NGƢỜI CỦA CẢM BIẾN
Các kết quả thử nghiệm ở mục 3.3 – 3.5 ở trên đã chứng minh tiềm năng quan trọng của ống nano Au/ZnO nhƣ một cảm biến glucose để đo hàm lƣợng glucose ở huyết thanh ngƣời, độ nhạy cao và không bị ảnh hƣởng bởi các chất khác có trong huyết thanh của ngƣời. Vì vậy, tôi tiếp tục thử nghiệm thực tế với các mẫu huyết thanh trong máu ngƣời. Tôi sử dụng 12 mẫu huyết thanh đã có các kết quả xét nghiệm lâm sàng nồng độ đƣờng glucose đo bằng máy phân tích hóa học máu VetScanVS2 (Abaxis, Inc., Union City, CA 94587). 12 mẫu huyết thanh
có nồng độ đƣờng từ 0,1 – 7,61mM. 15 mỗi huyết thanh đƣợc nhỏ trục tiếp lên
bề mặt các ống nano ZnO phủ vàng với thời gian phún xạ 10s. Hiện tƣợng dập tắt huỳnh quang cũng đƣợc quan sát thấy nhƣ trong hình 3.15.
nh 3 15: Phổ PL của mẫu ống nano Au(10s)/ZnO với các mẫu serum có nồng độ từ 0,1 – 7,61mM C ờng độ phổ đ c chuẩn hóa so với c ờng độ của mẫu ống
nano ZnO khi nồng độ glucose bằng 0mM.
Bước sóng (nm)
Cường đ
ộ PL t
ỷ
So sánh kết quả đo glucose pha trong DI và glucose trong mẫu Serum của ống ZnO phủ vàng.
nh 3 16: So s nh t ơng quang nồng độ glucose đo đ c bằng dập tắt huỳnh quang và kết quả cung cấp bởi bệnh viện.
So đồ hình 31.6 cho thấy mối quan hệ giữa giá trị nồng độ glucose trong mẫu huyết thanh khi xác định bằng phƣơng pháp đo huỳnh quang và đối chiếu với kết quả đo lâm sàng trƣớc đó. Cụ thể, các mẫu ống nano ZnO phủ vàng sẽ đƣợc tiến hành đo huỳnh quang trƣớc và sau khi nhỏ một lƣợng 15µl huyết thanh để xác định tỷ lệ dập tắt huỳnh quang gây ra bởi glucose trong huyết thanh. Sau đó, nồng độ glucoe trong mẫu huyết thanh đƣợc suy ngƣợc lại dựa trên mực độ dập tắt huỳnh quang và đƣờng chu n thu đƣợc trƣớc đo trong hình 3.11 để thu đƣợc. Mỗi một điểm trên đồ thị hình 3.16 cho thấy hai giá trị nồng độ glucose đo: giá trị trên trục hoành là nồng độ glucose đƣợc suy ngƣợc ra từ phƣơng pháp đo huỳnh quang và giá trị trục tung là kết quả lâm sàng về nồng độ đã đƣợc cung cấp trƣớc đó bởi bệnh viện.
Kết quả cho thấy nồng đồ đƣờng glucose đo bởi phƣơng pháp đo huỳnh quang lớn hơn một chút so với kết quả cung cấp bởi bệnh viện. Nồng độ glucose
CM glucose theo dập tắt huỳnh quang
CM
glucose th
eo số
liệu lâ
đƣợc xác định bởi phổ PL cao hơn một chút so với phƣơng pháp xét nghiệm lâm sàng và chênh lệch tối đa là 0,5mM. Điều này có thể đƣợc giải thích bởi sự hiện diện của rất nhiểu các loại phân tử khác nhau (nhƣ tế bào, đoạn protein, v.v.) trong huyết thanh ngƣời. Hơn nữa, sự có mặt của AA, UA, BSA, maltose, sucrose và fructose có thể ảnh hƣởng nhỏ đến cƣờng độ PL. Tuy nhiên, hệ số tƣơng quan của bộ 12 cặp số liệu nồng độ glucse đo bằng hai phƣơng pháp ứng với 12 mẫu đƣợc xác định là 0,9985. Giá trị hệ số tƣơng quan chứng minh rằng cảm biến huỳnh quang đo hàm lƣợng glucose dựa trên cấu trúc ống nano ZnO phủ vàng cho kết quả phủ hợp và đáng tin cậy khi so sánh với sản ph m thƣơng mại.
So với các công trình trƣớc đây, cảm biến glucose dựa trên các cấu trúc nano khác nhau và các phƣơng pháp quang học khác nhau, cảm biến của chúng tôi thể hiện tính chọn lọc, độ nhạy tốt khi đo glucose với sự có mặt của các chất khác. Trong các nghiên cứu trƣớc đây, cấu trúc nano ZnO đã đƣợc tổng hợp bằng quy trình chế tạo/tổng hợp nhiều bƣớc, trong khi ống nano ZnO phủ vàng đƣợc trình bày trong luận văn này đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp thủy nhiệt, không tốn kém với thời gian ngắn nhƣng đạt chất lƣợng tốt. Các chất dung môi và phƣơng pháp tổng hợp đều chi phí phấp. Ngoài ra, cảm biến có phạm vi hoạt động từ 0,1 mM đến 15 mM, bao gồm các nồng độ glucose trong nƣớc bọt (0,55 mM, 1,77 mM), nƣớc tiểu (> 5,55 mM), nƣớc mắt (0,5 mM - 5 mM), dịch kẽ (1,99 mM - 22,2 mM) và trong máu (> 5,6 mM) cho bệnh nhân tiểu đƣờng. Do đó, cảm biến của chúng tôi có thể đƣợc áp dụng hiệu quả để phát hiện nồng độ glucose trong các chất lỏng sinh lý trong một dải nồng độ tƣơng đối rộng.
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn “Cảm iến huỳnh quang o
hàm lƣ ng ƣờng dựa tr n vật liệu nano ZnO nh hạt vàng”, tôi đã thu đƣợc các kết quả sau:
- Tổng hợp thành công ống nano ZnO phủ vàng trên đế Cu bằng phƣơng pháp
thủy nhiệt kết hợp hiệu ứng pin Gavanic. Hình thái, cấu trúc tinh thể, độ kết tinh, và hiệu tứng tăng cƣờng huỳnh quang của các ống ZnO phủ vàng đƣợc nghiên cứu thông qua phổ nhiễu xạ tia X, ảnh SEM, phổ tán xạ Raman và phổ huỳnh quang.
- Khảo sát hiện tƣợng tăng cƣờng huỳnh quang của các mẫu ống nano ZnO phủ
vàng vời thời gian phún xạ khác nhau cho thấy cƣờng độ huỳnh quang của các ống nano ZnO đƣợc tăng cƣờng nhiều nhất với thời gian phún xạ vàng trong 10s.
- Đo, khảo sát và so sánh phổ huỳnh quang của ống ZnO phủ vàng trƣớc và sau
khi đƣợc nhỏ glucose tác giả rút ra đƣợc thời gian phản hồi nhỏ hơn 5s. Đồng thời, từ việc dựng đƣợc đƣờng cong chu n của cảm biến, tác giả xác định hai khoảng nồng độ tuyến tính gồm 0,05 – 1mM và 1 – 15mM với độ nhạy và giới hạn phát hiện tƣơng ứng 9,23%/1mM – LOD =105μM và 4,05%/1mM. Giới
hạn phát hiện của cảm biến đƣợc xác định là 105μM. Kết quả cho thấy tiềm
năng ứng dụng phát hiện nồng độ glucose trong huyết thành ngƣời bình thƣờng 4,4 – 6,6 mM, trong nƣớc bọt (0,55mM, 1,77 mM), nƣớc mắt (0,5mM - 5mM).
- Khảo sát độ chọn lọc của cảm biến với Acid Ascobic (AA), Bovin Serum
Albumin (BSA), fructose, maltose, sucrose cho thấy cảm biến bị ảnh hƣởng không đáng kể bởi các chất trên
- Thử nghiệm khả năng của cảm biến với các mẫu huyết thanh ngƣời với các 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 trên cấu trúc ống nano ZnO phủ vàng thu đƣợc kết quả chênh lệch dƣới 0.5mM và có độ tƣơng quan cao với số liệu lâm sàng cung cấp bởi bệnh viện.
- Khảo sát phổ PL của cảm biến với các nồng độ H2O2 góp phần làm sáng tỏ cơ chế hoặt động dựa trên hiện tƣợng dập tắt huỳnh quang của cảm biến.
Tất cả các kết quả thử nghiệm trong luận văn đã cho thấy cảm biến huỳnh quang không sử dụng enzyme dựa trên cấu trúc nano ZnO dính hạt vàng hoàn toàn có thể đƣợc sử dụng nhƣ một thiết bị lâm sàng nhằm xác định nồng độ glucose trong máu ngƣời và có tiềm năng xác định nồng độ đƣờng glucose trong các loại dung dịch khác nhƣ nƣớc mắt, nƣớc tiểu hay dịch kẽ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. 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
2. 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 .
3. Ariga, K.; Minami, K.; Shrestha, L.K. (2016), "Nanoarchitectonics for carbon- material-based sensors", Analyst ,141, 2629–2638
4. Baptista, F.R.; Belhout, S.A.; Giordani, S.; Quinn, S.J. (2015), "Recent developments in carbon nanomaterial sensors", Chem. Soc. Rev, 44, 4433–4453 5. Baruah, S. & Dutta, J. (2009, "Effect of seeded substrates on hydrothermally grown ZnO nanorods", J. Sol-Gel Sci. Technol. 50, 456–464
6. Baskoutas S. (2018), "Special issue: Zinc oxide nanostructures: Synthesis and characterization", Materials (Basel), 11, 11–14
7. Bates, C. H., White, W. B., and Roy, R. (1962), "New high-pressure polymorph of zinc oxide" , Science 137: 993. 6.
8. Bechelany, M. et al. (2010), "Synthesis mechanisms of organized gold
nanoparticles: Influence of annealing temperature and atmosphere", Cryst.
Growth Des. 10, 587–596
9. 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.
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",
24 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
35. Hamid, S. B. A., Teh, S. J. & Lai, C. W. (2017) "Photocatalytic water oxidation on ZnO: A review", Catalysts 7.
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
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
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, 1–27
66. Morkoç, H. & Özgür, Ü. (2009) "General Properties of ZnO. Zinc Oxide". doi:10.1002/9783527623945.ch1
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.