I. Cảm biến sinh học điện hóa
Cảm biến sinh học điện hóa là công cụ quan trọng trong chẩn đoán bệnh sớm, đặc biệt trong phát hiện các chỉ dấu khối u. Cảm biến này kết hợp đầu thu sinh học với bộ phận chuyển đổi tín hiệu để tạo ra tín hiệu điện từ phản ứng sinh học. Độ nhạy cao của cảm biến cho phép phát hiện các chất chỉ dấu ở nồng độ thấp, hỗ trợ chẩn đoán sớm các bệnh như ung thư. Các phương pháp cố định đầu thu sinh học như hấp phụ vật lý, liên kết cộng hóa trị, và ái lực tương tác sinh học được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của cảm biến.
1.1. Phân loại cảm biến sinh học điện hóa
Cảm biến sinh học điện hóa được phân loại dựa trên cơ chế đo lường, bao gồm cảm biến đo dòng, cảm biến đo điện thế, cảm biến đo độ dẫn, và cảm biến đo phổ tổng trở. Mỗi loại có ưu điểm riêng trong việc phát hiện các chất chỉ dấu khối u. Ví dụ, cảm biến đo dòng thường được sử dụng để phát hiện các chất chỉ dấu như PSA và AFP do độ nhạy cao và khả năng đo lường nhanh chóng.
1.2. Ứng dụng trong y học
Cảm biến sinh học điện hóa được ứng dụng rộng rãi trong y học, đặc biệt trong chẩn đoán sớm các bệnh ung thư. Ví dụ, cảm biến phát hiện α-hCG được sử dụng để chẩn đoán ung thư tế bào mầm tinh, trong khi cảm biến phát hiện PSA hỗ trợ chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến. Các nghiên cứu gần đây cũng tập trung vào việc cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến thông qua việc sử dụng vật liệu nano và phương pháp cố định đầu thu sinh học tiên tiến.
II. Phương pháp nghiên cứu và chế tạo
Quá trình nghiên cứu và chế tạo cảm biến sinh học điện hóa bao gồm các phương pháp điện hóa và khảo sát tính chất vật liệu. Phổ tổng trở điện hóa (EIS) và quét thế tuần hoàn (CV) là hai phương pháp chính được sử dụng để đánh giá hiệu suất của cảm biến. Các vật liệu như hạt nano vàng, polyme đồng trùng hợp, và graphene được sử dụng để tăng cường độ nhạy và độ ổn định của cảm biến.
2.1. Tổng hợp vật liệu nano
Việc tổng hợp hạt nano vàng trên điện cực là bước quan trọng trong chế tạo cảm biến. Hạt nano vàng không chỉ tăng diện tích bề mặt điện cực mà còn cải thiện khả năng truyền điện tích, giúp tăng độ nhạy của cảm biến. Các phương pháp như trùng hợp điện hóa được sử dụng để tạo ra các vật liệu lai như PPy-PPa/erGO, có khả năng tăng cường hiệu suất của cảm biến.
2.2. Cố định đầu thu sinh học
Cố định đầu thu sinh học trên bề mặt điện cực là yếu tố quyết định hiệu suất của cảm biến. Phương pháp liên kết cộng hóa trị thông qua nhóm amin hoặc cacboxyl của đầu thu sinh học được ưu tiên do tính ổn định và khả năng tạo liên kết bền vững. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng màng đơn lớp tự lắp ghép (SAM) giúp tăng cường hiệu quả cố định đầu thu sinh học.
III. Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh
Cảm biến sinh học điện hóa có tiềm năng lớn trong chẩn đoán bệnh sớm, đặc biệt là các bệnh ung thư. Cảm biến phát hiện α-hCG được sử dụng để chẩn đoán ung thư tế bào mầm tinh, trong khi cảm biến phát hiện PSA hỗ trợ chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến. Các nghiên cứu gần đây cũng tập trung vào việc phát hiện AFP để chẩn đoán ung thư gan nguyên phát.
3.1. Cảm biến miễn dịch phát hiện α hCG
Cảm biến miễn dịch phát hiện α-hCG được thiết kế dựa trên cấu trúc sandwich, sử dụng kháng thể đơn dòng làm đầu thu sinh học. Cảm biến này có độ nhạy cao và khả năng phát hiện α-hCG ở nồng độ thấp, hỗ trợ chẩn đoán sớm ung thư tế bào mầm tinh. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng hạt nano vàng và màng SAM giúp tăng cường hiệu suất của cảm biến.
3.2. Cảm biến aptamer phát hiện PSA
Cảm biến aptamer phát hiện PSA là một trong những ứng dụng tiên tiến của cảm biến sinh học điện hóa. Aptamer là các phân tử DNA hoặc RNA có khả năng liên kết đặc hiệu với PSA, giúp tăng độ chọn lọc của cảm biến. Các nghiên cứu gần đây cũng tập trung vào việc cải thiện độ nhạy của cảm biến thông qua việc sử dụng vật liệu nano và phương pháp cố định tiên tiến.
