Nghiên cứu vật liệu nano bạc chấm lượng tử graphene và ứng dụng

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1. CHƯƠNG 1: CẢM BIẾN SINH HỌC, CẤU TRÚC, CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG VÀ PHÂN LOẠI

1.1. Định nghĩa cảm biến sinh học

1.2. Cấu trúc và thành phần của cảm biến sinh học

1.2.1. Đầu thu sinh học (capture probe)

1.2.2. Bộ phận chuyển đổi

1.2.3. Cảm biến so màu

1.2.4. Các đặc trƣng của cảm biến sinh học

1.2.5. Giới hạn phát hiện (LOD)

1.3. ENZYME VÀ CẢM BIẾN ENZYME CHOLESTEROL

1.3.1. Cấu trúc phân tử và đặc tính xúc tác ƣu việt của enzyme

1.3.2. Enzyme Cholesterol oxidase

1.4. CHOLESTEROL VÀ BỆNH RỐI LOẠN MỠ MÁU

1.4.1. Cholesterol và bệnh rối loạn mỡ máu

1.4.2. Các phƣơng pháp xét nghiệm nồng độ cholesterol

1.4.2.1. Phƣơng pháp so màu trên cơ sở sử dụng enzyme đặc chủng nhƣ cholesterol oxidase (ChOx)

1.4.2.2. Xét nghiệm bằng máy đo sử dụng cảm biến sinh học điện hóa sử dụng các enzym đặc chủng

1.4.3. Các xu hƣớng phát triển cảm biến cholesterol

1.4.4. Tổng hợp và ứng dụng các vật liệu thay thế enzyme cholesterol oxidase (ChOx) trong chế tạo cảm biến

1.4.5. Tổng hợp và sử dụng các vật liệu có hoạt tính xúc tác thay thế enzyme peroxidase (POD)

2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN VĂN

2.1. Vật liệu chấm graphen lƣợng tử (Graphene quantum dots-GQDs)

2.2. Vật liệu nano bạc (silver nanoparticles- AgNPs)

3. CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

3.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ

3.1.1. Hóa chất, vật liệu

3.1.2. Dụng cụ và thiết bị

3.2. CHẾ TẠO VẬT LIỆU CQDs VÀ AgNPs/GQDs

3.2.1. Chế tạo cacbon dots bằng phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom-up)

3.2.2. Chế tạo vật liệu nano Ag/Cacbon dots (AgNPs/GQDs)

3.3. CHẾ TẠO CẢM BIẾN H2O2 VÀ CHOLESTEROL

3.3.1. Chế tạo cảm biến phát hydrogen peroxide

3.3.2. Chế tạo cảm biến cholesterol

3.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU VÀ CẢM BIẾN

3.4.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction-XRD)

3.4.2. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

3.4.3. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)

3.4.4. Phổ hấp thụ electron (UV-Vis)

3.4.5. Phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX)

4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC – BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

I. Giới thiệu về vật liệu nano

Vật liệu nano đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học vật liệu. Vật liệu nano bạc (AgNPs) và chấm lượng tử graphene (GQDs) là hai loại vật liệu có tính chất độc đáo và ứng dụng rộng rãi. Vật liệu nano có kích thước nhỏ, thường dưới 100 nanomet, cho phép chúng có những tính chất khác biệt so với vật liệu ở quy mô lớn. Đặc biệt, tính năng của nano bạc như khả năng kháng khuẩn và tính dẫn điện tốt đã mở ra nhiều cơ hội trong các ứng dụng y học và công nghệ. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và ứng dụng vật liệu nano bạc/chấm lượng tử graphene nhằm phát triển các cảm biến sinh học hiệu quả.

1.1. Tính chất của vật liệu nano

Các tính chất quang học của vật liệu nano như khả năng hấp thụ ánh sáng và phát quang là rất quan trọng. Tính chất của graphene cũng rất đặc biệt, với khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Sự kết hợp giữa nano bạc và graphene tạo ra một vật liệu composite với những tính chất vượt trội. Nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu nano bạc có thể thay thế các enzym trong các cảm biến sinh học, giúp giảm chi phí và tăng độ bền. Việc sử dụng công nghệ nano trong chế tạo cảm biến sinh học không chỉ nâng cao độ nhạy mà còn mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

II. Tổng hợp vật liệu nano bạc chấm lượng tử graphene

Quá trình tổng hợp vật liệu nano bạc và chấm lượng tử graphene được thực hiện thông qua phương pháp xanh, sử dụng các chất khử tự nhiên. Phương pháp này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn giúp tạo ra các hạt nano có kích thước đồng đều và tính chất ổn định. Vật liệu nano bạc được tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên, giúp giảm thiểu ô nhiễm và chi phí sản xuất. Kết quả cho thấy rằng vật liệu nano bạc/chấm lượng tử graphene có khả năng phát hiện các chất như hydrogen peroxide và cholesterol với độ nhạy cao.

2.1. Phương pháp tổng hợp

Phương pháp tổng hợp AgNPs/GQDs bao gồm các bước như chuẩn bị dung dịch, thêm chất khử và ổn định, và cuối cùng là tách chiết sản phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng chấm lượng tử graphene không chỉ giúp tăng cường tính ổn định của nano bạc mà còn cải thiện khả năng phát hiện của cảm biến. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu nano này có thể được sử dụng trong các ứng dụng sinh học, đặc biệt là trong việc phát hiện các chỉ dấu sinh học như cholesterol và hydrogen peroxide.

III. Ứng dụng của vật liệu nano trong cảm biến sinh học

Cảm biến sinh học sử dụng vật liệu nano bạc/chấm lượng tử graphene đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát hiện nhanh chóng và chính xác các chỉ số sinh học. Các cảm biến này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, thực phẩm và môi trường. Ứng dụng vật liệu nano trong cảm biến giúp cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc, từ đó nâng cao hiệu quả trong việc phát hiện các chất độc hại và các chỉ dấu bệnh lý.

3.1. Cảm biến cholesterol

Cảm biến cholesterol được phát triển dựa trên vật liệu nano bạc và enzyme cholesterol oxidase. Sự kết hợp này cho phép phát hiện nồng độ cholesterol trong mẫu một cách nhanh chóng và chính xác. Kết quả cho thấy rằng cảm biến có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, từ đó mở ra khả năng ứng dụng trong các bộ kit xét nghiệm tại nhà. Tính năng của nano bạc trong việc thay thế enzyme truyền thống giúp giảm chi phí và tăng độ bền cho cảm biến.

Luận án tiến sĩ về vật liệu nano bạc chấm lượng tử graphene và ứng dụng của chúng