn 1.2.2.4 Cảm biến đo phổ tổng trở 1.3 Ung thư và một số chỉ điểm khối u 1.3.1 Chỉ dấu hCG và ung thư tế bào mầm tinh hCG (Human chorionic gonadotropin) thuộc họ nội tiết glycoprotein được sản sinh từ các cộng bào nuôi của nhau thai và tế bào mầm của khối u [202]. Nồng độ hCG đối với người bình thường ở cả nam và nữ không mang thai nằm trong khoảng 0 ÷ 5 mIU/mL; đối với phụ nữ tiền mãn kinh là thấp hơn 9,5 mIU/mL. Khi nồng độ chỉ dấu hCG tăng thì có thể bệnh nhân mắc các bệnh lý liên quan đến u lá nuôi thời kì thai nghén đối với nữ, u tế bào mầm xuất hiện trong cơ quan sinh dục của cả nam và nữ [31]. 1.3.2 Ung thư tiền liệt tuyến và kháng nguyên PSA PSA là một glycoprotein được mã hóa bởi gen KLK3 (Kallikrein-3) được tiết ra bởi các tế bào biểu mô của tuyến tiền liệt bình thường và mô bướu [129]. Nồng độ PSA trong huyết thanh thường thấp hơn 4 ng/mL và gia tăng trong ung thư tiền liệt tuyến (UTTLT) cũng như một số bệnh lý khác như phì đại tuyến tiền liệt, viêm tuyến tiền liệt. Giá trị nồng độ PSA nằm trong “vùng xám” có giá trị từ 4 đến 10 ng/mL có nguy cơ mắc UTTLT. 1.3.3 Chỉ dấu sinh học AFP và ung thư gan nguyên phát AFP là chỉ dấu sinh học ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị ung thư gan nguyên phát. Người bình thường có AFP thấp hơn 10 ng/mL [9]. AFP tăng 4
cao trong phần lớn bệnh nhân ung thư gan nguyên phát và bệnh viêm gan siêu vi. Ở người có khối u bướu gan mà không có bệnh lý ở gan trước đó, ngưỡng AFP tăng cao hơn 100 ng/mL có giá trị chẩn đoán ung thư gan nguyên phát. 1.4. Nghiên cứu về cảm biến sinh học điện hóa ứng dụng phát hiện chỉ dấu khối u CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp điện hóa 2.1.1 Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) Phổ tổng trở điện hóa là một công cụ hiệu quả cho phép nghiên cứu các hiện tượng hóa lý xảy ra trên bề mặt phân chia rắn-lỏng. Nguyên lý của EIS dựa trên việc phân tích trở kháng phức thu nhận được khi đặt điện áp xoay chiều lên hệ điện hóa với tần số được thay đổi liên tục từ giá trị cao đến thấp. Ưu điểm của cảm biến sinh học điện hóa phổ tổng trở là điện áp đặt trên điện cực rất nhỏ nên không làm ảnh hưởng đến hoạt tính của các thành phần sinh học. Phổ trở kháng phức thực nghiệm được mô phỏng bằng mô hình mạch tương đương Randles. 2.1.2 Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV) Nguyên lý cơ bản của phương pháp CV là áp đặt một điện thế biến đổi tuần hoàn lên điện cực làm việc và ghi lại dòng tuân theo định luật Nernst. Phương pháp này cho phép điều khiển quá trình phản ứng điện hóa thông qua các thông số điện áp, tốc độ quét thế. Trong nội dung luận án, tác giả sử dụng phương pháp CV để tổng hợp hạt nano vàng trên điện cực SPCE, tổng hợp vật liệu polyme, khử điện hóa graphene oxít trên điện cực SPCE. Ngoài ra, phương pháp CV còn giúp cho việc phân tính tính chất lớp vật liệu polyme biến tính trên bề mặt điện cực và đánh giá tương tác kháng nguyên – kháng thể thông qua việc xác định các thông số đặc trưng Epa, Epc, Ipa, Ipc. 2.2 Phương pháp khảo sát tính chất và hình thái học vật liệu 2.3 Công nghệ vi lưu ly tâm 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Thiết kế và quy trình chế tạo chíp vi lưu ly tâm Chíp vi lưu ly tâm kiểu cấu trúc van xi phông bằng phương pháp khuôn đúc sử dụng vật liệu polydimethylsiloxane (PDMS) ứng dụng kết hợp với điện cực thương mại của hãng DropSens mã DRP-110 và DRP-AUTR10. Việc thu nhỏ kích thước buồng phản ứng sẽ giảm đáng kể lượng dung dịch hóa chất và thể tích mẫu phân tích tiêu hao giảm từ 100 µL (trong phương pháp nhỏ giọt trực tiếp trên bề mặt điện cực) xuống còn 5 µL. 5
Tấm cố định Chip vi lưu Điện cực Giá đỡ 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. 2.4 Quy trình thực nghiệm chế tạo cảm biến 2.4.1 Tổng hợp hạt nano vàng trên điện cực làm việc SPCE Tiến hành tổng hợp hạt nano vàng trên điện cực SPCE bằng phương pháp quét thế tuần hoàn. Tiến hành nhỏ 35 µL dung dịch HAuCl4 100 µM pha trong dung dịch đệm PBS 100 mM lên trên bề mặt SPCE sao cho bao phủ cả 3 điện cực (bao gồm cả Ag/AgCl, điện cực đối và điện cực làm việc). Tiến hành quét thế tuần hoàn từ -0,6 V ÷ +0,5 V vs. Ag/AgCl, tốc độ quét 50 mV/s và bước nhảy 10 mV. 2.4.2 Màng đơn lớp tự lắp ghép (SAM) alkanethiol - Màng đơn lớp tự lắp ghép SAM (MHDA): Axít 16-mercaptohexadecanoic (MHDA) là axít hữu cơ chuỗi mạch dài gồm 16 nguyên tử các bon, có một đầu là nhóm cacboxyl (-COOH) và đầu còn lại là nhóm thiol (-SH). Ngâm toàn bộ phần điện cực làm việc của cảm biến trong 100 µL dung dịch MHDA nồng độ 1 mM phân tán trong dung môi ethanol và giữa tại nhiệt độ phòng trong 12 giờ. Sau bước này trên bề mặt điện cực hình thành màng SAM có nhóm chức cacboxyl hướng lên trên bề mặt. - Màng đơn lớp tự lắp ghép SAM (p-ATP): Phân tử p-ATP có cấu trúc mạch vòng benzen có gắn nhóm chức thiol (-SH) và nhóm chức amin (-NH2) tại vị trí para. Điện cực làm việc của cảm biến được ngâm trong 100 µL dung dịch của p-ATP nồng độ 25 mM phân tán trong dung môi ethanol và được ủ tại nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian từ 6 đến 24 giờ. Như vậy, sau bước này bề mặt điện cực cảm biến hình thành màng SAM có nhóm amin hướng lên trên bề mặt. 2.4.3 Tổng hợp vật liệu polyme bằng phương pháp trùng hợp điện hóa 2.4.3.1 Polyme đồng trùng hợp PPy-PPa 2.4.3.2 Vật liệu lai cấu trúc nano hai chiều giữa polyme đồng trùng hợp PPy- PPa và erGO 2.4.3.3 Vật liệu lai poly(p-ATP) và hạt nano vàng 2.4.4 Cố định đầu thu sinh học bằng liên kết cộng hóa trị 6
2.4.4.1 Liên kết cộng hóa trị thông qua nhóm amin của đầu thu sinh học 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]. 2.4.4.2 Liên kết cộng hóa trị thông qua nhóm cacboxyl của đầu thu sinh học 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]. 2.5 Khảo sát hoạt động của cảm biến phổ tổng trở điện hóa Bước 1. Chuẩn bị mẫu chỉ dấu sinh học cần phân tích Bước 2. Phản ứng đặc hiệu giữa đầu thu sinh học và chỉ dấu sinh học phân tích Bước 3. Khảo sát phổ tổng trở điện hóa Vật liệu biến Phẩn tử trong tính điện cực Mô hình Mạch điện tương đương mạch điện SPCE 1 Cdl Rs , Rct , Z C = , Màng đơn dl j Cdl C và Rs lớp tự lắp Warburg Rct 1 ghép SAM ZW ZW = ( j )1/ 2 .W 1 CPE Rs , Rct , Z CPE = , ( j ) .Q Rs n Vật liệu CPE và Rct polyme Warburg 1 ZW ZW = ( j )1/ 2 .W 2.6 Quy hoạch số liệu thực nghiệm 7
CHƯƠNG 3. CẢM BIẾN MIỄN DỊCH PHÁT HIỆN CHỈ DẤU α-hCG ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN U TẾ BÀO MẦM TINH 3.1 Mở đầu 3.2 Thực nghiệm (a) (b) 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. (a) (b) (c) 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. 3.2.3 Quy trình cố định mAb α-hCG trên điện cực vàng O N OO N OO N OO N OO N O O N O O N O OH OH OH OH OH O O O O O NH O NH O NH NH NH NH NH NH O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O (EDC) -NH2 S S S S S R1-N=C=N-R2 S S S S S (Kháng thể) S S S S S S S S S S (Ethanolamine) SPAuE SPAuE SPAuE SPAuE Cố định Loại bỏ các liên kết (NHS) kháng thể không đặc hiệu Hình 3.3. Quy trình công nghệ cố định mAb α-hCG lên điện cực vàng thông qua màng SAM. 3.2.4 Khảo sát hoạt động của cảm biến mAb α-hCG/SAM(MHDA)/QCM Cảm biến dựa trên linh kiện QCM được khảo sát ở chế độ đo trong pha lỏng động, độ dòng chảy của dung dịch là 3 mL/giờ, độ pH của dung dịch đo là 7,4 [102]. Sự suy giảm tín hiệu tần số cộng hưởng của linh kiện QCM được ghi nhận ngay trong quá trình bơm dung dịch. Thời gian cho mỗi phép phân tích khảo sát tương tác kháng nguyên-kháng thể là 80 phút. 8
3.2.5 Khảo sát hoạt động của cảm biến mAb α-hCG/SAM(MHDA) /SPAuE Cảm biến được tiến hành đo phổ trở kháng phức trong dung dịch gồm có 0,1 M KCl và 5 mM [Fe(CN)6]3-/4- trong dải tần số từ 100 kHz đến 50 mHz tại thế một chiều 0,16V và thế xoay chiều 10 Cdl -Z (Ω) mV. Sử dụng phần mềm khớp (fit) phổ im RS tổng trở với mô hình mạch tương RCT W ZW [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- đương Randles và xác định giá trị của [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- e- phần tử trong mạch. Xây dựng đồ thị e- e- phụ thuộc của giá trị Rct vào nồng độ kháng nguyên α-hCG. Khi phản ứng miễn dịch xảy ra giữa kháng nguyên và kháng thể trên bề mặt điện cực sẽ hình R ∆R Z (Ω) S CT thành khối điện môi cản trở quá trình Hình 3.5. Nguyên lý hoạt động của cảm re truyền điện tích đến điện cực, Rct tăng biến miễn dịch phổ tổng trở điện hóa. theo lượng kháng nguyên bắt cặp với kháng thể. 3.3 Kết quả và thảo luận 3.3.1 Cảm biến miễn dịch nhạy khối lượng mAb α- hCG/SAM(MHDA)/QCM 3.3.1.1 Hiệu suất cố định kháng thể 0 0 Linh kiÖn QCM -100 -100 §é dÞch tÇn sè f (Hz) §é dÞch tÇn sè f (Hz) -200 -200 -300 -300 SAM (MHDA)/QCM -400 -400 -500 NHS-EDC/SAM (MHDA)/QCM -500 -600 mAb hCG/NHS-EDC/SAM (MHDA)/QCM -600 -700 0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 25 30 Thêi gian (phót) Nång ®é kh¸ng nguyªn -hCG (ng/mL) Hình 3.6 Độ dịch tần sau mỗi bước chế tạo của Hình 3.8 Đường đặc trưng chuẩn cảm biến nhạy khối lượng sử dụng QCM 5 MHz. của cảm biến nhạy khối lượng. Hiệu suất cố định kháng thể đánh giá theo công thức (Nkháng thể/NNHS) x 100%; kết quả thu được là 2,88% cao hơn so với nghiên cứu của Wang chỉ là 0,14% [299]. Như vậy có thể thấy quy trình cố định kháng thể chúng tôi nghiên cứu là hoàn toàn phù hợp. 3.3.1.2 Đặc trưng chuẩn của cảm biến Khảo sát thống kê với 03 cảm biến độc lập với cùng quy trình chế tạo, tần số suy giảm mạnh trong khoảng nồng độ kháng nguyên từ 100 pg/mL đến 7,0 9
ng/mL và suy giảm không đáng kể khi nồng độ kháng nguyên tăng trong khoảng từ 12 đến 27 ng/mL. 3.3.2 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb α-hCG/SAM(MHDA) /SPAuE 30 60 Nång ®é kh¸ng nguyªn -hCG Mạch tương đương Randles Cdl 0 20 ng/mL R (k) = 16,65 + 0,22*C (ng/mL) 25 100 pg/mL 30 ng/mL Rs 50 ct 4 ng/mL 70 ng/mL Rct ZW LOD = 9,35 ng/ml 10 ng/mL 100 ng/mL 20 40 -Z" (k) (k) 15 30 ct R 10 20 5 10 0 0 10 20 30 40 50 60 0 Z' (k) 0 20 40 60 80 100 Hình 3.10. Phổ trở kháng phức đáp ứng Nång ®é kh¸ng nguyªn -hCG (ng/mL) của cảm biến với kháng nguyên α-hCG có Hình 3.11. Đường đặc trưng chuẩn của nồng độ 0÷100 ng/mL cảm biến mAb hCG/SAM(MHDA) /SPAuE. Khảo sát với 5 mẫu trắng và 3 mẫu cảm biến độc lập ứng với mỗi điểm nồng độ. Kết quả cho thấy Rct thay đổi tuyến tính trong khoảng nồng độ kháng nguyên từ 4 đến 100 ng/mL, giới hạn phát hiện của cảm biến là 9,35 ng/mL với diện tích điện cực làm việc là 3,67 mm2. 3.4 Kết luận Tối ưu qui trình công nghệ cố định màng kháng thể bằng màng SAM dựa trên linh kiện QCM. Cảm biến nhạy khối lượng hoạt động tốt trong dải nồng độ thấp và sai số nhỏ hơn 5%. Cảm biến miễn dịch điện hóa không đánh dấu sử dụng điện cực mực in vàng (SPAuE) có giá thành rẻ hơn nhiều so với QCM, yêu cầu một lượng nhỏ dung dịch mẫu, dễ tích hợp với các thiết bị cầm tay là cơ sở cho việc chế tạo cảm biến sinh học sử dụng một lần. Kết quả cho thấy cảm biến mAb hCG/MHDA/SPAuE đáp ứng yêu cầu đối với xét nghiệm đối với các bệnh liên quan đến chỉ dấu α-hCG. CHƯƠNG 4. CẢM BIẾN APTAMER PHÁT HIỆN CHỈ DẤU PSA ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN 4.1 Mở đầu 4.2 Thực nghiệm 10
(a) (b) (c) Hình 4.2. (a) Ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt điện cực mực in các bon, (b) Điện cực mực in các bon SPCE của hãng BioDevice Technology, (c) Hệ thiết bị điện hóa Vertex Invium. 4.3 Kết quả và thảo luận 4.3.1 Cảm biến aptamer phổ tổng trở điện hóa Do DNA aptamer có kích thước nhỏ hơn kháng thể và mang điện tích âm nên tín hiệu của cảm biến có thể được giải thích liên quan đến hai cơ chế xảy ra đồng thời. Đối với cảm biến aptamer sự tăng hay giảm của giá trị Rct phụ thuộc vào cơ chế nào chiếm ưu thế hơn. (a) [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- e- e- OH OH S S S S S S S S OH S OH S S OH OH S S PSA S S S S S S S S S OH OH S AuNP AuNP AuNP AuNP S AuNP S S S S SPCE SPCE [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- (b) [Fe(CN)6]3-/4- 3-/4- 3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- [Fe(CN)6]3-/4- 3-/4- [Fe(CN)6] [Fe(CN)6] [Fe(CN)6] 3-/4- [Fe(CN)6] e- e- OH OH OH OH OH OH OH OH PSA S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S SPAuE SPAuE COOH PSA Kháng nguyên PSA; Aptamer; Ethanolamine; S SAM Axit 16-Mercaptohexadecanoic Hình 4.5. Mô hình quá trình động học xảy ra trên bề mặt điện cực trong phép đo trở kháng phức Faradaic sử dụng cặp chất dò [Fe(CN)6] 3-/4-: (a) trên điện cực SPAuE, (b) trên điện cực AuNPs-SPCE. Cơ chế về hàng rào tĩnh điện: Aptamer là chuỗi oligonucleotide có các liên kết thiếu phosphate mang điện tích âm [77]. Aptamer được cố định trên bề mặt điện cực sẽ hình thành hàng rào điện thế âm cản trở điện tử truyền đến bề mặt điện cực. Nếu kháng nguyên mang điện tích dương khi tương tác với aptamer sẽ làm giảm hàng rào tĩnh điện giúp cho sự chuyển điện tử đến điện cực dễ dàng và điện trở Rct giảm [176]. Cơ chế về hiệu ứng không gian: Khi kháng nguyên liên kết đặc hiệu với aptamer sẽ tạo thành khối điện môi trên bề mặt điện cực, tạo thành vùng không 11
gian cản trở quá trình truyền điện tích đến điện cực dẫn tới Rct tăng [56, 88]. 4.3.2 Cảm biến PSA-Aptamer/SAM (MHDA)/SPAuE 4.3.2.1 Đặc tính điện hóa sau mỗi bước công nghệ 10 10 PSA-Aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE PSA/aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE §iÖn cùc SPAuE §iÖn cùc SPCE 8 SAM (MHDA)/SPAuE 8 AuNPs-SPCE Aptamer (5 g/mL)/SAM (MHDA)/SPAuE SAM (MHDA)/AuNPs-SPCE PSA (10 ng/mL)/Aptamer/SAM (MHDA)/SPAuE Aptamer (5 g/mL)/SAM (MHDA)/AuNPs-SPCE 6 6 PSA (10 ng/mL)/Aptamer/SAM (MHDA)/AuNPs-SPCE -Z''(k) -Z''(k) (b) 4 4 (c) (d) (b) (d) (e) 2 2 (a) (c) (a) 0 0 8 10 12 14 16 18 20 22 2 4 6 8 10 12 Z'(k) Z'(k) Hình 4.6. Phổ EIS sau mỗi bước công nghệ Hình 4.11. Phổ EIS sau mỗi bước công chế tạo của cảm biến nghệ chế tạo của cảm biến PSA- PSA-aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE. aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. Kết quả phép đo phổ tổng trở đã cho thấy aptamer được cố định thành công trên bề mặt điện cực thông qua màng SAM của MHDA cũng như đã xảy ra tương tác đặc hiệu giữa aptamer và kháng nguyên PSA trên bề mặt điện cực cảm biến. Với điện cực AuNPs-SPCE, hiệu suất cố định aptamer là 56% trong khi điện cực SPAuE là 72%. Tuy nhiên, độ nhạy của cảm biến cảm biến sử dụng AuNPs-SPCE đạt 73% trong khi giá trị này chỉ đạt 18% đối với cảm biến sử dụng điện cực planar SPAuE. Việc sử dụng điện cực AuNPs-SPCE giúp phân tán aptamer và tăng hiệu suất bắt cặp giữa aptamer và kháng nguyên PSA. 4.3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ aptamer lên tín hiệu cảm biến trên điện cực SPAuE Trên điện cực SPAuE xác suất cố định aptamer trên điện cực vàng lớn nên hiệu ứng màn chắn tĩnh điện sẽ chiếm ưu thế. Tín hiệu cảm biến thăng giáng và không theo quy luận nhất định. Đường chuẩn của cảm biến không đáp ứng được yêu cầu tuyến tính trong dải nồng độ thuộc “vùng xám” trong xét nghiệm chẩn đoán UTTLT. 12
5 PSA-aptamer/SAM/SPAuE PSA-aptamer/SAM/SPAuE 0 0 RCT (k) -1 RCT (k) -2 -5 -3 -10 Nång ®é aptamer cè ®Þnh 100 g/mL -4 Nång ®é aptamer cè ®Þnh 50 g/mL 50 g/mL 5 g/mL 5 g/mL -15 -5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Nång ®é PSA (ng/mL) Nång ®é PSA (ng/mL) Hình 4.7. 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. 4.3.3 Cảm biến PSA-Aptamer/SAM (MHDA)/AuNPs-SPCE 4.3.3.1 Phân tán aptamer AuNP – 5 CVs AuNP – 10 CVs AuNP – 15 CVs AuNP – 20 CVs Hình 4.8. Ảnh SEM bề mặt điện cực SPCE sau khi tổng hợp hạt nano vàng bằng phương pháp quét thế vòng với số vòng quét: 5, 10, 15, 20 vòng. Hình 4.9. 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. 4.3.3.2 Đặc tính điện hóa sau mỗi bước công nghệ 13
4.3.3.3 Đặc trưng của cảm biến 4.0 PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE 0.6 (b) PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE 3.5 Nång ®é kh¸ng nguyªn PSA Mạch tương đương Randles 0 ng/mL, 8 ng/mL Cdl 3.0 0.5 2 ng/mL, 10 ng/mL Rs 4 ng/mL, 12 ng/mL Rct 2.5 ZW 0.4 6 ng/mL, 14 ng/mL -Z" (k) Rct (k) 2.0 0.3 1.5 0.2 1.0 Rct(k)=0,0275+0,0518*PSA(ng/mL) 2 0.1 R =0,9845 0.5 0.0 0.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 0 2 4 6 8 10 12 14 Z' (k) Nång ®é PSA (ng/mL) Hình 4.12. a) Đáp ứng phổ tổng trở của cảm biến tại các nồng độ kháng nguyên PSA từ 0 ng/mL đến 14 ng/mL; b) Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến PSA- aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ hạt vàng cũng như nồng độ aptamer cố định cho thấy tín hiệu của cảm biến đạt kết quả tốt nhất với 10 vòng quét tổng hợp hạt nano vàng và nồng độ của aptamer là 5 0.6 −hCG Protein TAU µg/mL. Đường kính của bán cung 0.5 amylin PSA trong phổ EIS tăng khi nồng độ kháng nguyên PSA tăng, hiệu ứng 0.4 Rct (k) không gian chiếm ưu thế. Cảm 0.3 biến có tính chọn lọc và độ tuyến tính cao trong dải nồng độ PSA từ 0.2 0 đến 10 ng/mL, giới hạn phát hiện 0.1 LOD= 1,95 ng/mL. đáp ứng được yêu cầu phát hiện chỉ dấu PSA ứng 0.0 2 4 6 8 10 12 14 Nång ®é (ng/mL) dụng trong chẩn đoán sớm ung thư Hình 4.14. Độ chọn lọc của cảm biến PSA- tiền liệt tuyến. Aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. 4.4 Kết luận Hạt nano vàng tổng hợp trên điện cực SPCE cho phép phát triển màng SAM alkanethiol giống như trên điện cực SPAuE. Kết quả này rất có ý nghĩa, điện cực SPCE với giá thành thấp khi được biến tính bởi hạt nano vàng trên bề mặt sẽ cho phép sử dụng như điện cực vàng. Bên cạnh đó, các hạt nano vàng giúp phân tán đều đầu thu sinh học được cố định trên bề mặt điện cực. Các kết quả đáp ứng phổ tổng trở điện hóa của hai loại cảm biến trên điện cực SPAuE và AuNPs-SPCE được giải thích một cách khoa học và đầy đủ bởi hiệu ứng không gian và hiệu ứng màn chắn tĩnh điện. Các lý giải này cũng giải thích được những mâu thuẫn trong kết quả công bố của nhóm tác giả Be Liu (2012) và Jolly Pawan (2015). 14
CHƯƠNG 5. CẢM BIẾN MIỄN DỊCH PHÁT HIỆN CHỈ DẤU AFP ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN UNG THƯ GAN 5.1 Mở đầu 5.2 Thực nghiệm 5.2.2 Cố định mAb AFP lên điện cực PPy-PPa/SPCE và PPy-PPa/erGO-SPCE O N O Pyrrole-2-carboxylic axit (Pa) OH O NH O O O (EDC) Pyrrole (Py) N H N H n R1-N=C=N-R2 N H N H n -NH2 N H N H n SPCE SPCE SPCE Polyme Cố định (a) kháng thể (NHS) SPCE O N O O NH OH (b) O O O N N N N erGO Polyme N H N H n H H n -NH2 H H n SPCE SPCE SPCE SPCE Graphene oxit (GO) Pyrrole-2-carboxylic axit (Pa) Cố định (NHS) kháng thể Pyrrole (Py) 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. 5.2.3 Cố định mAb AFP lên điện cực SPCE biến tính bởi màng SAM(p-ATP) NH2 S SPCE SPCE SPCE Tạo hạt nano vàng Tạo màng SAM Xử lý EDC (EDC) O Kháng thể AFP Cố định kháng thể R1-N=C=N-R2 + R3-C-OH (Ab) Kháng nguyên AFP NH NH NH NH AuNP S S Ethanolamine SPCE SPCE NH2 4-Aminothiolphenol (p-ATP) Phản ứng miễn dịch SH kháng nguyên - kháng thể 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. 5.2.4 Cố định mAb AFP lên điện cực SPCE biến tính bởi vật liệu lai poly(p- ATP) và hạt nano vàng 15
NH2 S SPCE SPCE SPCE Tạo hạt nano vàng Tạo màng SAM Tạo màng polymer H H H N N N S AuNP AuNP AuNP S AuNP AuNP AuNP S AuNP AuNP AuNP S S S S S S NH2 NH2 N H N N H N N H N H H H H H H Xử lý EDC Cố định kháng thể SPCE SPCE SPCE Phản ứng miễn dịch (EDC) O kháng nguyên - kháng thể R1-N=C=N-R2 + R3-C-OH (Ab) NH2 Kháng thể AFP Kháng nguyên AFP Ethanolamine AuNP 4-Aminothiolphenol (p-ATP) SH 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. 5.3. Kết quả và thảo luận 5.3.1 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb AFP/PPa-PPy/SPCE 5.3.1.1 Polyme đồng trùng hợp PPy-PPa trên điện cực SPCE 5.3.1.2 Tối ưu hóa tỷ số hợp phần của monome Pa với Py 40 - SPCE COO 30 Tû sè Pa / Py Dao ®éng ®Æc tr-ng cña Py 0 mM : 160 mM PPy-PPa/SPCE 20 40 mM : 120 mM t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau 80 mM : 80 mM (1) C-êng ®é (a.u.) 10 120 mM : 40 mM I / A 160 mM : 0 mM 0 (2) -10 (3) -20 G-band (4) -30 D-band ®iÖn cùc SPCE trÇn -40 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 -1 E / V vs. Ag/AgCl Sè sãng (cm ) Hình 5.6. Đáp ứng dòng-thế của điện cực Hình 5.5. Phổ Raman của màng polyme đồng được tổng hợp màng PPy-PPa/SPCE với tỷ lệ trùng hợp PPy-PPa trên điện cực SPCE. Pa so với Py thay đổi từ 0 đến 100% mol. (b) Tỷ lệ hợp phần của Pa với Py là 1:3 (40mM:120 mM) cho màng polyme có đáp ứng điện hóa tốt nhất (Hình 5.6). Màng polyme có dạng bông súp lơ và phát triển đa tầng trên bề mặt điện cực (Hình 5.4b). Phép đo quang phổ Raman được thực hiện tại bước sóng kích thích là 632,8 nm, vạch phổ tại số sóng 1398 Hình 5.4b. Ảnh SEM bề mặt màng đến 1400 cm-1 khẳng định sự có mặt của polyme PPy-PPa trên điện cực SPCE. 16
nhóm cacboxyl trong cấu trúc màng polyme đồng trùng hợp. 5.3.1.3 Đặc trưng chuẩn của cảm biến 4.0 4.0 a) mAb AFP/PPa-PPy/SPCE b) mAb AFP/PPy-PPa/SPCE 3.5 Nång ®é AFP Mạch tương đương 3.5 LOD = 2,46 ng/mL 0 ng/mL ; 5 ng/mL Rs CPE 3.0 10 ng/mL; 20 ng/mL Rct 3.0 ZW 30 ng/mL; 40 ng/mL Rct(k) 2.5 50 ng/mL; 60 ng/mL 2.5 -Z"(k) 70 ng/mL; 80 ng/mL 2.0 90 ng/mL; 100 ng/mL 2.0 1.5 1.5 R2 = 0,984 1.0 1.0 Rct (k) = 0,312 + 0,04*AFP (ng/mL) 0.5 0.5 n sè mÉu = 3 0.0 0.0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 Z'(k) Nång ®é AFP(ng/mL) Hình 5.7. Đáp ứng phổ tổng trở điện hóa của cảm biến mAb AFP/PPy-PPa/SPCE với nồng n samples = 3 độ kháng nguyên AFP thay đổi từ 0 đến 100 ng/mL. 40 a) mAb AFP/PPa-PPy/SPCE 14 b) mAb AFP/PPy-PPa/SPCE 30 12 20 10 10 Ipc(A) I / A 8 0 6 -10 Nång ®é AFP 4 0 ng/mL; 5 ng/mL -20 Ipc() = 0,37 + 0,158*AFP (ng/mL) 10 ng/mL; 20 ng/mL 2 R2 = 0,99 -30 40 ng/mL; 60 ng/mL 80 ng/mL; 100 ng/mL 0 -40 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0 20 40 60 80 100 E / V vs. Ag/AgCl Nång ®é AFP (ng/mL) Hình 5.8. Đáp ứng dòng thế của cảm biến mAb AFP/PPy-PPa/SPCE với nồng độ kháng R = 0,984 2 nguyên AFP thay đổi từ 0 đến 100 ng/mL. 5.3.2 Cảm biến miễn dịch điện hóa mAb AFP/PPa-PPy/erGO-SPCE 5.3.2.1 Khử điện hóa GO trên SPCE 20 40 a) SPCE 2.0 b) 18 SPCE GO-SPCE 1.5 30 GO-SPCE 16 erGO-SPCE 30CVs 1.0 20 erGO-SPCE 14 0.5 -Z" (k) 12 0.0 3 4 5 6 7 10 I / A 10 0 8 -10 6 4 -20 2 -30 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -40 Z' (k) -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 E / V vs. Ag/AgCl 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. 17
Điện cực sau khi phủ GO có độ dẫn D-band G-band kém, sau khử điện hóa erGO-SPCE với ID/IG = 1,02 (a) GO 30 vòng quét cho đáp ứng dòng thế cao hơn so với điện cực SPCE ban đầu. Độ ID/IG = 2,21 C-êng ®é a.u. (b) erGO 10CVs dẫn và tốc độ truyền điện tử được cải thiện khi sử dụng điện cực erGO-SPCE. ID/IG = 2,67 (c) erGO 20CVs Tỷ số IG/ID giảm khi số vòng quét tăng, Tỷ số này khá cách biệt giữa 10 và ID/IG = 2,70 20 vòng quét CV nhưng sai khác khá nhỏ (d) erGO 30CVs tại số vòng quét là 20 và 30. Điều kiện tối 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sè sãng (cm-1) ưu khử điện hóa GO là 30 vòng quét. Hình 5.11. Phổ Raman của màng GO và erGO trên điện cực SPCE. 5.3.2.2 Hình thái học bề mặt điện cực a) SPCE b) GO/SPCE c) erGO/SPCE d) PPa-PPy/erGO/SPCE Hình 5.12. Ảnh SEM của a) bề mặt điện cực SPCE trần, b) có nhỏ phủ GO, c) điện cực SPCE biến tính bởi erGO và d) điện cực được tổng hợp vật liệu lai cấu trúc nano hai chiều giữa PPy-PPa và erGO. Hình thái bề mặt erGO-SPCE khác biệt hẳn so với điện cực ban đầu với các nếp gấp giúp tăng diện tích bề mặt riêng của điện cực. Màng PPy-PPa được tổng hợp trên điện cực erGO/SPCE nhiều nếp nhăn tựa như cấu trúc của vỏ não người; hình thái này hoàn toàn khác biệt so với cấu trúc dạng bông súp lơ của polyme PPy-PPa trên điện cực SPCE. 5.3.2.3 Đặc trưng chuẩn của cảm biến 18