Tổng hợp, khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposite fe3o4c và nghiên cứu ứng dụng trong chế tạo cảm biến hydrogen peroxide và glucose

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ ĐÀI TRANG TỔNG HỢP, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE Fe3O4/C VÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO CẢM BIẾN HYDROGEN PEROXIDE VÀ GLUCOSE CHUN NGÀNH: HĨA HỌC VƠ CƠ MÃ SỐ: 8.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Hà Nội – 2019 LỜI CÁM ƠN Trƣớc hết, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Trần Vĩnh Hoàng PGS TS Lê Hải Đăng nh ng ngƣ i thầy hƣớng dẫn tơi tận tình suốt q trình lựa chọn thực đề tài nghiên cứu Tôi xin trân trọng cám ơn thầy khoa Hóa học, Trƣ ng Đại Học Sƣ Phạm Hà Nội thầy Bộ mơn Hóa Vơ - Đại cƣơng, Viện Kỹ thuật Hóa học- Trƣ ng Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện cho học tập, thực hành nghiên cứu khoa học đ hồn thiện luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn dạy dỗ nhiệt tình tâm huyết của thầy giáo suốt khóa học th i gian làm nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè tơi ln quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt th i gian học tập th i gian nghiên cứu thực luận văn Do trình độ nghiên cứu, kỹ trình bày nhiều hạn chế nh ng ngun nhân khách quan khác nên nội dung luận văn khơng th tránh khỏi nh ng thiếu sót; tơi mong nhận đƣợc nh ng ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo, nhà khoa học Tôi xin trân trọng cảm ơn Hà Nội, n tháng 10 năm 2019 Tác giả MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 I Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Khách th đối tƣợng nghiên cứu Giả thiết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp thực nghiệm Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .5 I Tổng quan cảm biến sinh học .5 I.1.1 Khái niệm cảm biến sinh học I.1.2 Lịch sử phát tri n I.1.3 Cấu tạo chung nguyên tắc hoạt động I.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá cảm biến sinh học I.1.4.1 Độ nhạy I.1.4.2 Độ chọn lọc (độ đặc hiệu) .8 I.1.4.3 Giới hạn phát (LOD) .8 I.1.5 Ứng dụng I.1.6 Tại phải xác định nồng độ H2O2 10 I.1.7 Tại phải xác định nồng độ glucose 12 I.1.8 Cảm biến phát glucose 12 I.1.9.1 Tổng quan vật liệu nano từ tính Fe3O4[1] .15 I.1.9.2 Các ki u bao bọc hạt nano[1] .16 I.1.9.3 Các ki u chế tạo hạt nano Fe3O4[1] 17 I.1.9.4 Phƣơng pháp Polyol[1] 20 I.1.9.5 Phƣơng pháp phân li tiền chất h u nhiệt độ cao[1] 21 I.1.9.6 Phƣơng pháp sinh học[1] 21 I.1.9.7 Phƣơng pháp hóa siêu âm[1] 21 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23 II.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị dùng cho nghiên cứu 23 II.1.1 Hóa chất, vật tƣ 23 II.1.2 Dụng cụ thiết bị 23 II.2 Chế tạo vật liệu nano Fe3O4 bọc cacbon (Fe3O4/C) 24 II.2.1 Quy trình chế tạo Fe3O4 24 II.2.2 Quy trình chế tạo nano Fe3O4 bọc cacbon (Fe3O4/C) .25 II.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác tƣơng tự enzyme HRP vật liệu nano Fe3O4/C 26 II.3.1 Khảo sát đặc tính xúc tác vật liệu 26 II.3.2 Tối ƣu hóa điều kiện phản ứng xúc tác nano Fe3O4/C 27 II Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4/C đ chế tạo cảm biến phân tích H2O2 theo phƣơng pháp so màu 28 II.4.1 Khảo sát độ chọn lọc cảm biến H2O2 .28 II.4.2 Xây dựng đƣ ng chuẩn phân tích H2O2 28 II Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4/C đ chế tạo cảm biến sinh học phân tích glucose theo phƣơng pháp so màu 29 II.6 Các phƣơng pháp xác định cấu trúc từ tính vật liệu 29 II.6.1 Phƣơng pháp kính hi n vi điện tử truyền qua(TEM) .29 II.6.2.Phƣơng pháp phổ hấp thụ electron UV- Vis: 30 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 III.1 Kết tổng hợp vật liệu Fe3O4/C Fe3O4 33 III.2 Các đặc trƣng vật liệu nano Fe3O4 bọc cacbon (nano Fe3O4/C) .33 III.2.1 Kết phân tích XRD 33 III.2.2 Kết phân tích ảnh TEM 35 III.2.3 Kết VSM 36 III.3 Nghiên cứu khả xúc tác vật liệu 38 III.3.1 Nghiên cứu phản ứng xúc tác phản ứng đối chứng 38 III.3.2 Khảo sát điều kiện chế tạo ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác hạt nano Fe3O4 40 III.3.4 Đƣ ng chuẩn cảm biến H2O2 xác định số động học (Km) loại xúc tác 45 III.4 Ứng dụng chế tạo cảm biến so màu phân tích H2O2 47 III.5 Ứng dụng chế tạo cảm biến glucose 48 III.5.1 Thí nghiệm control 49 III.5.2.Thí nghiệm độ chọn lọc Glucose vật liệu FeC 15 51 KẾT LUẬN .53 HƢ NG NGHI N CỨU TIẾP THEO .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LI N QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 60 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC KÍ TỰ VIẾT TẮT Ký hiệu Viết đầy đủ dịch tiếng Việt Nghĩa tiếng Việt GOx Glucose Oxidase Enzym oxi hóa glucozo HRP Horseradish peroxidase Một loại enzym peroxidase TMB 3,3’,5,5’-tertramethylbenzidine 3,3’,5,5’-tertramethylbenzidine DNA Deoxyribonucleic acid DNA EG Ethylenglycol Ethylenglycol PEG Poly ethylenglycol Poly ethylenglycol Css - Nồng độ so sánh Cup N-nitrosophenylhydroxylamine N-nitrosophenylhydroxylamine NPs Nanoparticles Hạt nano IDF International Diabetes Federation Liên đoàn đái tháo đƣ ng quốc tế IUPAC International Union of Pure and Theo Hiệp hội quốc tế hóa học Applied Chemistry túy ứng dụng VSM Vibrating Sample Magnetometer Từ kế mẫu rung UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy Quang pổ hấp thụ tử ngoại khả kiến XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscope Kính hi n vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscope Kính hi n vi điện tử truyền qua PBS Phosphate Buffered Saline Dung dịch muối đệm Phosphate CHHBM - Chất hoạt hóa bề mặt DANH MỤC BẢNG Bảng II.1 Thành phần chế tạo mẫu 25 Bảng II.2: Nồng độ tƣơng ứng với mật độ quang A 31 Bảng III.1: Kích thƣớc tinh th trung bình DXRD, số mạng (a) xác định từ phổ XDR kích thƣớc hạt xác định từ ảnh TEM (DTEM) 35 Bảng III.2 Thí nghiệm control 49 DANH MỤC HÌNH Hình I.1 Mơ hình cảm biến glucose hệ .6 Hình I.2 Đầu dò sinh học (là enzyme cụ th ) tƣơng tác với chất phân tích Hình I.3 Sơ đồ mơ q trình oxy hóa TMB H2O2 11 Hình I.4 (a) Cơ chế hoạt động cảm biến quang xác định nồng độ glucose sử dụng enzyme, (b) Các phản ứng xảy (c) cƣ ng độ màu tỷ lệ với nồng độ glucose mẫu, trƣ ng hợp màu hồng hệ 4-AAP/phenol 13 Hình I.5 Sơ đồ phản ứng phƣơng trình I.7 I.8 đ phát glucose theo phƣơng pháp điện hóa[20] 14 Hình I.6 Hình dạng n hình ti u cầu có chứa hạt nano 17 Hình I.7 Cơ chế hình thành phát tri n hạt nano dung dịch 18 Hình I.8 Nhũ tƣơng nƣớc dầu dầu nƣớc 19 Hình I.9 Cơ chế hoạt động phƣơng pháp vi nhũ tƣơng .20 Hình II.1: Quy trình cụ th chế tạo vật liệu Fe3O4 26 Hình II.2:Cấu trúc nguồn phát điện tử TEM 30 Hình II.3 : Cấu trúc cắt ngang thấu kính từ 30 Hình II.4: Máy đo UV- Vis Agilent 8453 ĐH Bách Khoa Hà Nội 32 Hình III (a) Bƣớc tổng hợp nano Fe3O4; (b) bƣớc tổng hợp nano Fe3O4/C (c) mẫu bột nano Fe3O4/C (1:1) thu đƣợc với hình chèn ảnh TEM nano Fe3O4; nano Fe3O4/C 33 Hình III.2: Phổ XRD (a) Fe3O4 ; (b) FeC11; (c) FeC12 .34 Hình III.3 Ảnh TEM Fe3O4 ảnh TEM FeC11 với độ phóng đại khác 36 Hình III.4 Phổ VSM Fe3O4 Fe3O4/C với lƣợng glucose khác .38 Hình III.5 Phổ UV-Vis ghi theo th i gian hệ phản ứng: (a) FeC 15 + TMB, (b) TMB + H2O2; (c) TMB + H2O2 + FeC15; (d) So sánh phổ UV-Vis trƣ ng hợp a,b,c sau 30 phút phản ứng; (e) Ba đƣ ng phổ độ hấp thụ quang A phản ứng theo th i gian 39 Hình III.6 (a)Phổ UV- Vis mẫu vật liệu FeC 10 (không thủy nhiệt) với nồng độ H2O2 0.1mM so với mẫu chuẩn, (b) Phổ UV- Vis mẫu vật liệu FeC 10( rửa pH trung tính sau thủy nhiệt) với nồng độ H2O2 0.1mM so với mẫu chuẩn, (c) Phổ UV- Vis mẫu vật liệu FeC 10(pH khoảng sau thủy nhiệt) với nồng độ H2O2 0.1mM so với mẫu chuẩn, (d) Đồ thị so sánh hoạt tính gi a mẫu vật liệu Fe3O4 điều kiện khác 40 Hình III.7a : Phổ UV-Vis hệ H2O2 + TMB + FeC15 nhiệt độ phản ứng thay đổi, (b) Kết độ hấp thụ A tính từ phổ tƣơng ứng (a) .42 Hình III.8: (a)Phổ UV-Vis hệ H2O2 + TMB + FeC15 pH phản ứng thay đổi, (b) Kết độ hấp thụ A tính từ phổ tƣơng ứng(c) .43 Hình III.9a: Phổ UV-Vis hệ H2O2 + TMB + FeC15 nồng độ xúc tác phản ứng thay đổi,(b) Kết độ hấp thụ A tính từ phổ tƣơng ứng (a) 44 Hình III.10: Phổ UV-Vis hệ phản ứng H2O2 + TMB + FeC 15 với (a) xúc tác FeC15 (b) FeC17 .45 Hình III.11 (a) Đồ thị v-C (b) đồ theo phƣơng trình Lineweaver-Burk xúc tác FeC15, (c) giá trị Km loại FeC nghiên cứu đƣợc (d) giá trị Vm hệ xúc tác 46 Hình III.12: Phổ UV-Vis hệ FeC15 + TMB có mặt chất H2O2; lactose; saccarose axit ascorbic 47 Hình III.13: Đƣ ng quan hệ tuyến tính gi a A nồng độ H2O2 hai hệ xúc tác FeC 15 FeC 17 48 HìnhIII.14 Cơ chế cảm biến glucose sử dụng FeC 15 thay enzyme HRP 49 Hình III.15: (a) Phổ UV- Vis chứng minh vai trò GOx glucose,(b) Phổ UVVis chứng minh vai trò mơi trƣ ng, (c) Đồ thị đƣợc suy từ phổ (a), (d) Đồ thị đƣợc suy từ phổ (b) 50 Hình III.16 (a) Phổ UV- Vis độ chọn lọc glucose so với chất Absobic acid, Lactozo, Sacarozo với nồng độ 0.5mM, (b) Đồ thị ghi tín hiệu cảm biến thí nghiệm độ chọn lọc glucose so với chất asorbic acid, lactose, sacarose với nồng độ 0.5mM .51 MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Cảm biến sinh học đƣợc ứng dụng thực tế xét nghiệm chẩn đoán lâm sàng nhƣ que thử đƣ ng máu, axit uric, hay cholesterol; hay que thử thai, xét nghiệm DNA, xét nghiệm sàng lọc ung thƣ cảm biến sinh học n hình Ngày này, ứng dụng cảm biến sinh học rộng lớn đa dạng, không đ xét nghiệm chẩn đốn lâm sàng mà ki m sốt an tồn thực phẩm, ki m sốt mơi trƣ ng, phát ma túy, cocain…Trong nghiên cứu cảm biến sinh học Việt Nam Bệnh ti u đƣ ng nh ng bệnh nguy hi m mang tính th i đại theo Liên đoàn Đái tháo đƣ ng quốc tế (International Diabetes Federation- IDF) ƣớc tính năm 2010 có khoảng 344.000.000 ngƣ i bị ti u đƣ ng có th tăng lên đến 600.000.000 vào năm 2030 Điều đáng tiếc nhiều ngƣ i khơng biết bị mắc bệnh ti u đƣ ng bệnh phát tri n âm thầm khó nhận biết Đ theo dõi phát sớm bệnh ti u đƣ ng, phƣơng pháp theo dõi nồng độ glucose máu Hiện có phƣơng pháp xét nghiệm sinh hóa bệnh viện máy đo đƣ ng huyết cá nhân có th dùng Cả hai phƣơng pháp dùng hệ enzyme glucose oxidase (GOx) có chức oxi hóa glucose tạo axit gluconic giải phóng H2O2, enzyme horseradish peroxidase (HRP) có chức xúc tác phân hủy H2O2 đ oxi hóa chất thị đ thu tín hiệu màu, qua cƣ ng độ màu thị biết nồng độ glucose cao hay thấp Trong HRP enzyme nhạy với ánh sáng, gặp ánh sáng bất hoạt, enzyme nhạy cảm với nhiệt độ, pH nhƣ ion hệ phân tích Do có nhiều cơng trình giới nghiên cứu vật liệu vơ có hoạt tính xúc tác có th thay enzyme HPR đ màu có độ bền tốt hơn, sử dụng dễ dàng HRP Trên sở kế thừa kết nghiên cứu tổng hợp đặc tính vật liệu nano, tham khảo ứng dụng hoạt tính xúc tác tƣơng tự enzyme peroxidase số hệ vật liệu nano, khảo sát đối tƣợng cảm biến sinh học tiềm ứng dụng chúng, chọn đề tài: “Tổng hợp, khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu nanocomposite Fe3O4/C nghiên cứu ứng dụng chế tạo cảm biến hydrogen peroxide glucose” với mục đích nghiên cứu hoạt III.10b) (đối với xúc tác FeC17) Kết cho thấy tăng nồng độ H2O2 cƣ ng độ pic hấp thụ bƣớc sóng 652nm (A652) tăng tuyến tính, chứng tỏ hệ phản ứng có khả nhận biết thay đổi nồng độ H2O2 chí nồng độ thấp, hệ có th dùng làm cảm biến hóa học đ phát H 2O2 nhƣ có th tích hợp với enzyme đặc hiệu khác nhƣ glucose oxidase hay cholesterol oxidase đ xét nghiệm glucose hay cholesterol Hình III.11 (a) Đồ thị v-C (b) đồ theo phương trình Lineweaver-Burk xúc tác FeC15, (c) giá trị Km loại FeC nghiên cứu (d) giá trị Vm hệ xúc tác Tiến hành thí nghiệm tƣơng tự cho hệ xúc tác lại đ ứng dụng phƣơng trình Lineweaver-Burk nhằm tính tốn số xúc tác FeC Trên (hình III.11a) (hìnhIII.11b) ví dụ cách tính tốn Đ xây dựng đồ thị theo phƣơng trình Lineweaver-Burk, [C] nồng độ khác chất đƣợc thay đổi nồng độ, vận tốc ban đầu V đƣợc tính tốn cơng thức III.2: (III.2) Trong đó: t th i gian phản ứng, [C*] nồng độ chất thay đổi nồng độ phản ứng, đƣợc tính theo định luật Lambert-Beer: 46 A=l.ε.C (III.3) với b = 1cm, ε = 39000 M/cm [3, 33]Từ giá trị V [C], ta dựng đƣợc đồ thị tuân theo phƣơng trình Michaelis-Menten Lineweaver-Burk tƣơng ứng với H2O2 (hình III.11a hình III.11b) Từ đồ thị thu đƣợc qua hai phƣơng trình động học trên, tính tốn đƣợc số Km xúc tác FeC nhƣ (hình III.11c) Vmax nhƣ (hình III.11d) Trong đồ thị (hình III.11c) cho thấy có nano Fe3O4 khơng đƣợc bọc cacbon hiệu xúc tác (K m lớn nhất), có bọc cacbon hiệu xúc tác tăng lên đột ngột có lẽ vai trò hấp phụ/tiếp nhận trung gian chất lên bề mặt xúc tác lớp vỏ cacbon Bởi chiều dày lớp vỏ tăng hiệu xúc tác thay đổi khơng đáng k Tuy nhiên theo giá trị thu đƣợc FeC15 có hiệu xúc tác cao có lẽ tỷ lệ có cân gi a khả hấp phụ/nhả nhấp phụ chất phản ứng tối ƣu Ở (hình III.11d) ta thấy giá trị vận tốc xúc tác cực đại (V max) gần nhƣ ngang có bọc cacbon, mẫu nano Fe3O4 bọc cacbon Vmax thấp (chỉ 20% so với không bọc) Với kết FeC15 đƣợc chọn đại diện tối ƣu đ phát tri n ứng dụng làm cảm biến sinh học III.4 Ứng dụng chế tạo cảm biến o màu ph n tích H2O2 Hình III.12: Phổ UV-Vis hệ FeC15 + TMB có mặt chất H2O2; lactose; saccarose axit ascorbic 47 Vật liệu FeC15 đƣợc lựa chọn đ khảo sát hoạt tính xúc tác, nhƣ kết th (hình III.12), có với chất H2O2 (đƣ ng i) phổ UV-Vis có pic hấp thụ bƣớc sóng 652nm đặc trƣng TMB dạng oxi hóa có cƣ ng độ cao; với chất khác nhƣ lactose (đƣ ng ii); saccarose (đƣ ng iii) pic hấp thụ có cƣ ng độ bé lần so với H2O2; chí với axit ascorbic (đƣ ng iv) khơng thấy pic xuất Thử với vài chất khác cho kết tƣơng tự, chứng tỏ phản ứng chọn lọc đặc trƣng Ở (hình III.13) cho thấy đƣ ng quan hệ tuyến tính gi a A652nm với CH2O2 hệ xúc tác FeC15 FeC17, hai đƣ ng gần nhƣ song song, nhiên CH2O2= mM A652nm mẫu FeC17 cao FeC15 nên độ chọn lọc xúc tác FeC17 thấp FeC15 Hơn n a độ dốc đƣ ng chuẩn với FeC15 cao 10% so với FeC17 nên độ nhạy xúc tác FeC15 cao Giới hạn phát H2O2 hai cảm biến cỡ 0,01 mM Ngoài ra, m thú vị cảm biến H2O2 sở xúc tác FeC có th quan sát mắt thƣ ng đ phân biệt nồng độ H2O2 Hình III.13: Đường quan hệ tuyến tính A nồng độ H2O2 hai hệ xúc tác Fe3O4/C 15 Fe3O4/C 17 III.5 Ứng dụng chế tạo cảm biến gluco e Với cảm biến H2O2 đƣợc chế tạo trên, kết hợp với enzyme đặc hiệu glucose glucose oxidase (GOx), nhóm nghiên cứu thiết lập đƣợc cảm biến định lƣợng glucose Glucose tác dụng với oxy (O2) dƣới xúc tác GOx, tạo sản phẩm axit gluconic H2O2 theo phản ứng III.4: 48 GOx Glucose + O2 Axit gluconic + H2O2 (III.4) H2O2 tạo từ phản ứng đƣợc tác dụng với TMB dƣới xúc tác FeC 15 tƣơng tự nhƣ cảm biến H2O2 nêu Phản ứng gi a glucose GOx đƣợc phản ứng 30oC, môi trƣ ng đệm PBS có pH = 7, tất nh ng điều kiện điều kiện nhà sản xuất enzyme GOx đề nghị HìnhIII.14 Cơ chế cảm biến glucose sử dụng FeC 15 thay enzyme HRP Cảm biến glucose đƣợc nhóm nghiên cứu khảo sát độ chọn lọc xây dựng đƣ ng chuẩn đ khảo sát khoảng tuyến tính, độ nhạy cảm biến III.5.1 Thí nghiệm control Bảng III.2 Thí nghiệm control Thành phần Mẫu Thể tích thành phần (µL) GOx Đệm a etat (2mg/mL) (pH=4) Mẫu 0 200 100 Mẫu 100 0 200 Mẫu 100 100 100 Mẫu 100 100 0 100 Mẫu 100 0 100 100 H2O PBS Glucose (1mM) 49 Hình III.15: (a) Phổ UV- Vis chứng minh vai trò GOx glucose,(b) Phổ UV-Vis chứng minh vai trò mơi trường, (c) Đồ thị suy từ phổ (a), (d) Đồ thị suy từ phổ (b) Nhìn vào phổ UV- Vis (hình III.15a) (hình II.15b) ta có th thấy glucose bị phân hủy mơi trƣ ng đệm PBS có mặt enzyme GOx Trong môi trƣ ng đệm axetat mơi trƣ ng trung tính glucose bị phân hủy enzyme GOx nhiên hiệu suất phản ứng không cao Điều đƣợc th rõ đồ thị hình III.15d (M3)và hình III.15d (M4) Enzyme GOx hoạt động có mặt Glucose glucose bị phân hủy tạo thành H2O2 có mặt enzyme GOx điều đƣợc th rõ quan sát phổ UV-Vis hình III.15a [9] Glucose dƣới tác dụng enzyme GOx bị phân hủy tạo thành H2O2 theo phƣơng trình (III.5) 50 Phản ứng đạt hiệu suất cao đƣợc thực môi trƣ ng đệm PBS Từ ta có th chế tạo cảm biến glucose thông qua việc xác định gián tiếp nồng độ H2O2 đƣợc sinh từ phản ứng (III.5) III.5.2.Thí nghiệm độ chọn lọc Glucose vật liệu FeC 15 Hình III.16 (a) Phổ UV- Vis độ chọn lọc glucose so với chất Asorbic acid, Lactose, Sacarose với nồng độ 5mM, (b) Đồ thị ghi tín hiệu cảm biến thí nghiệm độ chọn lọc glucose so với chất asorbic acid, lactose, sacarose, với nồng độ 0.5mM 51 Vật liệu FeC15 đƣợc lựa chọn đ khảo sát hoạt tính xúc tác, nhƣ kết th (hình III.16), có với chất Glucose(M1) dƣới xúc tác enzyme GOx môi trƣ ng đệm PBS phổ UV-Vis có pic hấp thụ bƣớc sóng 652nm đặc trƣng TMB dạng oxi hóa có cƣ ng độ cao; với chất khác nhƣ lactose (M3); saccarose (M4) pic hấp thụ có cƣ ng độ bé so với glucose; chí với axit ascorbic (M6) dƣới xúc tác enzyme GOx môi trƣ ng đệm PBS khơng thấy pic xuất Thử với vài chất khác cho kết tƣơng tự, chứng tỏ phản ứng chọn lọc đặc trƣng 52 KẾT LUẬN Qua trình thực nghiệm tổng hợp, khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu nanocomposite Fe3O4/C nghiên cứu ứng dụng chế tạo cảm biến hydrogen peroxide glucose, luận văn thu đƣợc nh ng kết sau đây: Đã xây dựng đƣợc quy trình chế tạo thành cơng vật liệu Fe3O4/C nanocomposit hạt nano hình cầu với lõi Fe3O4 vỏ lớp cacbon vơ định hình, phƣơng pháp thủy nhiệt đồng kết tủa phƣơng pháp đơn giản có độ lặp lại cao Đã sử dụng phƣơng pháp hóa lý đại đ nghiên cứu đặc trƣng vật liệu Fe3O4/C nanocomposite chế tạo đƣợc, gồm phƣơng pháp phân tích XRD đo TEM khẳng định hạt Fe3O4/C nanocomposite điều chế phƣơng pháp thủy nhiệt có kích thƣớc nano khoảng 20-30 nm với vỏ cacbon vơ định hình dày khoảng 2-3 nm Nghiên cứu đƣợc điều kiện tối ƣu phản ứng độ chọn lọc H2O2 Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tối ƣu phản ứng 40oC, pH=4 th i gian 20 phút Bƣớc đầu thực thí nghiệm đ chế tạo cảm biến hydrogen peroxide glucose nhận thấy vật liệu có hoạt tính tốt, cho phép ứng dụng đ thay enzyme HRP cảm biến sinh học so màu Các thí nghiệm độc lập cho thấy rõ vai trò xúc tác thay enzyme HRP vật liệu nanocomposit Fe3O4/C chế tạo cảm biến sinh học glucose theo chế cảm biến so màu Khảo sát độ đặc hiệu của cảm biến sinh học phân tích glucose với chất không đặc hiệu nhƣ absobic acid , lactose, sacarose cảm biến cho tín hiệu đầu thấp (gần nhƣ khơng), tín hiệu rõ ràng với có mặt glucose Kết chứng minh cảm biến có độ chọn lọc tốt độ đặc hiệu tốt, hồn tồn có th ứng dụng đ phân tích glucose 53 HƢỚNG NGHI N CỨU TIẾP THEO Khảo sát hoạt tính tồn hệ xúc tác thực nghiệm với mẫu vật liệu khác có bề dày lớp vỏ khác nhƣ FeC 17, FeC 110 đ có nhìn tổng quan Áp dụng cảm biến số mẫu thực nhƣ nƣớc ép hoa quả, s a hay mẫu máu ngƣ i đ đƣa đƣợc kết luận cho việc chế tạo cảm biến với mẫu vật liệu FeC 15 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt Nguyễn Ngọc Hải, chế tạo hạt nano oxit sắt từ tính, Khoa Vật lý, Trƣ ng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Trần Tứ Hiếu, Phân tích trắc quang Vol NXB ĐHQG Hà Nội 2008, Hà Nội Trần Vĩnh Hoàng, Nguyễn Văn Tn, Nguyễn Đức Nghĩa, Bent Piro, and H.D Chinh., A nanocomposite prepared from FeOOH and N-doped carbon nanosheets as a peroxidase mimic, and its application to enzymatic sensing of glucose in human urine Micro chimica Acta, (2018): 185: 270 Trần Vĩnh Hoàng , Chinh D Huynh, Hanh V Tran, and B Piro, Cyclic voltammetry, square wave voltammetry,electrochemical impedance spectroscopy andcolorimetric method for hydrogen peroxide detection based on chitosan/silver nanocomposite Arabian Journal of Chemistry (2018) 11: 453-459 Bùi Thị liễu, Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấu trúc lõi vỏ Fe3O4/C ứng dụng xử lí chất màu h u 2017, ĐH Sƣ Phạm Hà Nội: Luận án thạc sĩ Bùi Thị Liễu, Trần Ngọc Quang, Trần Lê Anh, Lê Văn Trƣ ng, Trần Vĩnh Hoàng, Lê Hải Đăng, and N.Đ Khôi., Tổng hợp vật liệu Fe3O4/C nanocomposite có cấu trúc lõi vỏ ứng dụng việc loại bỏ xanh methylene Tạp chí hóa học, (2017) 55(3e12): 290-295 Luận, P., Phƣơng pháp phân tích phổ nguyên tử, (2006), Hà Nội: NXB ĐHQG Hà Nội Trần Thị Luyến, Nghiên cứu phát tri n cảm biến sinh học điện hóa sở dây nano polypyrrole tích hợp hệ vi lƣu (2017), Luận án tiến sĩ: ĐH Bách khoa Hà Nội II Tiếng Anh 55 A Millan, A Urtizberea, NJO Silva, F Palacio, VS Amaral, E Snoeck, and V Serin, Surface effects in maghemite nanoparticles Journal of magnetism and magnetic materials, (2007) 312(1): L5-L9 A K.Gupta and M.Gupta, Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications Biomaterials, 2005 26(18): 3995-4021 10 David B Williams and C.B Carter, Transmission Electron Microscopy : A Textbook for Materials Science Vol part Springer 11 Engineering and N.A.o.a.N.A.o Engineering., Memorial Tributes: Volume 11 Washington, DC: The National Academies Press, (2007) 342 12 Fiévet F, Lagier J-P, Blin B, Beaudoin B, and F.M Homogeneous and heterogeneous nucleations in the polyol process for the preparation of micron and submicron size metal particles Solid State Ion 1989 32(33): 198-205 13 Graef, M.D., Introduction to Conventional Transmission Electron Microscopy 2003: Cambridge University Press 14 Guilbault, G G.Montalvo, J G., and Jr., A urea-specific enzyme electrode J Am Chem Soc, (1969) 91(8): 2164-2165 15 Heineman, W.R., and W.B Jensen., Leland C Clark Jr (1918- 2005) Biosensors and Bioelectronics, (2006) 21(8): 1403-1404 16 H.Wei, H.Wang, and E., Fe3O4 magnetic nanoparticles as peroxidase mimetics and their applications in H2O2 and glucose detection Anal Chem, (2008) 80(6): 2250-2254 17 Hyeon, T.Lee, S S.Park, J.Chung, Y.Na, and H B., Synthesis of highly crystalline and monodisperse maghemite nanocrystallites without a size-selection process J Am Chem Soc, (2001) 123(51): 12798-12801 56 18 Jin, L.Meng, Z.Zhang, Y.Cai, S.Zhang, Z.Li, C.Shang, L.Shen, and Y., Ultrasmall Pt Nanoclusters as Robust Peroxidase Mimics for Colorimetric Detection of Glucose in Human Serum ACS Appl Mater Interfaces, (2017) 9(11): 10027-10033 19 Jörg RockenbergerErik, C Scher, and A.P Alivisatos, A New Nonhydrolytic Single-Precursor Approach to Surfactant-Capped Nanocrystals of Transition Metal Oxides J Am Chem Soc, (1999) 121(49): 11595-11596 20 Kim K W Wong, Trevor Douglas, Savas Gider, David D Awschalom, and S M, Biomimetic Synthesis and Characterization of Magnetic Proteins (Magnetoferritin) Chem Mater, (1998) 10(1): 279-285 21 Lin, C T.Wang, and S M., Biosensor commercialization strategy - a theoretical approach Front Biosci, (2005) 10: 99-106 22 M.Arturo López-QuintelaJosé and R J, Chemical Reactions in Microemulsions: A Powerful Method to Obtain Ultrafine Particles Journal of Colloid and Interface Science (1993) 158(2): 446-451 23 Massart R and C V, Synthèse en milieu alcalin de magnétite collọdale : contrơle du rendement et de la taille des particules J Chem Phys, (1987) 84: 967 – 973 24 Meldrum, F.C., B.R Heywood, and S Mann, Magnetoferritin: in vitro synthesis of a novel magnetic protein Science, (1992) 257(5069): 522-523 25 Muhammad Nasir, Sajid Rauf, Nawshad Muhammad, Mian Hasnain Nawaz, Aqif Anwar Chaudhry, Muhammad Hamza Malik, Shakir Ahmad Shahid, and A Hayat, Biomimetic nitrogen doped titania nanoparticles as a colorimetric platform for hydrogen peroxide detection Journal of Colloid and Interface Science (2017) 505: 11471157 57 26 N Feltin and M.P Pileni, New Technique for Synthesizing Iron Ferrite Magnetic Nanosized Particles Langmuir, (1997) 13(15): 3927-3933 27 Newman, J.D and A.P Turner, Home blood glucose biosensors: a commercial perspective Biosens Bioelectron, (2005) 20(12): 24352453 28 R Vijayakumara, Yu Koltypina, I Felnerb, and A Gedankena, Sonochemical synthesis and characterization of pure nanometer-sized Fe3O4 particle Materials Science and Engineering (2000) A286: 101-105 29 Rosensweig and R.E., Ferrohydrodynamics Cambridge: Cambridge University Press, (1985) 30 Soner Donmez, Fatma Arslan, Nurşen Sarı, Elvan Hasanoğlu, Özkan, and H Arslan, Glucose biosensor based on immobilization of glucose oxidase on a carbon paste electrode modified with microsphereattached L- glycine Biotechnology and Applied Biochemistry (2016) 31 Song, Y.Qu, K.Zhao, C.Ren, J.Qu, and X., Graphene oxide: intrinsic peroxidase catalytic activity and its application to glucose detection Adv Mater, (2010) 22(19): 2206-2210 32 T Tian, L Ai, X Liu, L Li, and J Jiang, Synthesis of Hierarchical FeWO4 Architectures with {100}-Faceted Nanosheet Assemblies as a Robust Biomimetic Catalyst Industrial & Engineering Chemistry Research, (2015) 54(4): 1171-1178 33 TadaoSugimoto and E E., Formation of uniform spherical magnetite particles by crystallization from ferrous hydroxide gels Journal of Colloid and Interface Science, (1980) 74(1): 227-243 34 Updike and S.J.G.P Hicks, The Enzyme Electrode Nature, (1967) 214: 986 35 Yoo, E H.Lee, and S Y., Glucose biosensors: an overview of use in clinical practice Sensors (Basel), (2010) 10(5): 4558-4576 58 36 Yuliia Kosto, Alessandra Zanut, Stefano Franchi, Yurii Yakovlev, Ivan Khalakhan, Vladimír Matolín, Kevin Charles Prince, Giovanni Valenti, Francesco Paolucci, and N Tsud, Electrochemical activity of the polycrystalline cerium oxide films for hydrogen peroxide detection Applied Surface Science, (2019) 488: 351-359 37.Zhang, T., Y Lu, and G Luo, Synthesis of hierarchical iron hydrogen phosphate crystal as a robust peroxidase mimic for stable H(2)O(2) detection ACS Appl Mater Interfaces, (2014) 6(16): 14433-14438 38 W.Shi, W.Wang, Q.Long, Y.Cheng, Z.Chen, S.Zheng, H.Huang, and Y., Carbon nanodots as peroxidase mimetics and their applications to glucose detection Chem Commun (Camb), (2011) 47(23): 6695-6697 59 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LI N QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Nguyễn Thị Đài Trang, Nguyễn Đức Nghĩa, Trần Vĩnh Hoàng, Lê Hải Đăng (2019), Tổng hợp khảo sát hoạt tính xúc tác tươn tự enzyme peroxidase loại vật liệu nano composite Fe3O4 cấu trúc lõi/ vỏ, Tạp chí hóa học, 57(2e1,2), 2019, trang 1-5 60 ... hệ vật liệu nano, khảo sát đối tƣợng cảm biến sinh học tiềm ứng dụng chúng, chọn đề tài: Tổng hợp, khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu nanocomposite Fe3O4/C nghiên cứu ứng dụng chế tạo cảm biến. .. 36 III.3 Nghiên cứu khả xúc tác vật liệu 38 III.3.1 Nghiên cứu phản ứng xúc tác phản ứng đối chứng 38 III.3.2 Khảo sát điều kiện chế tạo ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác hạt nano... enzyme glucose oxidase (GOx) đ chế tạo cảm biến so màu xét nghiệm glucose Khách thể đối tƣợng nghiên cứu - Vật liệu tạo cấu trúc lõi vỏ Fe3O4/C - Nghiên cứu ứng dụng chế tạo cảm biến hydrogen