BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ ĐÀI TRANG

TỔNG HỢP, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA
VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE Fe3O4/C VÀ NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO CẢM BIẾN HYDROGEN
PEROXIDE VÀ GLUCOSE

CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỌC VÔ CƠ
MÃ SỐ: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Hà Nội – 2019


LỜI CÁM ƠN
Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Trần Vĩnh
Hoàng và PGS. TS. Lê Hải Đăng nh ng ngƣ i thầy đã hƣớng dẫn tôi tận tình trong
suốt quá trình lựa chọn và thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tôi xin trân trọng cám ơn các thầy cô ở khoa Hóa học, Trƣ ng Đại Học Sƣ
Phạm Hà Nội và các thầy cô ở Bộ môn Hóa Vô cơ - Đại cƣơng, Viện Kỹ thuật Hóa
học- Trƣ ng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi học tập, thực hành
nghiên cứu khoa học đ hoàn thiện luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn sự dạy
dỗ nhiệt tình tâm huyết của của các thầy cô giáo trong suốt khóa học và th i gian
làm nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè tôi đã luôn quan tâm, động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt th i gian học tập và th i gian nghiên cứu thực hiện luận văn.
Do trình độ nghiên cứu, kỹ năng trình bày còn nhiều hạn chế và nh ng nguyên

I.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá một cảm biến sinh học.....................................................7
I.1.4.1. Độ nhạy ...........................................................................................................7
I.1.4.2. Độ chọn lọc (độ đặc hiệu) ...............................................................................8
I.1.4.3. Giới hạn phát hiện (LOD) ...............................................................................8
I.1.5. Ứng dụng ..........................................................................................................9
I.1.6. Tại sao phải xác định nồng độ H2O2 ................................................................ 10
I.1.7. Tại sao phải xác định nồng độ glucose ............................................................ 12
I.1.8. Cảm biến phát hiện glucose ............................................................................12
I.1.9.1. Tổng quan về vật liệu nano từ tính Fe3O4[1] ...............................................15
I.1.9.2. Các ki u bao bọc hạt nano[1] .......................................................................16


I.1.9.3. Các ki u chế tạo hạt nano Fe3O4[1] .............................................................. 17
I.1.9.4. Phƣơng pháp Polyol[1] .................................................................................20
I.1.9.5. Phƣơng pháp phân li các tiền chất h u cơ ở nhiệt độ cao[1]........................21
I.1.9.6. Phƣơng pháp phỏng sinh học[1] ...................................................................21
I.1.9.7. Phƣơng pháp hóa siêu âm[1] ........................................................................21
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................23
II.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị dùng cho nghiên cứu ..........................................23
II.1.1. Hóa chất, vật tƣ .............................................................................................. 23
II.1.2. Dụng cụ và thiết bị .........................................................................................23
II.2. Chế tạo vật liệu nano Fe3O4 bọc cacbon (Fe3O4/C) ..........................................24
II.2.1. Quy trình chế tạo Fe3O4 ..................................................................................24
II.2.2. Quy trình chế tạo nano Fe3O4 bọc cacbon (Fe3O4/C) .....................................25
II.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác tƣơng tự enzyme HRP của vật liệu nano Fe3O4/C ..26
II.3.1. Khảo sát đặc tính xúc tác của vật liệu ............................................................ 26
II.3.2. Tối ƣu hóa điều kiện phản ứng của xúc tác nano Fe3O4/C ............................. 27
II. 4. Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4/C đ chế tạo cảm biến phân tích H2O2 theo
phƣơng pháp so màu .................................................................................................28
II.4.1. Khảo sát độ chọn lọc của cảm biến H2O2 .......................................................28

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC KÍ TỰ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Viết đầy đủ và dịch ra tiếng Việt

Nghĩa tiếng Việt

GOx

Glucose Oxidase

Enzym oxi hóa glucozo

HRP

Horseradish peroxidase

Một loại enzym peroxidase

TMB

3,3’,5,5’-tertramethylbenzidine

3,3’,5,5’-tertramethylbenzidine

DNA

Deoxyribonucleic acid

DNA


IDF

International Diabetes Federation

Liên đoàn đái tháo đƣ ng quốc tế

IUPAC

International Union of Pure and

Theo Hiệp hội quốc tế về hóa học

Applied Chemistry

thuần túy và ứng dụng

VSM

Vibrating Sample Magnetometer

Từ kế mẫu rung

UV-Vis

Ultraviolet–visible spectroscopy

Quang pổ hấp thụ tử ngoại khả kiến

XRD

DANH MỤC BẢNG

Bảng II.1 Thành phần chế tạo mẫu ..........................................................................25
Bảng II.2: Nồng độ tƣơng ứng với mật độ quang A .................................................31
Bảng III.1: Kích thƣớc tinh th trung bình DXRD, hằng số mạng (a) xác định từ phổ
XDR và kích thƣớc hạt xác định từ ảnh TEM (DTEM). ..........................................35
Bảng III.2. Thí nghiệm control .................................................................................49


DANH MỤC HÌNH
Hình I.1. Mô hình cảm biến glucose thế hệ đầu tiên. .................................................6
Hình I.2. Đầu dò sinh học (là một enzyme cụ th ) tƣơng tác với chất phân tích. ......7
Hình I.3. Sơ đồ mô phỏng quá trình oxy hóa TMB của H2O2 . ................................ 11
Hình I.4. (a) Cơ chế hoạt động của cảm biến quang xác định nồng độ glucose sử
dụng 2 enzyme, (b) Các phản ứng xảy ra và (c) cƣ ng độ màu tỷ lệ với nồng độ
glucose trong mẫu, trƣ ng hợp màu hồng của hệ 4-AAP/phenol. ............................ 13
Hình I.5. Sơ đồ phản ứng của phƣơng trình I.7 và I.8 đ phát hiện glucose theo
phƣơng pháp điện hóa[20]. .......................................................................................14
Hình I.6. Hình dạng đi n hình của các ti u cầu có chứa hạt nano. ..........................17
Hình I.7. Cơ chế hình thành và phát tri n hạt nano trong dung dịch. ......................18
Hình I.8. Nhũ tƣơng nƣớc trong dầu và dầu trong nƣớc. ........................................19
Hình I.9. Cơ chế hoạt động của phƣơng pháp vi nhũ tƣơng. ...................................20
Hình II.1: Quy trình cụ th chế tạo vật liệu Fe3O4 ....................................................26
Hình II.2:Cấu trúc nguồn phát điện tử trong TEM ...................................................30
Hình II.3 : Cấu trúc cắt ngang của thấu kính từ ........................................................30
Hình II.4: Máy đo UV- Vis Agilent 8453 ở ĐH Bách Khoa Hà Nội ......................32
Hình III. 1 (a) Bƣớc tổng hợp nano Fe3O4; (b) bƣớc tổng hợp nano Fe3O4/C và (c)
mẫu bột nano Fe3O4/C (1:1) thu đƣợc với 2 hình chèn là ảnh TEM của nano Fe3O4;
và nano Fe3O4/C ........................................................................................................33
Hình III.2: Phổ XRD của (a) Fe3O4 ; (b) FeC11; (c) FeC12 .....................................34

HìnhIII.14. Cơ chế của cảm biến glucose sử dụng FeC 15 thay thế enzyme HRP ..49
Hình III.15: (a) Phổ UV- Vis chứng minh vai trò của GOx và glucose,(b) Phổ UVVis chứng minh vai trò của môi trƣ ng, (c) Đồ thị đƣợc suy ra từ phổ (a), (d) Đồ thị
đƣợc suy ra từ phổ (b) ............................................................................................... 50
Hình III.16. (a) Phổ UV- Vis độ chọn lọc glucose so với các chất Absobic acid,
Lactozo, Sacarozo với cùng nồng độ 0.5mM, (b) Đồ thị ghi tín hiệu cảm biến của
thí nghiệm độ chọn lọc của glucose so với các chất asorbic acid, lactose, sacarose
với cùng nồng độ 0.5mM. .........................................................................................51


MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
Cảm biến sinh học đã đƣợc ứng dụng trong thực tế xét nghiệm và chẩn đoán lâm
sàng nhƣ các que thử đƣ ng máu, axit uric, hay cholesterol; hay các que thử thai,
xét nghiệm DNA, xét nghiệm sàng lọc ung thƣ là các cảm biến sinh học đi n hình.
Ngày này, ứng dụng cảm biến sinh học rất rộng lớn và đa dạng, không chỉ đ xét
nghiệm và chẩn đoán lâm sàng mà còn ki m soát an toàn thực phẩm, ki m soát môi
trƣ ng, phát hiện ma túy, cocain…Trong khi đó nghiên cứu về cảm biến sinh học ở
Việt Nam còn rất ít.
Bệnh ti u đƣ ng là một trong nh ng căn bệnh nguy hi m mang tính th i đại
theo Liên đoàn Đái tháo đƣ ng quốc tế (International Diabetes Federation- IDF)
ƣớc tính năm 2010 có khoảng 344.000.000 ngƣ i bị ti u đƣ ng và có th tăng lên
đến trên 600.000.000 vào năm 2030. Điều đáng tiếc là đã quá nhiều ngƣ i không hề
biết mình đang bị mắc bệnh ti u đƣ ng vì bệnh này phát tri n âm thầm và khó nhận
biết. Đ theo dõi và phát hiện sớm bệnh ti u đƣ ng, phƣơng pháp duy nhất là theo
dõi nồng độ glucose trong máu. Hiện có phƣơng pháp xét nghiệm sinh hóa ở bệnh
viện hoặc máy đo đƣ ng huyết cá nhân đều có th dùng. Cả hai phƣơng pháp này
đều dùng hệ 2 enzyme là glucose oxidase (GOx) có chức năng oxi hóa glucose tạo
ra axit gluconic và giải phóng H2O2, và enzyme horseradish peroxidase (HRP) có
chức năng xúc tác phân hủy H2O2 đ oxi hóa chất chỉ thị đ thu tín hiệu màu, qua
cƣ ng độ màu của chỉ thị sẽ biết nồng độ glucose cao hay thấp. Trong đó HRP là

5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Các nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu chính của luận văn gồm:
(1i) Chế tạo vật liệu nanocomposite Fe3O4/C có cấu trúc lõi vỏ bằng phƣơng
pháp đồng kết tủa và thủy nhiệt
(2i) Khảo sát các tính chất hóa - lý của vật liệu: XRD, TEM/SEM, FT-IR,
VSM...
(3i) Thay đổi tỷ lệ khối lƣợng Fe3O4 và glucose đ chế tạo ra vật liệu Fe3O4/C
với chiều dày lớp vỏ khác nhau (1:0; 1:1; 1:3; 1:5; 1:10; 1:20).
(4i) Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu trên hệ TMB-H2O2-Fe3O4/C đ ứng
dụng chế tạo cảm biến H2O2 dựa trên cơ sở phản ứng:
(I.1)

2


- Xác định các thông số cảm biến H2O2: khoảng tuyến tính; độ chọn lọc; giới
hạn phát hiện.
(5i) Khảo sát ảnh hƣởng của chiều dày lớp vỏ C lên hoạt tính xúc tác (các hệ
đã nêu ở trên). Tính toán các thông số của xúc tác (Km, Vmax) thông qua phƣơng
trình Michaelis-Menten:
(I.2)

Các thông số này đƣợc xác định thông qua cách khảo sát các thí nghiệm động
học của H2O2 và TMB khi sử dụng xúc tác Fe3O4/C. Cố định nồng độ một chất và
thay đổi nồng độ chất còn lại, từ đó tính đƣợc các giá trị Km, Vmax của các hệ vật
liệu.
(6i) Lựa chọn hệ vật liệu có nhiêu ƣu đi m nhất (Km bé, bền, ổn định…) đ
ứng dụng chế tạo cảm biến H2O2;
(7i) Phát tri n cảm biến glucose dựa trên kết quả cảm biến H2O2: thay vì dùng
H2O2 trực tiếp sẽ sử dụng cảm biến đ phát hiện H2O2 từ phản ứng sinh hóa gi a

- Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
- Kết luận.
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục

4


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
I. Tổng quan về cảm biến sinh học
I.1.1. Khái niệm cảm biến sinh học
Theo Hiệp hội quốc tế về hóa học ứng dụng (International Union of Pure and
Applied Chemistry-IUPAC) năm 1999 định nghĩa: Cảm biến sinh học (biosensor) là một
thiết bị tích hợp có khả năn cun cấp thông tin phân tích định lượng hoặc bán định lượng
đặc trưn , bao ồm một phần tử nhận biết sinh học (bioreceptor) kết hợp trực tiếp với một
phần tử chuyển đổi tín hiệu (transducer). Chất được gắn trên bộ phận chuyển đổi được gọi
là “phần tử dò/phần tử nhận biết sinh học”, chất cần phân tích trong mẫu được gọi là
“phần tử đích”[8]. Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học là dựa trên các phản ứng
đặc hiệu chẳng hạn gi a enzyme đầu dò với cơ chất là chất cần phần tích hay kháng th
(antibody) đầu dò với kháng nguyên là các virus, protein, các phân tử cần phân tích….
Trên cơ sở các phản ứng đặc hiệu này khi xảy ra sẽ làm thay đổi tính chất
quang/điện/cơ/nhiệt của bộ phận chuy n đổi sau đó tín hiệu sẽ đƣợc đƣa qua bộ phận xử lý
tín hiệu và hi n thị kết quả đo.

I.1.2. Lịch sử phát triển
Năm 1956, giáo sƣ Leland C. Clark đã xuất bản bài báo của ông về việc phát
tri n một máy dò lƣợng oxy[12] hòa tan trong máu. Trên cơ sở đó, ông đã mở rộng
phạm vi nghiên cứu và vào năm 1962, tại Hội nghị chuyên đề tại Học viện Khoa
học New York, ông đã mô tả cách tiến hành một cảm biến điện hóa phát hiện
glucose bằng cách cố định enzyme glucose oxidase trên điện cực oxy [16].

tín hiệu. Bộ phận chuy n đổi tín hiệu có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu thay đổi khi
6


phân tử chất phân tích tƣơng tác với thành phần sinh học, sau đó chuy n đổi,
khuếch đại và hi n thị.
Đầu dò sinh học (là một enzyme cụ th ) tƣơng tác với chất phân tích, từ đó
sinh ra phản ứng. Khi phản ứng xảy ra, chất phân tích đƣợc chuy n thành sản phẩm
có liên quan đến việc giải phóng nhiệt, điện tử, ion… Bộ phận chuy n đổi tín hiệu
chuy n đổi nh ng sản phẩm của phản ứng này thành một dạng tín hiệu nhƣ tín hiệu
nhiệt, dòng điện, điện thế, ánh sáng và đƣợc nhận biết thông qua các thiết bị nhiệt,
quang học hay điện hóa học. Các tín hiệu này sau đó đƣợc xử lý, khuếch đại đ hi n
thị hoặc đƣợc lƣu tr đ phân tích. Hiệu suất của các cảm biến sinh học chủ yếu phụ
thuộc vào độ đặc hiệu và độ nhạy của phản ứng sinh học, bên cạnh đó là sự ổn định
của enzyme

Hình I.2. Đầu dò sinh học (là một enzyme cụ thể) tương tác với chất phân tích.
I.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá một cảm biến sinh học
Một cảm biến sinh học dù theo phƣơng pháp đo nào cũng cần có các chỉ số đ
đánh giá chất lƣợng của chúng, bao gồm các đặc tính sau:
I.1.4.1. Độ nhạy
Đối với cảm biến tuyến tính, gi a biến thiên đầu ra Δs và biến thiên đầu vào
Δm có sự liên hệ tuyến tính:
Δs = S.Δm

(I.4)

Trong đó: Đại lƣợng S xác định bởi bi u thức, đƣợc gọi là độ nhạy của cảm
biến.Trƣ ng hợp tổng quát, bi u thức xác định độ nhạy S của cảm biến xung quanh
giá trị của đại lƣợng đo xác định bởi tỷ số gi a biến thiên Δs của đại lƣợng đầu ra

thƣ ng LOD đƣợc tính theo công thức[35]:
ALOD = ̅

+ 3.ϭblank

(I.6)

8


Trong đó: ALOD – tín hiệu mẫu ứng với nồng độ thấp nhất mà cảm biến có
th phát hiện (LOD); ̅

- tín hiệu trung bình của mấu trắng; và ϭBlank - sai số

tuyệt đối của mẫu trắng. Sai số này đƣợc tính theo công thức:
√

̅

∑

(I.7)

Với : N- số thí nghiệm với mẫu trắng, đ có ý nghĩa thống kê tốt thì N phải
lớn (thƣ ng N>5) ;

– là tín hiệu mẫu trắng thứ i. Với giá trị ALOD tính toán

đƣợc, nội suy hoặc ngoại suy từ đƣ ng chuẩn ta tính toán đƣợc giá trị LOD.

nhƣ sản xuất thực phẩm, tẩy trắng giấy, bột giấy, lâm sàng, hóa học, sinh học, khử
trùng, v.v. Hơn n a, do hoạt động oxy hóa mạnh mẽ của nó, nó đƣợc sử dụng trong
quá trình tổng hợp nhiều hợp chất h u cơ. Do đó, việc theo dõi và xác định hydro
peroxide thực sự quan trọng [26]. Phát hiện hydrogen peroxide (H2O2) có ý nghĩa
lớn vì các ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và vai trò quan trọng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau nhƣ phân tích môi trƣ ng, thực phẩm, dƣợc phẩm và lâm sàng.
[4] Hơn n a, H2O2 có liên quan đến một số quá trình sinh học và con đƣ ng nội
bào. Nó là một sản phẩm phụ chuy n hóa oxy phản ứng, đóng vai trò là chất điều
hòa chính cho một số trạng thái liên quan đến stress oxy hóa liên quan đến một số
bệnh. Do đó, việc xác định nhanh chóng và chính xác hydrogen peroxide có tầm
quan trọng thiết thực trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ phân tích thực phẩm, lâm
sàng và môi trƣ ng. Mặt khác, phân tích H2O2 cũng rất quan trọng trong nhiều lĩnh
vực nhƣ thực phẩm, phòng thí nghiệm, công nghiệp, môi trƣ ng cũng nhƣ phân tích
dƣợc phẩm. Định lƣợng H2O2 đƣợc thực hiện dựa trên phản ứng gi a H2O2 và
3,3’,5,5’-tertramethylbenzidine (TMB) đƣợc tiến hành dƣới sự xúc tác của enzyme
peroxidase (đi n hình là horseradish peroxid - HRP) đ sinh màu xanh đặc trƣng
của TMB ở trạng thái oxi hóa theo phản ứng (I.8), cƣ ng độ của màu xanh tỷ lệ với
nồng độ H2O2:
→

(I.9)

10


Hình I.3. Sơ đồ mô phỏng quá trình oxy hóa TMB của H2O2 .
Ngoài ra, H2O2 là sản phẩm phụ của phản ứng sinh hóa dƣới sự xúc tác của
enzyme đ chuy n hóa cơ chất, chẳng hạn: glucose bị enzyme glucose oxidase
(GOx) oxi hóa thành gluconic acid và hydrogen peoxide (H2O2 ) theo phản ứng (I.9)
(I.9)

sớm bệnh ti u đƣ ng, phƣơng pháp duy nhất là theo dõi nồng độ glucose trong máu.
Hiện có phƣơng pháp xét nghiệm sinh hóa ở bệnh viện hoặc máy đo đƣ ng huyết cá
nhân đều có th dùng. Cả hai phƣơng pháp này đều dùng hệ 2 enzyme là (i) glucose
oxidase (GOx) có chức năng oxi hóa glucose tạo ra axit gluconic và giải phóng
hydrogen peoxide (H2O2), và (iii) enzyme peroxidase horseradish peroxidase (HRP)
có chức năng xúc tác phân hủy H2O2 đ oxi hóa chất chỉ thị đ thu tín hiệu màu, qua
cƣ ng độ màu của chỉ thị sẽ biết nồng độ glucose cao hay thấp[16, 17].
Trong các cảm biến sinh học, cảm biến xét nghiệm glucose đƣợc phát tri n đa
dạng nhất do nhu cầu rất lớn và hơn n a phát hiện glucose không chỉ ở trong máu
mà còn có th ở nƣớc ti u; mồ hôi; nƣớc bọt; nƣớc mắt…Có nhiều công trình trên
thế giới nghiên cứu các vật liệu vô cơ có hoạt tính xúc tác có th thay thế enzyme
HPR đ hiện màu do có độ bền tốt hơn, sử dụng dễ dàng hơn HRP. Chẳng hạn
Wang đã phát hiện thấy Fe3O4 NPs có th hoạt động nhƣ enzyme HRP đ phát hiện
H2O2 và glucose [4, 5].
I.1.8. Cảm biến phát hiện glucose
Hiện nay, việc xét nghiệm nồng độ glucose chủ yếu là theo phƣơng pháp so
màu sử dụng hệ 2 enzyme, enzyme đặc chủng và enzyme thứ cấp. Nguyên lý của
phƣơng pháp là sử dụng enzyme đặc chủng nhƣ glucose oxidase (ký hiệu là GOx)
đ xác định nồng độ glucose. Các enzyme đặc chủng này tƣơng ứng sẽ oxy hoá
glucose trong mẫu lần lƣợt thành gluconic acid và giải phóng peroxide hydrogen
(H2O2) (theo phƣơng trình I.5). Sau đó peroxide hydrogen tạo thành bị enzyme thứ
cấp, đó là các enzyme peroxidase (POD) (thƣ ng sử dụng enzyme horseradish
peroxidase -HRP) đ phân huỷ H2O2 và giải phóng oxy nguyên tử. Oxy giải phóng
ra ở dạng nguyên tử sẽ oxy hoá chất chỉ thị 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine (TMB)
đ tạo ra sản phẩm dạng oxi hóa có màu xanh đặc trƣng, hoặc hệ chỉ thị 4 –
12


aminophenzon (4-AAP)/phenol khi phản ứng với H2O2 dƣới sự xúc tác của HRP sẽ
tạo ra chất quinonimin có màu đỏ hồng (hình I.4c). Cƣ ng độ màu tỷ lệ thuận với

phương pháp điện h a[20].
Bên cạnh đó, glucose cũng có th xét nghiệm dựa trên nguyên lý điện hóa mà
về nguyên lý hoạt động cũng dựa trên cơ sở các phản ứng enzyme nhƣ trên. Một bộ
kit điện hóa xác định nồng độ glucose có các thành phần gồm: máy đọc kết quả (1),
que lấy máu (2); que thử (3); hộp chứa các que thử chƣa sử dụng (4) và hộp đựng
máy (5). Một mẫu que test thử đi n hình đƣợc cấu tạo bởi các điện cực hoạt động
chính (working electrode-WE) và các điện cực thu (counter electrode-CE), điện cực
tham chiếu (Reference Electrode-RE). Nguyên lý hoạt động nhƣ sau: dòng điện
đƣợc sinh ra do quá trình oxy hóa một cách chọn lọc lƣợng đƣ ng glucose trong
mẫu máu thử cùng với hai thành phần chất xúc tác phản ứng đƣợc “tráng” sẵn bên
trong của que test thử, bao gồm enzyme GOx phản ứng trực tiếp với các phân tử
đƣ ng glucose đ tách lấy hai điện tử (electron) sẵn có của nó, và thành phần thứ 2
enzyme thứ 2 (thƣ ng là HRP) sẽ đảm nhiệm việc nhận lấy 2 điện tử đƣợc giải
phóng từ enzyme dƣới dạng đơn lẻ hay cặp đôi rồi chuy n các điện tử này đến điện
cực làm việc (working electrode-WE) đ tạo ra tín hiệu có th đo đƣợc (quá trình
này đƣợc minh họa trong( hình I.5). Việc giải phóng ra electron trên bề mặt điện
cực sẽ đƣợc thiết bị điện hóa ghi nhận thay vì sử dụng chỉ thị màu nhƣ trong
phƣơng pháp quang, cƣ ng độ dòng điện thu đƣợc tỷ lệ thuận với nồng độ các chỉ
dấu glucose và cholesterol trong mẫu. Mỗi phân tử enzyme và môi chất có th lặp đi
lặp lại quá trình dịch chuy n này nếu cần thiết.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày việc tổng hợp và hoạt tính xúc tác
nhƣ peroxidase của vật liệu Fe3O4/C (FeC15), có lõi là các hạt nano Fe3O4 và vỏ là
lớp cacbon vô định hình. Vật liệu FeC15 đƣợc tổng hợp khá đơn giản theo phƣơng
pháp đồng kết tủa và thủy nhiệt. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng chúng có hoạt
tính xúc tác mạnh hơn HRP cho phản ứng oxi hóa khử nói trên, và khắc phục đƣợc
nh ng hạn chế của HRP nhƣ đã đề cập ở trên nên có nhiều tri n vọng ứng dụng.
Trên cơ sở khả sát hoạt tính xúc tác của vật liệu FeC15, chúng tôi tiến hành khảo sát
14



15


I.1.9.2. Các kiểu bao bọc hạt nano[1]
Hạt nano từ tính thƣ ng đƣợc bao bọc trong một vỏ hoặc nền phi từ tính có
kích thƣớc vài trăm nm (còn gọi là các ti u cầu chứa hạt nano) đ tránh kết tụ khi
không có mặt của từ trƣ ng ngoài. Việc bao bọc nhƣ thế tạo ra một bề mặt có tính
tƣơng hợp sinh học và dễ dàng chức năng hóa. Việc chế tạo các ti u cầu bên trong
có kích thƣớc micro hoặc nano là một quá trình trong đó các chất ở th khí, lỏng,
rắn có chứa muối sắt đƣợc bọc bên trong các lớp vỏ tạo bởi vật liệu thứ hai (có th
là polymer h u cơ hoặc vô cơ), lớp vỏ này có tác dụng bảo vệ và cách ly vật liệu
làm lõi với môi trƣ ng đồng th i cũng quyết định các tính chất của lõi cho phù hợp
với nh ng đòi hỏi đặt ra (chẳng hạn phân ly đƣợc trong nƣớc, bền v ng trong môi
trƣ ng…). [24]Các ti u cầu (microencapsulations) có th có cấu trúc đa dạng và
gồm có các phần chính là lõi và vỏ. Hình dạng và các tính chất của lõi và vỏ, theo lý
thuyết cho thấy có th đƣợc điều chỉnh bằng cách khống chế các thành phần và các
thông số chế tạo. Dƣới đây là một số dạng ti u cầu tiêu bi u theo lý thuyết.
Trong các dạng này, tỉ lệ lõi/vỏ và ki u kết cầu là hai yếu tố cơ bản đ tạo ra
các cấu trúc khác nhau của ti u cầu. Tuy nhiên trong thực tế, ti u cầu rất hiếm khi
đồng đều và hình dạng của chúng có th rất khác so với nh ng dạng đƣợc mô tả ở
trên. Lƣu ý rằng, ngoài các cấu trúc lõi - vỏ thông thƣ ng của ti u cầu còn có cấu
trúc mà trong đó các hạt nano phân bố đều bên trong một nền chất mang. Việc tạo
ra các ti u cầu có các tính chất nhƣ mong muốn và mang lại nh ng lợi ích có tính
ứng dụng trong khoa học sự sống, công nghệ sinh học, y học, dƣợc học, nông
nghiệp, công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, sản suất giấy…

16