Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo kinetic trên thiết bị uv vis spectrometer

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo KINETIC thiết bị UV-VIS SPECTROMETER HOÀNG THỊ MAI PHƯƠNG Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Duy Hải Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo KINETIC thiết bị UV-VIS SPECTROMETER HOÀNG THỊ MAI PHƯƠNG Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Duy Hải Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -BIÊN BẢN XẤC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Mai Phương Đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ UV-VIS SPECTROMETER Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh Mã số HV : 20202353M Tác giả, người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên học Hội đồng ngày… tháng 10 năm 2022 với nội dung sau: - Đã chỉnh sửa lại lỗi văn - Đã chỉnh sửa lại hình vẽ - Đã hoàn thiện yêu cầu khác theo biên hội đồng Giáo viên hướng dẫn Ngày … tháng …….năm 2022 Tác giả luận văn PGS.TS Vũ Duy Hải Hoàng Thị Mai Phương Chủ tịch Hội đồng TS Nguyễn Phan Kiên LỜI CẢM ƠN Dưới hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Duy Hải, luận văn: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic thiết bị UV VIS Spetrometer” hồn thành Trước hết tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Duy Hải tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm đến ơn thầy, giáo tận tình truyền đạt kiến thức quan trọng bổ ích suốt q trình học tập trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ tôi, tới gia đình bạn bè - người ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt q trình học tập qua Khóa luận tơi cịn hạn chế lực thiếu sót q trình nghiên cứu Tơi xin lắng nghe tiếp thu ý kiến giáo viên phản biện để hoàn thiện, bổ sung kiến thức Cuối cùng, tơi xin kính chúc thầy giao, lãnh đạo phòng ban chức Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dồi sức khỏe thành công nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2022 Tác giả Hồng Thị Mai Phương TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic thiết bị UV VIS Spetrometer Tác giả luận văn: Hồng Thị Mai Phương Khóa: 2020B Người hướng dẫn: PGS.TS Vũ Duy Hải Từ khóa (Keyword): Bức xạ tử ngoại, Ánh sáng khả kiến, Bức xạ hồng ngoại, Quang phổ hấp thụ nguyên tử, Xét nghiệm miễn dịch, Điện cực lựa chọn ion, Chứng chất lượng, Mật độ quang Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Theo với phát triển mạnh mẽ giới, ngành khoa học, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật điện tử, tự động hóa chứng minh tốc độ tiên tiến lên Thật vậy, khoa học kỹ thuật ứng dụng hiệu lĩnh vực, thực tế đời sống người Trong đó, y tế không lĩnh vực thể rõ tính ứng dụng khoa học kỹ thuật, mà cịn mơi trường hồn hảo, đầy tiềm cho nhà khoa học, kỹ sư đầu tư nghiên cứu Ngày nay, giới, quốc gia phát triển nói chung Việt Nam nói riêng, trang thiết bị y tế sử dụng tân tiến đại không thua phát minh khoa học kỹ thuật lĩnh vực y tế nước phát triển Trong đó, máy xét nghiệm sinh hóa thiết bị đại vô hữu dụng, sử dụng liên tục phòng xét nghiệm bệnh viện, phòng khám lớn nhỏ Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, hướng dẫn thầy giáo, em chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic thiết bị UV VIS Spetrometer” b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích: Trợ giúp kỹ sư, kỹ thuật viên trình sử dụng, sửa chữa, khai thác phát triển tối ưu thiết bị mà nắm vững nguyên lý làm việc máy xét nghiệm sinh hóa; để sinh viên, kỹ sư tương lai tiếp cận với kiến thức quy trình xét nghiệm Đối tượng: Sự phát triển kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa nói chung, phương pháp đo Kinetic thiết bị UV VIS Spetrometer nói riêng, ứng dụng thực tế Bệnh viện Phạm vi nghiên cứu: - Tổng quan định luật Lambert Beer phương pháp phân tích - Thiết bị đo quang phổ UV VIS phần mềm Logger pro - Thực hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo Kinetic thiết bị đo quang phổ UV- VIS c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Tìm hiểu kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa máy UV VIS Spetrometer, số hạn chế kỹ thuật ứng dụng Bệnh viện Từ nghiên cứu, trình bày luận văn phương hướng triển khai thực thực tế Bệnh viện, phục vụ công tác khám chữa bệnh sau d) Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan đến đề tài - Tìm hiểu thuật tốn, mơ hình làm việc, trao đổi liệu thành phần thiết bị sử dụng kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa, từ sâu vào nghiên cứu nguyên lý máy UV VIS Spetrometer ứng dụng thực tế máy - Kết hợp với nghiên cứu thực tác giả nước với bảo, góp ý Giảng viên hướng dẫn để hồn thành nội dung nghiên cứu e) Kết luận Hoàn thành nghiên cứu kỹ thuật xét nghiệm sinh hóa máy UV VIS Spetrometer giới thiệu máy đo quang phổ UV-VIS có phịng thí nghiệm, thiết bị phân tích quang phổ cầm tay sử dụng ánh sáng dải nhìn thấy (VIS) dải cực tím (UV) Thiết bị có cấu tạo máy xét nghiệm thông thường, nhiên đơn giản, nhỏ gọn phức tạp thiết bị xét nghiệm sinh hóa phịng khám bệnh viện Vì vậy, thiết bị có độ sai số cao máy tự động bán tự động, phù hợp giáo dục thực hành, thí nghiệm trường học, sở giảng dạy Đồng thời, em giới thiệu đến phần mềm thu nhận kết Logger pro, phần mềm với giao diện ổn định, thân thiện với người dùng, tích hợp tính thông minh để hỗ trợ người sử dụng Hà Nội, ngày… tháng … năm 2022 HỌC VIÊN Hoàng Thị Mai Phương MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ MINH HỌA v LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1.1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÉT NGHIỆM 1.1.1 Phương pháp phân tích theo phổ nguyên tử hấp thụ (AAS) 1.1.2 Phương pháp đo màu quang điện 1.1.3 Phương pháp sắc ký 1.2 SỰ HẤP THỤ BỨC XẠ ĐIỆN TỪ 1.2.1 Sự phân loại phổ 1.2.2 Bản chất xạ điện từ 10 1.2.3 Sự hấp thụ xạ điện từ vật chất 10 1.2.4 Phổ UV - VIS 11 1.3 ĐỘ TRUYỀN QUANG VÀ ĐỘ HẤP THỤ 12 1.3.1 Độ truyền quang 12 1.3.2 Độ hấp thụ quang 12 1.4 ĐỊNHLUẬT LAMBERT BEER 13 1.4.1 Phát biểu định luật 13 1.4.2 Chứng minh định luật 13 1.4.3 Phương trình định luật 14 1.4.4 Các yếu tố làm sai lệch định luật Lambert Beer 15 1.4.5 Độ xác phép đo độ hấp thụ phép đo nồng độ 16 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TRONG MÁY XÉT NGHIỆM SINH HĨA 17 1.5.1 Phương pháp phân tích điểm cuối (End-Point) 17 1.5.2 Phương pháp phân tích động học hai điểm (Fixed - time) 18 1.5.3 Phương pháp phân tích động học (Kinetics) 19 i 1.5.4 Phương pháp đo màu 21 1.5.5 Phân tích đa chuẩn (Multistandards) 21 1.5.6 Phương pháp đo huyết trắng (Serum Blank) 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG 23 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS VÀ PHẦN MỀM LOGGER PRO 24 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY QUANG PHỔ 24 2.1.1 Khái niệm 24 2.1.2 Cấu tạo 24 2.1.3 Nguyên lý hoạt động máy quang phổ: 25 2.2 THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS VÀ PHẦN MỀM LOGGER PRO: 26 2.2.1 Thành phần máy đo quang phổ UV-VIS Vernier 27 2.2.2 Cách kết nối thông số kỹ thuật máy phân tích quang phổ UV-VIS 37 2.3 PHẦN MỀM LOGGER PRO: 38 2.3.1 Tính năng: 38 2.3.2 Cách sử dụng Logger Pro 40 KẾT LUẬN CHƯƠNG 60 CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS 61 3.1 THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC (KINETICS): ĐO NỒNG ĐỘ MEN GAN GOT/AST 61 3.1.1 Hóa chất AST/GOT 61 3.1.2 Tiến hành thí nghiệm 64 3.2 QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG 69 KẾT LUẬN CHƯƠNG 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ đầy đủ Từ viết tắt Nghĩa tiếng việt UV Ultra Violet Bức xạ tử ngoại VIS Visible Ánh sáng khả kiến IR Ifrared Bức xạ hồng ngoại Automic Abrsorption Quang phổ hấp thụ nguyên Spectrophotometric tử EIA Enzyme immunoassay Xét nghiệm miễn dịch ISE Ion selective electrode Điện cực lựa chọn ion QC Quality Control Chứng chất lượng OD Optical density Mật độ quang PCB Printed circuit board Bo mạch in AAS iii CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO KINETIC TRÊN THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ UV-VIS Sau trình bày kiến thức đinh luật Lambert Beer thiết bị đo quang phổ UV-VIS với phần mềm thu nhận kết Logger pro, em thực thí nghiệm sử dụng phương pháp phân tích động học- Kinetic để nghiên cứu ứng dụng phương pháp đo thiết bị đo quang phổ UV-VIS Trong chương này, em xin trình bày lý thuyết phương pháp xét nghiệm sinh hóa trình bày lý giải phương pháp, nhóm chất cần xét nghiệm lại u cầu bước sóng cụ thể 3.1 THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC (KINETICS): ĐO NỒNG ĐỘ MEN GAN GOT/AST 3.1.1 Hóa chất AST/GOT - Trong thí nghiệm này, em sử dụng thuốc thử hóa học lâm sàng AST/GOT nhà sản xuất AMEDA Labordiagnostik GmbH - Áo - Mục đích sử dụng nhà sản xuất: để định lượng aspartate aminotransferase (AST) huyết huyết tương hỗ trợ chẩn đoán điều trị gan, tim,cơ bắp thận bệnh xương.Bệnh gan mật, bệnh teo cơ, viêm da cơ, viêm tụy cấp, bạch cầu đơn nhân nhiễm trùng, dẫn đến mức độ cao số AST - Phương pháp phân tích: Enzym UV.Kinetic- Phân tích động học 61 Hình Hình ảnh trích từ định sử dụng ( tờ sớ) nhà sản xuất - Các khuyến cáo sử dụng từ nhà sản xuất: + Bảo quản - ° C tránh ánh sáng, ý đến ngày hết hạn ghi nhãn Khơng để hóa chất bị đóng băng! Bảo quản lọ kín, tránh nhiễm bẩn trình sử dụng, đậy nắp lại sau sử dụng + Khơng sử dụng thuốc thử có dấu hiệu xấu ví dụ: diện hạt / độ đục Độ hấp thụ (A) bước sóng 340nm < nhỏ 1.300 62 + Ma túy chất kích thích khác gây ảnh hưởng đến kết phân tích - Hệ số factor K = 3333 37oC K= 1746 30 oC (trong thí nghiệm , K= 3333 37oC) Bảng Thành phần hóa chất AST/GOT Reagent: R1 STT Thành phần Đơn vị Số lượng TRIS buffer, pH=7.8 121 mmol/L L-aspartate 362 mmol/L Malate dehydrogenase >460 U/L Lactate dehydrogenase >600 U/L Reagent: R2 NADH 1.3 mmol/L 2-oxoglutarate 75 mmol/L Bảng Khuyến cáo sử dụng hóa chất Mẫu Huyết , huyết tương Bước sóng 340nm Nhiệt độ sử dụng 370C /330C Nhiệt độ bảo quản 20C -80C Độ dày Cuvet 10mm Độ nhạy 0.4 mA/min / U/L AST/GOT Bảng 3 Giá trị tham khảo Nhiệt độ Giá trị Người trưởng 37oC Lên đến 40 U/L (0.67 μkat / L) thành 30oC Lên đến 25 U/L (0.42 μkat / L) 63 - Ở trẻ sơ sinh, số gia tăng gấp đơi dần ổn định từ tháng tuổi trở lên - Lưu ý: Mỗi phịng thí nghiệm nên thiết lập trì giá trị tham chiếu riêng Dữ liệu cho định - Cách thực phân tích: + Chuẩn máy nước cất + Trộn hóa chất với mẫu theo tỉ lệ bảng + Khi trộn: lắc nhẹ nhàng + Ủ vòng phút ghi lại đọc hấp thụ ban đầu + Ghi lại độ hấp thụ lần xác cách phút lần đọc xác định khác biệt giá trị độ hấp thụ Bảng Bảng tỉ lệ trộn hóa chất Hóa chất thử Mẫu Nước cất Blank 1000 μl 50/100 μl 370C 1000 μl 50 μl - 300C 1000 μl 100 μl - 3.1.2 Tiến hành thí nghiệm Hình Hình ảnh mẫu trước thực phản ứng 64 Hình 3 Hai hóa chất trước tác dụng với mẫu Hình Dung dịch sau đưa mẫu vào với hai hóa chất 65 Thí nghiệm trường hợp, với thể tích R1, R2 khơng đổi, thể tích mẫu thay đổi: TH1: Sample=50µl; R1=800µl; R2=200µl Hình Biểu đồ kết đo lần phương pháp Kinetic LoggerPro Thu phương trình độ hấp thụ theo thời gian: At= -0.0001250.t + 1.677 (0s