NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU CeO2 CÓ CẤU TRÚC NANO NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN ADN
Khoa học vật liệu
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu CeO2 có cấu trúc nano nhằm ứng dụng trong cảm biến ADN" của Nguyễn Thị Nguyệt, thuộc ngành Khoa học vật liệu, tập trung vào việc phát triển cảm biến sinh học ADN để phát hiện nhanh vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là Salmonella, trong bối cảnh các phương pháp phân tích nhanh vi sinh vật truyền thống còn hạn chế về độ nhạy, thời gian thực hiện và chi phí.
Mục tiêu chung của đề tài là phát triển cảm biến sinh học ADN dựa trên vật liệu CeO2 có cấu trúc nano nhằm xác định vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy cấp. Để đạt được mục tiêu này, luận án đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano một chiều CeO2 và vật liệu nano composit CeO2/Ppy có cấu trúc lõi vỏ. Sau đó, nghiên cứu cố định chuỗi ADN lên bề mặt cảm biến và phát triển cảm biến ADN hiệu suất cao trên cơ sở các vật liệu chế tạo được.
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã chế tạo thành công vật liệu thanh nano CeO2 có kích thước chiều dài xấp xỉ 200 nm và đường kính xấp xỉ 20 nm bằng phương pháp thủy nhiệt với các điều kiện tối ưu đã được xác định (24 giờ, 200°C, nồng độ tiền chất Ce³⁺ 0,4 M và chất tạo mầm Na3PO4 4%). Đồng thời, vật liệu nano composit CeO2/Ppy có cấu trúc lõi vỏ cũng được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp hóa học với tỷ lệ tiền chất CeO2/Py tối ưu là 1/10 và thời gian 6 giờ.
Luận án đã phát triển hai loại cảm biến ADN điện hóa. Cảm biến dựa trên thanh nano CeO2 cho phép phát hiện chuỗi ssADN của vi khuẩn Salmonella với giới hạn phát hiện 0,01 µM, độ nhạy 3362,1 ΩµM⁻¹cm² và khoảng tuyến tính từ 0,01 µM đến 2 µM, duy trì tín hiệu tốt trong 40 ngày (giảm không quá 3%). Cảm biến dựa trên vật liệu nano composit CeO2 NR@Ppy có khả năng phát hiện đoạn ssADN của Salmonella với khoảng tuyến tính rộng hơn (0,01÷0,4 nM), độ nhạy cao hơn (593,7 Ω.nM⁻¹cm²), giới hạn phát hiện 0,084 nM và giới hạn định lượng 0,28 nM, đã được ứng dụng thành công để phát hiện các mẫu ADN của khuẩn Salmonella trong thực tế.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu nano CeO2 và CeO2/Ppy lõi-vỏ, cùng với việc phát triển thành công các cảm biến ADN điện hóa có độ nhạy và tính chọn lọc cao cho việc phát hiện vi khuẩn Salmonella. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc bổ sung phương pháp phát hiện vi sinh vật gây bệnh, góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực y sinh học và môi trường.