ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ VĂN SƠN NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG GIỮA CÁC HẠT NANO QUANG VÀ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI –i 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ VĂN SƠN NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG GIỮA CÁC HẠT NANO QUANG VÀ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC Ngành: Vật lý kỹ thuật Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Hồng Nhung PGS TS Lê Quang Huấn HÀ NỘI - 2017 ii Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Hồng Nhung, PGS TS Lê Quang Huấn, người thầy tận tụy hết lòng hướng dẫn tôi, tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu Viện Vật Lý Viện Công nghệ Sinh học Tôi xin cảm ơn bạn đồng nghiệp nhóm NanoBiophotonics hỗ trợ, giúp đỡ trình làm thực nghiệm trao đổi khoa học suốt quãng thời gian học tập nghiên cứu Viện Vật lý Tôi xin dành lời cảm ơn sâu nặng đến người thân thương gia đình tôi: Bố, mẹ anh chị em dành cho tình cảm, động viên, hỗ trợ vật chất tình cảm thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo khoa Vật lý kỹ thuật, trường đại học Công nghệ, Đại học quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thời gian động viên hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin trân trọng cảm ơn đề tài "Nghiên cứu chế tạo đế nano kim loại-giấy cho hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt nhằm ứng dụng phân tích an toàn vệ sinh thực phẩm" cấp Viện Hàn lâm KHCNVN thuộc Chương trình phát triển vật lý đến năm 2020, hỗ trợ kinh phí để thực luận văn Vũ Văn Sơn iii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan tất kết nêu luận văn sản phẩm trình làm việc nghiên cứu Viện Vật lý- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn PGS TS Trần Hồng Nhung PGS TS Lê Quang Huấn Nếu có tranh chấp phản ánh kết trên, xin chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng Vũ Văn Sơn iv năm 2017 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1.1 Các hạt nano quang 1.1.1 Cộng hưởng plasmon bề mặt 1.1.2 Lý thuyết Mie giải thích mầu tán xạ hạt nano kim loại dạng keo 1.1.3 Hạt nano vàng 10 1.1.4 Các tính chất quang hạt keo kim loại 12 1.1.5 Hạt nano silica chứa phân tử mầu (tâm mầu) hữu 13 1.2 Hiệu ứng truyền lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) 20 1.3 Tương tác chất phát quang cấu trúc nano kim loại 22 1.4 Cảm biến sinh học 24 1.4.1 Khái niệm 24 1.4.2 Aptamer 28 1.4.3 Cảm biến truyền lượng 29 CHƯƠNG SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG GIỮA CÁC HẠT NANO QUANG 31 2.1 Truyền lượng hạt nano silica chứa tâm mầu FITC hạt nano vàng với kích thước khác 31 2.2 Truyền lượng phân tử FITC với hạt nano vàng có kích thước khác 37 v CHƯƠNG CẢM BIẾN TRUYỀN NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG CÁC HẠT NANO QUANG 43 3.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến 43 3.2 Lựa chọn thông số cảm biến 45 3.2.1 Lựa chọn cặp aptamer - sợi bổ trợ 45 3.2.2 Lựa chọn cặp donor - acceptor 45 3.3 Khảo sát hoạt động cảm biến 46 3.4 Sử dụng cảm biến phát kháng nguyên ung thư vú HER2- Xây dựng đường chuẩn 49 3.5 Quy trình phân tích mẫu cảm biến 51 CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TIẾNG ANH DỊCH NGHĨA SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua DLS Dynamic Light Scattering Tán xạ ánh sáng động học FITC Fluorescein isothiocyanate DTT Dithiothreitol SiO2@FITC Hạt silica chứa tâm mầu FITC SiO2@FITC- Phức hệ hạt nano silica chứa sợi bổ trợ tâm mầu FITC sợi bổ trợ Hạt vàng- Phức hệ hạt nano vàng sợi aptamer aptamer vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt Hình 1.2 Tương tác ánh sáng với hạt nano đám kim loại mô tả đơn giản  >> 2R Trong trường hợp chung, thay đổi pha sóng điện từ hạt tạo phản ứng quang học phức tạp Hình 1.3 Giản đồ phân tích hệ số dập tắt Mie toàn phần lưỡng cực, tứ cực mode bậc cao Hình 1.4 Phổ hấp thụ plasmon bề mặt hạt nano vàng dạng cầu với kích thước khác Hình 1.5 Màu sắc hạt nano phụ thuộc vào kích thước hình dạng chúng Hình 1.6 Phổ hấp thụ, tán xạ dập tắt hạt nano vàng với kích thước khác Hình 1.7 Phát xạ huỳnh quang số chất màu hữu điển hình Hình 1.8 Giản đồ Jablonski mô tả chuyển dời điện tử phân tử chất màu Hình 1.9 Phổ hấp thụ huỳnh quang chất màu Cy5 Hình 1.10 Phổ hấp thụ huỳnh quang hạt nano silica chứa rhodamine rhodamine tự dung môi Hình 1.11 Cường độ huỳnh quang theo thời gian chiếu kích thích hạt nano silica chứa rhodamine B rhodamine B tự kích thích laser 532nm, mật độ công suất 1.821011 W/cm2 Hình 1.12 Đường suy giảm huỳnh quang hạt nano silica chứa rhodamin B rhodamine B tự kích thích hai photon laser Ti:sapphire (900 nm, 80 fs) nhiệt độ phòng viii Hình 1.13 Sự chồng chập phổ huỳnh quang Cy3 (donor) lên phổ hấp thụ Cy5 (acceptor) Hình 1.14 Mô hình cảm biến phát đường glucose Hình 1.15 Một số mô hình cảm biến FRET Hình 2.1: Cấu trúc hóa học chất mầu Fluorescein Isothiocyanate (FITC) Hình 2.2 Ảnh TEM hạt nano silica chứa tâm mầu FITC Hình 2.3 Ảnh TEM hạt keo vàng kích thước khác nhau: a 5nm; b 20 nm; c 40 nm; d 60 nm Hình 2.4 Phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon hạt vàng kích thước khác Hình 2.5 Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang SiO2@FITC vào nồng độ hạt vàng: a Au 5nm, b Au 20nm, c Au 40nm, d Au60nm Hình 2.6: Phổ huỳnh quang tâm mầu FITC thêm lượng hạt nano vàng khác với kích thước hạt nano vàng khác nhau: a Au 5nm, b Au 20nm, c Au 40nm, d Au 60nm Hình 2.7 Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang phân tử mầu FITC vào nồng độ hạt vàng: a Au 5nm, b Au 20nm, c Au 40nm, d Au60nm Hình 2.8 Trình bày đồ thị biểu diễn khoảng cách tới hạn d0 phụ thuộc vào kích thước hạt vàng Có thể cho khoảng cách d0 phụ thuộc tuyến tính vào kích thước hạt vàng Hình 3.1: Mô hình thiết kế sợi aptamer sợi bổ trợ Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động cảm biến Hình 3.3: Đường suy giảm huỳnh quang cảm biến so với dung dịch chứa hạt nano silica dung dịch chứa hạt nano silica, hạt nano vàng không gắn aptamer Hình 3.4: Cảm biến thử nghiệm với đối chứng âm đối chứng dương Hình 3.5: Cảm biến thử nghiệm với kháng nguyên ix Hình 3.6: Tỉ lệ I80/I0 phụ thuộc vào lượng kháng nguyên có mẫu phân tích I0 cường độ huỳnh quang cảm biến lúc bắt đầu đo mà chưa có suy giảm huỳnh quang I80 cường độ huỳnh quang cảm biến có mặt lượng kháng nguyên khác phút 80 Bảng 2.1: Các thông số dung dịch hạt keo vàng thương phẩm sử dụng thí nghiệm truyền lượng Bảng 2.3: Lượng acceptor khoảng cách trung bình hạt Bảng 2.3: Khoảng cách truyền lượng tới hạn d0 hạt SiO2@FITC với hạt vàng kích thước khác Bảng 2.4: Lượng acceptor thí nghiệm truyền lượng hạt nano vàng phân tử mầu FITC khoảng cách trung bình hạt Bảng 2.5: Khoảng cách truyền lượng tới hạn d0 phân tử mầu FITC với hạt vàng kích thước khác Bảng 2.6: Khoảng cách trung bình hạt d0 x a b c Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến Cảm biến hoạt động theo nguyên lý cạnh tranh (Hình 3.2): phức hệ phân tán nước tạo thành hai dung dịch phức hệ hạt nano vàng-aptamer (A) hạt nano SiO2@FITC-sợi bổ trợ (B) Nồng độ phức hệ chọn cho trộn hai dung dịch A+B truyền lượng hạt nano SiO2@FITC hạt nano vàng khoảng cách chúng dung dịch lớn khoảng cách truyền lượng (Hình 3.2 a) Sự truyền lượng xảy có bắt cặp sợi aptamer với sợi bổ trợ làm cho khoảng cách hạt nano SiO2@FITC nano vàng gần lại, dẫn đến truyền lượng từ hạt nano SiO2@FITC sang hạt vàng làm suy giảm huỳnh quang hạt SiO2@FITC (Hình 3.2 b) Nếu dung dịch A (phức hệ vàng-aptamer) có kháng nguyên phân tử đích kháng nguyên phân tử đích bắt cặp với phức hệ vàng@aptamer, chiếm vị trí axit nucleotide đặc hiệu aptamer Do trộn hai dung dịch A+B, sợi bổ trợ bắt cặp với aptamer, làm cho hạt vàng tới gần hạt SiO2@FITC, ngăn cản truyền lượng từ hạt SiO2@FITC sang hạt vàng huỳnh quang hạt SiO2@FITC không bị dập tắt (Hình 3.2 c) Ngược lại mẫu cần phân tích kháng nguyên phân tử đích có bắt cặp 44 aptamer sợi bổ trợ, dẫn đến suy giảm huỳnh quang hạt SiO2@FITC truyền lượng sang hạt vàng Tỉ lệ suy giảm huỳnh quang hạt silica dung dịch A+B tỉ lệ nghịch với lượng kháng nguyên phân tử đích có mẫu phân tích 3.2 Lựa chọn thông số cảm biến 3.2.1 Lựa chọn cặp aptamer - sợi bổ trợ Với mục đích đề cảm biến truyền lượng dựa nguyên lý cạnh tranh nói trên, thiết kế sợi aptamer có đoạn trình tự bắt cặp đặc hiệu với kháng nguyên ung thư vú HER2, sợi thứ có trình tự axit nucleotide bắt cặp bổ trợ bazơ với phần đặc hiệu sợi aptamer (hình 3.1) Sự cạnh tranh bắt cặp cạnh tranh kháng nguyên đích sợi bổ trợ lên phần đặc hiệu sợi aptamer Trình tự chi tiết sợi sau: S1: 5’-SH-(CH2)6-GCAGCGGTGTGGGGCCCCCCC-3’ S2: 5’-NH2-GGGGGGGG-3’ S1 Apt đặc hiệu kháng nguyên HER2 Viện Công nghệ sinh học cung cấp Sợi thiol hóa đầu 5’ với mục đích để gắn kết với hạt nano vàng S2 sợi bổ trợ bazơ với sợi S1 S2 amine hóa đầu 5’ để gắn kết với hạt SiO2@FITC Với trình tự hai sợi S1 S2 bắt cặp với khoảng cách hai đầu 5’ khoảng 14nm Như vậy, phải lựa chọn cặp donor-acceptor D-A thích hợp để S1 bắt cặp với S2 có tượng truyền lượng xảy hạt nano quang 3.2.2 Lựa chọn cặp donor - acceptor Với thiết kế cặp sợi aptamer sợi bổ trợ nên có bắt cặp đặc hiệu sợi khoảng cách đầu 5’ khoảng 14nm Các yêu cầu cặp D-A: + Có truyền lượng khoảng cách >10 nm + Sự truyền lượng D-A xảy có bắt cặp S1 với S2 Dựa kết nghiên cứu truyền lượng hạt nano, cặp hạt nano lựa chọn hạt SiO2@FITC 70 nm đóng vai trò donor (nồng độ x 1012hạt/ 45 ml) Hạt nano vàng kích thước nm lựa chọn làm acceptor cho hạt vàng gắn kết với aptamer để có bắt cặp sợi aptamer sợi bổ trợ có nhiều hạt vàng gắn lên hạt SiO2@FITC thông qua liên kết aptamer-sợi bổ trợ (hình 3.2) Hạt vàng có nồng độ x 1015hạt/ml 3.3 Khảo sát hoạt động cảm biến Dung dịch cảm biến gồm ống A chứa 500µl SiO2@FITC-sợi bổ trợ (3x1010 hạt) ống B 5µl hạt vàng-aptamer (1011hạt) với nồng độ để đảm bảo việc truyền lượng trực tiếp hạt Để xác định giới hạn hoạt động cảm biến, tiến hành đo huỳnh quang theo thời gian loại dung dịch sau: 1) Dung dịch cảm biến (hỗn hợp ống A + ống B trên) mặt mẫu cần phân tích nhằm xác định khả suy giảm huỳnh quang cực đại cảm biến toàn sợi bổ trợ bắt cặp với toàn aptamer có dung dịch kháng nguyên HER2 cạnh tranh 2) Dung dịch có chứa hạt nano SiO2@FITC không gắn với sợi bổ trợ nhằm xác định độ ổn định theo thời gian cường độ huỳnh quang donor acceptor 3) Dung dịch chứa hạt nano SiO2@FITC không gắn với sợi bổ trợ, hạt nano vàng không gắn với aptamer nhằm khẳng định truyền lượng cặp hạt theo thời gian đồng thời cường độ huỳnh quang dung dịch coi giới hạn cảm biến, kháng nguyên có mặt dung dịch phân tích bắt cặp với toàn aptamer cảm biến ngăn cản truyền lượng từ donor sang acceptor Cả dung dịch tích 500µl nghĩa số lượng hạt nano SiO2@FITC x 1010 hạt, số lượng hạt nano vàng (1011hạt) Với số lượng hạt SiO2@FITC hạt vàng trên, khoảng cách trung bình hạt lớn (~ 1,5µm) lớn nhiều so với khoảng cách truyền lượng tới hạn d0 hạt (~ 89 nm) Điều đảm bảo 46 điều kiện bình thường, hạt nano vàng hạt SiO2@FITC không gắn tương ứng với sợi aptamer sợi bổ trợ không xảy tượng truyền lượng Cuong huynh quang chuan hoa trực tiếp hạt 1.0 0.8 0.4 Dung dich Dung dich Dung dich 0.6 20 40 60 80 thoi gian (phut) Hình 3.3: Đường suy giảm huỳnh quang cảm biến (1) so với dung dịch chứa hạt nano silica (2) dung dịch chứa hạt nano silica không gắn sợi bổ trợ + hạt nano vàng không gắn aptamer (3) Hình 3.3 kết thu sau đo cường độ huỳnh quang vòng 80 phút, tức thời gian cần để toàn aptamer sợi bổ trợ dung dịch bắt cặp với làm cường độ huỳnh quang hạt SiO2@FITC dung dịch suy giảm theo thời gian ổn định Đường số ( màu xanh) đường cường độ huỳnh quang dung dịch 2-hạt SiO2@FITC, đường số (màu đen) đường suy giảm huỳnh quang dung dịch 3-SiO2@FITC hạt vàng không gắn sợi bổ trợ aptamer Ta thấy đuờng số số trùng nhau, cường độ giảm khoảng 5% sau 80 phút Điều cho thấy tượng truyền lượng hạt nano vàng SiO2@FITC không gắn kết với aptamer sợi bổ trợ Huỳnh quang dung dịch huỳnh quang donor SiO2@FITC có độ ổn định 95% 80 phút Đường số (màu đỏ) huỳnh quang dung dịch (cảm biến) có hạt SiO2@FITC gắn với sợi bổ trợ hạt vàng gắn aptamer Do bắt cặp aptamer hạt vàng với sợi bổ trợ SiO2@FITC, khoảng cách hạt bị thu ngắn lại (khoảng 14nm chiều dài từ đầu 5’ 47 aptamer S1 đến đầu 5’ sợi bổ trợ S2 thiết kế) nên xảy tượng truyền lượng hạt Đường cho ta thấy cường độ huỳnh quang dung dịch giảm khoảng 30% sau khoảng 75 phút sau ổn định, nghĩa cần 75 phút để tất aptamer bắt cặp với sợi bổ trợ làm cho hạt vàng SiO2@FITC tiến lại gần dẫn tới truyền lượng từ SiO2@FITC sang hạt nano vàng Lượng hạt vàng-aptamer có dung dịch đủ dập tắt 25% cường độ huỳnh quang hạt SiO2@FITC Cuong huynh quang chuan hoa giới hạn cảm biến 1.0 0.8 SiO2 Doi chung am Doi chung duong 0.6 0.4 20 40 60 80 Thoi gian(phut) Hình 3.4: Cảm biến thử nghiệm với đối chứng âm đối chứng dương Để chứng minh độ nhận biết đặc hiệu cảm biến, sử dụng đối chứng dương kháng nguyên bề mặt tế bào Hela Tế bào Hela tế bào ruột kết người, bề mặt tế bào kháng nguyên HER2 Vì vậy, kháng nguyên bề mặt tế bào Hela khả bắt cặp với aptamer đặc hiệu kháng nguyên HER2 Do có mặt đối chứng dương, aptamer bắt cặp với sợi bổ trợ hạt silica làm khoảng cách hạt vàng hạt silica gần xảy tượng truyền lượng hạt Đối chứng âm thí nghiệm cảm biến với hạt nano vàng gắn aptamer hạt silica gắn sợi bổ trợ (cảm biến mặt kháng nguyên) (đường số hình 3.3 3.4) Hình 3.4 có đường trùng cho thấy cảm biến không nhận biết kháng nguyên bề mặt Hela Các kết khảo sát mục xác định giới hạn hoạt động cảm biến 48 3.4 Sử dụng cảm biến phát kháng nguyên ung thư vú HER2- Xây dựng đường chuẩn Cảm biến sử dụng để phát kháng nguyên HER2 với lượng khác Kháng nguyên HER2 lấy bề mặt tế bào BT-474 (dòng tế bào ung thứ vú) Lần lượt đo mẫu với lượng kháng nguyên sau: 10-5, 10-6, 10-7, 10-8, 10-9 mg Cường độ huỳnh quang cảm biến với lượng kháng nguyên khác quan sát 80 phút so sánh với phổ cường độ huỳnh quang theo thời gian hạt nano SiO2@FITC cảm biến mặt kháng nguyên – hai giới hạn Cuong huynh quang chuan hoa cảm biến tương ứng với đường số đường số hình 3.5 1.0 0.9 0.8 0.7 khong co khang nguyen Hat nano silica cac luong khang nguyen HER2: -5 10 mg -6 10 mg -7 10 mg -8 10 mg -9 10 mg 0.6 20 40 60 80 Thoi gian (phut) Hình 3.5 Cảm biến thử nghiệm với kháng nguyên Hình 3.5 cho thấy tùy theo lượng kháng nguyên HER2 có mẫu phân tích mà cường độ huỳnh quang hạt SiO2@FITC theo thời gian giảm hay nhiều Hình 3.5 cho thấy độ lớn suy giảm huỳnh quang tỉ lệ nghịch với số lượng kháng 49 nguyên, cụ thể: lượng kháng nguyên 10-9, 10-8, 10-7 10-6 mg độ suy giảm huỳnh quang tương ứng 20,5; 15; 11,5; 7,5 8% Hình 3.6 biểu diễn phụ thuộc tỉ lệ I80/I0 vào lượng kháng nguyên, I0 cường độ huỳnh quang cảm biến thời điểm bắt đầu đo, I80 cường độ huỳnh quang cảm biến phút thứ 80 Đồ thị cho thấy có phụ thuộc tuyến tính tỉ lệ I80/I0 (độ suy giảm huỳnh quang) vào lượng kháng nguyên HER2 khoảng nồng độ 10-9 – 10-6mg Có thể sử dụng đồ thị làm đường chuẩn để phát định lượng kháng nguyên HER2 khoảng nồng độ B Ti le cuong huynh quang (I80/I0) 0.94 0.92 0.90 0.88 0.86 0.84 0.82 0.80 0.78 0.76 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 Nong khang nguyen HER2 (mg) Hình 3.6: Tỉ lệ I80/I0 phụ thuộc vào lượng kháng nguyên có mẫu phân tích I0 cường độ huỳnh quang cảm biến lúc bắt đầu đo chưa có suy giảm huỳnh quang I80 cường độ huỳnh quang cảm biến có mặt lượng kháng nguyên khác phút 80 Có thể thấy giới hạn phát cảm biến 10-9mg kháng nguyên thể tích mẫu đo 500µl (tương đương với nồng độ pg/ml) So sánh với số kết công bố giới: năm 2017, Khang Harriet cộng phát kháng nguyên CEA (kháng nguyên ung thư phổi) với giới hạn phát 0.58 ng/ml [27]; Năm 2014, Maques cộng tiến hành phát kháng nguyên HER2 đạt giới hạn phát 4.4 ng/ml [28] Với giới hạn phát cảm biến truyền lượng 50 2pg/ml, cao 2-3 bậc so với công bố Cùng với độ nhạy cao thời gian phát nhanh (80 phút), cảm biến hứa hẹn giúp phát chuẩn đoán bệnh nhanh, hỗ trợ công tác điều trị giai đoạn đầu ung thư, giúp việc điều trị đạt hiệu cao 3.5 Quy trình phân tích mẫu cảm biến Dung dịch cảm biến gồm ống A chứa 3x1010 hạt SiO2@FITC-sợi bổ trợ ống B 1011hạt vàng-aptamer miêu tả mục 3.3 Các bước thực quy trình phân tích mẫu sau: + Bước 1: cho 10µl mẫu cần phân tích vào ống B, lắc nhẹ để nhiệt độ phòng 30 phút Trong bước có kháng nguyên HER2 mẫu cần phân tích kháng nguyên bắt cặp với phức hệ hạt vàng-aptamer thông qua liên kết đặc hiệu aptamer kháng nguyên HER2 Thời gian 30 phút đủ để toàn kháng nguyên HER2 bắt cặp với aptamer + Bước 2: trộn ống B (đã cho mẫu cần phân tích) vào ống A Lắc nhẹ phức hệ hạt vàng-aptamer phân tán dung dịch chứa hạt nano SiO2@FITC-sợi bổ trợ Sau quan sát tín hiệu huỳnh quang hỗn hợp 80 phút phổ kế huỳnh quang Carry Eclipse, bước sóng kích thích 475nm + Bước 3: Thu số liệu tín hiệu huỳnh quang hỗn hợp dung dịch A B bước (hay gọi dung dịch cảm biến), so sánh đường suy giảm huỳnh quang hỗn hợp dung dịch với đường chuẩn đưa kết luận 51 KẾT LUẬN Luận văn trình bày kết nghiên cứu hiệu ứng truyền lượng hạt nano quang, sở thử nghiệm chế tạo cảm biến truyền lượng với cặp donor-acceptor hạt nano SiO2@FITC kích thước 70nm hạt nano vàng kích thước 5nm Luận văn thực công việc sau: Nghiên cứu hiệu ứng truyền lượng hạt nano vàng kích thước khác hạt nano silica chứa tâm mầu FITC (SiO2@FITC)/phân tử mầu FITC tự ethanol cho thấy: - Khoảng cách truyền lượng tới hạn d0 lớn 10nm tăng tỉ lệ thuận với kích thước hạt nano vàng Khoảng cách tăng tới 5µm donor hạt nano SiO2@FITC acceptor hạt nano vàng 60nm - Khoảng cách d0FITC thí nghiệm donor-FITC tự acceptor-hạt nano vàng ngắn d0SiO2@FITC donor hạt SiO2@FITC có chứa khoảng 400500 phân tử FITC Các kết cho thấy rõ ảnh hưởng trường định xứ hạt nano quang donor-acceptor tương tác truyền lượng, đồng thời minh chứng cho mô hình “trạm thu-phát sóng” Thiết kế chế tạo thử nghiệm cảm biến sinh học truyền lượng sở phức hệ hạt nano vàng-aptamer hạt nano SiO2@FITC-sợi bổ trợ hoạt động theo nguyên lý bắt cặp cạnh tranh kháng nguyên đích sợi bổ trợ lên phần đặc hiệu sợi aptamer - Đưa thiết kế cảm biến gồm thành phần chính: A) phức hệ hạt nano SiO2@FITC 70nm – sợi bổ trợ (3x1010 hạt); B) phức hệ hạt nano vàng 5nm – aptamer (1011 hạt) đặc hiệu kháng nguyên HER2 - Khảo sát hoạt động cảm biến xây dựng đường chuẩn phát kháng nguyên ung thư vú HER2 Kết cho thấy cảm biến phát định lượng 52 kháng nguyên HER2 khoảng nồng độ 10-6 – 10-9mg với thời gian 80 phút Giới hạn phát cảm biến 2pg/ml 53 CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN Bài báo: Hong Nhung Tran, Thi Ha Lien Nghiem, Thi Thuy Duong Vu, Viet Ha Chu, Quan Huan Le, Kim Thuan Tong, Quang Hoa Do, Duong Vu, Trong Nghia Nguyen, Minh Tan Pham, Cao Nguyen Duong, Thanh Thuy Tran, Van Son Vu, Thi Thuy Nguyen, Thi Bich Ngoc Nguyen, Anh Duc Tran, Thi Thuong Trinh and Thi Thai An Nguyen, Optical nanoparticles: synthesis and biomedical application Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, IOP publishing, Vietnam academy of Science and Technology, 2015 Vũ Văn Sơn, Nguyễn Thị Thùy, Trần Anh Đức, Hoàng Thị Mỹ Nhung, Khánh, Nguyễn Đắc Tú, Phan Thị Ngọc, Vũ Thị Thùy Dương, Nghiêm Hà Liên, Lê Quang Huấn Trần Hồng Nhung, Ứng dụng hạt nano Silica chứa tâm màu FITC gắn kết với DNA cho việc ảnh tế bào ung thư vú The 8th National Conference on Optics and Spectroscopy, Đà Nẵng, 12-16 August 2014 03 đơn đăng ký sáng chế chấp nhận hợp lệ: Quy trình sản xuất phức hệ hạt nano vàng aptamer bọc polyethylene glycol (PEG) dùng làm đầu dò cho phép phân tích, Quyết định chấp nhận đơn hợp lệ số 21946/QĐ-SHTT ngày 21/4/2016 Quy trình sản xuất phức hệ hạt nano silica aptamer bọc polyethylene glycol (PEG) dùng làm đầu dò cho phép phân tích, Quyết định chấp nhận đơn hợp lệ số 28461/QĐ-SHTT ngày 19/05/2016 Cảm biến sinh học dùng phân tích truyền lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) dùng để phát chất cần phân tích, Quyết định chấp nhận đơn hợp lệ số 21947/QĐ-SHTT ngày 21/4/2016 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Chu Việt Hà (2012), “Nghiên cứu trình phát quang cở sở vật liệu nano chứa tâm mầu định hướng đánh dấu sinh học”, Luận án Tiến sĩ Vật lý, Viện Vật lý Phạm Minh Tân (2014), “Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang hạt nano silica tâm mầu thử nghiệm đánh dấu y-sinh”, Luận án Tiến sĩ Vật lý, Viện Vật lý Vũ Thi Thùy Dương (2011), “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang màng mỏng hạt nano ormosil chứa chất màu hữu dùng quang tử”, Luận án Tiến sĩ Vật lý, Viện Vật lý Tiếng Anh DeBono, R F., Helluy, A., Heimlich, M., & Krull, U J (1993) Applications of silver island films for the preparation of fluorescently based chemical sensors Sensors and Actuators B: Chemical, 11(1-3), 487-497 Ghosh, S K., & Pal, T (2007) Interparticle coupling effect on the surface plasmon resonance of gold nanoparticles: from theory to applications Chemical reviews, 107(11), 4797-4862 Ha Chu Viet, Nguyen Ai Viet, and Tran Hong Nhung "The local field dependent effect of the critical distance of energy transfer between nanoparticles." Optics Communications 353 (2015): 49-55 Hirsch, T., Port, H., Wolf, H C., Miehlich, B., & Effenberger, F (1997) Intramolecular charge anthracene/pyridinium separation and supermolecules The B, 101(23), 4525-4535 55 transition Journal state of dynamics Physical in Chemistry Jang, S., Shin, K J., & Lee, S (1995) Effects of excitation migration and translational diffusion in the luminescence quenching dynamics The Journal of chemical physics, 102(2), 815-827 Jain, P K., Lee, K S., El-Sayed, I H., & El-Sayed, M A (2006) Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine J Phys Chem B, 110(14), 7238-7248 10 Jennings, T L., Singh, M P., & Strouse, G F (2006) Fluorescent lifetime quenching near d= 1.5 nm gold nanoparticles: probing NSET validity Journal of the American Chemical Society, 128(16), 5462-5467 11 Khang, H., Cho, K., Chong, S., & Lee, J H (2017) All-in-one dual-aptasensor capable of rapidly quantifying carcinoembryonic antigen Biosensors and Bioelectronics, 90, 46-52 12 Kim, Y., Sohn, D., & Tan, W (2008) Molecular beacons in biomedical detection and clinical diagnosis International journal of clinical and experimental pathology, 1(2), 105 13 Kumar, C S (2005) Biofunctionalization of nanomaterials Biofunctionalization of Nanomaterials, by Challa SSR Kumar (Editor), pp 377 ISBN 3-527-31381-8 WileyVCH, November 2005., 14 Lakowicz, J R (1999) Fluorescence anisotropy In Principles of fluorescence spectroscopy (pp 291-319) springer US 15 Link, S., & El-Sayed, M A (1999) Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods 16 Marling, J., Wood, L., & Gregg, D (1971) Long-pulse dye-laser emission across the visible spectrum IEEE Journal of Quantum Electronics, 7(10), 498-499 56 17 Marques, R C., Viswanathan, S., Nouws, H P., Delerue-Matos, C., & GonzálezGarcía, M B (2014) Electrochemical immunosensor for the analysis of the breast cancer biomarker HER2 ECD Talanta, 129, 594-599 18 Mie G (1908) “Contributions to the optics of turbid media especially colloidal metal solutions” Ann Phys 25, 377 19 Niederberger M (2006), “Colloidal Gold”, Chem Rev., pp 104-293 20 Nutiu, R., & Li, Y (2005) Aptamers with fluorescence-signaling properties Methods, 37(1), 16-25 21 Persson, B N J., & Lang, N D (1982) Electron-hole-pair quenching of excited states near a metal Physical Review B, 26(10), 5409 22 Sen, T., Sadhu, S., & Patra, A (2007) Surface energy transfer from rhodamine 6G to gold nanoparticles: A spectroscopic ruler Applied physics letters, 91(4), 043104 23 Singh, M P., & Strouse, G F (2010) Involvement of the LSPR spectral overlap for energy transfer between a dye and Au nanoparticle Journal of the American Chemical Society, 132(27), 9383-9391 24 Sönnichsen, C (2001) Plasmons in metal nanostructures (Doctoral dissertation, lmu) 25 Vu Thi Thuy Duong, Chu Viet Ha, Tran Thanh Thuy, Nguyen Thi Van, Pham Minh Tan, Tong Kim Thuan, and Tran Hong Nhung (2010), “Synthesis, Optical Properties and Bioapplications of ormosil nanoparticles”, Proc of the first Academic Conference on Natural Science for Master and PhD Student from Cambodia-Laos-Vietnam, March 2010, Vietnam, Lao PDR, pp 145-151 26 Wei A (2004), “Plasmonic nanomaterials Enhanced optical properties from metal nanoparticles and their ensembles”, Nanoparticles: Building Blocks for Nanotechnology 7, Kluwer Academic/ Plenum Plublishers, New York, pp 173-200 57 27 Yun, C S., Javier, A., Jennings, T., Fisher, M., Hira, S., Peterson, S., & Strouse, G F (2005) Nanometal surface energy transfer in optical rulers, breaking the FRET barrier Journal of the American Chemical Society, 127(9), 3115-3119 28 Zhong, W (2009) Nanomaterials in fluorescence-based biosensing Analytical and bioanalytical chemistry, 394(1), 47-59 29 https://refractiveindex.info/ 58 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ VĂN SƠN NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG GIỮA CÁC HẠT NANO QUANG VÀ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO CẢM BIẾN SINH HỌC Ngành: Vật lý kỹ... kết nghiên cứu Thiết kế cảm biến truyền lượng phát kháng nguyên ung thư sử dụng hạt nano làm donor acceptor Tên đề tài luận văn "Nghiên cứu hiệu ứng truyền lượng hạt nano quang ứng dụng chế tạo. .. truyền lượng 29 CHƯƠNG SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG GIỮA CÁC HẠT NANO QUANG 31 2.1 Truyền lượng hạt nano silica chứa tâm mầu FITC hạt nano vàng với kích thước khác 31 2.2 Truyền lượng