Cảm biến huỳnh quang đo hàm lượng đường dựa trên vật liệu nano zno đính hạt vàng ​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Trần Đình Hồng CẢM BIẾN HUỲNH QUANG ĐO HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG DỰA TRÊN VẬT LIỆU NANO ZNO ĐÍNH HẠT VÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Trần Đình Hồng CẢM BIẾN HUỲNH QUANG ĐO HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG DỰA TRÊN VẬT LIỆU NANO ZNO ĐÍNH HẠT VÀNG Chuyên ngành: Quang học Mã số : 8440130.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán hướng dẫn: Ts Mai Hồng Hạnh Hà Nội - 2020 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Mai Hồng Hạnh, ngƣời tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm luận văn nhƣ trình học tập, nghiên cứu trƣờng Từ tận đáy lòng em xin kính chúc gia đình mạnh khoẻ đạt đƣợc nhiều thành công nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Vật lý - Trƣờng Đại học KHTN, đặc biệt thầy, cô giáo môn Quang lƣợng tử hƣớng dẫn tạo điều kiện cho em đƣợc học tập hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy, giáo, cán Phịng Sau đại học, Phịng Cơng tác trị sinh viên, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận văn Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Tâm, Thịnh bạn/em khác nhóm ln hỗ trợ nhiệt tình cho tơi/chị suốt q trình hồn thành luận văn Nhân dịp này, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên, tạo điều kiện cho em suốt trình học tập thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia (Nafotesd) tài trợ để tác giả hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 02 năm 2020 Học viên Trần Đình Hồng i Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng Luận văn đƣợc tài trợ đề tài Nafosted tên “Cảm biến huỳnh quang sinh học dựa vật liệu ZnO vật liệu ZnO đính hạt nano kim loại”, mã số: 103.03 2019.315 ii Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hoàng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 CẢM BIẾN HUỲNH QUANG SINH HỌC .5 1.1.1 Cảm biến sinh học 1.1.1.2 Cảm biến huỳnh quang sinh học 1.1.1.2.1 Huỳnh Quang tâm phát quang .9 1.1.2.2 Sự dập tắt huỳnh quang 12 1.1.2.3 Cấu tạo chung cảm biến huỳnh quang sinh học nguyên lý hoạt động13 1.1.2.3.1 Hoạt động dựa xúc tác hoạt động dựa phát liên kết .14 1.1.2.3.2 Vật liệu cấu trúc nano ứng dụng cảm biến huỳnh quang sinh học 15 1.2 CẢM BIẾN SINH HỌC ĐO HÀM LƢỢNG GLUCOSE 16 1.2.1 Cảm biến glucose phƣơng pháp điện hóa 16 1.2.2 Cảm biến glucose phƣơng pháp huỳnh quang .19 1.2.2.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến glucose huỳnh quang 19 1.2.2.1.1 Cơ chế dựa phát liên kết với glucose .20 1.2.2.1.2 Cơ chế dựa oxi hóa glucose 20 1.3 CẤU TRÚC TỔ HỢP Au/ZnO VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN HUỲNH QUANG ĐO HÀM LƢỢNG ĐƢỜNG GLUCOSE KHÔNG SỬ DỤNG ENZYME 24 1.3.1 Vật liệu nano ZnO 24 1.3.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu nano ZnO 24 1.3.1.2 Các dạng hình thái cấu trúc nano ZnO 28 1.3.1.3 Tính chất quang vật liệu cấu trúc nano ZnO 29 1.3.2 Hạt nano vàng 30 1.3.3 Cấu trúc tổ hợp Au/ZnO 33 iii Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng Hiệu ứng huỳnh quang tăng cƣờng kim loại – Metal enhanced fluorescence - MEF33 1.3.4 Cảm biến huỳnh quang sinh học đo nồng độ glucose không sử dụng enzyme dựa vật liệu ZnO phủ vàng 36 1.4 Tổng hợp cấu trúc tổ hợp ống nano ZnO phủ vàng 39 1.4.1 Phƣơng pháp thủy nhiệt tổng hợp ống nano ZnO 39 1.4.1.1 Tổng hợp nano ZnO phƣơng pháp thủy nhiệt 39 1.4.1.1.1 Phƣơng pháp thủy nhiệt kết hợp hiệu ứng pin Galvanic 41 1.4.1.1.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt kết hợp pha bão hòa 42 1.4.1.2 Phƣơng pháp tổng hợp ống nano ZnO 43 1.4.1.2.1 Phƣơng pháp ăn mịn hóa học 43 1.4.1.2.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt 43 1.4.2 Chế tạo hạt vàng phƣơng pháp phún xạ 44 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 46 2.1 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 46 2.1.1 Hóa chất 46 Đế đƣợc sử dụng đế đồng 48 2.1.2 Thiết bị 48 2.2 QUY TRÌNH TỔNG HỢP ỐNG NANO ZnO 49 2.2.1 Quy trình tạo lớp mầm ZnO đế đồng 49 2.2.1.1 Quá trình xử lý đế đồng 49 2.2.1.2 Quy trình tạo mầm ZnO đế đồng 50 2.2.2 Quy trình tổng hợp nano ZnO 50 2.2.1.3 Quy trình phủ vàng lên ống nano ZnO 51 2.3 KHẢO SÁT ĐỘ NHẠY CỦA VẬT LIỆU ỐNG NANO ZNO PHỦ VÀNG VỚI CÁC NỒNG ĐỘ ĐƢỜNG KHÁC NHAU 52 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT HÌNH THÁI, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA THANH NANO ZnO 53 2.4.1 Phƣơng pháp, thiết bị khảo sát hình thái, cấu trúc nano ZnO 53 2.4.1.1 Kính hiển vi điện tử quét SEM 53 2.4.1.2 Phƣơng pháp đo quang phổ Raman 56 2.4.1.3 Phƣơng pháp đo phổ nhiễu xạ tia X 58 iv Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng 2.3.2 Phƣơng pháp, thiết bị khảo sát tính phổ huỳnh quang 60 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62 3.1 HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA ỐNG NANO ZNO PHỦ VÀNG 62 3.1.1 Hình thái học ống nano ZnO phủ vàng 62 3.1.2 Cấu trúc ống nano ZnO 63 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG 67 3.2.1 Quang phổ huỳnh quang (PL) ống nao ZnO 67 3.2.2 Hiệu ứng tăng cƣờng huỳnh quang của cấu trúc nao ZnO phủ vàng .68 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH PHÁT QUANG VÀ THỜI GIAN ĐÁP ỨNG 71 3.4 KHẢO SÁT ĐỘ NHẠY CỦA CẢM BIẾN DỰA TRÊN CẤU TRÚC NANO ZNO PHỦ VÀNG 74 3.4.1 Khảo sát độ nhạy cảm biến 74 3.4.2 Sự dập tắt huỳnh quang ống nano ZnO phủ vàng H2O2 chế hoạt động cảm biến huỳnh quang sinh học đo nồng độ glucose dựa ống nano ZnO phủ vàng 79 3.4.2.1 Sự dập tắt huỳnh quang ống nano ZnO phủ vàng H2O2 .79 3.4.2.2 Cơ chế hoạt động cảm biến huỳnh quang đo hàm lƣợng đƣờng dựa ống nano ZnO phủ vàng 81 3.5 KHẢO SÁT ĐỘ CHỌN LỌC CỦA CẢM BIẾN 82 3.6 KẾT QUẢ ĐO NỒNG ĐỘ GLUCOSE TRONG MẪU HUYẾT THANH NGƢỜI CỦA CẢM BIẾN 85 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 v Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối cấu tạo cảm biến sinh học Hình 1.2: Giản đồ chế phát huỳnh quang H nh Một số chất màu hữu phát huỳnh quang có phổ từ xanh tới đỏ 10 Hình 1.4: Cấu trúc (a) phổ phát quang GFP (b) 11 Hình 1.5: Giản đồ chế dập tắt huỳnh quang FRET: Sự chồng lấn phổ phát quang donor acceptor (trái); truyền lƣợng huynh quang (phải) 13 Hình 16: Sơ đồ dập tát huỳnh quang va chạm 13 Hình 1.7: Sự thay đổi cấu trúc chế hoạt động cảm biến điện hóa glucose qua hệ 18 Hình 1.8: Cơ chế hoạt động cảm biến huỳnh quang sinh học glucose dựa FRET 20 Hình 1.9: Sự thay đổi tính chất hấp thụ phát quang phụ thuộc vào độ pH 21 Hình 1.10: Cơ chế phát glucose thông qua dập tắt huỳnh quang chấm lƣợng tử CdTe đốp Mn 2+ gây H2O2 22 Hình 1.11: Cấu trúc Wurtzite ZnO 25 Hình 1.12: Cấu trúc lập phƣơng kiểu NaCl 27 Hình 1.13: Cấu trúc giả kẽm ZnO 28 Hình 1.14: Một số dạng cấu trúc nano ZnO 29 Hình 1.15: Phổ huỳnh quang thƣờng thấy ZnO nhiệt độ phòng 30 Hình 1.16: Sự dao động điện tử hat nano kim loại dƣới tác dụng sóng ánh sáng điện từ 31 Hình 1.17: Sƣ thay đổi phổ hấp thụ cấu trúc nano vàng theo hình dạng (a), kích thƣớc (b), tỷ số diện tích / thể tích (c,d) 32 H nh 8: Cơ chế tăng cƣờng huỳnh quang cấu trúc Au/ZnO thông qua cộng hƣởng plasmon bề mặt 34 H nh 9: Cơ chế dập tắt va chạm gây phân tử H2O2 đề xuất Kim 37 Hình 1.20: Sơ đồ minh hoạ trình tổng hợp dựa tế bào galvanic nano ZnO 42 Hình 1.21: Quá trình tổng hợp ống nano ZnO phƣơng pháp thủy nhiệt 44 H nh : Sơ đồ hoạt động buồng phún xạ vàng lên bề mặt ZnO 45 vi Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng Hình 2.1: Máy khuấy từ gia nhiệt 49 Hình 2.2: Lò nung ủ mẫu Naberthern GmbH 49 Hình 2.3: Cân điện tử XT 220A 49 Hình 2.4: Quy trình làm đế tạo mầm ZnO 50 Hình 2.5: Quy trình đặt mẫu tạo ống nano ZnO 51 Hình 2.6: JEO JFC – 1200 FINE COATER 52 Hình 2.7: Sơ đồ hình thành hạt nano vàng bề mặt ZnO 52 Hình 2.8: Nhỏ đƣờng glucose mẫu ống nano ZnO 53 Hình 2.9: Kính hiển vi điện tử qt (FE-SEM) NANOSEM 450 56 Hình 2.10: Máy đo quang phổ Raman Labram HR 58 Hình 2.11: Máy đo phổ nhiễu xạ tia X 60 Hình 2.12: Hệ huỳnh quang sử dụng laser He - Cd 325nm 60 Hình 2.13: Máy quang phổ SP 2500i 61 H nh : Ảnh SEM mẫu ống nano ZnO(a) ống nano ZnO phủ vàng(b) 62 H nh : Phổ nhiễu xạ tia X ống nano ZnO ống ZnO phủ vàng 63 Hình 3.3: Phổ nhiễu xạ tia X ống ZnO ZnO với lớp vàng có độ dày khác 66 H nh 4: Quang phổ huỳnh quang ống nano ZnO 67 H nh a : Phổ PL mẫu ống nano ZnO ZnO đƣợc phủ hạt nano vàng với thời gian phún vàng 5, 10, 15, 20, 30s 68 H nh : Đồ thị thể thay đổi cƣờng độ đỉnh UV mẫu ống nano ZnO phủ hạt vàng theo thời gian phún vàng so với mẫu ống ZnO 69 H nh 6: Cơ chế tăng cƣờng huỳnh quang cấu trúc Au/ZnO 70 H nh 7: Đồ thị khảo sát ổn định phát quang mẫu ống nano ZnO phủ vàng theo thời gian 72 H nh 8: Đồ thị thể thay đổi cƣờng độ PL mẫu ống nano Au(10s)/ZnO đƣợc cố định đƣờng glucose theo thời gian 73 Hình 3.9: Ảnh SEM ống nano ZnO phủ vàng sau đƣợc nhỏ 15 glucose nồng độ 10mM 74 vii Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng Hình 3.10: Phổ PL ống nano ZnO phủ Au xử lý dung dịch glucose nồng độ 0,05mM-14mM Cƣờng độ đƣợc chu n hóa với cƣờng độ đỉnh PL mẫu ống Au/ZnO chƣa đƣợc nhỏ glucose 75 Hình 3.11: Thay đổi cƣởng độ đỉnh PL mẫu ống nano ZnO phủ nano vàng (phún xạ 10s)theo nồng độ dung dịch glucose 76 H nh H nh : a Phổ PL ống nano Au(10s)/ZnO thay đổi theo nồng độ H2O2.79 : Sự thay đổi cƣờng độ đỉnh PL mẫu Au(10s)/ZnO theo nồng độ H 2O2 80 Hình 3.13: Cơ chế dập tắt PL ống nano ZnO phủ vàng sau đƣợc nhỏ glucose 82 Hình 3.14: Phổ huỳnh quang ống nano Au(10s)/ZnO đƣợc khảo sát với (a) 0,1Mm AA; (b) 40g/L BSA; (c) 3mM glucose 3mM glucose cộng với 1mM loại sucrose, maltose, fructose 83 H nh 5: Phổ PL mẫu ống nano Au(10s)/ZnO với mẫu serum có nồng độ từ 0,1 – 7,61mM Cƣờng độ phổ đƣợc chu n hóa so với cƣờng độ mẫu ống nano ZnO nồng độ glucose 0mM 85 H nh 6: So sánh tƣơng quang nồng độ glucose đo đƣợc dập tắt huỳnh quang kết cung cấp bệnh viện 86 DANH MỤC BẢNG BIỂU ảng : Các phần tử đƣợc dùng để chế tạo cảm biến sinh học ảng : Các thông số mạng ZnO 26 ảng : Danh mục hóa chất sử dụng 46 ảng : Dụng cụ thiết bị 48 ảng 3: Các thông số kỹ thuật máy Labram HR 800 57 ảng : Bảng so sánh tỷ lệ cƣờng độ đỉnh phổ 382nm mẫu ống ZnO phủ vàng so với mẫu chƣa phún xạ tỷ lệ cƣờng độ đỉnh phổ 382nm so với đỉnh phổ bƣớc sóng 577nm 69 viii Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng 3.6 KẾT QUẢ ĐO NỒNG ĐỘ GLUCOSE TRONG MẪU HUYẾT THANH NGƢỜI CỦA CẢM BIẾN Các kết thử nghiệm mục 3.3 – 3.5 chứng minh tiềm quan trọng ống nano Au/ZnO nhƣ cảm biến glucose để đo hàm lƣợng glucose huyết ngƣời, độ nhạy cao không bị ảnh hƣởng chất khác có huyết ngƣời Vì vậy, tơi tiếp tục thử nghiệm thực tế với mẫu huyết máu ngƣời Tôi sử dụng 12 mẫu huyết có kết xét nghiệm lâm sàng nồng độ đƣờng glucose đo máy phân tích hóa học máu VetScanVS2 (Abaxis, Inc., Union City, CA 94587) 12 mẫu huyết có nồng độ đƣờng từ 0,1 – 7,61mM 15 huyết đƣợc nhỏ trục tiếp lên bề mặt ống nano ZnO phủ vàng với thời gian phún xạ 10s Hiện tƣợng dập tắt Cường độ PL tỷ đối huỳnh quang đƣợc quan sát thấy nhƣ hình 3.15 Bước sóng (nm) nh 15: Phổ PL mẫu ống nano Au(10s)/ZnO với mẫu serum có nồng độ từ 0,1 – 7,61mM C ờng độ phổ đ c chuẩn hóa so với c ờng độ mẫu ống nano ZnO nồng độ glucose 0mM 85 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng CM glucose theo số liệu lâm sàng So sánh kết đo glucose pha DI glucose mẫu Serum ống ZnO phủ vàng CM glucose theo dập tắt huỳnh quang nh 16: So s nh t ơng quang nồng độ glucose đo đ c dập tắt huỳnh quang kết cung cấp bệnh viện So đồ hình 31.6 cho thấy mối quan hệ giá trị nồng độ glucose mẫu huyết xác định phƣơng pháp đo huỳnh quang đối chiếu với kết đo lâm sàng trƣớc Cụ thể, mẫu ống nano ZnO phủ vàng đƣợc tiến hành đo huỳnh quang trƣớc sau nhỏ lƣợng 15µl huyết để xác định tỷ lệ dập tắt huỳnh quang gây glucose huyết Sau đó, nồng độ glucoe mẫu huyết đƣợc suy ngƣợc lại dựa mực độ dập tắt huỳnh quang đƣờng chu n thu đƣợc trƣớc đo hình 3.11 để thu đƣợc Mỗi điểm đồ thị hình 3.16 cho thấy hai giá trị nồng độ glucose đo: giá trị trục hoành nồng độ glucose đƣợc suy ngƣợc từ phƣơng pháp đo huỳnh quang giá trị trục tung kết lâm sàng nồng độ đƣợc cung cấp trƣớc bệnh viện Kết cho thấy nồng đồ đƣờng glucose đo phƣơng pháp đo huỳnh quang lớn chút so với kết cung cấp bệnh viện Nồng độ glucose 86 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng đƣợc xác định phổ PL cao chút so với phƣơng pháp xét nghiệm lâm sàng chênh lệch tối đa 0,5mM Điều đƣợc giải thích diện nhiểu loại phân tử khác (nhƣ tế bào, đoạn protein, v.v.) huyết ngƣời Hơn nữa, có mặt AA, UA, BSA, maltose, sucrose fructose ảnh hƣởng nhỏ đến cƣờng độ PL Tuy nhiên, hệ số tƣơng quan 12 cặp số liệu nồng độ glucse đo hai phƣơng pháp ứng với 12 mẫu đƣợc xác định 0,9985 Giá trị hệ số tƣơng quan chứng minh cảm biến huỳnh quang đo hàm lƣợng glucose dựa cấu trúc ống nano ZnO phủ vàng cho kết phủ hợp đáng tin cậy so sánh với sản ph m thƣơng mại So với cơng trình trƣớc đây, cảm biến glucose dựa cấu trúc nano khác phƣơng pháp quang học khác nhau, cảm biến thể tính chọn lọc, độ nhạy tốt đo glucose với có mặt chất khác Trong nghiên cứu trƣớc đây, cấu trúc nano ZnO đƣợc tổng hợp quy trình chế tạo/tổng hợp nhiều bƣớc, ống nano ZnO phủ vàng đƣợc trình bày luận văn đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp thủy nhiệt, không tốn với thời gian ngắn nhƣng đạt chất lƣợng tốt Các chất dung môi phƣơng pháp tổng hợp chi phí phấp Ngồi ra, cảm biến có phạm vi hoạt động từ 0,1 mM đến 15 mM, bao gồm nồng độ glucose nƣớc bọt (0,55 mM, 1,77 mM), nƣớc tiểu (> 5,55 mM), nƣớc mắt (0,5 mM - mM), dịch kẽ (1,99 mM 22,2 mM) máu (> 5,6 mM) cho bệnh nhân tiểu đƣờng Do đó, cảm biến chúng tơi đƣợc áp dụng hiệu để phát nồng độ glucose chất lỏng sinh lý dải nồng độ tƣơng đối rộng 87 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Qua q trình nghiên cứu hồn thành luận văn “Cảm iến huỳnh quang o hàm lƣ ng ƣờng dựa tr n vật liệu nano ZnO nh hạt vàng”, thu đƣợc kết sau: - Tổng hợp thành công ống nano ZnO phủ vàng đế Cu phƣơng pháp thủy nhiệt kết hợp hiệu ứng pin Gavanic Hình thái, cấu trúc tinh thể, độ kết tinh, hiệu tứng tăng cƣờng huỳnh quang ống ZnO phủ vàng đƣợc nghiên cứu thông qua phổ nhiễu xạ tia X, ảnh SEM, phổ tán xạ Raman phổ huỳnh quang - Khảo sát tƣợng tăng cƣờng huỳnh quang mẫu ống nano ZnO phủ vàng vời thời gian phún xạ khác cho thấy cƣờng độ huỳnh quang ống nano ZnO đƣợc tăng cƣờng nhiều với thời gian phún xạ vàng 10s - Đo, khảo sát so sánh phổ huỳnh quang ống ZnO phủ vàng trƣớc sau đƣợc nhỏ glucose tác giả rút đƣợc thời gian phản hồi nhỏ 5s Đồng thời, từ việc dựng đƣợc đƣờng cong chu n cảm biến, tác giả xác định hai khoảng nồng độ tuyến tính gồm 0,05 – 1mM – 15mM với độ nhạy giới hạn phát tƣơng ứng 9,23%/1mM – LOD =105μM 4,05%/1mM Giới hạn phát cảm biến đƣợc xác định 105μM Kết cho thấy tiềm ứng dụng phát nồng độ glucose huyết thành ngƣời bình thƣờng 4,4 – 6,6 mM, nƣớc bọt (0,55mM, 1,77 mM), nƣớc mắt (0,5mM - 5mM) - Khảo sát độ chọn lọc cảm biến với Acid Ascobic (AA), Bovin Serum Albumin (BSA), fructose, maltose, sucrose cho thấy cảm biến bị ảnh hƣởng không đáng kể chất - Thử nghiệm khả cảm biến với mẫu huyết ngƣời với số liệu lâm sàng đƣợc cung cấp từ bệnh viện địa phƣơng cho thấy cảm biến huỳnh quang đo glucose không sử dụng enyme dựa cấu trúc ống nano ZnO phủ vàng thu đƣợc kết chênh lệch dƣới 0.5mM có độ tƣơng quan cao với số liệu lâm sàng cung cấp bệnh viện 88 Luận văn thạc sĩ - Trần Đình Hồng Khảo sát phổ PL cảm biến với nồng độ H2O2 góp phần làm sáng tỏ chế hoặt động dựa tƣợng dập tắt huỳnh quang cảm biến Tất kết thử nghiệm luận văn cho thấy cảm biến huỳnh quang không sử dụng enzyme dựa cấu trúc nano ZnO dính hạt vàng hồn tồn đƣợc sử dụng nhƣ thiết bị lâm sàng nhằm xác định nồng độ glucose máu ngƣời có tiềm xác định nồng độ đƣờng glucose loại dung dịch khác nhƣ nƣớc mắt, nƣớc tiểu hay dịch kẽ 89 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng TÀI LIỆU THAM KHẢO A Belahmar, A Chouiyakh* (2016), "Sputtering Synthesis and Thermal Annealing Effect on Gold Nanoparticles in Al2O3 Matrix", Journal of Nanoscience and Technology 2,100–103 Ahmad, R., Tripathy, N & Hahn, Y B (2013)", High-performance cholesterol sensor based on the solution-gated field effect transistor fabricated with ZnO nanorods", Biosens Bioelectron 45, 281–286 Ariga, K.; Minami, K.; Shrestha, L.K (2016), "Nanoarchitectonics for carbon- material-based sensors", Analyst ,141, 2629–2638 Baptista, F.R.; Belhout, S.A.; Giordani, S.; Quinn, S.J (2015), "Recent developments in carbon nanomaterial sensors", Chem Soc Rev, 44, 4433–4453 Baruah, S & Dutta, J (2009, "Effect of seeded substrates on hydrothermally grown ZnO nanorods", J Sol-Gel Sci Technol 50, 456–464 Baskoutas S (2018), "Special issue: Zinc oxide nanostructures: Synthesis and characterization", Materials (Basel), 11, 11–14 Bates, C H., White, W B., and Roy, R (1962), "New high-pressure polymorph of zinc oxide" , Science 137: 993 Bechelany, M et al (2010), "Synthesis mechanisms of organized gold nanoparticles: Influence of annealing temperature and atmosphere", Cryst Growth Des 10, 587–596 Berenson R J et al (1991), “Engraftment after infusion of CD34+ marrow cells in patients with breast cancer or neuroblastoma”, Blood, vol 77, no 8, pp 1717–1722 10 Bourdon E., Loreau N., and Blache D (1999), “Glucose and free radicals impair the antioxidant properties of serum albumin”, FASEB J, vol 13, no 2, pp 233–244 11 Buck R P and Lindner E (1994), “Recommendations for nomenclature of ionselective electrodes”, Pure Appl Chem, vol 66, no 12, pp 2527–2536 12 Burns, A.; Ow, H.; Wiesner, U (2006), "Fluorescent core-shell silica 90 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng nanoparticles: Towards "Lab on a Particle" architectures for nanobiotechnology.", Chem Soc Rev , 35, 1028–1042 13 Cash, K J & Clark, (2011) H A diabetes 16, 584–593 14 Cass A E G et al (1984), “Ferrocene-Mediated Enzyme Electrode for Amperometric Determination of Glucose”, Anal Chem, vol 56, pp 667–671 15 Clapp AR, Medintz IL, Mattoussi H (2006) "Förster resonance energy transfer investigations using quantum-dot fluorophores", ChemPhys Chem ;7(1):47–57 16 Clark L C and Lyons C (1962), “Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery”, Ann N Y Acad Sci., vol 102, no 1, pp 29–45 17 Clark S W., Harbold J M., and Wise F W (2007), “Resonant Energy Transfer in PbS Quantum Dots”, J Phys Chem C, vol 111, no 20, pp 7302– 7305 18 Cordes, T (2013) "Lecture notes on Modern Laser Microscopy", Rijkuniversiteit Groningen 19 Chae, K W., Zhang, Q., Kim, J S., Jeong, Y H & Cao, G (2010) "Low- temperature solution growth of ZnO nanotube arrays", Beilstein J Nanotechnol 1, 128–134 20 Chaubey A.; Malhotra B (2002), “Biosensor recognition elements”, Biosens Bioelectron., vol 17, no 6–7, pp 441–456 21 Chen, L et al (2017)," Nanostructured biosensor for detecting glucose in tear by applying fluorescence resonance energy transfer quenching mechanism", Biosens Bioelectron 91, 393–399 22 Chen, L., Hwang, E & Zhang, J (2018) "Fluorescent nanobiosensors for sensing glucose", Sensors (Switzerland) 18, 1–21 23 Chen, T., Xing, G Z., Zhang, Z., Chen, H Y & Wu, T (2008), "Tailoring the photoluminescence of ZnO nanowires using Au nanoparticles", Nanotechnology 19 91 Luận văn thạc sĩ 24 Trần Đình Hồng Cheng, C W et al (2010), "Surface plasmon enhanced band edge luminescence of ZnO nanorods by capping Au nanoparticles", Appl Phys Lett 96, 3–5 25 Cho S and Thielecke H (2008), “Electrical characterization of human mesenchymal stem cell growth on microelectrode”, Microelectron Eng., vol 85, no 5–6, pp 1272–1274 26 Das, S., Mukhopadhyay, S., Chatterjee, S., Devi, P S & Suresh Kumar, G (2018), "Fluorescent ZnO-Au Nanocomposite as a Probe for Elucidating Specificity in DNA Interaction." ACS Omega 3, 7494–7507 27 Derfus, A M., Chan, W C & Bhatia, S N.(2004), "Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots", doi:10.1021/nl0347334 28 Dey, D & Goswami, T (2011) "Optical biosensors: A revolution towards quantum nanoscale electronics device fabrication", J Biomed Biotechnol 2011, 29 Dorfman, A., Kumar, N & Hahm, J I (2006) "Highly sensitive biomolecular fluorescence detection using nanoscale ZnO platforms.", Langmuir 22, 4890–4895 30 G Kaur, A Paliwal, M Tomar, V Gupta (2016), "Detection of Neisseria meningitidis using surface plasmon resonance based DNA biosensor", Biosens Bioelectron 78 106–110 31 Goh, L P et al (2012), "Direct formation of gold nanoparticles on substrates using a novel ZnO sacrificial templated-growth hydrothermal approach and their properties in organic memory device", Nanoscale Res Lett 7, 1–10 32 Greene, L E et al (2003), "Low-temperature wafer-scale production of ZnO nanowire arrays", Angew Chemie - Int Ed 42, 3031–3034 33 Girigoswami, K & Akhtar, N (2019) "Nanobiosensors and fluorescence based biosensors: An overview”, Int J Nano Dimens 10, 1–17 34 Ha, T & Tinnefeld, P (2012) "Photophysics of fluorescent probes for single- molecule biophysics and super-resolution imaging”, Annual review of physical chemistry 63, 595–617 92 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng 35 Hamid, S B A., Teh, S J & Lai, C W (2017) "Photocatalytic water oxidation on ZnO: A review", Catalysts 36 Hatakeyama, Y., Onishi, K & Nishikawa, K (2011), "Effects of sputtering conditions on formation of gold nanoparticles in sputter deposition technique", RSC Adv 1, 1815–1821 37 Hwang, J D., Wang, F H., Kung, C Y & Chan, M C (2015), "Using the Surface Plasmon Resonance of Au Nanoparticles to Enhance Ultraviolet Response of ZnO Nanorods-Based Schottky-Barrier Photodetectors", IEEE Trans Nanotechnol 14, 318–321 38 International Diabetes Federation (2019), IDF Diabetes Atlas Eighth Edition 39 Jabłoński, Aleksander (1933), "Efficiency of Anti-Stokes Fluorescence in Dyes", Nature, volume 131, pp 839-840 40 Jeong, Y., Kook, Y M., Lee, K & Koh, W G (2018), "Metal enhanced fluorescence (MEF) for biosensors: General approaches and a review of recent developments", Biosens Bioelectron 111, 102–116 41 Jin S, Veetil JV, Garrett JR, Ye K (2011), "Construction of a panel of glucose indicator proteins for continuous glucose monitoring”, BiosenscBioelectron; 26(8):3427–31 42 Jin, R.; Zeng, C.; Zhou, M.; Chen, Y (2016) "Atomically Precise Colloidal Metal Nanoclusters and Nanoparticles: Fundamentals and Opportunities", Chem Rev , 116, 10346–10413 43 joseph r lakowicz, "principles of fluorescence spectroscopy", book 44 Kim, H M., Park, J H & Lee, S K (2019) "Fiber optic sensor based on ZnO nanowires decorated by Au nanoparticles for improved plasmonic biosensor", Sci Rep 9, 1–9 45 Kim, K E., Kim, T G & Sung, Y M (2012) "Enzyme-conjugated ZnO nanocrystals for collisional quenching-based glucose sensing", CrystEngComm 14, 2859–2865 46 Kim, S O., Shim, J B & Chang, H (2011), "Rapid hydrothermal synthesis 93 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng of zinc oxide nanowires by annealing methods on seed layers", J Nanomater 47 Klonoff, D C (2012) "Overview of fluorescence glucose sensing: A technology with a bright future", J Diabetes Sci Technol 6, 1242–1250 48 Khan, F., L Gnudi, and J.C Pickup, (2008), "Fluorescence-based sensing of glucose using engineered glucose/galactose-binding protein: a comparison of fluorescence resonance energy transfer and environmentally sensitive dye labelling strategies", Biochem Biophys Res Commun, 365(1): p 102-6 49 Lee C Y., Tseng T Y., Li S Y., and Lin P (2006), “Effect of phosphorus dopant on photoluminescence and field-emission characteristics of Mg 0.1Zn 0.9O nanowires”, J Appl Phys., vol 99, no 2, pp 1–7 50 Lee, K.-S.; El-Sayed, M A (2005), "Dependence of the Enhanced Optical Scattering Efficiency Relative to That of Absorption for Gold Metal Nanorods on Aspect Ratio, Size, End-Cap Shape, and Medium Refractive", Index J Phys Chem B , 109, 20331-20338 51 Li J and Lin X (2007), “Glucose biosensor based on immobilization of glucose oxidase in poly(o-aminophenol) film on polypyrrole-Pt nanocomposite modified glassy carbon electrode”, Biosens Bioelectron., vol 22, no 12, pp 2898–2905 52 Li, N.; Zhao, P.; Astruc, D Anisotropic (2014), "Gold Nanoparticles: Synthesis, Properties, Applications, and Toxicity", Angew Chem., Int Ed., 53, 1756-17 53 Lim, S.Y.; Shen, W.; Gao, Z (2015) "Carbon quantum dots and their applications", Chem Soc Rev., 44, 362–381 54 Lin, C Y & Ho, K C (2009), "Cholesterol biosensor based on nanoporous zinc oxide modified electrodes", AIP Conf Proc 1137, 123–126 55 Lin, S Y., Chang, S J & Hsueh, T J (2014), "ZnO nanowires modified with Au nanoparticles for nonenzymatic amperometric sensing of glucose", Appl Phys Lett 104, 10–15 56 Link, S.; El-Sayed, M A (1999), "Size and Temperature Dependence of the 94 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng Plasmon Absorption of Colloidal Gold Nanoparticles", J Phys Chem B , 103, 4212-4217 57 Ling, Y et al (2014), "Fluorescent detection of hydrogen peroxide and glucose with polyethyleneimine-templated Cu nanoclusters", Spectrochim Acta Part A Mol Biomol Spectrosc 118, 315–320 58 Liu T, Liu B, Zhang H, Wang Y (2005), "The fluorescence bioassay platforms on quantum dots nanoparticles", J Fluoresc;15(5):729–33 59 Liu, Z., Liu, C., Ya, J & Lei, E (2011), "Controlled synthesis of ZnO and TiO2 nanotubes by chemical method and their application in dye-sensitized solar cells", Renew Energy 36, 1177–1181 60 Lu, H., Zheng, F., Guo, M & Zhang, M (2014), "One-step electrodeposition of single-crystal ZnO nanotube arrays and their optical properties", J Alloys Compd 588, 217–221 61 Lu, Y.; Chen, W (2012), "Sub-nanometre sized metal clusters: From synthetic challenges to the unique property discoveries", Chem Soc Rev , 41, 3594–3623 62 Mahmoud, M A.; El-Sayed, M A (2010), "Gold Nanoframes: Very High Surface Plasmon Fields and Excellent Near-Infrared Sensors", J Am Chem Soc., 132 63 Mai, H H et al (2017), "Non-enzymatic Fluorescent Biosensor for Glucose Sensing Based on ZnO Nanorods", J Electron Mater 46, 3714–3719 64 Mai, H H., Tran, D H & Janssens (2019), "E Non-enzymatic fluorescent glucose sensor using vertically aligned ZnO nanotubes grown by a one-step, seedless hydrothermal method", Microchim Acta 186, 2–11 65 Martínez-Carmona, M., Gun‟Ko, Y & Vallet-Regí, M (2018), "Zno nanostructures for drug delivery and theranostic applications", Nanomaterials 8, 127 66 Morkoỗ, H & ệzgỹr, ĩ (2009) "General Properties of ZnO Zinc Oxide" doi:10.1002/9783527623945.ch1 95 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng 67 Nozaki, S., Sarangi, S N., Uchida, K & Sahu, S N.(2013), "Hydrothermal Growth of Zinc Oxide Nanorods and Glucose-Sensor Application", Soft Nanosci Lett 03, 23–26 68 R Ahmad et al (2017), „Highly Efficient Non-Enzymatic Glucose Sensor Based on CuO Modified Vertically-Grown ZnO Nanorods on Electrode‟, Sci Rep., vol 7, no 69 R Wilson and A P F Turner, (1992) "Glucose oxidase: An ideal enzyme", Biosens Bioelectron 7, 165 70 R.Raji, K.G Gopchandran (2019), "Plasmonic photocatalytic activity of ZnO: Au Nanostructures: Tailoring the plasmon absorption and interfacial transfer mechnism", Journal of Hazardous Materials, 345 – 357 71 Salins, L.L., et al (2001), “A novel reagentless sensing system for measuring glucose-based on the galactose/glucose-binding protein”, Anal Biochem, 294(1): p 19-26 72 Sarangi, S N., Nozaki, S & Sahu, S N (2015), "ZnO nanorod-based non- enzymatic optical glucose biosensor.", J Biomed Nanotechnol 11, 988–996 73 Sheikh, N., Afzulpurkar, N & Ashraf, M W (2013) "Robust nanogenerator based on vertically aligned ZnO nanorods using copper substrate.", J Nanomater 74 Shichiri M., Kawamori R., Yamasaki Y., Hakui N (1982), “Wearable artificial endocrine pancrease with needle-type glucose sensor”, in Lancet, pp 1192–1131 75 Shimomura O, Johnson FH, Saiga Y (Jun 1962), "Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea", Journal of Cellular and Comparative Physiology 59 (3): 223–39 76 Skrabalak, S E.; Chen, J.; Sun, Y.; Lu, X.; Au, L.; Cobley, C M.; Xia, Y (2008) "Gold Nanocages: Synthesis, Properties, and Applications", Acc Chem Res , 41, 1587- 1595 96 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng 77 Sodzel, D et al (2015), "Continuous sensing of hydrogen peroxide and glucose via quenching of the UV and visible luminescence of ZnO nanoparticles", Microchim Acta 182, 1819–1826 78 Solanki, P.R.; Kaushik, A.; Agrawal, V.V.; (2011), "Malhotra, B.D Nanostructured metal oxide-based biosensors", NPG Asia Materials, 3, 17–24 79 Sun, H.; Wu, L.; Wei, W.; Qu, X (2013), "Recent advances in graphene quantum dots for sensing", Mater Today,16, 433–442 80 Sun, Y., Riley, D J & Ashfbld, M N R.(2006)" Mechanism of ZnO nanotube growth by hydrothermal methods on ZnO film-coated Si substrates", J Phys Chem B 110, 15186–15192 81 Tadafumi Adschiri; Yukiya Hakuta Kiwamu; SueKunio Arai (2001), “Hydrothermal synthesis of metal oxide nanoparticles in supercritical water”, J Nanoparticle, vol 3, no 2–3, pp 227–235 82 Tereshchenko, A et al (2016), "Optical biosensors based on ZnO nanostructures: Advantages and perspectives A review Sensors Actuators", B Chem 229, 664–677 83 Toghill, K E & Compton, R G.(2010), "Electrochemical non-enzymatic glucose sensors: A perspective and an evaluation.", Int J Electrochem Sci 5, 1246–1301 84 Tsien, R Y (1998), "The Green Fluorescent Protein", Annu Rev Biochem 67, 509–544 85 Turner, Anthony; Wilson, George; Kaube, Isao (1987), "Biosensors: Fundamentals and Applications", Oxford, UK: Oxford University Press 86 Thesvenot R., Toth K., Durst A R (1999), “Electrochemical biosensors: recommended deffinitions and classification”, Biosensors and Bioelectronics, pp 121–131 87 Udayabhaskar, R., Karthikeyan, B., Sreekanth, P & Philip, R (2015), "Enhanced multi-phonon Raman scattering and nonlinear optical power limiting in ZnO:Au nanostructures", RSC Adv 5, 13590–13597 97 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng 88 Walling, M A.; Novak, Shepard (2009), "Quantum Dots for Live Cell and In Vivo Imaging", Int J Mol Sci 10 (2): 441–491 89 Wang, J X et al (2006), "Zinc oxide nanocomb biosensor for glucose detection", Appl Phys Lett 88, 10–13 90 Wang, R C., Lin, H Y., Chen, S J., Lai, Y F & Huang, M R S (2009), "Boundary layer-assisted chemical bath deposition of well-aligned ZnO rods on Si by a one-step method", Appl Phys A Mater Sci Process 96, 775–781 91 Wang, Z L (2004), "Zinc oxide nanostructures: Growth, properties and applications", J Phys Condens Matter 16, 829–858 92 Wei, Y et al (2010), "ZnO nanorods/Au hybrid nanocomposites for glucose biosensor", Biosens Bioelectron 26, 275–278 93 Wu, Q et al (2016), "Amperometric cholesterol biosensor based on zinc oxide films on a silver nanowire-graphene oxide modified electrode", Anal Methods 8, 1806–1812 94 Xi, Y et al (2009), "Growth of ZnO nanotube arrays and nanotube based piezoelectric nanogenerators", J Mater Chem 19, 9260–9264 95 Xu, C et al (2012), "Seed-free electrochemical growth of ZnO nanotube arrays on single-layer graphene", Mater Lett 72, 25–28 96 Yang, J., Lin, Y., Meng, Y & Liu, Y (2012), "A two-step route to synthesize highly oriented ZnO nanotube arrays", Ceram Int 38, 4555–4559 97 Yi, Z et al (2015), "Surface-Plasmon-Enhanced Band Emission and Enhanced Photocatalytic Activity of Au Nanoparticles-Decorated ZnO Nanorods", Plasmonics 10, 1373–1380 98 Yin Zhang; (2013), "Biomedical Applications of Zinc Oxide Nanomaterials", Curr Mol Med December ; 13(10): 1633–1645 99 Zheng Z., Lim Z S., Peng Y., You L., Chen L., and Wang J (2013), “General route to ZnO nanorod arrays on conducting substrates via galvanic-cell-based approach”, Sci Rep., vol 100 Zheng, K et al (2019), " Mechanism of photoluminescence quenching in 98 Luận văn thạc sĩ Trần Đình Hồng visible and ultraviolet emissions of ZnO nanowires decorated with gold nanoparticles", Jpn J Appl Phys 58 101 Zhu, H., Li, L., Zhou, W., Shao, Z & Chen, X (2016), "Advances in non- enzymatic glucose sensors based on metal oxides", J Mater Chem B 4, 7333 99 ... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Trần Đình Hồng CẢM BIẾN HUỲNH QUANG ĐO HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG DỰA TRÊN VẬT LIỆU NANO ZNO ĐÍNH HẠT VÀNG Chuyên ngành: Quang học Mã số : 8440130.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA... CẢM BIẾN DỰA TRÊN CẤU TRÚC NANO ZNO PHỦ VÀNG 74 3.4.1 Khảo sát độ nhạy cảm biến 74 3.4.2 Sự dập tắt huỳnh quang ống nano ZnO phủ vàng H2O2 chế hoạt động cảm biến huỳnh quang. .. cứu cảm biến [82][33][22] Đối với cảm biến sinh học huỳnh quang, đặc tính ƣu việt tâm phát quang vật liệu cấu trúc nano nhƣ hạt nano bán dẫn, hạt nano silica, cum nano kim loại vàng/ bạc, vật liệu