Cảm biến sinh học

1 Cảm biến sinh học Nhận biết các phân tử sinh học Spintronics Sinh học Y học • • Ứ Ứ ng ng d d ụ ụ ng ng : : – – Chu Chu ẩ ẩ n n đo đo á á n n c c á á c c b b ệ ệ nh nh v v ề ề gen gen – – Nh Nh ậ ậ n n bi bi ế ế t t bi bi ế ế n n d d ị ị ho ho ặ ặ c c mô mô t t ả ả đ đ ị ị nh nh lư lư ợ ợ ng ng c c ủ ủ a a gen gen – – Nh Nh ậ ậ n n bi bi ế ế t t tương tương t t á á c c kh kh á á ng ng th th ể ể - - kh kh á á ng ng nguyên nguyên trong trong nh nh ậ ậ n n d d ạ ạ ng ng c c á á c c vi vi sinh sinh v v ậ ậ t t v v à à v v ũ ũ kh kh í í sinh sinh h h ọ ọ c c Bio-sensor Đầu dò probe DNA probe DNA Lai hóa (Kết cặp) Ánh sáng Observation Cảm biến sinh học dựa trên nguyên tắc huỳnh quang Mẫu bệnh DNA target Hạt nanô huỳnh quang Ảnh phân tích huỳnh quang 2 Cảm biến sinh học dựa trên nguyên tắc từ Lai hóa-dò tìm đồng thời Đ Đ ầ ầ u u dò dò AND AND đơn đơn AND AND c c ầ ầ n n dò dò Lai Lai h h ó ó a a ADN ADN H H ạ ạ t t t t ừ ừ Label Label Ưu Ưu đi đi ể ể m m : : nh nh ậ ậ n n bi bi ế ế t t t t ừ ừ trư trư ờ ờ ng ng c c ủ ủ a a h h ạ ạ t t t t ừ ừ chuy chuy ể ể n n th th à à nh nh t t í í n n hi hi ệ ệ u u đi đi ệ ệ n n ; ; gi gi á á th th à à nh nh r r ẻ ẻ ; ; đ đ ộ ộ nh nh ạ ạ y y cao cao ; ; hư hư ở ở ng ng ứ ứ ng ng nhanh nhanh ; ; d d ễ ễ t t í í ch ch h h ợ ợ p p v v à à d d ễ ễ t t ự ự đ đ ộ ộ ng ng h h ó ó a a ; ; c c ù ù ng ng m m ộ ộ t t th th ờ ờ i i đi đi ể ể m m phân phân t t í í ch ch đư đư ợ ợ c c nhi nhi ề ề u u (100 (100 t t ớ ớ i i 1000) 1000) m m ẫ ẫ u u sinh sinh h h ọ ọ c c Treptavidin Treptavidin Biotin Biotin Sensơ Sensơ MR MR Cleaning Cleaning H H bias bias Cảm biến từ - Lai hóa-dò tìm đồng thời 3 Đ Đ ầ ầ u u dò dò AND AND đơn đơn AND AND c c ầ ầ n n dò dò Lai Lai h h ó ó a a ADN ADN H H ạ ạ t t t t ừ ừ Label Label Treptavidin Treptavidin Biotin Biotin Sensơ Sensơ MR MR Cleaning Cleaning H H bias bias Cảm biến từ - Dò tìm sau lai hóa Dò tìm sau lai hóa • Phương pháp: – Nhỏ các AND cần dò lên bề mặt sensơ đã gắn các AND cần dò – AND đã lai hóa được ủ với hạt từ tạo liên kết • Hạn chế: thời gian lai hóa dài (3-12h) do AND cần dò khuyếch tán để lai hóa với đầu dò AND Lai hóa-dò tìm đồng thời • Phương pháp: – Các AND cần dò được ủ với các hạt từ tạo liên kết trước khi cho lai hóa – Dùng từ trường điều khiển các hạt từ/AND vào vị trí đã gắn đầu dò AND • Ưu điểm: tăng tốc độ lai hóa (5-30 min) Cảm biến từ sinh học 4 Hội tụ hạt từ Dùng dòng điện tạo từ trường để điều khiển chuyển động và tập trung các AND đã gắn hạt từ cần dò vào khu vực cảm biến    Tăng độ nhạy sinh học của phép thử và cảm biến. C C ả ả m m bi bi ế ế n n Dòng Dòng h h ộ ộ i i t t ụ ụ h h ạ ạ t t t t ừ ừ h h ì ì nh nh n n ó ó n n C C ả ả m m bi bi ế ế n n h h ì ì nh nh ch ch ữ ữ U U Dòng Dòng h h ộ ộ i i t t ụ ụ h h ạ ạ t t t t ừ ừ h h ì ì nh nh ch ch ữ ữ U U Cảm biến từ sinh học C C ả ả m bi m bi ế ế n t n t ừ ừ trư trư ờ ờ ng d ng d ự ự a trên Hi a trên Hi ệ ệ u u ứ ứ ng Hall ng Hall khi áp dng mt t trưng vuông góc lên mt bn làm bng kim loi hay cht bán dn hay cht dn đin (thanh Hall) đang có dòng đin chy qua. Lúc đó ngưi ta nhn đưc hiu đin th (hiu th Hall) sinh ra ti hai mt đi din ca thanh Hall. Dòng điện này chính là sự chuyển động của các điện tích chạy qua từ trường sẽ chịu lực Lorentz bị đẩy về một trong hai phía của thanh Hall, tùy theo điện tích chuyển động đó âm hay dương. Sự tập trung các điện tích về một phía tạo nên sự tích điện trái dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây ra hiệu điện thế Hall. 1: electron. 2: thanh Hall. 3: nam châm. 4: từ trường. 5: nguồn điện. Trên các hình B, C, D, chiều của nguồn điện và/hoặc từ trường được đổi ngược. 5 d Hạt từ khô Hạt từ ướt CẢM BIẾN SINH HỌC – spintronics C C Ả Ả M BI M BI Ế Ế N SINH H N SINH H Ọ Ọ C C – – spintronics spintronics H H bias bias Mô hình đơn gin trong vic s dng các nhãn t streptavidin đ dò tìm vùng lai hoá biotin-DNA trên chip 6 Ứng dụngỨ Ứ ng ng d d ụ ụ ng ng Biotin 7 • Microbead • Streptavidin • Biotin • Oligonucleot ide Option 1 Option 1 N N H N H N H H - N N H H N N O O N N O O O O N N H H N N H N H N N N N N Option 2 Option 2 8 - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - - ( ( C H C H 2 2 ) ) 6 6 - - S S ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ - ( C H 2 ) 6 - S ÷ ÷ ÷ ÷ - ( C H 2 ) 6 - S ÷ ÷ ÷ ÷ T T ự ự l l ắ ắ p p r r á á p p đơn đơn l l ớ ớ p p (SAM) (SAM) gi gi ữ ữ a a Thiol Thiol v v ớ ớ i i nucleotides nucleotides 9 Biotinylated target DNA Probe DNA Si Au SH Bi c-6 spacer Green Dye Magnetic particle Streptavidin Biotinylated Pseudomonas DNA Probe Pseudomonas DNA Si Au SH Bi C-6 spacer Red Dye Magnetic particle Streptavidin Red and green nanoparticles coated with pseudomonas and normal DNA . 1 Cảm biến sinh học Nhận biết các phân tử sinh học Spintronics Sinh học Y học • • Ứ Ứ ng ng d d ụ ụ ng ng : : – –. Observation Cảm biến sinh học dựa trên nguyên tắc huỳnh quang Mẫu bệnh DNA target Hạt nanô huỳnh quang Ảnh phân tích huỳnh quang 2 Cảm biến sinh học dựa trên