2. Phương phỏp nghiờn cứu
1.3.2. Nguyờn lý hoạt động của cảm biến huỳnh quang dựa trờn QD và
phỏt hiện thuốc trừ sõu
Như đó trỡnh bày phần trờn, chỳng tụi đó sử dụng một số loại QD cấu trỳc lừi/vỏ là CdSe/ZnS, lừi/đệm/vỏ là CdSe/ZnSe/ZnS, QD ba thành phần CdZnSe/ZnS với vỏ ZnS đờ̉ gắn SA và enzyme AChE, hỡnh thành lờn tổ hợp gọi là cảm biến huỳnh quang.
Trờn cơ sở cấu tạo của một cảm biến huỳnh quang được mụ tả trờn hỡnh 1.12. chất cần phõn tớch là cỏc phõn tử hoạt tớnh của thuốc trừ sõu thuộc một trong cỏc
Phõn tử sinh học SA (avidin)
nhúm lõn hữu cơ, cabamates, neonicotinoids, cỳc tổng hợp và thuốc trừ sõu sinh học cú cựng cơ chế gõy độc, ức chế hoạt động của enzyme AChE [27, 67].
Hỡnh 1.17. Mụ hỡnh một cảm biến huỳnh quang dựa trờn QD và AChE
Do vậy, chỳng tụi đó lựa chọn enzyme AChE làm chất cảm biến, nhạy với sự cú mặt của cỏc tỏc nhõn cần phỏt hiện, từ đú ảnh hưởng đến tớnh chất phỏt quang của chất chuyờ̉n đổi là cỏc QD. Cỏc QD dựng đờ̉ chế tạo loại cảm biến này đó được biến đổi bề mặt với nhúm carboxyl COOH- đờ̉ cú thờ̉ phõn tỏn được trong mụi trường nước thay vỡ trong mụi trường chế tạo là hữu cơ [32].
Đối với hầu hết cỏc nghiờn cứu [13, 67] thỡ sự khỏc nhau về kỹ thuật được sử dụng là sự cố định enzyme hoặc là chất chuyờ̉n đổi quang học (transducers), ở đõy là cỏc QD. Chỳng tụi đó tiến hành chế tạo cảm biến trờn cơ sở là QD-SA-AChE. Tại cỏc tõm hoạt động của enzyme AChE, đối với trường hợp này vị trí Ser(200) mang điện tớch õm [67] và trờn bề mặt QD đó được biến đổi với MPA cú nhúm chức COOH-, chỳng cũng tích điện õm, do vậy chỳng khụng thờ̉ tự gắn kết với nhau. Do vậy chỳng tụi đó sử dụng cỏc phõn tử streptavidine (SA) (mang điện tích dương) đờ̉ làm cầu nối giữa QD và AChE [13]. SA chứa bốn vị trớ liờn kết với ỏi lực hoỏ học rất lớn đờ̉ bắt những phõn tử biotin nhỏ, mà phõn tử này cú thờ̉ liờn kết đồng hoỏ trị với protein và tạo được liờn kết chắc chắn giữa QD-SA và SA-AChE, cho nờn hỡnh thành tổ hợp QD-SA- AChE, như được mụ tả trờn hỡnh 1.17.
Mụ hỡnh nguyờn lý cố định enzyme AChE lờn QD là dựa trờn cỏc lực hoạt động trong cỏc hệ phõn tử, sinh học, cỏc lực này được đưa ra trờn Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Bốn loại lực tương tỏc chớnh trong cỏc hệ phõn tử và sinh học [88]
Cỏc lực
khụng đồng húa trị Nguồn gốc Mụ hỡnh minh họa
Cỏc lực tĩnh điện Sự hỳt giữa cỏc hạt tích điện trỏi dấu
Cỏc liờn kết hydro Hidro được chia sẻ giữa cỏc nguyờn tử tích điện õm (N, O)
Cỏc lực Van der Waals
Sự thắng giỏng biến đổi của cỏc đỏm mõy điện tử xung quanh cỏc phõn tử phõn cực ngược với cỏc nguyờn tử lõn cận.
Cỏc lực kỵ nước
Cỏc nhúm kỵ nước cú xu hướng dớnh kết với nhau đờ̉ bứt ra khỏi phõn tử nước.
Sự hỳt này cú liờn quan đến lực Van der Waals.
Chỳng tụi cũng đó sử dụng chất nhận (receptor) là một loại chất trung gian là acetylthiocholine (ATCh), mà khi thuỷ phõn và cú mặt chất xỳc tỏc là enzyme AChE thỡ nú sẽ phõn huỷ ra chất thiocholine (TCh) và acid acetic. Ta cú thờ̉ xỏc định sự cú mặt của thuốc trừ sõu giỏn tiếp qua sự thay đổi tớnh chất phỏt xạ huỳnh quang của cỏc tổ hợp chứa QD này.