BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN LÊ HUY NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN POLYANILIN/ỐNG NANO CACBON ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC Chun ngành HĨA PHÂN TÍCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS TRẦN ĐẠI LÂM Hà Nội – Năm 2010 Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Trần Đại Lâm, người hướng dẫn khoa học tận tình, bảo tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tuấn Dung - Viện Kỹ thuật nhiệt đới; Th.S Nguyễn Hải Bình - Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng vật liệu nano y sinh Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu Linh kiện điện tử - Viện Khoa học Vật liệu; Viện Kỹ thuật Nhiệt đới - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam; Khoa Cơng nghệ Hóa học, Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hỗ trợ suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, thầy Bộ mơn Hóa Phân tích bạn bè tạo điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ thời gian học tập trình thực hoàn thiện luận văn Hà Nội, tháng 11 năm 2010 Nguyễn Lê Huy Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 12 I.1 Ống nano cabon .13 I.1.1 Giới thiệu chung ống nano cacbon 13 I.1.2 Cấu trúc ống nano cacbon 13 I.1.3 Ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học .16 I.2 Polyme dẫn điện 17 I.2.1 Giới thiệu polyme dẫn điện 17 I.2.2 Một số ứng dụng polyme dẫn 19 I.2.3 Polyanilin 20 I.3 Nanocomposite polyanilin/ống nano cacbon .26 I.4 Enzyme .26 I.4.1 Giới thiệu Enzyme 26 I.4.2 Cấu trúc phân tử enzyme 27 I.4.3 Cơ chế xúc tác enzyme 30 I.4.4 Đơn vị đo hoạt độ chế phẩm Enzyme .31 I.4.5 Tính chất ưu việt enzyme so với chất xúc tác khác .32 I.5 Cảm biến sinh học (Biosensor) .32 I.5.1 Cấu tạo cảm biến sinh học 32 I.5.2 Một số phép đo cảm biến sinh học điện hóa 34 I.5.3 Tiêu chuẩn đánh giá cảm biến sinh học 35 I.5.3 Một số ứng dụng cảm biến sinh học 35 I.6 Cảm biến enzyme 36 I.6.1 Cảm biến glucose (GOx sensors) .36 I.6.2 Cảm biến cholesterol (ChOx sensors) 37 I.7 Cố định enzyme .38 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU 40 II.1 Phương pháp thực nghiệm 40 II.1.1 Điện cực làm việc 40 Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học II.1.2 Chức hóa ống nano cacbon đa vách 41 II.1.3 Trùng hợp điện hóa màng PANi PANi/MWCNT-c 43 II.1.4 Cố định enzyme .44 II.1.5 Các phân tích điện hóa 45 II.2 Phương pháp nghiên cứu 48 II.2.1 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 48 II.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 49 II.2.3 Các phương pháp nghiên cứu điện hóa .50 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 III.1 Kết FT-IR MWCNTs MWCNT-c 54 III.2 Tổng hợp điện hóa màng nano composite PANI/MWCNT-c 56 III.2.1 Tổng hợp điện cực ITO 56 III.2.2 Tổng hợp vi điện cực lược (IDE) .58 III.3 Phổ hồng ngoại màng PANi PANi/MWCNT-c 60 III.4 Phân tích hình thái học qua ảnh FE-SEM 62 III.4.1 MWCNT 62 III.4.2 PANi PANi/MWCNT 62 III.4.3 Màng PANi/MWCNT-c cố định enzyme 64 III.5 Các phép đánh giá điện hóa 65 III.5.1 Đánh giá bề mặt màng phổ tổng trở điện hóa 65 III.5.2 Nghiên cứu phổ CV 67 III.5 Đặc tuyến đáp ứng dòng 69 III.5.1 Cảm biến Glucose 69 III.5.2 Cảm biến Cholesterol .73 KẾT LUẬN 76 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT IUPAC Hiệp hội quốc tế hố lý thuyết hóa ứng dụng CNTs Ống nano cacbon RE Điện cực so sánh WE Điện cực làm việc CE Điện cực phụ trợ SCE Điện cực calomen bão hòa CV quét vòng GS Phân cực dòng tĩnh PS Phân cực tĩnh IDE Điện cực có cấu trúc lược MWCNTs Ống nano cacbon đa vách SWCNTs Ống nano cacbon đơn vách ICP Polyme dẫn điện PPy Polypyrol PANi Polyanilin PEDOT Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) MWCNT-c Ống nano cacbon đa vách có nhóm COOH ANi Aniline ES Muối Emeraldine GOx Glucose oxidase ChOx Cholesterol oxidase FAD Flavinne Adenin Dinucleotit ITO Indium Tin Oxide FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier SEM Kính hiển vi điện tử quét MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems USB Universal Serial Bus PBS Dung dịch đệm muối phosphat EIS Phổ tổng trở điện hóa Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Chênh lệch cường độ dòng thêm glucose vào hệ điện hóa 72 Bảng Độ nhạy cảm biến GOx .73 Bảng Chênh lệch cường độ dòng thêm cholesterol vào hệ điện hóa 74 Bảng Độ nhạy cảm biến ChOx .75 Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương I Hình I Leland C Clark Jr (1918–2005) 12 Hình I Cấu trúc graphit tạo mặt graphen 14 Hình I Mơ tả cách cuộn mặt graphen để có CNTs .14 Hình I Mơ hình cách cuộn graphen để tạo thành CNT 14 Hình I Mơ hình cấu trúc ống nano cacbon đơn vách (SWCNT) 15 Hình I Chức hóa ống nano cacbon đơn vách 16 Hình I Các nhà khoa học đoạt giải Nobel hóa học năm 2000 17 Hình I Một số polymer dẫn điện tử .18 Hình I Polyme oxy hóa khử 18 Hình I 10 Polyme trao đổi ion poly(vinylpyridine) 18 Hình I 11 Biểu đồ tỷ lệ nghiên cứu ứng dụng polyme dẫn điện 19 Hình I 13 Sơ đồ mơ tả hệ điện hóa ba điện cực 22 Hình I 14 Sơ đồ tổng quát hình thành polyanilin đường điện hóa 23 Hình I 15 Cơng thức tổng qt PANi 24 Hình I 16 Proton hóa /đề proton phản ứng khử dạng PANi 25 Hình I 17 Dạng bipolaron PANi 26 Hình I 18 (a) Mơ hình Fisher (b) Mơ hình Koshland .28 Hình I 19 Sự có mặt enzyme làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng…… …29 Hình I 20 Sơ đồ cấu tạo cảm biến sinh học 32 Hình I 21 Một số phần tử sử dụng làm đầu thu sinh học 33 Hình I 24 Cơng thức phân tử glutaraldehyde 38 Hình I 25 Phương pháp liên kết chéo (cross-linking) 38 Chương II Hình II Các dạng điện cực vi điện cực thường dùng cảm biến sinh học 40 Hình II Vi cảm biến cấu trúc lược kết nối theo chuẩn USB 41 Hình II Sơ đồ q trình chức hóa MWCNTs 42 Hình II Hệ lọc hút chân không ống nano cacbon 42 Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học Hình II Hệ điện hóa đa Autolab/PGSTAT12 .43 Hình II Sơ đồ trình cố định enzyme theo phương pháp liên kết chéo sử dụng tác nhân glutaraldehyde 45 Hình II Sơ đồ nguyên lý máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 48 Hình II Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét (SEM) 50 Hình II Phương pháp quét tuyến tính đa chu kỳ .50 Hình II 10 Quan hệ điện dòng điện phương pháp CV 51 Hình II 11 Mạch tương đương cho tổng trở polymer dẫn 52 Hình II 12 Biểu diễn mặt phẳng tổng trở cho hệ đơn giản……………………………….46 Chương III Hình III Phổ FT-IR MWCNTs chưa chức hóa 54 Hình III Phổ FT-IR MWCNT sau chức hóa axit 55 Hình III MWCNT phân tán môi trường nước 56 Hình III Phổ trùng hợp điện hóa theo phương pháp CV (a) màng PANi (b) màng PANi/MWCNT-c điện cực ITO 56 Hình III So sánh cường độ dịng phổ trùng hợp điện hóa theo phương pháp CV (a) màng PANi (b) màng PANi/MWCNT-c chu kỳ thứ 20 ITO 57 Hình III Phổ trùng hợp điện hóa theo phương pháp CV (a) màng PANi (b) màng PANi/MWCNT-c điện cực IDE 58 Hình III So sánh cường độ dịng phổ trùng hợp điện hóa theo phương pháp CV (a) màng PANi (b) màng PANi/MWCNT-c chu kỳ thứ 20 IDE59 Hình III Ảnh chụp màng PANi/MWCNT IDE .59 Hình III Phổ FT-IR màng PANi tổng hợp phương pháp điện hóa 60 Hình III 10 Phổ FT-IR màng nano composite PANi/MWCNT-c tổng hợp theo phương pháp điện hóa 61 Hình III 11 Ảnh FE-SEM MWCNT 62 Hình III 12 Ảnh FE-SEM màng PANi tổng hợp theo phương pháp CV 62 Hình III 13 Ảnh FE-SEM màng PANi/MWCNT-c tổng hợp theo phương pháp CV .63 Hình III 14 Ảnh SEM phóng đại bề mặt PANi/MWCNT-c .64 Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học Hình III 15 Ảnh FE-SEM màng PANi/MWCNT-c cố định GOD theo phương pháp liên kết chéo sử dụng glutaraldehyde 64 Hình III 16 Ảnh FE-SEM màng PANi/MWCNT-c cố định ChOx theo phương pháp liên kết chéo sử dụng glutaraldehyde 65 Hình III 17 Phổ tổng trở (đường a) điện cực GOx/PANi/MWCNT-c/ITO 66 Hình III 18 Phổ tổng trở (đường a) điện cực ChOx/PANi/MWCNT-c/IDE .66 Hình III 19 Phổ CV cảm biến GOx dung dịch PBS (a) khơng có glucose; (b) 0,5mM glucose (c) 1,0mM glucose 67 Hình III 20 Phổ CV cảm biến ChOx dung dịch PBS + K3[Fe(CN)6] (a) khơng có cholesterol; (b) 0,1mM cholesterol (c) 0,2mM cholesterol 68 Hình III 21 Đặc trưng đáp ứng dịng theo thời gian cảm biến GOx thêm liên tiếp glucose vào PBS 50mM E=+0,7V (vs SCE) 70 Hình III 22 Đường chuẩn cảm biến GOx 71 Hình III 23 Đáp ứng dịng cảm biến GOx nồng độ glucose 0,04mM 72 Hình III 24 Đặc trưng đáp ứng dòng theo thời gian cảm biến ChOx thêm liên tiếp cholesterol vào PBS 50mM+ (pH=7,0) điện áp -0,3V (vs SCE) .73 Hình III 25 Đường chuẩn cảm biến ChOx 74 Nguyễn Lê Huy Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học MỞ ĐẦU Cảm biến sinh học lĩnh vực thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học giới nhà khoa học nước Các khám phá gần loại vật liệu vật liệu nano, vật liệu lai, loại polyme có khả dẫn điện phát triển công nghệ vi điện tử thúc đẩy nghiên cứu nhằm đưa thiết bị ngày nhỏ gọn, tiện ích có khả phân tích nhanh, xác đối đối tượng cụ thể với lượng mẫu nhỏ, với độ tin cậy cao Nghiên cứu phát triển cảm biến nói chung cảm biến sinh học nói riêng hướng nghiên cứu hóa học phân tích đại Cảm biến sinh học giúp giải nhu cầu cấp thiết phân tích phát phân tích định lượng mẫu sinh học thời gian ngắn, sử dụng đơn giản, nhỏ gọn, tốn dung mơi-hóa chất, có độ nhạy độ xác cao Các nghiên cứu chế tạo ứng dụng cảm biến hóa phân tích đa dạng từ chuẩn đoán bệnh y học; phát ADN, ARN sinh học; phân tích độc học thực phẩm; phân tích kim loại nặng số cation phân tích nguyên tố phân tích môi trường Trong năm gần đây, bên cạnh mức sống nâng cao số bệnh yếu tố nguy gia tăng bệnh liên quan tới tăng hàm lượng đường máu hay hàm lượng cholesterol máu Việc phát muộn khơng kiểm sốt tăng hàm lượng đường hay cholesterol máu gây hậu biến chứng nặng nề, gánh nặng cho khơng với cá nhân, gia đình người bệnh mà kinh tế - xã hội Việc tìm phương pháp phân tích nhanh, hiệu quả, đơn giản giúp kiểm soát thường xuyên yếu tố nguy mục tiêu hướng tới nhiều nghiên cứu Từ mơ hình cảm biến sinh học Clark Lyons phát triển, nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học ngày hồn thiện giúp cảm biến có độ ổn Nguyễn Lê Huy 10 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học Kết có tăng cường độ dòng phổ CV quét dung dịch PBS có chứa glucose điện từ +0,2 tới +0,8V Điều phù hợp với nghiên cứu trước cho khoảng điện gần với điện oxy hóa H2O2 Hình III.20 đưa phổ CV vi điện cực ChOx/PANi/MWCNT-c/Pt đo dung dịch PBS 50mM + K3[Fe(CN)6] 5mM lúc chưa có có cholesterol I (µA) -5 -10 -15 (a) (b) (c) -20 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 E (V) 0.3 0.6 0.9 Hình III 20 Phổ CV cảm biến ChOx dung dịch PBS + K3[Fe(CN)6] (a) khơng có cholesterol; (b) 0,1mM cholesterol (c) 0,2mM cholesterol Từ kết thu thấy rằng, với có mặt hợp chất trung gian (mediator) K3[Fe(CN)6], Fe(CN)63- tiếp xúc với trung tâm phản ứng enzyme bị oxy hóa thành Fe(CN)64- Fe(CN)64- sau nhận điện tử chất trở thành dạng khử, tiếp tục tham gia vào chu kỳ xúc tác Trên phổ CV có thay đổi cường độ dòng điện áp thấp (từ -0,2 tới 0,7V) Chúng lựa chọn điện áp E = -0,3V để nghiên cứu đặc tuyến đáp ứng dòng cảm biến ChOx định lượng cholesterol Nguyễn Lê Huy 68 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học III.5 ĐẶC TUYẾN ĐÁP ỨNG DÒNG III.5.1 Cảm biến Glucose III.5.1.1 Cơ sở phép xác định Như phần trình bày, nghiên cứu chế tạo cảm biến glucose sở màng nanocoposite PANi/MWCNT-c định lượng đặc hiệu D-glucose theo phương pháp điện hóa dựa theo nguyên lý đo dòng đáp ứng tức thời (in-situ) [50, 62] Cơ sở phép xác định dựa phản ứng bề mặt điện cực tác dụng xúc tác GOx GOx Glucose + O ⎯⎯⎯ → gluconic axit + H 2O2 H 2O ⎯⎯ → O + 2H + + 2e- Dòng điện đo tỷ lệ với lượng H2O2 bị oxy hóa, tỷ lệ với nồng độ glucose dung dịch Từ nghiên cứu trước [2, 3], nghiên cứu sử dụng điện áp E = +0,7V (so với SCE) để thực phản ứng định lượng glucose III.5.1.2 Đặc trưng đáp ứng dòng theo nồng độ Glucose Bình điện hóa sử dụng cho phép xác định chứa 10ml dung dịch đệm PBS, điều kiện nhiệt độ phịng Hệ điện hóa gồm có điện cực làm việc điện cực sinh học GOx/PANi/MWCNT-c/ITO, điện cực so sánh điện cực SCE, điện cực phụ trợ điện cực lưới Pt Thiết bị đo hệ điện hóa đa Autolab, với phần mềm GPES 4.9, sử dụng phương pháp đo dòng (chronoamperometric) điện áp cố định E = +0,7V Cường độ dòng đo liên tục theo thời gian, đạt ổn định dịng dung dịch glucose 10mM thêm vào có thay đổi (tăng) cường độ dịng sau cường độ dòng đạt cân mới, lượng glucose lại thêm vào Nguyễn Lê Huy 69 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học Hình III 19 đưa đặc tuyến đáp ứng dòng cảm biến glucose điện áp E=+0,7V (so vi SCE) 2.5 1,803mM 1.935mM 1,525mM 2.0 1,150mM Đáp ứng dòng (àA) 0,991mM 1.5 0,826mM 0,566mM 1.0 0,430mM 0,291mM 0,148mM 0.5 0.0 200 300 400 500 600 700 800 900 thêi gian (gi©y) Hình III 21 Đặc tuyến đáp ứng dòng theo thời gian cảm biến GOx thêm liên tiếp nồng độ glucose khác vào PBS 50mM E=+0,7V (vs SCE) Có thể thấy cường độ dòng đo dung dịch PBS (50mM, pH=7) đạt ổn định sau khoảng 300 giây Khi thêm dung dịch glucose vào cường độ dịng tăng nhanh đạt ổn định sau khoảng 30-40 giây Tuy nhiên nồng độ glucose vượt giá trị 1,9mM tăng cường độ dịng yếu, chí bị giảm; điều lượng enzyme glucose cố định điện cực chưa nhiều hoạt lực enzyme chưa cao Từ kết đo đặc tuyến đáp ứng dịng (hình III 21) tính chênh lệch cường độ dịng (∆I) với nồng độ glucose (có tính đến thay đổi thể tích) thêm bình điện hóa Kết trình bày bảng Bảng Chênh lệch cường độ dòng thêm glucose vào hệ điện hóa C (mM) 0,148 0,291 0,430 0,566 0,826 0,991 1,150 1,525 1,803 ∆I (µA) 0,143 0,258 0,398 0,566 0,848 1,078 1,298 1,568 1,918 Đường chuẩn mô tả mối quan hệ chênh lệch cường độ dòng đáp ứng ∆I (µA) nồng độ glucose C (mM) thêm vào bình điện hóa đưa hình III 22 Nguyễn Lê Huy 70 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học 2.1 1.8 Equation Adj R-Square y = a + b*x 0.99486 B B Intercept Slope Value Standard Error -0.03858 0.02796 1.08955 0.02769 1.5 ∆I (µA) 1.2 0.9 0.6 0.3 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Nång ®é (mM) Hình III 22 Đường chuẩn cảm biến GOx Phương trình hồi quy có dạng ∆I = -0,03858 + 1,08955*C Hệ số tương quan phương trình hồi quy đạt 0,99486 III.5.1.3 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng Giới hạn phát (LOD) nồng độ nhỏ chất phân tích tạo tín hiệu phân biệt cách tin cậy với tín hiệu trắng (hay tín hiệu nền) Thơng thường giới hạn phát nồng độ tín hiệu phân tích lớn lần tín hiệu (S/N = 3) Như từ đường đặc tuyến đáp ứng dịng Nguyễn Lê Huy 71 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học 0.68 0.66 0,04mM glucose I (µA) 0.64 0.62 0.60 0.58 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Thêi gian (gi©y) Hình III 23 Đáp ứng dòng cảm biến GOx nồng độ glucose 0,04mM Vì coi giới hạn phát hệ cảm biến 0,04mM Giới hạn định lượng (LOQ) nồng độ thấp chất phân tích mà phương pháp phân tích định lượng với độ tin cậy 95% Thông thường LOQ = 3,33 LOD Do giới hạn định lượng phương pháp 0,13mM III.5.1.4 Độ nhạy cảm biến Trong phép định lượng theo nguyên lý đo dòng cảm biến, độ nhạy (S) định nghĩa thay đổi cường độ dịng (µA) đơn vị nồng độ (mM) diện tích điện cực làm việc (cm2) Bảng Độ nhạy cảm biến GOx C (mM) ∆I (µA) S (µA.mM-1.cm-2) 0.15 0.143 0.30 0.258 0.45 0.398 0.68 0.566 0.90 0.848 1.12 1.078 1.34 1.298 1.77 1.568 2.19 1.918 1.9 1.7 1.8 1.7 1.9 1.9 1.9 1.8 1.8 Độ nhạy trung bình: S = 1,8 µA.mM-1.cm-2 Nguyễn Lê Huy 72 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học III.5.2 Cảm biến Cholesterol III.5.2.1 Cơ sở phép xác định Cơ sở phép xác định dựa phản ứng bề mặt điện cực tác dụng xúc tác ChOx Tuy nhiên, phần tử chất thường có cấu tạo cồng kềnh khử q lớn, chúng khó tiếp cận trung tâm phản ứng phân tử ChOx Sử dụng hợp chất hóa học trung gian (mediator) K3[Fe(CN)6] phương pháp hiệu để thay cho O2 oxy hóa FADH2 tái tạo FAD, giải phóng 2H+ e− ChOx Cholesterol + 2Fe(CN)63− + H 2O ⎯⎯⎯ → cholest-4en-3one + 2H + + 2Fe(CN)6 4− Fe(CN)6 4− ⎯⎯ → Fe(CN)63− + e − Tại giá trị điện áp E= -0,3V đáp ứng dòng cảm biến có độ nhạy độ ổn định tốt Đồ thị đặc trưng đáp ứng dòng cảm biến cholesterol điện áp E=-0,3V đưa hình III 24 -2.8 -2.9 0,02mM -3.0 I (µA) 0,04mM -3.1 0,06mM -3.2 0,08mM -3.3 0,1mM 0,12mM -3.4 400 500 600 700 800 Thêi gian (gi©y) Hình III 24 Đặc trưng đáp ứng dòng theo thời gian cảm biến ChOx thêm liên tiếp cholesterol vào PBS 50mM+ (pH=7,0) điện áp -0,3V (vs SCE) Cảm biến ChOx đạt ổn định dịng (-2,8µA) đệm PBS có chứa K3[Fe(CN)6] 5mM sau khoảng 400 giây Tiếp theo thêm 100µL dung dịch Nguyễn Lê Huy 73 Luận văn Thạc sĩ Hóa học Nghiên cứu phát triển polyanilin/ống nano cacbon ứng dụng cảm biến sinh học cholesterol chuẩn nồng độ 1mM vào bình điện hóa lúc tín hiệu dịng có thay đổi đột ngột có xu hướng tương đối ổn định sau khoảng 30 tới 40 giây Bảng Chênh lệch cường độ dòng thêm cholesterol vào hệ điện hóa C (mM) 0,02 0,04 0,06 0,08 0,100 0,12 ∆I (µA) 0,09 0,17 0,28 0,35 0,44 0,51 Dựa vào chênh lệch cường độ dòng đáp ứng cảm biến ChOx tổng nồng độ chất thêm vào xây dựng đường chuẩn xác định cholesterol điện áp -0,3V (so với SCE) với có mặt K3[Fe(CN)6] 0.5 ∆I (µA) 0.4 0.3 Parameter Value Error -A 0.00867 0.0101 B 4.25714 0.12963 0.2 R SD N P -0.99815 0.01085