Nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ tính phát hiện vi rút cúm gia cầm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ tính phát vi rút cúm gia cầm LUYỆN VĂN NAM Nam.LV212325M@sis.hust.edu.vn Ngành Vật Lý Kĩ Thuật Chữ ký GVHD Giảng viên hướng dẫn: TS Ngụy Phan Tín TS Đỗ Đức Thọ Viện: Vật Lý Kĩ Thuật HÀ NỘI, 05/2023 Lời cảm ơn Lời xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người thầy PGS.TS Trương Thị Ngọc Liên, TS Ngụy Phan Tín TS Đỗ Đức Thọ, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt thời gian qua để tơi hồn thành luận văn Tiếp theo, tơi xin chân thành cảm ơn người anh chị tơi mà tơi vơ u q kính trọng phịng Cơng Nghệ Tích Hợp IT-BT: Thạc sĩ Vũ Thị Oanh, Thạc sĩ Hàn Việt Phương, Thạc sĩ Phạm Thu Thảo, Tiến sĩ Lê Thiên Kim, Tiến sĩ Hoàng Anh Việt bạn Nguyễn Thị Thanh Huyền, người sẵn sàng giúp đỡ trình nghiên cứu, chia sẻ kinh nghiệm kiến thức q báu cho tơi q trình học tập làm việc Cuối xin gửi lời u thương tới gia đình tơi bên cạnh tôi, động viên cổ vũ, cho đầy đủ điều kiện mặt để tơi hồn thành q trình học tập nghiên cứu vừa qua Xin trân trọng cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Nội dung luận văn nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ tính ứng dụng phát vi rút cúm gia cầm Việc thay đổi tỷ lệ tiền chất ban đầu (tỷ lệ Urê:Fe3+) ảnh hưởng đến hình thành hạt nano từ Fe3O4 cụ thể hạt sau tổng hợp có dạng hình cầu với dải kích thước khác nhau, từ độ bão hòa cao khoảng 70-80 emu/g Cấu trúc tinh thể, hình thái, tính chất từ hạt nano Fe3O4 trước sau bọc vàng khảo sát phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), từ kế mẫu rung (VSM) Các kết việc bọc Au cho hạt nano từ tính thành cơng Bên cạnh đó, tác giả nghiên cứu quy trình gắn kháng thể lên hạt nano từ bọc vàng quy trình trải kháng thể bắt giữ lên màng nitrocellulose Việc lắp ráp que thử hoàn chỉnh khảo sát hoạt động que thử sắc ký miễn dịch thực Dựa vào tính chất quang hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano vàng, tác giả nhóm nghiên cứu khảo sát hiệu ứng quang nhiệt hạt nano từ bọc vàng nguồn laser kích thích bước sóng khác tích hợp với camera ảnh nhiệt điện thoại smart phone Kết khảo sát cho thấy hiệu ứng quang nhiệt tăng cường bước sóng 808 nm Ngồi ra, điều kiện kích thích hiệu ứng quang nhiệt hạt nano từ bọc vàng tốt hạt nano vàng HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ LFIA 1.1.1 Cơng nghệ sắc ký miễn dịch dịng chảy bên LFIA 1.1.2 Ứng dụng que thử sắc ký miễn dịch phát vi rút, vi khuẩn 1.1.3 Ưu nhược điểm công nghệ LFIA truyền thống 1.2 Vật liệu từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au 1.2.1 Vật liệu nano từ Fe3O4-hình thái, cấu trúc tính chất từ 1.2.2 Hiệu ứng quang nhiệt vật liệu nano từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au 1.2.3 Ứng dụng vật liệu từ cấu trúc lõi vỏ cảm biến sinh học 11 1.3 Các phương pháp phân tích tính chất đặc trưng vật liệu 15 1.3.1 Hiển vi điện tử quét kết hợp phổ tán sắc lượng tia X 15 1.3.2 Nhiễu xạ tia X 16 1.3.3 Phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM) 19 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 22 2.1 Hóa chất vật tư thiết bị 22 2.1.1 Hóa chất 22 2.1.2 Vật tự, thiết bị 22 2.2 Quy trình cơng nghệ 22 2.2.1 Tổng hợp hạt nano Fe3O4 phương pháp phân hủy nhiệt 22 2.2.2 Bọc vỏ Au cho hạt nano từ Fe3O4 23 2.2.3 Quy trình chế tạo que thử sắc ký miễn dịch 24 2.3 Các phương pháp phân tích tính chất từ, nhiệt vật liệu nano từ Fe3O4 trước sau bọc vỏ Au 26 2.3.1 Phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM ) 26 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM kết hợp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 27 2.3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 27 2.4 Phương pháp đo hiệu ứng quang nhiệt 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Hạt nano từ Fe3O4 30 3.1.1 Khảo sát hình thái hạt nano từ Fe3O4 30 3.1.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể hạt nano Fe3O4 31 3.1.3 Khảo sát tính chất từ 32 3.2 Hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au 33 3.2.1 Khảo sát hình thái hạt nano Fe3O4@Au 33 3.2.2 Cấu trúc tinh thể hạt nano Fe3O4@Au 36 3.2.3 Khảo sát tính chất từ Fe3O4@Au 37 3.3 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt 38 3.3.1 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt với điều kiện thí nghiệm khác 38 3.3.1 Đo hiệu ứng quang nhiệt hệ laser điều khiển công suất 41 3.4 Ứng dụng chế tạo que thử sắc ký miễn dịch sử dụng hạt nano từ 46 3.4.1 Tối ưu màng nitrocellulose cho hạt Fe3O4@Au 46 3.4.2 Kiểm tra hoạt động que thử hai dải thử nghiệm dải đối chứng 46 3.4.3 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt hạt Fe3O4@Au@Ab que thử sắc ký miễn dịch 47 CHƯƠNG KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc que thử sắc ký miễn dịch điển hình Hình 1.2 Dự đốn kết xét nghiệm LFIA thông qua diện màu sắc hai dải thử nghiệm đối chứng [6] Hình 1.3 Que thử phát vi rút cúm [16] Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể Fe3O4 [19] Hình 1.5 Ơ mạng ferrit lập phương (spinel) [20] Hình 1.6 (a) Đường cong từ trễ vật liệu sắt từ dạng khối (b) đường cong từ hóa vật liệu sắt từ dạng siêu thuật từ [21] Hình 1.7 Các cấu trúc siêu thuận từ, đơn đa đơmen vật liệu sắt từ theo kích thước [21] Hình 1.8 Nguyên lý MRI vai trò hạt nano từ làm chất tăng độ tương phản ảnh [41] 12 Hình 1.9 Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính điều trị khối u ung thư [43] 13 Hình 1.10 10 Cơ chế mang thuốc hướng đích từ trường ngồi [21] 14 Hình 1.11 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét [50] 16 Hình 1.12 Nhiễu xạ tia X mặt phẳng nguyên tử (A-A’ B-B’) [50] 17 Hình 1.13 Nhiễu xạ kế tia X D ADVANCE (tấm chắn tia X bỏ ra) hãng Brucker (Đức) sản xuất [50] 18 Hình 1.14 Hình học nhiễu xạ kế tia X [50] 19 Hình 1.15 Hình ảnh hệ VSM đại Viện Khoa học Công nghệ Việt NamHàn Quốc 21 Hình 2.1 Quy trình gắn kháng thể 25 Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế que thử sắc ký miễn dịch hoàn chỉnh 25 Hình 2.3 Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Viện Khoa học Vật Liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam-VAST 26 Hình 2.4 Máy nhiễu xạ tia X X’Pert PRO (PANalytical) phịng thí nghiệm phân tích cấu trúc, viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội 27 Hình 2.5 Hình ảnh hạt nano nhỏ lên màng NC 28 Hình 2.6 Hệ bút laser bước sóng 808 nm tích hợp camera ảnh nhiệt 29 Hình 2.7 Hình ảnh camera nhiệt hãng FLIR 29 Hình 3.1 Ảnh SEM hạt nano Fe3O4 (30:1), Fe3O4 (35:1), Fe3O4 (40:1), Fe3O4 (45:1) 30 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Fe3O4 DMN-200 oC-24h với tỷ lệ tương ứng 31 Hình 3.3 Đường cong từ trễ hạt nano từ Fe3O4 DMN-200 oC-24h 32 Hình 3.4 Hình ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc lượng tia X mẫu hạt nano Fe3O4 (30:1)DMN-200 oC-24h@Au 33 Hình 3.5 Hình ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc lượng tia X mẫu hạt nano Fe3O4 (35:1)DMN-200 oC-24h@Au 34 Hình 3.6 A) C) Ảnh SEM F3O4 (30:1) (35:1) trước bọc Au C) D) Ảnh SEM Fe3O4 (30:1) (35:1) sau bọc Au 34 Hình 3.7 Hình ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) mẫu hạt Fe3O4 (40:1)DMN-200 oC-24h@Au 35 Hình 3.8 Ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) mẫu hạt Fe3O4 (45:1)DMN-200 oC-24h@Au 35 Hình 3.9 A) C) Ảnh SEM Fe3O4 (40:1) (45:1) trước bọc Au; B) D) Ảnh SEM Fe3O4 (40:1) (45:1) sau bọc Au 36 Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu hạt nano từ Fe3O4 trước sau bọc Au 36 Hình 3.11 Đường cong từ trễ hạt nano từ Fe3O4 trước sau bọc vàng38 Hình 3.12 So sánh độ chênh lệch nhiệt độ hạt nano từ bọc vàng bước sóng kích thích laser khác 39 Hình 3.13 So sánh hiệu ứng quang nhiệt hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với tỷ lệ khác 40 Hình 3.14 Độ chênh lệch nhiệt độ hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với tỷ lệ khác 40 Hình 3.15 Độ chênh lệch nhiệt độ hạt Fe3O4@Au so với hạt AuNPs 41 Hình 3.16 Thiết kế mạch điều khiển công suất laser 42 Hình 3.17 Mạch nguồn điều khiển cơng suất chế tạo 42 Hình 3.18 Kiểm tra hoạt động laser bật tắt nguồn 43 Hình 3.19 Kiểm tra quang phổ đồ thị công suất theo cường độ nguồn laser 808 nm 44 Hình 3.20 Thiết kế hộp laser cầm tay 45 Hình 3.21 Hộp laser cầm tay chế tạo 45 Hình 3.22 Khả chạy hạt Fe3O4@Au màng 75s, 90s,150s,200s trước sau xử lí 46 Hình 3.23 Khả bắt cặp kháng thể H5N1 sau gắn kháng thể lên hạt nano từ 47 Hình 3.24 Que thử sắc ký miễn dịch với nồng độ hạt Fe3O4@Au@Ab khác 47 Hình 3.25 Độ chênh nhiệt độ hạt nano từ Fe3O4@Au@Ab vạch test line que thử sắc ký miễn dịch 48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng trình thực nghiệm 22 Bảng 2.2 Tỷ lệ (Ure:Fe3+) trình tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt với điều kiện thời gian 24 nhiệt độ 200 oC 23 Bảng 3.1 Kích thước hạt tinh thể hạt nano từ Fe3O4 DMN-200֯ C-24h 32 Bảng 3.2 Giá trị từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu hạt nano từ Fe3O4 tổng hợp với tỷ lệ mol Urea:FeCl3 khác 33 Bảng 3.3 Giá trị từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu hạt nano từ Fe3O4 sau bọc Au 37 Bảng 3.4 Kích thước trung bình hạt nano từ 40 Bảng 3.5 Thông số mạch điều khiển công suất laser 43 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LFIA Lateral Flow Immunoassay ELISA Enzyme-linked Immunosorbent assay PCR Polymerase Chain Reaction AuNPs Gold nanoparticles PVP Polyvinylpyrrolidone NC Nitrocellulose HBS HEPES buffer saline BSA Bovine Serum Albumin 4-MUA 4-Mercaptoundecanoic acid EDC Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride NHS N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, chăn nuôi gia cầm nước ta có bước phát triển mạnh số lượng chất lượng, trở thành nguồn thu nhập nhiều gia đình, mạnh kinh tế nhiều địa phương Khi dịch cúm gia cầm bùng phát, làm nhiều hộ, trang trại, doanh nghiệp chăn ni gia cầm lâm vào khốn khó Đồng thời với dịch cúm gia cầm, dư luận lo lắng khả lây nhiễm virus cúm gia cầm sang người Đặc biệt virus gây bệnh cúm gà xác định virus cúm tuýp A, chủng H5N1, có độc lực cao, dễ biến chủng địi hỏi quan chức phải triển khai nhanh biện pháp đối phó Do nhu cầu loại thiết bị/công cụ đơn giản cho phép phát nhanh chỗ vi rút cúm gia cầm ngày cấp thiết Kể từ xuất lần đầu vào năm 1980, phương pháp xét nghiệm miễn dịch dòng chảy bên (Lateral Flow Immunoassay – LFIA) hay gọi que thử sắc ký miễn dịch (immunochromatographic test strip), chấp nhận phương pháp phổ biến sử dụng phân tích vi khuẩn, vi rút dấu sinh học toàn giới Xét nghiệm LFIA sử dụng rộng rãi thiết bị kiểm tra chỗ (Point-of-care testing) tính nhanh chóng, đơn giản chi phí thấp, có thời gian sử dụng dài khơng yêu cầu bảo quản lạnh nên thích hợp để sử dụng nước phát triển, sở chăm sóc cấp cứu nhỏ, vùng sâu vùng xa, trang trại chăn nuôi vừa nhỏ Kỹ thuật LFIA dựa vào việc vận chuyển hạt gắn kháng thể (hoặc kháng nguyên) tới kháng nguyên (hoặc kháng thể) đặc hiệu cố định bề mặt màng xốp Hạt nano đóng vai trị gắn nhãn quan trọng LFIA Ví dụ hạt nano vàng (Au), chất ghi nhãn phổ biến phân tích định tính Chúng hiển thị màu đỏ đậm hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục chúng Các hạt nano nhựa latex sử dụng rộng rãi LFIA thương mại chi phí thấp độ nhạy so linh động hạt nhựa Gần đây, để khắc phục nhược điểm LFIA truyền thống sử dụng hạt nano vàng hay hạt nhựa latex số hạt nano khác sử dụng chấm lượng tử, hạt nano kim loại hạt nano từ Từ đó, mở nhiều phương pháp đọc tín hiệu khác đọc tín hiệu huỳnh quang, tín hiệu plasmon bề mặt (tức dao động điện tử tự bề mặt hạt nano với kích thích ánh sáng tới) tín hiệu từ Hạt nano từ xem lựa chọn tiềm việc phát triển hệ LFIA có độ nhạy, độ chọn lọc cao cho phép phân tích định lượng xác so với LFIA sử dụng hạt nano vàng, chấm lượng tử hay hạt nano kim loại (hạt mà có hình dạng mà dễ dàng xảy tượng plasmon bề mặt) Nếu định lượng tín hiệu từ tín hiệu thu thập tín hiệu từ tất hạt nano từ có tồn dải thử nghiệm (3 chiều) cho kết định lượng xác Hơn nữa, que thử sử dụng hạt từ đọc tín hiệu vùng kiểm tra mờ đục hay có tỷ lệ nhiễu/tín hiệu cao Với ưu điểm nêu trên, với cố vấn người hướng dẫn khoa học, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ tính phát virus cúm gia cầm” Mục đích, nội dung nghiên cứu luận văn b) So sánh hiệu ứng quang nhiệt hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với tỷ lệ Ure:Fe3+ khác Tiến hành khảo sát hiệu ứng quang nhiệt hạt từ bọc vàng với tỷ lệ (tỷ lệ mol Ure : Fe3+) 30:1, 35:1, 40:1 45:1 Các hạt tỷ lệ khác có kích thước trung bình hạt đo từ ảnh FESEM khác Các kích thước hạt thể bảng 3.4 Bảng 3.4 Kích thước trung bình hạt nano từ Fe3O4@Au 30:1 35:1 40:1 45:1 Kích thước (nm) 144 ± 30 165 ± 26 195 ± 17 157 ± 43 Kích thước trung bình (nm) 250 200 150 100 50 45 :1 40 :1 35 :1 30 :1 Fe3O4/Au Hình 3.13 So sánh hiệu ứng quang nhiệt hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với tỷ lệ khác Hình 3.14 Độ chênh lệch nhiệt độ hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với tỷ lệ khác Từ đồ thị hình 3.13 thấy hạt nano từ Fe3O4(35:1)@Au với kích thước trung bình 165 nm có nhiệt độ phát lớn cỡ khoảng 105 °C Trong 40 nhiệt độ phát hạt nano từ Fe3O4(45:1)@Au thấp khoảng 45 °C Điều chứng tỏ hiệu ứng quang nhiệt không phụ thuộc vào nồng độ mà cịn phụ thuộc vào hình dạng kích thước vật liệu Ngồi ra, hình thái yếu tố quan trọng định đến hiệu ứng quang nhiệt vật liệu kích thước vật liệu Cụ thể, hạt nano từ bọc vàng tỷ lệ 35:1 có hình thái khơng đồng nhất, hạt nano từ bọc vàng tỷ lệ 40:1 45:1 có dạng hình cầu tương đối đồng c) So sánh hiệu ứng quang nhiệt vật liệu khác Tiến hành khảo sát hiệu ứng quang nhiệt loại vật liệu hạt nano từ bọc vàng Fe3O4@Au hạt vàng AuNPs Nồng độ hạt sử dụng để đo mg/l Dưới bước sóng kích 808 nm laser, nhiệt độ thay đổi hạt vàng AuNPs khoảng °C Trong đó, hạt Fe3O4@Au có chênh lệch nhiệt độ cao gấp khoảng lần so với hạt vàng trần AuNPs Kết vỏ vàng có vai trị quan trọng khơng giúp bảo vệ hạt từ khỏi bị oxy hóa, thuận lợi việc gắn thành phần sinh học mà giúp tăng cường hiệu ứng quang nhiệt Hình 3.15 Độ chênh lệch nhiệt độ hạt Fe3O4@Au so với hạt AuNPs Các kết trình bày việc khảo sát hiệu ứng quang nhiệt hạt nano từ bọc vàng công bố báo đăng kỷ yếu hội nghị Quốc tế Vật liệu Tiên tiến Công nghệ nano lần thứ tổ chức Hà Nội (ICAMN 2022) 3.3.1 Đo hiệu ứng quang nhiệt hệ laser điều khiển công suất Việc sử dụng đầu đo bút laser cho thấy cường độ tia laser phát không ổn định Công suất bút laser giảm dần theo thời gian chiếu lên mẫu Do nhóm nghiên cứu phát triển hệ đo laser điều khiển cơng suất Laser diode sóng liên tục thiết bị yêu cầu dòng điện ổn định để điều khiển Thiết kế thích hợp trình điều khiển phải liên quan đến việc giải vấn đề công suất, độ ổn định, tiếng ồn vấn đề khác tốn phức tạp Hình 3.16 cho thấy thiết kế mạch điều khiển laser diode nối đất cathode nhỏ gọn với khả bảo vệ thiệt hại từ phóng tĩnh điện, gai khởi động (startup spikes), vọt lố (overshoot) dao động phát sinh từ phản hồi quang bên ngồi Một mạch khuếch đại thuật tốn (amp op), IC4, với đầu vào cho phép điều khiển PMOS FET Q1 điều khiển dòng điện đầu RS đặt dòng điện thành giá trị 41 định mức cho diode laser 35 mW từ Opnext (bộ thu phát quang học) Để ngăn đầu từ Q1 khởi động, IC5A so sánh giữ IC4 tắt điện trở kéo lên 10 kΩ giữ Q1 tắt cách liên kết cổng Q1 với nguồn cung cấp IC4 nguồn cung cấp đầu cuối, VB, đạt giá trị thiết kế, khoảng 6,5 V mở Q1 qua IC4 Hình 3.16 Thiết kế mạch điều khiển cơng suất laser Hình 3.17 Mạch nguồn điều khiển cơng suất chế tạo Trong đó: (1) cổng quạt, (2) cổng núm xoay, (3) cổng laser diode, (4) (7) tụ điện, (5) cổng điều biến tín hiệu, (6) cổng điện áp vào, (8) cuộn cảm Hệ laser diode chế tạo sử dụng nguồn điện trực tiếp, ổn định, thời gian làm việc lâu bút laser Bước sóng laser sử dụng 808 nm Hệ thống quạt tích hợp để thực việc làm mát đối lưu Dòng điện tối đa chỉnh mA 42 Bảng 3.5 Thơng số mạch điều khiển công suất laser Đặc điểm Thơng số Bước sóng 808 nm Độ ổn định cơng suất ±5% Thang chỉnh dòng 0-1.5 mAmpe Nhiệt độ làm việc 15-30oC Điện áp đầu vào 180-230VAC (50-60 Hz) Hình 3.18 Kiểm tra hoạt động laser bật tắt nguồn Hệ laser cầm tay bao gồm phận chính: Mạch laser, nguồn laser, núm chỉnh dịng, hình hiển thị nút nguồn Để hoạt động, nút nguồn bật, núm xoay hiển thị dịng 0A hình hiển thị, sau xoay núm xoay để chỉnh dòng lên giá trị cao hơn, chấm laser xuất rõ nét chắn màu đen (Hình 3.18) Sau chế tạo hệ laser cầm tay, hệ laser tiến hành khảo sát đo quang phổ cho thấy cường độ tín hiệu cao 808 nm Cường độ có mặt bước sóng khác thấp khơng đáng kể Ngồi ra, cảm biến đo công suất quang sử dụng để kiểm tra cường độ dòng Cường độ dòng đạt giá trị cao ổn định 1.5 mA tương ứng với công suất cao mạch 615 mW Khi tăng 43 cường độ dòng vượt 1.5 mA, giá trị công suất không ổn định khơng thể tiến hành đo Hình 3.19 Kiểm tra quang phổ đồ thị công suất theo cường độ nguồn laser 808 nm Hộp đựng hệ laser điều khiển công suất thiết kế phần mềm thiết kế đồ họa (Blender 3.2, Blender, Hà Lan) Trong (1) khung đặt camera ảnh nhiệt, (2) khung đặt mạch laser, (3) khung đặt adapter, (4) khe đút que thử, (5) khe đặt diffuser, (6) khung đặt nguồn laser, (7) rãnh đặt điện thoại cầm tay, (8) khe đút que thử (Hình 3.20) Sau thiết kế hồn chỉnh phần mềm 3D, hộp đem gia công chế tạo Phần vật liệu nhựa làm giá đỡ bên sử dụng mica cắt tạo hình hệ cắt laser Kích thước hộp 20x20 cm khoảng cách từ nguồn 44 laser chiếu đến que thử cm, khoảng cách phù hợp để chiếu laser thời gian dài vật liệu không bị phá hủy Sau chế tạo xong giá đỡ phần khn, bên ngồi vỏ hộp bọc inox giúp tăng độ thẩm mỹ hộp Để thuận tiện cho người dùng, nắp hộp khoét rãnh để đút điện thoại cho việc quan sát người sử dụng Điện thoại Iphone X để vào phần khe đựng điện thoại tiến hành kiểm tra đo hiệu ứng đo quang nhiệt hộp laser cầm tay (Hình 3.21) Hình 3.20 Thiết kế hộp laser cầm tay Hình 3.21 Hộp laser cầm tay chế tạo 45 3.4 Ứng dụng chế tạo que thử sắc ký miễn dịch sử dụng hạt nano từ 3.4.1 Tối ưu màng nitrocellulose cho hạt Fe3O4@Au Để tìm màng nitrocellulose thích hợp để trải kháng thể kiểm tra khả chạy hạt Fe3O4@Au màng nitrocellulose Tác giả tiến hành sử dụng màng nitrocellulose loại wicking time (thời gian chạy hết 4cm hạt màng nitrocellulose) loại 75s, 90s, 150s, 200s để khảo sát Tác giả tiến hành chạy hạt Fe3O4@Au màng nitrocellulose 75s, 90s, 150s, 200s Chia thành trường hợp chạy trực tiếp hạt Fe3O4@Au màng nitrocellulose 75s, 90s, 150s, 200s trường hợp chạy hạt Fe3O4@Au màng nitrocellulose 75s, 90s, 150s, 200s qua xử lý dung dịch đệm chứa HESPES salline chứa 10 mM, 0.1% BSA, 0.5% sucrose, 0.5% tween-20 Kết thể hình 3.22 Chưa xử lý Đã xử lý Hình 3.22 Khả chạy hạt Fe3O4@Au màng 75s, 90s,150s,200s trước sau xử lí Kết khảo sát cho thấy màng NC loại wickingtime 75s phù hợp với kích thước khả chạy hạt từ, với màng lại hạt từ bị tắc sau hạt từ nhỏ lên màng tác giả lựa chọn màng NC 75s cho bước trải kháng thể bắt giữ lên màng kiểm tra khả bắt cặp kháng thể IgG 3.4.2 Kiểm tra hoạt động que thử hai dải thử nghiệm dải đối chứng Hạt nano từ bọc vàng sau gắn kháng thể H5N1 thành công, tiến hành nhỏ lên que thử với dung dịch chứa kháng nguyên H5N1 Để khẳng định gắn thành công kháng thể H5N1 lên bề mặt hạt Fe3O4@Au, tác giả tiến hành kiểm tra khả bắt cặp với kháng thể IgG vạch đối chứng kháng thể H 5N1 vạch thử nghiệm Nếu gắn kháng thể thành cơng có vạch màu xuất dải thử nghiệm dải đối chứng Hình 3.23 kết kiểm tra bắt cặp kháng thể H5N1 dải thử nghiệm với kháng thể gắn bề mặt hạt từ 46 Hình 3.23 Khả bắt cặp kháng thể H5N1 sau gắn kháng thể lên hạt nano từ Kết cho thấy, dung dịch hạt Fe3O4@Au gắn kháng thể H5N1 giải phóng hạt chạy lên phần absortbent pad màng nitrocenllulose có xuất vạch màu nâu đỏ Trùng với vạch trải kháng thể IgG Tuy nhiên, kích thước hạt từ chưa đồng việc xử lí dung dịch đệm chưa tối ưu nên phần hạt từ bị tắc lại phần đầu màng nitrocellulose kết hình 3.23 Với hạt từ Fe3O4 hạt từ bọc vàng Fe3O4@Au khơng có tượng bắt cặp hay không xuất vạch màu Như vậy, phần chứng minh việc gắn thành công kháng thể H5N1 bề mặt hạt Fe3O4@Au khả bắt cặp kháng thể IgG kháng thể H5N1 3.4.3 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt hạt Fe3O4@Au@Ab que thử sắc ký miễn dịch Hình 3.24 Que thử sắc ký miễn dịch với nồng độ hạt Fe3O4@Au@Ab khác Các hạt nano từ Fe3O4@Au@Ab khảo sát nồng độ khác từ 1µg/mL đến 10000µg/mL que thử sắc ký miến dịch hình 3.24 Ở bước 47 khảo sát tác giả sử dụng hệ laser điều khiển cơng suất với bước sóng laser kích thích 808 nm Cường độ dịng điện đặt 0.8 mA tương ứng với công suất khoảng 300 mW Mỗi nồng độ hạt khảo sát lần để lấy sai số độ chênh lệch nhiệt độ thời điểm có độ chênh lệch nhiệt độ lớn Từ đồ thị hình 3.25 cho thấy độ chênh lệch nhiệt độ giảm dần tuyến tính giảm nồng độ hạt Giá trị tuyến tính R2 =0.98 Độ phân giải cảm biến =1.78 Độ chênh lệch nhiệt độ nồng độ thấp µg/mL so với nồng độ cao 10000 µg/mL 6°C Việc khảo sát hiệu ứng quang nhiệt cho phép phát nồng độ hạt gắn kháng thể que thử sắc ký miễn dịch, nhiên cần tối ưu độ nhạy cảm biến để phát nồng độ vi rút Hình 3.25 Độ chênh nhiệt độ hạt nano từ Fe3O4@Au@Ab vạch test line que thử sắc ký miễn dịch 48 CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, quy trình chế tạo hạt nano từ hạt nano từ bọc vàng thực Sau tổng hợp vật liệu nhóm nghiên cứu tiếp tục khảo sát tính chất đặc trưng vật liệu thông qua phương pháp phương pháp đo từ kế mẫu rung VSM, phương pháp hiển vi điện tử quát SEM kết hợp phổ tán xạ lượng tia X (EDX), phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp đo hiệu ứng quang nhiệt Ngoài việc khảo sát hiệu ứng quang nhiệt vật liệu que thử sắc ký miễn dịch thể luận văn Nghiên cứu thu kết tổng hợp lại sau:  Nghiên cứu tổng hợp thành cơng hạt nano Fe3O4 có dạng hình cầu, thu dải kích thước khác việc thay đổi tỷ lệ urê FeCl3  Các hạt nano từ Fe3O4 sau tổng hợp có từ độ bão hịa cao khoảng 70-80 emu/g  Tổng hợp thành công hạt nano từ cấu trúc lõi/vỏ Fe3O4@Au có độ phân tán tính chất từ cao  Dưới bước sóng kích thích 808 nm hạt nano từ bọc vàng thể hiệu ứng quang nhiệt tăng cường gấp khoảng lần so với hạt nano vàng  Các hạt nano từ với kích thước nồng độ khác thể hiệu ứng quang nhiệt khác  Hiệu ứng quang nhiệt tăng cường bước sóng kích thích laser 808 nm  Trải thành công kháng thể lên vạch thử nghiệm vạch đối chứng que thử sắc ký miễn dịch  Gắn thành công kháng thể H5N1 lên hạt nano từ, kiểm tra khả bắt cặp kháng thể H5N1 kháng thể IgG Bài báo khoa học công bố Luyen Van Nam, Do Duc Tho, Truong Thi Ngoc Lien, Nguy Phan Tin, “Investigating the photothermal effect of gold-decorated magnetic nanoparticles”, Proceeding of the 5th International Conference on Advance materials and Nanotechnology”, Hanoi, November 16-19th, 2022,pp 47-51 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] WHO, “Cumulative number of confirmed human cases for avian influenza A (H5N1) reported to WHO, 2003-2021,” Epidemic and Pandemic Alert and Response (EPR) World Health Organization., no January, pp 5–6, 2016 [2] K H Ching, “Chapter 13 Lateral Flow Immunoassay,” vol 1318, pp 127–137, 2015, doi: 10.1007/978-1-4939-2742-5 [3] T T Tsai, T H Huang, C A Chen, N Y J Ho, Y J Chou, and C F Chen, “Development a stacking pad design for enhancing the sensitivity of lateral flow immunoassay,” Sci Rep, vol 8, no 1, pp 1–10, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-35694-9 [4] T T Tsai, T H Huang, N Y J Ho, Y P Chen, C A Chen, and C F Chen, “Development of a multiplex and sensitive lateral flow immunoassay for the diagnosis of periprosthetic joint infection,” Sci Rep, vol 9, no 1, pp 2–9, 2019, doi: 10.1038/s41598-019-52051-6 [5] F Liu et al., “Highly sensitive and selective lateral flow immunoassay based on magnetic nanoparticles for quantitative detection of carcinoembryonic antigen,” Talanta, 2016, doi: 10.1016/j.talanta.2016.08.048 [6] H Zhang, “Lateral flow test strip based on colloidal selenium immunoassay for rapid detection of melamine in milk , milk powder , and animal feed,” pp 1699–1707, 2014 [7] S Shukla, H Leem, J Lee, and M Kim, Immunochromatographic strip assay for the rapid and sensitive detection of Salmonella Typhimurium in artificially contaminated tomato samples [8] L Song et al., “Article A novel rapid fluorescent lateral-flow immunoassay for hepatitis B virus genotyping,” 2015, doi: 10.1021/ac504832c [9] R Hnasko, “Detection of Shiga Toxins by Lateral Flow Assay,” pp 1163– 1173, 2015, doi: 10.3390/toxins7041163 [10] E C Schramm et al., “A Quantitative Lateral Flow Assay to Detect Complement Activation in Blood Short title : Measuring complement activation in blood Subject category : Immunological procedures,” Anal Biochem, 2015, doi: 10.1016/j.ab.2015.01.024 [11] T G Johnston et al., “Compartmentalized microbes and co-cultures in hydrogels for on-demand bioproduction and preservation,” Nat Commun, vol 11, no 1, pp 1–11, 2020, doi: 10.1038/s41467-020-14371-4 [12] C Klumpp-Thomas et al., “Standardization of ELISA protocols for serosurveys of the SARS-CoV-2 pandemic using clinical and at-home blood sampling,” Nat Commun, vol 12, no 1, pp 1–13, 2021, doi: 10.1038/s41467020-20383-x 50 [13] P P Liu, Y Zong, S P Jiang, Y J Jiao, and X J Yu, “Development of a Nucleocapsid Protein-Based ELISA for Detection of Human IgM and IgG Antibodies to SARS-CoV-2,” ACS Omega, vol 6, no 14, pp 9667–9671, 2021, doi: 10.1021/acsomega.1c00253 [14] P Q M Nguyen et al., “Modular micro-PCR system for the onsite rapid diagnosis of COVID-19,” Microsyst Nanoeng, vol 8, no 1, 2022, doi: 10.1038/s41378-022-00400-3 [15] M Leifels et al., “Capsid integrity quantitative PCR to determine virus infectivity in environmental and food applications – A systematic review,” Water Res X, vol 11, p 100080, 2021, doi: 10.1016/j.wroa.2020.100080 [16] J Kim et al., “Rapid and background-free detection of avian influenza virus in opaque sample using NIR-to-NIR upconversion nanoparticle-based lateral flow immunoassay platform,” Biosens Bioelectron, vol 112, pp 209–215, 2018, doi: 10.1016/j.bios.2018.04.047 [17] L S Ganapathe, M A Mohamed, R M Yunus, and D D Berhanuddin, “Magnetite (Fe3O4) nanoparticles in biomedical application: From synthesis to surface functionalisation,” Magnetochemistry, vol 6, no 4, pp 1–35, 2020, doi: 10.3390/magnetochemistry6040068 [18] S Ju, T Y Cai, H S Lu, and C De Gong, “Pressure-induced crystal structure and spin-state transitions in magnetite (Fe3O4),” J Am Chem Soc, vol 134, no 33, pp 13780–13786, 2012, doi: 10.1021/ja305167h [19] W Wu, Z Wu, T Yu, C Jiang, and W Kim, “Recent progress on magnetic iron oxide nanoparticles : synthesis , surface functional strategies and biomedical applications,” 2015, doi: 10.1088/1468-6996/16/2/023501 [20] “T Đ Hiền and L T Tài, Từ học Vật liệu từ 2008.” [21] J Estelrich, E Escribano, J Queralt, and M A Busquets, “Iron oxide nanoparticles for magnetically-guided and magnetically-responsive drug delivery,” Int J Mol Sci, vol 16, no 4, pp 8070–8101, 2015, doi: 10.3390/ijms16048070 [22] L H Reddy, J L Arias, J Nicolas, and P Couvreur, “Magnetic nanoparticles: Design and characterization, toxicity and biocompatibility, pharmaceutical and biomedical applications,” Chem Rev, vol 112, no 11, pp 5818–5878, 2012, doi: 10.1021/cr300068p [23] H Huang and J F Lovell, “Advanced Functional Nanomaterials for Theranostics,” 2017, doi: 10.1002/adfm.201603524 [24] F Caruso et al., “Nanomedicine themed issue,” no 7, 2012, doi: 10.1039/c2cs15261d [25] P Huang et al., “Biodegradable Gold Nanovesicles with an Ultrastrong Plasmonic Coupling Effect for Photoacoustic Imaging and Photothermal Therapy **,” pp 14208–14214, 2013, doi: 10.1002/ange.201308986 51 [26] H Yuan, A M Fales, and T Vo-dinh, “TAT Peptide-Functionalized Gold Nanostars: Enhanced Intracellular Delivery and E ffi cient NIR Photothermal Therapy Using Ultralow Irradiance,” 2012 [27] J Zeng, L Jing, Y Hou, M Jiao, R Qiao, and Q Jia, “Anchoring Group Effects of Surface Ligands on Magnetic Properties of Fe O Nanoparticles : Towards High Performance MRI Contrast Agents,” pp 2694–2698, 2014, doi: 10.1002/adma.201304744 [28] Y Hu et al., “Multifunctional Fe3O4 @ Au core/shell nanostars: A unique platform for multimode imaging and photothermal therapy of tumors,” Sci Rep, vol 6, no February, pp 1–12, 2016, doi: 10.1038/srep28325 [29] Q Tian et al., “Multifunctional polypyrrole@Fe3O4 nanoparticles for dualmodal imaging and in vivo photothermal cancer therapy,” Small, vol 10, no 6, pp 1063–1068, 2014, doi: 10.1002/smll.201302042 [30] S Wang et al., “Au nanostars@PDA@Fe3O4-based multifunctional nanoprobe for integrated tumor diagnosis and photothermal therapy,” Mater Des, vol 205, p 109707, 2021, doi: 10.1016/j.matdes.2021.109707 [31] C M Hessel et al., “Copper selenide nanocrystals for photothermal therapy,” Nano Lett, vol 11, no 6, pp 2560–2566, 2011, doi: 10.1021/nl201400z [32] V T T Dương et al., “Hiệu ứng quang nhiệt hạt nano vàng cấu trúc lõi/vỏ mơ,” Tạp chí Khoa học Công nghệ, vol 54, no 1, pp 74–81, 2016 [33] D T Hue, “NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG CHUYỂN ĐỔI QUANG – NHIỆT,” vol 208, no 15, pp 147–152, 2019 [34] P M Martins, A C Lima, S Ribeiro, S Lanceros-Mendez, and P Martins, “Magnetic Nanoparticles for Biomedical Applications: From the Soul of the Earth to the Deep History of Ourselves,” ACS Appl Bio Mater, vol 4, no 8, pp 5839–5870, 2021, doi: 10.1021/acsabm.1c00440 [35] F Gao, “An Overview of Surface-Functionalized Magnetic Nanoparticles: Preparation and Application for Wastewater Treatment,” ChemistrySelect, vol 4, no 22, pp 6805–6811, 2019, doi: 10.1002/slct.201900701 [36] R K Sharma, R Gaur, M Yadav, A Goswami, R Zbořil, and M B Gawande, “An efficient copper-based magnetic nanocatalyst for the fixation of carbon dioxide at atmospheric pressure,” Sci Rep, vol 8, no 1, pp 1–12, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-19551-3 [37] M Vaseem, F A Ghaffar, M F Farooqui, and A Shamim, “Iron Oxide Nanoparticle-Based Magnetic Ink Development for Fully Printed Tunable Radio-Frequency Devices,” Adv Mater Technol, vol 3, no 4, pp 1–11, 2018, doi: 10.1002/admt.201700242 [38] P Allia, G Barrera, P Tiberto, T Nardi, Y Leterrier, and M Sangermano, “Fe3O4nanoparticles and nanocomposites with potential application in biomedicine and in communication technologies: Nanoparticle aggregation, 52 interaction, and effective magnetic anisotropy,” J Appl Phys, vol 116, no 11, 2014, doi: 10.1063/1.4895837 [39] G Thomas et al., “Innovative Magnetic Nanoparticles for PET/MRI Bimodal Imaging,” ACS Omega, vol 4, no 2, pp 2637–2648, 2019, doi: 10.1021/acsomega.8b03283 [40] M Swierczewska, S Lee, and X Chen, “Inorganic nanoparticles for multimodal molecular imaging,” Mol Imaging, vol 10, no 1, pp 3–16, 2011, doi: 10.2310/7290.2011.00001 [41] C Xu et al., “Nanoparticle-based monitoring of cell therapy,” vol 494001, 2011, doi: 10.1088/0957-4484/22/49/494001 [42] A Hervault and N T K Thanh, “Magnetic nanoparticle-based therapeutic agents for thermo-chemotherapy treatment of cancer,” Nanoscale, vol 6, no 20, pp 11553–11573, 2014, doi: 10.1039/c4nr03482a [43] I Sharifi, H Shokrollahi, and S Amiri, “Ferrite-based magnetic nanofluids used in hyperthermia applications,” J Magn Magn Mater, vol 324, no 6, pp 903–915, 2012, doi: 10.1016/j.jmmm.2011.10.017 [44] Y Liu, G Yang, S Jin, L Xu, and C X Zhao, “Development of High-DrugLoading Nanoparticles,” Chempluschem, vol 85, no 9, pp 2143–2157, 2020, doi: 10.1002/cplu.202000496 [45] N Wang, X Cheng, N Li, H Wang, and H Chen, “Nanocarriers and Their Loading Strategies,” Adv Healthc Mater, vol 8, no 6, pp 1–26, 2019, doi: 10.1002/adhm.201801002 [46] S K Arya and P Estrela, “Recent advances in enhancement strategies for electrochemical ELISA-based immunoassays for cancer biomarker detection,” Sensors (Switzerland), vol 18, no 7, 2018, doi: 10.3390/s18072010 [47] C K Hsu et al., “Paper-based ELISA for the detection of autoimmune antibodies in body fluid-the case of bullous pemphigoid,” Anal Chem, vol 86, no 9, pp 4605–4610, 2014, doi: 10.1021/ac500835k [48] C G Golding, L L Lamboo, D R Beniac, and T F Booth, “The scanning electron microscope in microbiology and diagnosis of infectious disease,” Sci Rep, vol 6, no May, pp 1–8, 2016, doi: 10.1038/srep26516 [49] M S I Khan, S W Oh, and Y J Kim, “Power of Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive X-Ray Analysis in Rapid Microbial Detection and Identification at the Single Cell Level,” Sci Rep, vol 10, no 1, pp 1–10, 2020, doi: 10.1038/s41598-020-59448-8 [50] “N.N.Phạm, Giáo trình kỹ thuật phân tích vật lý.2004” [51] C Innovation, N Zealand, S Synchrotron, and R Lightsource, X-ray diffraction for characterizing metallic films 2014 doi: 10.1533/9780857096296.1.3 53 [52] I O Wulandari, D J D H Santjojo, R A Shobirin, and A Sabarudin, “Characteristics and magnetic properties of chitosan-coated Fe3O4 nanoparticles prepared by ex-situ co-precipitation method,” Rasayan Journal of Chemistry, vol 10, no 4, pp 1348–1358, 2017, doi: 10.7324/RJC.2017.1041907 54