Nghiên cứu chế tạo, tính chất của vật liệu dây nano oxit kim loại bán dẫn nhằm ứng dụng cho cảm biến miễn dịch

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ........................................................... 5DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ................................................................................... 6DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................... 7GIỚI THIỆU .................................................................................................................... 9CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................... 131. Giới thiệu ................................................................................................................ 132. Giới thiệu cảm biến sinh học .................................................................................. 163. Tổng quan về vật liệu nano ZnO cấu trúc 1 chiều ứng dụng cho cảm biến miễn dịch .............................................................................................................................. 203.1. Giới thiệu vật liệu nano ZnO cấu trúc 1 chiều ................................................. 203.2. Cảm biến miễn dịch trên cơ sở vật liệu nano ZnO có cấu trúc một chiều. ...... 22CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM..................................................................................... 261. Hóa chất và thiết bị sử dụng ................................................................................... 261.1. Hóa chất thí nghiệm ........................................................................................ 261.2. Thiết bị sử dụng ................................................................................................ 262. Nghiên cứu chế tạo vật liệu thanh nano ZnO ......................................................... 272.1. Xử l đế ............................................................................................................ 272.2. Chế tạo lớp mầm ............................................................................................. 272.3. Tổng hợp vật liệu bằng phƣơng pháp thủy nhiệt ............................................. 283. Chế tạo cảm biến miễn dịch trên cơ sơ thanh nano ZnO ........................................ 293.1. Chế tạo điện cực .............................................................................................. 293.2. Cố định kháng thể lên bề mặt điện cực ............................................................ 304. Phƣơng pháp xác định vi rút Rota .......................................................................... 315. Thiết bị nghiên cứu. ................................................................................................ 32Vũ Y Doãn 201645.1. Kính hiển vi điện tử .......................................................................................... 325.2. Phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX) ................................................................ 345.3. Phổ nhiễu xạ điện tử Xray ............................................................................... 345.4. Kính hiển vi huỳnh quang ................................................................................ 365.5. Phổ hồng ngoại FTIR ....................................................................................... 385.6. Thiết bị đo phổ tổng trở (EIS) .......................................................................... 395.7. Thiết bị quét thế vòng CV ............................................................................... 40CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 411. Tổng hợp thanh nano ZnO bằng phƣơng pháp thủy nhiệt ...................................... 411.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của lớp mầm ............................................................... 411.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy nhiệt. .............................................. 431.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ Zn2+ ........................................................ 451.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian thủy nhiệt .............................................. 471.5. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu thanh nano ZnO bằng phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDS Energydispersive Xray Spectroscopy) .................................................. 501.6. Nghiên cứu độ dẫn của vật liệu thanh nano ZnO ............................................. 522. Kết quả nghiên cứu cố định kháng thể ................................................................... 552.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) .......................................................... 552.2. Ảnh kính hiển vi huỳnh quang ......................................................................... 563. Đặc trƣng CV của cảm biến miễn dịch ................................................................. 57Kết luận .......................................................................................................................... 60Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 61DANH MỤC CÔNG TRÌNH.........................................................................................

Vũ Y Doãn 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học đƣợc trình bày luận văn thành nghiên cứu thân chƣa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt đƣợc xác trung thực Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2016 Ngƣời cam đoan Vũ Y Doãn Vũ Y Doãn 2016 LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, xin bày tỏ lời cám ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Phƣơng Đình Tâm trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng khoa học, giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu thời gian qua Cảm ơn thầy dành thời gian, tâm huyết để giúp hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn TS Phạm Hùng Vƣợng thầy cô Viện Tiên Tiến Khoa Học Công Nghệ, Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện cho làm thực nghiệm nghiên cứu thời gian qua Tôi xin gửi lời cám ơn đến anh chị nghiên cứu sinh viện AIST nhiều lần giúp đỡ thời gian làm nghiên cứu viện Cuối cùng, xin cảm ơn tới Bố mẹ, anh chị ngƣời bạn tôi, ngƣời động viên tinh thần giúp đỡ vật chất Tôi nói lời cảm ơn sâu sắc, chân thành tới ngƣời thân yêu Tác giả luận văn Vũ Y Doãn Vũ Y Doãn 2016 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ GIỚI THIỆU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 13 Giới thiệu 13 Giới thiệu cảm biến sinh học 16 Tổng quan vật liệu nano ZnO cấu trúc chiều ứng dụng cho cảm biến miễn dịch 20 3.1 Giới thiệu vật liệu nano ZnO cấu trúc chiều 20 3.2 Cảm biến miễn dịch sở vật liệu nano ZnO có cấu trúc chiều 22 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 26 Hóa chất thiết bị sử dụng 26 1.1 Hóa chất thí nghiệm 26 1.2 Thiết bị sử dụng 26 Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnO 27 2.1 Xử l đế 27 2.2 Chế tạo lớp mầm 27 2.3 Tổng hợp vật liệu phƣơng pháp thủy nhiệt 28 Chế tạo cảm biến miễn dịch sơ nano ZnO 29 3.1 Chế tạo điện cực 29 3.2 Cố định kháng thể lên bề mặt điện cực 30 Phƣơng pháp xác định vi rút Rota 31 Thiết bị nghiên cứu 32 Vũ Y Doãn 2016 5.1 Kính hiển vi điện tử 32 5.2 Phổ tán sắc lƣợng tia X (EDX) 34 5.3 Phổ nhiễu xạ điện tử X-ray 34 5.4 Kính hiển vi huỳnh quang 36 5.5 Phổ hồng ngoại FTIR 38 5.6 Thiết bị đo phổ tổng trở (EIS) 39 5.7 Thiết bị quét vòng C-V 40 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 Tổng hợp nano ZnO phƣơng pháp thủy nhiệt 41 1.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng lớp mầm 41 1.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ thủy nhiệt 43 1.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ Zn2+ 45 1.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian thủy nhiệt 47 1.5 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu nano ZnO phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS- Energy-dispersive X-ray Spectroscopy) 50 1.6 Nghiên cứu độ dẫn vật liệu nano ZnO 52 Kết nghiên cứu cố định kháng thể 55 2.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 55 2.2 Ảnh kính hiển vi huỳnh quang 56 Đặc trƣng C-V cảm biến miễn dịch 57 Kết luận 60 Tài liệu tham khảo 61 DANH MỤC CÔNG TRÌNH 68 Vũ Y Doãn 2016 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT STT Ý Nghĩa Ký Hiệu APTS 3-aminopropyl triethoxy-silane EDC 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride NHS Sulfo-N-HydroxySuccinimide BSA Bovine Serum Albumin EIS Electrochemical Impedance Spectroscopy CV Cyclic voltammetry PBS Phosphate buffered saline Vũ Y Doãn 2016 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU STT Tên Bảng Trang Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng 27 Bảng 2 Bảng tổng hợp mẫu thuỷ nhiệt điều kiện 30 khác Vũ Y Doãn 2016 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Tên Hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ minh họa hình thái khác cấu trúc nano 1D 15 Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến sinh học 19 Hình 1.3 Cấu trúc Blende(a) Wurtzite(b) ZnO 22 Hình 1.4 Một số dạng hình học ZnO cấu trúc nano: (a) dây 23 nano ZnO, (b) ZnO dạng lò xo, (c) ZnO dạng kim, (d) ZnO nano tetrapods, (e) sợi nano ZnO, (f) ống nano ZnO Hình 2.1 Sơ đồ minh họa nguyên tắc chế tạo cảm biến miễn 32 vi điện cực (A) điện cực trần, (b) điện cực đƣợc phủ nano ZnO , (c) điện cực đƣợc cố định với kháng thể vi rút Rota, (d) tƣơng tác kháng thể kháng nguyên vi rút Rota Hình 2.2 Thiết bị kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-7600F 34 (Mỹ) phòng thí nghiệm Hiển vi điện tử Vi phân tích (BKEMMA), viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) Hình 2.3 Nguyên lý nhiễu xạ tia X 36 Hình 2.4 Cấu tạo kính hiển vi huỳnh quang (Nikon) 38 Hình 2.5 Sơ dồ nguyên lý hoạt động kính hiển vi huỳnh 39 quan 10 Hình 3.1 Ảnh hƣởng số lớp mầm đến hình thái vật liệu 44 ZnO a) Mẫu lớp mầm; b) Mẫu lớp mầm; c) Mẫu lớp mầm d)Mẫu lớp mầm; e) Mẫu lớp mầm; f) hình ảnh khuếch đại mỏng hình thành ZnO 11 Hình 3.2 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu ZnO đƣợc tổng hợp phƣơng pháp thuỷ nhiệt nhiệt độ khác 46 Vũ Y Doãn 2016 a) T = 2000C b) T= 1500C, c)T = 1300C ; d) mẫu khuếch đại ZnO đƣợc tổng hợp T=1500C 12 Hình 3.3 Ảnh FE-SEM ZnO đƣợc tổng hợp với 48 nồng độ Zn2+ khác 13 Hình 3.4 Ảnh FE-SEM nano ZnO đƣợc tổng hợp từ 50 dung dịch Zn(CH3COO2).2H2O với thời gian khác a) 3h ; b) 6h; c) 9h ; d) 12h 14 Hình 3.5 Ảnh FE-SEM nano ZnO đƣợc chế tạo 51 phƣơng pháp thuỷ nhiệt điều kiện nhiệt độ thủy nhiệt 1500C, nồng độ ion Zn2+ dung dịch thủy nhiệt 0,025M, thời gian thủy nhiệt 3h 15 Hình 3.6 Phổ tán xạ lƣợng tia X nano ZnO 52 đƣợc tổng hợp phƣơng pháp thuỷ nhiệt với thời gian khác nhau, a) 3h ; b)6h; c)9h; d)12h 16 Hình 3.7 Phổ nhiễu xạ X-ray mẫu ZnO nano với thời 53 gian tổng hợp khác a) 3h; b) 6h; c) 9h; d) 12h 17 Hình 3.8 Điện trở vật liệu ZnO chế tạo phƣơng pháp 56 thủy nhiệt với thời gian 3h; 6h; 9h 12h 18 Hình 3.9 Phổ FTIR (a) kháng thể, (b) nano ZnO 57 19 Hình 3.10 Ảnh hiển vi huỳnh quang kháng thể điện 59 cực: (a) điện cực đƣợc kích hoạt phủ ATPS /ZnO NWSs, (b) cố định kháng thể phƣơng pháp hấp thụ 20 Hình 3.11 Thế vòng C-V cảm biến miễn dịch 60 21 Hình 3.12 Thế vòng C-V cảm biến miễn dịch theo nồng độ 61 Vũ Y Doãn 2016 GIỚI THIỆU Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển kinh tế, gia tăng dân số, hội nhập toàn cầu phát sinh dịch bệnh nguy hiểm nhƣ: viêm đƣờng hô hấp cấp tính (SARS), cúm A/H5N1, sốt phát ban, sốt xuất huyết Dengue, viêm não Nhật Bản, tiêu chảy cấp…v.v đe dọa đến sức khoẻ cộng đồng Việc phát hiện, khống chế ngăn chặn kịp thời tác nhân gây bệnh truyền nhiễm yêu cầu cấp thiết nhằm giảm thiểu nguy tác hại đến sức khoẻ thiệt hại mặt kinh tế, xã hội Chính vậy, việc làm cần thiết phải phát nhanh, nhạy sàng lọc đƣợc mầm bệnh truyền nhiễm để ngăn chặn kịp thời trình lây lan tác nhân gây bệnh Hiện nay, có nhiều kĩ thuật phƣơng pháp đƣợc sử dụng để phát nhanh loại vi rút, vi khuẩn gây bệnh nhƣ kĩ thuật nuôi cấy enzyme ELISA, phƣơng pháp phản ứng chuỗi polymer (PCR), phƣơng pháp tế bào Đây phƣơng pháp truyền thống có ƣu điểm độ xác cao Tuy nhiên, nhƣợc điểm phƣơng pháp thời gian phân tích chậm (có thể hàng vài ngày), đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền, ngƣời thao tác phải đƣợc đào tạo chuyên nghiệp, trình phát phải đƣợc thực Bệnh viện, phòng thí nghiệm chẩn đoán đạt tiêu chuẩn an toàn sinh học, không kiểm tra đƣợc thực địa, dẫn đến hạn chế trình ứng dụng Do đó, việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị có khả khắc phục đƣợc số nhƣợc điểm phƣơng pháp truyền thống đƣợc nhà khoa học quan tâm, đầu tƣ nghiên cứu Một số thiết bị đƣợc sử dụng để khắc phục số nhƣợc điểm thiết bị truyền thống cảm biến sinh học (biosensor) Đây thiết bị phân tích có độ nhạy cao, thời gian phân tích nhanh, dễ dàng sử dụng Đặc biệt, nhờ có kích thƣớc nhỏ gọn, sử dụng đơn giản, ngƣời ta sử dụng loại cảm biến Vũ Y Doãn 2016 vùng xa xôi, hẻo lánh, phục vụ cho việc ngăn ngừa dịch bệnh bảo vệ sức khỏe cộng đồng Hiện nay, việc nghiên cứu chế tạo, sử dụng cảm biến sinh học để phát vi khuẩn gây bệnh môi trƣờng có thành công số đối tƣợng vi sinh vật nhƣ: vi khuẩn Samonella [19, 20, 36], Trichophyton rubrum (TR) [24, 50], Candida [43], vi khuẩn Escherichia coli [37, 50] Ở Việt Nam, nghiên cứu cảm biến sinh học đƣợc số nhóm thực có kết bƣớc đầu nhƣ nhóm nghiên cứu cảm biến sinh học trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội [3, 11, 40], Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [12, 21], Đại học Quốc gia Hà Nội [42], Đại học Quốc gia TPHCM [8] Để góp phần vào việc phát triển cảm biến sinh học Việt Nam nhằm phát nhanh, trực tiếp vi sinh vật gây bệnh, nên chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo, tính chất vật liệu dây nano oxit kim loại bán dẫn nhằm ứng dụng cho cảm biến miễn dịch” Trong khuôn khổ đề tài này, nghiên cứu tổng hợp, tính chất vật liệu oxit kẽm (ZnO) nhằmphát triển cảm biến sinh học có độ nhạy độ ổn định cao đƣợc thực Trong đó, phƣơng pháp thuỷ nhiệt đƣợc sử dụng để nghiên cứu tổng hợp vật liệu Các tính chất bản, tƣợng tính chất vật liệu đƣợc quan tâm nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc Ngoài ra, đặt mục tiêu lớn chế tạo hoàn chỉnh loại cảm biến sinh học sở loại vật lịêu nhằm ứng dụng cho lĩnh vực y sinh bảo vệ môi trƣờng Mục tiêu Mục tiêu đề tài  Nghiên cứu tổng hợp, tính chất nano ZnO phƣơng pháp thủy nhiệt  Ứng dụng nano ZnO chế tạo đƣợc để nghiên cứu phát triển cảm biến miễn dịch xác định vi rút gây bệnh tiêu chẩy cấp 10 Vũ Y Doãn 2016 Hình Điện trở vật liệu ZnO chế tạo phương pháp thủy nhiệt với thời gian 3h; 6h; 9h 12h Nhƣ vậy, thấy, qua trình khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp nano ZnO phƣơng pháp thuỷ nhiệt nhận thấy, thông số tối ƣu để tổng hợp nano ZnO điều kiện có Viện AIST nồng độ Zn2+ 0,025M, nhiệt độ thủy nhiệt 1500C, lớp mầm thời gian thủy nhiệt 3h Với điều kiện nano ZnO chế tạo đƣợc có kính thƣớc đƣờng kính khoảng 50 ÷ 100 nm, độ dài ~ 1µm 54 Vũ Y Doãn 2016 Kết nghiên cứu cố định kháng thể 2.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Trong luận văn này, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đƣợc sử dụng để xác định liên kết nhóm chức ZnO kháng thể vi rút rota bề mặt cảm biến Hình 3.9 biểu diễn phổ FTIR (a) kháng thể, (b) nano ZnO, (c) liên kết kháng thể / ZnO nano Phổ đặc trƣng FTIR mẫu kháng thể đƣợc mô tả hình 3.9(a) Chúng ta quan sát thấy rằng, đỉnh dao động 1697 cm-1 liên kết N-H amin I mẫu kháng thể Ở dải phổ dao động 1518 cm-1 đƣợc quy cho liên kết N-H amin II Hình 3.9(b) biểu diễn phổ FTIR nano ZnO Hình phổ FTIR (a) kháng thể, (b) nano ZnO, (c) kháng thể / ZnO nano 55 Vũ Y Doãn 2016 Có thể thấy rằng, đỉnh dao động xung quanh vị trí 1018 cm-1 có liên quan đến liên kết hydro nhóm – OH phân tử nƣớc nhóm – OH bề mặt Đỉnh dao động khoảng 605 535 cm-1 đƣợc cho lien kết Zn-O [18] Khi kháng thể đƣợc hấp thụ nano ZnO, có dịch chuyển đỉnh dao động liên kết NH amin I dao động liên kết NH amin II kháng thể từ 1697 cm-1 1518 cm-1 sang 1708 cm-1 1533 cm-1 Điều khẳng định kháng thể đƣợc cố định bề mặt nano ZnO Ngoài ra, diện lien kết Zn-O đƣợc xác nhận khoảng 476 cm-1 [10] Các đỉnh 1015 cm-1 có liên quan đến nhóm O-H H2O mẫu 2.2 Ảnh kính hiển vi huỳnh quang Kính hiển vi huỳnh quang loại kính quang học sử dụng nguồn ánh sáng kích thích để nghiên cứu, quan sát mẫu sinh học Trong phần này, sử dụng kính hiển vi huỳnh quang để nghiên cứu mật độ kháng thể bề mặt cảm biến sau chúng đƣợc cố định lên bề mặt điện cực Hình 3.10 mô tả ảnh hiển vi huỳnh quang điện cực đƣợc phủ nano ZnO (a), điện cực đƣợc cố định kháng thể phƣơng pháp hấp thụ (b) Nhƣ đƣợc nhìn hình 3.10a thấy rằng, mẫu sinh học (kháng thể), bề mặt điện cực hoàn toàn màu đen Khi kháng thể đƣợc cố định lên bề mặt điện cực, quan sát đƣợc điểm sáng màu xanh với mật độ tƣơng đối đồng (hình 3.10b) Điều xác nhận rằng, kháng thể đƣợc cố định lên bề mặt điện cực thông qua vật liệu ZnO 56 Vũ Y Doãn 2016 Hình 10 Ảnh hiển vi huỳnh quang kháng thể điện cực: (a) điện cực kích hoạt phủ ATPS /ZnO NWSs, (b) cố định kháng thể phương pháp hấp thụ Đặc trƣng C-V cảm biến miễn dịch Để nghiên cứu đặc trƣng cảm biến, sử dụng phƣơng pháp quét tuần hoàn C-V Thế tuần hoàn C-V cảm biến miễn dịch để xác định vi rút Rota đƣợc thực dung dịch PBS có chứa 20 mM [Fe(CN)6]3-/4-, tốc độ quét 100mV/s, với điện cực chuẩn Ag / AgCl Hình 3.11 mô tả đƣờng đặc trƣng trình quét tuần hoàn điện cực đƣợc cố định kháng thể phƣơng pháp hấp phụ vật lý Chúng ta quan sát rằng, điện cực chƣa đƣợc mọc dây nano đƣợc nhúng dung dịch điện phân có chứa đầu dò oxy hóa khử [Fe(CN)6]3-/4-, xuất trình ô xi hoá khử đầu dò, điện tử di chuyển hai điện cực thông qua đầu dò oxi hóa khử [Fe(CN) 6] 3- / 4- Quá trình chuyển điện tích không bị cản trở lớp màng bề mặt điện cực Khi đó, đỉnh dòng ô xi hoá khử đƣợc xác định 132 nA Khi nano ZnO đƣợc phủ lên bề mặt cảm biến, màng mỏng đƣợc hình thành làm cản trở trình chuyển điện tích [Fe(CN) 6] 3- / 4- tới bề mặt cảm biến làm dònggiảm xuống 51,5 nA Khi bề mặt cảm biến đƣợc cố định kháng 57 Vũ Y Doãn 2016 thể vi rút Rota, màng mỏng đƣợc tiếp tục hình thành, dịch chuyển điện tử [Fe(CN) 6] 3- / 4- tiếp tục cản trở lớp màng dẫn đến dòng tiếp tục giảm xuống đến giá trị 33,7 nA Nhƣ vậy, thấy có thay đổi dòng điện cố định kháng thể lên bề mặt cảm biến Do đó, tiếp tục khẳng định đƣợc kháng thể đƣợc cố định bề mặt cảm biến Khi sử dụng cảm biến để xác định vi rút rota thấy, bề mặt điện cực có thay đổi có mặt nồng độ vi rút làm cho dòng điện tục giảm đến 2,08 nA, điều đƣợc quan sát thể hình 3.11 (d) Hình 11 Thế vòng C-V cảm biến miễn dịch a) điện cực; b) điện cực/ ZnO; c) điện cực/ZnO/kháng thể; d) điện cực/ ZnO/ Kháng thể / vi rút Rota Nhƣ vậy, thấy rằng, thay đổi giá trị dòng điện ô xi hoá khử ảnh hƣởng thay đổi bề mặt điện cực Các đỉnh dòng bị thay đổi có thay đổi bề mặt 58 Vũ Y Doãn 2016 điện cực tạo lớp cản trở trình chuyển điện tích đầu dò ô xi hoá khử từ dung dịch đến bề mặt điện cực đặt điện đến điện cực Hình 12 mô tả phụ thuộc nồng độ vi rút ro ta vào đỉnh dòng cảm biến.Khi nồng độ vi rút tăng từ 7,8 × 105 CFU / ml đến 7,8 × 108 CFU / mL, dòng giảm tuyến tính từ 82 nA đến 42 nA Giới hạn phát cảm ứng miễn dịch 7,8 × 105 CFU / mL Hình 13 Thế vòng C-V cảm biến miễn dịch theo nồng độ 59 Vũ Y Doãn 2016 Kết luận Thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo, tính chất vật liệu dây nano oxit kim loại bán dẫn nhằm ứng dụng cho cảm biến miễn dịch” thu đƣợc số kết chủ yếu sau:  Đã tổng hợp thành công đƣợc vật liệu nano ZnO với đƣờng kính 50 – 100 nm, chiều dài ~ µm với điều kiện: lớp mầm, nồng độ Zn2+ 0,025M, nhiệt độ 1500C, thời gian h  Đã cố định đƣợc kháng thể vi rút Rota lên bề mặt cảm biến phƣơng pháp hấp phụ vật lý  Đã ứng dụng đƣợc nano ZnO để chế tạo cảm biến miễn dịch với giới hạn phát 7,8 × 105 CFU / mL Những kết cho thấy khả ứng dụng nano ZnO cho cảm biến miễn dịch y sinh học lĩnh vực môi trƣờng Hƣớng nghiên cứu Đây kết ban đầu để sử dụng nano ZnO để chế tạo cảm biến miễn dịch Trong thời gian tới, tập trung nghiên cứu thông số ảnh hƣởng đến miễn dịch nhƣ: giá trị pH, thời gian phản ứng miễn dịch, nhiệt độ ủ, nồng độ kháng thể vi rút Rota 60 Vũ Y Doãn 2016 Tài liệu tham khảo [1] Ahuja, T., I A Mir, D Kumar, and Rajesh, “Biomolecular immobilization on conducting polymers for biosensing applications,” Biomaterials, vol 28, no 5, pp 791–805, 2007 [2] Ansari, A A., A Kaushik, P R Solanki, and B D Malhotra, “Sol-gel derived nanoporous cerium oxide film for application to cholesterol biosensor,” Electrochem commun., vol 10, no 9, pp 1246–1249, 2008 [3] Chiến, N Đ., “Nghiên cứu chế tạo cảm biến sở vật liệu micro-nano thiết bị kèm theo để kiểm tra số thông số quan trọng môi trƣờng khí nƣớc,” KC02.05/06-10, 2009 [4] Choi, A., K Kim, H Il Jung, and S Y Lee, “ZnO nanowire biosensors for detection of biomolecular interactions in enhancement mode,” Sensors Actuators, B Chem., vol 148, no 2, pp 577–582, 2010 [5] Ge, C., H Li, M Li, C Li, X Wu, and B Yang, “Synthesis of a ZnO nanorod/CVD graphene composite for simultaneous sensing of dihydroxybenzene isomers,” Carbon N Y., vol 95, pp 1–9, 2015 [6] Hames, Y., Z Alpaslan, A Kösemen, S E San, and Y Yerli, “Electrochemically grown ZnO nanorods for hybrid solar cell applications,” Sol Energy, vol 84, no 3, pp 426–431, 2010 [7] Han, X., X Fang, A Shi, J Wang, and Y Zhang, “An electrochemical DNA biosensor based on gold nanorods decorated graphene oxide sheets for sensing platform,” Anal Biochem., vol 443, no 2, pp 117–123, 2013 [8] Hiển, T D., “Nghiên cứu chế tạo cảm biến nano sinh học để chẩn đoán định 61 Vũ Y Doãn 2016 lƣợng số hợp chất sinh học,” KC04.12/06-10, 2010 [9] Hồ, P., “Giáo trình Vật liệu bán dẫn,” NXB Khoa học Kỹ thuật., pp 2–4, 2008 [10] Hoàng, T., “Vật liệu nanocompozit khoáng sét - nhựa dẻo,” NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ, 2012 [11] Huy, T Q., “Nghiên cứu phát triển cảm biến miễn dịch điện hoá để phát virus viêm não Nhật Bản,” Luận án Tiến sĩ, p 2016, 2012 [12] Huy, T Q., “Cố định kháng thể IGM kháng vi rút phƣơng pháp cộng hóa trị cho cảm biến miễn dịch điện hóa,” Vietnam J Chem., pp 2–4, 2011 [13] Huy, T Q., “Cảm biến sinh học sở polyme dẫn phát vi rút gây bệnh,” Luận Văn Thạc Sĩ, 2007 [14] Huy, T Q., “Nghiên cứu phát triển cảm biến miễn dịch điện hoá để phát virus viêm não Nhật Bản,” Luận án Tiến sĩ, 2012 [15] Ivask, A., M Virta, and A Kahru, “Construction and use of specific luminescent recombinant bacterial sensors for the assessment of bioavailable fraction of cadmium, zinc, mercury and chromium in the soil,” Soil Biol Biochem., vol 34, no 10, pp 1439–1447, 2002 [16] Jang, Y., J Park, Y K Pak, and J J Pak, “Immunosensor Based on the ZnO Nanorod Networks for the Detection of H1N1 Swine Influenza Virus,” J Nanosci Nanotechnol., vol 12, no 7, pp 5173–5177, 2012 [17] Jung, J and S Lim, “Applied Surface Science ZnO nanowire-based glucose biosensors with different coupling agents,” Appl Surf Sci., vol 265, pp 24–29, 2013 62 Vũ Y Doãn 2016 [18] Khalil, M I., M M Al-Qunaibit, A M Al-zahem, and J P Labis, “Synthesis and characterization of ZnO nanoparticles by thermal decomposition of a curcumin zinc complex,” Arab J Chem., vol 7, no 6, pp 1178–1184, 2014 [19] Kim, G., S B Park, J.-H Moon, and S Lee, “Detection of pathogenic Salmonella with nanobiosensors,” Anal Methods, vol 5, no 20, pp 5717–5723, 2013 [20] Kim, G., J H Moon, C Y Moh, and J guk Lim, “A microfluidic nanobiosensor for the detection of pathogenic Salmonella,” Biosens Bioelectron., vol 67, pp 243–247, 2015 [21] Lâm, T Đ., “Nghiên cứu chế tạo cảm biến miễn dịch điện hóa không sử dụng chất đánh dấu sở polime chức cấu trúc nano ứng dụng xác định dƣ lƣợng thuốc trừ sâu Atrazine,” Đề tài nhánh ILA – CH Pháp, 2012 [22] Lang, Q., L Han, C Hou, F Wang, and A Liu, “A sensitive acetylcholinesterase biosensor based on gold nanorods modified electrode for detection of organophosphate pesticide,” Talanta, vol 156–157, pp 34–41, 2016 [23] Marie, M., S Mandal, and O Manasreh, “An Electrochemical Glucose Sensor Based on Zinc Oxide Nanorods,” Sensors, vol 15, no 8, pp 18714–18723, 2015 [24] Medyantseva, E P., E V Khaldeeva, N I Glushko, and H C Budnikov, “Amperometric enzyme immunosensor for the determination of the antigen of the pathogenic fungi Trichophyton rubrum,” Anal Chim Acta, vol 411, no 1–2, pp 13–18, 2000 [25] Melorose, J., R Perroy, and S Careas, Zinc Oxide, vol 2015 63 Vũ Y Doãn 2016 [26] Parab, H J., C Jung, J H Lee, and H G Park, “A gold nanorod-based optical DNA biosensor for the diagnosis of pathogens,” Biosens Bioelectron., vol 26, no 2, pp 667–673, 2010 [27] Park, J., X You, Y Jang, Y Nam, M J Kim, N K Min, and J J Pak, “ZnO nanorod matrix based electrochemical immunosensors for sensitivity enhanced detection of Legionella pneumophila,” Sensors Actuators, B Chem., vol 200, pp 173–180, 2014 [28] Patil, D., N Q Dung, H Jung, S Y Ahn, D M Jang, and D Kim, “Enzymatic glucose biosensor based on CeO nanorods synthesized by non-isothermal precipitation,” Biosens Bioelectron., vol 31, no 1, pp 176–181, 2012 [29] Pourshaban, E., H Abdizadeh, and M R Golobostanfard, “A close correlation between nucleation sites, growth and final properties of ZnO nanorod arrays: Sol-gel assisted chemical bath deposition process,” Ceram Int., vol 42, no 13, pp 14721–14729, 2016 [30] Quốc, N V., “Nghiên cứu, chế tạo ứng dụng cảm biến sinh học dựa cấu trúc nano silicon,” Luận Văn Thạc Sĩ, 2010 [31] Quy, N V., “Cảm biến khí dựa cấu trúc vi cân tinh thể thạch anh đƣợc phủ dây nano ZnO,” KC.02/06-10, pp 250–253, 2009 [32] Ramanathan, S., M Ensor, and S Daunert, “Bacterial biosensors for monitoring toxic metals,” vol 7799, no 97, pp 500–506, 1997 [33] Sanguino, P., T Monteiro, S R Bhattacharyya, C J Dias, R Igreja, and R Franco, “ZnO nanorods as immobilization layers for interdigitated capacitive immunosensors,” Sensors Actuators, B Chem., vol 204, pp 211–217, 2014 64 Vũ Y Doãn 2016 [34] Sekine, N., C Chou, W Lek, and Y Yang, “ZnO nano-ridge structure and its application in inverted polymer solar cell,” Org Electron., vol 10, no 8, pp 1473–1477, 2009 [35] SMMahpeykar, J Koohsorkhi, H G., “Ultra-fast microwave-assisted hydrothermal synthesis of long vertically aligned ZnO nanowires for dyesensitized solar cell application,” vol 165602, 2012 [36] Su, X L and Y Li, “A QCM immunosensor for Salmonella detection with simultaneous measurements of resonant frequency and motional resistance,” Biosens Bioelectron., vol 21, no 6, pp 840–848, 2005 [37] Su, X L and Y Li, “A self-assembled monolayer-based piezoelectric immunosensor for rapid detection of Escherichia coli O157:H7,” Biosens Bioelectron., vol 19, no 6, pp 563–574, 2004 [38] Sung, Y M., F C Hsu, C T Chen, W F Su, and Y F Chen, “Enhanced photocurrent and stability of inverted polymer/ZnO-nanorod solar cells by 3hydroxyflavone additive,” Sol Energy Mater Sol Cells, vol 98, pp 103–109, 2012 [39] Thevenot, D., K Toth, R Durst, G Wilson, D Thevenot, K Toth, R Durst, and G Wilson, “Electrochemical biosensors : recommended definitions and classification To cite this version : ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS : RECOMMENDED,” 2013 [40] Thủy, N T., “Cảm biến sinh học sở transistor hiệu ứng trƣờng (FET) sử dụng ống nano carbon,” Luận án Tiến sĩ, 2012 [41] Trung, Đ Q., “Nghiên cứu chế tạo khảo sát trình chuyển pha ZnS/ZnO cấu trúc nano ZnS chiều,” Luận án Tiến sĩ, 2008 65 Vũ Y Doãn 2016 [42] Tuấn, N M., “Nghiên cứu phát triển thiết bị pin nhiên liệu vi sinh vật (Microbial fuel cell) sử dụng làm cảm biến sinh học đánh giá chất lƣợng nƣớc thải,” Luận Văn Thạc Sĩ, 2014 [43] Villamizar, R A., A Maroto, and F X Rius, “Improved detection of Candida albicans with carbon nanotube field-effect transistors,” Sensors Actuators B Chem., vol 136, pp 451–457, 2009 [44] Wang, L., X Gao, L Jin, Q Wu, Z Chen, and X Lin, “Amperometric glucose biosensor based on silver nanowires and glucose oxidase,” Sensors Actuators, B Chem., vol 176, pp 9–14, 2013 [45] Wang, L., Y Kang, X Liu, S Zhang, W Huang, and S Wang, “ZnO nanorod gas sensor for ethanol detection,” Sensors Actuators, B Chem., vol 162, no 1, pp 237–243, 2012 [46] Wang, X., C Hu, H Liu, G Du, X He, and Y Xi, “Synthesis of CuO nanostructures and their application for nonenzymatic glucose sensing,” Sensors Actuators, B Chem., vol 144, no 1, pp 220–225, 2010 [47] Wei, A., X W Sun, J X Wang, Y Lei, X P Cai, C M Li, Z L Dong, and W Huang, “Enzymatic glucose biosensor based on ZnO nanorod array grown by hydrothermal decomposition,” Appl Phys Lett., vol 89, no 12, 2006 [48] Wei, B.-Y., M.-C Hsu, P.-G Su, H.-M Lin, R.-J Wu, and H.-J Lai, “A novel SnO2 gas sensor doped with carbon nanotubes operating at room temperature,” Sensors Actuators B Chem., vol 101, no 1–2, pp 81–89, 2004 [49] Wei, H., Y Wu, N Lun, and C Hu, “Hydrothermal synthesis and characterization of ZnO nanorods,” Mater Sci Eng A, vol 393, no 1–2, pp 80– 82, 2005 66 Vũ Y Doãn 2016 [50] Xu, M., R Wang, and Y Li, “Rapid detection of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella Typhimurium in foods using an electrochemical immunosensor based on screen-printed interdigitated microelectrode and immunomagnetic separation,” Talanta, vol 148, pp 200–208, 2016 [51] Xu, M., Q Li, Y Ma, and H Fan, “Ni-doped ZnO nanorods gas sensor: Enhanced gas-sensing properties, AC and DC electrical behaviors,” Sensors Actuators, B Chem., vol 199, pp 403–409, 2014 [52] Ye, Z., T Wang, S Wu, X Ji, and Q Zhang, “Na-doped ZnO nanorods fabricated by chemical vapor deposition and their optoelectrical properties,” J Alloys Compd., vol 690, pp 189–194, 2017 [53] Zhou, Y., W Wu, G Hu, H Wu, and S Cui, “Hydrothermal synthesis of ZnO nanorod arrays with the addition of polyethyleneimine,” Mater Res Bull., vol 43, no 8–9, pp 2113–2118, 2008 67 Vũ Y Doãn 2016 DANH MỤC CÔNG TRÌNH Vu Y Doan, Pham Hung Vuong, Hoang Lan, Phuong Dinh Tam, “Synthesis of ZnO nanorod for immunosensor application”, Tạp chí Hóa Học số 6, tập 54, năm 2016 Nguyễn Lƣơng Hoàng, Vũ Y Doãn, Phạm Hùng Vƣợng, Phạm Thế Kiên, Vũ Văn Thú, Hoàng Lan, Tạ Thị Nhật Anh, Phƣơng Đình Tâm, “Nghiên cứu tổng hợp dây nano CeO2 phương pháp thủy nhiệt cho ứng dụng cảm biến sinh học”, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ SPMS2015, Tp Hồ Chí Minh 68 ... vật liệu nano thu hút đƣợc ý, quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học toàn giới Hiện nay, nhà khoa học chế tạo đƣợc vật liệu nano với hình dạng khác nhƣ hạt nano (nano practice), nano (nanorod),... học Có thể kể đến công trình Harshala J Parab cộng [26], họ sử dụng nano vàng đƣợc gắn DNA để phát vi rút mầm bệnh Chlamydia khoảng nồng độ 0,25 – 20nM Gần đây, Wang cộng [46] nghiên cứu cảm biến... Ngh a Ký Hiệu APTS 3-aminopropyl triethoxy-silane EDC 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride NHS Sulfo-N-HydroxySuccinimide BSA Bovine Serum Albumin EIS Electrochemical Impedance