1
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đề tài: “Cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu
ứng trƣờng (FET) sử dụng ống nano carbon” là công trình của tôi. Tất cả các
xuất bản đƣợc công bố chung với các cán bộ hƣớng dẫn khoa học và các đồng
nghiệp đã đƣợc sự đồng ý của các tác giả trƣớc khi đƣa vào luận án. Các kết quả
trong luận án là trung thực, chƣa từng đƣợc công bố và sử dụng để bảo vệ trong bất
cứ một luận án nào khác.

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2012
Tác giả luận án Nguyễn Thị Thủy

nghiên cứu khoa học trong tƣơng lai.
Xin chân thành cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã động
viên giúp đỡ trong thời gian qua cả về vật chất lẫn tinh thần, sự trợ giúp về chuyên

3
môn, các công việc có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến luận án, v.v… đã giúp
tôi hoàn thành bản luận án này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến chồng và hai con tôi, những
ngƣời đã động viên, chia sẻ những khó khăn trong suốt thời gian tôi làm luận án.

Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2012
Tác giả luận án Nguyễn Thị Thủy
I.7.2 Phƣơng pháp liên kết cộng hoá trị 43
I.8 CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ CNTFETs PHÁT HIỆN LAI HOÁ
ADN 46
I.9 KẾT LUẬN 47

5
CHƢƠNG II. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH VÀ PHÂN TÁN ỐNG
NANO CARBON ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC
VÀ CHẾ TẠO CNTFETs 49
II.1 GIỚI THIỆU 49
II.1.1 Các phƣơng pháp biến tính CNTs 49
II.1.2 Các phƣơng pháp phân tán ống nanno carbon (CNTs) 51
II.2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 53
II.2.1 Vật liệu hoá chất 53
II.2.2 Quy trình biến tính và phân tán ống nano carbon 54
II.2.2.1 Xây dựng hệ thiết bị phản ứng 54
II.2.2.2 Phƣơng pháp biến tính ống nano carbon (CNTs) 55
II.2.2.3 Phƣơng pháp phân tán ống nano carbon trong dung dịch DMF 56
II.2.3 Cố định ADN sử dụng ống nano carbon lên vi điện cực 56
II.2.3.1 Thông tin về cảm biến 57
II.2.3.2 Phƣơng pháp cố định ADN dò của vi khuẩn E.Coli lên bề mặt cảm biến 57
II.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60
II.3.1 Phân tán ống nano carbon trong dung dịch DMF 60
II.3.1.1 Hình ảnh của CNTs phân tán trong dung dịch DMF 60
II.3.1.2 Hình thái bề mặt của CNTs phân tán trong dung dịch DMF 61
II.3.1.3 Phổ hấp thụ UV-Vis của CNTs phân tán trong dung dịch DMF 62
II.3.1.4. Phổ tán xạ Raman của CNTs phân tán trong dung dịch DMF 62
II.3.1.5 Phổ hồng ngoại FTIR của CNTs phân tán trong dung dịch DMF 63
II.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân tán của CNTs trong dung dịch DMF
63

III.6.3 Đƣờng đặc tuyến ra I
D
–V
DS
của CNTFETs 99
III.6.4 Đặc tuyến truyền đạt I
D
–V
GS
của CNTFETs 100
III.6.5 Các thông số của CNTFETs 101
III.6.6 Ảnh hƣởng của trễ điện đến tín hiệu ra của CNTFETs 105

7
III.6.7 Ảnh hƣởng của chiều dài kênh đến các đặc trƣng của CNTFETs 107
III.7 KẾT LUẬN 108
CHƢƠNG IV. PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ
TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƢỜNG ỐNG NANO CARBON (CNTFETs) ĐỂ
PHÁT HIỆN LAI HÓA ADN CỦA VI KHUẨN E.COLI 109
IV.I GIỚI THIỆU 109
IV.2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 110
IV.2.1 Vật liệu hoá chất 110
IV.2.2 Thông tin về cảm biến 110
IV.2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm 111
IV.2.3.1. Xử lý bề mặt cảm biến trƣớc khi cố định ADN 111
IV.2.3.2 Phƣơng pháp cố định ADN 111
IV.2.4 Đo đặc trƣng nhạy của cảm biến 114
IV.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 115
IV.3.1 Đặc trƣng cố định ADN dò của vi khuẩn E.Coli lên ống nano carbon 115
IV.3.1.1 Ảnh hiển vi điện tử quét 115

9
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
TT
Viết tắt
Từ tiếng Anh đầy đủ
Nghĩa tiếng Việt
1
ADN
Deoxyribonucleic acid
Axit nucleic
2
ARN
Ribonucleic acid
Axit ribonucleic
3
APTS
Amino Propyl Triethoxy Silane
Chất APTS

Cực máng
11
EDC
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)
carbodiimide hydrochloride
Chất EDC
12
ELISA
Enzyme linked immuno sorbent
assay
Thử nghiệm hấp phụ
miễn dịch gắn men
13
FET
Field effect transistor
Transistor hiệu ứng
trƣờng
14
FM
Fluorescence microscopy
Hiển vi huỳnh quang
15
FE-SEM
Field Emision Scanning Electron
Microscope
Hiển vi điện tử quét phát
xạ trƣờng
16
FTIR
Fourier transform infrared

Transistor hiệu ứng
trƣờng cấu trúc kim loại
ôxít bán dẫn
23
NMP
N-methylpyrrolidone
Chất NMP
24
NHS
N-hydroxysulfo-succinimide
Chất NHS

10
25
ISFET
Ion sensitive field effect transistor
Transistor hiệu ứng
trƣờng nhạy ion
26
PBS
Phosphate buffered saline
Muối đệm phốt phát
27
PCR
Polymerase chain reaction
Phản ứng chuỗi polyme
28
QCM
Quartz crystal microbalance
Vi cân tinh thể thạch anh
11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử vi khuẩn E.coli 22
Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học. 23
Hình 1.3 Cấu tạo của ống nano carbon. 26
Hình 1.4 Hình ảnh mô phỏng ống nano carbon đơn tƣờng và đa tƣờng . 26
Hình 1.5 Vector chiral miêu tả cấu tạo của CNTs . 27
Hình 1.6 Cấu trúc của các dạng ống nano cacbon khác nhau đƣợc định nghĩa theo
giá trị của n, m . 27
Hình 1.7 Ống nano carbon bán dẫn và kim loại . 28

Hình 2.1 Biến tính CNTs bằng axit và sau đó thực hiện chuyển hóa tiếp theo để tạo
các nhóm chức este và amid. 50
Hình 2.2 Biến tính CNTs thông qua các phản ứng thế nhóm florua trên CNTs. 50

12
Hình 2.3 Các phản ứng cộng hợp để gắn các nhóm chức lên CNTs. 51
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thiết bị phản ứng để biến tính CNTs. 54
Hình 2.5 Ảnh hệ thiết bị phản ứng biến tính CNTs. 54
Hình 2.6 Sơ đồ các bƣớc biến tính CNTs bằng phƣơng pháp ôxi hoá. 55
Hình 2.7 Quy trình phân tán CNTs trong dung dịch DMF. 56
Hình 2.8 Vi cảm biến có cấu hình 10 µm x10 µm. 57
Hình 2.9 Cố định ADN -CNTs lên vi điện cực. 58
Hình 2.10 Sơ đồ hệ đo sử dụng bộ khuếch đại Lock-in RS 830. 59
Hình 2.11 Hình ảnh của CNTs phân tán trong dung dịch DMF trƣớc và sau khi biến
tính. 60
Hình 2.12 Ảnh hiển vi điện tử quét FE - SEM của CNTs phân tán trong dung dịch
DMF trƣớc và sau khi biến tính 61
Hình 2.13 Phổ hấp thụ UV-Vis của CNTs phân tán trong dung dịch DMF trƣớc và
sau khi biến tính. 62
Hình 2.14 Phổ tán xạ Raman của CNTs phân tán trong dung dịch DMF trƣớc và sau
khi biến tính. 63
Hình 2.15 Phổ hồng ngoại FTIR của CNTs phân tán trong dung dịch DMF trƣớc và
sau khi biến tính. 64
Hình 2.16 Hình ảnh của CNTs đã biến tính phân tán trong dung dịch DMF với các
thời gian rung siêu âm khác nhau 65
Hình 2.17 Phổ hấp thụ UV-Vis của CNTs phân tán trong dung dịch DMF với các
thời gian rung siêu âm khác nhau 66
Hình 2.18 Ảnh hiển vi điện tử quét FE - SEM của CNTs phân tán trong dung dịch
DMF phủ trên đế silíc với thời gian rung siêu âm. 67
Hình 2.19 Hình ảnh của CNTs phân tán trong dung dịch DMF với giá trị pH khác

Hình 3.11 Tạo nhóm OH lên bề mặt phiến. 86
Hình 3.12 Quá trình xử lý nhiệt bề mặt phiến 86
Hình 3.13 Cấu trúc phân tử APTS. 87
Hình 3.14 Hệ quang khắc. 89
Hình 3.15 Phiến CNTFETs cực cổng dƣới chế tạo với cùng độ rộng kênh W = 700
m, độ dài kênh khác nhau 5, 10, 15 m 92
Hình 3.16 Bản mạch in với cấu hình phù hợp linh kiện CNTFETs từ khâu thiết kế
đến cắt phiến để đóng vỏ. 93
Hình 3.17 Máy hàn dây 7400C, Westbond Inc., USA. 93
Hình 3.18 CNTFETs cực cổng dƣới sau khi đóng gói 94

14
Hình 3.19 Hình ảnh hệ đo của máy HP 4155C để đo đặc trƣng I
D
- V
GS
và I
D
- V
DS

của CNTFETs. 95
Hình 3.20 Sơ đồ phân cực cho CNTFETs. 96
Hình 3.21 Màn hình giao diện để cài đặt các thông số trong quá trình đo đƣờng đặc
trƣng I
D
-V
DS
và I
D

D
-V
GS
thang lôgarit của CNTFETs……………102
Hình 3.28 Đƣờng đặc tuyến g
m
-V
GS
tại V
DS
= - 0.5 V của CNTFETs………… 103
Hình 3.29 Đặc tuyến g
d
– V
DS
của CNTFETs…………………………………….104
Hình 3.30 Hiện tƣợng trễ điện của CNTFETs. 106
Hình 3.31 Các đặc trƣng phụ thuộc chiều dài kênh của CNTFETs. 107
Hình 4.1 Transistor hiệu ứng trƣờng sử dụng mạng lƣới ống nano carbon làm kênh
dẫn, có kích thƣớc chiều dài kênh là 15 µm, chiều rộng kênh 700 µm. 111
Hình 4.2 Cố định chuỗi ADN dò của vi khuẩn E.Coli lên bề mặt ống nano carbon
của CNTFETs 113
Hình 4.3 Sơ đồ mô tả chuỗi ADN dò của vi khuẩn E.Coli hấp phụ lên bề mặt ống
nano carbon……………………………………………………………………….113
Hình 4.4 Hệ đo sử dụng thiết bị phân tích tham số bán dẫn HP 4155C. 114
Hình 4.5 Màn hình giao diện để cài đặt các thông số trong quá trình đo đƣờng đặc
tính điện I
D
-V
GS

C. 123
Hình 4.14 Đặc tuyến truyền đạt I
D
-V
GS
của cảm biến CNTFETs khi lai hóa ADN
của vi khuẩn E.Coli ở các nồng độ khác nhau. 125
Hình 4.15 Ảnh hƣởng của nồng độ ADN dò của vi khuẩn E.Coli đối với tín hiệu ra
của cảm biến sinh học CNTFETs. 127
Hình 4.16 Ảnh hƣởng của thời gian cố định ADN dò của vi khuẩn E.Coli đến tín
hiệu ra của cảm biến sinh học CNTFETs. 128
Hình 4.17 Ảnh hƣởng của giá trị pH đối với tín hiệu ra của cảm biến sinh học
CNTFETs. 129
Hình 4.18 Ảnh hƣởng của màng BSA đối với tín hiệu ra của cảm biến sinh học
CNTFETs. 130
Hình 4.19 Ảnh hƣởng của nhiệt độ lai hoá tới tín hiệu ra của cảm biến sinh học
CNTFETs. 131
Hình 4.20 Đặc trƣng I
D
-V
GS
của cảm biến sinh học CNTFETs thay đổi theo thời
gian, ADN dò = 10 M, ADN đích = 1 pM, T = 30
0
C. 133
Hình 4.21 Tín hiệu ra của cảm biến sau hai lần lai hoá ADN của vi khuẩn E.Coli.
134
17
MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển về kinh tế, gia tăng dân số, hội nhập toàn cầu
là sự phát sinh các dịch bệnh nguy hiểm nhƣ: viêm đƣờng hô hấp cấp tính (SARS),
cúm A/H
5
N
1
, sốt phát ban, sốt xuất huyết Dengue, viêm não Nhật Bản, tiêu chảy
cấp đe dọa đến sức khoẻ cộng đồng [14]. Phát hiện, khống chế và ngăn chặn kịp
thời các tác nhân gây bệnh truyền nhiễm là yêu cầu cấp thiết nhằm giảm thiểu nguy
cơ tác hại đến sức khoẻ và những thiệt hại về mặt kinh tế, xã hội. Chính vì vậy, phát
hiện nhanh, nhạy và sàng lọc mầm bệnh truyền nhiễm là mấu chốt để ngăn chặn quá
trình lây lan của tác nhân gây bệnh bằng biện pháp cách ly hay điều trị kịp thời [50].
Hiện nay chúng ta đã có một số phƣơng pháp phát hiện vi rút, vi khuẩn gây
bệnh nhƣ: phƣơng pháp phản ứng chuỗi polyme  PCR (Polymerase Chain
Reaction) [27, 42, 132], phƣơng pháp  ELISA (Enzyme  Linked ImmunoSorbent
Assay) [61], phƣơng pháp nuôi cấy tế bào [5]. Phƣơng pháp PCR là một phƣơng
pháp đã đƣợc sử dụng thƣờng xuyên trong y sinh học và công nghệ thực phẩm.
Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp này là dựa vào sự thay đổi nhiệt độ bắt cặp của
chuỗi ADN để xác định lai hóa. Phƣơng pháp ELISA là phƣơng pháp dựa trên phản

một số đối tƣợng vi khuẩn thƣờng gặp ví dụ nhƣ: Cảm biến sinh học dựa trên cơ
chế của phản ứng miễn dịch để phát hiện vi khuẩn Samonella với độ nhạy cao, thời
gian đáp ứng nhanh với nồng độ phát hiện là 100 CFU.mL
-1
[114]. Một nghiên cứu
khác của cảm biến miễn dịch có thể phát hiện vi khuẩn Candida albicans với nồng
độ phát hiện là 50 CFU.mL
-1
chỉ trong vòng 60 phút [115]. Ngoài ra còn một số loại
cảm biến khác nhƣ cảm biến ADN nhằm phát hiện vi khuẩn Escherichia coli O157
dựa trên sự lai hoá giữa các chuỗi ADN với giới hạn phát hiện nồng độ chuỗi ADN
bổ sung là 1pg.L
-1
[127]. Ở Việt Nam hƣớng nghiên cứu cảm biến sinh học nói
chung và cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu ứng trƣờng sử dụng ống nano
cacbon là hƣớng mới rất quan trọng và cần thiết, mới đƣợc tiếp cận ở nƣớc ta trong
thời gian gần đây. Một vài công trình nghiên cứu của nhóm Biosensor tại Viện
ITIMS trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã triển khai các nghiên cứu nhƣ: Chế tạo
cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu ứng nhạy ion (ISFET) phát hiện thuốc
trừ sâu trong nƣớc [105], cảm biến ADN trên cơ sở vi điện cực để phát hiện vi rút
H
5
N
1
[6], phát hiện biến đổi gen của đậu tƣơng [101], cảm biến miễn dịch để phát
hiện vi rút viêm não Nhật Bản [7]. Để góp phần phát triển các cảm biến sinh học ở
Việt Nam nhằm phát hiện nhanh, trực tiếp vi khuẩn gây bệnh, đề tài nghiên cứu với
tiêu đề: “Cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu ứng trƣờng (FET) sử
dụng ống nano carbon” đã đƣợc đề xuất cho luận án tiến sĩ. Đây là nghiên cứu đầu
tiên ở Việt Nam về sự kết hợp ống nano carbon với thành phần sinh học để chế tạo

ứng trƣờng ống nano carbon thích hợp với yêu cầu đặt ra, phù hợp với điều kiện
công nghệ hiện có ở trong nƣớc.
Chƣơng 2: Nghiên cứu công nghệ biến tính và phân tán ống nano carbon định
hướng ứng dụng trong cảm biến sinh học và chế tạo CNTFETs
Chƣơng 2 trình bày công nghệ biến tính ống nano carbon và những kết quả
nghiên cứu phân tán ống nano carbon trong dung dịch Dimethylformamide (DMF).
Thông qua các phép phân tích phổ hấp thụ UV-Vis, hiển vi điện tử quét, phổ
Raman, phổ hồng ngoại FITR nhằm tìm ra các thông số phù hợp nhất cho mục đích
chế tạo transistor hiệu ứng trƣờng trên cơ sở mạng lƣới ống nano carbon từ đó có
thể mở ra các ứng dụng trong cảm biến sinh học.
Chƣơng 3: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo transistor hiệu ứng trường trên cơ sở
ống nano carbon (CNTFETs)

20
Chƣơng 3 trình bày những kết quả nghiên cứu chế tạo transistor hiệu ứng
trƣờng sử dụng mạng lƣới ống nano carbon làm kênh dẫn từ việc thiết kế mặt nạ,
nghiên cứu công nghệ, chế tạo CNTFETs đến hàn dây và đóng gói linh kiện.
Chƣơng này nghiên cứu thử nghiệm ba loại CNTFETs với kích thƣớc kênh dẫn
khác nhau. Cụ thể với ba chiều dài kênh khác nhau là 5 m, 10 m, 15 m cùng
chiều rộng 700 m. Trên cơ sở đó tác giả lựa chọn cảm biến phù hợp với điều kiện
nghiên cứu trong nƣớc và phù hợp với đối tƣợng nghiên cứu.
Chƣơng 4: Phát triển cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu ứng trường
ống nano carbon để phát hiện lai hóa ADN của vi khuẩn E.Coli
Chƣơng 4 trình bày những kết quả nghiên cứu phát triển cảm biến sinh học trên
cơ sở sở transistor hiệu ứng trƣờng ống nano carbon sử dụng chuỗi ADN của vi
khuẩn E.Coli làm phần tử dò. Các yếu tố của quá trình cố định ảnh hƣởng đến tín
hiệu ra của cảm biến nhƣ: thời gian cố định, nồng độ ADN dò và giá trị pH của
dung dịch cố định, ảnh hƣởng nhiệt độ lai hoá đƣợc bàn luận ở đây. Ngoài ra, độ ổn
định và khả năng tái sử dụng cảm biến cũng đã đƣợc nghiên cứu.
Cuối cùng là phần kết luận chung của toàn bộ luận án.

biến đổi gen trong cây trồng [6]. Sở dĩ cảm biến sinh học đƣợc sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực là nhờ có nhiều tính năng nổi bật nhƣ: 1) đặc hiệu ở mức độ
phân tử; 2) có độ chọn lọc cao; 3) có cấu trúc đơn giản; 4) tiết kiệm thời gian; 5)
yếu tố cảm biến sinh học có thể tái sử dụng cho các chất phân tích khác nhau.
I.1 GIỚI THIỆU VI KHUẨN E.COLI
Vi khuẩn E.coli thuộc họ Enterobacteriaceae là túc chủ bình thƣờng ở trong
ruột, chiếm 80% các vi khuẩn hiếm khí đƣờng ruột của ngƣời lớn, còn tìm thấy ở
nhiều niêm mạc khác nữa. Từ ruột, E.coli theo phân ra đất, nƣớc. E.coli là một hình
que thẳng, hai đầu tròn, kích thƣớc dài ngắn khác nhau từ 2 m đến 3 m, đƣờng
kính cắt ngang rộng 0.5 m. E. coli phần lớn rất di động, không sinh nha bào, có thể
có vỏ (hình 1.1). E. coli có một số týp kháng nguyên là nguyên nhân gây ra viêm dạ
dày ruột và gây nhiễm trùng độc cấp tính ở đƣờng tiêu hóa, dẫn đến bệnh tiêu chảy
cấp và lan truyền chủ yếu qua nƣớc uống và thức ăn. Bệnh tả có thể lan truyền
thành dịch lớn. Trong vòng 200 năm qua đã có 7 lần dịch tả bùng phát và lây lan
thành đại dịch ở một số nƣớc và châu lục, trong thời gian vài tháng đã làm tử vong
hàng chục ngàn ngƣời ở các thành phố lớn nhƣ Pari (1832), London (1854). Tại
Việt Nam, dịch tả trong các năm 1937-1938 đã làm chết gần 15 nghìn ngƣời. Trong
năm 2008 dịch tả đã bùng phát tại một số tỉnh phía Bắc, nhƣng nhờ các biện pháp
phòng chống đƣợc Bộ Y tế triển khai kịp thời nên dịch nhanh chóng bị dập tắt mà
không gây tổn thất về ngƣời. Hiện nay chƣa có vắc xin phòng bệnh.

22

Hình 1.1 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử vi khuẩn E.coli
[ E.coli, Viện dịch tễ trung ương ].
Một số phƣơng pháp chẩn đoán trong phòng xét nghiệm thƣờng đƣợc sử dụng
để xác định vi khuẩn nhƣ: phân lập, phát hiện thông qua phản ứng chuỗi polyme
(PCR), kỹ thuật ELISA. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này từ vài giờ đến hàng tuần
để biết đƣợc kết quả. Hơn nữa, hầu hết các xét nghiệm phải thực hiện trong các
phòng thí nghiệm an toàn sinh học bậc cao, cần đến sinh phẩm và hóa chất đắt tiền,

trên thành phần cảm nhận sinh học có thể chia thành ba loại cơ bản: cảm biến
Enzyme, cảm biến ADN và cảm biến miễn dịch. Nếu dựa trên bộ phận chuyển đổi
thì có thể chia cảm biến sinh học thành những loại nhƣ sau: cảm biến điện hoá dựa
trên cơ sở các phép đo dòng, thế, hoặc độ dẫn của dung dịch, cảm biến quang trên
cơ sở phép đo huỳnh quang [34], cảm biến cơ dựa trên sự thay đổi khối lƣợng ở bề
mặt cảm biến sẽ làm thay đổi tần số trong vi cân tinh thể thạch anh [119], cảm biến
trên cơ sở transistor hiệu ứng trƣờng thƣờng sử dụng điện trƣờng để điều khiển độ
dẫn của kênh dẫn giữa hai điện cực nguồn, máng. Điều này có thể đạt đƣợc bởi sự
thay đổi điện áp trên ở điện cực cổng [102]. Cùng với sự phát triển của các loại cảm
biến sinh học nói chung, cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu ứng trƣờng
ống nano carbon (CNTFETs) đang ngày càng đƣợc đầu tƣ nghiên cứu. Trong những
nghiên cứu về transistor hiệu ứng trƣờng ống nano carbon ứng dụng làm cảm biến
sinh học phải kể đến công bố của các nhóm nghiên cứu: G.J.Lee đã nghiên cứu cảm
biến sinh học trên cơ sở enzyme – CNTFETs để phát hiện Glutamate với độ nhạy
cao, thời gian đáp ứng nhanh [38]. Để chế tạo loại cảm biến này, nhóm của Lee đã
cố định enzyme L-glutamate oxidase (GLOD) lên trên bề mặt ống nano carbon sử

24
phƣơng pháp liên kết không cộng hoá trị, tính chất điện của CNTFETs sau đó đƣợc
đặc trƣng bởi dòng điện chạy ở cực nguồn và cực máng của cảm biến. Nhóm của
Star đã sử dụng CNTFETs để phát hiện đột biến gen dựa trên sự đánh dấu quang
đoạn ADN, với giới hạn phát hiện nồng độ chuỗi đột biến gen ở mức pM đến M
[10]. Nghiên cứu cơ chế phát hiện lai hoá đoạn ADN sử dụng CNTFETs đã đƣợc
nghiên cứu bởi nhóm Tang [149]. Trong báo cáo này, các tác giả đã đề xuất ra cơ
chế phát hiện sự lai hoá của cảm biến dựa vào sự ức chế lai hoá khi đoạn ADN hấp
phụ trực tiếp trên vách ống nano carbon. Gần đây, Maria và cộng sự đã nghiên cứu
transistor hiệu ứng trƣờng ống nano carbon đa tƣờng để phát hiện lai hoá đoạn
ADN. Đây là loại cảm biến đƣợc chế tạo dựa trên sự hấp phụ đoạn ADN dò lên ống
nano carbon đã đƣợc pha tạp với polymer dẫn. Tín hiệu lai hoá quan sát đƣợc dựa
trên sự thay đổi tính chất điện của CNTFETs [92]. Oh [68] đã nghiên cứu chế tạo

đề cƣơng nghiên cứu năm 2008.
I.3 GIỚI THIỆU ỐNG NANO CARBON
Ống nano carbon có cấu trúc nano là một trong số các vật liệu mới hết sức hấp
dẫn đƣợc phát hiện, nghiên cứu và chế tạo trong thập niên cuối cùng của thế kỷ XX.
Đây là vật liệu rất đa dạng về cấu trúc và hình dạng, khác nhau về tính chất: cơ, lý,
hoá. Nhƣng chúng đều có một điểm giống nhau là đều đƣợc cấu tạo chỉ từ một
nguyên tố duy nhất, đó là nguyên tố C. Ống nano carbon là vật liệu đầy hứa hẹn cho
ứng dụng công nghệ cao và hứa hẹn một số ứng dụng mới trong nhiều lĩnh vực khác
nhau nhƣ trong các thiết bị điện tử có kích thƣớc nano [113], transistor và bộ nhớ
[43, 111, 120], trong các thiết bị cơ điện tử [65], chế tạo các đầu đo AFM/STM
[45]. Tóm lại, ống nano carbon đã có đƣợc một số ứng dụng thành công trong nhiều
lĩnh vực khác nhau. Trong số những ứng dụng này, transistor hiệu ứng trƣờng trên
cơ sở ống nano carbon đã và đang đƣợc quan tâm nhiều nhất bởi các nhà khoa học,
các công ty thƣơng mại, do chúng có những tính năng vƣợt trội so với loại transistor
hiệu ứng trƣờng trên cơ sở MOS nhƣ có độ dẫn truyền tốt và tỷ số I
ON
/I
OFF
lớn.
I.3.1 Cấu tạo của ống nano carbon
Ống nano carbon là một vật liệu mới của nghành công nghệ nano, có tên tiếng
anh là “Carbon Nanotubes”, tên viết tắt là CNTs. Ống nano carbon là một dạng thù
hình của carbon, có dạng hình trụ tròn, có kết tinh gần nhƣ một chiều đƣợc phát
hiện lần đầu tiên vào năm 1991 bởi Iijima [59].
Ống nano carbon (CNTs) có cấu tạo hình trụ có kích thƣớc đƣờng kính vài
nanomet, chiều dài có thể tới vài chục micromet. Vách của ống nano carbon bao
gồm những hình lục giác của các nguyên tử carbon tạo nên mạng graphit. Có thể
tƣởng tƣợng ống nano carbon là một lá graphit cắt thành dải sau đó đƣợc gắn kín
tạo thành ống bằng bán cầu fullerence có cùng đƣờng kính (hình 1.3).