CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN HẠT NANO VÀNG 1. Tính chất và ứng dụng các hạt nano Au 1.Tính chất của hạt nano Au[44] Cũng vậy, các hạt nano vàng có thể được sản xuất với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tùy thuộc vào phương pháp chế tạo. Thông thường, các hình dạng dị hướng được hình thành khi có mặt polyme ổn định liên kết ưu tiên với một mặt tinh thể và dẫn đến một hướng tinh thể phát triển nhanh hơn các hướng khác.
Kích thước của các miền tinh thể trong một hạt nano phụ thuộc vào phương pháp chế tạo. Ví dụ, công ty nanoComposix, đã phát triển các phương pháp để giảm thiểu kích thước của các miền tinh thể trong các hạt nano hình cầu để mang lại ít biến đổi hơn trong các đặc tính phổ của chúng. Hạt nano vàng với các hình dạng khác nhau. Tính chất điện Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn điện được dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn.
Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại, đường I-U là đường tuyến tính. Khi kích thước vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng, nếu giảm xuống kích thước e 12 nano thì đường I -U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện hiệu ứng mới gọi là hiệu ứng chắn Coulomb làm cho đường I-U bị nhảy bậc với mỗi giá trị bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I. Với e là điện tích của electron, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực. Tính dẫn điện của kim loại phụ thuộc vào điện trở của nó, điện trở nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong vùng dẫn.
Điện trở của vàng cũng chính là nguyên nhân chủ yếu gây nên sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Mật độ electron tự do trong vàng kim loại là 5,90. Vàng có tính dẫn điện rất tốt chỉ kém bạc và đồng, được dùng làm dây dẫn điện trong một số thiết bị tiêu thụ nhiều điện năng. Tính chất từ Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, niken,…thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.
Các kim loại quý như vàng, bạc, có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ này không toàn diện nữa và vật liệu có tính từ tương đối mạnh. Tính chất nhiệt Nếu kích thước của các hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Vì trong mạng tinh thể, nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử.
Mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Trên bề mặt vật liệu, các nguyên tử sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Vàng ở dạng khối có nhiệt độ nóng chảy rất cao 1063,40C. Nhưng e 13 nếu hạt vàng 2 nm thì có Tnc = 5000C, kích thước 6 nm có Tnc = 9500C.
Ứng dụng của hạt nano Au[45] Công nghệ nano là một nhánh của công nghệ liên quan đến việc tổng hợp, mô tả đặc tính và ứng dụng của các vật liệu trong phạm vi kích thước nano từ 1–100 nm. Trong những năm gần đây, so với các kim loại khối hoặc các ion kim loại, các hạt nano kim loại, bao gồm bạc (Ag), vàng (Au), bạch kim (Pt) và paladi (Pd), đã được nghiên cứu rộng rãi vì các đặc tính độc đáo của chúng, đặc biệt là ảnh hưởng của kích thước lượng tử và diện tích bề mặt lớn. Hạt nano vàng AuNPs được ứng dụng nhiều nghiên cứu trong khoa học sức khỏe. AuNPs có nhiều ưu điểm, và do đó, các nghiên cứu trước đây đã nghiên cứu các ứng dụng khác nhau của AuNPs trong nanomedicine như chất kháng khuẩn và trong các hệ thống phân phối thuốc và gen.
AuNPs được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau vì tính ổn định cao và các đặc tính điện tử, quang học và quang phổ độc đáo của chúng. Tác nhân kháng khuẩn Cơ chế tác dụng kháng khuẩn của AuNPs cũng giống như AgNPs ở chỗ AuNPs bám vào bề mặt của màng tế bào vi khuẩn và gây ra tổn thương và phá vỡ đáng kể màng, làm tăng tính thấm của bề mặt tế bào, ức chế hô hấp. chức năng của tế bào, và cuối cùng dẫn đến sự tiêu diệt tế bào AuNPs có các hoạt động kháng khuẩn tuyệt vời. Hơn nữa, chúng có tác dụng diệt khuẩn đối với các vi sinh vật khác nhau.
Tuy nhiên, hiệu quả diệt khuẩn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của AuNPs. Ngoài ra, một nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng AuNPs có thể được sử dụng hiệu quả như một phương tiện cho thuốc kháng sinh. Sự kết hợp của AuNPs với một chất kháng khuẩn khác như ciprofloxacin cho thấy tác dụng hiệp đồng, và hoạt tính kháng khuẩn của sự kết hợp này cao hơn so với AuNPs đơn thuần. Điều trị bệnh Leishmanicidal AuNPs như là hệ thống phân phối thuốc cho các tác nhân diệt khuẩn leishmanic từ kí sinh trùng Leishmanial nhân lên trong đại thực bào vật chủ.
Do đó, việc phân phối thuốc cụ thể đến đại thực bào là cần thiết để chống lại nhiễm trùng ký sinh trùng leishmanial. Các AuNP có chức năng quercetin đã được phát triển và chúng có hiệu quả chống lại các chủng kháng thuốc được chọn. Các chất hóa thực vật khác được sử dụng để tổng hợp AuNP như tác nhân diệt khuẩn leishmanic. Chất xúc tác Giống như AgNPs, AuNPs cũng được phát triển làm chất xúc tác cho nhiều loại phản ứng khác nhau, bao gồm cả việc loại bỏ các hóa chất độc hại.
Gần đây, AuNPs sinh học được sản xuất từ chất chiết xuất từ nước của lá Alpinia nigra cho thấy hoạt tính quang xúc tác cao; khoảng 83% và 88% metyl da cam và rhodamine B bị phân huỷ tương ứng. Tác nhân chẩn đoán và hình ảnh AuNPs đóng một vai trò quan trọng như một đầu dò trong việc kiểm tra tế bào ung thư bằng kính hiển vi vì chúng có thể tích tụ và tạo ra hiệu ứng tán xạ quang học trong các tế bào khối u. Do đó, AuNPs có thể được sử dụng trong chẩn đoán ung thư. Sự liên kết của AuNP với chất phân tích làm thay đổi các đặc tính hóa lí của AuNP, ví dụ, độ dẫn điện, hoạt động oxy hóa khử và SPR tạo thành các tín hiệu có thể phát hiện cho phép sử dụng chúng làm tác nhân chẩn đoán.
AuNPs cho phép phát hiện trong ống nghiệm và hoạt động như một tác nhân chẩn đoán các bệnh như ung thư bằng cách dễ dàng kết hợp với các dấu ấn sinh học như oligonucleotide hoặc kháng thể để phát hiện các phân tử sinh học đích. Vận chuyển thuốc Các hạt nano, bao gồm AuNPs, được sử dụng làm chất phân phối gen và thuốc vì khả năng tải bề mặt cao bên cạnh những ưu điểm khác. Diện tích bề mặt cao của AuNPs hoạt động như một nền tảng cho các tác nhân điều trị và tạo điều kiện cho sự gắn kết dày đặc của các chất đa chức năng như tác nhân nhắm mục tiêu và thuốc. AuNPs có thể được đưa vào tế bào thông qua cơ chế nhắm mục tiêu chủ động hoặc thụ động.
Quá trình nhắm mục tiêu thụ động liên quan đến sự tích tụ AuNPs bên trong khối u thông qua hệ thống mạch không đều của nó, cho phép xâm nhập của các phần tử có kích thước lớn qua nội mạc. Quá trình nhắm mục tiêu thụ động dựa trên hiệu ứng tăng cường độ thẩm thấu và lưu giữ (EPR). Nhắm mục tiêu hoạt động phụ thuộc vào việc liên kết với phối tử chức bề mặt được thiết kế đặc biệt cho các chất phân tích mục tiêu để cung cấp tính chọn lọc và tính đặc hiệu. AuNPs có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau, bao gồm điều hòa di truyền, liệu pháp quang nhiệt và tác nhân trị liệu, thông qua các chiến lược phân phối và nhắm mục tiêu hiệu quả.
Các phương pháp chế tạo và ứng dụng vật liệu nano Au biến tính trên bề mặt TiO2 1. Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng e 16 Hình 1. Phương pháp chế tạo hạt nano bạc và nano vàng Phương pháp khử hóa học: Các hạt nano tạo thành bằng phương pháp này có kích thước từ 0 nm đến 100 nm. Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng như muối citrate (Na3C6H5O7), borohydride (NaBH4), ascorbic acid (C6H8O6) để khử ion kim loại thành kim loại (còn gọi là phương pháp hóa ướt).
Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện đơn giản để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc bằng chất hoạt hóa bề mặt ngăn cản sự kết dính của hạt, duy trì kích thước nhỏ của hạt, làm cho dung dịch nano Ag, Au bền hơn trong thời gian dài hơn. e 17 Phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện, chi phí thấp, hiệu suất tổng hợp cao. Nhược điểm là sử dụng các hóa chất có thể gây ô nhiễm môi trường, độc hại (như NaBH4). Để hạn chế sử dụng các hóa chất độc hại thì đa số những năm gần đây, chúng ta thay thế chất khử bằng nhừng hóa chất thân thiện môi trường (như C6H8O6) nhưng thường có tính khử yếu nên hiệu suất thấp và còn chứa nhiều tạp chất nên dung dịch Ag không có độ tinh khiết cao.
- Phương pháp khử vật lí: Dưới tác dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. Có thể tổng hợp nano Ag theo nhiều phương pháp vật lí khác nhau như: Phương pháp bay hơi –ngưng tụ, phương pháp ăn mòn laser, nhiệt phân, in thạch bản (lithography), khử quang hóa, hay chiếu xạ tia gamma.