Cảm biến huỳnh quang đo hàm lượng đường dựa trên vật liệu nano zno đính hạt vàng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

Trần Đình Hồng

CẢM BIẾN HUỲNH QUANG
ĐO HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG DỰA TRÊN
VẬT LIỆU NANO ZNO ĐÍNH HẠT VÀNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

Trần Đình Hồng

CẢM BIẾN HUỲNH QUANG
ĐO HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG DỰA TRÊN
VẬT LIỆU NANO ZNO ĐÍNH HẠT VÀNG
Chuyên ngành: Quang học
Mã số :

8440130.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Cán bộ hướng dẫn: Ts. Mai Hồng Hạnh

Hà Nội - 2020


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Mai Hồng Hạnh,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn cũng
nhƣ trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trƣờng. Từ tận đáy lịng em xin kính
chúc cơ cùng gia đình mạnh khoẻ và đạt đƣợc nhiều thành cơng trong các nghiên
cứu mới.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô khoa Vật lý - Trƣờng Đại học
KHTN, đặc biệt là các thầy, cô giáo trong bộ môn Quang lƣợng tử đã hƣớng dẫn tạo
mọi điều kiện cho em đƣợc học tập và hoàn thành luận văn này.
Em xin cảm ơn các thầy, cơ giáo, các cán bộ Phịng Sau đại học, Phịng Cơng
tác và chính trị sinh viên, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN đã tạo
điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Tâm, Thịnh và các bạn/em khác trong
nhóm đã ln hỗ trợ nhiệt tình cho tơi/chị trong suốt q trình hồn thành luận văn
này.
Nhân dịp này, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, tạo điều
kiện cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc
gia (Nafotesd) đã tài trợ để tác giả hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, tháng 02 năm 2020
Học viên

Trần Đình Hồng

i


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Luận văn này đƣợc tài trợ bởi đề tài Nafosted tên là “Cảm biến huỳnh quang sinh
học dựa trên vật liệu ZnO và vật liệu ZnO đính hạt nano kim loại”, mã số: 103.03 2019.315

ii


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
MỤC LỤC ................................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................viii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. ix
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .................................................................................... 5
1.1 CẢM BIẾN HUỲNH QUANG SINH HỌC......................................................... 5
1.1.1 Cảm biến sinh học .............................................................................................. 5
1.1.1.2 Cảm biến huỳnh quang sinh học ..................................................................... 8

1.1.1.2.1 Huỳnh Quang và tâm phát quang ................................................................. 9
1.1.2.2. Sự dập tắt huỳnh quang ................................................................................ 12
1.1.2.3 Cấu tạo chung của cảm biến huỳnh quang sinh học và nguyên lý hoạt động13
1.1.2.3.1 Hoạt động dựa trên xúc tác và hoạt động dựa phát hiện liên kết ............... 14
1.1.2.3.2 Vật liệu cấu trúc nano ứng dụng trong cảm biến huỳnh quang sinh học. .. 15
1.2 CẢM BIẾN SINH HỌC ĐO HÀM LƢỢNG GLUCOSE .................................. 16
1.2.1. Cảm biến glucose bằng phƣơng pháp điện hóa .............................................. 16
1.2.2 Cảm biến glucose bằng phƣơng pháp huỳnh quang ........................................ 19
1.2.2.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến glucose huỳnh quang ............................ 19
1.2.2.1.1 Cơ chế dựa trên phát hiện liên kết với glucose .......................................... 20
1.2.2.1.2 Cơ chế dựa trên sự oxi hóa glucose ........................................................... 20
1.3 CẤU TRÚC TỔ HỢP Au/ZnO VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN
HUỲNH QUANG ĐO HÀM LƢỢNG ĐƢỜNG GLUCOSE KHÔNG SỬ DỤNG
ENZYME .................................................................................................................. 24
1.3.1 Vật liệu nano ZnO ............................................................................................ 24
1.3.1.1 Cấu trúc tinh thể của vật liệu nano ZnO ....................................................... 24
1.3.1.2 Các dạng hình thái của cấu trúc nano ZnO ................................................... 28
1.3.1.3 Tính chất quang của vật liệu cấu trúc nano ZnO .......................................... 29
1.3.2 Hạt nano vàng .................................................................................................. 30
1.3.3 Cấu trúc tổ hợp Au/ZnO................................................................................... 33

iii


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Hiệu ứng huỳnh quang tăng cƣờng kim loại – Metal enhanced fluorescence - MEF33
1.3.4 Cảm biến huỳnh quang sinh học đo nồng độ glucose không sử dụng enzyme

dựa trên vật liệu ZnO phủ vàng ................................................................................. 36
1.4 Tổng hợp cấu trúc tổ hợp ống nano ZnO phủ vàng ............................................ 39
1.4.1 Phƣơng pháp thủy nhiệt tổng hợp ống nano ZnO ............................................ 39
1.4.1.1 Tổng hợp thanh nano ZnO bằng phƣơng pháp thủy nhiệt ............................ 39
1.4.1.1.1 Phƣơng pháp thủy nhiệt kết hợp hiệu ứng pin Galvanic ............................ 41
1.4.1.1.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt kết hợp pha bão hòa ............................................ 42
1.4.1.2 Phƣơng pháp tổng hợp ống nano ZnO .......................................................... 43
1.4.1.2.1 Phƣơng pháp ăn mịn hóa học .................................................................... 43
1.4.1.2.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt ............................................................................. 43
1.4.2 Chế tạo hạt vàng bằng phƣơng pháp phún xạ .................................................. 44
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................ 46
2.1 DỤNG CỤ VÀ HĨA CHẤT .............................................................................. 46
2.1.1 Hóa chất ........................................................................................................... 46
Đế đƣợc sử dụng là đế đồng. ..................................................................................... 48
2.1.2 Thiết bị ............................................................................................................. 48
2.2 QUY TRÌNH TỔNG HỢP ỐNG NANO ZnO ................................................... 49
2.2.1 Quy trình tạo lớp mầm ZnO trên đế đồng ........................................................ 49
2.2.1.1 Quá trình xử lý đế đồng ................................................................................ 49
2.2.1.2 Quy trình tạo mầm ZnO trên đế đồng ........................................................... 50
2.2.2 Quy trình tổng hợp thanh nano ZnO ................................................................ 50
2.2.1.3 Quy trình phủ vàng lên các ống nano ZnO ................................................... 51
2.3 KHẢO SÁT ĐỘ NHẠY CỦA VẬT LIỆU ỐNG NANO ZNO PHỦ VÀNG
VỚI CÁC NỒNG ĐỘ ĐƢỜNG KHÁC NHAU ..................................................... 52
2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT HÌNH THÁI, CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT QUANG CỦA THANH NANO ZnO ........................................................... 53
2.4.1. Phƣơng pháp, thiết bị khảo sát hình thái, cấu trúc thanh nano ZnO ............... 53
2.4.1.1 Kính hiển vi điện tử quét SEM ..................................................................... 53
2.4.1.2 Phƣơng pháp đo quang phổ Raman .............................................................. 56
2.4.1.3 Phƣơng pháp đo phổ nhiễu xạ tia X .............................................................. 58

iv


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

2.3.2 Phƣơng pháp, thiết bị khảo sát tính phổ huỳnh quang ..................................... 60
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 62
3.1 HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA ỐNG NANO ZNO PHỦ VÀNG .............. 62
3.1.1 Hình thái học của ống nano ZnO phủ vàng ..................................................... 62
3.1.2 Cấu trúc ống nano ZnO .................................................................................... 63
3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG ................................................ 67
3.2.1 Quang phổ huỳnh quang (PL) của ống nao ZnO ............................................. 67
3.2.2 Hiệu ứng tăng cƣờng huỳnh quang của của cấu trúc nao ZnO phủ vàng ........ 68
3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH PHÁT QUANG VÀ THỜI GIAN
ĐÁP ỨNG. ................................................................................................................ 71
3.4 KHẢO SÁT ĐỘ NHẠY CỦA CẢM BIẾN DỰA TRÊN CẤU TRÚC NANO
ZNO PHỦ VÀNG. .................................................................................................... 74
3.4.1 Khảo sát độ nhạy của cảm biến ........................................................................ 74
3.4.2 Sự dập tắt huỳnh quang của ống nano ZnO phủ vàng trong H2O2 và cơ chế
hoạt động của cảm biến huỳnh quang sinh học đo nồng độ glucose dựa trên ống
nano ZnO phủ vàng. .................................................................................................. 79
3.4.2.1 Sự dập tắt huỳnh quang của ống nano ZnO phủ vàng trong H2O2 ............... 79
3.4.2.2 Cơ chế hoạt động của cảm biến huỳnh quang đo hàm lƣợng đƣờng dựa trên
ống nano ZnO phủ vàng. ........................................................................................... 81
3.5 KHẢO SÁT ĐỘ CHỌN LỌC CỦA CẢM BIẾN............................................... 82
3.6 KẾT QUẢ ĐO NỒNG ĐỘ GLUCOSE TRONG MẪU HUYẾT THANH
NGƢỜI CỦA CẢM BIẾN ........................................................................................ 85
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN ..................................................................................... 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 90

v


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ khối cấu tạo cảm biến sinh học. ....................................................... 5
Hình 1.2: Giản đồ cơ chế phát huỳnh quang. ............................................................. 9
H nh 3 Một số chất màu hữu cơ phát huỳnh quang có phổ từ xanh tới đỏ ........... 10
Hình 1.4: Cấu trúc (a) và phổ phát quang của GFP (b)........................................... 11
Hình 1.5: Giản đồ cơ chế dập tắt huỳnh quang do FRET: Sự chồng lấn phổ phát
quang giữa donor và acceptor (trái); sự truyền năng lƣợng huynh quang (phải). .... 13
Hình 16: Sơ đồ dập tát huỳnh quang do va chạm. ................................................... 13
Hình 1.7: Sự thay đổi cấu trúc và cơ chế hoạt động của cảm biến điện hóa glucose
qua các thế hệ. ........................................................................................................... 18
Hình 1.8: Cơ chế hoạt động của cảm biến huỳnh quang sinh học glucose dựa trên
FRET ......................................................................................................................... 20
Hình 1.9: Sự thay đổi tính chất hấp thụ và phát quang phụ thuộc vào độ pH. ........ 21
Hình 1.10: Cơ chế phát hiện glucose thơng qua sự dập tắt huỳnh quang của chấm
lƣợng tử CdTe đốp Mn2+ gây ra bởi H2O2 ............................................................... 22
Hình 1.11: Cấu trúc Wurtzite của ZnO .................................................................... 25
Hình 1.12: Cấu trúc lập phƣơng kiểu NaCl.............................................................. 27
Hình 1.13: Cấu trúc giả kẽm của ZnO. .................................................................... 28
Hình 1.14: Một số dạng cấu trúc nano ZnO ............................................................. 29
Hình 1.15: Phổ huỳnh quang thƣờng thấy của ZnO tại nhiệt độ phịng .................. 30
Hình 1.16: Sự dao động của các điện tử của hat nano kim loại dƣới tác dụng của

sóng ánh sáng điện từ. ............................................................................................... 31
Hình 1.17: Sƣ thay đổi phổ hấp thụ của cấu trúc nano vàng theo hình dạng (a), kích
thƣớc (b), tỷ số diện tích / thể tích (c,d) .................................................................... 32
H nh

8: Cơ chế tăng cƣờng huỳnh quang của cấu trúc Au/ZnO thông qua cộng

hƣởng plasmon bề mặt .............................................................................................. 34
H nh

9: Cơ chế dập tắt do va chạm gây ra bởi các phân tử H2O2 đề xuất bởi Kim... 37

Hình 1.20: Sơ đồ minh hoạ quá trình tổng hợp dựa trên tế bào galvanic của các
thanh nano ZnO. ........................................................................................................ 42
Hình 1.21: Quá trình tổng hợp ống nano ZnO bằng phƣơng pháp thủy nhiệt ......... 44
H nh

: Sơ đồ hoạt động buồng phún xạ vàng lên bề mặt ZnO .......................... 45

vi


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Hình 2.1: Máy khuấy từ và gia nhiệt ........................................................................ 49
Hình 2.2: Lị nung và ủ mẫu Naberthern GmbH ...................................................... 49
Hình 2.3: Cân điện tử XT 220A ............................................................................... 49
Hình 2.4: Quy trình làm đế tạo mầm ZnO ............................................................... 50

Hình 2.5: Quy trình đặt mẫu tạo ống nano ZnO ...................................................... 51
Hình 2.6: JEO JFC – 1200 FINE COATER ............................................................ 52
Hình 2.7: Sơ đồ hình thành các hạt nano vàng trên bề mặt ZnO ............................. 52
Hình 2.8: Nhỏ đƣờng glucose trên mẫu ống nano ZnO ........................................... 53
Hình 2.9: Kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM) NANOSEM 450. .......................... 56
Hình 2.10: Máy đo quang phổ Raman Labram HR ................................................. 58
Hình 2.11: Máy đo phổ nhiễu xạ tia X. .................................................................... 60
Hình 2.12: Hệ huỳnh quang sử dụng laser He - Cd 325nm. .................................... 60
Hình 2.13: Máy quang phổ SP 2500i. ...................................................................... 61
H nh 3 : Ảnh SEM của mẫu ống nano ZnO(a) và ống nano ZnO phủ vàng(b) ..... 62
H nh 3 : Phổ nhiễu xạ tia X của ống nano ZnO và ống ZnO phủ vàng. ................ 63
Hình 3.3: Phổ nhiễu xạ tia X của ống ZnO và ZnO với các lớp vàng có độ dày
khác nhau. ................................................................................................................. 66
H nh 3 4: Quang phổ huỳnh quang của ống nano ZnO............................................ 67
H nh 3 5 a : Phổ PL của mẫu ống nano ZnO và ZnO đƣợc phủ hạt nano vàng với
thời gian phún vàng 5, 10, 15, 20, 30s. ..................................................................... 68
H nh 3 5

: Đồ thị thể hiện sự thay đổi cƣờng độ đỉnh UV của mẫu ống nano ZnO

phủ hạt vàng theo thời gian phún vàng so với mẫu thuần ống ZnO. ........................ 69
H nh 3 6: Cơ chế tăng cƣờng huỳnh quang cấu trúc Au/ZnO ................................. 70
H nh 3 7: Đồ thị khảo sát sự ổn định phát quang của các mẫu ống nano ZnO phủ
vàng theo thời gian. ................................................................................................... 72
H nh 3 8: Đồ thị thể hiện sự thay đổi cƣờng độ PL của mẫu ống nano Au(10s)/ZnO
đã đƣợc cố định đƣờng glucose theo thời gian. ........................................................ 73
Hình 3.9: Ảnh SEM của ống nano ZnO phủ vàng sau khi đƣợc nhỏ 15

glucose

nồng độ 10mM. ......................................................................................................... 74

vii


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Hình 3.10: Phổ PL của các ống nano ZnO phủ Au đã xử lý bằng dung dịch glucose
nồng độ 0,05mM-14mM. Cƣờng độ đƣợc chu n hóa với cƣờng độ đỉnh PL của các
mẫu ống Au/ZnO chƣa đƣợc nhỏ glucose. ............................................................... 75
Hình 3.11: Thay đổi cƣởng độ đỉnh PL mẫu ống nano ZnO phủ nano vàng (phún xạ
trong 10s)theo nồng độ dung dịch glucose . ............................................................. 76
H nh 3

: a Phổ PL của ống nano Au(10s)/ZnO thay đổi theo nồng độ của H2O2...... 79

H nh 3

: Sự thay đổi cƣờng độ đỉnh PL của mẫu Au(10s)/ZnO theo nồng độ H2O2 . 80

Hình 3.13: Cơ chế dập tắt PL của các ống nano ZnO phủ vàng sau khi đƣợc nhỏ
glucose. ...................................................................................................................... 82
Hình 3.14: Phổ huỳnh quang của ống nano Au(10s)/ZnO đƣợc khảo sát với (a)
0,1Mm AA; (b) 40g/L BSA; (c) 3mM glucose và 3mM glucose cộng với 1mM mỗi
loại sucrose, maltose, fructose. ................................................................................. 83
H nh 3 5: Phổ PL của mẫu ống nano Au(10s)/ZnO với các mẫu serum có nồng độ
từ 0,1 – 7,61mM. Cƣờng độ phổ đƣợc chu n hóa so với cƣờng độ của mẫu ống
nano ZnO khi nồng độ glucose bằng 0mM. .............................................................. 85

H nh 3 6: So sánh tƣơng quang nồng độ glucose đo đƣợc bằng dập tắt huỳnh
quang và kết quả cung cấp bởi bệnh viện. ................................................................ 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU
ảng

: Các phần tử có thể đƣợc dùng để chế tạo cảm biến sinh học .................... 6

ảng

: Các thông số mạng cơ bản của ZnO ........................................................ 26

ảng

: Danh mục hóa chất sử dụng. .................................................................... 46

ảng

: Dụng cụ và thiết bị ................................................................................... 48

ảng 3: Các thông số kỹ thuật của máy Labram HR 800 ..................................... 57
ảng 3 : Bảng so sánh tỷ lệ cƣờng độ đỉnh phổ 382nm của các mẫu ống ZnO phủ
vàng so với mẫu khi chƣa phún xạ và tỷ lệ cƣờng độ đỉnh phổ 382nm so với đỉnh
phổ bƣớc sóng 577nm. .............................................................................................. 69

viii


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AA – Ascobic Acid
Au/ZnO – cấu trúc tổ hợp ống nano ZnO phủ vàng
BSA – Bovin Serum Abumin
CB – Conduction Band – Vùng dẫn
ConA – Concanavalin A
EG – Enzyme glucose – Cảm biến sinh học đo đƣờng có enzyme
FAD - Flavin adenine dinucleotide
FRET – Fưrster Resonance Energy Transfer – Sự truyền năng lƣợng
cộng hƣởng Förster
GBP – Glucose binding protein – Protein liên kết glucose
GOx – Glucose oxidase – enzyme oxi hóa glucose
GFP – Green fluourescent protein
HMT - C6H12 N4 - Hexa-methylene-tetramine
IDF - International Diabetes Federation – Liên đoàn Thế giới về bệnh
tiểu đƣờng
IEP - isoelectric point – Điểm đẳng điện
NEG - Non–enzyme glucose – Cảm biến đo glucose khôngenzyme
PL – Photoluminescence – Phổ huỳnh quang
QDs – Quantum dots – Chấm lƣợng tử
RDE – Radiative decay engineering – Kỹ thuật phân rã bức xạ
SEM – Scanning electron micrograph – Hiển vi điện tử quét
SPR – Surface plasmon resonance – Cổng hƣởng plasmon bề mặt
UA – Uric Acid
UV- Ultraviolet – Tia cực tím

ix

Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

VB – Valence Band – Vùng hóa trị
XRD – X-ray diffraction – Nhiêu xạ tia X
ZnO – Zinc Oxide – Kẽm oxit

x


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

MỞ ĐẦU
Bệnh tiểu đƣờng là một trong những căn bệnh phổ biến trên thế giới với số
lƣợng ngƣời mắc bệnh tăng nhanh chóng. Ƣớc tính có xấp xỉ 463 triệu ngƣời mắc
bệnh trên khắp thế giới năm 2019 và con số này có thể tăng lên thành 700 triệu
ngƣời vào năm 2045 [38]. Ngƣời mắc bệnh có thể phải chịu những biến chứng nguy
hiêm gây ra do bệnh tiểu đƣờng nhƣ suy giảm hệ thống thần kinh, các bệnh về tim
mạch, mù lòa. Mặc dù mức độ nguy hiểm của bệnh nhƣng cho đến nay vẫn chƣa có
phƣơng pháp chữa trị hồn tồn bệnh tiểu đƣờng. Bệnh nhân chỉ có thể giảm tác
động xấu của bệnh thông qua việc theo dõi sát sao lƣợng đƣờng huyết trong cơ thể.
Vì vậy việc kiểm tra lƣợng đƣờng huyết chính xác với độ tin cậy cao vẫn là một vấn
đề nghiên cứu đƣợc quan tâm ở thời điểm hiện tại.
Cảm biến đo nồng độ đƣờng glucose đã đƣợc phát triển cách đây hơn 50 năm
bởi Clark và Lyons dựa trên phƣơng pháp điện hóa với cấu trúc điện cực gắn
enzyme năm 1962 [16]. Kể từ đó, các cảm biến đo hàm lƣợng đƣờng dựa trên

phƣơng pháp điện hóa liên tục đƣợc phát triển. Tuy nhiên, các loại cảm biến này
thƣờng yêu cầu sử dụng tác nhân oxy hóa là enzyme khiến chúng có cấu trúc phức
tạp và độ tin cậy chịu sự ảnh hƣởng của các điều kiện môi trƣờng nhƣ độ m, nhiệt
độ, độ pH và ảnh hƣởng bởi các chất nền khác nhƣ acid ascorbic (AA), uric acid
(UA) khi tiến hành đo thử với mẫu máu ngƣời [51][69][68]. Đồng thời nguyên lý
hoạt động dựa trên cảm biến điện hóa có nhƣợc điểm là tín hiệu điện thu đƣợc dễ bị
ảnh hƣởng bởi các nhiều điện từ gây ra bởi các chất khác nếu có trong mẫu làm suy
giảm độ chính xác của phép đo. Vì vậy việc phát triển các loại cảm biến đƣờng
glucose không cần sử dụng tới enzyme dựa trên các phƣơng pháp cảm biến khác với
cảm biến điện hóa đƣợc xem là một hƣớng nghiên cứu tiềm năng nằm nâng cao độ
tin cậy, độ chính xác của cảm biến.
Với mục đích cải tiến và nâng cao khả năng cảm biến chất sinh học nói chung
hay đƣờng glucose nói riêng đồng thời khắc phục những nhƣợc điểm tồn tại trên các
cảm biến điện hóa, nhiều nghiên cứu phát triển các loại cảm biến dựa trên phƣơng

1


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

pháp quang học đã đƣợc đề xuất hình thành hệ thống các cảm biến quang sinh học
[82][28]. Trong đó, cảm biến huỳnh quang là một trong những loại cảm biến quang
sinh học đang đƣợc phát triển với hứa hẹn nâng cao độ nhạy cũng nhƣ sự chính xác
của các cảm biến. Cảm biến huỳnh quang hoạt động dựa trên hiện tƣợng phát huỳnh
quang của vật liệu trong cảm biến. Cụ thể, sự thay đổi trong phổ phát quang của các
tâm phát quang trong cảm biến đƣợc sử dụng để chỉ ra sự có mặt cũng nhƣ xác định
nồng độ của chất phân tích.
Cùng với sự phát triển của công nghệ và khoa học vật liệu, các vật liệu có cấu

trúc nano ngày càng đƣợc chú ý đến, đặc biệt là trong việc chế tạo cảm biến quang
sinh học nhờ vào các đặc tính ƣu việt về kích thƣớc, cấu trúc bề mặt, tính dính ƣớt,
tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích, khả năng phát quang. Trong các vật liệu cấu trúc
nano, ZnO là một loại vật liệu tiềm năng trong việc phát triển các cảm biến huỳnh
quang sinh học nhờ các tính chất nổi bật nhƣ: là chất bán dẫn vùng cấm thẳng có độ
rộng vùng cấm khoảng 3,37 eV ở nhiệt độ phịng, có năng lƣợng liên kết exciton cỡ
60 meV, lớn hơn rất nhiều so với năng lƣợng liên kết exciton trong một số loại vật
liệu bán dẫn khác, ổn định với môi trƣờng. Đặc biệt ZnO cũng là một vật liệu an
tồn với mơi trƣờng, khơng độc hại với điểm đẳng điện cao (IEP) khoảng 9,5 tạo
thuận lợi cho sự hấp phụ các vật liệu IEP thấp hơn, chẳng hạn nhƣ protein và
glucose tạo điều kiện để đƣợc sử dụng trong nghiên cứu y sinh học, môi trƣờng cụ
thể là trong việc phát triển các loại cảm biến huỳnh quang sinh học [98][82][26].
Bên cạnh ZnO, các cấu trúc nano vàng cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong cảm biến
sinh học nhờ kích thƣớc nhỏ, tính tƣơng thích sinh học cao và đặc biệt là hiện tƣợng
cộng hƣởng plasmon bề mặt [52][62][56]. Sự kết hợp giữa ZnO và Au mang lại
nhiều tính chất đặc biệt nhƣ khả năng tăng cƣờng huỳnh quang và diện tích bề mặt
khiện loại vật liệu này hứa hẹn sẽ góp phần nâng cao hơn nữa khả năng hoạt động
của cảm biến huỳnh quang.
Trong luận văn này, tác giả phát triển một loại cảm biến dựa trên cấu trúc nano
của vật liệu ZnO phủ vàng để xác định nồng độ của đƣờng glucose bằng phƣơng
pháp huỳnh quang mà không cần phải sử dụng tới enzyme. Cấu trúc nano sử dụng

2


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

trong cảm biến chính là các ống nano ZnO phủ vàng đƣợc tổng hợp trên đồng với

giá thành thấp bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. Các hạt vàng và lớp vàng sẽ đƣợc phủ
lên bề mặt các ống nano ZnO bằng phƣơng pháp phún xạ. Cấu trúc và hình thái học
của ống nano ZnO đƣợc tổng hợp trên đế đồng cũng đƣợc khảo sát bằng kính hiển
vi điện tử quét SEM, nhiễu xạ tía X, quang phổ Raman và phổ PL.
Cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp ZnO/Au đƣợc kiểm tra thời gian phản hồi,
xây dựng đƣờng chu n dùng để xác định độ nhạy sẽ đƣợc sử dụng để đo nồng độ
Glucose trong mẫu máu serum và so sánh với kết quả xét nghiệm lâm sàng đề đánh
giá độ chính xác của cảm biến. Độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến cũng đƣợc
kiểm tra với các chất khác có trong máu ngƣời, uric acid, bovin serum abumin
(BSA), fructose, maltose, sucrose. Cuối cùng cảm biến đƣợc dùng để đo hàm lƣợng
glucose với mẫu huyết thanh của máu ngƣời đƣợc cung cấp bởi bệnh viện địa
phƣơng.
Cấu trúc của luận văn:
Các kết quả nghiên cứu của luận văn đƣợc viết thành 4 chƣơng có bố cục nhƣ
sau:
 Chƣơng : Tổng quan
Trình bày tổng quan về các cảm biến sinh học và cảm biến huỳnh quang sinh
học nói chung. Đồng thời, cảm biến đo hàm lƣợng đƣờng glucose bằng các phƣơng
pháp điện hóa và huỳnh quang cũng đƣợc trình bày cụ thể về cấu tạo, nguyên lý
hoạt động. Trình bày cấu trúc cũng nhƣ một số tính chất của vật liệu nano ZnO, hạt
nano vàng và cấu trúc tổ hợp Au/ZnO. Đồng thời trình bày phƣơng pháp tổng hợp
cấu trúc ống nano ZnO phủ vàng bằng phƣơng pháp thủy nhiệt kết hợp phún xạ.
 Chƣơng : Thực nghiệm
Trình bày các bƣớc thực nghiệm để tổng hợp ống ZnO phủ vàng, các thiết bị
khảo sát cấu trúc và hình thái bề mặt của ống nano ZnO phủ vàng. Quá trình khảo
sát độ nhạy, độ chọn lọc của vật liệu cũng đƣợc đề cập.

3

Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

 Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
Trình bày các kết quả tổng hợp và khảo sát hình thái cấu trúc ống nano ZnO
phủ vàng cũng nhƣ độ nhạy, độ chọn lọc của cảm biến đo hàm lƣợng glucose dựa
trên cấu trúc vật liệu tổ hợp này.
 Chƣơng 4: Kết luận
Chƣơng này là kết luận chung của toàn luận văn và hƣớng nghiên cứu tiếp
theo.

4


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 CẢM BIẾN HUỲNH QUANG SINH HỌC
1.1.1 Cảm biến sinh học
Leland C. Clark đƣợc xem là cha đẻ của cảm biến sinh học khi lần đầu tiên
đề xuất điện cực enzyme vào năm 1962 [16]. Sau đó, các nhà khoa học ở mọi lĩnh
vực từ hóa học, khoa học vật liệu, đến vật lý đã nghiên cứu và phát triển thêm
nhiều loại cảm biến sử dụng trong y học, ch n đoán lâm sàng, công nghệ sinh học
hay nông nghiệp [51][85][78][82][33][4]. Ứng dụng của cảm biến sinh học thậm
chí cịn đƣợc sử dụng trong quân sự với mục đích phát hiện và ngăn chặn khủng
bố sử dụng vũ khí sinh học [85].
Cảm biến sinh học đƣợc định nghĩa là một loại cảm biến có thể phát hiện và

theo dõi các thực thể sinh học nhƣ các phân tử sinh học, acid nucleic, enzyme,
kháng thể, thành phần tế bào hay thế bào thông qua sự tƣơng tác của các chất phân
tích này với cảm biến [85].

Hình 1.1: Sơ đồ khối cấu tạo cảm biến sinh học.

5


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Cảm biến sinh học nói chung gồm 3 thành phần: (1) đầu thu sinh học/phần tử
nhận biết sinh học, (2) bộ ph n chuyển đổi tín hiệu sinh học, (3) bộ phận thu và xử
lý tín hiệu (hình 1.1). Trong một cảm biến sinh học, đầu thu sinh học đóng vai trị
là bộ phận nhận biết sự có mặt của chất phân tích; bộ ph n chuyển đổi tín hiệu
sinh học biến tín hiệu xuất hiện từ sự tƣơng tác của chất phân tích và đầu thu thành
các tín hiệu có thể đo đạc đƣợc, tùy theo loại tƣơng tác mà tín hiệu đƣợc sinh ra từ
bộ phận chuyển đổi có thể là tín hiệu điện, quang, từ…;và cuối cùng bộ phận thu
và xử lý tín hiệu giúp thu tín hiệu đầu ra từ bộ phận chuyển đổi và xử lý thông qua
hệ thống điện tử để thu đƣợc kết quả đọc đƣợc[85][86][33].
ảng

: C c ph n t c th đ

c

ng đ chế tạo cảm iến sinh học [86].

Phần tử nhận biết sinh học/đầu thu sinh Phần tử chuyển đổi/ tín hiệu đo
học
đƣợc
Các cơ chế sinh vật

Hiệu điện thế

Mơ

Dịng điện

Tế bào

Độ dẫn

Bào quan

Tổng trở

Màng tế bào

Tính chất quang

Enzyme

Tính chất nhiệt

Thành phần cấu tạo nên enzyme

Tín hiệu âm

Thụ thể sinh học

Tín hiệu cơ

Kháng thể

Điện tử phân tử (molecular
electronic)

Acid nucleic
Phân tử hữu cơ
Vật liệu vô cơ cấu trúc nano

Cảm biến quang sinh học có thể sử dụng nhiều các loại vật liệu từ hữu cơ
sinh học nhƣ các loại enzyme, kháng thể, kháng nguyên, axit nucleic, thụ thể sinh

6


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

học…. tới các vật liệu vô cơ nhƣ là vật liệu bán dẫn nano, chấm lƣợng tử, kim
loại, oxit kim loại, graphen…. để nhận biệt chất phân tích [85][13][33].
C c ti u ch chất lƣ ng của cảm iến sinh học
Song hành với các nghiên cứu cải thiện chất lƣợng cảm biến sinh học, các
tiêu chí chất lƣợng (performance criteria) đóng vai trị khơng thể thiếu trong đánh
giá, so sánh cảm biến sinh học. Các tiêu chí này tập trung vào đánh giá hiệu suất

sử dụng nhiều hơn là đánh giá bản chất quá trình sinh hóa xảy ra bên trong một
cảm biến sinh học. Năm 1994, R. P. Buck đã thống kê các tiêu chí chất lƣợng đối
với các hệ cảm biến điện cực, đƣợc Hiệp hội Hóa học và Hóa học ứng dụng Quốc
tế (IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry) cơng bố [11].
Sau đó các tiêu chí này đƣợc thu hẹp trên đối tƣợng cảm biến sinh học bởi D.R.
Thesvenot bao gồm độ chọn lọc và độ tin cậy, thời gian phản ứng và tính lặp lại,
độ bền và thời gian sống [86].
Các thông số hiệu chỉnh bao gồm độ nhạy, khoảng hoạt động hay khoảng
tuyến tính và giới hạn hát hiện; đƣợc xác định thông qua khảo sát sự phụ thuộc
của tín hiệu đầu ra (S) và nồng độ của đối tƣợng (C). Sự phụ thuộc giữa S và C có
thể đƣợc vẽ ở dạng đồ thị S(C), S(logC), hay logS(logC) tùy thuộc vào bản chất
tƣơng tác của đối tƣợng sinh học và q trình chuyển đổi tín hiệu – đồ thị này gọi
là “đƣờng cong chu n” (calibration curve) hay “đƣờng chu n”. Vùng hoạt động
của cảm biến là khoảng tuyến tính của đƣờng cong chu n; và độ dốc của đoạn
tuyến tính chính là độ nhạy của cảm biến.
a) Đ chọn lọc và

tin cậ

Độ chọn lọc đƣợc coi là một trong những tính đặc trƣng của cảm biến sinh
học do sự bắt cặp giữa đối tƣợng cần nhận biết với thụ thể trong phần tử nhận biết.
Sự thay đổi phần tự nhận biết sẽ thay đổi cấu trúc cảm biến và thay đổi độ chọn
lọc của cảm biến. Độ tin cậy của cảm biến đƣợc đánh giá thông qua độ chọn lọc.

7


Luận văn thạc sĩ

b) Thời gian

Trần Đình Hồng

p ứng.

Thời gian đáp ứng có thể đánh giá hiệu suất đo đạc của cảm biến – có thể
hiểu là khoảng thời gian trễ để thu đƣợc tín hiệu ổn định từ chất phân tích sau khi
tiến hành phép đo. Thời gian đáp ứng đƣợc xác định theo các cách khác nhau đối
với từng loại cảm biển. Trong cảm biến điện hóa, thời gian đáp ứng đƣợc xác định
thông qua xác định thời gian trễ sau khi tăng nồng độ chất phân tích và đƣợc xác
định ở vị trí tín hiệu điện đạt 90% so với biến thiên tín hiệu dựa trên kỹ thuật đo
dòng – thời gian [86]. Đối với cảm biến huỳnh quang, thời gian đáp ứng có thể thu
đƣợc từ đồ thị thể hiện sự biến thiên cƣờng độ huỳnh quang theo thời gian sau khi
các tâm phát quang đƣợc kích thích tiếp xúc với phân tử chất phân tích [45].
c) T nh l p lại

ổn ịnh

Cũng giống nhƣ các phép đo khác, tính lặp lại của cảm biến sinh học đƣợc
tính tốn dựa trên sai số của phép đo. Trong khi đó, độ ổn định vẫn ln là thách
thức với cảm biến sinh học. Các phần tử sinh học ln rất nhạy với mơi trƣờng, vì
vậy độ nhạy của cảm biến cũng bị ảnh hƣởng khá nhiều bởi các yếu tố môi trƣờng
nhƣ nhiệt độ, độ m, hay điều kiện bảo quản. Bên cạnh đó, các phần tử sinh học
thƣờng không bền ở các điều kiện bảo quản thƣờng vì vậy thời gian hoạt động của
các cảm biến sinh học không cao. Phƣơng pháp giải quyết thƣờng là các mẫu cảm
biến đƣợc bảo quản trong điều kiện đạc biệt và sử dụng một lần.
Cảm biến sinh học có thể đƣợc phân loại dựa theo cơ chế chuyển đổi tín hiệu
của bộ phận chuyển đổi thành: Cảm biến huỳnh quang, cảm biến chỉ thị màu, cảm
biến điện hóa, cảm biến từ sinh học [85][33][17][16][47]. Trong các loại cảm biến,
việc sử dụng phổ huỳnh quang đƣợc xem là công nghệ tƣơng lai của cảm biến bởi

vì độ chọn lọc, độ nhạy và thời gian đáp ứng tốt có thể đƣợc sử dụng trong ch n
đốn lâm sàng, theo dõi mơi trƣờng, hay an toàn thực ph m [85][47][98]
1.1.1.2 Cảm biến huỳnh quang sinh học
Cảm biến huỳnh quang hoạt động dựa trên sự phát huỳnh quang của các tâm
phát quang. Các cảm biến thuộc loại này đƣợc thiết kế sao cho sự thay đổi bƣớc

8


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

sóng hoặc cƣờng độ đỉnh huỳnh quang của các tâm phát quang tỷ lệ với sự thay
đổi nồng độ chất phân tích. Giải Nobel hóa học năm 2008 đã đƣợc trao cho ba nhà
khoa học khám phá và phái triển các loại protein phát huỳnh quang, tạo lập nên
một nhóm lớn các loại cảm biến sinh học [84]. Sự phát triển của các công nghệ
nano cũng cho phép chế tạo các loại vật liệu nano có nhiều tính chất chất hóa học,
vật lý và sinh học ƣu việt so với vật liệu khối, đặc biệt là tính chất phát quang đặc
trƣng khiến vật liệu nano cũng đƣợc chú trọng sử dụng trong việc nghiên cứu phát
triển một loại cảm biến sinh học mới [47][33][22].
1.1.1.2.1 Huỳnh Quang và tâm phát quang
Huỳnh quang là sự phát ánh sáng của một chất sau khi chất đó hấp thụ ánh
sáng. Hiện tƣợng xảy ra khi một phân tử hoặc cấu trúc có đặc tính huỳnh quang
đƣợc chiếu sáng, ánh sáng chiếu tới tới kích thích điện tử lên các mức năng lƣợng
cao hơn. Sau đó, các phân tử và cấu trúc bị kích thích trở lại trạng thái ban đầu và
phát xạ ánh sáng. Ánh sáng phát ra có năng lƣợng thấp hơn ánh sáng chiếu tới dẫn
đến sự dịch đỏ của phổ phát xạ. Cơ chế phát huỳnh quang có thể đƣơc mơ tả thơng
qua giản đổ Jablonski [39]

Hình 1.2: Giản đồ cơ chế phát huỳnh quang.

9


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Huỳnh quang là cơ chế gây nên màu sắc của các khoáng chất phất quang hay
màu sơn huỳnh quang khi đƣợc chiếu sáng bởi các ánh sáng ở vùng UV.
Một tâm phát quang là một phân tử có thể hấp thụ năng lƣợng của một bƣớc
sóng nhất định nào đó sau đó phát ra ánh sáng với bƣớc sóng khác. Các tâm phát
quang có thể rất đa dạng. Chúng có thể là họ các chất hữu cơ tổng hợp, phổ biến là
phân tử chất màu với các liên kết cộng phối hợp

(C=C) xuất hiện trong các vịng

benzene (hình 1.3). Vấn đề gặp phải khi sử dụng các chất màu là chúng có khả
năng làm biến tính sinh học hoặc khó để phân tích khi tiếp xúc với các mẫu sinh
học bởi vì chúng là các vật thể hữu cơ ngoài cơ thể [18].

nh 2.3 Một số chất màu hữu cơ phát huỳnh quang có phổ từ xanh tới đỏ
Họ tâm phát quang tiếp theo là các protein huỳnh quang đƣợc phát hiện lần
đầu bởi Shimoura và Johnson [75]. Các protein huỳnh quang thƣờng gồm một
phần phát quang liên kết cộng hóa trị với 11 protein gấp nếp

và 6 protein xoắn

bao quanh đƣợc mô tả trong hình 1.4 bên dƣới. Kể từ khi phát ra wt GFP, các nhà

khoa học đã tạo ra đƣợc thêm các loại protein huỳnh quang (FP) khác hoàn thiện
về khả năng phát huỳnh quang, độ sáng hay tính bền quang học. Hiện nay, các loại
biến thể của GFP hay FP có thể phát sáng trong dải từ màu xanh tới đỏ. Tính ƣu
việt của các protein huỳnh quang này là chúng có thể khu trú và phát huỳnh quang
ngay trong tế báo hay thậm chí cơ thể sống [34].

10


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

a)

b)

Hình 1.4: Cấu trúc (a) và phổ phát quang của GFP (b)
Họ các tâm phát quang thứ ba là các vật liệu vô cơ cấu trúc nano. Chúng có
thể là chấm lƣợng tử bán dẫn (QDs) nhƣ CdSe, ZnS.., hạt nano silica đốp chất
màu, cụm nano kim loại - vàng/bạc [33]. Chấm lƣợng tử bán dẫn là các hạt nano
bán dẫn có đƣờng kính từ 2 -10nm gồm khoảng 200-10 000 nguyên tử. Phổ quỳnh
quang của chấm lƣợng tử đặc trƣng bởi kích thƣớc của hạt, với đỉnh phổ hẹp, độ
sáng cao, sự dịch Stoke lớn [88]. Khi so sánh với các chất màu và protein huỳnh
quang, các chấm lƣợng tử có sự vƣợt trội về độ bền quang học, hiệu suất lƣợng tử
tuy nhiên một số chấm lƣợng tử nhƣ CdSe lai có nhƣợc điểm là tính độc [27][15].
Các hạt silica đốp chất màu cũng đƣợc sử để bao bọc quanh chất màu từ đó nâng
cao độ bền quang học cũng nhƣ sự an tồn của các chất màu huỳnh quang nhờ
dụng tính tƣơng thích sinh học của vật liệu silica[12]. Các hạt nano kim loại trơ
nhƣ vàng và bạc dùng trong cảm biến huỳnh quang dựa trên tính chất đặc biện của

chúng đó là hiện tƣơng cộng hƣởng plasmon về mặt (SPR). Dƣớc dạng các cụm
nano, tính chất huỳnh quang có thể đƣợc điều biến dựa theo điều khiển kích thƣớc
và khoảng cách giữa chúng [42][61][76]. Các hạt nano kim loại này có tính tƣơng
thích sinh học rất cao và rất bền trong môi trƣờng sinh học. Một vài cấu trúc nano
dựa trên vật liệc Cacbon cũng có khả năng phát huỳnh quang hoặc dập tắt huỳnh

11


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

quang và đƣợc sử dụng làm tâm phát quang trong các cảm biến huỳnh quang nhƣ
là màng graphen hoặc oxít graphen, ống nano cacbon [76][79]. Ngồi ra, một số
oxít kim loại cấu trúc nano có thể phát huỳnh quang cũng thƣờng đƣợc sử dụng để
làm đế trong cảm biến sinh học. Trƣớc đây, cấu trúc nano oxít kim loại thƣờng
đƣợc sử dụng trong cảm biến điện hóa. Tuy nhiên gần đây ngày càng nhiều nghiên
cứu cho thấy cảm chúng có thể trở thành ứng cử viên tiềm năng cho các loại cảm
biến huỳnh quang [78][101][81]. Nổi bật trong số các cấu trúc nano oxit kim loại
là ZnO với những ƣu điểm nhƣ giá thành thấp, có tính tƣơng thích sinh học với
điểm đẳng điện cao, khơng có tính độc, khả năng xúc tác [82] và đặc biệt đó khả
năng phát huỳnh quang mạnh ở nhiệt độ phòng. Do vậy, ZnO đƣợc chú ý và sử
dụng nhiều trong cảm biến quang và cụ thể là cảm biến huỳnh quang sinh học
[82][98].
1.1.2.2. Sự dập tắt huỳnh quang
Dập tắt huỳnh quang là hiện tƣợng suy giảm cƣờng độ phát huỳnh quang của
một chất phát quang. Hiện tƣợng này xảy ra bởi rất nhiều các cơ chế khác nhau
nhƣ phản ứng ở trạng thái kích thích, sự thay đổi hình dạng phân tử,sự truyền năng
lƣợng, hình thành phức chất, dập tắt do va chạm. Trong số đó, sự truyền năng

lƣợng và dập tắt do va chạm là hai cơ chế phổ biến nhất khi đề cập đến hiện tƣợng
dập tắt huỳnh quang và đƣợc sự dụng để phát triển các loại cảm biến sinh học
huỳnh quang.
a) Sự truyền năng lƣ ng huỳnh quang c ng hƣởng
Hiện tƣợng sự truyền năng lƣợng huỳnh quang (Fluoresenct Resonace enegy
Transfer - FRET) xảy ra khi một tâm phát quang bị kích thích (donor – phần tử
huỳnh quang cho) không phát xạ ánh sáng mà bị mất năng lƣợng thông qua dao
động và nhiệt hoặc truyền năng lƣợng cho tâm phát quang khác (acceptor – phần
tử huỳnh quang nhận) ở gần nó. FRET là cơ chế dập tắt huỳnh quang động vì nó
xảy ra khi các donor huỳnh quang ở trạng thái kích thích. FRET dựa trên tƣơng
tác lƣỡng cực – lƣỡng cực giữa các lƣỡng cực điện của chất cho và chất nhận.

12


Luận văn thạc sĩ

Trần Đình Hồng

Lƣợng năng lƣợng truyền xảy ra trong hiện tƣợng phụ thuộc vào mực độ chồng
lấn phổ hấp thụ giữa phần tử huỳnh quang cho – nhận và khỏang cách giữa chúng
với khoảng cách lên tới 100 angstrom (hình 1.5) [43].

Truyền năng lượng

Dập tắt huỳnh quang
Chồng chập

Hình 1.5: Giản đồ cơ chế dập tắt huỳnh quang do FRET: Sự chồng lấn phổ phát
quang giữa donor và acceptor (trái); sự truyền năng l ng huynh quang (phải).

b) Hiện tƣ ng dập tắt huỳnh quang do va chạm.
Một cơ chế dập tắt huỳnh quang rất quan trọng đó là sự dập huỳnh quang do
sự truyền năng lƣợng hoặc electron khi các tâm phát quang (fluorphore donor) va
chạm với các phân tử dập tắt (quencher). Các chất dập tắt thông thƣờng là O2, I-,
Cs+, H2O2, và Arylamide [43].
Dập tắt huỳnh quang do va chạm

Chấ t dậ p tắ t

Hiệ n tượng dậ p tắ t

Hình 16: Sơ đồ dập tát huỳnh quang do va chạm.
1.1.2.3 Cấu tạo chung của cảm biến huỳnh quang sinh học và nguyên lý hoạt
ng
Về mặt cấu tạo một cảm biến huỳnh quang sinh học cũng tuân theo cấu tạo
cảm biến sinh học nói chung gồm 3 bộ phận chính: (1) phần tử nhận biết sinh học
hay các đầu thu sinh học (biological recognition element hay bioreceptor) dùng để
phân biệt các đối tƣợng cần nhận biết với sự có mặt của các hóa chất khác nhau.

13