Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ NANOCOMPOSITE CARBON ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN GLUCOSE
Ngành:
Kỹ thuật hóa học
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Công trình này đã tổng hợp thành công các loại vật liệu có hoạt tính xúc tác thay thế enzym peroxidase HRP cho cảm biến so màu xét nghiệm glucose và ứng dụng chúng để thiết kế, chế tạo cảm biến glucose trong dung dịch cũng như trong mẫu thực (máu, nước tiểu). Luận án đã đạt được các kết quả nổi bật. Thứ nhất, đã chế tạo thành công các chấm graphen lượng tử (GQDs), vật liệu lai tạo nano Ag/nano carbon (AgNPs/GQDs), vật liệu nano Fe3O4 bọc carbon (FeC), và vật liệu lai tạo nano FeOOH với chấm graphen lượng tử pha tạp nitơ (FN-GQDs). Các phương pháp chế tạo này đơn giản, cho sản phẩm có độ đồng đều cao, và có tiềm năng ứng dụng ở quy mô lớn. Thứ hai, các đặc trưng về cấu trúc và tính chất hóa lý của các vật liệu chế tạo đã được khảo sát chi tiết bằng các phương pháp hiện đại như UV-vis, XRD, VSM, TEM, SEM, EDX, FT-IR và phổ huỳnh quang. Thứ ba, cảm biến phát hiện glucose trên cơ sở vật liệu AgNPs/GQDs đã được chế tạo thành công, thể hiện độ chọn lọc cao, khoảng phát hiện từ 0,5 mM đến 8mM, với giới hạn phát hiện (LOD) là 30 µM, thấp hơn nồng độ glucose dương tính trong mẫu nước tiểu của bệnh nhân tiểu đường (2,8 - 5,6 mM). Thứ tư, cảm biến phát hiện glucose dựa trên vật liệu FeC (tỷ lệ Fe3O4/C=1/3) cũng được chế tạo thành công, cho thấy khả năng xúc tác tốt nhất. Cảm biến FeC13 có độ chọn lọc cao, khoảng phát hiện từ 0,01 mM đến 0.9 mM, LOD là 40 µM, và hoạt động tốt với sai số không quá 10% khi ứng dụng để xác định nồng độ glucose trong dung dịch và huyết thanh mẫu máu. Thứ năm, cảm biến phát hiện glucose trên cơ sở vật liệu FN-GQDs cũng được phát triển với độ chọn lọc cao, khoảng phát hiện từ 0,04 mM đến 0.8 mM và LOD là 2 µM, cho phép xác định nồng độ glucose trong mẫu nước tiểu của cả người không bị và bị bệnh tiểu đường với độ chính xác tương đối và khả năng ứng dụng thực tế cao. Cuối cùng, các cảm biến sinh học glucose dựa trên AgNPs/GQDs, FeC, và FN-GQDs đều có độ chọn lọc cao, thời gian phát hiện ngắn (khoảng 40 phút), cùng với cách chế tạo và vận hành đơn giản, cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong xét nghiệm glucose.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- 1. Lý do chọn đề tài
- 2. Mục tiêu nghiên cứu
- 3. Nội dung nghiên cứu
- 4. Phương pháp nghiên cứu
- 5. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
- Chương 1: Tổng quan
- 1.1 Cảm biến sinh học
- 1.1.1 Định nghĩa và cấu tạo cảm biến sinh học
- 1.2 Cảm biến sinh học xác định nồng độ glucose
- 1.3 Các Vật liệu nano tiên tiến trên nền cacbon được nghiên cứu trong luận án
- 1.3.1 Vật liệu chấm lượng tử cacbon (Cacbon Quantum Dots-GQDs)
- 1.3.2 Vật liệu nano bạc (silver nanoparticles-AgNPs)
- 1.3.3 Vật liệu nano Fe3O4
- Chương 2: Thực nghiệm
- 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất và dụng cụ
- 2.1.1 Hóa chất, vật liệu
- 2.1.2 Dụng cụ và thiết bị
- 2.2 Tổng hợp vật liệu AgNPs/GQDs và ứng dụng trong chế tạo cảm biến sinh học
- 2.2.1 Tổng hợp vật liệu AgNPs/GQDs
- 2.2.1.1 Tổng hợp cacbon dots bằng phương pháp từ dưới lên (bottom-up)
- 2.2.1.2 Chế tạo vật liệu nano Ag/Cacbon dots (AgNPs/GQDs)
- 2.2.2 Chế tạo cảm biến glucose trên cơ sở vật liệu AgNPs/GQDs
- 2.2.3 Ứng dụng cảm biến glucose trên cơ sở vật liệu AgNPs/GQDs cho mẫu thực
- 2.3 Tổng hợp vật liệu Fe3O4 bọc cacbon (Fe/C) và ứng dụng trong chế tạo cảm biến sinh học
- 2.3.1. Tổng hợp vật liệu Fe/C
- 2.3.2.3 Chế tạo cảm biến xác định nồng độ glucose trên cơ sở vật liệu Fe/C
- 2.4 Tổng hợp vật liệu FeOOH/ chấm cacbon lượng tử pha tạp nito (FN-GQDs) ứng dụng trong chế tạo cảm biến sinh học
- 2.4.1 Tổng hợp vật liệu FN-GQDs
- 2.4.3 Chế tạo cảm biến glucose trên cơ sở vật liệu FN-GQDs
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- 3.1 Đặc trưng và ứng dụng vật liệu AgNPs/GQDs trong chế tạo cảm biến sinh học xét nghiệm glucose theo phương pháp so màu
- 3.1.1 Đặc trưng vật liệu AgNPs/GQDs
- 3.1.2 Ứng dụng vật liệu AgNPs/GQDs trong chế tạo cảm biến sinh học phát hiện glucose bằng phương pháp so màu
- 3.1.3.1 Cảm biến glucose trên cơ sở vật liệu AgNPs/GQDs
- 3.1.3.2 Ứng dụng vật liệu AgNPs/GQDs trong chế tạo cảm biến xác định nồng độ glucose trong mẫu nước tiểu
- 3.2 Đặc trưng và ứng dụng vật liệu Fe3O4 bọc cacbon (Fe/C) trong chế tạo cảm biến sinh học so màu phát hiện glucose
- 3.2.1. Đặc trưng vật liệu Fe/C
- 3.2.2 Ứng dụng vật liệu Fe/C trong chế tạo cảm biến sinh học phát hiện glucose
- 3.2.3.1 Cảm biến sinh học glucose trên cơ sở vật liệu Fe/C
- 3.3 Tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng vật liệu FN-GQDs trong chế tạo cảm biến sinh học phát hiện glucose bằng phương pháp so màu
- 3.3.1 Tổng hợp, đặc trưng của vật liệu FN-GQDs
- 3.3.2 Ứng dụng vật liệu FN-GQDs trong chế tạo cảm biến sinh học phát hiện glucose
- Kết luận
- DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN