Tải bản đầy đủ - 82 (trang)
1 Cảm biến vi điện cực

1 Cảm biến vi điện cực

Tải bản đầy đủ - 82trang

49



CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Trong chương 2, quá trình thực nghiệm đã được mô tả chi tiết, tương ứng với

quá trình này, tác giả sẽ trình bày kết quả đạt được và bàn luận xung quanh những kết

quả đó.

3.1 Cảm biến vi điện cực

Trong giai đoạn đầu thực hiện đề tài, trên cơ sở thiết kế cảm biến vi điện cực

trước đây của nhóm nghiên cứu về cảm biến sinh học tại ITIMS, tác giả cùng nhóm

nghiên cứu đã chế tạo bộ cảm biến vi điện cực 30µm x 70µm để áp dụng cho mục đích

của đề tài. Hình 3.1A là hình ảnh của một cảm biến vi điện cực, có chiều dài 26mm,

chiều rộng 6mm, bao gồm hai vùng điện cực, trong đó một trong hai vùng sẽ đóng vai

trò là điện cực hoạt động, vùng còn lại đóng vai trò như điện cực so sánh. Hình 3.1B là

hình ảnh chụp dưới hiển vi điện tử quét phóng đại một vùng điện cực Pt có cấu trúc

kiểu răng lược đan xen nhau. Độ rộng của mỗi bản điện cực là 70µm, khoảng cách

giữa hai điện cực liên tiếp là 30µm. Diện tích vùng điện cực hoạt động là 1,4mm x

1,1mm.

B



A



Hình 3.1A. Vi cảm biến 30µm x 70µm sau Hình 3.1B. Vùng điện cực hoạt động của vi

khi đã cắt ra từ phiến silic với hai vùng cảm biến 30µm x 70µm chụp dưới kính hiển

điện cực được thiết kế song song



vi điện tử quét



Với loại cảm biến 30µm x 70µm, thể tích mẫu phân tích phải đủ lớn để nhúng

ngập hai vùng điện cực hoạt động và so sánh, hệ đo cồng kềnh hơn và tín hiệu đầu ra ít

ổn định hơn so với loại vi cảm biến thế hệ mới. Mặt khác, do nồng độ mẫu phân tích

thường rất thấp nên phải pha loãng mẫu gấp nhiều lần. Khoảng cách giữa hai vi điện

cực kế nhau là 30µm dẫn đến sự trao đổi của những ion mang điện giữa các vi điện



50



cực bị hạn chế, sự thay đổi tín hiệu điện áp đầu ra khi có sự lai hóa giữa DNA đầu dò

và DNA đích xuất hiện nhanh ngay sau khoảng 1 phút, nhưng thời gian đạt đến trạng

thái ổn định lâu (~ 10 phút) với nồng độ mẫu phân tích cỡ 0,5nM. Một số kết quả thử

nghiệm về khả năng ứng dụng của loại vi cảm biến này trong nghiên cứu y sinh học đã

được tác giả công bố tại Hội nghị quốc tế về kỹ thuật y sinh học lần thứ 2, Hà Nội 2007 [29] và Hội nghị toàn quốc về những vấn đề cơ bản trong khoa học sự sống năm

2007, Qui Nhơn - Bình Định [4].

Để tăng độ nhạy và thích hợp hơn đối với mẫu phân tích có nồng độ thấp như

DNA/RNA của các loại vi rút gây bệnh, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã thiết kế để

chế tạo ra loại vi cảm biến thế hệ mới 20µm x 20µm với các tính năng ưu việt hơn so

với thế hệ cũ trên cơ cở những điều kiện về vật chất và trang thiết bị thí nghiệm của

ITIMS - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Loại vi cảm biến thế hệ mới này có kích

thước thu gọn hơn (dài x rộng = 10mm x 3,5mm), nhưng diện tích vùng điện cực hoạt

động lại lớn hơn (1,6mm x 1,5mm), vùng điện cực hoạt động và so sánh được thiết kế

theo kiểu trên - dưới thuận lợi hơn cho quá trình cố định phần tử DNA đầu dò và phân

tích mẫu và ưu điểm nổi trội nhất chính là khoảng cách giữa các vi điện cực được thu

hẹp lại còn 20µm so với phiên bản cũ khiến cho sự tương tác qua lại của các ion mang

điện trở nên dễ dàng hơn giữa các vi điện cực, từ đó sự thay đổi độ dẫn biểu hiện rõ

ràng hơn ngay cả khi có tương tác rất nhỏ của các phần tử đầu dò và phần tử đích trên

bề mặt vi cảm biến (hình 3.2A; 3.2B).

A



B



Hình 3.2A. Vi cảm biến loại 20µm x 20µm, Hình 3.2B. Vùng điện cực hoạt động vi cảm

chiều dài tổng khoảng 10mm, chiều rộng biến 20µm x 20µm, các vi điện cực được

0,4cm, có hai vùng điện cực được thiết kế theo thiết kế đan xen nhau trong diện tích 1,6mm

kiểu trên - dưới



x 1,5mm



51



Bảng 3.1 cho thấy rõ được những đặc tính ưu việt cũng như những khó khăn

gặp phải giữa hai loại vi cảm biến đã được tác giả ứng dụng trong quá trình nghiên

cứu.

Bảng 3.1. So sánh ưu, nhược điểm của hai loại cảm biến vi điện cực

Các thông số của cảm biến vi điện

cực



Phiên bản cũ



Phiên bản mới



76,2 mm



101,6mm



Kích thước vi cảm biến (dài x rộng)



26mm x 6mm



10mm x 3,5mm



Độ rộng bản điện cực x khoảng cách



70µm x 30µm



20µm x 20µm



1,4mm x 1,1 mm



1,6 mm x 1,5mm



14



40



Song song



Trên - dưới



Chân cắm PCI



Hàn dây dùng siêu âm

trên mạch in



>1ml



≤1ml



Dễ



Khó hơn



Đường kính phiến silic sử dụng



Diện tích vùng điện cực hoạt động

Số điện cực trên vùng điện cực hoạt

động

Các bố trí điện cực so sánhvà điện cực

hoạt động

Giao tiếp với mạch đo

Thể tích dung dịch mẫu phân tích cần

thiết

Thao tác thực nghiệm



3.2 Tạo màng polyme dẫn APTS

Trong nghiên cứu này, tác giả đã áp dụng phương pháp hóa học để tạo lớp

màng mỏng polyme dẫn APTS trên bề mặt vi cảm biến. Quá trình thực nghiệm được

mô tả chi tiết trong chương II, mục 2.2.3. Sau khi tổng hợp màng bằng cách ngâm

trong dung dịch dung dịch APTS : cồn tuyệt đối với tỷ lệ thể tích tương ứng 3 : 7 trong

60 phút, vi cảm biến được đưa ra ngoài và để khô trong không khí 15 phút để kiểm tra

tính đồng nhất và khả năng bao phủ của màng tổng APTS hợp được bằng HVĐTQ S4800, Hitachi. Hình ảnh hiển vi điện tử quét cho thấy những hạt polyme dẫn khá đồng

đều về kích thước cỡ 45-50nm, sắp xếp đều đặn, bao phủ toàn bộ bề mặt vi cảm biến

(hình 3.3). Sự đồng nhất của màng polyme dẫn đảm bảo cho quá trình truyền dẫn

những ion mang điện giữa các vi điện cực diễn ra một cách thuận lợi hơn. Do đó, chỉ

một tương tác nhỏ giữa DNA đầu dò và DNA đích cũng có thể tạo ra sự thay đổi về độ

dẫn của vi cảm biến. Hơn nữa, màng polyme dẫn phẳng, đồng nhất sẽ làm tăng khả



52



năng liên kết của DNA đầu dò lên bề mặt vi cảm biến và khả năng bắt cặp với DNA

đích khiến thời gian đáp ứng trở nên nhanh hơn.



Hình 3.3. Hình ảnh HVĐTQ của màng polyme dẫn APTS trên bề mặt vi cảm biến



3.3 Phổ hồng ngoại FTIR

Sau khi cố định DNA đầu dò đặc hiệu với HSV trên bề mặt vi cảm biến thông

qua lớp màng APTS. Máy phân tích phổ hồng ngoại Thermo Nicolet 6700 FTIR được

sử dụng để xác định các liên kết hoá học giữa các phân tử DNA đầu dò với lớp APTS

cũng như giữa APTS với bề mặt của vi cảm biến trên dải số sóng từ 4000 – 600cm-1

(hình 3.4), kết quả được tham khảo và so sánh với nguồn chuẩn trong thư viện của

máy phân tích FTIR. Trong đó, phổ hấp thụ tại các đỉnh 1080, 791 và 1100 cm-1 tương

ứng với các liên kết của Si-O, Si-C và C-N của lớp màng polyme dẫn APTS trên bề

mặt vi cảm biến, đỉnh 3380cm-1 thể hiện liên kết giữa N-H. Trong khi đó, dải phổ dao

động trong khoảng 1800 – 1000cm-1 thể hiện các liên kết của phân tử bazơ, đường và

nhóm phosphat của phân tử DNA đầu dò. Các đỉnh dao động trong khoảng 1128 cm-11263 cm-1 tương ứng với tương tác giữa gốc phốt phat (-PO4) của DNA với màng

polyme dẫn. Như vậy, với việc phân tích phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier đã xác



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Cảm biến vi điện cực

Tải bản đầy đủ ngay(82 tr)

×