Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên của luận văn tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới
TS. Trương Thị Ngọc Liên và PGS. TS. Nguyễn Ngọc Trung những người thầy
đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong công việc
giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn NCS. Phí Văn Toàn, người đã cùng tôi nghiên cứu,
thực hiện và hoàn thành các số liệu cho luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các anh chị trong phòng lab Biosensor đã tạo
mọi điều kiện về vật tư, trang thiết bị và tận tình giúp đỡ tôi trong công tác
nghiên cứu, học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tôi vì đã đứng sau,
ủng hộ và cổ vũ tôi để tôi có thể hoàn thành quá trình học tập nghiên cứu vừa
qua.
Đề tài này được thực hiện dưới sự hỗ trợ của Quỹ phát triển khoa học và công
nghệ quốc gia (NAFOSTED), Mã số 103.99-2012.12 (23-Vật lý) và đề tài VLIRUOS, Mã số ZEIN2013RIP022.

NGỤY PHAN TÍN

1


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là luận văn nghiên cứu của tôi. Tất cả các kết quả đạt
được do tôi thực hiện và chưa được trình bày trong bất kỳ luận văn thạc sỹ nào
khác. Các số liệu, lý thuyết tham khảo được trích dẫn từ các tài liệu gốc.

Hà Nội, ngày 20/11/2015

Học viên

Ngụy Phan Tín

NGỤY PHAN TÍN

2


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 9
Chương 1 – TỔNG QUAN .................................................................................................. 13
1.1.

Bệnh ung thư tiền liệt tuyến và các chỉ dấu sinh học........................................... 13

1.1.1.

Tình hình bệnh ung thư tiền liệt tuyến hiện nay .......................................... 13

1.1.2.

Tuyến tiền liệt và bệnh ung thư tiền liệt tuyến ............................................ 14

1.1.3.


Dấu hiệu và nguyên nhân gây bệnh ............................................................. 14

1.1.4.

Tầm soát và chẩn đoán bệnh ........................................................................ 16

1.1.5.

Điều trị ........................................................................................................... 18

1.1.6.

Các chỉ dấu sinh học cho UTTLT ..................................................................... 19

1.2.

Công nghệ polymer in phân tử (Molecular Imprinted Polymer-MIP) ................. 24

1.2.1.

Tổng quan về công nghệ MIP ........................................................................ 24

1.2.2.

Nguyên lý đánh dấu phân tử ........................................................................ 25

1.2.3.

Lịch sử nghiên cứu và phát triển ................................................................... 30


1.2.4.

Ưu điểm của công nghệ MIP ......................................................................... 33

1.3.

Cảm biến phổ tổng trở điện hóa ........................................................................... 33

1.3.1.

Phổ trở kháng phức điện hóa ....................................................................... 33

1.3.2.

Lý thuyết mạch điện xoay chiều và trở kháng phức .................................... 34

1.3.3.

Các phần trở kháng trong mạch điện ........................................................... 36

1.3.4.

Mô hình mạch tương đương ........................................................................ 44

1.3.5.

Biểu diễn trở kháng phức .............................................................................. 45

1.3.6.


Cảm biến tổng trở Faradaic .......................................................................... 47

Chương 2-THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 50
2.1.

Hóa chất và thiết bị ............................................................................................... 50

2.1.1.

Hoá chất ......................................................................................................... 50

2.1.2.

Thiết bị phân tích điện hóa............................................................................ 51

2.1.3.

Điện cực in các bon (SPCE) và in vàng (SPAuE) ............................................. 52

2.1.4.

Các thiết bị phụ trợ ........................................................................................ 52

2.2.

Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến sarcosine - MIP ....................................... 53

2.2.1.


Chuẩn bị điện cực in carbon biến tính hạt vàng (AuNPs-modifed SPCE) ..... 53

NGỤY PHAN TÍN

3


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

2.2.2.
Quy trình công nghệ chế tạo sarcosine-MIP/SPAuE và sarcosineMIP/AuNPs/SPCE........................................................................................................... 54
2.2.3.

Đo nồng độ Sarcosine .................................................................................... 57

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................................ 58
3.1.

Ảnh hưởng của vật liệu đế điện cực đến quá trình tạo màng MIP (NIP) ............ 58

3.2.

Phân tích đặc tính điện hóa qua các bước chế tạo cảm biến .............................. 61

3.3.

Khảo sát hoạt động của cảm biến sarcosine-MIP/SPAuE .................................... 64

3.4.


Khảo sát hoạt động của cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE .......................... 68

3.4.1.

Tối ưu hoá các điều kiện chế tạo cảm biến................................................... 68

3.4.2.

Đặc trưng chuẩn của cảm biến sarcosine-MIP/(NIP)/AuNPs/SPCE ............. 73

3.4.3.

Độ lặp lại và độ ổn định của cảm biến .......................................................... 75

3.4.4.

Tính chọn lọc của cảm biến ........................................................................... 77

KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 79
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .............................................................................. 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 83

NGỤY PHAN TÍN

4


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

DANH MỤC HÌNH VẼ


Hình 1. 1. Các bước quy trình chế tạo của công nghệ in polymer phân tử
(MIP). ...................................................................................................... 26
Hình 1. 2. a) In phân tử sử dụng liên kết cộng hóa trị; b) In phân tử sử
dụng liên kết không cộng hóa trị. ............................................................ 28
Hình 1. 3. Phức chelate giữa ion kim loại đồng với các monomer
vinylimidazol và mẫu axit amin. ............................................................. 28
Hình 1. 4. Mô hình Helmholtz. a) Sự sắp xếp chặt của các ion; b) Sự
thay đổi của Cd khi áp điện thế................................................................ 39
Hình 1. 5. Mô hình Gouy-Chapman. a) Sự sắp xếp của các ion theo cách
khuếch tán; b) Sự thay đổi của Cd với điện áp. ....................................... 39
Hình 1. 6. Mô hình Stern. a) Sự sắp xếp của các ion theo cách khuếch
tán; b) Sự thay đổi của Cd với điện áp. .................................................... 40
Hình 1. 7. Mô hình Grahame. a) Sự sắp xếp của các ion theo cách
khuếch tán; b) Sự thay đổi của Cd với điện áp. ....................................... 41
Hình 1. 8. Mô hình Borris. Sự sắp xếp của các ion theo cách khuếch tán.
................................................................................................................. 42
Hình 1. 9. Một số mô hình tương đương. a) Mô hình Randles dạng đơn
giản; b) Mô hình Randles dạng half a fuel-cell....................................... 45
Hình 1. 10. Đồ thị Nyquist cho mô hình chỉ gồm tụ và trở song song. .. 45
Hình 1. 11. Đồ thị Bode biểu diễn sự thay đổi biên độ a) và pha theo
hàm logarith của tần số góc b). ............................................................... 46
Hình 1. 12. Biểu diễn phổ trở kháng phức trên các mặt phẳng khác nhau.
................................................................................................................. 46
Hình 1. 13. Cơ chế truyền điện tích của cảm biến trở kháng điện hóa dựa
trên công nghệ MIP. ................................................................................ 47
Hình 2. 1. Cửa sổ làm việc của phần mềm Ivium. .................................. 51
Hình 2. 2. Đặc trưng dòng-thế khi hệ điện cực được quét CV 20 vòng
trong dung dịch PBS 100 mM chứa 1 mM HAuCl4 với tốc độ quét 50
mV trong dải điện áp từ -0.6 V đến 0.5 V so với điện cực Ag/AgCl. .... 53

Hình 2. 3. Sơ đồ quy trình chế tạo cảm biến điện hóa phổ tổng trở phát
hiện sarcosine sử dụng điện cực SPCE. .................................................. 54
Hình 3. 1. Ảnh SEM của màng sarcosine-MIP a) trên điện cực SPAuE;
b) trên điện cực AuNPs/SPCE. Đặc trưng dòng-thế của quá trình
polymer hóa c) trên điện cực SPAuE và d) trên điện cực AuNPs/SPCE.
................................................................................................................. 58
Hình 3. 2. Phổ EIS của cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE sau mỗi
bước thực hiện quy trình chế tạo. ............................................................ 62

NGỤY PHAN TÍN

5


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

Hình 3. 3. a) Phổ EIS của cảm biến sarcosine-MIP (15 CVs)/SPAuE đáp
ứng tại các nồng độ khác nhau; b) Đường đặc trưng chuẩn của các cảm
biến sarcosine-MIP/SPAuE và NIP/SPAuE. .......................................... 65
Hình 3. 4. Phổ EIS ứng với các nồng độ sarcosine khác nhau của cảm
biến a) sarcosine-MIP (7 CVs)/SPAuE và b) sarcosine-MIP (5
CVs)/SPAuE............................................................................................ 67
Hình 3. 5. Đáp ứng phổ trở kháng phức của cảm biến sarcosine-MIP sử
dụng điện cực AuNPs/SPCE với sự phân bố hạt vàng khác nhau theo số
vòng quét (10, 15, 20 CVs). .................................................................... 70
Hình 3. 6. Ảnh SEM của điện cực SPCE sau khi biến tính AuNPs (sử
dụng phương pháp điện hóa quét thế vòng) với số vòng khác nhau 5, 10,
15 và 20 CVs. .......................................................................................... 71
Hình 3. 7. Đáp ứng phổ trở kháng phức của cảm biến sarcosineMIP/AuNPs (20 CVs)/SPCE sử dụng vòng quét polymer hóa MIP khác
nhau (7, 15, 20 CVs). .............................................................................. 72

Hình 3. 8. a) Phổ EIS của cảm biến sarcosine-MIP (15
CVs)/AuNPs/SPCE đáp ứng tại các nồng độ khác nhau; b) Đường đặc
trưng chuẩn của các cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE và
NIP/AuNPs/SPCE. .................................................................................. 74
Hình 3. 9. Độ ổn định của cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE sau
các thời gian bảo quản khác nhau. .......................................................... 77
Hình 3. 10. Cấu trúc hóa học của Sarcosine, Alanine, Lysine................ 77
Hình 3. 11. Độ chọn lọc của cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE với
các chất phân tích khác nhau có cấu trúc và tính chất tương tự như
sarcosine. ................................................................................................. 78

NGỤY PHAN TÍN

6


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1. Một số liên kết hydro thường gặp.......................................... 32
Bảng 3. 1. Giá trị các thành phần trong mạch tương đương Randles của
cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/ SPCE sau mỗi bước biến tính. .......... 63
Bảng 3. 2. Giá trị các thành phần trong mạch tương đương Randles của
cảm biến sarcosine-MIP/SPAuE và NIP/SPAuE.................................... 66
Bảng 3. 3. Giá trị các thành phần trong mạch tương đương Randles của
cảm biến sarcsoien-MIP (7 CVs)/SPAuE và sarcosine-MIP (5
CVs)/SPAuE............................................................................................ 68
Bảng 3. 4. Giá trị các thành phần trong mạch tương đương Randles của
các cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE với số vòng quét tạo hạt vàng

khác nhau 10, 15 và 20 CVs. .................................................................. 69
Bảng 3. 5. Giá trị các thành phần trong mạch tương đương Randles của
các cảm biến sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE với số vòng quét tạo màng
khác nhau 7, 15 và 20 CVs...................................................................... 73
Bảng 3. 6. Giá trị các thành phần trong mạch tương đương Randles của
cảm biến sarcosine-MIP (15 CVs)/AuNPs/SPCE và NIP (15
CVs)/AuNPs/SPCE. ................................................................................ 75
Bảng 3. 7. Giá trị các thành phần trong đường chuẩn của 7 cảm biến
sarcosine-MIP/AuNPs/SPCE. ................................................................. 76

NGỤY PHAN TÍN

7


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ABCHC

l,l’-azobis (cyclohexanecarbonitrile)

ABDV

l,l’-Azobis(cyclohexanecarbonitrile)

ACN

Acetonitrile


AIBN
PCaAUC

2,2’-Azodi(isobutyronitrile)
Prostate cancerArea under the curve

AuNPs

Gold nano particles

BPH

Benign Prostate Hyperplasia

DEP-chip

Disposable Electrochemical Printed

DMF

Dimethylformamide

DMSO

Dimethyl sulfoxide

DVB
EGDMA

Divinylbenzene

Dimethacrylate Ethyleneglycol

EIS

Electrochemical Impedance Spectrum (phổ trở kháng phức)

LOD

Limit of Detection (giới hạn phát hiện)

MIP

Molercularly imprinted polymer (polymer in phân tử)

NIP

Non-molercularly imprinted polymer (polymer không in phân tử)

PATP

Poly Aminothiophenol

p-ATP (4-ATP)

Para-Aminothiophenol

PBS

Phosphate Buffered Saline


PSA

Prostate Specific Antigen

SEM

Scanning Electron Microscop

SPAuE

Screen–printed gold electrode (điện cực in vàng)

SPCE

Screen–printed carbon electrode (điện cực in carbon)

STDEV

Standard deviation (sai số chuẩn)

TNM

tumor/nodes/metastasis

THF

Tetrahydrofuran

TRIM


Trimethylolpropane trimethacrylate
Ung thư tiền liệt tuyến

UTTLT

NGỤY PHAN TÍN

8


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Ung thư tiền liệt tuyến là một trong các bệnh ung thư thường gặp trên thế giới.
Theo thống kê của tổ chức ung thư thế giới, vào năm 2012 ung thư tiền liệt
tuyến có số ca mắc bệnh đứng hàng thứ tư trên thế giới sau ung thư phổi, ung
thư dạ dày và ung thư vú

[13]

. Tuy nhiên, ung thư tiền liệt tuyến có khả năng

chữa lành nếu được phát hiện sớm ở giai đoạn đầu.
Hiện nay tỉ lệ tử vong của ung thư tiền liệt tuyến đã giảm đi rất nhiều so với
trước đây nhờ các phương pháp chẩn đoán sớm. Phương pháp chẩn đoán được
sử dụng phổ biến nhất hiện nay là đo lường chỉ dấu nồng độ kháng nguyên PSA
trong máu. Tuy nhiên phương pháp sử dụng kháng nguyên PSA để chẩn đoán
ung thư tiền liệt tuyến còn nhiều hạn chế do nồng độ kháng nguyên PSA thay
đổi do nhiều yếu tố ảnh hưởng hoặc bệnh trạng khác mà không phải ung thư

tiền liệt tuyến như: tổn thương tiền liệt tuyến, bệnh tiền liệt tuyến lành tính,
viêm tiền liệt tuyến

[51]

. Do đó một yêu cầu cấp thiết được đặt ra là phải tìm

thêm các chỉ dấu sinh học mới nhằm hỗ trợ cho việc chẩn đoán sớm cũng như
theo dõi chính xác bệnh. Cho đến nay, nhiều chỉ dấu mới đã và đang được
nghiên cứu. Đầu tiên phải kể đến chỉ số phi (f), được xác định dựa trên tỉ lệ
giữa nồng độ kháng nguyên PSA tự do và kháng nguyên PSA toàn phần có
trong huyết thanh người. Ngoài ra, một số chất protein và amino axit có trong
huyết thanh và nước tiểu của người bệnh như PCA3, Kallin, sarcosine and
proline cũng đang được nghiên cứu xem xét khả năng ứng dụng như một chỉ
dấu sinh học [27, 72, 73]. Trong số đó, các nghiên cứu gần đây đã cho thấy nồng độ
sarcosine có sự thay đổi đáng kể giữa người bình thường với người mắc bệnh
cũng như trong suốt quá trình bệnh di căn thành ác tính [40]. Ngoài ra, các nghiên
cứu cũng cho thấy do sarcosine đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển
hóa glysine. Việc kiểm soát nồng độ sarcosine trong quá trình này có ảnh hưởng
rất lớn đến quá trình hình thành và xâm lấn của các tế bào ung thư [18]. Chính vì
các nguyên nhân này, việc phát hiện và theo dõi sự thay đổi nồng độ của
NGỤY PHAN TÍN

9


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

sarcosine có nhiều ý nghĩa trong việc phát hiện và kiểm soát bệnh ung thư tiền
liệt tuyến [14, 45, 46, 53].

Các phương pháp cho phép xác định nồng độ các chất có cấu trúc đơn giản và
kích thước nhỏ như sarcosine hiện nay đều dựa trên kỹ thuật phân tích sắc ký
với độ chính xác cao [15, 29, 37]. Tuy nhiên, hạn chế của các phương pháp này là
các yêu cầu phức tạp về hệ thiết bị, điều kiện thực nghiệm, trình độ kỹ thuật
viên. Hơn nữa các phương pháp này khá đắt tiền, cần nhiều thời gian chuẩn bị
mẫu và đo lường, không linh hoạt trong việc tiến hành đo lường tại hiện trường
[36, 68]

.

Kỹ thuật polyme đánh dấu phân tử (MIP), một phương pháp mới dựa trên các
đặc tính linh động và đa dạng của các tương tác sinh học như kháng nguyên –
kháng thể, enzyme và cơ chất, đã được nghiên cứu để xác định nồng độ các
phân tử có độ chính xác cao, đơn giản và chi phí hợp lý. Phương pháp này cho
phép thiết kế và chế tạo các đầu thu sinh học nhân tạo có tính chọn lọc và độ
đặc hiệu được xác định trước, ứng dụng trong các lĩnh vực phân tách, phân tích,
xúc tác, hay cảm biến sinh hóa

[12, 61]

. MIP thường sử dụng ma trận polymer

được tạo thành từ các phân tử mẫu phân tích tương tác với các gốc monomer
hóa và các phân tử liên kết chéo. Sau khi loại bỏ các chất phân tích (mẫu phân
tích), màng polymer sẽ xuất hiện các khuôn in có khả năng nhận dạng phân tử
với độ đặc hiệu và chọn lọc cao. Độ chọn lọc của phương pháp khá cao do dựa
vào các yếu tố hình dạng, kích thước và các nhóm chức hóa học của chất cần
phân tích [26, 80]. Chính vì vậy, phương pháp này không chỉ có thể nhận dạng các
chất sinh học mà còn đặc biệt hữu ích với các chất hóa học. Công nghệ này có
độ bền và ổn định cao hơn so với các vật liệu sinh học tự nhiên trong các môi

trường khắc nghiệt như độ pH cao, áp suất cao hay nhiệt độ quá cao hoặc quá
thấp. MIP dạng màng hoặc dạng hạt có thể sử dụng được trong nhiều tháng mà
không có tổn thất về hiệu quả sử dụng cũng như yêu cầu bảo quản đơn giản hơn
so với chất sinh học tự nhiên.

NGỤY PHAN TÍN

10


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

Để khảo sát và đánh giá hoạt động của cảm biến, chúng tôi sử dụng phương
pháp đo phổ tổng trở. Nguyên lý của phương pháp đo này dựa trên sự thay đổi
tín hiệu trở kháng của điện cực khi có bất kỳ vật chất cần phát hiện nào bám
dính với bề mặt điện cực. Do mỗi một loại vật liệu có một tính chất điện đặc
trưng sẽ dẫn đến làm thay đổi tính chất điện của điện cực, đồng thời cũng dẫn
đến sự thay đổi về hình thái học trên bề mặt điện cực làm cho các giá trị như
điện dung lớp kép hay điện trở truyền điện tích thay đổi khá lớn [17, 20]. Dựa vào
mô hình mạch điện tương đương Randles, tổng trở thu được cho phép phân tích
đóng góp của các quá trình điện hóa như khuếch tán, điện tích lớp kép, phản
ứng hóa học… vào quá trình truyền điện tích trên bề mặt điện cực. Qua đó,
chúng ta không chỉ có thể theo dõi và kiểm soát các bước khác nhau của quá
trình chế tạo mà còn có thể đánh giá hình thái bề mặt của màng MIP một cách
rõ ràng [24, 56]. Phương pháp đo phổ tổng kết hợp với công nghệ MIP cho phép
xác định nồng độ của sarcosine một cách đơn giản, nhanh chóng thông qua việc
tính toán sự thay đổi các đặc tính điện tương ứng của cảm biến khi sarcosine tái
liên kết với các vị trị nhận dạng trong màng MIP.
Xuất phát từ những ưu điểm nêu trên, dưới sự cố vấn của giáo viên hướng dẫn,
tác giả đã đưa ra đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện

sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)”
Lịch sử nghiên cứu và tình hình nghiên cứu
Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ MIP để xác định các chất hóa
học có cấu trúc đơn giản và nhỏ là khá phổ biến. Tuy nhiên, đây có thể là lần
đầu tiên màng polymer MIP được biến tính trên điệc cực in carbon, và cũng là
lần đầu tiên điện cực phát hiện sarcosine trên màng MIP được nghiên cứu chế
tạo.
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, tác giả đã tiến hành nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm
biến phát hiện nồng độ sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

NGỤY PHAN TÍN

11


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

trong điều kiện phòng thí nghiệm, có khả năng phát triển và hoàn thiện để tiến
hành đo nồng độ sarcosine trong mẫu nước tiểu.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
-

Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ tạo hạt Au kích thước nano
(AuNPs) trên điện cực in các bon (SPCE) bằng phương pháp điện hóa.

-

Nghiên cứu và hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo màng sarcosine
MIP trên một số đế có độ dẫn khác nhau.


-

Nghiên cứu và hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo cảm biến phát
hiện sarcosine dựa trên công nghệ MIP.

-

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và đánh giá hoạt động của cảm biến.

-

Khảo sát tính chọn lọc, độ đặc hiệu và tính ổn định của cảm biến.

Mặc dù đã rất cố gắng trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn nhưng
trong cũng không tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy (cô) giáo thông
cảm và rút kinh nghiệm cho tác giả.

NGỤY PHAN TÍN

12


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

Chương 1 – TỔNG QUAN
1.1.

Bệnh ung thư tiền liệt tuyến và các chỉ dấu sinh học


1.1.1. Tình hình bệnh ung thư tiền liệt tuyến hiện nay
Ung thư tiền liệt tuyến (UTTLT) là một trong những bệnh ung thư phổ biến trên
thế giới, xảy ra ở nam giới. Theo thống kê của tổ chức Y tế Thế giới WHO,
trong năm 2012, ung thư tiền liệt tuyến có số ca mắc bệnh đứng hàng thứ tư trên
thế giới sau ung thư phổi, ung thư dạ dày và ung thư vú. UTTLT xuất hiện trên
các đối tượng là nam giới ở độ tuổi trên 50, độ tuổi mắc bệnh trung bình là 65
tuổi [13]. Năm 2012 số ca mắc bệnh là hơn 1,1 triêụ ca, chiếm 15% tổng số ca
mắc bệnh ung thư ở nam giới. Trong đó ¾ số ca mắc bệnh là ở các bệnh nhân
trên 75 tuổi, có rất ít ca dưới 50 tuổi. Số ca mắc bệnh chủ yếu phân bố ở các
nước phát triển, chiếm 68% ca mắc bệnh, trong đó ở Úc, Newzealand và Mỹ
(chủ yếu là các bệnh nhân gốc phi) có tỉ lệ đàn ông mắc bệnh cao nhất

[81, 82]

.

Trên thế giới hơn 300 nghìn bệnh nhân nam mắc bệnh đã tử vong, chiếm khoảng
20% số ca mắc bệnh.
Bệnh UTTLT có khả năng chữa lành nếu được phát hiện sớm. Nhờ các phương
pháp chẩn đoán sớm ngày càng được hoàn thiện trong những năm gần đây mà
hiện nay, tỉ lệ tử vong đã giảm đi rất nhiều. Phương pháp chẩn đoán được sử
dụng phổ biến nhất hiện nay là đo lường chỉ dấu nồng độ kháng nguyên PSA
trong máu. Các nghiên cứu gần đây về chỉ dấu này ngày càng được hoàn thiện
và ứng dụng rộng rãi giúp cho việc phát hiện sớm, chẩn đoán cũng như theo dõi
quá trình phát triển của bệnh đã được cải thiện rất nhiều. Các trường hợp mắc
bệnh đã được phát hiện sớm hơn, số ca phát hiện muộn giảm từ 33% xuống còn
7% (thống kê đại học München / Đức) [79]. Tuy nhiên, chỉ dấu này vẫn còn tồn
tại những điểm hạn chế ví dụ như nồng độ kháng nguyên PSA trong huyết thanh
có thể bị ảnh hưởng bởi các bệnh liên quan đến tuyến tiền liệt. Do vậy, hiện nay
các chỉ dấu mới về bệnh UTTLT đang được nghiên cứu để hỗ trợ chẩn đoán

sớm và theo dõi tiến trình phát triển của bệnh.

NGỤY PHAN TÍN

13


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

1.1.2. Tuyến tiền liệt và bệnh ung thư tiền liệt tuyến
a) Tuyến tiền liệt
Tuyến tiền liệt là một bộ phận của hệ sinh dục nam, có chức năng sản xuất và
lưu trữ tinh trùng. Tuyến tiền liệt nằm trong khung chậu, dưới bàng quang và
trước trực tràng và bao quanh đoạn đầu của niệu đạo. Một chức năng khác của
tuyến tiền liệt là hỗ trợ kiểm soát nước tiểu thông qua việc tạo áp lực trực tiếp
lên phần niệu đạo mà tuyến tiền liệt bao quanh. Do đặc thù về vị trí, cho nên
các bệnh về tuyến tiền liệt thường ảnh hưởng đến việc đi tiểu, xuất tinh. Trong
bệnh UTTLT, các tế bào của các tuyến tiền liệt biến đổi thành tế bào ung thư.
b) Ung thư tiền liệt tuyến
Ung thư tuyến tiền liệt hay còn gọi là ung thư tiền liệt tuyến (UTTLT) là một
loại ung thư phát triển trong tuyến tiền liệt, thường xuất hiện ở nam giới trên 50
tuổi, đặc biệt các bệnh nhân có nguồn gốc Mỹ-Phi có tỉ lệ mắc bệnh rất cao.
UTTLT thường phát triển khá chậm, tuy nhiên, nếu không được chữa trị kịp
thời thì có thể sẽ xảy ra trường hợp ung thư di căn. Các tế bào ung thư có thể di
căn (lan) từ tuyến tiền liệt sang các bộ phận khác của cơ thể, đặc biệt là
vào xương và các hạch bạch huyết. UTTLT có thể gây đau đớn và khó khăn
trong việc đi tiểu, quan hệ tình dục gặp vấn đề, hoặc rối loạn chức năng cương
dương. Các triệu chứng khác có khả năng phát triển trong giai đoạn sau của
bệnh.
1.1.3. Dấu hiệu và nguyên nhân gây bệnh

a) Dấu hiệu mắc bệnh
Ở thời kì đầu, UTTLT không có triệu chứng rõ ràng, bệnh thường chỉ được phát
hiện khi đi khám xác định nồng độ PSA định kỳ. Khi ung thư tiến triển đến một
giai đoạn bệnh nhất định, khối u đủ lớn và chèn ép hoặc xâm lấn vào niệu đạo,
người bệnh mới có các triệu chứng rối loạn đi tiểu như: đi tiểu thường xuyên,
đi tiểu đêm, khó tiểu hoặc tiểu ngắt quãng, tiểu ra máu (máu trong nước tiểu),
đau khi tiểu. Tuy nhiên, đôi khi các triệu chứng này có thể bị gây ra bởi các
bệnh khác về tuyến tiền liệt như bệnh tăng sản tuyến tiền liệt lành tính.

NGỤY PHAN TÍN

14


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

Ngoài ra, do tuyến tiền liệt bao quanh một phần của đường niệu đạo cho nên
UTTLT có thể làm rối loạn chức năng tiết niệu và tuyến tiền liệt cũng tiết chất
dịch tạo thành tinh dịch theo ống dẫn tinh vào niệu đạo cho nên ung thư tuyến
tiền liệt cũng có thể gây ra rối loạn các chức năng và hoạt động tình dục, chẳng
hạn như khó đạt được sự cương cứng hoặc đau khi xuất tinh.
UTTLT ở các giai đoạn sau có thể di căn sang các bộ phận khác của cơ thể và
gây ra nhiều triệu chứng khác. Các triệu chứng thường gặp nhất là đau xương,
thường ở các đốt sống (xương cột sống), xương chậu, hay xương sườn. Ung thư
còn di căn vào các xương khác, thường là phần gần đầu của xương đùi. Ung thư
tuyến tiền liệt di căn vào cột sống cũng có thể đè lên tủy sống gây ra
yếu chân và đại tiện, tiểu tiện không tự chủ.
b) Nguyên nhân
Hiện nay, nguyên nhân mắc bệnh UTTLT vẫn chưa được xác định cụ thể, tuy
nhiên các yếu tố nguy cơ chính dẫn đến khả năng mắc bệnh là vấn đề tuổi tác

và tiền sử trong gia đình có người mắc bệnh. UTTLT rất hiếm gặp ở đàn ông
dưới 50 tuổi, nhưng càng về già thì tỉ lệ mắc bệnh càng tăng. Độ tuổi trung bình
tại thời điểm chẩn đoán là 65, tuy nhiên nhiều người đàn ông không bao giờ biết
họ có bệnh UTTLT. Một nghiên cứu trong năm 2010 phát hiện ra tế bào đáy
của tuyến tiền liệt là những nơi phổ biến nhất để bắt đầu cho những mầm mống
của UTTLT.
Ngoài ra các nghiên cứu thống kê cũng cho thấy UTTLT có sự liên quan rất
nhiều về mặt di truyền. Nếu trong gia đình có anh, em trai hoặc bố bị ung thư
tuyến tiền liệt, thì nguy cơ mắc bệnh có thể tăng lên gấp đôi. Các nghiên cứu về
cặp song sinh ở Scandinavia đã đưa ra nhận xét rằng 40% nguy cơ ung thư
tuyến tiền liệt có thể được giải thích bằng yếu tố di truyền. Thêm nữa, theo
thống kê trên thế giới, tỉ lệ mắc và chết vì bệnh UTTLT của những đàn ông Mỹ
gốc phi cao hơn nhiều lần so với những người da trắng hoặc gốc Tây Ban Nha.
Và tỉ lệ người mắc bệnh ở các nước như Mỹ, Úc, Newzealnad cao hơn so với
các khu vực khác như châu Á và châu Âu.

NGỤY PHAN TÍN

15


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

1.1.4. Tầm soát và chẩn đoán bệnh
Bệnh UTTLT có thể được chữa lành nếu được phát hiện sớm. Để xác định có
bị bệnh hay không, chúng ta cần đi khám và làm các xét nghiệm:
a) Các phương pháp tầm soát bệnh

 Khám trực tràng (Digital Rectal examination - DRE)
Để phát hiê ̣n các bấ t thường về kı́ch thước, thể tı́ch, mâ ̣t đô ̣, các nhân cứng, sự

xâm lấ n qua các cấ u trúc lân câ ̣n quanh tuyến tiền liệt.

 Thử máu tìm kháng nguyên PSA (Prostate specific antigen)
PSA là kháng nguyên đặc hiệu cho tiền liệt tuyến, do các tế bào tiền liệt tuyến
sinh ra khi xảy ra tổn thương ở các tế bào này. Hiện nay, xét nghiệm nồng độ
PSA trong máu là một phương pháp được phổ biến rộng rãi trong chẩn đoán
sớm UTTLT cũng như trong các giai đoạn điều trị để theo dõi tiến trình phát
triển các tế bào ung thư. Giá trị của nồng độ PSA thu được sẽ được phân tích để
đưa ra các kết luận sau:
-

Dưới 4 ng/mL: bình thường không bị mắc bệnh.

-

Từ 4 đế n 10 ng/mL: chưa thể đưa ra được kết luận chính xác về khả năng
mắc bệnh nhưng cầ n theo dõi thêm.

-

Trên 10 ng/mL: đáng nghi ngờ, có khả năng mắ c ung thư cao.

Nếu các triệu chứng thăm khám và xét nghiệm nồng độ PSA đưa ra các kết quả
nghi ngờ về có khả năng mắc bệnh ung thư thì lời khuyên cho các bệnh nhân là
nên đi sinh thiết để có được kết luận chính xác về khả năng mắc bệnh.

 Sinh thiết tuyến tiền liệt
Đây là một phương pháp khá đơn giản. Các bác sỹ sử dụng sinh thiết cốt lõi
dùng kim là phương pháp chính để dò tìm ung thư tiền liệt tuyến. Để đảm bảo
sinh thiết đúng vị trí, kỹ thuật siêu âm được sử dụng là phương pháp xác định

vị trí. Khi sinh thiết, bác sĩ sẽ trích lấy một mẩu nhỏ ở vị trí bị nghi ngờ là các
mô bị ung thư, và sẽ quan sát mô này dưới kính hiển vi để xem có bất cứ tế bào
ung thư nào không.
b) Chẩn đoán bệnh
NGỤY PHAN TÍN

16


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

Sau khi đã đưa ra được kết luận về việc mắc bệnh UTTLT, bệnh nhân cần được
làm thêm các xét nghiệm, thăm khám để đánh giá và xác định giai đoạn ung
thư. Việc chẩn đoán giai đoạn rất quan trọng và không thể bỏ qua. Điều này sẽ
hỗ trợ cho việc lựa chọn các phương pháp điều trị phù hợp. Ngoài việc dựa vào
các triệu chứng lâm sàng, kết quả đo PSA và giải phẫu bệnh, người bệnh cần
được làm thêm một số chẩn đoán hình để có thể phân chính xác giai đoạn của
bệnh.
Các bước của quá trình chẩn đoán:

 Đo nồng độ PSA: nồ ng đô ̣ PSA càng cao thı̀ nguy cơ di căn càng
nhiề u.

 Thang điể m Gleason: Sau khi làm sinh thiết tuyến tiền liệt, một nhà
nghiên cứu bệnh học sẽ xem xét các mẫu dưới kính hiển vi. Nếu có
sự hiện diện của tế bào ung thư, nhà nghiên cứu bệnh học sẽ báo cáo
tình trạng cấp độ của khối u. Cấp độ này cho biết có bao nhiêu tế bào
khối u khác nhau từ các mô tuyến tiền liệt bình thường và cho biết
khối u có khả năng phát triển nhanh như thế nào. Hệ thống Gleason
được sử dụng để chia cấp độ các khối u tuyến tiền liệt (chia giai đoạn

theo kiểu Whitmore-Jewett là một phương pháp khác đôi khi cũng
được sử dụng). Điểm Gleason được xác định bằng cách cho điểm từ
3 đến 5 cho hai loại mô phổ biến nhất trong mẫu sinh thiết. Hai điểm
này được cộng la ̣i để được điể m Gleason từ 2 đến 10. Điểm Gleason
thấp (từ 6 trở xuố ng) đồ ng nghĩa với bệnh ung thư tiế n triể n chậm.
Điểm Gleason cao (từ 8 đế n 10) là mô ̣t cảnh báo về khả năng tiế n
triể n nhanh của căn bệnh. Song song, bác sĩ giải phẫu bê ̣nh cũng sẽ
xem xét thể tích khối bướu chiế m bao nhiêu phầ n trăm thể tıć h tuyế n
tiề n liê ̣t. Nếu bê ̣nh nhân có một khối bướu nhỏ và điểm Gleason thấp,
bác sı ̃ có thể sẽ chọn phương pháp điều trị nhẹ nhàng hơn.

 Chu ̣p cắ t lớp (CT): để đánh giá lan truyền trong khung xương chậu

NGỤY PHAN TÍN

17


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

 Chu ̣p cô ̣ng hưởng từ xoắn ốc nội trực tràng: để xem xét cẩn thận các
nang tuyến tiền liệt và túi tinh.

 Xạ hình xương: giúp phát hiện các di căn vào xương.
Sau khi thực hiện các biện pháp chẩn đoán, UTTLT có thể được chia thành bốn
giai đoạn dựa trên hệ thống phân loại TNM phổ biến hiện này. Các thông tin
của hệ thống này bao gồm kích thước của khối u, số lượng hạch bạch huyết có
liên quan, và sự hiện diện của bất kỳ di căn nào khác. Sự phân biệt quan trọng
nhất đối với bất kỳ hệ thống chia giai đoạn ung thư nào đó là ung thư vẫn còn
nằm giới hạn trong tuyến tiền liệt hay đã di căn ra ngoài. Trong hệ thống TNM,

giai đoạn ung thư lâm sàng T1 và T2 chỉ nằm trong tuyến tiền liệt, còn T3 và
T4 có nghĩa là ung thư đã di căn sang nơi khác.
1.1.5. Điều trị
Mô ̣t khi đã có chẩ n đoán xác đinh
̣ và chẩ n đoán giai đoa ̣n, các bác sı ̃ sẽ đưa ra
các phác đồ điề u tri ̣ thı́ch hơ ̣p cho từng bê ̣nh nhân. Các phương pháp điề u tri ̣
hiê ̣u quả bao gồ m :

 Phẫu thuật
Đây là loại phẫu thuật cắt bỏ toàn bộ tuyến tiền liệt và các mô xung quanh. Phẫu
thuật này được chỉ định khi ung thư vẫn còn khu trú bên trong tiền liệt tuyến,
chưa lan ra ngoài (giai đoa ̣n I và II). Phẫu thuật cắt tiền liệt tuyến có thể thực
hiện bằng mổ hở hoặc mổ nội soi.

 Xạ trị ngoài
Đây là phương pháp điều trị sử dụng tia bức xa ̣ năng lượng cao để tiêu diê ̣t các
tế bào ung thư. Ưu điể m của phương pháp này là hiê ̣u quả và có thể chı̉ đinh
̣
cho mo ̣i giai đoa ̣n bê ̣nh khi cầ n thiế t.

 Liệu pháp nội tiết tố
Nguyên lý của điề u tri ̣ nô ̣i tiế t là triê ̣t tiêu các nô ̣i tiế t tố nam (các Androgen,
trong đó chủ yế u là Testosterone). Khi không còn các nô ̣i tiế t tố nam, bê ̣nh sẽ
thoái triể n. Có 2 phương pháp điề u tri ̣nô ̣i tiế t :

NGỤY PHAN TÍN

18



Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

-

Triê ̣t tiêu nô ̣i tiế t tố nam bằ ng phẫu thuâ ̣t cắ t tinh hoàn. Phẫu thuâ ̣t đươ ̣c
sử du ̣ng nhiề u nhấ t hiê ̣n nay là cắ t tinh hoàn trong vỏ bao, vừa đa ̣t hiê ̣u
quả điề u tri ̣vừa thẩ m my.̃

-

Triê ̣t tiêu nô ̣i tiế t tố nam bằ ng điề u tri nô
̣ ̣i khoa. Bê ̣nh nhân sẽ đươ ̣c dùng
thuố c để triê ̣t tiêu nô ̣i tiế t tố nam. Phương pháp đươ ̣c chı̉ đinh
̣ khi bê ̣nh
nhân từ chố i phẫu thuâ ̣t hoă ̣c khi bê ̣nh nhân có chố ng chı̉ đinh
̣ phẫu thuâ ̣t.

1.1.6. Các chỉ dấu sinh học cho UTTLT
a) Chỉ dấu sinh học (PSA) trong máu
Hiện nay, phương pháp chẩn đoán sớm bệnh UTTLT được sử dụng rộng rãi và
phổ biến là đo nồng độ kháng nguyên đặc hiệu với UTTLT (PSA) toàn phần
trong máu. PSA còn được gọi là gamma-seminoprotein hoặc kallikrein-3
(KLK3), là một enzyme glycoprotein được mã hóa ở người do gen KLK3. PSA
là một thành viên của họ peptidase kallikrein có liên quan và được tiết ra bởi
các tế bào biểu mô của tuyến tiền liệt. Các PSA serine protease đã được phát
hiện trong huyết thanh vào năm 1980. Kể từ đó nó đã tạo một cuộc cách mạng
hóa về việc phát hiện và kiểm soát bệnh UTTLT. Về mặt sinh học, PSA đóng
vai trò cho quá trình tinh dịch hóa lỏng và bài tiết vào huyết tương tinh. Thông
thường, ở nam giới khoẻ mạnh, việc xuất ngược dòng vào máu của PSA là một
hiện tượng rất hiếm thấy. Nhưng trong trường hợp các bệnh nhân nam mắc các

bệnh về tuyến tiền liệt như UTTLT hoặc các bệnh về rối loạn tuyến tiền liệt,
nồng độ PSA trong máu tăng khá cao. Thông thường nồng độ nồng độ PSA
trong huyết thanh người dưới 4 ng/mL. Chỉ khi có sự phá hủy của màng đáy tế
bào biểu mô tuyền tiền liệt mới dẫn đến rò rỉ PSA chảy ngược vào máu. Các
nghiên cứu trước đây đã chỉ ra mối tương quan mạnh mẽ giữa nồng độ PSA
tăng lên bất thường trong huyết thanh và nguy cơ mắc bệnh UTTLT [10, 43]. Từ
những nghiên cứu này người ta đã đưa ra các tiêu chuẩn để có thể sử dụng PSA
như một thông số chẩn đoán nguy cơ mắc bệnh UTTLT nhiều năm trước [10].
Một số nghiên cứu gần đây với số lượng lớn tình nguyện viên tham gia ở Thụy
Điển có các chỉ số PSA từ 0 - 10 ng/mL và lớn hơn 10 ng/mL đã cho thấy không

NGỤY PHAN TÍN

19


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

chỉ các bệnh nhân có nồng độ PSA cao thì mới có tỉ lệ mắc bệnh lớn mà cả
những bệnh nhân có nồng độ PSA thấp cũng có tỉ lệ mắc bệnh khá cao. Tỉ lệ
nhiễm bệnh tăng lên theo sự tăng của PSA trong máu. Và những bệnh nhân có
nồng độ PSA ở dải xám (4 - 10 ng/mL) vẫn có tỉ lệ mắc bệnh đáng kể nhất định
sau một thời gian theo dõi [5]. Qua các nghiên cứu tương tự, các bác sĩ đã xem
xét PSA như là một chỉ dấu liên tục, với khả năng phản ánh nguy cơ mắc bệnh
UTTLT ngày càng lớn. Chính vì thế, PSA bên cạnh việc sử dụng trong chẩn
đoán sớm còn được ứng dụng để theo dõi tiến trình phát triển bệnh một cách lâu
dài.
Tuy nhiên, như đã bàn luận ở các phần trước, PSA mặc dù rất nhạy với bệnh
UTTLT nhưng tính đặc hiệu cao đối với bệnh này không cao, do nồng PSA
trong máu có thể bị tăng lên do các bệnh về tuyến tiền liệt như viêm tuyến tiền

liệt hoặc lành tính tuyến tiền liệt tăng sản [82]. Điều này dẫn đến độ đặc hiệu thấp
và giá trị tiên đoán dương tính thấp nếu một phép đo PSA duy nhất được sử
dụng để dự đoán UTTLT, đặc biệt khi nồng độ PSA nằm trong "vùng xám", 410 ng/mL. Trong các trường hợp nghiên cứu chỉ có khoảng 25% bệnh nhân có
nồng độ PSA cao trong máu là mắc bệnh UTTLT và được chẩn đoán sau khi
thực hiện sinh thiết kiểm tra các tế bào nghi ngờ là tế bào ung thư [7]. Do những
hạn chế như đã nêu trên nên bên cạnh việc nghiên cứu sâu về nồng độ PSA
trong máu, các nhà nghiên cứu còn đang tìm các hướng đi mới cho việc chẩn
đoán và theo dõi UTTLT được tốt hơn.
Các báo cáo trong những năm gần đây cho thấy thay vì chỉ dựa vào việc xác
định nồng độ PSA đơn thuần như ban đầu để chẩn đoán bệnh UTTLT, người ta
còn sử dụng thêm chỉ số %fPSA để tăng độ đặc hiệu của phương pháp chẩn
đoán, đặc biệt là trong dải xám 4-10 ng/mL. Tuy nhiên, các tác giả đã kết luận
rằng chỉ số %fPSA chỉ có giá trị hữu ích khi đạt giá trị cực đoan dưới 7% và bị
ảnh hưởng nếu bệnh nhân mắc bệnh u tuyến tiền liệt lành tính BPH [71]. Vì vậy,
cho đến những năm đầu thế kỷ 21, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các dạng
con khác nhau của fPSA như bPSA có thể làm marker cho bệnh BPH nhưng

NGỤY PHAN TÍN

20


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

không phân biệt được BPH và UTTLT [70]; hay iPSA có thể phân biệt được PSA
và BPH nhưng bị hạn chế về các thử nghiệm thương mại [74]; hoặc proPSA có
tiềm năng rất lớn trong việc tăng độ đặc hiệu của %fPSA, đặc biệt chỉ số [-2]
proPSA đã được FDA đề xuất ứng dụng trong chẩn đoán UTTLT dựa trên sự
kết hợp giữa 3 chỉ số [-2] proPSA, tPSA và fPSA


[52]

. Từ năm 2010, chỉ số

Prostate Health Index phi đã được sử dụng trong chẩn đoán UTTLT và không
mắc UTTLT với những bệnh nhân có chỉ số PSA trong dải 4-10 ng/mL và kết
quả DRE âm tính; đặc biệt, chỉ số này có tiềm năng lớn trong việc phát hiện
UTTLT ác tính [32, 34].
ℎ =

[−2]

√

(1)

Bên cạnh các chỉ số chẩn đoán dựa trên PSA, các nghiên cứu còn xem xét các
chất khác trong họ kallikrein như KLK2 hay KLK11 trong huyết thanh đã thu
được những kết quả khả quan trong việc phát hiện UTTLT, nhưng hiện nay các
chất này thiếu những thử nghiệm thương mại nên khả năng phổ biến rộng rãi là
không chắc chắn.
b) Chỉ dấu sinh học phát hiện trong nước tiểu
Ngoài các nghiên cứu về các chỉ dấu trong huyết thanh, một xu hướng nghiên
cứu chỉ dấu mới phát hiện UTTLT là một số thành phần protein và amoni axit
trong nước tiểu. Phương pháp xác định UTTLT trong nước tiểu có ưu thế đơn
giản, không xâm lấn. Một số nghiên cứu được công bố đã tìm ra một số sự khác
biệt trong thành phần nước tiểu giữa người thường, người mắc bệnh ở giai đoạn
đầu và bệnh nhân ở giai đoạn đã di căn.

 PCA3

PCA3 là một RNA không được mã hóa sang protein, xuất hiện đáng kể trong
UTTLT, mà không có bất kỳ mối tương quan nào với thể tích khối u tiền liệt
tuyến hoặc bệnh tuyến tiền liệt khác (BPH) [30]. PCA3 có thể dễ dàng đo được
trong nước tiểu dựa một bộ khuếch đại mã hóa trung gian (TMA). Định lượng
nồng độ mRNA PCA3 có thể dự đoán kết quả sinh thiết tuyến tiền liệt với một

NGỤY PHAN TÍN

21


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

tốc độ đặc hiệu cao hơn so với PSA và cả với %fPSA

[25]

. Một pháp đồ

nomograms mới dựa trên PCA3 đã được đưa vào ứng dụng trong thực hành lâm
sàng. Kiểm tra PCA3 có thể mang đến sự hỗ trợ cần thiết và quan trọng trong
các tình huống khó khăn mà kết quả kiểm tra PSA không thể đưa ra những chẩn
đoán chính xác với các kết quả sinh thiết tuyến tiền liệt âm tính hay đồng thời
mắc một số bệnh về tuyến tiền liệt khác hoặc trong trường hợp cần kiểm soát
tình trạng bệnh chủ động. Tuy nhiên PCA3 vẫn có những điểm hạn chế khi quy
trình thao tác đo lường phức tạp và đắt đỏ, chưa thể giải quyết được vấn đề độ
nhạy thấp ở dải giá trị PCA cao hay mối quan hệ với thể tích khối u và quá trình
di căn. Mặc dù vậy, PCA3 vẫn thể hiện giá trị chẩn đoán lâm sàng cao trong
những năm gần đây làm tăng khả năng dự đoán. Đặc biệt, một số nghiên cứu đã
chỉ ra rằng khi kết hợp PCA3 kết hợp với các dấu hiệu chẩn đoán khác, độ chính

xác thu được với các trường hợp âm lên đến 99% [28, 75]. Gần đây, kết quả từ các
nghiên cứu lâm sàng có liên quan được so sánh với kiểm tra PSA đã cho thấy
chỉ dấu PCA3 hoàn toàn có thể ứng dụng trong chẩn đoán UTTLT khi kết hợp
với các phương pháp khác như MRI [41].

 Sarcosine
Sarcosine hay còn gọi là N-methyl glysine là chất được sinh ra trong quá trình
chuyển hóa và phân giải Glysine. Các nghiên cứu cho thấy có sự tăng đáng kể
nồng độ sarcosine trong tăng lên khá lớn ở người mắc bệnh so với những bệnh
nhân lành tính [40]. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy sarcosine có
một vai trò đáng kể trong quá trình tiến triển của bệnh UTTLT [18]. Một số báo
cáo đã chỉ ra rằng sarcosine có thể ức chế quá trình di căn của các tế bào UTTLT;
và việc kiểm soát nồng độ sarcosine có ý nghĩa rất lớn trong việc chẩn đoán và
theo dõi tiến trình bệnh [14, 45, 46, 53].
Sự thay đổi nồng độ của sarcosine có thể được tìm thấy đồng thời trong huyết
thanh hoặc trong nước tiểu. Trong những năm vừa qua, một số nghiên cứu về
sarcosine trong huyết thanh đã được thực hiện nhưng kết quả thu được khá hạn
chế. Một số nghiên cứu đã công bố cho thấy sự khác biệt của nồng độ sarcosine
NGỤY PHAN TÍN

22


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

trong máu tại giai đoạn phát triển sớm và di căn của UTTLT. Tuy nhiên, một số
nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng họ không tìm thấy sự khác biệt về nồng độ
sarcosine giữa các giai đoạn phát triển của UTTLT [39, 47]. Tuy nhiên, cũng có
một số nhà nghiên cứu thu được một số kết quả tích cực về ý nghĩa của nồng độ
sarcosine trong máu đối với chẩn đoán UTTLT cho các bệnh nhân có chỉ số

tPSA trong dải dưới 4 ng/mL. Kết quả cho thấy giá trị dự đoán của sarcosine
cao hơn so với dự đoán bằng tPSA và %fPSA [45]. Tuy nhiên, các kết quả nghiên
cứu về mối quan hệ giữa nồng độ sarcosine trong máu và các giai đoạn UTTLT
vẫn cần thêm kết quả kiểm chứng độc lập khác để có thể đưa ra các kết luận
chính xác.
Năm 2009, Sreekumar và nhóm đã công bố kết quả nghiên cứu được công nhận
rộng rãi về vai trò tiềm năng của sarcosine để phát hiện và chẩn đoán UTTLT
[68]

. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các thực nghiệm kiểm tra so sánh khả năng

chẩn đoán chính xác giữa sarcosine và PSA với các bệnh nhân có chỉ số PSA
trong dải xám (4 -10 ng/mL). Kết quả thu được cho thấy sarcosine có chỉ số
AUC cao hơn so với PSA.
Ngược lại, cũng giống như sarcosine trong máu, một nghiên cứu khác cũng thực
hiện các thí nghiệm chứng minh so sánh nồng của sarcosine trong nước tiểu của
các bệnh nhân mắc bệnh UTTLT và không mắc bệnh có nồng độ trung bình
tương đương nhau khoảng 6-7 ng/mL bằng phương pháp sắc ký khí, kết quả thu
được cho thấy nồng độ sarcosine trong các bệnh nhân này là không có sự khác
biệt rõ ràng và giá trị AUC của sarcosine thấp hơn %fPSA nhưng ngang bằng
PSA

[36]

. Do đó hiện nay vẫn chưa thể khẳng định rằng sarcosine có thể ứng

dụng trong chẩn đoán sớm UTTLT.
Trong một báo cáo nghiên cứu về sarcosine, thống kê cho thấy đến năm 2013
đã có 5 báo cáo về sarcosine trong mô khối u, 31 báo cáo về sarcosine trong
huyết thanh và 78 báo cáo về sarcosine trong nước tiểu. Các kết quả nghiên cứu

cho thấy vai trò của sarosine trong chẩn đoán và theo dõi UTTLT. Tuy các kết
quả còn có những tranh cãi về khả năng chẩn đoán sớm của sarosine. Tuy nhiên

NGỤY PHAN TÍN

23


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

một số các báo cáo gần đây đã cho thấy sarcosine có sự khác biệt lớn về nồng
độ trong nước tiểu giữa người lành, người mắc bệnh UTTLT và những người bị
UTTLT di căn [14, 40]. Điều này cho thấy sarcosine có tiềm năng lớn trong việc
theo dõi và kiểm soát bệnh UTTLTvà cần phải được nghiên cứu cẩn trọng và
sâu hơn nữa.
1.2.

Công nghệ polymer in phân tử (Molecular Imprinted Polymer-MIP)

1.2.1. Tổng quan về công nghệ MIP
Công nghệ polymer in phân tử (MIP) là một kỹ thuật cho phép chế tạo các đầu
thu sinh học nhân tạo bằng cách tổng hợp các chuỗi polymer nhằm thay thế các
đầu thu sinh học tự nhiên như enzyme hay kháng thể, v.v.v. Công nghệ này
được nghiên cứu và phát triển dựa trên các cơ chế tương tác của enzyme với cơ
chất hay các cơ chế tương tác kháng nguyên-kháng thể trong một số trường hợp
đặc thù. Để phát triển và hoàn thiện công nghệ MIP, nhiều bí mật về hệ thống
miễn dịch cũng như các phản ứng miễn dịch và các cơ chế tương tác sinh học
đã được các nhà nghiên cứu làm sáng tỏ.
Trong các tương tác sinh học như tương tác giữa các cặp kháng nguyên-kháng
thể hay tương tác giữa enzyme và cơ chất của nó, tính đặc hiệu, độ chọn lọc của

các tương tác này phụ thuộc mạnh không những vào số lượng và độ mạnh yếu
của các liên kết mà còn liên quan chặt chẽ đến cấu trúc ba chiều của các protein.
Về bản chất, kháng thể hay các enzyme là các phân tử protein có kích thước
lớn, được tạo thành từ các chuỗi amino axit mạch dài mà trình tự sắp xếp của
chúng được quy định bởi mã gen. Một số chuỗi protein phức còn chứa thêm các
gốc đường, lipid hoặc các nhóm photphat để đảm nhiệm các chức năng khác
nhau trong cơ thể. Chính vì đặc tính phức tạp về cấu trúc hình dạng này của
kháng nguyên kháng thể và enzyme nên các tương tác của chúng rất đa dạng,
không trùng lặp, có độ đặc hiệu và tính chọn lọc cao đối với nhóm chức sinh
học cũng như các chất hoá học [61].
Chính vì vậy, các tương tác sinh học giữa kháng - nguyên kháng thể hay các
tương tác tương tự đã giúp các nhà khoa học sáng tạo ra nhiều kỹ thuật mới

NGỤY PHAN TÍN

24


Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cảm biến phát hiện sarcosine bằng công nghệ polymer in phân tử (MIP)

trong sinh học, hóa học (phân tích) và y học. Các nhà khoa học đã ứng dụng
những hiểu biết trong lĩnh vực này để phát triển các công thức tiêm chủng, các
công cụ phân tích mới (ví dụ, xét nghiệm miễn dịch, sắc ký kháng nguyênkháng thể, cả hai đều dựa trên kháng thể cố định) hoặc các cách tiếp cận mới
trong việc tổng hợp và xúc tác (ví dụ dựa trên kháng thể xúc tác). Tuy rằng các
kết quả đạt được rất khả quan nhưng họ cũng đã sớm nhận thấy những hạn chế
của các phương pháp mới. Hầu như tất cả các vật liệu sinh học được sử dụng
cho thấy các vấn đề về khả năng ổn định trong các môi trường có điều kiện cực
đoan về nhiệt độ hoặc độ pH hay trong các dung môi hữu cơ hay các quá trình
tiêu hóa bằng vi sinh vật và tác nhân phân hủy nói chung. Do đặc tính sinh học
vượt trội của kháng nguyên - kháng thể nên chúng dễ bị phân hủy trong các môi

trường cực đoan dẫn đến hạn chế ngăn ứng dụng trong một số trường hợp. Thêm
nữa, các vật liệu sinh học tự nhiên này còn rất đắt đỏ, thời gian sống ngắn, cần
các điều kiện bảo quản phức tạp và khắt khe nên khả năng linh động trong ứng
dụng rất hạn chế [1, 31, 57]. Ngoài ra, chúng ta cũng không thể chế tạo ra các kháng
thể để chống lại các chất độc cũng như các chất ức chế miễn dịch do ảnh hưởng
bất lợi của chúng lên cơ chế phản ứng miễn dịch [77].
Công nghệ MIP ra đời chính là để giải quyết những hạn chế này của các tương
tác sinh học tự nhiên. Về cơ bản, công nghệ MIP vẫn giữ nguyên các nguyên
tắc đặc trưng sinh học nhưng phương pháp lại được thực hiện hoàn toàn bằng
phương pháp hoá học.
1.2.2. Nguyên lý đánh dấu phân tử
In phân tử, MI, là một kỹ thuật tổng hợp các chuỗi polymer mô phỏng các đầu
thu sinh học, ví dụ như các kháng thể hoặc các enzyme [12, 80]. Về cơ bản, MIP
được tạo từ năm thành phần khác nhau: mẫu (chất) cần phân tích, monomer
chức năng, thành phần liên kết chéo, thành phần làm xốp và thành phần khởi
tạo. Trong đó, hai yếu tố cuối xác định hình thái học của polymer. Trong hình
1.1 trình bày các bước quy trình công nghệ chế tạo MIP. Đầu tiên, phân tử mẫu
(các kháng nguyên hoặc chất phân tích) được kết hợp với các monomer chức

NGỤY PHAN TÍN

25