Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến đo khí NH3 bằng phương pháp in phun 001

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINHNGUYỄN TRUNG THÀNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI BỀ MẶT THANH DAO ĐỘNG HƯỚNG ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHỈ THỊ UNG THƯ GAN

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN TRUNG THÀNH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI BỀ MẶT THANH DAO ĐỘNG HƯỚNG ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHỈ THỊ UNG THƯ GAN AFP VÀ DKK1

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014

Trang 2

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN TIẾN THẮNG

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014

Trang 3

Lời cảm ơn

Công sinh thành, dưỡng dục, trao trọn yêu thương không bờ bến, một đời của cha mẹ

để con có được những ngày hôm nay, con xin tạc dạ Cảm ơn người!

Ơn dạy dỗ tận tâm của thầy cô không thể nào đền đáp, em xin ghi lòng Em xin cảmơn!

Xin gửi tới thầy giáo, cán bộ hướng dẫn em đề tài luận văn này, PGS.TS NguyễnTiến Thắng lời cảm ơn chân thành nhất Thầy đã tận tâm hướng dẫn, dành thời gian quýgiá của mình để đọc và sửa nội dung khoa học của bài luận này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đặng Mậu Chiến Một người thầy, ngườiquản lý tận tâm vì sự phát triển của sự nghiệp khoa học nước nhà

Xin gửi tới Thạc Sỹ Phan Nhật Thanh Khoa lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.Anh là một người thầy, một người anh chưa bao giờ thiếu nhiệt tình và tâm huyết giúp đỡtôi hoàn thành luận văn này

Cảm ơn Thạc sỹ Phạm Văn Bình, anh đã giúp tôi hiểu sâu hơn một số vấn đề liênquan đến y sinh trong đề tài này

Cảm ơn em Phạm Văn Thọ, các nghiên cứu viên, nhân viên của Phòng thí NghiệmCông nghệ Nano đã có những giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài ở LNT

Chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Hội đồng bảo vệ luận văn này đã đọc,phản biện giúp em hiểu rõ hơn những vấn đề chưa rõ

Tôi cũng chân thành cảm ơn đề tài C2014-32-01 thực hiện tại PTN Công nghệ Nano,Đai học Quốc gia Tp HCM đã cho tôi cơ hội tham gia thực hiện nghiên cứu này

Xin gửi lời chúc sức khoẻ, hạnh phúc tới quý thầy cô, anh chị và các bạn!

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014

Học viên cao học

Nguyễn Trung Thành

Trang 4

Nguyễn Trung Thành

Lu n văn t t nghi p Th c sỹ ận văn tốt nghiệp Thạc sỹ ốt nghiệp Thạc sỹ ệp Thạc sỹ ạc sỹ Nguy n Trung ễn Trung Thành

Trang 5

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Lời cam đoan ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt vii

Danh muc các bảng viii

Danh mục hình ảnh ix

Mở đầu 01

1 Giới thiệu 01

2 Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài 02

2.1 Mục tiêu 02

2.2 Ý nghĩa của đề tài 02

3 Tóm tắt nội dung của đề tài 03

CHƯƠNG 1 04

TỔNG QUAN 1.1 Cảm biến sinh học trên cơ sở thanh dao động 04

1.1.1 Cảm biến sinh học 04

1.1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ cảm biến sinh học. 04

1.1.1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cảm biến sinh học 05

1.1.1.3 Phân loại 06

1.1.2 Cảm biến sinh học trên cơ sở thanh dao động 08

1.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học dựa trên nguyên lý thanh dao động. 08

1.1.2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của cảm biến sinh học trên cơ sở thanh dao động 10

1.2 Ung thư gan 11

1.2.1 Thực trạng bệnh nhân ung thư gan trên thế giới 14

Trang 6

1.3.1 Biến đổi xuất phát từ bề mặt Au 24

1.3.2 Biến đổi xuất phát từ bề mặt SiNx 25

1.3.2.1 Phương pháp biến đổi và vấn đề đối với SiNx 25

1.3.2.2 Vai trò của xử lý bề mặt SiNx bằng plasma O2 26

1.3.2.2.1 Giới thiệu về plasma O2 26

1.3.2.2.2 Một số kỹ thuật tạo plasma 26

1.3.2.2.3 Vai trò của plasma đối với bề mặt SiNx 29

1.4 Các phương pháp đánh giá hiệu quả của cảm biến sinh học dựa trên cơ sở thanh dao động 29

1.4.1 Đánh giá các bước biến đổi bề mặt 29

1.4.1.1 Phương pháp chụp ảnh huỳnh quang 29

1.4.1.2 Phương pháp đo góc tiếp xúc 30

1.4.1.3 Phương pháp phản ứng đổi màu nhờ enzyme HRP 33

1.4.2 Phương pháp đo độ lệch thanh dao động để phát hiện chất đánh dấu sinh học 33 CHƯƠNG 2 36

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Quy trình biến đổi bề mặt thanh dao động 36

2.1.1 Quy trình xuất phát từ Au 36

Trang 7

2.1.1.1 Khảo sát trên wafer 36

2.1.1.2 Thử nghiệm trên chíp thanh dao động để dò tìm AFP 37

2.1.2 Qui trình xuất phát từ bề mặt SiNx/SiO2 39

2.1.2.1 Khảo sát silane hóa bề mặt SiNx và SiO2 và vấn đề của SiNx 39

2.1.2.2 Xử lý bề mặt SiNx bằng plasma O2 43

2.1.2.3 Tối ưu hóa quy trình xử lý plasma oxy 44

2.1.2.4 Áp dụng các quy trình tối ưu hóa để biến đổi bề mặt SiNx với GOPTS 44

2.1.2.5 Áp dụng các quy trình tối ưu hóa để biến đổi bề mặt SiNx với APTES +GAD 44

2.1.2.6 Ứng dụng thanh dao động động để dò tìm DKK1 45

2.2 Các phương pháp, thiết bị khảo sát và hoá chất sử dụng trong đề tài 47

2.2.1 F-LCA và kính hiển vi huỳnh quang 47

2.2.2 Máy đo góc tiếp xúc 48

2.2.3 Khảo sát bằng enzim HRP 48

2.2.4 Đo độ lệch 49

2.2.5 Các hoá chất sử dụng trong đề tài 49

CHƯƠNG 3 51

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát qui trình biến đổi xuất phát từ bề mặt Au 51

3.1.1 Khảo sát thời gian ngâm GAD 51

3.1.2 Khảo sát nồng độ GAD 54

3.1.3 Đánh giá hiệu quả quy trình tối ưu thông qua góc tiếp xúc 55

3.1.4 Kết quả thử nghiệm thanh dao động để phát hiện AFP 56

3.2 Qui trình xuất phát từ bề mặt SiN/SiO 2 57

3.2.1 Kết quả biến đổi bề mặt SiNx chưa qua xử lý plasma O2 và bề mặt SiO2 57

3.2.2 Cải tiến quy trình xuất phát từ bề mặt SiNx bằng phương pháp xử lý plasma oxy 58

3.2.3 Tối ưu hóa quy trình xử lý plasma oxy 59

3.2.3.1 Thời gian xử lý plasma 59

3.2.3.2 Ảnh hưởng của lưu lượng khí oxy 61

3.2.3.3 Ảnh hưởng của công suất plasma 64

3.2.3.4 Các thông số xử lý plasma tối ưu 65

3.2.4 Áp dụng quy trình xử lý plasma vào quy trình APTES +GAD tối ưu 66

3.2.5 Áp dụng quy trình xử lý plasma oxy +APTES+GAD tối ưu để biến đổi bề mặt SiNx của thanh dao động để dò tìm DKK1 68

Trang 8

Trang 9

13 F-LCA Fluorescein isothiocyanate-Lens culinaris agglutinin

Trang 10

Bảng 3.1.3: Kết quả đo góc tiếp xúc nước. 56

Bảng 3.2.1: Các thông số của quá trình xử lý plasma oxy 58

Bảng 3.2.2: Các thông số quá trình xử lý plasma oxy 60

Bảng 3.2.3: Các thông số quá trình xử lý plasma oxy 61

Bảng 3.2.4: Các thông số quá trình xử lý plasma oxy. 64

Bảng 3.2.5: Các thông số tối ưu của quá trình xử lý plasma oxy 65

Trang 11

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: a) Thanh dao động khi chưa nhận kháng nguyên; b) thanh dao động khi đã nhận

kháng nguyên 01

Hình 1.1.1: “enzyme electrode” đầu tiên 04

Hình 1.1.2: Sơ đồ cấu tạo của một cảm biến sinh học. 06

Hình 1.1.3: Một số thành phần sinh hoá được sử dụng trong thiết kế cảm biến sinh học và các chất phân tích riêng tương ứng. 07

Hình 1.1.4: Sự thay đổi màu sắc của ánh sáng phản xạ trên bề mặt khi chiết suất và độ dày màng thay đổi 08

Hình 1.1.5: Các nguyên tắc truyền dẫn của cantilever, a) sự thay đổi về độ cong bởi nhiệt độ thay đổi; b) sự thay đổi về độ cong bởi ứng suất bề mặt; c) sự thay đổi về tần số dao động cộng hưởng khi thay đổi khối lượng 09

Hình 1.1.6: Hai cơ chế liên kết kháng thể - kháng nguyên gây ra hai dạng ứng suất bề mặt khác nhau a) ứng suất kéo; b) ứng suất nén. 09

Hình 1.1.7: Sơ đồ một chip thanh dao động nhìn từ trên xuống 10

Hình 1.1.8: Sơ đồ mặt cắt ngang một chip thanh dao động 10

Hình 1.2.1: Hình ảnh lá gan bình thường và lá gan bị ung thư 11

Hình 1.2.2: Giai đoạn 1 của ung thư gan 12

Hình 1.2.6: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ mắc bệnh và chết vì các loại ung thư trên thế giới trung bình trong 100 người dân: a) nam; b) nữ. 14

Hình 1.2.7: a) Biểu đồ số người mắc bệnh và chết vì các loại ung thư ở một số vùng trên thế giới; b) Bản đồ mô tả phân bổ bệnh nhân ung thư trên toàn thế giới. 15

Trang 12

Hình 1.3.4: Cấu tạo của buồng phản ứng của kỹ thuật ICP 28

Hình 1.3.5: Quá trình thay thể nguyên tử Nitơ của nguyên tử Oxy 29

Hình 1.3.6: Vai trò của plasma oxy đối với bề mặt SiNx 29

Hình 1.4.1: Một số chất huỳnh quang, a) fluorescein isothiocyanate (FITC); b) 5-carboxyfluorescein succinimidyl ester; c) 6-fluorescein-5-carboxamido hexanoic acid succinimidyl ester 30

Hình 1.4.2: Hình ảnh những giọt nước trên lá sen 31

Hình 1.4.3: Góc thấm ướt của nước trên thủy tinh (trái) và lá sen (phải) 31

Hình 1.4.4: Các trường hợp không thấm ướt, ít thấm ướt và thấm ướt tốt. 31

Hình 1.4.5: Sự phụ thuộc của góc tiếp xúc vào các dạng lực căng bề mặt. 32

Hình 1.4.6: Mô tả nguyên lý đo độ lệch của thanh dao động 34

Hình 1.4.7: a) Hệ đo độ lệch thanh dao động của các chíp trên cùng một mảng; b) Một chíp với 9 thanh dao động 35

Hình 2.1.1: Quy trình biến đổi bề mặt Au của mẫu wafer 36

Hình 2.1.2: Cơ chế phản ứng giữa nhóm thiol (-SH) và Au. 37

Hình 2.1.3: Cơ chế phản ứng giữa nhóm amine (-NH2) và nhóm aldehyde (-CHO). 37

Hình 2.1.4: Quá trình khử của hợp chất NaCNBH3 37

Hình 2.1.5: Quy trình xử lý bề mặt thanh dao động có phủ Au 38

Trang 13

Hình 2.1.6: Vai trò của BSA 39

Hình 2.1.7: Sơ đồ quy trình silane với GOPTS trên bề mặt SiNx và SiO2 40

Hình 2.1.8: Liên kết silanol trên bề mặt SiNx/SiO2 40

Hình 2.1.9: Cấu tạo phân tử GOPTS và APTES 41

Hình 2.1.10: Quá trình silane hoá trên bề mặt SiNx/SiO2 với các chất có nhóm silane R là một nhóm chức (như là epoxy, amine, ) 42

Hình 2.1.11: Cơ chế phản ứng giữa nhóm amine và nhóm epoxy 43

Hình 2.1.12: Quy trình biến đổi bề mặt SiNx bằng plasma oxy. 43

Hình 2.1.13: Thiết bị RIE 200ipB, SAMCO, tại Phòng thí Nghiệm Công nghệ Nano 44

Hình 2.1.14: Quy trình biến đổi bề mặt SiNx với APTES+GAD áp dụng các quy trình tối ưu hoá 45

Hình 2.1.15: Sơ đồ quy trình biến đổi bề mặt SiNx với APTES+GAD nhằm thu nhận DKK1 46

Hình 2.1.16: Vai trò của BSA trong trong quy trình APTES+GAD để biến đổi bề mặt SiNx của thanh dao động 47

Hình 2.2.1: Kính hiển vi huỳnh quang BX41 (Olympus) tại LNT 47

Hình 2.2.2: Thiết bị đo góc tiếp xúc CAM 101 48

Hình 2.2.3: Thiết bị Scala tại LNT 49

Hình 3.1.1: Sự phụ thuộc của tín hiệu huỳnh quang và thời gian ngâm GAD 52

Hình 3.1.2: Ảnh huỳnh quang của các mẫu theo thời gian ngâm GAD: a) 15 phút; b) 30 phút; c) 60 phút; d) 60 phút; e) 120 phút 53

Hình 3.1.3: Sự phụ thuộc của tín hiệu huỳnh quang vào nồng độ GAD 54

Hình 3.1.4: Ảnh huỳnh quang của các mẫu theo nồng độ GAD: a) 1%; b) 1.5%; c) 2%; d) 2.5%; e) 3%. 55

Hình 3.1.5: Đồ thị thể hiện sự thay đổi độ lệch của thanh dao động ứng với nồng độ khác

Trang 14

Hình 3.2.5: Đồ thị sự phụ thuộc của độ sáng huỳnh quang vào lưu lượng khí oxy 62

Hình 3.2.6: Ảnh huỳnh quang của các mẫu ứng với lưu lượng khí oxy khác nhau: a) 20

Hình 3.2.9: Ảnh huỳnh quang: a) mẫu không được xử lý plasma oxy; b) mẫu xử lý

plasma oxy với các thông số tối ưu 66

Hình 3.2.10: Hình ảnh huỳnh quang của F-LCA trên thanh dao động được biến tính bề

mặt sử dụng các thông số tối ưu của quy trình APTES 67

Hình 3.2.11: Độ hấp thụ của dung dịch được đo bằng máy quang phổ UV-VIS với bước

Trang 15

khi phát hiện khoảng 6 tháng, chỉ có khoảng 4,7% có khả năng sống sót sau 5 năm [26].

Thật nguy hiểm hơn khi ngày càng ảnh hưởng mạnh từ mặt trái của sự phát triển như, ôinhiễm môi trường, lạm dụng hóa chất trong bảo quản thực phẩm, uống rượu bia,… làmtăng nguy cơ mắc bệnh ung thư

Để tăng khả năng điều trị bệnh ung thư thì yêu cầu cốt yếu là phát hiện bệnh sớm vàchính xác Nhiều thập niên qua, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu ra nhiềuphương pháp để chuẩn đoán sớm bệnh ung thư như, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp cắt

lớp đồng vị phóng xạ phát positron, chụp cắt lớp, nội soi,…[27].

Các phương pháp trên chủ yếu là chỉ phát hiện được bệnh khi bệnh đã phát triểnthành khối u Một phương pháp có khả năng phát hiện được bệnh sớm hơn, đơn giản, chiphí thấp là phương pháp dùng chất chỉ thị thông qua cảm biến sinh học

Các thanh dao động với kích thước micromet được ứng dụng làm cảm biến phát hiệnchất chỉ thị ung thư được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây Với độ dày củathanh dao động khoảng 1µm, dài khoảng 500-700µm, nhiều tính chất vật lý của thanh sẽthay đổi rõ rệt khi một lượng nhỏ chất chỉ thị (chất cần phân tích) bám lên bề mặt thanh

Đo tín hiệu điện hoá, ứng suất bề mặt, độ lệch hoặc sự thay đổi của tần số dao động củathanh thì ta thu được nhiều thông tin chính xác phục vụ cho quá trình phân tích và chẩnđoán bệnh Hình 1 mô tả sự thay đổi của thanh dao động trước và sau khi gắn kết chất chỉthị

Trang 16

bề mặt của thanh dao động.

Đề tài này nghiên cứu phương pháp biến đổi bề mặt thanh dao động nhằm tăng khảnăng gắn kháng thể lên bề mặt thanh dao động hướng đến ứng dụng làm cảm biến pháthiện chỉ thị ung thư gan AFP và DKK1

2 Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài 2.1 Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu phương pháp biến đổi bề mặt thanh dao độngđược phủ lớp Au, SiNx hướng ứng dụng làm cảm biến phát hiện chất chỉ thị AFP vàDKK1

2.2 Ý nghĩa của đề tài

Sử dụng cảm biến thanh dao động để phát hiện các chất chỉ thị ung thư gan làmột phương pháp xét nghiệm miễn dịch không đánh dấu, đơn giản, chi phí thấp vàđặc biệt là có thể phát hiện được bệnh ung thư gan ở giai đoạn đầu Điều này sẽ giúptăng khả năng điều trị hiệu quả bệnh ung thư gan Ở nước ta, đây là một đề tài khámới mẻ Nghiên cứu này có thể mở ra những hướng nghiên cứu mới về xét nghiệmmiễn dịch nhằm chẩn đoán sớm bệnh ung thư gan

Trang 17

3 Tóm tắt nội dung của đề tài

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

GAD Xây dựng quy trình dò tìm AFP

 Khảo sát phương pháp biến đổi bề mặt SiNx của thanh dao động thông qua GOPTS, APTES, GAD Xây dựng quy trình dò tìm DKK1

Trang 18

là “enzyme electrode” gồm có đầu dò enzim và hai màng lọc máu kèm theo một phầnnhỏ dung dịch glucose oxidase giữa chúng (hình 1.1.1).

Hình 1.1.1: “enzyme electrode” đầu tiên.

Enzim xúc tác sự oxi hoá chuyển đổi glucose thành axít gluconic Vì vậy, lượng oxy

bị phân giải gần bề mặt điện cực tương ứng với nồng độ glucose Sau này, một thiết bịtương tự với glucose oxidase được giữ trong gel polyacrylamide đã được mô tả bởiUpdike và Hicks (1967) Tuy nhiên, ứng dụng phân tích đầu tiên của cố định enzim đãđược tạo ra vào năm 1962 (Guilbault et al 1962) G Guilbault đã đề xuất hệ thống cảnhbáo cho việc phát hiện sớm chất độc thần kinh Nó bao gồm 2 điện cực lưới Pt với mộtthanh xốp hấp thụ chứa các enzim cholinesterase cố định

Năm 1969, cảm biến enzyme potentiometric đầu tiên dựa trên điện cực NH3 chọn lọc

và urease cho việc kiểm tra u-rê trong nước tiếu (Guilbault và Montalvo 1969)

Năm 1970, Bergveld đã phát minh transistor hiệu ứng trường chọn lọc ion (ISFET).Năm 1972, cảm biến sinh học thương mại đầu tiên được sản xuất Nó là thiết bị kiểmtra đường huyết, có dạng cây bút sử dụng một điện cực

Trang 19

5Năm 1975, Janata phát minh ra cảm biến miễn dịch đầu tiên dự trên một bộ phân thế(potentiometric transducer).

Năm 1976, ra đời cảm biến miễn dịch amperometric đầu tiên (Aizawa et al 1976).Cũng trong năm này, Karube phát mình ra cảm biến sinh học vi khuẩn (microbialbiosensor) dựa trên tốc độ hô hấp như là một tín hiệu đặc trưng trong tổng lượng vật chấthữu cơ có thể oxi hoá trong nước

Năm 1980, Peterson phát minh ra cảm biến pH sợi quang đầu tiên trong khí huyết cơthể

Năm 1982, lần đầu tiên ra đời cảm biến sinh học glucose dựa trên cơ sở sợi quang.Năm 1983, lần đầu ra đời cảm biên miễn dịch cộng hưởng gen nguyên sinh bề mặt(surface plasmon reconance-SPR)

Năm 1984, ra đời cảm biến sinh học đo dòng gián tiếp đầu tiên Ferrocene được sửdụng với glucose oxidase cho việc thu nhận glucose

Năm 1987, ra mắt cảm biến sinh học đường huyết MediSense ExacTechTM (mô hìnhdải/bút và dùng một lần)

Năm 1990, ra mắt Pharmacia BIACore SPR dựa trên hệ thống cảm biến sinh học.Năm 1992, i-STAT ra mắt thiết bị phân tích máu cầm tay

Năm 1996, Glucocard được ra mắt

Năm 1998, ra mắt cảm biến sinh học đường huyết LifeScan FastTake

Năm 2001, LifeScan đã mua hệ thống kinh doanh thiết bị kiểm tra glucose củaInverness Medical’s với giá 1,3 tỷ đô

Từ năm 1999-nay, các nhà nghiên cứu đã ứng dụng một số kỹ thuật như BioNMES,Quantum dots, nanopartivles, Nanocantilever, Nanowire và Nanotube vào cảm biến sinh

học [2], [3].

1.1.1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cảm biến sinh học

Cấu tạo cơ bản của một cảm biến sinh học được mô ta ở hình 1.1.2 [5]:

Trang 20

Hình 1.1.2: Sơ đồ cấu tạo của một cảm biến sinh học.

Một cảm biến sinh học bao gồm 3 phần chính: (1) các thụ thể (kháng thể, bộ dò DNA,cell receptor…) có thể bắt giữ các phần tử sinh học (như là kháng nguyên, DNA đích,cell…); (2) bề mặt cảm biến, nơi gắn các thụ thể đồng thời cũng là nơi sinh ra các tín hiệuvật lý (độ lệch, điện trở, chiết suất…) hoặc hóa học thay đổi khi các thụ thể bắt giữ đượccác phần tử sinh học, (3) thiết bị điện tử có nhiệm vụ biến các tín hiệu vật lý, hóa học từcảm biến và chuyển thành tin hiệu chuyển về hệ thống máy tính để xử lý và hiển thị kếtquả

Nguyên tắc hoạt động cơ bản của cảm biến sinh học: bề mặt cảm biến được biến đổi

và cố định các thụ thể lên đó, khi tiếp xúc với môi trường cần phân tích, các thụ thể này

sẽ bắt giữ các chất cần phân tích dẫn đến làm thay đổi một số tính chất hóa, lý của bề mặt(độ lệch, điện trở, chiết suất…) Sau đó, thông qua bộ chuyển đổi, những thay đổi nàyđược chuyển sang các tín hiệu quang, điện, cơ, và nhờ bộ phận xử lý tín hiệu (vi xử lý,thiết bị điện tử) khuếch đại, đo lường các tín hiệu này và cho ta biết được thông tin vềchất phân tích

1.1.1.3 Phân loại cảm biến sinh học

Việc phân loại cảm biến sinh học thông thường dựa vào nguồn gốc các bộ phận chính

của chúng (bảng 1.1.1.) [2].

Bảng 1.1.1: Các thành phần chính của một cảm biến sinh học.

Thành phần sinh hoá Bộ phận truyền dẫn Thành phần phân tích

Lu n văn t t nghi p Th c sỹ ận văn tốt nghiệp Thạc sỹ ốt nghiệp Thạc sỹ ệp Thạc sỹ ạc sỹ Nguy n Trung Thành ễn Trung

Trang 21

Cảm biến sinh học enzim (còn gọi là cảm biến enzim, hay điện cực enzim) sử dụng cácenzim làm công cụ trên bề mặt của lớp chuyển đổi Cảm biến miễn dịch (immunosensors)

sử dụng các thành phần tương tác miễn dịch, như là các kháng thể hay kháng nguyên.Cảm biến DNA bao gồm đầu dò DNA và các aptamer Một đầu dò DNA là một chuỗioligonucleotide ngắn sao chép lại một phần của gen Những cảm biến sinh học dựa trênchuỗi này và được mong đợi thu nhận những đoạn DNA đặc trưng cho những gen thíchhợp còn được gọi là genosensors (Yang và McGovern 1997) Các aptamer cũng bao gồmcác nucleotide nhưng không có cấu trúc tương tự như DNA tự nhiên Những aptamerđược tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp và được lựa chọn bằng phép ghi sắc môphỏng đối chiếu với một mục tiêu phân tích Những aptamer có thể dựa trên một thư viênRNA, trong khi đó các phần tử RNA tự nhiên vẫn chưa được sử dụng trong cảm biến sinhhọc Những cảm biến sinh học trên cơ sở aptamer được gọi là aptasensor (Famulok vàMayer 2011)

Trong vài thập niên qua, người ta đã đề xuất việc sử dụng các mô sinh học trong cấutrúc của cảm biến sinh học Trong nhiều trường hợp, chúng được ứng dụng như mộtnguồn hoạt tính của enzim riêng biệt Theo đó, chúng được thay thế cho những enzim đắttiền hoặc không có Bên cạnh đó, sự ổn định của những enzim trong các mô sinh họcthậm chí còn cao hơn so với ở trạng thái được tách riêng biệt bởi hiệu ứng bảo vệ của vimôi Sau này, việc sử dụng các mô sinh học giảm đi bởi việc tiếp cận các protein tinhkhiết và thậm chí còn cung cấp một số sản phẩm thực tế kết hợp các enzim và những chất

hỗ trợ (dẫn xuất cellulose, các hạt silica, và các hạt từ)

Hình 1.1.3: Một số thành phần sinh hoá được sử dụng trong thiết kế cảm biến

Trang 22

bị phân cực cung cấp thông tin độ dày và chiết suất của lớp phần tử sinh học bị hấp thụ trên

bề mặt Sự thay đổi của chiết suất và độ dày của lớp màng mỏng này sẽ làm thay đổi màu

sắc của ánh sáng phản xạ trên bề mặt của cảm biến [4].

Hình 1.1.4: Sự thay đổi màu sắc của ánh sáng phản xạ trên bề mặt khi chiết suất và độ

dày màng thay đổi.

1.1.2 Cảm biến sinh học dựa trên cơ sở thanh dao động (cantilevers)

1.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học dựa trên cơ sở thanh dao động

Trong những năm gần đây, các cantilever được ứng dụng rộng rãi trong cảm biếnsinh học bởi những ưu điểm nổi bật của nó như độ nhạy cao, kích thước nhỏ, thời gian xử

lý ngắn, và chi phí thấp Chúng được ứng dụng: để phát hiện những thay đổi về nhiệt độ,ứng suất bề mặt, và khối lượng với một lượng cỡ picogram của chất phân tích Nhữngcantilever được sử sụng trong hệ thống cảm biến để có được một dạng bộ chuyển đổi nhỏhoàn toàn mới dựa trên các nguyên lý cơ ban của vật lý như là hiệu ứng lưỡng kim, ứngsuất bề mặt, hoặc dao động điều hoà

Có 3 nguyên tắc truyền dẫn của cantilever chia làm ba phương pháp khác nhau Thứnhất, là do sự thay đổi tần số cộng hưởng bởi sự tăng khối lượng hoặc sự thay đổi vềhằng số lực có thể đo được Thứ hai, là do độ cong của một cantilever lưỡng kim bởi sự

Trang 23

9thay đổi về nhiệt độ Cuối cùng, là do cantilever thay đổi độ cong khi thành phần các chất

trên bề mặt thay đổi Những nguyên tắc này được thể hiện trong hình 1.1.5 [6].

Hình 1.1.5: Các nguyên tắc truyền dẫn của cantilever, a) sự thay đổi về độ cong bởi nhiệt độ

thay đổi; b) sự thay đổi về độ cong bởi ứng suất bề mặt; c) sự thay đổi về tần số dao động cộng

hưởng khi thay đổi khối lượng.

Sự thay đổi ứng suất bề mặt của cantilever có thể do sự thay đổi về khối lượng chấthấp phụ, sự tương tác tĩnh điện của các chất trên bề mặt hoặc sự tương tác giữa các khángnguyên và kháng thể (hình 1.1.6)

Việc đo độ lệch của các cantilever hoặc độ dịch tần số dao động cộng hưởng sau khigắn các kháng nguyên cho phép ta định lượng được nồng độ của các chất cần phân tích

Hình 1.1.6: Hai cơ chế liên kết kháng thể - kháng nguyên gây ra hai dạng ứng

suất bề mặt khác nhau a) ứng suất kéo; b) ứng suất nén.

Thanh dao động trong nghiên cứu này làm bằng vật liệu silicon nitride trên đế wafer

Si Mặt trên của thanh có phủ một lớp màng mỏng Cr và Au nhằm tăng độ phản xạ (phục

vụ cho việc đo độ lệch của thanh, vì bản thân màng mỏng SiN là trong suốt, không phản

Trang 24

Au Cr

Phần thanh dao động

Phần thân chip

Hình 1.1.8: Sơ đồ mặt cắt ngang một chip thanh dao động

Để có thể ứng dụng thanh dao động làm cảm biến sinh học cần phải gắn lên bề mặtthanh kháng thể tương ứng Mục đích của luận văn này là dò tìm Alpha-fetoprotein(AFP) và Dickkopt-1 (DKK1) là hai chất chỉ thị ung thư gan Do đó cần phải gắn đượckháng thể của AFP và DKK1 lên bề mặt thanh dao động Thanh có 2 mặt là Au (mặt trên)

và SiNx (mặt dưới) Hai mặt này không phản ứng với các phân tử sinh học như protein,DNA v.v do đó không gắn với kháng thể được, mà cần phải trải qua biến đổi hóa học đểtrên bề mặt xuất hiện các nhóm chức có thể gắn với protein Có hai hướng biến đổi bềmặt để cố định các phần tử sinh học là: liên kết giữa vàng với các hợp chất thiol hoặc liênkết giữa bề mặt SiNx với với các hợp chất silane

1.1.2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả của cảm biến sinh học dựa trên cơ sở thanh dao động.

Dựa vào cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cảm biến sinh học thanh dao động, hiệuquả của cảm biến được quyết định bởi hai yếu tố cơ bản nhất đó là hiệu quả bắt giữ chấtphân tích và hiệu quả truyền dẫn

Trang 25

11Hiệu quả bắt giữ chất phân tích được quyết định bởi quá trình biến đổi bề mặt củathanh dao động Nếu quá trình biến đổi bề mặt thanh dao động đạt hiệu quả cao thì khảnăng cố định các phần tử sinh học sẽ cao sẽ làm tăng độ nhạy của cảm biến Do đó, vấn

đề biến đổi bề mặt thanh dao động có ý nghĩa rất quan trọng quyết định hiệu quả sử dụngcủa cảm biến

1.2 Ung thƣ gan

Ung thư gan là một bệnh ác tính của gan do sự tăng sinh ồ ạt tế bào gan hoặc tếbào đường mật gây hoại tử và chèn ép trong gan

Hình 1.2.1: Hình ảnh lá gan bình thường và lá gan bị ung thư.

Ung thư gan được chia làm bốn giai đoạn phát triển chính:

Giai đoạn 1: khối u đơn lẻ chưa xâm lấn vào bất kỳ mạch máu nào Nếu phát hiện ở

giai đoạn này thì sẽ có nhiều cơ hội kéo dài sự sống

Trang 26

Hình 1.2.2: Giai đoạn 1 của ung thư gan.

Giai đoạn 2: khối u đơn lẻ đã xâm lấn vào mạch máu lân cận, hoặc có thể có nhiều

khối u nhỏ trong gan Ở giai đoạn này, nguy cơ ung thư di căn thông qua các mạchmáu là rất cao

Trang 27

Giai đoạn 3: nhiều khối u lớn, hoặc một khối u lớn đã xâm lấn tĩnh mạch chính của

gan hoặc xâm lấn các tổ chức lân cận, chẳng hạn như túi mật Lúc này, sức khoẻ củagan bị tổn thương nghiêm trọng

Giai đoạn 4: ung thư đã lan ra ngoài gan đến các vùng khác của cơ thể Ở giai đoạn

này, việc điều trị chỉ mang tính chất giúp giảm các triệu chứng của bệnh để ngườibệnh cảm thấy dễ chịu hơn

Trang 28

1.2.1 Thực trạng về bệnh ung thƣ gan trên thế giới

Trên thế giới, ung thư gan là bệnh ung thư phổ biến thứ 5 ở nam giới và thứ 9 đối với

nữ (hình 1.2.6) Vì việc chẩn đoán và điều trị trễ nên trong nhiều trường hợp, tỷ lệ tử

a)

Hình 1.2.6: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ mắc bệnh và chết vì các loại ung thư trên thế

giới trung bình trong 100 người dân: a) nam; b) nữ [26]

Trang 29

Trang 30

b)

Hình 1.2.7: a) Biểu đồ số người mắc bệnh và chết vì các loại ung thư ở một số vùng

trên thế giới; b) Bản đồ mô tả phân bổ bệnh nhân ung thư trên toàn thế giới [26].

Trang 31

16Hầu hết các bệnh nhân mắc bệnh ung thư gan đều thuộc loại ung thư biểu môgan (HCC) Hơn một nửa các trường hợp mắc HCC mới được chẩn đoán ở Trung Quốc,với tỷ lệ 35,2/100.000 người Trong khi ở Bắc Mỹ, Úc và Bắc Âu thuộc khu vực có tỷ lệmắc HCC thấp và thấp nhất là ở khu vực Nam châu Âu (tỷ lệ 10,5/100.000) (hình 1.2.7).

Tỷ lệ HCC tăng theo tuổi Chỉ có những vùng có tỷ lệ nhiễm vi rút viêm gan B cao,như ở Trung Quốc, bệnh nhân được chẩn đoán trẻ hơn, đa phần ở độ tuổi 55-59 Ngượclại, ở Nhật Bản, nơi mà tỷ lệ nhiễm vi rút viêm gan C (HCV) mạn tính là yếu tố nguy cơnhất với HCC, tuổi mắc bệnh cao nhất trong khoảng 70 và 79 Tại châu Âu và Bắc Mỹhầu hết bệnh nhân được chẩn đoán ở độ tuổi giữa 60 và 65

Trên thế giới, tỷ lệ mắc HCC ngày càng tăng Tại châu Âu và Hoa kỳ, dự kiến sẽ đạtđỉnh điểm vào năm 2020 Trong hai thập kỷ qua, tỷ lệ tử vong đã tăng lên ở một số nướcchâu Âu (ví dụ nhứ Đức, Áo) và ở Mỹ, nơi mà tỷ lệ tử vong đã tăng lên 40% từ năm 1994đến 2004 Mặt khác, ở một số quốc gia, như Pháp và Ý, đã cho thấy một sự tăng mạnh

mẽ về tỷ lệ tử vong trong giữa những năm 90 và giảm đi sau đó

Xét toàn bộ dân số, nam giới bị bệnh ung thư gan nhiều hơn nữ giới Tỷ lệ nam/nữ là2:1 đến 4:1 ở những khu vực có nguy cơ cao Một điều chắc chắn là nam giới thường tiếp

xúc nhiều hơn với các yếu tố nguy cơ gây bệnh[26].

1.2.2 Phòng tránh, chẩn đoán và điều trị bệnh ung thƣ gan

1.2.2.1 Phòng tránh bệnh ung thƣ gan

Ung thư gan là căn bệnh cực kỳ nguy hiểm, gây tử vong cao Mặc dù các tiến bộ yhọc hiện nay đã phát triển mạnh nhưng đối với bệnh ung thư gan, nhất là đã ở giai đoạncuối thì việc chữa trị vẫn gặp rất nhiều khó khăn và đạt hiệu quả điều trị thấp Vì vậy, đốivới căn bệnh này, việc phòng bệnh vẫn được coi là biện pháp tối ưu nhất

Ở thời kỳ đầu đa số bệnh nhân hoàn toàn không có triệu chứng gì, thường bệnh được phát hiện qua siêu âm định kỳ hoặc xét nghiệm AFP tăng cao

Khi khối u lớn dần, có thể thấy một hay nhiều triệu chứng dưới đây: mệt mỏi, sụtcân, gầy sút nhanh; đau âm ỉ, cảm giác tức nặng khó chịu vùng hạ sườn phải; chán ăn, ănchậm tiêu; sốt; vàng da; cổ chướng; có thể bệnh nhân tự sờ thấy khối u ở vùng hạ sườnphải…Lúc này phần lớn người bệnh đã ở giai đoạn cuối, việc chữa trị cũng gặp rất nhiềukhó khăn và hiệu quả điều trị thấp Phần lớn các biện pháp điều trị lúc này chỉ là kéo dài

sự sống cho người bệnh chứ không thể chữa khỏi hoàn toàn cho người bệnh được[29].

Trang 32

nguy cơ mắc bệnh ung thư gan Rượu tăng nhanh sự lan truyền của bất cứ căn bệnh gannào và là nguyên nhân chính của bệnh chai gan dẫn đến ung thư gan.

Tránh uống những thuốc có thể hại cho gan Tốt nhất người bệnh nên hỏi trực tiếpbác sĩ trước khi dùng một loại thuộc nào đó có thể gây độc cho gan Ngoài ra cần tránhtrộn lẫn rượu với thuốc acetaminophen (tylenol…), vì sự phối hợp hai thứ này có thể gâytổn thương gan Gan phải lọc mọi chất mà bạn nuốt, hít vào hoặc bôi trên da, vì vậy,

đừng nên để gan chiu ảnh hưởng không cần thiết của các hoá chất [7],[8].

1.2.2.2 Các phương pháp chẩn đoán bệnh ung thư gan

Kiểm tra sức khoẻ Nếu một người có triệu chứng của HCC, các bác sĩ sẽ khám

bụng để kiểm tra gan, lá lách, và các cơ quan lân cận có cục u, sưng, hoặc thay đổi khác.Bác sĩ cũng sẽ tìm kiếm một sự tích tụ bất thường của chất lỏng trong bụng và các dấuhiệu của bệnh vàng da, bao gồm vàng da và lòng trắng của mắt

Xét nghiệm máu Đồng thời với việc kiểm tra sức khỏe, bác sĩ có thể làm xét

nghiệm máu để tìm một số chất chỉ thị ung thư gan như là GP73, DKK1, AFP-L3, AFP Bình thường, mức AFP là dưới 10ng/ml nhưng với những người mắc bệnh HCC thì hàmlượng AFP có thể lên đến 400ng/ml Tại Mỹ, hàm lượng AFP được tìm thấy trong máucủa những bệnh nhân HCC ở nồng độ cao hơn khoảng 50% đến 70% so với người khôngmắc bệnh ung thư biểu mô gan Tuy nhiên, các bệnh nhân với hàm lượng AFP tăng caonên được kiểm tra lại bằng phương pháp khác như siêu âm bụng, chụp cắt lớp hay chụpcộng hưởng từ hạt nhân để cho kết luận chính xác cuối cùng Bởi vì, thực tế thì các bệnhnhân nhiễm vi rút viêm gan C cũng có hàm lượng AFP trong máu cao hơn bình thường(10-100ng/ml)

Ngoài ra, các xét nghiệm khác cũng cần thiết để chẩn đoán HCC và tìm nơi khối u

nằm trong gan và ở các phần khác của cơ thể [29],[9]:

Trang 33

Siêu âm Sử dụng sóng âm có tần số lớn hơn 20kHz để tạo ra một hình ảnh của các

cơ quan nội tạng Các sóng âm phản xạ tại các mặt ranh giới của gan, các cơ quan khác,

và các khối u tạo ra một hình ảnh khác nhau trên một màn hình máy tính

Phương pháp chụp cắt lớp vi tính (CT- Computerized Tomography hay Computerized Axial Tomography) cho phép chụp hàng loạt hình rất rõ và chính xác

CAT-theo lớp cắt ngang của cơ thể mô tả hình khối ba chiều của các cơ quan trong cơ thể.Phương pháp chụp cắt lớp có khả năng phát hiện các khối u đường kính xấp xỉ 1cm trongnhiều cơ quan, kể cả các cơ quan nằm sâu trong cơ thể như: não, gan, thận và tuỵ tạng

Chụp cộng hưởng từ (MRI-Magnetic Resonance Imaging) Cộng hưởng từ hạt

nhân phụ thuộc vào từ học của tế bào, nhất là ở độ tập trung của ion hydrô cho phép phânbiệt được một số tổn thương tuỳ theo mức độ cộng hưởng từ trường của hạt nhân Đây là

"tiếng nói phân tử" vì diễn đạt cấu trúc hoá học của tổn thương ung thư Kỹ thuật này mở

ra khả năng hoàn toàn mới để nghiên cứu về sinh học của khối u và giám sát về phươngdiện hoá sinh hiệu quả của điều trị ung thư

Chụp mạch (Angiogram) Là phương pháp chụp hình X-quang các mạch máu Một

loại thuốc nhuộm được tiêm vào mạch máu để mạch máu của gan hiển thị trên X quang

Nội soi chẩn đoán (Laparoscopy) Phương pháp này cho phép bác sĩ nhìn thấy bên

trong cơ thể với một ống dẻo, phát sáng và mỏng gọi là thiết bị nội soi

Chẩn đoán mô bệnh học ung thư Đây là phương pháp tối quan trọng Sau khi chẩn

đoán bệnh nhân có khả năng mắc bệnh ung thư, bác sỹ phải xác định được loại ung thư(típ vi thể hay típ mô học), vì việc điều trị, nhất là hoá trị và xạ trị hoàn toàn phụ thuộcvào kết quả này Chẩn đoán mô bệnh học cho phép bác sỹ xác định chính xác loại ungthư Việc sử dụng kỹ thuật hóa mô miễn dịch và kính hiển vi điện tử đã mở rộng việcđánh giá các tổn thương vi thể bao gồm các đặc điểm về sinh hóa và siêu cấu trúc của tếbào góp phần cho chẩn đoán mô bệnh học chính xác hơn

1.2.2.3 Một số phương pháp điều trị ung thư gan

Sau khi chẩn đoán bệnh nhân mắc ung thư gan thì các phác đồ điều trị được đưa raphù hợp với từng giai đoạn cụ thể của bệnh Có một số phương pháp điều trị bệnh ung

thư gan hiện đang được áp dụng trên thế giới [29], [27].

Điều trị phẫu thuật Đây là phương pháp phẫu thuật cắt rộng, lấy toàn bộ khối ung

thư và một phần tổ chức lành bao quanh u Nếu có hạch vùng khả nghi di căn, cần vét

Trang 34

ung thư đã phát triển tương đối lớn hơn Có khi xạ trị trước mổ nhằm giảm bớt thể tích u

để dễ mổ, hạn chế di căn xa trong lúc mổ Có khi dùng phương pháp này sau mổ nhằmdiệt nốt những tế bào ung thư còn sót lại Có khi xạ trị cả trước mổ và sau mổ hoặc xạ trịphối hợp với hoá trị để tăng khả năng diệt tế bào ung thư tại một khu vực mà hoá trịkhông đủ khả năng diệt hết Tuy vậy, tia phóng xạ không chỉ diệt tế bào ung thư mà còndiệt luôn tế bào lành ở vùng bị chiếu gây ra các biến chứng phụ

Có 3 phương pháp điều trị bằng tia xạ:

- Chiếu xạ từ ngoài vào (máy Cobalt, tia X, máy gia tốc), là phương pháp áp dụngrộng rãi nhất Tia X có năng lượng tương đương kilovôn dung để xạ trị các bệnh về da hoặcnằm ở vùng nông gần bề mặt da Tia X có năng lượng tương đương megavôn được dung đểchiếu sâu vào các cơ quan trong cơ thể người như phổi, ruột, não bộ…

- Chiếu xạ từ bên trong cơ thể: nguồn phát bức xạ đặt trong ống, kim radium, kimCobalt60, Cesium, Yridium, sợi Yridium…) đặt vào các hốc tự nhiên của cơ thể hoặc cắmvào các bộ phận mang ung thư

- Sử dụng thuốc có gắn đồng vị phóng xạ: Uống hoặc tiêm các thuốc có đồng vịphóng xạ (ví dụ 131I) hoặc kháng thể đặc hiệu có gắn đồng vị phóng xạ để diệt tế bào ungthư trong quá trình chuyển hoá và kết hợp chọn lọc

Iod có cả thảy 37 đồng vị, nhưng chỉ có đồng vị 127I là bền (chu kì bán rã 15,7 triệunăm) Đồng vị 125I có thời gian sống ngắn đứng thứ hai trong số các đồng vị của iod (chu

kì bán rã 59 ngày, phân rã gamma-phát ra tia gamma), được ứng dụng nhiều trong chẩn đoán

liều cao Nó có chu kì bán rã 8 ngày, thuộc dạng phân rã beta - và gamma (bước đầu tiên

nó phân rã nhanh thành Xe*, electron và phản nơtrino, sau đó Xe* phân rã thành Xe vàtia gamma) Trong đó, hạt beta – (electron) sinh ra từ bước đầu tiên có năng lượng cao và

có thể xuyên qua mô từ 0,6 -2 mm

Trang 35

Điều trị hoá chất (hoá trị) Là phương pháp dùng thuốc để tiêu diệt các tế bào ung

thư Hoá trị còn được sử dụng để hỗ trợ cho phẫu thuật và tia xạ Điều trị hoá chất khôngchỉ đắt mà còn có nhiều tác dụng độc hại đối với các tế bào lành trong cơ thể nhưng cótính tăng sinh nhanh như tế bào tủy xương, tế bào ở hệ tiêu hóa, nang tóc dẫn đến suy tủy,viêm niêm mạc và rụng tóc Hoá trị thường kèm theo nhiều tác dụng phụ như buồn nôn

và ói mửa, rụng tóc, chán ăn, tiêu chảy, mệt mỏi, tê và ngứa ran ở tay hoặc chân, đauđầu, Hiện nay, hoá trị ít được sử dụng để điều trị ung thư gan

Điều trị miễn dịch Trong khoảng 20 năm gần đây, những hiểu biết về hệ thống

miễn dịch ở người ngày càng tiến bộ Đã sử dụng các cytokin và kháng thể đơn dòng điềuhòa hoạt động của hệ miễn dịch trong điều trị ung thư và một số bệnh lý khác Các chất

miễn dịch không đặc hiệu có nguồn gốc sinh học như: BCG và Carynebacterium barvum

đã được sử dụng trên thực nghiệm và trên người Các chất kích thích miễn dịch khôngđặc hiệu có nguồn gốc hoá học như LH1… cũng đang được nghiên cứu

Kháng thể còn được gọi là các globulin miễn dịch hay immunoglobulin, kí hiệu là Ig

Ig được sinh ra khi cơ thể bị kháng nguyên kích thích, chúng có khả năng kết hợp đặchiệu với kháng nguyên kích thích sinh ra chúng Cấu trúc của một kháng thể được thểhiện trong hình 1.2.8

Trang 36

Hình 1.2.8: Cấu trúc điển hình của một kháng thể.

Phân tử kháng thể được cấu tạo từ bốn chuỗi polypeptide, liên kết với nhau bằng cầu

nối dissulfur (-s-s), trong đó có hai chuỗi nặng H giống hệt nhau và hai chuỗi nhẹ L cũng

giống hệt nhau Kháng thể được chia thành nhiều lớp khác nhau: IgG, IgM, IgA, IgE,IgD Trong các lớp globulin miễn dịch có IgG chiếm khoảng 75-85% tổng số globulinmiễn dịch của cơ thể Chúng có cấu trúc gần giống nhau gồm chuỗi nặng và nhẹ, cấu trúcchuỗi nhẹ của các loại kháng thể này nói chung là như nhau, chúng chỉ có khác nhau ởchuỗi nặng Bề mặt của kháng thể IgG được mô tả như trong hình 1.2.9

Hình 1.2.9: Bề mặt của kháng thể IgG.

Trang 37

22Một trong những vai trò của kháng thể là liên kết với kháng nguyên Cácimmunoglobulin có khả năng nhận diên và gắn một cách đặc hiệu với một kháng nguyêntương ứng nhờ các vùng biến đổi Khi kháng nguyên tiếp xúc với kháng thể do khángnguyên đã kích thích sinh ra thì phản ứng kết hợp kháng nguyên-kháng thể xảy ra mộtcách đặc hiệu.(hình 1.2.10).

Hình 1.2.10: Sự gắn kết kháng nguyên-kháng thể.

Phản ứng kháng nguyên - kháng thể là cơ sở để xây dựng những phương pháp, kỹ thuật miễn dịch học thường sử dụng trong mục đích y học như chẩn đoán các bệnh ungthư, bệnh truyền nhiễm, bệnh kí sinh trùng, kỹ thuật xét nghiệm y học, thú y học, sinh học

1.2.4 Chất chỉ thị ung thƣ gan AFP và DKK1

1.2.4.1 Chất chỉ thị AFP

Alpha-fetoprotein (AFP) là một chất chỉ thị được các nhà khoa học nghiên cứu, căn

cứ để chẩn đoán và theo dõi điều trị bệnh ung thư biểu mô gan từ lâu Hàm lượng AFPtrong máu của những người khoẻ mạnh bình thường nằm trong khoảng từ 0 đến 10

ng/ml Hàm lượng này tăng lên bất thường (vượt quá 400ng/ml)[5] ở những bệnh nhân

mắc bệnh HCC, lúc này bác sỹ có thể kết luận bệnh nhân bị ung thư gan Theo dõi hàmlượng AFP trong máu cũng giúp bác sỹ kiểm tra hiệu quả chữa trị bệnh nhân ung thư biểu

mô gan Nếu tình trạng bệnh nhân thuyên giảm thì hàm lường AFP cũng giảm dần vàngược lại Tuy nhiên, ở người bị nhiễm virút viêm gan siêu vi B và viêm gan siêu vi C thìhàm lượng AFP luôn cao hơn mức bình thường (10-100ng/ml) Trong trường hợp này,

Trang 38

thường thì nhiều khả năng là phôi thai có vấn đề liên quan đến sự phát triển của hệ thầnkinh hay thoát vị rốn hoặc hội chứng Down Sau khi được sinh ra, hàm lượng AFP của bémới sinh giảm dần cho tới khi đạt mức chuẩn của người lớn bình thường trong khoảng từ8-12 tháng tuổi.

1.2.4.2 Chất chỉ thị DKK1

Mặc dù chỉ thị AFP được nghiên cứu từ rất lâu trong chẩn đoán ung thư gan nhưngtrong một số trường hợp giá trị của nó không cho ta kết luận chính xác Gần đây, một sốnhà khoa học đã bắt đầu quan tâm đến chất chỉ thị Dickkopf-1 (DKK1) trong chẩn đoánung thư biểu mô gan

DKK1 là một thành viên trong gia đình protein DKK bao gồm DKK1, DKK2, DKK3

và DKK4 Protein DKK1 là một glycoprotein có khối lượng phân tử 35-40 kDa bao gồm

235 amino axít [28].

Hàm lượng DKK1 cao là tiên lượng xấu cho khả năng mắc bệnh HCC, hàm lượngDKK1 tăng cao với những người mắc HCC giai đoạn đầu, ngay cả khi hàm lượng AFP

đang ở mức bình thường [12] Theo công trình nghiên cứu [12], hàm lượng DKK1 được

tìm thấy ở mức độ cao trong dòng tế bào di căn của HCC là MHCC97-L và HCCLM3

Trang 39

Hình 1.2.11: Sự phụ thuộc của khả năng sống sót theo thời gian sau khi phẫu thuật liên

hệ với hàm lượng DKK1 của những bệnh nhân HCC [12].

1.3 Các phương pháp biến đổi bề mặt để ứng dụng cảm biến thanh dao động trong việc phát hiện ung thư gan

Như đã mô tả về cấu trúc thanh dao động nghiên cứu trong luận văn này, thanh dao

sinh học phải tiến hành biến đổi bề mặt của thanh dao động theo hai hướng: liên kết giữa

1.3.1 Biến đổi bề mặt Au

Đối với bề mặt Au, trong luận văn này sử dụng các hợp chất thiol và các chất kết nối

để biến đổi bề mặt sau:

Trang 40

Au Hợp chất thiol Liên kết cho nhận giữa Au và nhóm -SH

Hình 1.3.1: Cơ chế phản ứng giữa nhóm thiol (-SH) và Au.[21]

Một chất thường dùng trong biến đổi bề mặt Au của thanh dao động là cysteamine, có

Hình 1.3.2 : Công thức cấu tạo của cysteamine

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng cysteamine cùng với một chất tạo kết nối là GAD

để biến đổi bề mặt Au của thanh dao động

1.3.2 Biến đổi bề mặt SiN x

1.3.2.1 Phương pháp biến đổi và vấn đề đối với SiN x

Tương tự với bề mặt Au, SiNx cũng là một hợp chất khá trơ và không phản ứng với các hợp chất sinh học Để cố định các phần tử sinh học trên bề mặt SiNx thì phải biến đổi nó

Đối với bề mặt SiNx, trong luận văn này sử dụng các hợp chất silane và các chất kết nối để biến đổi bề mặt sau:

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	5,37 MB