Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *************** Trần Quang Huy CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ POLYME DẪN TRONG PHÁT HIỆN VI RÚT GÂY BỆNH Chuyên ngành : Vật liệu linh kiện nanô LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Mai Anh Tuấn Hà Nội - 2007 LỜI CAM ĐOAN Với tư cách tác giả đề tài : ‘‘Cảm biến sinh học sở polyme dẫn phát vi rút’’, xin cam đoan đề tài tác giả đề xuất thực hiện, không trùng lặp với công trình khác Việt Nam giới Một phần kết luận văn tác giả công bố số tạp chí, hội nghị chuyên ngành nước quốc tế Tác giả xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với nội dung luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2007 Tác giả Trần Quang Huy LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn, trước tiên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Mai Anh Tuấn - người thày hướng dẫn, đạo khoa học, tận tình giúp đỡ khích lệ suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn tới giúp đỡ vô quí báu cộng : Nguyễn Thị Thanh Thủy, Phương Đình Tâm, Trịnh Văn Trung nhóm nghiên cứu cảm biến sinh học ITIMS Tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám đốc ; Ban chủ nhiệm khoa Vi rút ; ThS Nguyễn Thanh Thủy, CN Nguyễn Thị Minh Liên, TS Đỗ Thị Thoa - Phòng thí nghiệm Hiển vi điện tử ; ThS Nguyễn Thị Thường – Phòng thí nghiệm vi rút Herpes ; PGS.TS Phan Thị Ngà – Phòng thí nghiệm vi rút viêm não/Arbo - Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương tạo điều kiện giúp đỡ suốt khóa học ý kiến đóng góp quí báu trình nghiên cứu thực đề tài Để có kết này, xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học Nghiên cứu khoa học, Khoa Vật lý kỹ thuật Công nghệ nanô, lớp cao học khóa 12N (2005 -2007) - Trường Đại học công nghệ Đại học quốc gia Hà Nội; Ban giám đốc tập thể cán Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho học tập thực đề tài luận văn Con xin dâng tặng thành công tới cha mẹ, gia đình để bày tỏ lòng biết ơn tới bậc sinh thành, nuôi dưỡng tin tưởng, động viên, khích lệ sống suốt khóa học Tôi xin chân thành cảm ơn động viên tinh thần bạn bè người thân thời gian vừa qua Hà Nội ngày 10 tháng 12 năm 2007 Tác giả Trần Quang Huy MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN Trang 1.1 Lịch sử phát triển cảm biến sinh học ………………………… 1.2 Cảm biến sinh học……………………………………………… 1.2.1 Khái niệm cảm biến sinh học…………………………… 1.2.2 Nguyên lý cảm biến sinh học…………………………… 1.2.3 Phân loại cảm biến sinh học……………………………… 10 1.3 Polyme dẫn……………………………………………………… 15 1.3.1 Khái niệm polyme dẫn ……… ………………………… 15 1.3.2 Cơ chế dẫn polyme dẫn……………………………… 16 1.3.3 Ứng dụng polyme dẫn cảm biến sinh học………… 18 1.4 Một số khái niệm sinh học phân tử, vi rút học, vi rút Herpes 21 1.4.1 Một số khái niệm sinh học phân tử…………………… 21 1.4.2 Một số khái niệm vi rút học…………………………… 24 1.4.3 Vi rút Herpes……………………………………………… 27 CHƯƠNG CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC 2.1 Thiết bị, hóa chất……………………………………………… 31 2.1.1 Thiết bị…………………………………………………… 31 2.1.2 Hóa chất………………………………………………… 31 2.2 Thiết kế chế tạo cảm biến vi điện cực……………………… 32 2.2.1 Thiết kế cảm biến vi điện cực…………………………… 32 2.2.2 Qui trình chế tạo vi cảm biến…………………… 33 2.3 Lựa chọn DNA đầu dò………………………………………… 37 2.4 Lựa chọn polyme dẫn…………………………………………… 38 2.5 Cố định DNA đầu dò lên bề mặt vi cảm biến…………… 39 2.6 Đo đạc thông số…………………………………………… 41 2.6.1 Kính hiển vi điện tử quét (KHVĐTQ)…………………… 41 2.6.2 Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FTIR)…………… 42 2.6.3 Kỹ thuật phản ứng chuỗi tổng hợp polymerase (PCR)… 42 2.6.4 Xây dựng hệ đo tín hiệu cảm biến sinh học……………… 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Cảm biến vi điện cực…………………………………………… 49 3.2 Tạo màng polyme dẫn APTS ….……………………………… 52 3.3 Phổ hồng ngoại FTIR…………………………………………… 52 3.4 Dò tìm axit nucleic từ mẫu phân tích…………………………… 53 3.4.1 Dò tìm DNA bổ sung…………………………………… 53 3.4.2 Dò tìm DNA đặc hiệu HSV………………………… 60 KẾT LUẬN DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT APTS 3-aminopropyl–triethoxy-silance (Tên loại polyme dẫn) DNA Deoxyribonucleic acid (Axít đêoxyribônuclêic – AND) EDC 1–ethyl-3-(dimethyl-aminopropyl)carbodiimide (Tên chất để hoạt hóa gốc phốt phát ADN) ELISA Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay (Kỹ thuật miễn dịch gắn men) IF ImmunoFlourescence (Kỹ thuật miễn dịch huỳnh quang) FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier) HSV Herpes Simplex Viruses type & (Vi rút Herpes týp 2) ITIMS International Training Institute for Material Science (Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu) KHVĐTQ Kính hiển vi điện tử quét MIA 1-methylimidazole (Tên chất để làm ổn định hóa DNA hoạt hóa nước) NCBI National Center of Biotechnology Information (Trung tâm Quốc gia Thông tin Công nghệ sinh học) PCR Polymerase Chain Reaction (Kỹ thuật phản ứng chuỗi tổng hợp polymeraza) RNA Ribonucleic acid (Axít ribônuclêic - ARN) WHO World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các loại thụ thể sử dụng cảm biến sinh học kỹ thuật đo điện hoá Bảng 1.2 Kiểu đo tương ứng với chuyển đổi điện hoá đối tượng phân tích Bảng 1.3 Một số tạp chất tiêu biểu dùng để pha tạp polyme dẫn 18 Bảng 1.4 Cố định phân tử sinh học lên lớp polyme dẫn thiết bị 20 cảm biến Bảng 1.5 So sánh hai týp vi rút Herpes 29 Bảng 2.1 Thông số trình oxy hoá bề mặt phiến silic 34 Bảng 2.2 Thông số trình phún xạ tạo màng kim loại phiến silic 36 Bảng 2.3 Các thông số hàn dây siêu âm 37 Bảng 2.4 Bảng mẫu thực phép đo theo nồng độ, nhiệt độ, thời gian 48 Bảng 3.1 So sánh ưu, nhược điểm hai loại cảm biến vi điện cực 51 Bảng 3.2 Tín hiệu lai hóa nồng độ mẫu thấp nhiệt độ phòng 54 Bảng 3.3 Tín hiệu lai hóa DNA đầu dò DNA bổ sung mẫu phân 55 tích Bảng 3.4 Tín hiệu lai hóa theo thay đổi nhiệt độ, nồng độ thời gian 57 Bảng 3.5 Tín hiệu lai hóa đo với sản phẩm PCR HSV 61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Hình thái bề mặt cảm biến trước sau lai hoá Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến sinh học Hình 1.3 Mô hình loại cảm biến enzyme… 11 Hình 1.4 Nguyên lý cảm biến sinh học DNA 12 Hình 1.5 Mô hình cảm biến miễn dịch sợi nano phát vi rút 14 Hình 1.6 Vị trí cảm biến sinh học so với kỹ thuật truyền thống 15 khác để chẩn đoán bệnh Hình 1.7 Tốc độ phát triển cảm biến sinh học 20 năm trở lại 15 dự báo xu hướng phát triển Hình 1.8 Mô hình ứng dụng màng polyme dẫn 19 Hình 1.9 Cấu trúc lai hóa phân tử DNA 21 Hình 1.10a Ảnh hiển vi điện tử truyền qua vi rút Herpes - nhuộm âm 27 Hình 1.10b Cấu trúc vi rút Herpes 27 Hình 1.11 Bệnh nhân bị nhiễm vi rút HSV-1 28 Hình 2.1a Thiết kế cảm biến 70µm x 30µm 32 Hình 2.1b Mô hình cấu trúc vi điện cực cảm biến 70µm x 30µm 32 Hình 2.2a Thiết kế cảm biến 20µm x 20µm 32 Hình 2.2b Mô hình cấu trúc vi điện cực cảm biến 20µm x 20µm 32 Hình 2.3 Xử lý bề mặt phiến Si 33 Hình 2.4 Tạo lớp màng SiO2 33 Hình 2.5 Mô trình quang khắc phiến silic 35 Hình 2.6 Mô trình phún xạ cao tần tạo màng Pt… 35 Hình 2.7 Quá trình loại bỏ lớp cảm quang lớp màng kim loại Pt/Cr 36 không cần thiết Hình 2.8 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường lạnh S-4800-Hitachi 41 Hình 2.9 Máy phân tích phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier 43 Hình 2.10 Dạng sóng từ khuếch đại Lock-in 43 Hình 2.11 Hệ đo vi sai sử dụng máy khuyếch đại Lock-in SR830 45 Hình 2.12 Mạch tương đương hệ đo vi sai 45 Hình 3.1A Vi cảm biến 30µm x 70µm 49 Hình 3.1B Vùng điện cực hoạt động vi cảm biến 30µm x 70µm 49 Hình 3.2A Vi cảm biến loại 20µm x 20µm 50 Hình 3.2B Vùng điện cực hoạt động vi cảm biến 20µm x 20µm 50 Hình 3.3 Hình ảnh HVĐTQ màng polyme dẫn APTS bề mặt vi 52 cảm biến Hình 3.4 Phổ FTIR xác nhận liên kết hóa học DNA đầu dò – 53 màng APTS Hình 3.5 Tín hiệu lai hóa theo thời gian tương ứng với nồng độ mẫu 55 phân tích 0,5nM Hình 3.6 Tín hiệu lai hóa theo thay đổi nồng độ mẫu phân tích 56 nhiệt độ phòng Hình 3.7 Tín hiệu lai hóa theo thời gian tương ứng với nồng độ 58 mẫu phân tích khác Hình 3.8 Sự ảnh hưởng nhiệt độ lên khả phát DNA bổ 59 sung vi cảm biến theo nồng độ mẫu phân tích Hình 3.9 Tín hiệu lai hóa theo nhiệt độ vi cảm biến với nồng độ 60 mẫu 1nM Hình 3.10 Hình ảnh PCR dương tính với HSV bệnh nhân ký hiệu 61 VN055 Hình 3.11 Khả phát DNA đặc hiệu HSV sản phẩm 62 PCR Hình Đo đạc thử nghiệm vi cảm biến hệ đo 72 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, nhiều nhà khoa học nước Quốc tế tập trung nghiên cứu chế tạo loại cảm biến sinh học có độ nhạy, độ chọn lọc cao, thiết bị nhỏ gọn, sử dụng tiện ích cho kết tin cậy Thiết bị đánh giá với nhiều tính vượt trội có khả khắc phục hầu hết nhược điểm thiết bị phân tích truyền thống khác ELISA, PCR Trong tương lai gần, nhà khoa học dự đoán thiết bị truyền thống dần bị thay thế hệ cảm biến sinh học tiện ích mang lại Trong lĩnh vực chẩn đoán bệnh, ba loại cảm biến sinh học chủ yếu thường tập trung nghiên cứu chế tạo : i) cảm biến enzyme sở phản ứng đặc hiệu enzyme – chất; ii) cảm biến miễn dịch sở phản ứng đặc hiệu kháng nguyên – kháng thể; iii) cảm biến DNA sở lai hóa đặc hiệu hai sợi đơn DNA có trình tự bổ sung Trong phát vi rút gây bệnh, hai loại cảm biến sinh học thường tập trung nghiên cứu là: cảm biến miễn dịch cảm biến DNA Với mục tiêu phát triển chế tạo loại vi cảm biến sinh học để ứng dụng phát vi rút gây bệnh Việt Nam, đồng thời phục vụ cho luận văn cao học, tác giả đề xuất đề cương đề tài ‘‘Cảm biến sinh học sở polyme dẫn phát vi rút gây bệnh’’ với nhiệm vụ: - Chế tạo vi cảm biến thích hợp cho việc phân tích, dò tìm mẫu sinh học có nồng độ thấp - Lựa chọn loại polyme dẫn thích hợp, tương thích với mẫu sinh học có khả tạo màng bề mặt vi cảm biến, không tham gia vào phản ứng sinh hóa phần tử sinh học đầu dò phần tử đích - Lựa chọn phần tử sinh học đầu dò, cố định lên bề mặt vi cảm biến - Đo đạc thử nghiệm với mẫu phân tích để xác định độ nhạy thông số khác vi cảm biến phát vi rút gây bệnh Đề cương Trường Đại học công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội chấp thuận Dưới hướng dẫn khoa học Tiến sỹ Mai Anh Tuấn, giúp đỡ nhóm nghiên cứu cảm biến sinh học - Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả triển khai nghiên cứu phát triển loại cảm biến sinh học DNA sở polyme dẫn 3-aminopropyl–triethoxy-silance (APTS) để phát axit nucleic vi rút Herpes týp (HSV) thông qua việc dò tìm đoạn DNA đặc hiệu loại vi rút So với mục tiêu nhiệm vụ đề ra, tác giả hoàn thành đề tài với kết khả quan Một số kết tác giả công bố tạp chí, hội nghị chuyên ngành nước Quốc tế Tác giả nhận thấy rằng, loại cảm biến có độ nhạy cao, tín hiệu lai hóa DNA đầu dò bề mặt vi cảm biến DNA bổ sung xuất nhanh khoảng phút nồng độ 0,5nM nhiệt độ phòng kết đạt tương tự DNA đặc hiệu HSV nhiệt độ 50°C – 55°C Tuy nhiên, tín hiệu đầu thu từ lai hóa thường xuất nhỏ, để đưa vào ứng dụng thực tế cần phải có nghiên cứu sâu hơn, đồng để khuyếch đại, tăng tín hiệu đầu Quá trình thực nghiệm, kết bàn luận tác giả trình bày chi tiết luận văn Bố cục luận văn trình bày sau : Chương Tổng quan Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan lịch sử, khái niệm nguyên lý, phân loại cảm biến sinh học Bên cạnh đó, kiến thức polyme dẫn, cách lựa chọn, cố định polyme dẫn lên bề mặt cảm biến số khái niệm vi rút học, sinh học phân tử tác giả nêu Chương Chế tạo cảm biến sinh học Chương mô tả toàn trình thực nghiệm để thực đề tài Bắt đầu từ việc lựa chọn vật liệu, hóa chất, mô tả việc thiết kế, chế tạo loại cảm biến vi điện cực hệ loại 70µm x 30µm 20µm x 20µm, trình lựa chọn, pha tạp tổng hợp polyme dẫn lên bề mặt vi cảm biến Cuối cùng, mô tả cách cố định phần tử sinh học đầu dò lên vi cảm biến, đo đạc thông số thiết lập hệ đo, phương thức đo mẫu phân tích Chương Kết bàn luận Trong chương này, toàn kết trình thực nghiệm trình bày bàn luận tác giả kết đạt được, từ đưa kết luận ý kiến đề xuất 3 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển cảm biến sinh học Giáo sư Lenan C Clark người phát minh điện cực oxy năm 1956, khởi nguồn Công nghệ cảm biến sinh học [16] Năm 1962, Hội thảo khoa học Viện Hàn lâm Khoa học New York, ông đề xuất hướng nghiên cứu : ‘‘Làm để tạo cảm biến điện hóa thông minh (pH, phân thế, độ dẫn,…) ?’’ đưa thêm vào ‘‘lớp chuyển tiếp enzyme giống màng kẹp giữa, theo kiểu xếp chồng’’ Khái niệm sau làm sáng tỏ thực nghiệm người ta sử dụng điện cực oxy Clark để bẫy men đường (glucose oxidase) thông qua màng thẩm tách Độ giảm nồng độ oxy đo tỷ lệ với nồng độ glucose Trong công trình công bố năm 1962, Clark Lyon lần đưa khái niệm điện cực enzyme [15] Updike Hick triển khai chi tiết thực nghiệm để chứng minh cần thiết để tạo điện cực enzyme chức đo nồng độ glucose nhận nhiều phê bình từ nhà chuyên môn [59] Năm 1969, Guilbault Montalvo công bố chi tiết điện cực enzyme phương pháp đo [28] Hai ông mô tả cảm biến urea sở cố định chất urease điện cực màng chất lỏng lọc lựa amoniac Năm 1975, ý tưởng Clark trở thành thực công ty thiết bị Yellow Springs (Ohio, Mỹ) giới thiệu lần thứ hai (lần đầu năm 1973) thiết bị phân tích glucose sử dụng phương pháp đo Năm 1974, Cooney đồng nghiệp đề xuất sử dụng chuyển đổi nhiệt cho cảm biến sinh học Những thiết bị loại đặt tên tương ứng với đầu dò enzyme nhiệt [18] men cặp nhiệt [40] Sự phát triển cảm biến sinh học tạo bước đột phá vào năm 1975, Divis cho sử dụng vi khuẩn làm yếu tố nhận biết sinh học điện cực vi sinh vật để đo nồng độ cồn [25] Công trình ông khởi đầu cho hướng nghiên cứu Nhật Bản nhằm tạo loại cảm biến sinh học có khả ứng dụng kiểm soát môi trường Công nghệ sinh học Cũng năm 1975, Lubbers Optitz đưa thuật ngữ optode để mô tả cảm biến sợi quang học có gắn chất thị để đo oxit cácbon II (CO2) oxy Trên sở đó, hai ông đồng nghiệp tạo cảm biến sinh học tín hiệu quang để đo nồng độ cồn [60] Năm 1976, Clemens đồng nghiệp tích hợp thành công cảm biến sinh học glucose điện hoá tuyến tụy nhân tạo [17], sau Miles (Elkhart) tung thị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI IỆU TIẾNG VIỆT Lê Huy Chính, Nguyễn Vũ Trung Cẩm nang vi sinh vật y học Nxb Y học, 2005 Hồ Huỳnh Thùy Dương Sinh học phân tử Nxb Giáo Dục, 2003 Nguyễn Kim Giao Chẩn đoán vi rút gây bệnh người phương pháp Hiển vi điện tử Nxb Y học, 2005 Trần Quang Huy, Nguyễn Thị Thường, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Phương Đình Tâm Mai Anh Tuấn Ứng dụng vi cảm biến DNA nghiên cứu y sinh học Tuyển tập công trình vấn đề khoa học sống 2007, tr 170 171 Trần Quang Huy, Nguyễn Thị Thường, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Phương Đình Tâm Mai Anh Tuấn Phát axit nucleic vi rút gây bệnh cảm biến sinh học DNA Tạp chí Y học dự phòng, tập XVII, số (91) 2007, tr 57 63 Nguyễn Thị Thường Một số đặc điểm họ Herpesviridae gây bệnh người Tạp chí y học dự phòng (2006), số 3+4 (83), trang 54-58 số (84) trang 6467 TÀI LIỆU TIẾNG ANH A.O Scott (Ed.), Biosensors for Food Analysis, The Royal Soc of Chem., Cambridge, UK, 1998 Alcock, S.J and Turner, A.P.F IEEE Engineering in Medicine and Biology, June/July 1994, 319 Antje J Baeumner et al Biosensor for Dengue Virus Detection: Sensitive, Rapid, and Serotype Specific Anal Chem., 74 (6), 2002 , 1442 -1448 10 Bansi D Malhotra et al Prospects of conducting polymers in biosensors Analytica Chimica Acta 578 (2006) 59–74 11 Bobby Pejcic, Roland De Marco Impedance spectroscopy: Over 35 years of electrochemical sensor optimization Electrochimica Acta 51 (2006) 6217– 6229 68 12 Carrascosa et al Trac-Trends ; Anal Chemical 25 (3) (2006), 196-206 13 Cass, A.E.G., Francis, D.G., Hill, H.A.O., Aston, W.J., Higgins, I.J., Plotkin, E.V., Scott, L.D.L and Turner, A.P.F Anal Chem 56, (1984), 667-671 14 Claire L Morgan et al Immunosensors : Technology and opportunities in laboratory medicine Clinical Chemistry 42 :2, 1996, 193-209 15 Clark, L.C Jnr Ann NY Acad Sci 102, (1962) 29-45 16 Clark, L.C Jnr Trans Am Soc Artif Intern Organs 2, (1956) 41- 48 17 Clemens, A.H., Chang, P.H and Myers, R.W Proc Journes Ann de Diabtologie de l'Htel-Dieu, Paris (1976) 18 Cooney, C.L., Weaver, J.C et al In: "Enzyme Engineering" (Eds E.K Pye and L.B Wingard Jnr.) 2, Plenum, New York (1974) 411-417 19 Cooper, M.A Optical biosensors in drug discovery Nat Rev Drug Discov 1, (2002) 515–528 20 D C Cullen, R S Sethi, C R Lowe Anal Chim Acta 231, (1990) 33 21 D.E Gunning et al Performance of ultra-high-density microelectrode arrays Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 576 (2007) 215–219 22 Daniel R Thévenot; Klara Toth et al Pure Appl Chem., Vol 71, No 12, (1999) 2333 - 2348, 23 David O White, Frank J.Fenner Medical Virology Academic Press.1994 24 Dennison, M.J and Turner, A.P.F Biotechnol Adv., (1995)13 25 Divis, C Annals of Microbiology 126A, (1975)175-186 26 Frank Lammers, Thomas Scheper Thermal Biosensors in Biotechnology Volume 64/1999, Springer Berlin / Heidelberg, 35 -67 27 Geoffrey C Allen, Fabio Sorbello et al Macro-, micro - and nano investigations on 3-aminopropyltrimethoxysilane self-assembly-monolayers, Thin Solid Films 483 (2005) 306–311 28 Guilbault, G.G and Montalvo, J JACS 91 (1969) 2164-2569 29 Huy.T.Q., Thuy N.T.T., Tam P.D, Tuan M A., and Chien N.D Investigation of electrochemical DNA sensor for biomedical application Proceedings of the 2sd International Conference on Biomedical Engineering 2007, 273 – 278 30 J Catrlik et al Amperometric biosensors based on two different enzyme systems and their use for glycerol determination in samples from biotechnological 69 fermentation process Analytica Chimica Acta ,Volume 566, Issue 1, 27 April 2006, Pages 11-18 31 J Justin Gooding et al Biosensor technology for detecting biological warfare agents: Recent progress and future trends Analytica Chimica Acta 559 (2006) 137–151 32 Jeffrey D Newman, Anthony P.F Turner, Home blood glucose biosensors: a commercial perspective Biosensors and Bioelectronics 20 (2005) 2435–2453 33 Jeremy J Ramsden Optical biosensors Journal of Molecular Recognition Volume 10, Issue , Pages 109 – 120 34 K Covington Pure Appl Chem 66 (3), (1994) 565 35 Kress-Rogers, E "Handbook of Biosensors and Electronic Noses: Medicine, Food and the Environment", CRC Press, Boca Raton, USA, 1996 36 L J Blum, P R Coulet Biosensor Principles and Applications Marcel Dekker, New York (1991) 37 Lec, R.M Piezoelectric biosensors: recent advances and applications Proceedings of the 2001 IEEE International Volume , Issue , 2001, 419 – 429 38 Liedberg, B., Nylander, C and Lundstrm, I Sensors and Actuators 4, (1983) 299-304 39 M.A Tuan, T Q Huy, N.T.Thuong, L H Hoang, C V Thach, N H Hai DNA Enrichment by Functionalized Magnetic Nanoparticles for On-site and Fast Detection of Virus in Biomedical Application Journal of Korea Physical society (accepted, to be published) 40 Mosbach, K and Danielsson, B Biochim Biophys Acta 364, 140-145 (1974) 41 Nathalie K Guimard et al Conducting polymers in biomedical engineering Prog Polym Sci 32 (2007) 876–921 42 Olivier Lazcka et al Pathogen detection: A perspective of traditional methods and biosensors Biosensors and Bioelectronics 22 (2007) 1205–1217 43 P Bergveld, D R Thévenot In Advances in Biosensors, Supplement (A P F Turner, ed.), p 31 JAI Press, London, UK (1993) 44 P V Climent et al Development of a new amperometric biosensor based on polyphenoloxidase and polyethersulphone membrane Pure Appl Chem., Vol 73, No 12, 2001, pp 1993–1999 70 45 P Van Gerwen, W Laureyn, G Huyberechts, M Op De Beeck, K Baert, A Varlan, W Sansen, L Hermans, R Mertens, Nanoscaled Interdigitated Electrodes For Biochemical Sensors, Sensors and Actuators B, 49 (1-2) (1998) pp 73-80 46 Patolsky, F., Lieber, C.M., Nanowire Nanosensors, Materials Today (2005), 2028 47 Patolsky, F., Zheng, G., Hayden, O., Lakadamyali, M., Zhuang, X., Lieber, C.M., Electrical detection of single viruses, Proc Natl Acad Sci USA (2004), 101, 14017-14022 48 Pinar Kara a, Burcu Meric et al Electrochemical DNA biosensor for the detection and discrimination of herpes simplex Type I and Type II viruses from PCR amplified real samples Analytica Chimica Acta 518 (2004) 69–76 49 R.M.Lec Piezoelectric biosensors: recent advances and applications Proceedings of the 2001 IEEE International Volume , Issue , 2001,419 – 429 50 R Gonzalez , B Masquelier et al Detection of Human Immunodeficiency Virus Type Antiretroviral Resistance Mutations by High-Density DNA Probe Arrays Journal of clinical microbiology (July 2004), p 2907–2912 51 Rich, R.L and Myszka, D.G (2005) Survey of the year 2004 commercial optical biosensor literature J Mol Recognit 18, 431–478; 52 Sara Rodriguez-Mozaz et al Biosensors for environmental applications: Future development trends Pure Appl Chem., Vol 76, No 4, 2004, pp 723–752 53 Sergei V Dzyadevych et al Potentiometric Biosensors Based on ISFETs and Immobilized CholinesterasesVolume 16, Issue 22 , ( 2004) Pages 1873 – 1882 54 Shichiri, M., Kawamori, R., Yamaski, R., Hakai, Y and Abe, H Lancet ii, (1982)1129-1131 55 T Gregory Drummond et al Electrochemical DNA sensors., Nature Biotechnology, 2003, 1192-1199 56 T.A Skotheim, R.L Elsenbaumer, J Reynold, Marcel Dekker Handbook of Conducting Polymers, ed., 2nd Edition, New York, 1998 57 Tarushee Ahuja et al.Biomolecular immobilization on conducting polymers for biosensing applications Biomaterials 28 (2007) 791–805 71 58 Turner, A.P.F "Advances in Biosensors", I; II; Suppl I; III JAI Press, London, UK, 1991; 1992; 1993; 1995 59 Updike, S.J and Hicks, J.P Nature 214,(1967) 986-988 60 Voelkl, K.P., Opitz, N and Lubbers, D.W Fres Z Anal Chem 301,(1980) 162-163 61 White, S.F and Turner, A.P.F In: "Encyclopedia of Bioprocess Technology: Fermentation, Biocatalysis and Bioseparation"(Eds M C Flickinger and S W Drew) Wiley, New York, USA, 1997 62 Y Han et al Surface activation of thin silicon oxides by wet cleaning and silanization Thin Solid Films 510 (2006) 175 - 180 63 Y.K Ye., J.H Zhao Electrochemical behavior and detection of hepatitis B virus DNA PCR production at gold electrode Biosensors and Bioelectronics 18 (2003) 1501-1508 64 http://www.mindbranch.com 72 PHỤ LỤC Để tiếp tục nghiên cứu phát triển loại vi cảm sinh học biến này, song song với trình chế tạo vi cảm biến, thành viên nhóm nghiên cứu xây dựng phát triển hệ đo cầm tay, có kích thước nhỏ gọn với nhều tính ưu việt nhằm thay hệ Lock in RS830, phù hợp đáp ứng yêu cầu phân tích vi cảm biến mẫu nồng độ thấp vi rút,… Hình hình ảnh vi cảm biến sinh học 20µm x 20µm đo đạc thử nghiệm hệ đo Hình Đo đạc thử nghiệm vi cảm biến hệ đo (thiết bị xách tay) [...]... Cẩm nang vi sinh vật y học Nxb Y học, 2005 2 Hồ Huỳnh Thùy Dương Sinh học phân tử Nxb Giáo Dục, 2003 3 Nguyễn Kim Giao Chẩn đoán vi rút gây bệnh trên người bằng phương pháp Hiển vi điện tử Nxb Y học, 2005 4 Trần Quang Huy, Nguyễn Thị Thường, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Phương Đình Tâm Mai Anh Tuấn Ứng dụng vi cảm biến DNA trong nghiên cứu y sinh học Tuyển tập công trình những vấn đề cơ bản của khoa học sự... nhiệt [40] Sự phát triển cảm biến sinh học đã tạo bước đột phá mới vào năm 1975, khi Divis cho rằng có thể sử dụng vi khuẩn làm yếu tố nhận biết sinh học trong các điện cực vi sinh vật để đo nồng độ cồn [25] Công trình của ông đã khởi đầu cho hướng nghiên cứu chính ở Nhật Bản nhằm tạo ra các loại cảm biến sinh học có khả năng ứng dụng trong kiểm soát môi trường và Công nghệ sinh học Cũng trong năm 1975,... tiết trong luận văn Bố cục của luận văn được trình bày như sau : Chương 1 Tổng quan Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về lịch sử, khái niệm cũng như nguyên lý, phân loại của cảm biến sinh học Bên cạnh đó, những kiến thức về polyme dẫn, cách lựa chọn, cố định polyme dẫn lên bề mặt cảm biến và một số khái niệm cơ bản về vi rút học, sinh học phân tử cũng được tác giả nêu ra Chương 2 Chế tạo cảm. .. Chế tạo cảm biến sinh học Chương này mô tả toàn bộ quá trình thực nghiệm để thực hiện đề tài Bắt đầu từ vi c lựa chọn vật liệu, hóa chất, tiếp theo là mô tả vi c thiết kế, chế tạo loại cảm biến vi điện cực thế hệ mới loại 70µm x 30µm và 20µm x 20µm, quá trình lựa chọn, pha tạp và tổng hợp polyme dẫn lên bề mặt vi cảm biến Cuối cùng, mô tả cách cố định phần tử sinh học đầu dò lên vi cảm biến, đo đạc... optode để mô tả cảm biến sợi quang học có gắn chất chỉ thị để đo oxit cácbon II (CO2) hoặc oxy Trên cơ sở đó, hai ông và đồng nghiệp đã tạo ra cảm biến sinh học tín hiệu quang để đo nồng độ cồn [60] Năm 1976, Clemens và đồng nghiệp đã tích hợp thành công cảm biến sinh học glucose điện hoá trong tuyến tụy nhân tạo [17], sau đó được Miles (Elkhart) tung ra thị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI IỆU TIẾNG VI T 1 Lê...2 sinh học DNA trên cơ sở polyme dẫn 3-aminopropyl–triethoxy-silance (APTS) để phát hiện axit nucleic của vi rút Herpes týp 1 và 2 (HSV) thông qua vi c dò tìm đoạn DNA đặc hiệu của loại vi rút này So với mục tiêu và nhiệm vụ đề ra, tác giả đã hoàn thành đề tài với những kết quả khả quan Một số kết quả đã được tác giả công bố trên các tạp chí, hội nghị chuyên ngành trong nước và Quốc... 171 5 Trần Quang Huy, Nguyễn Thị Thường, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Phương Đình Tâm Mai Anh Tuấn Phát hiện axit nucleic của vi rút gây bệnh bằng bộ cảm biến sinh học DNA Tạp chí Y học dự phòng, tập XVII, số 6 (91) 2007, tr 57 63 6 Nguyễn Thị Thường Một số đặc điểm của họ Herpesviridae gây bệnh ở người Tạp chí y học dự phòng (2006), số 3+4 (83), trang 54-58 và số 5 (84) trang 6467 TÀI LIỆU TIẾNG ANH 7 A.O... triển một hệ đo cầm tay, có kích thước nhỏ gọn với nhều tính năng ưu vi t hơn nhằm thay thế hệ Lock in RS830, phù hợp và đáp ứng được yêu cầu phân tích của vi cảm biến đối với mẫu ở nồng độ thấp như vi rút, … Hình 4 là hình ảnh vi cảm biến sinh học 20µm x 20µm đang được đo đạc thử nghiệm trên hệ đo mới Hình 4 Đo đạc thử nghiệm vi cảm biến trên hệ đo mới (thiết bị xách tay) ... Ye., J.H Zhao Electrochemical behavior and detection of hepatitis B virus DNA PCR production at gold electrode Biosensors and Bioelectronics 18 (2003) 1501-1508 64 http://www.mindbranch.com 72 PHỤ LỤC Để tiếp tục nghiên cứu phát triển loại vi cảm sinh học biến này, song song với quá trình chế tạo vi cảm biến, thành vi n trong nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã xây dựng và phát triển một hệ đo cầm tay, có... luận Trong chương này, toàn bộ kết quả của quá trình thực nghiệm được trình bày và những bàn luận của tác giả đối với những kết quả đạt được, từ đó đưa ra kết luận và những ý kiến đề xuất 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển cảm biến sinh học Giáo sư Lenan C Clark là người đầu tiên phát minh ra điện cực oxy năm 1956, khởi nguồn của Công nghệ cảm biến sinh học [16] Năm 1962, tại Hội thảo khoa học