“Nghiên cứu, chế tạo điện cực CuO/ITO ứng dụng trong cảm biến sinh học glucose và bước đầu nghiên cứu, xác định hàm lượng glucose trong mẫu thực

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN HỒNG NHUNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CuO/ITO ỨNG DỤNG

TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC GLUCOSE VÀ BƢỚC ĐẦU

NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG GLUCOSE

TRONG MẪU THỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN HỒNG NHUNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CuO/ITO ỨNG DỤNG

TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC GLUCOSE VÀ BƢỚC ĐẦU

NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG GLUCOSE

TRONG MẪU THỰC

Chuyên ngành: Hóa Phân Tích

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Quốc Dũng

THÁI NGUYÊN - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo điện cực CuO/ITO ứng

dụng trong cảm biến sinh học glucose và bước đầu nghiên cứu, xác định

hàm lượng glucose trong mẫu thực” là do bản thân tôi thực hiện. Các số

liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Nhung

Xác nhận

của Trƣởng khoa chuyên môn

Xác nhận

của giáo viên hƣớng dẫn

PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan TS. Nguyễn Quốc Dũng

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành TS. Nguyễn Quốc Dũng,

thầy giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Cảm ơn các thầy, cô giáo

Khoa Hóa học, các thầy cô Phòng Đào tạo, các thầy cô trong Ban Giám hiệu

trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện

thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận

văn khoa học.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo và các cán bộ phòng thí

nghiệm Hoá lý - Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên

và các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn. Em

cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Đặng Văn Thành, Bộ môn Vật lý -

Lý Sinh, Trường Đại học Y - Dược đã cho phép em sử dụng cơ sở vật chất và

trang thiết bị trong quá trình thực hiện các công việc thực nghiệm.

Báo cáo này được sự hỗ trợ to lớn từ nguồn kinh phí của đề tài nghiên

cứu NAFOSTED mã số 103.02-2016.63 do TS. Nguyễn Quốc Dũng chủ trì.

Tôi xin trân thành biết ơn sự giúp đỡ to lớn này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên

cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu

sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các

bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong

luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Hồng Nhung

iii

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cam đoan ........................................................................................................ i

Lời cảm ơn........................................................................................................... ii

Mục lục ............................................................................................................... iii

Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt.................................................................. iv

Danh mục bảng biểu ............................................................................................ v

Danh mục các hình ............................................................................................. vi

MỞ ĐẦU............................................................................................................. 1

Chƣơng 1. TỔNG QUAN.................................................................................. 3

1.1. Tổng quan về cảm biến sinh học glucose..................................................... 3

1.2. Các thế hệ cảm biến glucose ........................................................................ 5

1.2.1. Cảm biến sinh học glucose thế hệ thứ nhất ............................................... 5

1.2.2. Cảm biến sinh học glucose thế hệ thứ hai ................................................. 6

1.2.3. Cảm biến sinh học glucose thế hệ thứ ba .................................................. 7

1.2.4. Cảm biến sinh học glucose không có enzim ............................................. 8

1.3. Cảm biến điện hóa glucose sử dụng hệ ba điện cực................................... 13

1.3.1. Hệ ba điện cực trong điện hóa học .......................................................... 13

1.3.2. Các kĩ thuật đo sử dụng hệ ba điện cực ứng dụng trong cảm biến

sinh học.............................................................................................................. 14

1.4. Cảm biến điện hóa phân tích nồng độ glucose dựa trên điện cực CuO ..... 16

Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM .......................................................................... 18

2.1. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất.......................................................................... 18

2.1.1. Dụng cụ và thiết bị................................................................................... 18

2.1.2. Hóa chất................................................................................................... 18

2.1.3. Xử lý đế ITO............................................................................................ 18

2.2. Điện phân tạo màng.................................................................................... 19

2.3. Khảo sát cấu trúc, hình thái bề mặt của vật liệu......................................... 20

iv

2.3.1. Phương pháp quét điện tử bề mặt (SEM)................................................ 20

2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)........................................................ 21

2.3.3. Phương pháp phổ tán sác năng lượng tia X (EDS) ................................. 22

2.4. Nghiên cứu tính chất điện hóa của điện cực CuO/ITO đối với glucose .... 23

2.5. Xác định nồng độ glucose trong dung dịch................................................ 23

2.6. Nghiên cứu trên mẫu giả thực .................................................................... 23

Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 25

3.1. Ảnh hưởng của dung dịch chất điện li đến quá trình điện phân tại

điện cực ITO...................................................................................................... 25

3.2. Cấu trúc, hình thái bề mặt của vật liệu ....................................................... 28

3.3. Ảnh hưởng của chất điện li nền dùng để chế tạo điện cực đến khả

năng phản ứng của glucose tại điện cực CuO/ITO............................................ 31

3.4. Ảnh hưởng của thế đến quá trình điện hóa................................................. 36

3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình điện phân ..................................... 38

3.6. Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li NaOH đến quá trình phản ứng

của glucose tại điện cực..................................................................................... 40

3.7. Phương pháp chronoamperometry phân tích nồng độ glucose trong

dung dịch ........................................................................................................... 42

3.8. Bước đầu ứng dụng của điện cực xác định trên mẫu thực ......................... 45

KẾT LUẬN....................................................................................................... 47

KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO................................... 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 49

CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ........................................ 55

PHỤ LỤC