Nghiên cứu chế tạo dây nano SnO2 cho cảm biến ADN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU NANO SnO2 VÀ CẢM BIẾN SINH HỌC PHÁT HIỆN ADN

1.1. Tìm hiểu nghiên cứu trong nước và nước ngoài

1.2. Những vấn đề còn tồn tại của công nghệ VLS

1.3. Phân loại cảm biến sinh học

1.4. Cảm biến sinh học phát hiện ADN

1.5. Phương pháp và định ADN với vật liệu nano

1.5.1. Phương pháp hấp phụ ADN với vật liệu nano

1.5.2. Phương pháp liên kết cộng hóa trị ADN với vật liệu nano

1.5.3. Kết luận chương

2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG BÀI TOÁN VẬT LÝ TRONG TỔNG HỢP DÂY NANO SnO2

2.1. Nồng độ Sn phụ thuộc lưu lượng khí O2 với vị trí ST, S2, S3

2.2. Nồng độ Sn tại bề mặt cảm biến với vị trí S4, S5, S6

2.3. Kết luận chương

3. CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO VI ĐIỆN CỰC VÀ DÂY NANO SnO2

3.1. Thiết kế mặt nạ chế tạo vi điện cực Au

3.2. Thiết kế mặt nạ bao vệ điện cực Au

3.3. Hóa chất và thiết bị

3.4. Thiết bị sử dụng chế tạo cảm biến

3.5. Quy trình làm sạch đề silic và bao lớp SiO2

3.6. Quang khắc và phún xạ tạo hình điện cực Au

3.7. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

3.8. Phổ điện tử quang tia X (XPS)

3.9. Hiển vi điện tử quét (SEM)

3.10. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

3.11. Hiển vi điện tử truyền qua quét (SLEM)

3.12. Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRLEM)

3.13. Nhiễu xạ điện tử chọn vùng (SAED)

3.14. Hấp thụ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FTIR)

3.15. Phương pháp đo vi sai phát hiện ADN

3.16. Phương pháp tính giới hạn phát hiện LOD

3.17. Kết luận chương

4. CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MỌC DÂY NANO SnO2 VỚI XÚC TÁC Au

4.1. Phân tích cấu trúc tinh thể và hình thái học dây nano SnO2

4.1.1. XPS dây nano SnO2

4.1.2. Hình thái học dây nano SnO2

4.1.3. Phân tích HRVEM, SAED và SLEM-EDS dây nano SnO2

4.2. Điều khiển cấu trúc của dây nano SnO2

4.2.1. Điều chế mộc dây nano SnO2 với xúc tác hạt nano Au

4.2.2. Điều chế mộc dây nano SnO2 với xúc tác màng mỏng Au

4.2.3. Giải thích cơ chế mọc dây nano SnO2 bằng liên kết hóa học

4.3. Kết luận chương

5. CHƯƠNG 5: PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN ADN TRÊN CƠ SỞ DÂY NANO SnO2

5.1. Chức năng hóa SnO2, cố định ADN dò lên bề mặt cảm biến

5.2. Kiểm tra gắn kết ADN trên vật liệu nano SnO2

5.2.1. Kiểm tra gắn kết bằng phương pháp ELISA

5.2.2. Kiểm tra gắn kết bằng hiển vi huỳnh quang

5.2.3. Kết quả SEM dây nano SnO2 với hạt nano Au

5.3. Cảm biến ADN với dây nano SnO2

5.3.1. Cảm biến ADN với dây nano SnO2 có hạt nano Au

5.3.2. Cảm biến ADN với dây nano SnO2 không có hạt nano Au

5.4. Giới hạn phát hiện cảm biến ADN

5.5. Kết luận chương

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về dây nano SnO2 và cảm biến ADN

Dây nano SnO2 là một trong những vật liệu nano có tính chất điện tốt, được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực cảm biến. Cảm biến ADN sử dụng dây nano SnO2 có khả năng phát hiện các đoạn ADN mục tiêu thông qua sự thay đổi điện trở khi ADN dò gắn kết với ADN đích. Việc chế tạo dây nano SnO2 có thể được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) và lắng đọng hơi hóa học pha hơi (OVD) là phổ biến nhất. Dây nano SnO2 có diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng tương tác với các phân tử ADN, từ đó nâng cao độ nhạy của cảm biến. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu phát triển một cảm biến ADN thông minh, có khả năng phát hiện nhanh chóng và chính xác các đoạn ADN mục tiêu.

1.1. Tính chất điện của dây nano SnO2

Dây nano SnO2 có tính chất điện dẫn tốt, với độ rộng vùng cấm khoảng 3,6 eV, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng cảm biến. Tính chất điện của dây nano SnO2 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và điều kiện chế tạo. Các nghiên cứu cho thấy rằng, khi kích thước dây nano giảm xuống, tính chất điện của nó có thể thay đổi đáng kể, dẫn đến sự thay đổi trong độ nhạy của cảm biến. Sự thay đổi này có thể được giải thích bằng lý thuyết bề mặt, nơi mà diện tích bề mặt lớn hơn giúp tăng cường khả năng hấp phụ các phân tử ADN. Do đó, việc tối ưu hóa quy trình chế tạo dây nano SnO2 là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao trong cảm biến ADN.

II. Phương pháp chế tạo dây nano SnO2

Quá trình chế tạo dây nano SnO2 thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc lắng đọng hơi hóa học pha hơi (OVD). Phương pháp OVD được ưa chuộng hơn do khả năng tạo ra dây nano với cấu trúc đồng nhất và tính chất điện tốt. Trong nghiên cứu này, dây nano SnO2 được chế tạo bằng cách sử dụng hạt nano vàng (Au) làm xúc tác. Hệ thống OVD được thiết kế để kiểm soát nhiệt độ, áp suất và lưu lượng khí, nhằm tối ưu hóa quá trình lắng đọng. Kết quả cho thấy, dây nano SnO2 có thể được tạo ra với độ dài và đường kính mong muốn, từ đó tạo ra các cảm biến có độ nhạy cao. Việc sử dụng hạt nano Au không chỉ giúp tăng cường quá trình lắng đọng mà còn cải thiện tính chất điện của dây nano.

2.1. Quy trình lắng đọng hơi hóa học

Quy trình lắng đọng hơi hóa học (CVD) được thực hiện trong một buồng chân không, nơi mà các tiền chất được bay hơi và lắng đọng lên bề mặt chất nền. Trong nghiên cứu này, các tiền chất như tin (Sn) và oxi (O2) được sử dụng để tạo ra dây nano SnO2. Các điều kiện như nhiệt độ và áp suất được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình lắng đọng. Kết quả cho thấy, dây nano SnO2 được tạo ra có cấu trúc tinh thể tốt và tính chất điện dẫn cao. Sự kiểm soát chính xác các thông số trong quy trình CVD là yếu tố quyết định đến chất lượng của dây nano và hiệu suất của cảm biến ADN.

III. Ứng dụng của dây nano SnO2 trong cảm biến ADN

Dây nano SnO2 được ứng dụng rộng rãi trong việc phát triển cảm biến ADN nhờ vào tính nhạy và khả năng phát hiện nhanh chóng. Cảm biến ADN sử dụng dây nano SnO2 có thể phát hiện sự hiện diện của ADN mục tiêu thông qua sự thay đổi điện trở khi ADN dò gắn kết với ADN đích. Nghiên cứu cho thấy, cảm biến này có thể phát hiện nồng độ ADN thấp, từ đó mở ra khả năng ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc chẩn đoán sớm các bệnh ung thư liên quan đến ADN. Việc phát triển cảm biến ADN thông minh từ dây nano SnO2 không chỉ giúp nâng cao độ nhạy mà còn giảm thiểu thời gian phân tích, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát hiện nhanh chóng trong các tình huống khẩn cấp.

3.1. Đánh giá hiệu suất của cảm biến ADN

Hiệu suất của cảm biến ADN được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như độ nhạy, độ chính xác và giới hạn phát hiện. Các thí nghiệm cho thấy, cảm biến ADN sử dụng dây nano SnO2 có thể phát hiện nồng độ ADN mục tiêu ở mức picomolar, cho thấy độ nhạy cao. Bên cạnh đó, độ chính xác của cảm biến cũng được kiểm chứng qua các phép thử lặp lại, cho thấy sự ổn định trong kết quả. Những kết quả này chứng minh rằng, dây nano SnO2 là một vật liệu tiềm năng cho việc phát triển các cảm biến ADN hiệu quả, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực y tế và sinh học.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo dây nano SnO2 ứng dụng trong cảm biến ADN