Luận án TS: Chế tạo nanocomposite carbon ứng dụng cảm biến glucose - Nguyễn Đức Nghĩa

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Đ¾I HàC BÁCH KHOA HÀ NÞI ------------------------- Nguyßn Đąc Ngh*a NGHIÊN CĄU CH¾ T¾O VÂT LIàU TRÊN C¡ Sä NANOCOMPOSITE CARBON ĄNG DĀNG TRONG CÀM BI¾N GLUCOSE LUÂN ÁN TI¾N S) KỸ THUÂT HÓA HàC HÀ NÞI – 2023 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Đ¾I HàC BÁCH KHOA HÀ NÞI Nguyßn Đąc Ngh*a NGHIÊN CĄU CH¾ T¾O VÂT LIàU TRÊN C¡ Sä NANOCOMPOSITE CARBON ĄNG DĀNG TRONG CÀM BI¾N GLUCOSE Ngành: Kā thuÃt hóa hác Mã số: 9520301 LUÂN ÁN TIÀN S) KĀ THUÂT HÓA HàC NG¯äI H¯âNG DÀN KHOA HàC: 1. TRÀN V)NH HOÀNG 2. HUþNH ĐNG CHÍNH HÀ NÞI – 2023 Lãi cam đoan Tôi xin cam đoan, luÃn án này do tôi thực hiện d°ãi sự h°ãng dÁn cÿa ng°åi h°ãng dÁn khoa hác PGS. TrÁn V*nh Hoàng và PGS.

Huÿnh Đng Chính. Các số liệu, kÁt quÁ trình bày trong luÃn án là trung thực và ch°a từng đ°ÿc tác giÁ khác công bố. Hà Nái, ngày 06 tháng 10 nm 2023 Nghiên cāu sinh Nguyßn Đąc Ngh*a NG¯âI H¯àNG DÀN KHOA HàC 1. TrÁn V*nh Hoàng 2.

Huÿnh Đng Chính i Lãi cÁm ¢n LuÃn án này đ°ÿc thực hiện ç phòng thí nghiệm Bá môn Hóa Vô c¡ và Đ¿i c°¡ng, Viện Kā thuÃt Hóa hác (nay là Tr°ång Hoá và khoa hác sự sống), Đ¿i hác Bách khoa Hà Nái. Vãi lòng biÁt ¡n sâu sắc, tôi xin đ°ÿc gửi låi cÁm ¡n chân thành tãi PGS.TS TrÁn V*nh Hoàng và PGS.TS Huÿnh Đng Chính, những ng°åi thÁy đã tÃn tình h°ãng dÁn tôi hoàn thành luÃn án này. Tôi xin chân thành cÁm ¡n các thÁy cô ç Bá môn Hóa Vô c¡ và Đ¿i c°¡ng; Viện Kā thuÃt Hóa hác (Tr°ång Hoá và khoa hác sự sống), Đ¿i hác Bách khoa Hà Nái đã nhiệt tình giúp đỡ và t¿o mái điều kiện cho tôi làm thực nghiệm để thực hiện các nái dung nghiên cāu cÿa luÃn án. Trong quá trình nghiên cāu, tôi đã nhÃn đ°ÿc sự đáng viên, giúp đỡ, t¿o điều kiện cÿa lãnh đ¿o, đồng nghiệp trong Trung tâm Nhiệt đãi Việt – Nga n¡i tôi đang công tác, các sinh viên nghiên cāu khoa hác, hác viên cao hác và các thÁy cô trong nhóm nghiên cāu Advanced Materials and Biosensors (AMB).

Tôi xin trân tráng cÁm ¡n sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi cũng xin đ°ÿc gửi låi cÁm ¡n tãi gia đình, b¿n bè và ng°åi thân đã luôn sát cánh bên tôi, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hác tÃp và thực hiện luÃn án. Hà Nái, ngày 06 tháng 10 nm 2023 Nghiên cāu sinh Nguyßn Đąc Ngh*a ii Māc lāc Lãi cam đoan &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.iii DANH MĀC VI¾T TÀT. vii DANH MĀC BÀNG.

viii DANH MĀC HÌNH. ix CH¯¡NG 1: Tổng quan .1 Đßnh ngh*a và c¿u t¿o cÁm biÁn sinh hác .3 Các thành phÁn cÿa cÁm biÁn sinh hác.2 Bá phÃn chuyển đổi (transducer) .4 CÁm biÁn so màu .5 Mát số āng dāng cÿa cÁm biÁn sinh hác. Āng dāng trong kiểm nghiệm an toàn thực ph¿m và kiểm soát môi tr°ång. Āng dāng trong y sinh hác và ch¿n đoán lâm sàng.

Kiểm tra an ninh, phòng chống ma túy, đÁm bÁo an ninh -quốc phòng .1 C¿u trúc phân tử và đặc tính xúc tác °u việt cÿa enzym .2 Đặc điểm xúc tác cÿa enzym .3 Tính đặc hiệu cÿa enzym .4 Đ¡n vß đo ho¿t đá chÁ ph¿m enzym .3 CÁm biÁn sinh hác xác đßnh nồng đá glucose .1 Các ph°¡ng pháp xét nghiệm nồng đá glucose. Ph°¡ng pháp so màu trên c¡ sç sử dāng enzym đặc chÿng .2 Xét nghiệm bằng máy đo sử dāng cÁm biÁn sinh hác điện hóa sử dāng các enzym đặc chÿng .2 Các xu h°ãng phát triển cÁm biÁn glucose.1 Tổng hÿp và āng dāng các vÃt liệu thay thÁ enzym glucose oxidase (GOx) trong chÁ t¿o cÁm biÁn .2 Tổng hÿp và sử dāng các vÃt liệu có ho¿t tính xúc tác thay thÁ enzym peroxidase (POD).4 Các vÃt liệu nano tiên tiÁn trên nền carbon đ°ÿc nghiên cāu trong luÃn án .2 H¿t nano Fe3O4 bác carbon (c¿u trúc lõi/vỏ) (core-shell) .1 VÃt liệu nano Fe3O4 .2 H¿t nano Fe3O4 bác carbon (c¿u trúc lõi/vỏ - core-shell) .3 VÃt liệu FeOOH/ ch¿m carbon l°ÿng tử pha t¿p nit¡ .1 Sắt oxy – hydroxit (FeOOH) .2 Ch¿m cacbon l°ÿng tử pha t¿p nit¡ (N-GQDs). 30 CH¯¡NG 2: Thực nghißm .1 Nguyên vÃt liệu, hóa ch¿t, dāng cā và thiÁt bß .1 Nguyên vÃt liệu, hóa ch¿t .2 Dāng cā và thiÁt bß .2 Tổng hÿp vÃt liệu AgNPs/GQDs và āng dāng trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác .1 Tổng hÿp vÃt liệu AgNPs/GQDs .1 Tổng hÿp carbon dots bằng ph°¡ng pháp từ d°ãi lên (bottom-up) .2 ChÁ t¿o vÃt liệu nano Ag/Carbon dots (AgNPs/GQDs) .2 ChÁ t¿o cÁm biÁn phát hiện hydrogen peroxide (H2O2) trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs .3 ChÁ t¿o cÁm biÁn glucose trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs .4 Āng dāng cÁm biÁn glucose trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs cho mÁu thực .5 ChÁ t¿o hệ thống xét nghiệm hàng lo¿t, āng dāng để phát hiện hydrogen peroxide (H2O2) trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs sử dāng phÁn mền ImageJ .3 Tổng hÿp vÃt liệu Fe3O4 bác carbon (FeC) và āng dāng trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác. Tổng hÿp vÃt liệu FeC.

CÁm biÁn phát hiện hydrogen peroxide (H2O2) trên c¡ sç vÃt liệu FeC .1 CÁm biÁn phát hiện H2O2 trên c¡ sç vÃt liệu FeC .2 ChÁ t¿o cÁm biÁn xác đßnh nồng đá glucose trên c¡ sç vÃt liệu FeC .3 Āng dāng vÃt liệu FeC trong chÁ t¿o cÁm biÁn xác đßnh glucose trong dung dßch và mÁu thực .4 Tổng hÿp vÃt liệu FeOOH/ ch¿m carbon l°ÿng tử pha t¿p nit¡. 41 (FN-GQDs) āng dāng trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác.1 Tổng hÿp vÃt liệu FN-GQDs .2 CÁm biÁn phát hiện hydrogen peroxide (H2O2) trên c¡ sç vÃt liệu FN-GQDs .1 CÁm biÁn phát hiện H2O2 trên c¡ sç vÃt liệu FN-GQDs .2 ChÁ t¿o cÁm biÁn glucose trên c¡ sç vÃt liệu FN-GQDs.5 KhÁo sát ho¿t tính cÿa các nanozyme (FeC, FN-GQDs) .6 Các ph°¡ng pháp xử lý số liệu .3 Giãi h¿n phát hiện (LOD). 45 CH¯¡NG 3: K¿t quÁ và thÁo lu¿n .1 Tổng hÿp, đặc tr°ng và āng dāng vÃt liệu AgNPs/GQDs trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác so màu phát hiện glucose .1 Tổng hÿp và đặc tr°ng vÃt liệu AgNPs/GQDs .2 CÁm biÁn xác đßnh nồng đá H2O2 trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs .1 KhÁo sát ho¿t tính t°¡ng tự enzym hydrogen peroxide cÿa vÃt liệu AgNPs/GQDs .2 CÁm biÁn xác đßnh nồng đá H2O2.3 Āng dāng vÃt liệu AgNPs/GQDs trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác phát hiện glucose bằng ph°¡ng pháp so màu .1 CÁm biÁn glucose trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs .2 Āng dāng vÃt liệu AgNPs/GQDs trong chÁ t¿o cÁm biÁn xác đßnh nồng đá glucose trong mÁu n°ãc tiểu .4 ChÁ t¿o cÁm biÁn phát hiện hydrogen peroxide (H2O2) trên c¡ sç vÃt liệu AgNPs/GQDs sử dāng phÁn mền ImageJ .1 Tính toán đá tin cÃy cÿa bá cÁm biÁn .2 Tổng hÿp, đặc tr°ng và āng dāng vÃt liệu Fe3O4 bác carbon (FeC) trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác so màu phát hiện glucose. Tổng hÿp, đặc tr°ng vÃt liệu FeC .2 CÁm biÁn xác đßnh nồng đá H2O2 trên c¡ sç vÃt liệu FeC .1 KhÁo sát ho¿t tính xúc tác t°¡ng tự enzym hydrogen peroxidase cÿa vÃt liệu FeC .2 KhÁo sát đáng hác ho¿t tính xúc tác t°¡ng tự enzym peroxidase cÿa vÃt liệu FeC .3 CÁm biÁn xác đßnh nồng đá H2O2.3 Āng dāng vÃt liệu FeC trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác phát hiện glucose .1 CÁm biÁn sinh hác phát hiện glucose trên c¡ sç vÃt liệu FeC .1 Āng dāng vÃt liệu FeC trong chÁ t¿o cÁm biÁn xác đßnh glucose trong dung dßch và mÁu thực .3 Tổng hÿp, đặc tr°ng và āng dāng vÃt liệu FN-GQDs trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác so màu phát hiện glucose .1 Tổng hÿp, đặc tr°ng cÿa vÃt liệu FN-GQDs .2 CÁm biÁn xác đßnh nồng đá H2O2 trên c¡ sç vÃt liệu FN-GQDs .1 Ho¿t tính xúc tác cÿa FN-GQDs và tối °u hóa điều kiện phÁn āng.2 CÁm biÁn xác đßnh nồng đá H2O2 trên c¡ sç vÃt liệu FN-GQDs .3 Āng dāng vÃt liệu FN-GQDs trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác phát hiện glucose .1 CÁm biÁn sinh hác xác đßnh glucose trong dung dßch trên c¡ sç vÃt liệu FN-GQDs .2 Āng dāng vÃt liệu FN-GQDs trong chÁ t¿o cÁm biÁn sinh hác phát hiện glucose trong n°ãc tiểu .97 TÀI LIÞU THAM KHÀO.

100 vi DANH MĀC VI¾T TÀT Ký hiáu Vi¿t đầy dă bằng ti¿ng Anh Dßch ra ti¿ng Viát DNA Deoxyribonucleic Acid ADN RNA Ribonucleic Acid RNA Enzym - Linked Immunosorbent ELISA Xét nghiệm miễn dßch ELISA Assay LOD Limit of Detection Giãi h¿n phát hiện ODNs Oligo Deoxyribonucleotides Chußi deoxyribonucleotides tổng hÿp GOx Enzym Glucose Oxidase Enzym oxi hoá glucose ChOx Enzym Cholesterol Oxidase Enzym oxi hoá cholesterol Enzym Horseradish Peroxidase (mát lo¿i HRP Enzym Horseradish Peroxidase enzym phân huÿ hydroperoxit -H2O2) Human Immunodeficiency Virus HIV Virus gây suy giÁm miễn dßch ç ng°åi infection SI International Standard Tiêu chu¿n quốc tÁ International Union of Pure and IUPAC Hiệp hái quốc tÁ về hóa hác āng dāng Applied Chemistry POD Enzym Peroxidase Enzym phân huÿ hydroperoxit (H2O2) TMB 3,3',5,5' - Tetramethylbenzidine 3,3',5,5' - Tetramethylbenzidine 4-AAP 4 – Aminophenzon 4 – Aminophenzon H¿t nano carbon có kích th°ãc nhỏ h¡n GQDs Graphen quantum dots 10 nm. N-GQDs N-GQDs Graphen quantum dots pha t¿p nit¡ XRD X-ray Diffraction Quang phổ nhiễu x¿ tia x TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét Fourier Transform Infrared FT-IR Phổ hồng ngo¿i Spectroscopy PL Photoluminescence Quang phổ phát quang H¿t nano oxit sắt có ho¿t tính nh° IONzyme Iron oxide nanozyme enzym AgNPs Silver nanoparticles H¿t nano b¿c AgNPs/G Silver nanoparticles Graphen H¿t nano b¿c lai t¿o Graphen quantum QDs quantum dots dots FeC FeC Fe3O4 bác carbon FN- VÃt liệu FeOOH/ ch¿m carbon l°ÿng tử FN-GQDs GQDs pha t¿p nit¡ vii DANH MĀC BÀNG BÁng 2.1 Thành phÁn chÁ t¿o mÁu .1 So sánh các cÁm biÁn glucose trên c¡ sç ph°¡ng pháp so màu .2 Giá trß đo c°ång đá h¿p thā trung bình giữa các lÁn đo.4 BÁng kÁt quÁ đo cÿa mÁu trắng trong khay Elisa .6 Sai số phép đo phân tích H2O2 có nồng đá 200 mM .7 BÁng so sánh đá tin cÃy khi phân tích xác đßnh H2O2 ç các nồng đá khác nhau .8 Điều kiện tối °u cÿa phÁn āng .9 Các thông số Km đối vãi TMB và H2O2 cÿa các mÁu xúc tác FeC và mát số xúc tác đã công bố .10 Sai số cÿa phép đo .11 KÁt quÁ tính l°ÿng glucose trong mÁu thực theo mÁu chu¿n.12 So sánh kÁt quÁ phân tích glucose trong mÁu huyÁt thanh giữa cÁm biÁn FeC13 và trung tâm y tÁ.13 Điều kiện tối °u cÿa phÁn āng .14 Giãi h¿n tìm kiÁm H2O2 nhỏ nh¿t cÿa mát số báo cáo tr°ãc đây .15 So sánh hằng số đáng hác Km cÿa FN-GQDs vãi các xúc tác khác .16 So sánh LOD cÿa mát số cÁm biÁn glucose đã công bố tr°ãc đây. 95 viii DANH MĀC HÌNH Hình 1.1 Nguyên lý c¿u t¿o cÿa cÁm biÁn sinh hác[1] .