Đồ Án Tốt Nghiệp: Chế Tạo Cảm Biến Màu Xác Định Penicillin G Bằng Điện Thoại Thông Minh

• Tác giả: Phùng Thị Anh Thư
• Người hướng dẫn: TS. Lý Tấn Nhiệm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Cảm Biến Màu Xác Định Penicillin G Bằng Điện Thoại Thông Minh
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về penicilline G
• 1.2. Tác hại của penicillin G ngoài môi trường
• 1.3. Cách phát hiện penicillin G
• 1.3.1. Phương pháp sắc ký
• 1.3.2. Phương pháp quang phổ
• 1.3.3. Phương pháp xét nghiệm miễn dịch
• 1.3.4. Phương pháp cảm biến sinh học
• 1.4. Polymer in dấu phân tử (Molecularly imprinted polymer-MIP)
• 1.4.1. Khái quát về MIP
• 1.4.2. Cơ sở lý thuyết về tổng hợp MIP
• 1.4.3. Vật liệu nano Fe3O4
• 1.4.4. Biến tính Fe3O4 với citric acid
• 1.4.5. Polymer in dấu phân tử từ tính (Magnetic molecularly imprinted polymer-MMIP)
• 1.4.6. Cảm biến màu
• 1.4.7. Cơ chế đo màu dựa trên xúc tác mô phỏng enzyme peroxidase của Fe3O4
• 1.5. Nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.5.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.5.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Quy trình nghiên cứu
• 2.4. Quy trình tổng hợp Fe3O4@COOH
• 2.5. Quy trình tổng hợp Fe3O4@MIP
• 2.6. Thiết bị và các phương pháp khảo sát hình thái và cấu trúc của vật liệu
• 2.6.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.6.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
• 2.6.3. Phương pháp đo từ tính bằng từ kế mẫu rung
• 2.6.4. Kính hiển vi điện tử quét
• 2.6.5. Kính hiển vi điện tử truyền qua
• 2.7. Quy trình khảo sát khả năng cảm biến penicillin G của Fe3O4@MIP
• 2.7.1. Kiểm tra xúc tác mô phỏng peroxidase
• 2.7.2. Khả năng phát hiện penicillin G ở các nồng độ khác nhau
• 2.7.3. Khả năng chọn lọc của Fe3O4@MIP
• 2.7.4. Khảo sát độ tin cậy
• 2.7.5. Khảo sát khả năng tái sử dụng
• 2.7.6. Khảo sát cường độ tín hiệu màu bằng phần mềm PhotoMetrix Pro
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Khảo sát hình thái và cấu trúc
• 3.1.1. Kết quả XRD
• 3.1.2. Kết quả FT-IR
• 3.1.3. Kết quả VSM
• 3.1.4. Kết quả SEM và TEM
• 3.2. Quy trình chế tạo và nguyên lý cảm biến màu của Fe3O4@MIP
• 3.3. Khảo sát khả năng mô phỏng peroxidase
• 3.4. Khảo sát khả năng cảm biến màu phát hiện penicillin ở các nồng độ khác nhau
• 3.4.1. Trong dung dịch đệm acetate pH=5
• 3.4.2. Trong dung dịch các ion
• 3.5. Khảo sát khả năng chọn lọc của Fe3O4@MIP
• 3.6. Khảo sát độ tin cậy của Fe3O4@MIP
• 3.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng
• 3.8. Khảo sát cường độ tín hiệu màu bằng phần mềm PhotoMetrix Pro
• 3.8.1. Trong dung dịch đệm acetate pH=5
• 3.8.2. Trong dung dịch các ion
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Cảm biến màu và ứng dụng trong phát hiện Penicillin G

Cảm biến màu là công nghệ tiên tiến, sử dụng phản ứng màu để phát hiện các chất hóa học. Trong nghiên cứu này, cảm biến màu được ứng dụng để xác định Penicillin G (PG) thông qua sự thay đổi màu sắc của dung dịch. Phương pháp này dựa trên cơ chế xúc tác mô phỏng enzyme peroxidase của Fe3O4, tạo ra gốc OH tự do khi phản ứng với H2O2, làm dung dịch chuyển sang màu xanh lam. Phân tích màu sắc được thực hiện bằng mắt thường hoặc sử dụng phần mềm PhotoMetrix trên điện thoại thông minh, mang lại kết quả nhanh chóng và chính xác.

1.1. Cơ chế hoạt động của cảm biến màu

Cảm biến màu hoạt động dựa trên phản ứng xúc tác của Fe3O4 với H2O2, tạo ra gốc OH tự do. Gốc này phản ứng với chất chỉ thị 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB), làm dung dịch chuyển màu. Sự thay đổi màu sắc tỷ lệ thuận với nồng độ Penicillin G trong mẫu. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn có độ nhạy cao, phù hợp để phát hiện PG trong môi trường nước.

1.2. Ứng dụng điện thoại thông minh trong phân tích màu sắc

Điện thoại thông minh được sử dụng như một công cụ phân tích màu sắc thông qua phần mềm PhotoMetrix. Phần mềm này cho phép đo cường độ tín hiệu màu của dung dịch, từ đó xác định nồng độ Penicillin G. Phương pháp này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời mang lại kết quả chính xác, phù hợp với các ứng dụng di động trong kiểm tra chất lượng dược phẩm và môi trường.

II. Polymer in dấu phân tử và vai trò trong cảm biến màu

Polymer in dấu phân tử (MIP) là vật liệu nhân tạo có khả năng nhận dạng chọn lọc các phân tử mục tiêu. Trong nghiên cứu này, MIP được tổng hợp từ Fe3O4 và dopamine, tạo ra các khoang liên kết đặc hiệu với Penicillin G. Vật liệu này không chỉ tăng cường độ chọn lọc mà còn có khả năng tái sử dụng, giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả trong quá trình phát hiện PG.

2.1. Tổng hợp và đặc tính của MIP

MIP được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa, sử dụng Fe3O4 làm lõi và dopamine làm monomer chức năng. Vật liệu sau tổng hợp được đặc trưng bằng các kỹ thuật như FTIR, SEM, và TEM, cho thấy cấu trúc ổn định và tính chất siêu thuận từ. MIP có khả năng hấp phụ và phát hiện PG với độ chọn lọc cao, đặc biệt trong môi trường nước.

2.2. Khả năng tái sử dụng của MIP

Một ưu điểm nổi bật của MIP là khả năng tái sử dụng. Sau 10 lần sử dụng, vật liệu vẫn duy trì khả năng hấp phụ và phát hiện PG. Nhờ tính chất từ của Fe3O4, MIP dễ dàng được thu hồi bằng nam châm, giảm thiểu chi phí và thời gian xử lý mẫu. Điều này làm cho MIP trở thành giải pháp hiệu quả trong các ứng dụng thực tế.

III. Phương pháp xác định Penicillin G và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp xác định Penicillin G mới, kết hợp cảm biến màu và MIP. Phương pháp này không chỉ đơn giản, nhanh chóng mà còn có độ chính xác cao, phù hợp để ứng dụng trong kiểm tra chất lượng dược phẩm và giám sát môi trường. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các công nghệ cảm biến thông minh, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

3.1. Phân tích hóa học và kiểm tra chất lượng

Phương pháp này được áp dụng để phân tích hóa học Penicillin G trong các mẫu nước và dược phẩm. Kết quả cho thấy, MIP có khả năng phát hiện PG trong dải nồng độ từ 0 đến 0.1 mg/L, với độ chính xác cao. Điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của phương pháp trong kiểm tra chất lượng dược phẩm và giám sát môi trường.

3.2. Ứng dụng di động và công nghệ cảm biến thông minh

Việc sử dụng điện thoại thông minh và phần mềm PhotoMetrix làm cho phương pháp này trở thành một giải pháp ứng dụng di động hiệu quả. Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn mang lại kết quả chính xác, phù hợp với các ứng dụng thực tế trong lĩnh vực dược phẩm và môi trường.