Cảm biến sinh học

1
Cảm biến sinh học
Nhận biết các phân
tử sinh học
Spintronics
Sinh học
Y học
•
•
Ứ
Ứ
ng
ng
d
d
ụ
ụ
ng
ng
:
:
–
–
Chu
Chu
ẩ
ẩ
n
n
đo
đo

á
á
n
n
c
c
á
á
c
c
b
b
ệ
ệ
nh
nh
v
v
ề
ề
gen
gen
–
–
Nh
Nh
ậ
ậ
n
n

bi
bi
ế
ế
t
t
bi
bi
ế
ế
n
n
d
d
ị
ị
ho
ho
ặ
ặ
c
c
mô
mô
t
t
ả
ả
đ
đ

ị
ị
nh
nh
lư
lư
ợ
ợ
ng
ng
c
c
ủ
ủ
a
a
gen
gen
–
–
Nh
Nh
ậ
ậ
n
n
bi
bi
ế
ế

t
t
tương
tương
t
t
á
á
c
c
kh
kh
á
á
ng
ng
th
th
ể
ể
-
-
kh
kh
á
á
ng
ng
nguyên
nguyên

trong
trong
nh
nh
ậ
ậ
n
n
d
d
ạ
ạ
ng
ng
c
c
á
á
c
c
vi
vi
sinh
sinh
v
v
ậ
ậ
t
t

v
v
à
à
v
v
ũ
ũ
kh
kh
í
í
sinh
sinh
h
h
ọ
ọ
c
c
Bio-sensor
Đầu dò
probe DNA
probe DNA
Lai hóa
(Kết cặp)
Ánh sáng
Observation
Cảm biến sinh học dựa trên nguyên tắc huỳnh quang
Mẫu bệnh

DNA target
Hạt nanô
huỳnh quang
Ảnh phân tích
huỳnh quang
2
Cảm biến sinh học
dựa trên nguyên tắc từ
Lai hóa-dò tìm đồng thời
Đ
Đ
ầ
ầ
u
u
dò
dò
AND
AND
đơn
đơn
AND
AND
c
c
ầ
ầ
n
n
dò

dò
Lai
Lai
h
h
ó
ó
a
a
ADN
ADN
H
H
ạ
ạ
t
t
t
t
ừ
ừ
Label
Label
Ưu
Ưu
đi
đi
ể
ể
m

m
:
:
nh
nh
ậ
ậ
n
n
bi
bi
ế
ế
t
t
t
t
ừ
ừ
trư
trư
ờ
ờ
ng
ng
c
c
ủ
ủ
a

a
h
h
ạ
ạ
t
t
t
t
ừ
ừ
chuy
chuy
ể
ể
n
n
th
th
à
à
nh
nh
t
t
í
í
n
n
hi

hi
ệ
ệ
u
u
đi
đi
ệ
ệ
n
n
;
;
gi
gi
á
á
th
th
à
à
nh
nh
r
r
ẻ
ẻ
;
;
đ

đ
ộ
ộ
nh
nh
ạ
ạ
y
y
cao
cao
;
;
hư
hư
ở
ở
ng
ng
ứ
ứ
ng
ng
nhanh
nhanh
;
;
d
d
ễ

ễ
t
t
í
í
ch
ch
h
h
ợ
ợ
p
p
v
v
à
à
d
d
ễ
ễ
t
t
ự
ự
đ
đ
ộ
ộ
ng

ng
h
h
ó
ó
a
a
;
;
c
c
ù
ù
ng
ng
m
m
ộ
ộ
t
t
th
th
ờ
ờ
i
i
đi
đi
ể

ể
m
m
phân
phân
t
t
í
í
ch
ch
đư
đư
ợ
ợ
c
c
nhi
nhi
ề
ề
u
u
(100
(100
t
t
ớ
ớ
i

i
1000)
1000)
m
m
ẫ
ẫ
u
u
sinh
sinh
h
h
ọ
ọ
c
c
Treptavidin
Treptavidin
Biotin
Biotin
Sensơ
Sensơ
MR
MR
Cleaning
Cleaning
H
H
bias

bias
Cảm biến từ - Lai hóa-dò tìm đồng thời
3
Đ
Đ
ầ
ầ
u
u
dò
dò
AND
AND
đơn
đơn
AND
AND
c
c
ầ
ầ
n
n
dò
dò
Lai
Lai
h
h
ó

ó
a
a
ADN
ADN
H
H
ạ
ạ
t
t
t
t
ừ
ừ
Label
Label
Treptavidin
Treptavidin
Biotin
Biotin
Sensơ
Sensơ
MR
MR
Cleaning
Cleaning
H
H
bias

bias
Cảm biến từ - Dò tìm sau lai hóa
Dò tìm sau lai hóa
• Phương pháp:
– Nhỏ các AND cần dò lên
bề mặt sensơ đã gắn các
AND cần dò
– AND đã lai hóa được ủ
với hạt từ tạo liên kết
• Hạn chế: thời gian lai
hóa dài (3-12h) do AND
cần dò khuyếch tán để
lai hóa với đầu dò AND
Lai hóa-dò tìm đồng thời
• Phương pháp:
– Các AND cần dò được ủ với
các hạt từ tạo liên kết trước
khi cho lai hóa
– Dùng từ trường điều khiển
các hạt từ/AND vào vị trí đã
gắn đầu dò AND
• Ưu điểm: tăng tốc độ lai
hóa (5-30 min)
Cảm biến từ sinh học
4
Hội tụ hạt từ
Dùng dòng điện tạo từ
trường để điều khiển chuyển
động và tập trung các AND
đã gắn hạt từ cần dò vào khu

vực cảm biến 

 Tăng độ
nhạy sinh học của phép thử
và cảm biến.
C
C
ả
ả
m
m
bi
bi
ế
ế
n
n
Dòng
Dòng
h
h
ộ
ộ
i
i
t
t
ụ
ụ
h

h
ạ
ạ
t
t
t
t
ừ
ừ
h
h
ì
ì
nh
nh
n
n
ó
ó
n
n
C
C
ả
ả
m
m
bi
bi
ế

ế
n
n
h
h
ì
ì
nh
nh
ch
ch
ữ
ữ
U
U
Dòng
Dòng
h
h
ộ
ộ
i
i
t
t
ụ
ụ
h
h
ạ

ạ
t
t
t
t
ừ
ừ
h
h
ì
ì
nh
nh
ch
ch
ữ
ữ
U
U
Cảm biến từ sinh học
C
C
ả
ả
m bi
m bi
ế
ế
n t
n t

ừ
ừ
trư
trư
ờ
ờ
ng d
ng d
ự
ự
a trên Hi
a trên Hi
ệ
ệ
u
u
ứ
ứ
ng Hall
ng Hall
khi áp dng mt t trưng vuông góc
lên mt bn làm bng kim loi hay cht
bán dn hay cht dn đin (thanh Hall)
đang có dòng đin chy qua. Lúc đó
ngưi ta nhn đưc hiu đin th (hiu
th Hall) sinh ra ti hai mt đi din ca
thanh Hall.
Dòng điện này chính là sự chuyển động của các
điện tích chạy qua từ trường sẽ chịu lực Lorentz
bị đẩy về một trong hai phía của thanh Hall, tùy

theo điện tích chuyển động đó âm hay dương.
Sự tập trung các điện tích về một phía tạo nên
sự tích điện trái dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây
ra hiệu điện thế Hall.
1: electron. 2: thanh Hall. 3: nam châm. 4: từ trường.
5: nguồn điện.
Trên các hình B, C, D, chiều của nguồn điện và/hoặc
từ trường được đổi ngược.
5
d
Hạt từ khô
Hạt từ ướt
CẢM BIẾN SINH HỌC – spintronics
C
C
Ả
Ả
M BI
M BI
Ế
Ế
N SINH H
N SINH H
Ọ
Ọ
C
C
–
–
spintronics

spintronics
H
H
bias
bias
Mô hình đơn gin trong vic s dng các nhãn t
streptavidin đ dò tìm vùng lai hoá biotin-DNA trên chip