Để nghiờn cứu đặc trƣng của cảm biến, chỳng tụi đó sử dụng phƣơng phỏp quột thế tuần hoàn C-V. Thế tuần hoàn C-V của cảm biến miễn dịch để xỏc định vi rỳt Rota đó đƣợc thực hiện trong dung dịch PBS cú chứa 20 mM [Fe(CN)6]3-/4-, tốc độ quột 100mV/s, với một điện cực chuẩn Ag / AgCl. Hỡnh 3.11 mụ tả đƣờng đặc trƣng của quỏ trỡnh quột thế tuần hoàn của điện cực đƣợc cố định khỏng thể bằng phƣơng phỏp hấp phụ vật lý. Sau đú, đặt một điện ỏp từ -1 ữ 1V vào điện cực. Khi đú, sẽ xuất hiện quỏ trỡnh ụ xi hoỏ khử của đầu dũ, cỏc điện tử sẽ di chuyển giữa hai điện cực thụng qua đầu dũ oxi húa khử [Fe(CN) 6] 3- / 4-. . Quỏ trỡnh chuyển điện tớch khụng bị cản trở bởi bất kỳ một lớp màng nào trờn bề mặt điện cực. Khi đú, đỉnh dũng ụ xi hoỏ khử đƣợc xỏc định là 132 nA. Hỡnh 3.11a, khi thanh nano ZnO đƣợc phủ lờn bề mặt của cảm biến, một màng mỏng đƣợc hỡnh thành làm cản trở quỏ trỡnh chuyển điện tớch của [Fe(CN) 6] 3- / 4- tới bề mặt cảm biến làm dũng giảm xuống cũn 51,5 nA. Hỡnh 3.11b khi bề mặt cảm biến đƣợc cố định khỏng thể của vi rỳt Rota, một màng mỏng tiếp tục đƣợc hỡnh thành, và sự dịch chuyển điện tớch của [Fe(CN) 6] 3- / 4- sẽ tiếp tục cản trở bởi lớp màng này, dẫn đến dũng tiếp tục giảm xuống đến giỏ trị 33,7 nA. Nhƣ vậy, cú thể thấy đó cú sự thay đổi dũng điện khi cố định khỏng thể lờn bề mặt cảm biến. Khi sử dụng cảm biến để xỏc định vi rỳt rota cú thể thấy, bề mặt điện cực đó cú sự thay đổi khi cú của khỏng nguyờn và khỏng thể hỡnh thành lớp màng mỏng làm cản trở cỏc điện tớch, dẫn đến dũng điện tục giảm đến 2,08 nA, điều này đƣợc quan sỏt thể hiện trong hỡnh. 3.11 (d).
Vũ Y Doón 2016
54
Hỡnh 3. 11. Thế vũng C-V của cảm biến miễn dịch a) điện cực; b) điện cực/ ZnO;
c) điện cực/ZnO/khỏng thể; d) điện cực/ ZnO/ Khỏng thể / vi rỳt Rota
Nhƣ vậy, cú thể thấy rằng, sự thay đổi giỏ trị dũng điện ụ xi hoỏ khử là do ảnh hƣởng của sự thay đổi bề mặt điện cực. Cỏc đỉnh dũng đó bị thay đổi khi cú sự thay đổi bề mặt điện cực do tạo ra một lớp cản trở quỏ trỡnh chuyển điện tớch của đầu dũ ụ xi hoỏ khử từ dung dịch đến bề mặt điện cực khi đặt một điện thế đến điện cực.
Hỡnh 3. 12 mụ tả sự phụ thuộc của nồng độ vi rỳt rota đến tớn hiệu ra của cảm biến. Ở đõy, tụi tiến hành đo xỏc định vi rỳt rota ở bốn nồng độ khỏc nhau từ 7,8 ì 105 CFU / ml đến 7,8 ì 108
CFU / mL. Khi nồng độ của vi rỳt tăng từ 7,8 ì 105 CFU / ml đến 7,8 ì 108 CFU / mL, dũng giảm tuyến tớnh từ 82 nA đến 42 nA, với hệ số tƣơng quan R = 0,816. Giới hạn phỏt hiện của cảm ứng miễn dịch là 7,8 ì 105 CFU / mL.
Vũ Y Doón 2016
55
Hỡnh 3.12 Thế vũng C-V của cảm biến miễn dịch theo nồng độ
13 14 15 16 17 18 19 20 21 0.000045 0.000050 0.000055 0.000060 0.000065 0.000070 0.000075 0.000080 0.000085 R = 0,8160 Dòng đi ện ( A ) Nồng độ (ex CFU/mL)
Vũ Y Doón 2016
56
Kết luận
Thực hiện đề tài: “Nghiờn cứu chế tạo, tớnh chất của vật liệu dõy nano oxit
kim loại bỏn dẫn nhằm ứng dụng cho cảm biến miễn dịch” tụi đó thu đƣợc một số kết quả chủ yếu sau:
Đó tổng hợp thành cụng đƣợc vật liệu thanh nano ZnO với đƣờng kớnh 50 – 100 nm, chiều dài ~ 1 àm với cỏc điều kiện: 1 lớp mầm, nồng độ Zn2+ 0,025M, nhiệt độ 1500
C, thời gian 3 h.
Đó cố định đƣợc khỏng thể vi rỳt Rota lờn bề mặt cảm biến bằng phƣơng phỏp hấp phụ vật lý.
Đó phỏt triển cảm biến miễn dịch trờn cơ sở thanh nano ZnO với giới hạn phỏt hiện là 7,8 ì 105 CFU / mL.
Những kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng của thanh nano ZnO cho cảm biến miễn dịch trong y sinh học và cỏc lĩnh vực mụi trƣờng.
Hƣớng nghiờn cứu tiếp theo
Đõy là những kết quả ban đầu về việc phỏt triển cảm biến miễn dịch trờn cơ sở thanh nano ZnO. Trong thời gian tới, chỳng tụi sẽ tập trung nghiờn cứu cỏc thụng số ảnh hƣởng đến tớn hiệu ra của cảm biến nhƣ: giỏ trị pH, thời gian phản ứng miễn dịch, nhiệt độ ủ, và nồng độ khỏng thể vi rỳt Rota.
Vũ Y Doón 2016
57
Tài liệu tham khảo
[1] Ahuja, T., I. A. Mir, D. Kumar, and Rajesh, “Biomolecular immobilization on conducting polymers for biosensing applications,” Biomaterials, vol. 28, no. 5, pp. 791–805, 2007.
[2] Ansari, A. A., A. Kaushik, P. R. Solanki, and B. D. Malhotra, “Sol-gel derived nanoporous cerium oxide film for application to cholesterol biosensor,”
Electrochem. commun., vol. 10, no. 9, pp. 1246–1249, 2008.
[3] Chiến, N. Đ., “Nghiờn cứu chế tạo cảm biến trờn cơ sở vật liệu micro-nano và thiết bị kốm theo để kiểm tra một số thụng số quan trọng của mụi trƣờng khớ và nƣớc,” KC02.05/06-10, 2009.
[4] Choi, A., K. Kim, H. Il Jung, and S. Y. Lee, “ZnO nanowire biosensors for detection of biomolecular interactions in enhancement mode,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 148, no. 2, pp. 577–582, 2010.
[5] Ge, C., H. Li, M. Li, C. Li, X. Wu, and B. Yang, “Synthesis of a ZnO nanorod/CVD graphene composite for simultaneous sensing of dihydroxybenzene isomers,” Carbon N. Y., vol. 95, pp. 1–9, 2015.
[6] Hames, Y., Z. Alpaslan, A. Kửsemen, S. E. San, and Y. Yerli, “Electrochemically grown ZnO nanorods for hybrid solar cell applications,” Sol. Energy, vol. 84, no. 3, pp. 426–431, 2010.
[7] Han, X., X. Fang, A. Shi, J. Wang, and Y. Zhang, “An electrochemical DNA biosensor based on gold nanorods decorated graphene oxide sheets for sensing platform,” Anal. Biochem., vol. 443, no. 2, pp. 117–123, 2013.
[8] Hiển, T. D., “Nghiờn cứu chế tạo cảm biến nano sinh học để chẩn đoỏn và định lƣợng một số hợp chất sinh học,” KC04.12/06-10, 2010.
[9] Hồ, P., “Giỏo trỡnh Vật liệu bỏn dẫn,” NXB Khoa học và Kỹ thuật., pp. 2–4, 2008.
Vũ Y Doón 2016
58
[10] Hoàng, T., “Vật liệu nanocompozit khoỏng sột - nhựa dẻo,” NXB Khoa học tự nhiờn và Cụng nghệ, 2012.
[11] Huy, T. Q., “Nghiờn cứu và phỏt triển bộ cảm biến miễn dịch điện hoỏ để phỏt hiện virus viờm nóo Nhật Bản,” Luận ỏn Tiến sĩ, p. 2016, 2012.
[12] Huy, T. Q., “Cố định khỏng thể IGM khỏng vi rỳt bằng phƣơng phỏp cộng húa trị cho cảm biến miễn dịch điện húa,” Vietnam J. Chem., pp. 2–4, 2011.
[13] Huy, T. Q., “Cảm biến sinh học trờn cơ sở polyme dẫn trong phỏt hiện vi rỳt gõy bệnh,” Luận Văn Thạc Sĩ, 2007.
[14] Huy, T. Q., “Nghiờn cứu và phỏt triển bộ cảm biến miễn dịch điện hoỏ để phỏt hiện virus viờm nóo Nhật Bản,” Luận ỏn Tiến sĩ, 2012.
[15] Ivask, A., M. Virta, and A. Kahru, “Construction and use of specific luminescent recombinant bacterial sensors for the assessment of bioavailable fraction of cadmium, zinc, mercury and chromium in the soil,” Soil Biol. Biochem., vol. 34, no. 10, pp. 1439–1447, 2002.
[16] Jang, Y., J. Park, Y. K. Pak, and J. J. Pak, “Immunosensor Based on the ZnO Nanorod Networks for the Detection of H1N1 Swine Influenza Virus,” J. Nanosci. Nanotechnol., vol. 12, no. 7, pp. 5173–5177, 2012.
[17] Jung, J. and S. Lim, “Applied Surface Science ZnO nanowire-based glucose biosensors with different coupling agents,” Appl. Surf. Sci., vol. 265, pp. 24–29, 2013.
[18] Khalil, M. I., M. M. Al-Qunaibit, A. M. Al-zahem, and J. P. Labis, “Synthesis and characterization of ZnO nanoparticles by thermal decomposition of a curcumin zinc complex,” Arab. J. Chem., vol. 7, no. 6, pp. 1178–1184, 2014. [19] Kim, G., S. B. Park, J.-H. Moon, and S. Lee, “Detection of pathogenic
Salmonella with nanobiosensors,” Anal. Methods, vol. 5, no. 20, pp. 5717–5723, 2013.
Vũ Y Doón 2016
59
biosensor for the detection of pathogenic Salmonella,” Biosens. Bioelectron., vol. 67, pp. 243–247, 2015.
[21] Lõm, T. Đ., “Nghiờn cứu chế tạo cảm biến miễn dịch điện húa khụng sử dụng chất đỏnh dấu trờn cơ sở polime chức năng cấu trỳc nano ứng dụng xỏc định dƣ lƣợng thuốc trừ sõu Atrazine,” Đề tài nhỏnh ILA – CH Phỏp, 2012.
[22] Lang, Q., L. Han, C. Hou, F. Wang, and A. Liu, “A sensitive acetylcholinesterase biosensor based on gold nanorods modified electrode for detection of organophosphate pesticide,” Talanta, vol. 156–157, pp. 34–41, 2016.
[23] Marie, M., S. Mandal, and O. Manasreh, “An Electrochemical Glucose Sensor Based on Zinc Oxide Nanorods,” Sensors, vol. 15, no. 8, pp. 18714–18723, 2015.
[24] Medyantseva, E. P., E. V. Khaldeeva, N. I. Glushko, and H. C. Budnikov, “Amperometric enzyme immunosensor for the determination of the antigen of the pathogenic fungi Trichophyton rubrum,” Anal. Chim. Acta, vol. 411, no. 1–2, pp. 13–18, 2000.
[25] Melorose, J., R. Perroy, and S. Careas, Zinc Oxide, vol. 1. 2015.
[26] Parab, H. J., C. Jung, J. H. Lee, and H. G. Park, “A gold nanorod-based optical DNA biosensor for the diagnosis of pathogens,” Biosens. Bioelectron., vol. 26, no. 2, pp. 667–673, 2010.
[27] Park, J., X. You, Y. Jang, Y. Nam, M. J. Kim, N. K. Min, and J. J. Pak, “ZnO nanorod matrix based electrochemical immunosensors for sensitivity enhanced detection of Legionella pneumophila,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 200, pp. 173–180, 2014.
[28] Patil, D., N. Q. Dung, H. Jung, S. Y. Ahn, D. M. Jang, and D. Kim, “Enzymatic glucose biosensor based on CeO 2 nanorods synthesized by non-isothermal precipitation,” Biosens. Bioelectron., vol. 31, no. 1, pp. 176–181, 2012.
Vũ Y Doón 2016
60
[29] Pourshaban, E., H. Abdizadeh, and M. R. Golobostanfard, “A close correlation between nucleation sites, growth and final properties of ZnO nanorod arrays: Sol-gel assisted chemical bath deposition process,” Ceram. Int., vol. 42, no. 13, pp. 14721–14729, 2016.
[30] Quốc, N. V., “Nghiờn cứu, chế tạo và ứng dụng cảm biến sinh học dựa trờn cấu trỳc nano silicon,” Luận Văn Thạc Sĩ, 2010.
[31] Quy, N. V., “Cảm biến khớ dựa trờn cấu trỳc vi cõn tinh thể thạch anh đƣợc phủ dõy nano ZnO,” KC.02/06-10, pp. 250–253, 2009.
[32] Ramanathan, S., M. Ensor, and S. Daunert, “Bacterial biosensors for monitoring toxic metals,” vol. 7799, no. 97, pp. 500–506, 1997.
[33] Sanguino, P., T. Monteiro, S. R. Bhattacharyya, C. J. Dias, R. Igreja, and R. Franco, “ZnO nanorods as immobilization layers for interdigitated capacitive immunosensors,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 204, pp. 211–217, 2014. [34] Sekine, N., C. Chou, W. Lek, and Y. Yang, “ZnO nano-ridge structure and its
application in inverted polymer solar cell,” Org. Electron., vol. 10, no. 8, pp. 1473–1477, 2009.
[35] SMMahpeykar, J Koohsorkhi, H. G., “Ultra-fast microwave-assisted hydrothermal synthesis of long vertically aligned ZnO nanowires for dye- sensitized solar cell application,” vol. 165602, 2012.
[36] Su, X. L. and Y. Li, “A QCM immunosensor for Salmonella detection with simultaneous measurements of resonant frequency and motional resistance,”
Biosens. Bioelectron., vol. 21, no. 6, pp. 840–848, 2005.
[37] Su, X. L. and Y. Li, “A self-assembled monolayer-based piezoelectric immunosensor for rapid detection of Escherichia coli O157:H7,” Biosens. Bioelectron., vol. 19, no. 6, pp. 563–574, 2004.
[38] Sung, Y. M., F. C. Hsu, C. T. Chen, W. F. Su, and Y. F. Chen, “Enhanced photocurrent and stability of inverted polymer/ZnO-nanorod solar cells by 3-
Vũ Y Doón 2016
61
hydroxyflavone additive,” Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 98, pp. 103–109, 2012.
[39] Thevenot, D., K. Toth, R. Durst, G. Wilson, D. Thevenot, K. Toth, R. Durst, and G. Wilson, “Electrochemical biosensors : recommended definitions and classification To cite this version : ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS : RECOMMENDED,” 2013.
[40] Thủy, N. T., “Cảm biến sinh học trờn cơ sở transistor hiệu ứng trƣờng (FET) sử dụng ống nano carbon,” Luận ỏn Tiến sĩ, 2012.
[41] Trung, Đ. Q., “Nghiờn cứu chế tạo và khảo sỏt quỏ trỡnh chuyển pha ZnS/ZnO của cỏc cấu trỳc nano ZnS một chiều,” Luận ỏn Tiến sĩ, 2014.
[42] Tuấn, N. M., “Nghiờn cứu phỏt triển thiết bị pin nhiờn liệu vi sinh vật (Microbial fuel cell) sử dụng làm cảm biến sinh học đỏnh giỏ chất lƣợng nƣớc thải,” Luận Văn Thạc Sĩ, 2014.
[43] Villamizar, R. A., A. Maroto, and F. X. Rius, “Improved detection of Candida albicans with carbon nanotube field-effect transistors,” Sensors Actuators B Chem., vol. 136, pp. 451–457, 2009.
[44] Wang, L., X. Gao, L. Jin, Q. Wu, Z. Chen, and X. Lin, “Amperometric glucose biosensor based on silver nanowires and glucose oxidase,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 176, pp. 9–14, 2013.
[45] Wang, L., Y. Kang, X. Liu, S. Zhang, W. Huang, and S. Wang, “ZnO nanorod gas sensor for ethanol detection,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 162, no. 1, pp. 237–243, 2012.
[46] Wang, X., C. Hu, H. Liu, G. Du, X. He, and Y. Xi, “Synthesis of CuO nanostructures and their application for nonenzymatic glucose sensing,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 144, no. 1, pp. 220–225, 2010.
[47] Wei, A., X. W. Sun, J. X. Wang, Y. Lei, X. P. Cai, C. M. Li, Z. L. Dong, and W. Huang, “Enzymatic glucose biosensor based on ZnO nanorod array grown by
Vũ Y Doón 2016
62
hydrothermal decomposition,” Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 12, 2006.
[48] Wei, B.-Y., M.-C. Hsu, P.-G. Su, H.-M. Lin, R.-J. Wu, and H.-J. Lai, “A novel SnO2 gas sensor doped with carbon nanotubes operating at room temperature,”
Sensors Actuators B Chem., vol. 101, no. 1–2, pp. 81–89, 2004.
[49] Wei, H., Y. Wu, N. Lun, and C. Hu, “Hydrothermal synthesis and characterization of ZnO nanorods,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 393, no. 1–2, pp. 80– 82, 2005.
[50] Xu, M., R. Wang, and Y. Li, “Rapid detection of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella Typhimurium in foods using an electrochemical immunosensor based on screen-printed interdigitated microelectrode and immunomagnetic separation,” Talanta, vol. 148, pp. 200–208, 2016.
[51] Xu, M., Q. Li, Y. Ma, and H. Fan, “Ni-doped ZnO nanorods gas sensor: Enhanced gas-sensing properties, AC and DC electrical behaviors,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 199, pp. 403–409, 2014.
[52] Ye, Z., T. Wang, S. Wu, X. Ji, and Q. Zhang, “Na-doped ZnO nanorods fabricated by chemical vapor deposition and their optoelectrical properties,” J. Alloys Compd., vol. 690, pp. 189–194, 2017.
[53] Zhou, Y., W. Wu, G. Hu, H. Wu, and S. Cui, “Hydrothermal synthesis of ZnO nanorod arrays with the addition of polyethyleneimine,” Mater. Res. Bull., vol. 43, no. 8–9, pp. 2113–2118, 2008.
Vũ Y Doón 2016
63
DANH MỤC CễNG TRèNH
1. Vu Y Doan, Pham Hung Vuong, Hoang Lan, Phuong Dinh Tam, “Synthesis of ZnO nanorod for immunosensor application”, Chấp nhận đăng trong Tạp chớ Húa Học số 6, tập 54, năm 2016.
2. Nguyễn Lƣơng Hoàng, Vũ Y Doón, Phạm Hựng Vƣợng, Phạm Thế Kiờn, Vũ Văn Thỳ, Hoàng Lan, Tạ Thị Nhật Anh, Phƣơng Đỡnh Tõm, “Nghiờn cứu tổng hợp dõy nano CeO2 bằng phương phỏp thủy nhiệt cho ứng dụng cảm biến sinh học”, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 9 - SPMS2015, Tp. Hồ Chớ Minh.