Font size
WorksheetsCâu hỏi về cảm biến sinh học-Buổi 4
Total questions: 55
Worksheet time: 28mins
Cảm biến sinh học (biosensor) là gì?
Thiết bị đo quang học bất kỳ
Hệ gồm bioreceptor + transducer tạo tín hiệu đo được
Phần mềm dự đoán nồng độ
Bộ khuếch đại điện
Thành phần KHÔNG bắt buộc của biosensor:
Bioreceptor
Transducer
Bộ xử lý/hiển thị
Máy PCR nhiệt chu kỳ
Đại lượng mô tả khả năng phát hiện nồng độ rất thấp:
Độ tuyến tính
Giới hạn phát hiện (LOD)
Dải động
Độ bền cơ học
Độ chọn lọc (selectivity) bị giảm khi:
Có chất gây nhiễu cấu trúc tương tự
Tăng thời gian ủ
Giảm nhiệt độ đo
Tăng tốc độ dòng
Phân loại biosensor phổ biến dựa trên:
Màu vỏ máy
Giá thành
Loại bioreceptor hoặc cơ chế đầu dò
Nhà sản xuất
Ứng dụng KHÔNG điển hình của biosensor:
Đo glucose máu
Phát hiện marker ung thư
Theo dõi kháng sinh huyết tương
Đo cường độ ánh sáng mặt trời
Lý do cần hiệu chuẩn định kỳ:
Tăng độ sáng màn hình
Trôi tín hiệu và lão hóa bioreceptor
Thay đổi tên mẫu
Đổi dung môi rửa
Thời gian đáp ứng (t90) là:
Thời gian tín hiệu đạt ~90% giá trị ổn định
Thời gian bật máy
Thời gian sấy điện cực
Thời gian lưu mẫu
Độ chính xác (accuracy) liên quan chặt nhất tới:
Độ lặp lại
Sai số hệ thống so với chuẩn (bias)
Độ phân giải ảnh
Độ cứng vật liệu
Chiến lược chung giảm bám bẩn (fouling):
Tăng khuấy không kiểm soát
Phủ PEG/Nafion và bước rửa/blocked nền
Giảm diện tích điện cực
Không rửa giữa các lần đo
Whole-cell biosensor dùng:
Mô hình toán học
Toàn bộ tế bào tạo tín hiệu sinh lý đo được
Chỉ kháng thể
Whole-cell biosensor dùng:
Mô hình toán học
Toàn bộ tế bào tạo tín hiệu sinh lý đo được
Chỉ kháng thể đơn dòng
Chỉ DNA mạch đơn
Ưu điểm nổi bật của whole-cell:
Phản hồi chức năng tổng thể
Không cần bảo quản
Luôn nhanh nhất
Không bị nhiễu nền
Hạn chế lớn của whole-cell:
Không tích hợp vi lưu
Cần duy trì tế bào sống, đáp ứng chậm
Không dùng được điện hoá
Không hoạt động trong dung dịch
Enzyme-based biosensor tạo tín hiệu nhờ:
Phản ứng xúc tác làm thay đổi điện/quang/nhiệt
Biến dạng cơ học vỏ máy
Phát xạ âm thanh
Nhiệt do đèn chiếu
Yếu tố làm giảm hoạt tính enzyme:
pH tối ưu
Nhiệt tối ưu
Chất ức chế/biến tính
Khuấy trộn đều
Điểm mạnh của enzyme-based:
Đặc hiệu cơ chất cao
Không cần hiệu chuẩn
Miễn nhiễm nền đục
Không cần cố định
Antibody-based biosensor dựa trên:
Bắt cặp kháng nguyên–kháng thể
Lai ghép DNA
Phát quang hoá học
Nhiệt kế hồng ngoại
Rủi ro của hệ kháng thể:
Luôn bền ở 80 °C
Mất ái lực khi cố định/biến tính pH, nhiệt
Không cần rửa
Không dùng trong huyết thanh
Tăng selectivity cho hệ kháng thể bằng:
Bỏ bước blocking
Dùng mAb/kháng thể tái tổ hợp + blocking nền
Rút ngắn ủ xuống 0 phút
Không dùng đối chứng
Aptamer là:
Peptide ngắn
RNA/DNA đơn có cấu trúc bậc cao gắn đặc hiệu
Polysaccharide
Lipid màng
Ưu điểm aptamer so với kháng thể:
Không cần tổng hợp
Bền nhiệt/hoá, dễ sửa đổi, chi phí thấp
Ái
Ưu điểm aptamer so với kháng thể:
Không cần tổng hợp
Bền nhiệt/hoá, dễ sửa đổi, chi phí thấp
Ái lực luôn kém
Chỉ hoạt động trong tế bào
Cơ chế báo hiệu của aptamer sensor:
Đổi màu vỏ
Biến cấu trúc/hybrid hoá gây đổi tín hiệu điện/quang/khối lượng
Phát tia X
Bay hơi mẫu
Biomimetic biosensor thường dùng:
Polymer in dấu phân tử MIP
Huyết thanh toàn phần
Tế bào gốc
Thủy tinh không xử lý
Ưu điểm MIP:
Bền hoá/nhiệt, sản xuất dễ, rẻ
Luôn tốt hơn kháng thể
Không cần tối ưu hóa
Chỉ dùng dung môi hữu cơ
Thách thức MIP trong mẫu phức:
Không fouling
Bám không đặc hiệu che hốc nhận biết
Không cần rửa
Không cần chọn monomer
Amperometric sensor đo:
Điện áp mở mạch
Dòng do phản ứng oxi hoá/khử
Khối lượng hấp phụ
Nhiệt lượng
Kỹ thuật đo trở kháng bề mặt:
UV–Vis
EIS
HPLC
FTIR
Vai trò điện cực tham chiếu:
Làm nóng mẫu
Duy trì thế ổn định cho phép đo chính xác
Phát sáng kích thích
Đo khối lượng
Cách giảm fouling điện cực:
Tăng T đến 90 °C
Phủ PEG/Nafion & tái sinh bề mặt
Không rửa
Giảm diện tích hoạt tính
Trong SPR, tín hiệu chủ yếu do:
Thay đổi chỉ số khúc xạ gần bề mặt kim loại
Nhiệt độ phòng
Khối lượng riêng mẫu
Độ mặn
Yếu tố KHÔNG làm tăng nhiễu huỳnh quang:
Tán xạ nền
Rò sáng kích thích
Tối ưu lọc & thời gian tích hợp
Tự huỳnh quang sinh học
NG làm tăng nhiễu huỳnh quang:
Tán xạ nền
Rò sáng kích thích
Tối ưu lọc & thời gian tích hợp
Tự huỳnh quang sinh học
SERS dùng để:
Đo độ nhớt
Khuếch đại Raman của phân tử gần bề mặt plasmonic
Đo pH bằng điện cực
Đo áp suất
Sợi quang trong biosensor giúp:
Giảm truyền ánh sáng
Dẫn ánh sáng tới/ra vùng nhận biết nhỏ gọn
Thay thế bioreceptor
Chỉ đo trong chân không
Microcalorimetry đo:
ΔT/ΔQ do phản ứng sinh học
Điện trở bề mặt
Hệ số khúc xạ
pH
Thách thức lớn khi đo nhiệt:
Không có nhiễu môi trường
Drift nền & trao đổi nhiệt với môi trường
Thiếu nguồn sáng
Không có điện cực
Đầu dò nhiệt thường dùng:
Thermistor, RTD, microcalorimeter
Microphone
CCD
Piezo buzzer
QCM đo:
Tín hiệu quang học
Giảm tần số do tăng khối lượng bám
Nhiệt độ mẫu
Áp suất khí
Điều kiện áp dụng Sauerbrey:
Lớp bám mềm/visco dày
Lớp mỏng, cứng, phân bố đều
Môi trường nhớt rất cao
Tinh thể không dao động
Microcantilever chế độ động nhạy với:
Chỉ số khúc xạ
Thay đổi tần số do khối lượng/ứng suất
Độ mặn
Màu mẫu
Giảm nhiễu nhớt khi đo QCM dung dịch:
Không rửa
Cell vi lưu + kiểm soát nhiệt + kênh tham chiếu
Khuấy tối đa
Tăng muối nền
LOD giảm (tốt hơn) khi:
Độ dốc đường chuẩn tăng và nhiễu giảm
Nhiễu tăng
Slope giảm
Dải động thu hẹp
Độ lặp lại (repeatability) đánh giá bằng:
RSD giữa các lần đo lặp
Bias so chuẩn
LOD
Tốc độ đáp ứng
Với mẫu nền đục cho cảm biến quang, nên:
(a)
Độ lặp lại (repeatability) đánh giá bằng:
RSD giữa các lần đo lặp
Bias so chuẩn
LOD
Tốc độ đáp ứng
Với mẫu nền đục cho cảm biến quang, nên:
Đo hấp thụ trực tiếp
Dùng phát quang/huỳnh quang dịch đỏ xa + lọc thích hợp
Không hiệu chuẩn
Tăng độ đục
Đối với enzyme sensor liên tục, giới hạn truyền khối kém gây:
Tăng tốc độ phản ứng
Bão hoà bề mặt, giảm tuyến tính
Tăng chọn lọc
Giảm cần khuấy
Ưu tiên chọn aptamer thay kháng thể khi:
Nhiệt độ môi trường cao, cần tái sinh nhiều lần
Cần ái lực siêu cao mọi điều kiện
Không có SELEX
Mẫu là khí tinh khiết
Với QCM-D, tham số “Dissipation” phản ánh:
Mật độ điện tích
Tổn hao năng lượng/độ nhớt đàn hồi của lớp
Nhiệt riêng
Tốc độ dòng
Trong SPR, để tăng độ chọn lọc:
Không rửa
Tăng công suất đèn
Chức năng hóa bề mặt chọn lọc + blocking nền
Giảm góc tới về 0°
Whole-cell sensor cho độc chất môi trường nên ưu tiên vì:
Phản ánh độc tính chức năng toàn hệ
Luôn nhanh nhất
Không cần bảo trì
Không bị ảnh hưởng pH
Thermistor NTC có đặc điểm:
Điện trở tăng khi nhiệt tăng
Điện trở giảm khi nhiệt tăng
Không phụ thuộc nhiệt
Chỉ hoạt động <0 °C
Khi tích hợp đa mode (điện hoá + quang), lợi ích chính:
Tăng kích thước hệ
Bổ sung thông tin, xác nhận chéo tăng tin cậy
Giảm chọn lọc
Không cần hiệu chuẩn nữa
