VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN VẬT LÝ *** ĐỖ THỊ HUẾ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ SILICA/VÀNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số chuyên ngành: 944 01 04 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Viện Vật lý Người hướng dẫn khoa học: TS Nghiêm Thị Hà Liên PGS TS Trần Hồng Nhung Phản biện 1: TS Nguyễn Cao Khang Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Năng Định Phản biện 3: TS Nguyễn Trần Thuật Luận án bảo vệ trước Hội đồng đáng giá luận án cấp Viện họp vào lúc ngày tháng Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Viện Vật lý năm Lý chọn đề tài Các cấu trúc nano vàng loại vật liệu nano sử dụng nhiều ứng dụng Y-Sinh để tăng độ nhạy chẩn đốn điều trị hướng đích Đây hướng nghiên cứu nhiều phịng thí nghiệm giới nước quan tâm phát triển Sở dĩ cấu trúc nano vàng sử dụng ứng dụng chúng có khả hấp thụ tán xạ ánh sáng cao gấp 4-5 bậc so với phân tử mầu thông thường Đặc biệt, tần số plasmon cấu trúc nano vàng, bạc nằm vùng ánh sáng nhìn thấy gây nên hiệu ứng màu sắc Hơn nữa, đặc tính ưu việt cấu trúc nano vàng ổn định cấu trúc, khơng độc, có khả tương thích sinh học cao chúng dễ dàng hoạt hóa bề mặt để gắn kết với phân tử sinh học amino acid, enzyme, DNA phân tử thuốc thơng qua chất có chứa nhóm –SH Với đặc tính hóa học bề mặt đặc thù này, nghiên cứu ứng dụng cấu trúc nano vàng ngày phát triển hứa hẹn thành tựu to lớn ứng dụng y sinh Chẳng hạn như: (i) nano vàng có khả chứa thuốc, tải thuốc trị liệu phát quang ảnh mô tế bào; (ii) nano vàng cấu trúc lõi/vỏ với khả tán xạ mạnh ánh sáng từ vùng nhìn thấy tới vùng hồng ngoại gần (NIR), chúng ứng dụng để tạo ảnh in vivo sâu thể (10 cm) để phát tế bào ung thư Đồng thời, với khả hấp thụ mạnh ánh sáng vùng hồng ngoại gần, nano vàng nano vàng cấu trúc lõi/vỏ sử dụng để tiêu diệt tế bào bệnh liệu pháp quang nhiệt mà không làm ảnh hưởng đến tế bào khỏe không làm ảnh hưởng đến yếu tố di truyền… Xuất phát từ thực tế nhu cầu ứng dụng khả đáp ứng nhu cầu cấu trúc nano vàng, đồng thời xuất phát từ tình hình nghiên cứu giới nước, chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng dạng lõi/vỏ silica/vàng định hướng ứng dụng y sinh” Mục tiêu: - Nghiên cứu chế tạo khảo sát tinh chất quang cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng cấu trúc lõi/vỏ với kích thước điều khiển - Thử nghiệm ứng dụng vật liệu chế tạo ảnh tế bào hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt Những điểm mới/đóng góp luận án Luận án cơng trình nghiên cứu định hướng ứng dụng với đối tượng vật liệu nano vàng – loại vật liệu hứa hẹn nhiều ứng dụng công nghệ nano đặc biệt ứng dụng y sinh Luận án tìm quy trình đơn giản tạo hạt nano vàng dạng cầu nhiệt độ phịng kích thước hạt điều khiển khoảng rộng từ 2nm tới 200 nm phương pháp nuôi mầm Luận án tìm quy trình chế tạo nano vàng cấu trúc lõi/vỏ với việc kiểm soát tinh tế độ dày lớp màng vàng khoảng từ 10- 30 nm việc kiểm soát nồng độ “mầm” Đồng thời với việc sử dụng hạt vàng Duff- Baiker biến đổi kích thước đồng nhỏ nên tạo lớp màng vàng mỏng hơn, gồ ghề hơn, chất lượng tốt so với công bố Đồng thời tạo hạt cấu trúc lõi/vỏ kích thước nhỏ 100 nm có đỉnh hấp thụ plasmon khoảng 700 nm Kết cấu luận án Luận án gồm có 150 trang bố cục thành chương Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1.1 Tính chất quang hạt nano kim loại 1.1.1 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance - SPR) Plasmon polariton bề mặt (SPP) dao động điện tử tự bề mặt kim loại kích thích ánh sáng tới Màu sắc dung dịch keo kim loại kết hấp thụ tán xạ ánh sáng plasmon bề mặt Tính chất quang cấu trúc nano kim loại lý giải lý thuyết Mie Gans 1.1.2 Lý thuyết Mie - phụ thuộc tính chất quang vào kích thước hạt Từ lý thuyết Mie người ta tính tán xạ  sca tiết diện hấp thụ abs hạt Độ hấp thụ A mẫu gồm hạt nano phân tán môi trường đồng cho bởi: 𝐼0 𝜆 𝐴(𝜆) = 𝑙𝑜𝑔 𝐼𝜆 = 2.303 𝑁 𝜎𝑒𝑥𝑡 𝑙 𝜆 ext hệ số dập tắt mẫu bước sóng  N số hạt lít, l độ dày môi trường hấp thụ (cm) 1.1.3 Đặc trưng quang học cấu trúc nano vàng 1.1.3.1 Hạt nano vàng dạng cầu Lý thuyết Mie đánh giá tiết diện quang hạt nano vàng cầu cao khoảng 4-5 bậc so với tiết diện quang tâm mầu Tính chất quang phụ thuộc vào kích thước hạt: Các hạt có đường kính 20 nm tán xạ ánh sáng khơng đáng kể Khi đường kính hạt tăng lên tỷ lệ đóng góp tán xạ plasmon bề mặt tăng lên đáng kể Sự tăng hệ số tán xạ tạo công cụ để lựa chọn hạt nano cho ứng dụng thực tế: hạt có kích thước lớn thích hợp với ứng dụng ảnh sở tán xạ ánh sáng Tùy thuộc vào mục đích ứng dụng mà hạt nano vàng cầu với kích thước thích hợp lựa chọn 1.1.3.2 Thanh nano vàng Đối với nano vàng, khả phân cực lưỡng cực điện tử theo chiều ngang theo chiều dọc khơng cịn tương đương Do xuất hai cộng hưởng plasmon: cộng hưởng plasmon theo chiều dọc tương ứng với dao động điện tử tự dọc theo trục dài cộng hưởng plasmon theo chiều ngang tương ứng với dao động điện tử tự theo phương vng góc với trục dài nano (hình 1) Hình Sự phân bố điện tích nano kích thích ánh sáng tới 1.1.3.3 Hạt nano cấu trúc lõi silica vỏ vàng: SiO2 /Au Các hạt cấu trúc lõi/vỏ ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khác chúng có đặc tính quang trội: tiết diện dập tắt lớn, điều khiển phổ hấp thụ plasmon cách linh hoạt cách thay đổi tỉ lệ tương quan độ dày lõi độ dày lớp vỏ (hình 2) Tính chất quang hạt SiO2/Au giải thích dựa mơ hình lai (hình 3): plasmon kích thích hạt SiO2/Au xem tương tác hạt nano cầu đặc hạt nano cầu rỗng Hình Mơ hình lai mơ tả tương tác hạt nano cầu đặc hạt nano cầu rỗng Các tần số cộng hưởng plasmon xác định sau 𝜔𝑛± = 𝜔𝑝 𝑅1 √1 + 4𝑛(𝑛 + 1)( )2𝑛+1 ] [1 ± 2𝑛 + 𝑅2 Trong đó: R1 bán kính lõi, R2 bán kính vỏ, n thứ tự sóng hình cầu, p tần số plasmon khối, + tần số cộng hưởng plasmon ứng với mode phản liên kết, - tần số cộng hưởng plasmon ứng với mode liên kết Ta thấy tần số cộng hưởng plasmon n phụ thuộc vào tỷ lệ lõi – vỏ hạt Đối với cấu trúc lõi/vỏ vàng vị trí đỉnh phổ dập tắt dịch chuyển khoảng từ 600nm-1000nm Phạm vi bước sóng đặc biệt quan trọng chứa dải bước sóng từ 700-900nm, vùng cửa sổ quang học da mô người 1.2 Các phương pháp chế tạo cấu trúc nano vàng 1.2.1 Phương pháp nuôi mầm Ngun lý phương pháp ni mầm trình bày hình Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp nuôi mầm Phương pháp có ưu điểm là: tổng hợp nhiệt độ phịng, dễ điều khiển kích thước hạt, kích thước đồng sản phẩm phụ.Tuy nhiên để có kết phương pháp yêu cầu: - Cần tạo mầm có chất lượng tốt: đơn phân tán, đồng hình dạng kích thước - Cần có dung dịch ni phù hợp để kiểm sốt q trình phát triển hạt mầm 1.2.1.1 Cơ chế hình thành phát triển hạt nano vàng phương pháp nuôi mầm 1.2.1.2 Cơ chế ổn định keo hạt dung dịch 1.2.2 Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu 1.2.3 Chế tạo nano vàng 1.2.4 Các phương pháp chế tạo hạt nano cấu trúc lõi silica vỏ vàng 1.3 Ứng dụng cấu trúc nano vàng 1.3.1 Đánh dấu ảnh sinh học 1.3.2 Ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt 1.4 Các phương pháp đo đạc Chương 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CÁC HẠT NANO VÀNG DẠNG CẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP NUÔI MẦM 2.1 Nguyên vật liệu hóa chất 2.2 Chế tạo hạt vàng kích thước nhỏ - vàng Duff-Baiker 2.2.1 Quá trình chế tạo 2.2.2 Hạt vàng Duff – Baiker § é hÊp thơ 300 400 500 600 700 B- í c sãng(nm) Hình Ảnh TEM hạt vàng Duff –Baiker, thang đo 20 nm (trái) phổ hấp thụ plasmon chúng (phải) Ảnh TEM cho thấy hạt nano vàng hình thành với kích thước trung bình cỡ nm Phổ hấp thụ plasmon dung dịch hạt có đặc trưng hạt nano vàng nhỏ (dưới 10 nm): phổ rộng với đỉnh cộng hưởng nằm dải bước sóng 505 nm – 510 nm Các hạt bảo quản 40C để làm hạt mầm chế tạo hạt nano vàng dạng cầu kích thước lớn gắn kết lên hạt silica để tạo hạt silica mầm cho trình hình thành hạt nano cấu trúc lõi silica/vỏ vàng 2.3 Chế tạo hạt nano vàng dạng cầu phương pháp nuôi mầm 2.3.1 Dung dịch nuôi (GPS) 2.3.1.1 Chuẩn bị dung dịch nuôi Dung dịch nuôi dung dịch vàng hydroxyde tạo thành cho K2CO3 vào dung dịch HAuCl4 để tạo thành phức ion vàng 2.3.1.2 Xác định pH tối ưu dung dịch nuôi vàng hydroxyde Từ việc phân tích phổ hấp thụ dung dịch với pH khác cho thấy tốc độ phản ứng khử xảy chậm dung dịch vàng hydroxyde với giá trị pH < 6.59 pH > 9,7 xảy nhanh dung dịch có pH khoảng từ 8.3 đến 9.4 Vì vậy, chúng tơi chọn sử dụng dung dịch vàng hydroxyde có độ pH 9.4 để làm dung dịch nuôi mầm 2.3.2 Khảo sát phát triển hạt thay đổi tỷ lệ nồng độ ion Au3+ dung dịch nuôi nồng độ hạt vàng dung dịch mầm Để khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nồng độ ion Au3+ dung dịch nuôi nồng độ hạt vàng dung dịch mầm đến trình kiểm sốt phát triển hạt nano vàng, sử dụng loại hạt mầm hạt vàng citrate, có kích thước 19±1 nm với mật độ hạt khác nhau, nuôi bước ni Hình Ảnh TEM mẫu Au-Ci (mầm d =16±1,5nm), mẫu 1: d = 30±3nm, mẫu 2: d = 35 ± 3nm; mẫu 3: d= 45±5nm; mẫu 4: d = 65±7nm Kết cho thấy: với tỷ lệ [Au3+]/[Au mầm] sử dụng lớn hạt nhận lớn tỉ lệ lớn 12.5 hạt bị tính đối xứng cầu Điều giải thích theo chế La Mer 2.3.3 Điều khiển kích thước hạt nano vàng lên tới 200 nm 2.3.3.1 Phát triển kích thước hạt từ hạt vàng Duff-Baiker Các hạt vàng Duff-Baiker sử dụng làm hạt mầm ban đầu cho bước ni, kết phát triển kích thước hạt đến khoảng 15 nm Các hạt mầm ban đầu có kích thước phân bố khoảng từ 1-3 nm, Hình Ảnh TEM hạt nano silica trước a) sau b) chức hóa bề mặt APTES ủ với hạt nano vàng Duff- Baiker điều kiện Độ phóng đại 40 nghìn lần 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian ủ tới trình hấp phụ hạt nano vàng mầm lên hạt lõi nano silica Các hạt nano vàng ủ với hạt nano silica thời gian ủ khác nhau: 1h; 3h; 4h sau 24h Từ k ết ảnh TEM chọn thời gian ủ để hạt nano vàng nhỏ hấp phụ hạt nano silica 2h đến 3h 3.4 Chế tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ HCHO đến phát triển hạt vàng bề mặt hạt nano silica Lượng HCHO tối thiếu cần dùng cho phản ứng khử để tạo cấu trúc lõi/vỏ xác định tỷ lệ mol HCHO/vàng hydroxyde 2.5 Trong thí nghiệm tiếp theo, sử dụng tỷ lệ mol HCHO/vàng hydroxyde tương ứng với 15 µl HCHO 37% cho 10 ml dung dịch vàng hydroxyde nồng độ 3.7510-4M 3.4.2 Chế tạo hạt nano SiO2/Au với tỉ lệ đường kính lõi độ dày vỏ thay đổi 3.4.2.1 Chế tạo hạt nano SiO2/Au có độ dày vỏ thay đổi Các hạt nano SiO2/Au có độ dày vỏ thay đổi thực hạt lõi đường kính 150 nm, cách thay đổi lượng silica – vàng mầm 13 thể tích vàng hydroxyde HCHO giữ cố định 10 ml 15l Độ dày lớp vỏ theo tính tốn ước tính nm, 7nm 15nm Việc dịch đỉnh phổ từ 530 nm phía sóng dài giải thích hạt vàng mầm hạt silica lớn lên mặt kích thước, chúng có khoảng cách, khoảng cách dần bị thu hẹp lại hạt vàng mầm lớn dần lên Nhưng kích thước hạt vàng chưa đủ lớn để phủ kín hạt silica phổ cộng hưởng plasmon chúng có dạng giống với phổ cộng hưởng plasmon hạt nano vàng dạng cầu Chỉ kích thước hạt vàng đủ lớn để chúng chạm vào tạo thành lớp vỏ vàng phủ kín hạt nano silica xuất phổ đặc trưng hạt nano cấu trúc lõi/vỏ Hình 10 HTEM ảnh phân tích EDX tương ứng cấu trúc hạt lõi silica 150nm theo tiến trình làm kín lớp vỏ kim loại vàng tương ứng với hạt hình 13(B), (C), (D) Mầu vàng tương ứng với nguyên tố Au, mầu đỏ ứng với nguyên tố O; mầu xanh ứng với nguyên tố Si; với thang đo 100 nm 14 Thành phần cấu trúc hạt nano SiO2/Au thể ảnh HSEM ảnh phân tích EDX 3.4.2.2 Tạo lớp vỏ vàng hạt lõi silica có đường kính khoảng 40-150 nm Chúng tạo hạt nano silica với lõi có đường kính khoảng 40 nm đến 150 nm độ dày vỏ xác định ảnh TEM thay đổi từ 10 nm đến 30 nm Khảo sát ảnh TEM chúng qua giai đoạn phát triển phổ hấp thụ dung dịch sau q trình ni kết thúc Với kích thước lõi khác (đường kính 65 nm, 140 mnm, 180 nm) có độ dày lớp vỏ 15 nm đỉnh cộng hưởng plasmon dịch phía sóng dài kích thước hạt lớn (hình 13) Điều hồn tồn phù hợp với kết lí thuyết thu từ mơ hình lai giải thích tính chất quang hạt SiO2/Au: tăng tỉ lệ đường kính lõi/độ dày vỏ đỉnh hấp thụ plasmon dịch phía sóng dài Hình 11 Phổ cộng hưởng plasmon chuẩn hóa dung dịch hạt nano SiO2/Au với độ dày lớp vỏ đường kính hạt lõi thay đổi 15 Kết luận chương Các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au tổng hợp theo phương pháp nuôi mầm vàng hạt lõi silica để tạo lớp vỏ có độ dày định Quá trình phát triển lớp vỏ tối ưu hóa việc xác định lượng HCHO vừa đủ cho phản ứng khử Bằng cách tổng hợp hạt cấu trúc lõi/vỏ hạt nano silica có đường kính khác độ dày lớp vỏ thay đổi, tổng hợp hạt SiO2/Au với đường kính lõi từ 40150nm, độ dày lớp thay đổi khoảng 12-22 nm Trên sở khảo sát phụ thuộc phổ cộng hưởng plasmon dung dịch hạt vào tỷ lệ đường kính lõi độ dày lớp vỏ Từ rút thơng số cho quy trình chế tạo hạt nano SiO2/Au có kích thước phổ hấp thụ plasmon phù hợp với ứng dụng cụ thể Chương CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG THANH 4.1 Nguyên liệu hóa chất - Quy trình chế tạo Các nano vàng tổng hợp phương pháp ni mầm Quy trình gồm hai giai đoan: Giai đoạn tạo mầm vàng cấu trúc tinh thể giai đoạn tạo phát triển bất đẳng hướng mầm tinh thể thành dạng Cấu trúc tinh thể mầm kiểm tra ảnh HTEM Qua phân tích vai trị yếu tố việc tạo chúng tơi thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới việc hình thành phát triển nano vàng chẳng hạn như: nồng độ AgNO3 hay tỷ lệ nồng độ Ag+/Au3+ nồng độ tác nhân khử AA, nồng độ CTAB, 4.2 Chế tạo nano vàng khảo sát yếu tố ảnh hưởng 4.2.1 Tỷ lệ nồng độ Ag+/Au3+ Để xem xét vai trò tỉ lệ nồng độ mol [Ag+ ] /[Au3+] lên hình thành phát triển nano vàng, thể tích khác từ 16 500 µl dung dịch AgNO3 (2.5mM) thêm vào dung dịch nuôi 4.2.2 Nồng độ tác nhân khử Axit ascorbic (AA) Lượng tác nhân khử AA nồng độ 0.25 M thay đổi từ 0-40 µl tỷ lệ nồng độ [AA]/[Au3+]được khảo sát từ không đủ đến dư khoảng 0.92 tới 2.45 4.3 Kết chế tạo nano vàng 4.3.1 Hình dạng thành phần nano vàng C- êng ®é nhiƠu x¹ 100 {111} 80 60 {200} 40 {220} 20 10 20 30 40  (o ) 50 60 70 Hình 12 Phổ XRD nano vàng Bằng việc phân tích phổ XRD nano vàng thấy mặt tinh thể bao gồm mặt {111} {110} 4.3.2 Ảnh hưởng yếu tố lên hình thành phát triển 4.3.2.1 Tỉ lệ nồng độ mol [Ag+ ]/[Au3+] 17 Hình 13 Ảnh TEM mẫu nano vàng với [Ag+] /[Au3+] thay đổi, thang đo 20nm + Khi khơng có Ag giai đoạn phát triển hạt mầm, dung dịch thu đa số hạt vàng dạng cầu, số dạng tam giác dạng Ở đó, vàng có tỉ lệ cạnh AR lớn Khi nồng độ Ag+ tăng hiệu suất tạo tăng lên từ 74,5% đến 88,9 tỉ lệ cạnh tăng từ 2,2 đến 4,5 Nhưng tỉ lệ mol Ag+ Au3+ dung dịch lớn 0.289 hiệu suất tạo giảm từ 88,9% đến 75,6% tỉ lệ cạnh giảm từ 4,5 xuống 3,2 Kết cho thấy vai trò ion Ag+ q trình phát triển nano vàng § é hÊp thô Ag+]/[Au3+] [ M1 M2 M3 M4 M5 M7 M9 M11 400 600 800 1000 B- í c sãng (nm) Hình 14 Phổ hấp thụ plasmon cộng hưởng dung dịch nano vàng theo tỉ lệ mol [Ag+] /[Au3+] 18 4.3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ AA § é hÊp thơ (a.u) a 1.22 1.53 1.84 2.45 400 600 800 1000 B- í c sãng (nm) Hình 15 Phổ hấp thụ dung dịch chứa nano vàng tỉ lệ mol [AA]/[Au3+] thay đổi Khi tỉ lệ mol dùng [AA]/[Au3+]  0.92 nano vàng khơng thể hình thành Khi tỉ lệ mol [AA]/[Au3+]  1.22 phổ hấp thụ thấy xuất hai đỉnh hấp thụ đặc trưng cấu trúc nano vàng dạng Khi tỷ lệ [AA]/[Au3+] tăng, đỉnh plasmon 𝜆𝐿𝑆𝑃𝑅 nhận tương ứng giảm từ 865 nm, 829 nm ổn đỉnh 806 nm tỷ lệ 1.84 Như AA nhân tố đóng vai trị quan trọng q trình hình thành nano vàng điều khiển phát triển kích thước nano vàng 4.4 Sự phụ thuộc tính chất quang nano vàng vào chiết suất môi trường 4.4.1 Ảnh hưởng nồng độ CTAB lên tính chất quang nano vàng 4.4.2 Ảnh hưởng phân tử bề mặt lên tính chất quang nano vàng Kết luận chương Các nano vàng kích thước nhỏ, đường kính thay đổi từ 10 nm – 15 nm, chiều dài thay đổi từ 20 nm – 45 nm, tỉ lệ cạnh từ 4.5, có đỉnh cộng hưởng plasmon nằm vùng 700-900 nm 19 tổng hợp phương pháp nuôi mầm khuôn dưỡng mềm tạo chất hoạt động bề mặt CTAB BDAC có tham gia ion Ag+ Đã khảo sát ảnh hưởng yếu tố chế tạo lên trình phát triển bất đẳng hướng hạt mầm để hình thành nano vàng tỉ lệ nồng độ mol ion [Au3+]/[Ag+] chất khử AA Qua rút quy trình chế tạo phù hợp để có nano vàng có đặc tính quang mong muốn Bên cạnh đó, phụ thuộc đỉnh cộng hưởng plasmon theo chiều dọc vào tỉ lệ cạnh chiết suất môi trường bao quanh khảo sát Kết cho thấy có phù hợp tốt kết thực nghiệm lý thuyết liên quan Chương 5: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG 5.1 Đặc điểm phân tử tương thích sinh học PEG, BSA, GSH, kháng thể IgG –HER2 tế bào BT-474 5.2 Gắn kết cấu trúc nano vàng với phân tử tương thích sinh học: BSA, PEG, GSH kháng thể IgG –HER2 5.2.1 Nguyên lý gắn kết 5.2.2 Một số kết gắn kết Các kết gắn kết khảo sát thông qua phổ hấp thụ hồng ngoại ảnh TEM tương ứng mẫu trước sau gắn kết Các chứng cho thấy cấu trúc nano vàng gắn kết thành cơng Hình 16 Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) protein BSA Au@BSA 20 5.3 Kết sử dụng hạt nano vàng ảnh tế bào Hình 17: Ảnh hiển vi trường tối tế bào ung thư nuôi cấy BT -474 (A), tế bào ung thư BT-474 gắn nhãn với kháng thể IgG –HER2 phức hệ Au@ IgG-HER2 (B) tế bào ung thư BT-474 ủ với hạt nano vàng@BSA Ảnh hiển vi trường tối cho thấy vai trò hạt nano SiO2/Au việc đánh dấu tế bào nhờ tán xạ ánh sáng hạt nano vàng làm tăng độ tương phản ảnh tế bào cần quan sát 5.4 Ứng dụng quang nhiệt cấu trúc nano vàng mô thịt Các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ nano vàng với khả hấp thụ tốt ánh sáng vùng hồng ngoại gần sử dụng hiệu ứng Kết cho thấy với điều kiện chiếu sáng nhiệt độ mẫu tiêm hạt nano vàng đạt khoảng 49÷51 C mẫu dày 1mm, 45÷46 0C mẫu dày mm, 40÷43 0C mẫu dày mm 33÷35 0C mẫu dày mm Như mẫu tiêm hạt nano vàng mật độ quang bước sóng kích thích nhiệt độ mẫu độ dày gần Chúng tơi tính hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt η SiO2/Au 22% nano vàng 24% Kết luận chương Trong chương chúng tơi trình bày thí nghiệm kết khảo sát ứng dụng loại hạt chế tạo ảnh tế bào hiệu ứng quang nhiệt mô thịt 21 Kết cho thấy mẫu thịt tiêm hạt nano vàng có độ hấp thụ bước sóng laser kích thích có nhiệt độ tăng từ 4-120C so với mẫu đối chứng, tùy thuộc vào mật độ công suất chiếu hạt Mật độ công suất chiếu hạt lớn gia nhiệt nhiều Hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt η mẫu tiêm hạt SiO2 /Au nano vàng tương ứng 22 % 24% Hạt nano SiO2/Au sử dụng ứng dụng ảnh tế bào ung thư vú BT-474 cho kết tốt cho thấy tiềm hạt nano vàng chẩn đoán điều trị bệnh Kết luận chung Luận án thực mục tiêu nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang nano vàng cấu trúc khác dạng cầu, dạng dạng lõi/vỏ với kích thước thay đổi Đồng thời sử dụng vật liệu chế tạo ứng dụng ảnh tế bào khảo sát hiệu ứng quang nhiệt mô thịt Các kết luận án đạt đóng góp luận án là: Chế tạo vật liệu Sử dụng phương pháp nuôi mầm để tổng hợp cấu trúc nano vàng nhiệt độ phịng với kích thước kiểm sốt: Các hạt nano vàng dạng cầu đơn phân tán với đường kính biến thiên từ 20,5 nm đến 2004,5 nm tổng hợp phương pháp “nuôi” mầm, sử dụng mầm hạt vàng Duff-Baiker kích thước 1-3 nm vàng citrate kích thước 19  nm, với dung dịch nuôi chứa phức ion vàng [AuClx(OH)4-x] Các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au với đường kính lõi từ 40-150nm, độ dày lớp thay đổi khoảng 12-22 nm tổng hợp phương pháp nuôi mầm theo quy trình bước 22 Các nano vàng kích thước nhỏ, đường kính thay đổi từ 10 nm – 15 nm, chiều dài thay đổi từ 20 nm – 45 nm, tỉ lệ cạnh từ - 4.5, có đỉnh cộng hưởng plasmon nằm vùng 700-900 nm tổng hợp sở khảo sát ảnh hưởng yếu tố lên trình phát triển bất đẳng hướng hạt mầm dung dịch Qua rút quy trình chế tạo phù hợp để có nano vàng có đặc tính quang mong muốn Đặc tính hấp thụ plasmon cấu trúc nano vàng Trên sở vật liệu chế tạo khảo sát cách hệ thống đặc trưng quang học hạt nano vàng dạng cầu, dạng cấu trúc lõi/vỏ Các hạt nano vàng dạng cầu 10 nm có phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon dải rộng với độ rộng bán phổ lớn, đỉnh hấp thụ nằm dải từ 505-510 nm; hạt có kích thước lớn hơn, phổ hấp thụ plasmon có đỉnh cộng hưởng với độ rộng bán phổ nhỏ nhiều so với độ bán rộng phổ hạt nhỏ Các hạt lớn đỉnh cộng hưởng dịch phía sóng dài; kích thước hạt khoảng 140 nm phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon xuất thêm đỉnh phía sóng dài kết tương tác ánh sáng với mode dao động bậc cao Các tính tốn lý thuyết tiết diện dập tắt, tán xạ hấp thụ phụ thuộc kích thước hạt hồn toàn phù hợp với kết thu từ thực nghiệm Khảo sát phụ thuộc phổ cộng hưởng plasmon dung dịch hạt vào tỷ lệ đường kính lõi độ dày lớp vỏ Kết cho thấy lượng hạt mầm vàng đủ lớn để phủ kín bề mặt hạt lõi phổ cộng hưởng plasmon có hai tần số cộng hưởng dịch phía sóng dài (800nm-900nm) tỷ lệ lõi/vỏ tăng Từ rút thơng số cho quy trình chế tạo hạt nano SiO2/Au có kích thước phổ hấp thụ plasmon phù hợp với ứng dụng cụ thể 23 Phổ cộng hưởng plasmon nano vàng có hai đỉnh đặc trưng tương ứng với mode dao động điện tử theo hai trục Luận án khảo sát phụ thuộc vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon theo chiều dọc vào tỉ lệ cạnh Đồng thời, nghiên cứu phụ thuộc tính chất quang nano vàng vào chiết suất môi trường bao quanh chúng Ứng dụng Luận án trình bày kết ứng dụng cấu trúc nano vàng chế tạo theo hai hướng ứng dụng chúng y sinh chẩn đốn điều trị bệnh Cụ thể là: sử dụng hạt nano vàng cấu trúc lõi/vỏ để ảnh đặc hiệu tế bào ung thư BT – 474 khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt mô sống nano vàng hạt nano vàng cấu trúc lõi/vỏ Kết nghiên cứu cho thấy nhờ đặc tính tán xạ mạnh ánh sáng vùng khả kiến mà hạt nano SiO2/Au cho hiệu tốt việc ảnh tế bào Đồng thời nhờ vào hấp thụ mạnh ánh sáng hồng ngoại gần nano vàng hạt nano cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au, nhiệt độ môi trường xung quanh chúng tăng lên từ 40C đến 120C chiếu sáng laser 808 nm Kiến nghị Qua kết nhận từ việc thực luận án cho thấy tiềm hạt nano vàng ứng dụng chẩn đoán điều trị ung thư liệu pháp quang nhiệt Việt Nam Để chuẩn bị cho việc điều trị phương pháp nghiên cứu tiền lâm sàng, nghiên cứu in vivo cần tiến hành để rút quy trình điều trị ung thư như: liều chiếu, thời gian chiếu lượng hạt sử dụng để hồn tồn phá hủy khối u mà khơng làm ảnh hưởng tới mô lành xung quanh Đồng thời với việc nghiên cứu tạo hạt vàng đa chức vừa mang thuốc điều trị ung thư vừa hướng đích chủ động để đồng thời phát huy tác dụng kép sử dụng hạt hiệu ứng quang nhiệt để điều trị ung thư 24 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO Đà XUẤT BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Tran Hong Nhung, Nghiem Thi Ha Lien, Emmanuel Fort, Le Quang Huan, Nguyen Thi Quy, Do Quang Hoa, Vu Thi Thuy Dương, La Thi Huyen, Nguyen Thanh Phuong, Nguyen Thi Tuyen, Do Thi Hue, “Biofunctionalisation of gold nanoparticles for biomedical applications”, IWNA 2011, November 10-12, 2011, Vung Tau, Viet Nam Thi Ha Lien Nghiem, Tuyet Ngan Le, Thi Hue Do, Thi Thuy Duong Vu, Quang Hoa Do, and Hong Nhung Tran “Preparation and characterization of silica - gold core - shell (SiO2 @ Au) nanoparticles”, advances in Optics photonics spectroscopy and applications VII, ISSN 1859-4271 Thi Ha Lien Nghiem, Thi Hue Do, Van Tuyen Nguyen, Thi Hai Nguyen, Thi My An Nguyen, Duong Vu, Quang Hoa,Thi Thuy Duong Vu and Hong Nhung Tran, “Synthesis and biofunctionalization of gold nanoshells for biomedical applications”, advances in Optics photonics spectroscopy and applications VIII, ISSN 1859-4271 Do Thi Hue, Nghiem Thi Ha Lien and Tran Hong Nhung, “Synthesis and characterization of fine colloidal gold nanoparticles”, the second academic conference on natural science for master and phD students from Cambodia, Laos, Malaysia and Viet Nam, 2012 ISBN 978-604913-088-5 T.H.L.Nghiem, T.N Le, T.H.Do, T.T.D Vu, Q.H.Do, and H TN Tran, “Preparation and characterization of silica–gold core–shell nanoparticles”, J.Nanoparticle Res., vol 15, no 11, Nov 2013 25 Thi Hue Do, Thi Thuy Nguyen, Thi Ha Lien Nghiem and Hong Nhung Tran “Synthesis and optical characterization of small diameter gold nanoshells for biomedical applications”, The 3rd Academic Conference on Natural Science for Master and PhD Students From Cambodia - Laos - Malaysia - Viet Nam, 11-15 November 2013, Phnom Penh, Cambodia, ISBN 978-604-913-088-5 Đỗ Thị Huế, Nguyễn Thị Bích Ngọc, Vũ Văn Sơn , Vũ Thị Thùy Dương, Nguyễn Trọng Nghĩa , Đỗ Quang Hòa, Trần Hồng Nhung, Nghiêm Thị Hà Liên, “ Chế tạo nano vàng dạng cho ứng dụng y sinh”, the International Conference on Applied & Engineering Physics, October 2015 in Hanoi, Vietnam Đỗ Thị Huế, Nguyễn Thị Bích Ngọc, Vũ Dương, Vũ Văn Sơn, Nguyễn Trọng Nghĩa , Đỗ Quang Hòa, Trần Hồng Nhung Nghiêm Thị Hà Liên, “ Chế tạo nano bạc dạng định hướng ứng dụng y sinh”, the International Conference on Applied & Engineering Physics, October 2015 in Hanoi, Vietnam Đỗ Thị Huế, Chu Việt Hà, Nghiêm Thị Hà Liên, Trần Hồn Nhung, “Chế tạo nano vàng dạng cho ứng dụng y sinh”, tạp chí Khoa học Cơng Nghệ Thái Ngun, 155 (10), 2016 10 Trong Nghia Nguyen, Thi Hue Do, Dinh Hoang Nguyen, Duong Vu, Quang Hoa Do, Hong Nhung Tran, and Thi Ha Lien Nghiem, “Enhanced absorption and fluorescence of gold nanoclusters using initial alkali concentrations”, Applied Physics Express 9, 2016 11 Nguyen Van Minh, Do Thi Hue, Nghiem Thi Ha Lien, Vu Thu Hien, Vu Ngoc Hung, Chu Manh Hoang, “Self-assembly of closepacked monolayer of silica nanospheres on silicon substrate with infrared irradiation”, Proceeding of the third international conference on 26 advaned materials and nanotechnology, (2016), ISBN 978-604-950010-7 12 Do Thi Hue, Vu Thi Thuy Duong, Nguyen Trong Nghia, Tran Hong Nhung, Nghiem Thi Ha Lien, “Seeded growth synthesis of gold nanorods for photothermal application” Vietnam Journal of Science and Technology 56 (2) 148-157, 2018 13 V.T.T.Duong, Anh D phan, Nghiem T H Lien, Do T Hue, Do Q Hoa, Do T Nga, Tran H Nhung, and Nguyen A Viet “Near – infrared photothermal response of plasmonic gold – coated nanoparticles in tissues” Phys.status solidi A, 2017,1700564 27 ... hình nghiên cứu giới nước, chọn nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng dạng lõi/vỏ silica /vàng định hướng ứng dụng y sinh? ?? Mục tiêu: - Nghiên. .. với ứng dụng cụ thể Chương CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG THANH 4.1 Ngun liệu hóa chất - Quy trình chế tạo Các nano vàng tổng hợp phương pháp nuôi mầm Quy trình... pháp chế tạo hạt nano cấu trúc lõi silica vỏ vàng 1.3 Ứng dụng cấu trúc nano vàng 1.3.1 Đánh dấu ảnh sinh học 1.3.2 Ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt 1.4 Các phương pháp đo đạc Chương 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO