BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÒNG THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ NANO
ðẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

ðỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ðỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN NANO SINH
HỌC ðỂ CHẨN ðOÁN VÀ ðỊNH LƯỢNG MỘT SỐ
HỢP CHẤT SINH HỌC

Mã số: KC.04.12/06-10
Cơ quan chủ trì ñề tài: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano
Chủ nhiệm ñề tài: TS. Tống Duy Hiển
(ký tên và ñóng dấu khi gửi lưu trữ)

TP. Hồ Chí Minh, 11 - 2010

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên chúng tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ đã hỗ
trợ và cấp kinh phí thực hiện đề tài này.
Nhóm nghiên cứu xin chân thành ghi nhận sự đóng góp hữu hiệu của các đối tác
trong nước và nước ngoài:
- Viện Sinh học Nhiệt đới – Viên Khoa học và Công nghệ Việt nam,
- Đại học Y Dược TP. HCM,
- Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung Ương
- Viện Nghiên cứu Công nghệ Nano, ĐH Tổng hợp Twente, Hà lan,
Và mong muốn được tiếp tục cộng tác trong tương lai.

Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn:
- Văn Phòng Các Chương Trình,
- Chương Trình KC04/06-10,
- Ban Giám đốc ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh,
- Ban KHoa học Công nghệ, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh,
- Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano
- Và các cộng sự,

Đã chỉ đạo, tạo điều kiện thuận lợi, và động viên khích lệ chúng tôi hoàn
thành đề tài này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 10-2010

Học hàm, học vị: Tiến sỹ
Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên; chức vụ: Phó Giám ñốc
ðiện thoại: Tổ chức: 84-8-37242160 - Ext. 4632;
Nhà riêng: 84-4-6271780 Mobile: 01272656907
Fax: 84-8-37242163 E-mail: [email protected],
[email protected]
Tên tổ chức ñang công tác: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano (LNT) - ðại
Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
ðịa chỉ tổ chức: Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ ðức, TP. Hồ Chí
Minh.
ðịa chỉ nhà riêng: 24/495 Bạch Mai, Thành phố Hà Nội.
3. Tên tổ chức chủ trì:
Tên tổ chức chủ trì ñề tài: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano (LNT)
ðiện thoại: 84-8-37242160 - Ext. 4612/4613 Fax: 84-8-37242163
E-mail: [email protected]

ii

Website: www.hcmlnt.edu.vn
ðịa chỉ: Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ ðức, TP. H
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS. ðặng Mậu Chiến
Số tài khoản: 931.01.00.00100
Ngân hàng: Kho Bạc Nhà Nước TP. Hồ Chí Minh
Tên cơ quan chủ quản ñề tài: Bộ Khoa học và Công Nghệ

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện ñề tài:
- Theo Hợp ñồng ñã ký kết: từ tháng 03 năm 2008 ñến tháng 10 năm 2010
- Thực tế thực hiện: từ tháng 09 năm 2008 ñến tháng 11 năm 2010
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:

Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH

Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
1 Trả công lao ñộng
(khoa học, phổ
1.250 1.250 - 1.250 1.250 iii

thông)
2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
1.200 1.200 - 1.190,040544 1.190,040544

3 Thiết bị, máy móc

1.120 1.120 - 1.108,920 1.108,920

4 Xây dựng, sửa
chữa nhỏ
- - - - -

5 Chi khác
380 380 - 391,251375 391,251375

và phát triển công nghệ

3 Quyết ñịnh số
2001/Qð-BKHCN ngày
15/09/2008
- Vể việc thay chủ nhiệm ñề tài
KC.04.12/06-10 thuộc chương trình
“Nghiên cứu, phát triển và ứng
dụng công nghệ sinh học” mã số
KC.04.12/06-10

4 Quyết ñịnh số
2024/Qð-BKHCN ngày
16/09/2008

-Về việc phê duyệt Kế hoạch ñấu
thầu mua sắm tài sản của ñề tài
thuộc chương trình “Nghiên cứu,
phát triển và ứng dụng công nghệ
sinh học” mã số KC.04.12/06-10

5 Quyết ñịnh số 105/Qð-
ðHQG-PTNCNNN
ngày 27/10/2008

- Vể việc phê duyệt kết quả ñấu
thầu gói thầu cung cấp, lắp ñặt “
Thiết bị kiểm tra tính chất ñiện ñặc
trưng của cảm biến”



10 Quyết ñịnh số 81/Qð-
BKHCN ngày
22/01/2010

-Về việc phê duyệt Kế hoạch ñấu
thầu mua sắm tài sản của ñề tài
thuộc chương trình “Nghiên cứu,
phát triển và ứng dụng công nghệ
sinh học” mã số KC.04.12/06-10

11 Quyết ñịnh số 12/ Qð-
ðHQG-PTNCNNN
ngày 27/10/2008
- Về việc phê duyệt kết quả ñấu
thầu gói thầu “ Nguyên vật liệu
phục vụ nghiên cứu” thuộc ñề tài
NCKH cấp Nhà nước 4. Tổ chức phối hợp thực hiện ñề tài:
Số
TT
Tên tổ chức
ñăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức
ñã tham gia
thực hiện
Nội dung

2
Viện Sinh học
Nhiệt ñới -
Viện Khoa
học và Công
Viện Sinh
học Nhiệt
ñới - Viện
Khoa học và
Phối hợp
nghiên cứu
- Cử cán bộ phối
hợp nghiên cứu
thử nghiệm cảm
biến sợi nano v

nghệ Việt
Nam
Công nghệ
Việt Nam
platin trong ñịnh
lượng glucose
3
ðại học Y
Dược TP.
HCM
ðại học Y

KHKT Nam
Phát
Ứng dụng
kết quả
nghiên cứu
- Bảng ñánh giá bộ
cảm biến nano sinh
học với cấu trúc
chip sợi nano
platin dùng ñể ñịnh
lượng glucose
trong máu

- Lý do thay ñổi (nếu có): Hai ñối tác mới có chuyên môn, nhu cầu ứng dụng phù
hợp hơn với sản phẩm của ñề tài nghiên cứu

5. Cá nhân tham gia thực hiện ñề tài:
(Người tham gia thực hiện ñề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả
chủ nhiệm)
Số
TT
Tên cá nhân
ñăng ký
theo Thuyết
minh
Tên cá nhân ñã
tham gia thực hiện

Nội dung tham gia chính


tư vấn chuyên môn về vi

Chiến Nano - ðHQG TP.
HCM
công nghệ chế tạo sợi
nano và vi linh kiện.
3
PGS. TS.
BS Nguyễn
Thy Khuê
Chủ nhiệm Bộ môn
Nội tiết - Trường
ðại học Y Dược TP.
HCM
Tư vấn chuyên môn về
quy trình ứng dụng cảm
biến nano sinh học ñế
ñịnh lượng nồng ñộ
glucose trong máu.

4
PGS. TS.
Nguyễn
Tiến Thắng
Trưởng Phòng
Nghiên cứu Viện
Sinh học Nhiệt ñới -

ThS. ðặng
Ngọc Thùy
Dương
Nghiên cứu viên
Phòng Thí Nghiệm
Công Nghệ Nano -
ðHQG TP. HCM
Thử nghiệm cảm biến
nano sinh học dựa trên
cấu trúc sợi nano bán
dẫn: gắn kết, thụ ñộng
hóa các mồi bắt cặp thích
hợp cho quá trình ñịnh
lượng protein và ADN
lên sợi nano.

7
ThS.
Nguyễn
Thành
Chiến
Nghiên cứu viên
Phòng Thí Nghiệm
Công Nghệ Nano -
ðHQG TP. HCM
Thiết kế, chế tạo cảm
biến nano sinh học dựa
trên cấu trúc sợi nano kim
loại ñế ñịnh lượng nồng
ñộ glucose trong máu.

loại: Gắn kết, thụ ñộng
hóa các enzym thích hợp
cho quá trình ñịnh lượng
glucose lên sợi nano
platin.

10
Ths. Phạm
Văn Bình
Nghiên cứu viên
Phòng Thí Nghiệm
Công Nghệ Nano -
ðHQG TP. HCM
Thử nghiệm cảm biến
nano sinh học dựa trên
cấu trúc sợi nano bán
dẫn: gắn kết, thụ ñộng
hóa các mồi bắt cặp thích
hợp cho quá trình ñịnh
lượng protein và ADN
lên sợi nano.

11
TS. Mai
Anh Tuấn
Trưởng nhóm sensor
sinh học, Viện Quốc

ñoàn, số lượng người tham gia )
Thực tế ñạt ñược
(Nội dung, thời gian, kinh phí, ñịa
ñiểm, tên tổ chức hợp tác, số
ñoàn, số lượng người tham gia )
Ghi
chú*
1 ðoàn ra cán bộ sang Hà Lan
trao ñổi hợp tác, 3 người, 6
ngày
ðào tạo cán bộ 03 tháng tại
nhóm BIOS Viện Công nghệ
MESA
+
thuộc ðại học
Twent, Hà Lan, 01 người

- Lý do thay ñổi (nếu có): Nhằm học tập và bổ sung kiến thức cho cán bộ tham gia
ñề tài ñể thực hiện nội dung chính chế tạo cảm biến glucsose tại nhóm nghiên cứu
hàng ñầu về cảm biến của Hà Lan. Do vậy, chuyển số lượng cán bộ sang hợp tác 03
người trong thời gian 06 ngày thành ñào tạo cán bộ trong 03 tháng .

7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, ñịa
ñiểm )
Thực tế ñạt ñược
(Nội dung, thời gian, kinh

03/2008-
11/2008
03/2008-
11/2008

2 Chế tạo sợi bán dẫn silicon
trên ñế silic
01-08/2009

01-08/20093 Kiểm tra kích thước, tính
chất ñiện, chất lượng bề mặt
của sợi nano và gắn kết với
thiết bị mạch ngoài:
• 3a: Sợi nano platin
• 3b: Sợi nano silic
11/2008-
05/2009
11/2008-
05/2009 ix

4 Nghiên cứu cố ñịnh các
enzyme, protein, ADN thích
hợp lên bề mặt sợi và thiết
lập ñường chuẩn ñể ñịnh


Số
TT

Tên sản phẩm và chỉ tiêu
chất lượng

Theo kế hoạch Thực tế ñạt
ñược
Ghi
chú

1
Bộ cảm biến glucose: Thiết
bị chế tạo ra phân tích ñược
nồng ñộ glucose trong máu,
dùng ñể chuẩn ñoán bệnh
tiểu ñường.
01 hệ ño hoàn chỉnh+
100 chip thử nghiệm
600 -700 chip
- ðịnh lượng hàm lượng
glucose trong máu
20-200 mg/100cm
3
180
mg/100cm

10-100 Femto mole 100 pM – 1
nM - Thời gian phân tích 1-5 phút 15 phút Quy trình công nghệ chế tạo
bộ cảm biến nano sinh học
dựa trên cấu trúc sợi nano
platin dùng ñể chẩn ñoán
tiểu ñường.
Quy trình công nghệ
chế tạo ñược trình bày
chi tiết, phân tích rõ
ràng, có thể sử dụng ở
những cơ sở có trang
thiết bị phù hợp.
01 quy trình
chế tạo và sử
dụng cảm
biến Quy trình công nghệ chế tạo
sợi nano silic, thích hợp ñể
chế tạo bộ cảm biến nano
sinh học. Ứng dụng ban ñầu
cho phát hiện và ñịnh lượng
một số phân tử sinh học

TT
Tên sản phẩm

Theo
kế hoạch
Thực tế
ñạt ñược
Số lượng, nơi
công bố
(Tạp chí, nhà xuất
bản)
Bài báo khoa học 5-7 12
Hội nghị Quốc tế về KH&CN Nano 5
1
Tong Duy Hien, Pham Xuan Thanh
Tung, Tran Phu Duy, Pham Van
Binh,
Le Thi Thanh Tuyen, Cees J.M. van
Rijnb, Dang Mau Chien,
“Nanofabrication of ready for
measurement pt nanowires at a wafer-
scale and its application in glucose
detection”. Proceedings of the 2nd
International Workshop on
Nanotechnology and Application
(IWNA 2009), pp. 529-532, 12-14
November 2009.

2
Thi Thanh Tuyen Le, Phu Duy Tran,


4
Pham Van Binh, Pham Xuan Thanh
Tung, Dang Ngoc Thuy Duong, Le
Thi Thanh Tuyen, Tran Phu Duy,
Nguyen Thanh Chien, Nguyen Van
Quoc, Dang Mau Chien, Cees JM
van Rijn*, Tong Duy Hien “Detection
Of Dna Of Geneti Cally Modified
Maize By Silicon Nanowire Field-
Effect Transistor”. Proceedings of The
5th International Workshop on
advanced materials science and
nanotechnology (IWAMSN),
November 2010.

5
Duy Phu Tran, Hien Duy Tong, Tung
Thanh Xuan Pham, Tuyen Thanh Le
Thi, Binh Van Pham, Chien
Nguyen Thanh, Chien Mau Dang, “
Self-assembled cysteamine onto
platinum nanowire arrays to enhance
immobilization of
glucose oxidase on platinum
nanowires for direct glucose detection
in human blood”.

8
Thanh Tung Pham Xuan, Thi Thanh
Tuyen Le, Phu Duy Tran,

Advances in
Natural
Sciences, IOP
Publishing

xiii

Binh Van Pham, Duy Hien Tong and
Mau Chien Dang, “Oxidation of a
platinum microwire surface applied in
glucose detection”. Adv. Nat. Sci.:
Nanosci. Nanotechnol. 1 (2010)
025013
9
Thi Thanh Tuyen Le, Phu Duy Tran,
Xuan Tung Pham, Duy Hien Tong
and Mau Chien Dang “Glucose
oxidase immobilization on different
modified surfaces of platinum
nanowire for application in glucose
detection”. Adv. Nat. Sci.: Nanosci.
Nanotechnol. 1 (2010) 035004

10
Tong Duy Hien, Pham Xuan Thanh
Tung, Tran Phu Duy, Pham Van

Thi Thanh Tuyen, Tran Phu Duy,
Nguyen Thanh Chien, Nguyen Van
Quoc, Dang Mau Chien, Tong Duy
Hien “Fabrication of wafer –scale
silicon nanowire by DEA technique
and its application of DNA detection”.Nanoletters,
(submitted,
2010) xiv

c) Kết quả ñào tạo:
Số lượng
Số
TT
ðào tạo sinh viên ðại Học và Cao
học
Theo kế
hoạch
Thực tế
ñạt ñược
Ghi chú

(Thời gian
kết thúc)
1 Lê Thị Thanh Tuyền, “Nghiên cứu

kế hoạch
Thực tế
ñạt ñược

Sáng chế
1 Phương pháp chế tạo sợi nano
platin sử dụng kỹ thuật lắng ñọng
và ăn mòn dưới góc nghiêng
(deposition and etching under
angles - dea)
01 01
ðã nộp hồ
sơ chờ
cấp xv

2. ðánh giá về hiệu quả do ñề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức ñộ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình ñộ công nghệ so với
khu vực và thế giới…)
- Nghiên cứu, ñưa ra ñược 02 quy trình công nghệ, phù hợp với ñiều kiện trong
nước, chế tạo thành công sợi nano Pt va Si . Các sợi chế tạo ra có kích thước
và tính chất thích hợp ñể chế tạo cảm biến sợi nano.
- Nghiên cứu, làm chủ các công nghệ chế tạo các thiết bị phụ trợ và quy trình
ứng dụng ñể chế tạo thành công cảm biến gluocse dựa trên cấu trúc sợi nano


3. Tình hình thực hiện chế ñộ báo cáo, kiểm tra của ñề tài, dự án:

Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ
trì…)
I Báo cáo ñịnh kỳ

Lần 1 14/11/2008
ðạt yêu cầu về tiến ñộ và nội dung
ñăng ký

Lần 2 02/08/2009
ðạt yêu cầu về tiến ñộ và nội dung
ñăng ký

Lần 3 01/04/2010
ðạt yêu cầu về tiến ñộ và nội dung
ñăng ký

Bổ sung lần 3 30/09/2010
ðạt yêu cầu về tiến ñộ và nội dung
ñăng ký
II Kiểm tra ñịnh kỳ
lần 1

1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5
Danh mục các bảng 6
Danh mục các hình vẽ, ñồ thị 7
CHƯƠNG 1: Mở ñầu 13
1.1. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 13
1.2. ðánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lãnh vực của ñề tài 14
1.3. Các cảm biến sợi nano ñược nghiên cứu và chế tạo trong ñề tài 24
1.3.1. Cảm biến glucose dựa trên cấu trúc sợi nano platin 24
1.3.2. Cảm biến sinh học phát hiện DNA ngoại lai dựa trên cấu trúc
sợi nano silic 24
CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO SỢI NANO PLATIN TRÊN MÀNG
CÁCH ðIỆN CỦA ðẾ SILIC VÀ KẾT QUẢ CHẾ
TẠO 26
2.1. Tổng quan về công nghệ chế tạo cảm biến sợi nano 26
2.2. Quy trình công nghệ chế tạo sợi nano platin: Lắng ðọng và Ăn Mòn
Dưới Góc Nghiêng (Deposition and Etching under Angles-DEA) 31
2.3. Các kĩ thuật cơ bản và thông số dùng trong quy trình DEA chế tạo
sợi nano Pt 35
2.3.1. Oxi hóa silic tạo lớp các ñiện SiO
2
và kết quả thực nghiệm 37
2.3.2. Tạo màng Si
3
N
4
và SiO
2

3.3.2. Tính chất ñiện của sợi nano Si. 95
3.4. Kết luận về quy trình chế tạo và tính chất sợi nano Si 97
CHƯƠNG 4: ðỊNH LƯỢNG GLUCOSE BẰNG 98
CẢM BIẾN SỢI NANO PLATIN 98
4.1. Các kĩ thuật phụ trợ cơ bản cho dịnh lượng glucose bằng cảm biến
sợi nano Pt 98
4.1.1. Kỹ thuật cố ñịnh enzyme 98
4.1.2. Các kỹ thuật ñiện hóa dùng cho quá trình ñịnh lượng glucose 100
Nghiên cứu chế tạo cảm biến nano sinh học ñế chẩn ñoán và ñịnh lượng một số hợp chất sinh học
3
4.1.3. Thiết bị ño ñiện hóa PGSTAT302N (Metrohm Autolab B.V.) 105
4.1.4. Chế tạo hệ ño dùng cho các quá trình ñịnh lượng glucose 106
4.2. Kết quả thực nghiệm ñịnh lượng glucose 110
4.2.1. Cố ñịnh enzyme và ñịnh lượng glucose thế hệ 1 110
4.2.2. Cố ñịnh enzyme và ñịnh lượng glucose thế hệ 2 114
4.2.3. Cố ñịnh enzyme và ñịnh lượng glucose thế hệ 3 119
4.3. Kết quả tạo hệ ño ñiện tử cho cảm biến sợi nano Pt 138
4.3.1. Hệ ñiện tử cho cảm biến dùng trong phòng khám 138
4.3.2. Hệ ñiện tử cho cảm biến dùng cho cá nhân 139
4.4. Kết luận 140
CHƯƠNG 5: ðỊNH LƯỢNG DNA CỦA CÂY BẮP CHUYỂN
GEN BẰNG CẢM BIẾN SỢI NANO SILIC 141
5.1. Phát hiện DNA của cây bắp chuyển gen bằng cảm biến sợi nano Si 141
5.2. Biến ñổi bề mặt sợi nano Si 141
5.3. Nguyên lý phát hiện cây bắp và sản phẩm của bắp chuyển gene 147
5.4. ðịnh lượng DNA của cây bắp biến ñổi gen 148
5.4.1. Chuẩn bị mẫu và hóa chất 148
5.4.2. Phát hiện bắp chuyển gen bằng cảm biến Si-NWs 151
5.5. Kết luận 156
CHƯƠNG 6: LẬP KẾ HOẠCH CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ,

HR-XRD

IBE
ICP
LNT

MESA
+

NW
PtNW
RIE
Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic Force Microscope)
Lắng ñọng và ăn mòn dưới góc nghiêng (Deposition and
Etching under Angles)
Phân tử gen DNA
Bốc bay vật liệu dùng chùm ñiện tử
Transistor hiệu ứng trường (Field Effect Transistor)
Enzyme oxi hóa glucose (glucose oxidase enzyme)
Kính hiển vi ñiện tử quét ñộ phân giải cao
Nhiễu xạ tia X ñộ phân giải cao (High-resolution X-ray
Diffraction)
Khắc chùm ion ( Ion Beam Etching)
Khắc plasma cao tần cảm ứng (Inductively Coupled Plasma)
Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano (Laboratory of
Nanotechnology) – ðại học Quốc gia TP. HCM
Viện Nghiên cứu Công nghệ Nano ( MESA
+
Research
Institute for Nanotechnology), ðHTH Twente- Hà lan