Hình III.7. Đường quét CV của chip sợi nano vàng trong dung dịch H2SO4 10 mM
Trên hình III.7 là đương quét trong dung dịch H2SO4 10 mM của chip sợi nano vàng trong quá trình làm sạch. Chúng ta có thể thấy rằng sau một số lần quét thì đường CV bắt đầu ổn định và cho một peak khử rõ rang tại E = 0.8V là peak khử của vàng, qua đó có thể kết luận bề mặt chip vàng đã được khử về trạng thái Au0tinh sạch cho các bước hoạt hóa bề mặt tiếp theo.
Hình III.8. Đường CV của chip sợi nano vàng trong dung dịch K3Fe(CN)6 5mM trong PBS pH 4 trước và sau khi được hoạt hóa bởi cysteamine
Hình III.8 là đường quét CV của chip sợi nano vàng trước và sau khi được hoạt hóa bởi cysteamine. Sau khi được hoạt hóa bởi cysteamine, trên đường CV của chip vàng có xuất hiện peak oxi hóa khử của K3Fe(CN)6 một cách rõ ràng. Nguyên nhân của việc xuất hiên peak này là do bề mặt chip sợi nano vàng được bao phủ bởi lớp cysteamine với các nhóm NH2 ở đầu mạch. Các nhóm NH2 (amine) này trong môi trường acid (pH=4) sẽ kết hợp với ion H+trong dung dịch để hình thành ion 𝑁𝐻3+ trên
bề mặt điện cực làm cho bề mặt điện cực tích điện dương trong khi đó K3Fe(CN)6 trong dung dịch bị phân ly thành ion K+ và Fe(CN)63-. Bề mặt điện cực tích điện dương sẽ hút các ion Fe(CN)63- bởi lực hút tĩnh điện làm tăng nồng độ bề mặt của Fe(CN)63-từ đó làm tăng giá trị peak oxi hóa khử thu được.
Hình III.9. đồ thị sự phụ thuộc của cường độ peak oxi hóa khử theo thời gian của chip Au/CA với các nồng độ cysteamine khác nhau khi quét trong dung dịch
K3Fe(CN)6 trong PBS pH 4
Trong hình III.9 là sự phụ thuộc của cường độ peak oxi hóa khử theo thời gian của chip đã được hoạt hóa bề mặt bởi cysteamine với các nồng độ cysteamine khác nhau khi quét trong dung dịch K3Fe(CN)6 trong PBS pH 4. Ở nồng độ cysteamine (CA) 100 mM, sau 20 giờ phản ứng thì peak oxi hóa vẫn tiếp tục tăng, điều này có thể dự đoán là do đơn lớp vẫn chưa được hình thành hoàn toàn trên bề mặt sợi vàng. Với nồng độ CA 200 mM, peak oxi hóa đạt giá trị cực đại sau 8h và không thay đổi sau 20 giờ ngâm, qua đó có thể dự đoán là đơn lớp đã được hình thành bao phủ hoàn toàn bề mặt sợi nano vàng và vẫn chưa hình thành màng đa lớp. Đối với nồng độ CA 300 mM, peak oxi hóa cũng đạt cực đại sau 8h ngâm chip nhưng giảm mạnh sau 20 giờ, nguyên nhân của sự giảm này được dự đoán là do sự hình thành của màng đa lớp dẫn tới tăng điện trở của điện cực vàng làm giảm cường độ peak. Đối với nồng độ CA 400 mM, peak oxi hóa tăng nhẹ sau 4h ngâm và gần như giữ nguyên giá trị sau 20 giờ, điều này được dự đoán là do đã hình thành màng đa lớp rất sớm do đó làm cho giá trị của peak oxi hóa không thể tăng. Qua đường ảnh hưởng trong hình III.9 chúng tôi quyết định chọn nồng độ cysteamine là 200 mM và thời gian ngâm là 8h vì tại đây peak oxi hóa đạt giá trị cực đại và không đổi ngay cả sau 20 giờ ngâm, điều này có nghĩa là đơn lớp được hình thành tốt và ổn định.
(A) (B)
Hình III.10. Đường CV của chip sợi nano vàng sau mỗi bước hoạt hóa bề mặt trong dung dịch K3Fe(CN)6 trong PBS pH 4 đối với chất hoạt hóa là cysteamine (A) và DTSP (B)
Trong hình III.10 là đường quét của chip sợi nano vàng sau mỗi bước hoạt hóa bề mặt với cysteamine (A) và DTSP (B). Đối với trường hợp của cysteamine chúng ta có thể thấy rằng cường độ của peak oxi hóa tăng khi bề mặt vàng được hoạt hóa bởi cysteamine, điều này đã được giải thích ở trên, sau khi gắn lớp GAD thì peak oxi hóa giảm nhẹ, nguyên nhân là do gốc aldehyde (-CHO) là một gốc trung tính, nó không bị phân ly trong môi trường acid nhưng việc gắn thêm một lớp màng lên bề mặt điện cực làm tăng điện trở của điện cực. Sau khi được ngâm trong dung dịch enzyme chúng ta có thể thấy rằng peak oxi hóa tiếp tục giảm nhẹ. Nguyên nhân của sự giảm này là do lớp enzyme gắn lên làm tăng điện trở bề mặt của sợi nano, tuy nhiên do khi gắn enzyme cũng hình thành thêm các nhóm amine trên bề mặt điện cực do đó làm tăng khả năng thu hút các ion Fe(CN)63- tới bề mặt điện cực do đó peak oxi hóa chỉ giảm nhẹ mà không giảm mạnh mặc dù phân tử enzyme có thể tích lớn.
Đối với trường hợp bề mặt điện cực điện cực được hoạt hóa bởi DTSP, peak oxi hóa giảm khi điện cực được bao phủ bởi DTSP tương tự như trường hợp của GAD vì DTSP sau khi được gắn lên bề mặt điện cực thì bề mặt điện cực sẽ được chức năng hóa bởi nhóm chức -CHO là một nhóm chức trung tính do đó làm cho điện trở bề mặt của điện cực tăng, còn khi enzyme được gắn lên bề mặt điện cực thì cường độ của peak oxi hóa tăng mạnh do có sự hình thành của nhóm amine trên bề mặt điện cực. Sự tăng peak oxi hóa khi gắn enzyme trong trường hợp của DTSP khác với sự giảm trong trường hợp của cysteamine là do trước khi gắn enzyme thì điện cực đã được hoạt hóa bởi cysteamine với nhóm amine nên việc có thêm nhóm amine của enzyme không ảnh hưởng nhiều tới sự thay đổi peak oxi hóa.
Qua việc khảo sát tính chất bề mặt của điện cực sau các bước hoạt hóa bề mặt bởi phương pháp quét thế vòng tuần hoàn chúng ta có thể kết luận một cách định tính là enzyme cholesterol oxidase đã được gắn thành công lên bề mặt điện cực sử dụng 2 chất hoạt hóa là cysteamine và DTSP.