Luận án tiến sĩ vật lý học: Nghiên cứu chế tạo dây Nano SnO2 định hướng ứng dụng trong cảm biến ADN

hóa bề mặt và thử nghiệm tug dụng trong vim biển ADN, Như vậy, trên oo sở odo miụo tiêu đó những, nội dung nghiên oứu chính dứa luận ấn được thựo hiện troug 5 chương tương ứng cla luận ấ

ĐẠI QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYEN MINH HIẾU

NGHIÊN CỨU CHE TAO DAY NANO SnO,

ĐỊNH HƯỚNG UNG DUNG

TRONG CAM BIEN ADN

LUẬN AN TIEN SĨ VAT Li HOO

HA NOL - 2022

ĐẠI QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYEN MINH HIỂU

NGHIÊN CỨU CHE TAO DAY NANO SnO;

DINH HUGNG UNG DUNG

TRONG CAM BIEN ADN

Ohuy6n ngành: Vat lí chất rắn

Ma số: 9440130.02

LUẬN AN TIEN SĨ VAT Li HOO

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOO

1 PGS.TS Nguyễn Hoang Hai

2 PGS.TS Mai Anh Tuấn

HÀ NỘI - 2022

Lời cam: đoan

Toi xin vam đoạn đây là oông trình nghiên cứu của riêng oá nhân tôi Oáo số liệu vakết quả mới trình bay, trong luận ấn là trung thực và chua từng được ông, bd trong oáo

nghiên oứu khav.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Minh Hiéu

Lời cam ơn

Nghiên cứu sinh bày tó lòng biết ơn tới PGS.LS Nguyễn Hoàng Hai và PGS.LUS MaiAnh Tuấn Hai thầy đã tận tình hướng dẫn và định hướng cho Nghiên ottu sinh thực hiệnuông, trình nghiên ottu này, Hai thầy, đã dạy cho Nghiên cứu sinh sự nghiêm tio trongkhoa họo, khả năng phâu tích sau cdc kết quả nghiên otfu về ấu tric, tính chất của vật

liệu Nghiên cứu sinh đã chế tạo vam biến và hiếu rõ vdeo vẫn đồ nghiên cứu từ đó dua ra

được những đồ xuất mới trong nghiên cứu, khá năng khái quất hoa vẫn đồ Nghiên ottusinh 06 khá năng viết oáo bài báo khoa học và hai thầy, đã kiên nhẫn sửa chữa bắn thaobài báo Nghiên cứu sinh xin chân thành cai on đến PGS.US Nguyễn lrần Phuật, 1S

Ngô Dito Lhê, US Pham Dito Thành, VS Trương Quang Dito va US Ong Khắc Quý đã

giúp đỡ va cong tấu trong công việo do đạo áo phép đo XPS, HRLEM, HAADE.

Nghiên cứu sinh chan thành oắm ơn odo thầy cô trong Bộ môn Vật lí chất rin, Khoa Vật

Lí, Trường Dai hoo Khoa họo Lu Nhiên, Dai học Quév gia Hà, Nội đã tao mọi điều kiệncho Nghiên oứu sinh tiếu hành oáo nghiên ottu tại phòng: thí nghiệm

Nghiên otfu sinh xin chân thành cắm on oáo thầy oô đồng, nghiệp trong, Trung tam Nano

và Năng lượng luôn luôn quan tam động viên Nghiên oứu sinh trong thời gian thực hiệu

luận ấn này,

Nghiên cứu sinh cau du tới gia đình đã, động, viên khi Nghiên oứu sinh thực hiện luận ấn,

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Minh Hiéu

Lắng đọng hoa họo pha hơi

Sợi đôi ADN

vi rút EpstoIn Barr

I-ethyl-ä (-3-dimethylaminopropy|)-cacbodiimide

Phố tán sắo năng lượng tia X

Độ rong vùng, cấu

Phương pháp do phố trở kháng điện hoa

Phương phấp Kuzyme-lnked LlunnnnosorbenE assay,

Phố hồng ngoại biên đối Fourier.

Ảnh trường tối góo lớn

Kính hiển điện tứ truyền qua phan gidi cao

16 chức hoa học tỉnh khiết và ứng: dung quốo tế

Động năng.

Số mol vật liệu

Bộ điều khiến lưu lượng dòng khí

Nghiên cứu sinh

Dây, nano

Oarbodiimide-uhy droxy-suoolniinido

Qông nghệ vi vo điện tử Giới han phát hiện.

Phương pháp Polymerase Ohain Reaction pivomol,

Kính hiến điện tử quét

Sot ADN đơn

Dou vị lưu lượng khí, cm amin+

Day, nano thiếo 6 xít

Vật liệu mang 6 xít dẫn điện và trong suốt

Kính hiến vi điện ttt truyền qua Phổ nhiễu xạ tia X

Phố điệu tử tia X

Sự thay, đối năng lượng tự do Gibbs

Pha hoi-Pha loug-Pha rắn

Danh sách hình ve

Sơ đồ tom tắt dấu trúc ola luận ấn

Oâu trúo tỉnh thé của SuOs2

Giản đồ nhiễu xạ tia X cla dây nano SuO,

Gidu đồ nhiễu xa tia X cla wang woug Au và AuSn

Tinh chất dẫn điện oúa vật liệu SpO>

Oau tao cla dám biến sinh họo

Oau trúc hình hee cho 3 vị trí đặt oắm biến ST, $2, $3 Oấu trúc hình học cho 3 vị trí $4, S5, S6

Phan bơ nồng độ hơi Su trong ơng OVD được phĩng đại tai vị trí nguồn

Sn và 3 vị trí S1, 32 và S3 tại óng thời điểm 3600 giây nhưng kháo nhan

về lưu lượng dong khí mang Oo tăng dau lau lượt từ (a) 0,1 svom, (b) 0,2

sooI, (06) 0,3 soom, (id) 0,4 sooin, (e ) 0,5 sccm, (ff) 0,6 socom, (ig) 0,7 socom,

(h) 0,8 som, (i) 0,9 soom và, (ik) 1,0 scorn

Nơng độ Su tại bề mat WE cho 3 vị trí ST, S2, $3

Nong độ Su lắng đọng tai vị trí 34, S5, 36

Thiết kẾ mat nạ quang khắo chê tạo điện cue Au

Mặt nạ bao vệ điện cue

Thiết bị sử dụng chê tao cắm biến

Sơ đồ ché tạo điện oựo Au

Sơ đồ quy trình chế tạo và sắn phẩm vi điện cue Au.

Hệ lắng, đọng, hơi hoa họo OVD, (a) Sơ đồ hộ OVD, (b) Hệ wat ua báo v6điện cue và 3 điện cực, (cv) Giản đồ nâng nhiệt hệ OVD khi chế tạo dây

SnOs, (d) Ảnh bên ngồi hệ lị OVD, bàn điều khiển khí và chai khí, (e)

ảnh bên trong lị OVD.

Phố nhiễu xạ tia X otta điện oựo Au và dây nano SuO¿, (a) XRD ota điệu

oựo mang Au, (ib) XRD của dây nano SuO, mọc sử dung xúo tao là màng

Au, (©) XRD ota dây nano SnO2 mọc sử dụng xứ táo là hạt nano Au.)

Két qua do phố XPS ita day, nano SuO¿, (a) Kết qua XPS của Su3d; 2 và

Susdy 2, (b,c) Kết qua XPS gúa Su3d5/2 và Sn3d¿/¿ được phan tích thành

hai đính bằng phương phap fitting sử dụng ham Gauss, (d) kết qua XPS

mọc trên mang mong Au, (a2) Phan bố đường kính dứa dây nano SnO+

hạt Au, (b2) Phan bố đường, kính cotta dây nano SuO, mọc trên hat Au)

Kết qua HRVEM và SAED cotta dây nano SuO, khong phâu nhánh, (a)

HREM octta dây nano SuO, không phau nhánh, (ib) SAED (Kết quả ảnh

gôu), (o) oấo vị trí 06 dường độ mạnh nhất trong kết quá SAED, (d) Mạng

tinh thế phù hợp nhất được tìm thấy bằng thuật toán RANSAO, (e) Veotơ

mạng, độ dài veotơ trong không gian, (f) Odo veut0 mang riêng dude xấu

định theo tỉnh thé và trục khu vue được tính tuấu.

Kết qua SPEM-EDX trên dây nano 3SuO¿ không phan nhánh, (a) Kết qua

SLEM vtta dây nano SuO2, (b) EDX vita nguyên tổ Su và O, (6) EDX của

nguyên tố SH, EDX cotta nguyên tổ O

Ảnh SEM của gáo dây nano SuOs chỗ tạo với thời gian và khoảng cach tit

nguồn lắng đọng lắng đọng đôn vi trí đặt oắm biến, (ta) SI(6—20 phút, x—15

wun), (ib) 32(6—20 phút, x—30 nàn), (6) S3(6—20 phút, x—48mn), (d) S4(t

—20 phút, x—60 wun), (ie) S5(t—20 phút, x—75 mm), (if) S6(t—20 phút,

x—90 tu), (g) 37(—T phút, x—15 mu), (h) S8(it—5 phút, x—15 màn), (i)

S9(t—1U phút, x—15 mm), (k) S10(6—20 phút, x—15 mm), (uw) SIT(t—40

phút, x—15 nam); (uu) S12 (t—60 phút, x—15 mu)

Mộ hình mov dây nano SuÖ: sử dụng hat Au làm xtc tao

Oo chế moc tit g60 dây nano volta SuQs

(a) Kết quá HAADE-SLEM của dây nano SnOa, (b)-(o) lần lượt là kết quá

SLEM-EDX vita nguyên tô O và Su, (d)-Íe ) là kết quả HREM của, day,

nano SuO» thang, (g)-(h) là kết qua HRLEM ota dây nano SuO2 tại vị trí

phân nhánh, (f)-(i) Kết quá SABD.| ốc

Mô hình giải thích cho cơ chê xúo tao Au, (a) Hap thụ vật lý của Oy leu

bề mặt Au, (b) Hấp thụ hóa hee oúa Oy lên bề mat Au, (6) O» nhận điệu

từ và phan tách thành 20, (d) Phan ứng giữa Su và O, (ie) Phan tứ SuOs

bị đấy ra khói pha lông tao thành cấu trúo dây nano SnO>

70

9.] Sơ đồ tong quát qué trình chức năng hoa bề mat ola cắm biến, (a) Lao

nhóm chite OH trêu bồ wat cd biên, (ib) Ohứo năng hoa bồ maAt oắm biếubằng nhóm NH», (6) Gan ADN dò lên bề mặt cam biến, (d) Lai hóa ADNđích và ADN dò trên bề mAt cải biến,

5.6 Phố hồng ngoại biên đối Fourier da cáo mẫu (a) ADN dò, (b) ABLES, (6)

Dây, nano SuOs, (id) ADN dò liêu kết với dây nano SuOy

5.7 Kêt quả hiển vi huỳnh quang của ADN trên bề mặt điện cực, (a) Mau điệu

cue không gắn kết ADN, (b) gắn ADN nồng độ 10uM, (ib) gắn ADN nồng

độ 20uM, (wv) gin ADN nồng độ 304M, (d) gin ADN nồng độ 400M, (e)gắn ADN nồng độ 50uM

5.8 Kết quá SEM cotta điệu oựo vàng phử hạt vàng moo dây nano (06 phú thêu

hạt nano Au và điều kiện chỗ tao(SI3, ¢ — 20 phút , x — 15 mun), (wl)

ánh SEM điệu cue vàng 06 dây nano trên WE, (a2) ánh SEM tại vị trí sửa

WE với SuO; 6 vị trí có Au và trên dé SiO¿ không có dây SuOb», (b1)-(b2)ảnh SEM của vic dây nano SuO» có hạt Au ở đầu dây, (c1)-(o2) ánh SEM

olla dấu dây nano SuQ)› v6 hat Au ở oấo vi trí khấo nhau trên điện cuo,

(d1)-(d3) ánh SEM của day, SuOs phóng đại với hạt Au ở đầu dây,

5.9 Kêt qua do thê khuôch đại vi sai oủa vai biên biểu diễn sự phụ thuộc vita

nồng độ ADN đích vào thé vi sai, oằm biến sử dung loại day, nano SnO» 06hạt nano Au 6 đầu dây và mọc trên điện oựo mang Au

5.10 Kết qua đo thé khuếch đại vi sai cla vai biểu, loại dây nano SuOy sử dụng

volta điện ấp khi oó sự lai hóa otta AND trên cắm biến Lhời gdứa ấm biếu, (b) Sự phụ thuộc ctta nồng độ ADN đích vào thé vi sai va

đường, ngoai suy tuyến tính

1.2.2 Phương phấp lắng đọng điệu hóa| - 141.2.3 Phương pháp lắng đọng hoa họo phahơi - 14

Oo chế mov dây nano SnO+ 15 1.3.1 Oo chế mọc dây VLS hiện tại 15

1.3.2 Những vẫn đề còn tồn tai olla vg chê VLS 16

Mô phỏng phan bố nồng độ hơi Su 17

14.1 Nội dung bài toáu mô phóng) 17

1.4.2 Lựa chon Ooisol wultiphysic cho mô phou 17

Qa biến sinh hool 181.5.1 Định nghĩa và vu tạo cắm biến sinh hee 191.5.2 Phân loại cam biến sinh học 201.5.3 Oắäm biến sinh họo phát hiện ADN 21

Phương pháp v6 định ADN với vật liệu nano 24

1.6.1 Phương phấp hấp phụ ADN với vật liệu nano 241.6.2 Phương phấp liên kết cong hóa trị ADN với vật liệu nano 241.6.3 Kết luận chương) 26

Xáo định điều kiện biên và điều kiện vật lý

Kết quả mô phỏng OVD cho vị trí S1, S2, $3

2.2.1 Nong độ Sn phụ thuộc lưu lượng khí O2 với vị trí ST, 32, S3

2.2.2 Nong độ 5n tai bề mat WE cho 3 vị trí ST, 32, S3

Kết quả mô phỏng OVD cho vị trí $4, S5, 36

2.3.1 Nồng độ Sn phụ thuộc vào lưu lượng khí O2 với 3 vị trí 34, S5, S6|.2.3.2 Nong độ Sn tại bề mặt cắm biên với vị trí 34, 35, S6

2.3.3 Kết luận chương

6 tạo vi điện cực, dây nano SnO›

Thiết kế wat nạ,

3.1.1 Thiết kế wat nạ chế tao vi điện cue Au

3.1.2 Thiết kế wat nạ bao vệ điện oựo Au

Hoa chất và, thiết bil

Hoa chất

3.2.2 Thiết bị sit dụng chê tạo cắm: biến

Ohỗ tạo điện cue Au và dây, nano SuO2

„ trình làm sạoh đề Silic

, trình bao lớp SiO»

„ trình quang khắo tạo hình điện cue Au

„ trình phún xa tạo mang mong Au

Phố nhiễu xạ tia X (XRD) Phố điệu tử quang tia X (XPS) Hiến vi điện tử quét (SEM)

Hiến vi điệu tứ truyền qua (EM) Hiến vi điện tứ truyền qua, quét (SLEM) Hiến vi điện tứ truyền qua phan giải cao (HRLEM)

Nhiên xạ điện tử chon vùng (SAED)

Hấp thụ hồng, ngoại chuyển đối Fourier (iE L'LR)

Phương phấp đo vi sai phat hiện ADN

Phương phấp tính giới hạn phat hiện LOD.

Két luận hương)

4 Oo chế moc dây nano SnO› với xúc táo Au 60

4.1 Phân tích cấu trức tinh thé và hình thái họo dây nano SnOs 6U

A úu ti : 60

XPS dây nano SnOs 61

4.1.3 Hình that họo dây nano Su: l5)

Phan tích HRVEM, SAED và SLEM-EDS dây nano SuO2 65

4.2.1 Phan tích HRVEM, SAED dây nano SnO> 65 4.2.2 Phau tích 3SLEBM-EDS dây nano SnO2 G7

4.2.3 Diều khiến cấu trie cửa dây nano SuOy 08

Os vhé mov dây nano SuO¿ 724.3.1 Oo ohê moo dây nano SuOs với xứu táo hat nano Au 724.3.2 Oo chê mov dây nano SuOs với xứu báo màng mong Au 744.3.3 Giải thích vo chế myc dây nano SuO, bằng liên kết hoa hgcl 77

4.3.4 Kết luận chương 79

Phát triển cắm biên ADN trêu cơ sé dây nano SnO› 8U

Ohứo năng hóa SuOs, 06 định ADN dò lên bề mat cắm biến, 815.1.1 Ohức năng hóa SuOs bằng AP.PES 815.1.2 Qố định ADN dò lên bồ mặt dây nano SuO, 82

Kiếm tra, gắn kết ADN trên vật liệu nano SnO»s 84 5.2.1 Kiếm tra gắn kết ADN trên vật liệu nano SuO bằng: phố ELIH|R %4 5.2.2 Kiếm tra gắn kết bằng hiển vi huỳnh quang; 86

5.2.3 Kết qua SEM day nano SuOs v6 hat nano Au 86

Oámm bién ADN với dây nano SnO2 88

Oadm biến ADN với dây nano SnO» 06 hạt nano Au S8

Oắm: biến ADN với dây nano SuO» không có hạt nano Au 88Gidi hạn phát hiện vam biến ADN 90Két luận chiton QL

Tai liệu than khảo 97

Mở đầu

Tính cấp thiết của dé tài

Vật liệu nano đã và đang được oấo nhà, khoa học quan tâm nghiện cttu trong đó SuO là

vật liệu bán dẫn loại n, hạt tai điện là điện tứ, độ rộng vùng cấm cỡ B„—3,0 eV SO.

06 tiềm năng, lớn trong: vide chế tao oấo thiết bị vi điệu tử như cdo cắm biến khí và cắmbiến sinh học Vật liệu nano SuOs bao gồm cáo hình thái cấn trav kháo nhau như hạt,thanh, day, nano và mang mong đã được áo nhóm nghiên tập trung nghiện cứu ché tao

và phân tích cáo tinh ohất của vật liệu trong một thời gian dài và đã được nghiêu dứu sửdụng chê tạo lĩnh kiệu là oáo vam biến nhạy khí tuy nhiên nghiên ottu về cam biên sinh

họo vdn hạn ché Cáo viu trio một chiều là oáo dây, nano SuO, 06 uu điểm với diện bích

bề mặt hiệu dung lớn Day, nano SuOsđộ bền vo học và bền hoa học trong áo dung dịchaxit và bao, chi bi hòa tan trong axít và ba zo đặc do đó 06 tiềm năng 4p dụng cho vimbiến do trong dung dịch

Oắumn biến phát hiện cáo phần ttt nhỏ như ADN thông qua phép do su lai hóa dứa ADN

dò với ADN đích được v6 định trên dây nano 3uOa Qua trình lai hóa ADN làm thay đối

độ dẫn ota dây nano Lin hiệu lai hóa ADN là tín hiệu sinh hoo được bộ chuyến đối tín hiệu chuyển thành tín hiệu điện (như điện thê, dòng điện, tong trở) Su thay, đối nồng độ ADN sẽ dẫn đến sự thay đối tín hiệu điện lỗi ra Sự phụ thuộc này là một ham sỐ cửa,

nồng độ ADN đích với tín hiệu điệu lối ra

điên cơ sở đó tính chất cite vam biến sinh họo phát hiện ADN như giới hạn phat hiệu, độ

lặp lại, độ tin cay, phụ thuộc vào bộ chuyến đối tin hiệu Bộ chuyến đối tín hiệu này dude tạo ra tit odo ấu trac dây nano SuOs; Cau trav tinh thé, tính chất dẫn điện vita dây, nano SuO, quyết định chất lượng cla bộ chuyển đối tín hiệu Do vậy van thiết nghiên cứu dé điều khiến quá trình chê tạo vật liệu SuOs¿ hướng tới chỗ tao bộ chuyển đối tín hiệu cho

dám biến sinh họo phát hiện ADN

Ode nghiên oứu về vam biến sinh họo sử dụng vật liệu nano SuOs đã được nghiên ottu

nhưng, số lượng cou hạn chê heo sự hiểu biết ola NOS do những v6 những, lí do sau đây, Lí do thứ nhất là việo chê tao day, nano SnOs lên một vị trí chen loo trên bề mặt

dám biến là mot kỹ thuật phức tap Li do thứ hai đó là kháo với vam biên khí thi vambiến sinh họo vau phat chito năng hoa và gắn kết đầu dò sinh họo (ADN dò) lêu day, nano

SuO¿; Ohứo năng, hoa cáo nhóm chức cho bề mặt dây, nano SuO¿ do khó khăn trong, việo

tạo liên kết oửa nhóiu ohứo hữu cơ với bề mat dây, nano và quá trình gắn kết ADN lên bề

mặt dây nano Nếu NOS có thé vai tiến được những khó khăn này thi 06 thé góp phan

sử dụng tốt dãy, nano SuOs cho vam biến sinh học.

Linh vựo nghiên oứu về vim biến sinh hoc được cáo nhà khoa học đặc biệt quan tam do

vam biến sinh họo v6 những ưu điểm về độ chính xc cao, độ tin cậy, cho kết quá nhanh,

khả, năng di động thiết bị đến tận nơi cin phan tích, khá năng ghép nối và tích hợp với

máy tính Đồng thời khá năng tương thích của oắm biến với oáo công nghệ chế bạo vi va

điện tử làm cho chúng: trở thành thiết bị vd khá năng, chấn đoán phát hiện ADN trong dáo bệnh phẩm chứa, vic loại vi rút.

Năm: 1964, ba nhà, khoa, học Michael Anthony, Epstein, Bert Achong và Yvonno Barr cong

bố trêu tap chí Lhe Lancet về vi rút Bpsbein Bare (EBV) BBV là nguyên uhau gây, ra

ung thư hạch Burkitt heo tố chứo y, tê thé giới và vo quan nghiên oứu ung thư quốo tế

thì EBY là chất gây, ung thu whom 1 vào nău T990, BBV liên quan với oáo dang ung thu

dav biệt như lympho Hodgkin, lympho Burkitt, ung thu dạ dày, ung thu biếu mô vou

họng [I5J22/85|I39J158J71đ),

EBY gây, ra hon 200.00U ca ung thư mỗi nấu trên thé giới, chủ yếu là ung thư tế bao,

chiêm 1,5% tong số vdc loại ung thu Do những, táo hại ola EBV thi uhu cầu phát hiện

ra vi rút trong oáo mẫu bệnh phẩm: là nhà cau cấp thiết và được nhiều nhóm nghiên ottu

trên thé giới quan tam Lrong nghiêu oứu này, nghiên ottu sinh (NOS) lựa chou một đoạn

ADN đơn thiết kế sẵn ota hang thương mai làm mẫn chuẩn để kiếm tra khá năng, phát

hiện ADN của vi rút EBV của vam biến sinh họo sau khi chế tao

Ode phương phép phat hiện vi rút hiệu nay trong oông nghệ sinh họo gồm hai phương, pháp

chính là (Bnaymo-linked: Luuinunosorbent assay-KLISA) và (Polymerase Chain

Roaotion-POR) Oó rất nhiều loại xét nghiệm BLISA cho nhiều loại bệnh nhiễm trừng nhưng đều

theo nguyên lý chung là phát hiện kháng nguyên bằng áo kháng, thé dav hiệu.

Điểm dav biệt ở đây, là cao kháng thé được cho gắn kết với một loại enayne (enyme-linked)

và sau khi phan ứng kháng nguyên - khang thé xay, ra, tiến hành cho cơ chất (substrate) dav hiệu vào enzyme sẽ phan giải oo chat ra cáo sắn phẩm (products), t¥ lệ với lượng, kháng nguyên cần do đạo Lin hiệu lối ra phố biến nhất là sự đối màu một chất hóa họo

và tính ra được lượng khang nguyên 06 trong mẫu vật xét nghiệm [45].

Phuong phấp thứ hai là phản ứng chuỗi polymerase (POR) là phan ứng khuốch dai genhay, phan ứng chuỗi trùng hợp nhằu khuéch đại tao ra nhiều ban sao ctta một đoạn ADN,

No đượo sứ dung trong giai đoạn đầu của quá trình xử lý ADN để giải trình tự POR giúp phát hiện sự hiện diện hay, vắng wat ota một gen dé xác định cáo táo nhân gây bệnh

trong quá trình nhiễm trừng, và khi tao ra oáo ấu hình ADN từ oáo mẫn ADN nhỏ [L9].

Hai phương phấp trên đượo sử dụng tại vac trung tam, nghiên ottu hiện đại tại oấo thành

phố lớn, v6 độ chính xáo oao tuy, nhiền cần thiết bị hiệu đại và đội ngữ kỹ thuật viên vd

trình độ cao và thời gian phau tích kéo dài và chi phí cao Trong trường hợp dịch bệnh

xây, ra ở quy mô lớn, số lượng mẫu can phan tích nhiều và áo vùng: xa trung tam thì nhụdầu van thiết v6 thêm phương pháp mới hỗ trợ cho hai

Oáo nghiên oứu đã chí ra rằng, việc phát hiện BBV liên quan đến sự xuất hiệu và phát

triển cửa ung thư biểu mô vòm hong như đã dé oập ở trên Phương pháp phát hiện HBV

bằng xót nghiệm POR và KLISA là phương pháp phố biên dé xáo định ung thư Tùy,

nhiên cach tiếp van này c6 những, hạn chế như cáo quá trình phan tích phức tap, yêu cauphòng: thí nghiệm hiệu đại bại trung tâm y, tế, kỹ thuật viêu có trình độ dao, Do đó, oầu

06 mot phương pháp chấn đoán lâm sàng nhanh chóng, chính x4o và nhạy, để tiên lượng

odo bệnh liêu quan đến EBV

Phương pháp phân tích mới đó là cắm biển sinh hoo ADN v6 khá năng, phất hiện nhanhtại hiện trường, v6 độ chính xáo cao và oó giới han phát hiện thấp, hỗ trợ cho hai phươngphấp phan tích truyền thông

Mục tiệu chung otta luận ấu là nghiên cứu chuyên sau về chế bạo vật liệu bán dẫn SuOa,

điều khiến uáo cấu trúo hình thái day, nano với vide sử dụng xúu táo Au trong phát triển.

uáo loại dã biên thé rắn sử dụng: trong dung dịch phát hiện ADN Mụo tiêu cu thé vita

luận án là phải chế tao ra được vật liệu SnOs v6 ấu trie nano, nghiện cứu vio vi cấutrav ola SuOs Nghiên cứu vo chê hình thành oáo day, nano SuO¿ Nghiên oứu vai tiến oáodộng đoạn trong ché tao vật liệu, ohứo năng hóa bề mặt và thử nghiệm tug dụng trong

vim biển ADN, Như vậy, trên oo sở odo miụo tiêu đó những, nội dung nghiên oứu chính

dứa luận ấn được thựo hiện troug 5 chương tương ứng cla luận ấn này,

Oấu trúc luận án gồm 5 phần với vic nội dung được trình bày, trong, 5 chương,

Chương 1: Tong quan vật liệu nano SnO, và cắm biên sinh học phát hiện ADN

lrong chương 1, NOS trình bày, về tìm hiếu nghiên gứu troug nước và nước ngoài dé làm:

rõ dấu thông tin về vật liệu SuO¿, sáo phương, phấp chê tạo SuO» và khá năng ứng dụngSnOs cho chế tao áo vam biến kháu nhau dav biệt là vai biến phát hiện ADN NOS tìm

hiểu oáo điếm khó khăn còn tồn tại trong, việc chỗ tạo dắm biến ADN dùng SuO, trướo

đó liên cơ sở đó NOS đồ xuất quy trình cong nghệ chỗ tạo để giải quyết khó khăn và

đạt được oấo mục tiêu đề ra

Chương 2: Mô phóng bài toán vật lý trong tống hợp dây nano SnO;

NOS sử dung phan mồm Oomsol multiphysios để m6 phóng, phan bố ciia hơi Su trong:

dug phan ứng OVD sử dung oáo điều kiện như oấu trúc hình họo oủu ông OVD, mặt nạ

bao vệ, điều kiện nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khí thối NSO sử dụng công vu Oomsol multiphysios để tính toán nồng độ hơi Su tại bề mặt vam biên Mục đích ota tính toán

nhằm liên hộ giữa nồng độ Su ánh hướng đến hình thành uấo dẫu trie nano SuOy trên bềmặt cain biến Linh toán oó ý nghĩa cho việo lặp lại cáo thí nghiệm với độ chính xắo ao

Chương 3: Chế tạo vi điện cực Au và dây nano SnO,

trong chương 3 là phần kết qué nghiên ottu chính của luận ấn này, Chuong 3 tập trungvào ông nghệ chê tao vam biến sử dụng dây, nano SuOs đã được lựa chọn và rút ra từdhương, T Lroug chương, 3 này NOS đã ban luận ruột giải pháp kĩ thuật v6 kết quá kháthú vi oủa luận ấu đó là thiết kế chê tao tuật nạ bao vệ điện oựo (shadow mask) Gidi

pháp này, cho phép tong hợp dây, nano SuOs vào vi trí mong muốn trên cam biến, đồng, thời cho phép chê tao nhiều vam biến trong cing một lô chỗ tao Nghiên cứu cu thé là ông nghệ lắng dong hóa hee pha hơi (OVD) trên oo sở dung dung vac cắm biến thé rắn

là cáo điệu oựo làm bằng, vật liệu vàng (Au) được chế tạo bằng ông nghộ quang khắo

và phứn xạ quy trình được thực hiện hoàn toàn trong phòng sạch cd Olass TUOU Trong

chương, 3 dũng sẽ trình bày, chi tiết oách thức mà NOS đã thực hiện để v6 thé lắng, dong

và tổng hợp dây nano SuOs vào vi trí mong muốn trên vam biên Những, kết quá thu được

trong, qué trình chế tạo day, SuO» sẽ được phan tích đánh giá sử dụng cáo phương phấp

vi dấu trúo như XRD, BDX, XPS, SEM, HREM, SAED và ELIR,

Chương 4: Oo ché mọc dây nano SnO; với xúc tác Au

Đề xuất áo mô hình mov dây, nano SuO» với xúo táo Au Oc chê moo dây, nano sử dụnghạt nano Au và màng mong Au Giái thích vai trò ola Au trong qué trình mọo dây, Đềxuất od chê phan nhánh cho dây nano SuO> NOS đã luận giải bắn chất otra quá trìnhmov day, nano SnOs và được đăng trên tap chí LSL uy, tín xếp hạng QU

Chương 5: Phát triến cắm bién ADN trên cơ sở dây, nano SuO;

NOS đã đề xuất thử nghiệm oắm biên day, nano SuOs trong phát triển cắm biên ADN NOS đã sứ dung một đoạn ADN (don) dò co độ dài chuỗi là 23 base Để làm đượo điều

này uông, việo đầu tiên chudi ADN dò dần được gắn kết lou bồ mặt volta day, nano SuO,nằm trêu điệu cue làm việc don otra oắm biến ông đoạn này gọi là quá trình ohứo năng

hóa bề mặt và gắn kết sinh học Sau đó triển khai đo lường trong dung dịch 06 chứa ADN.

(dou) đích lrên 06 sở đánh giá dao tuyểu oủa oắm biến ADN như độ đáp ứng, giới hanphat hiệu, quan hệ nồng độ ADN va tín hiệu điện thê lối ra, độ lặp lại NOS ban luận về

odo vấn dé cou tou tại và ý tưởng ruới là nghiện oứu sinh nhậu thấy, trong lao làm luậu

án nhưng chưa thực hiện được nhưng sẽ là định hướng cave nghiên oứu trong tương: lai.

Những đồng góp ruới cua luận an

Mô phỏng nồng độ hơi Su trong ông OVD bằng phần mồm Cowsol multiphysios Kết qua

mô phỏng, đưa ra phan bố hơi Su trong ông OVD vita qué trình moo day, nano, tính toán

số mol Su lắng đọng trên bề mặt điện cực làm việo của vam biến Dua ra dự đoán về điềukiện thí nghiệm ánh hướng đến hình thái và oấu tric cotta dây, nano SuO¿ như điều kiệu

ấp suất, nhiệt độ, thời gian và lưu lượng khí thối Kết qua hướng tới lặp lại thí nghiệm và, v6 thế áp dung cho vdeo mộ hình moe dây nano với cấu trúc hình học dứa oáo hệ OVD v6

kích thước hệ, điều kiện biên và điều kiện ban đầu kháo nhan Ode điều kiện kháo nhan

sẽ là oáu biển 36 vita ham 36 là, giá trị nồng độ Su Như vậy ý nghĩa olta tính toán sẽ giúp

cho dấo nghiên cứu sau này, lặp lại thí nghiệm mọc dây SuO» với hình thái giống nhanphụ thuộc vào nồng độ Sn

Ohé tạo điện cue màng mỏng nano Au tích hợp trên dé SiO¿/Sĩ bằng ông nghệ quang

khắo và phương pháp phin xạ Ohé tạo mat nạ bao vệ điện oựo Au trong qué trình woe

dây nano SuO > Long hợp thành vdng oáo vin trũu nano SuQ, kháo nhau tại vị trí chọn lọo

trên bề mặt điện cue làm việc (WH) Nghiên oứu cấu trúo tinh thé, thành phan nguyên

tố cửa dây nano SuO¿ được phan tích bằng cáo phép do XRD, EDX, SEM, HREM, SVEM-EDX, SAED Đề xuất và giải thích được vo chế mọo SnOs¿ NWS với vai trò xúc

táo olla màng móng Au và Sử dụng cdo kết qua do để chứng, mình về oc chê mọc và phân

nhánh dây SuO> NWS.

Ohứo nang hóa thành ông SuO; sử dụng ling đọng hơi AP-LES bằng hệ OVD Uu điểm

dứa chứo năng hóa này, bại vị trí chon loo WE và pha hơi giúp phân tấn tốt AP-VES đến

bề mat SuOs và rút ngắn thời gian chức năng hóa, tao liên kết vdug hóa trị oửa nhómchứo với bề mặt day, nano Oáo dây nano đã được chứo năng, hoa thành ông bằng nhóm

quno (NH») và cỗ định ADN lên bồ mat của dây nano SuO¿ Phương phấp chức năng

hoa pha hơi này cho phép chứo năng hoa đồng, thời nhiều điện cu trong sừng một wéchế tao vim biến, vd ý nghĩa trong vide chế tạo cam biên số lượng lớn và lặp lại Qhứng:

mình được qué trình gắn kết thành oông, bằng phố hồng ngoại biên đổi Fourier (E.LIR)

và hiển vi huỳnh quang Nghiên cứu chê tạo thành công, vam biến ADN có giới hạn phát

hiện là 3,2x10-! M tốt hơn vdeo nghiên cứu trước day,

Tổng quan về cảm biến sinh học và vật liệu SnO,

Mô phỏng 2D phân bố nồng độ hơi Sn trong ống CVD

Cau trúc hình hoc 2D Phuong trinh Navier toi wu chê tạo day-2

của mô hình thực stock và Laminar P=5.10" Torr,

nghiệm hệ lò CVD a 0G

, 0,5 scem.

Chế tao nano SnO, trực tiếp trên điệc cực tích hop WE

, a Ap dung điều kiện Chê tạo hệ 3 điện

Chê tạo hạt nano Au mô 2 phỏng điều khié cực CE, RE, WE

phương pháp hóa uot chế tao dây SnO, tích hợp bằng công

nghệ MEMS

Phân tích cầu trúc nano của vật liệu SnO

Cau truc hinh hoc: SEM, TEM Giải thích cơ chế mọc dây

Cầu trúc tinh thé: XRD, HRTEM, SAED Cầu trúc dây la đơn tinh thé

Thành phân hóa học: XPS, EDX-STEM Tính toán kích thước dây nano

Chức năng hóa bê mặt dây nano và găn ADN dò lên SnO,

Tạo nhóm OH | | Chức năng hóa { Gan ADN,50 pM Kiểm tra gắn

băng Plasma | | APTES pha 2 loại không và có ADN bằng FTIR

oxygen long, hoi đâu huỳnh quang Cy3) |Iurònh quanơ.

Phát hiện lai hóa ADN

Phương pháp Tính đặc hiệu Giới hạn phát

do vi sai DF: cam bién hién LOD

Hình 1; Sơ đồ tóm tắt ấu trúo cửa luận ấu

Chương 1

Tong quan vật liệu nano SnO› va

cảm biến sinh học phát hiện ADN

1.1 Tính chất và ứng dụng của vật liệu SnO;›

SnOs là bán dẫn loại n, là một bán dẫn thuần, SnOs trong mang tinh thế vd nhiều nút

khuyết oxy, Qáo nút khuyết oxy, này, dau đến nguyên tử Sn sẽ oĨ hai điện tử tự do Nguyêntit Su oĩ 4 điệu tứ lớp ngồi óng, v6 trạng thái oxy, hĩa là (4, 2, -4) khi liêu kết với oxy,

Do Su khơng, phái liên kết với nguyên tứ oxy, bại vị trí khuyết thiếu trong; mang tĩnh thé

dẫn đến Su sẽ v6 hai điện tử tự do 24 Lt đĩ hình thành hai mức donor Ep, và Epo.

Ep; cách day, vùng dau 0,03 eV tại nhiệt độ khoảng 200°Ơ, Eps cách đáy vùng, dan 0,15

eV tại nhiệt độ 400°Ơ Độ rộng vùng oấm cửa 3uOs tại 300 K là E„— 3,6 eV [L1z|203].

1.1.1 Cấu trúc tỉnh thé của SuO›

Cấu trúo tính thế ota SuOs trong hình 1.2 (a) 6 mang oo số tt giáo của mau SuO¿ với

hằng số mạng thựo nghiệm là a — 4,737 A°, o — 3,186 A° và u — 0,303, (b) Cấu trúo siêu

7

mạng olta hệ thoi với van bằng, hóa hoo ctta mặt (110) z1] Cấu trav tinh thế vita SuO,

là uấu trúo cutile với chi số phối vi là 6 : 3 Lrong 6 vo sở mang tứ giáo tetragonal 06 chứa,hai nguyên tử thiếo (Su) và bôu nguyên tử oxy, (O) Cau trav bao gồm vic nhóm trung

hòa vila ba mat phẳng, song song O-Sn2Os-O và sự phan chia giữa cáo uhom mặt phẳng:

này phá vỡ số lượng, liên kết cation/anion là ít nhất

Điều này dẫn đến khái niệm về bề mặt vin bằng hóa hoo là bề mặt v6 vin bằng, về liêukết hoa họo giữa nguyên tử Su và nguyên tử O Lại trạng thái dâu bằng này 2 nguyên tử

Su sẽ liên kết với 4 nguyên tử O tạo ra van bằng liên kết hoa họo Mặt tỉnh thé (110) là

mat thỏa mãn điều kiện cin bằng này do mat (110) là mặt tỉnh thé có cấu trae ôn định nhất và chiêm ưu thé nhất trong dẫu trio tỉnh thé ota vật liệu SuOs Oấu trio ota mặt

(110) trong hình 1.2 b với hằng số mang là a — 4,737 A°, o — 3,186 A° [217).

Trong hình [Lz] giản đồ nhiễu xa tia X của dây, nano SuO¿ và phố chuan otia SuO; (kí hiệu JOPDS 77-0450) [z13}, kết qua chí ra tất vd oáo đỉnh nhiễu xa là của vau trúo tinh

thế vita SaOs có dẫu trúc tứ giáo Kết qua được so sánh với phố chuấn, không oó cdo đính

la xuất hiện, ohứng tó mau dây, nano SuO; là tinh khiết,

7 4 SnO2 JCPDS 77-0450

1k - |

">> = =5 5.155530 40 50 60` T0

28 (độ)

Hình 1.2: Gian đồ nhiễu xa tỉa X của dây nano SuOs

rong luận ấn này sử dụng vật liệu Au lam xúc tac cho phan ứng moc dây, nano SuQ» do

vậy phố nhiễu xạ tia X olla vật liệu Au và AuSn được NOS quan tầm và sử dụng dé giải thích cấu trúo ota vật liệu Gidu đồ nhiễu xa tia X oửa màng mong Au và phố chuẩn cia

Au (kí hiệu JOP.DS;04-0784) trong hình |L.3] (ia, b và ö) là chi ra cdo đính nhiễu xạ

(111), (200), (220), (311), (222) va (400) là cba mang móng Au.

Hình 1.3: Giản đồ nhiễu xa tia X của wang mong Au và AuSn

Trong hình [L.3] (d) là phố nhiễu xa oứa mang móng, AuSu +9) Kết quá chí ra rằng màng,

móng, AuSn co hai pha đó là Aus3n (phố chuẩn kí hiệu PDE No 31-0568) và AuSn (phố chuấn kí hiệu PDE no 08-0463) Ode đính 2Ø 06 giá trị 35,2°; 37,8°; 39,9°; 52,4°; 62,99;

69,7°; 74,1° và 77,2° lần lượt là oáo đính nhiễu xạ (110), (006), (113), (116), (300), (119),

(220) và (223) otta cấu trúũo Hhoimmbohedral (Au;Su), trong khi đó cáo đính 20 có giá trị41,7°; 48,7°; 51,5°; 59,5° và 75,5° lần lượt là cáo đính nhiễu xạ (110), (200), (201), (202),

và (223) oúa cau trúc hexagonal (AuSn)

rong hình là phố điệu tử quang tia X (XPS) ola mau dây nano SuO; IHHỌO trên dé Si(100) 06 màng, Au (dày 5nm) làm xúo táo Nghiên oứu phố XPS chi ra rằng, gấu mức năng, lượng liên kết trong pho là tương ứng, với oáo đính của (Os), (Su3d), (Ols) và

(Su4d) oáo đỉnh đượo đánh dấu tương ứng trêu hình Sự đóng góp rõ ràng, ola đính (1s)

là do nhiễm oarbon hấp phụ ở bề wat từ bầu khong khí Hou nữa, cáo đính (Au4f) xuấthiệu chitug tó rằng chất xúo táo Au kim loại đã, xuất hiện ở bề mặt oúa, dây, nano

1.1.2 Tinh chất dẫn điện của SnO›

Trong hình a vau trio olla oấo nguyên tit Su và nguyên ti O Khi trong mang ấn

trac tinh thé nêu khuyết thiếu nguyên tử O, odo vi trí thiêu nguyên tứ O gọi là Oxygen vaoanoy trong: trường, hợp tồn tại oáo nút khuyết Oxy, trong mang tinh thế.

lrong mạng tỉnh thé tồn tại hai trang thai Sut* đã bị ô xi hóa hoàn toàn và Su?† lồn

tại hai trang thái này bạo ra tính dẫn điện cho vật liệu SuO¿ Ode ion Su2T nằm canh

9

10,000 +

F - 1

Q b+ td TL TL TL c L L c—L ——

600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

Năng lượng liên kết (eV)

Hình 1.4: Phố điệu tit quang tia X của mẫn dây nano SuOa

nhau trao đối vip điện tứ cho nhan dẫn đến sự di chuyén oúa điện tif tit nơi này, sang nơi

kháo tạo ra sự lĩnh động cửa hạt tái điện, tạo ra sự dẫn điệu ctta vật liệu SuÓ+,

a SnO; (110)†

e electron (@)

® hole (h*)

Hình 1.5: Lính chất dẫn điện vita vật liệu Su;

1.1.3 Cam bién sinh học sử dụng SnO;›

Oấu trúo nano SnO» với sáo ứng, dung liên quan vật liệu nano bán dẫu đã thu hút đượcnhiều sự chứ ý do tính tiềm năng ứng dụng trong chế tạo vam biên |67} Cáo oxit kim loại

van trac nano với diện tích bề mặt lớn thé hiện cáo dao tính vật lý và hoa học vượt trội

kháo với những vật liệu khối và được sử dung dé nang cao hiệu suất của oắm biến Trong:

sỐ oấo loại oxit kim loại 06 dẫu trúu nano, dây nano bán dẫn SuO› dav biệt tha vị với oáo

ứng dụng oủa ching trong oáo thiết bị điện tử và đặo biệt là trong vam biến khí

điên thie tê cáo dấu trite nano SuOs bao gồm hạt nano [tø|b4|lL+4|, dây nano lE|Í255).

thanh nano ktrlldl Ống nano [60], chủ yêu được thực hiện để chê tao vam biên khí trong

đó đặo tính dấu trúc doug vai trò chú đạo SuO; là mot bán dẫn loại n do khuyết thiêu

oxy, Oo chê nhạy khí vita SnOs được vidi thích do cáo lỗ trống, Oxy, trên bề mat Độ dẫn

điện cửa SnOs thay đối khi vd cáo phân tử khí bị hấp phụ Do là lý do tại sao với tý lệ

10

diện tích bề mặt trên thế tích lớn, các đặc tính điện tử oửa dấu trúc nano bị thay đối mẽ

bởi oáo quá trình bề mặt mang lại độ nhạy, vượt trội hơn so với vật liệu màng mông

Bên oạnh đó, oáo vau trav nano SnO¿ cho thấy khả năng ứng dung cho cắm biến do kha

năng ung cấp nhiều vị trí phan ứng xẵy ra trêu bề mat để tăng cường sự chuyển đổi điện tích trong oáo phân ứng điện hóa Cáo dấu trúu nano SuOs đã được sử dung để đạt

được wat độ nang lượng cao trong nghiện oứu ché tạo pin Lithium-ion hành nano SuO,được sử dung lam điện cue dương, trong dẫu trúo cla pin thu được hiệu suất điện hóa,

Oáo phương pháp này oó ưu diém dễ dàng thực hiện thí nghiệm và tiên hành dua vật

liệu nano lên bồ mat điệu cue bằng quy, trình hóa ướt Oo tiền chat được chuẩn bị trong

dung dịch và tiến hành lắng đọng, điện hóa lên bề mặt điệu cuv Do vậy còn tồn bại oáo

tiền chất ban đầu ánh hướng đến tính chất oủa oắm: biến.

trong nghiên ottu vain biến điện hoa phát hiện ADN trên cơ sở vật liệu SuO¿ đã sử dung

phương pháp lắng, đọng: điệu hóa dé đưa vật liệu lon bề mat oắm biên nhưng vẫn sử dung

điện cực làm vide riêng 16 mà chưa chỗ tạo được điện cue tích hợp NOS nhậu thấy cầuthiết phái nghiện oứu phương phấp đưa được vật liệu nano SuOs lên bề mặt oửa điện cue

va điều khiển được quá trình hình thành odo dang vật liệu nano trên bề mat điện cue

đồng thời tao ra liên kết tốt vita vật liệu nano SuOs với bề mặt điện cực

Vật liệu nano SnOs trong lĩnh vực vam biến sinh họo SuO¿ ving đã được nghiện ottunhưng mới dừng lại ở chế tạo điệu cue riêng lễ wa chưa chê tạo được điện cue tích hợp

cho cắm biến sinh học do còn có những điểm khó khăn trong quy trình cong nghệ chế tao vam biến như dua vật liệu SuOs lên vị trí chou lọo của điện cực tích hợp Điều khiến cáo

uấu trúu vật liệu kháo nhan trên bề mặt điện cực va chứo năng hóa được vật liệu SuOstại vi trí điện cue tích hợp.

Mục tiêu Nghiên cứu quy trình ché tao hướng tới dua được vật liệu SuO, trực tiếp lêu bề

mặt của điệu cue tích hợp để cố định được ADN dò và phát hiệu ADN đích.

Mang SnOs¿ dấu tric nano đã, được sử dụng lam vật liệu oắm biên khí phát hiệu oáo khí

NO,, OO,, Hạ, O:H;OH va HạS Ệ uy nhiện, chi oó mot vài nghiền oứu về vide sử dung

vật liệu SuOs cho phát hiện ADN Nhóm nghiện oứu cửa Patel đã sit dung chấm lượng,

tử oxit thiéo (SuO¿-QDs) để phát hiện Vibrio cholerae dua trên kỹ thuật lai hóa ADN,

SnOs-QDs được tống hợp trên bề mặt của điện cue LUO Kết quá chi ra ring SuOo-QDs

06 bồ wat để liên kết tốt với nhóm phosphate oủa ADN Oắm biến 06 độ nhạy cao 35,2 nA/ug/cm?, giới hạn phất hiện thấp 31,5 ng/uL, thời gian phan hồi 3 giây, và độ on định

uao đều 120 ngày, khi đượo bảo quản trong tứ lạnh (146).

11

Đối với oáo ứng, dụng cho vam biến sinh học áo vật liệu cau trite nano oxit kim loại v6

áo dav tính độ dẫn điện và xúu táo tốt Lãng dường sự truyền điện tử giữa oáo loại oxy,hoa khử trên bề mặt điện oựo cho vam biến điện hóa Nhóm nghiên oứu cửa Ausari đã,

chế tạo mang SuO; trên đê LLO để phát hiện glucose HỆ

Trong nghiên ottu về oắm biến sinh hyo ADN sử dung màng móng SaOs xốp, Màng mông,

SuO, xốp dùng để chế tạo điện cực dé phát hiện ADN bằng phương pháp đo phố trở

kháng điện hóa (KIS) Màng móng SuO; xốp được chế tạo bằng phương phấp điện hoa

Kết qué nghiên ottu cho thấy, khi lat hóa ADN dau déu sự suy, giảm trở kháng Sự giảm

suy giãm trở kháng được giải thích do oấo lon trong, dung dịch điệu ly thấm thâu vào màng móng SuO» xốp Lroug nghiên oứu ồn đồ xuất hai phương pháp dé chức năng hóa,

nhóm amino (NH¿) bề mặt SuO; xôp sử dụng ARLES 6 pha long và pha khí Kết quathu đượo việo sử dụng APES ở pha khí cho thay, dm biên 06 độ nhạy, cao hon khi sử

dụng AP-VES ở pha lông và, giới hạn phát hiệu ADN là 10 uM Trong nghiên cứu sử dung

điện cực riêng, lễ 06 diệu tích T cm? vd kích thước lớn Odo điện oựo làm vide tách rời chê

tạo riêng lễ v6 nhược điểm khó tích hợp va lặp lại trong chế tạo Mặt kháo cắm biến sit

dụng mang SuOs; thì diện tích bề mat cotta mang sẽ nhỏ hon đây nano SnO, làm

giám wat độ bán vita oấo nhóm chức và ADN,

trong một nghiên ottu kháo về cain biến ADN sử dụng thanh nano SuO¿, Nghiên ottu

chế tạo thanh nano trên dé LO bằng phương phap lắng, đọng điện hóa Nghiên ottu này.

vai tiến hou so với nghiên cứu sử dụng mang mong SnO¿ [Lz0l Odi tiên trong vide sử

dụng thanh nano SuO; thay, thé cho mang mông nano SuO Kết qua dẫn đến giới hanphát hiệu ctta vai biến dùng, thanh nano SuO; là 2uM thấp hou so với cain biên dùngmàng SuO»s là 1U0uM Kết quá vai tiến về giới hạn phát hiện được giải thích do sự thay

đổi mạnh mẽ hơn trở kháng olta vật liệu thanh nano SnÒs so với màng móng SnOs khi

ADN đích đến lai hóa với ADN dò Đây là vd sớ đế NOS hướng, tới vide sử dụng gác dây,

nano SnO» 06 chiều dài lớn hơn thanh nano SuOa cho oấo ứng dung phát hiện ADN Oáokết quá nghiên oứu về huỳnh quang phù hợp với oáo kết qua nghiên oứu về trở kháng: va

chứng mình được tính chọn lọc dứa cắm biến ADN Ode kết qua sơ bộ này về cam biênADN cho thấy một tiềm năng trong việo chế tao cắm biến sử dụng vật liệu SuOs Tùy,

nhiên nghiên cứu ving chí ra tí lệ hình dạng, tí số độ dài ola thanh nano trên bán kính

vou thấp ánh hướng đến giới hạn phát hiện của cắm biên là điễm quan trong mà trong

nghiện cứu chưa thực hiệu được đó 1A chỗ tạo oáo day, nano SnOs v6 tí số độ dài day, nano

trêu bán kính lớn giúp cải thiện tốt hou giới hạn phát hiệu |L37].

Tiên oơ sở đó NOS tìm hiển vic phương pháp chế tao SuO theo hai mục tiêu chính Thứ

nhất đó là phương, pháp chế tao day, nano cho kết quá áo day, SuOs v6 tí số dài day, nano

trêu báu kính lớn Lhứ hai là chê tao dây, nano cho phép mov tru tiếp dây, nano SuO»

trên bề mặt điện oựo San đây NOS sẽ trình bày oáo phương, pháp chế tao dây SnOs điển hình dua trên ưu nhược điểm của vic phương: pháp wa chọn ra phương pháp phù hợp cho

nhiệm vụ moe true tiếp dây, nano lêu bề mặt vim biến

12

1.2 Phuong pháp ché tạo dây nano SnO,

Kha năng chỗ tạo day, nano và điều khiến được hình dạng và kích thước olla vật liệu SnOs

giúp áo nhà nghiên ottu điều khiến gác tính chất cơ hyo, hóa học, tính chất điện vita

SnOa.

Khi hình dạng và kích thước của vật liệu nano ở dạng thấp chiều dây, nano thì sẽ làm

tăng, số nguyên tử bề mặt trêu một đơn vị thé tích tuy, nhiên ở dạng kích thước nano thi

dũng v6 những sai hỏng sẽ ánh hưởng đến tính chất vật lý và hoa hoo oửa vật liệu Vìvậy, qua trình nghiên oứu tống hợp vật liệu SuOs 06 hình dang và kích thước kháu nhau

nhằm mục đích sử dụng để chỗ tạo cho oáo linh kiện điện tit.

trong qué trình ché tao chia thành hai hướng chế tao chính là tit dưới lên bottom-up va

từ trêu xuống top-down Lroug hướng chế tao (bottom-up) là vide chỗ tao vật liệu nano

ban đầu sử dụng, sáo phần tứ nhô như các nguyên tử, ion và phan tử để tao ra áo cấu

trio lớn hon như nano và micro Lroug hướng chế tạo này, thì ning lượng bự do Gibbs

dong vai trò điều khiến quá trình hình thành day, nano SnO» và trang thái cuối dùng, cia

vật liệu nano là trạng thái vin bằng nhiệt động học

Hướng ché tạo thứ hai là top-down là hướng: ché tao vật liệu nano tit vật liệu ban dau cókích thước lớn hơn kích thước nano san đó sit dung cdo quy trình quang, khắc và An mon

uáo vật liệu ban đầu uó kích thước lớn để trở thành vật liệu nano Tuy nhiên phương phap top-down này 66 nhiều nhược điểm sai hông bề mặt lớn và vật liệu không tinh khiết do

sử dung nhiều hóa chất để ăn won và tạo hình cấu trio nano trong qué trình chế tạo.

Hướng, chê tao (bottom-up) 06 những, ưu điểm như ít sai hông, và chế tạo SuO¿ đơn tinh thế, đồng nhất về thành phan hoa họo trong toàn bộ vật liệu day, nano, dễ dàng điều

khiển quá trình chê tạo và chi phí hợp lý.

Oáo hình thái vật liệt nano chế tao được bao gồm uanospheces (hạt nano dạng cần),uanorods (hanh nano), nanowiros (dây nano) , wanobelts (sợi nano) và nanotubos (ốngnano) mọc định hướng hoặc ngẫu nhiêu trên bề mặt đề Lroug hướng ché tạo (bottom-up) thì vật liệu nano SuO; 06 cau trúc 1 chiều bằng vide sử dụng khuôn (template),

solvo/hydrothermal method (phương phấp thúy, nhiệt), thermal deposition (phương phấp

lắng đọng), vapor-liquid-solid growth (| Phương pháp mọo VLS) Dưới đây luận ấu sẽ

trình bay, một số phương pháp chính để chỗ tạo vật liệu nano SnOs¿ Ode phương, phap

chế tạo chính sau day,

1.2.1 Phương pháp thủy nhiệt

Phuong pháp chế tao day, nano bằng phương, pháp thúy, nhiệt sử dụng áo lon nằm trong

dung dịch và sử dung phan ứng hóa hoo dưới táo động ota nhiệt độ để hình thành dây nano

nằm trong dung dịch Quá trình chê tạo sử dụng phan ứng giữa NaOH và SnOl¿.5HạO

với sự hỗ trợ ola rung siêu duu trong thời gian 5 phút giúp cho phan ứng xay, ra nhanh

hơu (250) Dung dịch dude cho vào bình thủy, nhiệt và ud nhiệt độ 180°O trong thời gian

13

18 giờ Mẫu được lye rửa ly tam với nước và 2H;OH va sấy khô 6 60° trong 12 giờ.

San đó mẫu ủ nhiệt ở nhiệt độ 600°O trong 3 giờ nhằm tạo sự kết tỉnh thành oác tinh

thế Loug thời gian chế tạo là 33 giờ cho một lần chế tạo.

Ohé tao dấu trúo hoa nano SnO¿ bằng phương phấp thity, nhiệt, sử dung KaSuOs.3H2O

và 4n(OHaOOO)s.2HaO trong hỗn hợp O2H;OH và 20 wl nước khử ion Hou hợp được

khuấy, trong 10 phút sau đó dung dịch KaSunOs.3H¿O đượo nhỏ giọt vào dung dịch

2u(OHsOOO);.2H¿O và được khuấy, trong thời gian 15 phút, thêm Urea vào dung dịch

trên, sau đó cho vào bình thủy nhiệt u tại nhiệt độ 180°O trong 24 giờ Mau được rửa

bằng nướo khử ion và cồn và được sấy khô ở nhiệt độ 50°C trong 12 giờ và ú tại nhiệt

độ 450°O thời gian 2 giờ trong không khí [242] Ưu điểm vtta phương pháp thủy, nhiệt là

phương pháp chế tạo sử dụng thiết bị và quy, trình chế tao với thiết bi đơn giắn, cho ra

36 lượng vật liệu và sắn phẩm lớn.

Nhược điểm via phương pháp thủy nhiệt là kích thước dây, nano với chí số hình dạng ti

sỐ oủu chiều dài chia cho đường kính dây nano là nhỏ quan sắt trong, kết qua chụp SEM

olla hai nhóm nghiên ottu [242\[250) Oáo tiền chất sử dung cho phan ứng nhiều, qué trình

loo rửa mẫu còn lại tiền chất, ánh hưởng đến tính chất oúa dây nano Oáo dây nano bịkết đám do đó làm giảm diện tích bề mặt oủa dây, nano

1.2.2 Phuong pháp lắng đọng điện hóa

Phương pháp chế tao dây nano bằng điện hoa là một phương pháp phan ứng: hóa họo xây,

ra ở pha lông, dưới sự hỗ trợ cia dòng điện Phương pháp chế tao này đã ché tao được

cấu trúc SnOs dưới sáo thanh nano SnO, (137).

Phương pháp sử dụng hệ ba điện cực và hệ điện hóa là potentiostat KGG 322 Dung dịch

dé sử dung bao gồm SuOla-2H¿O, NaNO 3 và HNOs trong nướo vat Điện oựo là màng

LEO v6 độ dày là 300nm Đề LLO được đặt trong một bộ giá đỡ làm bằng teflon để vd

định diện tích điện cue làm việo Dé LƯO tiếp xứo với dung dịch điệu ly 06 diện tích là 1

ow’, Soi Platin và điện cuc Ag/AgOl được sit dụng dé làm điện cue đêm và điện dự so

sánh KẾt qua chụp ảnh SEM cotta thanh nano chế tạo bằng phương, pháp điệu hóa trêu

đề điện cue LƯỢ cho thay, áo thanh nano SnOs v6 tí số độ dài và đường kính nhỏ Oáo

thanh này, bị kết đám và làm giám diện tích bồ wat trên thé tích oứa day nano.

1.2.3 Phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi

Phương pháp lắng, dong hoa họo pha hơi trên bề mat đề Dé silio được tiếp xtc với một

hoặc nhiều tiền chất bay hơi Oáo tiền chất ban đầu được hóa hơi và vận chuyến đến dé

bằng cdc chất khí 06 vai trò là khí wang Sau đó oáo hơi tương táo với ác nguyên tử kháo

dé thiết lap các vị trí liên kết mạnh, dẫn đến sự hình thành và phát triễn cửa cáo cấu

trúo nano trêu đồ hỗ tạo dây, nauo SuOs¿ bằng ông nghệ lắng đọng pha hơi sử dụng

14

nhiệt lượng dé hóa hơi vật liệu nguồn Lrong công, nghệ nay, sử dụng lò ống dé làm bay,

hơi vật liệu nguồn Lroug qué trình OVD vật liệu nguồn ban đầu ở dạng rắn và được làmbay, hơi bằng nhiệt và hơi vật liệu sẽ đông div dưới điều kiện như nhiệt độ, áp suất và dé

phu lớp vật liệu làm xứo tac là mang móng Au hoặc hạt Au.

Qué trình woo day, nano SnO¿ bằng phương pháp lắng đọng trên bao gồm trang thái bay,hơi vật liệu nguồn và đông dao vật liệu và phắn ứng tạo thành vật liệu nano trêu để tuy

nhiên trong quá trình mọc dây 06 rất nhiều yêu tố điều khiến ánh hưởng, đến qué trình

mọo day, nano như cáo điền kiện về nhiệt độ áp suất, tov độ doug khí và cau trite vita dé

với sự tham gia của cáo chất xúo táo phan ứng, Odo nhà nghiên oứu 06 dé sử dung cáo yếu tô đó dé điều khiến hình dang dấu trú và tính chất ota dây nano và hình thành ra

áo vd ohỗ mov dây nano kháo nhau Dưới đây trình bày, cơ chế mee dây VLS phố biên

và được sử dụng nhiều trong ode nghiên ottu

Mo hình lắng dong hóa họo pha hơi ché tạo dây, nano SnOs là phương phấp này vhé tao

day, nano sứ dung một hệ lò ông 06 hệ thông bom hút chan không và hệ thông, điều khiến

khí MEO Lroug hệ thống lò ông đặt vật liệu nguồn là bột Su hoặc O và bột SuOs và

đề Qué trình chê tạo dây, diễn ra như sau Mau vật liệu nguồn đượo đặt trong thuyền và

đặt trong lò ống, dé được đặt cạnh thuyền vật liệu, ông thạch anh được hút để tao châu không, 5x10? torr Mau được gia nhiệt dé vật liệu nguồn bay hơi pha hơi (V), hơi vật

liệu khuếch tán đến dé và lắng đọng trêu đế và tạo thành pha lông (L) với vật liệu xúu

táo nằm trên đê, Sau đó quá trình kết tinh để tạo thành day, nano pha rắn (S) trên đề,

1.3 Cơ chễ mọc dây nano SnO;›

1.3.1 Oo ché mọc dây VLS hiện tai

Oo chê vita chất xúu táo kim loại hỗ tro sự phát triển ota dây nano VLS được Waguer và

Ellis đề xuất cho sự phát triển của dây nano silicon vào năm 1964 (238) Đây là một trong

những, kỹ thuật hiệu quá nhất và được sử dụng rộng, rãi dé phát triển dẫu trac nano một

chiều Lroug kỹ thuật này, oấo dây, nano được phát triển trên đề phủ mang móng kim

loại Ohat xúc tác kim loại trên đê ở nhiệt độ cao tạo thành cáo giọt hop kim lông, oấogiọt hợp kim sau đó hấp thụ odo thành phầu hơi đến từ tiền chất và vật liệu nguồn áogiọt hop khu hấp thụ cáo thành phần hơi sẽ đạt đến trang thái bão hòa dẫn đến sự kết

tia vita thành phần hơi ở bề mặt phan oách giữa pha lông, và rắn.

Do đó trong vo chê VLS, một pha hơi tiền chất được sử dụng: để tạo ra quá trình bão

hòa trong pha lông, pha lông được tạo ra nhờ 06 xúc tao kim loại quý như Au hoặc Pt,

trong quá trình bão hòa, đó sẽ hình thành một pha rắn Oo chế VLS đã, được chi ra rằng

tỷ lệ hình dang của cấu trio vật liệu nano một chiều như vậy đạt được bằng cách điều

chính kích thước ctta áo hat khu loại làm xúo táo hoạt động như là khuôn mau cho dấu

hình thái một chiều phát triển Nhóm nghiên oứu ola Wagner đã chí ra rằng khi sự phát

triển của day, nano được kiếm soát bới sự khuếch tán dọc theo bề mặt phân cách giữa

15

pha lỏng và pha rắn dẫn đến vise giữ lại giọt long làm xúc táo ở đầu dây, nano (là hạt

hợp kin) [238].

drong thực tễ nghiên otfu đã chi ra rằng oẫn trúo và kích thước dứa giọt xúc tac không

đối trong quá trình tăng trưởng day, nano do đó chỗ tạo dây nano v6 đường kính kháo

nhan đơn giản bằng cách sử dụng, cáo hạt kim loại xúc táo 06 kích thước kháo nhau (147).

Hầu hết oáo dây nano bán dẫn được phát triễn bởi oa chế VLS thường cho thay, sự phat triển ưu tiên doc theo một hướng cu thé để giắm thiếu bề mặt năng, lượng |239|.

Tuy, nhiên, 06 những yêu tố động hoo ánh hưởng, đến định hướng oửa dây, nano Trong

nghiện ottu [37][123}, od chỗ VLS v6 yêu vau về tính chất của chất làm xúo táo kim loại

do đó là không phai kim loại nào dũng làm xúo táo để moe dây được Diều kiện vin thiết

đối với một chất sử dung làm xúo táo dé mọc day, nano một chiều đó là kim loại làm xúu

táo và kim loại trong dây nano phải tạo thành pha long với nhan Ou thé trong, nghiên

oltu moo dây nano SuO» thì thi kim loại xúứo tao phat tạo thành pha lông với kim loại Su.

Đồng thời, giới han hòa tan cla thành phần chất xv táo trong pha lỏng phái cao hau số

với phu rắn.

Như vậy uáo kim loại quý và oáo kim loại chuyến tiếp đáp ứng, tốt oáo điều kiện với co

chê VLS Bới vì sự hấp phụ, hòa tan, trộn lan, sự khuếch tán và kết tửa trong pha lỏng:

là quá trình nhiệt động, họo, giản đồ pha vita hệ thống, kim loại và dé quy, định nhiệt độ

tăng, trưởng, tối thiếu phải dao hon nhiệt độ điểm eutectio cia hệ thông, Lrong nghiên

ottu cia Wang đã chi ra ring sự hình thành hình dạng oủa dây nano và oáo day nano dứa,

SnOs phụ thuộo vào kích thước giọt ở pha lông làm xúo táo dây nano phát triển thuận.

lợi đếu giới hau của kích thước giọt là 90 mu [240).

Nang lượng bề wat tại cáo giao diện pha hoi-pha rin, pha hơi- pha loug va pha long- pharắn đóng mot vai trò quan trong trong hình dang của cáo giọt VỀ mặt nhiệt động Lue

họo, bán kính tôi thiếu ctta một giọt chất long on định dưới một mức độ bão hòa nhất

định [[21), 26).

1.3.2 Những vẫn đề còn tồn tại của cơ ché VLS

Lrong oo chế VLS áo nhà nghiện cứu đã, đề xuất quá trình quá bão hòa cotta Su trong

Au để hình thành nên day, nano SnOs Luy, nhiên theo NOS qua trình hình thành SuO¿

về ban chất dựa trên oáo liên kết hóa họo và vai trò cla Au trong phan ứng cotta Su với

Os Doug thời trong trường hợp mang Au v6 độ day, lớn và không, v6 khả năng nóng, chay,

dé tạo thành giọt nano và không, bị đấy lên đầu dây, nano thì vo chê VLS chưa v6 sự giải

thích này,

NOS phát hiện thay, vo ché phân nhánh của dây nano ohưa được cơ chê VLS giải thích

Do đó dé hiểu rõ vo chỗ mọc dây nano SnO¿, NOS tiên hành cdo thí nghiệm vồ vide mee

day, sử dụng hat nano Au, mang nano Au và kết hợp hạt và màng nano Au để giải thích tổng quát về vo chỗ mọc dây và phân nhánh của dây nano SnOs, cơ chế moe day, này 66

thé áp dụng cho gáo dang day, dây, 6 xit kim loại kháo NOS chứng minh vo ché mọc này,

bằng áo phép đo XRD, SEM, HR.LEM, SAED đượo trình bày chỉ tiết trong, chương, 4.

16

1.4 Mô phỏng phân bỗ nồng độ hơi Sn

1.4.1 Nội dung bài toán m6 phóng

Odo dây, nano là vật liệu 06 tiềm năng, và đượo sử dụng trong chế tạo thiết bị điện tứ va

quang điện tử Để chê tạo oáo linh kiện và thiết bị đòi hối cáo qué trình myo, tăng, trưởng:

day, nano chỗ tạo lặp lại và oó khá, năng điều khiến dẫu trio ota dây nano, ou thé là điều khiến bán kính, chiều dài dây Phương pháp 06 nhiều ưu điểm để chế tạo day, nano là OVD, nguyên lí vita phương, pháp là sự bay, hơi via oáo hơi vật liệu và vận chuyén hơi vật liệu bằng khí mang đến oáo dé, trên bồ mat dé đó day, nano hình thành và phát triển cấu

trúc một chiều Mao dù đã 06 nhiều nghiện oứu mọc dây, nano bằng phương pháp OVD,tuy, nhiên vai trò cla cáo điền kiện thí nghiệm ánh hướng đến quá trình mov day, nano

chú yếu vẫn dựa trên áo phông, đoán định tính waé chưa v6 những, tính toán định lượng

anh hướng, đến quá trình vận chuyến chất trong OVD.

Cáo nghiên dứu trước đây, đã sử dụng cáo cau tric của oáo ông lò OVD kháo nhan và

nhiều loại điều kiện thí nghiệm thay đối như (nhiệt độ, lưu lượng dòng khí mang, và

ấp suất buồng OVD) Do vậy khó khăn trong vide so sánh giữa cáo nghiện cứu khấu

nhan và thiết lập mot mỗi tương quan giữa điều kiện thí nghiệm mov dây, nano và cấutrav dây nano Nội dung nghiên oứu hiện tại vin thiết tính toán sự phân bố của hơivật liệu Su trong ông OVD Nghiên cứu kết hợp cáo phép tính với dữ liệu thử nghiệm

nhằm dat được hiếu rõ hơn về vai trò oúa oáo thông, số cu thé (ví dụ: kích thước hình hoo ông, OVD, lưu lượng khí Ò¿ va áp suất trong ông, OVD) đối với sự phát triển vita dây, nano.

1.4.2 Lựa chọn Comsol multiphysic cho m6 phóng

Sự hiếu biết về ve cơ chỗ vận chuyến vật chất của vic khí mang và hơi vật liệu trong qua trình mọc ota dây nano là điều van thiết cho sự phat triển của dây nano v6 kiểm soát và

điều khiến được, đáng, tin vay, và tái sắn xuất, hướng tới có thế sử dung cho vc ứng dụng:

thương, mại Nghiên oứu đánh giá sự phân bố oửa oáo hơi vật liệu Sn do ánh hướng của,

hai quá trình là khuếch tán và đối lưu Hai quá trình khuếch tấu và đối lưu có thé dua ra

những dự đoán về phân bô hơi vật liệu theo thời gian, không gian trong buồng OVD

duy, nhiên với áo cấu trúc hệ thí nghiệm tong muốn tính toán chính xác nồng độ vậtliệu lắng: dong Su lên bề wat dé thì yêu oầu cin phải c6 một phương phấp tính toán chính

noug độ hơi vật liệu lắng đọng, trên dé theo thời gian và không gian trong ông OVD Phần

mồm Comsol wultiphsivs là phần tiềm mô phóng, dap ứng yêu cầu tính toán đặt ra của

bài toán trên theo tìm hiểu cla NOS trong phần mém này oó mô dun và phương trình

toán hee mô ta cho quá trình khuếch tấn và đốt lưu

lrong luận ấn này, dẫu trứo moo day, SuOs; với mat nạ bao v6 cho điện oựo là diém mới

oho phép tính toán chính xáo số mol vật liệu lắng, đọng, lên bề mặt đề, ciu trúo này, theo

sự hiếu biết ola NOS là mới so với oáo nghiên cứu trướo đây, Lrong mô phông OVD cho

17

mọo dây SuOs với cáo biến số như oáo vị trí đặt đề oáoh nguồn vật liệu, thời gian lắng

đọng, lưu lượng khí mang đã được thựo hiện, thay, đối điều kiện áp suất và lưu lượng khí wane và tương quan với tính toán để chứng winh ánh hướng oứa sự phan bố hơi vật liệu

Su đến sự phát triễn của dây, nano.

heo tìm hiếu cita NOS đã v6 một vài báo áo trước đây áo nghiên ottu [41}{149)[208},, 0)

gắng mô phỏng, sự phát triển cotta dây, nano ZnO quy, trình (ấp dụng, phần mồm

OOM-SOL và phần mềm ANSYS [208)) đã, sơ bộ nghiên ottu về bắn chat oúa quá trình

vận chuyến hơi Zn trong ông OVD Sự kết hợp ota tính toán, mô phông, và dữ liệu thực

nghiệm dứa hiện tại nghiên dứu cung cấp thong tin về nồng độ vật liệu Zu cho oấo nghiên

dứu điều khiến quá trình mov day, nano ZuO.

Tuy nhiên về vật liệu SuO, thì theo sự hiếu biết của NOS chưa v6 nghiên cứu phan bô

hơi Su trong, ống OVD và tính toán nồng độ vật liệu lắng đọng trên dé phụ thuộc vào oấođiều kiện biên và điều kiện ban đầu Dav biệt là việo sử dụng thêm mặt nạ báo vệ điệu

dực Do yay, qué trình nghiên oứu tính toán nồng độ hơi Su trong ống OVD và trên bề

wat otta dấu biểu v6 ý nghĩa va tính mới trong nghiên oứu này,

1.5 Cắm biên sinh học

Od biên là một thiết bị oó khả năng vam nhận được những trạng thai ola áo quá trình

vật lý, hoa họo, sinh hoo cúa moi trường van khảo sát và biên đổi thành tín hiệu do được như tin hiệu quang, dòng điệu, hiệu điệu thé để thu thập dữ liệu và thông tin về trang

thái ola cáo quá trình đó heo LUPAO định nghĩa vam biến sinh họo là một thiết bị v6kha năng phân tích định lượng hoặc bán định lượng có chon loc các đối tượng, sinh hoo

như enzyme, mô, t6 bào, kháng nguyên, kháng thế, ADN, ARN, aptamer 9J81].

Nguồn gốu oủu lĩnh vue nghiên oứu cam biến sinh hoe bắt đầu vào năm 1962 khi giáo suLeland Olark đã, công bố một thí nghiệm sử dụng điện oựo phủ glucose oxidase (GOX)

dé đo nồng độ Oy và OO» trong méu [L1ø|JLoi Thuật ngữ oắm biến sinh hoo bắt dau

pho biên trong oáo tài liệu khoa họo vào năm 1977 khi Rechuitz tiên hành thí nghiệm cô định vi sinh vật sống trên bồ mặt cua điện cue để tao ra điện cue chọn loo oó khắ năng

nhận biết axit amin arginine Ban đầu cắm biên được gọi tên là vam biến chọn loo sinh

họ 55| Oắm: biến chọn lov sinh hoo sau đó đượo rút ngắn thành vam biên sinh học.

Odum biên sinh hoo là sự kết hợp giữa mot vật liệu v6 nguồn gd sinh học và bộ phan

chuyển đối tín hiệu sinh học thành tín hiệu vật lý Trong pham vi lĩnh vực nghiên cứu

ola luận án, NOS lua chon là cắm biên sinh học ADN do vậy nội dung tống quan tap

trung trình bày áo lĩnh vựo nghiên cứu về vim biến sinh học phát hiện ADN

18

Đầu thu

sinh học

Bộ xử lý tín hiệu

Enzyme |

Khang the Tin hiệu| Điện thế

sinh học| Dòng điện

Oligonucleotide

Protein 1} Receptor protein FE >>} Quang học >> Dinh lượng

VI rút Vi sinh vật Khối lượng hoặc bánKim loại

Thuôc trừ sâu Phân tử nhỏ

Tế bào Từ tính định lượng

Mô

Khối tối ưu cho cảm biến sinh học

1.5.1 Dinh nghĩa và câu tạo cảm bién sinh học

Oắm biến sinh hoo sử dụng để nhận dang các yêu tô sinh họo, cáo đối tượng sinh hee van phát hiện Lrong đó cáo yếu tố sinh hoo là enzyme, mô, tế bào, kháng nguyên, kháng thé,

ADN, ARN, aptamer Cáo yêu tố sinh hov này thường, được chứa trong oấo dung dịch vàtrong một dung dich 06 chứa hai hay, nhiều loại yếu tố sinh hoo Nhiệm vụ của cắm biển

sinh hoc đó là phát hiện chọn lov đúng yêu tô sinh học van phân tích D6 chọn lọo đúng

yếu tố sinh học dầu phan tích thì cau phái oó cáo đầu dò sinh học Oáo đầu dò sinh hoonày 06 tính chất chi tạo ra sự bắt vip dav hiệu với mot yếu tố sinh họo Oáo đầu dò sinh

họo là ADN dò, kháng nguyên, khang thế, vo chất.

Ode bắt vip đặc hiệu trong oắm biên sinh họo đó là giữa ADN dò với ADN đích, giữa

kháng nguyên với kháng thế Khi v6 sự xẵy ra cáo bắt cặp dav hiệu thì làm thay, đối tin hiệu so với trường hợp không, xây ra bắt oặp dao hiệu Đế ghi nhận và đo được sự thay, đổi tín hiệu này trong vam, biến sinh hee sử dung một bộ chuyén đối tín hiệu Bộ chuyển.

đối tín hiệu sẽ chuyến đối trực tiếp tin hiệu sinh học thành một tíu hiệu do lường được

như tín hiệu điện, quang hoặc dao động.

Oáo đầu dò sinh hoo gắn trên bộ chuyển đối tín hiệu chí bắt oặp div hiện với một yêu tô sinh hoo van phát hiện Khi xay ra bắt oặp đặc hiệu làm thay, đối tín hiệu đo và được bộ chuyến đối tín hiệu biến đối thanh tín hiệu đo được và được xử lý tín hiệu và hiến thị kết

qua do [401/59] [223).

Oấu tạo oủu một oắm biên sinh họo bao gồm bốn bộ phận chính trong sơ hình 1.1 Bộphận thứ nhất đó là đôi tượng: sinh hoo dẫn phát hiện là cáo yếu tố van phân tích do đạotrong oắm biểu sinh họu bao gồm (enzyme, Apbtauunor, ADN, ARN, protein, cáo vi sinh

vật, vi khuấn, vi rút, kim loại, thuôo trừ sâu và cáo phân tit nhỏ kháo) Bộ phận thứ hai

là đầu thu sinh học c6 nguồn gốo tt oấo thành phần sinh hoo và phản ứng, trực tiếp với

áo đối tượng sinh hoo dần phát hiện Đầu thu sinh hoo có táo dung bắt dặp và phát hiện

19

sự 06 mat đối tượng sinh hov Ode đầu thu sinh học hay sử dụng đó là Enzyme, kháng

thé, vac đoạn ngắn ADN, ARN, Protein, tê bào.

Oáo đầu thu sinh họo không thé gắn trực tiếp với bồ mặt volta vam biên được do đó phải chức năng hóa bề mat ola cắm biên dé tạo ra vic mi liên kết trung gian, Odo thành

phần táo nhân od định v6 khé năng, tạo ra dấu nhói chức thong qua đó tao ra cáo liênkết hoa học trên bề mat vam biến

Bộ phận thứ ba là bộ phận chuyến đối tín hiệu co nhiệm vụ chuyến oáo biến đối sinh hee thành vde tín hiệu đo đạo được Đây, là bộ phan quan trọng nhất trong cắm biến sinh

học Odo tương tấu sinh how sẽ chuyến thành áo đại lượng vật lý sau cắm biến, cdo tín

hiện vật lý đượo thu thập xử lý bằng wach điện tử và phần mồm

Bộ phận thứ tư là bộ phan xử lý 06 tac dung chuyến thành các tín hiệu điện để may, tính

và uáo thiết bị kháo xứ lý và hiến thị kết quá tương thích với người sử dụng, cho phép

người sử dụng doo kết qua một dách dễ dàng

1.5.2 Phân loại cam biến sinh học

O6 hai phương pháp phan loại cắm biến sinh học Phương phấp thứ nhất là phân loại

theo thành phần sinh hoo và dau thu sinh hoo là những, đầu thu phan ứng trực tiếp vớitáo nhân vin phát hiện và v6 nguồn gốo từ áo thành phan sinh họo hoo oách phan loại

này vam biên sinh học ra cáo 6 loại đó là cắm biên emzyIne, cắm biến kháng thé, cdi biên ADN, vam biên mô tê bào, oắm biến sứ dung vi khuẩn, cắm biến polysaccharire.

Phương phấp thứ hai là phan loại theo thành phan đo dứa cdi biên thì chia cắm biểnthành 7 loại đó là vam biến đo điện thê, dòng điện, độ dẫn, mat độ, khối lượng, nhiệt độ,

độ nhớt)

trong vam biến sinh học thì chia ra làm 3 loại vam biên chính được nghiên cứu nhiều

nhất là vam biến emzyme, vam biến kháng nguyên kháng thé và vam biến ADN Leong

đó dắm biển emzyme và kháng nguyên kháng thé v6 uu điểm là dé chê tạo do quá trình

gắn kết eimzyLue và kháng nguyên, kháng, thế lên bề mat vim biến dễ dàng nhưng, cắm: biến eIzyme và kháng nguyên kháng thé cần điền kiện bao quan ở nhiệt độ thấp và thời

gian sử dụng ngắn Do vay, gây, ra hạn chê khi sử dung ở hiện trường

trong khi đó vim biến ADN 06 tiềm năng vì v6 độ đặo hiệu oao, điều kiện bảo quan cửadấu biên don giản ở nhiệt độ phòng Nhưng cắm biến ADN lại gặp khó khăn trong quétrình chê tạo do việo gin kết ADN lên bề mặt vim biến van qui trình phứo tạp Nếu vai

tiến đượo điểm khó khăn này thì vam biên ADN sẽ rất phát triến do vam biến phát hiện

chính xáo và nhanh mẫn bệnh phẩm.

Từ những lí do trình bày ở trên thì cam biến ADN là loại cam biến ma NOS lựa chou

sẽ nghiên cứu chỉ tiết với những wu nhược điểm và những khó khăn oòn tồn tại đế NOS

hướng, tới vide vai tiên và tối ưu cho vam biến sinh học ADN với mục đích tăng, độ nhạy,

giới hạn phát hiện và độ chon lov.

20

1.5.3 Oam bién sinh học phát hiện ADN

Nguyên tắc hoạt động vita vam biến ADN dựa trên tính chất lai hoa dao hiệu dứa hai sợiADN don Sot ADN là phân tử mang thông tin di truyền dưới dạng bộ ba mã, di truyềuquy định mọi hoạt động sống Ode nucleotide liên kết với nhau thành một mạch ADNbằng liệu kết oộng: hoa tri giữa phân ttt cla nucleotide với nhóm phosphat oủa nucleotidetiếp theo Mỗi sợi được tạo thành từ một chuỗi cao phân tử v6 chứa vio bazo là Ade-nine (A), Thymine (P), Oytosine (O) và Guanine (G) Lrong vam biên sinh hoo sử dung

ADN, dựa trên cơ chế lai hóa đặc hiệu cửa ADN để tạo ra sự chon lọc của cắm biến sinh họo Qué trình nhận biết dựa trên nguyên tắc bắt vp bazơ bd sung thông qua hai liên

kết hydro trong vip bazơ Adenine-Lhywine (A-L) và ba liêu kết hydro trong oặp bacco

Guanine-Oytosine (G-O).

Tương tấu tạo vip bazo này, là co sở cho tinh dav hiện ctta nhận dạng sinh hoo trong cam.

biên sinh hoo ADN Nó cung cấp khá năng ota mot sợi ADN đơn để nhận ra sợi ADN

bố sung dé tạo thành sợi ADN đồi trong quá trình lai hóa Do vậy sợi ADN don sử dung làm đầu thu sinh học O40 vam biến v6 đầu thu dang này thường được sử dụng dé phát

hiện đột biên và cáo sai lệch trong cấu trúc di truyền và phát hiện ra cáo loại vi rút gay,

bệnh.

Trình tự ADN được tống hợp, đánh dẫu và sau đó dỗ định trên vam biến Sự kiện lai hoa

được phát hiện bằng tính chat quang hoo như huỳnh quang Khi sợi ADN được gắn thêm

đầu huỳnh quang: và xác định sự hiệu diện vita ADN bằng kính hiển vi huỳnh quang.

Nguyên lý hoạt doug ctia cắm biến sinh hoc ADN như san ADN dò được chuẩn bị và gắn trên bồ wat via bộ phận chuyển đối tín hiệu ADN đích nằm trong dung dịch van phát

hiện và đến bề wat ola bộ phận chuyến đối tín hiệu để lai hóa với ADN dò đã chuẩn bị

trước Quá trình lai hóa ADN được bộ phận chuyến đổi tín hiệu, chuyển đối thành tín

hiệu điện và khuếch đại tín hiệu này, kết qua thu được sự phụ thuộo oúa nồng độ ADN

vào dòng điện, hiệu điện thé hoặc trở kháng [101/197].

Việo chế tao cắm biến ADN oó độ nhạy cao và độ lặp lại là một thách thứo đốt với oáonhà nghiên cứu vì lý do san day, hứ nhất là quá trình gắn ADN dò lên bề mat bộ phan

chuyển đối tin hiệu mà không làm thay, đổi tinh chất oủa ADN, Phứ hai là giới hạn phát hiệu LOD thấp Lhứ ba là mẫu do v6 thế tích nhỏ nên van cắm biên dạng tích hợp hứ

tư là kha năng chê tao vim biến với số lượng, lớn, độ lặp lai oao Ohính vì những lý do

uôun trên mà oắm biên ADN vẫn phát triển manh wd và là hướng, nghiên ottu quan tâm

dứa, oấo nhà khoa hoo trong những, năm gần đây nhằm oắi tiên và tối ưu hóa quy, trình

chế tạo cắm biến ADN,

Bộ phận chuyến đối tín hiệu của vam biến sinh học ADN được biến tính bề mặt nhằm mục đích v6 định được nhiều ADN dò lên bề mat via bộ phận chuyển đối tín hiệu Ohinh

vì lý do đó mà vido sử dung vật liệu nano trên bề mặt vita bộ phận chuyến đối tín hiệu

đóng vai trò quan trong, trong vide vai tiên bộ phận chuyến đối tín hiệu giúp cho vim biến.

do được nồng độ thấp oúa ADN đích

Bộ phận chuyến đối tín hiệu cla cắm biên sinh họo oó thé sit dụng, một trong ba loại vật

21

liệu nano là hạt, thanh và day, nano hoặc kết hợp cáo loại vật liệu kháo nhan để sử dung.

Nếu sử dung vật liệu nano hai chiều là cdo màng mong thi diện tích bề mặt nhỏ dẫn đến

số ADN bám trên bồ mặt bộ phận chuyến đối tín hiện số ít và khá năng: lai hóa với ADN

đích sẽ nhỏ dẫn đến xáo suất bắt cặp ADN giảm và làm cho giới han phát hiệu oủa caubiến giã di

Nếu sử dụng hạt nano sẽ v6 diện tích bồ mat là lớn nhất Tuy, nhiều do vim biến sinh hee

van 66 kết nối ra dé đo tín hiệu điệu nôn việo gắn hạt nano với bồ mặt bộ phan chuyển đối tín hiệu dần sử dụng thôm cáo loại polymer hoặc chất kết dính hạt nano với bồ mặt

bộ phận chuyến đối tín hiệu Nhưng nếu sứ dụng phương, pháp này để phủ hat nano lêu

bề mặt bộ phận chuyển đối tín hiệu sé làm cho hạt nano bị kết đám và giắm diện tích bề

mat.

Nhu vay, vido lựa chọn dây nano dé gắn lên bề mat của bộ phận chuyến đối tín hiệu là một giải pháp tốt giúp tăng diện tích bề mặt, tuy nhiên dé dam báo diện tích bề mặt là

cao nhất thì cầu thiết phải gắn trực tiếp dây nano lên bề mat bộ phận chuyến đối tín

hiệu Đế v6 thế thực hiện được qué trình mọc trực tiếp day, nano trên bộ phận chuyến đối tín hiệu NOS đã dua ra giải pháp sứ dung mặt nạ bảo vệ giúp moo trực tiếp SuOs lên bề wat vita bộ phận chuyến đổi tín hiệu bang phương pháp lắng đọng, hơi hóa học.

Bộ phan chuyển đổi tín hiệu điệu hoa da thu hút được sự quan tam trong việu phát hiện

lai hóa ADN vì tính đơn giắn và chuyến đối trực tiếp cáo tín hiệu lai hóa ADN thành tin hiệu điện Ode ưu điểm ota oắm biên sinh học ADN điệu hóa so với vic oắm biên ADN kháo là nó 06 thế thu nhỏ, tương thích với kỹ thuật vi chê tạo, yêu oầu thiết bị đơn giắn,

dung cấp độ nhạy và độ chọn lọc đáng kế, tạo ra phan ứng hồi đáp nhanh, dễ vận hành,

uó tinh di động oao, yêu cầu điện năng tối thiểu và chỉ phí sắn xuất thấp Bộ phận chuyến đổi tin hiện cla vam biên ADN điện hóa thường, sử dung hệ thống vi điện oực bằng vật liệu Au do tính dẫn điện tốt và độ bền hoa hyo, dn định trong vdeo môi trường do dung:

dịch và pH.

Ứng dụng phương pháp điện hóa phát hiện lai hóa ADN lầu đầu tiên được Millan và

Mikkelsen nghiên dứu {102} Kế từ đó, nhiều cong trình nghiên ottu đã được ving bố liêu.

quan đến vam biên ADN để phát hiện nhiều loại ADN kháo nhàn Dav biệt là trong, áo

bệnh truyền nhiễm như áo bệnh HLV, ALDS, Lao, Salmonella, Vibrio cholera, E voli và

sốt xuất huyết [I0J103j101Iir[Lni|iorjTiJi9S]22],

Sự phát triến đang diễn ra trong lĩnh vực cắm biến sinh học ADN cho thấy một tiềm

nang lớn trong việo trong, việo phan tích hiện trường, phát triển vic điểm cham sÓo y, tê

để phát hiện oáo bệnh truyền nhiễm tai oáo khu vực không, 06 vdeo phòng xét nghiệm hiệu.

đại.

Nghiên oứu phát hiện qué trình lai hóa ADN trên bề mặt điệu cue là điểm mau chốt trong

chế tạo vim biến ADN Ode vim biến phát hiện ADN dựa, trên nhận biết sự lai hóa ADNtrên bồ wat điện oựo dứa vam biển Oho đến nay, đã v6 nhiều loại điện cuv kháo nhau đã

được sử dụng trong cắm biếu ADN bao gồm điện cực thủy, ngâu, điệu cue cacbon, điện

dực vàng, oxit thiếo indium [¿3|52||62||55]|105||254|.

22

đrong cắm biên ADN sự thay, đối tin hiệu điện hóa khi vd hoặc không có ADN đích là

một dấu hiệu trong phát hiện lai hóa ADN (LH Điều quan trọng van lưu ý là trên bề

wat điệu cue thường được gắn oấo ADN dò sợi don v6 kích thước từ (15-30 kb) sau đóvac ADN đích đến bắt oặp với ADN dò trên và cho phép qué trình lai hóa ADN xay ra

Do đó vdeo dav tính của điện oực làm vide về loại vật liệu sự biến đối bề mặt và diện tích

bề wat ola bộ phận chuyến đối tín hiện cia cắm biến sinh họo ánh hướng wanh đến hiệu

suất lai ADN trên bề mặt điện cựo làm vide

Một số phương, pháp đo điện cho cắm biến ADN đã được sử dụng Phép do dòng điện

với sự thay, đối oủa điệu thê như kết quá cửa cáo qué trình oxy, hóa khử tai bề mặt điện cue Phép do điện thé với doug điện không đối Phép đo sự thay, đối độ dẫn điện cúa, điệu.

uực 6 cdo tan số kháu nhan io} Phương phấp do điệu thé theo chu kỳ, Do điện thé với

uấo dang xung kháo nhau Phép do điệu thé xung vuông thường, được sử dung trong vim

biến ADN Phương pháp vĩ sai [Lsz||Ls4||1odl rong vac phương phấp đo ớ trên thì

phương pháp đo vi sai 06 uu điểm cho phép kết qua do chính xáo, độ tin vay, cao và độ

lặp lai tốt, sai số nhó và cho kết qué nhanh chóng Oáo phan sai số do wot trường dungdịch, sự sai kháo về bề mặt điện oựo được đánh gid đo và tính toán cho giới han phát hiệnolla vin biến, Do vậy, trong luận ấn này NOS lựa chen phương phấp do vi sai cho vam

biến ADN.

Kho khăn trong việo chế tạo vain bién sinh hoe sử dụng ADN đó là việo khó khăn trong

gắn kết ADN lôn bề mặt bộ phận chuyến đối tín hiệu vita cắm biến sinh hee đặc biệt là,

gắn trên oáo bề mặt oxit kim loại như SuOs¿ do tính tro về mat hóa hee và van phải chứo

nang hoa tốt bề mat olla gáo 6 xít này, mdi sử dung được cho cam biên ADN Dây là điểm

khó khăn nhất trong chế tạo cam biến ADN sử dung dây nano SuOs Tuy nhiêu nếu khắo

phục được khó khăn này thi vam biến ADN sử dụng SnOs lại 06 điểm mạnh đó là sẽ 06

tính ốn định cao do SuOs; v6 độ bền hoa học và vc học tốt hơn oáo loại polymer dẫn như

polypyrole mac dù dễ ché tạo hơn tuy, nhiên độ bền trong cáo môi trường v6 pH thay, đối

thì không được on định.

16m lại, cắm biển sinh hoo ADN là một hướng nghiện cứu vd nhiều hứa hẹn và v6 kha

năng ứng, dụng với những tu diém về độ nhạy, độ chon lọc vA chi phi chế tạo thấp đồng.

thời v6 kha năng phan tích tại hiện trường với độ chính xắo cao và vac phép đo điện cho

dám biến sinh how đáp ứng với giới hạn phát hiện thấp liên co sở đó vim biên sinh học

ADN là một lựa chọn tốt trong, số ve loại vam biên sinh học dé phát hiện cáo virut gây,bệnh.

Tuy, nhiên để phát huy cho khắ năng phát hiện ADN với nồng độ thấp van có vật liệu

nano để phú lên bộ phận chuyến đối tín hiệu giúp cho tang khả năng, và số lượng ADN

dò gắn lên bề mặt bộ phận chuyến đối tin hiệu từ đó lựa chọn vật liệu SnO¿ Do vd ưu điểm như đã trình bày 6 trên Đồng thời nghiên cứu đưa ra được quy trình gắn kết ADN

lôn bề mặt SaO¿ NWS Dưới đây sẽ trình bày những nghiện oứu về việo sử dung vật liệu

SnOs mà oáu nhóm: nghiện ottu đã thực hiện law co sở cho việo chế tao cắm biến sinh hoo

ADN của NOS sẽ thực hiện.

23

1.6 Phương pháp cỗ định ADN với vật liệu nano

Trong qui trình chế tao vim biến ADN thì ADN dò van được dỗ định lên bề mat của vật

liệu nano, ADN này là dạng sợi đơn và 06 khả năng bắt cặp dao hiệu với ADN đích khi

xây, ra quá trình lai hóa Tuy, nhiên ADN không thế liêu kết trực tiếp với bề mat dây,

nano mà van phái v6 cáo liên kết dứa dáo nhom ohứo do vậy van tiên hành ohứo năng hóa

bề wat day, nano bằng nhóm chứo Quá trình tim hiểu tống quan phương, pháp chứo năng

hoa và dỗ định ADN nhằu: xây, dựng quy trình thí nghiệm sắn kết ADN lêu bề mặt dây,

nano liên od sở đó sau này thựo hiệu thí nghiệm gắn kết và ohứng minh qué trình gắnkết thành ông ADN trên dây, nano SuOa

1.6.1 Phuong pháp hấp phụ ADN với vật liệu nano

Phuong pháp hấp phụ là kỹ thuật đơn giắn nhất dé v6 định đầu dò ADN trên bề mặt

điện oựo làm việo Lrong phương pháp này không yêu cầu thêm bất kỳ hóa chất và không

làm biến đổi mẫu ADN dò 150) Đầu dò ADN được cố định trên bề mat điện cue làm!

việo thông qua hấp phụ tĩnh điện giữa nhóm phốt phát (PO¿) tích điện âm trong, chuỗi

ADN với mang tích điện dương cửa điệu cuv.

Một số nghiên cttu trước day, sử dụng áo màng chitosan làm điện oực và gắn kết đầu

ADN dò, khả năng tương, thích sinh học tốt và mat độ oao oúa ADN trên bề mat điện

UỰU ¿10|252| Điện cue vacbou thủy tinh biến tính sử dung chitosan 06 nhóm amin tw do

NH cotta polyme chitosan trêu bề mặt điện oực Điện oực đượo nhúng vào dung dịch v6chứa ADN dò trong ứ trong, thời gian 2 gid tao ra liên kết tĩnh điện với cue âm nhóm!

PO, vita ADN dò với bề mặt điện oựo Odo polyme như poly-L-lysine (PLL), polypyrrole(PPy), polyaniline, polyethyleneimine đã được sử dụng cho phương phấp vd định ADNthông qua hấp phụ tĩnh điệu Bằng oách đặt một thê điện hoa dương vào bề mặt điệu

dựo, sự 06 định ota đầu dò ADN đượo tăng dường và On định trong: quá trình v6 định

ADN (FEHR,

Ưu điểm ota kỹ thuật 06 định hấp phụ ADN với quy trình thực hiện đơn giắn và sử dụng

ít hoa chất nhưng kỹ thuật này, 06 một số nhượo điểm do kỹ thuật v6 định này, dựa trêu

sự hấp phụ tĩnh điện ADN dò và điện oựo do đó v6 nguy co cao về khá năng, giái hấp phụ,

tứo là ADN bị tách ra khói bồ wat điện cue dưới sự thay, đối pH, dường độ ion và nhiệt độ.

1.6.2 Phương pháp liên kết cộng hóa trị ADN với vật liệu nano

Kháo với kỹ thuật hấp phụ ADN trên bề mat điện oựo trong kỹ thuật 0d định đầu ADN

dò thông: qua liên kết cong hóa trị thế hiện tính chất dn định và độ bền liên kết cao đồng

24

thời ngăn chặn quá trình giải hấp vita lớp ADN dò từ bề mặt điện oựo [L78|J232].

Kỹ thuật lai hóa dựa trêu liên kết oộng hóa trị tạo ra sự sắp xếp ADN dò theo hướng

thang đứng được ghép trên bề mặt điện cực mang lại hiệu suất lai hoa cao oứa ADN

do vido sắp xếp thắng đứng ADN sẽ chí van mot vùng không gian nhỏ trên bề mat điện

cue dé ADN bám vào dẫn đến có nhiều ADN dò bám được trên bề mat điện cue.

trong kỹ thuật gắn kết ADN bằng liên kết cong hóa trị, mẫn ADN dò tống hợp thường được liên kết với nhóm thiols (S-H) hoặc amin (NH») ở một đầu cia ADN dò để tạo liêu

kết oộng hóa tri với bề mặt kim loại hoặc nhóm chức được dua lên bề mat điện cực

Quy trình trên có ưu điểm là gắn đầu ADN dò vào bề mặt điện oựo với hiệu qua ao và

ngăn oấáo liệu kết không đặo hiệu Nghiên ottu sử dung dung dịch glutaraldehyde v6 nồng:

độ 10% dé tiêu hành gắn ADN dò lên bề mat điện cực, quá trình gắn kết ADN dò đượo

tiến hành như san

Đầu tiên điện cue LẺO được phủ vật liệu nano SuOs v6 cau trav mang nano và áo thanh

nano bằng phương pháp điện hóa sử dụng 3 điện cue với điện cựo lam vide là LƯO, điện

ou so sánh là Ag/AgOL và điệu cue đun là Pt.

Ohtte năng hóa dùng AP.LES 6 pha lông Diện oựo được những, vào trong, dung dịch chứa,

AP TES 06 nồng độ 0,5 M trong 95% OH;OH và 5% nước khử ion trong 12 tiếng Điện

cue được rửa bang O¿H;OH và nude khử ion để loại bd vo thành phần silane không, liêu

kết với điện oựo và sấy khô với nhiệt độ T1U°O trong thời gian 3 tiếng,

Ohite năng hóa dùng APTES pha hai Điện cuc LUO-SuOs được đặt trong wot bình chứa,

bằng vật liệu chin nhiệt Loflon Điện cue được đặt trong tủ cách li không khí và độ am.

bên ngoài với điện oựo bằng cách hút chan khong và thối khí Ac trong, 3 lần dé đám bao

độ ấm thấp hơn 5% 200 wl dung dịch ARTES được nhỏ vào trong bình Teflon và doug kín nắp bình Bình Lefon nhiệt độ bình lên 82°O, trong, thời gian T giờ để làm bay, hơi

APTES bám vào bề mat điện cực Điện cue LƯO-SnOs được rita bằng bằng, O¿H;OH và

nước khứ ion để loại bó cáo thành phần silane không, liên kết với điện cực và ú điện cự

với nhiệt độ 110°C trong 1 tiếng Sau khi d& ohứo năng hóa bề wat điện cyte LƯO-SnO¿

tiên hành lat hóa với ADN dò với vide sử dụng glutaradehy de (GA) bằng cach ngâm điệu

dự trong, dung dịch GA v6 nồng độ 10% trong thời gian 90 phút ở nhiệt độ phòng, Hai

nhóm Aldehyde dúa GA sẽ tạo liên kết với uhom NH, [Lz0l.

Dựa trên những, ưu điễm của phương, pháp v6 định ADN bằng liên kết cộng: hóa trị NOS

quyết định lựa chon phương phấp chức năng hóa dây, nano SuO; trêu bồ wat cắm biênbằng phương pháp chức năng hóa ARLES pha hơi với sự hỗ trợ otta OVD và, mat nạ bảo

vệ vho phép ohứu năng hóa chou lọo đứng vi trí WE và tiếu hành vd định ADN trêu bề

mặt điệu oựo với xứo táo là HDO và MLA Quy, trình chức năng hóa, 06 định ADN và odo kết quả đo hứng minh gắn kết thành ông ADN trêu bề wat cam biến sẽ đượo NOS

trình bày, troug chương 5 cla luận ấu.

25

1.6.3 Kết luận chương

Lom lại, nghiên oứn ché tạo oắm biến sinh hee vdu nhiều thách thứo đó là thu nhỏ điệndực tích hợp và ohứo năng hóa mot phần điện oực Ohé tạo lặp lại điện cue với số lượng:lớn, phương pháp dua oáo vật liệu nano lên bề mat vam biên Oố định ADN lên bề mặt

vam biến, tao liên kết tốt quy, trình gắn kết đơn giắn, chứo năng hóa nhóm chức để tạo

liền kết dứa ADN và vật liệu võ oo Qhứng minh được gắn kết ADN thành gộng trên điệncue, giới han phát hiệu ctta cắm biến (LOD) thấp

NOS nhận thay, chế tạo dây, nano bằng, phương phấp lang dong hóa hoc pha hơi (OVD)

v6 thé điều điều khiến như bán kính, chiều dài day, nano 3SuO¿ NOS hi vọng, phương, phấp

OVD v6 thé chê tạo day, nano chọn loo vị trí trên bề mặt cắm biên trở lên dễ dàng hơn Day, nano SnOs với kích thước điều khiến như bán kính, chiều dài day, Irong chế tao day, nano van 66 vdeo nghiên ottu lý thuyết và mô phông, quá trình tống hợp day, nano SuO>

thông qua áo thông số điều kiện biên và điều kiện ban đầu oứa hệ chế tao wau Những,

nội dung và kết quá nghiên cứu mô phỏng, sẽ được trình bày trong chương, 2

26

dong vai trò quyết định đến vise hình thành dấu trúo day, nano NOS nhận thấy, đượo su

van thiết phai nghiên ottu quá trình vận chuyến vật liệu này trong ông OVD và tiêu hành

nghiên 0ứu này,

Trong quá trình mô phỏng có hai sách thức để thực hiện, thứ nhất là tiên hành md phông;

và tìm ra oáo điều kiện tối ưu nhất về cấu trúc hình học của hệ OVD cho qué trình mee

dây, nano SuOs và sau đó mới tiến hành xây dựng hệ OVD đáp ứng cáo thông sỐ ctta mô

phóng.

Tuy, nhiên với điều kiện thựo tế sửa NOS với hệ OVD đã 06 sẵn tai phòng, thí nghiệm, qué

trình mô phỏng này sẽ được thu gon và don giẫn hóa bằng phương phấp lấy cáo thong

số về valu trúc hình học có sẵn olla hệ OVD như bán kính ống OVD, chiên dài ông OVD

Đồng, thời cáo điều kiện thực nghiệm kháo ving được dua vào trong bài toán mô phỏng

này đó là nhiệt độ, áp suất và lưu lượng khí mang.

Điểm mới volta bài toán mô phòng, trong nghiên oứu này, đó là tính toán được số mol vật

liệu lắng đọng trên bề mAt cam biên phụ thuộo vào áo điều kiện biên và điều kiện ban

đầu của thí nghiệm Dé giải quyết bài toán tính lượng vật liệu lắng đọng trên bề mat của,

vain biên, NOS đã, đưa ra được phương pháp lắng, đọng chọn lov vật liệu tai vị trí mongmuốn trong hệ lò OVD

drong nghiên cứu này, mô hình thí nghiệm woo dây, nano SnOs lắng đọng trên bề mặt

uắm biên đượo sit dụng, phương, pháp lắng đọng hơi hoa hoo OVD Quá trình vận chuyến.

vật liệu từ nguồn Su và Os trong ống OVD đếu lắng đọng trên bề mặt điện cue làm videcủa vain biển và phan ứng, tạo thành vật liệu SuOs trên bề mặt mang Au

dirong vdeo nghiên cứu trước đây, về mô phỏng OVD sử dụng, comsol đã, nghiên oứu về qué

trình khuếch tán và vận chuyến vật liệu trong ông OVD và ánh hướng của cáo điều kiện

biên và điều kiện ban đầu cla thí nghiệm ảnh hưởng đến phân b6 nồng, độ hơi vita vật

27

liệu trong ông OVD {160} Những kết quá đã dat đượo của nghiên cứu này, bao gdm, trong,

nghiện cứu đã đưa ra kết quả sự phụ thuộc otta nồng độ hơi Zn phân bố trong ống OVD

phụ thuộo vào lưu lượng khí Ar thối vào ông, OVD, khí Ac đóng vai trò là khí vận chuyén

hơi từ nguồn vật liệu đến bề wat dé, lưu lượng khí thối.

trong nghiên otfu trên tiến hành trong khoáng tit T scom đến 100 socom và ấp suất tit 1

đến 1000 mbar Nguồn vật liệu Zu nằm tai vị trí trung tim dúa ống OVD và áo dé sử

dụng trong nghiệu oứu là Alumina và Sapphire đặt tại oáo vị trí khác nhan gin nguồn

vật liệu với khoảng, vdch thay, đối Nghiên ottu đã chí ra sự phân bồ hơi Zn giãm dần theo

toa đỘ ctta odo vị trí xa nguồn vật liệu

Tuy, nhiên trong nghiên oứu trên chưa, tính toán đượo lượng vật liệu lắng đọng trêu bềmặt dé, day là một tính toán quan trọng, cho phép định lượng lượng vật liệu trên bề mặt

đề Đối với việc chế tạo linh kiện và cắn biến thì lượng vật liệu lắng, đọng, này sẽ quyếtđịnh dấu trúo vật liệu và áo đặo trưng tính chất điện của vật liệu trên bồ mặt oắm biến

NOS sử dụng, kết hợp một hộ mat nạ bảo v6 cho cắm biến được thiết kê dé đặt vam biên

trong mặt na báo vệ và cho phép vật liệu lắng đọng chính xác vào vi trí otta điện cue làmviệu cửa ấm biến với bán kính Luu Dựa trên cấu trav wit nạ bao vệ trên được dua vàotrong cau trae mô phỏng Oomsol oủa hệ OVD cho phép tính toán được số mol vật liệu

gửi đến bề wat vam biếu.

Quá trình vận chuyển vật liệu hơi Su phụ thuộc vào điều kiện ban đầu, điều kiện biên và,

biến số thí nghiệm Điều kiện ban đầu cia quá trình thí nghiệm moc day, nano SuO, bằngphương pháp OVD bao gồm vdeo điều kiện về dấu trúc hình hoe vtta m6 hình thí nghiệm

bao gồm áo thành phan sau.

Thứ nhất là cấu trie hình họo cotta ông OVD tiên hành thí nghiệm, trong, nghiên dứu này

là ống thạch anh v6 dang ống hình trụ 6 chiều dài là 750,0 mm và đường kính bêu trong

ống, OVD là 25,4 mim ở cấu trúc 3D khi dua vào bài todu m6 phóng 2D sẽ 06 dạng hình

chữ nhật 06 kích thước (750,0x25,4) mm.

Thứ hai là ấn trú oủa nguồn vật liệu Su là dang thuyền gối chứa, vật liệu bột Su dang

hình chit nhật uó kích thước (5,0x 10,0) mui Thứ ba là cau trite dứa, hệ tuặt nạ ohứa cau

biến v6 kích thướo (48,6x12,0x0,5)mun lrên mặt nạ 06 3 lỗ trou v6 kích thước 1,0 nàn

là nơi đặt 3 vam biên trong một mẻ chế bạo

Điều kiệu biên cửa thí nghiệm bao gồm oáo điều kiện về bề wat của thành ống OVD (điềukiện biêu ottug hay, và cham olla phần tử khí trêu bề wat số bị ngăn chặn và phan tứ khí

Su và Oy không đi qua được bề mặt này) Bồ wat WE oủa oắm biến là bề mặt cửa lớp

điệu oựo Au cho phép hấp thụ cdc phan tử khí Su và Ò¿ bám trêu bề wat, đây cing chính

là phần diện tích mà Su và Os lắng đọng bám vào lớp Au

Điều kiệu biệu cotta đầu vào doug khí và đầu ra ola dòng khí (đây, là điều kiệu biên cho

vật chuyến vật liệu trong ông qua vùng không gian trong ông OVD nơi xây ra vd hai qué

trình đối lưu của dòng khí Oy dau vào và dòng: khí đi ra ngoài ông OVD do tac doug cotta

ấp suất bơi chain không, hướng dứa dòng chay thông qua ving không gian oứa ống OVD

hay, lưu lượng, khí thoi qua vùng, không gian được tính toán như là dòng, chấy bề mat và

28