Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu cảm biến sinh học polyme dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh, góp phần nâng cao hiệu quả chẩn đoán.

• Tác giả: Trần Quang Huy
• Người hướng dẫn: TS. Mai Anh Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nanô
• Đề tài: Cảm Biến Sinh Học Trên Cơ Sở Polyme Dẫn Trong Phát Hiện Vi Rút Gây Bệnh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• Lời cảm ơn
• Mục lục
• Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình vẽ, đồ thị
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lịch sử phát triển cảm biến sinh học
• 1.2. Cảm biến sinh học
• 1.2.1. Khái niệm cảm biến sinh học
• 1.2.2. Nguyên lý cảm biến sinh học
• 1.2.3. Phân loại cảm biến sinh học
• 1.3. Khái niệm polyme dẫn
• 1.3.1. Cơ chế dẫn của polyme dẫn
• 1.3.2. Ứng dụng polyme dẫn trong cảm biến sinh học
• 1.4. Một số khái niệm về sinh học phân tử, vi rút học, vi rút Herpes
• 1.4.1. Một số khái niệm về sinh học phân tử
• 1.4.2. Một số khái niệm về vi rút học
• 1.4.3. Vi rút Herpes
• 2. CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC
• 2.1. Thiết bị, hóa chất
• 2.2. Thiết kế và chế tạo cảm biến vi điện cực
• 2.2.1. Thiết kế cảm biến vi điện cực
• 2.2.2. Qui trình chế tạo vi cảm biến
• 2.3. Lựa chọn DNA đầu dò
• 2.4. Lựa chọn polyme dẫn
• 2.5. Cố định DNA đầu dò lên bề mặt vi cảm biến
• 2.6. Đo đạc các thông số
• 2.6.1. Kính hiển vi điện tử quét (KHVĐTQ)
• 2.6.2. Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FTIR)
• 2.6.3. Kỹ thuật phản ứng chuỗi tổng hợp polymerase (PCR)
• 2.6.4. Xây dựng hệ đo tín hiệu cảm biến sinh học
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Cảm biến vi điện cực
• 3.2. Tạo màng polyme dẫn APTS
• 3.3. Phổ hồng ngoại FTIR
• 3.4. Dò tìm axit nucleic từ mẫu phân tích
• 3.4.1. Dò tìm DNA bổ sung
• 3.4.2. Dò tìm DNA đặc hiệu của HSV
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về cảm biến sinh học polyme dẫn phát hiện vi rút hiệu quả

Cảm biến sinh học polyme dẫn là một công nghệ tiên tiến trong việc phát hiện vi rút gây bệnh. Công nghệ này sử dụng các vật liệu polyme dẫn để tạo ra các cảm biến có độ nhạy cao, giúp phát hiện nhanh chóng và chính xác các loại vi rút. Việc phát triển cảm biến này không chỉ giúp nâng cao khả năng chẩn đoán mà còn mở ra nhiều cơ hội trong nghiên cứu và ứng dụng y sinh.

1.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học

Cảm biến sinh học là thiết bị tích hợp có khả năng chuyển đổi tín hiệu sinh học thành tín hiệu điện. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự tương tác giữa phần tử nhận biết sinh học và mục tiêu phân tích, tạo ra tín hiệu có thể đo được.

1.2. Lịch sử phát triển cảm biến sinh học polyme dẫn

Cảm biến sinh học polyme dẫn đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Từ những năm 1950, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển các loại cảm biến này, với nhiều cải tiến về độ nhạy và độ chọn lọc.

II. Vấn đề và thách thức trong phát hiện vi rút bằng cảm biến sinh học

Mặc dù cảm biến sinh học polyme dẫn mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc phát hiện vi rút. Độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến là hai yếu tố quan trọng cần được cải thiện. Ngoài ra, việc phát triển các phương pháp chế tạo cảm biến hiệu quả cũng là một thách thức lớn.

2.1. Độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến

Độ nhạy của cảm biến sinh học polyme dẫn phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của polyme. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để nâng cao khả năng phát hiện vi rút.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cảm biến

Nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH và nồng độ mẫu có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng trong quá trình phát triển cảm biến.

III. Phương pháp chế tạo cảm biến sinh học polyme dẫn hiệu quả

Chế tạo cảm biến sinh học polyme dẫn đòi hỏi sự kết hợp giữa các vật liệu và công nghệ tiên tiến. Các phương pháp như điện hóa, quang hóa và sinh hóa được sử dụng để tạo ra các cảm biến có độ nhạy cao và khả năng phát hiện nhanh chóng.

3.1. Lựa chọn vật liệu polyme dẫn

Việc lựa chọn vật liệu polyme dẫn phù hợp là rất quan trọng. Các loại polyme như APTS được sử dụng rộng rãi nhờ vào tính chất dẫn điện tốt và khả năng tương tác với các phân tử sinh học.

3.2. Quy trình chế tạo cảm biến

Quy trình chế tạo cảm biến bao gồm các bước như chuẩn bị bề mặt, cố định DNA đầu dò và đo đạc các thông số. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của cảm biến.

IV. Ứng dụng thực tiễn của cảm biến sinh học polyme dẫn trong phát hiện vi rút

Cảm biến sinh học polyme dẫn đã được ứng dụng rộng rãi trong việc phát hiện vi rút như HSV và cúm A. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao khả năng chẩn đoán mà còn hỗ trợ trong việc kiểm soát dịch bệnh.

4.1. Phát hiện vi rút Herpes

Cảm biến sinh học polyme dẫn có khả năng phát hiện DNA của vi rút Herpes với độ nhạy cao. Điều này giúp chẩn đoán sớm và điều trị kịp thời cho bệnh nhân.

4.2. Ứng dụng trong y sinh học

Cảm biến này còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như kiểm soát chất lượng thực phẩm và an ninh sinh học, mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng.

V. Kết luận và tương lai của cảm biến sinh học polyme dẫn

Cảm biến sinh học polyme dẫn đang trở thành một công nghệ quan trọng trong việc phát hiện vi rút. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiến bộ trong y học và nghiên cứu khoa học. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển sẽ giúp cải thiện độ nhạy và độ chính xác của cảm biến.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ

Công nghệ cảm biến sinh học polyme dẫn có tiềm năng lớn trong việc phát triển các thiết bị y tế thông minh, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.2. Nghiên cứu và cải tiến trong tương lai

Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải tiến các phương pháp chế tạo và tối ưu hóa hiệu suất của cảm biến, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực y sinh học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường cảm biến sinh học toàn cầu đạt quy mô khoảng 10,8 tỷ USD với tốc độ tăng trưởng bình quân 10,4% mỗi năm, phản ánh nhu cầu cấp thiết về các công cụ chẩn đoán nhanh, chính xác và có chi phí hợp lý. Trong lĩnh vực y tế dự phòng và kiểm soát dịch bệnh, vi rút Herpes simplex týp 1 và 2 (HSV-1, HSV-2) là một trong những tác nhân gây viêm loét niêm mạc miệng, đường sinh dục và tổn thương hệ thần kinh phổ biến hàng đầu thế giới. Mặc dù các kỹ thuật chẩn đoán truyền thống như phản ứng chuỗi tổng hợp polymerase (PCR) hay xét nghiệm miễn dịch gắn men (ELISA) có độ tin cậy cao, quy trình phân tích thường kéo dài nhiều giờ, đòi hỏi thiết bị đắt tiền và kỹ thuật viên chuyên sâu.

Nghiên cứu được triển khai tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS) thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội phối hợp cùng Khoa Vi rút thuộc Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương trong giai đoạn 2006–2007. Mục tiêu trọng tâm của luận văn là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm vi cảm biến sinh học độ dẫn trên cơ sở màng polyme dẫn 3-aminopropyl-triethoxysilane (APTS) để phát hiện trực tiếp chuỗi DNA đặc hiệu của vi rút HSV. Nghiên cứu thực hiện thu nhỏ cấu trúc vi điện cực kim loại Platin từ kích thước ban đầu 70µm x 30µm xuống 20µm x 20µm trên phiến silic, giúp tối ưu hóa diện tích tiếp xúc sinh hóa và giảm thể tích phân tích. Kết quả thực nghiệm khẳng định cảm biến có khả năng phát hiện nồng độ mẫu sinh học ở ngưỡng cực thấp 0,5 nM với thời gian đáp ứng chỉ trong khoảng 1 phút, mở ra triển vọng thương mại hóa các thiết bị xét nghiệm tại chỗ (Point-of-Care Testing) phục vụ cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng trên sự giao thoa giữa cơ chế truyền điện tích trong vật liệu polyme bán dẫn hữu cơ và động học lai hóa phân tử axit nucleic. Cơ chế dẫn điện trong polyme liên hợp dựa trên sự dịch chuyển của các hạt tải điện dạng polaron và bipolaron dọc theo chuỗi mạch chính hoặc nhảy qua các phân tử lân cận khi được pha tạp. Đối với màng polyme dẫn APTS, lớp màng mỏng đóng vai trò làm giá thể tương thích sinh học, vừa gắn kết chắc chắn lên bề mặt điện cực vô cơ, vừa duy trì hoạt tính sinh học của các phân tử đầu dò.

Quá trình nhận biết sinh học tuân theo nguyên lý lai hóa đặc hiệu đôi bazơ nitơ theo nguyên tắc bổ sung Watson-Crick giữa adenine-thymine và guanine-cytosine. Nhiệt độ biến tính lý thuyết được xác định theo công thức chuẩn Tm = 69,3 + 0,41(G + C)%. Khi chuỗi đơn DNA đầu dò (ssDNA) bắt cặp với chuỗi đích tạo thành chuỗi xoắn kép (dsDNA), mật độ điện tích âm từ các nhóm phosphate và sự thay đổi phân bố ion lân cận bề mặt điện cực sẽ làm thay đổi độ dẫn điện và trở kháng màng. Bốn khái niệm học thuật then chốt xuyên suốt mô hình nghiên cứu bao gồm: chuyển đổi tín hiệu độ dẫn điện hóa, chức năng hóa bề mặt điện cực nano, phản ứng cộng hóa trị carbodiimide và liên kết lai hóa axit nucleic đặc hiệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm thu thập từ 24 phiến vi cảm biến được chế tạo trên nền phiến silic đơn tinh thể định hướng (100) có đường kính tiêu chuẩn 76,2 mm và 101,6 mm. Cỡ mẫu đánh giá sinh học bao gồm 15 phép thử lặp lại đối với các đoạn oligonucleotide tổng hợp chuẩn và các sản phẩm khuếch đại PCR chứa DNA đặc hiệu của vi rút HSV ký hiệu lâm sàng VN055 do Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương cung cấp. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm kiểm soát chặt chẽ độ dài chuỗi 21 nucleotid của DNA đầu dò 5’-AT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C–3’ và tính tương thích của đoạn gen đích.

Quy trình công nghệ vi điện tử bao gồm các công đoạn chính:

• Oxy hóa ướt bề mặt phiến silic ở nhiệt độ từ 800°C đến 1050°C để tạo lớp cách điện SiO2 có chiều dày chuẩn 300 nm.
• Quang khắc tạo hình vi điện cực răng lược bằng hệ thống SAMCO PEM 800 sử dụng nguồn sáng tử ngoại bước sóng 356 nm và chất cảm quang dương OIR 907-12 phủ ly tâm với tốc độ 4000 vòng/phút trong 20 giây.
• Phún xạ ca-tốt cao tần tạo lớp lót bám dính Crom dày 10 nm ở công suất 150W trong 10 phút, tiếp nối bởi lớp màng điện cực Platin dày 95 nm ở công suất 300W trong 60 phút dưới áp suất chân không plasma 2x10^-3 mbar.
• Kỹ thuật bóc tách kim loại (lift-off) trong bể siêu âm axeton 20 giây và ủ nhiệt ổn định cấu trúc ở 450°C trong 30 phút.
• Cố định cộng hóa trị DNA đầu dò nồng độ 100 nM lên màng polyme APTS thông qua phản ứng hoạt hóa nhóm phosphate bằng EDC 1,5x10^-2 M và chất ổn định MIA trong 18 giờ ở 37°C.

Phương pháp phân tích hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM Hitachi S-4800 (độ phân giải 1 nm, thế gia tốc 0,5–30 kV) và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) được lựa chọn nhằm kiểm chứng liên kết hóa học. Hệ đo vi sai tích hợp bộ khuếch đại khóa pha Lock-in SR830 được chọn để triệt tiêu nhiễu môi trường và nâng cao tỷ số tín hiệu trên nhiễu cho các mẫu đo lỏng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình triển khai thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện quan trọng đóng góp vào sự phát triển của công nghệ cảm biến sinh học nano:

• Chế tạo thành công cấu trúc vi điện cực lược đan xen thế hệ mới với kích thước 20µm x 20µm, giảm hơn 65% thể tích buồng đo so với thế hệ 70µm x 30µm trước đó, giúp mật độ đường sức điện trường tập trung cao hơn tại vùng bề mặt nhạy cảm.
• Hình thái màng polyme APTS được tổng hợp đồng nhất, siêu mỏng và không có hiện tượng vón cục dưới quan sát kính hiển vi điện tử quét FE-SEM; phổ FTIR ghi nhận đỉnh hấp thụ đặc trưng của liên kết amide và liên kết phosphoramidate giữa nhóm -NH2 của polyme với nhóm -PO4 của chuỗi nucleotide.
• Cảm biến đạt độ nhạy phân tích vượt trội khi ghi nhận tín hiệu biến thiên độ dẫn rõ rệt đối với mẫu DNA bổ sung ở nồng độ thấp tới 0,5 nM trong thời gian phản ứng rất ngắn khoảng 60 giây ở nhiệt độ phòng 25°C.
• Khả năng nhận biết chọn lọc cao đối với sản phẩm gen PCR thực tế của vi rút HSV từ bệnh nhân, phản ứng lai hóa sinh ra mức thay đổi điện thế vi sai ổn định, đạt hiệu suất tối ưu ở dải nhiệt độ từ 50°C đến 55°C, tăng hơn 45% cường độ tín hiệu so với điều kiện không gia nhiệt.

Thảo luận kết quả

Sự biến đổi tín hiệu điện áp đo được giải thích bởi sự thay đổi mật độ điện tích tại lớp tiếp xúc giữa màng polyme dẫn và dung dịch chất phân tích. Khi chuỗi đơn DNA đầu dò bắt cặp lai hóa với chuỗi DNA đích bổ sung, chuỗi xoắn kép hình thành làm gia tăng đột biến mật độ các ion âm phosphate cố định sát bề mặt điện cực. Hiện tượng này làm thay đổi cấu trúc lớp điện kép, dẫn đến sự suy giảm tổng trở và tăng độ dẫn bề mặt giữa hai bản cực Platin.

Dữ liệu thực nghiệm của quá trình lai hóa có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ đường động học biểu diễn sự thay đổi điện áp vi sai (đơn vị mV) theo thời gian thực (tính bằng giây) tương ứng với các mức nồng độ phân tích từ 0,5 nM, 1,0 nM đến 10 nM. Song song đó, một bảng so sánh tín hiệu điện áp tại các mốc nhiệt độ 25°C, 37°C, 50°C, 55°C và 60°C làm nổi bật rõ điểm cực đại của phản ứng lai hóa đối với mẫu bệnh phẩm thực tế. Khi so sánh với các nghiên cứu cảm biến enzyme truyền thống có thời gian đáp ứng từ 10 đến 15 phút, cảm biến DNA màng APTS đạt tốc độ nhận diện nhanh hơn gấp 10 lần. Dù tín hiệu đầu ra ở nồng độ cực loãng còn nhỏ (cỡ microvolt đến milivolt), việc ứng dụng hệ đo vi sai Lock-in SR830 đã giải quyết triệt để bài toán trôi điểm không và nhiễu phân cực điện cực.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện thiết bị và đưa công nghệ cảm biến sinh học DNA vào ứng dụng lâm sàng thực tế, các giải pháp mang tính hành động sau đây được đề xuất:

• Tích hợp khối mạch tiền khuếch đại vi sai trực tiếp lên đế chip cảm biến nhằm tăng biên độ tín hiệu đầu ra từ 30% đến 40%, thực hiện bởi nhóm nghiên cứu kỹ thuật vi điện tử trong lộ trình 6 tháng.
• Thiết kế hệ thống vi lưu (microfluidics) đa kênh khép kín với thể tích buồng chứa mẫu dưới 10 microliter nhằm rút ngắn thời gian chuẩn bị mẫu xuống dưới 15 phút, do đơn vị chế tạo linh kiện phụ trách trong 9 tháng.
• Phát triển cấu trúc vi mảng điện cực đa điểm (multiplexing) cho phép cố định đồng thời từ 3 đến 5 đoạn DNA đầu dò khác nhau, giúp phát hiện song song HSV-1, HSV-2 và vi rút cúm A trên một vi chip duy nhất, triển khai bởi các chuyên gia y sinh trong 12 tháng.
• Thực hiện thử nghiệm lâm sàng mở rộng trên quy mô tối thiểu 100 mẫu bệnh phẩm thực tế tại các bệnh viện tuyến trung ương để chuẩn hóa ngưỡng sai số chẩn đoán đạt độ nhạy trên 95% trong thời gian 18 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

• Các nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành Vật liệu & Linh kiện Nano: Khai thác chi tiết quy trình công nghệ quang khắc vi điện cực 20µm x 20µm trên phiến silic 101,6 mm và kỹ thuật chức năng hóa màng mỏng polyme dẫn APTS phục vụ các đề tài khoa học chuyên sâu.
• Kỹ sư phát triển thiết bị bán dẫn y sinh và BioMEMS: Ứng dụng mô hình đo vi sai kết hợp bộ khuếch đại Lock-in SR830 để thiết kế các module phân tích điện hóa cầm tay đạt ngưỡng giới hạn phát hiện dưới 1 nM.
• Bác sĩ và chuyên viên xét nghiệm tại các trung tâm y tế dự phòng: Tham khảo phương pháp chẩn đoán nhanh DNA vi rút HSV trong 60 giây như một giải pháp sàng lọc bổ trợ, giảm áp lực cho các phòng xét nghiệm PCR chuẩn thức.
• Học viên cao học và sinh viên các ngành Công nghệ Sinh học, Vật lý Kỹ thuật: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo toàn diện về phản ứng hóa học cố định cộng hóa trị EDC/MIA giữa phân tử sinh học và bề mặt rắn.

Câu hỏi thường gặp

• Cảm biến sinh học DNA trong luận văn có giới hạn phát hiện nồng độ thấp nhất là bao nhiêu? Cảm biến ghi nhận tín hiệu lai hóa rõ ràng ở nồng độ DNA bổ sung thấp tới 0,5 nM trong thời gian khoảng 1 phút ở nhiệt độ phòng. Giới hạn phát hiện này đủ độ nhạy để phân tích các đoạn gen đích sau khuếch đại sơ bộ mà không cần chất đánh dấu huỳnh quang.

• Tại sao nghiên cứu lại chọn polyme APTS thay vì các polyme dẫn điện thông dụng khác? APTS sở hữu các nhóm silane liên kết bền vững với đế oxit silic và nhóm amino tự do hướng ra ngoài để tạo liên kết cộng hóa trị với nhóm phosphate của DNA. Vật liệu này có tính tương thích sinh học cao, tạo màng mỏng phẳng đồng nhất dưới 10 nm và không gây biến tính chuỗi oligonucleotide đầu dò.

• Sự khác biệt về hiệu quả giữa thiết kế vi điện cực 70µm x 30µm và 20µm x 20µm là gì? Cấu trúc 20µm x 20µm trên phiến silic 101,6 mm giúp giảm hơn một nửa khoảng cách giữa các cặp điện cực Platin, làm tăng mật độ dòng điện cảm ứng bề mặt và giảm thể tích mẫu phân tích cần thiết xuống mức microliter so với bản thiết kế 70µm x 30µm.

• Cơ chế hóa học nào giúp cố định vững chắc chuỗi DNA đầu dò lên bề mặt cảm biến? Quá trình sử dụng chất hoạt hóa EDC 1,5x10^-2 M để tạo liên kết este hoạt động tại đầu phosphate của DNA, kết hợp với phân tử trung gian MIA để ổn định chuỗi trong nước. Sau đó, nhóm amino (-NH2) của màng APTS sẽ thế chỗ MIA tạo liên kết cộng hóa trị phosphoramidate bền vững trong 18 giờ ở 37°C.

• Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến khả năng nhận biết sản phẩm PCR của vi rút HSV? Phản ứng lai hóa giữa DNA đầu dò 21 nucleotid và đoạn DNA đặc hiệu của HSV trong sản phẩm PCR đạt hiệu suất cao nhất ở nhiệt độ từ 50°C đến 55°C. Mức nhiệt này giúp mạch đôi phân tử đích mở xoắn một phần, tạo điều kiện tối ưu để các liên kết hydro tái bắt cặp đặc hiệu.

Kết luận

• Chế tạo thành công vi cảm biến độ dẫn điện hóa cấu trúc răng lược 20µm x 20µm trên phiến silic bằng công nghệ quang khắc và phún xạ màng mỏng Platin/Crom.
• Hoàn thiện quy trình chức năng hóa bề mặt điện cực bằng màng polyme dẫn APTS và cố định cộng hóa trị chuỗi DNA đầu dò 21-mer đặc hiệu cho vi rút HSV.
• Đạt tốc độ phát hiện mẫu nhanh trong 60 giây với ngưỡng nồng độ giới hạn 0,5 nM ở nhiệt độ phòng 25°C.
• Xác thực thành công khả năng nhận biết chọn lọc sản phẩm PCR vi rút HSV ở dải nhiệt độ tối ưu 50°C–55°C trên hệ đo vi sai Lock-in SR830.
• Đặt nền móng vững chắc cho hướng phát triển các vi hệ thống phân tích toàn diện (Lab-on-a-Chip) phục vụ chẩn đoán y sinh tại Việt Nam trong giai đoạn tiếp theo.

Các viện nghiên cứu, doanh nghiệp công nghệ y tế và chuyên gia quan tâm đến việc chuyển giao công nghệ hoặc hợp tác thử nghiệm lâm sàng vui lòng liên hệ nhóm tác giả tại ITIMS và Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội để cùng thúc đẩy giải pháp chẩn đoán tiên tiến này vào thực tiễn đời sống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Lịch sử phát triển cảm biến sinh học Giáo sư Lenan C Clark là người đầu tiên phát minh ra điện cực oxy năm 1956, khởi nguồn của Công nghệ cảm biến sinh học [16]. Năm 1962, tại Hội thảo khoa học của Viện Hàn lâm Khoa học New York, ông đã đề xuất một hướng nghiên cứu mới : ‘‘Làm thế nào để tạo ra cảm biến điện hóa thông minh hơn (pH, phân thế, độ dẫn,…) ?’’ khi đưa thêm vào ‘‘lớp chuyển tiếp enzyme giống như màng kẹp giữa, theo kiểu xếp chồng’’. Khái niệm này sau đó được làm sáng tỏ bằng thực nghiệm khi người ta sử dụng điện cực oxy Clark để bẫy men đường (glucose oxidase) thông qua màng thẩm tách. Độ giảm của nồng độ oxy đo được tỷ lệ với nồng độ glucose.

Trong một công trình công bố năm 1962, Clark và Lyon lần đầu tiên đưa ra khái niệm điện cực enzyme [15]. Updike và Hick đã triển khai chi tiết thực nghiệm để chứng minh sự cần thiết để tạo ra điện cực enzyme chức năng đo nồng độ glucose mặc dù nhận được rất nhiều phê bình từ các nhà chuyên môn [59]. Năm 1969, Guilbault và Montalvo công bố chi tiết về điện cực enzyme bằng phương pháp đo thế [28]. Hai ông mô tả cảm biến urea trên cơ sở cố định chất urease tại điện cực màng chất lỏng lọc lựa amoniac.

Năm 1975, ý tưởng của Clark trở thành hiện thực khi công ty thiết bị Yellow Springs (Ohio, Mỹ) giới thiệu lần thứ hai (lần đầu năm 1973) về thiết bị phân tích glucose sử dụng phương pháp đo thế. Năm 1974, Cooney và đồng nghiệp đề xuất sử dụng bộ chuyển đổi nhiệt cho cảm biến sinh học. Những thiết bị mới loại này được đặt tên tương ứng với đầu dò enzyme nhiệt [18] và men cặp nhiệt [40]. Sự phát triển cảm biến sinh học đã tạo bước đột phá mới vào năm 1975, khi Divis cho rằng có thể sử dụng vi khuẩn làm yếu tố nhận biết sinh học trong các điện cực vi sinh vật để đo nồng độ cồn [25].

Công trình của ông đã khởi đầu cho hướng nghiên cứu chính ở Nhật Bản nhằm tạo ra các loại cảm biến sinh học có khả năng ứng dụng trong kiểm soát môi trường và Công nghệ sinh học. Cũng trong năm 1975, Lubbers và Optitz đưa ra thuật ngữ optode để mô tả cảm biến sợi quang học có gắn chất chỉ thị để đo oxit cácbon II (CO2) hoặc oxy. Trên cơ sở đó, hai ông và đồng nghiệp đã tạo ra cảm biến sinh học tín hiệu quang để đo nồng độ cồn [60]. Năm 1976, Clemens và đồng nghiệp đã tích hợp thành công cảm biến sinh học glucose điện hoá trong tuyến tụy nhân tạo [17], sau đó được Miles (Elkhart) tung ra thị LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 trường với thương hiệu: Biostator.

Cùng thời gian này, La Roche (Thuỵ Sỹ) đã giới thiệu bộ phân tích Lactat LA 640 sử dụng chất trung gian dehydrogenase để truyền tải điện tích từ lactat đến điện cực. Mặc dù không thành công về mặt thương mại nhưng thiết bị này lại là một dự báo quan trọng cho một thế hệ cảm biến sinh học mới ra đời. Một tiến bộ lớn của cảm biến sinh học đo glucose ứng dụng trong cơ thể sống được công bố bởi Shichiri và đồng nghiệp năm 1982, khi lần đầu tiên họ mô tả điện cực enzyme kiểu hình kim cấy dưới da [54]. Nhiều công ty vẫn đang theo đuổi triển vọng để phát triển loại thiết bị này, nhưng hiện nay sản phẩm vẫn chưa xuất hiện trên thị trường.