Luận án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị vi lưu tích hợp mô đun khuấy trộn và bẫy hạt nano từ ứng dụng phân tích y sinh

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ VỊ LƯU TÍCH HỢP MÔ ĐUN KHUẤY TRỘN VÀ BẪY HẠT NANO TỪ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH Y SINH

Ngành:

Vật lý chất rắn

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị vi lưu tích hợp các mô đun chức năng khuấy trộn và bẫy hạt nano từ, ứng dụng trong phân tích y sinh. Với sự phát triển nhanh chóng của hệ vi lưu (microfluidics) và khả năng tích hợp các chức năng phân tích ở quy mô phòng thí nghiệm thành hệ "Lab-on-a-chip", đề tài hướng đến việc tạo ra các giải pháp hiệu quả cho phân tích sinh học.

Mục tiêu chính của luận án là chế tạo được thiết bị vi lưu tích hợp mô đun khuấy trộn và bẫy hạt từ bằng nam châm điện dạng phẳng, đồng thời phát triển hệ chip vi lưu tích hợp cảm biến điện hoá để phân tích hàm lượng kháng sinh trong thuốc điều trị chăn nuôi.

Các nội dung nghiên cứu bao gồm: thiết kế và chế tạo hệ vi lưu với cấu trúc chip bằng polyme tương thích sinh học (PDMS, PMMA), mô đun khuấy trộn dạng zíc zắc, hệ van điều chỉnh lưu lượng, và mô đun bẫy hạt nano từ sử dụng cuộn dây phẳng tích hợp. Luận án cũng tập trung vào thiết kế và chế tạo hệ thiết bị vi lưu tích hợp cảm biến điện hoá dạng phẳng trên cơ sở điện cực carbon mạch in (SPE) biến tính bằng vật liệu composit tiên tiến (rGO/PDA-CuNPs) để phân tích kháng sinh, đặc biệt là sulfomethaxazone, và phát triển kỹ thuật ghép cơ khí để tái sử dụng hệ vi kênh và điện cực.

Kết quả nổi bật là việc chế tạo thành công thiết bị vi lưu tích hợp mô đun khuấy trộn và bẫy hạt nano từ, với hiệu quả bẫy hạt nano từ kích thước 1,0 µm đạt được ở tốc độ dòng chảy cao (100 µL/ph) và nhiệt độ ổn định (<37 °C), có ý nghĩa cho ứng dụng ELISA. Hệ vi lưu tích hợp cảm biến điện hoá SPE cũng được thiết kế và chế tạo thành công, cho phép phân tích hàm lượng kháng sinh SMX trực tiếp trong hệ vi lưu, mở ra tiềm năng cho phát triển phương pháp phân tích kháng sinh bằng điện hoá. Ngoài ra, luận án đã phát triển kỹ thuật ghép vi kênh bằng kết cấu cơ khí giúp tái sử dụng nhiều lần hệ vi lưu, tiết kiệm chi phí và thời gian, cùng với việc thiết kế hệ van điều khiển đa dòng chất lỏng chuyên dụng, nâng cao khả năng vận hành hệ vi lưu tại Việt Nam. Những đóng góp này tạo cơ sở quan trọng cho việc thiết kế và hoàn thiện các hệ vi lưu tích hợp cho nhiều mục đích phân tích khác nhau.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
  • 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Hệ vi lưu.
  • 1.2. Hệ vi lưu trong xét nghiệm miễn dịch sử dụng hạt nano từ
  • 1.3. Giới thiệu hệ vi dòng tích hợp cảm biến điện hóa
  • 1.4. Tổng quan các phương pháp phát hiện dư lượng Sulfonamit

• CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO HỆ VI LƯU

  • 2.1. Thiết kế vi kênh
  • 2.2. Chế tạo vi kênh
  • 2.3. Hoàn thiện hệ vi lưu và thử nghiệm độ kín

• CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ VAN CƠ ĐIỀU KHIỂN DÒNG CHẤT LỎNG

  • 3.1. Thiết kế và chế tạo hệ van cơ khí bằng vật liệu PDMS
  • 3.2. Thử nghiệm kiểm soát dòng chất lỏng trong thiết bị vi lỏng

• CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ VI LƯU TÍCH HỢP MÔ ĐUN KHUẤY TRỘN VÀ BẪY HẠT NANO TỪ

  • 4.1. Mô hình tính toán, thiết kế và chế tạo mô đun bẫy hạt nano từ
    • 4.1.1. Tính toán từ trường trong cuộn dây
    • 4.1.2. Mô hình tính toán từ trường của cuộn dây phẳng
  • 4.2. Kết quả tính toán và mô phỏng từ trường của cuộn dây phẳng
    • 4.2.1. Kết quả tính toán từ trường của dây dẫn có L = 10 μm
    • 4.2.2. Kết quả tính toán từ trường với dây dẫn có: L = 15 μm.
    • 4.2.3. Kết quả tính toán tiêu thụ năng lượng trong cuộn dây
  • 4.3. Chế tạo các cuộn dây phẳng cho mô đun bẫy hạt nano từ.
  • 4.4. Kết quả nghiên cứu khả năng bắt giữ hạt nano từ của cuộn dây được tích hợp vào hệ vi lưu
    • 4.4.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến nhiệt độ trong hệ vi lưu.
    • 4.4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến khả năng bắt giữ hạt nano từ.

• CHƯƠNG 5. TÍCH HỢP CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ VÀO HỆ VI LƯU ỨNG DỤNG CHO PHÂN TÍCH KHÁNG SINH.

  • 5.1. Thiết kế hệ vi lưu tích hợp điện cực mạch in biến tính
    • 5.1.1. Thiết kế chip vi lỏng
    • 5.1.2. Tích hợp chíp vi lưu vào hệ thống thí nghiệm
  • 5.2. Chế tạo cảm biến điện hoá biến tính trên nền điện cực cacbon dạng mạch in phẳng (Screen-printed electrode – SPE).
    • 5.2.1. Thiết kế hệ vật liệu cho biến tính bề mặt điện cực làm việc của hệ điện cực mạch in cacbon.
    • 5.2.2. Kết quả khảo sát điều kiện chế tạo hệ vật liệu rGO/PDA-CuNPs trên điện cực glassy cacbon (GCE).
    • 5.2.3. Biến tính bề mặt điện cực carbon dạng mạch in SPE bằng hệ vật liệu rGO/PDA-CuNPs.
    • 5.2.4. Đặc trưng điện hóa của hệ vật liệu rGO/PDA-CuNPs trên bề mặt điện cực SPE.
    • 5.2.5. Đặc trưng hình thái học và cấu trúc của hệ vật liệu rGO/PDA-CuNPs trên bề mặt điện cực SPE.
  • 5.3. Ứng dụng hệ chip vi lưu tích hợp điện cực mạch in biến tính trong phân tích hàm lượng kháng sinh sulfamethoxazole.

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

• KẾT QUẢ ĐÃ ĐƯỢC VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ