Tên đề tài luận án: Nghiên cứu phát triển hệ vi lưu tích hợp cảm biến không dây LC định hướng trong xét nghiệm y sinh

1. Họ và tên nghiên cứu sinh: Hoàng Bảo Anh                                       2. Giới tính: Nữ

3. Ngày sinh: 04/08/1995                                                                         4. Nơi sinh: Hà Nội

5. Quyết định công nhận nghiên cứu sinh số:1200/QĐ-CTSV, ngày 29 tháng 12 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

6. Các thay đổi trong quá trình đào tạo:

7. Tên đề tài luận án: Nghiên cứu phát triển hệ vi lưu tích hợp cảm biến không dây LC định hướng trong xét nghiệm y sinh

8. Ngành đào tạo: Kỹ thuật điện tử                                                             9. Mã số: 9520203

10. Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Bùi Thanh Tùng

Thông tin luận án Tiến sĩ của NCS Hoàng Bảo Anh (tiếng Anh)

11. Tóm tắt các kết quả mới của luận án: 

Luận án tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển một hệ thống vi lỏng có tích hợp cảm biến cộng hưởng LC (cuộn cảm và tụ điện), với khả năng phân tích hiệu quả các loại dung dịch khác nhau, hướng đến ứng dụng trong phân tích và xét nghiệm y sinh không nhãn. Luận án đã xây dựng mô hình toán học cảm biến LC, và tiến hành thực nghiệm nghiên cứu trên một số đối tượng cụ thể như: dung dịch Natri Clorua (NaCl) và Kali Clorua (KCl), đóng vai trò là một dung dịch điện ly, giúp đánh giá hiệu năng cơ bản của các cấu trúc cảm biến được thiết kế, kiểm chứng nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện và hằng số điện môi; Protein, là chỉ dấu sinh học, nhằm đánh giá khả năng phát hiện và định lượng protein.

Luận án đã áp dụng một cách tiếp cận đa phương pháp, từ nghiên cứu lý thuyết, tổng quan tài liệu đến tính toán thiết kế mô phỏng và chế tạo thực nghiệm và đo đạc kiểm chứng. Nền tảng lý thuyết được xây dựng dựa trên các nguyên lý của cảm biến điện dung, cấu trúc cộng hưởng LC thụ động không dây, và nguyên lý phát hiện độ dẫn không tiếp xúc. Phương pháp chế tạo thực nghiệm là sự kết hợp linh hoạt giữa công nghệ in 3D (để tạo khuôn mẫu dương bản), kỹ thuật đúc mềm (sử dụng PDMS và sau đó là PMMA cho kênh dẫn vi lưu), và công nghệ mạch in PCB (để tạo các vi điện cực và cuộn cảm phẳng). Mô phỏng số được thực hiện bằng phần mềm COMSOL Multiphysics, sử dụng các module Tần số Vô tuyến (RF) và Tĩnh điện (Electrostatics) để phân tích, dự đoán hành vi và tối ưu hóa thiết kế cảm biến trước khi chế tạo. Cuối cùng, hệ thống đo lường thực nghiệm được thiết lập với máy phân tích mạng vector (VNA) để đo hệ số phản xạ S₁₁ và xác định tần số cộng hưởng, bơm tiêm điện để dẫn dòng dung dịch, cùng phần mềm điều khiển tùy chỉnh để tự động hóa thu thập và phân tích dữ liệu.

Luận án đã đưa ra một số kết quả và đóng góp mới, bao gồm:

• Đề xuất một hệ thống vi lưu tích hợp cảm biến cộng hưởng LC đồng phẳng, có khả năng hoạt động trong môi trường dung dịch và đáp ứng yêu cầu phân tích không nhãn đối với mẫu sinh học.
• Xây dựng và hoàn chỉnh mô hình giải tích mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống cảm biến, góp phần làm rõ cơ chế tương tác giữa mẫu và mạch cộng hưởng.
• Thực hiện chế tạo, đo đạc và đánh giá thực nghiệm cảm biến, kiểm chứng được tính đúng đắn của mô hình và hiệu quả hoạt động của hệ thống đối với các mẫu sinh học cụ thể.

Các kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa khoa học, góp phần vào hiểu biết về tương tác trường điện từ với vi lỏng, cung cấp dữ liệu giá trị cho các nghiên cứu tiếp theo, đặt nền móng cho việc phát triển các thiết bị xét nghiệm tại chỗ (POCT) nhỏ gọn, nhanh chóng, chi phí thấp cho chẩn đoán y sinh, phân tích hóa học và giám sát môi trường. Công nghệ cảm biến được phát triển đã chứng minh độ nhạy, độ lặp lại và độ chính xác tốt, cùng với khả năng tiểu hình hóa, phân tích không nhãn và phát hiện không dây/không tiếp xúc, đáp ứng nhu cầu cấp thiết của các ứng dụng hiện đại.

12. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: (nếu có)

13. Những hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu, phát triển tập trung vào việc nâng cao cả hiệu năng lẫn tính ứng dụng thực tiễn của hệ thống.

• Cải thiện hệ số phẩm chất (Q-factor) của bộ cộng hưởng nhằm tăng độ nhạy phát hiện và giảm thiểu nhiễu, từ đó nâng cao độ chính xác của phép đo.
• Nghiên cứu, phát triển cảm biến để phân tích các biến thể bên trong tế bào sẽ tạo điều kiện cho các ứng dụng chẩn đoán sinh học phức tạp hơn.
• Tối ưu hóa quy trình chế tạo để giảm chi phí và nâng cao khả năng sản xuất hàng loạt , giúp chuyển giao công nghệ từ phòng thí nghiệm sang quy mô thương mại và đáp ứng nhu cầu xét nghiệm y sinh trong thực tế lâm sàng.

14. Các công trình đã công bố có liên quan đến luận án:

• Hoang Bao Anh, Nguyen Canh Viet, Tran Thi Thuy Ha, Pham Van Thanh, Do Trung Kien, Chu Duc Trinh, Bui Thanh Tung, Do Quang Loc, A Wireless Passive Conductivity Detector for Fluidic Conductivity Analyzation in Microchannel, JST: Engineering and Technology for Sustainable Development, vol. 1, no. 2, pp. 89–94, April, doi: 10.51316/jst.149.etsd.2021.1.2.15.
• Bao-Anh Hoang, Hang Tran Thanh, Ha Nguyen Thi Ngoc, Thao Pham Ngoc, Kien Do Trung, Ngoc-Thanh Le, Tran-Thuy Nguyen, Trinh Chu Duc, Tung Thanh Bui, Loc Do Quang, A Wireless Passive Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection (WPC4D) for Microfluidic Flow Monitoring, 2021 IEEE Sensors, Sydney, Australia, 2021, pp. 1-4, doi: 10.1109/SENSORS47087.2021.9639815.
• Bao-Anh Hoang, Van-Anh Bui, Kien Do Trung, Hang Bui Thu, Trinh Chu Duc, Tung Thanh Bui & Loc Do Quang (2023) Development of a wireless passive capacitively coupled contactless conductivity detection (WPC4D) for fluidic flow detection utilizing 3D printing and PCB technologies, Instrumentation Science & Technology, 51:6, 591-609, DOI: 10.1080/10739149.2023.2182791 (Q3)
• Nhu Cuong Nguyen, Bao Anh Hoang, Trung Kien Do, Thanh Tung Bui, Duc Trinh Chu, Quang Loc Do, Development of a PCB-based passive capacitive sensor for fluidic flow detection, Vietnam Journal of Science, Technology and Engineering, 65(3), 8-13. https://doi.org/10.31276/VJSTE.65(3).08-13.
• Do Quang and Hoang Bao Anh, “Development of a passive wireless sensor for fluidic detection and characterization utilizing the PCB-based coplanar electrode (PCE) configuration”, JMST, vol. 96, no. 96, pp. 116–123, Jun. 2024.
• Bao-Anh Hoang, Thi Bich Ngoc Nguyen, Thuy Ha Tran Thi, Phu Nguyen Van, Tung Thanh Bui, Tuan Vu Quoc, “PCB-Based Wireless Biomicrofluidic Device for Biochemical Detection toward Point-of-Care Applications,” 2024 International Conference on Intelligent Cybernetics Technology & Applications (ICICyTA), Bali, Indonesia, 2024, pp. 814-818, doi: 10.1109/ICICYTA64807.2024.10913224.
• Bao Anh Hoang, Tuan Vu Quoc, Bui Thu Hang, Nhung Le Thi Hong, Hieu Luong Trung, Phu Nguyen Van, Thanh Pham Van, Kien Do Trung, Loc Do Quang, Tung Thanh Bui, A Non-Contact Lab-on-PCB Platform for Label-Free Protein Detection via Resonance Frequency Bandwidth (đang submit tạp chí Sensors and Actuators A: Physical).