- NGUYỄN SỸ UẨN CHUYÊN NGÀNH VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CHUỖI ADN SỬ DỤNG ỐNG NANO CÁC BON NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ KHOÁ 2009 Hà Nội – 2011 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt nghiệp cao học của tôi đã được hoàn thành. - Tôi xin chân thành cảm ơn các thành viên nhóm cảm biến sinh học - Viện ITIMS những người nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn. - Học viên lớp: VLĐT- HY Đề tài: Nghiên cứu cố định chuỗi ADN sử dụng ống nano các bon nhằm ứng dụng cho cảm biến sinh học Tôi xin cam đoan các kết quả tôi trình bày trong luận văn là do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của tiến sỹ Phương Đình Tâm. - NGUYỄN SỸ UẨN NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CHUỖI ADN SỬ DỤNG ỐNG NANO CÁC BON NHẰM ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN SINH HỌC Chuyên ngành : Khoa học kỹ thuật vật liệu điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. - TỔNG QUAN VỀ CỐ ĐỊNH ADN SỬ DỤNG ỐNG NANO CÁC BON. - Giới thiệu chung về cảm biến sinh học. - Tổng quan một số phương pháp cố định chuỗi ADN sử dụng ống nano các bon. - Giới thiệu chung về ống nanno các bon (CNT. - Tổng quan một số phương pháp cố định chuỗi ADN. - Một số phương pháp cố định ADN sử dụng ống nano các bon. - CỐ ĐỊNH ADN LÊN CẢM BIẾN. - Các hoá chất sử dụng cố định ADN. - Thông tin về cảm biến. - Cố định ADN sử dụng ống nano các bon lên cảm biến. - Sơ đồ cố định. - Phủ ADN-CNT lên bề mặt cảm biến. - Các phương pháp nghiên cứu. - Cố định ADN lên bề mặt ống nano các bon. - Phân tán ống nano các bon trong dung dịch ADN. - Ảnh quang học ống nano các bon phân tán trong dung dịch ADN, nước. - Phổ UV-Vis phân tán ống nano các bon trong dung dịch ADN. - Ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân tán ống nano các bon trong dung dịch ADN. - Đặc trưng cố định ADN lên ống nano các bon. - Ảnh FE-SEM của bề mặt ống nano các bon. - Đặc trưng đáp ứng của cảm biến ADN. - 50 3.2.1.Đặc trưng đáp ứng ra của cảm biến. - Thời gian đáp ứng của cảm biến. - Đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến. - Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình cố định ADN đến tín hiệu ra của cảm biến. - Ảnh hưởng của thời gian cố định DNA. - Độ ổn định của cảm biến. - Độ lặp lại của cảm biến. - Hình 1.1.Cấu tạo chung của cảm biến sinh học ADN 14 2. - Hình ảnh mô phỏng ống nano các bon đơn vách(A) và đa vách(B). - Phương pháp chung để chức năng hoá ống nano các bon. - Cố định ADN lên trên ống nano các bon. - Sơ đồ cố định ADN lên màng đa lớp SWCNT. - Vi cảm biến có có cấu hình 10 µm X 10µm (bề rộng x khoảng cách giữa các điện cực) 30 9. - Sơ đồ cố định ADN sử dụng ống nano các bon. - Cố định ADN- CNT lên cảm biến 32 11. - Hình 2.10. - Ảnh quang học phân tán ống nano các bon sau 2 tháng lưu trữ trong nước (a), trong dung dịch ADN (b). - Phổ UV-vis ống nano các bon phân tán trong dung dịch ADN (a), mối quan hệ giữa cường độ đỉnh hấp phụ với thời gian phân tán (b). - Ảnh TEM của ống nano các bon phân tán trong dung dịch ADN. - Ảnh FE-SEM của bề mặt ống nano các bon không được cố định ADN (a), được cố định ADN (b) 47 23. - Phổ FTIR ống nano các bon không được cố định AND (a), được cố định ADN (b), 30ml dung dịch ADN, 15mg SWCNTs, pH7. - Phổ raman ống nano các bon được cố định DNA và ống nano các bon không được cố định DNA. - Thời gian đáp ứng của cảm biến, nồng độ ADN dò 10µM, nhiệt độ 30oC. - Ảnh hưởng của thời gian cố định ADN đến tín hiệu ra của cảm biến. - Hình 3.10. - Ảnh hưởng của nồng độ ADN dò đối với tín hiệu ra của cảm biến. - Hình 3.11. - Ảnh hưởng của nồng độ ống nano các bon đến tín hiệu ra của cảm biến. - Hình 3.12. - Ảnh hưởng của giá trị pH đối với tín hiệu ra của cảm biến. - Hình 3.13. - Ảnh hưởng của màng BSA đối với tín hiệu ra của cảm biến. - Hình 3.14. - Ảnh hưởng của nhiệt độ lai hoá tới tín hiệu ra của cảm biến. - Hình 3.15. - Tín hiệu ra của cảm biến sau hai lần lai hoá. - 59 9DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Viết tắt cho Nghĩa tiếng Việt 1 ADN Deoxyribonucleic acid Axít nuclêic 2 APTS 3-Amino propyl triethoxy silane Chất APTS 3 CNT Carbon nanotube Ống nano các bon 4 EDC 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride Chất EDC 5 FE-SEM Field Emision Scanning Electron Microscop Hiển vi điện tử quét 6 FTIR Fourier Transform Infra Red Phổ hồng ngoại 7 GPTS 3-Glycidoxy propyl trimethoxy silane Chất GPTS 8 GTD glutaraldehyde Chất GTD 9 HATU O-(7-azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N’,N’-tetramethyluronium hexafluorophosphate Chất HATU 10 HREM High resolution electron microscopy Hiển vi điện tử phân dải cao. - 11 MWCNT Multi-walled carbon nanotube Ống nano các bon đa vách 12 NHS N-hydroxysulfo-succinimide Chất NSH 13 ODA 4,4’-oxydianiline Chất ODA 14 PCR Polymerase chai reaction Phản ứng chuỗi polyme 15 SWCNT Single-walled carbon nanotube Ống nano các bon đơn vách 16 TOAB tetra-n-octylammonium bromide Chất TOAB 17 TEM Transmission electron microscopy Hiển vi điện tử truyền qua. - Các hoá chất sử dụng trong quá trình cố định chuỗi ADN. - 29 11MỞ ĐẦU 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, gồm 02 thành phần chính: Phần tử nhận biết sinh học và bộ chuyển đổi tín hiệu. - Phần tử nhận biết thực chất là các lượng chất sinh học hoặc các thực thể sinh học, hoạt động như một yếu tố nhận biết, các phần tử sinh học thường được sử dụng là enzim, ADN, ARN, kháng thể. - Đối với cảm biến sinh học nói chung thì quá trình liên kết phần tử nhận biết sinh học với bề mặt cảm biến đóng vai trò quan trọng, nó quyết định đến tuổi thọ, độ nhạy, thời gian làm việc của cảm biến. - Các phần tử cảm nhận sinh học có thể liên kết trực tiếp hoặc gián tiếp lên bề mặt cảm biến. - Với mục tiêu nghiên cứu tìm ra phương pháp phù hợp để cố định ADN lên bề mặt cảm biến ADN nhằm ứng dụng để phát hiện vi rút gây bệnh tại Việt Nam. - Tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu cố định chuỗi ADN sử dụng ống nano các bon nhằm ứng dụng cho cảm biến sinh học“ với các nội dung nghiên cứu sau. - Nghiên cứu tổng quan các phương pháp cố định ADN lên ống nano các bon - Tiến hành cố định AND lên bề mặt ống nano các bon. - Đo đạc, phân tích kết quả - Đánh giá đưa ra kết quả tối ưu cho việc cố định ADN lên ống nano các bon . - Dựa trên những nội dung nghiên cứu luận văn được chia thành ba chương: Chương 1: Tổng quan về cố định ADN sử dụng ống nano các bon. - Trong chương này tác giả trình bày cơ bản về cảm biến sinh học, khái quát cấu tạo tính chất của ống nano các bon và ADN. - Tiếp theo tác giả trình bày tổng quan các phương pháp cố định ADN lên ống nano các bon. - Chương 2: Cố định ADN lên bề mặt cảm biến Chương này mô tả quá trình thực nghiệm để thực hiện đề tài. - Bắt đầu từ việc lựa chọn vật liệu, hóa chất, tiếp theo mô tả cách cố định ADN lên ống nano các bon 12bằng phương pháp hấp phụ vật lý. - Quá trình đo đạc các thông số của cảm biến và thiết lập hệ đo. - Trong những năm gần đây, cảm biến sinh học đã và đang là lĩnh vực được sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học cũng như các hãng sản xuất thuộc lĩnh vực điện tử y sinh. - Do có nhiều ưu điểm nên cảm biến sinh học được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. - Trong lĩnh vực kiểm tra môi trường cảm biến sinh học được sử dụng để xác định nồng độ thuốc trừ sâu trong nước [39]. - ứng dụng trong ngành y sinh học như xác định nồng độ glucose trong máu [23] nồng độ urê trong nước tiểu [28]. - Đối với ngành công nghệ thực phẩm, loại cảm biến này được sử dụng để phát hiện sự biến đổi gen trong cây trồng [27]. - Hiện nay cảm biến sinh học được chia ra thành nhiều loại khác nhau. - Dựa trên thành phần cảm nhận sinh học có thể chia thành ba loại cơ bản: cảm biến Enzyme, cảm biến ADN và cảm biến miễn dịch. - Nếu dựa trên bộ phận chuyển đổi thì có thể chia cảm biến sinh học thành những loại như sau: cảm biến điện hoá dựa trên cơ sở các phép đo dòng, thế, hoặc độ dẫn của dung dịch, cảm biến quang trên cơ sở phép đo huỳnh quang [11], cảm biến cơ dựa trên sự thay đổi khối lượng ở bề mặt cảm biến sẽ làm thay đổi tần số trong vi cân tinh thể thạch anh [36]. - Cùng với sự phát triển của các loại cảm biến sinh học nói chung, cảm biến ADN đã có tốc độ phát triển rất mạnh mẽ, có hàng nghìn các bài báo, công trình công bố những nghiên cứu mới về loại cảm biến này. - Như chúng ta đã biêt cảm biến ADN sử dụng chuỗi ADN làm phần cảm nhận sinh học. - Quá trình nhận biết ADN cần phân tích dựa trên sự lai hóa của chuỗi ADN dò được gắn trên bề mặt bộ chuyển đổi và ADN đích (ADN cần phát hiện) dẫn đến sự thay đổi mật độ điện tích trên bề mặt cảm biến. - Sự thay đổi này sau đó được phát hiện bởi cảm biến. - Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học ADN được chỉ ra trên hình 1.1. - 14 Hình 1.1.Cấu tạo chung của cảm biến sinh học ADN Trong cảm biến ADN việc cố định chuỗi ADN dò lên bề mặt cảm biến là một trong những yếu tố rất quan trọng, nó quyết định đến độ nhạy, thời gian sống của cảm biến. - Thông thường người ta có thể cố định trực tiếp hoặc gián tiếp chuỗi ADN bằng cách sử dụng các phương pháp và hoá chất khác nhau. - Phần tiếp theo tác giả tiến hành nghiên cứu tổng quan một số phương pháp cố định chuỗi ADN sử dụng ống nano các bon. - Giới thiệu chung về ống nanno các bon (CNT). - Ống nano các bon (Carbon nanotubes) là một dạng thù hình của cácbon, có dạng hình trụ tròn. - Ống nano các bon có hai loại là ống nano các bon đơn vách và đa vách.(hình 1.2) Ống các bon nano đơn vách (SWCNT) (hình 1.2a) được tạo ra bằng cách cuộn một đơn tấm graphite lại thành một ống hình trụ theo hướng của véctơ cuộn (véctơ chiral), có thể ở hai đầu có hai nửa fullerence như hai “nắp”. - Hình ảnh mô phỏng ống nano các bon đơn vách(A) và đa vách(B).[18] Ống nano cacbon đa vách (MWCNT) (hình 1.2b) có thể xem như một cấu trúc bao gồm nhiều SWNT đồng trục có đường kính khác nhau bao bọc lấy nhau, khoảng cách giữa các vách của SWCNT là 0,34-0,36 nm. - Một số tính chất cơ bản của ống nano các bon. - Khả năng phản ứng hoá học: Ống nano cácbon khác với mạng graphit ở cấu trúc cong bề mặt của nó
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt