- B NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ADN LÊN BỀ MẶT CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ ĐỘ DẪN TẠ THỊ NHẬT ANH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU KHOÁ ITIMS-2006 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - Tổng quan về cảm biến sinh học và cảm biến ADN. - Cảm biến sinh học. - Cảm biến sinh học ADN. - Các phương pháp phát hiện (phân tích) sự lai hoá. - Cảm biến điện hoá trên cơ sở vi điện cực độ dẫn. - Các phương pháp cố định phân tử sinh học lên bề mặt cảm biến. - Phương pháp hấp thụ. - Phương pháp liên kết chéo (crosslinking. - Phương pháp tự gắn kết (SAM. - Phương pháp cộng hoá trị. - Phương pháp điện hoá. - CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ADN LÊN BỀ MẶT CẢM BIẾN. - Thông tin về cảm biến. - Quá trình xử lý bề mặt cảm biến. - Phương pháp cố định cộng hoá trị sử dụng các chất nền khác nhau. - Phương pháp cộng hoá trị sử dụng APTS. - Phương pháp cộng hoá trị sử dụng CNTs. - Phương pháp cộng hoá trị sử dụng GPTS. - Phương pháp liên kết chéo sử dụng GA. - Xây dựng hệ đo và phương pháp đo. - Phương pháp đo. - Một số kết quả của phương pháp cố định ADN lên bề mặt cảm biến sử dụng APTS. - Một số kết quả của phương pháp cố định ADN lên bề mặt cảm biến sử dụng ống các bon có kích thước nano. - Một số kết quả của phương pháp cố định ADN lên bề mặt cảm biến sử dụng GPTS. - Một số kết quả của phương pháp cố định ADN lên bề mặt cảm biến sử dụng phương pháp liên kết chéo. - So sánh quá trình lai hoá ADN sử dụng các phương pháp cố định và vật liệu cố định khác nhau. - Ảnh hưởng của nồng độ ADN dò tới độ nhạy của cảm biến. - Ảnh hưởng của chuỗi đột biến tới tín hiệu ra của cảm biến. - Cấu tạo của cảm biến sinh học Hình 1.2. - Nguyên tắc hoạt động của cảm biến sinh học Hình 1.3. - Mô tả cảm biến sinh học ADN Hình 1.4. - Quá trình nhận biết sự lai hóa sử dụng cảm biến sinh học điện hóa Hình 1.6. - Hình thái bề mặt của cảm biến trước (a) và sau khi lai hoá (b) Hình 1.7. - Cấu trúc vi cảm biến Hình 1.9. - Phương pháp hấp thụ Hình 1.10. - Phương pháp liên kết chéo (cross-linking) Hình 1.11. - Quá trình tự gắn kết của các phân tử sinh học lên bề mặt cảm biến Hình 1.12. - Mô tả phương pháp cộng hóa trị Hình 1.13. - Vi cảm biến có kích thước các thanh kim loại làm điện cực là 20µm x 20µm Hình 2.2. - Tạo nhóm OH lên bề mặt cảm biến Hình 2.3. - Silan hoá bề mặt cảm biến Hình 2.6. - ADN cố định trên bề mặt cảm biến Hình 2.9. - CNTS đơn vách (a), CNTS đa vách (b) Hình 2.10. - Quá trình tạo nhóm cacboxy lên ống nano cácbon Hình 2.11. - Quá trình cố định protein thông qua hoạt hóa EDC Hình 2.12. - Quá trình cố định ADN Hình 2.13. - Cấu trúc phân tử GPTS Hình 2.14. - Sơ đồ biểu diễn quá trình Silan hóa bề mặt cảm biến với GPTS Hình 2.15: Quá trình cố định ADN lên bề mặt cảm biến sử dụng GPTS Hình 2.16. - Cấu trúc phân tử Glutaraldehit Hình 2.17. - Quá trình tạo gel ADN và gel BSA Hình 2.18. - Qúa trình phủ màng ADN và màng BSA Hình 2.19. - Dạng sóng từ bộ khuếch đại Lock - in Hình 2.20. - Hệ đo vi sai sử dụng máy khuyếch đại Lock-in SR830 Hình 2.21. - Ảnh FE - SEM của màng polyme dẫn APTS trên bề mặt vi cảm biến Hình 3.2 : Hình thái bề mặt của cảm biến cố định ADN dò Hình 3.3. - Cdò=10 µM, Tđo=280C, vật liệu cố định APTS Hình 3.5: Ảnh hiển vi điện tử quét FE - SEM của CNTs (a)và DNA /CNTs(b) Hình 3.6. - Cdò = 10 µM, Tđo = 280C, vật liệu cố định CNTs Hình 3.8. - Ảnh FE - SEM bề mặt cảm biến phủ GPTS và ADN Hình 3.9. - Phổ hồng ngoại xác định liên kết ADN và bề mặt cảm biến Hình 3.10. - Cdò = 10 µM, Tđo = 280C, vật liệu cố định GPTS Hình 3.11. - Ảnh SEM bề mặt cảm biến phủ BSA và GA Hình 3.12. - Phổ hồng ngoại xác định liên kết ADN và BSA Hình 3.13. - Cdò = 10 µM, Tđo = 280C, vật liệu cố định BSA và GA Hình 3.14. - Đặc trưng lai hoá của ADN sử dụng vật liệu cố định khác nhau Hình 3.15. - Ảnh hưởng của nồng độ ADN dò tới tín hiệu ra của cảm biến. - Tđo = 280C, vật liệu cố định là APTS Hình 3.16 : Ảnh hưởng của chuỗi đột biến đến tín hiệu ra của cảm biến, Tđo = 280C, vật liệu cố định APTS Bảng II. - Các hoá chất sử dụng trong quá trình cố định ADN sử dụng APTS Bảng 2.3. - Các hoá chất trong quá trình cố định ADN sử dụng CNTs Bảng 2.4. - Các hoá chất sử dụng trong quá trình cố định ADN với GPTS Bảng 2.5. - Hoá chất dùng trong quá trình cố định ADN sử dụng Glutaralđehit Bảng 3.1. - 0.00147M KH2PO4, pH 7,4) Polyme APTS Polyme GPTS Ống nano cacbon Huyết tương Dung dịch đệm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tên luận văn: “NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ADN LÊN BỀ MẶT CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ ĐỘ DẪN” Tác giả : Tạ Thị Nhật Anh. - Người nhận xét : Tón tắt luận văn: Bản luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu các phương pháp cố định ADN lên bề mặt cảm biến trên cơ sở độ dẫn, ứng dụng cho mục đích phát hiện virút gây bệnh. - Các phương pháp chúng tôi đã nghiên cứu và sử dụng để cố định ADN của virút cúm A lên bề mặt cảm biến gồm: phương pháp cộng hoá trị sử dụng các chất nền: APTS, CNTs, GPTS và phương pháp liên kết chéo sử dụng Glutaraldehit. - Vi cảm biến sử dụng để cố định ADN có kích thước các thanh kim loại làm điện cực là 20 µm x 20 µm. - Hình thái bề mặt cảm biến trước và sau mỗi quá trình cố định ADN được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cao (FE-SEM), liên kết giữa ADN và vi cảm biến được xác định bằng máy đo phổ hồng ngoại FT-IR Nicolet 6700 (Thermo USA). - Các đặc trưng độ nhạy, độ đặc hiệu và thời gian đáp ứng của vi cảm biến đối với từng qui trình cố định được xác định nhờ bộ khuếch đại Lock- in SR830. - Kết quả cho thấy, với các phương pháp cố định trên, cảm biến có khả năng phát hiện virút gây bệnh ở nhiệt độ phòng với nồng độ 0,5 nM. - Độ nhạy, độ đặc hiệu của cảm biến rất tốt, thời gian đáp ứng khoảng 3 ÷ 4 phút. - Sau quá trình tổng hợp, phân tích và đánh giá các kết quả cho thấy với phương pháp cộng hoá trị sử dụng chất nền là GPTS đang là phương pháp mang lại hiệu quả cao nhất cho quá trình cố định ADN lên cảm biến. - Tạ Thị Nhật Anh – ITIMS 2006 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, ngành cảm biến nói chung và cảm biến sinh học nói riêng đang có được sự quan tâm chú ý đặc biệt của các nhà khoa học. - Trong khoảng chục năm trở lại 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. - Ở Việt Nam, cảm biến sinh học đã được biết đến với một số công trình nghiên cứu như: cảm biến phát hiện sự biến đổi gen ở đậu tương, cảm biến phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu, cảm biến phát hiện vi rút, vi khuẩn. - Để chế tạo cảm biến sinh học thì quá trình cố định phần tử cảm nhận sinh học lên cảm biến đóng vai trò hết sức quan trọng. - Mỗi phương pháp cố định khác nhau đều có những ưu nhược điểm riêng. - 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 các phương pháp cố định ADN lên bề mặt cảm biến sinh học trên cơ sở độ dẫn“ với các nhiệm vụ. - Nghiên cứu các phương pháp cố định - Tiến hành đo đạc, phân tích kết quả - So sánh đưa ra phương pháp tối ưu cho việc cố định ADN lên cảm biến ADN. - Dựa trên những mục đích đó luận án này được chia thành ba phần: Tạ Thị Nhật Anh – ITIMS 2006 2 Chương 1: Tổng quan về cảm biến sinh học và cảm biến ADN Trong chương này tác giả đã mô tả tổng quan về cảm biến sinh học, cảm biến ADN, bộ chuyển đổi tín hiệu trên cơ sở cảm biến vi điện cực độ dẫn, khái niệm và tính chất của ADN. - Chương 2: Cố định ADN lên bề mặt cảm biến 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 mô tả cách cố định phần tử sinh học đầu dò lên vi cảm biến bằng các phương pháp cố định khác nhau sử dụng các chất trung gian khác nhau. - Quá trình đo đạc các thông số của cảm biến và thiết lập hệ đo. - TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SINH HỌC VÀ CẢM BIẾN ADN Trong những năm gần đây, cảm biến sinh học 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. - Ở Việt Nam khái niệm “cảm biến sinh học” cũng chỉ mới được biết đến trong khoảng chục năm trở lại đây. - Tuy vẫn còn rất mới mẻ và đang trong quá trình phát triển những bước đầu tiên, song đã đạt được một số thành tựu như: cảm biến phát hiện sự biến đổi gen ở đậu tương, phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu và mới đây là cảm biến phát hiện vi rút, vi khuẩn. - Hiện nay cảm biến sinh học đang ngày càng được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi. - 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, 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 [1]. - Như vậy có thể hiểu cảm biến sinh học là thiết bị phân tích gồm hai thành phần chính: phần tử nhận biết sinh học và bộ phận chuyển đổi tín hiệu [2]. - Tạ Thị Nhật Anh – ITIMS 2006 4 Hiện nay thành phần cảm nhận sinh học đựơc sử dụng chủ yếu là: chuỗi ADN, enzym, kháng thể, tế bào v.v…Do tính chất đặc hiệu và độ chọn lọc của thành phần nhận biết sinh học nên cảm biến sinh học có độ nhạy và độ chọn lọc rất cao. - Nguyên tắc hoạt động của cảm biến sinh học được chỉ ra trên hình 1.2. - Nguyên tắc hoạt động của cảm biến sinh học Chất phân tích Enzyme, ADN, kháng nguyên, kháng thể…
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt