BỘ CƠNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:X (X Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS (core/shell) định hướng ứng dụng y sinh học Mã số đề tài: 184.HH01 Chủ nhiệm đề tài: ThS Bùi Thị Diễm Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Hóa học TP Hồ Chí Minh, 1/2019 PHẦN I THƠNG TIN CHUNG ĐỀ TÀI I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:X (X Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS (core/shell) định hướng ứng dụng y sinh học 1.2 Mã số: 184.HH01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên ThS Bùi Thị Diễm Đơn vị công tác Vai trị thực đề tài Trường ĐH Cơng Chủ nhiệm, chịu trách nhiệm toàn nghiệp TP.HCM hoạt động, cơng việc đề tài 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Hóa học 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018 1.5.2 Gia hạn (nếu có): 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): khơng có (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản lý) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 22,0 triệu đồng II Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề 2.1.1 Tính cấp thiết việc thực đề tài Các hạt nano phát quang (luminescent quantum dot) nghiên cứu tổng hợp nhiều phương pháp khác nhau, ứng dụng nhiều lĩnh vực khác sinh y học thiết bị quang điện Căn vào tính chất huỳnh quang hạt nano phát quang mà chúng trở thành nguồn vật liệu cho việc chế tạo cảm biến sinh học sở độ nhạy tính chất quang học sau gắn kết kháng thể với hạt nano phát quang qua hiệu ứng truyền điện tử cộng hưởng Có nhiều nghiên cứu giới tổng hợp hạt nano phát quang dựa nguyên tố từ ca-đi-mi (Cd) cho hiệu suất phát quang cao, nhiên ca-đi-mi lại độc hại bị viii hạn chế việc ứng dụng môi trường sinh học thải bên ngồi gây nhiễm mơi trường sau sử dụng Do đó, nguyên tố khác nghiên cứu để thay vật liệu ca-đi-mi nano phát quang kẽm (Zn) tạo lớp vỏ (shell) bao phủ bên lõi hạt nano để tạo thành hạt core/shell hạt nano phát quang cấu trúc đa lớp (core/multi-shell) Các hạt hạt nano phát quang dựa nguyên tố Zn có pha tạp kim loại bền nhiệt, bền hóa học có tính quang điện tốt, thời gian sống lâu hiệu suất huỳnh quang cao Khi thay đổi nồng độ kim loại hạt nano phát quang làm dãy màu thay đổi nên việc ứng dụng để dị tìm bệnh, virus dùng quang điện tử thuận lợi Tuy nhiên phương pháp tổng hợp dừng lại phương pháp hữu dựa mặt thuận lợi bất lợi nghiên cứu cho sản phẩm phương pháp khác có tính kinh tế, hóa học xanh, bảo vệ mơi trường hướng tới ứng dụng y sinh học Từ lý sở trang thiết bị sẵn có Khoa Cơng Nghệ Hóa Học Viện Khoa Học Vật Liệu, chọn đề tài nghiên cứu là: "Nghiên cứu tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:X (X Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS, (core/shell) định hướng ứng dụng y sinh học” 2.1.2 Tổng quan hạt nano phát quang khả ứng dụng chúng Vi khuẩn E.coli O 157: H7 S.aureus kháng methicillin (MRSA) tác nhân gây bệnh thường gặp Theo nghiên cứu tác giả Bùi Thế Hiền (2001), số tác nhân gây ngộ độc thực phẩm, E.coli chiếm 70% MRSA chiếm 45,24% trường hợp nhiễm trùng Tp.HCM (Tạp chí y học dự phịng, tập XXI, số (124)), tác nhân gây nhiễm trùng bệnh viện, cộng đồng nguy hiểm khả gây tử vong cao cho bệnh nhân, tiêu tốn nhiều thời gian điều trị Để phát vi khuẩn này, phương pháp nuôi cấy truyền thống sử dụng chuẩn vàng, nhiên, cần – ngày thu kết mong muốn Nhiều phương pháp sinh học phân tử PCR (polymerase chain reaction), realtime PCR, pentaplex PCR áp dụng để phát nhanh vi khuẩn S.aureus MRSA E.coli O 157: H7… (D Jonas, 2002; Hassanain Al-Talib, 2009; Ralf M Hagen, 2005) Tuy nhiên, kết âm tính giả ghi nhận nhiều trường hợp có số thành phần ức chế phản ứng ix PCR dùng phương pháp phát trực tiếp vi khuẩn mẫu bệnh phẩm thực phẩm Để giải vần đề trên, nay, ứng dụng công nghệ nano y sinh đầu tư nghiên cứu, hướng ứng dụng chẩn đoán nhanh tác nhân vi sinh gây bệnh kỹ thuật nano Phát nhanh xác tác nhân gây bệnh nhu cầu tất yếu bối cảnh Việt Nam, mà số trường hợp nhiễm trùng bệnh viện ngộ độc thực phẩm ngày gia tăng Việc chẩn đoán nhanh, tác nhân góp phần hỗ trợ cơng tác điều trị cho bác sĩ lâm sàng, góp phần định hướng cơng tác phòng chống dịch bệnh cho khối y tế dự phòng hết bệnh nhân nhận phác đồ điều trị nhanh, góp phần cải thiện sức khỏe Các hạt nano phát quang (LNPs) nghiên cứu tổng hợp nhiều phương pháp khác ngồi nước Trong có phương pháp chính: tổng hợp mơi trường hữu cơ, phương pháp tổng hợp chuyển pha từ hữu đến pha nước mơi trường nước Trong đó, LNPs phân tán tốt môi trường nước dễ phân tán hệ đệm sinh học thông qua chất ổn định bề mặt với nhóm chức –SH (gắn với LNPs) – COOH (liên kết với phân tử nước), dễ dàng tương tác với tác nhân sinh học kháng thể, tế bào sinh học Các hạt nano sau tương tác với tác nhân sinh học cho tín hiệu phát quang khác so với phát quang đặc trưng chúng (Wing-Cheung Law, 2009) Do đó, quy trình phát vi khuẩn việc chế tạo cảm biến sinh học dựa sở độ nhạy hệ vật liệu huỳnh quang sau gắn kết kháng thể với LNPs qua hiệu ứng truyền điện tử cộng hưởng (Förster resonance energy transfer - FRET) từ LNPs đến chất cầu nối tác nhân sinh học (vi khuẩn, tế bào hay ADN) Để đáp ứng nhu cầu tương thích sinh học tăng hiệu suất phát quang hệ nano phát quang liên hợp với kháng thể, cấu trúc lõi/vỏ ZnSe:X/ZnS định hướng nghiên cứu tổng hợp môi trường nước, sử dụng chất ban đầu đơn giản thay dùng hợp chất – kim dung môi hữu độc hại Kỹ thuật nhóm tác giả Bich Thi Luong, Nakjoong Kim Đại Học Hanyang, Hàn Quốc xây dựng (Bich Thi Luong , 2012) Tuy nhiên kết chưa đưa vào nghiên cứu nhằm ứng dụng việc phát vi khuẩn x 2.1.2 Tình hình nghiên cứu nano phát quang ngồi nước: • Ngồi nước: Phương pháp Tác giả Zhong Li, Chaoqing Dong, Lichuan Tang, Xin Zhu, Hongjin Chen and Jicun Ren* Bắt kháng thể (Thực ba bước, phải rửa CdTe/CdS/ZnS bước tiến hành), E.Halpert, J G Panzer, bị chết thời gian ngắn (1 giờ) Wood, Jonathan Moungi Môi trường nước nhiệt độ 140 Vanessa Matthew Ứng dụng Sản phẩm - Bắt kháng Dung môi hữu cơ kim Bawendi ZnSe/ZnS:Mn/Zn thể - Dùng đèn huỳnh quang and Vladimir Bulovic Môi trường nước Bohua Dong, Lixin Cao, Ge Su and Wei Liu (Thực hai bước, ZnSe/ZnS phải rửa Dị tìm chửa bệnh bước tiến hành) Bich Thi Luong, Eunsu Hyeong, Seokhwan Ji and Nakjoong Kim • Mơi trường nước (Thực ba bước, không rửa ZnSe/ZnS:Mn/ZnS Chưa ứng dụng bước tiến hành) Trong nước: Tác giả Phương pháp Dieu Thuy Ung Thi, Kim Chi Môi trường nước (Thực tran Thi, Thu Nga Pham, Duc ba bước, phải rửa Nghia Nguyen2, Duy Khang bước tiến hành), Dinh3 and Quang Liem Nguyen nhiệt độ 140 xi Sản phẩm CdTe CdSe Ứng dụng Nông nghiệp Tác giả Phương pháp Nguyen Thi Minh, Nguyen Hong Quang and Nguyen Thi Sản phẩm CdSe; Dung môi hữu cơ kim Weon-Sik, Ung Dieu Thuy, Quang Liem Nguyen Duc Nhat, Pham Thu Nga and trường Chấm lượng Phát virut Môi trường nước Nguyen Ngoc Hai, Nguyen Hai Yen, Dương Thi Giang, Nguyen Dừng lại nghiên cứu từ CdSe: Mn Quynh Hoa Ứng dụng tử đơn bán gây bệnh dẩn (H5N1) Hệ phối trộn Dung môi hữu cơ kim Dao Tran Cao chấm lượng tử Dùng cảm biến sinh học CdZnSe/ZnS Vì vậy, đề tài này, tơi tiến hành tổng hợp chấm lượng tử phát quang dựa nguyên tố Zn độc hại sử dụng phương pháp tổng hợp môi trường nước, xu hướng tổng hợp thân thiện môi trường, điều kiện phản ứng đơn giản tiết kiệm chi phí Phương pháp tổng hợp có sử dụng chất hoạt động bề mặt Polyvinyl alcohol (PVA), 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), Hồ tinh bột nhằm hỗ trợ trình phân tán, tăng cường độ phát quang đặc biệt tăng khả thích ứng sinh học cho q trình ứng dụng để nghiên cứu phát nhanh vi khuẩn, vi rút, nấm gây bệnh Quantum Dot tổng hợp dựa nguyên tố Zn có pha tạp kim loại (Mn, Cu, Ag) để tăng cường độ phát quang 2.2 Mục tiêu a Mục tiêu tổng quát: - Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:X (X Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS - Đánh giá khả ứng dụng hạt nano phát quang y sinh học b Mục tiêu cụ thể: xii - Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe môi trường nước - Khảo sát ảnh hưởng kim loại nồng độ kim loại Mn, Ag, Cu đến tính chất hạt nano phát quang ZnSe: X (X có thề Mn, Ag, Cu) - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình tổng hợp vật liệu nano - Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt (Polyvinyl alcohol (PVA), 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), Hồ tinh bột đến số tính chất vật liệu như: cấu trúc tinh thể, kích thước hạt đặc biệt tính chất quang - Khảo sát hàm lượng tối ưu kim loại pha tạp để mẫu có tính chất quang tốt - Tổng hợp hạt core/shell để tạo vật liệu có độ bền tính chất quang tốt - Đánh giá khả ứng dụng hạt nano có tính chất quang tốt lĩnh vực y sinh học 2.3 Phương pháp nghiên cứu Quy trình tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe:X/ZnS trình bày hình Thuyết minh quy trình: Chuẩn bị hệ phản ứng: bình cầu cổ có chứa hỗn hợp dung dịch sau: 10 ml kẽm acetate 0.1 M, V ml dung dịch muối kim loại X 0.1 M (thể tích dung dịch kim loại X thay đổi theo hàm lượng % kim loại pha tạp), 90 ml nước cất, V ml dung dịch chất hoạt động bề mặt 0.1 M Hệ phản ứng khuấy trộn đuổi khơng khí khí N2 30 phút, pH dung dịch 7, gia nhiệt độ hệ phản ứng lên 90oC Dung dịch NaHSe điều chế từ bột Se, NaBH4, nước môi trường chân không Cân 0.04 g Se 0.0386 g NaBH4 cho vào bình phản ứng, rút hết khơng khí bình Tiêm nhanh 0.3 ml nước cất vào bình phản ứng, phản ứng xảy tức tạo thành dung dịch suốt ta thu dung dịch NaHSe xiii Hình 1: Sơ đồ quy trình tổng hợp nano phát quang ZnSe:X/ZnS Phương trình phản ứng: 4NaBH4 + 2Se + 7H2O → 2NaHSe + Na2B4O7 + 14H2 Tiêm nhanh dung dịch NaHSe điều chế vào hỗn hợp phản ứng trên, tiếp tục khuấy trộn nhiệt độ 90oC h Phương trình phản ứng chính: Zn2+ + HSe- + OH- → ZnSe + H2O Giai đoạn bọc vỏ cần chuẩn bị: khuấy 0,1817g Zn(OAC)2.2H2O 0,1992 g Na2S.9H2O 10 ml H2O cho dung dịch vào bình phản ứng khuấy tiếp tục 1h Sản phẩm thu sau phản ứng để dung dịch 24h để ổn định cấu trúc tinh thể Sau tiến hành ly tâm để tách phần dung dịch, phần sản phẩm rắn rửa isopropyl alcohol – lần để khô tự nhiên thu sản phẩm chuẩn bị cho việc phân tích sản phẩm xiv Phương pháp đo phân tích mẫu: − Chiếu đèn UV: Xác định nhanh hạt nano có phát sáng bị kích thích hay khơng − Phương pháp đo độ hấp phụ electron (UV): Cho biết khả hấp thu xạ phụ thuộc vào bước sóng hay tần số − Phương pháp đo phổ huỳnh quang (Photoluminescence, PL): công cụ để nghiên cứu cấu trúc điện tử tâm định xứ (đôi phức tạp) trình truyền lượng tâm khác chất bán dẫn − Phương pháp đo phổ hồng ngoại IR: Sử dụng để xác định định tính (nhận biết chất), phân tích định lượng đặc biệt xác định cấu trúc phân tử − Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD): xác định thành phần − Kính hiển thị điện tử truyền qua (TEM): Sử dụng chùm điện tử có lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng sử dụng thấu kính điện tử để tạo thành ảnh có độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh tạo màng huỳnh quang, hay film quang học, hay ghi nhận máy chụp kỹ thuật số Độ tương phản ảnh hiển vi điện tử chủ yếu xuất phát từ khả tán xạ điện tử vật liệu 2.4 Tổng kết kết nghiên cứu Nghiên cứu đạt kết sau đây: - Xây dựng thành cơng quy trình chế tạo chấm lượng tử phát quang - Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:X, (X có thề Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS môi trường nước - Khảo sát ảnh hưởng kim loại nồng độ kim loại Mn, Ag, Cu đến tính chất hạt nano phát quang ZnSe: X (X có thề Mn, Ag, Cu) - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình tổng hợp vật liệu nano - Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt (Polyvinyl alcohol (PVA), 3- Mercaptopropionic Acid (MPA), Hồ tinh bột) đến số tính chất vật liệu như: cấu trúc tinh thể, kích thước hạt đặc biệt tính chất quang - Khảo sát hàm lượng tối ưu kim loại pha tạp để mẫu có tính chất quang tốt xv - Tổng hợp hạt core/shell để tạo vật liệu có độ bền tính chất quang tốt - Đánh giá khả ứng dụng hạt nano có tính chất quang tốt lĩnh vực y sinh học 2.5 Đánh giá kết đạt kết luận - Tổng hợp hạt nano phát quang (QDs) ZnSe, ZnSe:X, (X Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS sử dụng chất ổn định (Polyvinyl alcohol (PVA), 3Mercaptopropionic Acid (MPA), Hồ tinh bột dung mơi nước Quy trình tổng hợp QDs sử dụng dung mơi nước, thời gian tổng hợp ngắn, không dùng dung môi hữu độc hại, tiết kiệm lượng nên thân thiện môi trường Chất ổn định (Polyvinyl alcohol (PVA), 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), hồ tinh bột) có tác dụng hỗ trợ q trình phân tán hạt nano phát quang nước tương thích với tế bào sinh học - Các hạt nano phát quang ZnSe: Mn, ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định (Polyvinyl alcohol (PVA), 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), hồ tinh bột) thu có màu phát quang vàng cam đỏ cam chiếu ánh sáng đèn UV-365 nm Các QDs ZnSe: Ag ZnSe:Cu sử dụng chất ổn định 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), thu có màu phát quang vàng chanh chiếu ánh sáng đèn UV-365 nm - Khi thay đổi nồng độ kim loại pha tạp từ 1% đến 11% khơng ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể ZnSe:X (X: Mn, Ag, Cu) Cấu trúc hạt cấu trúc giả kẽm Quantum dot ZnSe:Mn có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Mn pha tạp 5% Quantum dot ZnSe:Cu có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Cu pha tạp 3% Quantum dot ZnSe:Ag có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Ag pha tạp 1% Các hạt nano phát quang ZnSe:Mn có thời gian sống (phát quang) lâu hạt nano ZnSe:Cu ZnSe:Ag - Các hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định 3Mercaptopropionic Acid (MPA) có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Mn pha tạp 5% kích thước khoảng 10 nm Các hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định Polyvinyl alcohol (PVA) có cường độ phát huỳnh quang tốt tốt nồng độ Mn pha tạp 3% kích thước khoảng 18,56 nm Các QDs xvi Phổ hồng ngoại FT-IR sử dụng để xác định xem PVA có phủ bề mặt hạt QDs hay không Ở hình 4.66, cho ta thấy nhóm phổ PVA hạt QDs, mũi 3422 cm-1 mũi gốc –OH Từ ta kết luận, PVA phủ bề mặt hạt QDs Hình 4.67: Giản đồ XRD hạt QDs:ZnSe:Mn/ZnS thay đổi lượng Mn pha tạp Dựa vào giản đồ XRD hình 4.67, thể cấu trúc tinh thể hạt QDs ZnSe:Mn/ZnS-PVA Ta thấy rằng, việc thay đổi hàm lượng chất hoạt động bề mặt hay nồng độ Mn pha tạp không làm thay đổi cấu trúc hạt QDs tổng hợp Khi so sánh với giản đồ chuẩn Zinc-Blende ta thấy giản đồ hạt QDs có xuất mũi nhiễu xạ vị trí 27.37o, 45.47o, 53.85o tương ứng với mặt phẳng (111), (220), (311); từ ta kết luận hạt QDs hình thành nên cấu trúc lập phương tinh thể (cấu trúc giả kẽm Zinc-Blende) Hình 4.68: Hình ảnh TEM hạt QDs: ZnSe:Mn3%/ZnS-PVA 118 Hình 4.68 kết chụp TEM hạt QDs ZnSe:Mn3%/ZnS-PVA Dựa vào kết chụp TEM thu ta thấy hạt có kích thuớc trung bình 18,56 nm Hình 4.68 cho ta thấy hạt phân tán tốt Sau tổng hợp Quantum Dot cấu trúc ZnSe:Mn, dựa phát huỳnh quang chọn mẫu phát quang mạnh tiến hành bọc thêm lớp vỏ ZnS bên So sánh phổ UV-Vis mẫu ZnSe:Mn 5% ZnSe:Mn3%/ZnS Phổ huỳnh quang hình 4.69 cho ta thấy cường độ phát quang Quantum Dots tăng cường cách rõ rệt sau pha tạp Mn tạo thêm lớp vỏ ZnS bên so với ZnSe ban đầu Điều giải thích, tạo thêm lớp vỏ ZnS bên tượng ion hố QD khơng xảy ra, hàng rào lớp vỏ bao quanh lõi nano tinh thể giới hạn hạt tải bị bẫy bắt bề mặt việc thêm lớp vỏ chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn (như ZnS) làm tăng hiệu suất lượng tử cải thiện độ bền chúng Mũi huỳnh quang cực đại ZnSe:Mn/ZnS chủ yếu yếu tố pha tạp Mn, cường độ phát quang mạnh Hình 4.69: Phổ PL mẫu ZnSe:Mn 5% ZnSe:Mn3%/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt PVA Phần D: Đánh giá khả tương thích nano phát quang với kháng thể kỹ thuật SDS - pages Phân tích hệ thống Mini-Protean tetra cell Sau tổng hợp hạt nano phát quang, khảo sát yếu tố ảnh hưởng: kim loại - nồng độ kim loại pha tạp, yếu tố ảnh hưởng tới trình tổng hợp (như nhiệt độ , pH thời gian phản ứng), khảo sát ảnh hưởng chất ổn định bề mặt (như MPA, hồ tinh bột PVA) ta chọn mẫu có tính chất quang tốt ZnSe:Mn3%/ZnS hồ tinh bột, ZnSe:Mn5% MPA, ZnSe:Mn5% MPA ZnSe:Mn3%/ZnS PVA để bước đầu đánh giá khả ứng dụng hạt nano lĩnh vực y sinh học 119 4.8 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp: Sử dụng phương pháp khuếch tán thạch cách pha loãng bậc 10 nồng độ vi khuẩn cho tiếp xúc với QD khơng pha lỗng để kiểm tra độc tính Mẫu vật liệu: Các hạt QD tổng hợp Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, đánh số theo thứ tự từ đến Hình 4.70: Hình ảnh hạt nano phát quang 1, 2, 3, dười ánh sáng thường Trong đó: - Mẫu số 1: Dung dich QD ZnSe:Mn3%/ZnS Starch - Mẫu số 2: Dung dich QD ZnSe:Mn5%/ZnS MPA - Mẫu số 3: Dung dich QD ZnSe:Mn5% MPA - Mẫu số 4: Dung dich QD ZnSe:Mn3%/ZnS PVA Dung dịch số bị tủa nhiệt độ phịng thí nghiệm, mẫu lưu trữ thời gian tuần Chủng vi khuẩn chuẩn: - Chủng chuẩn E.coli O 157 : H7 - Chủng chuẩn Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA) (Col) 4.9 Phương pháp thử nghiệm: 4.9.1 Khảo sát nồng độ (100, 10-1, 10-2, 10-3) hạt QDs tương tác với vi khuẩn - Dung dịch hạt QDs pha loãng bậc 10 nước cất vô trùng thành nồng độ 10-1, 10-2, 10-3 - Các vi khuẩn thử nghiệm pha lỗng thành dung dịch có nồng độ McF 0.5 tương đương 108 CFU/ml - Trải vi khuẩn lên đĩa thạch MH tiến hành đục lỗ thạch có đường kính 6mm 120 - Cho 20 mm dung dịch QDs vào giếng - Ủ qua đêm 37oC đọc kết vịng vơ khuẩn 4.9.2 Khảo sát tác động hạt QDs với nồng độ khác vi khuẩn - Các chủng vi khuẩn nuôi cấy môi trường đặc hiệu lỏng qua đêm pha loãng theo bậc 10 nồng độ giảm dần nước muối sinh lý - Tiến hành trải chủng vi khuẩn lên đĩa thạch nồng độ thử nghiệm - Sau đó, đục lỗ thạch có đường kính 6mm - Cho 20 mm dung dịch QD vào giếng - Ủ 37oC qua đêm - Quan sát tượng khuếch tán thạch, quantum diệt vi khuẩn có vịng sáng xung quanh giếng, QD không ảnh hưởng đến vi khuẩn không xuất vịng sáng hay cịn gọi vịng vơ khuẩn - Mỗi nồng độ thí nghiệm lập lại lần 4.9.3 Chỉ tiêu theo dõi: - Đường kính vịng vơ khuẩn tính mm - Ảnh hưởng nhiệt độ lưu trữ độ tủa hạt QDs 4.9.4 Nội dụng cần đạt: - Kết đo đường kính vơ khuẩn - Hình ảnh minh họa: 4.10 Ảnh hưởng QDs đến trình tăng trưởng vi khuẩn 4.10.1 Kết thử nghiệm khảo sát nồng độ (100, 10-1, 10-2, 10-3) hạt QDs Hình 4.71: Kết thử nghiệm nồng độ dung dịch hạt QDs 121 4.10.2 Kết thử nghiệm chủng S.aureus kháng methicillin (MRSA) Hình 4.72: Kết tương tác QD vi khuẩn MRSA nồng độ 105, 106CFU/ml Hình 4.73: Kết tương tác QD vi khuẩn MRSA nồng độ 107 CFU/ml 4.10.3 Kết thử nghiệm chủng E.coli: Hình 4.74: Kết tương tác QD vi khuẩn E.coli nồng độ 105, 106 CFU/ml 122 Hình 4.75: Kết tương tác QD vi khuẩn E.coli nồng độ 107 CFU/ml Theo kết cho thấy: o Ở nồng độ gốc nồng độ pha loãng bậc 10 dung dịch QDs, có mẫu Qds số ảnh hưởng đến phát triển vi khuẩn o Các mẫu QDs khơng ảnh hưởng đến q trình phát triển vi khuẩn MRSA Tuy nhiên, nồng độ thử nghiệm 105 CFU/ml, mẫu QD số ảnh hưởng đến phát triển vi khuẩn o Các mẫu QDs không ảnh hưởng đến trình phát triển vi khuẩn E.coli o Do đó, mẫu QD không chọn cho thử nghiệm nhằm đảm bảo độ nhạy tính đặc hiệu phản ứng 4.10.4 Ảnh hưởng nhiệt độ độ tủa hạt QDs: - Hạt QDs số có ảnh hưởng đến phát triển vi khuẩn MRSA nổng độ 105 CFU/ml, lại không ảnh hưởng đến nồng độ thử nghiệm khác Như vậy, cho thấy độ tủa hạt QD ảnh hưởng đến hoạt tính ức chế phát triển vi khuẩn Ở nồng độ vi khuẩn 106 107 CFU/ml, QDs ức chế hoạt tính giảm bị tủa 123 CHƯƠNG KẾT LUẬN Tổng hợp hạt nano phát quang (QDs) ZnSe, ZnSe:X, (X Mn, Ag, Cu), ZnSe:X/ZnS sử dụng chất ổn định (Polyvinyl alcohol (PVA), 3Mercaptopropionic Acid (MPA), Hồ tinh bột dung mơi nước Quy trình tổng hợp QDs sử dụng dung mơi nước, thời gian tổng hợp ngắn, không dùng dung môi hữu độc hại, tiết kiệm lượng nên thân thiện môi trường Chất ổn định (Polyvinyl alcohol (PVA), 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), hồ tinh bột) có tác dụng hỗ trợ q trình phân tán hạt nano phát quang nước tương thích với tế bào sinh học Các hạt nano phát quang ZnSe: Mn, ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định (Polyvinyl alcohol (PVA), 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), hồ tinh bột) thu có màu phát quang vàng cam đỏ cam chiếu ánh sáng đèn UV-365 nm Các QDs ZnSe:Ag ZnSe:Cu sử dụng chất ổn định 3-Mercaptopropionic Acid (MPA), thu có màu phát quang vàng chanh chiếu ánh sáng đèn UV365 nm Khi thay đổi nồng độ kim loại pha tạp từ 1% đến 11% khơng ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể ZnSe:X (X: Mn, Ag, Cu) Cấu trúc hạt cấu trúc giả kẽm Quantum dot ZnSe:Mn có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Mn pha tạp 5% Quantum dot ZnSe:Cu có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Cu pha tạp 3% Quantum dot ZnSe:Ag có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Ag pha tạp 1% Các hạt nano phát quang ZnSe:Mn có thời gian sống (phát quang) lâu hạt nano ZnSe:Cu ZnSe:Ag Các hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định 3Mercaptopropionic Acid (MPA) có cường độ phát huỳnh quang tốt nồng độ Mn pha tạp 5% kích thước khoảng 10 nm Các hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định Polyvinyl alcohol (PVA) có cường độ phát huỳnh quang tốt tốt nồng độ Mn pha tạp 3% kích thước khoảng 18,56 nm Các QDs ZnSe:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định hồ tinh bột có cường độ phát huỳnh quang tốt tốt nồng độ Mn pha tạp 3% kích thước khoảng 18 nm Các hạt nano phát quang có cường độ phát quang tốt đánh giá khả ứng dụng lĩnh vực y sinh học Các hạt nano phát quang cấu trúc ZnSe:Mn(5%), 124 ZnSe:Mn(5%)/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt 3-Mercaptopropinic acid (MPA) cho kết tốt phát vi khuẩn E.coli O 157: H7 S.aureus kháng methicillin (MRSA) Các hạt nano phát quang sử dụng chất ổn định bề mặt 3-Mercaptopropinic acid (MPA) có thời gian sống (phát quang) lâu độ phân tán tốt so với hạt nano phát quang sử dụng chất ổn đinh Polyvinyl alcohol (PVA) hồ tinh bột 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO I B Bwatanglang, F Mohammad, N A Yusof, N E Mohammed, N Abu, N B Alitheen, J Abdullah, M Z Hussein, Y Abba, N Nordin, N R Zamberi (2017), “Histological analysis of anti-cancer drug loaded, targeted Mn:ZnS quantum dots in metastatic lesions of 4T1 challenged mice”, J Mater Sci: Mater Med, 28:138 Đ Đ Thức (2007), “Một sớ phương pháp phổ ứng dụng hóa học”, NXB ĐHQG Hà Nội J Ning, J Liu, Y Levi-Kalisman, A I Frenkel, U Banin (2018), “Controlling Anisotropic Growth of Colloidal ZnSe Nanostructures”, Journal of the American Chemical Society, 3-4 E Soheyli, R Sahraei, G Nabiyouni, F Nazari, R Tabaraki, B Ghaemi (2018), “Luminescent, low-toxic and stable gradient-alloyed Fe:ZnSe(S)@ZnSe(S)core:shell quantum dots as a sensitive fluorescent sensor for lead ions”, Nanotechnology, 2-3 S Coe, W K Woo, M Bawendi, V Bulovic (2002), “Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices”, Nature, 420, 800803 N Pradhan, D Goorskey, J Thessing, X Peng (2005), “An Alternative of CdSe Nanocrystal Emitters:  Pure and Tunable Impurity Emissions in ZnSe Nanocrystals”, Journal Of The American Chemical Society, 127, 17586–17587 B Dong, L Cao, G Su, W Liu (2010), “Facile synthesis of highly luminescent UV-blue emitting ZnSe/ZnS core/shell quantum dots by a two-step method”, Chemical Communications, 46, 7331–7333 X Xu, S Li, J Chen, S Cai, Z Long, and X Fang (2018), “Design Principles and Material Engineering of ZnS for Optoelectronic Devices and Catalysis”, Advanced materials, 1-3 D J Norris, N Yao, F T Charnock and T A Kennedy (2001), “High-quality manganese-doped ZnSe nanocrystals”, Nano Letters, 1, 3–7 10 Shih – Yuan Lu, Mei – Ling Wu, Hsin-Lung Chen (2003), J.Appl Phys 93, 57985793 11 A M Stoneham (2005), “Quantum information processing exploiting defects in wide gap materials”, physica status solidi (c), Volume: 2, Issue: 1, 25-33 126 12 G Lv, F He, X Wang, F Gao, G Zhang, T Wang, H Jiang, C Wu, D Guo, X Li, B Chen and Z Gu (2008), “Novel Nanocomposite of Nano Fe3O4 and Polylactide Nanofibers for Application in Drug Uptake and Induction of Cell Death of Leukemia Cancer Cells”, Langmuir, 24 (5), 2151-2156 13 T T Đức, N T Tĩnh, N T Lâm, V T M Hạnh T X Hoài (2004), “Những vấn đề đại Vật lý chất rắn”, III - A, 111 14 L B Hải (2010), “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang số cấu trúc lượng tử sở CdSe”, Luận án Tiến sỹ Khoa học Vật liệu 15 Kỷ yếu Hội nghị (2008), “Những tiến Quang học, quang tử, quang phổ ứng dụng”, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ 16 N N Long (2007), “Vật lý chất rắn”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 17 M Ando, Y Kanemitsu, T Kushida, K Matsuda, T Saiki, and C W White (2001), “Sharp photoluminescence of CdS nanocrystal in Al2O3 matrices formed by sequential ion implantation”, Applied Physics Letters, 79, 539 18 APCTP-Asean Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (AMSN08) 15-21 September 2008, Nha Trang City, Vietnam, Journal of Physics: conference series 2009, vol 187 19 X You, R He, F Gao, J Shao, B Pan and D Cui (2007), “Hydrophilic highluminescent magnetic nanocomposites”, Nanotechnology, 18, 035701 20 D R Larson, W R Zipfel, R M Williams, S W Clark, M P Bruchez, F W Wise, W W Webb (2003), “Water-soluble quantum dots for multiphoton fluorescence imaging in vivo”, Science, 300, 1434-1436 21 M Bruchez, M Moronne, P Gin, S Weiss, A P Alivisatos (1998), “Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent Biological Labels”, Science, vol 281, 2013-2016 22 X Wu, H Liu, J Liu, , K N Haley, J A Treadway, J P Larson, N Ge, F Peale & M P Bruchez (2003), “Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots, Nature Biotechnology”, volume21, pages 41–46 23 B Ullrich, D M Bagnall, H Sakai, Y Segawa Y (1999), “Photoluminescence properties of thin CdS film on glass formed by laser ablation”, Solid State Com, 109, 757 127 24 U Woggon (1996), “Optical Properties of Semiconductor Quantum dot”, Springer Tracts in Modern Physics 25 X Peng, J Wickkham, A P Alivisator (1998), “Kinetics of II-VI and III- V colloidal Semiconductor Nanocrystal Growth: Focusing of Size, Distributions”, J Am Chem Soc, 1998, 120, 5343-5344 26 K J Klabunde, L Erickson, O Koper, R Richards (2010), “Nanoscale materials in chemistry”, Wiley interscience, 1-13 27 S Coe, W K Woo, M Bawendi, V Bulović (2002), “Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices”, Nature, 420, 800803 28 B Dong, L Cao, G Suand W Liu (2010), “Facile synthesis of highly luminescent UV-blue emitting ZnSe/ZnS core/shell quantum dots by a two-step”, Chemical Communications, 46, 7331–7333 29 S Coe, W K Woo, M Bawendi and V Bulovic’ (2002), “Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices”, Nature, 420, 800-803 30 R M Taylor, K H Church, M I Sluch (2007), “Red light emission from hybrid organic/inorganic quantum dot AC light emitting displays”, Displays, 28, 92-96 31 Q J Sun, B H Fan, Z A Tan, C H Yang, Y F Li, and Y Yang (2006), “White light from polymer light-emitting diodes: utilization of fluorenone defects and exciplex” Applied Physics Letters 88, 163510 32 J Jasieniak, B I MacDonald, S E Watkins and P Mulvaney (2011), “Solutionprocessed sintered nanocrystal solar cells via layer-by-layer assembly”, Nano Lett 11(7), 2856–2864 33 S Nizamoglu and H V Demir (2009), “Forster resonance energy transfer enhanced color-conversion using colloidal semiconductor quantum dots for solid state lighting”, Applied Physics Letters, 95, 151111 34 S Changyu, S Proc (2008) “CdSe/ZnS/CdS core/shell quantum dots for white LEDs”, SPIE, 7138, 71382E-2 35.V Wood, J E Halpert, M J Panzer, M G Bawendi and V Bulović (2009), “Alternating current driven electroluminescence nanocrystals”, Nano Letters, 9, 2367-2371 128 from ZnSe/ZnS: Mn/ZnS 36 B Dong, L Cao, G Su and W Liu (2010), “Facile synthesis of highly luminescent UV-blue emitting ZnSe/ZnS core/shell quantum dots by a two-step method”, Chemical Communications, 46, 7331–7333 37 D J Norris, N Yao, F T Charnock and T A Kennedy (2001), “High-quality manganese-doped ZnSe nanocrystals”, Nano Letters, 1, 3–7 38 M Geszke, M Murias, L Balan, G Medjahdi, J Korczynski, M Moritz, J Lulek, R Schneider (2011), “Folic acid-conjugated core/shell ZnS: Mn/ZnS quantum dots as targeted probes for two photon fluorescence imaging of cancer cells”, Acta Biomaterialia 7, 1327–1338 39 Y Ghasemi, P Peymani, S Afifi (2009), “Quantum dot: magic nanoparticle for imaging, detection and targeting”, Acta Biomed, 80, 156-165 40 S Coe, W K Woo, M G Bawendi and V Bulovic (2002), “Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices”, Nature, 420, 800-803 41 D R Larson, W R Zipfel, R M Williams, S W Clark, M P Bruchez, F W Wise, W W Webb (2003), “Water-soluble quantum dots for multiphoton fluorescence imaging in vivo”, Science, 300, 1434-1436 42 X Y Wu, H J Liu, J Q Liu, K N Haley, J A Treadway, J P Larson, N Ge, F Peale, M P Bruchez (2003), “Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots”, Nature Biology, 21, 4146 43 W C Law, K T Yong, I Roy, H Ding, R Hu, W Zhao, P N Prasad (2009), “Aqueous‐phase synthesis of highly luminescent CdTe/ZnTe core/shell quantum dots optimized for targeted bioimaging”, Small, 5, 1302–1310 44 M Geszke, M Murias, L Balan, G Medjahdi, J Korczynski, M Moritz, J Lulek, R Schneider (2011), “Folic acid-conjugated core/shell ZnS: Mn/ZnS quantum dots as targeted probes for two photon fluorescence imaging of cancer cells”, Acta Biomaterialia 7, 1327–1338 45 Y Ghasemi, P Peymani, S Afifi (2009), “Quantum dot: magic nanoparticle for imaging, detection and targeting”, Acta Biomed, 80, 156-165 46 B Srivastava, B.; Jana, S.; Pradhan, N (2011), “Doping Cu in semiconductor nanocrystals: some old and some new physical insights”, Journal of the American 129 Chemical Society, 133, 1007–1015 47 Y F Lu, H Q Ni, Z H Mai, and Z M Ren, “The effects of thermal annealing on ZnO thin films grown by pulsed laser deposition”, J Appl Phys, 2000, 88, 498502 48 Y He, H T Lu, L M Sai, Y Y Su, M Hu, C H Fan, W Huang, L H Wang (2008), “Microwave Synthesis of Water‐Dispersed CdTe/CdS/ZnS Core‐Shell‐Shell Quantum Dots with Excellent Photostability and Biocompatibility”, Advanced Materials, 20, 3416–3421 49 Y Yang, O Chen, A Angerhofer, Y C Cao (2008), “On doping CdS/ZnS core/shell nanocrystals with Mn”, Journal of the American Chemical Society, 130, 15649–15661 50 R Bilyy, A Tomyn, Y Kit, A Podhorodecki, J Misiewicz, M Nyk, W Strek, and R Stoika (2009), “Detection of dying cells using lectin-conjugated fluorescenand luminescent nanoparticles”, Mater Wiss Werkst Tech, 40, pp 234-237 51 Y F Lu, H Q Ni, Z H Mai and Z M Ren (2000), “The effects of thermal annealing on ZnO thin films grown by pulsed laser deposition”, J Appl Phys 2000, 88, pp 498-502 52 Y F Lu, H Q Ni, Z H Mai, and Z M Ren, “The effects of thermal annealing on ZnO thin films grown by pulsed laser deposition”, J Appl Phys, 2000, 88, 498502 53 P Rodriguez, N Mun˜oz-Aguirre, E San-Martı´n Martinez, G Gonza´lez de la Cruz, S.A Tomas, O Zelaya Angel (2008), “Synthesis and spectral properties of starch capped CdS nanoparticles in aqueous solution”, Journal of Crystal Growth, 310, 160-164 54 R Bilyy, A Tomyn, Y Kit, A Podhorodecki, J Misiewicz, M Nyk, W Strek, and R Stoika (2009), “Detection of dying cells using lectin-conjugated fluorescent and luminescent nanoparticles”, Mater Wiss Werkst Tech, 40, 234-237 55 G Chen, S Sun, W Zhao, S Xu, and T You (2008), “Template Synthesis and Luminescence Properties of CePO4:Tb Nanotubes”, J Phys Chem C, 112, pp 20217–20221 56 M Maillard, S Giorgio, and M P Pileni (2002), “Silver nanodisks”, Adv Mater, 14, pp 1084-1090 130 57 V Wood, J E Halpert, M J Panzer, M G Bawendi, V Bulovíc (2009), “Alternating current driven electroluminescence from ZnSe/ZnS: Mn/ZnS nanocrystals”, Nano Lett, 9, 2367-2371 58 J Zhuang, X Zhang, G Wang, D Li, W Yang, T Li (2003), “Synthesis of watersoluble ZnS:Mn nanocrystals by using mercaptopropionic acid as stabilizer”, J Mater Chem, 13, 1853–1857 59 W C Law, K T Yong, I Roy, H Ding, R Hu, W Zhao, P N Prasad (2009), “Aqueous‐phase synthesis of highly luminescent CdTe/ZnTe core/shell quantum dots optimized for targeted bioimaging”, Small, 5, 1302–1310 60 A A Paul, W Gu, C Larabell (2005), “Quantum dots as cellular probes”, Annual Review of Biomedical Engineering, 7, 55-76 61 J H Nelson, D V Talapin, E V Shevchenko, S Aloni, B Sadtler, A P Alivisatos (2007), “Seeded growth of highly luminescent CdSe/CdS nanoheterostructures with rod and tetrapod morphologies” Nano Letters, 7, 29512959 62 Z Lin, M Wang, L Wei, X Song, Y Xue, X Yao (2011), “Synthesis and characterization of ZnSe/ZnS core/shell nanocrystals by aqueous reflux route”, Alloys and Compounds, 509, 8356-8359 63 E Hyeong, L T Bich, S Jia and N Kim (2012), “Green synthesis of highly UVorange emitting ZnSe/ZnS:Mn/ZnS core/shell/shell nanocrystals by a three-step single flask method”, RSC Adv, 2, 12132-12135 64 B T Luong, E Hyeong, S Yoon, J Choia and N Kim (2013), “Facile synthesis of UV-white light emission ZnSe/ZnS:Mn core/(doped) shell nanocrystals in aqueous phase”, RSC Adv, 3, 23395-23401 65 M Protière, P Reiss, L Li (2009), “Semiconductor Nanocrystals”, Small, 5, 154168 66 D Giaume, V Buissette, K Lahlil, T Gacoin, J P Boilot, D Casanova, E Beaurepaire, M P Sauviat, and A Alexandrou (2005), “Emission properties and applications of nanostructured luminescent oxide nanoparticles”, Pro In Sol Sta Chem, 33, 99-106 67 B T Luong, E Hyeong, S Yoon, J Choi and N Kim (2013), “Facile synthesis of UV-white light emission ZnSe/ZnS:Mn core/(doped) shell nanocrystals in aqueous 131 phase”, RSC Adv, 3, 23395 68 G Chen, S Sun, W Zhao, S Xu, and T You (2008), “Template Synthesis and Luminescence Properties of CePO4: Tb Nanotubes”, J Phys Chem C, 112, 20217– 20221 69 M Maillard, S Giorgio, and M P Pileni (2002), “Silver nanodisks”, Adv Mater, 14, 1084-1090 70 H V Quý (2009), “Các phương pháp phân tích cơng cụ hóa học đại”, NXB ĐHSP 71 J Zhuang, X Zhang, G Wang, D Li, W Yang, T Li (2003), “Synthesis of watersoluble ZnS: Mn nanocrystals by using mercaptopropionic acid as stabilizer”, J Mater Chem, 13, 1853–1857 72 Z Fang, P Wu, X Zhong, Y Yang (2010), “Synthesis of highly luminescent Mn: ZnSe/ZnS nanocrystals in aqueous media”, J Nanotechnology, 21, 305604 (9pp) 73 A Goudarzi, G M Aval, S S Park, M C Choi, R Sahraei, M H Ullah, A Avane, C S Ha (2009), “Low-temperature growth of nanocrystalline Mn-doped ZnS thin films prepared by chemical bath deposition and optical properties”, Chem Mater, 21, 2375–2385 74 T A Kennedy, E R Glaser, P B Klein, R N Bhargava (1995), “Symmetry and electronic structure of the Mn impurity in ZnS nanocrystals”, Phys Rev B, 52, R14356 75 N Đ Triệu, N Đ Thành (2001), “Các phương pháp phân tích Vật lý Hố lý”, NXB KHKT, Hà nội 76 Sunandan Baruah, Cesar Ortinero, Oleg V Shipin, Joydeep Dutta (2011), “Manganese doped Zinc Sulfide Quantum Dots for Detecting of Escherichia coli”, Spinger Science, 2011 132 ... tài nghiên cứu là: "Nghiên cứu tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe: X (X Mn, Ag, Cu), ZnSe: X/ ZnS, (core/ shell) định hướng ứng dụng y sinh học? ?? 2.1.2 Tổng quan hạt nano phát quang khả ứng dụng. .. CHUNG ĐỀ TÀI I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe: X (X Mn, Ag, Cu), ZnSe: X/ ZnS (core/ shell) định hướng ứng dụng y sinh học 1.2 Mã số: 184.HH01... khả ứng dụng hạt nano có tính chất quang tốt lĩnh vực y sinh học 2.5 Đánh giá kết đạt kết luận - Tổng hợp hạt nano phát quang (QDs) ZnSe, ZnSe: X, (X Mn, Ag, Cu), ZnSe: X/ ZnS sử dụng chất ổn định