Luận án Nghiên cứu chế tạo hệ vi cảm biến điện hóa trên cơ sở polyme dẫn biến tính để ứng dụng trong y sinh và môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 
----------------------------- 
NGUYỄN HẢI BÌNH 
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ VI CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA 
TRÊN CƠ SỞ POLYME DẪN BIẾN TÍNH 
ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH VÀ MÔI TRƯỜNG 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU 
 HÀ NỘI – 2020 
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM 
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 
...*** 
NGUYỄN HẢI BÌNH 
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ VI CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA 
TRÊN CƠ SỞ POLYME DẪN BIẾN TÍNH 
ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y-SINH VÀ MÔI TRƯỜNG 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU 
Chuyên ngành: Vật liệu điện tử 
Mã số: 62.44.01.23 
 Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Trần Đại Lâm 
Hà Nội – 2020
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn 
của GS.TS. Trần Đại Lâm. Các số liệu và kết quả chính trong luận án được công 
bố trong các bài báo đã được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả 
trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình 
nào khác. 
Tác giả luận án 
Nguyễn Hải Bình 
Hướng dẫn khoa học 
GS. TS. Trần Đại Lâm 
 LỜI CẢM ƠN 
Đầu tiên, tác giả luận án xin bày tỏ lòng kính trọng và cảm ơn chân thành 
nhất đối với sự hướng dẫn tận tình, hiệu quả cả về kiến thức, vật chất và tinh 
thần của GS. TS. Trần Đại Lâm trong toàn bộ quá trình học tập NCS và thực 
hiện luận án này. 
Luận án này được thực hiện nhờ sự hỗ trợ kinh phí từ các đề tài: đề tài Nghị 
định thư Việt Nam – Hàn Quốc, Nghị định thư Việt Nam – Nhật Bản, đề tài 
Nghị định thư Việt Nam – Đài Loan, đề tài Quỹ NAFOSTED và các đề tài cấp 
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ cụ 
thể và rất cần thiết này. 
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tạo điều kiện của Ban lãnh đạo Viện 
Khoa học vật liệu, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học 
và Công nghệ Việt Nam cho tôi có thể hoàn thành luận án. 
Tôi chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy/cô và đồng nghiệp tại Viện 
Khoa học vật liệu, các đồng nghiệp trong và ngoài Viện Hàn lâm Khoa học và 
Công nghệ Việt Nam đã động viên – hỗ trợ trong nghiên cứu và hoàn thành luận 
án. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp đỡ của các đồng nghiệp Phòng Vật liệu 
Nano Y-sinh, Phòng Vật liệu Nano cácbon, Phòng thí nghiệm trọng điểm về 
Vật liệu và Linh kiện điện tử (Viện Khoa học vật liệu), các đồng nghiệp tại Viện 
Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Công nghệ Sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công 
nghệ Việt Nam), Viện Kỹ thuật hóa học (Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội), 
Trung tâm CETASD (Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà 
Nội); cám ơn PGS. TS. Nguyễn Tuấn Dung, PGS. TS. Đỗ Phúc Quân, Th.S 
Nguyễn Lê Huy, cùng các bạn Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên 
đại học. 
 Luận án đã nhận được sự giúp đỡ thực hiện các thực nghiệm tại Viện IEF 
(Đại học Paris 11, Pháp), Viện ITODYS (Đại học Paris 7, Pháp), Khoa ESS 
(Trường Đại học Quốc gia Thanh Hoa, Đài Loan). Xin trân trọng cảm ơn những 
sự hỗ trợ quý báu này. 
Cuối cùng, tôi xin dành mọi tình cảm sâu sắc nhất, chân thành nhất cho gia 
đình tôi, là chỗ dựa vững chắc và cho tôi động lực cũng như quyết tâm hoàn 
thành bản luận án. 
Hà Nội, tháng năm 2020 
Tác giả 
 Nguyễn Hải Bình 
i 
MỤC LỤC 
Lời cam đoan 
Lời cảm ơn 
Mục lục i
Danh mục bảng, hình vẽ v
Danh mục viết tắt xv
Mở đầu xviii
Chương I: Tổng quan 1
I. Giới thiệu về cảm biến sinh học điện hóa 1
I.1 Định nghĩa về cảm biến sinh học điện hóa 1
I.2 Phân loại cảm biến sinh học điện hóa 6
I.2.1 Cảm biến trên cơ sở thế điện cực 6
I.2.2 Cảm biến dòng điện 8
I.2.3 Cảm biến độ dẫn 8
I.2.4 Cảm biến hiệu ứng trường 9
I.3 Một số tính chất của cảm biến sinh học điện hóa 10
II. Vật liệu polyme dẫn sử dụng trong cảm biến sinh học điện hóa 11
II.1 Giới thiệu về Polyanilin 13
II.2 Giới thiệu về polydiaminonaphthalen 18
II.2.1 Poly(1,8-diaminonaphthalen) 18
II.2.2 Poly(1,5-diaminonaphthalen) 18
II.3 Một số vật liệu cấu trúc nano được pha tạp/kết hợp với polyme dẫn 20
II.3.1 Hạt nano Fe3O4 20
II.3.2 Ống nano cácbon (CNTs) 22
II.3.3 Vật liệu màng graphen 22
III. Ứng dụng của cảm biến sinh học điện hóa 23
III.1 Ứng dụng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe 23
III.1.1 Xác định nồng độ glucôzơ 23
III.1.2 Xác định nồng độ cholesterol 24
ii 
III.1.3 Xác định chuỗi DNA của virút HPV 25
III.2 Ứng dụng trong quan trắc môi trường 26
III.3 Ứng dụng trong kiểm soát an toàn thực phẩm 27
III.3.1 Xác định hàm lượng độc tố Aflatoxin trong sữa 27
III.3.2 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa 29
IV. Kết luận 31
Chương II: Thực nghiệm chế tạo vi cảm biến sinh học điện hóa 33
I. Chế tạo các vi điện cực điện hóa 33
I.1 Chế tạo các hệ vi điện cực điện hóa tích hợp 33
I.1.1 Cấu trúc hệ vi điện cực điện hóa tích hợp 33
I.1.2 Chế tạo bộ mặt nạ cho vi điện cực điện hóa 34
I.1.3 Chế tạo hệ vi điện cực điện hóa phẳng (planar) 36
I.1.4 Chế tạo hệ vi điện cực có buồng phản ứng (dạng MEMS) 42
II. Tổng hợp điện hóa các màng polyme dẫn 46
II.1 Tổng hợp điện hóa màng polyanilin 46
II.1.1 Tổng hợp điện hóa màng polyanilin pha tạp ống nano cácbon 46
II.1.2 Tổng hợp điện hóa màng polyanilin pha tạp hạt nano Fe3O4 48
II.1.3 Chế tạo màng đa lớp polyanilin/Graphen 49
II.2 Trùng hợp điện hóa màng polydiaminonaphthalen (PDAN) 52
II.2.1 Trùng hợp điện hóa màng polydiaminonaphthalen pha tạp hạt 
nano Fe3O4 52
II.2.2 Chế tạo màng đa lớp Graphen/polydiaminonapthalen 52
III. Cố định các phần tử sinh học trên vi điện cực điện hóa tích hợp 53
III.1 Cố định các phần tử sinh học trên màng polyanilin biến tính 53
III.1.1 Cố định các phân tử enzym lên màng PANi biến tính 53
III.1.2 Cố định phần tử sinh học aptamer lên màng PANi biến tính 54
III.1.3 Cố định kháng thể Atrazin 56
III.2 Cố định phần tử sinh học enzym trên màng PDAN biến tính 56
IV. Các phương pháp phân tích điện hóa 57
iii 
IV.1 Phương pháp Vôn-Ampe tuần hoàn 57
IV.2 Phương pháp đo dòng thời gian thực 58
IV.3 Phương pháp xung sóng vuông 58
IV.4 Phương pháp tổng trở điện hóa 59
V. Các kỹ thuật phân tích bề mặt và cấu trúc màng 59
VI. Kết luận 60
Chương III: Nghiên cứu phát triển vi cảm biến sinh học điện hóa trên cơ 
sở vật liệu polyme dẫn 62
I. Phát triển vi cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở polyme dẫn - 
polyanilin 62
I.1 Pha tạp màng PANi bằng ống nano cácbon 62
I.2. Pha tạp màng PANi bằng vật liệu hạt nano Fe3O4 69
I.3 Nghiên cứu phát triển cảm biến điện hóa sử dụng cấu trúc lớp 
PANi/Graphen 73
I.4 Nghiên cứu chế tạo cảm biến điện hóa cấu trúc lớp PANi-
Fe3O4/Graphen 76
II. Phát triển vi cảm biến cảm biến trên cơ sở màng P(1,5-DAN) 80
II.1 Tổng hợp điện hóa màng P(1,5-DAN) pha tạp hạt nano Fe3O4 80
II.2 Chế tạo vi cảm biến điện hóa Graphen/PDAN 82
III. Kết luận 87
Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng các vi cảm biến sinh học điện hóa trong 
phân tích 89
I. Ứng dụng trong phân tích y sinh 89
I.1 Xác định hàm lượng glucôzơ trong dung dịch 89
I.1.1 Xác định hàm lượng glucôzơ bằng vi cảm biến sinh học điện hóa 
PANi/MWCNTs 89
I.1.2 Xác định hàm lượng Glucôzơ bằng vi cảm biến PANi-Fe3O4 98
I.1.3 Xác định hàm lượng Glucôzơ bằng vi cảm biến điện hóa PANi-
Fe3O4/Graphen 100
iv 
I.2 Xác định hàm lượng cholesterol trong dung dịch 103
I.2.1 Xác định hàm lượng cholesterol bằng vi cảm biến PANi/CNTs 103
I.2.2 Xác định nồng độ cholesterol bằng cảm biến PANi-Fe3O4 109
I.2.3 Xác định hàm lượng cholesterol bằng vi cảm biến PANi-
Fe3O4/Graphen 114
I.3. Xác định chuỗi ADN của virút HPV 115
II. Ứng dụng trong kiểm soát an toàn thực phẩm 118
II.1 Xác định hàm lượng Aflatoxin M1 trong sữa 118
II.2 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa 124
II.2.1 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa bằng vi cảm biến P(1,5-
DAN)-Fe3O4 124
II.2.2 Xác định hàm lượng lactôzơ trong sữa bằng vi cảm biến 
Graphen/P(1,5-DAN) 136
III. Ứng dụng trong quan trắc ô nhiễm môi trường 128
III.1 Xác định dư lượng thuốc diệt cỏ Atrazin bằng vi cảm biến 
PANi/Fe3O4 128
III.2 Xác định dư lượng Atrazin trong dung dịch bằng vi cảm biến 
PANi/Graphen 132
IV. Kết luận 137
Kết luận chung 138
Tài liệu tham khảo 139
Phụ lục I
v 
DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ 
Hình I.1. Sơ đồ cấu tạo và chức năng của cảm biến sinh học 1
Hình I.2: Sơ đồ của MOSFET (trái) và mạch điện tương đương (phải) 9
Hình I.3. Một số polyme dẫn điện tử 11
Hình I.4. Polyme oxy hóa khử 12
Hình I.5. Polyme trao đổi ion poly(vinylpyridine) 12
Bảng I.1: Tính chất một số polyme dẫn thông dụng 13
Hình I.6. Công thức cấu tạo của anilin 13
Hình I.7. Các dạng khác nhau của polyanilin phụ thuộc vào trạng thái 
oxy hóa 14
Hình I.8. Các dạng cộng hưởng của cation gốc anilin 15
Hình I.9. Dạng dime của anilin 16
Hình I.10. Dạng cation gốc dime 16
Hình I.11. Quá trình tạo thành polyme 16
Hình I.12. Cơ chế pha tạp của polyanilin trong môi trường HCl 17
Hình I.13. Cấu trúc hóa học của 1,5-DAN 19
Hình I.14. Sơ đồ trùng hợp điện hóa 1,5-DAN 19
Hình I.15. Cấu trúc của graphen (a); ảnh TEM (b) và SEM (c) của 
graphen được tổng hợp bằng phương pháp khử graphen ôxít 22
Hình I.16. Cấu trúc hóa học của các dạng Aflatoxin 28
Hình I.17 Giới hạn hàm lượng của Aflatoxin trong sữa trên thế giới 29
Hình I.18: Cấu trúc hóa học của lactôzơ 30
Hình I.19: Cơ chế thủy phân lactôzơ 31
vi 
Hình II.1. Sơ đồ các bước thực nghiệm chế tạo – thử nghiệm cảm biến 
sinh học điện hóa trên cơ sở polyme dẫn 33
Hình II.2. Thiết kế của hệ vi điện cực điện hóa tích hợp đơn chíp (màu 
xanh: điện cực làm việc và điện cực đối; màu hồng: điện cực so sánh) 34
Hình II.3. Mặt nạ hệ vi điện cực tích hợp điện hóa với đường kính điện 
cực làm việc là 500 m 35
Hình II.4. Các công đoạn chế tạo hệ vi điện cực tích hợp phẳng (planar) 37
Bảng II.1. Thông số quá trình phún xạ điện tử 39
Bảng II.2. Thông số quá trình bốc bay chùm tia điện tử 40
Hình II.5. Ảnh hệ vi điện cực điện hóa tích hợp sau khi chế tạo 42
Hình II.6. Điện cực điện hóa tích hợp Pt ( trong đó: điện cực làm việc 
– 1; điện cực đối – 2; điện cực so sánh – 3) 42
Hình II.7. Cấu trúc hệ vi điện cực điện hóa tích hợp có buồng phản ứng 43
Hình II.8. Mặt nạ hệ vi điện cực điện hóa tích hợp có buồng phản ứng 43
Hình II.9. Hình ảnh thiết bị ăn mòn khô (DRIE – dry etching) tại Khoa 
ESS, Đại học quốc gia Thanh Hoa, Đài Loan 45
Hình II.10. Phản ứng chức năng hóa MWCNTs 47
Hình II.11. Hệ lọc hút chân không CNTs sau khi chức năng hóa bằng 
hỗn hợp axit 47
Hình II.12. Quy trình CVD nhiệt tổng hợp màng graphen 50
Hình II.13. Quy trình tách chuyển màng Graphen từ đế đồng sang đế vi 
điện cực 51
Hình II.14. Cố định enzym qua liên kết chéo sử dụng tác nhân 
glutaraldehít 54
Hình II.16 Sàng lọc aptamer đặc hiệu theo chu trình SELEX 55
vii 
Hình III.1. Phổ tổng hợp điện hóa theo phương pháp CV của màng 
PANi/MWCNTs trên điện cực tích hợp 62
Hình III.2. Phổ tổng hợp điện hóa theo phương pháp CV của màng PANi 
(a) và màng PANi/MWCNTs (b) tại chu kỳ thứ 20 trên điện cực tích 
hợp 
63
Hình III.3. Ảnh chụp vi điện cực tích hợp có/không có màng 
PANi/MWCNTs 64
Hình III.4 Ảnh FE-SEM của ống MWCNTs, màng PANi thuần và màng 
PANi/MWCNTs 65
Hình III.5. Ảnh FESEM của phóng đại cấu trúc bề mặt PANi/MWCNTs 66
Hình III.6. Ảnh AFM của màng PANi và màng PANi/MWCNTs 67
Hình III.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của màng PANi và màng 
PANi/MWCNTs 67
Hình III.8. Sơ đồ hình thành liên kết giữa màng PANi dạng ES với 
MWCNTs thông qua các liên kết: (a) π-stacking (xếp lớp liên kết π của 
vòng thơm), (b) liên kết ion và (c) liên kết Hiđrô 
68
Hình III.9 Phổ trùng hợp điện hóa CV của màng PANi pha tạp Fe3O4 69
Hình III.10. So sánh phổ trùng hợp điện hóa của màng PANi-Fe3O4 và 
PANi 70
Hình III.11. Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR của màng PANi-Fe3O4 trên 
vi điện cực 71
Hình III.12. Hình thái bề mặt của màng PANi và PANi-Fe3O4 trên vi 
điện cực 72
Hình III.13. Ảnh HRTEM của màng graphen 73
Hình III.14. Phổ Raman của các màng graphen, PANi và PANi/Graphen 74
viii 
Hình III.15. Phổ điện hóa của màng PANi/Graphen trước và sau khi ủ 
glutaraldehít trong dung dịch HCl 0,1M (dải thế quét: -0,2 ÷ +0,8 V, tốc 
độ quét: 50 mV/s, bước thế 10 mV) 
76
Hình III.16. Phổ Raman của màng PANi-Fe3O4/Graphen trên vi điện cực 77
Hình III.17. Hình ảnh AFM của màng graphen được tách chuyển trên vi 
điện cực PANi-Fe3O4. 78
Hình III.18. Ảnh FESEM của màng PANi-Fe3O4/Graphen 78
Hình III.19. Tính chất điện hóa của màng PANi-Fe3O4/Graphen 79
Hình III.20. Trùng hợp điện hóa màng PDAN-Fe3O4, PDAN và so sánh 
hoạt động điện hóa của các màng PDAN pha tạp/không pha tạp Fe3O4 81
Hình III.21. Đường CV vòng quét đầu tiên ghi trên điện cực (a) Pt và 
(b) Pt/Gr trong dung dịch HClO4 1M và monome 1,5-DAN 5mM 82
Hình III.22. Phổ CV tổng hợp màng poly(1,5-DAN) trên điện cực (a) Pt 
và (b) Pt/Gr 83
Hình III.23. Phổ Raman của Gr (đường a), poly(1,5-DAN) (đường d) và 
các màng tổ hợp Gr/poly(1,5-DAN) tổng hợp với 5 chu kỳ (đường b) và 
20 chu kỳ quét thế (đường c) 
84
Bảng III.1. Các đỉnh Raman của màng mỏng graphen, poly(1,5-DAN) 
và tổ hợp Gr/poly(1,5-DAN) 85
Hình III.24. Ảnh FESEM của màng graphen (A) và điện cực 
Pt/graphen/P(1,5-DAN) (B); Ảnh AFM của màng graphen (C) 86
Hình III.25. So sánh hoạt động điện hóa của các màng Pt/PDAN và 
Pt/Graphen/PDAN 87
Hình IV.1. Ảnh FE-SEM màng PANi/CNTs đã cố định GOx theo 
phương pháp liên kết chéo sử dụng glutaraldehít với (a) phóng đại 
10.000 lần và (b) phóng đại 50.000 lần 
89
ix 
Hình IV.2. Phổ tổng trở của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx (đường 
a) và vi điện cực PANi/CNTs (đường b) (thông số dòng xoay chiều: tần 
số f= 0,01 ÷ 105 Hz, Uo=5 mV trong dung dịch PBS 50 mM) 
90
Hình IV.3. Phổ CV của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx trong dung 
dịch PBS: (a) không có glucôzơ; (b) 0,5 mM glucôzơ và (c) 1,0 mM 
glucôzơ (thông số: dải thế: -0,8 V ÷ +0,8 V, tốc độ quét: 50 mV/s, bước 
thế: 10 mV) 
91
Hình IV.4. So sánh dòng đáp ứng của vi cảm biến PANi/GOx (A) và 
PANi/MWCNTs/GOx (B) khi thêm glucôzơ vào hệ điện hóa (E = +0,7 
V) 
92
Hình IV.5. Đường đặc tuyến dòng đáp ứng của vi cảm biến 
PANi/MWCNTs/GOx khi thêm glucôzơ vào hệ điện hóa (E = 0,7 V) 93
Bảng IV.1. Chênh lệch cường độ dòng khi thêm glucôzơ vào hệ điện 
hóa 94
Hình IV.6. Đường chuẩn của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx trong 
dải nồng độ 1÷ 9 mM 94
Bảng IV.2. Độ nhạy của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx 95
Hình IV.7. Đường chuẩn của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx sau các 
khoảng thời gian khác nhau 96
Bảng IV.3. Độ nhạy của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx theo thời 
gian 97
Hình IV.8. Độ đặc hiệu của vi cảm biến PANi/MWCNTs/GOx (điện thế 
áp = 0,7 V) 97
Hình IV.9. Đáp ứng dòng của vi cảm biến sinh học PANi-Fe3O4/GOx 
và PANi/GOx tại điện thế +0,7 V trong dung dịch PBS (pH = 7) khi 
thêm liên tiếp 0,5 mM glucôzơ sau mỗi 50 s 
98
x 
Hình IV.10. Đường chuẩn của cảm biến PANi-Fe3O4/GOx 99
Hình IV.11. Phổ điện hóa SWV đặc trưng cho các lớp vật liệu của vi 
cảm biến PANi-Fe3O4/Graphen/GOx (thông số: tần số = 12,5 Hz, tốc độ 
quét = 50 mV/s, bước thế = 10 mV, biên độ xung = 5 mV, dải thế = -0,6 
÷ 0 ... 1), pp. 238-242 (2011). 
60. L. Campanella, S. Eremin, D. Lelo, E. Martini, M. Tomassetti, Reliable new 
immunosensor for atrazine pesticide analysis, Sensors and Actuators B: 
Chemical, 156 (1), pp. 50-62 (2011). 
61. Pie Pichetsurnthorn, Krishna Vattipalli, Shalini Prasad, Nanoporous 
impedemetric biosensor for detection of trace atrazine from water samples, 
Biosensors and Bioelectronics, 32 (1), pp. 155-162 (2012). 
62. Rodica E. Ionescu, Chantal Gondran, Laurent Bouffier, Nicole Jaffrezic-
Renault, Claude Martelet, Serge Cosnier, Label-free impedimetric 
immunosensor for sensitive detection of atrazine, Electrochimica Acta, 55 (21), 
pp. 6228-6232 (2010). 
63. Zhimin Yu, Guohua Zhao, Meichuan Liu, Yanzhu Lei, and Mingfang Li, 
Fabrication of a Novel Atrazine Biosensor and Its Subpart-per-Trillion Levels 
Sensitive Performance, Environ. Sci. Technol., 44 (20), pp 7878–7883 (2010). 
64. Yan Zeng, Zhihong Zhu, Dan Du, Yuehe Lin, Nanomaterial-based 
electrochemical biosensors for food safety, Journal of Electroanalytical 
Chemistry, 781, pp. 147 – 154 (2016). 
65. Bansi D Malhotra, Asha Chaubey, Biosensors for clinical diagnostics industry, 
Sensors and Actuators B: Chemical, 91 (1-3), pp. 117-127 (2003). 
66. Donatella Farina, Manual Zinellu, Mauro Fanari, Maria Cristina Porcu, Sergio 
Scognamillo, Giulia Maria Grazia Puggioni, Gaia Rocchitta, Pier Andrea Serra, 
Luca Pretti, Development of a biosensor telemetry system for monitoring 
fermentation in craft breweries, Food Chemistry, 218, pp. 479-486 (2017). 
67. Bognanno, M., L. La Fauci, et al, Survey of the occurrence of Aflatoxin M1 in 
ovine milk by HPLC and its confirmation by MS, Molecular Nutrition & Food 
Research, 50(3), pp. 300-305 (2006). 
147 
68. Fink-Gremmels J., Mycotoxins in cattle feeds and carry-over to dairy milk: A 
review, Food Additives & Contaminants: Part A, 25(2), pp. 172-180 (2008). 
69. Jonas A. Ohlsson, Monika Johansson, Henrik Hansson, Agnes Abrahamson, 
LiisaByberg, AnnikaSmedman, HelenaLindmark-Mansson, Ase Lundh, 
Lactose, glucose and galactose content in milk, fermented milk and lactose-free 
milk products, International Dairy Journal, 73, pp. 151-154 (2017). 
70. Wibo B. van Scheppingen, Piet H. van Hilten, Marieke P. Vijverberg, Alexander 
L.L. Duchateau, Selective and sensitive determination of lactose in low-lactose 
dairy products with HPAEC-PAD, Journal of Chromatography B, 1060, pp. 
395-399 (2017). 
71. Conzuelo F., M. Gamella, S. Campuzano, M.A. Ruiz, A. J. Reviejo, J. M. 
Pingarrn, An integrated amperometric biosensor for the determination of lactose 
in milk and dairy products, J. Agric. Food Chem., 58, 12, 7141–7148 (2010). 
72. Federico Tasca, Roland Ludwig, Lo Gorton, Riccarda Antiochia, Determination 
of lactose by a novel third generation biosensor based on a cellobiose 
dehydrogenase and aryl diazonium modified single wall carbon nanotubes 
electrode, Sensors and Actuators B, 177, 64– 69 (2013). 
73. Jing Cheng, Larry J. Kricka, Biochip Technology, Harwood Academic Publisher 
(USA), (2001). 
74. Marc J Madou, Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology, Third 
Edition, CRC press (2011). 
75. Benjamin G.Eynon, Jr. Banqiu Wu, Photomask Fabrication Technology, 
McGraw-Hill (2005). 
76. Mohamed Gad-el-Hak, MEMS: design and fabrication, Taylor and Francis 
Group, New York, USA (2006). 
77. Nguyen Le Huy, Nguyen Thi My Thuy, Nguyen Hai Binh, Nguyen Ngoc Thinh, 
Mai Thu Trang, Huynh Dang Chinh, Pham Thien Ngoc, Nguyen Xuan Phuc, 
Nguyen Van Anh, Tran Dai Lam, Covalent immobilization of cholesterol 
oxidase and poly(styrene-co-acrylic acid) magnetic microspheres on polyaniline 
148 
films for amperometric cholesterol biosensing, Analytical Methods, 5, pp. 
1392-1398. (2013). 
78. Hai Binh Nguyen, Van Chuc Nguyen, Van Tu Nguyen, Thi Thanh Tam Ngo, 
Ngoc Thinh Nguyen, Thi Thu Huyen Dang, Dai Lam Tran, Phuc Quan Do, Xuan 
Nghia Nguyen, Xuan Phuc Nguyen, Hong Khoi Phan and Ngoc Minh Phan, 
Graphene patterned, polyaniline-based biosensor for glucose detection, 
Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 3 (2), 
025011 (2012). 
79. Hai Binh Nguyen, Van Chuc Nguyen, Van Tu Nguyen, Huu Doan Le, Van 
Quynh Nguyen, Thi Thanh Tam Ngo, Quan Phuc Do, Xuan Nghia Nguyen, 
Ngoc Minh Phan and Dai Lam Tran, Development of the layer-by-layer 
biosensor using graphene films: application for cholesterol determination, 
Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 4 (1), 
015013 (2013). 
80. Nguyễn Tuấn Dung, Vũ Hoàng Duy, Đăng Thị Thu Huyền, Nguyễn Văn Tú, 
Nguyễn Văn Chúc, Nguyễn Hải Bình, Trần Đại Lâm, Nguyễn Xuân Phúc, Thái 
Hoàng, Chế tạo và nghiên cứu tính chất màng tổ hợp dạng đa lớp 
graphen/poly(1,5-diaminonaphthalen), Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 52 
(1), pp. 115-122 (2014). 
81. Ashok Mulchandani and Kim R. Rogers, Enzyme and Microbial Biosensors, 
Humana Press (1998). 
82. Shiping Song, Lihua Wang, Jiang Li, Jianlong Zhao, Chunhai Fan, Aptamer-
based biosensors, Trends in Analytical Chemistry, 27 (2), pp.108-117 (2008) 
83. Tuerk, C. and L. Gold, Systematic evolution of ligands by exponential 
enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase, Science, 249 
(4968), pp. 505-510 (1990). 
84. Binh Hai Nguyen, Binh Thanh Nguyen, Hanh Van Vu, Chuc Van Nguyen, 
Dzung Tuan Nguyen, Loc Thai Nguyen, Thi Thu Vu, Lam Dai Tran, 
Development of label-free electrochemical lactose biosensor based on 
149 
graphene/poly(1,5-diaminonaphthalene) film, Current Applied Physics, 16 
(2), pp. 135-140 (2016). 
85. Valentin Mirceski, Sebojka Komorsky-Lovric, Milivoj Lovric, Square-Wave 
Voltammetry: Theory and Applications, Springer-Verlag (2007). 
86. Evgenij Barsoukov, J. Ross Macdonald, Impedance Spectroscopy Theory, 
Experiment, and Applications, John Wiley &Sons (2005). 
87. H. V. Tran, S. Reisberg, B. Piro, T. D. Nguyen, M.C. Pham, Label-free 
electrochemical immunoaffinity sensor based on impedimetric method for 
pesticide detection, Electroanalysis, 25, pp. 664–670 (2013). 
88. Jing Zheng, Xingfa Ma, Xiaochun He, Mingjun Gao, Guang Li, Preparation, 
characterizations, and its potential applications of PANi/ graphene oxide 
nanocomposite, Procedia Engineering, 27, pp. 1478 – 1487 (2012). 
89. J. Zhang, S. Yang, H. Wang, S. Wang, Enhanced sensitivity for biosensor: 
functionalized P1,5-diamnonaphthalene-multiwall carbon nanotube composite 
film-modified electrode, Electrochimica Acta, 85, pp. 467 – 474 (2012). 
90. Dzung Tuan Nguyen, My Thanh Nguyen, Giang Truong Ho, Toan Ngoc 
Nguyen, S. Reisberg, B. Piro, M.C. Pham, Design of interpenetrated network 
MWCNT/poly(1,5-DAN) on interdigital electrode: Toward NO2 gas sensing, 
Talanta, 115, pp. 713 – 717 (2013) 
91. Xianchen Dong, Peng Wang, Wẹning Fang, Ching-Yuan Su, Yu-Hsin Chen, 
Lain-Jong Li, Wei Huang, Peng Chen, Growth of large-sized graphene thin-
films by liquid precursor-based chemical vapor deposition under atmospheric 
pressure, Carbon, 49 (11), pp. 3672-3678 (2011). 
92. Nguyen Hai Binh, Nguyen Le Huy, Vu Thi Hong An, Nguyen Ngoc Hung, Vu 
Dinh Lam, Tran Dai Lam, Study on fabrication of electrochemical biosensor for 
cholesterol quantitive at low potential by using K3[Fe(CN)6] mediator, 
Vietnamese Journal of Chemistry, T49, 4, pp. 437-440 (2011). 
93. Nguyen Van Chuc, Nguyen Hai Binh, Cao Thi Thanh, Nguyen Van Tu, Nguyen 
Le Huy, Nguyen Tuan Dzung, Phan Ngoc Minh, Vu Thi Thu, Tran Dai Lam, 
150 
Electrochemical Immunosensor for Detection of Atrazine based on 
Polyaniline/Graphene, Journal of Materials Science and Technology, 32(6), 
pp. 539-544 (2016). 
I 
PHỤ LỤC 
1. Hóa chất – vật tư và thiết bị chế tạo hệ vi điện cực tích hợp 
- Phiến Silic pha tạp loại p+, định hướng , đường kính 4 inch (~ 10 cm), 
độ dày ~50 m (Wafernet Inc, USA), có lớp SiO2 dày 1m 
- Chất cảm quang âm (Negative Photoresist) AZ5214E (Microchemicals GmbH 
Co.Ltd, Đức) 
- Chất hiện hình (Developer) AZ400K hoặc AZ400 (Microchemicals GmbH 
Co.Ltd, Đức) 
- Chất lót, tăng cường độ bám dính HMDS (hexamethyldisilazane, 
[(CH3)3Si]2NH) (Microchemicals GmbH Co. Ltd, Đức) 
- Các hóa chất Aceton, Isopropanol, H2SO4, HNO3 có độ sạch tinh khiết (Merck) 
- Các hóa chất khác có độ sạch phân tích 
- Hệ thiết bị quang khắc sử dụng tia UV: h-line ( = 405 nm) 
- Hệ thiết bị lắng đọng pha hơi vật lý: phún xạ màng mỏng (Sputtering) hoặc 
bốc bay chùm tia điện tử (E-gun Evaporation) 
- Các thiết bị: bếp nhiệt có thể gia nhiệt nhiều bước, thiết bị rung siêu âm, kính 
hiển vi quang học (có kèm CCD), thiết bị cắt phiến theo chương trình... 
2. Hóa chất – vật tư và thiết bị tổng hợp màng polyme 
2.1 Hóa chất – vật tư tổng hợp màng polyanilin pha tạp ống nano cácbon 
a. Hóa chất cho chức năng hóa ống nano cácbon 
- Ống nano cacbon đa vách (Multi Wall Carbon NanoTubes - MWCNTs) độ tinh 
khiết > 95 % được tổng hợp bằng phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học 
(CVD) tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt 
Nam. 
- Dung dịch H2SO4 98 % (d =1,84 g/ml) (Merck). 
- Dung dịch HNO3 68 % (d = 1,51 g/ml) (Merck). 
- Dung dịch HCl nồng độ 4 M (Merck). 
II 
- Máy rung siêu âm tần số 47 kHz. 
- Màng lọc Nylon có đường kính lỗ lọc 0,22 μm. 
- Hệ lọc hút chân không và các dụng cụ thủy tinh khác. 
b. Hóa chất – thiết bị để tổng hợp màng Polyanilin pha tạp ống nano cácbon 
- Monome Anilin (ANi) của Merck được tinh chế lại theo phương pháp chưng 
cất ở áp suất thấp và được bảo quản tránh ánh sáng trong môi trường khí trơ, 
tại nhiệt độ thấp. 
- Dung dịch H2SO4 nồng độ 1 M. 
- Hệ điện hóa đa năng (Autolab/PGSTAT30 Eco Chemie, Hà Lan). 
2.2 Hóa chất – vật tư tổng hợp màng polyanilin pha tạp hạt nano Fe3O4 
a. Hóa chất và dụng cụ tổng hợp hạt nano Fe3O4 
- CH2=CH-COOH (ts = 141 0C, d = 1,051 g/ml) (Merck) 
- C6H5CH=CH2 (ts = 145 0C, d = 0,909 g/ml) (Merck). 
- (NH4)2S2O8 (Merck). 
- Dung dịch FeCl2 1 M được pha từ tinh thể FeCl2 (MW=126,75 g/mol) (Merck). 
- Dung dịch FeCl3 1 M được pha từ tinh thể FeCl3 (MW=162,21 g/mol) (Merck). 
- Dung dịch NH3 2 M (Merck). 
- Bình cầu, máy khuấy từ, tủ sấy chân không, bình sục khí N2 và các dụng cụ 
khác. 
b. Hóa chất- thiết bị để tổng hợp màng Polyanilin pha tạp hạt nano Fe3O4 
- Monome Anilin (ANi) của Merck được tinh chế lại theo phương pháp chưng 
cất ở áp suất thấp và được bảo quản tránh ánh sáng trong môi trường khí trơ, 
tại nhiệt độ thấp. 
- Dung dịch H2SO4 nồng độ 1 M. 
- Hệ điện hóa đa năng (Autolab/PGSTAT30 Eco Chemie, Hà Lan). 
2.3 Hóa chất vật tư chế tạo màng đa lớp Polyanilin/Graphen 
- Tấm đồng 35 m, độ sạch 99,8 % được mưa từ Đức. 
- Dung dịch Anilin (Ani), đệm PBS 1x, được mua từ Merck. 
- Các hóa chất khác có độ sạch phân tích 
III 
- Các dung dịch được pha chế trong nước khử ion 
- Vi điện cực điện hóa tích hợp (được chế tạo tại Viện Khoa học vật liệu) 
- Thiết bị điện hóa đa năng Autolab PGSTAT 30 cùng phụ kiện 
- Hệ thiết bị lắng đọng màng mỏng pha hơi hóa học (CVD) 
- Monome Anilin (ANi) của Merck được tinh chế lại theo phương pháp chưng 
cất ở áp suất thấp và được bảo quản tránh ánh sáng trong môi trường khí trơ, 
tại nhiệt độ thấp. 
- Dung dịch H2SO4 nồng độ 1 M. 
- Hệ điện hóa đa năng (Autolab/PGSTAT30 Eco Chemie, Hà Lan). 
2.4 Hóa chất, vật tư và thiết bị chế tạo màng đa lớp Graphen/PDAN 
- Monome 1,5-Diaminonaphthalen (1,5-DAN) được mua từ Sigma-Aldrich 
(Đức). 
- Các hóa chất khác có độ sạch phân tích 
- Các dung dịch được pha chế bằng nước khử ion. 
- Vi điện cực điện hóa tích hợp có phủ màng Graphen trên bề mặt điện cực làm 
việc. 
- Thiết bị điện hóa đa năng Autolab PGSTAT30 cùng các phụ kiện 
3. Hóa chất – dụng cụ để cố định phần tử sinh học trên vi điện cực điện hóa 
tích hợp 
3.1. Hóa chất và dụng cụ để cố định enzym trên màng PANi biến tính 
- Enzym Glucose oxidase (GOx, E.C.1.1.3.4, 10 kU, Sigma-Aldrich) được tách 
từ nấm Aspergillus niger. 
- Enzym Cholesterol oxidase (ChOx, E.C.1.1.3.6, 50 kU, Sigma-Aldrich) được 
tách từ Brevibacterium. 
- Dung dịch Glutaraldehít 25 % (Sigma-Aldrich). 
- Dung dịch đệm muối phosphat gốc 0,1M (PBS 10x) là hỗn hợp gồm có NaCl 
1,37 M + 0,027 M KCl + 0,08 M Na2HPO4 + 0,02 M KH2PO4. 
- Dung dịch K3[Fe(CN)6] và K4[Fe(CN)6] 0,1 M 
IV 
- Máy đo pH, micropipet và các dụng cụ cần thiết khác. 
3.2. Hóa chất vật tư cố định aptamer lên màng PANi biến tính: 
b.1 Hóa chất vật tư cố định aptamer HPV 
- Vi điện cực điện hóa tích hợp được phủ màng PANi/MWCNT-c (được chế 
tạo như mô tả trong phần II.2) 
- N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC), N-
hydroxysuccinimide (NHS) được mua từ Sigma. Các dung dịch được pha chế 
trong nước khử ion (điện trở đạt 18 MΩ) 
- Chất đối chứng OVA (egg albumin, 2x tinh thể) được mua từ Calbiochem, La 
Jolla (California, Hoa Kỳ). 
- Chuỗi pep-tít HPV-16-L1 (đoạn 311-325, ví dụ: Asn–Leu–Ala–Ser–Ser–
Asn–Tyr–Phe–Pro–Thr–Pro–Ser–Gly–Ser–Met) được mua từ Genscript, Hoa 
Kỳ. 
- Kháng thể thứ cấp Ig (từ dê) F(ab’)2 liên kết với HRP (HRP - horseradish 
peroxidase) được mua từ Tebu (Le Perray-en-Yvelines, France). 
- Các kháng thể kháng HPV ( kháng HPV, chuỗi protein 16-L1 kháng virút gây 
u nhú tách chiết từ chuột, kháng thể đơn dòng) và kháng Ovalbumin (anti-
Ovalbumin, anti-OVA) được cung cấp từ AbD serotec (Morphosys, Anh). 
- Máy đo pH, micropipet và các dụng cụ cần thiết khác. 
b.2 Cố định aptamer Anti-Aflatoxin M1 
- Aptamer của AFM1 có trình tự 21 mer như sau: HSADN (5’-(CH2) 6-ACT 
GCT AGA GATTTT CCA CAT-3’) được cung cấp bởi Viện Công nghệ Sinh 
học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam). 
- Afltoxin M1 (chiết xuất từ Aspergillus flavus) và mẫu đối chứng âm 
Ochratoxin A (OTA) chiết xuất từ Petromyces albertensis, ≥ 98 % (TLC) 
được mua từ Fluka 
- Glutaraldehít được mua từ Sigma-Aldrich. Anilin ((Merck, 99,5 %) được 
chưng cất chân không để tổng hợp màng polyme. Mọi dung dịch được pha 
chế bằng nước khử ion DI. 
V 
- Vi điện cực điện hóa tích hợp được phủ màng PANi pha tạp hạt nano Fe3O4 
3.3 Hóa chất vật tư để cố định kháng thể Atrazin lên màng PANi biến tính 
- Atrazin và kháng thể đơn dòng Anti-Atrazin (a-ATZ, MW = 150 kDa) được 
mua từ Thermo Scientific (USA). 
- Đệm PBS 1x, dung dịch Glutaraldehít 25 % được mua từ Sigma. 
- Các hóa chất khác có độ sạch phân tích 
- Các dung dịch được pha chế trong nước khử ion 
- Vi điện cực điện hóa tích hợp được phủ màng PANi/Graphen 
3.4 Hóa chất – vật tư để cố định phần tử sinh học enzym trên màng PDAN biến 
tính 
- Vi điện cực điện hóa tích hợp được phủ màng PDAN biến tính bằng hạt nano 
Fe3O4 hoặc Graphen. 
- Enzym Glucose oxidase (GOx, E.C.1.1.3.4, 10 kU, Sigma-Aldrich) được tách 
từ nấm Aspergillus niger. 
- Enzym -galactosidase (-Gal, EC 3.2.1.23, 8000 U/g, Sigma-Aldrich) được 
chiết tách từ nấm Aspergillus oryzae. 
- Dung dịch Glutaraldehít 25 % (Sigma-Aldrich). 
- Máy đo pH, micropipet và các dụng cụ cần thiết khác