NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH ENZYME GLUCOSE OXIDASE TRÊN CẢM BIẾN NANO SINH HỌC ĐỂ KIỂM TRA VÀ ĐỊNH LƯỢNG GLUCOSE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH ENZYME GLUCOSE OXIDASE
TRÊN CẢM BIẾN NANO SINH HỌC ĐỂ KIỂM TRA
VÀ ĐỊNH LƯỢNG GLUCOSE

Ngành học:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiên:

TRẦN PHÚ DUY

Niên khóa:

2005-2009

Tháng 07/2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH ENZYME GLUCOSE OXIDASE
TRÊN CẢM BIẾN NANO SINH HỌC ĐỂ KIỂM TRA
VÀ ĐỊNH LƯỢNG GLUCOSE

Hướng dẫn khoa học:

Sinh viên thực hiện:

PGS. TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN

TRẦN PHÚ DUY

PGS. TS. NGUYỄN TIẾN THẮNG

Tháng 07/2009


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đặng Mậu Chiến, Giám đốc
phòng thí nghiệm Công Nghệ Nano-Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, đã
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Tiến Thắng, Viện Sinh Học Nhiệt
Đới đã tư vấn em tiếp cận với lĩnh vực công nghệ Nano và giúp đỡ trong chuyên môn
để hoàn thành đề tài này.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến TS. Tống Duy Hiển, trưởng nhóm nghiên cứu
Biosensor. Người đã chỉ bảo cho tôi cách làm việc và nghiên cứu khoa học một cách
nghiêm túc và hết mình.
Trong thời gian thực hiện đề tài, KS. Lê Thị Thanh Tuyền đã quan tâm theo sát

và tận tình hướng dẫn em, những ý kiến đóng góp quý báu của chị là nguồn động lực
giúp em hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn chị.
Em xin chân thành cảm ơn các bạn và các anh chị nghiên cứu viên, anh Phạm
Xuân Thanh Tùng-nhóm Biosensor- đã giúp đỡ em trong thời gian hoàn thành luận
văn này
Xin cảm ơn quý thầy cô trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã
truyền đạt những kiến thức cho em trong suốt những năm đại học.
Anh cảm ơn em đã ở bên cạnh, động viên và hỗ trợ anh vào những thời điểm
khó khăn nhất trên chặng đường đã qua.
Con xin cảm ơn cha mẹ, gia đình đã nuôi dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
việc học tập của con. Con biết ba mẹ đã luôn dõi theo những bước con đi, an ủi, động
viên con những lúc khó khăn, con đã tự nhủ sẽ cố gắng hết sức mình và đây là thành
quả của con, con muốn được chia sẻ nó với mọi người.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2009
Trần Phú Duy

iii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu cố định enzym glucose oxidase trên cảm biến nano sinh
học để kiểm tra và định lượng glucose” được thực hiện từ tháng 9/2008 đến tháng
7/2009 tại phòng thí nghiệm Công nghệ Nano - Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí
Minh với vật liệu nghiên cứu là các sợi nano Platin và enzym glucose oxidase.
Khóa luận gồm hai phần chính. Phần cố định enzyme lên sợi nano Platin bao
gồm quá trình khảo sát đặc tính của các loại màng trước khi cố định. Các loại màng
được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau sau đó tiến hành khảo sát đặc tính
bằng kính hiển vi kim loại học và kính hiển vi điện tử. Quá trình cố định enzyme được
tiến hành trên ba thế hệ cảm biến. Ở cảm biến thế hệ 1, enzyme được cố định thông
qua các màng. Còn cảm biến thế hệ 2, enzyme được cố định dựa vào lớp trung gian

trong khi cảm biến thế hệ 3 enzyme được cố định qua sự gắn kết với nhóm chức hóa
học trên bề mặt sợi nano Platin.
Phần kiểm tra định lượng Glucose sẽ trình bày quá trình khảo sát các đặc tính
sợi nano Platin bằng cách quét trong dung dịch PBS buffer, dung dịch Glucose và
dung dịch H2O2 bằng máy điện hóa Autolab. Cảm biến sau khi cố định enzyme được
kiểm tra bằng cách định lượng dung dịch Glucose có nồng độ từ 0 – 16 mM bằng
phương pháp quét thế dòng tuần hoàn.
Tiếp tục sử dụng phương pháp quét thế vòng tuần hoàn để tiến hành khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định enzyme như nhiệt độ, độ pH, nồng độ
dung dịch PBS buffer. Kiểm tra độ ổn định và độ lặp lại của cảm biến sau mỗi 10 ngày
tồn trữ. Trích xuất dữ liệu, vẽ đồ thị bằng phần mềm Autolab và Microsoft Office
Excel 2007.
Kết quả quá trình tạo màng và khảo sát đặc tính màng cho thấy phương pháp
phủ phun tạo màng Chitosan và màng kết hợp Gelatin và SiO2 có độ rỗ bề mặt cao,
màng phẳng, mịn, các lỗ có kích thước từ 6-10 μM rất thích hợp cho quá trình cố định
enzyme. Quá trình kiểm tra định lượng Glucose bằng các loại cảm biến đã cố định cho
thấy cường độ dòng gia tăng tuyến tính với nồng độ Glucose với hệ số tương quan R2
= 0,9916 chứng tỏ enzyme đã được cố định thành công.

iv


Kết quả quá trình kiểm tra định lượng Glucose của cảm biến sau cố định cho
thấy ngưỡng phát hiện Glucose là 60 μM, xác định được đỉnh oxi hóa khử tổng hợp tại
thế +0,8 V. Quá trình cố định lý tưởng nên có nồng độ PBS buffer 100 mM, pH dung
dịch 6,8 đến 7,2 và nhiệt độ dung dịch là 20 – 300C. Sau hơn 30 ngày tồn trữ cảm biến
độ ổn định của cảm biến còn 63,35% và có độ lặp lại khá cao.
Với những kết quả đạt được, đề tài nghiên cứu cố định enzyme Glucose trên
cảm biến nano sinh học là bước khởi đầu trong cả quá trình chế tạo thiết bị đo hàm
lượng Glucose trong máu người.

v


SUMMARY
The thesis “Study on the immobilization of glucose oxidase on bio-nanosensors
for glucose quantitative analysis” was carried out at laboratory for Nanotechnology –
National University, Ho Chi Minh City from 9/2008 to 7/2009. The main materials
using for this study are nanowires and glucose oxidase.
Our thesis consists of two major parts. The immobilization of enzyme on
Platinum nanowires part include the membrane creation and check out the membrane
characteristics prior to the enzyme immobilization. We synthesize membrane in many
different procedures and check their properties by using metal microscope and
scanning electron microscope (SEM). Enzyme immobilization was carry out in three
generation glucose sensors. In the first generation glucose sensor, enzymes were
immobilized via membrane however in the next generation enzymes were linked by
the mediator. In the third generation, enzymes were immobilized on the nano platinum
surface directly through many functional chemical groups.
In the next part, the glucose quantitating process includes many experiments to
study the nanowire properties by using Autolab machine mode Cyclic Voltametry to
scan these wires in PBS buffer solution, glucose solution and peroxide hydro solution.
The main experiment in this part is the process of scanning immobilized sensors in
different glucose solution from 0 to 16 mM.
Continuing using Cyclic Voltametry mode in Autolab machine, we scan the
immobilized sensors in different solution to test any major elements which affect the
immobilizing like solution temperature, pH level and PBS buffer concentration. After
that, we test the durability and repetitiveness of sensors in each 10 days storage.
Extracting and calculating the data by using specific Autolab sofware and Microsoft
Office Excel 2007.
The experiment results show that spraying method is suitable for the synthesis

of Chitosan membrane and Gel-SiO2 composite membrane due to the high porous in
the membrane surface. Moreover, pores dimension around 6– 10 μm express the ideal
membrane for enzyme immobilizing.

vi


The experiment results of the immobilized-chip have proved the succeed of
Glucose oxidase immobilization on nano platinum surface. The current increases when
we add more glucose in the PBS solution is the key factor for the calibration of current
diagram as a linear line with R2=0,9916.
The immobilized-chips also demonstrate their ultra sensitive when they
detected a hyper sparse solution up to 60 µM glucose concentration. Moreover, the
experiment results also express the specific oxidation peak at +0,8 V which is useful
for the signal analysis in later times. The suitable media for glucose immobilization
includes an approximately pH level from 6.8 to 7.2 in the PBS buffer solution, the
optimization temperature solution around 20-300C and 100 mM PBS buffer solution
concentration. After 30 days storage, the immobilized sensors also keep their
characteristics up to 63,35% in durability and show a high level of repetitiveness.
The thesis “Study on the immobilization glucose oxidase on bio-nanosensors
for glucose quantitative analysis” is a minor step in a whole process of studying about
Glucose meter for Glucose detection in Human blood.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO.................................................................................. iii
vii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .................................................................................... iii
VÀ ĐỊNH LƯỢNG GLUCOSE ................................................................................. iii
Ngành học:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC ............................................................. iii

Tháng 07/2009 .............................................................................................................. iii
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .................................................................................... iv
VÀ ĐỊNH LƯỢNG GLUCOSE ................................................................................. iv
Hướng dẫn khoa học:

Sinh viên thực hiện:......................................................... iv

PGS. TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN

TRẦN PHÚ DUY.............................................. iv

PGS. TS. NGUYỄN TIẾN THẮNG........................................................................... iv
Tháng 07/2009 .............................................................................................................. iv
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iii
TÓM TẮT .................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................... xviii
DANH SÁCH CÁC HÌNH........................................................................................ xix
Chương 1 ........................................................................................................................1
1.1. ĐặT VấN Đề ........................................................................................................................................1
1.2. MụC TIÊU CủA Đề TÀI ...........................................................................................................................2
1.3. MụC ĐÍCH .........................................................................................................................................2
1.4. NộI DUNG THựC HIệN...........................................................................................................................2

Chương 2 ........................................................................................................................3
TỔNG QUAN TÀI LIỆU..............................................................................................3
2.1. NGUYÊN LÝ LÀM VIệC CủA CảM BIếN GLUCOSE DựA TRÊN CấU TRÚC SợI NANO PLATIN ..............................3
2.1.1. Cảm biến sinh học (Biosensor).......................................................................................... 3

2.1.1.1. Tổng quan về cảm biến sinh học ..................................................................................................3
2.1.1.2. Cấu tạo chung của cảm biến sinh học........................................................................................3
2.1.1.3. Một số ứng dụng của cảm biến sinh học trên thế giới ..............................................................4

2.1.2. Các loại cảm biến Glucose.............................................................................................. 4
2.1.2.1. Cảm biến glucose thế hệ 1 (First-generation glucose sensor) .................................................5
2.1.2.2. Cảm biến glucose thế hệ 2 (Second-generation glucose sensor)..........................................6
2.1.2.3. Cảm biến Glucose thế hệ 3 (Third-generation glucose sensor) ..............................................6

2.1.3. Cảm biến glucose dựa trên cấu trúc sợi nano Platin .................................................... 7
2.1.3.1. Sợi nano platin (platinum nanowire)............................................................................................8
2.1.3.2. Enzyme glucose oxidase (GOx)....................................................................................................9

2.2. MộT Số PHƯƠNG PHÁP DÙNG CHO QUÁ TRÌNH Cố ĐịNH ENZYME VÀ KIểM TRA CảM BIếN SAU Cố ĐịNH ......14
2.2.1. Các phương pháp tạo màng dùng cho cảm biến glucose...................................... 14
2.2.1.1. Phương pháp phủ nhúng (dip coating) ...................................................................................14
2.2.1.2. Phương pháp phủ quay (spin coating) ....................................................................................15
2.2.1.3. Phương pháp phủ phun (spray coating)..................................................................................16
2.2.1.4. Phương pháp polymer điện hóa (electropolymerization).....................................................17
2.2.1.5. Phương pháp tạo màng có tăng cường plasma ...................................................................17
2.2.1.6. Phương pháp lắng đọng hơi hóa học có tăng cường Plasma (PECVD)............................18

2.2.2. Chất trung gian (mediator) và kĩ thuật tổng hợp chất trung gian............................. 18
viii


2.2.3. Các phương pháp cố định enzyme glucose oxidase................................................ 20
Khi cố định enzyme lên bề mặt Platin thì điều quan trọng là phải chọn phương pháp gắn
kết ngăn chặn việc mất hoạt tính của enzyme bằng cách không thay đổi cấu trúc hoá
học hoặc nhóm phản ứng trong vị trí liên kết của enzyme. Một vị trí gắn kết sẽ được bảo

vệ trong suốt quá trình gắn kết cũng như được loại bỏ sau đó mà không làm mất hoạt
tính của enzyme. ....................................................................................................................... 20
Trong một vài trường hợp bề mặt enzyme cố định có khả năng duy trì cấu trúc thông
qua liên kết hydrogen hoặc thông tin của phức hợp chuyển điện tử. Những liên kết này
sẽ ngăn ngừa sự rung động của enzyme và do đó sẽ gia tăng sự ổn định với nhiệt. Bề
mặt của enzyme và môi trường có một sự tích điện nên gây ra sự thay đổi pH tối ưu của
enzyme lên đến 2 đơn vị pH. Điều này tạo ra một khoảng rộng pH trong vùng làm việc
của enzyme, cho phép mỗi enzyme có vùng hoạt động chuyên biệt. ............................. 20

..................................................................................................................................................... 20
2.2.3.2. Phương pháp hấp phụ .................................................................................................................20
Trộn enzyme với một chất hấp phụ phù hợp, trong điều kiện tối ưu về pH, nồng độ ion, rồi cho
hấp phụ lên bề mặt điện cực trong khoảng thời gian nhất định, sau đó rửa để loại đi những
enzyme liên kết yếu hay không liên kết. Lực liên kết ở đây do sự kết hợp giữa hiệu ứng kị nước
và sự tạo thành liên kết muối trên phân tử enzyme. ............................................................................20
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, ứng dụng rộng rãi và có thể cố định được nhiều
enzyme. ........................................................................................................................................................21
Nhược điểm là liên kết vật lý giữa enzyme và chất mang thường mạnh nhưng cũng có thể bị
khử bởi nhiều tác nhân chẳng hạn sự gia tăng lượng cơ chất hay sự thay đổi pH hoặc lực ion.
........................................................................................................................................................................21
2.2.3.3. Phương pháp bẫy .........................................................................................................................21
2.2.3.4. Phương pháp liên kết ngang (Cross-link) ..................................................................................22
2.2.3.5. Phương pháp liên kết cộng hóa trị (covalent binding)..........................................................22

2.2.4. Kĩ thuật tạo lớp đơn tự ghép (self-assembled monolayer SAMs)............................... 23
2.2.4.1. Tổng quan về lớp đơn tự ghép (SAMs)......................................................................................23
2.2.4.2. Nguyên lí của sự hình thành SAMs .............................................................................................23
2.2.4.3. Đặc tính của lớp đơn tự ghép ....................................................................................................23

2.2.5. Kỹ thuật quét thế dòng tuần hoàn (CV – cyclic voltammetry).................................. 24

2.2.5.1. Tổng quan về kỹ thuật quét thế dòng tuần hoàn ....................................................................24
2.2.5.2. Nguyên lí tiến hành........................................................................................................................25
2.2.5.3. Đồ thị dòng quét thế tuần hoàn .................................................................................................26

ix


2.2.5.4. Đặc điểm của quét thế dòng tuần hoàn ..................................................................................27

2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH Cố ĐịNH ENZYME. ..............................................................28
2.3.1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ....................................................................................... 28
2.3.2. Hệ thiết bị phân tích điện hóa đa năng Autolab ........................................................ 30

Chương 3 ......................................................................................................................32
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................................................32
3.1. THờI GIAN VÀ ĐịA ĐIểM TIếN HÀNH .....................................................................................................32
3.1.1. Thời gian............................................................................................................................ 32
3.1.2. Địa điểm ........................................................................................................................... 32
3.2. VậT LIệU VÀ THIếT Bị THÍ NGHIệM ..........................................................................................................32
3.2.1. Hóa chất ........................................................................................................................... 32
3.2.2. Vật liệu thí nghiệm............................................................................................................ 32
Sợi nano platin: Cảm biến glucose trên nền sợi nano Platin phần thiết kế chế tạo sợi nano (nano
fabrication) đã được tiến hành bởi Tiến sĩ Tống Duy Hiển và cộng tác viên. Vì thiết kế sợi nano
Platin không nằm trong phạm vi nghiên cứu của đề tài nên chúng tôi cũng chỉ trích dẫn một
vài nét chính về đặc điểm sợi nano và phương pháp chế tạo:.........................................................32

3.2.3. Thiết bị ............................................................................................................................... 33
3.3. NộI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU .........................................................................................34
3.3.1. Nội dung ........................................................................................................................... 34
3.3.2. Chuẩn bị hóa chất và vật liệu thí nghiệm ..................................................................... 34

3.3.2.1. Chuẩn bị hóa chất ........................................................................................................................34
3.3.2.2. Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm.........................................................................................................36
3.3.2.3. Tạo màng và khảo sát các đặc tính của màng ......................................................................36
3.3.2.4. Khảo sát đặc tính của sợi nano platin........................................................................................39
3.3.2.5. Cố định enzyme theo thế hệ cảm biến và kiểm tra định lượng Glucose............................41
3.3.2.6. Khảo sát độ ổn định, lặp lại và các yếu tố ảnh hưởng quá trình cố định enzyme .............46
3.3.2.7. Quá trình phân tích và xử lý số liệu.............................................................................................47

Chương 4 ......................................................................................................................48
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................................48
4.1. KếT QUả TạO MÀNG VÀ KHảO SÁT CÁC ĐặC TÍNH CủA MÀNG ...............................................................48
4.1.1. Màng Chitosan và màng Chitosan kết hợp SiO2 ......................................................... 48
Chitosan là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn nhẹ, hình vảy, có màu trắng
ngà, không tan trong nước, dung dịch kiềm nhưng tan trong axit loãng (pH 6), tạo dung
dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt. Nhằm tăng cường độ xốp bề mặt màng và
gia tăng độ đồng đều chúng tôi tiến hành pha tạp SiO2 vào màng Chitosan. Các kết
quả của màng Chi và Chi kết hợp SiO2 qua ba phương pháp tạo màng thể hiện ở các
hình 4.1, 4.2 và hình 4.3. ............................................................................................................ 48

..................................................................................................................................................... 48
x


48
3

49
Thông qua các hình ảnh chụp được về màng Chitosan và màng kết hợp Chitosan SiO2.
Chúng tôi nhận xét các kết quả thí nghiệm trên như sau: ................................................... 49
+ Màng Chi tạo ra thường có bề mặt ít bằng phẳng và có các rãnh chạy dọc theo

phương nhúng (DC-C01) hay có bề mặt phân tán tạo cụm (SPN-C01, DC-C02) đó là do
kết quả của quá trình bay hơi không đồng đều trên bề mặt màng. Quá trình này xảy ra
khi bề mặt màng có độ dày mỏng chênh lệch nhau thêm vào đó khi xuất hiện sự thay
đổi về nhiệt độ (lúc cho vào tủ lạnh và lúc rã đông) các màng có bề dày khác nhau sẽ
co dãn khác nhau dẫn đến hiện tượng phân tán trên bề mặt màng. Thông thường
màng tạo bằng phương pháp phủ nhúng thường dày hơn so với màng tạo bằng
phương pháp quay và phun. Cho nên màng tạo bởi ba nghiệm thức trên không thích
hợp cho việc chế tạo cảm biến thế hệ 1. ............................................................................... 49
+ Màng Chi tạo ra bằng phương pháp phủ phun (SP-C01), màng kết hợp Chi SiO2 tạo
bằng hai phương pháp quay và phun (SPN-C02, SP-C02) có bề mặt tương đối bằng
phẳng do hiệu ứng giữa các hạt SiO2 và các chuỗi polymer. Hạt SiO2 được tổng hợp từ
TEOS (Si(OC2H5)4 ) theo phương trình sau: .............................................................................. 49
Si(OC2H5)4 + 2 H2O → SiO2 + 4 C2H5OH .................................................................................... 50
Trong quá trình tạo hạt SiO2 các phân tử ethanol tạo ra hòa tan vào dung dịch phủ lên
chip thì ethanol bốc hơi nhanh nên kéo theo các phân tử nước khiến cho bề mặt khô đi
một cách nhanh chóng. Thêm vào đó sự có mặt của SiO2 góp phần trong việc tạo ra
tính đồng nhất khi xuất hiện hiện tượng co giãn do nhiệt..................................................... 50
+ Đối với màng Chi tạo bằng phương pháp phủ phun (SP-C01) thì quá trình xảy ra tương
tự. Dưới điều kiện áp suất cao khí thóat ra khỏi van của súng phun sẽ tạo một áp lực âm
lên bề mặt chất lỏng trong bình chứa khiến các phân tử phân tán thành từng khối cầu
dung dịch Chi cực nhỏ bám vào bề mặt chip. Khi đó lớp màng tạo thành sẽ rất mỏng và
rất đồng đều do nước bốc hơi gần như lập tức để lại cấu trúc màng mỏng khá bằng
phẳng thể hiện trên hình 4.4A. Trong khi đó màng SP-C02 do độ dày màng quá mỏng và
nhiều lỗ nên khi co giãn theo nhiệt độ và quá trình gel hóa đã xảy ra hiện tượng đứt gãy
dọc theo vị trí các lỗ nên không thích hợp cho việc chế tạo cảm biến............................. 50
3

xi

4.1.2. Màng Gelatine và màng Gelatine kết hợp SiO2 ......................................................... 50
Gelatin là polymer tự nhiên được tạo thành từ sự phân hủy collagen. Đặc tính của
gelatin là khả năng tạo thành dạng gel có tính đàn hồi khi dung dịch được làm lạnh.
Tính bền dẻo và độ rỗ (porous) bề mặt tăng khi ta pha tạp thêm SiO2. ............................. 50

..................................................................................................................................................... 50

..................................................................................................................................................... 51
4.2. KếT QUả KHảO SÁT ĐặC TÍNH CủA SợI NANO PLATIN ..............................................................................52
4.2.1. Đặc tính sợi nano Platin trong dung dịch PBS .............................................................. 52
Khi quét cảm biến trong hệ điện hóa bao gồm dung dịch điện ly PBS với nồng độ lần lượt
là 25, 50 và 100 mM với hệ điện cực WE là sợi nano Platin, RE là Ag/AgCl, CE là dây Pt.
Các thông số quét không đổi suốt quá trình thao tác. Chúng tôi có kết quả như sau:... 52

............ 53
xii


4.2.2. Đặc tính sợi nano Platin trong dung dịch Glucose pha trong nước ......................... 53
Trong quá trình điện hóa thì hệ điện ly giữ một vai trò rất quan trọng. Hệ điện ly có thể
hoạt động như chất điện môi hay các kênh vận tải chuyển các chất hòa tan đến vùng
làm việc. Khi kiểm tra phản ứng của sợi Pt với dung dịch Glucose pha trong nước chúng
tôi có được đồ thị như hình 4.11. ............................................................................................. 53

......... 54
4.2.3. Đặc tính sợi nano Platin trong dung dịch Glucose pha trong PBS. ........................... 54
Để kiểm tra đặc tính của sợi nano Platin đối với dung dịch Glucose chúng tôi tiến hành
quét cảm biến sạch trong dung dịch PBS có pha các nồng độ Glucose khác nhau và
được kết quả như sau: .............................................................................................................. 54

.......... 54
4.2.4. Đặc tính sợi nano Platin trong dung dịch Peroxide Hydro (H2O2) ............................. 55
Peroxide Hydro là sản phẩm của quá trình oxi hóa Glucose dưới sự xúc tác của GOx. Nói
cách khác khoảng thế oxi hóa của Glucose cũng chính là khoảng thế hình thành H2O2.
..................................................................................................................................................... 55
Phát hiện khoảng thế tại đó tạo ra H2O2 sẽ giúp ích rất nhiều cho việc biện luận kết quả
cũng như tối ưu hóa qui trình đo đạc và cố định enzyme. Đồ thị của quá trình quét thế
H2O2 được thể hiện như hình 4.13. ........................................................................................... 55

xiii


......... 55
Qua đồ thị chúng tôi nhận thấy có sự gia tăng đáng kể về cường độ dòng theo nồng độ
H2O2 tuy nhiên chúng tôi không thấy xuất hiện đỉnh đặc trưng cho H2O2 tại thế +0,6 V đến
+0,7 V. Sau một thời gian nghiên cứu chúng tôi kết luận như sau: đỉnh (peak) H2O2 không
xuất hiện một cách đặc trưng mà xuất hiện dưới dạng peak tổng hợp trong hệ dung
dịch. Đó là kết quả tác động cộng hợp của nhiều yếu tố.................................................... 55
+ Khi chế tạo sợi nano Platinum trên đế Silic (Si) vì Pt bám dính kém trên Si nên phải tạo
một lớp Crôm (Cr) nano dày khoảng 10 – 20 nm làm vật liệu bám dính cho Pt nên tính
chất điện của Pt trong dung dịch không còn đặc trưng riêng của Pt mà là sự kết hợp
của hai loại kim loại. .................................................................................................................. 55
+ Peroxyde hydro phân hủy nhanh trong nước khi được các ion tải chuyển đến bề mặt
điện cực sinh ra Oxy nguyên tử và nước. Quá trình phân tách này sinh ra điện tử trên bề
mặt Pt. Oxy nguyên tử này một phần sẽ kết hợp để chuyển sang dạng khí bền vững, một
phần khác sẽ Oxy hóa lớp Cr và lớp keo epoxy dùng gắn đường dẫn. Quá trình này sẽ
nhận điện tử. Nếu vùng làm việc là một lớp Pt nguyên chất thì chỉ có quá trình phân
tách H2O2 thành oxy nguyên tử và nước do đó sẽ xuất hiện một peak đặc trưng cho quá
trình này. Trong trường hợp này peak đặc trưng ấy lại kết hợp với một một hoặc nhiều
peak khác tạo nên hiệu ứng tổng hợp khiến cho đồ thị thể hiện dưới dạng peak không

đặc trưng tại thế +0,8 V – 1 V.................................................................................................... 56
4.3. KếT QUả QUÁ TRÌNH Cố ĐịNH ENZYME VÀ KIểM TRA ĐịNH LƯợNG GLUCOSE ............................................56
4.3.1. Cảm biến Glucose thế hệ 1 ............................................................................................ 56
4.3.1.1. Phương pháp tạo màng kết hợp Gelatin và SiO2 ...................................................................56

xiv


......... 56
4.3.1.2. Phương pháp tạo màng Chitosan .............................................................................................58

.............. 59

................ 59
Qua quá trình khảo sát định lượng cảm biến Glucose thế hệ 1 với nhiều nồng độ
Glucose. Chúng tôi có một số nhận xét như sau:.................................................................. 59
4.3.2. Cảm biến Glucose thế hệ 2 ............................................................................................ 61

xv


4.3.2.1. Kết quả quá trình cố định enzyme..............................................................................................61
4.3.2.2. Quá trình kiểm tra và định lượng Glucose................................................................................62

4.3.3. Cảm biến thế hệ 3............................................................................................................ 66
4.3.3.1. Kết quả quá trình cố định enzyme..............................................................................................66
4.3.3.2. Quá trình kiểm tra và định lượng Glucose................................................................................68

................. 69
4.3.4. Khảo sát độ ổn định, độ lặp lại và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định

enzyme. ...................................................................................................................................... 71
4.3.4.1. Độ ổn định và độ lặp lại sau thời gian tồn trữ của cảm biến..................................................71

............. 71

xvi


....... 72
4.3.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định enzyme...........................................................72

Chương 5 ......................................................................................................................75
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .........................................................................................75
5.1. KếT LUậN ..........................................................................................................................................75
5.2. Đề NGHị ..........................................................................................................................................75

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................76

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A: Ampe
CE: Counter Electrode
Chi: Chitosan
Ctv: Cộng tác viên
CV: Cyclic Voltametry
Cglc: Nồng độ Glucose
Da: Dalton
DC: Dip-coat
DI: De-ion
FAD : Flavin Adenin Dinucleotide
Gel: Gelatin

GOx: Glucose Oxidase
Ipeak: Cường độ dòng thu nhận trên đơn vị diện tích

xvii


NAD: Nicotine Adenine Dinucleotide
PB: Prussian Blue
PBS: Phosphate Buffer Saline
Pt: Platin
RE: Reference Electrode
SAMs: Seft-assembled Monolayer
SEM: Scanning Electron Microscope
SPN: Spinner
SP: Spray
V: Volt
WE: Working Electrode

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Bảng bố trí thí nghiệm tạo màng ...................................................................37
Bảng 4.1 Cường độ peak tổng hợp của sợi nano Pt .....................................................57
Bảng 4.2 Cường độ peak tổng hợp của sợi nano Pt cố định .........................................59
Bảng 4.3 Cường độ peak tổng hợp của cảm biến Glucose thế hệ 2 .............................63
Bảng 4.4 Cường độ peak tổng hợp của cảm biến Glucose thế hệ 3 .............................68
Bảng 4.5 Mối tương quan giữa cường độ dòng theo thời gian .....................................71
Bảng 3.1 Bảng bố trí thí nghiệm tạo màng ...................................................................................37
Bảng 4.1 Cường độ peak tổng hợp của sợi nano Pt cố định bằng màng Gel kết hợp trong
dung dịch glucose pH 7, nồng độ 0-16 mM, vận tốc quét 200 mV/s, điện thế khảo sát từ 1~1 V..................................................................................................................................................57
Bảng 4.2 Cường độ peak tổng hợp của sợi nano Pt cố định bằng màng Chi trong dung
dịch glucose pH 7, nồng độ 2 - 16 mM, vận tốc quét 200 mV/s, điện thế khảo sát từ -1~1 V

.............................................................................................................................................................59
Bảng 4.3 Cường độ peak tổng hợp của cảm biến Glucose thế hệ 2 trong dung dịch
glucose pH 7,0 nồng độ 30 μM -12 mM, vận tốc quét thế 200 mV/s, điện thế khảo sát từ
+0,2 - 0,8 V ........................................................................................................................................63

xviii


Bảng 4.4 Cường độ peak tổng hợp của cảm biến Glucose thế hệ 3 trong dung dịch
glucose pH 7, nồng độ 2-10 mM, vận tốc quét thế 200 mV/s, điện thế khảo sát từ 0V~ +1 V
.............................................................................................................................................................68
Bảng 4.5 Mối tương quan giữa cường độ dòng theo thời gian ở cảm biến thế hệ 2 .........71

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Cảm biến glucose thế hệ 1 và nguyên tắc hoạt động (Bao-Yan Wu, Shi-Hua Hou,
Feng Yin, Jing Li, 2007). .......................................................................................................................5
Hình 2.2 Nguyên tắc hoạt động của cảm biến Glucose thế hệ 2 (Bao-Yan Wu, ........................6
Shi-Hua Hou, Feng Yin, Jing Li, 2007). ..............................................................................................6
Hình 2.3 Nguyên tắc hoạt động của cảm biến Glucose thế hệ 3 (Cheng-Wei ............................6
Liao a, Jung-Chuan Chou. 2007)......................................................................................................6

xix


Hình 2.4 Sợi nano chế tạo bởi nhiều phương pháp khác nhau (A); Đơn sợi nano với kích
thước 40-50 nm (B); Sợi nano với hai điện cực nối ra mạch điều khiển bên ngoài (C) (Tống
Duy Hiển và ctv, 2007). ...........................................................................................................................7
Hình 2.5 Ảnh SEM của sợi nano được chế tạo (A sợi nano 50 nm với độ phóng đại 500.000
lần; (B) sợi với các điện cực; (C) sợi nano platin với độ phóng đại siêu cao 720.000 lần (Tống
Duy Hiển và ctv, 2007). ...........................................................................................................................9

Hình 2.6 Cấu trúc không gian 3 chiều của phân tử GOx (Jianzhong Zhu, Ziqiang Zhu, 2002).
..................................................................................................................................................................10
Hình 2.7 Một số hình ảnh về cấu trúc GOx (A) Hình thái của phân tử enzyme đồng đẳng. (B)
Cấu trúc nhân FAD của GOx (phần bắt màu đỏ). ..........................................................................11
Hình 2.8 Phản ứng oxi hóa β-D-glucose thành D-glucono-1,5-lactone và hydrogen peroxide
(Linqiu Cao, 2002)................................................................................................................................11
Hình 2.9 Cấu trúc hóa học của coenzyme FAD. Riboflavin (vitamin B2) bao gồm đường
alcohol D-ribitol gắn vào 7,8-dimethyl-isoalloxazine (Linqiu Cao, 2002). ..................................12
Hình 2.10 Chu trình phản ứng khử của riboflavin thành ihydroriboflavin (Matsumoto và cs,
2002).........................................................................................................................................................13
Hình 2.11 Chuỗi phản ứng quá trình oxi hóa trở lại của FADH2. Phản ứng xảy ra thông qua
trung gian 4a-hydroperoxy FAD (Matsumoto và cs, 2002). ...........................................................13
Hình 2.12 Vài phương pháp tạo màng từ dung dịch .......................................................................14
(R.Garjonyte và A.Malinauskas, 2000). .............................................................................................14
Hình 2.13 Mô hình cơ bản tạo màng bằng phương pháp nhúng ................................................15
(Wei-Jen Hoa, Chiun-Jye Yuan, Ohara Reiko, 2006). ................................................................15
Hình 2.14 Mô hình cơ bản tạo màng bằng phương pháp phủ quay (R.Garjonyte,
A.Malinauskas. 2000)............................................................................................................................15
Hình 2.15 Hệ máy phun tại phòng thí nghiệm CN Nano.................................................................16
(hình chụp ngày 23/4/2009). ...............................................................................................................16
Hình 2.16 Mô hình thiết bị tăng cường Plasma cho màng ............................................................17
(R.Garjonyte, A.Malinauskas, 2000)...................................................................................................17
Hình 2.17 Nguyên lý chung của phương pháp tạo màng bằng PECVD ....................................18
(S. Frretti, S. Paynter, D. Russell, K. Sapsford, D. Richardson, 2000).......................................18
Hình 2.18 Đường cong thế khi tạo màng PB và cấu trúc của PB..................................................19
(Jianzhong Zhu1, 2002). ........................................................................................................................19
Hình 2.19 Những phương pháp cố định cơ bản (Matsumoto và ctv, 2002). .............................20
Hình 2.20 Enzyme hấp phụ vào bề mặt đế........................................................................................21
(Luciano Caselia, David S. Santos Jr. Mauricio Foschini, 2006). ...................................................21
Hình 2.21 Enzyme bị bẫy trong hệ sợi .................................................................................................21

(A.Nikolas, Chaniotakis, 2004). ...........................................................................................................21
Hình 2.22 Liên kết ngang giữa enzyme và chất gắn kết.................................................................22
(A.Nikolas, Chaniotakis. 2004). ..........................................................................................................22
Hình 2.23 Liên kết cộng hóa trị giữa enzyme và đế ........................................................................22
(A.Nikolas, Chaniotakis, 2004). ...........................................................................................................22
Hình 2.24 Minh họa sự kết gắn phối tử của vào màng SAMs.........................................................24
Hình 2.25 Đồ thị quét thế CV theo thời gian. ....................................................................................25
Hình 2.26 Quan hệ dòng-điện thế trong quét thế vòng thuận ......................................................26
nghịch (R.Garjonyte, A.Malinauskas, 2000). ....................................................................................26
Hình 2.27 Đồ thị CV của quá trình oxi hóa (A) bất thuận nghịch, (B) giả ....................................27
thuận nghịch, (C) thuận nghịch (Jianzhong Zhu1, Ziqiang Zhu, 2002).....................................27
Hình 2.28 Kính hiển vi điện tử quét SEM (hình chụp tháng 4/2009)...............................................28
Hình 2.29 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy SEM (S. Frretti, S. Paynter................................29
D. Russell, K. Sapsford, D. Richardson, 2000).................................................................................29
Hình 2.30 Hệ điện cực của máy Autolab. (a) WE: điện cực làm việc ..........................................31
chip nano Platin. (b) CE: điện cực đo lường sợi Pt. (c) RE: điện cực đối Ag/AgCl. (d) Cốc
chứa dung dịch (hình chụp tháng 4/2009). .....................................................................................31
Hình 2.31 Hệ đo điện hóa Autolab (hình chụp tháng 4/2009).......................................................31
Hình 3.1 Các thông số sợi nano Platin. (A) Sợi nano Platin nhìn dưới kính hiển ..........................33

xx


vi điện tử phóng đại 200000 lần (B) Phóng đại 150000 lần,(C) Đặc trưng tính chất điện I-V của
sợi nano Pt-series 1-2-3 là số lần lặp lại,(Tống Duy Hiển, 2007). .......................................................33
Hình 3.2 Hình ảnh nghiệm thức trong thí nghiệm tạo màng (04/ 2009). ......................................37
Hình 3.3 Máy phủ nhúng DIPCOATING (04/2009). ...........................................................................38
Hình 3.4 Máy phủ quay DELTA 6RC (04/2009). .................................................................................39
Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm quét thế vòng.................................................................................39
Hình 3.6 Cảm biến sợi nano platin (A) Hình dạng chung cảm biến với .......................................40

(a) vùng tiếp xúc đồng,(b) đường dẫn mạ vàng và phủ SiO2,(c) Vùng chứa sợi nano Pt, (d)
đế silic;(B) Phóng đại vùng chứa sợi 500 lần;(C) phóng đại vùng chứa sợi 1500 lần; (D) sợi
nano Pt phóng đại 100.000 lần. ...........................................................................................................40
Hình 3.7 Hình sơ đồ qui trình cố định enzyme. ..................................................................................42
Hình 4.1 Màng Chi tạo bằng phương pháp phủ nhúng quan sát bằng kính hiển vi kim loại
học độ phóng đại 1500 lần (A) Màng Chitosan (DC-C01), (B) Màng Chitosan kết hợp Gelatin
(DC-C02). ................................................................................................................................................48
Hình 4.2 Màng Chi tạo bằng phương pháp phủ quay quan sát bằng kính hiển vi kim loại học
độ phóng đại 1500 lần. (A) Màng Chitosan (SPN-C01), (B) Màng Chitosan kết hợp SiO2 (SPNC02)..........................................................................................................................................................48
Hình 4.3 Màng Chi tạo bằng phương pháp phủ phun quan sát bằng kính hiển vi kim loại học
độ phóng đại 1500 lần. (A) Màng Chitosan (SP-C01),
(B) Màng Chitosan kết hợp SiO2
(SP-C02). ..................................................................................................................................................49
Hình 4.4 Màng Chi nhìn bằng kính hiển vi điện tử (A) màng Chi (SP-C01-phóng đại 2000 lần),
(B)Màng kết hợp Chi SiO2 (SP-C02-phóng đại 1500 lần). ................................................................49
Hình 4.5 Màng Gel tạo bằng phương pháp phủ nhúng quan sát bằng kính hiển vi ................50
kim loại học độ phóng đại 1500 lần. (A) Màng Gelatine (DC-G01), (B) Màng kết hợp.............50
Gelatine SiO2 (DC-G02). .......................................................................................................................50
Hình 4.6 Màng Gel tạo bằng phương pháp phủ quay quan sát bằng kính hiển vi ..................51
kim loại học độ phóng đại 1500 lần (A) Màng Gelatine (SPN-G01),(B) Màng kết hợp Gelatine
SiO2 (SPN-G02)........................................................................................................................................51
Hình 4.7 Màng Gel tạo bằng phương pháp phủ phun quan sát bằng kính hiển vi ..................51
kim loại học độ phóng đại 1500 lần (A) Màng Gelatine (SP-G01),(B) Màng kết hợp Gelatine
SiO2 (SP-G02)...........................................................................................................................................51
Hình 4.8 Màng Gelatine kết hợp SiO2 tạo bởi phương pháp phủ phun quan sát.....................51
bằng kính hiển vi điện tử (A) Ảnh chụp dưới độ phóng đại 1500 lần, (B, C) Ảnh chụp với độ
phóng đại 5000 lần, lỗ màng có kích thước từ 6-10 m..................................................................51
Hình 4.9 Bề mặt màng nano Platin quan sát dưới kính hiển vi điện..............................................52
tử độ phóng đại 50000 lần (Tống Duy Hiển và ctv, 2007)................................................................52
Hình 4.10 Đồ thị phản ứng của sợi nano Pt với các nồng độ PBS (a) PBS ...................................53

nồng độ 50 mM. (b) PBS nồng độ 100 mM. (c) PBS nồng độ 25 mM.............................................53
Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng của dung dịch Glucose không PBS (a) 40 mM ..............................54
Glucose, (b) 20 mM, (c) 10 mM, (d) 5 mM, (e) 2,5 mM (f) 0 mM. ...............................................54
Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng của dung dịch glucose trong PBS lên cảm.....................................54
biến sợi. Nồng độ Glucose tương ứng a – b - c: 2 – 4 – 6 mM. ......................................................54
Hình 4.13 Đồ thị phản ứng của sợi nano Pt trước sự thay đổi nồng độ H2O2. .............................55
Hình 4.14 Đồ thị CV của cảm biến Glucose thế hệ 1 cố định bằng màng Gel ..........................56
kết hợp trong dung dịch Glucose pH 7,0, nồng độ Glucose tương ứng a – b – c – d – e – f: 16
– 8 – 4 – 2 – 0 mM. ..................................................................................................................................56
Hình 4.15 Đường chuẩn cường độ theo nồng độ glucose của cảm ...........................................57
biến thế hệ 1 cố định bằng màng Gel kết hợp. ...............................................................................57
Hình 4.16 Đường chuẩn cường độ theo nồng độ glucose 2-6 mM của......................................57
cảm biến thế hệ 1 cố định bằng màng Gel kết hợp. ......................................................................57
Hình 4.17 Đồ thị CV của cảm biến Glucose thế hệ 1 cố định bằng màng..................................59
Chi trong dung dịch Glucose pH 7,0, nồng độ Glucose tương ứng a – b – c – d – e: 0 – 2 – 4 –
8 - 16 mM.................................................................................................................................................59
Hình 4.18 Đường chuẩn cường độ theo nồng độ glucose 2-6 mM của cảm biến thế hệ 1 cố
định bằng màng Chi.............................................................................................................................59
Hình 4.19 Kết quả quá trình tạo màng PB và quan sát bề mặt màng dưới kính hiển vi ............61

xxi


điện tử (A) Đồ thị quá trình tạo màng PB bằng phương pháp điện hóa . (B và E) bề mặt cảm
biến trước lúc tạo màng độ phóng đại 2000 lần, (C và D) bề mặt màng PB sau khi mạ điện
hóa độ phóng đại 20000 lần. ...............................................................................................................61
Hình 4.20 Quá trình gắn cố định enzyme trên cảm biến thế hệ 2. ................................................62
Hình 4.21 Đồ thị quét thế của cảm biến thế hệ 2 trong dung dịch Glucose. .............................63
Các nồng độ Glucose lần lượt là 0 – 30 - 60 - 120 – 240 - 480 – 960 M; 2 mM và 12 mM.....63
Hình 4.22 Đường chuẩn cường độ dòng thu nhận theo nồng độ glucose ................................63

từ 30 μM - 12 mM của cảm biến thế hệ 2. .........................................................................................63
Hình 4.23 Đồ thị Amperometry của đường 3 mM Glucose và 0 mM...........................................64
Hình 4.24 Đồ thị đường Ipeak theo Cglc của cảm biến thế hệ 2 quét........................................64
từ 30 - 240 μM Glucose. ........................................................................................................................64
Hình 4.25 Đồ thị đường Ipeak theo Cglc của cảm biến thế hệ 2 quét........................................65
từ 480 μM - 12 mM Glucose. ................................................................................................................65
Hình 4.26 Đồ thị khử Pt bằng acid H2SO4 loãng. Peak khử xuất hiện ở -0,3 V. ............................67
Hình 4.27 Đồ thị quét thế sợi nano Pt. (A) Quét trong dung dịch tạo chất trung gian .............67
(Prussian Blue). (B) Quét trong dung dịch H2SO4. Với: (a) Điện cực Pt sạch, (b) điện cực Pt
sau khi gắn gốc chức năng.................................................................................................................67
Hình 4.28 Đồ thị quét thế của cảm biến thế hệ 3 trong dung dịch Glucose ..............................68
Nồng độ Glucose lần lượt là 0 - 2 - 4 - 6 - 8 - 10 mM. \ ....................................................................68
Hình 4.29 Đường chuẩn cường độ dòng theo nồng độ glucose từ ............................................69
2-10 mM của cảm biến thế hệ 3..........................................................................................................69
Hình 4.30 Hình so sánh kết quả định lượng Glucose của cảm biến thế hệ 2 .............................70
(A) Kết quả của nhóm Jianzhong Zhu1, Ziqiang Zhu 2002 (B) Kết quả của nhóm Garjonyte,
Malinauskas 2000 (C) Kết quả của chúng tôi. ..................................................................................70
Hình 4.31 Đồ thị kiểm tra độ ổn định cảm biến thế hệ 2 trong dung dịch....................................71
Glucose 3 mM ở ngày thứ 0 – 10 – 20 – 30........................................................................................71
Hình 4.32 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa cường độ dòng theo thời ..............................72
gian tồn trữ của cảm biến Glucose thế hệ 2. ...................................................................................72
Hình 4.33 Mối tương quan giữa cường độ dòng và pH dung dịch. ............................................73

..73
Hình 4.34 Mối tương quan giữa nhiệt độ và cường độ dòng........................................................73
Hình 4.35 Mối tương quan giữa cường độ và nồng độ PBS...........................................................74

xxii

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Bệnh tiểu đường được coi là căn bệnh có nguy cơ hủy diệt nhân loại thứ hai sau
HIV/AIDS bởi nó gây ra những biến chứng cực kỳ nguy hiểm như đột quị, biến chứng
thần kinh, mù lòa vĩnh viễn, hoại tử chân tay… Năm 2000 số người mắc bệnh tiểu
đường trên thế giới là 171 triệu, dự tính đến năm 2030 con số này sẽ lên tới 366 triệu
người mắc bệnh. Ở nước ta hiện có khoảng 4,8 triệu người mắc tiểu đường, ước tính
đến năm 2025 là 7 triệu người. Y học hiện nay chưa có khả năng ngăn ngừa hoàn toàn
các biến chứng của bệnh tiểu đường, chỉ có thể làm giảm mức độ và làm chậm thời
gian xảy ra bệnh ( />Trên thế giới thị trường cảm biến glucose có tổng giá trị bán ra khoảng 6 tỉ/năm
và chiếm 90% thị trường của tất cả các loại cảm biến sinh học (Sensor Market Report,
2005). Do đó hiện nay nhiều công ty và viện nghiên cứu đang đầu tư, nghiên cứu
nhằm phát triển thiết bị phân tích, chẩn đoán glucose thế hệ mới, với mong muốn:
phân tích nhanh, nâng cao độ nhậy, độ tin tưởng, giảm giá thành chế tạo thiết bị.
Hiện nay, ngành công nghệ nano sinh học đang phát triển rất nhanh chóng và
tạo ra một cuộc cách mạng trong những ứng dụng y sinh học nhờ vào những khả năng
giúp con người can thiệp tại kích thước nanomet (1nanomet bằng 1/triệu mm) trong
chẩn đoán và điều trị bệnh.
Việc ứng dụng công nghệ nano cho quá trình phát hiện, định lượng nhanh sự
thay đổi nồng độ glucose trong máu bệnh nhân tiểu đường sẽ tạo ra một thế hệ cảm
biến mới siêu nhanh, siêu nhạy, dễ bảo quản, có thể tái sử dụng và trên hết là giá thành
hạ phù hợp với điều kiện Việt Nam. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên
cứu cố định enzyme glucose oxidase trên cảm biến nano sinh học để kiểm tra và định
lượng glucose” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Mậu Chiến và PGS.TS Nguyễn
Tiến Thắng. Qua đề tài này chúng tôi mong chúng tôi mong muốn được tiếp xúc với
ngành công nghệ nano sinh học và từng bước ứng dụng trong công tác chăm sóc sức
khỏe cộng đồng tại Việt Nam.

1

1.2. Mục tiêu của đề tài
Cố định enzyme glucose oxidase vào sợi nano Platin theo nhiều phương pháp
khác nhau.
Xây dựng đường chuẩn theo nồng độ glucose dựa trên sợi nano Platin đã cố định
enzyme.
Xác định thời gian hoạt động và độ ổn định, độ lặp lại của cảm biến sau khi cố
định enzyme.
1.3. Mục đích
Thiết lập qui trình cố định enzyme glucose oxidase trên bề mặt sợi nano Platin.
Tạo tiền đề ban đầu cho việc hoàn thiện cảm biến sợi nano Platin dùng để định
lượng hàm lượng glucose trong máu bệnh nhân tiểu đường.
1.4. Nội dung thực hiện
Xây dựng qui trình cố định enzyme glucose oxidase trên bề mặt sợi nano-Platin
theo từng thế hệ cảm biến.
Thử nghiệm hoạt tính enzyme sau khi cố định, kiểm tra độ nhạy, ngưỡng phát
hiện glucose, độ ổn định và độ lặp lại của cảm biến trên dung dịch glucose.
Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định enzyme glucose
oxidase khi cố định trên bề mặt sợi.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Nguyên lý làm việc của cảm biến glucose dựa trên cấu trúc sợi nano Platin
2.1.1. Cảm biến sinh học (Biosensor)
2.1.1.1. Tổng quan về cảm biến sinh học
Theo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, 2000), cảm

biến sinh học (biosensor) là một thiết bị tích hợp có khả năng cung cấp thông tin phân
tích định lượng hoặc bán định lượng đặc trưng, bao gồm phần tử nhận biết sinh học
(bioreceptor) kết hợp trực tiếp với một phần tử chuyển đổi. Cảm biến sinh học là thiết
bị sử dụng các tác nhân sinh học như enzyme, các kháng thể để phát hiện, đo đạc hoặc
phân tích hoá chất, các mẫu bệnh phẩm và chất độc. Vì tính đặc hiệu cao của các thụ
thể sinh học (DNA, kháng thể, enzyme) nên cảm biến sinh học nhạy hơn nhiều so với
cảm biến hóa học trong các đánh giá sinh học.
2.1.1.2. Cấu tạo chung của cảm biến sinh học
Cấu tạo chung của một cảm biến sinh học bao gồm bốn bộ phận chính (Xueji
Zang và ctv, 2008).
Đầu thu sinh học (Biological Receptor): Đầu thu sinh học là những phần phản ứng
trực tiếp với các tác nhân cần phát hiện và có nguồn gốc từ các thành phần sinh học.
Đầu thu sinh học thường là các enzyme hoặc kháng thể oligonucleotid hay các chất có
nguồn gốc sinh học thực hiện một số chức năng cụ thể trong cơ thể sống. Nhiều cảm
biến sinh học sử dụng sự kết hợp của các tác nhân sinh học để có thể phát hiện được
nhiều chỉ tiêu cùng lúc. Thông qua các phương pháp điện hoá có thể phát hiện một số
chất như kháng nguyên hay cơ chất của enzyme, các sản phẩm chuyển hóa trong cơ
thể. Dựa vào các tác nhân sinh học sử dụng người ta chia ra thành một số loại đầu thu
như sau: đầu thu làm từ enzyme, đầu thu làm từ các kháng thể/kháng nguyên, đầu thu
làm từ các axit nucleic, đầu thu kết hợp, đầu thu làm từ tế bào.
Tác nhân cố định: Các tác nhân cố định là một phần rất quan trọng trong cảm biến
sinh học. Các tác nhân này có nhiệm vụ gắn kết các đầu thu sinh học lên trên đế. Nói
một cách khác đây là bộ phận trung gian có tác dụng liên kết các thành phần sinh học
(có nguồn gốc từ cơ thể sống) với thành phần vô cơ.
3