29
Xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor

Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor

Page 2: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Mục tiêu

• Mô tả được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của biosensor.

• Trình bày được 1 số cách xử lí bề mặt và gắn nhóm chức sinh học lên bề mặt vật liệu trong biosensor.

• Nêu được các ứng dụng thành công trong xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor.

Page 3: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Nội dung chính

I. Giơi thiêu chung1. Biosensor2. Nguyên tắc hoạt động của biosensorII. Xư li vât liêu nhay cam sinh hoc ưng dung trong biosensor 1. Xử lí bề mặt vật liệu 2. Chức năng hóa vật liệu trong biosensor (gắn nhóm chức hóa học, thụ thê sinh học)III. Thanh tưu.

Page 4: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

I. Giới thiệu chung

1. Biosensor:• Biosensor là một

thiết bị phân tích chuyên một tín hiệu sinh học thành một tín hiệu có thê đo được (thường là tín hiệu điện).

Page 5: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

I. Giới thiệu chung1. Biosensor:

Cấu tạo gồm:Đầu thu sinh hoc: bắt cặp và phát hiện sự có mặt của các tác nhân sinh học cần phân tíchTác nhân cố định: gắn các đầu thu lên trên điện cựcBộ phân chuyển đổi tin hiêu: chuyên các biến đổi sinh học thành các tín hiệu có thê đo đạc đượcBộ phân xư li, đoc tin hiêu ra: chuyên các tín hiệu trên thành tín hiệu điện đê máy tính có thê xử lí được

Page 6: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

I. Giới thiệu chung

2. Nguyên tắc hoat động của Biosensor:• Tác nhân cần phát hiên:Các vi khuẩn: E.coli, nấm Candida,…Các phân tử nhỏ: CO, CO2, Glucose, Urê,

…Các phân tử sinh học có kích thước lớn:

DNA, RNA, protein, enzyme, hormone,…

Page 7: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

I. Giới thiệu chung2. Nguyên tắc hoat động của Biosensor:

Page 8: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

I. Giới thiệu chung

2. Nguyên tắc hoat động của Biosensor:

Cho cam biến tiếp xúc vơi

mẫu phân tich

Phan ưng sinh hóa

xay ra

Xuất hiên tin hiêu tác động

lên bề mặt nhay cam của bộ chuyển đổi

Bộ chuyển đổi nhân tin hiêu nay va chuyển thanh

tin hiêu điên

Xư li va hiên kết qua trên

man hình

Page 9: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Ứng dụng của cảm biến sinh học

• Trong lĩnh vực y học: cảm biến đê đo nồng độ oxi, lượng glucose trong máu, phát hiện nhanh vi rút gây bệnh…

• Trong lĩnh vực thực phẩm: phát hiện nhanh khuẩn Salmonella,…

• Trong môi trường: xác định được các hóa chất độc hại, độ ô nhiễm môi trường nhờ vào cảm biến xác định nồng độ khí độc, dư lượng thuốc trừ sâu, nồng độ của các kim loại nặng….

Page 10: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Ứng dụng của cảm biến sinh học

Page 11: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

II. Xử lí vật liệu nhạy cảm sinh học trong

Biosensor

Page 12: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

a. Các loai vât liêu: Các hat nano: vàng, dây nano

(Tb,Eu)PO4.H2O,..Vai trò cua các hat nano kim loai:• Cố định phân tử sinh học• Tăng cường xúc tác các phản ứng điện hóa.• Tăng cường chuyên điện tử.• Hoạt động như 1 chất phản ứng.

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 13: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 14: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

• AuPNs (nano vàng) cho phép một loạt các nhóm chức như –SH, -NH2, -CN gắn lên bề mặt của nó bằng liên kết cộng hóa trị

Thuận lợi cho việc cố định các phân tử sinh học một cách ổn định

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 15: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

a.Các loai vât liêu:

Fullerene (Bucky balls) có đường kính lỗ

khỏang 1 nm, cấu tạo từ 60 nguyên tử C,

thường đê gắn kháng thê

Page 16: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

a. Các loai vât liêu• Ống nano carbon vì ống nano có độ bền cơ

học, bền hóa học, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và tương thích với điều kiện sinh học,có thê dễ dàng làm đường dẫn tốt cho electron trao đổi giữa enzyme và bề mặt điện cực

• Hoặc kết hợp giữa các loại vật liệu: Gox (enzyme glucose oxidase)- ống nano carbon đa lớp hay GOx- hạt nano vàng….

Page 17: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

b. Xư li bề mặt vât liêu:• Các hạt nano từ tính được bao phủ xung

quanh bởi hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học như PVA, dextran, silica….

• Các chất bao phủ có tác dụng chức năng hóa bề mặt đê có thê liên kết với các phân tử khác như: Carboxyl, biotin…

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 18: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

b. Xư li bề mặt vât liêu:Bao phủ các hạt nano trên nền polymer: làm tăng độ tương thích với các thành phần hữu cơ, bảo vệ bề mặt khỏi bị oxi hóa, làm giảm độ kết tụ, tăng độ ổn định hóa học và làm giảm tính độcBao phủ các hạt nano trong nền chất vô cơ: phổ biến nhất là nền silica (TiO2).

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 19: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

b. Xử lí bề mặt vật liệu:

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 20: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

• Một quy trình cụ thê:

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 21: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

• Một quy trình cụ thê:

1. Xử lí bề mặt vật liệu.

Page 22: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

2. Chức năng hóa bề mặt vật liệu

• Tiến hành gắn các thụ thê sinh học, các nhóm

chức sinh học lên hạt nano đã được xử lí bề mặt.

• Ví dụ như:

Bọc vỏ dây nano (Tb,Eu)PO4.H2O bằng silica,

chức năng hóa bề mặt bằng nhóm NH2 và gắn kết

với phần tử mang hoạt tính sinh học IgG thông qua

cầu nối glutaraldehyd.

Page 23: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

2. Chức năng hóa bề mặt vật liệu

• ImmunoglobulinG (IgG)

Gắn kết với phần tử mang hoạt tính

sinh học IgG

Page 24: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

2. Chức năng hóa bề mặt vật liệu

Sơ đồ của glucose oxidase chức năng hóa graphene FET

Page 25: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

III. Thành tựu

• Xác định trực tiếp glucose trong máu bệnh nhân đái tháo đường sử dụng enzyme cố định trên sợi nano

• Đã chế tạo thiết bị xác định trực tiếp glucose trong máu bệnh nhân đái tháo đường dựa vào họat động của enzyme glucose oxidase cố định trên mặt sợi nano Pt cho phép xác định được nồng độ glucose trong máu biến thiên trong khoảng từ 125 µM tới 16,5 mM với sai số ± 3%

Page 26: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

• Nghiên cứu chế tạo màng liên kết 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPTS) trên microarray sử dụng cho cảm biến sinh học

III. Thành tựu

Page 27: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

III. Thành tựu

Page 28: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

III. Thành tựuChế tạo thành công chip sinh hoc goi la vi cân tinh thể thach anh QCM có khả năng đo phân bố khối lượng rất nhỏ (ng) dựa vào thay đổi tần số của bộ dao động cộng hưởng thạch anh. Biochip này cho phép phát hiên nhanh vi khuẩn ta

Page 29: Xử lý vật liệu nhạy cảm sinh học trong biosensor-revised

Tài liệu tham khảo• Công nghệ sinh học nano, triển vọng và ứng dụng,

Nguyễn Tiến Thắng, Viện Sinh học nhiệt đới• Chế tạo và tính chất của vật liệu dây nano (Eu,Tb)

PO4.H2O nhằm ứng dụng trong y sinh, Phạm Thị Liên• Cảm biến sinh học, tình hình nghiên cứu và ứng dụng,

Mai Anh Tuấn• Graphene-based hybrid materials and devices for

biosensing, Mayra S. Artiles, Chandra Sekhar Rout, Timothy S. Fisher

• Gold nanoparticle-based signal amplification for biosensing, Xiaodong Cao, Yongkang Ye, Songqin Li