CHƢƠNG I : TỔNG QUAN
1.1 CẢM BIẾN HUỲNH QUANG SINH HỌC
1.1.2.3 Cấu tạo chung của cảm biến huỳnh quang sinh học và nguyên lý hoạt động
lấn phổ hấp thụ giữa phần tử huỳnh quang cho – nhận và khỏang cách giữa chúng với khoảng cách lên tới 100 angstrom (hình 1.5) [43].
Hình 1.5: Giản đồ cơ chế dập tắt huỳnh quang do FRET: Sự chồng lấn phổ phát quang giữa donor và acceptor (trái); sự truyền năng l ng huynh quang (phải).
b) Hiện tƣ ng dập tắt huỳnh quang do va chạm.
Một cơ chế dập tắt huỳnh quang rất quan trọng đó là sự dập huỳnh quang do sự truyền năng lƣợng hoặc electron khi các tâm phát quang (fluorphore donor) va
chạm với các phân tử dập tắt (quencher). Các chất dập tắt thông thƣờng là O2, I-,
Cs+, H2O2, và Arylamide [43].
Hình 16: Sơ đồ dập tát huỳnh quang do va chạm.
1.1.2.3 Cấu tạo chung của cảm biến huỳnh quang sinh học và nguyên lý hoạt ng ng
Về mặt cấu tạo một cảm biến huỳnh quang sinh học cũng tuân theo cấu tạo cảm biến sinh học nói chung gồm 3 bộ phận chính: (1) phần tử nhận biết sinh học hay các đầu thu sinh học (biological recognition element hay bioreceptor) dùng để phân biệt các đối tƣợng cần nhận biết với sự có mặt của các hóa chất khác nhau.
Chồng chập
Dập tắt huỳnh quang Truyền năng lượng
Dập tắt huỳnh quang do va chạm
(2) phần tử chuyển đổi quang học (transducer) đóng vai trò chuyển đổi tín hiệu sinh học thành một tín hiệu quang có thể đo lƣờng (3) phần tử thu và xử lý tín hiệu.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến huỳnh quang sinh học dựa trên việc chuyển đổi tín hiệu thu đƣợc từ chất phân tích thành các tính hiệu quang có thể đo đƣợc, trong trƣờng hợp này là phổ huỳnh quang. Đầu thu sinh học có thể là enzyme, các kháng nguyên – kháng thể, DNA hay các hát nano kim loại . Phần tử chuyển đổi tín hiệu ở đấy chính là các tâm phát quang hay vật liệu phát huỳnh quang, còn bộ phận thu và xử lý số liệu là hệ thộng điện tử kết hợp dẫn và phân tích ánh sáng, ví dụ nhƣ hệ thống máy tính kết hợp máy quang phổ.
Khi các phân tử của chất phân tích tƣơng tác với cảm biến, phổ huỳnh quang của các tâm phát quang thuộc phần tử chuyển đổi quang học cũng bị thay đổi thông qua các phản ứng xúc tác, sự thay đổi hình dạng phân tử, sự truyền năng lƣợng huỳnh quang cộng hƣởng, hình thành phức chất hay sự dập tắp huỳnh quang do va chạm [33][22][13].
1.1.2.3.1 Hoạt ng dựa trên xúc tác và hoạt ng dựa phát hiện liên kết
Cảm biến huỳnh quang sinh học có thể phân loại dựa trên hai có chế hoạt động khác nhau đó là cơ chế xúc tác và cơ chế hình thành liên kết.
Trong cơ chế xúc tác, tƣơng tác giữa chất phân tích các chất xúc tác nhƣ là enzyme hoặc chất xúc tác vô cơ có thể đƣợc phát hiện thông qua phát hiện các chất sản ph m trong phản ứng xúc tác. Các sản ph m này sẽ tƣơng tác với tâm phát quang gây ra sự thay đổi phổ huỳnh quang của các tâm phát quang. Sự thay đổi của phổ huỳnh quang tỷ lệ với nồng độ của chất phân tích [33][22] [13].
Trong khi đó, cảm biến hoạt động dựa trên sự hình thành liên kết phát hiện liên kết giữa các chất với nhau trong quá trình cảm biến. Sự liên kết này có thể là liên kết hóa học, hoặc cũng có thể là liên kết ái lực làm thay đổi đặc trƣng của các phân tử nhận biết sinh học nhƣ là tính phân cực, hình dạng từ đó là thay đổi tính
phân cực của môi trƣờng xung quanh các tâm phát quang và làm thay đổi phổ huỳnh quang của các tâm phát quang [33] [22].