Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo đạc và phân tách các phân tử sinh học đặc hiệu - protein-ADN

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC03




BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI/DỰ ÁN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO ĐẠC VÀ PHÂN TÁCH
CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC ĐẶC HIỆU - Protein/ADN

MÃ SỐ: KC.03.TN10/11-15



Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa,
Đại học Đà Nẵng

Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS. Cao Xuân Hữu





9805


Hà Nội – 2012

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC03



BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI/DỰ ÁN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO ĐẠC VÀ PHÂN TÁCH
CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC ĐẶC HIỆU - Protein/ADN

MÃ SỐ: KC.03.TN10/11-15

Chủ nhiệm đề tài/dự án Cơ quan chủ trì đề tài/dự án
(ký tên) (ký tên và đóng dấu)




TS. Cao Xuân Hữu PGS.TS. Lê Kim Hùng

Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ
(ký tên) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ)




TS. Nguyễn Chỉ Sáng TS. Nguyễn Thiện Thành

Hà Nội - 2012
1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 12 năm 2012



BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN

I. THÔNG TIN CHUNG
Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo đạc và phân tách các
phân tử sinh học đặc hiệu – protein/ADN
Mã số đề tài, dự án: KC.03.TN10/11-15
Thuộc:
- Chương trình: “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công
nghệ Cơ khí và Tự động hoá”,
- Mã số KC.03/11-15

2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:
Họ và tên: Cao Xuân Hữu

Ngày, tháng, năm sinh: 06-09-1978 Nam/ Nữ: Nam
Học hàm, học vị: Tiến sĩ
Chức danh khoa h
ọc: Chức vụ
Điện thoại: Tổ chức: 0511.3735112 Mobile: 0934348189
Fax: E-mail:

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà
Nẵng
Địa chỉ tổ chức: 54 Nguyễn Lương Bằng, TP. Đà Nẵng
Địa chỉ nhà riêng: P.203, CC. Hòa Thuận, Q. Hải Châu, TP. Đà Nẵng
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà
Nẵng
Điện thoại: 84-511-3841292 Fax: 84-511-3842771
2

E-mail:
Website: />
Địa chỉ: 54 Nguyễn Lương Bằng, TP. Đà Nẵng
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS. Lê Kim Hùng
Số tài khoản: 3711.1.1055688
tại Kho Bạc Nhà nước Quận Liên Chiểu
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Khoa học và Công nghệ

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 01/2012 đến tháng 12/ 2012
- Thực tế thực hiện: từ tháng 01/2012 đến tháng 12/ 2012
- Được gia hạn (nếu có):

- Lần 1 từ tháng…. năm…. đến tháng…. năm….
- Lần 2 ….
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 750 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 750 tr.đ.
+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.
+ Tỷ lệ và kinh phí thu hồi đố
i với dự án (nếu có): không

b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1 02/2012 300 02/2012 200
2 06/2012 225 06/2012 200
3 12/2012 225 12/2012 150
4 12/2012 01/2013 200
Sau khi nghiệm
thu cấp Cơ sở

3

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
370 370

370 370

2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
230 230

230 230

3 Thiết bị, máy móc
50 50

50 50

4 Xây dựng, sửa chữa
nhỏ




5 Chi khác 100 100

100 100


Tổng cộng 750 750 750 750
- Lý do thay đổi (nếu có):

Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn,
phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu
có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số
TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản
Ghi
chú
1 1643/QĐ-BKHCN ngày
8/6/2011

Quyết định v/v phê duyệt Danh mục đề

tài nghiên cứu khoa học công nghệ tiềm
năng thuộc lĩnh vực Công nghệ Cơ khí
và Tự động hóa để xét chọn thực hiện
năm 2011

2 1881/QĐ-BKHCN ngày
27/6/2011
Quyết định v/v thành lập Hội đồng tư
vấn xét chọn đề tài

3 Biên bản họp Hội đồng
xét chọn đề tài ngày
08/7/2011
Biên bản họp Hội đồng xét chọn đề tài
4 3855/QĐ-BKHCN ngày Quyết định v/v phê duyệt kinh phí đề tài
4

15/12/2011
5 Hợp đồng đề tài, số
10/2011/HĐ - ĐTTN-
KC.03/11-15
Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát
triển công nghệ

6 Công văn kế hoạch mua
vật tư và hợp tác quốc
tế, số / ĐHBK-
KH,SĐH&HTQT, ngày
Công văn v/v Lập kế hoạch mua vật tư
thiết bị và hợp tác quốc tế thuộc Đề tài

KC.03.TN10/11-15

7 951/QĐ-BKHCN ngày
17/5/2012
Quyết định v/v cử các đoàn đi công tác
nước ngoài của đề tài KC.03.TN10/11-
15

8 2153/QĐ-ĐHĐN ngày
15/5/2012
Quyết định v/v cử cán bộ đi công tác tại
Hàn Quốc

9 Báo cáo kết quả đoàn ra
ngày 10/10/2012
Báo cáo kết quả đoàn đi công tác nước
ngoài

10 174/ VPCTTĐ-
BCNKC.03
Công văn v/v kiểm tra định kỳ các
ĐT/DA thuộc chương trình KC.03/11-15

11 Biên bản kiểm tra định
ngày 28/8/2012
Biên bản kiểm tra định kỳ tình hình thực
hiện đề tài, dự án thuộc chương trình

12 212/ĐHBK-
KH,SĐH&HTQT, ngày

09/10/2012
Quyết định v/v thành lập Hội đồng
nghiệm thu các chuyên đề của Đề tài
KC.03.TN10/11-15

13 Công văn điều chỉnh nội
dung số 25/ ĐHBK-
KH,SĐH&HTQT, ngày
15/10/2012
Công văn v/v điều chỉnh một số nội dung
thuộc đề tài KC.03.TN10/11-15

14 Công văn phúc đáp số
244/VPCTTĐ-THKH
ngày 05/11/2012
Công văn phúc đáp v/v điều chỉnh nội
dung của Đề tài KC.03.TN10/11-15


5


4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:
Số
TT
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức đã
tham gia thực

hiện
Nội dung
tham gia
chủ yếu
Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1
Khoa Quang
học và Điện từ
học ứng dụng,
Trường Đại
học Hannam,
Daejeon, Hàn
Quốc
Khoa Quang học
và Điện từ học
ứng dụng,
Trường Đại học
Hannam,
Daejeon, Hàn
Quốc
Hỗ trợ nghiên
cứu về
nguyên lý đo
đạc, nguyên
lý mô phỏng
từ trường, hệ

thống cơ khí
chính xác
Nguyên lý đo
đạc, Kết quả
mô phỏng,
Mô hình h
ệ
thống cơ khí
chính xác

2
Trường Khoa
học Sự sống,
Đại học Quốc
gia Thanh
Hoa, Hsin-
Chu, Đài Loan
Trường Khoa
học Sự sống,
Đại học Quốc
gia Thanh Hoa,
Hsin-Chu, Đài
Loan
Hỗ trợ
phương pháp
thiết kế phần
tử nhạy
Không

- Lý do thay đổi (nếu có):

5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10
người kể cả chủ nhiệm)
Số
TT
Tên cá nhân
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên cá nhân
đã tham gia
thực hiện
Nội dung
tham gia
chính
Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1 TS. Cao Xuân
Hữu
TS. Cao Xuân
Hữu
Quản lý
chung, thực
hiện, Các Nội
dung 2, 4, 5.1,
5.2, 5.4, 6.1,

6.3, 8
Theo đăng
ký trong
Thuyết minh
Chủ
nhiệm
2 TS. Đặng Đức
Long
TS. Đặng Đức
Long
Nội dung 1.2,
1.3, 1.4
Theo đăng
ký trong
Thuyết minh
Kiêm
thư ký
3 TS. Nguyễn
Hoàng Hải
ThS. Nguyễn
Thị Minh Xuân
Nội dung 1.4 Theo đăng
ký trong

6

Thuyết minh
4 TS. Phạm Văn
Tuấn
TS. Phạm Văn

Tuấn
Nội dung 3.1 Theo đăng
ký trong
Thuyết minh

5 ThS. Nguyễn
Trung Kiên
ThS. Nguyễn
Trung Kiên
Nội dung 3.2 Theo đăng
ký trong
Thuyết minh

6 ThS. Ngô Thái
Bích Vân
ThS. Ngô Thái
Bích Vân
Nội dung 1.1 Theo đăng
ký trong
Thuyết minh

7 KS. Nguyễn
Thế Nghĩa
KS. Nguyễn
Thế Nghĩa
Nội dung 5.3,
5.5, 6.2
Theo đăng
ký trong
Thuyết minh

8 GS.TS. Derac
Son
KS. Vũ Vân
Thanh
Nội dung 3.3 Theo đăng
ký trong
Thuyết minh

9 KS. Phạm Thị
Kim Thảo
Nội dung 7 Theo đăng
ký trong
Thuyết minh

- Lý do thay đổi ( nếu có): TS. Nguyễn Hoàng Hải – Trường ĐHKHTN-
ĐHQG Hà Nội do bận công tác nên không thể tham gia đề tài. GS.TS. Derac
Son – Trường Đại học Hannam, Daejeon, Hàn Quốc chỉ tham gia hướng dẫn
từ xa nên xin rút tên khỏi danh sách tham gia thực hiện.

Tình hình hợp tác quốc tế:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số

đoàn, số lượng người tham gia )
Ghi
chú*

1
Nội dung:
Tìm kiếm đối tác
hợp tác và hỗ trợ. Học hỏi
kinh nghiệm chế tạo hệ thống
đo đạc và phân tách các phân
tử sinh học đặc hiệu –
protein/ADN.
Nội dung:
Tìm kiếm đối tác
hợp tác và hỗ trợ. Học hỏi kinh
nghiệm chế tạo hệ thống đo đạc
và phân tách các phân tử sinh
học đặc hiệu – protein/ADN.
Đạt yêu
cầu đề ra
7

Thời gian: 08/06 – 17/06/2012
Kinh phí:
32.600.000 đồng
Địa điểm:
Daejeon, Hàn Quốc
Tên tổ chức hợp tác:
Khoa
Quang học và Điện từ học ứng

dụng, Trường Đại học
Hannam, Daejeon, Hàn Quốc
Số đoàn:
01
Số người đi công tác:
01
Thời gian:
08/06 – 17/06/2012
Kinh phí:
32.600.000 đồng
Địa điểm:
Daejeon, Hàn Quốc
Tên tổ chức hợp tác:
Khoa
Quang học và Điện từ học ứng
dụng, Trường Đại học Hannam,
Daejeon, Hàn Quốc
Số đoàn:
01
Số người đi công tác:
01

- Lý do thay đổi (nếu có):


7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa

điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm )
Ghi chú*
1
Nghiên cứu hệ thống đo đạc
và phân tách các phân tử
sinh học, ngày 28 tháng 11
năm 2012, kinh phí 7.100.000
đồng, tại Trường Đại học Bách
khoa - ĐHĐN
Nghiên cứu hệ thống đo
đạc và phân tách các phân
tử sinh học, ngày 28 tháng
11 năm 2012, kinh phí
7.100.000 đồng, tại Trường
Đại học Bách khoa - ĐHĐN


- Lý do thay đổi (nếu có):
8

8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát
trong nước và nước ngoài)
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Số

TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Người,
cơ quan
thực hiện
1
Nội dung 1: Nghiên cứu quy
trình gắn kết các ADN hoặc
protein lên các hạt nano từ
tính.



- Tổng hợp 2 loại hạt nano từ
tính (có và không có lớp hoạt
hóa bề mặt) và khảo sát tính
chất từ của chúng.
01/2012 -
02/2012
03/2012 –
08/2012
ThS. Ngô Thái
Bích Vân

- Khảo sát và thu thập các loại
hóa chất và dung dịch sinh hóa
(có chứa protein hoặc ADN,
kháng thể, kháng nguyên) có
đặc điểm phù hợp yêu cầu đo
đạc và phân tách.
01/2012 –
02/2012
03/2012-
05/2012
TS. Đặng Đức
Long

- Tiến hành nghiên cứu lý
thuyết quy trình gắn kết
protein/ADN với các tác nhân
liên kết sinh học kháng thể,
kháng nguyên và hạt nano từ.
01/2012 –
03/2012
01/2012 –
06/2012
TS. Đặng Đức
Long

- Tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm quy trình gắn kết.
04/2012 –
05/2012
03/2012-

08/2012
TS. Đặng Đức
Long, ThS.
Nguyễn T.M.
Xuân
2
Nội dung 2: Sử dụng phần tử
nhạy từ trường thích hợp
(GMR, GMI), nghiên cứu
nguyên tắc hoạt động của bộ

9

cảm biến từ sinh học.

- Thiết kế cấu hình phần tử
nhạy kích thước từ nm đến µm.
Đặt hàng chế tạo phần tử nhạy
theo công nghệ nano.
05/2012-
06/2012
03/2012 –
06/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Nghiên cứu nguyên tắc hoạt
động của bộ cảm biến
05/2012-
06/2012

03/2012 –
06/2012
TS. Cao Xuân
Hữu
3
Nội dung 3: Nghiên cứu thiết
kế và chế tạo hệ thống điện tử
cho bộ thu nhận và xử lý tín
hiệu.




- Nghiên cứu mạch điện tử bắt
đầu từ khối tín hiệu analog đến
khối tín hiệu digital.
05/2012-
08/2012
04/2012 –
07/2012
TS. Phạm Văn
Tuấn

- Thiết kế sơ đồ mạch điện sử
dụng phần mềm thiết kế ảo và
tối ưu hóa thiết kế.
06/2012 –
08/2012
05/2012 –
07/2012

ThS. Nguyễn
Trung Kiên

- Thiết kế layout mạch, đặt in
mạch lên PCB
07/2012 KS. Vũ Vân
Thanh
4
Nội dung 4: Nghiên cứu thiết
kế và chế tạo sensor đo từ
trường


- Thiết kế sensor sử dụng các
phần tử nhạy đã thiết lập
05/2012 –
06/2012
03/2012 –
07/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Chế tạo sensor sử dụng các
phần tử nhạy đã thiết lập
06/2012-
07/2012
03/2012 –
07/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Kiểm tra, thử nghiệm và đánh
giá sensor
07/2012-
08/2012
TS. Cao Xuân
Hữu
5
Nội dung 5: Nghiên cứu thiết
kế và chế tạo hệ nam châm
điện tạo từ trường ngoài tối
ưu, có thể điều chỉnh được,
tương thích với nhiều hệ hoạt

10

chất sinh học.

- Đặt mua nguyên vật liệu 05/2012 –
06/2012
05/2012 –
06/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Thiết kế cấu hình nam châm
điện
05/2012 –
06/2012
03/2012 –

06/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Sử dụng phần mềm, chạy mô
phỏng từ trường tạo ra để tiến
hành tối ưu hóa cấu hình
05/2012 –
06/2012
06/2012 –
08/2012
KS. Nguyễn Thế
Nghĩa

- Chế tạo hệ nam châm điện 06/2012 –
07/2012
03/2012 –
07/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Thiết kế và chế tạo hệ thống
quét tín hiệu hỗ trợ cảm biến đo
đạc
06/2012 –
07/2012
06/2012 –
08/2012
KS. Nguyễn Thế
Nghĩa

6
Nội dung 6: Khảo sát kết quả
đo đạc tín hiệu, đánh giá về độ
nhạy, độ chính xác và độ bền
trong điều kiện đo đạc thực tế
của bộ cảm biến từ sinh học
được tạo ra.


- Đặt mua dung dịch chuẩn hóa.
Tiến hành bước chuẩn hóa tín
hiệu
07/2012 –
08/2012
07/2012 –
11/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Tiến hành đo đạc hàm lượng
các hỗn hợp đã được đánh dấu.
08/2012 08/2012 –
12/2012
KS. Phạm Thị
Kim Thảo

- Khảo sát độ nhạy, độ chính
xác, độ ổn định của sensor
08/2012 10/2012 –
12/2012

TS. Cao Xuân
Hữu
7
Nội dung 7: Tiến hành quá
trình phân tách hàm lượng
hoạt chất sinh học cần quan
tâm.


- Phân tách lượng hoạt chất đã
đánh dấu.
08/2012 –
09/2012
11/2012 –
12/2012
ThS. Nguyễn Thị
Minh Xuân
11

8
Nội dung 8: Khảo sát và đánh
giá hiệu suất phân tách. Viết
báo cáo tổng hợp


- Khảo sát và đánh giá hiệu suất
phân tách
09/2012 –
10/2012
11/2012 –

12/2012
TS. Cao Xuân
Hữu

- Lý do thay đổi (nếu có)
: Hệ thống đo đạc mới được nghiên cứu thiết kế và
chế tạo nên cần nhiều thời gian điều chỉnh và chuẩn hóa trước khi có thể tiến
hanh đo đạc thực tế. Đó là lý do mà các nội dung từ 6 đến 8 đã hoàn thành
muộn hơn so với dự kiến.

III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và
chỉ tiêu chất lượng
chủ yếu
Đơn
vị đo
Số
lượng
Theo kế hoạch
Thực tế
đạt được
1
Hệ thống đo đạc và
phân tách hoàn chỉnh
ở mức phòng thí
nghiệm sử dụng

sensor từ-sinh học.
Chiếc 01 Đo được nồng
độ cỡ nM với sai
số ≤ 10% và
phân tách với
hiệu suất đạt ≥
90%.
Đo được nồng
độ cỡ nM với sai
số ≤ 10% và
phân tách với
hiệu suất đạt ≥
90%.

Đặc điểm Sản phẩm Dạng I: 01 hệ thống đo đạc và phân tách hoàn
chỉnh ở mức phòng thí nghiệm sử dụng sensor từ-sinh học. Hệ thống này có
khả năng thực hiện các phép đo hàm lượng hoạt chất sinh học rất nhỏ, từ vài
chục nM trở lên với sai số ≤ 10% và phân tách hàm lượng đó với hiệu suất đạt
từ 90 đến 100%.
- Lý do thay đổi (nếu có)
:
12

So với đăng ký trong Thuyết minh đề tài, hệ thống đo đạc chỉ sử dụng
một loại sensor (thay cho hai loại sensor đăng ký, bao gồm sensor GMR và
sensor GMI) với sự hỗ trợ chế tạo từ 1 cơ quan ngoài nước (PTN Biosensor –
Hàn Quốc). Lý do thay đổi là loại sensor sử dụng vật liệu GMI có cấu hình
phức tạp và có dải đo từ trường từ 10 A/m trở lên nên không thể áp dụng thực
tế cho đo đạc từ
trường cảm ứng rất nhỏ của các hạt nano từ (< 10 A/m).

Hệ thống phân tách các phần tử sinh học ra khỏi dung dịch sử dụng hệ
các nam châm vĩnh cửu thay cho nam châm điện trong Thuyết minh. Lý do là
hệ nam châm vĩnh cửu có kích thước gọn nhẹ nhưng lại có cường độ mạnh
nên phù hợp hơn với lượng mẫu nhỏ của các hệ mẫu sinh học sử dụng không
gian nhỏ củ
a bình chứa mẫu. Ngược lại, hệ nam châm điện tạo ra từ trường
yếu lại khá cồng kềnh nên khó tích hợp với lượng mẫu nhỏ của các hệ sinh
học.
b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú

1
Quy trình gắn kết hóa sinh
giữa các phần tử sinh học
với nhau và với hạt nano
từ tính.
Ổn định, có
khả năng lặp
lại ở các PTN

khác
Ổn định, có
khả năng lặp
lại ở các PTN
khác
01 quy trình


Đặc điểm Sản phẩm Dạng II: Quy trình gắn kết hóa sinh được thực
hiện theo một trình tự cụ thể, bao gồm các bước tiến hành từ khâu chuẩn bị
hóa chất, nguyên vật liệu (hạt nano từ) cho tới khâu kiểm tra đánh giá kết quả.
Các lưu ý trong quá trình thực hiện cũng được trình bày để đảm bảo cơ sở
khoa học cho khả năng lặp lại hoàn toàn tại các phòng thí nghiệm khác.
13

- Lý do thay đổi (nếu có): không

c) Sản phẩm Dạng III:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Số lượng,

nơi công bố
(Tạp chí, nhà
xuất bản)
1
01 bài báo đăng trên tạp
chí trong nước trình bày
nội dung đề tài và kết quả
đạt được.

Theo chuẩn
Quốc tế (bài
báo tiếng Anh)
Theo chuẩn
Quốc tế (bài
báo tiếng Anh)
01 bài báo.
Journal of
Science and
Technology –
University of
Danang, 2012,
số 12 (61) tr.
40-46.
2
01 báo cáo Hội nghị Sơ
kết công tác triển khai các
đề tài dự án năm 2012 và
định hướng công tác đến
năm 2015
Không Bài báo tiếng

Việt
01 bài báo.
Kỷ yếu Hội
thảo chương
trình
KC.03/11-15,
Hà Nội
21/12/2012, tr.
38-44.
Đặc điểm Sản phẩm Dạng III: Nội dung bài báo trình bày về kết quả
đạt được của nghiên cứu này kèm theo các kết luận khoa học để đưa ra hướng
nghiên cứu có thể thực hiện tiếp theo.
- Lý do thay đổi (nếu có): không

d) Kết quả đào tạo: không
14

Số lượng
Số
TT
Cấp đào tạo, Chuyên
ngành đào tạo
Theo kế
hoạch
Thực tế đạt
được
Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
1

Thạc sỹ

2
Tiến sỹ

- Lý do thay đổi (nếu có):


đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống
cây trồng:
Kết quả
Số
TT
Tên sản phẩm
đăng ký
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
1
Kỹ thuật đo từ trường cảm
ứng định xứ của các hạt
nano từ
Không đăng ký
01 đăng ký
sáng chế (Bản
mô tả sáng

chế)
Gửi Cục Sở
hữu trí tuệ
Việt Nam,
2012


- Lý do thay đổi (nếu có):

2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
Đề tài là bước đi đầu tiên của lộ trình nghiên cứu chế tạo thiết bị y sinh
trong nước phục vụ đo đạc hàm lượng các phân tử sinh học, như protein,
ADN, virut hoặc tế bào, trong đó sử dụng hạt nano từ làm tác nhân đo đạc.
Không dừng lại ở việc
ứng dụng hạt nano từ vào đo đạc hàm lượng sinh học,
đề tài đã thực hiện việc đề xuất và thử nghiệm một phương pháp đo đạc mới
(đã đăng ký sáng chế) cho tín hiệu từ tính của các hạt nano từ với những ưu
điểm rõ rệt, khắc phục đa số các nhược điểm của các phương pháp hiện tại.
Tình hình nghiên cứu chung trên thế giớ
i ở lĩnh vực y sinh trong thời
gian rất gần đây cho thấy, các hạt nano từ bắt đầu được sử dụng trong các
15

nghiên cứu hoặc xét nghiệm sinh học với vai trò là tác nhân thu nhận và đo
đạc khi chúng được gắn kết theo một liên kết đặc hiệu với các phân tử sinh
học cần xác định như protein, ADN, virut hoặc tế bào [1]. Ở các phương pháp
như ELISA [2], thu nhận lượng tử, hay sử dụng mảng kích thước micromet
[3], trị số đo ở lối ra của bộ chuyển đổi được xác định dựa trên tín hiệu đo
màu sắc ho

ặc tín hiệu phát quang của mẫu. Vì thế, mức độ hấp thụ quang học
hoặc khả năng tự phát quang nội tại của rất nhiều mẫu sinh học sẽ tạo ra giới
hạn cho các phép đo này. Tương tự như vậy, các cảm biến sinh học sử dụng
dây nano [4], ống các-bon [5], cần nâng micro [6], hay cảm biến điện hóa [7]
lại dựa vào các tương tác điện tử giữa protein hoặ
c ADN với cảm biến. Điều
này làm giảm mức độ tin cậy của các phép đo khi tiến hành với các dung dịch
có độ pH hoặc nồng độ ion biến đổi. Phương pháp xác định hàm lượng các
phân tử sinh học thông qua việc sử dụng các hạt nano từ làm tác nhân khuếch
đại và đo đạc thông qua từ trường cảm ứng của chúng hoàn toàn có thể khắc
phục được các nhược điểm nêu trên. Khác với các phương pháp k
ể trên, đối
tượng đo là các phân tử sinh học, như protein, ADN, hay tế bào, không có yếu
tố vật lý làm sai khác kết quả đo, cụ thể hơn là các phân tử sinh học này
không sinh ra từ trường cảm ứng ảnh hưởng tới từ trường cảm ứng của các
hạt từ mà chúng gắn kết trên đó khi cả hệ mẫu đo được đặt trong trường từ
hóa mạnh. Ngoài ra, phương pháp sử dụng h
ạt từ như vậy còn làm tăng độ
nhạy của phép đo. Theo Fishbein và các cộng sự [8], độ nhạy trong các phép
đo nhờ sử dụng các hạt từ làm tác nhân có thể được nâng lên tới hàng ngàn
lần, đồng thời thời gian tiến hành đo đạc gần như tức thời, ngắn hơn nhiều lần
so với phương pháp truyền thống như ELISA. Thêm vào đó, công nghệ chế
tạo các phần tử cả
m biến tương đối phức tạp, đồng thời cũng cần chi phí vận
hành lớn (như ở phương pháp sử dụng mảng các phần tử cảm biến chế tạo
theo công nghệ MEMS hoặc NEMS), hoặc thời gian đo lâu và độ nhạy chưa
cao (như phương pháp ELISA). So với những ưu và khuyết điểm ở các
16

phương pháp đã đề cập, phương pháp đo từ đề xuất trong nghiên cứu này đã

kế thừa những ưu điểm của các phương pháp trước đó, như khả năng tương
thích cao với rất nhiều hệ sinh học, độ nhạy cao, đồng thời phát triển được
những đặc điểm vượt trội khác, như có công nghệ chế tạo phần tử nhạ
y đơn
giản hơn, phương thức vận hành đơn giản hơn, thời gian đo đạc nhanh và ít
sai số hơn.
Do phương pháp đo trong nghiên cứu này mới được tìm hiểu và áp
dụng nên cần nhiều thời gian hơn để thử nghiệm và đánh giá. Kết quả ban đầu
của các phép đo hàm lượng sinh học cho thấy độ nhạy của kỹ thuật đo này
tương đương với độ nh
ạy của phương pháp ELISA khi được so sánh trên
cùng một đối tượng đo. Việc tối ưu hóa trong thiết kế hệ thống cơ khí, hệ
thống xử lý tín hiệu, và các điều kiện đo đạc phù hợp, sẽ làm cho kết quả tốt
hơn, đặc biệt là nâng cao độ nhạy của phép đo từ 10 đến 1000 lần độ nhạy của
các phương pháp truyền thống.
b) Hiệu quả v
ề kinh tế xã hội:
Các sản phẩm Dạng I và II của đề tài hoàn toàn có thể được nghiên cứu
phát triển ở bước tiếp theo, sau đó sản phẩm Dạng I có thể được nghiên cứu
triển khai và sản xuất thử nghiệm ở mức độ cao hơn và với quy mô lớn hơn.
Đặc điểm quan trọng mà kết quả nghiên cứu của đề tài này mang lại chính là
ở tính thích ứng cao của nó với rất nhi
ều hệ sinh học khác nhau và tính kinh tế
trong chi phí chế tạo. Với các đặc tính cốt lõi này, kết quả đề tài hứa hẹn khả
năng hiện thực hóa lộ trình chế tạo thiết bị đo kiểm ứng dụng trong lĩnh vực y
sinh. Theo đó, sản phẩm của đề tài có thể được mở rộng ứng dụng trong các
trường hợp như: phát hiện virut, phân tách virut ra khỏi môi trường nhiễm
bệnh;
đánh dấu, phân tách hoặc làm sạch chọn lọc tế bào, protein, ADN; phát
hiện ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt; kiểm tra theo dõi nhiễm độc máu;

phát hiện tế bào ung thư máu, đặc biệt là khi nồng độ tế bào ung thư rất thấp –
17

khó có thể phát hiện bằng các phương pháp khác [9] Ngoài ra, đối với phản
ứng PCR trong sinh học nhằm khuếch đại ADN, phương pháp sử dụng hạt
nano từ tính để đánh dấu và phân tách của đề tài này sẽ giúp làm giàu hàm
lượng ADN ban đầu [10]. Thêm vào đó, kết quả đề tài có thể được nghiên cứu
phát triển và ứng dụng trong trường hợp phát hiện ký sinh trùng sốt rét trong
máu bằng cách đo từ tính của ký sinh trung đánh dấu [11] hoặc đánh dấu các
tế bào hồng cầu bằng chất lỏng từ tính [12] rồi tách chúng ra khỏi dung dịch.
Do đặc thù của phương pháp nên các ứng dụng này được thực hiện bên ngoài
cơ thể người dưới dạng phân tích định tính và định lượng các yếu tố bệnh lý
trước và trong quá trình điều trị bệnh.
Hiện tại, các phần tử nhạy (đầu thu) với độ nhạy siêu cao ứng dụng cho
nghiên cứu y sinh vẫn cầ
n tới sự hỗ trợ từ các cơ sở nước ngoài (đặt mua hoặc
hỗ trợ chế tạo) do ở thời điểm hiện tại chúng ta chưa có đủ điều kiện để
nghiên cứu sản xuất dựa trên những công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) hoặc
nano cơ điện tử (NEMS) tiên tiến. Tuy nhiên, theo tiến trình hiện đại hóa kỹ
thuật và công nghệ,
đặc biệt là công nghệ vi cơ, khi mặt bằng công nghệ của
Việt Nam tiến ngang bằng với công nghệ thế giới thì việc nghiên cứu tối ưu
hóa về chất lượng, tính năng, kích thước, mẫu mã và giá thành là hoàn toàn có
thể thực thi tại Việt Nam ở thời điểm đó. Quá trình này sẽ cho ra đời những
sản phẩm thương mại có ứng dụng phổ biến phục vụ chăm sóc s
ức khỏe và
chữa trị bệnh cho cộng đồng. Với đặc điểm kỹ thuật trong nước như vậy, ở
thời điểm hiện tại, việc chế tạo phần tử cảm biến GMR có thể đặt hàng chế
tạo ở các Phòng thí nghiệm nước ngoài, hoặc đặt hàng qua các công ty chế tạo
sensor GMR (như NVE Ltd.). Các thành phần cơ khí khác còn lại của hệ

thống đo
đạc và phân tách hoàn toàn có thể được chế tạo trong nước. Hơn
nữa, hạt nano từ cũng được chế tạo hoàn toàn trong nước do chúng ta đã làm
chủ được công nghệ chế tạo này từ gần một thập niên trở lại đây.

18


3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 22/08/2012
Gửi báo cáo tới BCN và
VPCT
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1 28/09/2012
Hoàn thành 80% khối
lượng công việc. Chủ trì:
TS. Nguyễn Chỉ Sáng
III Nghiệm thu cơ sở 28/12/2012
Chủ trì:
PGS.TS. Tăng Tấn Chiến

Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)






TS. Cao Xuân Hữu
Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)




19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÁO CÁO TỔNG KẾT
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo đạc và phân tách
các phân tử sinh học đặc hiệu – protein/ADN”


Mã số đề tài: KC.03.TN10/11-15




Chủ nhiệm đề tài: TS. Cao Xuân Hữu

Tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa -
Đại học Đà Nẵng

20

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 23
DANH MỤC CÁC BẢNG 27
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 28
MỞ ĐẦU 32
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC CẢM BIẾN SINH
HỌC 39

1.1 Tình hình phát triển khoa học kỹ thuật y sinh trên thế giới 39
1.1.1 Khái quát tình hình phát triển kỹ thuật và công nghệ y sinh trong vài thập kỷ

gần đây 39

1.1.2 Các cảm biến sinh học 43
1.2 Tình hình phát triển khoa học kỹ thuật y sinh trong nước 49
1.2.1 Tại các cơ sở đào tạo và nghiên cứu 49
1.2.2 Tại các cơ sở y tế 51
Chương 2. HẠT NANO TỪ - ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC 52
2.1 Hạt nano từ và phương pháp chế tạo 52
2.1.1 Hạt nano từ trong y sinh 52
2.1.2 Các phương pháp chế tạo 54
2.1.3 Các phương pháp bọc CHHBM cho hạt nano từ 59
2.2 Ứng dụng của hạt nano từ 66
2.2.1 Phân tách và chọn lọc tế bào, protein, ADN 66
2.2.2 Dẫn truyền thuốc 69
2.2.3 Đốt nhiệt từ 70
2.2.4 Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ 72
2.3 Tổng hợp hai loại hạt nano sắt từ phục vụ đề tài 73
2.3.1 Quy trình chế tạo 73
2.3.2 Khảo sát các thuộc tính của các hạt nano đã được tổng hợp 76
2.3.3 Các bước tiến hành hoạt hóa bề mặt của hạt nano sắt từ 82
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ, ĐO ĐẠC HÀM LƯỢNG KHÁNG
NGUYÊN KHÁNG THỂ 83

3.1 Các phương pháp truyền thống 83
3.2 Phương pháp sử dụng tác nhân vật lý 83
3.2.1 Nguyên tắc chung 83
21

3.2.2
 Sử dụng hạt nano từ làm chất mang sinh học 86

3.2.3 Quy trình cố định enzyme lên bề mặt hạt nano từ trong đề tài 87
Chương 4. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐO ĐẠC VÀ PHÂN TÁCH CÁC PHÂN
TỬ SINH HỌC 90

4.1 Phương pháp thu nhận tín hiệu cảm ứng tạo bởi các hạt nano từ trong từ trường
ngoài 90

4.1.1 Hạt nano từ dưới tác động của từ trường ngoài 90
4.1.2 Phương pháp thu nhận và đo đạc tín hiệu từ tính 91
4.2 Nguyên tắc hoạt động của bộ cảm biến từ sinh học 93
4.2.1 Nguyên lý chung của bộ cảm biến từ sinh học 93
4.2.2 Nguyên lý đo đạc của bộ cảm biến từ trong đề tài 99
4.3 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ cảm biến 103
4.3.1 Nghiên cứu chế tạo phần tử nhạy từ trường sử dụng vật liệu GMR 103
4.3.2 Đặt hàng chế tạo phần tử nhạy theo công nghệ vi cơ 108
4.3.3 Thiết kế và chế tạo sensor sử dụng các phần tử nhạy đã thiết lập. 111
4.3.4 Kiểm tra thử nghiệm và đánh giá sensor 114
4.4 Hệ thống điện tử xử lý tín hiệu 116
4.4.1 Nhiễu trên thành phần mạch điện 116
4.4.2 Thiết kế khối tiền xử lý tín hiệu 118
4.4.3 Thiết kế sơ đồ mạch điện sử dụng phần mềm và tối ưu hóa thiết kế 123
4.5 Hệ thống từ trường 125
4.5.1 Hệ thống từ trường từ hóa các hạt nano 125
4.5.2 Hệ thống từ trường hiệu dịch 127
4.6 Hệ thống quét tín hiệu hỗ trợ sensor đo đạc 135
4.6.1 Yêu cầu chung của hệ thống quét tín hiệu 135
4.6.2 Thiết kế và chế tạo 136
4.7 Bộ phận phân tách các phân tử hoạt chất đã đánh dấu 140
4.7.1 Khái quát tình hình nghiên cứu liên quan nội dung nghiên cứu 140
4.7.2 Phân tách lượng hoạt chất đã đánh dấu 142

Chương 5. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC VÀ PHÂN TÁCH 148
5.1 Đo đạc đánh giá kết quả của các phép đo của bộ cảm biến 148
5.1.1 Kiểm chứng sự giao thoa từ trường của đối tượng đo 148
5.1.2 Dung dịch chuẩn hóa 150
5.1.3 Đường chuẩn và đặc trưng tuyến tính 152
22

5.1.4
 Độ nhạy, độ phân giải và độ chính xác của sensor 157
5.1.5 Nhiễu tín hiệu của sensor 160
5.2 Phân tách và đánh giá hiệu suất phân tách 162
5.2.1 Phân tách 162
5.2.2 Hiệu suất phân tách 164
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 166
TÀI LIỆU THAM KHẢO 169


23

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu/ Viết
tắt/ Thuật ngữ
Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
AC Alternating current Dòng xoay chiều
ADC Analog-Digital Converter Chuyển đổi tương tự sang số
ADN Deoxyribo Nucleic Acid Axit Deoxyribo Nucleic
AF Antiferromagnetic Phản sắt từ
AMR Anisotropy Magneto-resistance Từ trở dị hướng
APN Peptide Nucleic Acid Axit Peptide Nucleic

APS Aminopropylsilyl Amino-propylsilyl
B
Magnetic induction Cảm ứng từ
Bio-sensor Bio-sensor Cảm biến sinh học
BJT Bipolar Junction Transistor
Transistor chuyển tiếp lưỡng
cực
CAD Computer Aided Design Thiết kế bằng máy tính
CHHBM Chất hoạt hóa bề mặt
CNSH Công nghệ sinh học
CT Computed Tomography Chụp X-ray cắt lớp
DC Direct current Dòng một chiều
DM Diamagnetic Nghịch từ
EEG Electroencephalography Ghi điện não đồ
ELISA
Enzyme-linked immunosorbent
assay
Phương pháp hấp thụ miễn
dịch liên kết với enzyme
EMI Electromagnetic Interferance Giao thoa điện từ