54 Trang 6 DANH M C CÁC KÝ HIỤỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮTTT Kí hiệu Viết tắt cho Nghĩa tiếng vi t ệ1 APTS Aminopropyltriethoxysilane Chất APTS 2 PBS Phosphate uffered B Saline Dung dịch đ m ệ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VŨ QUANG KHUÊ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU -o0o - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KHOA HỌC VẬT LIỆU KHOA HỌC VẬT LIỆU ITIMS 2007 - 2009 HÀ NỘI 2009 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐA KÊNH ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN MIỄN DỊCH TRÊN CƠ SỞ ĐỘ DẪN VŨ QUANG KHUÊ Hà Nội - 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204962881000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU -o0o - NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐA KÊNH ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN MIỄN DỊCH TRÊN CƠ SỞ ĐỘ DẪN VŨ QUANG KHUÊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU KHOÁ ITIMS 2007 - 2009 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Mai Anh Tuấn Hà Nội - 2009 ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian năm học tập làm việc Viện ITIMS - trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội giúp tơi ngày hồn thiện kiến thức chuyên môn, phương pháp nghiên cứu khoa học, đồng thời trưởng thành phong cách, kinh nghiệm sống Người tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành thầy giáo, Tiến sỹ Mai Anh Tuấn; Thầy tạo điều kiện ln động viên giải khó khăn để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể nhóm Biosensor, Viện ITIMS; đặt biệt nghiên cứu sinh Trần Quang Huy, tiến sỹ Phương Đình Tâm, anh chị bạn nhóm Biosensor - người ln khuyến khích động viên giúp tơi chun môn thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô cán Viện ITIMS người đem lại cho kiến thức khoa học tạo điều kiện để thực tốt nhiệm vụ năm học Tơi xin cảm ơn tới tập thể lớp ITIMS khóa 2007 - 2009, người thường xuyên động viên, đóng góp ý kiến trao đổi kiến thức thực nghiệm thời gian học tập Cuối xin gửi lời cảm ơn vô sâu sắc tới gia đình người thân, Ban giám hiệu, cán bộ, giáo viên quan nơi công tác tạo điều kiện cho vật chất tinh thần thời gian theo học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày 08 tháng 09 năm 2009 Vũ Quang Khuê iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng biểu vii Danh mục hình vẽ, đồ thị .viii Mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SINH HỌC 1.1 Cảm biến sinh học 1.1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc cảm biến sinh học 1.1.2 Phân loại cảm biến sinh học 1.2 Ứng dụng cảm biến sinh học 13 1.2.1 Trong y tế dự phòng 13 1.2.2 Phát chuyển đổi gen thực phẩm 14 1.2.3 Quan trắc môi trường 14 1.3 Các thiết bị đo cho cảm biến sinh học 15 1.4 Nguyên lý hệ đo xử lý tín hiệu cảm biến miễn dịch đa kênh 22 1.4.1 Cảm biến miễn dịch sở độ dẫn 22 1.4.2 Nguyên lý hệ đo cho cảm biến miễn dịch đa kênh 24 Chương NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐA KÊNH 28 2.1 Vi cảm biến độ dẫn đa kênh 28 2.2 Đóng gói chức hóa cảm biến 33 2.2.1 Đóng gói cảm biến đa kênh 33 iv 2.2.2 Chức hóa cảm biến đa kênh 35 2.3 Thiết kế chế tạo hệ đo đa kênh cho cảm biến miễn dịch 37 2.3.1 Thiết kế chế tạo hệ đo đa kênh 37 2.3.1 Khối nguồn 39 2.3.2 Khối phát tín hiệu 39 2.3.3 Khối tách sóng biên độ 41 2.3.4 Khối xử lý tín hiệu giao tiếp máy tính 42 2.3.5 Khối bàn phím 45 2.3.6 Khối hiển thị kết 46 2.3.2 Phát triển phần mềm hiển thị số liệu kết đo 47 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Đóng gói cảm biến 50 3.1.1 Thông số đế cảm biến sau chế tạo 50 3.1.2 Hàn đóng gói cảm biến 51 3.2 Các đặc tuyến thiết bị đo phần mềm hiển thị số liệu 54 3.2.1 Các đặc tuyến thiết bị 54 3.2.2 Giao diện người dùng phần mềm 60 3.2.3 Đóng gói thiết bị 63 3.3 Xác định Vi rút H5N1 gây bệnh 64 3.4 Thảo luận 70 3.5 Hướng nghiên cứu đề tài 72 Kết luận chung 73 Tài liệu tham khảo 75 Phụ lục Phụ lục v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Kí hiệu Viết tắt cho Nghĩa tiếng việt APTS PBS PCR Aminopropyltriethoxysilane Phosphate Buffered Saline Polymerase Chain Reaction ELISA DNA, RNA ISFET Enzyme-Linked-Immuno Sorbent Miễn dịch đánh dấu enzyme Assay Deoxyribo Nucleic Axit Axit nucleic Ribonucleic Acid Axit ribonucleic Ion Sensitive Field Effect Bóng bán dẫn hiệu ứng MOSFET EDC 10 MIA Transistor Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Ethy-3-(3-dimethyl aminopropyl)Carbodiimide N - methyl - imidazole Chất APTS Dung dịch đệm PBS Phản ứng chuỗi polyme trường nhạy ion Bóng bán dẫn cấu trúc ơxít kim loại Chất EDC Chất MIA 11 AcChE Acetyl-Cholinesterase Chất AcChE 12 13 14 15 16 Bovine Serum Albumin Immunoglobulin Electrochemiluminescence Universal Serial Bus Liquid Crystal Display Chất BSA Globulin miễn dịch Phản ứng ECL Giao tiếp USB Hiển thị tinh thể lỏng Direct Current Alternating Current Điện áp chiều Điện áp xoay chiều 20 Psoc Programmable System on Chip Hệ thốngểkhả trình chip 21 ADC 22 HID Analog-to-Digital Converter Human Interface Devices Chuyển đổi số tương tự Chuẩn giao tiếp HID BSA Ig ECL USB LCD 17 UDC 18 UAC g vi 23 24 25 26 LED VB S/N ROM Light Emitting Diode Visual Basic Signal / Noise Programmable Read-Only Memory Điốt phát quang Ngơn ngữ Visual Basic Tín hiệu / Nhiễu Bộ nhớ đọc vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Tên Tiêu đề bảng Trang Bảng Tính chất kháng thể 10 Bảng 2.1 Các thông số cảm biến đa kênh 29 Bảng 2.2 Các thông số hàn cảm biến 35 Bảng 3.1 Các thông số cảm biến đế cảm biến 51 Bảng 3.2a Bảng thơng số q trình đo xác định kháng 66 nguyên vi rút H5N1 lần Bảng 3.2b Bảng thơng số q trình đo xác định kháng nguyên vi rút H5N1 lần 67 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Tên Tiêu đề hình vẽ Trang Hình 1.1 Cấu tạo cảm biến sinh học Hình 1.2 Cấu tạo cảm biến (A) hệ đo (B) ISFET Hình 1.3 Cấu tạo cảm biến vi điện cực Hình 1.4 Cảm biến thiết bị đo nồng độ thuốc trừ sâu 15 Hình 1.5 Xác định nồng độ thuốc trừ sâu dạng vi dịng 16 Hình 1.6 Mơ hình thiết bị đo xác định nồng độ chất Lactate 18 Hình 1.7 Cảm biến đa kênh với 16 điện cực làm việc 19 Hình 1.8 So sánh độ ổn định làm việc điện cực chế tạo 20 vàng cacbon Hình 1.9 Mơ hình thiết bị xác định cúm gia cầm dựa cảm 21 biến quang 10 Hình 1.10 Cấu trúc cảm biến vi điên cực 22 11 Hình 1.11 Sơ đồ thiết lập hệ đo cho cảm biến đa kênh 24 12 Hình 1.12 Sơ đồ điện tương đương cho cảm biến miễn dịch 25 13 Hình 2.1 Mặt nạ chế tạo cảm biến đa kênh 28 14 Hình 2.2 a Kích thước cảm biến đa kênh 29 15 Hình 2.2 b Thơng số chi tiết 01/01của cảm biến 30 16 Hình 2.3 Quy trình chế tạo cảm biến đa kênh 30 17 Hình 2.4 Cảm biến sau cắt từ phiến Silicon 32 18 Hình 2.5 a Đế cảm biến đa kênh thiết kế cho mặt 33 19 20 Hình 2.5 b Hình 2.6 Đế cảm biến đa kênh thiết kế cho mặt Quy trình gia nhiệt cho đế hàn 33 34 21 Hình 2.7 Quy trình cố định kháng thể vi rút H5N1 lên bề mặt 35 ix cảm biến 22 Hình 2.8 Sơ đồ khối thiết bị đo đa kênh 38 23 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 39 24 Hình 2.10 a Sơ đồ khối phát tín hiệu điều chỉnh tần số, b Điều 40 chỉnh biên độ 25 Hình 2.11 Sơ đồ mạch chỉnh lưu nhạy pha dạng tín hiệu 42 26 Hình 2.12 Các mơđun PSoC sử dụng thiết bị đa 43 kênh 27 Hình 2.13 Thiết lập phần cứng phân bố chức chân cho 43 CY8C24894 28 Hình 2.14 Ghép nối USB với chíp Psoc CY8C24894 44 29 Hình 2.15 Các chế độ thiết lập cho USB phần mềm 45 Designer 4.4 30 Hình 2.16 Hình ảnh bàn phím thiết lập chế độ hoạt động 46 31 Hình 2.17 a Mơđun LCD b Thiết lập thống số hoạt động 47 32 Hình 2.18 Cửa sổ thiết lập Visual Basic phần mềm 48 hiển thị 33 Hình 3.1 Cảm biến sau chế tạo, cắt thành chip 50 34 Hình 3.2 Đế cảm biến sau chế tạo, gia cơng 51 35 Hình 3.3 Hình ảnh cảm biến sau hàn đóng gói 52 36 Hình 3.4 Cảm biến giao tiếp với mạch thơng qua 53 socket 37 Hình 3.4 Sơ đồ chân cảm biến miễn dịch đa kênh 53 38 Hình 3.5 Tín hiệu đưa vào cảm biến miễn dịch 100 mV, 50 kHz 54