NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN SINH HỌC THEO NGUYÊN LÝ ĐIỆN HÓA KHÔNG SỬ DỤNG CHẤT ĐÁNH DẤU ỨNG DỤNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ MỸ THỦY

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN SINH HỌC THEO NGUYÊN
LÝ ĐIỆN HÓA KHÔNG SỬ DỤNG CHẤT ĐÁNH DẤU ỨNG DỤNG
TRONG Y SINH
Chuyên ngành: HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. HUỲNH ĐĂNG CHÍNH
2. PGS. TS. TRẦN ĐẠI LÂM

Hà Nội – 2012


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ khoa học - ngành Hóa Học,
đề tài Nghiên cứu phát triển cảm biến sinh học theo nguyên lý điện
hóa không sử dụng chất đánh dấu ứng dụng trong y sinh là công
trình nghiên cứu độc lập của mình , các kết quả phân tích đợc thực
hiện là chính xác không sử dụng của các tác giả khác.
Trong luận văn tôi có tham khảo kết quả nghiên cứu của một số tác
giả đợc chỉ rõ trong danh mục tài liệu tham khảo. Mọi số liệu, tài
liệu sử dụng trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày 26 tháng 03 năm
2012

Tác giả

Nguyễn Thị Mỹ Thủy


MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT
TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU...................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN....................................................................3
I.1.CẢM BIẾN SINH HỌC....................................................................3
I.1.1......................Sơ lược quá trình phát triển của cảm biến sinh học

3

I.1.2..........................................................Cấu tạo chung của cảm biến

4

I.1.3.................................................Cảm biến theo nguyên lý điện hóa

7

I.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá cảm biến sinh học.....................................8
I.1.5........................................Một số ứng dụng của cảm biến sinh học

9

I.2.ENZYME VÀ CẢM BIẾN ENZYME CHOLESTEROL..............10
I.2.1...........................................................................................Enzyme

10

I.2.2........................................................................Cholesterol oxidase

17

I.2.3...........................................................Phản ứng với xúc tác ChOx

17

I.3.POLYME DẪN VÀ POLYANILIN................................................18
I.3.1.....................................................................................Polyme dẫn

18

I.3.2Polyanilin...................................................................................22
I.4.HẠT NANO OXIT SẮT TỪ TÍNH................................................29
I.4.1 Giới thiệu chung....................................................................... 29
I.4.2...................................................................Tính chất của hạt nano

30

I.4.3.........................................Phương pháp tổng hợp hạt nano sắt từ

32

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU .37
II.1.PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.............................................. 37


II.1.1..........................................................................Điện cực làm việc

37

II.1.2...............Chế tạo hạt nano Fe3O4 được bọc bằng copolyme poly

38

II.1.3. Trùng hợp điện hóa màng PANi và

..................................40

II.1.4...................................................................................................Cố định enzyme
Cholesterol................................................................................41
II.1.5...................................................................................................Các phân tích
điện hóa....................................................................................43
II.1.6...................................................................................................Phân tích
cholesterol bằng phương pháp CHOD-PAP............................44
II.2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................. 45
II.2.1...................................................................................................Phương pháp
phổ hồng ngoại biến đổi Fourier.............................................45
II.2.2...................................................................................................Phương pháp
kính hiển vi điện tử quét...........................................................46
II.2.3...................................................................................................Các phương
pháp nghiên cứu điện hóa........................................................48
II.2.4......................................................................................................Phương pháp

trắc quang.....................................................................................50
CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................52
III.1........................................................................................................TỔNG HỢP
ĐIỆN HÓA MÀNG NANOCOMPOSITE PANi/Fe3O4............52
III.2.HÀNH VI ĐIỆN HÓA CỦA ĐIỆN CỰC PANi VÀ PANi-Fe3O4

54

III.3..........................................................................................................PHÂN TÍCH
HÌNH THÁI HỌC QUA ẢNH FE-SEM.......................................1
III.3.1..................................................................................................Ảnh FE-SEM
màng PANi và PANi-Fe3O4..................................................... 55
III.3.2..................................................................................................Ảnh FE-SEM
màng PANi và PANi-Fe3O4 cố định ChOx.............................. 55
III.4.PHỔ HỒNG NGOẠI PANi và PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx............57
III.5........................................................................................................CÁC PHÉP
ĐÁNH GIÁ ĐIỆN HÓA ĐỐI VỚI CẢM BIẾN ChOx...............58


III.5.1..................................................................................................Phương pháp
Von-Ampe vòng (CV).............................................................. 58
III.5.2..................................................................................................Phương pháp
quét thế tuyến tính (LSV)........................................................ 59
III.5.....................................................................................................3.
So sánh đáp ứng dòng của các cảm biến PANi-ChOx, PANiFe3O4/ChOx và PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx
60
III.6.KHOẢNG TUYẾN TÍNH,GIỚI HẠN PHÁT HIỆN,GIỚI HẠN
ĐỊNH LƯỢNG
62
III.6.1..................................................................................................Khoảng tuyến

tính...........................................................................................62
III.6.2..................................................................................................Giới hạn phát
hiện và giới hạn định lượng....................................................66
III.7.ĐÁNH GIÁ CẢM BIẾN ChOx....................................................66
III.7.1..................................................................................................Kiểm tra độ đặc
hiệu của cảm biến ChOx.........................................................66
III.7.2..................................................................................................Độ nhạy của
cảm biến.................................................................................. 67
III.7.3..................................................................................................Phân tích mẫu
giả lập......................................................................................68
KẾT LUẬN............................................................................................. 70
ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 72


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ANi

Aniline

CE
ChOx

Điện cực phụ trợ
Cholesterol oxidase

CoE

Coenzyme

CV
E

Phân cực vòng
Enzyme

p(St-coAA)
EIS

Copolyme polystyren và polyacrylic axit

EM

Emeraldine

ES
FT-IR

Muối Emeraldine
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

GS
IDE

Phân cực dòng tĩnh
Điện cực có cấu trúc răng lược

IUPAC
LE

Hiệp hội quốc tế về hoá học lý thuyết và hóa
ứng dụng
Leucoemeraldine

MEMS

Micro-Electro-Mechanical Systems

PANi
PBS

Polyanilin
Dung dịch đệm muối phosphat

PE
PEDOT

Pernigraniline
Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)

PPy

Polypyrol

PS

Phân cực thế tĩnh

RE
SCE

Điện cực so sánh
Điện cực calomen bão hòa

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

USB
WE

Universal Serial Bus
Điện cực làm việc

Phổ tổng trở điện hóa


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng III. 1. Chênh lệch cường độ dòng khi thêm cholesterol vào hệ điện hóa 64
Bảng III. 2. Kết quả đo chênh lệch cường độ dòng của mẫu trắng.........66
Bảng III. 3. Độ nhạy của cảm biến..........................................................68
Bảng III. 4. Kết quả xác định hiệu suất thu hồi cholesterol trên mẫu giả
lập theo hai phương pháp
..................................................................................................
69


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình I. 1. Mô hình cảm biến Glucose thế hệ đầu tiên [11].......................3
Hình I. 2. Phòng sạch tại Viện ITIMS, ĐH Bách Khoa Hà Nội...............4

Hình I. 3. Sơ đồ cấu tạo chung của cảm biến sinh học............................5
Hình I. 4. Một số phần tử được sử dụng làm đầu thu sinh học.................6
Hình I. 5. Một hệ cảm biến điện hóa.........................................................7
Hình I. 6. (a) Mô hình Fisher (b) Mô hình Koshland.............................12
Hình I. 7. Xúc tác Enzyme làm giảm năng lượng của phản ứng............14
Hình I. 8. Cholesterol Oxidase (ChOx)...................................................17
Hình I. 9. Vinylferrocene.........................................................................19
Hình I. 10. Một số polyme dẫn điện tử....................................................20
Hình I. 11. Polyme trao đổi ion (poly 4-Vilynpyridine với Fe(CN)63-)...20
Hình I. 12. Công thức tổng quát của PANi..............................................23
Hình I. 13. Quá trình chuyển đổi cấu trúc điện tử PANi trong môi trường
oxy hóa- khử
...................................................................................................
24
Hình I. 14: Đường CV của PANi trong dung dịch HCl 1M và sự thay đổi
màu của PANi ở các giai đoạn oxy hoá khác nhau ở tốc độ quét
thế 50 mV/s [2]25
Hình I. 15. Dạng bipolaron của PANi......................................................26
Hình I. 16. Cấu trúc hạt nano Fe3O4 [38].................................................30
Hình I. 17. Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch...32
Hình I. 18. Công thức phân tử của glutaraldehyde..................................35
Hình I. 19. Phương pháp liên kết chéo (cross-linking)............................35
Hình II. 1. Sơ đồ chế tạo vi điện cực tích hợp.........................................38
Hình II. 2. Vi điện cực tích hợp...............................................................38
Hình II. 3. Hệ điện hóa đa năng Autolab/PGSTAT12.............................41
Hình II. 4. Hệ ủ hơi GA cố định enzyme.................................................42
Hình II. 5. Sơ đồ nguyên lý của máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 46


Hình II. 6. Sơ đồ các bộ phận của kính hiển vi điện tử quét...................48

Hình II. 7. Phương pháp quét thế tuyến tính đa chu kỳ...........................49
Hình II. 8. Quan hệ giữa điện thế và dòng điện trong phương pháp CV 49


Hình II. 9. Sơ đồ nguyên lý máy trắc quang............................................51
Hình II. 10. Đường chuẩn và cách xác định nồng độ (Cx) theo phương
pháp đường chuẩn từ Ax đo được
...................................................................................................
51
Hình III. 1 Phổ trùng hợp điện hóa theo phương pháp CV màng (a) PANi
và (b) PANi-Fe3O4 trên vi điện cực Pt
...................................................................................................
52
Hình III. 2. So sánh cường độ dòng phổ CV (chu kỳ thứ 20) của quá trình
trùng hợp màng PANi và PANi-Fe3O4
...................................................................................................
53
Hình III. 3. Ảnh hệ điện cực trước và sau khi trùng hợp.........................54
Hình III. 4 Phổ CV của điện cực Pt/PANi và Pt/PANi-Fe3O4 trong đệm
PBS (KCl 0,9%)
...................................................................................................
54
Hình III. 5 Ảnh FE-SEM màng (A) PANi và (B) PANi-Fe3O4 trùng hợp
theo phương pháp CV trên vi điện cực Pt
...................................................................................................
55
Hình III. 6 ảnh FE-SEM của (A) hạt nano Fe3O4, điện cực (B)
Pt/PANi/ChOx, (C) Pt/PANi-Fe3O4/ChOx và (D) Pt/PANiFe3O4/ Fe3O4-ChOx
...................................................................................................
56

Hình III. 7. Phổ FT-IR của (đường a) PANi và (đường b) PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx
Hình III. 8. Phổ CV của Pt/PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx với các tốc độ quét
thay đổi từ 10 tới 100mV/s với bước 10mV (đường a tới j)
...................................................................................................
58

57


Hình III. 9. Phổ CV điện cực Pt/PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx trong PBS khi
không có cholesterol và khi có 0,5mM cholesterol
...................................................................................................
59
Hình III. 10. Đường LSV của điện cực Pt/PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx trong
đệm PBS (đường a) 0,0mM cholesterol, (đường b) khi thêm
0,15mM cholesterol và (đường c) khi thêm 0,3mM
cholesterol
...................................................................................................
60
Hình III. 11. So sánh khả năng đáp ứng dòng của cảm biến PANi-ChOx,
PANi- Fe3O4/ChOx và PANi-Fe3O4/Fe3O4-ChOx
...................................................................................................
61
Hình III. 12. Cơ chế phản ứng oxy hóa cholesterol trên điện cực PANiFe3O4/Fe3O4-ChOx....................................................................62
Hình III. 13. Đặc tuyến đáp ứng dòng của cảm biến ChOx....................63
Hình III. 14. Đường chuẩn của cảm biến ChOx......................................65
Hình III. 15. Độ đặc hiệu của cảm biến ChOx........................................67


MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, xã hội ngày càng phát triển, đời sống
vật chất và tinh thần của con người được nâng cao. Chất lượng bữa ăn
được cải thiện nên một số căn bệnh và các yếu tố nguy cơ cũng gia tăng,
điển hình trong đó là các bệnh về tim mạch, huyết áp cao, tai biến mạch
máu não... Có rất nhiều nguyên nhân gây ra các bệnh tim mạch, nhưng
một trong những nguyên nhân quan trọng là do hàm lượng cholesterol
trong cơ thể tăng cao. Con người ngày càng chăm lo đến sức khỏe của
bản thân và điểm đến của họ là các bệnh viện để kiểm tra sức khỏe của
mình. Để chẩn đoán chính xác tình trạng bệnh, các bác sĩ chuyên khoa
trong bệnh viện cần có sự kết hợp của các khoa cận lâm sàng, đó là các
xét nghiệm, chụp chiếu x-quang v.v... Hiện nay các xét nghiệm sinh hóa
và huyết học đã tiến bộ rất nhiều nhờ sự phát triển của các ngành khoa
học kỹ thuật. Đối với một số bệnh thường gặp hiện nay như: đái tháo
đường, tăng huyết áp, rối loạn mỡ máu... thì kết quả xét nghiệm cần
được kiểm tra thường xuyên để có hướng điều trị kịp thời. Tuy nhiên các
phương pháp phân tích được sử dụng ở các bệnh viện, các trung tâm
nghiên cứu thường đòi hỏi đầu tư máy móc của các hãng nước ngoài rất
đắt tiền, thời gian phân tích lâu, người sử dụng phải có chuyên môn,
người bệnh phải chịu chi phí cao, mất nhiều thời gian chờ đợi...
Cảm biến sinh học đo tín hiệu điện hóa (electrochemical biosensor)
đáp ứng được các yêu cầu của hóa học phân tích hiện đại đó là có khả
năng phân tích nhanh theo thời gian thực (real-time), có độ nhạy, độ chọn
lọc và độ chính xác cao; thiết bị phân tích nhỏ gọn, sử dụng đơn giản, có
giá thành phù hợp. Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, công nghệ
nano và các loại vật liệu mới, khả năng chế tạo và ứng dụng cảm biến
1


sinh học ngày một hiện thực hơn, phương pháp không đòi hỏi nhiều hóa
chất, dung môi; chỉ cần lượng mẫu phân tích nhỏ đây là tiền đề của hóa

học phân tích xanh là chủ đề của hóa học hiện đại đang hướng tới. Do
vậy việc dùng cảm biến sinh học xác định nồng độ các chất như ure,
glucose, cholesterol,

2


amylase ... được coi là một phương pháp bổ sung cho các phương
pháp phân tích tiêu chuẩn hiện có tại các bệnh viện.
Do tính hữu ích và khả năng ứng dụng cao, luận văn “Nghiên cứu
phát triển cảm biến sinh học theo nguyên lý điện hóa không sử dụng chất
đánh dấu ứng dụng trong y sinh”, hướng tới chế tạo cảm biến sinh học
với điều kiện công nghệ hiện có ở trong nước, khảo sát các kết quả của
cảm biến đã chế tạo, so sánh với các kết quả đã được kiểm tra đối chứng
tại khoa hóa sinh Bệnh viện Bạch mai. Qua đó ứng dụng để xác định
nhanh chỉ số cholesterol trong các chế phẩm sinh học.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.1.CẢM BIẾN SINH HỌC (BIOSENSORS)
I.1.1. Sơ lược quá trình phát triển của cảm biến sinh học
Năm 1962, các nhà khoa học là Clark và Lyons đã có công bố lần
đầu tiên về cảm biến sinh học (cảm biến enzyme glucose) [1]; trong hơn
50 năm qua cảm biến sinh học đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu
của nhiều nhà khoa học trên thế giới nhằm hoàn thiện công nghệ chế tạo,
nâng cao hiệu quả phân tích, hạ giá thành sản phẩm và đưa ra thương
phẩm phục vụ đời sống con người. Ở Việt Nam, khái niệm “cảm biến
sinh học” và polyme dẫn điện lần đầu tiên được nghiên cứu tại trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội bởi tác giả Doãn Thái Hòa vào năm 1993 [2].
Từ đó tới nay, một số nhóm nghiên cứu tại Đại học Bách Khoa Hà Nội,

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Đại học Quốc gia thành phố Hồ
Chí Minh đã đi sâu nghiên cứu và thu được các kết quả tương đối khả
quan như cảm biến xác định glucose [3, 4], cảm biến phát hiện sự biến
đổi gen ở đậu tương [4, 5], cảm biến phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu,
cảm biến phát hiện virut Herpes, virus cúm A, HIV... [6-9] , cảm biến
miễn dịch phát hiện ung thư cổ tử cung [10].


Hình I. 1. Mô hình cảm biến Glucose thế hệ đầu tiên [11]


Theo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)
thì: “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” [12]
Nhờ có sự phát triển về khoa học và công nghệ cũng như sự đầu tư
trọng điểm của nhà nước, phòng thí nghiệm công nghệ vi cơ điện tử tại
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Viện Khoa học Vật liệu – Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã có thể chế tạo đựa các vi linh kiện
ở kích thước micromet với độ ổn định và chính xác cao. Đây chính là cơ
sở để tác giả có được các vi linh kiện là các vi điện cực tích hợp trên nền
silic ứng dụng cho chế tạo cảm biến sinh học đo theo nguyên lý điện
hóa.


Hình I. 2. Phòng sạch tại Viện ITIMS, ĐH Bách Khoa Hà Nội

I.1.2. Cấu tạo chung của cảm biến
Cấu tạo chung của một cảm biến sinh học bao gồm bốn bộ phận chính:
- Đầu thu sinh học
- Tác nhân cố định
- Bộ phận chuyển đổi tín hiệu
- Bộ phận xử lý, đọc tín hiệu ra


Mục đích là để dò tìm, phân tích các tác nhân cần phát hiện một cách chọn lọc.
Hình I. 3. Sơ đồ cấu tạo chung của cảm biến sinh học
- Tác nhân cần phát hiện : được phân loại theo cấu tạo như sau
+ Các vi khuẩn như vi khuẩn E-coli, vi khuẩn Candida...
+ Các phân tử nhỏ như glucose, ure, thuốc trừ sâu,…
+ Các phân tử sinh học có kích thước lớn như phân tử ADN, RNA, protein...
- Đầu thu sinh học (Biological Receptor) có tác dụng bắt cặp và
phát hiện

sự có mặt của các tác nhân sinh học cần phân tích. Đầu thu


sinh học 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 làm từ enzyme là dạng phổ biến nhất: đầu thu
làm từ các enzyme urease, glucose oxidase, ...
+ Đầu thu làm từ các kháng thể/kháng nguyên.
+ Ngoài ra đầu thu sinh học làm từ các protein , các axit nucleic như ADN, ARN


Protein

Kháng thể

ADN

Hình I. 4. Một số phần tử được sử dụng làm đầu thu sinh học
- Tác nhân cố định: đây 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, 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. Những
tác nhân này vừa phải đảm bảo độ bền cơ học, vừa phải đảm bảo khả
năng chuyền tải tín hiệu giữa bộ phận sinh học và bộ phận chuyển đổi.
Vì vậy việc nghiên cứu lựa chọn những tác nhân cố định thích hợp giúp
nâng cao độ nhạy, độ ổn định cho cảm biến sinh học là cần thiết. Việc
phát minh polyme dẫn điện vào năm 1977 đã nhanh chóng trở thành tâm
điểm chú ý của các nhà khoa học đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo cảm biến
[13, 14]. Những nghiên cứu gần đây cho thấy pha tạp (doping) các vật
liệu vô cơ có kích thước nano vào màng polyme dẫn không những làm
tăng độ dẫn điện của màng mà còn tăng độ bền hơn nhiều lần so với
polyme tinh khiết [15]. Một số loại polyme dẫn điện đang

được ứng

dụng phổ biến hiện nay đó là polyanilin, polypyrrol, polythiophen...


- Bộ phận chuyển đổi tín hiệu giúp chuyển các biến đổi sinh học
thành các tín hiệu có thể đo đạc được. Có nhiều dạng chuyển đổi như
chuyển đổi điện hoá, chuyển đổi quang, chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi
bằng tinh thể áp điện hoặc chuyển đổi bằng các hệ vi cơ. Trong đó,
chuyển đổi theo nguyên lý điện hoá có nhiều ưu điểm như chế

tạo đơn giản, có độ nhạy và độ chính xác cao phù hợp trong chế tạo cảm
biến sinh học ứng dụng phân tích nhanh. Chuyển đổi điện hoá bao gồm
chuyển đổi dựa trên điện thế (potentiometric), dòng điện (amperometric)
và độ dẫn (conductometric) .
- Bộ phận xử lý và đọc tín hiệu: bộ phận này có tác dụng chuyển,
khuếch đại thành các tín hiệu điện để máy tính và các thiết bị hiển thị
khác đưa ra kết quả cho người cần phân tích.
I.1.3. Cảm biến theo nguyên lý điện hóa
Cảm biến sinh học dựa trên bộ chuyển đổi điện hóa có tính ứng
dụng cao đo nguyên lý đơn giản, độ ổn định và độ nhạy cao. Nhờ những
phản ứng hóa học hay sinh học đều có thể gây ra các tương tác sinh điện
tử một cách trực tiếp (như lai hóa của ADN, oxy hóa khử của enzyme…)

nên rất thích hợp để phát hiện nhanh trong phân tích cận lâm sàng .


Hình I. 5. Một hệ cảm biến điện hóa


Quá trình nhận biết tín hiệu có thể thực hiện bằng các phép đo
dòng, đo thế và độ dẫn [11, 16, 17].
Phép đo dòng: Dựa trên sự thay đổi dòng điện gây ra do sự oxy hóa
- khử điện hóa của chất cần phát hiện. Phương pháp này được thực hiện
bằng cách áp một điện thế giữa điện cực làm việc (WE) và điện cực so
sánh (RE), tín hiệu dòng sẽ được đo giữa điện cực làm việc (WE) và
điện cực phụ trợ (CE). Khi điện thế đạt đến một giá trị nào đó (thường
là điện thế oxi hoá), thì hiện tượng oxi hoá xuất hiện và các electron được
sinh ra. Dòng điện thu được liên quan trực tiếp đến nồng độ chất cần

phân tích [16, 18].
Phép đo thế: Liên quan đến việc xác định sự chênh lệch thế giữa
một điện cực chỉ thị và một điện cực chuẩn hoặc hai điện cực chuẩn so
sánh cách nhau bởi một lớp màng mỏng nào đó không có dòng đi qua.
Bộ chuyển đổi này có thể là điện cực chọn lọc ion (ISE). Hầu như các
thiết bị đo thế phổ biến nhất hiện nay là các điện cực pH; hay các ion
như F-, I-, CN-, Na+, K+, Ca2+, NH4+... [16]
Đo độ dẫn: Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn
điện của

vật liệu. Phản ứng giữa đầu dò và các phần tử đích làm thay

đổi thành phần của chất dẫn điện khiến độ dẫn điện của chất đó thay đổi.
Các phản ứng enzyme như urê và nhiều thụ thể màng sinh học có thể
được kiểm soát bởi các thiết bị đo trở kháng hay độ dẫn ion sử dụng các
vi điện cực xen kẽ nhau [16].
I.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá cảm biến sinh học
Một số tiêu chí đánh giá, cũng như các yêu cầu đối với cảm biến sinh học: