Đường CV cũng như đường chuẩn nồng độ - cường độ peak của chip sợi nano vàng được hoạt hóa bằng DTSP với dung dịch cholesterol có nồng độ khác nhau từ 0.5 đến 9 mM được thể hiện trên hình III.14. Từ đường CV chúng tôi thu được một peak oxi hóa ở vị trí E=0.85V, peak này tăng khi tăng giá trị nồng độ cholesterol từ
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 1 2 3 4 5 I p ea k (µ A) Chip number 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 I(µ A) Days
0.5 mM đến 9 mM. Từ kết quả trên hình III.14.B có thể thấy rằng đường phụ thuộc nồng độ - cường độ peak là tương đối tuyến tính trong khoảng nồng độ khảo sát với độ chính xác khoảng 96.7% và độ nhạy là 14,9 nA/mM. Qua đó có thể kết luận là phương pháp hoạt hóa bề mặt sử dụng DTSP cho hiệu suất gắn kết enzyme cao hơn từ đó nâng cao độ nhạy cũng như độ ổn định của cảm biến.
(A) (B)
Hình III.14: đường CV của chip Au/DTSP trong dung dịch cholesterol/PBS + 5%triton X-100 pH=7 ở các nồng độ cholesterol khác nhau từ 0.5 đến 9 mM (A) và đường chuẩn nồng độ - cường độ peak thu được từ đường CV (B)
Hằng số 𝐾𝑚𝑎𝑝𝑝 được xác định từ các đường Lineweaver – Burke và Hanes cho bởi hình III.15. Từ hình III.15A chúng tối tính được giá trị 𝐾𝑚𝑎𝑝𝑝 theo đường Lineweaver – Burke đối với khoảng nồng độ cholesterol cao là 5.3 mM và từ đường Hanes (hình III.15B) chúng tôi tính được giá trị 𝐾𝑚𝑎𝑝𝑝 là 2.98 mM. Giá trị 2.98 mM này cũng cho thấy ái lực cao của enzyme được gắn trên điện cực hoạt hóa bằng DTSP đối với cholesterol và sự tương thích tốt của điện cực này với enzyme cholesterol oxidase.
(A) (B)
Hình III.15. Đường Lineweaver – Burke (A) và đường Hanes (B) của chip sợi nano vàng được hoạt hóa bởi DTSP
Độ lặp lại của điện cực được khảo sát bằng thực nghiệm đo quét thế vòng tuần hoàn (CV) đối với 5 điện cực và mỗi điện cực được đo 5 lần khác nhau với nồng độ cholesterol 3 mM và kết quả được thể hiện trên hình III.16.A Sự khác biệt về dòng điện trong cùng một điện cực là khoảng 2% và giữa các điện cực với nhau là 5%.
(A) (B)
Hình III.16. Độ lặp lại của điện cực (A) và độ ổn định (B) với dung dịch cholesterol 3mM
Độ ổn định của điện cực được xác định bằng thực nghiệm CV với chu kỳ là 2 ngày trong vòng 20 ngày với nồng độ cholesterol là 3mM. Độ ổn định của điện cực theo cường độ peak được trình bày trên hình III.16.B cho thấy điện cực vàng được hoạt hóa bởi cysteamine giữ được khoảng 92% hoạt tính sau 20 ngày bảo quản.
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 I(µ A) Days
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Chế tạo được chip chứa sợi nano vàng và dùng để phân tích, định lượng được cholesterol một nhiệm vụ khó và đòi hỏi thời gian dài. Trong phần này, chúng tôi sẽ tổng kết các kết quả chính mà luận văn đã đạt được, thực hiện được trong thời gian và khuôn khổ của một luận văn cao học. Tiếp theo chúng tôi đưa ra một số đề xuất để tiếp tục hướng nghiên cứu này.
Kết luận
Trong phạm luận văn này, chúng tôi đã thực hiện được các công việc sau đây:
Chế tạo thành công chip sợi nano vàng với các điện cực nối ra mạch ngoài thích hợp cho các ứng dụng cảm biến bằng công nghệ ăn mòn và bốc bay dưới góc nghiêng,
Sử dụng phương pháp đơn lớp tự lắp ghép với hai chất hoạt hóa bề mặt là cysteamine vàDithiodipropionic acid di(N-hydroxysuccinimide ester) hoạt hóa bề mặt sợi nano vàng và cố định thành công enzyme cholesterol oxidase lên bề mặt điện cực đã được hoạt hóa,
Với các điện cực sợi nano vàng đã được cố định enzyme, chúng tôi đã thành công trong việc xác định nồng độ cholesterol tự do trong dung dịch. Kết quả thu được đối với điện cực vàng được hoạt hóa bởi cysteamine là trong khoảng nồng độ 1 – 7mM với độ nhạy 8.7 nA/mM, độ ổn định là 78% sau 20 ngày và đối với điện cực vàng được hoạt hóa bởi DTSP là khoảng nồng độ 0.5 – 9mM với độ nhạy 14.9 nA/mM, độ ổn định là 92% sau 20 ngày. Qua đó cho thấy cả hai phương pháp đều có thể được sử dụng để chế tạo điện cực dùng cho chế tạo cảm biến cholesterol, tuy nhiên sợi vàng được hoạt hóa bởi DTSP cho phép chế tạo cảm biến cholesterol với độ nhạy cũng như độ ổn định cao hơn so với sợi được hoạt hóa bởi cysteamine.
Hướng phát triển
Phát triển công nghệ chế tạo để chế tạo các sợi nano vàng có cấu trúc, hình dạng và kích thước khác nhau nhằm tăng độ bền, độ nhạy cũng như độ lặp lại của cảm biến cholesterol
Hoàn thiện quy trình cố định enzyme để tăng độ ổn định của cảm biến
Tiếp tục thử nghiệm cố định đồng thời 2 enzyme cholesterol oxidase và cholesterol esterase lên bề mặt điện cực nhằm hướng tới chế tạo cảm biến xác định hàm lượng cholesterol tổng trong dung dịch cũng như trong máu người.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. A. M. Morales, C. M. Lieber, A Laser Ablation Method for the Synthesis of
Crystalline Semiconductor Nanowires, Science, 279, 208, 1998.
2. J. Hu, R.W. Odom, C. M. Lieber, Controlled growth and electrical properties of
heterojunctions of carbon nanotubes and silicon nanowires, Acc. Chem. Res., 32(5),
435, 1999.
3. C. M. Lieber, Nanoscale Science and Technology: Building a Big Future from Small
Things, MRS Bull., 28 (7), 486, 2003.
4. Y. Cui, X. Duan, C. M. Lieber, Nanowires as Building Blocks for Nanoscale Science
and Technology, in “Nanowires and Nanobelts ": Materials, Properties and Devices,
Z.L. Wang, ed. 3-68 (Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2003).Z. L. Wang, ed., Kluwer Academic/Plenum Publishers, 3, 2003.
5. Y. Xia, P. Yang, P., Chemistry and Physics of Nanowires, Adv. Mater., 15, 351, 2003.
6. Z. Fan, J. G. Lu, Gate-refreshable nanowire chemical sensors, Appl. Phys. Lett., 86, 123510, 2005.
7. Y. Cui, C. M. Lieber, Functional Nanoscale Electronic Devices Assembled Using
Silicon Nanowire Building Blocks, Science, 291, 851, 2001.
8. Y. Huang, X. Duan, Y. Cui, L. J. Lauhon, K. Kim, C. M. Lieber, Logic Gates and
Computation from Assembled Nanowire Building Blocks, Science, 294, 1313, 2001.
9. L. J. Lauhon, M.S. Gudiksen, D. Wang, C. M. Lieber, Epitaxial Core-Shell and
Core-Multi-Shell Nanowire Heterostructures, Nature, 420, 57, 2002.
10. Y. Cui, Z. Zhong, W. Wang, W. U. Wang, C. M. Lieber, High Performance Silicon
Nanowire Field Effect Transistors, Nano Lett., 3 (2), 149, 2003.
11. Yashuang Lu, Minghui Yang, Fengli Qu, Guoli Shen, Ruqin Yu, Enzyme- functionalized gold nanowires for the fabrication of biosensors, Bioelectrochemistry 71 (2007) 211–216.
12.Fengli Qu, Minghui Yang, Guoli Shen, Ruqin, Electrochemical biosensing utilizing synergic action of carbon nanotubes and platinum nanowires prepared by template synthesis, Biosensors and Bioelectronics 22 (2007) 1749–1755.
13.Umasankar Yogeswaran and Shen-Ming Chen, A Review on the Electrochemical Sensors and Biosensors Composed of Nanowires as Sensing Material, Sensors 2008, 8, 290-313.
14. Y. Xia, P. Yang, Y. Sun, Y. Wu, B. Mayers, One-dimensional nanostructures:
synthesis, characterization, and cpplications, Adv. Mater.,15, 353, 2003.
15.L. Hood, J. R. Heath, M. E. Phelps, B. Lin, Systems biology and new technologies
enable predictive and preventative medicine, Science, 306, 640, 2004.
16. F. Patolsky, C. M. Lieber, Nanowire nanosensors, Materials Today, 20, 2005.
17. F. Patolsky, G. Zheng, O. Hayden, M. Lakadamyali, X. Zhuang, C. M. Lieber,
Electrical detection of single viruses, Proc. Natl. Acad. Sci., 101, 14017, 2004.
18.A. Kolmakov, M. Moskovits, Chemical sensing and catalysis by one-dimensional
19.Matsumoto el at., Fundamental studies of glucose oxidase deposition on a Pt
electrode, Anal Chem, 2002;74:362–7.
20.Evans SAG, Elliott JM, Andrews LM, Bartlett PN, Doyle PJ, Denuault G., Detection
of hydrogen peroxide at mesoporous platinum microelectrodes, Anal Chem,
2002;74:1322–6.
21.Yuehe Lin, Fang Lu, Yi Tu, and Zhifeng Ren, Glucose Biosensors Based on Carbon Nanotube Nanoelectrode Ensembles, Nanoletters, 191-195, Vol.4, 2004.
22.Patolsky, B.P. Timko, G. Zheng and C.M. Lieber, Nanowire-Based Nanoelectronic
Devices in the Life Sciences, MRS Bull. 32, 142-149, 2007.
23.Dorothee Grieshaber, Robert MacKenzie, Janos Voros and Erik Reimhult, Electrochemical Biosensors - Sensor Principles and Architectures , Sensors 2008, 8, 1400-1458.
24.Jing-Juan Xu, Xi-Liang Luo and Hong-Yuan Chen, ANALYTICAL ASPECTS OF FET-BASED BIOSENSORS, Frontiers in Bioscience 10, 420--430, January 1, 2005. 25.Jing-Juan Xu, Xi-Liang Luo and Hong-Yuan Chen, ANALYTICAL ASPECTS OF
FET-BASED BIOSENSORS, Frontiers in Bioscience 10, 420--430, January 1, 2005 26. F. Patolsky, G. Zheng and C.M. Lieber, Fabrication of silicon nanowire devices for
ultrasensitive, label-free, real-time detection of biological and chemical species, Nat.
Protocols1, 1711-1724, 2006.
27.Minghui Yang, Fengli Qu, Yashuang Lu, Yan He, Guoli Shen, Ruqin Yu, Platinum
nanowire nanoelectrode array for the fabrication of biosensors, Biomaterials 27,
5944–5950, 2006.
28.C. Xiang et al., Lithographically Patterned Nanowire Electrodeposition: A Method
for Patterning Electrically Continuous Metal Nanowires on Dielectrics, ACS Nano 2
(2008) 1939.
29.F. Patolsky, B.P. Timko, G. Zheng and C.M. Lieber, Nanowire-Based Nanoelectronic
Devices in the Life Sciences, MRS Bull 32, 142-149, 2007.
30.Tong Duy Hien, Tran Nhan Ai, Le Dang Khoa, Le Thi Thanh Tuyen, Dang Mau Chien, Fabrication of wafer-scale platium nanowires and its application in glucose
detection, Proceeding of 15th International Conference on Composites or Nano
Engineering, ICCE-15, Haikou, Hainan Island, China, July 15-21, 2007.
31.Tong Duy Hien et al., Simple technique for direct patterning of nanowires using a
nanoslit shadow-mask, Transducers 2007, 191-194, 2007.
32.Tong Duy Hien et al., Fabrication of wafer-scale, ready for application nanowires, Proceeding of Nanosensors, Vienna, 2007 (invited paper).
33.Tong Duy Hien et al., Novel Top-Down Wafer-Scale Fabrication of Single Crystal Silicon Nanowires, Nanoletter 2009 (online publication, January 2009).