Xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor

Xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học biosensor Mục tiêu • Mơ tả cấu tạo, ngun tắc hoạt động biosensor • Trình bày số cách xử lí bề mặt gắn nhóm chức sinh học lên bề mặt vật liệu biosensor • Nêu ứng dụng thành cơng xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học biosensor Nội dung I Giới thiệu chung Biosensor Nguyên tắc hoạt động biosensor II Xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học ứng dụng biosensor Xử lí bề mặt vật liệu  Chức hóa vật liệu biosensor (gắn nhóm chức hóa học, thụ thể sinh học) III Thành tựu I Giới thiệu chung Biosensor: • Biosensor thiết bị phân tích chủn tín hiệu sinh học thành tín hiệu có thể đo (thường tín hiệu điện) I Giới thiệu chung Biosensor: Cấu tạo gồm: Đầu thu sinh học: bắt cặp phát có mặt tác nhân sinh học cần phân tích Tác nhân cố định: gắn đầu thu lên điện cực Bộ phận chuyển đổi tín hiêu: chuyển biến đổi sinh học thành tín hiệu có thể đo đạc Bộ phân xử lí, đọc tín hiệu ra: chuyển tín hiệu thành tín hiệu điện để máy tính có thể xử lí I Giới thiệu chung Nguyên tắc hoạt động Biosensor: • Tác nhân cần phát hiện: Các vi khuẩn: E.coli, nấm Candida,… Các phân tử nhỏ: CO, CO2, Glucose, Urê, … Các phân tử sinh học có kích thước lớn: DNA, RNA, protein, enzyme, hormone,… I Giới thiệu chung Nguyên tắc hoạt động Biosensor: I Giới thiệu chung Nguyên tắc hoạt động Biosensor: Cho cảm biến tiếp xúc với mẫu phân tích Phản ứng sinh hóa xảy Xử lí và hiện kết quả màn hình Xuất hiện tín hiệu tác động lên bề mặt nhạy cảm chuyển đổi Bộ chuyển đổi nhận tín hiệu này và chuyển thành tín hiệu điện Ứng dụng cảm biến sinh học • Trong lĩnh vực y học: cảm biến để đo nồng độ oxi, lượng glucose máu, phát nhanh vi rút gây bệnh… • Trong lĩnh vực thực phẩm: phát nhanh khuẩn Salmonella,… • Trong mơi trường: xác định hóa chất độc hại, độ ô nhiễm môi trường nhờ vào cảm biến xác định nồng độ khí độc, dư lượng thuốc trừ sâu, nồng độ kim loại nặng… Ứng dụng cảm biến sinh học Xử lí bề mặt vật liệu a Các loại vật liệu: Fullerene (Bucky balls) có đường kính lỗ khỏang nm, cấu tạo từ 60 nguyên tử C, thường để gắn kháng thể Xử lí bề mặt vật liệu a Các loại vật liệu • Ống nano carbon ống nano có độ bền học, bền hóa học, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn tương thích với điều kiện sinh học,có thể dễ dàng làm đường dẫn tốt cho electron trao đổi enzyme bề mặt điện cực • Hoặc kết hợp loại vật liệu: Gox (enzyme glucose oxidase)- ống nano carbon đa lớp hay GOx- hạt nano vàng… Xử lí bề mặt vật liệu b Xử lí bề mặt vật liệu: • Các hạt nano từ tính bao phủ xung quanh hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học PVA, dextran, silica… • Các chất bao phủ có tác dụng chức hóa bề mặt để có thể liên kết với phân tử khác như: Carboxyl, biotin… Xử lí bề mặt vật liệu b Xử lí bề mặt vật liệu: Bao phủ hạt nano polymer: làm tăng độ tương thích với thành phần hữu cơ, bảo vệ bề mặt khỏi bị oxi hóa, làm giảm độ kết tụ, tăng độ ổn định hóa học làm giảm tính độc Bao phủ hạt nano chất vô cơ: phổ biến silica (TiO2) Xử lí bề mặt vật liệu b Xử lí bề mặt vật liệu: Xử lí bề mặt vật liệu • Một quy trình cụ thể: Xử lí bề mặt vật liệu • Một quy trình cụ thể: Chức hóa bề mặt vật liệu • Tiến hành gắn thụ thể sinh học, nhóm chức sinh học lên hạt nano xử lí bề mặt • Ví dụ như:  Bọc vỏ dây nano (Tb,Eu)PO4.H2O silica, chức hóa bề mặt nhóm NH2 gắn kết với phần tử mang hoạt tính sinh học IgG thơng qua cầu nối glutaraldehyd Chức hóa bề mặt vật liệu Gắn kết với phần tử mang hoạt tính sinh học IgG • ImmunoglobulinG (IgG) Chức hóa bề mặt vật liệu Sơ đồ glucose oxidase chức hóa graphene FET III Thành tựu • Xác định trực tiếp glucose máu bệnh nhân đái tháo đường sử dụng enzyme cố định sợi nano • Đã chế tạo thiết bị xác định trực tiếp glucose máu bệnh nhân đái tháo đường dựa vào họat động enzyme glucose oxidase cố định mặt sợi nano Pt cho phép xác định nồng độ glucose máu biến thiên khoảng từ 125 µM tới 16,5 mM với sai số ± 3% III Thành tựu • Nghiên cứu chế tạo màng liên kết 3glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPTS) microarray sử dụng cho cảm biến sinh học III Thành tựu III Thành tựu Chế tạo thành công chip sinh học gọi là vi cân tinh thể thạch anh QCM có khả đo phân bố khối lượng nhỏ (ng) dựa vào thay đổi tần số dao động cộng hưởng thạch anh Biochip cho phép phát hiện nhanh vi khuẩn tả Tài liệu tham khảo • Cơng nghệ sinh học nano, triển vọng ứng dụng, Nguyễn Tiến Thắng, Viện Sinh học nhiệt đới • Chế tạo tính chất vật liệu dây nano (Eu,Tb) PO4.H2O nhằm ứng dụng y sinh, Phạm Thị Liên • Cảm biến sinh học, tình hình nghiên cứu ứng dụng, Mai Anh Tuấn • Graphene-based hybrid materials and devices for biosensing, Mayra S Artiles, Chandra Sekhar Rout, Timothy S Fisher • Gold nanoparticle-based signal amplification for biosensing, Xiaodong Cao, Yongkang Ye, Songqin Li