55Hình 2.9: Quy trình xác định nồng độ kháng sinh №rfloxacin trong thu c kháng ốsinh Norfloxacin 400 mg theo phương pháp điện hóa và phương pháp UV-VIS.. 85Hình 3.18: Đường đặc trưng của
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN QUỐC HẢO NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN MIP/EIS XÁC ĐỊNH DƯ LƯỢNG KHÁNG SINH NORFLOXACIN Ngành: Vật lý kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trương Thị Ngọc Liên Hà Nội – 2019 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113911861000000 LỜI CẢM ƠN Trước tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Trương Thị Ngọc Liên, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Thầy gợi mở ý tưởng khoa học trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tơi tận tình q trình nghiên cứu Cơ khơng cung cấp cho kiến thức, phương pháp nghiên cứu khoa học vơ q báu mà cịn truyền cho tơi niềm hăng say học tập tạo cho tính bền bỉ, nghiêm túc nghiên cứu khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô viện Vật Lý Kỹ Thuật, đặc biệt môn Vật liệu điện tử tạo điều kiện để học tập, nghiên cứu Viện suốt q trình học tập trường Tơi xin cảm ơn hỗ trợ Quỹ Phát triển khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED)- mã số 103.99-2017.333 hỗ trợ thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất bạn bè, đặc biệt người bạn phịng thí nghiệm cảm biến sinh học, người quan tâm, động viên, trao đổi thông tin, kiến thức suốt thời gian qua Cuối cùng, xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân tôi, người tin tưởng, động viên cho để vững bước vượt qua khó khăn Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Quốc Hảo LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu Tất kết đạt thực chưa trình bày luận văn thạc sỹ khác Các số liệu, lý thuyết tham khảo trích dẫn từ tài liệu gốc Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Quốc Hảo MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11 1.1 Kháng sinh Quinolone-Norfloxacin 11 1.1.1 Sự phát triển kháng sinh nhóm Quinolone- Norfloxacin 11 1.1.2 Thực trạng sử dụng kháng sinh Norfloxacin 14 1.1.3 Phương pháp phát 16 1.2 Công nghệ polyme in phân tử 18 1.2.1 Tổng quan công nghệ polyme in phân tử (MIP) 18 1.2.2 Lịch sử nghiên cứu phát triển công nghệ MIP 19 1.2.3 Nguyên lý đánh dấu phân tử 22 1.3 Cảm biến phổ tổng trở điện hóa 24 1.3.1 Lý thuyết mạch điện xoay chiều trở kháng phức 24 1.3.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến phổ tổng trở điện hóa 28 1.4 Các kỹ thuật phân tích sử dụng nghiên cứu 30 1.4.1 Phương pháp quang phổ Raman 30 1.4.2 Phương pháp quang phổ UV-VIS 34 1.4.3 Phương pháp Sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 38 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 42 2.1 Hóa chất thiết bị 42 2.1.1 Hóa chất 42 2.1.2 2.2 Các thiết bị phụ trợ 43 Quy trình cơng nghệ chế tạo cảm biến NOR-MIP/EIS phát kháng sinh Norfloxacin 45 2.3 Quy trình phân tích dư lượng hàm lượng kháng sinh Norfloxacin 51 2.3.1 Phân tích dư lượng kháng sinh Norfloxacin nước hồ nuôi thủy sản 51 2.3.2 Phân tích hàm lượng kháng sinh Norfloxacin dược phẩm 54 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ 58 3.1 Nghiên cứu chế tạo m biến NOR-MIP/EIS 59 3.1.1 Khảo sát chế tạo cảm biến NOR-MIP/EIS phương pháp điện hóa đặc trưng quang phổ Raman 59 3.1.2 Nghiên cứu cải thiện độ nhạy cảm biến NOR-MIP/EIS cách pha tạp hạt nano vàng 65 3.2 Khảo sát hoạt động cảm biến MIP-NOR/EIS 69 3.2.1 Độ lặp lại cảm biến 69 3.2.2 Đường đặc trưng chuẩn cảm biến 72 3.2.3 Độ chọn lọc cảm biến 74 3.3 Xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin nước hồ ni thủy sản 76 3.3.1 Kết phân tích sử dụng cảm biến NOR-MIP/EIS 76 3.3.2 Kết phân tích sử dụng phương pháp (HPLC) 78 3.4 Xác định hàm lượng kháng sinh Norfloxacin dược phẩm 82 3.4.1 Kết phân tích sử dụng cảm biến NOR-MIP/EIS 82 3.4.2 Kết phân tích sử dụng quang phổ UV-VIS 84 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 95 Nghiên cứu chế tạo cảm biến MIP/EIS xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu trúc phân tử kháng sinh họ quinolone [10] 13 Hình 1.2: Cấu trúc hóa học số kháng sinh nhóm quinolone: a) Norfloxacin b) Ciprofloxacin c) Grepafloxacin 14 Hình 1.3: Một số dược phẩm sử dụng kháng sinh Norfloxacin bán thị trường 15 Hình 1.4: Biểu đồ thị phần phương pháp phân tích dư lượng kháng sinh thực phẩm 17 Hình 1.5: Các bước quy trình chế tạo công nghệ polyme in phân tử (MIP) 22 Hình 1.6: Sự lệch pha điện áp dòng đáp ứng 25 Hình 1.7: a) Đồ thị Bode b) đồ thị Nyquist biểu diễn trở kháng phức 27 Hình 1.8: Một số mơ hình mạch điện tương đương: a) Mơ hình Randles dạng đơn giản; b) Mơ hình Randles dạng half a fuel-cell 28 Hình 1.9: Cơ chế truyền điện tích cảm biến phổ tổng trở điện hóa dựa công nghệ MIP 29 Hình 1.10: Mơ hình lý tưởng tán xạ Rayleigh, tán xạ Raman Stokes tán xạ Raman Anti-Stockes.[23] 32 Hình 1.11: Sơ đồ kh ối hệ phân tích Raman 34 Hình 1.12: Cường độ sáng chùm sáng giảm qua mơi trường vật chất 35 Hình 1.13: Cách xác định nồng độ chất phân tích dựa đồ thị chuẩn A-C Ax đo 36 Hình 1.14: Sơ đồ hệ phân tích UV-VIS 37 Hình 1.16: Sơ đồ thể ảnh hưởng lực rửa giải 40 Hình 1.17: Quá trình rửa giải tách peak chất A chất B 41 Hình 1.18: Sơ đồ cấu tạo hệ sắc kí lỏng hiệu cao HPLC 41 Hình 2.1: Cấu trúc chíp điện cực SPCE hệ thiết bị phân tích điện hóa sử dụng nghiên cứu 43 Hình 2.2: a) Hệ quang phổ Raman, b) hệ quang phổ UV-VIS c) hệ sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 44 NGUYỄN QUỐC HẢO Nghiên cứu chế tạo cảm biến MIP/EIS xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin Hình 2.4: Đặc trưng dịng-thế q trình t hợp hạt nano vàng: dải điện áp từ -0,6 V đến 0,5 V, tốc độ quét 50 mV/s, 20 vòng 46 Hình 2.5: Đáp ứng dịng – q trình qt tuần hồn điện cực AuNPsSPCE dung dịch H2SO4 1M (5 vòng quét, tốc độ 50 mV/s) 47 Hình 2.3: Quy trình cơng nghệ chế tạo cảm biến NOR-MIP 50 Hình 2.6: Trang trại thủy sản Phú Yên mẫu nước nuôi cá Bớp trang trại 52 Hình 2.7: Quy trình phân tích xác định hàm lượng kháng sinh Norfloxacin mẫu nước hồ nuôi thủy sản theo phương pháp EIS HPLC 54 Hình 2.8: Kháng sinh Norfloxacin 400 mg 55 Hình 2.9: Quy trình xác định nồng độ kháng sinh Norfloxacin thuốc kháng sinh Norfloxacin 400 mg theo phương pháp điện hóa phương pháp UV-VIS 57 Hình 3.1: a) Đặc trưng dịng–thế q trình in phân tử NOR vào màng poly(aminothiophenol) theo phương pháp qt tuần hồn (20 vịng qt, tốc độ 50 mV/s) b) Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) màng in phân tử NOR điện cực in bon biến tính hạt vàng 60 Hình 3.2: Đường đặc trưng điện hóa cảm biến sau bước chế tạo a) điện cực in bon (SPCE), b) điện cực in bon biến tính hạt vàng (AuNPs/SPCE), c) mạng polyme in phân tử Norfloxacin (NOR-MIP/AuNPs-SPCE), d) loại bỏ phân tử NOR khỏi mạng polyme 62 Hình 3.3: Đặc trưng quang phổ Raman điện cực in bon, điện cực sau polyme hóa, điện cực sau tách NOR khỏi mạng polyme, điện cực sau cho NOR tái liên kết vào mạng polyme mẫu đối chứng không in phân tử NOR.64 Hình 3.4: Đặc trưng phổ EIS ghi nhận nồng độ Norfloxacin cảm biến NOR-MIP/EIS phổ EIS mẫu đối chứng không in phân tử Norfloxacin 66 Hình 3.5: Đặc trưng phổ EIS ghi nhận nồng độ Norfloxacin cảm biến chế tạo theo a) cách 1(trộn HAuCl4 vào dung dịch polyme) b) cách 2(trộn hạt keo vàng 10 nm vào dung dịch polyme) nồng độ NOR xác định từ 0,32 ng/mL đến 31,91 ng/mL 67 Hình 3.6: Đường đặc trưng chuẩn loại cảm biến NOR-MIP/EIS 68 NGUYỄN QUỐC HẢO Nghiên cứu chế tạo cảm biến MIP/EIS xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin Hình 3.7: Đặc trưng phổ EIS ghi nhận nồng độ NOR 03 cảm biến NORMIP/EIS chế tạo với điều kiện công nghệ 70 Hình 3.8: Đặc trưng phổ EIS mẫu đối chứng không in Norfloxacin ghi nhận nồng độ Norfloxacin khác 71 Hình 3.9: Đường đặc trưng chuẩn cảm biến NOR-MIP/EIS xác định kháng sinh Norfloxacin mẫu đối chứng không in phân tử MIP dải nồng độ Norfloxacin từ 0,32 ng/mL (1 nM) đến 31,91 ng/mL (100 nM) 73 Hình 3.10: So sánh giá trị điện trở truyền điện tích cảm biến NOR-MIP/EIS a) ghi nhận môi trường NOR môi trường kháng sinh khác (CF, LEVO, CAP) b) ghi nhận môi trường NOR môi trường trộn NOR với kháng sinh khác (CF, LEVO, CAP) nồng độ 3,19, 12,76, 19,14 ng/mL 75 Hình 3.11: Đặc trưng phổ EIS cảm biến sử dụng đầu thu sinh học nhân tạo xác định kháng sinh Norfloxacin phân tích nước hồ ni 77 Hình 3.12: Kết phân tích HPLC nồng độ chất chuẩn khác nhau: a)10 ppb, b)20 ppb, c)30 ppb, d) 50 ppb, e)100 ppb f)150 ppb g) 200 ppb 79 Hình 3.13: Đường đặc trưng chuẩn phương pháp HPLC phân tích kháng sinh Norfloxacin dải nồng độ từ 10 đến 200 ppb 80 Hình 3.14: Kết phân tích HPLC a) mẫu nước hồ nuôi, b) mẫu nước hồ nuôi thêm 20 ppb kháng sinh NOR, c) mẫu nước hồ nuôi thêm 40 ppb kháng sinh NOR, d) mẫu nước hồ nuôi thêm 60 ppb kháng sinh NOR 81 Hình 3.15: Thuốc kháng sinh Norfloxacin 400 mg, thuốc sau xử lý theo quy trình trình bày chương 82 Hình 3.16: Đặc trưng phổ EIS cảm biến NOR-MIP/EIS xác định hàm lượng kháng sinh Norfloxacin thuốc kháng sinh Norfloxacin 400mg 83 Hình 3.17: Đặc trưng quang phổ UV-VIS phân tích kháng sinh Norfloxacin dải nồng độ từ µg/mL đến 40 µg/mL 85 Hình 3.18: Đường đặc trưng phương pháp UV-VIS phân tích kháng sinh Norfloxacin dải nồng độ từ µg/mL đến 40 µg/mL 86 Hình 3.19: Đặc trưng quang phổ UV-VIS phân tích thuốc kháng sinh Norfloxacin 400 mg pha loãng xuống 20.000, 40.000 200.000 lần 87 NGUYỄN QUỐC HẢO Nghiên cứu chế tạo cảm biến MIP/EIS xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Niên đại diện số loại kháng sinh nhóm quinolone đưa thị trường Anh [5] 12 Bảng 1.2: Giới hạn dư lượng kháng sinh Norfloxacin số thực phẩm theo Tổ chức Nghiên cứu Hóa chất Thực Phẩm Nhật Bản – JFCRF [8] 15 Bảng 3.1: Vạch phổ Raman đặc trưng bon, p-ATP kháng sinh NOR 65 Bảng 3.2: Giá trị R2 độ nhạy loại cảm biến xác định NOR dải nồng độ 0,32-3,19 ng/mL 3,19 - 31,91 ng/mL 69 Bảng 3.3: Giá trị điện trở truyền điện tích ba cảm biến NOR-MIP/EIS 71 Bảng 3.4: Một số kết xác định nồng độ kháng sinh Norfloxacin công bố tạp chí khoa học giới 74 Bảng 3.5: Kết phân tích mẫu nước hồ ni cá Bớp thêm chất chuẩn phương pháp điện hóa 77 Bảng 3.6: Kết phân tích HPLC mẫu chuẩn NOR nồng độ khác 79 Bảng 3.7: Kết phân tích mẫu nước hồ nuôi cá Bớp sử dụng phương pháp HPLC 82 Bảng 3.8: Nồng độ kháng sinh NOR sau pha loãng xác định phương pháp phân tích điện hóa 84 Bảng 3.9: Nồng độ kháng sinh NOR tính theo diện tích đỉnh bước sóng 277 87 NGUYỄN QUỐC HẢO Nghiên cứu chế tạo cảm biến MIP/EIS xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AuNPs Gold nano particles EIS Electrochemical Impedance Spectrum (phổ trở kháng phức) FDA Food and Drug Administration GC-MS HPLC Gas Chromatograph Mass Spectroscopy (Sắc ký khí ghép nối khối phổ) axit Tetrachloroauric High performance liquid chromatography (Sắc ký lỏng hiệu cao) IMS Ion-Mobility Spectroscopy (quang phổ di động ion) LOD Limit of Detection (giới hạn phát hiện) LOQ Limit of Quantitation MIP Molercularly imprinted polymer (polymer in phân tử) NIP Non-molercularly imprinted polymer (polymer không in phân tử) NOR Norfloxacin p-ATP Para-Aminothiolphenol PBS Phosphate Buffered Saline SERS Surface Enhanced Raman Scattering (Tán xạ Raman tăng cường bề mặt) SPCE Screen–printed carbon electrode (điện cực in carbon) STDEV Standard deviation (sai số chuẩn) THz TeraHertz UV-VIS Ultraviolet–visible Spectroscopy NGUYỄN QUỐC HẢO