Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cảm biến sinh học vi lưu trên đế giấy bằng phương pháp in phun nhằm xác định hàm lượng β-hCG cho phụ nữ mang thai
Nhằm nghiên cứu ứng dụng công nghệ in phun nhằm tạo ra các đường rãnh chắn nước trên đế giấy Nitrocellulose, từ đó tạo thành các kênh dẫn vi lỏng (microfluidic channel) trên đế giấy. Sau đó, quy trình chế tạo kể trên được áp dụng vào chế tạo cảm biến sinh học trên đế giấy có tính năng định lượng Human Chorionic Gonadotropin (hCG) giúp đánh giá tình trạng sức khỏe của người phụ nữ mang thai,
TS. Đặng Thị Mỹ Dung cùng các cộng sự tại Viện Công nghệ Nano, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cảm biến sinh học vi lưu trên đế giấy bằng phương pháp in phun nhằm xác định hàm lượng β-hCG cho phụ nữ mang thai” với hai mục tiêu cụ thể đó là: (1) tập trung vào việc tạo được các kênh dẫn vi lỏng trên đế giấy hay nói cách khác là các đường chắn kỵ nước trên đế giấy để dẫn chất lỏng chỉ chảy trong lòng phần đế giấy thấm nước. Trong đó, phương pháp in phun được sử dụng để tạo nên thành chắn kỵ nước là phương pháp in phun hòa tan đế giấy. Phương pháp này dựa trên cơ sở rằng giấy đóng vai trò là vật liệu thấm nước tốt, do đó chỉ cần loại bỏ đi lớp giấy này thì sẽ tạo ra đường kỵ nước; (2) chế tạo các cảm biến sinh học trên đế giấy có tính năng định lượng hCG. Thông thường, các chất sinh học có thể định lượng bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết với Enzyme (ELISA – Enzyme-Linked Immunosorbent Assay), đây là một kỹ thuật xét nghiệm dựa trên liên kết đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể.
Sau một thời gian thực hiện, đề tài thu được một số các kết quả như sau:
- Đề tài đã xây dựng quy trình phối trộn mực in hữu cơ có khả năng hòa tan đế giấy Nitrocellulose (NC). Khi mực in phản ứng với đế giấy NC thì đường in sẽ bị ăn mòn lõm xuống, trở thành rãnh chắn kỵ nước. Mực in dùng trong Đề tài này được phối trộn từ các chất Glycol ether, mà cụ thể là Diethylene glycol monobutyl ether (DEGBE) và Nonaethylene glycolmonododecyl ether (C12E9).
- Đề tài cũng đã tiến hành khảo sát các thông số in phun, từ đó tìm ra thông số in phun thích hợp để tạo thành rãnh chắn kỵ nước vừa có khả năng chống thấm nước tốt vừa có độ rộng nhỏ nhất có thể. Thu nhỏ kích thước chi tiết là xu hướng nghiên cứu chung của các nhà khoa học hiện nay, vì việc này giúp thu nhỏ kích thước cảm biến sinh học. Hai kỹ thuật in phun là in phun áp điện và in phun điện thủy động đã được nghiên cứu, khảo sát trong.
- Đề tài nhằm tìm ra phương pháp chế tạo thích hợp nhất. Cảm biến sinh học được thiết kế sử dụng quy trình xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết với enzyme (ELISA) để định lượng nồng độ hCG với kháng thể bắt giữ là kháng thể đơn dòng β1 được cố định lên màng nitrocellulose ở vạch thử nghiệm bằng phương pháp in phun, kháng thể phát hiện là kháng thể đơn dòng β4 liên kết với nano vàng.
- Kết quả thu được cho thấy khi thử nghiệm cảm biến với mẫu có nồng độ β-hCG từ 10-10.000 mIU/mL, cường độ tín hiệu màu tại vạch thử nghiệm tỉ lệ thuận với nồng độ β-hCG. Dựa trên việc đo đạc cường độ tín hiệu màu, đường chuẩn cường độ màu ứng với nồng độ β-hCG được thiết lập. Ngoài ra, để cải thiện ngưỡng phát hiện của cảm biến, kháng thể phát hiện còn được thử nghiệm liên kết với chất đánh dấu là enzyme alkaline phosphatase (có khả năng khuếch đại tín hiệu màu với cơ chất là BCIP/NBT). Kết quả cho thấy, cảm biến có thể phát hiện được β-hCG có nồng độ là 1 mIU/mL với tín hiệu màu khá rõ, tuy nhiên thời gian đáp ứng dài hơn khi so sánh với cảm biến sử dụng kháng thể phát hiện liên kết với chất đánh dấu là nano vàng. Những thử nghiệm thực tế của cảm biến sinh học được chế tạo cho kết quả khá khả quan, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong tương lai của dạng cảm biến sinh học này.
Như vậy, Đề tài đã thành công trong việc phối trộn mực in hữu cơ có khả năng hòa tan đế giấy Nitrocellulose tạo ra đường rãnh chắn nước, từ đó giúp cho việc chế tạo kênh dẫn vi lỏng bằng công nghệ in phun trở nên dễ dàng hơn, chính xác hơn. Điều này giúp mở ra các ứng dụng khác nhau cho linh kiện vi lỏng trên đế giấy trong tương lai. Kết quả thử nghiệm trong Đề tài cho thấy, cảm biến sinh học trên đế giấy có thể dùng cho quy trình sandwich ELISA và có khả năng định lượng khá tốt hCG cho người phụ nữ mang thai. Điều này cho thấy rằng loại cảm biến này có thể được mở rộng để ứng dụng cho các mục tiêu sinh học khác, chẩn đoán các loại bệnh khác. Hay nói cách khác, sản phẩm Đề tài có thể được sử dụng cho các xét nghiệm hóa sinh lâm sàng, nhằm giúp phát hiện sớm các bất thường trong cơ thể. Trong tương lai, người dùng tại nhà hoặc các cơ sở y tế vùng nông thôn, vùng sâu - vùng xa có thể sử dụng loại cảm biến kể trên để kiểm tra, đánh giá sơ bộ điều kiện sức khỏe.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20057/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
