Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh
Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh
Xem bên trong

Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh

72 tr. + CD-ROM
Tổng quan về lịch sử, khái niệm cũng như nguyên lý, phân loại của cảm biến sinh học, kiến thức về polyme dẫn, cách lựa chọn, cố định polyme dẫn lên bề mặt cảm biến và một số khái niệm cơ bản về virut học, sinh học phân tử. Mô tả quá trình thực nghiệm từ việc lựa chọn vật liệu, hóa chất đến việc mô tả thiết kế, chế tạo loại cảm biến vi điện cực thế hệ mới, quá trình lựa chọn, pha tạp và tổng hợp polyme dẫn lên bề mặt vi cảm biến. Mô tả cách cố định phần tử sinh học đầu dò lên vi cảm biến, đo đạc các thông số và thiết lập hệ đo, phương thức đo đối với mẫu phân tích. Trình bày toàn bộ kết quả của quá trình thực nghiệm, từ đó đưa ra một số đề xuất về cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện virut gây bệnh
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện nanô — Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2007
Electronic Resources

0.00

Tải về miễn phí bản đầy đủ PDF luận văn tại Link bản đầy đủ 1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
***************

Trần Quang Huy

CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ POLYME DẪN
TRONG PHÁT HIỆN VI RÚT GÂY BỆNH

Chuyên ngành : Vật liệu và linh kiện nanô

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. Mai Anh Tuấn

Hà Nội – 2007
MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Trang
1.1 Lịch sử phát triển cảm biến sinh học …………………………… 3
1.2 Cảm biến sinh học……………………………………………… 5
1.2.1 Khái niệm cảm biến sinh học…………………………….. 5
1.2.2 Nguyên lý cảm biến sinh học…………………………….. 9
1.2.3 Phân loại cảm biến sinh học……………………………… 10
1.3 Polyme dẫn……………………………………………………… 15
1.3.1 Khái niệm polyme dẫn ……………………………………. 15
1.3.2 Cơ chế dẫn của polyme dẫn………………………………. 16
1.3.3 Ứng dụng polyme dẫn trong cảm biến sinh học………….. 18
1.4. Một số khái niệm về sinh học phân tử, vi rút học, vi rút Herpes 21
1.4.1 Một số khái niệm về sinh học phân tử……………………. 21
1.4.2 Một số khái niệm về vi rút học…………………………… 24
1.4.3 Vi rút Herpes……………………………………………… 27

CHƯƠNG 2. CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC
2.1 Thiết bị, hóa chất……………………………………………….. 31
2.1.1 Thiết bị……………………………………………………. 31
2.1.2 Hóa chất…………………………………………………… 31
2.2 Thiết kế và chế tạo cảm biến vi điện cực………………………. 32
2.2.1 Thiết kế cảm biến vi điện cực…………………………….. 32
2.2.2 Qui trình chế tạo vi cảm biến…………………… 33
2.3 Lựa chọn DNA đầu dò…………………………………………. 37
2.4 Lựa chọn polyme dẫn…………………………………………… 38
2.5 Cố định DNA đầu dò lên bề mặt vi cảm biến…………….. 39
2.6 Đo đạc các thông số……………………………………………. 41
2.6.1 Kính hiển vi điện tử quét (KHVĐTQ)……………………. 41
2.6.2 Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FTIR)…………… 42
2.6.3 Kỹ thuật phản ứng chuỗi tổng hợp polymerase (PCR)…… 42
2.6.4 Xây dựng hệ đo tín hiệu cảm biến sinh học………………. 43

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Cảm biến vi điện cực…………………………………………… 49
3.2 Tạo màng polyme dẫn APTS ….………………………………. 52
3.3 Phổ hồng ngoại FTIR…………………………………………… 52
3.4 Dò tìm axit nucleic từ mẫu phân tích…………………………… 53
3.4.1 Dò tìm DNA bổ sung……………………………………… 53
3.4.2 Dò tìm DNA đặc hiệu của HSV………………………….. 60
KẾT LUẬN
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA
TÁC GIẢ

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Splitter.
A watermark is added at the end of each output PDF file.
To remove the watermark, you need to purchase the software from
http://www.anypdftools.com/buy/buy-pdf-splitter.html
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

APTS 3-aminopropyl–triethoxy-silance
(Tên một loại polyme dẫn)
DNA Deoxyribonucleic acid
(Axít đêoxyribônuclêic – AND)
EDC 1–ethyl-3-(dimethyl-aminopropyl)carbodiimide
(Tên chất để hoạt hóa gốc phốt phát của ADN)
ELISA Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay
(Kỹ thuật miễn dịch gắn men)
IF ImmunoFlourescence
(Kỹ thuật miễn dịch huỳnh quang)
FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
(Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier)
HSV Herpes Simplex Viruses type 1 & 2
(Vi rút Herpes týp 1 và 2)
ITIMS International Training Institute for Material Science
(Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu)
KHVĐTQ Kính hiển vi điện tử quét
MIA 1-methylimidazole
(Tên chất để làm ổn định hóa DNA hoạt hóa trong nước)
NCBI National Center of Biotechnology Information
(Trung tâm Quốc gia về Thông tin Công nghệ sinh học)
PCR Polymerase Chain Reaction
(Kỹ thuật phản ứng chuỗi tổng hợp polymeraza)
RNA Ribonucleic acid
(Axít ribônuclêic – ARN)
WHO World Health Organization
(Tổ chức Y tế Thế giới)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 1.1 Các loại thụ thể sử dụng trong cảm biến sinh học và kỹ thuật đo
điện hoá
6
Bảng 1.2 Kiểu đo tương ứng với các bộ chuyển đổi điện hoá và đối tượng
phân tích
8
Bảng 1.3 Một số tạp chất tiêu biểu dùng để pha tạp trong polyme dẫn 18
Bảng 1.4 Cố định các phân tử sinh học lên lớp polyme dẫn trong các thiết bị
cảm biến
20
Bảng 1.5 So sánh hai týp vi rút Herpes 29
Bảng 2.1 Thông số quá trình oxy hoá bề mặt phiến silic 34
Bảng 2.2 Thông số quá trình phún xạ tạo màng kim loại trên phiến silic 36
Bảng 2.3 Các thông số hàn dây siêu âm 37
Bảng 2.4 Bảng mẫu thực hiện các phép đo theo nồng độ, nhiệt độ, thời gian 48
Bảng 3.1 So sánh ưu, nhược điểm của hai loại cảm biến vi điện cực 51
Bảng 3.2 Tín hiệu lai hóa khi nồng độ mẫu thấp tại nhiệt độ phòng 54
Bảng 3.3 Tín hiệu lai hóa của DNA đầu dò và DNA bổ sung trong mẫu phân
tích
55
Bảng 3.4 Tín hiệu lai hóa theo sự thay đổi của nhiệt độ, nồng độ và thời gian 57
Bảng 3.5 Tín hiệu lai hóa khi đo với sản phẩm PCR của HSV 61

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang
Hình 1.1 Hình thái bề mặt của cảm biến trước và sau khi lai hoá 7
Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học 9
Hình 1.3 Mô hình một loại cảm biến enzyme…. 11
Hình 1.4 Nguyên lý của cảm biến sinh học DNA 12
Hình 1.5 Mô hình cảm biến miễn dịch sợi nano phát hiện vi rút 14
Hình 1.6 Vị trí của cảm biến sinh học so với các kỹ thuật truyền thống
khác để chẩn đoán bệnh
15
Hình 1.7 Tốc độ phát triển cảm biến sinh học trong 20 năm trở lại đây
và dự báo xu hướng phát triển
15
Hình 1.8 Mô hình ứng dụng của màng polyme dẫn 19
Hình 1.9 Cấu trúc và sự lai hóa của phân tử DNA 21
Hình 1.10a Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của vi rút Herpes – nhuộm âm
bản
27
Hình 1.10b Cấu trúc vi rút Herpes 27
Hình 1.11 Bệnh nhân bị nhiễm vi rút HSV-1 28
Hình 2.1a Thiết kế cảm biến 70µm x 30µm 32
Hình 2.1b Mô hình cấu trúc vi điện cực của cảm biến 70µm x 30µm 32
Hình 2.2a Thiết kế cảm biến 20µm x 20µm 32
Hình 2.2b Mô hình cấu trúc vi điện cực của cảm biến 20µm x 20µm 32
Hình 2.3 Xử lý bề mặt phiến Si 33
Hình 2.4 Tạo lớp màng SiO2 33
Hình 2.5 Mô phỏng quá trình quang khắc trên phiến silic 35
Hình 2.6 Mô phỏng quá trình phún xạ cao tần tạo màng Pt…. 35
Hình 2.7 Quá trình loại bỏ lớp cảm quang và lớp màng kim loại Pt/Cr
không cần thiết
36
Hình 2.8 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường lạnh S-4800-Hitachi 41
Hình 2.9 Máy phân tích phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier 43
Hình 2.10 Dạng sóng từ bộ khuếch đại Lock-in 43
Hình 2.11 Hệ đo vi sai sử dụng máy khuyếch đại Lock-in SR830 45
Hình 2.12 Mạch tương đương của hệ đo vi sai 45
Hình 3.1A Vi cảm biến 30µm x 70µm 49
Hình 3.1B Vùng điện cực hoạt động của vi cảm biến 30µm x 70µm 49
Hình 3.2A Vi cảm biến loại 20µm x 20µm 50
Hình 3.2B Vùng điện cực hoạt động của vi cảm biến 20µm x 20µm 50
Hình 3.3 Hình ảnh HVĐTQ của màng polyme dẫn APTS trên bề mặt vi
cảm biến
52
Hình 3.4 Phổ FTIR xác nhận các liên kết hóa học giữa DNA đầu dò –
màng APTS
53
Hình 3.5 Tín hiệu lai hóa theo thời gian tương ứng với nồng độ mẫu
phân tích bằng 0,5nM
55
Hình 3.6 Tín hiệu lai hóa theo sự thay đổi nồng độ mẫu phân tích ở
nhiệt độ phòng
56
Hình 3.7 Tín hiệu lai hóa theo thời gian tương ứng với các nồng độ
mẫu phân tích khác nhau
58
Hình 3.8 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng phát hiện DNA bổ
sung của vi cảm biến theo nồng độ mẫu phân tích
59
Hình 3.9 Tín hiệu lai hóa theo nhiệt độ của vi cảm biến với nồng độ
mẫu 1nM
60
Hình 3.10 Hình ảnh PCR dương tính với HSV của bệnh nhân ký hiệu
VN055
61
Hình 3.11 Khả năng phát hiện DNA đặc hiệu của HSV trong sản phẩm
PCR
62
Hình 4 Đo đạc thử nghiệm vi cảm biến trên hệ đo mới 72

Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Splitter.
A watermark is added at the end of each output PDF file.
To remove the watermark, you need to purchase the software from
http://www.anypdftools.com/buy/buy-pdf-splitter.html

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, rất nhiều các nhà khoa học trong nước và Quốc tế
đã tập trung nghiên cứu chế tạo ra loại cảm biến sinh học có độ nhạy, độ chọn lọc cao,
thiết bị nhỏ gọn, sử dụng tiện ích và cho kết quả tin cậy. Thiết bị này được đánh giá
với nhiều tính năng vượt trội và có khả năng khắc phục được hầu hết nhược điểm của
các thiết bị phân tích truyền thống khác như ELISA, PCR… Trong tương lai gần, các
nhà khoa học dự đoán rằng các thiết bị truyền thống sẽ dần bị thay thế bởi các thế hệ
cảm biến sinh học do chính những tiện ích của nó mang lại. Trong lĩnh vực chẩn đoán
bệnh, ba loại cảm biến sinh học chủ yếu thường được tập trung nghiên cứu chế tạo là :
i) cảm biến enzyme trên cơ sở phản ứng đặc hiệu enzyme – cơ chất; ii) cảm biến
miễn dịch trên cơ sở phản ứng đặc hiệu kháng nguyên – kháng thể; iii) cảm biến
DNA trên cơ sở lai hóa đặc hiệu giữa hai sợi đơn DNA có trình tự bổ sung nhau.
Trong phát hiện vi rút gây bệnh, hai loại cảm biến sinh học thường được tập trung
nghiên cứu hơn cả là: cảm biến miễn dịch và cảm biến DNA. Với mục tiêu phát triển
và chế tạo ra loại vi cảm biến sinh học để có thể ứng dụng trong phát hiện vi rút gây
bệnh tại Việt Nam, đồng thời phục vụ cho luận văn cao học, tác giả đã đề xuất đề
cương đề tài ‘‘Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây
bệnh’’ với các nhiệm vụ:
– Chế tạo bộ vi cảm biến thích hợp cho việc phân tích, dò tìm những mẫu sinh
học có nồng độ thấp.
– Lựa chọn loại polyme dẫn thích hợp, tương thích với mẫu sinh học và có khả
năng tạo màng trên bề mặt vi cảm biến, không tham gia vào các phản ứng sinh hóa
giữa phần tử sinh học đầu dò và phần tử đích.
– Lựa chọn phần tử sinh học đầu dò, cố định lên bề mặt vi cảm biến
– Đo đạc thử nghiệm với mẫu phân tích để xác định độ nhạy và các thông số
khác của vi cảm biến trong phát hiện vi rút gây bệnh.
Đề cương này đã được Trường Đại học công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội
chấp thuận.
Dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sỹ Mai Anh Tuấn, sự giúp đỡ của nhóm
nghiên cứu cảm biến sinh học – Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu, Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả đã triển khai nghiên cứu phát triển loại cảm biến

2

sinh học DNA trên cơ sở polyme dẫn 3-aminopropyl–triethoxy-silance (APTS) để phát
hiện axit nucleic của vi rút Herpes týp 1 và 2 (HSV) thông qua việc dò tìm đoạn DNA
đặc hiệu của loại vi rút này. So với mục tiêu và nhiệm vụ đề ra, tác giả đã hoàn thành
đề tài với những kết quả khả quan. Một số kết quả đã được tác giả công bố trên các tạp
chí, hội nghị chuyên ngành trong nước và Quốc tế. Tác giả nhận thấy rằng, loại cảm
biến này có độ nhạy rất cao, tín hiệu lai hóa giữa DNA đầu dò trên bề mặt vi cảm biến
và DNA bổ sung xuất hiện rất nhanh khoảng 1 phút tại nồng độ 0,5nM ở nhiệt độ
phòng và kết quả cũng đạt được tương tự đối với DNA đặc hiệu của HSV ở nhiệt độ
50°C – 55°C. Tuy nhiên, tín hiệu đầu ra thu được từ sự lai hóa thường xuất hiện rất
nhỏ, do đó để đưa vào ứng dụng thực tế cần phải có nghiên cứu sâu hơn, đồng bộ hơn
để khuyếch đại, tăng tín hiệu đầu ra. Quá trình thực nghiệm, các kết quả cũng như
những bàn luận được tác giả trình bày chi tiết trong luận văn.
Bố cục của luận văn được trình bày như sau :

Chương 1 . Tổng quan
Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về lịch sử, khái niệm cũng như
nguyên lý, phân loại của cảm biến sinh học. Bên cạnh đó, những kiến thức về polyme
dẫn, cách lựa chọn, cố định polyme dẫn lên bề mặt cảm biến và một số khái niệm cơ
bản về vi rút học, sinh học phân tử cũng được tác giả nêu ra.

Chương 2. Chế tạo cảm biến sinh học
Chương này mô tả toàn bộ quá trình thực nghiệm để thực hiện đề tài. Bắt đầu từ
việc lựa chọn vật liệu, hóa chất, tiếp theo là mô tả việc thiết kế, chế tạo loại cảm biến
vi điện cực thế hệ mới loại 70µm x 30µm và 20µm x 20µm, quá trình lựa chọn, pha
tạp và tổng hợp polyme dẫn lên bề mặt vi cảm biến. Cuối cùng, mô tả cách cố định
phần tử sinh học đầu dò lên vi cảm biến, đo đạc các thông số và thiết lập hệ đo,
phương thức đo đối với mẫu phân tích.

Chương 3. Kết quả và bàn luận
Trong chương này, toàn bộ kết quả của quá trình thực nghiệm được trình bày và
những bàn luận của tác giả đối với những kết quả đạt được, từ đó đưa ra kết luận và
những ý kiến đề xuất.

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử phát triển cảm biến sinh học
Giáo sư Lenan C Clark là người đầu tiên phát minh ra điện cực oxy năm 1956,
khởi nguồn của Công nghệ cảm biến sinh học [16]. Năm 1962, tại Hội thảo khoa học
của Viện Hàn lâm Khoa học New York, ông đã đề xuất một hướng nghiên cứu mới :
‘‘Làm thế nào để tạo ra cảm biến điện hóa thông minh hơn (pH, phân thế, độ
dẫn,…) ?’’ khi đưa thêm vào ‘‘lớp chuyển tiếp enzyme giống như màng kẹp giữa, theo
kiểu xếp chồng’’. Khái niệm này sau đó được làm sáng tỏ bằng thực nghiệm khi người
ta sử dụng điện cực oxy Clark để bẫy men đường (glucose oxidase) thông qua màng
thẩm tách. Độ giảm của nồng độ oxy đo được tỷ lệ với nồng độ glucose. Trong một
công trình công bố năm 1962, Clark và Lyon lần đầu tiên đưa ra khái niệm điện cực
enzyme [15]. Updike và Hick đã triển khai chi tiết thực nghiệm để chứng minh sự cần
thiết để tạo ra điện cực enzyme chức năng đo nồng độ glucose mặc dù nhận được rất
nhiều phê bình từ các nhà chuyên môn [59]. Năm 1969, Guilbault và Montalvo công
bố chi tiết về điện cực enzyme bằng phương pháp đo thế [28]. Hai ông mô tả cảm biến
urea trên cơ sở cố định chất urease tại điện cực màng chất lỏng lọc lựa amoniac. Năm
1975, ý tưởng của Clark trở thành hiện thực khi công ty thiết bị Yellow Springs (Ohio,
Mỹ) giới thiệu lần thứ hai (lần đầu năm 1973) về thiết bị phân tích glucose sử dụng
phương pháp đo thế. Năm 1974, Cooney và đồng nghiệp đề xuất sử dụng bộ chuyển
đổi nhiệt cho cảm biến sinh học. Những thiết bị mới loại này được đặt tên tương ứng
với đầu dò enzyme nhiệt [18] và men cặp nhiệt [40].
Sự phát triển cảm biến sinh học đã tạo bước đột phá mới vào năm 1975, khi
Divis cho rằng có thể sử dụng vi khuẩn làm yếu tố nhận biết sinh học trong các điện
cực vi sinh vật để đo nồng độ cồn [25]. Công trình của ông đã khởi đầu cho hướng
nghiên cứu chính ở Nhật Bản nhằm tạo ra các loại cảm biến sinh học có khả năng ứng
dụng trong kiểm soát môi trường và Công nghệ sinh học. Cũng trong năm 1975,
Lubbers và Optitz đưa ra thuật ngữ optode để mô tả cảm biến sợi quang học có gắn
chất chỉ thị để đo oxit cácbon II (CO2) hoặc oxy. Trên cơ sở đó, hai ông và đồng
nghiệp đã tạo ra cảm biến sinh học tín hiệu quang để đo nồng độ cồn [60].
Năm 1976, Clemens và đồng nghiệp đã tích hợp thành công cảm biến sinh học
glucose điện hoá trong tuyến tụy nhân tạo [17], sau đó được Miles (Elkhart) tung ra thị

4

trường với thương hiệu: Biostator. Cùng thời gian này, La Roche (Thuỵ Sỹ) đã giới
thiệu bộ phân tích Lactat LA 640 sử dụng chất trung gian dehydrogenase để truyền tải
điện tích từ lactat đến điện cực. Mặc dù không thành công về mặt thương mại nhưng
thiết bị này lại là một dự báo quan trọng cho một thế hệ cảm biến sinh học mới ra đời.
Một tiến bộ lớn của cảm biến sinh học đo glucose ứng dụng trong cơ thể sống được
công bố bởi Shichiri và đồng nghiệp năm 1982, khi lần đầu tiên họ mô tả điện cực
enzyme kiểu hình kim cấy dưới da [54]. Nhiều công ty vẫn đang theo đuổi triển vọng
để phát triển loại thiết bị này, nhưng hiện nay sản phẩm vẫn chưa xuất hiện trên thị
trường. Trong khi đó, ý tưởng tạo ra bộ cảm biến miễn dịch trực tiếp bằng cách cố
định kháng thể lên bộ phận chuyển đổi điện thế hay áp điện đã được khảo sát ngay từ
những năm 1970 [38], các nhà khoa học đã mô tả khả năng sử dụng cộng hưởng
plasmon bề mặt để kiểm soát ngay trong thời gian các phản ứng ái lực xảy ra. Năm
1990, BIAcore (Pharmacia, Thuỵ Điển) đã cho ra mắt loại cảm biến dựa vào công
nghệ này. Năm 1984, rất nhiều công trình công bố sử dụng ferrocene và dẫn xuất của
nó làm môi trường trung gian để cố định phần tử đầu dò trong cấu trúc điện cực
enzyme với giá thành rẻ [13]. Loại cảm biến này được chế tạo trên cơ sở điện cực
enzyme bằng kỹ thuật in lưới do MediSense (Cambridge, Mỹ) đề xuất năm 1987 nhằm
tạo ra thiết bị kiểm tra nồng độ glucose trong máu có kích cỡ nhỏ như chiếc bút viết.
Doanh thu bán hàng của công ty Medisense tăng theo hàm mũ, đạt tới 175 triệu USD
năm 1996. Các tạp chí chuyên ngành hiện nay đăng tải một số lượng lớn các công
trình nghiên cứu về các thiết bị khai thác các tính năng của enzyme, axit nucleic, thụ
thể tế bào, kháng thể,… kết hợp với các bộ chuyển đổi nhiệt, quang, áp điện, điện hoá
[58]. Mỗi phương pháp có thể được sử dụng cho rất nhiều các yếu tố phân tích khác
nhau như trong chăm sóc sức khỏe, thực phẩm, kiểm soát môi trường, an ninh quốc
phòng, chống khủng bố sinh học,… [8,24,35,60].
Theo Fuji-Keizai Group (Mỹ) dự đoán rằng doanh thu của thị trường cảm biến
trên toàn thế giới năm 2007 sẽ đạt khoảng 10,8 tỷ đô la với tốc độ tăng trưởng 10,4%
[64]. Với những ưu điểm vượt trội như độ nhạy, độ đặc hiệu, tính chọn lọc cao, thiết bị
đơn giản, gọn nhẹ, khả năng phát hiện nhanh, tại chỗ, giá thành rẻ, nên cảm biến sinh
học có triển vọng vượt qua hầu hết nhược điểm của các thiết bị thông thường khác. Vì
vậy, loại cảm biến này ngày càng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm
tối ưu hóa các tính năng và khả năng ứng dụng trong phân tích chất lượng thực phẩm

5

[7], kiểm soát môi trường [52], công nghiệp dược [19], chống khủng bố sinh học [31]
và đặc biệt là trong chẩn đoán bệnh nhằm phát hiện ra các tác nhân gây bệnh như vi
khuẩn [42], vi rút [9,46,47,48,50].
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, cảm biến sinh học đang thu hút được
rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học như ở Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh,…
Một số kết quả về cảm biến sinh học được nghiên cứu chế tạo trong nước đã được
công bố như: cảm biến enzyme để phát hiện nồng độ thuốc trừ sâu, cảm biến DNA, …
[4,5,29,39]. Với tiềm năng phát triển và ứng dụng của cảm biến sinh học trong khoa
học sự sống, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu chế tạo cảm biến
sinh học nhằm phát hiện gen của một số loại vi rút gây bệnh trên người như vi rút
Herpes týp 1&2 – tác nhân gây bệnh lở loét vùng mặt và vùng sinh dục phổ biến nhất
trên toàn cầu, vi rút cúm A – loại vi rút đang được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) quan
tâm hàng đầu,… Việt Nam là một trong những nước nằm trong vùng nóng về dịch và
nguy cơ xảy ra đại dịch của cả hai loại vi rút này. Một số kết quả ban đầu về nghiên
cứu chế tạo cảm biến sinh học ứng dụng trong y sinh học đã được tác giả công bố trên
các tạp chí, hội nghị trong nước và Quốc tế [4,5,29,39].

1.2 Cảm biến sinh học
1.2.1 Khái niệm cảm biến sinh học
Hiệp hội quốc tế về hoá học ứng dụng – IUPAC năm 1999 đã định nghĩa: cảm
biến sinh học là một thiết bị tích hợp độc lập, nhỏ gọn, có khả năng cung cấp những
thông tin phân tích định lượng hoặc bán định lượng đặc trưng, sử dụng một yếu tố
nhận biết sinh học (thụ thể sinh hóa) duy trì sự tiếp xúc không gian trực tiếp với một
phần tử chuyển đổi [22]. Theo Daniel R. Thévenot và đồng nghiệp, hệ thống nhận biết
sinh học chuyển thông tin từ vùng sinh hoá, thường là nồng độ chất phân tích thành tín
hiệu vật lý hoặc hóa học ở đầu ra với độ nhạy xác định. Mục đích chính của hệ thống
nhận biết này nhằm tạo cho cảm biến có độ chọn lọc cao đối với chất cần phân tích.
Phần tử nhận biết sinh học có thể là enzyme, DNA/RNA, kháng nguyên/kháng thể, tế
bào,…như mô tả trong bảng 1.1. Để phát hiện vi rút gây bệnh có thể dựa trên việc phát
hiện kháng thể/kháng nguyên thông qua cảm biến miễn dịch hoặc phát hiện
DNA/RNA đặc hiệu của từng loại vi rút thông qua cảm biến DNA. Trong khuổn khổ

6

của luận văn, tác giả chỉ tập trung giới thiệu về cảm biến DNA với phần tử nhận biết
sinh học là DNA để phát hiện axit nucleic đặc hiệu của vi rút gây bệnh.

Bảng 1.1. Các loại thụ thể sử dụng trong cảm biến sinh học và kỹ thuật đo điện hoá [22]
Chất phân tích Hệ thống ghi nhận thụ thể/hóa học
Kỹ thuật đo lường/ phương thức
chuyển đổi
1. Ion
Thể mang ion sinh học, tinh thể
vô cơ dẫn ion, enzyme, thủy tinh
trao đổi ion,…
Điện thế; Thế-dòng
2. Khử mùi, khí,
gas
Màng kỵ nước hoặc lớp lipid kép;
Điện cực kim loại trơ;
Enzyme;
Kháng thể, thụ thể
Điện thế; Thế-dòng
Dòng điện;
Dòng điện hoặc điện thế
Dòng điện, điện thế hoặc trở
kháng, áp điện hoặc quang học
3. Chất nền
Enzyme; tế bào; thụ thể;
Mô động hoặc thực vật

Dòng điện hoặc điện thế, độ dẫn,
áp điện, calo
4. Kháng thể /
Kháng nguyên
Kháng nguyên/ Kháng thể;
Oligonucleotid;
Gắn enzyme; gắn chất phát huỳnh
quang hoặc quang hoá
Điện thế, dòng điện, trở kháng, áp
điện, quang học hay cộng hưởng
plasmon bề mặt
5. Protein hoặc
các loại ion, chất
nền có khối
lượng phân tử
thấp
Các kênh , thụ thể protein phối tử
đặc biệt; gắn enzyme hoặc các
chất phát huỳnh quang
Điện thế, dòng điện, trở kháng, áp
điện, quang học hay cộng hưởng
plasmon bề mặt

Chìa khoá của cảm biến sinh học chính là bộ chuyển đổi, đây là bộ phận
chuyển tín hiệu không điện từ hệ thống nhận biết sang tín hiệu điện. Phần tử chuyển
đổi có thể là vi điện cực, ISFET, linh kiện quang, nhiệt,…Một số phương thức chuyển
đổi thông dụng như: điện hoá, quang học, áp điện hay nhiệt,…[30,43,44].
– Chuyển đổi điện hoá: gồm các phép đo dòng, thế, hiệu ứng trường hay độ dẫn.
+ Phép đo dòng: cơ bản dựa trên sự thay đổi dòng điện từ quá trình oxy hóa –
khử điện hóa của đối tượng phân tích làm hoạt hoá các điện tích. Phương pháp này
thường được thực hiện bởi sự duy trì một điện thế không đổi tại điện cực hoạt động

Tác giả

Trần Quang Huy

Nhà xuất bản

ĐHCN

Năm xuất bản

2007

Người hướng dẫn

Mai Anh Tuấn

Định danh

V_L0_01454

Kiểu

text

Định dạng

text/pdf

Chủ đề

Cảm biến sinh học,Dụng cụ đo,Polime dẫn,Virút

Nhà xuất bản

Khoa vật lý kỹ thuật và công nghệ nano,

Trường đại học Công nghệ

Các đánh giá

Hiện chưa có đánh giá cho sản phẩm.

Hãy là người đầu tiên đánh giá “Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh”

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *