Tóm tắt: 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

Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.Nghiên cứu cảm biến sinh học trên cơ sở vật liệu nano MoS2 và AgNPMoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose.

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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2023 Cơng trình hồn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: HD1: PGS.TS Phạm Hùng Vượng HD2: PGS.TS Phương Đình Tâm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách Khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Ngày nay, cảm biến sinh học thiết bị đóng vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống, đặc biệt ứng dụng liên quan tới việc theo dõi sức khỏe Những thơng tin chẩn đốn xác giúp hỗ trợ tốt việc thiết kế phác đồ điều trị sử dụng loại thuốc để đạt hiệu điều trị cao Khác với cảm biến hóa lý, cảm biến sinh học cần phải có thành phần sinh học để tạo nên chọn lọc đặc hiệu tác nhân sinh học cần phân tích Tối ưu trì điều kiện hoạt động thành phần sinh học cảm biến vấn đề quan trọng, định tới xác cảm biến sinh học Trong số loại cảm biến sinh học, cảm biến sinh học phát glucose máu loại cảm biến điển hình, phát triển sớm từ thập niên 60 kỷ trước Trải qua trình phát triển cảm biến sinh học glucose, nhiều hệ cảm biến glucose đời với cải tiến lớn độ nhạy, độ chọn lọc, độ bền Những hệ cảm biến gần cho thấy vai trò lớn hệ vật liệu ứng dụng điện cực cảm biến Những vật liệu giúp tối ưu hóa hoạt động thành phần sinh học có cảm biến, cảm biến sinh học glucose enzyme glucose oxidase (GOx) Những hệ vật liệu giúp đẩy nhanh trình vận chuyển điện tử từ trung tâm phản ứng enzyme tới bề mặt điện cực thông qua chế làm bền enzyme tạo cầu nối điện tử enzyme bề mặt điện cực Đặc biệt, hệ vật liệu có cấu trúc nano gần phát triển với mong muốn loại bỏ vai trò enzyme cảm biến sinh học glucose, điều giúp giảm giá thành tăng độ ổn định cảm biến Mặc dù cảm biến glucose nghiên cứu phát triển từ lâu nay, ứng dụng chúng đời sống ngày trở nên phổ biến coi loại cảm biến điển hình, sử dụng để đánh giá hiệu hệ vật liệu cảm biến glucose nói riêng cảm biến sinh học khác nói chung Trong năm gần đây, MoS2 vật liệu thu hút nhiều quan nghiên cứu chế tạo loại cảm biến sinh học sở hữu đặc tính trội như: diện tích bề mặt lớn, tính tương thích sinh học cao, khả vận chuyển điện tử lớn có hoạt tính xúc tác điện hóa Nhiều nghiên cứu rằng, vật liệu 2D MoS2 (tấm nano/vảy nano) có khả làm cầu nối giúp tăng cường tính bám dính, cải thiện mật độ loại enzyme lên đế điện cực loại cảm biến sinh học Ngoài ra, tương tác vật liệu 2D MoS2 có khả làm bền loại enzyme trình hoạt động cảm biến sinh học Một tính chất đáng ý khác vật liệu MoS2 hoạt tính xúc tác điện hóa Đây tính chất khai thác với mục đích thay hoạt động enzyme cảm biến sinh học Sự thay đóng vai trị quan trọng việc kéo dài độ bền trình hoạt động, vấn đề cần khác phục cảm biến sinh học độ bền loại enzyme sử dụng Xúc tác diện hóa MoS2 thể cạnh xúc tác điện hóa (electrocatalytic active edge-site) vật liệu Để tăng số lượng tâm xúc tác này, cấu trúc 3D MoS2 nghiên cứu chế tạo cho thấy hiệu lớn việc nâng cao hiệu xúc tác điện hóa vật liệu MoS2, điển hình cấu trúc 3D hình hoa Ngồi ra, cấu trúc 3D cịn có ưu điểm giảm thiểu kết khối trình phủ vật liệu lên điện cực, điều mà vật liệu dạng 2D (tấm nano) thường xun gặp phải Điều đóng vai trị quan trọng để tạo nên hoạt động ổn định điện cực Mặc dù sở hữu tính chất đáng quý phục vụ cho việc phát triển hệ cảm biến sinh học mới, nhược điểm lớn vật liệu MoS2 tính dẫn điện kém, điều làm suy giảm cường độ tín hiệu thu cảm biến sinh học điện hóa Để khắc phục nhược điểm này, nhiều nghiên cứu sử dụng vật liệu có tính dẫn điện cao như: graphen, hạt nano kim loại (Au, Ag, Pt, Cu…), loại vật liệu polyme dẫn Trong số vật liệu dẫn nghiên cứu sử dụng, hạt nano Ag thể nhiều tính chất ưu việt như: giá thành khơng đắt, tính tương thích sinh học cao, độ dẫn điện lớn có hoạt tính xúc tác điện hóa với glucose Trên sở vấn đề nêu trên, thấy rằng, MoS2 vật liệu có nhiều tiềm việc chế tạo cảm biến sinh học Tuy vậy, hầu hết nghiên cứu trước chủ yếu sử dụng vật liệu MoS2 dạng 2D (tấm nano, vảy nano), vai trò hình thái học dạng vật liệu (như dạng hạt, vảy, hoa) tới hoạt động cảm biến cảm biến sinh học vấn đề cịn bỏ ngỏ Ngồi ra, kết hợp vật liệu 3D MoS2 với kim loại có tính dẫn cao, hoạt tính oxi hóa điện hóa tốt nhằm tạo hệ cảm biến không sử dụng enzyme vấn đề đáng quan tâm Do vậy, nghiên cứu chế tạo vật liệu MoS2 với dạng hình thái khác nhau, kết hợp với hạt nano Ag ứng dụng cảm biến sinh học, cụ thể cảm biến sinh học glucose vấn đề có ý nghĩa, khoa học thực tiễn Dựa sở khoa học yêu cầu thực tiễn đặt ra, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu cảm biến sinh học sở vật liệu nano MoS2 AgNP/MoS2 nhằm ứng dụng để xác định nồng độ glucose” để làm luận án tiến sĩ  Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu chung: Mục tiêu luận án phát triển cảm biến sinh học phát nồng độ glucose sở vật liệu nanno MoS2 Mục tiêu cụ thể: - Tổng hợp vật liệu nano MoS2 nanocomposite AgNP/MoS2 có tính chất điện hố tốt, tương thích sinh học cao để ứng dụng cho cảm biến sinh học glucose - Phát triển thiết bị cầm thay để xác định nồng độ glucose điều kiện thực tế  Nội dung nghiên cứu: - Tổng hợp vật liệu nano MoS2 phương pháp thuỷ nhiệt với nhiều hình dạng khác - Tổng hợp vật liệu nanocomposite AgNP/MoS2 Phát triển cảm biến điện hoá xác định nồng độ glucose sở vật liệu nano MoS2 vật liệu nanocomposite AgNP/MoS2 Phát triển mạch đo kết hợp với cảm biến để chế tạo thiết bị đo cầm tay phát nồng độ glucose điều kiện thực tế  Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu luận án phương pháp thực nghiệm Trong đó, vật liệu MoS tổng hợp phương pháp thủy nhiệt, vật liệu AgNP/MoS2 tổng hợp phương pháp hóa học Các đặc trưng vật liệu khảo sát phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (FESEM), phổ tán xạ Raman Các đặc trưng cảm biến khảo sát phép đo quét tuần hoàn phép đo phổ tổng trở điện hoá  Ý nghĩa khoa học: Hiện nay, sử dụng cảm biến sinh học để phát nồng độ glucose nhiều nhóm nghiên cứu thực Tuy nhiên, cảm biến chế tạo thường không ổn định, có thời gian phục vụ khơng cao độ nhạy thấp Do đó, để cải thiện vấn đề có nhiều phương pháp phương pháp sử dụng vật liệu nano có cấu trúc chiều nhiều nhóm quan tâm nghiên cứu Đề tài hướng đến phát triển cảm biến glucose sử dụng vật liệu MoS2 AgNP/MoS2 phát triển thiết bị đo cầm tay để xác định nồng độ glucose điều kiện thực tế Do đó, vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa thực tiễn cao  Tính luận án - Đã tổng hợp vật liệu MoS2 phương pháp thuỷ nhiệt AgNP/MoS2 phương pháp hố học có tính tương tích sinh học điện hóa tốt - Đã phát triển cảm biến sinh học sử dụng enzyme sở vật liệu MoS2 cấu trúc khác để xác định nồng độ glucose với giới hạn phát 0,081mM; khoảng tuyển tính (2-10) mM; độ nhạy cảm biến chế tạo 64,0; 68,7 77,6 μAmM− cm− tương ứng với vật liệu MoS2 chế tạo cấu trúc dạng hạt, dạng hoa dạng vảy - Đã phát triển cảm biến sinh học sử dụng enzyme sở vật liệu AgNP/MoS2 để xác định nồng độ glucose với giới hạn phát 1mM; khoảng tuyển tính (1-15) mM; độ nhạy 46,5 µM mM-1 1cm− - Đã phát triển thiết bị đo cầm tay kết hợp với cảm biến nhằm xác định nồng độ glucose điều kiện thực tế Nội dung luận án trình bày chương với bố cục sau: Chương 1: Tổng quan cảm biến sinh học glucose Chương 2: Các kỹ thuật thực nghiệm Chương 3: Phát triển cảm biến enzyme phát glucose vật liệu MoS2 Chương 4: Cảm biến glucose không enzyme sở vật liệu nanocomposite AgNP/MoS2 Chương 5: Nghiên cứu phát triển thiết bị cảm biến cầm tay nhằm xác định nồng độ glucose Chương TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SINH HỌC GLUCOSE 1.1 Giới thiệu cảm biến sinh học 1.1.1 Khái niệm Cảm biến định nghĩa thiết bị mô-đun hỗ trợ phát thay đổi đại lượng vật lý, hóa học sinh học chuyển đổi chúng thành tín hiệu phát hiện, đo đạc phân tích tín hiệu điện Bộ chuyển đổi định nghĩa thiết bị chuyển đổi lượng từ dạng sang dạng khác Tùy thuộc nguyên lý hoạt động phận chuyển đổi, thơng tin phát hiện, phân loại cảm biến thành nhiều loại khác cảm biến đo đại lượng vật lý (cảm biến vận tốc, gia tốc, áp suất, lực, nhiệt độ…), cảm biến đo đại lượng hóa học (cảm biến đo pH, cảm biến đo nồng độ kim loại nặng, đo dư lượng thuốc trừ sâu…) cảm biến sinh học 1.1.2 Cấu tạo chung cảm biến sinh học Một cảm biến sinh học điển hình bao gồm (a) chất phân tích, (b) Đầu thu sinh học, (c) phận chuyển đổi, (d) thiết bị điện tử (e) phận hiển thị Hình 1.1 Cấu tạo điển hình cảm biến sinh học.1.1.3 1.1.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến sinh học Khi cảm biến sinh học tiếp xúc với mẫu vật cần phân tích bề mặt tiếp xúc cảm biến mẫu vật cần phân tích xảy phản ứng sinh hóa Các phản ứng tạo thành tín hiệu tác động lên bề mặt nhạy cảm phận chuyển đổi Lúc chuyển đổi nhận tín hiệu chuyển đổi thành tín hiệu điện Các tín hiệu điện xử lý phần mềm chuyên biệt cho kết hiển thị hình Chúng ta dựa kết hiển thị thu hình để đánh giá khả làm việc cảm biến 1.2 Giới thiệu cảm biến điện hóa xác định glucose 1.2.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến điện hóa xác định Glucose Cảm biến điện hóa glucose định nghĩa thiết bị có khả chuyển xác định nồng độ glucose thơng qua tín hiệu điện đo đạc, định lượng, thường điện dịng điện Q trình oxi hóa điện hóa glucose với hỗ trợ enzyme mô tả sau: Glucose + O2 ⎯ Axit Gluconic + H2O2 H2O2 → 2H+ + O2 + 2e1.2.2 Các hệ cảm biến điện hóa glucose Theo dịng phát triển cảm biến sinh học sinh học điện hóa glucose dựa chế enzyme phát triển qua ba hệ với hệ vừa mô tả Mặc dù hệ cảm biến điện hóa có chọn lọc cao glucose chế phát lại phụ thuộc lớn vào nồng độ oxi mẫu phân tích Do vậy, tính xác kết thu bị ảnh hưởng nhiều độ hòa tan oxi mẫu phân tích Để vượt qua hạn chế này, hệ cảm biến điện hóa glucose thứ phát triển dựa việc thay oxi chất oxi hóa-khử trung gian có khả vận chuyển electron từ enzyme GOx tới bề mặt điện cực Tiếp đến, hệ cảm biến điện hóa glucose thứ phát triển dựa trình chuyển dịch điện tích trực tiếp enzyme GOx bề mặt điện cực mà không cần chất trung gian oxi Mặc dù thệ cảm biến điện hóa glucose thứ thứ cải thiện đáng kể tính xác phép đo, nhiên, vấn đề tồn hệ cảm biến nằm tính bền enzyme GOx trình chế tạo, lưu trữ sử dụng Đây vấn đề mà hệ cảm biến điện hóa glucose thứ phát triển với việc không sử dụng enzyme 1.3 Tổng quan vật liệu phát triển cho ứng dụng cảm biến điện hóa glucose 1.3.1 Vật liệu cho cảm biến điện hóa glucose sử dụng enzyme Gần vật liệu tiên tiến kích thước nano sử dụng nhiều để phát triển cảm biến sinh học glucose, giúp nâng cao độ nhạy tín hiệu phát cảm biến Những cải tiến chủ yếu tập trung nâng cao diện tích bề mặt, cải thiện khả cố định tải enzyme, tăng cường tốc độ vận chuyển điện tử từ trung tâm hoạt động oxy hóa khử enzyme đến bề mặt điện cực Những vật liệu bao gồm vật liệu nano, vật liệu có cấu trúc nano kim loại, oxit kim loại, sulfide kim loại, polyme dẫn, ống nano bon, graphene 1.3.2 Vật liệu cho cảm biến điện hóa glucose khơng sử dụng enzyme Cảm biến điện hóa glucose khơng sử dụng enzyme xem hướng triển vọng giúp hạn chế nhược điểm cảm biến điện hóa glucose sử dụng enzyme như: giá thành cao, bền trình bảo quản, sử dụng Những vấn đề gặp phải cần giải hệ cảm biến không sử dụng enzyme bao gồm: (1)- Độ nhạy glucose bị giới hạn tốc độ oxi hóa glucose bề mặt điện cực thấp; (2)- Độ chọn lọc thấp vài loại đường bị oxi hóa khoảng điện tương tự glucose; (3)- Hoạt động điện cực bị tác động (suy giảm) ảnh hưởng ion tạp, chủ yếu ion clorua Những nhược điểm độ nhạy độ chọn lọc tìm cách khắc phục thơng qua việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu có cấu trúc nano, ảnh hưởng ion tạp chất khắc phục thơng qua việc thay đổi pH môi trường 1.4 Tổng quan kim loại chuyển tiếp dichalcogenides - MoS2 1.4.1 Cấu trúc tinh thể MoS2 có cấu trúc phân lớp, nguyên tử molypden bao quanh sáu nguyên tử lưu huỳnh để tạo thành ngăn xếp S-Mo-S MoS2 dạng đơn lớp , liên kết Mo-S liên kết cộng hóa trị hình thành obitan 4𝑑 nguyên tử Mo 2pz nguyên tử S Ở dạng khối, MoS2 màu xám bạc có cấu trúc đa lớp hình thành đơn lớp xếp chồng lên nhau, liên kết với lực Van der Waals yếu có cấu trúc tương tự graphene 1.4.2 Đặc điểm cấu trúc điện tử MoS2 nghiên cứu cho ứng dụng thiết bị linh kiện bán dẫn đặc tính đặc biệt chuyển đổi từ vùng cấm xiên sang vùng cấm thẳng kích thước nano Việc điều khiển thay đổi khoảng cách đặc điểm vùng cấm nội cho phép điện tử có bước nhảy dễ dàng graphene Vì MoS2 trở thành vật liệu nghiên cứu rộng rãi Hơn nữa, tùy thuộc vào chất pha tạp mà MoS2 tạo vật liệu bán dẫn loại n loại p Kết luận: Ở chương trình bầy tổng quan cảm biết sinh học điện hóa xác định nồng độ glucose tổng quan vật kim loại chuyển tiếp có cấu trúc chiều MoS2 mô tả đầy đủ từ đặc điểm cấu trúc tinh thể đến phân tích cấu trúc điện tử vật liệu Chương CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu MoS2 phương pháp thủy nhiệt Quy trình tổng hợp MoS2 NP, MoS2 NF MoS2 NPL minh họa sơ đồ 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp MoS2 NP, MoS2 NF MoS2 NPL 2.2 Quy trình chế tạo vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2 2.3 Chế tạo cảm biến glucose sử dụng enzyme GOx sở vật liệu: MoS2 NP (dạng hạt), MoS2 NF (hình hoa), MoS2 NPL (dạng vảy) Phân tán MoS2 dung môi để giảm thiểu khả bong tróc vật liệu nhỏ phủ lên bề mặt điện cực GCE Cụ thể, mg MoS2 (dạng hạt, hình hoa, dạng vảy) phân tán ml axeton siêu âm nhiệt độ phòng 10 μL dung dịch MoS2 (với dạng khác nhau) phân tán nhỏ lên điệc cực GCE sấy khô tự nhiên qua đêm khơng khí nhiệt độ phịng 2.4 Chế tạo điện cực biến đổi với vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2 không sử dụng enzyme mg bột MoS2 AgNP/MoS2 phân tán ml axeton rung siêu âm Tiếp đó, 10 µL hệ phân tán axeton nhỏ lên điện cực Pt (đường kính 3mm) phương pháp drop-casting Điện cực sau phủ để khô qua đêm nhiệt độ phòng 2.5 Các phương pháp đặc trưng - Phương pháp nhiễu xạ tia X - Hiển vi điện tử quét phát xạ trường - Phổ tán xạ lượng tia X - Phổ Raman - Phổ hồng ngoại - Phương pháp điện hóa Chương PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN ENZYME PHÁT HIỆN GLUCOSE NỀN VẬT LIỆU MoS2 3.1 Đặc trưng vật liệu MoS2 3.1.1 Đặc trưng hình thái Đặc trưng hình thái bề mặt vật liệu MoS2 sau tổng hợp kiểm tra thiết bị kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FE-SEM) trình bày hình 3.1, hình 3.2, hình 3.3, hình 3.4, hình 3.5 hình 3.6 Hình 3.1 hình 3.2 ảnh FE-SEM vật liệu MoS2 dạng hạt, đặc biệt hình 3.2 tăng nhiệt độ thủy nhiệt kích thước hạt có xu hướng tăng lên từ 200 nm đến 400 nm Hình 3.3 hình 3.4 ảnh FESEM vật liệu MoS2 dạng hoa Khi tăng nhiệt độ tổng hợp cấu trúc hình hoa rõ nét thể hình 3.4 Hình 3.5 hình 3.6 ảnh FE-SEM vật liệu MoS2 dạng vẩy, quan sát kỹ thấy rằng, tỉ lệ S/Mo = 1/1, vảy tạo có nhiều hình dạng Dạng vảy trịn chiếm ưu tỉ lệ S/Mo = 2/1 Khi tăng tỉ lệ S/Mo = 3/1 4/1, xuất vảy có hình dạng góc cạnh Hình 3.1 Ảnh FE-SEM MoS2 NP tổng hợp nhiệt độ 200 °C 15 tỷ lệ mol S/Mo 2/1 Trong đó: (a, b) độ phóng đại cao hình ảnh FE-SEM mẫu MoS2 NP Hình 3.2 Ảnh FE-SEM mẫu MoS2 NP tổng hơp nhiệt độ khác nhau, 15giờ (a) 200 oC, (b) 250 oC, (c) 300 oC, (d) 350 o C Hình 3.3 Ảnh FE-SEM MoS2 NPLs tổng hợp 350 ° C 24 Trong đó: (a, b) độ phóng đại cao hình ảnh FE-SEM MoS2 NPLs Hình 3.5 Ảnh FE-SEM MoS2 NPLs tổng hợp 350 °C 24 Trong đó: (a, b) độ phóng đại cao hình ảnh FE-SEM MoS2 NPLs Hình 3.6 Ảnh FE-SEM mẫu MoS2-NPL tổng hợp 350 0C 24 với thay đổi tỷ lệ S/MO, (a) S/Mo = 1:1, (b) S/Mo = 2:1, (c) S/Mo = 3:1, (d) S/Mo = 4:1 Hình 3.4 Ảnh FE-SEM MoS2 NFs tổng hợp 220 °C với khoảng thời gian khác (a) 15 giờ, (b) 17 giờ, [(c), (c’)] 20 [(d), (d’)] 25 giờ.độ phóng đại cao hình ảnh FE-SEM mẫu MoS2 NP 3.1.2 Đặc trưng cấu trúc vật liệu Hình 3.7 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu MoS2 có hình dạng khác nhau, đỉnh nhiễu xạ khác vật liệu hiển thị nằm khoảng từ 10° đến 70° Như quan sát (Hình 2.5), đỉnh nhiễu xạ 2θ 14,2°; 33°; 39,9°; 59,1° 62,1° tương ứng với mặt tinh thể (002), (100), (103), (110) ( 008) mặt phẳng pha lục giác MoS2 đỉnh nhiễu xạ tiêu chuẩn (2H-MoS2, a = b = 0.316 nm, c = 1.230 nm, JCPDS số 371492) Hình 3.7 Phổ XRD (a) MoS2 NPs, (b) MoS2 NFs, (c) MoS2 NPLs 3.2 Phát triển cảm biến sinh học glucose sở vật liệu MoS2 a) Đặc trưng cảm biến glucose Để phát glucose dải nồng độ, sử dụng hệ điện cực GCE/MoS2/GOx, phương pháp áp dụng kỹ thuật CA Hệ điện hóa lựa chọn phù hợp gồm bình điện phân chứa mL dung dịch PBS 50 mM, điện áp vào điện cực lựa chọn tối ưu Sau cường độ dòng đạt ổn định 100 μL dung dịch glucose 50 mM thêm từ từ vào bình dung dịch điện hóa Các phép đo điện hóa thực để xác định đặc điểm tất điện cực biến tính MoS2 Các phép đo CV khảo sát khoảng điện từ −0,1 V đến 1,0 V dung dịch đệm chứa đầu dị oxy hóa khử mM [Fe (CN) 6]3-/4- tốc độ quét 100 mV/s minh họa Hình 2.6(A-C) Hình 2.6A-C [a, b] hiển thị C-V điện cực trần (đường màu đỏ-a) điện cực biến tính MoS2/GCE (đường màu đen-b) Đỉnh cường độ dịng điện cực MoS2 NPs/GCE (Hình 2.6A[b]), điện cực MoS2 NFs/GCE (hình 2.6B[b]) MoS2 NPLs/GCE (hình 2.6C[b]) 2.72 μA, 3.55 μA 5.12 μA thấp so với điện cực trần (hình 2.11A-C[a])là 6.82 μA Khi GOx cố định điện cực biến tính MoS2, mật độ dịng điện đỉnh MoS2 NP/GCE Hình 2.6A [c]) 1.33 μA, MoS2 NF/GCE Hình 2.6B [c]) 1.95 μA, MoS2 NPL/GCE Hình 2.11C [c]) 2.72 μA giảm đáng kể đặc tính khơng dẫn điện enzyme ngăn cản chuyển điện tử cặp oxi hóa khử Hình 3.8 (A) Đường CV điện cực biến tính MoS2: (a) điện cực trần, (b) MoS2/điện cực, (c) GOx/MoS2/điện cực, (d) phát glucose mM (B) Đáp ứng điện cực biến đổi MoS2 phụ thuộc vào nồng độ glucose từ 2,0 mM đến 10 mM dung dịch PBS b) Độ chọn lọc, độ lặp lại độ ổn định cảm biến glucose sở MoS2 Độ lặp lại cảm biến sinh học dựa MoS2 đánh giá cách đo phản ứng dịng oxy hóa dung dịch glucose 10 cảm biến sinh học khác trình bày Hình 3.9(a) Độ lệch chuẩn tương đối cảm biến sinh học dựa MoS2 NPs, MoS2 NFs, and MoS2 NPLs tương ứng 3.08%, 2.28%, 3.53% Hình 3.9 (a) Độ tái lập với 10 điện cực độc lập, (b) tính đặc hiệu có nhiễu NaOH 0,1 M, (c) độ ổn định sau tuần bảo quản ° C cảm biến sinh học glucose dựa MoS có cấu trúc khác Độ chọn lọc cảm biến sinh học kiểm tra cách sử dụng axit ascorbic cholesterol thay glucose Hình 3.9(b) Khi mẫu thử nghiệm axit ascorbic, đáp ứng dịng oxy hóa 1,7% (MoS2 NPs), 2,54% (MoS2 NFs 2.26% (MoS2 NPLs) so với phản ứng mẫu glucose Hình 2.7(c) kết tín hiệu cảm biến sinh học phát triển sở vật liệu MoS NPs, MoS2 NFs and MoS2 NPL-giảm tín hiệu đầu 20,7%, 19,1% 17,3 % tuần thứ Kết luận: Trong chương này, nghiên cứu sinh tập trung nghiên cứu chế tạo thành công MoS2 hình dạng cấu trúc MoS2 khác (cấu trúc dạng hạt, cấu trúc dạng hoa, cấu trúc dạng vảy) phương pháp thủy nhiệt Các mẫu chế tạo xác định đặc trưng hình thái bề mặt, cấu trúc tính chất kĩ thuật khác XRD, SEM hay Raman điện hóa Vật liệu sau tổng hợp ứng dụng để chế tạo cảm biến xác định nồng độ glucose Kết cho thấy độ nhạy cảm biến đạt 64,0; 68,7 77,6 μAmM− cm− tương ứng với cấu trúc vật liệu MoS2 dạng dạng hạt, dạng hoa dạng vảy Ngoài ra, thông số ảnh hưởng pH, nhiệt độ, nồng độ glucose oxidase (GOx) độ lặp lại, đặc hiệu ổn định cảm biến sinh học glucose với hình thái MoS2 khác được nghiên cứu Kết nghiên cứu tiềm ứng dụng cảm biến glucose điều kiện thực tế Chương CẢM BIẾN GLUCOSE KHÔNG ENZYME TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT AgNP/MoS2 4.1 Vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2 4.2.1 Đặc trưng hình thái cấu trúc Hình 4.1a hình 4.1b ảnh hình thái học hệ vật liệu AgNP/MoS2 đặc trưng phương pháp hiển vi điện tử quét (FE-SEM), cho thấy hạt MoS2 có cấu trúc hình hoa, đường kính trung bình hạt MoS2 nằm khoảng micromet độ dày cánh hoa khoảng vài nanomet 10 Các hạt nano Ag có dạng hình cầu với đường kính khoảng 50 nm phân bố bề mặt hạt MoS2 Phương pháp tán xạ lượng tia X (EDX) sử dụng để đặc trưng thành phần hệ vật liệu AgNPs/MoS2 Hình 4.1c cho thấy thành phần nguyên tử nguyên tố Mo; S Ag tương ứng 23,50; 56,42 20,08 Kết cho thấy hạt nano Ag lai hóa thành cơng lên hạt MoS2 hình hoa Hình 4.1d mơ tả giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật AgNP/MoS2-MF liệu lai Những đỉnh nhiễu xạ góc 2θ = 14,50o; 31,75o 58,40o tương ứng với mặt tinh thể (002), (100) (110) MoS2 (JCPDS No.371492) Các đỉnh nhiễu xạ góc 2 = 38,90o; 46.38o 50.50o tương ứng với mặt tinh thể (111), (200) (142) hạt nano Ag (JCPDS No.040783) Kết cho thấy rằng, hạt nano Ag tổng hợp thành cơng vật liệu MoS2 Hình 4.1 Ảnh FE-SEM (a) (b), (c) Phổ EDX, (d) giản đồ XRD vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2 4.2.2 Đặc trưng điện hóa điện cực PtE, MoS2/PtE AgNP/MoS2/PtE Hình 4.2(a-d) cho thấy đặc trưng điện hóa (CV) điện cực PtE, MoS2-MF/PtE, AgNP/MoS2MF/PtE dung dịch NaOH có chứa (Fe[CN]6)3−/4− khoảng điện 0,0–0,9 V Cặp đỉnh oxi hóa-khử xác định điện cực PtE −1,39 and 2.2 μA (Hình 4.2a) đặc tính oxy hóa-khử (Fe[CN]6)3−/4− Cường độ dịng đỉnh điện cực MoS2/PtE (−1,27 2,0 μA, Hình 4.2b) giảm so với cường độ dòng đỉnh điện cực PtE tính dẫn điện vật liệu MoS2 hình hoa lắng đọng bề mặt điện cực làm suy giảm q trình chuyển electron Những đường đặc tính CV điện cực MoS2/PtE AgNP/MoS2/PtE tốc độ quét khoảng 10–100 mV s−1 nghiên cứu để xác thực diện tích bề mặt hoạt động điện hóa điện cực hình 4.3(a-c) Giá trị S điện cực MoS2-MF/PtE tính 0,296 cm2, đó, giá trị S điện cực AgNP/MoS2-MF/PtE tính 0,436 cm2 Bởi vậy, điện cực AgNP/MoS2/PtE có cường độ dòng đỉnh cao so với điện cực MoS2/PtE 11 Hình 4.2 Đường đặc tính CV điện cực (a) PtE, (b) MoS2/PtE, (c) AgNP/MoS2/PtE, (d) điện cực dung dịch NaOH tốc độ quét 100mV s−1 Hình 4.3 Đường đặc tính CV điện cực (a) MoS2MF/PtE (c) AgNP/MoS2/PtE tốc độ quét khác (10–100 mV s−1) dung dịch NaOH Sự phụ thuộc dịng oxy hóa theo tốc độ quét điện cực (b) MoS2/PtE (d) AgNP/MoS2/PtE 4.2.3 Đặc trưng điện hóa cảm biến glucose không sử dụng enzyme sở PtE, MoS2/PtE AgNP/MoS2/PtE Những đặc trưng điện hóa điện cực khảo sát để đánh giá hoạt tính xúc tác điện hóa hệ vật liệu nanocomposit trình oxi hóa glucose Hình 4.4 (a–d) minh họa đường đặc tính CV điện cực PtE, MoS2/PtE, AgNP/PtE, AgNP/MoS2/PtE dung dịch NaOH có khơng có 3,0 mM glucose khoảng 0,0-0,9V Hình 4.4a 4.4b cho thấy đỉnh oxi hóa khử 0,5V cho đặc trưng điện hóa (Fe[CN]6)3−/4− NaOH điện cực PtE MoS2/PtE Đỉnh oxihóa khử không bị thay đổi giá trị cường độ dòng dung dịch cho thêm glucose Kết cho thấy điện cực PtE MoS2/PtE khơng có hoạt tính xúc tác điện hóa cho q trình oxy hóa glucose Trong đó, Hình 448c điện cực AgNP/PtE dễ dàng quan sát thấy thay đổi tính hiệu dịng đỉnh 0,5V, tín hiệu tăng từ 5,7 μA (đường màu đen, khơng có glucose dung dịch) đến giá trị 6,8 µA (đường màu đỏ, có glucose dung dịch, điều chứng minh hoạt tính xúc tác điện hóa hạt nano Ag q trình oxi hóa glucose thể hiện, nhiên, độ tăng cường độ tín hiệu dịng đỉnh đạt 1,2 lần Hình 4.4d so sánh tín hiệu đo điện cực làm việc AgNP/MoS2/PtE dung dịch NaOH chứa chứa Fe[CN]6)3−/4− có khơng có 3,0 mM glucose Quan sát thấy cường độ dịng oxy hóa đạt 29,8 μA đo điện cực AgNP/MoS2/PtE cao gấp lần so với tín hiệu đo điện cực MoS2/PtE (Hình 4.4b) 12 Hình 4.1 Đường đặc tính CV điện cực khác (a) PtE, (b) MoS2/PtE, (c) AgNP/PtE, (d) AgNP/MoS2/PtE dung dịch NaOH chứa Fe[CN]6)3−/4− với trường hợp có khơng có 3,0 mM glucose với điện cực, tốc độ quét 100 mV s−1 4.2.4 Độ chọn lọc, độ bền, độ tái lập độ lặp lại cảm biến glucose sở AgNP/MoS2/PtE Độ chọn lọc cảm biến khả xác định chất phân tích cụ thể mẫu gồm nhiều chất khác Thách thức việc sử dụng cảm biến glucose không sử dụng enzyme oxy hóa dễ dàng chất tồn với glucose máu, ví dụ như: UAC, LAA APH Nồng độ thông thường glucose máu khoảng 4,0–7,0 mM cao nồng độ LAA (0,125 mM), UAC (0,33 mM), APH (0,13 mM) Do vậy, nghiên cứu này, độ chọn lọc điện cực AgNP/MoS2-MF/PtE đánh giá thông qua việc phát 4,0 mM dung dịch NaOH chứa 0,12 mM LAA, 0,3 mM UAC, 0,12 mM APH Hình 4.5a cho thấy đáp ứng điện cực AgNP/MoS2-MF/PtE LAA, UAC APH không đáng kể, đáp ứng điện cực glucose thể rõ nét 13 Độ bền thông số quan trọng khác để đánh giá hoạt động cảm biến glucose Độ bền điện cực AgNP/MoS2/PtE nghiên cứu thông qua việc thu thập liệu đường đặc tính CV dung dịch NaOH sau điện cực lưu trữ tủ lạnh 30 ngày Hình 4.5b cho thấy khơng có suy giảm đáng kể dịng đáp ứng sau 15 ngày (97,14%) Sau đó, dịng đáp ứng bị giảm dần 83,87%, 71,42%, and 28,57 % so với giá trị ban đầu sau 20, 25, 30 ngày Độ tái lập khả cảm biến tạo đáp ứng Độ tái lập cảm biến AgNPs/MoS2/PtE khảo sát thông qua việc đo đạc đáp ứng 10 điện cực Hình 4.5 (a) Nghiên cứu tác động chất dung dịch chứa 4,0 mM glucose (Glu), 0,12 mM L-ascorbic acid (LAA), 0,3 mM uric acid (UAC), 0,12 mM acetamidophenol (APH) (b) Độ bền điện cực AgNPs/MoS2/PtE trình phát glucose (c) Độ tái lập (d) độ lặp lại điện cực AgNPs/MoS2/PtE dung dịch NaOH gồm 4,0 mM glucose khác nồng độ glucose 3,0 mM Hình 3.6c cho thấy, độ lệch chuẩn tương đối (RSD) 1,45% Đây giá trị chấp nhận cảm biến Độ lặp lại cảm biến AgNPs/MoS2-MF/PtE xác định thông qua việc đo đạc dòng điện sinh lần hoạt động Hình 6d cho thấy, độ lặp lại thu cao 97% cho thấy cảm biến chế tạo có độ lặp lại cao Kết luận: - Đã chế tạo thành công vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2 sở lai hóa hạt nano Ag với vật liệu MoS2 dạng hình hoa - Đã nghiên cứu đặc trưng điện hóa điện cực platin phủ vật liệu MoS2 (điện cực MoS2/PtE), AgNP/MoS2 (điện cực AgNP/MoS2/PtE) Kết cho thấy, cường độ dòng đỉnh điện cực AgNP/MoS2/PtE (2,6 μA) cao so với cường độ dòng đỉnh điện cực MoS2/PtE (2,0 μA) Kết tính tốn giá trị ESA dựa theo phương trình Randles-Sevcik cho thấy rằng, giá trị ESA điện cực MoS2/PtE 0,296 cm2 thấp so với giá trị ESA điện cực AgNP/MoS2/PtE 0,436 cm2 - Đã nghiên cứu đặc trưng điện hóa cảm biến glucose không sử dụng enzyme sở vật liệu MoS2, AgNP/MoS2 Cảm biến có khoảng tuyến tính khoảng nồng độ glucose từ 1,0 đến 15,0 mM, giới hạn phát LOD đạt ~1 mM độ nhạy đạt 46,5 µA nM−1 cm−2 Độ chọn lọc cảm biến đánh giá tốt nghiên cứu sở so sánh tín hiệu glucose dung dịch bao gồm chất LAA (0.125 mM), UAC (0.33 mM), APH 14 (0.13 mM) Các số độ ổn định, độ chọn lọc, độ lặp lại khả tái sử dụng cảm biến khảo sát - - Ngoài ra, cảm biến glucose không sử dụng enzyme sở AgNP/MoS2/PtE ứng dụng để phân tích nồng độ glucose thực tế Kết thu tương đương với kết đo từ thiết bị đo thương mại hoá Những kết đạt cho thấy, cảm biến sở AgNP/MoS2/PtE có tiềm lớn để ứng dụng xác định nồng độ glucose điều kiện thực tế CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ CẢM BIẾN CẦM TAY NHẰM XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ GLUCOSE Trong chương này, trình bày từ nghiên cứu phương pháp điện hóa làm sở để phát triển hệ điện hoá dựa tảng chip vi điều khiển ARM Cortex M3 32 bit để định lượng xác H2O2 Thiết bị có khả đo với kỹ thuật dòng – thời gian (chronoamperometry - CA) kỹ thuật - vịng cịn gọi – tuần hồn (cyclic voltammetry – CV) 5.1 Thiết kế phần cứng Qua trình nghiên cứu, khảo sát nghiên cứu sinh định lựa chọn chíp ADuCM355 hãng Analog Devices để phát triển phần thiết bị điện tử (potentiostat) cho thiết bị điện hóa cầm tay ADuCM355 chíp tích hợp đa chức hãng Analog Devices phát triển cho cảm biến sinh học cảm biến sinh học điện hóa (Hình 5.1) ADuCM355 sở vi xử lý Arm Cortex M3 với khả đo dịng, đo áp đo trở kháng ADuCM355 có chuyển đổi tương tự số (ADC) 16 bít với tốc độ lấy mẫu 400 kSPS tích hợp lọc Hình 5.1 Sơ đồ khối chíp ADuCM355 antialias khuếch đại thiết lập hệ số khuếch đại Chíp gồm đầu vào dịng điện tích hợp khuếch đại trở kháng TIA với hệ số khuếch đại giá trị điện trở thiết lập phần mềm phù hợp cho việc đo lường loại cảm biến khác Hai lọc công suất thấp thiết kế cho việc tạo trùy điện áp phân cực điện cực cảm biến 15 5.2 Thiết kế khối xử lý trung tâm, khối tạo áp khối đo dịng Hình 5.2 Sơ đồ ngun lý chức khối xử lý trung tâm, khối tạo áp, khối đo dịng sở chíp ADuCM355 Với việc lựa chọn chíp ADuCM355 nghiên cứu sinh tích hợp khối xử lý trung tâm, khối tạo áp khối đo dịng potentiostat chíp Hình 5.5 mơ tả sơ đồ nguyên lý hệ điện hoá dùng chíp ADuCM355 Trong chíp ADuCM355 thực hai chức tải điện áp điện cực đối (CE), đo dòng điện từ điện cực làm việc WE 5.3 Thiết kế khối điện cực Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý khối điện cực Hình 5.4 Sơ đồ ngun lý khối truyền potentiostat thơng potentiostat Hình 5.3 sơ đồ nguyên lý khối điện cực potentiostat sở hệ đo điện hóa điện cực Để đảm bảo đặc tính hoặt động ổn định xác hệ việc loại bỏ can nhiễu loại bỏ ảnh 16 hưởng điện tử dư/ký sinh bề mặt điện cực quan trọng Trong thiết kế mạch lọc LC thiết kế điện cực cảm biến mạch khử điện tử dư/ký sinh điện cực WE RE thực qua JFET kênh P (MMBFJ270) Với thiết kế cho phép thiết bị kết nối vưới điện cực rời điện cục in 5.4 Thiết kế khối truyền thông Chức khối truyền thông cho phép kết nối potentiostat với máy tính thiết bị di động cho mục đích: thiết lập hoạt động potentiostat, thị trạng thái hoạt động kết phép đo potentiostat Hình 5.4 thiết kế khối truyền thông cho potentiostat Trong thiết kế nghiên cứu sinh sử dụng chip CH340 phép thiết bị kết nối với máy tính dây qua cổng USB, sử dụng module Bluetooth HC05 cho phép potentiostat kết nối khơng dây với thiết bị di động 5.5 Thiết kế khối nguồn Khối nguồn potentiostat nghiên cứu sinh thiết kế cho thiết bị cấp nguồn linh động Hình 5.5 IC nguồn LP2985-33DBVT sử dụng thiết kế khối nguồn, thiết kế cho phép nguồn vào thiết bị khoảng 3.3VDV tới 16VDC Phần cầu nối potentiostat sử dụng cổng USB TYPE C, cổng vừa giao diện cho phép cấp nguồn vừa giao diện cho phép truyền thông tới máy tính Với thiêt kế thiết bị sử dụng cáp USB TYPE C để cấp nguồn từ máy tính, từ adapter, thiết bị nguồn dự phịng cách linh động Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn potentiostat 5.6 Thiết kế mạch in (PCB) 17 Thiết kế mạch in (PCB) potentiostat thực phần mềm Altium Designer Việc tối ưu kích thước potentiostat tối ưu kích thước mạch in Việc tối ưu kích thước ngồi việc lựa chọn IC có độ tích hợp cao linh kiện có kích thước nhỏ trình bày phần thiết kế ngun lý cịn phải sếp tối ưu hóa đường liên kết (đi dây) linh kiện Nghiên cứu sinh thực thiết kế mạch in lớp cho potentiostat hình 5.5 để tối giản kích thước 5.7 Kết thảo luận Hình 5.5 Thiết kế mạch inh potentiostat (a) (b) Hình 5.6 Đặc trưng phép đo CV Đặc trưng CV hệ điện hoá dựa ARM Cortex M3 nghiên cứu giới hạn điện quét từ - 0,5 V đến 1,0 V Sau đó, tín hiệu so sánh với tín hiệu đo từ hệ PalmSen4 mơ tả hình 5.6a Kết đạt cho thấy, hình dạng đường CV thu hệ điện hoá chế tạo dựa chip ARM Cortex M3 (đường màu xanh lam) tương tự tín hiệu đo từ máy PalmSen4 với tốc độ quét 0,08v/s Lần quét thứ hai nghiên cứu cho kết tương đồng (đường màu đen) Mối quan hệ dòng điện bậc hai tốc độ quét nghiên cứu biểu diễn hình 5.6b 18 Kết đạt chứng minh hệ điện hoá sử dụng chip AduCM355 đáp ứng tốt với chế độ đo CV Trên sở đó, hệ đo sử dụng để xác định nồng độ H2O2 Để đo nồng độ H2O2, đặc trưng đo CA hệ điện hoá sử dụng, sau kết so sánh với hệ PalmSen4 biểu diễn hình 5.7 Đặc trưng mối quan hệ dòng điện nồng độ H2O2 đo hệ điện hố sở chíp ARM Cortex M3 tuyến tính với độ nhạy đạt Hình 5.7 Đường đặc tuyến phát hiệu H2O2 máy Pamlsens4 thiết bị sơ chíp ADuCM355 0,6412 μA /mM Kết luận: - Hệ điên hoá sở sử dụng chíp tích hợp AduCM355 nghiên cứu phát triển để định lượng H2O2 - Hệ điện hoá phát triển cho kết đo nồng độ H2O2 phù hợp với kết đo hệ Palmsen4 thương mại hoá với độ nhạy đạt 0,6412 μA/mM KẾT LUẬN CHUNG Các nghiên cứu luận án thực cách hệ thống, với kết đạt sau: Đã tổng hợp vật liệu nano MoS2 ba dạng hình dạng cấu trúc khác (cấu trúc dạng hạt, cấu trúc dạng hoa, cấu trúc dạng vảy) phương pháp thủy nhiệt Phát triển cảm biến sinh học emzyme phát glucose sở dạng cấu trúc MoS2 Độ nhạy cảm biến chế tạo 64, 68,7 77,6 μAmM− 1cm− tương ứng với vật liệu MoS2 chế tạo cấu trúc dạng hạt, dạng hoa dạng vảy Giới hạn phát (LOD) cảm biến cỡ 0,081 mM Ngoài ra, yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động cảm biến pH, nhiệt độ, nồng độ glucose oxidase (GOx), độ lặp lại, độ đặc hiệu độ ổn định cảm biến sinh học glucose được nghiên cứu Đã chế tạo vật liệu nanocomposite AgNP/MoS2 phương pháp hóa học Phát triển cảm biến sở vật liệu nanocomposit AgNP/MoS2không sử dụng emzyme để phát nồng độ glucose Cảm biến chế tạo có giới hạn phát tuyến tính khoảng từ 1,0 đến 15,0 mM, giới hạn phát LOD đạt ~1 mM độ nhạy đạt 46,5 µA nM−1 cm−2 Các số độ ổn định, độ chọn lọc, độ lặp lại khả tái sử dụng cảm biến khảo sát Ngoài ra, cảm biến glucose không sử dụng enzyme sở AgNP/MoS2 ứng 19 dụng để phân tích nồng độ glucose thực tế Kết thu tương đương với kết đo từ thiết bị đo thương mại hoá Đã thiết kế, chế tạo thiết bị cầm tay xác định nồng độ glucose sở sử dụng chíp AduCM355 Hệ thống xây dựng dựa tảng lõi ARM Cortex M3 32 bit với mã nguồn mở mã thương mại Hệ điện hoá phát triển cho kết đo nồng độ H 2O2 phù hợp với kết đo hệ Palmsen4 thương mại hoá với độ nhạy đạt 0,6412 μA /mM 20 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Đặng Thị Thúy Ngân, Đinh Văn Tuấn, Nguyễn Thị Thuỷ, Nguyễn Thị Nguyệt, Vu Van Thu, Dương Anh Tuấn, Vuong Pham Hung, Phuong Dinh Tam, (2019), “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MoS2”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2019, Trang 640-644, ISBN: 978-604-98-7506-9 Dinh Van Tuan, Dang Thi Thuy Ngan, Nguyen Thi Thuy, Hoang Lan, Nguyen Thi Nguyet, Vu Van Thu, Vuong Pham Hung, Phuong Dinh Tam, (2020), “Effect of nanostructured MoS2 morphology on the glucose sensing of lectrochemical biosensors”, Current Applied Physics, vol 20 (9) (2020) 1090-1096, ISSN 1567-1739 (SCIE-Q2) Đinh Văn Tuấn*, Đặng Thị Thuý Ngân, Đào Vũ Phương Thảo, Phạm Hùng Vượng, Vũ Văn Thú, Phương Đình Tâm, (2021), “Nghiên cứu phát triển hệ thống tích hợp định lượng H2O2 dựa tảng chíp Arm Cortex M3”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2021, Trang 656-660, ISBN: 978-604-316-839-6 Tuan Dinh Van, Ngan Dang Thi Thuy, Thao Dao Vu Phuong, Nguyet Nguyen Thi, Thuy Nguyen Thi, Thuy Nguyen Phuong, Thu Vu Van, Hung Vuong-Pham, TamPhuong Dinh, (2022), “High-performance nonenzymatic electrochemical glucose biosensor based on AgNPdecorated MoS2 microflowers”, Current Applied Physics, vol 43 (2022)116-123, ISSN 1567-1739 (SCIE-Q2)