LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu chế tạo, tính chất quang của các hạt nanô vàng và cấu trúc nanô lõi /vỏ silica/vàng ứng dụng trong hiện ảnh tế bào” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Nghiên cứu sinh Đỗ Thị Huế ii LỜI CẢM ƠN Luận án này đã được hoàn thành tại phòng thí nghiệm của nhóm NanoBioPhotonics của Viện Vật lý thuộc viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn của TS.Nghiêm Thị Hà Liên và PGS. Trần Hồng Nhung. Để có thể hoàn thành đƣợc luận án này, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng, và lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới TS.Nghiêm Thị Hà Liên và PGS. Trần Hồng Nhung, những ngƣời thầy luôn tận tụy hết lòng hƣớng dẫn tôi, tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu ở Viện Vật Lý. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Vũ Dƣơng, PGS. TS Đỗ Quang Hòa, TS. Nguyễn Trọng Nghĩa cùng các anh chị em thuộc nhóm NanoBioPhotonics và thuộc trung tâm Điện tử Lƣợng tử - Viện Vật Lý đã giúp đỡ và cho tôi những ý kiến quý báu cũng nhƣ hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm để hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tới PGS. TS Chu Việt Hà, ngƣời luôn bên tôi, giúp đỡ và cho tôi những lời khuyên quý báu để tôi vững bƣớc trong suốt giai đoạn học tập của mình. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể lãnh đạo Khoa Vật Lý, cùng các thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, những ngƣời đã luôn quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi để tôi có thời gian hoàn thành luận án. Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ hai bên, tới gia đình nhỏ ở đó có chồng và con gái con, những ngƣời vẫn luôn bên con, thay con gánh vác việc gia đình, tạo cho con động lực và niềm tin để con có đƣợc ngày hôm nay. Xin trân trọng cảm ơn tất cả! Hà Nội, tháng 01 năm 2018 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN . ii LỜI CẢM ƠN . iii MỤC LỤC . iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN. viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ . xii MỞ ĐẦU .1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN . Tính chất quang của các hạt nano kim loại . Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance - SPR) . Lý thuyết Mie – sự phụ thuộc của tính chất quang vào kích thƣớc hạt . Đặc trƣng quang học của các cấu trúc nano vàng . Hạt nano vàng dạng cầu . Thanh nano vàng – Lý thuyết Gans . Hạt nano cấu trúc lõi /vỏ silica/vàng (SiO2/Au) . Các phƣơng pháp chế tạo cấu trúc nano vàng. Phƣơng pháp nuôi mầm . Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano vàng bằng phƣơng pháp nuôi mầm. Cơ chế ổn định keo của các hạt trong dung dịch . Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu . Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ - SiO2/Au . Chế tạo thanh nano vàng . Đánh dấu và hiện ảnh sinh học . Ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt . Các phƣơng pháp đo đạc . Phép đo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) . Nhiễu xạ tia X (XRD) . Các phƣơng pháp xác định cấu trúc hóa học . Phƣơng pháp EDX (Energy-dispersive X-ray) . Hấp thụ hồng ngoại (FTIR-Fourrier Transformation InfraRed) . Phƣơng pháp tán xạ động (Dynamic Light Scattering -DLS) . Các phƣơng pháp xác định tính chất quang . Phổ hấp thụ UV-Vis . Kính hiển vi trƣờng tối .54 Chƣơng 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CÁC HẠT NANO VÀNG DẠNG CẦU BẰNG PHƢƠNG PHÁP NUÔI MẦM . Nguyên liệu hóa chất . Chế tạo hạt vàng kích thƣớc nhỏ - vàng Duff-Baiker . Quá trình chế tạo . Hình thái và tính chất quang . Chế tạo các hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp nuôi mầm . Dung dịch nuôi . Chuẩn bị dung dịch nuôi . Xác định pH tối ƣu của dung dịch nuôi vàng hydroxyde . Khảo sát sự phát triển của hạt khi thay đổi tỷ lệ nồng độ ion Au3+ trong dung dịch nuôi và nồng độ hạt vàng trong dung dịch mầm . Điều khiển kích thƣớc hạt nano vàng lên tới 200 nm . Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng Duff-Baiker . Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng citrate .67 Kết luận chƣơng 2 .76 Chƣơng 3: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO LÕI SILICA VỎ VÀNG SiO2/Au . Nguyên liệu hóa chất -Quy trình chế tạo . Chế tạo và amin hóa hạt nano silica bằng phƣơng pháp Stober . Thí nghiệm chế tạo và amin hóa hạt nano silica . Tạo hạt nano silica bằng phƣơng pháp Stober .2 Chức năng hóa bề mặt hạt nano silica bằng các phân tử APTES . Kết quả tổng hợp hạt lõi nano silica. Chuẩn bị hạt silica – vàng mầm . Hấp phụ của hạt vàng Duff-Baiker lên hạt silica có hóa học bề mặt khác nhau . Ảnh hƣởng của thời gian ủ tới quá trình hấp phụ các hạt nano vàng mầm lên hạt lõi nano silica. Chế tạo các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng . Ảnh hƣởng nồng độ HCHO đến sự phát triển của hạt vàng trên bề mặt hạt nano silica. Chế tạo hạt nano SiO2/Au với tỉ lệ đƣờng kính lõi và độ dày vỏ thay đổi . Chế tạo hạt nano SiO2/Au có độ dày vỏ thay đổi. Tạo lớp vỏ vàng trên các hạt lõi silica có đƣờng kính trong khoảng 40-150 nm.95 Kết luận chƣơng 3 .100 Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG THANH . Nguyên liệu hóa chất - Quy trình chế tạo . Quy trình chế tạo thanh nano vàng . Giai đoạn tạo mầm . Giai đoạn nuôi mầm để tạo thanh . Chế tạo các thanh nano vàng và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng . Tỷ lệ nồng độ Ag+/Au3+ . Nồng độ tác nhân khử Axit ascorbic (AA) . Kết quả chế tạo thanh nano vàng . Hình dạng và thành phần của thanh nano vàng . Ảnh hƣởng của các yếu tố lên sự hình thành và phát triển của thanh. Tỉ lệ nồng độ mol [Ag+ ]/[Au3+] . Ảnh hƣởng của nồng độ AA . Sự phụ thuộc tính chất quang của các thanh nano vàng vào chiết suất của môi trƣờng . Ảnh hƣởng của nồng độ CTAB lên tính chất quang của các thanh nano vàng . Ảnh hƣởng của các phân tử bề mặt lên tính chất quang của các thanh nano vàng .119 Kết luận chƣơng 4 .121 Chƣơng 5: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG . Gắn kết hạt nano vàng với các phân tử sinh học và tƣơng thích sinh học . Gắn kết với phân tử albumin – protein bovine serum albumin (BSA) . Gắn kết với glutathione (GSH) . Một số kết quả gắn kết phân tử sinh học/tƣơng thích sinh học lên các cấu trúc nano vàng . Kết quả sử dụng hạt nano vàng trong hiện ảnh tế bào . Ứng dụng quang nhiệt của các cấu trúc nano vàng trên mô thịt . Bố trí thí nghiệm . Kết quả ứng dụng quang nhiệt .133 Kết luận chƣơng 5 .137 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .141 TÀI LIỆU THAM KHẢO .156 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên tiếng Việt AA Ascorbic acid Axit ascorbic AR Aspect Ratio Tỷ lệ cạnh CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide - NIR Near-infrared range Vùng hồng ngoại gần PPTT Plasmonic photo-thermal therapy Hiệu ứng quang – nhiệt SPR Surface plassmon resonance Cộng hƣởng plasmon bề mặt SP Surface plasmon Plasmon bề mặt SPP Surface Plasmon Polariton Plasmon polariton bề mặt DDA Discrete dipole approximation Gần đúng lƣỡng cực GNR Gold nanorod Thanh nano vàng TSPR Transmission surface plasmon Cộng hƣởng plasmon theo resonance chiều ngang của thanh LSPR Long surface plasmon resonance Cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc của thanh max LSPR - Cực đại hấp thụ ứng với dao động LSPR của GNR R= - Tỷ số độ hấp thụ quang LSPR/TSPR BDAC Benzyl dimethylhexadecyl ammonium - chloride BSA Bovine serum albumin - THPC Tetra- - viii kis(hydroxymethyl)phosphonium chloride DP Deposition Precipitation Kết tủa lắng đọng GPS Gold Plating Solution Dung dịch vàng hydroxide - Dung dịch nuôi GSH Glutathione reduced - TEOS Tetraethyl orthosilicate - APTES Propylamin-triethoxysilan - PEG Polyethylene glycol - TEM Transmission electron microscope Hiển vi điện tử truyền qua DLS Dynamic Light Scattering Tán xạ ánh sáng động học PdI Polydispertion Index Chỉ số đa phân tán ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp nuôi mầm . Một số kết quả tổng hợp cấu trúc lõi/vỏ của các nhóm trên thế giới . Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo hạt nano vàng dạng cầu. Các thông số thí nghiệm khảo sát sự phát triển của hạt khi nồng độ mầm thay đổi. Thể tích dung dịch nuôi và dung dịch mầm trong 4 bƣớc nuôi sử dụng hạt mầm ban đầu là hạt vàng Duff-Baiker. Lƣợng chất khử HCHO 37% trong mỗi bƣớc giữ không đổi 3µl. Kích thƣớc và chỉ số PdI của các dung dịch nano vàng nhận đƣợc từ mầm Duff-Baiker sau các bƣớc nuôi . Thể tích dung dịch nuôi và dung dịch mầm trong 18 bƣớc nuôi từ bƣớc 5 đến bƣớc 22, hạt mầm ban đầu sử dụng là hạt vàng citrate. Lƣợng chất khử HCHO 37% trong mỗi bƣớc giữ không đổi 3µl. Tính toán kích thƣớc, nồng độ, và các đặc tính quang của các hạt nano vàng thu đƣợc sau các bƣớc phát triển khác nhau. Các thông số quang của các dung dịch hạt keo vàng với một số kích thƣớc khác nhau . Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo các hạt nano cấu trúc lõi silica vỏ vàng (SiO2/Au). Tổng hợp các kết quả đo kích thƣớc hạt từ ảnh TEM, PdI, đƣờng kính thủy động và nồng độ các hạt silica đƣợc chức năng hóa bề mặt . Các thông số thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ HCHO đến sự phát triển lớp vỏ vàng. Chiều dày lớp vỏ vàng để phủ kín các lõi silica có đƣờng kính khác nhau . Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo cấu trúc nano vàng dạng thanh 101 Bảng 4. Các thông số thực nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của ion Ag+ đến sự hình thành và phát triển của cấu trúc nano vàng dạng thanh . Ảnh hƣởng của nồng độ AA đến sự hình thành và phát triển của thanh nano vàng. Hiệu suất tạo thanh, đƣờng kính trung bình và tỉ lệ các cạnh của thanh tạo thành ứng với tỉ lệ mol [Ag+ ]/[Au3+] khác nhau .
