Nghiên cứu chế tạo dây Nano SnO2 định hướng ứng dụng trong cảm biến ADN Nghiên cứu chế tạo dây Nano SnO2 định hướng ứng dụng trong cảm biến ADN
Mở đầu
Chương 1
Tổng quan vật liệu nano SnO› và cảm biến sinh học phát hiện ADN
1.1 Tính chất và ứng dụng của vật liệu SnO>
SnO; là bán dẫn loại n, là một bán dẫn thuần, SnOs trong mạng tỉnh thể có nhiều nút khuyết oxy Các nút khuyết oxy này dẫn đến nguyên tử Sn sé có hai điện tử tự do Nguyên tử 5n có 4 điện tử lớp ngoài cùng có trạng thái oxy hóa là (4, 2, -4) khi liên kết với oxy
Do 8n không phải liên kết với nguyên tử oxy tại vị trí khuyết thiếu trong mạng tỉnh thể dẫn đến 5n sẽ có hai điện tử tự do [24| Từ đó hình thành hai mức donor Ep; va Epp
Ep; cach day ving dan 0,03 eV tai nhiét dd khoang 200°C Eps cach day ving dan 0,15 eV tai nhiệt độ 400°C Độ rộng vùng cấm của SnO› tại 300 K 1a E,= 3,6 eV [112, 205]
1.1.1 Cấu trúc tỉnh thể của SnO›
Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của SnO›
Cấu trúc tính thể của SnOs trong hình 1.2 (a) ô mạng cơ sở tứ giác của mẫu SnO; với hằng số mạng thực nghiệm là a = 4,737 A°, c = 3,186 A° và u = 0,303 (b) Cấu trúc siêu
7 mạng của hệ thoi với cân bằng hóa học của mặt (110) [217] Cấu trúc tinh thể của SnO› là cấu trúc rutile với chỉ số phối vị là 6 : 3 Trong ô cơ sở mạng tứ giác tetragonal có chứa hai nguyên tử thiếc (Sn) và bốn nguyên tử oxy (O) Cấu trúc bao gồm các nhóm trung hòa của ba mặt phẳng song song O-S8nzOs-O và sự phân chia giữa các nhóm mặt phẳng này phá vỡ số lượng liên kết cation/anion là ít nhất Điều này dẫn đến khái niệm về bề mặt cân bằng hóa học là bề mặt có cân bằng về liên kết hóa học giữa nguyên tử 5n và nguyên tử O Tại trạng thái cân bằng này 2 nguyên tử Sn sẽ liên kết với 4 nguyên tử O tạo ra cân bằng liên kết hóa học Mặt tỉnh thể (110) là mặt thỏa mãn điều kiện cân bằng này do mặt (110) là mặt tỉnh thể có cấu trúc ổn định nhất và chiếm ưu thế nhất trong cấu trúc tỉnh thể của vật liệu SnO; Cấu trúc của mặt (110) trong hình 1.2 b với hằng số mạng là a = 4,737 A°, c = 3,186 A° [217]
Trong hình 1.2 là giản đồ nhiễu xạ tia X của dây nano 5nO› và phổ chuẩn của SnO; (kí hiệu JCPDS 77-0450) [218], két qua chỉ ra tất cả các đỉnh nhiễu xạ là của câu trúc tỉnh thể của SnO› có cấu trúc tứ giác Kết quả được so sánh với phổ chuẩn, không có các đỉnh lạ xuất hiện, chứng tỏ mẫu dây nano SnO› là tinh khiết
Hình 1.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của dây nano SnO,
Trong luận án này sử dụng vật liệu Âu làm xúc tác cho phản ứng mọc dây nano SnO, do vậy phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu Âu và AuSn được NC§ quan tâm và sử dụng để giải thích cấu trúc của vật liệu Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng mỏng Au và phổ chuẩn của Au (ki hiệu JCPDS:04-0784) [200] trong hình 1.3 (a, b và c) là chỉ ra các đỉnh nhiễu xạ (111), (200), (220), (311), (222) và (400) là của màng mỏng Âu.
Hình 1.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X cla mang mong Au va AuSn
Trong hình 1.3 (d) là phổ nhiễu xạ của màng mỏng AuSn [249] Két qua chi ra rang mang mong AuSn cé hai pha đó là AusSn (phổ chuẩn ki hiéu PDF No 31-0568) và AuSn (pho chuẩn ki hiéu PDF no 08-0463) Các đỉnh 20 có giá trị 35,2°; 37,8°; 39,9°; 52,4°; 62,9°;
69,7°; 74,1° và 77,2° lần lượt là các đỉnh nhiễu xạ (110), (006), (113), (116), (300), (119), (220) và (223) của cấu trúc Rhombohedral (AusSn), trong khi đó các đỉnh 29 có giá trị 41,7ồ; 48,7ồ; đ1,5ồ; 59,5ồ và 75,đồ lần lượt là các đỉnh nhiễu xạ (110), (200), (201), (202), và (223) của câu trúc hexagonal (AuSn)
Trong hình 1.4 là phổ điện tử quang tia X (XP8) của mẫu dây nano SnO; [107| mọc trên đế Si(100) có màng Au (dày ðnm) làm xúc tác Nghiên cứu phổ XPS chỉ ra rằng các mức năng lượng liên kết trong phổ là tương ứng với các đỉnh của (O1s), (Sn3d), (C1s) và (Sn4d) các đỉnh được đánh dấu tương ứng trên hình Sự đóng góp rõ ràng của đỉnh (C1s) là do nhiễm carbon hấp phụ ở bề mặt từ bầu không khí Hơn nữa, các đỉnh (Au4f) xuất hiện chứng tỏ rằng chất xúc tác Au kim loại đã xuất hiện ở bề mặt của dây nano
1.1.2 Tính chất dẫn điện của SnO,
Trong hình 1.ã a cấu trúc của các nguyên tử Šn và nguyên tử O Khi trong mạng cấu trúc tỉnh thể nếu khuyết thiếu nguyên tử O, các vị trí thiếu nguyên tử O gọi là Oxygen vacancy trong trường hợp tồn tại các nút khuyết Oxy trong mạng tỉnh thể
Trong mạng tinh thể tồn tại hai trạng thái Sntt đã bi 6 xi hóa hoàn toàn và Sn?T Tồn tại hai trạng thái này tạo ra tính dẫn điện cho vật liệu SnOs Các ion Sn°* nằm cạnh
LÍ 1
Năng lượng liên kết (eV) inh 1.4: Phổ điện tử quang tia X của mẫu dây nano 5nOs nhau trao đổi cặp điện tử cho nhau dẫn đến sự di chuyển của điện tử từ nơi này sang nơi khác tạo ra sự linh động của hạt tải điện, tạo ra sự dẫn điện của vật liệu SnÒa a SnO; (110)† b c1
Sn ' =>ằ sa ° @ O ee Veai My tìtittot+ =-l)— "A a 1Í ® hole (h*) SS oe 2S ình 1.5: Tính chất dẫn điện của vật liệu SnO›
1.1.3 Cảm biến sinh học sử dụng SnO;
Cấu trúc nano SnO› với các ứng dụng liên quan vật liệu nano bán dẫn đã thu hút được nhiều sự chú ý do tính tiềm năng ứng dụng trong chế tạo cảm biến [67] Các oxit kim loại cấu trúc nano với diện tích bề mặt lớn thể hiện các đặc tính vật lý và hóa học vượt trội khác với những vật liệu khối và được sử dụng để nâng cao hiệu suất của cảm biến Trong số các loại oxit kim loại có cấu trúc nano, dây nano bán dẫn SnO› đặc biệt thú vị với các ứng dụng của chúng trong các thiết bị điện tử và đặc biệt là trong cảm biến khí
Trên thực tế các cấu trúc nano SnOs bao gồm hạt nano |46, 54, 144|, dây nano [8, 255], thanh nano [47-49], ống nano |60|, chủ yếu được thực hiện để chế tạo cảm biến khí trong đó đặc tính cấu trúc đóng vai trò chủ đạo SnOs là một bán dẫn loại n do khuyết thiếu ôxy Cơ chế nhạy khí của SnOs› được giải thích do các lỗ trống ôxy trên bề mặt Độ dẫn điện của SnO› thay đổi khi có các phân tử khí bị hấp phụ Đó là lý do tại sao với tỷ lệ
10 diện tích bề mặt trên thể tích lớn, các đặc tính điện tử của cấu trúc nano bị thay đổi mẽ bởi các quá trình bề mặt mang lại độ nhạy vượt trội hơn so với vật liệu màng mồng
Bên cạnh đó, các cấu trúc nano SnO› cho thấy khả năng ứng dụng cho cảm biến do khả năng cung cấp nhiều vị trí phản ứng xảy ra trên bề mặt để tăng cường sự chuyển đổi điện tích trong các phản ứng điện hóa Các cấu trúc nano SnO› đã được sử dụng để đạt được mật độ năng lượng cao trong nghiên cứu chế tạo pin Lithium-ion Thanh nano SnO› được sử dụng làm điện cực dương trong cấu trúc của pin thu được hiệu suất điện hóa cao [111], [86]
Các loại cảm biến sử dụng vật liệu ô xít kim loại đã được nghiên cứu gồm ZnO [172], CeO› [171],CozOx [192], SnO› [137] Các nghiên cứu đã sử dụng các vật liệu nano ô xít kim loại với mục đích chức năng hóa bề mặt điện cực của cảm biến Trong các nghiên cứu này sử dụng phương pháp cho vật liệu nano ô xít kim loại lên bề mặt cảm biến bằng phương pháp thủy nhiệt, phương pháp lắng đọng điện hóa và sau đó tiến hành chức năng hóa cho bề mặt cảm biến và cố định ADN
Các phương pháp này có ưu điểm dễ dàng thực hiện thí nghiệm và tiến hành đưa vật liệu nano lên bề mặt điện cực bằng quy trình hóa ướt Các tiền chất được chuẩn bị trong dung dịch và tiến hành lắng đọng điện hóa lên bề mặt điện cực Do vậy còn tồn tại các tiền chất ban đầu ảnh hưởng đến tính chất của cảm biến
Trong nghiên cứu cảm biến điện hóa phát hiện ADN trên cơ sở vật liệu SnOs đã sử dụng phương pháp lắng đọng điện hóa để đưa vật liệu lên bề mặt cảm biến nhưng vẫn sử dụng điện cực làm việc riêng lẻ mà chưa chế tạo được điện cực tích hợp NCS nhận thấy cần thiết phải nghiên cứu phương pháp đưa được vật liệu nano SnOs› lên bề mặt của điện cực và điều khiển được quá trình hình thành các dạng vật liệu nano trên bề mặt điện cực đồng thời tạo ra liên kết tốt của vật liệu nano SnOs› với bề mặt điện cực
Vật liệu nano SnOs› trong lĩnh vực cảm biến sinh học SnOs cũng đã được nghiên cứu nhưng mới dừng lại ở chế tạo điện cực riêng lẻ mà chưa chế tạo được điện cực tích hợp cho cảm biến sinh học do còn có những điểm khó khăn trong quy trình công nghệ chế tạo cảm biến như đưa vật liệu SnO;› lên vị trí chọn lọc của điện cực tích hợp Điều khiển các cấu trúc vật liệu khác nhau trên bề mặt điện cực và chức năng hóa được vật liệu SnO› tại vị trí điện cực tích hợp
Mục tiêu Nghiên cứu quy trình chế tạo hướng tới đưa được vật liệu SnO› trực tiếp lên bề mặt của điện cực tích hợp để cố định được ADN dò và phát hiện ADN đích
Màng SnO; cấu trúc nano đã được sử dụng làm vật liệu cảm biến khí phát hiện các khí NO,, CO,, Hz, CoH;OH va H2S [9] Tuy nhiên, chỉ có một vài nghiên cứu về việc sử dụng vật liệu SnOs cho phát hiện ADN Nhóm nghiên cứu của Patel đã sử dụng chấm lượng ttt oxit thiéc (SnO2-QDs) để phát hiện Vibrio cholerae dựa trên kỹ thuật lai hóa ADN
SnOs-QDs được tổng hợp trên bề mặt của điện cực ITO Két qua chỉ ra rằng SnOs-QDs có bề mặt để liên kết tốt với nhóm phosphate của ADN Cảm biến có độ nhạy cao 35,2 nA/ng/cm2, giới hạn phát hiện thấp 31,5 ng/L, thdi gian phan hồi 3 giây và độ ổn định cao đến 120 ngày khi được bảo quản trong tủ lạnh [146] Đối với các ứng dụng cho cảm biến sinh học các vật liệu cấu trúc nano oxit kim loại có các đặc tính độ dẫn điện và xúc tác tốt Tăng cường sự truyền điện tử giữa các loại oxy hóa khử trên bề mặt điện cực cho cảm biến điện hóa Nhóm nghiên cứu của Ansari đã chế tạo màng SnO; trên dé ITO dé phat hién glucose [1]
Trong nghiên cứu về cảm biến sinh học ADN sử dụng màng mỏng SnO;› xốp Màng mỏng SnO; xốp dùng để chế tạo điện cực để phát hiện ADN bằng phương pháp đo phổ trở kháng điện hóa (EIS) Màng mỏng SnO› xốp được chế tạo bằng phương pháp điện hóa
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi lai hóa ADN dẫn đến sự suy giảm trở kháng Sự giảm suy giảm trở kháng được giải thích do các ion trong dung dịch điện ly thẩm thấu vào mang mỏng 5nO› xốp Trong nghiên cứu còn đề xuất hai phương pháp để chức năng hóa nhóm amino (NH;) bề mặt SnO› xốp sử dụng APTES ở pha lỏng và pha khí Kết quả thu được việc sử dụng APTES ở pha khí cho thấy cảm biến có độ nhạy cao hơn khi sử dụng AP'TEHS ở pha lỏng và giới hạn phát hiện ADN là 10 nM Trong nghiên cứu sử dụng điện cực riêng lẻ có diện tích 1 cmZ có kích thước lớn Các điện cực làm việc tách rời chế tạo riêng lẻ có nhược điểm khó tích hợp và lặp lại trong chế tạo Mặt khác cảm biến sử dung mang SnO, thi diện tích bề mặt của màng sẽ nhỏ hơn dây nano SnO; [120] lam giảm mật độ bán của các nhóm chức và ADN
Trong một nghiên cứu khác về cảm biến ADN sử dụng thanh nano SnO; Nghiên cứu ché tao thanh nano trén dé ITO bằng phương pháp lắng đọng điện hóa Nghiên cứu này cải tiến hơn so với nghiên cứu sử dụng màng mỏng SnO; [120| Cải tiến trong việc sử dụng thanh nano SnOằ thay thế cho màng mỏng nano SnOs Kết quả dẫn đến giới hạn phát hiện của cảm biến dùng thanh nano SnO; là 2nM thấp hơn so với cảm biến dùng màng SnO› là 10nM Kết quả cải tiến về giới hạn phát hiện được giải thích do sự thay đổi mạnh mẽ hơn trở kháng của vật liệu thanh nano ŠSnO; so với màng mỏng SnO;› khi
ình 1.6: Cấu tạo của cảm biến sinh học
1.5.1 Định nghĩa và cấu tạo cảm biến sinh hoc
Cảm biến sinh học sử dụng để nhận dạng các yếu tố sinh học, các đối tượng sinh học cần phát hiện Trong đó các yếu tố sinh học là enzyme, mô, tế bào, kháng nguyên, kháng thể, ADN, ARN, aptamer Các yếu tố sinh học này thường được chứa trong các dung dịch và trong một dung dịch có chứa hai hay nhiều loại yếu tố sinh học Nhiệm vụ của cảm biến sinh học đó là phát hiện chọn lọc đúng yếu tố sinh học cần phân tích Để chọn lọc đúng yếu tố sinh học cần phân tích thì cần phải có các đầu dò sinh học Các đầu dò sinh học này có tính chất chỉ tạo ra sự bắt cặp đặc hiệu với một yếu tố sinh học Các đầu dò sinh học là ADN dò, kháng nguyên, kháng thể, cơ chất
Các bắt cặp đặc hiệu trong cảm biến sinh học đó là giữa ADN dò với ADN đích, giữa kháng nguyên với kháng thể Khi có sự xảy ra các bắt cặp đặc hiệu thì làm thay đổi tín hiệu so với trường hợp không xảy ra bắt cặp đặc hiệu Để ghi nhận và đo được sự thay đổi tín hiệu này trong cảm biến sinh học sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu Bộ chuyển đổi tín hiệu sẽ chuyển đổi trực tiếp tín hiệu sinh học thành một tín hiệu đo lường được như tín hiệu điện, quang hoặc dao động
Các đầu dò sinh học gắn trên bộ chuyển đổi tín hiệu chỉ bắt cặp đặc hiệu với một yếu tố sinh học cần phát hiện Khi xảy ra bắt cặp đặc hiệu làm thay đổi tín hiệu đo và được bộ chuyển đổi tín hiệu biến đổi thanh tín hiệu đo được và được xử lý tín hiệu và hiển thị kết quả đo |40, 59, 223]
Cấu tạo của một cảm biến sinh học bao gồm bốn bộ phận chính trong sơ hình 1.1 Bộ phận thứ nhất đó là đối tượng sinh học cần phát hiện là các yếu tố cần phân tích đo đạc trong cảm biến sinh học bao gồm (enzyme, Aptammer, ADN, ARN, protein, các vi sinh vật, vi khuẩn, vi rút, kim loại, thuốc trừ sâu và các phân tử nhỏ khác) Bộ phận thứ hai là đầu thu sinh học có nguồn gốc từ các thành phần sinh học và phản ứng trực tiếp với các đối tượng sinh học cần phát hiện Đầu thu sinh học có tác dụng bắt cặp và phát hiện sự có mặt đối tượng sinh học Các đầu thu sinh học hay sử dụng đó là Enzyme, kháng thể, các đoạn ngắn ADN, ARN, Protein, tế bào
Các đầu thu sinh học không thể gắn trực tiếp với bề mặt của cảm biến được do đó phải chức năng hóa bề mặt của cảm biến để tạo ra các mối liên kết trung gian Các thành phần tác nhân cố định có khả năng tạo ra các nhóm chức thông qua đó tạo ra các liên kết hóa học trên bề mặt cảm biến
Bộ phận thứ ba là bộ phận chuyển đổi tín hiệu có nhiệm vụ chuyển các biến đổi sinh học thành các tín hiệu đo đạc được Đây là bộ phận quan trọng nhất trong cảm biến sinh học Các tương tác sinh học sẽ chuyển thành các đại lượng vật lý sau cảm biến, các tín hiện vật lý được thu thập xử lý bằng mạch điện tử và phần mềm
Bộ phận thứ tư là bộ phận xử lý có tác dụng chuyển thành các tín hiệu điện để máy tính và các thiết bị khác xử lý và hiển thị kết quả tương thích với người sử dụng, cho phép người sử dụng đọc kết quả một cách dễ dàng
1.5.2 Phân loại cảm biễn sinh học
Có hai phương pháp phân loại cảm biến sinh học Phương pháp thứ nhất là phân loại theo thành phần sinh học và đầu thu sinh học là những đầu thu phản ứng trực tiếp với tác nhân cần phát hiện và có nguồn gốc từ các thành phần sinh học Theo cách phân loại này cảm biến sinh học ra các 6 loại đó là cảm biến emzyme, cảm biến kháng thể, cảm biến ADN, cảm biến mô tế bào, cảm biến sử dụng vi khuẩn, cảm biến polysaccharire
Phương pháp thứ hai là phân loại theo thành phần đo của cảm biến thì chia cảm biến thành 7 loại đó là cảm biến đo điện thế, dòng điện, độ dẫn, mật độ, khối lượng, nhiệt độ, độ nhớt)
Trong cảm biến sinh học thì chia ra làm 3 loại cảm biến chính được nghiên cứu nhiều nhất là cảm biến emzyme, cảm biến kháng nguyên kháng thể và cảm biến ADN Trong đó cảm biến emzyme và kháng nguyên kháng thể có ưu điểm là dễ chế tạo do quá trình gắn kết emzyme và kháng nguyên, kháng thể lên bề mặt cảm biến dễ dàng nhưng cảm biến emzyme và kháng nguyên kháng thể cần điều kiện bảo quản ở nhiệt độ thấp và thời gian sử dụng ngắn Do vậy gây ra hạn chế khi sử dụng ở hiện trường
Trong khi đó cảm biến ADN có tiềm năng vì có độ đặc hiệu cao, điều kiện bảo quản của cảm biến đơn giản ở nhiệt độ phòng Nhưng cảm biến ADN lại gặp khó khăn trong quá trình chế tạo do việc gắn kết ADN lên bề mặt cảm biến cần qui trình phức tạp Nếu cải tiến được điểm khó khăn này thì cảm biến ADN sẽ rất phát triển do cảm biến phát hiện chính xác và nhanh mẫu bệnh phẩm
Từ những lí do trình bày ở trên thì cảm biến ADN là loại cảm biến mà NCS lựa chọn sẽ nghiên cứu chỉ tiết với những ưu nhược điểm và những khó khăn còn tồn tai dé NCS hướng tới việc cải tiến và tối ưu cho cảm biến sinh học ADN với mục đích tăng độ nhạy, giới hạn phát hiện và độ chọn lọc
1.5.3 Cam bién sinh hoc phat hién ADN
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến ADN dựa trên tính chất lai hóa đặc hiệu của hai sợi ADN đơn Sợi ADN là phân tử mang thông tin di truyền dưới dạng bộ ba mã di truyền quy định mọi hoạt động sống Các nucleotide liên kết với nhau thành một mạch ADN bằng liên kết cộng hóa trị giữa phân tử của nucleotide với nhóm phosphat của nucleotide tiếp theo Mỗi sợi được tạo thành từ một chuỗi cao phân tử có chứa các bazơ là Ade- nine (A), Thymine (T), Cytosine (C) và Guanine (G) Trong cảm biến sinh học sử dụng
ADN, dựa trên cơ chế lai hóa đặc hiệu của ADN để tạo ra sự chọn lọc của cảm biến sinh học Quá trình nhận biết dựa trên nguyên tắc bắt cặp bazơ bổ sung thông qua hai liên kết hydro trong cặp bazơ Adenine-Thymine (A-T) và ba liên kết hydro trong cặp bazơ Guanine-Cytosine (G-C)
Tương tác tạo cặp bazơ này là cơ sở cho tính đặc hiệu của nhận dang sinh hoc trong cam biến sinh học ADN Nó cung cấp khả năng của một sợi ADN đơn để nhận ra sợi ADN bồ sung để tạo thành sợi ADN đôi trong quá trình lai hóa Do vậy sợi ADN đơn sử dung làm đầu thu sinh học Các cảm biến có đầu thu dạng này thường được sử dụng để phát hiện đột biến và các sai lệch trong cấu trúc di truyền và phát hiện ra các loại vi rút gây bệnh
ADN [19, 56,62, 193]
Ưu điểm của kỹ thuật cố định hấp phụ ADN với quy trình thực hiện đơn giản và sử dụng ít hóa chất nhưng kỹ thuật này có một số nhược điểm do kỹ thuật cố định này dựa trên sự hấp phụ tĩnh điện ADN dò và điện cực do đó có nguy cơ cao về khả năng giải hấp phụ, tức là ADN bị tách ra khỏi bề mặt điện cực dưới sự thay đổi pH, cường độ ion và nhiệt độ
1.6.2 Phương pháp liên kết cộng hóa trị ADN với vật liệu nano
Khác với kỹ thuật hấp phụ ADN trên bề mặt điện cực trong kỹ thuật cỗ định đầu ADN dò thông qua liên kết cộng hóa trị thể hiện tính chất ổn định và độ bền liên kết cao đồng thời ngăn chặn quá trình giải hấp của lớp ADN dò từ bề mặt điện cực [178, 232|
Kỹ thuật lai hóa dựa trên liên kết cộng hóa trị tạo ra sự sắp xếp ADN dò theo hướng thẳng đứng được ghép trên bề mặt điện cực mang lại hiệu suất lai hóa cao của ADN [194] do việc sắp xếp thắng đứng ADN sẽ chỉ cần một vùng không gian nhỏ trên bề mặt điện cực để ADN bám vào dẫn đến có nhiều ADN dò bám được trên bề mặt điện cực
Trong kỹ thuật gắn kết ADN bằng liên kết cộng hóa trị, mẫu ADN dò tổng hợp thường được liên kết với nhóm thiols (S-H) hoặc amin (NH2) ở một đầu của ADN dò để tạo liên kết cộng hóa trị với bề mặt kim loại hoặc nhóm chức được đưa lên bề mặt điện cực
Quy trình trên có ưu điểm là gắn đầu ADN dò vào bề mặt điện cực với hiệu quả cao và ngăn các liên kết không đặc hiệu Nghiên cứu sử dụng dung dịch glutaraldehyde có nồng độ 10% để tiến hành gắn ADN dò lên bề mặt điện cực, quá trình gắn kết ADN dò được tiến hành như sau Đầu tiên điện cực FTO được phủ vật liệu nano SnO› có cấu trúc màng nano và các thanh nano bằng phương pháp điện hóa sử dụng 3 điện cực với điện cực làm việc là ITO, dién cực so sánh la Ag/AgCl và điện cực đếm là Pt
Chức năng hóa dùng APTIES ở pha lỏng Điện cực được nhúng vào trong dung dịch chứa APTES có nồng độ 0,5 M trong 95% C›H;OH và 5% nước khử ion trong 12 tiếng Điện cực được rửa bằng C;„H;OH và nước khử ion để loại bỏ các thành phần silane không liên kết với điện cực và sấy khô với nhiệt độ 110°C trong thời gian 3 tiếng
Chức năng hóa dùng AP'FES pha hơi Điện cực FFO-SnOs được đặt trong một bình chứa bằng vật liệu chịu nhiệt Teflon Điện cực được đặt trong tủ cách li không khí và độ ẩm bên ngoài với điện cực bằng cách hút chân không và thổi khí Ar trong 3 lần để đảm bảo độ am thấp hơn 5% 200 L dung dịch APTES được nhỏ vào trong bình Teflon và đóng kín nắp bình Bình Tefon nhiệt độ bình lên 82°C, trong thời gian 1 giờ để làm bay hơi APTES bám vào bề mặt điện cực Điện cực [TO-SnO› được rửa bằng bằng C›H;OH va nước khử ion để loại bỏ các thành phần silane không liên kết với điện cực và ủ điện cực với nhiệt độ 110°C trong 1 tiếng Sau khi đã chức năng hóa bề mặt điện cực [TO-SnOs tiến hành lai hóa với ADN dò với việc sử dụng glutaradehyde (GA) bằng cách ngâm điện cực trong dung dịch GA có nồng độ 10% trong thời gian 90 phút ở nhiệt độ phòng Hai nhóm Aldehyde của GA sẽ tạo liên kết với nhóm NH; [120|
Dựa trên những ưu điểm của phương pháp cố định ADN bằng liên kết cộng hóa tri NCS quyết định lựa chọn phương phỏp chức năng húa dõy nano SnOằ trờn bề mặt cảm biến bằng phương pháp chức năng hóa APTES pha hơi với sự hỗ trợ của CVD và mặt nạ bảo vệ cho phép chức năng hóa chọn lọc đúng vị trí WE và tiến hành cố định ADN trên bề mặt điện cực với xúc tác là EDC va MIA Quy trình chức năng hóa, cỗ định ADN va các kết quả đo chứng minh gắn kết thành công ADN trên bề mặt cảm biến sẽ được NCS trình bày trong chương 5 của luận án
Tom lai, nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học còn nhiều thách thức đó là thu nhỏ điện cực tích hợp và chức năng hóa một phần điện cực Chế tạo lặp lại điện cực với số lượng lớn, phương pháp đưa các vật liệu nano lên bề mặt cảm biến Cố định ADN lên bề mặt cảm biến, tạo liên kết tốt quy trình gắn kết đơn giản, chức năng hóa nhóm chức để tạo liên kết của ADN và vật liệu vô cơ Chứng minh được gắn kết ADN thành công trên điện cực, giới hạn phát hiện của cảm biến (LOD) thấp
NCS nhận thấy chế tạo dây nano bằng phương pháp lắng đọng hóa hoc pha hoi (CVD) có thể điều điều khiển như bán kính, chiều dài dây nano SnOs NC§ hi vọng phương pháp CVD có thể chế tạo dây nano chọn lọc vị trí trên bề mặt cảm biến trở lên dễ dàng hơn
Dây nano SnO; với kích thước điều khiển như bán kính, chiều dài dây Trong chế tao day nano cần có các nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng quá trình tổng hợp dây nano SnOs thông qua các thông số điều kiện biên và điều kiện ban đầu của hệ chế tạo mẫu Những nội dung và kết quả nghiên cứu mô phỏng sẽ được trình bày trong chương 2
Mô phỏng bài toán vật lý trong tổng hợp dây nano 5nQ›
Trong quá trình tổng hợp vật liệu dây nano 5nOs bằng phương pháp CVD quá trình vận chuyển hơi vật liệu Sn và khí mang O› từ nguồn vật liệu đến lắng đọng trên bề mặt WE đóng vai trò quyết định đến việc hình thành cấu trúc dây nano NCS nhận thấy được sự cần thiết phải nghiên cứu quá trình vận chuyển vật liệu này trong ống CVD và tiến hành nghiên cứu này
Trong quá trình mô phỏng có hai cách thức để thực hiện, thứ nhất là tiến hành mô phỏng và tìm ra các điều kiện tối ưu nhất về cấu trúc hình học của hệ CVD cho quá trình mọc dây nano SnO› và sau đó mới tiễn hành xây dựng hệ CVD đáp ứng các thông số của mô phỏng
Tuy nhiên với điều kiện thực tế của NCS với hệ CVD đã có sẵn tại phòng thí nghiệm, quá trình mô phỏng này sẽ được thu gọn và đơn giản hóa bằng phương pháp lấy các thông số về cấu trúc hình học có sẵn của hệ CVD như bán kính ống CVD, chiều dài ống CVD Đồng thời các điều kiện thực nghiệm khác cũng được đưa vào trong bài toán mô phỏng này đó là nhiệt độ, áp suất và lưu lượng khí mang Điểm mới của bài toán mô phỏng trong nghiên cứu này đó là tính toán được số mol vật liệu lắng đọng trên bề mặt cảm biến phụ thuộc vào các điều kiện biên và điều kiện ban đầu của thí nghiệm Để giải quyết bài toán tính lượng vật liệu lắng đọng trên bề mặt của, cảm biến, NCS đã đưa ra được phương pháp lắng đọng chọn lọc vật liệu tại vị trí mong muốn trong hệ lò CVD
Trong nghiên cứu này, mô hình thí nghiệm mọc dây nano SnO› lắng đọng trên bề mặt cảm biến được sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học CVD Quá trình vận chuyển vật liệu từ nguồn Sn và Os› trong ống CVD dén lang dong trên bề mặt điện cực làm việc của cảm biến và phản ứng tạo thành vật liệu SnO› trên bề mặt màng Âu
HCN NWN
a i 2 ssADN nase (EDC) HC on ? 5 mC Base
(b1) (b2) (53) ình 5.3: Phản ứng giữa ADN và EDC, trên sợi ADN có gốc PO¿ phản ứng với EDC với vai trò xúc tác cho phản ứng tiếp theo với MIA cấu trúc của ADN có các gốc PO¿, trong cấu trúc của EDC có các liên kết của N, trong quá trình phản ứng xảy ra tại vị trí O trong gốc PO¿ tạo ra liên kết của EDC và ADN
Trong sơ đồ hình 5.4 mô tả phản ứng của ADN-EDC với MIA trong phản ứng này MIA
(c1) (c2) (c3) R inh 5.4: Phản ứng giữa ADN-EDC với MIA, trên sợi MIA thay thế EDC tại vị trí của PO¿ để tạo ra ADN-MIA có khả năng phản ứng với SnO› đã có sẵn nhóm NH; sẽ thay thế vị trí của EDC tại vị trí của gốc PO¿ Trong hình 5.5 sơ đồ phản ứng của dây nano SnO› đã được chức năng hóa nhóm chức NH; trên bề mặt dây nano tiễn hành liên kết với ADN đã sử dụng BDC và MIA tham gia với vai trò là chất xúc tác phản ứng tao ra liên kết của nhóm NH; trên bề mặt dây nano và nhóm PO¿ trên ADN x —
(d1) (d2) (d3) R ình 5.5: Phản ứng giữa ADN-MIA với dây nano SnÒs đã có sẵn nhóm NH:, tạo ra liên kết của NH; và PO“
5.2 _ Kiếm tra gắn kết ADN trên vật liệu nano SnO›
5.2.1 Kiểm tra gắn kết ADN trên vật liệu nano SnO› bằng phổ
FTIR
Mục tiêu của việc chức năng hóa bề mặt của dây nano SnO; để tạo ra nhóm chức amino (NH;) trên bề mặt của dây nano nhằm tạo ra liên kết giữa ADN dò và dây nano SnO;, để kiểm tra kết quả của quá trình gắn kết này, sử dụng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) dé phan tich trong tit buéc chitc ning hoa Hé do FTIR stt dụng của hang Shimadzu, kí hiệu 1S, cho khoảng khảo sát số sóng từ 500 cm”! đến 400 cm” Phép đo FTIR cho biết thông tin về các dao động của các nhóm liên kết trên vật liệu đo, do đó để khảo sát quá trình chức năng hóa tiến hành đo phổ F'TTR của các mẫu như trong hình 5.6a lA pho FTIR cia ADN dò, hình 5.6b là phổ FTIR của APTES, hình ð.6c là phổ FTIR của SnOs, và 5.6d lA pho FTIR cia ADN dò liên kết với SnO;› Trong trường hợp chỉ có SnOs trong hình 5.6c, vùng số sóng từ 450 cm”! đến 750 cm” là dao động Sn-O cua Sn—O-Sn [80], [12]
Trong trường hợp chỉ có APTES trong hình 5.6 b hai đỉnh tại 780 cm"! và 957 cm! là dao động của liên kết Si-O-H và O-H Vùng số sóng tại 1097 cm”†, 1164 cm”! là dao động của Si-O-H và nhóm Si-O-S8i Vùng tại số sóng 1612 cm” là của dao động N-H và dao động của nhóm chức tự do NH: VỊ trí đỉnh tại 2895 cm”! và 2983 cm”! là của dao động C-H Trong trường hợp chỉ có ADN dò (ssDNA) trong hình ð.6a, có một số đỉnh có cường độ thấp tại vị trí 876 cm”! và 1034 em”! đó là dao động của nhóm P—=O trong
006€ (4) (Cc) Cường độ truyền qua(a.u) inh 5.6: Pho hồng ngoại biến đổi Fourier của các mẫu (a) ADN dò, (b) APTES, (c) Day nano SnOz, (đ) ADN dò liên kết với dây nano SnOs phân tử ADN dò Vùng số sóng tại ttt 1464 cm! dén 1756 cm™! 1a cia các thành phần Adenine, Thymine, Cytosine, Guanine của chuối ADN dò [174], |44|
Vùng số sóng tại 2922 cm”! là dao động của nhóm liên kết C-H trong nhóm -CH› Nhóm -OH có vùng hấp thụ tại 3300 cm~! của APTIES trên bề mặt dây nano và trong hình 5.6 b, các vùng số sóng lần lượt tại các vị trí 780, 957 and 1097, 1164 cm”, tương ứng với các dao động của liên két Si-O—H, O-H va Si-O-Si trên bề mặt của dây nano Vùng số sóng tại vị trí 1612 cm” là của dao động của liên kết N-H Nhóm C-H hấp thụ tại vị trí 2922 cm”" [247], [138|
Quan sat két qua FTIR cia mau ADN đã được gắn lên bề mặt dây nano trong hình 5.6 d so sánh với các phổ FTIR riêng của APTES, ADN dò và SnO;› thấy rằng các liên kết đặc trưng của các thành phần riêng đều xuất hiện trên hình 5.6 d, tuy nhiên có một điểm khác biệt đó là các vị trí này bị dịch chuyển về phía số sóng thấp hơn có thể quan sát sự khác biệt này rõ ràng bằng cách so sánh các vị trí của của các thành phần Adenine(A), Thymine(T), Cytosine(C), Guanine(G) của ADN dò khi nó nằm tự do trong hình ð.6 a và khi đã liên kết với dây nano trong hình 5.6 d Điều này có thể được giải thích như sau, khi các ADN đò nằm tự do các liên kết chưa liên kết với nhóm NH› do không bị ràng buộc bởi liên kết nên nó sẽ dao động với một tần số (fo), tuy nhiên khi các ADN dò khi đã liên kết với dây nano thông qua liên kết của nhóm NH; và nhóm PO/¿ thì nó bị ràng buộc bởi liên kết này và dao động với một tần số nhỏ hơn (fo), do đó kết quả của việc dịch vị trí đỉnh về vị trí đỉnh (A,T,G,©) về số sóng nhỏ hơn đây là bằng chứng chứng tỏ rằng ADN dò đã được gắn thành công trên bề mặt của dây nano Sn©Òa
5.2.2 Kiểm tra gắn kết bằng hiển vi huỳnh quang
Sau khi ADN dò được gắn lên điện cực làm việc thì được kiểm tra khả năng gắn kết bằng cách chụp ảnh hiển vi huỳnh quang (ZEISS 510) của bề mặt điện cực Trong nghiên cứu này nồng độ ADN được sử dụng từ 10 nM đến 50 nM Trong hình 5.7 a khi không có ADN gắn kết trên bề mặt điện cực thì không quan sát thấy các chấm đỏ tuy nhiên khi khi sử dụng các mẫu ADN có nồng độ tăng dần thì thấy xuất hiện các chấm đỏ tăng dần
Trong nghiên cứu NCS lựa chọn mẫu có nồng độ 50 nM để sử dụng cho nghiên cứu xác định nồng độ ADN đích vì khi đến nồng độ này mật độ các chấm đỏ cao nhất và nồng độ này đã cao gấp nhiều lần nồng độ ADN đích mà NCS muốn phát hiện trong quy trình tiếp theo
5.2.3 Kết quả SEM dây nano SnO; có hat nano Au
Trong hình 5.8a1 là ảnh chụp kính hiển vi điện tử (SEBM) của bề mặt cảm biến Cảm biến có 3 điện cực trong đó điện cực đếm (CE) và điện cực so sánh (RE) nằm bao quanh điện cực làm việc (WE) có dạng hình tròn đường kính 1 mm NCS sử dụng mặt nạ bằng thép chịu nhiệt để bảo vệ hai điện cực RE và CE Phần cửa số mẫu tại vị trí WE được mở ình ð.7: Kết quả hiển vi huỳnh quang của ADN trên bề mặt điện cực, (a) Mẫu điện cực không gắn kết ADN, (b) gắn ADN nồng độ 10nM, (b) gắn ADN nồng độ 20nM, (c) gắn ADN nồng độ 30nM, (đ) gắn ADN nồng độ 40nM, (e) gắn ADN nồng độ 50nM
Mu ình ð.8: Kết quả SEM của điện cực vàng phủ hạt vàng mọc dây nano (có phủ thêm hạt nano Au va điều kiện chế tao(S13, t = 20 phút , x — 15 mm), (al) ảnh SEM điện cực vàng có dây nano trên W, (a2) ảnh SEM tại vị trí của WEB với SnO; ở vị trí có Âu và trên đế SiO, khong có dây SnO;, (b1)-(b2) ảnh SEM của các dây nano SnO; có hạt Au ở đầu dây, (c1)-(c2) ảnh SEM của các dây nano SnO; có hạt Au ở các vị trí khác nhau trên điện cực, (d1)-(d3) ảnh SEM của dây SnOs phóng đại với hạt Au ở đầu dây ra để vật liệu S5n và O› lắng dong trên bề mặt của WE tao thanh day nano trên bề mặt WE Hình ã.8a2 là ảnh chụp SEM của mẫu với thang đo 50 /im tại vị tri mép cua WE, quan sỏt thấy dõy nano SnOằ chỉ mọc tại vị trớ của WE phần để silic khụng cú Âu khụng quan sát thấy dây nano mọc WE là một màng mỏng Âu (90nm)
Như vậy có thể kết luận dây nano 5nO› chỉ mọc tại vị trí có Au làm chất xúc tác Trong nghiên cứu này NC§8 tiến hành 03 mô hình thí nghiệm để kiểm tra ảnh hưởng của xúc tác của Âu lên quá trình mọc dây nano SnO; để hiểu rõ về cơ chế mọc dây và để điều khiến quá trình mọc dây nano theo hình dạng và kích thước mong muốn Mô hình đầu tiên là chỉ sử dụng hạt nano Au phủ lên bề mặt của để silic và tiến hành mọc dây nano
Mô hình thứ hai là sử dụng màng mỏng vàng để mọc dây nano Mô hình cuối cùng NC8 sử dụng là kết hợp hạt nano Au phủ lên màng mỏng Au để mọc dây nano Kết quả quan sát trên ảnh SEM về hình dạng và kích thước dây nano như trên hình 5.8 inh 5.8 b1, b2 là ảnh SEM của mô hình mọc đầu tiên chỉ sử dụng hạt nano Âu Trong ảnh SEM này quan sát thấy dây nano có kích thước trung bình 46,8 nm và có hạt nano ở đầu dây với kích thước 55,6 nm TÌỈ số giữa kích thước hạt và dây nano là 1,2 Hình 5.8 c1, e2 là ảnh SEM của mô hình mọc thứ 2 chỉ sử dụng màng mỏng Âu dây nano mọc có kích thước trung bình 24,6 nm Không quan sát thấy hạt nano Âu ở đầu dây nano Hình 5.8d1, d2 là ảnh SEM của mô hình mọc kết hợp sử dụng màng mỏng Au và hạt nano Âu
Theo sự hiểu biết của NC§ đây là nghiên cứu lần đầu tiên sử dụng kết hợp hai loại xúc tác là màng mỏng Au và hạt Au NCS quan sát thấy có 2 dạng dây nano mọc trên cùng 1 bề mặt của điện cực Loại dây nano không có hạt ở đầu dây có đường kính trung bình 25,2 nm và loại dây nano có hạt nano ở đầu, có đường kính dây nano trung bình 114,3 nm và hạt nano ở đầu có đường kính 205,1 nm TỈ số giữa kích thước hạt và dây nano là
5.3 Cảm biễn ADN với dây nano SnO;›
5.3.1 Cảm biễn ADN với dây nano SnO; có hat nano Au
Các ADN đích được sử dụng để lai hóa với ADN dò và sử dụng hệ đo thế vi sai để xác định sự phụ thuộc của nồng độ ADN vào thế vi sai như trong hình ð.9 và sử dụng phương pháp tính giới hạn phát hiện (LOD) của ADN là (LOD=4,5x10!! M) Kết quả được công bố trên, Minh Hieu Nguyen, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai (2019), "Dây nano SnO› mọc trực tiếp trên cảm biến sinh học với hạt vàng ở đầu dây nano làm xúc tác", Kủ uếu Hội nghị uật lú chất rắn uà khoa học uật liệu toàn quốc - spms, trang 696-701
5.3.2 Cảm biến ADN với dây nano SnO› không có hạt nano Au
Trong phép đo khuếch đại vi sai mô tả ở trên, cảm biến sinh học sử dụng dây nano SnO› đóng vai trò là một bộ chuyển đổi từ tín hiệu sinh học thành tín hiệu điện có thể đo
#8 Thế Vị Sai Thực nghiệm) Ƒ—cy Đường nội xuy tuyến tính
Hình 5.9: Kết quả đo thế khuếch đại vi sai của cảm biến biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ ADN đích vào thé vì sai, cảm biến sử dụng loại dây nano SnO› có hạt nano Âu ở đầu dây và mọc trên điện cực màng Âu
F —®— Com target DNA 1 tị ® Experiment
6 Lo 8 pe ya 10 ty 12 Pg Time (S) 14 tg 16 18 20 22 0 1 2 3 4 Can, (PM) 5 6 PO 7 8 9 DO 10 11
Hình 5.10: Kết quả đo thế khuếch đại vi sai của cảm biến, loại dây nano SnOs sử dụng mọc trên điện cực Au và không có hạt nano Au ở đầy day, (a) Sự thay đổi của điện áp khi có sự lai hóa của AND trên cảm biến Thời gian hồi đáp của cảm biến, (b) Sự phụ thuộc của nồng độ ADN đích vào thế vi sai và đường ngoại suy tuyến tính
S9 được, trong nghiên cứu này sử dụng các ADN của Epstein-Barr vi rút được mô tả cấu trúc trong bảng 5.1 Trong hình 5.10 a là biểu diễn thời gian hồi đáp và sự thay đổi của điện áp khi có sự lai hóa của ADN đích trên cảm biến, đối với trường hợp khi sử dụng ADN không bắt cặp đặc hiệu là mẫu đối chứng âm thì cho kết quả là không có sự thay đổi điện áp này
Thời gian hồi đáp được định nghĩa là thời gian tính từ khi nhỏ dung dịch ADN đích lên cảm biến làm tín hiệu điện áp thay đổi và khi tín hiệu này on định, tức là quá trình lai hóa đã hoãn thành Trong hình 5.10a thời gian hồi đáp của cảm biến cỡ 2,5 giây Trong hình 5.10b biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ ADN đích vào điện áp, bằng cách đo các nồng độ ADN đích khác nhau Các dữ liệu sau đó được sử dụng để xây dựng một đường tuyến tính như sau y= a+bxCpxya, trong đó Cpxa (pM) chính là nồng độ của ADN đích, y là sự thay đổi điện áp 6V(mV), a=2,63, b=1,95, R=0,98 Gidi han phát hiện của cảm biến là 3,2x10!2 M Kết quả này có giới hạn phát hiện thấp hơn các nghiên cứu trước đây [120,137| Điều này được giải thích dựa trên câu trúc của cảm biến trong nghiên cứu này đã được tích hợp Dây nano được tổng hợp bằng phương pháp CVD cho phép thu được mật độ dây cao trên bề mặt cảm biến và diện tích bề mặt của dây nano tăng, đồng thời quy trình chức năng hóa dây nano sử dụng CVD giúp cho các nhóm chức liên kết tốt với bề mặt dây nano, kết quả đã được chứng minh thông qua phổ FTTIR, và phổ huỳnh quang
Kết quả này được công bố trên tạp chí Q1, Minh Hieu Nguyen, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai, On-chip selective growth of SnÒs nanowires for DNA sensor development, Sensors and Actuators A 312 (2020) 112171, https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112171
5.3.3 Giới hạn phat hién cam bién ADN
Bảng 5.1: So sánh giới hạn phát hiện cảm biến ADN
Loại cảm biến Giá trị của LOD(M) Tài liệu Dây SnO; trên điện cực Âu 3,2x10"12 Trong luận án Dây SnO› có hạt Âu trên điện cực Âu 45x10"! Trong luận án
Trong bảng 5.1 sử dụng 02 loại điện cực có dây nano 5nO›; để làm cảm biến phát hiện ADN: Loai thứ nhất là điện cực vàng mọc dây nano (S1 với t = 20 phút , x = lỗ mmì)
Loại thứ hai là điện cực vàng phủ hạt vàng mọc dây nano (có phủ thêm hạt nano Âu và điều kiện chế tạo(S13, t = 20 phat , x = 15 mm) Trong bang 5.1 so sánh giới hạn phát hiện (LOD) của 04 loại cảm biến ADN trong đó có 02 cảm biến trong luận án là cảm biến sử dụng điện cực vàng mọc dây SnO› và cảm biến sử dụng điện cực vàng phủ lớp hạt nano vàng mọc dây nano SnOs Kết quả cho thấy cảm biến ADN sử dụng điện cực vàng mọc dây SnOs có LOD tốt hơn so với cảm biến sử dụng điện cực vàng phủ lớp hạt nano vàng mọc dây nano SnOs Nguyên nhân được giải thích như sau dựa trên kết quả ảnh SEM phân bố của hai loại dây nano trong hình 4.3 và phân bố kích thước dây nano SnO2 trong bảng 4.1 cho thấy các dây nano SnO› sử dụng điện cực vàng mọc dây SnO› có đường kính trung bình cỡ 29,8 nm trong khi dây sử dụng điện cực vàng phủ lớp hạt nano vàng mọc dây nano 5nÒ› có đường kính trung bình cỡ 73,8 nm Như vậy với dây có đường kính nhỏ hơn sẽ cho có diện tích bề mặt lớn hơn có ưu điểm để gắn các nhóm chức trong quá trình lai hóa và cỗ định các ADN dò do vậy cảm biến sử chỉ dụng điện cực vàng mọc dây SnOs có LOD tốt hơn
Cảm biến sinh học ADN trên cơ sở sử dụng dây nano SnO› đã được chế tạo thành công với việc sử dụng mặt nạ bảo vệ trong quỏ trỡnh mọc dõy nano Snềằ và quỏ trỡnh chức năng hóa bề mặt dây nano SnO› bằng APTES ở pha hơi Sử dụng mặt nạ bảo vệ cho phép mọc dây nano SnO› lên vị trí chọn lọc tại WE của điện cực bằng phương pháp lắng đọng điện hóa Vai trò xúc tác của màng mỏng nano Âu và hạt nano Âu ảnh hưởng hình dạng và kích thước của dây nano SnO› và ảnh hưởng đến giới hạn phát hiện của cảm biến Quá trình chức năng hóa bề mặt cảm biến được tối ưu bằng phương pháp sử dụng mặt nạ và hệ lắng đọng hơi hóa học để đưa hơi APTES lên bề mặt dây nano tại vị trí chọn lọc trên điện cực làm việc WE Quá trình cố định ADN lên bề mặt dây nano dây nano được chứng minh bằng phép phân tính phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTTR) với ADN không có đánh dấu huỳnh quang, kết quả cho thấy khi các ADN liên kết với bề mặt dây nano thì vị trí số sóng tai tit 1464 cm~! dén 1756 cm™ là của các thành phần Adenine, Thymine, Cytosine, Guanine của sợ ADN dò bị dịch chuyển về tần số dao động thấp hơn do đã tạo thành liên kết công hóa trị với bề mặt dây nano thông qua xúc tác
EDC va MIA Đối với sợi ADN có đánh dấu đầu huỳnh quang thì sau khi cỗ định ADN dò, các mẫu được kiểm tra bằng kính hiển vi huỳnh quang để cho phép xác định việc gắn kết ADN dò thành công bằng chứng là ảnh chụp hiển vi huỳnh quang của mẫu ADN dò có gắn đầu Cy3 trên bề mặt điện cực của cảm biến Loại cảm biến phát triển với quy trình tổng hợp dây nano SnO; chỉ sử dụng màng mỏng Au cho phép tổng hợp các dây nano SnOs có đường kính trung bình 25 nm và độ dài dây nano 3,5 /m, có tỉ số hình dạng (tỉ số chiều dài dây nano trên bán kính dây nano là 3500/2ð) cho giới hạn phát hiện ADN là 3,2x10 (M) Trong khi đó loại cảm biến với quy trình tổng hợp dây nano S8nO; sử dung két hop mang mong Au va hat nano Au tong hop các dây nano có đường kính trung inh 73 nm va do dai dây nano 3 /m có tỉ số hình dạng (tỉ số chiều dài dây nano trên bán kính dây nano là 3000/73) cho giới hạn phát hiện ADN là 4,5x10*! (M) Như vậy ảnh hưởng này có thể được giải thích do sự khác biệt về hình dạng của dây nano, các dây nano mọc bang mang mong Au có tỉ số hình dạng lớn hơn tức diện tích bề mặt lớn cho phép phát hiện ADN với nồng độ thấp hơn so với dây nano mọc bằng xúc tác hạt Au.
Kết luận
Nghiên cứu chế tạo cảm biến ADN, với việc thành công trong quá trình gắn ADN dò lên cảm biến, chứng minh được quá trình gắn thành công bằng phổ F'TTR, quá trình
té ISI [Minh Hieu Nguyen, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai; On-chip selective growth of SnO, nanowires for DNA sensor development; Sensors and Actuators A 312 (2020)
112171] Định hướng nghiên cứu tiếp theo
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên làm cơ sở cho việc chế tạo các cảm biến sử dụng dãy nano với việc sử dụng các ô xit kim bằng hệ CVD tích hợp mặt nạ bảo vệ có thể mọc chọn lọc các vị trí trên bề mặt cảm biến và chức năng hóa dây nano ở pha hơi bằng CVD có khả năng chế tạo lặp lại với quy mô nhiều cảm biến tích hợp trong một quy trình chế tạo Trên cơ sở đó cảm biến có thể được nghiên cứu tiếp theo cảm biến được tích hợp với hệ thống vi lưu và vi bơm để tạo thành một hệ thống lab-on-chip Cảm biến có thể áp dụng để phát hiện kim loại nặng trong dung dịch Nghiên cứu sinh đã công bố thêm 01 bài báo [Nguyen Hoang Hai, Minh Hieu Nguyen, Mai Anh Tuan, Chemical vapor deposition growth of tin oxide nanowires for electrochemical sensor development, VJ Chem., 2022, 124-127, DOI: 10.1002 /vjch.202200090] vé việc ứng dụng cảm biến này phát hiện kim loại trong dung dịch bằng phép đo điện hóa CV
Phần tính toán cơ chế mọc dây nano cũng là một hướng nghiên cứu mới với việc ấp dụng các tính toán về xúc tác của các hạt nano Âu và màng Âu kết hợp trong quá trình mọc day nano SnO, đang được nghiên cứu sinh tiếp tục thực hiện với các kết quả sơ bộ ban đầu phù hợp với kết quả thực nghiệm Trong tương lai nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu chế tạo các cảm biến trên cơ sở các dây nano ô xít kim loại định hướng phát hiện nhanh chính xác các đối tượng khác như kháng nguyên, kháng thể, tế bào
Danh mục các công trình công bồ liên quan đền luận án
1 Hieu Nguyen Minh, Nguyen Hoang Hai, and Mai Anh Tuan (2021), "Understanding the Growth Mechanisms of Tin Oxide Nanowires by Chemical Vapor Deposition", Journal of Nanoscience and Nanotechnology 21.4, pp.2538-2544
2 Minh Hieu Nguyen, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai (2020), "On-chip selective growth of SnOằ nanowires for DNA sensor development", Sensors and Actuators A 312, 112171
3 Minh Hieu Nguyen, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai (2019), "Day nano SnO, moc trực tiếp trên cảm biến sinh hoc véi hat vang 6 dau day nano lam xtc tac", Ky yéu Hoi nghi vat ly chat rén va khoa hoc uật liệu toàn quốc - spms, trang 696-701
4 Nguyễn Minh Hiếu, Phạm Đức Thành, Mai Anh Tuấn, Nguyễn Hoàng Hải (2017),
"Cơ chế mọc và đặc tính của dây nano oxit thiếc chế tạo bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi", Kỷ yếu Hội nghị uột lú chất rắn va khoa hoc vat liéu todn quéc — spms, trang 565-568.
Tài liệu tham khảo
Ansari, A.Anees, Pratima R Solanki, B.D.Malhotra (2009), "Sol-Gel Derived Nanostructured Tin Oxide Film for Glucose Sensor", Sensor Letters 7.1, pp.64-71
Anees A Ansari, Renu Singh, G Sumanaa, B D Malhotra (2009), "Sol-gel derived nano-structured zinc oxide film for sexually transmitted disease sensor", Analyst 134.5, pp 997-1002
A.B.Djurisic, A.M.C.Ng, X.Y.Chen (2010), "ZnO nanostructures for optoelectronics:
Material properties and device applications", Progress in quantum electronics 34.4, pp.191-259
A.Benvidi, Firouzabadi, Tezerjani, Moshtaghiun (2015), "A highly sensitive and se- lective electrochemical DNA biosensor to diagnose breast cancer", Journal of Elec- troanalytical Chemistry 750, pp 57-64
A.Benvidi, Firouzabadi, Moshtaghiun, Mazloum-Ardakani, Tezerjani (2015), "Ul- trasensitive DNA sensor based on gold nanoparticles/reduced graphene oxide/glassy carbon electrode", Analytical biochemistry 484, pp.24-30
A.Chaubey, Asha, Malhotra.(2002), "Mediated biosensors", Biosensors and bioelec- tronics 17.6-7, pp 441-456
Akhir, Rezan, Mohamed, Arafat, Haseeb (2019), "Synthesis of SnO, nanoparticles via hydrothermal method and their gas sensing applications for ethylene detection", Materials Today: Proceedings 17, pp.8 10-819
A.Kolmakov, A.Zhang, Y.Cheng, G.Moskovits (2003), "Detection of CO and O using tin oxide nanowire sensors", Advanced materials 15(12), pp 997-1000
Azad.A.M, Akbar.S.A, S.G.Birkefeld, K.S.Goto (1992), "Solid-state gas sensors: A review" Journal of the Electrochemical Society, 189(12), pp 36-90
A.Miodek, N.Mejri, M.Gomgnimbou, C.Sola, Korri-Youssoufi (2015), "E-DNA sen- sor of Mycobacterium tuberculosis based on electrochemical assembly of nanomate- rials (MWCNTs/PPy/PAMAM)", Analytical chemistry, 87(18), pp 9257-9264
A.Macanovic, C.Marquette, C.Polychronakos, Lawrence (2004), "Impedance-based detection of DNA sequences using a silicon transducer with PNA as the probe layer", Nucleic Acids Research 32.2, pp 20-25
AA Ansari, A Kaushik, PR Solanki.(2009), "Electrochemical cholesterol sensor based on tin oxide-chitosan nanobiocomposite film", Electroanalysis: An Interna- tional Journal Devoted to Fundamental and Practical Aspects of Electroanalysis 21.8, pp:965-972
Ascherio, Alberto, Kassandra L Munger (2010), "Epstein-Barr virus infection and multiple sclerosis: a review", Journal of Neuroimmune Pharmacology 5.3, pp 271- 277
Alizar Ulianas, Lee YookHeng, MusaAhmad, Han-YihLa, Zamri Ishak, Tan Lin- gLing (2014), "A regenerable screen-printed DNA biosensor based on acrylic micro- sphere—gold nanoparticle composite for genetically modified soybean determination", Sensors and Actuators B: Chemical 190, pp 694-701
A.Sassolas, B.D.Leca-Bouvier, L.J.Blum (2008), "DNA biosensors and microarrays", Chemical reviews 108(1), pp 109-139
A.Zebda, V.Stambouli, M.Labeau, C.Guiducci, J.P.Diard, B.Le Gorrec (2006),
"Metallic oxide CdIn204 films for the label free electrochemical detection of DNA hybridization", Biosensors and Bioelectronics 22(2), pp 178-184
A.Zebda, M.Labeau, J.P.Diard, V.Lavalley, V.Stambouli (2010), "Electrical resistiv- ity dependence of semi-conductive oxide electrode on the label-free electrochemical detection of DNA", Sensors and Actuators B: Chemical 144(1), pp.176-182
Anh Tuan Mai, Thanh Pham Duc, Xuan Chu Thi, Nguyen Minh Hieu, Nguyen Hoang Hai.(2014), "Highly sensitive DNA sensor based on polypyrrole nanowire", Applied surface science 309, pp.285-289
B Saoudi, C.Despas, M.Chehimi, N.Jammul, M.Delamar, J.Bessiére, A.Walcarius
(2000), "Study of DNA adsorption on polypyrrole: interest of dielectric monitoring", Sensors and Actuators B: Chemical, 62(1), pp 35-42
Bhatt.P.A, S.Mishra, P K.Jha, A.Pratap (2015), "Size-dependent surface energy and Tolman length of TiO and SnO, nanoparticles", Physica B: Condensed Matter 461, pp 101-105
B.Liu, J.Hu, J.S.Foord (2012), "Electrochemical detection of DNA hybridization by a zirconia modified diamond electrode", Electrochemistry communications 19, pp
Cherry-Peppers, G.Daniels, C.O.Meeks, V.Sanders, C.F.Reznik (2003), "Oral mani- festations in the era of HAART ", Journal of the National Medical association 95 (2 Suppl 2) 215
C.Zhang, S.Xu, X.Zhang, D.Huang, R.Li, S.Zhao, B.Wang (2014), "Electrochemical detection of specific DNA sequences related to bladder cancer on CdTe quantum dots modified glassy carbon electrode", Journal of Electroanalytical Chemistry 735, pp
Choi.Y J, Hwang.I 5, Park.J G, Choi.K J, Park.J H, Lee.J H (2008), "Novel fabrication of an SnO2 nanowire gas sensor with high sensitivity", Nanotechnology 19(9), pp 095508
Choi.P G, Izu.N, Shirahata.N, Masuda.Y (2019), "Improvement of sensing proper- ties for SnOz gas sensor by tuning of exposed crystal face" Sensors and Actuators B:
Chandrasekaran.H (2006), Rationalizing nucleation and growth in the vapor-liquid- solid (VLS) methods, University of Louisville
Chen.H, Liu Y, Wu.H, Xiong.X, Pan.J (2016), "FIB-tomographic studies on chemical vapor deposition grown SnO, nanowire arrays on TiO, (001)", Materials Research Express 3(12), pp 125016
C.Tlili, H.Korri-Youssoufi, L.Ponsonnet, C.Martelet, Jaffrezic-Renault.N J (2005),
"Electrochemical impedance probing of DNA hybridisation on oligonucleotide- functionalised polypyrrole", Talanta 68(1), pp.131-137
C.Gautier, C.Esnault, C Cougnon, J F.Pilard, N.Casse, B.Chénais (2007),
"Hybridization-induced interfacial changes detected by non-Faradaic impedimetric measurements compared to Faradaic approach", Journal of Electroanalytical Chem- istry, 610(2), pp.227-233
C.Gautier, C.Cougnon, J F.Pilard, N.Casse (2006), "Label-free detection of DNA hybridization based on EIS investigation of conducting properties of functionalized polythiophene matrix", Journal of Electroanalytical Chemistry 587(2), pp 276-283
C.Gautier, C.Cougnon, J F.Pilard, N.Casse, B.Chénais, M.Laulier (2007), "Detec- tion and modelling of DNA hybridization by EIS measurements: Mention of a poly- thiophene matrix suitable for electrochemically controlled gene delivery", Biosensors and Bioelectronics 22(9-10), pp 2025-2031
C P.Chen, A.Ganguly, C H.Wang, C W.Hsu, S.Chattopadhyay, Y K.Hsu, L
C.Chen.(2009), "Label-free dual sensing of DNA molecules using GaN nanowires"
[33] Chi.J, Ge-H, Wang.J, Zuo Y, Zhang.L (2011), "Synthesis and electrical and magnetic properties of Mn-doped SnO, nanowires" Journal of Applied Physics, 110(8), pp
[34] Z.Cai, J.Li.(2013), "Facile synthesis of single crystalline SnO, nanowires", Ceramics International, 39(1), pp 377-382
[35] Comsol Multiphysics (2012), Comsol multiphysics user guide (version 4.3 a)
[36] C.Thiruppathiraja, S.Kamatchiammal, P Adaikkappan, J.Santhosh, M.Alagar
(2011) "Specific detection of Mycobacterium sp genomic DNA using dual labeled gold nanoparticle based electrochemical biosensor", Analytical biochemistry, 417(1), pp 73-79
[37] Chul Yi Gyu (2012), Semiconductor nanostructures for optoelectronic devices: Pro- cessing, characterization and applications, Springer Science Business Media
[38] Dreyfus.D H (2011), "Autoimmune disease: a role for new anti-viral therapies?", Autoimmunity reviews, 11(2), pp 88-97
[39] D R.Thévenot, K.Toth, R A.Durst, G S.Wilson (2001), "Electrochemical biosen- sors: recommended definitions and classification", Biosensors and bioelectronics, 16(1-2), pp 121-131
[40] Dugas.V, Elaissari.A, Chevalier Y (2010), Surface sensitization techniques and recog- nition receptors immobilization on biosensors and microarrays, Recognition receptors in biosensors, pp 47-134
[41] Dalal.S, Gallo.F, Flewitt.A J, Milne.W I (2008), "Numerical Simulation of the Growth of ZnO Nanostructures in a Tube Furnace by Physical Vapour Deposition", MRS Online Proceedings Library (OPL), 1074.,
[42] Calestani.D, Zha.M, Salviati.G, Lazzarini.L, Zanotti.L, Comini.E, Sberveglieri.G
(2005), "Nucleation and growth of SnO, nanowires", Journal of Crystal Growth, 275 (1-2), pp 2083-2087
[43] D G.Gromov, 8 A.Gavrilov, E N.Redichev, S VDubkov (2015), "Melting and dissociation of thin Au films into droplets on the inert Al2O3 surface under thermal treatment", Trends Phys Chem, 14, pp 45-51
[44] Das.T, Kutty.S K, Tavallaie.R, Ibugo.A I, Panchompoo.J, Sehar.S, Manefield.M
(2015), "Phenazine virulence factor binding to extracellular DNA is important for Pseudomonas aeruginosa biofilm formation", Scientific Reports 5(1), pp.1-9
[45] E.Engvall (2010), "The ELISA, enzyme-linked immunosorbent assay", Clinical Chemistry, 56(2), pp.319-320
E R.Leite, I.T.Weber, E.Longo, J A.Varela, (2000), "A new method to control par- ticle size and particle size distribution of SnOQ, nanoparticles for gas sensor applica- tions", Advanced materials 12(13), pp.965-968
E.Comini, G Faglia, G.Sberveglieri, Pan.Z, Wang, Z L (2002), "Stable and highly sensitive gas sensors based on semiconducting oxide nanobelts" Applied physics let- ters 81(10), pp 1869-1871
E.Comini, G.Faglia, G.Sberveglieri, D.Calestani, L.Zanotti, M.Zha.(2005), "Tin oxide nanobelts electrical and sensing properties", Sensors and Actuators B: Chemical 111, pp 2-6
E.Comini.(2006), "Metal oxide nano-crystals for gas sensing", Analytica chimica acta, 568(1-2), pp 28-40
E.Roduner.(2006), "Size matters: why nanomaterials are different", Chemical Society Reviews, 35(7), pp 583-592
E.Spain, R.Kojima, R B.Kaner, G G.Wallace, J.O’Grady, K.Lacey, R J.Forster, (2011), "High sensitivity DNA detection using gold nanoparticle functionalised polyaniline nanofibres", Biosensors and Bioelectronics, 26(5), pp 2613-2618
E Souteyrand, J P Cloarec, J R Martin, C Wilson, I Lawrence, S Mikkelsen, M F Lawrence (1997), "Direct detection of the hybridization of synthetic homo- oligomer DNA sequences by field effect", The Journal of Physical Chemistry B, 101(15), pp 2980-2985
FaustoLucarelli, GiovannaMarrazza, Anthony P.FTurner, MarcoMascini.(2004),
"Carbon and gold electrodes as electrochemical transducers for DNA hybridisation sensors", Biosensors and Bioelectronics 19.6, pp 515-530
FengLi, JiaqiangXu, XianghuaYu, LiyingChen, JianminZhu, ZhengrongYang, Xin- quanXina.(2002), "One-step solid-state reaction synthesis and gas sensing property of tin oxide nanoparticles", Sensors and Actuators B: Chemical 81.2-3, pp 165-169
F Ribeiro Teles, Fernando Rodrigues.(2007), "Electrochemical detection of a dengue- related oligonucleotide sequence using ferrocenium as a hybridization indicator", Sen- sors 7.11, pp 2510-2518
Frank Davis, Margaret A Hughes, Andrew R Cossins, and Séamus P J Hig- son.(2007), "Single gene differentiation by DNA-modified carbon electrodes using an AC impedimetric approach", Analytical chemistry 79.3, pp 1153-1157
Feng Li, Wei Chen, Shusheng Zhang.(2008), "Development of DNA electrochemical biosensor based on covalent immobilization of probe DNA by direct coupling of sol-gel
G.A.Rechnitz, R.K.Kobos, 5.J.Riechel, C.R.Gebauer.(1977) "A bio-selective mem- brane electrode prepared with living bacterial cells" Analytica chimica acta 94.2, pp
Giardi.M.T (2005), "Introduction: The Emergence of a new Technology In Tech- nological applications of Photosynthetic proteins", Landes Bioscience, Georgetown,
G.X.Wang, J.S.Park, M.S.Park, X.L.Gou.(2008), "Synthesis and high gas sensitivity of tin oxide nanotubes", Sensors and Actuators B: Chemical 131.1 pp.313-317
Guan Cao, Xinghui Wang, Qing Zhang, Zhanxi Fan, Hua Zhang, Hong Jin Fan.(2014), "Highly stable and reversible lithium storage in SnO nanowires sur- face coated with a uniform hollow shell by atomic layer deposition", Nano letters 14.8, pp.4852-4858
G A.Nascimento, E V Souza, D.S.Campos-Ferreira.(2012), "Electrochemical DNA biosensor for bovine papillomavirus detection using polymeric film on screen-printed electrode", Biosensors and Bioelectronics 38.1, pp.61-66
Geoffrey.C Bond (2006), Catalysis by Gold, Imperial College
Gary L.Long, D.James, Winefordner.(1983), "Limit of detection A closer look at the IUPAC definition", Analytical chemistry 55.7, pp.712-724
H Z.Pan, H W.Yu, N.Wang, Z.Zhang, G C.Wan, H.Liu.(2015), "Electrochemical DNA biosensor based on a glassy carbon electrode modified with gold nanoparticles and graphene for sensitive determination of Klebsiella pneumoniae carbapenemase", Journal of biotechnology 214, pp.133-138
Huy.T Q, Hanh.N T H, Thuy.N T, Van Chung.P, Nga.P T, Tuan.M A (2011),
"A novel biosensor based on serum antibody immobilization for rapid detection of viral antigens", Talanta 86,, pp.271-277
H Y.Dang, J.Wang, S S.Fan.(2003), "The synthesis of metal oxide nanowires by directly heating metal samples in appropriate oxygen atmospheres", Nanotechnology, 14(7), pp.738
Hanh.N H, Van Duy.L, Hung.C M, Van Duy.N, Van Hieu.N, Hoa.N D (2020),
"Synthesis of octahedron Zn2SnO, by hydrothermal method for high performance ethanol sensor", Vietnam Journal of Science and Technology, 58(2), pp.181
Hanh.N H, Van Duy.L, Hung.C M, Van Duy.N (2020), "VOC gas sensor based on hollow cubic assembled nanocrystal Zn2SnO, for breath analysis", Sensors and Actuators A: Physical 302, pp.111834
[70] Pham Tien Hung, Vu Xuan Hien, Joon-Hyung Lee, Jeong-Joo Kim, Young-Woo Heo.(2017), "Fabrication of SnO Nanowire Networks on a Spherical Sn Surface by Thermal Oxidation", Journal of Electronic Materials 46.10, pp 6070-6077
[71] Hoda Ilkhani, Majid Arvand, Mohammad Reza Ganjali, Giovanna Marrazza, Marco Mascini.(2013), "Nanostructured screen printed graphite electrode for the develop- ment of a novel electrochemical genosensor", Electroanalysis25 (2), pp.507-514
[72] HuayuHuang, WanqiaoBai, ChangxunDong, RuiGuo, ZhihuaLiu.(2015),
"An ultrasensitive electrochemical DNA _ biosensor based on graphene/Au nanorod/polythionine for human papillomavirus DNA _ detection", Biosens
[73] Hua-PingPeng, YanHua, PanLiua, Ya-NiDeng.(2015), "Label-free electrochemical DNA biosensor for rapid detection of multidrug resistance gene based on Au nanopar- ticles/toluidine blue-graphene oxide nanocomposites", Sensors Actuators B Chem 207, pp.269-276
[74] HuiPeng, LijuanZhang, ChristianSoeller.(2009), "Conducting polymers for electro- chemical DNA sensing", Biomaterials 30, pp.2132-2148
[75] Hafs, Korri-Youssoufi, Bouchr, Makrouf.(2002), "Electrochemical biosensing of DNA hybridization by ferrocenyl groups functionalized polypyrrole", Analytica Chimica Acta 469, pp.85-92
[76] H Korri-Youssoufi, A Yassar.(2001), "Electrochemical Probing of DNA Based on Oligonucleotide-Functionalized Polypyrrole", Biomacromolecules 2, pp.58-64
[77| HuiPeng, LijuanZhang, JohnSpires, ChristianSoeller.(2007), "Synthesis of a function- alized polythiophene as an active substrate for a label-free electrochemical genosen- sor", Polymer 48, pp 3413-3419
[78] H Okamoto, T B Massalski.(2003), "The Au Sn (Gold tin) system", Bulletin of Alloy Phase Diagrams, pp.492-503
[79] H Huang, Y Wu, H Feick, N Tran, E Weber, P Yang.(2001), "Catalytic growth of zinc oxide nanowires by vapor transport", Advanced Materials 13.2, pp.113-116
[80] Ho.S Y, Wong.A S W, Ho.G W (2009), "Controllable porosity of monodispersed tin oxide nanospheres via an additive-free chemical route", Crystal Growth and De- sign 9.2, pp 732-736
[81] TUPAC.(1996), International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
Inderan Vicinisvarri, M M Arafat, A S M A Haseeb (2019), "A Comparative Study of Structural and Ethanol Gas Sensing Properties of Pure, Nickel and Palla- dium Doped SnOz Nanorods Synthesised by the Hydrothermal Method", Journal of Physical Science 30.1, pp.127-148
Ivana V Yang H Holden Thorp.(2001), "Modification of Indium Tin Oxide Elec- trodes with Repeat Polynucleotides, Electrochemical Detection of Trinucleotide Re- peat Expansion", Analytical Chemistry 73, pp 5316-5322
IdaTiwari, MonaliSingh, Chandra MouliPandey, GajjalaSuman.(2015), "Electro- chemical genosensor based on graphene oxide modified iron oxide-chitosan hy- brid nanocomposite for pathogen detection", Sensors Actuators B Chem 206 , pp
Jinzhong, XuJun-Jie, ZhuQing, HuangHong, YuanChen.(2001), "A novel DNA- modified indium tin oxide electrode, Electrochem", Commun 3 (11), pp 665-669
Jinping Liu, Yuanyuan Li, Ruimin Ding, Jian Jiang, Yingying Hu, Xiaoxu Ji, Qingbo Chi, Zhihong Zhu, Xintang Huang (2009), "Direct growth of SnO2 nanorod array electrodes for lithium-ion batteries", Journal of Materials Chemistry 19, pp 1859- 1864
Jiang Song, Binghui Ge, Bojia Xu, Qinggang Wang, Baobao Cao (2018), "In situ growth of ZnO-SnO, (ZnO: Sn) m binary superlattice heterojunction nanowire ar- rays", CrystEngComm 20.5, pp.556-562
Jiao Wang, Anqi Shi, Xian Fang, Xiaowei Han (2014), "Ultrasensitive electro- chemical supersandwich DNA biosensor using a glassy carbon electrode modified with gold particle-decorated sheets of graphene oxide", Microchim Acta181 (9-10), pp.935-940
Jiajia Deng, Chee-Seng Toh (2013), "Impedimetric DNA biosensor based on a nanoporous alumina membrane for the detection of the specific oligonucleotide se- quence of dengue virus", Sensors 18 (6), pp.7774-7785
J Wang (1999), "Towards Genoelectronics: Electrochemical Biosensing of DNA Hy- bridization", Chemistry — A European Journal 5 , pp.1681-1685
J.LA Rashid (2015), "A novel disposable biosensor based on SiNWs/AuNPs modified-screen printed electrode for dengue virus DNA oligomer detection", [EEE Sensors J 15 (8), pp 4420-4427
J.LA Rashid (2014), "The utilization of SINWs/AuNPs-modified indium tin oxide (ITO) in fabrication of electrochemical DNA sensor", Mater Sci Eng C' 45, pp
[93] J P Cloarec (1999), "Functionalization of Si/SiO2 substrates with homooligonu- cleotides for a DNA biosensor", Sensors and Actuators B: Chemical 58, pp 394-398
[94] J Ciulik (1993), "The au-sn phase diagram", Journal of Alloys and Compounds 191 (1), pp 71-78
[95] J.C Burger (2018) , "Extended view on the vapor-liquid-solid mechanism for oxide compound nanowires: The role of oxygen, solubility, and carbothermal reaction", The Journal of Physical Chemistry C 122 (42), pp 24407-24414
[96] Kuang Xinliang (2016), "Hydrothermal synthesis of hierarchical SnO, nanostruc- tures made of superfine nanorods for smart gas sensor", Applied Surface Science 364, pp.371-377
[97] Ko Yohan (2017), "Electrodeposition of SnOz on FTO and its application in pla- nar heterojunction perovskite solar cells as an electron transport layer", Nanoscale research letters 12.1, pp.1-7
[98] K Malecka (2014), "Ion-channel genosensor for the detection of specific DNA sequences derived from plum pox virus in plant extracts", Sensors 14 (10), pp
[99] K Chopra (1983), "Thin Film Technology: An Introduction, in Thin Film DeviceAp- plications", Springer US, pp 1-54
[100] K.J Huang (2014), "Sub-femtomolar DNA detection based on layered molybde- num disulfide/multi-walled carbon nanotube composites, Au nanoparticle and en- zyme multiple signal amplification", Biosens Bioelectron 55, pp 195-202
[101] K Wang (2015), "Dual probe electrochemical DNA biosensor based on the Y junc- tion structure and restriction endonuclease assisted cyclic enzymatic amplification for detection of double strand DNA of PML, RAR related fusion gene", Biosens
[102] K.M Millan (1993), "Sequence-selective biosensor for DNA based on electroactive hybridization indicators", Anal Chem 65 (17), pp.2317-2323
[103] K.F Low (2013), "A thermostabilized magnetogenosensing assay for DNA sequence-specific detection and quantification of Vibrio cholerae", Biosens Bioelec- tron 47, pp.38-44
[104] K Kerman (2005), "Escherichia coli single-strand binding protein-DNA interac- tions on carbon nanotube-modified electrodes from a label-free electrochemical hy- bridization sensor", Anal Bioanal Chem 381 (6), pp 1114-1121
[105] K Kerman (2004), "Electrochemical detection of specific DNA sequences from PCR amplicons on carbon and mercury electrodes using Meldola’s Blue as an intercalator",
[106] Kou Xueying (2018), "Superior acetone gas sensor based on electrospun SnO2 nanofibers by Rh doping", Sensors and Actuators B: Chemical 256, pp.861-869
[107] Kwoka (2018), "Surface properties of SnO, nanowires deposited on Si substrate covered by Au catalyst studies by XPS, TDS and SEM", Nanomaterials 8.9, pp.738
[108] Kim Sang Sub (2015), "Promotion of acceptor formation in SnO: nanowires by e-beam bombardment and impacts to sensor application", Scientific reports 5, pp
[109] Kolasinski, Kurt W.(2006) "Catalytic growth of nanowires: vapor-liquid-solid, va- por—solid—solid, solution—liquid—solid and solid—liquid-solid growth", Current Opin- ton in Solid State and Materials Science 10.8-4, pp 182-191
[110] Kelton, Kenneth F.(1991) "Crystal nucleation in liquids and glasses", Solid state physics 45, pp 9-177
[111] K Young-Dae (2009), "Self-supported SnO2 nanowire electrodes for high-power lithium-ion batteries", Nanotechnology 20, pp 455701
[112] Kuang Qin (2007), "High-sensitivity humidity sensor based on a single SnO, nanowire", Journal of the American Chemical Society 129.19, pp 6070-6071
[113] K Jayakumar (2013), "Graphene-PAMAM dendrimer-gold nanoparticle compos- ite for electrochemical DNA hybridization detection", Methods Mol Biol 1039, pp.201-219
[114] K.J Huang (2014), "Signal amplification for electrochemical DNA biosensor based on two-dimensional graphene analogue tungsten sulfide-graphene composites and gold nanoparticles", Sensors Actuators B Chem 191, pp.828-836
[115] Klinger (2015), "Crystallographic Tool Box (CrysTBox): automated tools for trans- mission electron microscopists and crystallographers", Journal of applied crystallog- raphy 48(6) , pp 2012-2018
[116] L C Clark (1962), "Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery", Annals of the New York Academy of Sciences , 102, pp 29-45
[117] L Dai Tran (2011), "Electrochemical detection of short HIV sequences on chitosan- Fe3O0,4 nanoparticle based screen printed electrodes", Mater Sci Eng C 31 (2), pp
[118] Lackner Eva (2017), "Carbon monoxide detection with CMOS integrated thin film SnOs gas sensor", Materials Today: Proceedings 4.7, pp 7128-7131
[119] Li Yuxiu (2017), "Formaldehyde detection: SnO2 microspheres for formaldehyde gas sensor with high sensitivity, fast response/recovery and good selectivity", Sensors and Actuators B: Chemical 238
[120] Le Minh Hai, Carmen Jimenez, Eric Chainet, Valerie Stambouli (2015), "A label- free impedimetric ADN sensor based on a nanoporous SnQO, film: Fabrication and detection performance." Sensors 15.5, pp.10686-10704
[121] Le Minh Hai, Louis Fradetal, Didier Delabouglise, Anh Tuan Mai, Valerie Stam- bouli (2015), "Fluorescence and label free impedimetric DNA detection on SnO, nanopillars", Electroanalysis 27.5, pp.1210-1218
[122] L Shi (2004), "Thermal conductivities of individual tin dioxide nanobelts", Applied Physics Letters 84, pp 2638-2640
[123] Lu Y (2004), "Semiconductor nanostructures for optoelectronic applications" Nor- wood, MA: Springer-Verlag
[124] Li N (2007), "Thermodynamics and kinetics on nanowires grown by the vapor- liquid-solid process", Duke University
[125] Lee Sang Ho (2017), "Fabrication of hierarchically branched SnO,2 nanowires by two-step deposition method and their applications to electrocatalyst support and Li ion electrode", Journal of Power Sources 367, pp.1-7
[126] Liu Ying (2005), "A highly sensitive and fast-responding SnOz sensor fabricated by combustion chemical vapor deposition", Chemistry of materials 17.15, pp 3997-4000
[127] C Ling, W Qian, F Wei (2005), "Gas-flow assisted bulk synthesis of V-type SnO, nanowires", Journal of crystal growth 285.1-2, pp 49-53
[128] Luo Lin-bao (2011), "Sn-catalyzed synthesis of SnO2 nanowires and their optoelec- tronic characteristics", Nanotechnology 22.48, pp 485701
[129] Liu Xinghui (2007), "Preparation of tin oxide self-assembly nanostructures by chem- ical vapor deposition", Acta Physico-Chimica Sinica 23.3, pp 361-366
[130] Lee Sung-Youp (2017), "Field emission from single crystalline tin oxide nanowires synthesized by thermal chemical vapor deposition", Molecular Crystals and Liquid
[131] L Qiu (2013), "Cooperative amplification-based electrochemical sensor for the zep- tomole detection of nucleic acids", Anal Chem 85 (17), pp 8225-8231
[132] L Zhang (2015), "Hybridization performance of DNA/mercaptohexanol mixed monolayers on electrodeposited nanoAu and rough Au surfaces", J Electroanal
[133] L Wang (2014), "Graphene sheets, polyaniline and AuNPs based DNA sensor for electrochemical determination of BCR/ABL fusion gene with functional hairpin probe", Biosens Bioelectron.51, pp 201-207
[134] L Wang (2014), "DNA biosensor based on a glassy carbon electrode modified with electropolymerized Eriochrome Black T", Microchim Acta 181 (1-2), pp 155-162
[135] L Yang (2015), "Single-walled carbon nanotubes-carboxyl functionalized graphene oxide based electrochemical DNA biosensor for thermolabilehemolysin gene detec- tion", Anal Methods
[136] X Li, J Ni, R Zhang (2017), "A Thermodynamic Model of Diameter-and Temperature-dependent Semiconductor Nanowire Growth", Scientific reports 7.1, pp 1-8
[137] MH Le, L Fradetal, D Delabouglise, AT Mai (2015), "Fluorescence and label free impedimetric DNA detection on SnO, nanopillars", Electroanalysis 27.5, pp 1210- 1218
[138] SY Li, W Ma, Y Zhou, X Chen, M Ma, Y Xu, Z Ding.(2013) , "3 aminopropyltriethoxysilanes modified porous silicon as a voltammetric sensor for determination of silver ion", Int J Electrochem S'ci 8, pp 1802-1812
[139] E Maeda, M Akahane, S Kiryu, N Kato (2009), "Spectrum of Epstein-Barr virus- related diseases: a pictorial review", Japanese journal of radiology 27(1), pp 4-19
[140] YJ Ma, F Zhou, L Lu, Z Zhang (2004), "Low-temperature transport properties of individual SnO, nanowires", Solid State Communications 130.5, pp 313-316
[141] MA Tabrizi, M Shamsipur (2015), "A label-free electrochemical DNA biosensor based on covalent immobilization of salmonella DNA sequences on the nanoporous glassy carbon electrode", Biosens Bioelectron 69 , pp 100-105
[142] ME Napier, HH Thorp (1997), "Modification of Electrodes with Dicarboxylate SelfAssembled Monolayers for Attachment and Detection of Nucleic Acids", Langmuir 18, pp 6342-6344
[143] DE Motaung, GH Mhlongo, PR Makgwane (2018), "Ultra high sensitive and selec- tive H gas sensor manifested by interface of heterostructure of CeQ -SnO,2 nanopar- ticles", Sensors and Actuators B: Chemical 254, pp 984-995
[144] MR Vaezi, SK Sadrnezhaad (2007), "Gas sensing behavior of nanostructured sen- sors based on tin oxide synthesized with different methods", Materials Science and Engineering: B 140, pp 73-80
[145] M Law, DJ Sirbuly, JC Johnson, J Goldberger (2004), "Nanoribbon Waveguides for Subwavelength Photonics Integration", Science 305, pp 1269-1273
[146] MK Patel, J Singh, MK Singh (2013), "Tin Oxide Quantum Dot Based DNA Sensor for Pathogen Detection", Journal of Nanoscience and Nanotechnology 13, pp
[147] S Mathur, S Barth, H Shen, JC Pyun, U Werner (2005), "U Size-dependent pho- toconductance in SnO, nanowires", Small 1, pp 718
[148] K Mcguire, ZW Pan, ZL Wang, D Milkie (2002), "Raman studies of semiconducting oxide nanobelts", J Nonanosci Nanotechnol 2, pp 499
[149] A Menzel, R Goldberg, G Burshtein (2012), "Role of carrier gas flow and species diffusion in nanowire growth from thermal CVD", The Journal of Physical Chemistry
[150] MI Pividori, A Merkoci, S Alegret (2000), "Electrochemical genosensor design: immobilisation of oligonucleotides onto transducer surfaces and detection methods", Biosens Bioelectron 15 (5), pp 291-303
[151] MK Patel, PR Solanki, S Khandelwal (2012), "Selfassembled monolayer based elec- trochemical nucleic acid sensor for Vibrio cholerae detection", J Phys 358.1, pp
[152] M Lan, C Chen, Q Zhou, Y Teng, H Zhao.(2010), "Voltammetric detection of mi- crocystis genus specific-sequence with disposable screen-printed electrode modified with gold nanoparticles", Adv Mater Lett.1 (3) , pp 217-224
[153] M Silva, IT Cavalcanti, MF Barroso, MGF Sales (2010), "Gold electrode modified by self-assembled monolayers of thiols to determine DNA sequences hybridization’, J Chem Sci 122 (6) ,pp 911-917
[154] MP Costa, CAS Andrade, RA Montenegro (2014), "Self-assembled monolayers of mercaptobenzoic acid and magnetite nanoparticles as an efficient support for devel- opment of tuberculosis genosensor", J Colloid Interface Sci 433, pp 141-148
[155] MH Le, C Jimenez, E Chainet, V Stambouli (2015), "A label-free impedimetric DNA sensor based on a nanoporous SnQO2 film: fabrication and detection perfor- mance", Sensors 15 (5), pp 10686-10704
[156] M Das, G Sumana, R Nagarajan, BD Malhotra (2010), "Application of nanos- tructured ZnO films for electrochemical DNA biosensor", Thin Solid Films 519, pp
[157] MA Booth, SA Harbison, J Travas-Sejdic (2013), "Sex determination based on amelogenin DNA by modified electrode with gold nanoparticle", Anal Biochem.443
[158] MA Booth, SA Harbison, J Travas-Sejdic (2011), "Development of an electrochem- ical polypyrrole-based DNA sensor and subsequent studies on the effects of probe and target length on performance", Biosensors and Bioelectronics 28, pp 362-367
[159] M Das, G Sumana, R Nagarajan (2010), "Zirconia based nucleic acid sensor for Mycobacterium tuberculosis detection", Applied Physics Letters 96, pp 133703
[160] A Menzel, R Goldberg, G Burshtein (2012), "Role of carrier gas flow and species diffusion in nanowire growth from thermal CVD", The Journal of Physical Chemistry Π116.9, pp 5524-5530
[161] S Mathur, S Barth (2007), "Molecule Based Chemical Vapor Growth of Aligned SnO, Nanowires and Branched SnO2/V2O; Heterostructures", Small 3.12 , pp 2070- 2075
[162] R Muller, F Hernandez-Ramirez, H Shen (2012), "Influence of precursor chem- istry on morphology and composition of CVD-grown SnOằ nanowires", Chemistry of Materials 24.21, pp 4028-4035
[163] Manassidis, J Goniakowski, LN Kantorovich, MJ Gillan (1995), "The structure of the stoichiometric and reduced SnOằ (110) surface", Surface Science 339(38), pp
[164] M Hansen, K Anderko (1958), "Constitution of Binary Alloys", McGraw-Hill, NewYork, pp 232- 234
[165] Nguyen Minh Hieu, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai (2020) "On-chip selective growth of SnO2 nanowires for DNA sensor development." Sensors and Actuators A:
[166] Minh Hieu Nguyen, Hoang Hai Nguyen, Anh Tuan Mai (2021), Understanding the growth mechanisms of tin oxide nanowires by Chemical vapor deposition, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 21(4), , pp 2538-2544
[167] N Oliveira, E Souza, D Ferreira, D Zanforlin, W Bezerra (2015), "A sensitive and selective label-free electrochemical DNA biosensor for the detection of specific dengue virus serotype 3 sequences", Sensors 155 (7), pp 15562-15577
[168] M Rahman, XB Li, NS Lopa, SJ Ahn, JJ Lee (2015), "Electrochemical DNA hy- bridization sensors based on conducting polymers", Sensors 15 (2), pp 3801-3829
[169] ND Popovich, AE Eckhardt, JC Mikulecky, ME Napier (2002), "Electrochemical sensor for detection of unmodified nucleic acids", Talanta 56, pp 21-828
[170] QTM Neguyet, N Van Duy, NT Phuong, NN Trung (2017), "Superior enhancement of NO gas response using npn transition of carbon nanotubes/SnOằ2 nanowires het- erojunctions", Sensors and Actuators B: Chemical 238, pp 1120-1127
[171] NT Nguyet, V Van Thu, H Lan, T Trung, AT Le (2019), "Simple label-free dna sensor based on CeO, nanorods decorated with ppy nanoparticles", Journal of Elec- tronic Materials 48.10, pp 6231-6239
[172] Thi Hong Phuoc Nguyen, Matteo Tonezzer, Thi Thanh Le Dang, Quang Khue Vu, Quang Huy Tran, Duc Hoa Nguyen, Van Hieu Nguyen (2019), "Stable electrochem- ical measurements of platinum screen-printed electrodes modified with vertical zno nanorods for bacterial detection", Journal of Nanomaterials
[173] N Eustathopoulos, B Drevet (1994), "Determination of the nature of metal-oxide interfacial interactions from sessile drop data", 7.Phys.III France 4, pp 1865-1881
[174] S Nafisi, AA Saboury, N Keramat, JF Neault (2007), "Stability and structural features of DNA intercalation with ethidium bromide, acridine orange and methylene blue", Journal of Molecular Structure 827.1-3, pp 35-43
[175] TM Ngoc, N Van Duy, ND Hoa, CM Hung (2019), "Effective design and fabrication of low-power-consumption self-heated SnO, nanowire sensors for reducing gases"
Sensors and Actuators B: Chemical 295, pp 144-152
[176] TM Ngoc, N Van Duy, CM Hung, ND Hoa (2019), "Self-heated Ag-decorated SnO, nanowires with low power consumption used as a predictive virtual multisensor for H.S-selective sensing", Analytica chimica acta 1069, pp 108-116
[177] TM Ngoc, N Van Duy, CM Hung, ND Hoa, NN Trung (2018), "Ultralow power consumption gas sensor based on a self-heated nanojunction of SnÒs nanowires", RSC advances 8.63, pp 36323-36330
[178] N Oliveira, E Souza, D Ferreira, D Zanforlin, W Bezerra (2015), "A sensitive and selective label-free electrochemical DNA biosensor for the detection of specific dengue virus serotype 3 sequences", Sensors 15 (7) 15 (7), pp 15562-15577
[179] N Paniel, J Baudart, A Hayat, L Barthelmebs (2013), "Aptasensor and genosen- sor methods for detection of microbes in real world samples", Methods 64 (3), pp
[180] N Eustathopoulos, B Drevet.(1998), "Determination of the nature of metal—oxide interfacial interactions from sessile drop data", Materials Science and Engineering:
[181] Kraut-Vass, Anna, Cedric John Powell, and Stephen W Gaarenstroom NIST X-ray photoelectron spectroscopy database Measurement Services Division of the National Institute of Standards and Technology (NIST) Technology Services, 2012