Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện hóa sinh học chế tạo điện cực Polyanilin/Graphen/Urease xác định nồng độ ion asen trong dung dịch

Bài viết trình bày kết quả phát triển cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở tổ hợp vật liệu cấu trúc lớp Polyanilin-Graphen được cố định enzyme Urease để xác định nồng độ ion Asen trong dung dịch.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện hóa sinh học chế tạo điện cực Polyanilin/Graphen/Urease xác định nồng độ ion asen trong dung dịch NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA SINH HỌC CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC POLYANILIN/GRAPHEN/UREASE XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ION ASEN TRONG DUNG DỊCH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bùi Thị Phương Thảo*, Quản Cẩm Thúy FABRICATION APPLICATION OF BIO-ELECTRONIC TECHNOLOGY PRODUCING POLYANILINE/GRAPHENE/UREASE MEMBRANCE FOR Khoa Kỹ thuật Phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì DETERMINATION OF THE ARSENIC ION’S CONCENTRATION Bài báo trình bày kết quả phát triển cảm biến sinh học điện hóa trên cơ sở tổ hợp vật liệu cấu trúc lớp Polyanilin-Graphen được cố định enzyme Urease để xác định nồng độ ion Asen trong dung dịch. Vật liệu Graphen được tổng hợp bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi nhiệt (CVD) và được chuyển lên bề mặt điện cực làm việc (được phủ màng polyanilin bằng phương pháp điện hóa). Enzyme urease được cố định trên màng Polyanilin/Graphen bằng kỹ thuật liên kết chéo sử dụng glutaraldehyde. Cảm biến có đáp ứng dòng tốt và tuyến tính trong dải nồng độ 50-1000 µg/l. Giới hạn phát hiện (LOD) của cảm biến là 2,52 x 10-3 µg/l, giới hạn định lượng (LOQ) của cảm biến là 8,4x10-3 µg/l . Kết quả này hứa hẹn khả năng sử dụng cảm biến sinh học điện hóa Polyanilin/Graphen/Urease để phát hiện các ion kim loại khác trong quan trắc ô nhiễm môi trường. Từ khóa: Cảm biến sinh học điện hóa, Graphen, Polyanilin, Enzym Urease, ion asen. Tóm tắt: Keywords: Electrochemical biosensor, Graphene, Polyaniline, Urease enzyme, arsenic ion. Asen và nhiều hợp chất của nó là những tạp – hiện đại, quy trình lấy và xử lý mẫu chất độc cực kỳ nguy hiểm [1]. Nhiễm độc phân tích phức tạp, dung lượng phân tích asen mãn tính do sử dụng nguồn nước bị lớn, khó thực hiện đo nhanh tại hiện trường. nhiễm asen sẽ gây các bệnh về máu, tim Do đó, nghiên cứu phát triển các thiết bị xác mạch, xơ gan, nhiễm độc thai nghén và ung định nhanh hàm lượng Asen trong nước tại Abstract: thư [2]. Do tình trạng ô nhiễm asen trong hiện trường, tại các vùng dân cư xa xôi là nước ngầm khá lớn hiện nay, nhiều phương một yêu cầu cấp thiết tại Việt Nam cũng như pháp xác định hàm lượng Asen trong nước trên thế giới. đã được nghiên cứu và phát triển. Các Cảm biến sinh học điện hóa có các tính phương pháp này đều trên nguyên lý xác chất như là có khả năng phân tích nhanh theo định chọn lọc hàm lượng ion kim loại nặng thời gian thực, có độ nhạy, độ chọn lọc và trong nước [3]. Tuy nhiên, Các phương pháp chính xác cao; kích thước thiết bị nhỏ gọn, *Email: buiphuongthao84@gmail.com này đều có hạn chế là yêu cầu thiết bị phức yêu cầu sử dụng đơn giản và có khả năng ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 2 NĂM 2021 25 1. GIỚI THIỆU Here we present a development of the electrochemical biosensor based on layer-by-layer hybrid material Polyaniline-Graphene which have been immobilized urease enzyme for detection of Arsenic ion concentration. Graphene films were synthesized by thermal CVD method and transferred onto working electrode’s surface (has been coated Polyaniline membrane by using electrochemical method). The urease enzyme was immobilized on Polyaniline/Graphene membrane by cross-linkage method via glutaraldehyde. The developed biosensor indicated a good and linear response to arsenic ion within the concentration range from 50 to 1000 µg/l. The limit of detection (LOD) of sensor was 2.52 x 10-3 µg/l, the limit of quantitative (LOQ) of sensor was 8,4x10-3 µg/l. This result promises the ability to use electrochemical biosensors based on Polyaniline/Graphene/Urease hybrid materials for the detection of other ion metal in environmental monitoring. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ chế tạo số lượng lớn nên giảm giá thành sản 2.2. Hóa Chất phẩm phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Các dung dịch urê (Sigma-Aldrich) được Nam [4, 5]. chuẩn bị từ hóa chất tinh khiết phân tích Vật liệu graphen (Gr) được quan tâm trong nước khử ion với dải nồng độ từ 5- 50 nghiên cứu rộng rãi bởi vì chúng có cấu trúc mM. Dung dịch Asen được chuẩn bị từ hóa tinh thể đặc biệtcùng có những tính chất cơ, chất tinh khiết trong nước khử ion với dải nhiệt, điện và quang nổi trội như độ dẫn nồng độ từ 50 – 1000 µg/l. Các hóa chất điện tử cao (đạt 200000 cm2 (V.s)-1) [6], khác có độ tinh khiết phân tích. diện tích bề mặt lớn (có thể đạt 2630 m2/g) 2.3. Phương pháp xác định đặc tính của vật liệu [7], modul đàn hồi cao (đạt 1000 GPa) [8]. Vật liệu graphen đã được ứng dụng nhằm Hình thái học và các đặc tính của vật liệu phát triển và chế tạo trong các thiết bị quang Graphen (Gr) được khảo sát thông qua các điện tử [9], cảm biến khí [10], cảm biến điện phép đo như: hiển vi điện tử quét phát xạ hóa và sinh học [11-12]. trường-FESEM (Hitachi S4800, Nhật Bản) và hiển vi điện tử truyền qua (Jeol JEM- Trong bài báo này, vi cảm biến sinh học 1010). Tính chất điện hóa của vật liệu được đi ...