Nghiên cứu và chế tạo cảm biến sinh học điện hóa độ nhạy cao sử dụng điện cực in các bon ứng dụng trong chẩn đoán bệnh sớm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.47 MB, 188 trang )
TR
B GIÁO D C VẨ ẨO T O
NG
I H C BÁCH KHOA HÀ N I
TH NG C TRÂM
NGHIÊN C U VÀ CH T O C M BI N SINH H C I N HÓA
NH Y CAO S D NG I N C C IN CÁC BON NG D NG
TRONG CH N OỄN B NH S M
LU N ÁN TI N S V T LÝ K THU T
Hà N i - 2019
TR
B GIÁO D C VẨ ẨO T O
NG
I H C BÁCH KHOA HÀ N I
TH NG C TRÂM
NGHIÊN C U VÀ CH T O C M BI N SINH H C I N HÓA
NH Y CAO S D NG I N C C IN CÁC BON NG D NG
TRONG CH N OỄN B NH S M
Ngành: V t lý k thu t
Mã s : 9520401
LU N ÁN TI N S V T LÝ K THU T
NG
IH
NG D N KHOA H C:
1. PGS.TS. Tr
ng Th Ng c Liên
2. GS.TS. Patrick Wagner
Hà N i - 2019
L IC M
N
L i đ u tiên, tôi xin bày lòng bi t n sơu s c nh t đ n t p th cán b h ng d n PGS.TS.
Tr ng Th Ng c Liên tr ng i h c Bách khoa Hà N i và GS.TS. Patrick Wagner tr ng
i h c KU Leuven, V ng qu c B đư nhi t tình ch b o, đ nh h ng vƠ giúp đ v m t
khoa h c đ tơi có th hồn thành lu n án ti n s .
Tôi xin chân thành c m n các thành viên trong phịng thí nghi m C m bi n sinh h c
thu c B môn V t li u i n t , phịng thí nghi m c a GS. Yoshiakia Ukita thu c i h c
Yamanashi Nh t B n, phịng thí nghi m tr ng đi m Qu c gia v V t li u và Linh ki n i n
t , Phịng thí nghi m Siêu c u trúc và Công ngh nano y sinh thu c Vi n V sinh d ch t ,
Khoa V t lý tr ng i h c Khoa h c T nhiên - i h c Qu c gia Hà N i đư giúp đ và
t o đi u ki n thu n l i giúp tôi th c hi n các thí nghi m trong th i gian nghiên c u.
Tôi xin chân thành c m n s h tr tài chính c a đ tài NAFOSTED mã s
103.99.2012.12, đ tài VLIR-UOS mã s ZEIN2013RIP022 vƠ đ tài AUN/SEED-Net CRC
2016-2018.
Tôi xin c m n t i ban lưnh đ o Vi n V t lý k thu t và tr ng i h c Bách khoa Hà
N i đư t o đi u ki n thu n l i và h tr trong th i gian h c t p. Tôi c ng xin c m n t p th
các th y cô, anh ch và b n bè đ ng nghi p thu c b môn V t li u đi n t , Vi n Hóa h c và
Vi n Công ngh sinh h c ậ Vi n Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam đư h tr và
đóng góp nh ng ý ki n q báu v m t chun mơn trong quá trình th c hi n đ tài.
Cu i cùng, tác gi xin dành nh ng tình c m chân thành và sâu s c nh t t i gia đình đư
ln sát cánh, chia s nh ng khó kh n, thông c m và đ ng viên trong su t quá trình h c t p,
nghiên c u.
Tác gi
Th Ng c Trâm
I
L I CAM OAN
Tác gi xin cam đoan đơy lƠ cơng trình nghiên c u do tác gi th c hi n d i s h ng
d n c a PGS.TS. Tr ng Th Ng c Liên và GS.TS. Patrick Wagner. Các s li u và k t qu
trong lu n án là trung th c vƠ ch a đ c tác gi khác công b trong b t k cơng trình nào.
T t c các cơng trình đư cơng b chung v i th y h ng d n khoa h c vƠ đ ng nghi p đ u
đ c s đ ng ý c a các tác gi tr c khi đ a vƠo lu n án.
Hà N i, ngày…… tháng……n m 2019
TM t p th h
PGS.TS. Tr
ng d n
Tác gi lu n án
ng Th Ng c Liên
Th Ng c Trâm
II
M CL C
DANH M C KÝ HI U VÀ CH
VI T T T .................................................................. viii
DANH M C CÁC B NG .................................................................................................... x
DANH M C CÁC HÌNH NH,
M
TH ........................................................................... xi
U ............................................................................................................................... 1
CH NG 1. C M BI N SINH H C I N HÓA NG D NG CH N OỄN B NH
S M ...................................................................................................................................... 6
1.1 C m bi n sinh h c ........................................................................................................... 6
1.1.1
u thu sinh h c ....................................................................................................... 7
1.1.2 B ph n chuy n đ i tín hi u ................................................................................... 13
1.1.3 Ph
ng pháp c đ nh đ u thu sinh h c ................................................................... 15
1.1.4 Các ph
ng pháp c đ nh kháng th ....................................................................... 17
1.1.4.1 H p ph v t lý .............................................................................................. 18
1.1.4.2 Liên k t c ng hóa tr .................................................................................... 18
1.1.4.3 Ái l c t
ng tác sinh h c ............................................................................. 20
1.2 C m bi n sinh h c đi n hóa........................................................................................... 21
1.2.1 i n c c đi n hóa ................................................................................................... 21
1.2.2 Phân lo i c m bi n sinh h c đi n hóa ..................................................................... 24
1.2.2.1 C m bi n đo dòng ........................................................................................ 24
1.2.2.2 C m bi n đo đi n th .................................................................................... 26
1.2.2.3 C m bi n đo đ d n ..................................................................................... 28
1.2.2.4 C m bi n đo ph t ng tr ............................................................................ 29
1.3 Ung th vƠ m t s ch t ch d u kh i u .......................................................................... 32
1.3.1 Ch d u -hCG vƠ ung th t bào m m tinh ........................................................... 34
1.3.2 Ch d u PSA vƠ ung th ti n li t tuy n .................................................................. 35
1.3.3 Ch d u AFP vƠ ung th gan nguyên phát .............................................................. 36
1.4 Nghiên c u v c m bi n sinh h c đi n hóa ng d ng phát hi n ch d u kh i u ........... 36
1.4.1 Tình hình nghiên c u ngoƠi n
c ........................................................................... 36
1.4.2 Tình hình nghiên c u trong n
c ........................................................................... 47
1.4.3
nh h
ng nghiên c u c a lu n án ....................................................................... 47
III
CH
NG 2. TH C NGHI M VẨ CỄC PH
2.1 Ph
NG PHỄP NGHIểN C U.................... 49
ng pháp đi n hóa ................................................................................................... 49
2.1.1 Ph
ng pháp ph t ng tr đi n hóa (EIS) .............................................................. 49
2.1.1.1 Mơ hình m ch đi n t
ng đ
ng Randles ................................................... 50
2.1.1.2 Bi u di n ph t ng tr trong m t ph ng ph c ............................................. 51
2.1.2 Ph
2.2 Ph
ng pháp quét th tu n hoàn (CV) ................................................................... 53
ng pháp kh o sát tính ch t và hình thái h c v t li u ............................................. 54
2.2.1 nh hi n vi đi n t quét phát x tr
2.2.2 Ph tán x n ng l
ng (FE-SEM) ............................................... 54
ng tia X (EDS) ........................................................................ 54
2.2.3 Ph tán x Raman ................................................................................................... 54
2.3 Công ngh vi l u ly tơm ................................................................................................ 55
2.3.1 Gi i thi u ................................................................................................................ 55
2.3.2 Thi t k và quy trình ch t o chíp vi l u ly tơm ..................................................... 55
2.3.3 V n chuy n dung d ch trong chíp vi l u ly tơm ..................................................... 57
2.4 Quy trình th c nghi m ch t o c m bi n ....................................................................... 58
2.4.1 T ng h p h t nano vƠng trên đi n c c làm vi c SPCE .......................................... 58
2.4.2 MƠng đ n l p t l p ghép (SAM) alkanethiol ........................................................ 58
2.4.3 T ng h p v t li u polyme b ng ph
ng pháp trùng h p đi n hóa ......................... 59
2.4.3.1 Polyme đ ng trùng h p PPy-PPa ................................................................ 59
2.4.3.2 V t li u lai c u trúc nano hai chi u gi a polyme đ ng trùng h p PPy-PPa
và erGO ................................................................................................................... 60
2.4.3.3 V t li u lai poly(p-ATP) và h t nano vàng .................................................. 61
2.4.4 C đ nh đ u thu sinh h c b ng liên k t c ng hóa tr ............................................... 61
2.4.4.1 Liên k t c ng hóa tr thơng qua nhóm amin c a đ u thu sinh h c .............. 62
2.4.4.2 Liên k t c ng hóa tr thơng qua nhóm cacboxyl c a đ u thu sinh h c ........ 63
2.5 Kh o sát ho t đ ng c a c m bi n ph t ng tr đi n hóa ............................................... 63
2.6 Quy ho ch s li u th c nghi m ..................................................................................... 65
2.6.1
nh y c a c m bi n............................................................................................. 65
2.6.2 Kho ng tuy n tính c a c m bi n ............................................................................ 66
2.6.3
l p l i c a c m bi n .......................................................................................... 66
2.6.4 Gi i h n phát hi n c a c m bi n ............................................................................ 66
IV
2.6.5
ch n l c c a c m bi n ....................................................................................... 67
CH NG 3. C M BI N MI N D CH PHÁT HI N CH D U -hCG NG D NG
CH N OỄN U T BÀO M M TINH ............................................................................ 68
3.1 M đ u ........................................................................................................................... 68
3.2 Th c nghi m .................................................................................................................. 69
3.2.1 Hóa ch t .................................................................................................................. 69
3.2.2 i n c c và linh ki n .............................................................................................. 70
3.2.3 Quy trình c đ nh mAb hCG trên đi n c c vàng .................................................... 71
3.2.4 Kh o sát ho t đ ng c a c m bi n mAb hCG/SAM(MHDA)/QCM ....................... 72
3.2.4.1 Vi cân tinh th th ch anh ............................................................................. 72
3.2.4.2 Kh o sát ho t đ ng c a c m bi n ................................................................ 73
3.2.5 Kh o sát ho t đ ng c a c m bi n mAb hCG/SAM(MHDA)/SPAuE .................... 73
3.3. K t qu và th o lu n ..................................................................................................... 74
3.3.1 C m bi n mi n d ch nh y kh i l
ng mAb hCG/SAM(MHDA)/QCM ................ 74
3.3.1.1 Hi u su t c đ nh kháng th ......................................................................... 74
3.3.1.2
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................... 75
3.3.2 C m bi n mi n d ch ph t ng tr mAb hCG/SAM(MHDA)/SPAuE .................... 77
3.3.2.1
c tính đi n hóa sau m i b
3.3.2.2
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................... 79
c công ngh ................................................. 77
3.4 K t lu n ......................................................................................................................... 81
CH NG 4. C M BI N APTAMER PHÁT HI N CH D U PSA NG D NG CH N
OỄN UNG TH TI N LI T TUY N ............................................................................ 82
4.1 M đ u ........................................................................................................................... 82
4.2 Th c nghi m .................................................................................................................. 83
4.2.1 Hóa ch t .................................................................................................................. 83
4.2.2 i n c c và linh ki n .............................................................................................. 84
4.2.3 T ng h p h t nano vƠng trên đi n c c SPCE ......................................................... 84
4.2.4 C đ nh aptamer ...................................................................................................... 86
4.3 K t qu và th o lu n ...................................................................................................... 87
4.3.1 C m bi n aptamer ph t ng tr đi n hóa ................................................................ 87
4.3.2 C m bi n PSA-aptamer/SAM (MHDA)/SPAuE .................................................... 88
V
4.3.2.1
c tính đi n hóa sau m i b
4.3.2.2 nh h
c công ngh ................................................. 88
ng c a n ng đ aptamer lên tín hi u c m bi n .............................. 89
4.3.3 C m bi n PSA-aptamer/SAM (MHDA)/AuNPs-SPCE ......................................... 90
4.3.3.1 Phân tán aptamer ......................................................................................... 90
4.3.3.2
c tính đi n hóa sau m i b
4.3.3.3
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................... 95
4.3.3.4
ch n l c c a c m bi n ............................................................................ 97
c công ngh ................................................. 93
4.4 K t lu n ......................................................................................................................... 97
CH NG 5. C M BI N MI N D CH PHÁT HI N CH D U AFP NG D NG CH N
OỄN UNG TH GAN ..................................................................................................... 98
5.1 M đ u ........................................................................................................................... 98
5.2 Th c nghi m .................................................................................................................. 99
5.2.1 Hóa ch t vƠ đi n c c ............................................................................................... 99
5.2.2 C đ nh mAb AFP lên đi n c c PPy-PPa/SPCE và PPy-PPa/erGO-SPCE ........... 99
5.2.3 C đ nh mAb AFP lên đi n c c SPCE bi n tính b i SAM (p-ATP) .................... 100
5.2.4 C đ nh mAb AFP lên đi n c c SPCE bi n tính b i v t li u lai poly(p-ATP) và h t
nano vàng ....................................................................................................................... 100
5.3. K t qu và th o lu n ................................................................................................... 101
5.3.1 C m bi n mi n d ch đi n hóa mAb AFP/PPy-PPa/SPCE .................................... 101
5.3.1.1 Polyme đ ng trùng h p PPy-PPa trên đi n c c SPCE ............................. 101
5.3.1.2 T i u hóa t s h p ph n c a monome Pa v i Py.................................... 103
5.3.1.3
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................. 104
5.3.2 C m bi n mi n d ch đi n hóa mAb AFP/PPa-PPy/erGO-SPCE .......................... 107
5.3.2.1 Kh đi n hóa GO trên SPCE ..................................................................... 107
5.3.2.2 Hình thái h c b m t đi n c c ................................................................... 111
5.3.2.3
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................. 112
5.3.3 C m bi n mi n d ch đi n hóa mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE .............. 115
5.3.3.1 nh h
ng c a m t đ h t nano vàng ....................................................... 115
5.3.3.2 nh h
ng c a th i gian t o màng SAM ................................................... 118
5.3.3.3
c tr ng đi n hóa sau m i b
5.3.3.4
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................. 120
c công ngh ............................................ 119
VI
5.3.4 C m bi n mi n d ch đi n hóa mAb AFP/poly(p-ATP)/AuNPs-SPCE ................. 121
5.3.4.1 Poly(p-ATP) k t h p h t nano vàng trên đi n c c AuNPs-SPCE.............. 122
5.3.4.2 Ph tán x Raman c a màng poly(p-ATP)/AuNPs-SPCE ......................... 124
5.3.4.3
c tr ng đi n hóa sau các b
5.3.4.4
c tr ng chu n c a c m bi n .................................................................. 126
c công ngh ............................................. 125
5.4 K t lu n ....................................................................................................................... 128
CH
NG 6. C M BI N I N HÓA GLUCOSE .......................................................... 129
6.1 Glucose vƠ đ
ng huy t .............................................................................................. 129
6.2 C m bi n đi n hóa enzyme GOx ................................................................................. 130
6.3 Polyme ơxy hóa kh Osmium và c m bi n GOx ........................................................ 133
6.4 Th c nghi m ................................................................................................................ 133
6.4.1 Hóa ch t và thi t b ............................................................................................... 133
6.4.2 Quy trình ch t o c m bi n (GOx/Osmium)n/AuNPs-SPCE ................................ 134
6.5 K t qu và th o lu n .................................................................................................... 135
6.5.1 Kh o sát hình thái b m t c u trúc đa l p (GOx/Osmium) .................................. 135
6.5.2 Kh o sát nh h
ng c a s l p (GOx/Osmium)................................................... 136
6.5.3 áp ng dòng-th c a c m bi n (GOx/Osmium)4/AuNPs-SPCE ........................ 137
6.6 K t lu n ....................................................................................................................... 138
K T LU N ....................................................................................................................... 139
KI N NGH ....................................................................................................................... 140
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................. 141
DANH M C CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG B C A LU N ÁN ................................... 160
PH L C ................................................................................................................................
VII
DANH M C Kụ HI U VẨ CH
Ký hi u
VI T T T
Ti ng Anh
Ti ng Vi t
Ab
Antibody
Kháng th
AFP
Alpha-fetoprotein
Ag
Antigen
Kháng nguyên
AuNPs
Gold nano-particles
H t nano vàng
BSA
Bovine serum albumin
Albumin huy t thanh bò
CA
Chronoamperometry
K thu t đo dòng ậ th i gian
CV
Cyclic voltammetry
K thu t qt th tu n hồn
DNA
Deoxyribo nucleic acid
Axít deoxyribonucleic
DPV
Different pulse voltammetry
K thu t đo dòng-th xung vi phân
EDC
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)
carbodimide
EDS
Energy dispertive spectroscopy
Ph tán x n ng l
EIS
Electrochemical impedance
spectroscopy
Ph t ng tr đi n hóa
ELISA
Enzyme linked immuno sorbent
assay
K thu t mi n d ch g n enzyme
FAD
Flavin adenine dinucleotide
GDH
Glucose dehydrogenase
Enzyme glucose dehydrogenase
GMC
Graphitized mesoporous carbon
Các bon l x p trung bình
GOx
Glucose oxidase
Enzyme glucose oxidase
hCG
Human chorionic gonadotropin
IGCA
Immunogold chromatographic assay
IUPAC
Internatonal union of pure and applied Hi p h i Qu c t v hóa h c và hóa
chemistry
h c ng d ng
LOD
Limit of detection
Gi i h n phát hi n
mAb
monoclonal antibody
Kháng th đ n dịng
MHDA
16-Mercaptohexadecanoic acid
Axít 16-mercaptohexadecanoic
VIII
ng
K thu t mi n d ch s c kí s d ng
h t vàng
MIP
Molercularly imprinted polymer
Polyme in phân t
MUA
11-Mercaptoundecanoic acid
Axít 11-mercaptoundecanoic
NHS
N-Hydroxysuccinimide
ODN
Oligo deoxyribo nucleotide
Pa
Pyrrole-2-cacboxylic acid
p-ATP
Para-aminothiophenol
PBS
Phosphate buffered saline
m ch a mu i phosphat
PCR
Polymerase chain reaction
Ph n ng chu i polymerase
PEGDGE
Poly(ethylene glycol)diglycidyl
PL
Photoluminescence
PPa
Polypyrrole cacboxylic acid
PPy
Polypyrrole
PSA
Prostate specific antigen
Py
Pyrrole
QCM
Quartz crystal microbalance
Vi cân tinh th th ch anh
RNA
Ribo nucleic acid
Axít ribonucleic
SAM
Self assembled monolayer
MƠng đ n l p phân t t l p ghép
SELEX
Systematic evolution of ligands by
exponential enrichment
SEM
Scanning electron microscopy
SPAuE
Screen-printed gold electrode
i n c c in l
i m c in vàng
SPCE
Screen-printed carbon electrode
i n c c in l
i m c in các bon
SPR
Surface plasmon resonance
K thu t c ng h
STDEV
Standard deviation
Sai s chu n
SWSV
Square wave stripping voltammetry
K thu t đo xung vuông quét nhanh
K thu t ph hu nh quang
Hi n vi đi n t quét
ng plasmon b m t
Ung th ti n li t tuy n
UTTLT
IX
DANH M C CỄC B NG
B ng 1.1. Phân lo i enzyme [256]. ................................................................................... 10
B ng 1.2. Nhóm ch c thu c amino axít tham gia c đ nh b ng liên k t c ng hóa tr
[178]................................................................................................................. 19
B ng 1.3. i n c c đi n hóa trong c m bi n sinh h c đi n hóa. ...................................... 22
B ng 1.4. N ng đ ng
ng ch d u kh i u trong huy t thanh c a ng
i [260]................ 32
B ng 1.5. Các ch d u kh i u thơng d ng trong ch n đốn vƠ đi u tr m t s b nh ung
th [32]. ........................................................................................................... 32
B ng 1.6. N ng đ hCG vƠ -hCG đ i v i ng
i bình th
ng [201]. ............................. 34
B ng 1.7. M i liên h gi a n ng đ PSA toàn ph n trong máu và t l m c b nh
UTTLT [26]. .................................................................................................... 35
B ng 2.1. C đ nh đ u thu sinh h c b ng liên k t c ng hóa tr . ....................................... 61
B ng 2.2. Mơ hình m ch t
ng đ
ng kh p ph t ng tr th c nghi m. ......................... 65
B ng 3.1. S phân t c đ nh trên b m t linh ki n QCM sau m i b
c ch t o. ............ 75
B ng 3.2. Giá tr thành ph n c a m ch t ng đ ng Randles sau m i b c th c hi n
quy trình ch t o c m bi n mAb -hCG/SAM(MHDA)/SPAuE. ................... 78
B ng 3.3. M t s k t qu nghiên c u c m bi n sinh h c phát hi n ch d u kh i u hCG . 80
Giá tr thành ph n c a m ch t ng đ ng Randles sau m i b c th c hi n
quy trình ch t o c m bi n PSA-aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE................... 89
B ng 4.2. Giá tr thành ph n c a m ch t ng đ ng Randles sau m i b c th c hi n
quy trình ch t o c m bi n PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. ....... 94
B ng 4.3. M t s k t qu nghiên c u c m bi n đ n hóa s d ng đ u thu aptamer phát
hi n ch d u kh i u PSA .................................................................................. 96
B ng 5.1. S sóng đ c tr ng trong ph Raman c a polyme PPy-PPa theo th c nghi m
và so sánh v i giá tr lý thuy t [179, 243]. .................................................... 102
B ng 5.2. Giá tr thành ph n c a m ch t ng đ ng Randles sau m i b c th c hi n
quy trình ch t o c m bi n mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE ........... 120
B ng 5.3. S sóng đ c tr ng trong ph Raman c a poly(p-ATP) theo th c nghi m. .... 124
B ng 5.4. Giá tr thành ph n c a m ch t ng đ ng Randles sau m i b c th c hi n
quy trình ch t o c m bi n mAb AFP/poly(p-ATP)/AuNPs-SPCE .............. 125
B ng 5.5. M t s k t qu nghiên c u c m bi n sinh h c đi n hóa phát hi n ch d u
kh i u AFP ..................................................................................................... 127
B ng 6.1. Giá tr chu n c a n ng đ đ
ng huy t đ i v i ng
X
i bình th
ng [5]. ........ 130
DANH M C CỄC HỊNH NH,
TH
Hình 1.1. C u trúc c a c m bi n sinh h c. ......................................................................... 6
Hình 1.2. Phân lo i c m bi n sinh h c theo c ch chuy n đ i tín hi u và lo i đ u thu
sinh h c [134]. ................................................................................................... 7
Hình 1.3. C u trúc c a phân t globulin mi n d ch [66]. ................................................... 8
Hình 1.4. L c t
ng tác gi a kháng nguyên ậ kháng th [66]. .......................................... 9
Hình 1.5. Mơ hình c u trúc c a RNA, DNA [287]. .......................................................... 11
Hình 1.6. C u trúc vƠ t
Hình 1.7.
ng tác gi a aptamer và ch d u sinh h c [288]......................... 12
u thu sinh h c nhân t o t ng h p b ng ph ng pháp in polyme phơn t
[255]................................................................................................................. 13
Hình 1.8. Bi u đ t l bài báo c m bi n sinh h c theo c ch chuy n đ i tín hi u. S
li u th ng kê bài báo tìm ki m theo t khóa ắelectrochemical biosensor”,
ắoptical biosensor”, ắpiezoelectric biosensor”, ắcalorimetric biosensor” t
n m 2000 ÷ 2018 theo website Science Direct [289]. ..................................... 14
Hình 1.9. Ph ng pháp c đ nh đ u thu sinh h c: a) H p ph v t lý, b) Liên k t c ng
hóa tr , c) B y, d) Liên k t chéo, e) Hóa r n [139]. ......................................... 15
Hình 1.10. Bi u đ s l ng bài báo c m bi n sinh h c phân lo i theo ph ng pháp c
đ nh đ u thu sinh h c. S li u th ng kê bài báo tìm ki m theo t khóa
ắadsorption”, ắcovalent”, ắencapsulation”, ắentrapment”, ắcross-linking”
trong kho ng t n m 2000 ÷ 2018 theo website Science Direct [289]. .......... 16
Hình 1.11.
nh h
ng c đ nh c a kháng th trên b m t đi n c c [254]. ..................... 17
Hình 1.12. Kháng th c đ nh trên b m t đi n c c b ng liên k t c ng hóa tr ; (a) gi a
nhóm amin (ho c nhóm cacboxyl) trên kháng th v i nhóm cacboxyl (ho c
nhóm amin) bi n tính trên b m t đi n c c; (b) gi a nhóm thiol sinh ra do
ph n ng kh liên k t c u disulfide trên kháng th b i TCEP (ho c 2-MEA)
và b m t đi n c c vàng; (c) gi a nhóm aldehyde sinh ra do ph n ng ôxy
hóa g c đ ng n m đo n Fc c a kháng th và nhóm hydrazide bi n tính
trên b m t đi n c c [254]. .............................................................................. 18
Hình 1.13. Kháng th đ c c đ nh trên b m t đi n c c thông qua ái l c t ng tác:
(a) gi a protein G và kháng th ; (b) lai hóa gi a ssDNA c đ nh và ssDNA
g n trên kháng th [151]. ................................................................................. 20
Hình 1.14. Kháng th c đ nh trên b m t đi n c c thông qua ái l c t ng tác gi a
Avidin/ Streptavidin v i Biotin [181].............................................................. 21
Hình 1.15. i n c c các bon th y tinh (Glassy carbon electrode - GCE) và h đi n hóa
ba đi n c c s d ng đi n c c làm vi c GCE. .................................................. 22
Hình 1.16. i n c c đi n hóa in l
i màng d y (a) h 2 đi n c c, (b) h 3 đi n c c. ..... 23
XI
Hình 1.17.
i n c c in l i m c in các bon c a hãng Dropsen (Tây Ban Nha) (a) 1
đi n c c làm vi c; (b) 2 đi n c c làm vi c; (c) 4 đi n c c làm vi c; (d) 8
đi n c c làm vi c. ............................................................................................ 23
Hình 1.18. i n c c in l i màng dày c a hãng BioDevice Technology (Nh t B n) (a)
đi n c c làm vi c m c in các bon; (b) đi n c c làm vi c m c in vàng. ......... 23
Hình 1.19. C ch ho t đ ng c a c m bi n mi n d ch đo dòng c u trúc ắsandwich” d a
trên tác nhơn đánh d u enzyme HRP, ALP và GOx [105]. ............................. 24
Hình 1.20. C ch ho t đ ng c a c m bi n mi n d ch đo dòng c u trúc ắsandwich” d a
trên tác nhơn đánh d u: (a) mu i c a kim lo i vàng, (b) kim lo i b c Ag, (c)
ch m l ng t PbS và CdS [105]. ................................................................... 26
Hình 1.21.
i n c c ch n l c ion ISE dùng trong c m bi n đo đi n th : (a) đi n c c
màng ch t l ng; (b) đi n c c màng ch t r n [252]. ......................................... 27
Hình 1.22. C m bi n đi n hóa đo đi n th d a trên c u trúc: (a) Transitor hi u ng
tr ng nh y ion (ISFET), (b) C m bi n đi n th chi u sáng vùng (LAPS)
[74]................................................................................................................... 27
Hình 1.23. C m bi n mi n d ch đi n hóa đo đ d n d a trên c u trúc FET, đi n tích
d ng c a kháng nguyên ậ kháng th trên kênh d n làm gi m đ d n đ i
v i kênh d n là bán d n lo i n vƠ lƠm t ng đ d n đ i v i kênh d n là bán
d n lo i p [34]. ................................................................................................. 28
Hình 1.24. C m bi n DNA đ d n d a trên c u trúc dơy nano polyme đ ng trùng h p
(poly EDOT-co-EDOT-COOH) gi a hai đi n c c làm b ng kim lo i vàng,
ph n ng lai hóa gi a chu i DNA dị vƠ DNA đích lƠm thay đ i đ d n c a
dây nano polyme [98]. ..................................................................................... 28
Hình 1.25. Mơ hình m ch đi n t ng đ ng Randles mô ph ng tính ch t đi n c a h
đi n hóa trong dung d ch đi n ly (a) khơng có c p ch t ơxy hóa - kh , (b)
có c p ch t ơxy hóa - kh [105]. ..................................................................... 29
Hình 1.26. Mơ hình c u trúc c m bi n mi n d ch ki u t và m ch đi n t ng đ ng
[105]................................................................................................................. 30
Hình 1.27. C m bi n mi n d ch ph t ng tr đi n hóa s d ng ch t dò [Fe(CN)6]3-/4-;
(a) đ u thu kháng th c đ nh trên đi n c c vƠng, (b) đ u thu kháng th liên
k t đ c hi u v i kháng nguyên c n tr quá trình truy n đi n tích đ n đi n
c c, (c) m ch t ng đ ng Randles vƠ (d) ph t ng tr bi u di n trên m t
ph ng Nyquist c a c m bi n tr c và sau ph n ng mi n d ch [105]............. 31
Hình 1.28. Bi u đ th ng kê s l ng bài báo c m bi n sinh h c phát hi n ch d u kh i
u trong th i gian t n m 2005÷2018 (d li u t ngu n Scopus truy c p ngày
01-08-2018): .................................................................................................... 37
XII
(a) Theo ph ng pháp chuy n đ i tín hi u v i t khóa tìm ki m ắcancer
biomarkers” k t h p v i ắelectrochemical biosensor”, ắoptical biosensor”,
ắpiezoelectric biosensor”, ắcalorimetric biosensor”. ....................................... 37
(b) Theo ph ng pháp đo tín hi u v i t khóa tìm ki m ắelectrochemical
biosensor”, ắcancer biomarkers” k t h p v i ắimpedimetric”,
ắamperometric”, ắvoltammetric”, ắpotentiometric”, ắconductometric”. ........ 37
Hình 1.29. Bi u đ th ng kê s l ng bài báo c m bi n sinh h c đi n hóa phát hi n
ch d u kh i u theo lo i đ u thu sinh h c v i t khóa tìm ki m ắcancer
biomarkers”,
ắelectrochemical
biosensor”,
ắelectrochemical
immunosensor”, ắelectrochemical aptasensor” (d li u t ngu n Scopus
truy c p ngày 01-08-2018). ............................................................................. 37
Hình 1.30. C i thi n đ nh y c a c m bi n mi n d ch đi n hóa phát hi n ch d u kh i
u b ng v t li u nano; (a) bi n tính b m t đi n c c b ng v t li u nano, (b)
tác nhơn đánh d u b ng v t li u nano [247]. ................................................... 38
Hình 1.31. Quy trình cơng ngh ch t o c m bi n mi n d ch c u trúc ắsandwich” phát
hi n ch d u kh i u AFP trên c s đi n c c vƠng đ c bi n tính b i h t
nano vàng [263]. .............................................................................................. 39
Hình 1.32. Quy trình ch t o c m bi n mi n d ch phát hi n ch d u kh i u EGFR trên
c s đi n c c vƠng đ c bi n tính b i h t nano vàng: t o màng SAM
cysteamine trên h t vàng, liên k t hóa h c b i ch t trung gian pphenyldiisothiocyanate (PDITC), protein G liên k t qua nhóm NH2, protein
G liên k t đ c hi u v i vùng Fc c a kháng th EGFG [54]. ........................... 40
Hình 1.33. Quy trình ch t o c m bi n mi n d ch phát hi n ch d u kh i u PSA trên c
s đi n c c GCE đ c bi n tính b i h t nano vàng trên n n v t li u poly(2,6Pyridinediamine) [269]. ................................................................................... 40
Hình 1.34. Quy trình ch t o c m bi n mi n d ch c u trúc sandwich phát hi n ch d u
kh i u IL-6 trên c s đi n c c ITO đ c bi n tính b i t h p v t li u nano
AuNPs ậ Graphene - Silica sol-gel [248]. ....................................................... 41
Hình 1.35. Quy trình cơng ngh ch t o c m bi n mi n d ch phát hi n ch d u kh i u
AFP trên c s đi n c c GCE đ c bi n tính b i t h p v t li u nano
AuNPs-PDA-Thi-GO [154]............................................................................. 42
Hình 1.36. Quy trình cơng ngh ch t o c m bi n mi n d ch sandwich phát hi n ch
d u kh i u CEA v i kháng th phát hi n đ c đánh d u b i t h p v t li u
nano AgNPs - AuNPs - Graphene [80]. .......................................................... 42
Hình 1.37. Quy trình cơng ngh ch t o c m bi n aptamer ph t ng tr phát hi n ch
d u Mucine trên c s đi n c c m c in các bon bi n tính b i MWCNT
[142]................................................................................................................. 44
XIII
Hình 1.38. Quy trình th c nghi m c đ nh aptamer trên b m t SWCNT vƠ s đ thi t
l p h kh o sát SWCNT FET trong dung d ch [235]. ..................................... 44
Hình 1.39. (a) Tác nhơn đánh d u enzyme HRP và kháng th Con A đ c c đ nh trên
SWCNT, (b) b m t đi n c c GCE đ c bi n tính b i MWCNT/Au-Smannose vƠ c ch đáp ng tín hi u dòng c a c m bi n, (c) đ ng đ c tr ng
chu n c a c m bi n s d ng tác nhơn đánh d u MWCNT k t h p v i
enzyme HRP và c m bi n s d ng kháng th đánh d u b i enzyme HRP
[280] ................................................................................................................ 45
Hình 1.40. (a) Quy trình t o c u trúc ơxít graphene d ng kh (rGO) k t h p v i AuNPs
và thionine (Thi) ho c Prussian blue (PB), (b) c m bi n mi n d ch đa kênh
phát hi n đ ng th i ch d u CEA vƠ AFP trên c s đi n c c đ c bi n tính
b m t b i rGO/Au/Thi và rGO/Au/PB [94]. .................................................. 46
Hình 2.1. (a) Q trình đi n hóa x y ra t i phân biên gi a đi n c c làm vi c đ c áp
đi n th d ng vƠ dung d ch đi n ly ch a c p ch t dị; (b) Mơ hình m ch
đi n t ng đ ng Randles: Cdl đi n dung l p kép, Rct đi n tr truy n đi n
tích, Rs đi n tr dung d ch, ZW tr kháng Warburg, IHP m t ph ng
Helmholtz phía trong; OHP m t ph ng Helmholtz bên ngoài; CE đi n c c
đ i vƠ WE lƠ đi n c c làm vi c [150]. ............................................................ 50
Hình 2.2. Bi u di n ph t ng tr
vùng t n s cao trên m t ph ng ph c ....................... 52
Hình 2.3. Bi u di n ph t ng tr
vùng t n s th p trên m t ph ng ph c ...................... 52
Hình 2.4. Bi u di n ph t ng tr trên m t ph ng Nyquist. ............................................... 53
Hình 2.5. Quan h gi a đi n th vƠ dòng đi n trong qt th tu n hồn .......................... 53
Hình 2.6. C u trúc thi t k c a chíp vi l u a) chíp vi l u m t đ u vào, b) m t c t chíp
vi l u. ............................................................................................................... 56
Hình 2.7. nh hi n vi quang h c c a vi kênh v i đ r ng kho ng 200 µm. .................... 57
Hình 2.8. Thi t k giá đ g n v i tr c quay c a máy ly tâm: a) Th t l p ghép chíp vi
l u vƠ đi n c c; b) V trí b n h chíp vi l u-đi n c c đ c c đ nh đ ng
th i trên giá đ . ................................................................................................ 57
Hình 2.9. Hình nh dịng dung d ch v n chuy n t đ u vào qua kênh d n vào bu ng
ph n ng và dung d ch thốt ra ngồi theo th i gian quay ly tâm v i t c đ
1200 vịng/phút. ............................................................................................... 58
Hình 2.10. Quy trình t ng h p v t li u lai c u trúc nano hai chi u gi a polyme đ ng
trùng h p PPy- PPa vƠ erGO trên đi n c c SPCE b ng ph ng pháp đi n
hóa qt th tu n hồn. .................................................................................... 60
Hình 2.11. C ch ph n ng t o liên k t gi a nhóm amin (NH2) c a đ u thu sinh h c
và nhóm cacboxyl (-COOH) trên b m t đi n c c s d ng h p ch t NHS và
EDC [219]........................................................................................................ 62
XIV
Hình 2.12. C ch ph n ng t o liên k t gi a nhóm cacboxyl (-COOH) c a kháng th
và nhóm amin (NH2) trên b m t đi n c c s d ng EDC [219]...................... 63
Hình 2.13. Quy trình x lý m u máu tồn ph n tách l y ph n huy t thanh: (a) m u máu
toàn ph n, (b) m u máu sau khi đ đông t nhiên, (c) m u sau khi tách ph n
máu đơng, (d) m u huy t thanh ....................................................................... 64
Hình 3.1. (a) Linh ki n vi cân tinh th th ch anh QCM 5 MHz đ c ghép n i v i b
t o dao đ ng QCM25 c a hãng Stanford Research Systems, (b) H thi t b
kh o sát ho t đ ng c a QCM ch đ đo đ ng. ............................................. 70
Hình 3.2. (a) nh hi n vi đi n t quét b m t đi n c c m c in vƠng, (b) i n c c m c
in vàng SPAuE c a hãng BioDevice Technology, (c) H thi t b đi n hóa
AutoLab PGSTAT 12. ..................................................................................... 70
Hình 3.3. Quy trình cơng ngh c đ nh mAb -hCG lên đi n c c vàng thông qua màng
SAM(MHDA). ................................................................................................. 71
Hình 3.4. S đ h đo kh o sát ho t đ ng c a c m bi n sinh h c nh y kh i l ng s
d ng linh ki n QCM. ....................................................................................... 73
Hình 3.5. Nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n mi n d ch ph t ng tr đi n hóa............... 73
Hình 3.6.
d ch t n sau m i b c ch t o c m bi n nh y kh i l ng s d ng linh
ki n QCM. ....................................................................................................... 75
Hình 3.7. Suy gi m t n s theo th i gian t i các n ng đ kháng nguyên t 100 pg/mL
÷ 27 ng/mL c a c m bi n mAb -hCG/SAM (MHDA)/QCM. ...................... 76
Hình 3.8.
ng đ c tr ng chu n c a c m bi n nh y kh i l ng s d ng giá tr đ
d ch t n s nh m t hàm c a n ng đ kháng nguyên -hCG. Giá tr t i m i
đi m đo và sai s đ c l y trung bình c a 3 c m bi n đ c l p ch t o cùng
quy trình vƠ cùng đi u ki n đo. ....................................................................... 77
Hình 3.9. Ph EIS sau m i b c cơng ngh ch t o c m bi n mAb hCG/SAM(MHDA)/SPAuE. ........................................................................... 78
Hình 3.10. Ph t ng tr đáp ng c a c m bi n v i kháng nguyên -hCG có n ng đ
0÷100 ng/mL. Phép đo th c hi n b i dung d ch đi n hóa g m 0,1M KCl và
5 mM [Fe(CN)6]3-/4-. D i t n s quét 100 kHz ÷ 50 mHz, EDC = 0,16 V vs.
Ag/AgCl, Eac= 10 mV. .................................................................................... 79
Hình 3.11.
ng đ c tr ng chu n c a c m bi n mAb -hCG/SAM(MHDA)/SPAuE.
......................................................................................................................... 79
Hình 4.1. (a) nh hi n vi đi n t quét b m t đi n c c m c in các bon, (b) i n c c
m c in cácbon SPCE c a hãng BioDevice Technology, (c) H thi t b đi n
hóa Vertex Invium. .......................................................................................... 84
XV
Hình 4.2.
c tr ng dịng th c a đi n c c SPCE qt th vịng 20 chu kì trong dung
d ch HAuCl4 1 mM pha trong PBS 100 mM; t c đ quét 50 mV/s trong d i
đi n áp t -0,6 V đ n 0,5 V vs. Ag/AgCl. ....................................................... 85
Hình 4.3.
c tr ng dịng th c a đi n c c trong dung d ch H2SO4 1M, t c đ quét 50
mV/s, d i đi n áp t -0,2 V đ n 1,4 V vs. Ag/AgCl. (a) i n c c AuNPsSPCE, (b) So sánh đi n c c AuNPs-SPCE và SPAuE .................................... 86
Hình 4.4. Mơ hình q trình đ ng h c x y ra trên b m t đi n c c trong phép đo ph
t ng tr Faradaic s d ng c p ch t dò [Fe(CN)6]3-/4-: (a) đi n c c SPAuE,
(b) đi n c c AuNPs-SPCE. ............................................................................. 87
Hình 4.5. Ph EIS sau m i b c công ngh ch t o c m bi n PSAaptamer/SAM(MHDA)/SPAuE ....................................................................... 88
Hình 4.6. Kh o sát s ph thu c c a ẤRct nh m t hàm c a n ng đ PSA c a c m bi n
PSA-aptamer/SAM(MHDA)/SPAuE v i n ng đ aptamer 5, 10, 100
µg/mL. ............................................................................................................. 90
Hình 4.7.
nh hi n vi đi n t quét b m t đi n c c SPCE sau khi t ng h p h t nano
vàng b ng ph ng pháp quét th tu n hoàn v i s vòng quét khác nhau: 5,
10, 15, 20 vòng. ............................................................................................... 91
Hình 4.8. Ph EDS c a đi n c c AuNPs-SPCE v i cac h t nano vƠng đ c t ng h p
b ng ph ng pháp quét đi n th tu n hoàn 20 chu k . ................................... 92
Hình 4.9. S ph thu c c a ẤRct theo n ng đ kháng nguyên PSA c a c m bi n trên
đi n c c AuNPs-SPCE v i l ng aptamer c đ nh (5 µg/mL, 10 µg/mL, 25
µg/mL, 50 µg/mL, 100 µg/mL) và s vịng qt t o h t vàng: (a) 5 vòng,
(b) 10 vòng, (c) 15 vịng, (d) 20 vịng. ............................................................ 93
Hình 4.10. Ph EIS sau m i b c công ngh ch t o c a c m bi n PSAaptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE. ........................................................... 94
Hình 4.11.
áp ng ph t ng tr c a c m bi n PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPsSPCE v i n ng đ kháng nguyên PSA t 0 ng/mL đ n 14 ng/mL. ................ 95
Hình 4.12.
ng đ c tr ng chu n c a c m bi n PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPsSPCE................................................................................................................ 96
Hình 4.13.
ch n l c c a c m bi n PSA-aptamer/SAM(MHDA)/AuNPs-SPCE v i
các kháng nguyên hCG, protein TAU, amylin và PSA ................................... 97
Hình 5.1. Quy trình c đ nh kháng th AFP b ng liên k t c ng hóa tr gi a nhóm amin
c a kháng th và nhóm cacboxyl c a polyme PPy-PPa: (a) trên đi n c c
SPCE; (b) trên đi n c c erGO-SPCE. ........................................................... 100
Hình 5.2. Quy trình cơng ngh c đ nh kháng th AFP b ng liên k t c ng hóa tr gi a
nhóm cacboxyl c a kháng th và nhóm amin c a SAM (p-ATP) trên đi n
c c AuNPs-SPCE. ......................................................................................... 100
XVI
Hình 5.3. Quy trình cơng ngh c đ nh kháng th AFP b ng liên k t c ng hóa tr gi a
nhóm cacboxyl c a kháng th và nhóm amin c a v t li u lai polyme (pATP) và h t nano vƠng trên đi n c c AuNPs-SPCE. .................................... 101
Hình 5.4. (a) c tr ng dịng-th c a quá trình đ ng trùng h p PPy-PPa quét th tu n
hồn 20 chu kì trong dung d ch PBS 10 mM (pH 7,4) có ch a KCl 100mM,
monome Py 120 mM và Pa 40 mM v i t c đ quét 30 mV/s trong d i đi n
áp t -0,8 V đ n 0,8 V vs. Ag/AgCl; (b) nh SEM màng polyme PPy-PPa
trên đi n c c SPCE. ....................................................................................... 102
Hình 5.5. Ph Raman c a màng polyme PPy-PPa trên đi n c c SPCE (đo t i 4 v trí
khác nhau) v i b c sóng kích thích 632,8 nm. ............................................ 103
Hình 5.6.
áp ng dịng-th c a đi n c c PPy-PPa/SPCE v i t l mol Pa so v i Py
thay đ i t 0 đ n 100% mol trong dung d ch g m [Fe(CN)6]3-/4- 5 mM và
KCl 0,1 M v i t c đ quét 50 mV/s. ............................................................. 104
Hình 5.7. (a) áp ng ph t ng tr đi n hóa c a c m bi n mAb AFP/PPy-PPa/SPCE
v i n ng đ kháng nguyên AFP thay đ i t 0 đ n 100 ng/mL (đ ng đo
th c nghi m đ c bi u di n b ng các ký hi u, đ ng nét li n bi u di n
đ ng cong kh p theo m ch t ng đ ng Randles); (b)
ng đ c tr ng
chu n c a c m bi n........................................................................................ 105
Hình 5.8. (a) áp ng dịng-th c a c m bi n mAb AFP/PPy-PPa/SPCE v i n ng đ
kháng nguyên AFP thay đ i t 0 đ n 100 ng/mL, (b)
ng đ c tr ng chu n
c a c m bi n th hi n s ph thu c Ipc vào n ng đ kháng nguyên AFP. .. 106
Hình 5.9.
c tr ng dịng-th q trình kh GO trên b m t đi n c c SPCE thành erGO
trong dung d ch PBS 100 mM (pH 6,6) v i 30 chu k qt. ......................... 108
Hình 5.10.
c tr ng đi n hóa c a đi n c c erGO-SPCE kh o sát trong dung d ch đo
g m 5 mM [Fe(CN)6]3-/4- vƠ KCl 0,1 M: (a) áp ng ph EIS, (b) áp ng
dịng-th t i t c đ qt 50 mV/s................................................................... 109
Hình 5.11. Ph Raman c a GO vƠ erGO trên đi n c c SPCE v i b c sóng kích thích
632,8 nm. ....................................................................................................... 110
Hình 5.12. nh SEM (a) b m t đi n c c SPCE tr n, (b) đi n c c GO/SPCE, (c) đi n
c c erGO/SPCE, (d) v t li u lai c u trúc nano hai chi u gi a PPy-PPa và
erGO trên SPCE............................................................................................. 111
Hình 5.13. (a) áp ng ph t ng tr đi n hóa c a c m bi n mAb AFP/PPy-PPa/erGOSPCE v i n ng đ kháng nguyên AFP thay đ i t 0 đ n 100 ng/mL (đ ng
đo th c nghi m đ c bi u di n b ng các ký hi u, đ ng nét li n bi u di n
đ ng cong kh p theo m ch t ng đ ng Randles), (b)
ng đ c tr ng
chu n c a c m bi n........................................................................................ 113
Hình 5.14. (a) áp ng dòng-th c a c m bi n mAb AFP/PPy-PPa/erGO-SPCE v i
n ng đ kháng nguyên AFP thay đ i t 0 đ n 100 ng/mL, (b)
ng đ c
XVII
tr ng chu n c a c m bi n th hi n s ph thu c Ipc vào n ng đ kháng
nguyên AFP. .................................................................................................. 114
Hình 5.15. nh SEM đi n c c SPCE bi n tính b i AuNPs t ng h p b ng ph ng pháp
quét th tu n hồn v i s vịng qt khác nhau 10, 20, 40 và 60. ................. 115
Hình 5.16. Ph t ng tr c a đi n c c SPCE bi n tính b i AuNPs v i s vịng qt t o
AuNPs (10, 20, 40, 60) và sau khi c đ nh kháng th mAb AFP. ................. 116
Hình 5.17. Ph t ng tr c a đi n c c SPCE bi n tính b i AuNPs v i s vịng quét t o
AuNPs (10, 20, 40, 60) tr c và sau ph n ng gi a mAb AFP và kháng
nguyên AFP 100 ng/mL. ............................................................................... 117
Hình 5.18. áp ng tín hi u c a các c m bi n mAb AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE
có th i gian t ng h p màng SAM (6, 12, 18, 24 gi ) v i kháng nguyên AFP
n ng đ (10, 50, 100 ng/mL). ........................................................................ 118
Hình 5.19. Ph t ng tr sau m i b c th c hi n quy trình ch t o c a c m bi n mAb
AFP/SAM (p-ATP)/AuNPs-SPCE (đ ng đo th c nghi m đ c bi u di n
b ng các ký hi u vƠ đ ng nét li n bi u di n đ ng cong kh p theo m ch
t ng đ ng Randles). .................................................................................. 119
Hình 5.20. (a) áp ng ph t ng tr c a c m bi n t i các n ng đ kháng nguyên AFP
t 0 ng/mL đ n 100 ng/mL (đ ng đo th c nghi m đ c bi u di n b ng các
ký hi u, đ ng nét li n bi u di n đ ng cong kh p theo m ch t ng đ ng
Randles), (b)
ng đ c tr ng chu n c a c m bi n. .................................... 121
Hình 5.21. (a) c tr ng dịng-th c a q trình t ng h p v t li u lai poly(p-ATP) và
h t nano vƠng trên đi n c c AuNPs-SPCE, (b) nh SEM c a màng poly(pATP) trên đi n c c SPCE. ............................................................................. 122
Hình 5.22. C ch quá trình trùng h p đi n hóa poly(p-ATP) [284]. ............................ 123
Hình 5.23. Ph Raman c a màng poly(p-ATP) trên đi n c c AuNPs-SPCE................. 124
Hình 5.24. Ph t ng tr sau m i b c th c hi n quy trình ch t o c a c m bi n
mAb AFP/poly( p-ATP)/AuNPs-SPCE......................................................... 125
Hình 5.25. (a) áp ng ph t ng tr c a c m bi n v i n ng đ kháng nguyên AFP t
0 ng/mL đ n 100 ng/mL (đ ng đo th c nghi m đ c bi u di n b ng các
ký hi u, đ ng nét li n bi u di n đ ng cong kh p theo m ch t ng đ ng
Randles), (b)
ng đ c tr ng chu n c a c m bi n. .................................... 126
Hình 6.1. C u trúc phân t
-D-glucose vƠ -D-glucose [290]...................................... 129
Hình 6.2. Nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n đi n hóa Glucose s d ng enzyme GOx
(a) th h th 1; (b) th h th 2; (c) th h th 3.......................................... 130
Hình 6.3. Nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n đi n hóa Glucose/(GOx/Osmium)n
/AuNPs-SPCE................................................................................................ 133
XVIII
Hình 6.4. Quy trình cơng ngh ch t o c m bi n đi n hóa glucose s d ng c u trúc đa
l p (GOx-Osmium) trên đi n c c AuNPs-SPCE. ......................................... 134
Hình 6.5.
nh hi n vi đi n t quét SEM: (a) b m t đi n c c AuNPs-SPCE, (b)
Osmium/AuNPs-SPCE,
(c)
(GOx/Osmium)/AuNPs-SPCE,
(d)
(GOx/Osmium)4/AuNPs-SPCE. .................................................................... 135
Hình 6.6. (a) áp ng dịng-th c a c m bi n v i s l p (GOx/Osmium) t 1 đ n 6
trong môi tr ng dung d ch glucose n ng đ 10 mM pha trong đ m PBS
pH 7,4 và (b)
ng đ c tr ng đáp ng m t đ dòng theo n ng đ glucose
c a c m bi n v i s l p (GOx/Osmium) khác nhau t i đi n áp -0,02V (vs.
Ag/AgCl). ...................................................................................................... 136
Hình 6.7.
c tr ng dịng - th c a c m bi n (GOx/Osmium)4/AuNPs-SPCE kh o sát
trong dung d ch glucose n ng đ 0 - 100 mM v i t c đ quét là 5 mV/s. .... 137
Hình 6.8.
c tr ng đáp ng m t đ dòng theo n ng đ glucose c a c m bi n (GOxOs)4/AuNPs-SPCE làm vi c t i đi n áp -0,02V (vs. Ag/AgCl). ................... 138
XIX
M
U
Ngày nay, cùng v i s bùng n dân s th gi i vƠ q trình đơ th hố v i t c đ chóng
m t có r t nhi u y u t nh h ng x u đ n s c kh e c a con ng i. Theo th ng kê c a c
quan nghiên c u ung th qu c t IARC (International Agency for Research on Cancer), trên
tồn c u hi n có kho ng 23 tri u ng i đang s ng chung v i c n b nh nƠy trong đó m i n m
có h n 14 tri u ng i m c m i và 8,2 tri u ng i t vong. Ung th lƠ b nh có t l b nh
nhân t vong cao đ ng th hai trên th gi i v i h n 200 lo i ung th khác nhau [62]. T i
Vi t Nam, s ca m c m i ung th t 68.000 ca n m 2000 lên đ n 126.000 n m 2010, vƠ s
v t ng ng 200.000 ca vƠo n m 2020. Theo s li u này, T ch c Y t Th gi i (WHO)
x p Vi t Nam v trí 78 trên 172 qu c gia, vùng lãnh th đ c kh o sát v i t l t vong
110/100.000 ng i, n m trong 50 n c thu c nhóm 2 c a b n đ ung th th gi i [1]. Theo
các chuyên gia, s ca m c ung th t ng nhanh trong nh ng n m g n đơy do ba nguyên nhân
chính: th c ph m khơng an tồn, mơi tr ng ơ nhi m và tu i th t ng. Tuy nhiên, ph n l n
b nh nhân m c b nh ung th t i Vi t Nam đ n khám vƠ đi u tr giai đo n kh i u đư chuy n
thƠnh ác tính vƠ di c n nên t l ch a kh i b nh là th p, chi phí đi u tr t n kém. Nguyên
nhân chính là do ng i dơn ch a có thói quen khám b nh đ nh kì vƠ các ph ng pháp phát
hi n s m b nh ung th v n ch a ph bi n. Do v y, có th nói nhu c u v xác đ nh các ch
d u sinh h c ng d ng ch n đoán s m b nh ung th lƠ m t nhu c u c p thi t hi n nay.
Hi n nay, vi c khám và ch a b nh ung th t i các b nh vi n ch y u d a vƠo các ph ng
pháp truy n th ng nh siêu ơm, ch p c ng h ng t và sinh thi t. K t qu c a các ph ng
pháp này ph thu c vƠo kích th c vƠ đ c tính c a kh i u nên th ng phát hi n khi b nh
giai đo n đư phát tri n [17]. Cùng v i s phát tri n c a công ngh sinh h c, các ch d u kh i
u đư đ c nghiên c u vƠ đ a vƠo ng d ng trong vi c ch n đoán s m và theo dõi b nh ung
th [113, 240]. Ch d u kh i u th ng đ c s n sinh t t bƠo ung th , bi u mơ và có n ng
đ cao h n m c ng i bình th ng. Các ch t này có th xác đ nh đ c b ng các k thu t
nh ELISA [247], PCR [111], mi n d ch phóng x (RIA) [139], ph hu nh quang [61], ph
kh i [285] và s c kí [219]. Các k thu t truy n th ng này cho phép phát hi n ch d u kh i u
v i đ chính xác vƠ đ ch n l c cao; tuy nhiên yêu c u th i gian phơn tích lâu, chi phí hóa
ch t cao, phơn tích đ n l t ng ch t ch d u. C m bi n sinh h c đi n hóa v i u đi m đ
nh y vƠ đ ch n l c cao, th i gian phân tích ng n, cho phép phát hi n ch t c n phân tích
n ng đ th p, đ n gi n và r ti n, kh n ng tích h p trong các thi t b đo c m tay ng d ng
phép phân tích t i ch đang lƠ ph ng pháp đ c u tiên l a ch n đ phát hi n ch d u kh i
u.
tài nghiên c u v i tiêu đ “Nghiên c u và ch t o c m bi n sinh h c đi n hóa đ
nh y cao s d ng đi n c c in các bon ng d ng trong ch n đoán b nh s m” đư đ c l a
ch n cho lu n án ti n s .
M c đích nghiên c u:
(1) Nghiên c u c m bi n sinh h c ph t ng tr đi n hóa s d ng đ u thu sinh h c (kháng
th , aptamer, enzyme) trên c s đi n c c in l i th ng m i v i chi phí th p h ng
đ n ng d ng th c t trong các thi t b c m tay.
1
(2) C i ti n và phát tri n các k thu t bi n tính b m t đi n m c in các bon nh m nâng cao
hi u su t c đ nh đ u thu sinh h c c ng nh t ng c ng đáp ng tín hi u đ i v i c m
bi n ph t ng tr đi n hóa.
(3) Ch t o c m bi n sinh hóa đi n hóa có đ nh y vƠ đ ch n l c cao phát hi n ch d u
kh i u (bao g m kháng nguyên -hCG, PSA, AFP) ng d ng trong ch n đoán s m m t
s b nh ung th ; c m bi n đi n hóa enzyme xác đ nh glucose trong máu.
it
ng nghiên c u:
- Nghiên c u ch t o c m bi n đi n hóa phát hi n ch d u kh i u ( -hCG, PSA, AFP)
dùng trong ch n đoán vƠ đi u tr đ i v i b nh ung th (t bào m m tinh, ung th ti n li t
tuy n, ung th gan); phát hi n ch d u sinh h c glucose c a b nh đái tháo đ ng.
- Nghiên c u các gi i pháp bi n tính b m t đi n c c in l i màng dày m c in các bon
giúp nâng cao hi u su t c đ nh đ u thu sinh h c c ng nh c i thi n đáp ng tín hi u đ i
v i c m bi n ph t ng tr đi n hóa ng d ng trong phát hi n ch d u kh i u.
Ph
Ph
ng pháp nghiên c u:
ng pháp nghiên c u trong n i dung lu n án lƠ ph
ng pháp th c nghi m.
- Ph ng pháp quét th tu n hoƠn (CV) đ c s d ng đ t ng h p h t nano vàng, trùng
h p đi n hóa v t li u polyme, kh đi n hóa ơxít graphene trên n n đi n c c SPCE.
NgoƠi ra, ph ng pháp này còn đ c s d ng đ kh o sát tính ch t đi n hóa c a v t
li u polyme đư t ng h p, kh o sát ho t đ ng c a c m bi n enzyme glucose và c m
bi n mi n d ch.
- Ph ng pháp ph t ng tr (EIS) đ c s d ng đ kh o sát đ c tính c a b m t c m
bi n sau m i b c bi n tính, kh o sát ho t đ ng c a các c m bi n đư ch t o.
- Ph ng pháp ch p nh hi n vi đi n t quét SEM s d ng nghiên c u hình thái c u
trúc b m t đi n c c sau m i b c công ngh .
- Ph tán x n ng l ng tia X (EDS), ph tán x Raman nghiên c u tính ch t c a v t
li u tiên ti n s d ng trong ch t o c m bi n.
Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a lu n án:
Lu n án có tính liên ngành cao bao g m hóa h c, sinh h c, v t lý và khoa h c v t li u.
Các đ nh h ng nghiên c u và k t qu thu đ c c a lu n án có Ủ ngh a khoa h c và kh
n ng ng d ng th c ti n cao.
- V lý lu n khoa h c: các k t qu thu đ c c a lu n án đư góp ph n làm sáng t c ch
ho t đ ng c m bi n sinh h c ph t ng tr đi n hóa s d ng đ u thu sinh h c t nhiên
(kháng th ) và đ u thu sinh h c bán t ng h p (aptamer).
- V th c ti n: các k t qu nghiên c u c a lu n án h ng t i phát tri n c m bi n sinh
h c có c u trúc đ n gi n, đ nh y vƠ đ ch n l c cao, cho phép phát hi n ch d u kh i
u trong giai đo n s m c a b nh ung th . C m bi n sinh h c đư ch t o có đ nh h ng
ng d ng trong các thi t b c m tay đáp ng yêu c u xét nghi m t i ch .
2
Nh ng đóng góp m i c a lu n án:
- Lu n án đư đóng góp các k t qu m i v công ngh ch t o h t nano vàng phân tán
đ u trên b m t đi n c c in l i m c in các bon nh m thay th đi n c c in l i m c
in vƠng. H n th n a gi i pháp công ngh nƠy giúp phơn tán đ u đ u thu sinh h c trên
b m t đi n c c, nh đó nơng cao hi u su t b t c p gi a đ u thu và ch d u sinh h c
c n phân tích.
- Lu n án đóng góp ba gi i pháp bi n tính b m t đi n c c in l i m c in các bon b ng
h v t li u m i nh m nâng cao hi u su t c đ nh đ u thu sinh h c vƠ đáp ng tín hi u
đ i v i c m bi n ph t ng tr đi n hóa. H v t li u bao g m: (i) Polyme d n đ ng
trùng h p polypyrrole-polypyrrole cacboxyl (PPy-PPa); (ii) V t li u lai c u trúc nano
hai chi u gi a polyme đ ng trùng h p PPy-PPa và ơxít graphene d ng kh đi n hóa
(erGO); (iii) V t li u lai gi a poly(para-aminothiophenol) và h t nano vàng.
ng d ng thƠnh công đ u thu sinh h c bán t ng h p aptamer trong ch t o c m bi n
ph t ng tr đi n hóa xác đ nh ch d u ung th ti n li t tuy n. K t qu nghiên c u này
là ti n đ cho đ nh h ng nghiên c u v c m bi n ph t ng tr đi n hóa phát hi n ch
d u sinh h c v i chi phí th p, khơng u c u đi u ki n b o qu n nghiêm ng t.
ng d ng thành công c u trúc đa l p gi a v t li u polyme ơxy hóa-kh Osmium và
enzyme trong c m bi n c m bi n đi n hóa enzyme th h th 2. K t qu nghiên c u
này là ti n đ cho đ nh h ng nghiên c u v c m bi n đi n hóa đo dịng phát hi n ch
d u sinh h c trên c s tác nhân sinh h c enzyme.
- Xây d ng quy trình ch t o quy mơ phịng thí nghi m 06 c m bi n đi n hóa s d ng
đi n c c in l i m c in các bon cho phép xác đ nh n ng đ ch d u kh i u trong ng ng
phát hi n s m các b nh ung th (ung th u t bào m m tinh, ung th ti n li t tuy n và
ung th gan). Các c m bi n đư ch t o có đ nh y vƠ đ ch n l c cao, yêu c u l ng
m u phân tích nh (c 3µL), th i gian phân tích nhanh (kho ng 30 phút), thao tác đ n
gi n, có kh n ng tích h p v i thi t b c m tay.
B c c c a lu n án:
CH
NG 1.
C M BI N SINH H C I N HÓA
NG D NG CH N OỄN B NH S M
Ch ng 1 trình bƠy ng n g n t ng quan lý thuy t v c m bi n sinh h c nói chung và c m
bi n sinh h c đi n hóa nói riêng. Khái ni m chung v ch d u kh i u và vai trị trong ch n
đốn s m đ i v i b nh ung th . Ba lo i ch d u kh i u ( -hCG, PSA, AFP) lƠ đ i t ng
nghiên c u c a lu n án c ng đ c trình b y chi ti t. Tình hình nghiên c u c m bi n sinh
h c đi n hóa ng d ng phát hi n ch d u kh i u trong c ng đ ng khoa h c trong n c và
qu c t .
CH
NG 2.
TH C NGHI M VÀ CÁC PH
NG PHỄP NGHIểN C U
Ch ng 2 trình bày hai ph ng pháp đi n hóa chính s d ng trong n i dung c a lu n án
lƠ ph ng pháp ph t ng tr đi n hóa (EIS) vƠ ph ng pháp quét th tu n hoàn (CV). Các
ph ng pháp kh o sát tính ch t và hình thái h c v t li u bi n tính b m t đi n c c nh
ch p nh hi n vi đi n t quét (SEM), ph tán x n ng l ng tia X (EDS), ph tán x
Raman. Quy trình th c nghi m ch t o c m bi n c ng nh quy ho ch s li u th c nghi m.
3
K thu t vi l u ly tơm tích h p v i đi n c c in l
hóa c ng s đ c trình bày chi ti t.
CH
NG 3.
i ng d ng trong c m bi n sinh h c đi n
C M BI N MI N D CH PHÁT HI N CH D U
-hCG
NG D NG CH N
OỄN U
T BÀO M M TINH
Ch ng 3 trình bƠy các k t qu nghiên c u ch t o c m bi n nh y kh i l ng s d ng
linh ki n vi cân tinh th th ch anh (QCM) và c m bi n ph t ng tr đi n hóa s d ng đi n
c c in l i m c in vàng (SPAuE). Kháng th đ n dòng -hCG đ c c đ nh lên đi n c c
vàng c m bi n thông qua liên k t c ng hóa tr gi a nhóm amin c a kháng th v i nhóm
cacboxyl c a mƠng đ n l p t l p ghép (MHDA). Hi u su t c đ nh đ u thu kháng th
đ c đánh giá thông qua kh o sát s thay đ i t n s dao đ ng c a QCM sau m i b c
công ngh ch t o c m bi n. Bên c nh đó, tác gi c ng ti n hành nghiên c u c m bi n
đi n hóa s d ng đi n c c SPAuE v i u đi m nh giá thành r , yêu c u m t l ng nh
dung d ch m u, d tích h p v i các thi t b c m tay. K t qu nghiên c u cho th y c m
bi n đi n hóa có d i làm vi c tuy n tính trong vùng n ng đ kháng nguyên -hCG t 4
đ n 100 ng/mL v i gi i h n phát hi n là 9,35 ng/mL, đáp ng yêu c u phát hi n ch d u
-hCG trong ch n đoán s m ung th t bào m m tinh.
CH
NG 4.
C M BI N APTAMER PHÁT HI N CH D U PSA
TH
NG D NG CH N
OỄN UNG
TI N LI T TUY N
Ch ng 4 trình bƠy các k t qu nghiên c u ch t o c m bi n ph t ng tr đi n hóa trên
c s đi n c c in l i m c in vƠng (SPAuE) vƠ đi n c c in l i m c in các bon (SPCE)
đ c bi n tính b i l p h t nano vàng. Trong nghiên c u nƠy, đ u thu sinh h c aptamer
đ c thay th cho đ u thu kháng th trong c m bi n mi n d ch. i m n i b t c a k t qu
lƠ đ u thu aptamer đ c c đ nh phơn tán trên đi n c c m c in các bon bi n tính b i l p
h t nano vƠng có kích th c t 10 ÷ 20 nm. Các k t qu th c nghi m thu đ c đư gi i thích
m t cách khoa h c và tr n v n c ch tín hi u c a c m bi n ph t ng tr đi n hóa s d ng
đ u thu aptamer. C m bi n đư ch t o có tính ch n l c cao vƠ đ tuy n tính cao trong d i
n ng đ kháng nguyên PSA t 2 ÷ 10 ng/mL, hoƠn toƠn đáp ng đ c yêu c u phát hi n
ch d u PSA trong ch n đoán ung th ti n li t tuy n.
CH
NG 5.
C M BI N MI N D CH PHÁT HI N CH D U AFP
TH
NG D NG CH N OỄN UNG
GAN
Ch ng 5 trình bày các k t qu nghiên c u ch t o c m bi n mi n d ch xác đ nh ch d u
AFP trên c s đi n c c in l i m c in các bon đ c bi n tính b i v t li u nano. u thu
kháng th AFP đ c c đ nh trên b m t đi n c c thông qua liên k t c ng hóa tr gi a
nhóm ch c -COOH (ho c -NH2) trên kháng th v i nhóm ch c -NH2 (ho c -COOH) bi n
tính trên b m t đi n c c. B m t đi n c c SPCE đ c bi n tính b i b n lo i v t li u khác
nhau: polyme d n đ ng trùng h p PPy-PPa, v t li u lai c u trúc nano hai chi u gi a
polyme PPy-PPa và ơxít graphene d ng kh đi n hóa (erGO), mƠng đ n l p t l p ghép
SAM(p-ATP), v t li u lai gi a poly(p-ATP) và h t nano vàng. Các gi i pháp bi n tính b
m t đi n c c giúp nâng cao hi u su t c đ nh đ u thu kháng th c ng nh c i thi n đáp
ng tín hi u đ i v i c m bi n ph t ng tr đi n hóa. K t qu nghiên c u cho th y b n lo i
4
