Các hạt nano kim loại quý, đặc biệt là hạt nano bạc(AgNP), đã thu hút được sự chú ý đáng kể do đặc tính quang học độc đáo và đặc trưng của phổ plasmon bề mặt. Phổ này sẽ bị thay đổi khi có các tác nhân tấn công sự tồn tại hoặc làm biến dạng hình học các hạt AgNPs và bằng mắt thường cũng có thể quan sát được sự biến đổi này.Vì vậy thời gian gần đây có nhiều nghiên cứu ứng dụng các tính chất này để chế tạo cảm biến hóa học, sinh học. Tuy nhiên để đáp ứng cho các ứng dụng này thì AgNPs yêu cầu có độ sạch cao trong mẫu không có dư lượng sản phẩm phụ hoặc các sản phẩm phụ không ảnh hưởng/ tương tác với các chất trong hệ ứng dụng của AgNPs. Do đó các phương pháp truyền thống tổng hợp AgNPs tỏ ra bị hạn chế khi sản xuất nano bạc cho các ứng dụng này. Để khắc phục hạn chế đó, tôi chọn đề tài: “Tổng hợp vật liệu nano bạc/chấm lượng tử graphen (AgNPs/GQDs) và ứng dụng”. Trong công trình này, chúng tôi trình bày phương pháp “xanh” để tổng hợp các hạt nano bạc (silver nanoparticles- AgNPs), trong đó điểm mới là sử dụng các hạt nano cacbon (hay chấm lượng tử graphen -GQDs) làm chất khử và đồng thời làm chất ổn định. Tiếp đó chúng tôi dùng AgNPs tổng hợp được để làm đầu dò đa chức năng để chế tạo cảm biến hydrogen peroxit (H2O2), tiếp đó, chúng tôi kết hợp cảm biến H2O2 và enzyme cholesterol oxidase (ChOx) để chế tạo cảm biến cholesterol theo phương pháp so màu. Đây đều là các nội dung nghiên cứu mới và có ý nghĩa thực tiễn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Ngọc Lan TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO BẠC/CHẤM LƢỢNG TỬ GRAPHEN (AgNPs/GQDs) VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA VÔ CƠ Hà Nội - 2019 i BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Ngọc Lan TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO BẠC/ CHẤM LƢỢNG TỬ GRAPHEN (AgNPs/GQDs) VÀ ỨNG DỤNG Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Hƣớng dẫn 1: TS Trần Vĩnh Hoàng Hƣớng dẫn 2: GS.TS Trần Đại Lâm Hà Nội - 2019 ii LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người thầy tận tình hướng dẫn tơi TS Trần Vĩnh Hồng GS TS Trần Đại Lâm Tơi xin chân thành cảm ơn Bộ mơn Hóa Vơ Đại cương, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện cho làm thực nghiệm, đo mẫu thời gian qua Trong trình nghiên cứu, tơi nhận động viên, giúp đỡ các thầy cô- Viện Hàn lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, bạn bè ủng hộ cho tơi lời khun bổ ích Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp người thân sát cánh bên tơi để tơi hồn thiện khóa học iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình Tác giả luận văn Nguyễn Thị Ngọc Lan iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt AgNPs Silver Nanoparticles Hạt nano bạc TEM Transmission Electron Microscope Ảnh hiển vi điện tử truyền qua SEM Scanning Electron Microscope Ảnh hiển vi điện tử quét EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán xạ lƣợng PL Photoluminescence Huỳnh quang XRD X-rays diffraction Nhiễu xạ tia X FT-IR Fouier Tranfomation IifraRed spectrum Phổ hồng ngoại DLS Dynamic Light Scattering Phƣơng pháp đo phân bố kích thƣớc hạt phƣơng pháp tán xạ UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy Quang phổ hấp thụ phân tử WHO World Health Organization Tổ chức Y tế giới IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry Liên minh Quốc tế Hóa học Tinh khiết Hóa học ứng dụng ChOx Cholesterol Oxidase Enzyme oxi hóa Cholesterol HRP Horseradish peroxidase Enzyme Horseradish peroxidase v MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v MỤC LỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG DANH MỤC BẢNG BIỀU MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 CẢM BIẾN SINH HỌC, CẤU TRÚC, CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG VÀ PHÂN LOẠI 11 1.1.1.Định nghĩa cảm biến sinh học 11 1.1.2 Cấu trúc thành phần cảm biến sinh học 12 1.1.2.1 Đầu thu sinh học (capture probe) 12 1.1.2.2 Bộ phận chuyển đổi 14 1.1.3 Cảm biến so màu 15 1.1.4 Các đặc trƣng cảm biến sinh học 16 1.1.4.1 Độ nhạy 16 1.1.4.2 Độ chọn lọc (độ đặc hiệu) 17 1.1.4.3 Giới hạn phát (LOD) 17 1.1.5 Một số ứng dụng cảm biến sinh học 18 1.1.5.1 Ứng dụng kiểm tra an toàn thực phẩm kiểm sốt mơi trƣờng 18 1.1.5.2 Ứng dụng y sinh học chẩn đoán lâm sàng 19 1.1.5.3 Kiểm tra an ninh, phòng chống ma túy, đảm bảo an ninh -quốc phòng 20 1.2 ENZYME VÀ CẢM BIẾN ENZYME CHOLESTEROL 20 1.2.1 Enzyme 20 1.2.2 Cấu trúc phân tử đặc tính xúc tác ƣu việt enzyme 20 1.2.2.1 Thành phần cấu tạo Error! Bookmark not defined 1.2.2.2 Trung tâm hoạt động enzymeError! Bookmark not defined 1.2.2.3 Đặc điểm xúc tác enzyme 21 1.2.4 Tính đặc hiệu enzyme 22 1.2.5 Đơn vị đo hoạt độ chế phẩm enzyme 22 1.2.6 Cholesterol oxidase 23 1.3 CHOLESTEROL VÀ BỆNH RỐI LOẠN MỠ MÁU 24 1.3.1 Cholesterol bệnh rối loạn mỡ máu 24 1.3.2 Các phƣơng pháp xét nghiệm nồng độ cholesterol 25 1.3.2.1 Phƣơng pháp so màu sở sử dụng enzyme đặc chủng nhƣ cholesterol oxidase (ChOx) 25 1.3.2.2 Xét nghiệm máy đo sử dụng cảm biến sinh học điện hóa sử dụng enzym đặc chủng 26 1.3.3 Các xu hƣớng phát triển cảm biến cholesterol 27 1.3.3.1 Tổng hợp ứng dụng vật liệu thay enzyme cholesterol oxidase (ChOx) chế tạo cảm biến 27 1.3.3.2 Tổng hợp sử dụng vật liệu có hoạt tính xúc tác thay enzyme peroxidase (POD) 28 1.4 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN VĂN 30 1.4.1 Vật liệu chấm graphen lƣợng tử (Graphene quantum dots-GQDs) 30 1.4.2 Vật liệu nano bạc (silver nanoparticles- AgNPs) 33 1.5 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 34 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 36 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 36 2.1.1 Hóa chất, vật liệu 36 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 36 2.2 CHẾ TẠO VẬT LIỆU CQDs VÀ AgNPs/GQDs 37 2.2.1 Chế tạo cacbon dots phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom-up) 37 2.2.2 Chế tạo vật liệu nano Ag/Cacbon dots (AgNPs/GQDs) 37 2.3 CHẾ TẠO CẢM BIẾN H2O2 VÀ CHOLESTEROL 37 2.3.1 Chế tạo cảm biến phát hydrogen peroxide 37 2.3.2 Chế tạo cảm biến cholesterol 38 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU VÀ CẢM BIẾN 39 2.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction-XRD ) 39 2.4.2 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 41 2.4.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 42 2.4.4 Phổ hấp thụ electron (UV-Vis) 43 2.4.5 Phổ tán sắc lƣợng tia X (EDX) 45 2.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 46 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU 47 3.1.1 Đặc trƣng chấm graphen lƣợng tử (Graphene quantum dots- GQDs) 47 3.1.2 Đặc trƣng vật liệu AgNPs/GQDs 48 3.2 CHẾ TẠO CẢM BIẾN HYDROGEN PEROXIDE TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU AgNPs/GQDs 54 3.2.1 Khảo sát thời gian phản ứng tìm hiểu chế phản ứng 54 3.2.2 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ hydrogen peroxide (H2O2) 60 3.2.3 Bộ kit xét nghiệm xác nồng độ hydrogen peroxide (H2O2) 62 3.3 CHẾ TẠO CẢM BIẾN CHOLESTEROL TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU AgNPs/GQDs 63 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 69 HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC – BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngun lý cấu tạo cảm biến sinh học[2] 11 Hình Các kiểu đầu thu sinh học phổ biến cảm biến sinh học 13 Hình 1.3 Phân loại cảm biến sở phận chuyển đổi (transducer)[34] 14 Hình 1.4 Cảm biến so màu phổ dụng: (a) giấy đo độ pH; (b) Hộp que thử 10 thông số nước tiểu (c) màu sắc ứng với nồng độ 10 thông số que thử nước tiểu; (d) giấy thử hàn the thực phẩm; (e) kit xác định hàm lượng methanol rượu (f) que thử thai 15 Hình 1.5 Cảm biến phát ion Hg2+ sở hạt nano Au chức hóa DNA[37] Error! Bookmark not defined Hình (A) Sự thay đổi màu sắc hỗn hợp dung dịch AuNPs-T-ssDNA bổ sung Hg2+ với nồng độ khác (B) màu sắc dung dịch có mặt ion kim loại khác nhau.[38] Error! Bookmark not defined Hình 1.7 (a) Bộ kit cảm biến sinh học để phân tử nấm aflatoxin B1 thực phầm theo nguyên lý ELISA [39]và (b) Bộ kit xét nghiệm dư lượng thuốc bảo vệ thực vật nước [40] 18 Hình 1.8 (a) Bộ xét nghiệm virus HIV tuyp 1,2 dựa cảm biến sinh học kiểu ELISA [39] (b) máy đo đường huyết cá nhân theo dõi nồng độ glucose máu 19 Hình 1.9 (a) Mơ hình Fisher (b) Mơ hình KoshlandError! Bookmark not defined Hình 1.10 (a) Cấu trúc enyzme Cholesterol Oxidase; (b) Sơ đồ cấu trúc cholesterol (c) cấu trúc cholest-4-en-3-one 23 Hình 1.11 Mơ hình mơ tả tác hịa làm tắc mạch máu, xơ vữa động mạch cholesterol 24 Hình 1.12 Sơ đồ phản ứng enzyme dùng để xét nghiệm cholesterol theo phương pháp so màu 26 Hình 1.13 (A) Bộ dụng cụ đo nồng độ cholesterol máu: (1) hộp đựng que thử; (2) than máy đo; (3) kim chích máu; (4) que đo (5) bút chích máu (B) Cấu trúc que thử 27 Hình 14.Cảm biến so màu xác định nồng độ cholesterol không dùng enzyme sở hạt AuNPs@C[42] Error! Bookmark not defined Hình 1.15 Cảm biến àu cholesterol sửu dụng hạt nano vàng (lõi)/bạc (vỏ) thay enzyme POD [43] 28 Hình 1.16 Nguyên lý phát cholesterol phương pháp so màu sử dụng hạt graphen nano (GQDs) thay enzyme HRP[54] 30 Hình 17 Sơ đồ cấu trúc vật liệu nano cacbon[56] 31 Hình 1.18 Hai nguyên lý tổng hợp GQDs 32 Hình 19 (a) Dung dịch nano bạc (nano Ag); (b) Phổ UV-Vis dung dịch nano Ag (c) ảnh TEM hạt nano Ag chế tạo luận văn 33 Hình 2.1 Sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể 40 Hình 2.2 Độ tù pic phản xạ gây kích thước hạt 40 Hình 2.3 Thiết bị đo nhiễu xạ tia X 41 Hình 2.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua đại 42 Hình 2.5 Máy đo phổ hồng ngoại (FTIR) 43 Hình 2.6 Bước chuyển electron phân tử 44 Hình 2.7 Hệ đo UV–Vis Agilent 8453 45 Hình 3.1 Cơ chế hình thành hạt GQDs dots theo phương pháp từ lên (bottom-up) 47 Hình 2.(A) Phổ UV-Vis GQDs (B) phổ FL GQDs với bước sóng kích thích khác nhau; (C) Ảnh TEM of GQDs;(D) Màu sắc dung dịch GQDs mẫu nước ánh sáng thường (trái) tia UV (phải) 48 Hình 3.3 Cơ chế tạo thành vật liệu AgNPs/GQDs 49 Hình 3.4 (A) Phổ UV-Vis (a) GQDs, (b) AgNPs/GQDs; (B) Phổ XRD (a) GQDs (b) AgNPs/GQDs 50 mẫu Kết thể hình 3.14B Đƣờng chuẩn tuyến tính thu đƣợc cách vẽ đồ thị quan hệ A/A (%) hay max với nồng độ H2O2 biểu diễn dạng thập phân (hình 3.13a 3.13b) dạng logarit (hình 3.13c 3.13d) Kết cho thấy đƣờng chuẩn có vùng tuyến tính; vùng nồng độ thấp từ – 0,1 mM H2O2 với phƣơng trình tuyến tính nhƣ hình (R2 = 0,948) vùng nồng độ cao từ 0,1 – 0,5 mM H2O2 (R2=0,955) Giới hạn phát (LOD) cảm biến thấp cỡ 0,01 mM H2O2 ( 10 μM) cho thấy cảm biến có độ nhạy cao Hình 3.2 (A) Phổ UV-Vis cảm biến H2O2 với nồng đô H2O2 khác từ 0, 0.5; 1; 5; 10; 20; 30; 40; 50 100 μM H2O2;(B) Đường chuẩn cảm biến để xác định nồng độ H2O2 (hình chèn: màu sắc cảm biến tương ứng với nồng độ H2O2) Độ chọn lọc cảm biến H2O2 đƣợc khảo sát dung dịch không chứa H2O2 mà chứa cấu tử nhƣ glucose nồng độ 0,5mM mM; axit ascorbic nồng độ 0,5 mM mM; galactose nồng độ 0,5mM Kết phổ UV-Vis cảm biến đƣợc thể hình 3.14 cho thấy sựa giảm không 61 đáng kể pic hấp thụ 425nm mẫu glucose, galactose; axit ascorbic so với với mẫu trắng (1) Trong với mẫu có H2O2 có giảm mạnh pic hấp thụ 425nm Kết chứng tỏ cảm biến có độ chọn lọc cao với H2O2 Độ đặc hiệu cảm biến tính theo cơng thức I.2 100% Hình 3.3 Phổ UV-Vis dung dịch cảm biến có mặt: (1) mẫu trắng; (2) có 0,5 mM glucose; (3) mM glucose; (4) 0,5 mM axit ascorbic; (5) 1mM axit ascorbic; (6) mM galactose; (7) 0,02 mM H2O2 3.2.3 Bộ kit xét nghiệm xác nồng độ hydrogen peroxide (H2O2) Từ kết khảo cứu đạt đƣợc nhƣ trên, chúng em tiến hành chế tạo kit để xét nghiệm H2O2 Cấu trúc chung kit nhƣ hình 3.15 Cách sử dụng nhƣ sau: Dùng pipet lấy mẫu lấy dung dịch mẫu cho vào ống đong mẫu, lấy đủ 0,2 mL Sau dùng ống hút hút 0,2 mL mẫu cho vào ống đầu dò lắc Để phút sau đem so sánh màu dung dịch ống với màu chuẩn in túi để biết nồng độ H2O2 mẫu mức cao hay thấp Bộ kit dùng xét nghiệm nhanh nồng độ H2O2 62 mẫu, áp dụng với mẫu H2O2 mua tiệm thuốc, H2O2 bảo quản lâu ngày, H2O2 sữa (phải ly tâm để loại bỏ cặn rắn) cho kết nhanh xác mà không cần máy đo (quan sát mắt thƣờng) theo bảng màu hình 3.16 Hình Thành phần kit xét nghiệm H2O2 Hình Bảng màu chuẩn để đọc kết nồng độ H2O2 mẫu 3.3 CHẾ TẠO CẢM BIẾN CHOLESTEROL TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU AgNPs/GQDs Trên sở cảm biến H2O2 với độ nhạy cao, độ chọn lọc tốt, thiết kế cảm biến phát cholesterol nhƣ sau: bƣớc (i), cho ChOx vào mẫu chứa cholesterol, pH=7, nhiệt độ thích hợp 37 0C xảy phản ứng: → (3.2) 63 Phản ứng (3.2) sinh H2O2, tiến hành bƣớc (ii) thêm AgNPs/GQDs vào hỗn hợp, AgNPs gặp H2O2 pH=7, thích hợp cho phản ứng (3.2) xảy Khi đó, giảm pic hấp thụ bƣớc sóng 417nm tỷ lệ thuận với nồng độ Cholesterol có mặt mẫu.Cơ chế đƣợc minh họa hình 3.17 bƣớc chế đƣợc đƣa chứng minh phổ UV-Vis, ảnh TEM mục 3.2.1 hình 3.10 CQDs Hình Cơ chế hoạt động cảm biến Cholesterol sở AgNPs/CQDs Cơ chế phản ứng đƣợc kiểm nghiệm xem xét độ chọn lọc cảm biến.Độ chọn lọc cảm biến cholesterol đƣợc kiểm tra cách tiến hành thí nghiệm kiểm sốt với có mặt glucose, lactose, saccarose, axit ascobic cholesterol nồng độ 1mM Có thể thấy hình 3.18 giảm khơng đáng kể mật dộ quang A bƣớc sóng 417nm (OD417nm) đƣợc nhìn thấy mẫu chứa glucose,lactose, saccarose axit ascobic.Trong đó, mẫu chứa cholesterol có độ giảm mạnh OD417nm 64 Hình Độ chọn lọc cảm biến cholesterol: A) Phổ UV-Vis cảm biến với có mặt sacarit khác nồng độ mM (B) Độ thay đổi tín hiệu cường độ pic A/A0 of ứng với sacarit hình A Hình chèn: màu sắc dung dịch cảm biến tương ứng Các giá trị A/A0 cảm biến sử dụng saccharide khác nồng độ mM đƣợc tóm tắt hình 3.18B Có thể thấy giá trị A/A0 (%) 9,24 với có mặt glucose; 16% cho lactose, 11,85% saccarose, 19% axit ascobic Các giá trị thấp dung dịch có chứa cholesterol (A/A0 = 43,27%) 2,27 lần 65 nồng độ 1mM xét Những kết cho thấy cảm biến có độ chọn lọc tốt cholesterol Theo công thức II.1 độ đặc hiệu cảm biến cholesterol 100% Hình 8.(A) Phổ UV-vis cảm biến với nồng độ cholesterol khác (hình chèn: màu sắc dung dịch cảm biến tương tứng); (B) Đường chuẩn xác định nồng độ cholesterol cảm biến Hình 3.19A cho thấy phổ UV-Vis mẫu chứa nồng độ cholesterol khác nhau, nồng độ cholesterol tăng từ 0.1mM đến 2mM, mật 66 độ quang học dung dịch AgNP/GQDs 417 nm (OD417) giảm từ 0,61 xuống 0,31 Đƣờng chuẩn để phát glucose đƣợc biểu diễn hình 3.19B cho thấy mối quan hệ A/A0(%) với nồng độ cholesterol mẫu theo phƣơng trình tuyến tính: A/A0(%) = 13,48xCCholesterol(mM) + 2,88 với R2 = 0,929 Giới hạn phát (LOD) đƣợc ƣớc tính 30 M dựa ba lần độ lệch chuẩn phép thử mẫu trắng, kết cho thấy độ nhạy cảm biến so sánh đƣợc với báo cáo công bố (bảng 3.1) Bảng So sánh cảm biến cholesterol sở phương pháp so màu Hệ vật liệu/Enzyme Khoảng tuyến Giới hạn Tài liệu tham tính phát khảo AgNPs/GQDs + ChOx 0,1 – 1,5 mM 0,09 mM Luận văn AuNPs@C/ChOx 0.21–2.08 mM 0.0025 mM [61] Au@Ag core-shell/ChOx 0.3 to 300 μM 0.15 μM [40] GQDs/ChOx 0,02 – 0, mM 0,06 mM [51] GQDs + TMB + ChOx 0,02 – 0, mM 0,06 mM [62] AuNPs/ChOx 0,2 -100 mg/dL 19 mg/dL [63] MoS2 nanosheets/ChOx - 200 µM/L 0,76 µM/L [64] ZnO NPs/ CNTs/ChOx 0.5-500 nM nmol/L [65] p(HEMA))/polypyrrole/ChOx 0,5 – 15 mM 120 µM [66] 0.025–7.17mM 0.0064 mM [67] CuO NPs Để kiểm nghiệm lại chế phản ứng nhƣ đề xuất nhƣ hình 3.17, chúng tơi tiến hành phân tích ảnh TEM để kiểm chứng mẫu cholesterol + ChOx + AgNPs/GQDs (hình 3.20) So sánh với ảnh TEM dung dịch AgNPs/GQDs ban đầu (hình 3.5a, b) ảnh TEM cảm biến cholesterol với nồng độ mM thể hình 3.18 cho thấy kích thƣớc hạt AgNPs nhỏ nhiều, cỡ - 7nm so với kích thƣớc ban đầu 30 - 50 nm tức kích thƣớc giảm 90%; Kết chứng tỏ hạt nano Ag bị ăn mòn H2O2 phản ứng sinh hóa ChOx với cholesterol, tức chế đề xuất hoàn toàn phù hợp Kết cho thấy so với ảnh TEM AgNPs bị 0,8 67 mM H2O2 ăn mòn hình 3.11 kích thƣớc hạt AgNPs/GQDs sau phát mM cholesterol to hơn, chứng tỏ hiệu suất phản ứng bƣớc chế hình 3.17 khơng đạt 100%, điều khơng có bất thƣờng tổn thất H2O2 giai đoạn phản ứng, ngồi hoạt tính enzyme ChOx khơng thể đạt 100% hiệu suất Hình 3.20 Ảnh TEM mẫu AgNPs/GQDs sau phản ứng với hỗn hợp ChOx mM cholesterol thang đo (a) 100nm (b) thang đo 20 nm Các kết vật liệu cấu trúc nano AgNP/GQD đƣợc tổng hợp hiệu xúc tác giống peroxidase mà cho thấy lợi lớn chi phí chế tạo thấp ổn định so với với enzym peroxidase Việc sử dụng AgNPs/GQDs tích hợp cảm biến xét nghiệm cholesterol mang lại nhiều ích lợi (1) loại bỏ enzyme HRP, chế hoạt động cảm biến cholesterol đơn giản (vì enzyme HRP nhạy cảm với nhiệt độ, ánh sáng pH; chúng dễ bất hoạt); (2) AgNPs đóng vai trò vừa phận chuyển đổi (transducer) nên không cần sử dụng thị TMB nhƣ xét nghiệm so màu truyền thống, bớt TMB chi phí chế tạo giảm đáng kể (3) giảm thời gian thao tác xét nghiệm cholesterol 68 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu, luận văn đạt đƣợc kết sau đây: Đã chế tạo thành công chấm graphen lƣợng tử (GQDs) khảo sát đƣợc đặc tính chúng Các chấm lƣợng tử cacbon có nhiều tiềm ứng dụng cơng nghệ sinh học, công nghiệp điện tử công nghệ vật liệu; Đã chế tạo thành công vật liệu lai tạo nano Ag/nano cacbon (AgNPs/GQDs) khảo sát tính chất chúng phƣơng pháp hóa lý đại nhƣ XRD, SEM/TEM, DLS, FT-IR, UV-Vis Phƣơng pháp chế tạo đơn giản, sản phẩm có độ đồng cao phƣơng pháp có triển vọng ứng dụng chế tạo nano Ag với quy mô lớn; Đã ứng dụng thành công vật liệu để chế tạo cảm biến H2O2 theo phƣơng pháp so màu Cảm biến có độ nhạy cao (500 nM), khoảng phát rộng (0-50µM), độ chọn lọc cao Đã phát triển thành công kit xét nghiệm H2O2 theo phƣơng pháp so màu Bộ kit hoạt động nhạy tốt môi trƣờng thực Cách chế tạo vận hành cảm biến đơn giản nên ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhƣ y học, dƣợc học, an toàn thực phẩm… Đã chế tạo thành công cảm biến sinh học cholesterol theo phƣơng pháp so màu Cảm biến có độ chọn lọc cao, thời gian phát ngắn (khoảng 40 phút) Với độ nhạy tốt (30 µM), khoảng phát rộng (0,5 – mM); cách chế tạo vận hành cảm biến đơn giản nên có tiềm ứng dụng xét nghiệm cholesterol Một phần kết nghiên cứu công bố 01 báo tạp chí Hóa học (phụ lục) Các số liệu lại đƣợc biên tập đƣợc công bố cơng trình khác 69 HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN Cảm biến cholesterol chế tạo cho thấy có tiềm ứng dụng lớn Tuy vậy, hạn chế mặt thời gian trình độ, nên luận văn chƣa thể khảo sát nhiều khả hoạt động cảm biến để có phát triển ứng dụng rộng lớn Vì chúng tơi kiến nghị: - Phát triển ứng dụng cảm biến xác định nồng độ cholesterol mẫu máu ngƣời; - Ứng dụng cảm biến xác định nồng độ cholesterol thực phẩm (trong mẫu thịt, cá, trứng, sữa…) để phát triển ứng dụng kiểm soát cholesterol thực phẩm 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO B Nagel, H Dellweg, and L M Gierasch, Glossary for chemists of terms used in biotechnology IUPAC: Pure and Applied Chemistry, 1992 64(1): 143–168 Trần Thị Luyến, Nghiên cứu phát triển cảm biến sinh học điện hóa sở dây nano polypyrrole tích hợp hệ vi lưu Luận án tiến sĩ, 2017 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội R Malhotra, V Patel, B V Chikkaveeraiah, B S Munge, S C Cheong, R B Zain, M T Abraham, D K Dey, J S Gutkind, and J F Rusling, Ultrasensitive detection of cancer biomarkers in the clinic by use of a nanostructured microfluidic array Analytical Chemistry, 2012 84(14): 6249-55 M Hervas, M A Lopez, and A Escarpa, Simplified calibration and analysis on screenprinted disposable platforms for electrochemical magnetic bead-based immunosensing of zearalenone in baby food samples Biosensors and Bioelectronics, 2010 25(7): 1755-1760 J Haccoun, B Piro, L D Tran, L A Dang, and M C Pham, Reagentless amperometric detection of l-lactate on an enzyme-modified conducting copolymer poly(5-hydroxy-1,4naphthoquinone-co-5-hydroxy-3-thioacetic acid-1,4-naphthoquinone) Biosensors and Bioelectronics, 2004 19(10): 1325-1329 M Gamero, F Pariente, E Lorenzo, and C Alonso, Nanostructured rough gold electrodes for the development of lactate oxidase-based biosensors Biosensors and Bioelectronics, 2010 25(9): 2038-2044 W Putzbach and N J Ronkainen, Immobilization techniques in the fabrication of nanomaterial-based electrochemical biosensors Sensors (Basel), 2013 13(4): 4811-4840 S Upadhyay, G R Rao, M K.Sharma, B K Bhattacharya, V K.Rao, and R.Vijayaraghavan, Immobilization of acetylcholineesterase-choline oxidase on a gold-platinum bimetallic nanoparticles modified glassy carbon electrode for the sensitive detection of organophosphate pesticides, carbamates and nerve agents Biosensors and Bioelectronics, 2009 25(4): 832-8 A Hayat, L Barthelmebs, and J L Marty, Enzyme-linked immunosensor based on super paramagnetic nanobeads for easy and rapid detection of okadaic acid Analytica Chimica Acta, 2011 690(2): 248-52 10 D Yu, B Blankert, and J M Kauffmann, Development of amperometric horseradish peroxidase based biosensors for clozapine and for the screening of thiol compounds Biosens Bioelectron., 2007 22(11): 2707-2711 11 C Petit, K Murakami, A Erdem, E Kilinc, G O Borondo, J F Liegeois, and J M Kauffmann, Horseradish Peroxidase Immobilized Electrode for Phenothiazine Analysis Electroanalysis, 1998 10(18): 1241-1248 12 M A A Lomillo, J M Kauffmann, and M.J.A Martinez, HRP-based biosensor for monitoring rifampicin Biosensors and Bioelectronics, 2003 18(9): 1165-1171 13 A G Cabanillas, T G Diaz, F Salinas, J M Ortiz, and J M Kauffmann, Differential Pulse Voltammetric Determination of Fenobucarb at the Glassy Carbon Electrode, After Its Alkaline Hydrolysis to a Phenolic Product Electroanalysis, 1997 9(12): 952-955 14 K Grennan, G Strachan, A J Porter, A J Killard, and M R Smyth, Atrazine analysis using an amperometric immunosensor based on single-chain antibody fragments and regeneration-free multi-calibrant measurement Anal Chim Acta, 2003 500(1-2): 287298 71 15 G K Ahirwal and C K Mitra, Gold nanoparticles based sandwich electrochemical immunosensor Biosensors and Bioelectronics, 2010 25(9): 2016-20 16 H Yin, Y Zhou, Z Xu, M Wang, and S Ai, Ultrasensitive electrochemical immunoassay for DNA methyltransferase activity and inhibitor screening based on methyl binding domain protein of MeCP2 and enzymatic signal amplification Biosensors and Bioelectronics, 2013 49C: 39-45 17 B Piro, Q D Zhang, S Reisberg, V Noel, L A Dang, H T Duc, and M C Pham, Direct and rapid electrochemical immunosensing system based on a conducting polymer Talanta, 2010 82(2): 608-612 18 H V Tran, R Yougnia, S Reisberg, B Piro, N Serradji, T D Nguyen, L D Tran, C Z Dong, and M C Pham, A label-free electrochemical immunosensor for direct, signal-on and sensitive pesticide detection Biosensors and Bioelectronics, 2012 31(1): 62-68 19 B Piro, S Reisberg, G Anquetin, H T Duc, and M C Pham, Quinone-Based Polymers for Label-Free and Reagentless Electrochemical Immunosensors: Application to Proteins, Antibodies and Pesticides Detection Biosensors, 2013 3(1): 58-76 20 B S Ferguson, S F Buchsbaum, J S Swensen, K Hsieh, X Lou, and H Tom Soh, Integrated Microfluidic Electrochemical DNA Sensor Analytical Chemistry, 2009 81(15): 6503-6508 21 H Liu, S Xu, Z He, A Deng, and J J Zhu, Supersandwich Cytosensor for Selective and Ultrasensitive Detection of Cancer Cells Using Aptamer-DNA Concatamer-Quantum Dots Probes Analytical Chemistry, 2013 85(6): 3385 22 S Reisberg, B Piro, V Noël, and M.C Pham, DNA Electrochemical Sensor Based on Conducting Polymer: Dependence of the “Signal-On” Detection on the Probe Sequence Localization Analytical Chemistry, 2005 77(10): 3351-3356 23 Q D Zhang, B Piro, V Noel, S Reisberg, and M C Pham, Functionalization of SingleWalled Carbon Nanotubes for Direct and Selective Electrochemical Detection of DNA Analyst, 2011: 1023-1028 24 L Shi, Z Chu, Y Liu, W Jin, and X Chen, Facile synthesis of hierarchically aloe-like gold micro/nanostructures for ultrasensitive DNA recognition Biosensors and Bioelectronics, 2013 49: 184 25 J P Tosar, G Branas, and J Laiz, Electrochemical DNA hybridization sensors applied to real and complex biological samples Biosensors and Bioelectronics, 2010 26(4): 1205-17 26 A Sassolas , B D Leca-Bouvier, and L J Blum, DNA Biosensors and Microarrays Chemical Reviews, 2008 108: 109-139 27 H Zhang, F Li, B Dever, X F Li, and X C Le, DNA-Mediated Homogeneous Binding Assays for Nucleic Acids and Proteins Chemical Reviews, 2013 113(4): 2812-2841 28 E Palecek and M Bartosik, Electrochemistry of nucleic acids Chemical Reviews, 2012 112(6): 3427-81 29 Y Weizmann, D M Chenoweth, and T M Swager, DNA-CNT Nanowire Networks for DNA Detection Journal of the American Chemical Society, 2011 133: 3238-3241 30 K Y Jo, J.E Jones, L Hao, Y I Helen, Z Guolu, C.A Carson, C Michael, S Michael, and Y Qingsong, Three-dimensional (3-D) microfluidic-channel-based DNA biosensor for ultrasensitive electrochemical detection Journal of Electroanalytical Chemistry, 2013 702: 7278 72 31 E Pavlovic, Y Lai Rebecca, T T Wu, B S Ferguson, R Sun, K W Plaxco, and H T Soh, Microfluidic Device Architecture for Electrochemical Patterning and Detection of Multiple DNA Sequences Langmuir, 2008 24(3): 1102-1107 32 K I Chen, B R Li, and Y T Chen, Silicon nanowire field-effect transistor-based biosensors for biomedical diagnosis and cellular recording investigation Nano Today, 2011 6(2): 131154 33 T N Truong, D L Tran, T H Vu, V H Tran, T Q Duong, Q K Dinh, T Tsukahara, Y H Lee, and J S Kim, Multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs)-doped polypyrrole DNA biosensor for label-free detection of genetically modified organisms by QCM and EIS Talanta, 2010 80(3): 1164 34 Hoang Vinh Tran, Label-free Electrochemical Immunosensors with direct detection Ph.D Thesis, University Paris Diderot-Paris 7, 2013 35 C Moina and G Ybarra, Fundamentals and Applications of Immunosensors, in Advances in Immunoassay Technology, N.H.L.C.a.T.K Christopoulos, Editor 2012, InTech: p 65-80 36 J I R De Corcuera and R.P Cavalieri, Encyclopedia of Agricultural, Food, and Biological Engineering 2003: Marcel Dekker, Inc 37 http://www.rapidtest.com/index.php?i=Food-ELISA-kits&id=640&cat=104 38 https://www.imt.fr/en/biosensors-for-monitoring-herbicides-in-water/ 39 N Joshi, K Rawat, P R Solanki, and H B Bohidar, Enzyme-free and biocompatible nanocomposite based cholesterol sensor Biochemical Engineering Journal, 2015 102: 6973 40 X Zhang, M Wei, B Lv, Y Liua, X Liua, and W Wei, Sensitive colorimetric detection of glucose and cholesterol by using Au@Ag core–shell nanoparticles RSC Advances, 2016 6: 35001-35007 41 Q Liu, R Zhu, H Du, H Li, Y Yang, Q Jia, and B Bian, Higher catalytic activity of porphyrin functionalized Co3O4 nanostructures for visual and colorimetric detection of H2O2 and glucose Materials Science and Engineering: C, 2014 43: 321-329 42 J Qian, X Yang, L Jiang, C Zhu, H Mao, and K Wang, Facile preparation of Fe3O4 nanospheres/reduced graphene oxide nanocomposites with high peroxidase-like activity for sensitive and selective colorimetric detection of acetylcholine Sensors and Actuators B: Chemical, 2014 201: 160-166 43 Y.-I Dong, H Zhang, Z U Rahman, L Su, X Chen, J Hu, and X G Chen, Graphene oxideFe3O4 magnetic nanocomposites with peroxidase-like activity for colorimetric detection of glucose Nanoscale, 2012 4: 3969-3976 44 Y Wang, B Zhou, S Wu, K Wang, and X He, Colorimetric detection of hydrogen peroxide and glucose using the magnetic mesoporous silica nanoparticles Talanta, 2015 134: 712717 45 W Lai, D Tang, J Zhuang, G Chen, and H Yang, Magnetic bead-based enzymechromogenic substrate system for ultrasensitive colorimetric immunoassay accompanying cascade reaction for enzymatic formation of squaric acid-iron(III) chelate Analytical Chemistry, 2014 86(10): 5061−5068 46 W Zhang, D Ma, and J Du, Prussian blue nanoparticles as peroxidase mimetics for sensitive colorimetric detection of hydrogen peroxide and glucose Talanta, 2014 120: 362-367 73 47 R Li, M Zhen, M Guan, D Chen, G Zhang, J Ge, P Gong, C Wang, and C Shu, A novel glucose colorimetric sensor based on intrinsic peroxidase-like activity of C60carboxyfullerenes Biosensors and Bioelectronics, 2013 47: 502-507 48 Z Xing, J Tian, A M Asiri, A H Qusti, A O Al-Youbi, and X Sun, Two-dimensional hybrid mesoporous Fe2O3-graphene nanostructures: A highly active and reusable peroxidase mimetic toward rapid, highly sensitive optical detection of glucose Biosensors and Bioelectronics, 2014: 452-457 49 L Wang, J Zheng, Y Li, S Yang, C Liu, Y Xiao, J Li, Z Cao, and R Yang, AgNP-DNA@GQDs Hybrid: New Approach for Sensitive Detection of H2O2 and Glucose via Simultaneous AgNP Etching and DNA Cleavage Analytical Chemistry, 2014 86(24): 12348-12354 50 S Ge, W Liu, H Liu, F Liu, J Yu, M Yan, and J Huang, Colorimetric detection of the flux of hydrogen peroxide released from living cells based on the high peroxidase-like catalytic performance of porous PtPd nanorods Biosensors and Bioelectronics, 2015 71: 456-462 51 N R Nirana, S Abraham, V Kuman, A Bansal, A Srivastava, and P S Saxena, Colorimetric detection of cholesterol based on highly efficient peroxidase mimetic activity of graphene quantum dots Sensors and Actuators B: Chemical, 2015 218: Pages 42-50 52 X Xu, R Ray, Y Gu, H J Ploehn, L Gearheart, K Raker, and W A Scrivens, Electrophoretic Analysis and Purification of Fluorescent Single-Walled Carbon Nanotube Fragments Journal of the American Chemical Society 2004 126(40): 12736-12737 53 A P Demchenko and M O Dekaliuk, Novel fluorescent carbonic nanomaterials for sensing and imaging Methods and Applications in Fluorescence, 2013 1: 042001 (17pp) 54 Y Wang and A Hu, Carbon quantum dots: synthesis, properties and applications, Journal of Materials Chemistry C, 2014 2: 6921-6939 55 Hoang V Tran, Chinh D Huynh, Hanh V Tran, and B Piro, Cyclic voltammetry, square wave voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and colorimetric method for hydrogen peroxide detection based on chitosan/silver nanocomposite Arabian Journal of Chemistry, 2018 11: 453–459 56 N D Nguyen, T V Nguyen, A D Chu, H V Tran, L T Tran, and C D Huynh, A Label-free Colorimetric Sensor Based on Silver Nanoparticles Directed to Hydrogen Peroxide and Glucose Arabian Journal of Chemistry, 2018 11(7): 1134-1143 57 C Zong, B Li, J Wang, X Liu, W Zhao, Q Zhang, X Nie, and Y Yu, Visual and colorimetric determination of H2O2 and glucose based on citrate-promoted H2O2 sculpturing of silver nanoparticles Microchimica Acta, 2018 185: Article 199 58 M J Krysmann, A Kelarakis, P Dallas, and E.P Giannelis, Formation Mechanism of Carbogenic Nanoparticles with Dual Photoluminescence Emission J Am Chem Soc., 2011 134: 747 59 H Tetsuka, R Asahi, A Nagoya, K Okamoto, I Tajima, R Ohta, and A Okamoto, Optically Tunable Amino-Functionalized Graphene Quantum Dots Advanced Materials, 2012 24: 5333-5338 60 R Mamatha, K Shadab, S Pooja, S Shruti, K Shuchishweta, P Asmita, D Animesh, and C.P Bhushan, Rapid synthesis of highly monodispersed silver nanoparticles from the leaves of Salvadora persica Materials Letters, 2017 205: 226-229 61 E Priyadarshini and K Rawat, Au@carbon dot nanoconjugates as a dual mode enzymefree sensing platform for cholesterol Journal of Materials Chemistry B, 2017 5: 54255432 74 62 T Li, K Zhu, S He, X Xia, s Liu, Z Wang, and X Jiang, Sensitive detection of glucose based on gold nanoparticles assisted silver mirror reaction Analyst, 2011 136: 2893-2896 63 N R Nirala, P S Saxena, and A Srivastava, Colorimetric detection of cholesterol based on enzyme modified gold nanoparticles Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2018 190: 506-512 64 T Lin, L Zhong, H Chen, Z Li, Z Song, L Guo, and F Fu, A sensitive colorimetric assay for cholesterol based on the peroxidase-like activity of MoS2 nanosheets Microchimica Acta, 2017 184: 1233-1237 65 A Hayat, W Haider, Y Raza, and J L Marty, Colorimetric cholesterol sensor based on peroxidase like activity of zinc oxide nanoparticles incorporated carbon nanotubes Talanta, 2015 143: 157-161 66 S Brahim, D Narinesingh, and A Griseppi-Elie, Amperometric determination of cholesterol in serum using a biosensor of cholesterol oxidase contained within a polypyrrole–hydrogel membrane Analytica Chimica Acta, 2001 448(1-2): Pages 27-36 67 S Xu, Y Wang, D Zhou, M Kuang, D Fang, W Yang, S Wei, and L Ma, A novel chemiluminescence sensor for sensitive detection of cholesterol based on the peroxidaselike activity of copper nanoclusters Scientific Reports, 2016 6: Article number: 39157 75 ... 1.18 Hai nguyên lý tổng hợp GQDs 32 Hình 19 (a) Dung dịch nano bạc (nano Ag) ; (b) Phổ UV-Vis dung dịch nano Ag (c) ảnh TEM hạt nano Ag chế tạo luận văn 33 Hình 2.1 Sơ đồ chùm tia tới chùm... CQDs VÀ AgNPs/GQDs 37 2.2.1 Chế tạo cacbon dots phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom-up) 37 2.2.2 Chế tạo vật liệu nano Ag/ Cacbon dots (AgNPs/GQDs) 37 2.3 CHẾ TẠO CẢM BIẾN H2O2 VÀ CHOLESTEROL. .. (GQDs) (b) AgNPs/GQDs 53 Hình (A) phổ hấp thụ UV-vis AgNPs/GQDs (a) trước (b) sau thêm 100 μM dung dịch H2O2; (B) Biến đổi A/A (%) theo thời gian 54 Hình Phổ UV-vis dung dịch AgNPs/CQDs