ChemTech

Congnghehoahoc.org

Cảm biến sinh học điện hóa (Electrochemical Biosensors)

Cảm biến sinh học đo tín hiệu điện hóa (electrochemical biosensors) đang là hướng nghiên cứu trọng điểm của nhiều nhóm khoa học trong và ngoài nước. Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, công nghệ nano và các loại vật liệu mới, khả năng chế tạo và ứng dụng cảm biến sinh học ngày một hiện thực hơn, phương pháp không đòi hỏi nhiều hóa chất, dung môi; chỉ cần lượng mẫu phân tích nhỏ, có khả năng phân tích nhanh theo thời gian thực, thiết bị nhỏ gọn, sử dụng đơn giản…

Công bố đầu tiên trên thế giới về cảm biến sinh học được hai tác giả Clark và Lyons công bố và năm 1962 (Leland C. Clark Jr., C.L. (1962), Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery. Annals of the New York Academy of Sciences, 102(Automated and Semi-Automated Systems in Clinical Chemistry): p. 29-45.)

Theo hiệp hội quốc tế về hoá học ứng dụng – IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) năm 1999 đã định nghĩa: Cảm biến sinh học (biosensor) là một thiết bị tích hợp có khả năng cung cấp thông tin phân tích định lượng hoặc bán định lượng đặc trưng, bao gồm phần tử nhận biết sinh học (bioreceptor) kết hợp trực tiếp với một phần tử chuyển đổi (transducer).

Như vậy có thể hiểu cảm biến sinh học là thiết bị phân tích gồm hai thành phần chính: phần tử nhận biết sinh học và bộ phận chuyển đổi tín hiệu. Phần tử nhận biết sinh học được cố định trực tiếp hoặc gián tiếp trên bộ  chuyển đổi tín hiệu. Nó là một loại vật liệu sinh học có thể liên kết hoặc phản ứng với cơ chất (chất cần phân tích) sinh ra sản phẩm làm thay đổi tín hiệu sinh hoá trong quá trình phân tích.

Đầu thu sinh học (Bioreceptor) là những chất có khả năng phản ứng trực tiếp với các tác nhân cần phát hiện và có nguồn gốc từ các thành phần sinh học. Có thể phân loại cảm biến sinh học theo loại đầu thu sinh học đó là cảm biến enzyme (enzyme sensor); cảm biến ADN (DNA sensor); cảm biến miễn dịch (immunosensor)

Tác nhân cố định (Recognition): là một phần rất quan trọng trong cảm biến sinh học. Các tác nhân này có nhiệm vụ gắn kết các đầu thu sinh học lên trên đế. Nói một cách khác đây là bộ phận trung gian có tác dụng liên kết các thành phần sinh học (có nguồn gốc từ cơ thể sống) với thành phần vô cơ. Những tác nhân này vừa phải đảm bảo độ bền cơ học, vừa phải đảm bảo khả năng chuyền tải tín hiệu giữa bộ phận sinh học và bộ phận chuyển đổi. Việc nghiên cứu lựa chọn những tác nhân cố định thích hợp giúp nâng cao độ nhạy, độ ổn định cho cảm biến sinh học

Bộ phận chuyển đổi (Transducer): Có nhiều dạng chuyển đổi như chuyển đổi điện hoá, chuyển đổi quang, chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi bằng tinh thể áp điện hoặc chuyển đổi bằng các hệ vi cơ… Trong đó, chuyển đổi theo nguyên lý điện hoá có nhiều ưu điểm như chế tạo đơn giản, có độ nhạy và độ chính xác cao phù hợp trong chế tạo cảm biến sinh học ứng dụng phân tích nhanh.

Có nhiều phương pháp để đo tín hiệu điện hóa khi có sự tương tác giữa đầu thu sinh học và chất cần phân tích như phương pháp đo dòng, phương pháp đo thế, phươgn pháp đo độ dẫn, phương pháp đo phổ tổng trở.

Với một số PTN trọng điểm được đầu tư tập trung hiện nay, tại Việt nam đã có thể chế tạo được các vi cảm biến có kích thước cỡ micro ứng dụng làm cảm biến sinh học. Bằng kỹ thuật MEMS các điện cực được chế tạo trên nền Si.SiO2 và bốc bay Pt tạo thành các linh kiện có cấu trúc nhỏ gọn, đồng đều, ổn định.

Tại ĐHBKHN tập trung phát triển hệ điện cực cấu trúc răng lược, FET để chế tạo các cảm biến AND như xác định virus viêm não Nhật Bản, virus cúm A….

Tại Viện KH&CNVN nhóm nghiên cứu phát triển hệ vi cảm biến tích hợp, cảm biến chuỗi (array) để chế tạo các cảm biến ezyme xác định nhanh cholesterol trong huyết thanh và cảm biễn miễn dịch xác định sớm ung thư cổ tử cung, HIV, độc chất aflatoxin trong sảm phẩm sữa …

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: