Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Nano ZnO Pha Tạp Eu và Ứng Dụng Trong Phân Tích Kháng Sinh Quinolone

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Eu và ứng dụng trong phân tích kháng sinh quinolone, mở ra hướng đi mới trong y học.

• Tác giả: Vũ Bảo Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Tạ Thị Thảo
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Dược
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nano ZnO Pha Tạp Eu và Ứng Dụng Trong Phân Tích Kháng Sinh Quinolone
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vật liệu nano
• 1.1.1. Khái niệm, phân loại vật liệu nano
• 1.1.2. Tính chất và ứng dụng của vật liệu nano
• 1.1.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano
• 1.2. Tổng quan về vật liệu nano ZnO và nano ZnO pha tạp đất hiếm
• 1.2.1. Tính chất của nano ZnO
• 1.2.2. Một số phương pháp tổng hợp nano kẽm oxit
• 1.2.2.1. Phương pháp sol-gel
• 1.2.2.2. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.2.2.3. Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học
• 1.3. Tổng quan về nhóm kháng sinh Quinolon và phương pháp phân tích
• 1.3.1. Tổng quang chung về nhóm kháng sinh quinolon
• 1.3.2. Các phương pháp xác định kháng sinh nhóm quinolon
• 2. Hóa chất và dụng cụ, thiết bị
• 2.1. Cách pha dung dịch
• 2.1.1. Pha dung dịch chuẩn Norfloxacin, Ciprofloxacin, Ofloxacin
• 2.1.2. Pha dung dịch đệm
• 2.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+ 1%
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu đặc tính vật liệu
• 2.4. Phương pháp phổ huỳnh quang phân tích các kháng sinh sử dụng nano ZnO và ZnO- Eu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Các đặc trưng cấu trúc của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Eu
• 3.2. Hình thái học vật liệu
• 3.3. Tính chất quang của vật liệu nano
• 3.4. Ứng dụng nano ZnO-Eu trong phân tích các kháng sinh nhóm quinolon
• 3.4.1. Tính chất quang của kháng sinh
• 3.4.2. Ảnh hưởng của ZnO và Eu đến tính chất huỳnh quang của 3 chất norfloxacin, ofloaxcin, ciprofloxacin
• 3.4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ ZnO-Eu/ kháng sinh đến phổ huỳnh quang của các kháng sinh
• 3.4.4. Ảnh hưởng của thời gian đến cường độ huỳnh quang các kháng sinh norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin khi có mặt của ZnO-Eu
• 3.4.5. Đường chuẩn xác định các quinolon khi có mặt ZnO- Eu
• 3.4.6. Thử nghiệm phân tích mẫu thực tế
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Nano ZnO Pha Tạp Eu Là Gì

Nghiên cứu vật liệu nano ZnO pha tạp Eu đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. ZnO (Kẽm oxit) là một vật liệu bán dẫn quan trọng với nhiều ứng dụng tiềm năng, và việc pha tạp với Europium (Eu), một nguyên tố đất hiếm, giúp cải thiện đáng kể các tính chất quang học và điện tử của nó. Vật liệu nano này hứa hẹn nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như cảm biến, quang điện tử, và đặc biệt là phân tích hóa học. Sự kết hợp giữa tính chất bán dẫn của ZnO và khả năng phát quang của Eu tạo ra một vật liệu có khả năng phát hiện và định lượng các chất một cách hiệu quả. Theo nghiên cứu của Vũ Bảo Trung (2022), việc pha tạp Eu vào ZnO cho phép mở rộng các ứng dụng quan trọng trong thực tế do hiệu suất phát quang cao, thời gian sống dài và bền trong các điều kiện ứng dụng khác nhau.

1.1. Khái niệm cơ bản về Nano ZnO và pha tạp Eu

Nano ZnO là vật liệu oxit kẽm có kích thước ở cấp độ nanomet, mang lại các tính chất đặc biệt so với vật liệu ZnO thông thường. Việc pha tạp Europium (Eu) vào cấu trúc nano ZnO là quá trình đưa các ion Eu vào mạng lưới tinh thể ZnO, tạo ra các trung tâm phát quang. Eu3+ trong mạng nền ZnO cho phép mở nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế bởi hiệu suất phát quang cao, thời gian sống dài và bền trong các điều kiện ứng dụng khác nhau, theo nghiên cứu của Vũ Bảo Trung (2022). Sự pha tạp này có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ phương pháp hóa học ướt đến phương pháp lắng đọng pha hơi.

1.2. Ưu điểm vượt trội của vật liệu Nano ZnO pha tạp Eu

Vật liệu nano ZnO pha tạp Eu sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với ZnO thông thường. Đầu tiên, nó có khả năng phát quang mạnh mẽ ở vùng ánh sáng nhìn thấy, do các ion Eu phát ra ánh sáng đặc trưng khi bị kích thích. Thứ hai, việc pha tạp Eu có thể cải thiện độ ổn định của ZnO và giảm thiểu các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể. Cuối cùng, vật liệu này có diện tích bề mặt lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng hóa học và hấp phụ. Như vậy, nano ZnO pha tạp Eu là một vật liệu đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng khác nhau. Hiện nay có một số nghiên cứu sử dụng nano oxit kẽm cũng như Eu3+ để tăng độ nhạy của phương pháp khi phân tích một số loại kháng sinh.

II. Thách Thức và Vấn Đề Trong Phân Tích Kháng Sinh Quinolone

Việc phân tích kháng sinh Quinolone trong môi trường và mẫu sinh học đặt ra nhiều thách thức đáng kể. Quinolone là một nhóm kháng sinh tổng hợp được sử dụng rộng rãi, nhưng sự tồn dư của chúng trong môi trường có thể gây ra các vấn đề về kháng kháng sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Các phương pháp phân tích truyền thống thường đòi hỏi quy trình phức tạp, thời gian dài và độ nhạy không cao. Vì vậy, việc phát triển các phương pháp phân tích nhanh chóng, hiệu quả và độ nhạy cao là vô cùng quan trọng. Một số nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng liên kết của của quinolone với đất và trầm tích làm chậm quá trình phân hủy của chúng. Vì vậy việc xác định hàm lượn tồn dư kháng sinh nhóm quinolone là vô vùng cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm.

2.1. Khó khăn trong phát hiện dư lượng kháng sinh Quinolone

Việc phát hiện dư lượng kháng sinh Quinolone trong các mẫu phức tạp như nước thải, đất, hoặc mẫu sinh học gặp nhiều khó khăn do nồng độ kháng sinh thường rất thấp. Các chất nền trong mẫu có thể gây nhiễu và ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Ngoài ra, một số kháng sinh Quinolone có cấu trúc tương tự nhau, gây khó khăn trong việc phân biệt và định lượng chính xác từng chất. Vì vậy, cần có các phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chọn lọc cao để giải quyết vấn đề này. Theo Vũ Bảo Trung (2022), sự hiện diện dư lượng kháng sinh trong môi trường đã tạo thành một mối đe dọa mới đối với sức khỏe và sinh thái của con người, vật nuôi, đặc biệt là những kháng sinh không có nguồn gốc tự nhiên khó phân hủy sinh học như nhóm quinolone.

2.2. Hạn chế của các phương pháp phân tích Quinolone hiện nay

Các phương pháp phân tích Quinolone hiện nay, như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và sắc ký khí khối phổ (GC-MS), có những hạn chế nhất định. HPLC đòi hỏi quá trình chuẩn bị mẫu phức tạp và sử dụng dung môi hữu cơ đắt tiền. GC-MS có độ nhạy cao hơn, nhưng đòi hỏi quá trình derivat hóa mẫu và có thể không phù hợp với các kháng sinh Quinolone có độ bền nhiệt kém. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp phân tích thay thế, đơn giản hơn, và hiệu quả hơn là một nhu cầu cấp thiết.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Nano ZnO Pha Tạp Eu Hướng Dẫn Chi Tiết

Việc tổng hợp nano ZnO pha tạp Eu đòi hỏi quy trình kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng và tính chất của vật liệu. Có nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng, bao gồm phương pháp sol-gel, phương pháp nhiệt phân, và phương pháp đồng kết tủa. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Khóa luận của Vũ Bảo Trung (2022) đã sử dụng phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+ 1% và phương pháp nghiên cứu đặc tính vật liệu.

3.1. Phương pháp Sol Gel Ưu điểm và quy trình thực hiện

Phương pháp sol-gel là một phương pháp phổ biến để tổng hợp nano ZnO pha tạp Eu do tính đơn giản, chi phí thấp và khả năng kiểm soát kích thước hạt tốt. Quy trình bao gồm việc hòa tan các tiền chất của ZnO (ví dụ, kẽm axetat) và Eu (ví dụ, europium nitrat) trong dung môi, sau đó tạo gel bằng cách điều chỉnh pH hoặc nhiệt độ. Gel sau đó được sấy khô và nung để tạo thành vật liệu nano. Xi Chen, Qi Wang và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các hạt nano ZnO bằng phương pháp sol-gel (Chen et al., 20XX). Các hạt nano ZnO được tổng hợp có kích thước 7,4 nm, kết tinh tốt, phân tán tốt trong nước và ổn định ánh sáng, có khả năng phát quang.

3.2. Phương pháp nhiệt phân Ứng dụng và các yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp nhiệt phân là một phương pháp khác để tổng hợp nano ZnO pha tạp Eu, trong đó các tiền chất được nung ở nhiệt độ cao trong môi trường kiểm soát. Phương pháp này có thể tạo ra các hạt nano có độ tinh khiết cao và kích thước đồng đều. Tuy nhiên, việc kiểm soát nhiệt độ và thành phần khí quyển là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Nhóm các tác giả Yousheng Zhang, Lisheng Wang, Xiaohua Liu, Yunjie Yan, Changqiang Chen và Jing Zhu đã thực hiện tổng hợp các thanh và mảng oxit nano/micro kẽm bằng phương pháp bốc hơi nhiệt (Zhang et al., 20XX).

IV. Ứng Dụng Nano ZnO Pha Tạp Eu Phân Tích Quinolone Kết Quả Nghiên Cứu

Nghiên cứu cho thấy nano ZnO pha tạp Eu có thể được sử dụng hiệu quả trong việc phân tích kháng sinh Quinolone bằng phương pháp huỳnh quang. Vật liệu nano này có khả năng tăng cường cường độ huỳnh quang của Quinolone, cho phép phát hiện và định lượng các chất này ở nồng độ rất thấp. Kết quả nghiên cứu của Vũ Bảo Trung (2022) đã chỉ ra rằng việc sử dụng nano ZnO pha tạp Eu có thể cải thiện đáng kể độ nhạy của phép phân tích Ofloxacin, Norfloxacin và Ciprofloxacin. Vật liệu nano ZnO pha tạp Eu được phân tán vào nước và bước đầu đánh giá khả năng tăng độ nhạy phép phân tích ofloxacin, norfloxacin và ciprofloxacin bằng phương pháp huỳnh quang.

4.1. Cơ chế tăng cường huỳnh quang của Quinolone bởi Nano ZnO Eu

Cơ chế tăng cường huỳnh quang của Quinolone bởi nano ZnO pha tạp Eu có thể được giải thích bằng hiệu ứng cộng hưởng năng lượng (Förster resonance energy transfer - FRET). Các ion Eu trong ZnO hấp thụ năng lượng từ ánh sáng kích thích và chuyển năng lượng này đến các phân tử Quinolone, làm tăng cường độ huỳnh quang của chúng. Ngoài ra, nano ZnO có thể hấp phụ Quinolone trên bề mặt, tạo điều kiện cho quá trình FRET diễn ra hiệu quả hơn.

4.2. Thử nghiệm phân tích mẫu thực tế và đánh giá độ chính xác

Để đánh giá tính ứng dụng thực tế, nano ZnO pha tạp Eu đã được sử dụng để phân tích các mẫu nước bị ô nhiễm bởi kháng sinh Quinolone. Kết quả cho thấy phương pháp này có độ chính xác và độ nhạy cao, có thể phát hiện Quinolone ở nồng độ thấp hơn so với các phương pháp truyền thống. Các thử nghiệm cũng cho thấy phương pháp này có khả năng loại bỏ nhiễu từ các chất nền trong mẫu, đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Vật Liệu Nano ZnO Eu Tương Lai

Nghiên cứu về vật liệu nano ZnO pha tạp Eu và ứng dụng của nó trong phân tích kháng sinh Quinolone đã mở ra một hướng đi đầy tiềm năng trong lĩnh vực phân tích hóa học. Vật liệu này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống, bao gồm độ nhạy cao, độ chính xác tốt, và quy trình đơn giản. Trong tương lai, nghiên cứu có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu, cải thiện độ ổn định của vật liệu, và mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực khác. Hiện nay có một số nghiên cứu sử dụng nano oxit kẽm cũng như Eu3+ để tăng độ nhạy của phương pháp khi phân tích một số loại kháng sinh.

5.1. Tổng kết các kết quả chính và đóng góp của nghiên cứu

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp và đánh giá tính chất của vật liệu nano ZnO pha tạp Eu. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng tăng cường huỳnh quang của kháng sinh Quinolone, cho phép phát hiện và định lượng các chất này ở nồng độ rất thấp. Nghiên cứu cũng đã chứng minh tính ứng dụng thực tế của vật liệu trong việc phân tích các mẫu nước bị ô nhiễm, mở ra tiềm năng cho việc phát triển các phương pháp phân tích nhanh chóng, hiệu quả và độ nhạy cao.

5.2. Hướng phát triển tiềm năng của vật liệu Nano ZnO Eu

Trong tương lai, nghiên cứu về vật liệu nano ZnO pha tạp Eu có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp để tạo ra vật liệu có kích thước, hình dạng và thành phần đồng đều hơn. Nghiên cứu cũng có thể khám phá các ứng dụng mới của vật liệu trong các lĩnh vực như cảm biến sinh học, quang điện tử, và y học. Ngoài ra, việc phát triển các phương pháp phân tích sử dụng nano ZnO pha tạp Eu có thể giúp cải thiện việc kiểm soát chất lượng nước và đảm bảo an toàn thực phẩm.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Kháng sinh từ khi được phát hiện vào đầu thế kỷ XX đã trở thành công cụ quan trọng trong điều trị và phòng bệnh ở người cũng như vật nuôi. Tuy nhiên, chỉ khoảng 25% đến 75% lượng kháng sinh đưa vào cơ thể được hấp thu và chuyển hóa, phần lớn còn lại đào thải ra môi trường qua nguồn nước thải sinh hoạt, bệnh viện và các trang trại chăn nuôi. Các hợp chất này được xếp vào nhóm "chất ô nhiễm mới" có khả năng gây đe dọa nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Trong đó, kháng sinh nhóm quinolone (đặc biệt là các dẫn xuất fluoroquinolone) là kháng sinh tổng hợp nhân tạo, không có nguồn gốc tự nhiên và rất khó bị phân hủy sinh học. Các nghiên cứu thực tế cho thấy quinolone có khả năng liên kết chặt chẽ với đất và trầm tích, làm suy giảm tốc độ tự phân hủy tự nhiên trong môi trường. Do đó, việc nghiên cứu phát triển các phương pháp phân tích có độ nhạy cao để xác định dư lượng kháng sinh nhóm quinolone là yêu cầu cấp thiết nhằm phục vụ công tác kiểm soát ô nhiễm.

Song song với yêu cầu phân tích môi trường, các vật liệu cấu trúc nano bán dẫn, đặc biệt là kẽm oxit (ZnO) và ZnO pha tạp ion đất hiếm, đang nhận được sự quan tâm lớn. Mạng nền ZnO có độ rộng vùng cấm lớn (~3,37 eV) và năng lượng liên kết exciton cao (60 meV). Khi đưa ion đất hiếm Eu3+ vào mạng nền ZnO, vật liệu thể hiện các đặc tính phát quang mới nhờ quá trình chuyển dời cấu hình 4f–4f với hiệu suất phát quang cao, vạch phổ phát xạ hẹp và thời gian sống dài. Một số nghiên cứu đã chỉ ra sự kết hợp giữa nano ZnO và ion Eu3+ có thể tạo hiệu ứng tăng cường độ phát huỳnh quang khi tương tác với các phân tử hữu cơ.

Từ bối cảnh thực tiễn trên, khóa luận tốt nghiệp ngành Hóa Dược của tác giả Vũ Bảo Trung (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, thực hiện năm 2022 dưới sự hướng dẫn của PGS. Tạ Thị Thảo và TS. Đỗ Huy Hoàng) xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

1. Tổng hợp vật liệu nano ZnO và vật liệu nano ZnO pha tạp ion Eu3+ với tỷ lệ 1% mol (ZnO-Eu 1%) bằng phương pháp sol-gel có biến tính bề mặt bằng tetraethyl orthosilicate (TEOS).
2. Đánh giá cấu trúc tinh thể, hình thái học, đặc trưng dao động liên kết và tính chất quang của vật liệu thông qua các phép đo vật lý chuyên dụng (XRD, FE-SEM, TEM, Raman, FT-IR, phổ huỳnh quang).
3. Phân tán vật liệu vào môi trường nước và khảo sát các điều kiện tối ưu (pH, tỷ lệ nồng độ vật liệu/kháng sinh, thời gian phản ứng) ảnh hưởng đến khả năng phát huỳnh quang của ba kháng sinh đại diện nhóm quinolone gồm norfloxacin, ofloxacin và ciprofloxacin.
4. Xây dựng đường chuẩn phân tích và bước đầu đánh giá khả năng nâng cao độ nhạy của phương pháp phổ huỳnh quang khi có mặt nano ZnO-Eu.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ vật liệu nano ZnO, nano ZnO pha tạp Eu3+ 1% và ba dược chất kháng sinh fluoroquinolone (norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin). Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được triển khai tại phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa phân tích (Khoa Hóa học), phòng thí nghiệm Khoa Vật lý thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, và Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương trong năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng khung lý thuyết về hóa học vật liệu nano, cấu trúc tinh thể bán dẫn wurtzite của ZnO, quang phổ phát quang của ion đất hiếm (Eu3+) và tính chất lý hóa - quang phổ của nhóm dược chất fluoroquinolone:

• Mô hình cấu trúc tinh thể ZnO và pha tạp đất hiếm: ZnO là bán dẫn thuộc nhóm AII-BVI kết tinh chủ yếu ở dạng lục giác wurtzite bền vững. Bán kính ion Zn2+ là 0,74 Å, nhỏ hơn đáng kể so với bán kính ion Eu3+ (0,90 Å), cùng sự khác biệt về hóa trị giữa Zn(II) và Eu(III) khiến việc khuếch tán ion Eu3+ sâu vào mạng tinh thể nền ZnO gặp nhiều trở ngại. Quá trình truyền năng lượng từ exciton của mạng nền ZnO sang tâm phát quang Eu3+ quyết định cường độ phát xạ vạch màu đỏ đặc trưng của europium.
• Tính chất phân tử của kháng sinh quinolone: Các fluoroquinolone khảo sát gồm norfloxacin (C16H18FN3O3, M = 319,336 g/mol, pKa1 = 6,34; pKa2 = 8,75), ofloxacin (C18H20FN3O4, M = 361,368 g/mol, pKa1 = 6,05; pKa2 = 8,22) và ciprofloxacin (C17H18FN3O3, M = 331,346 g/mol, pKa1 = 6,09; pKa2 = 8,62). Cấu trúc của chúng chứa nhân quinoline/benzoxazine gắn nhóm chức carboxylic (-COOH) ở vị trí C-3 và nhóm carbonyl (-C=O) ở vị trí C-4, tạo điều kiện thuận lợi để tạo phức chelate với các ion kim loại và tương tác bề mặt hạt nano.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành qua các quy trình:

• Phương pháp tổng hợp hóa học: Kỹ thuật sol-gel cải tiến sử dụng tiền chất kẽm axetat đihydrat Zn(CH3COO)2.2H2O, kali hydroxit KOH trong dung môi ethanol ở 80°C, bổ sung europium clorua hexahydrat EuCl3.6H2O. Quá trình bọc và biến tính bề mặt chống kết tụ được thực hiện bằng tetraethyl orthosilicate (TEOS) kết hợp dung môi hexan.
• Phương pháp khảo sát đặc tính vật liệu:
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Thực hiện trên máy SIEMENS D5005 (Bruker, CHLB Đức), sử dụng bức xạ Cu Kα (bước sóng λ = 1,54056 Å).
  • Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM): Thiết bị JEOL JSM 5410 LV.
  • Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Thực hiện tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương để xác định kích thước và hình thái hạt.
  • Quang phổ tán xạ Raman: Hệ phổ kế Labram HR800 (Horiba, Nhật Bản).
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Đo trên thiết bị IRprestige-21 (Shimadzu, Nhật Bản).
• Phương pháp quang phổ phân tích kháng sinh:
  • Phổ hấp thụ phân tử tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) quét trong dải bước sóng 200–600 nm để xác định cực đại hấp thụ.
  • Phổ huỳnh quang phân tử đo trên máy quang phổ huỳnh quang với bước sóng kích thích λex = 290 nm, dải bước sóng phát xạ quét từ 350–800 nm.
  • Môi trường phản ứng được kiểm soát bằng dung dịch đệm vạn năng Britton-Robinson (chứa H3BO3 0,04 M, CH3COOH 0,04 M, H3PO4 0,04 M, điều chỉnh khoảng pH bằng dung dịch NaOH 0,2 M).

Nguồn hóa chất gồm chuẩn norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin tinh khiết 98% (Merck); các muối tiền chất Zn(CH3COO)2.2H2O 99,0%, EuCl3.6H2O 99,9%; TEOS 98% (Merck); cùng các dung môi ethanol, hexan, acid vô cơ (Hóa chất Đức Giang và Trung Quốc). Nước cất hai lần được sử dụng xuyên suốt toàn bộ quá trình pha chế và đo đạc.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Phần mở đầu nêu rõ tính cấp thiết của việc kiểm soát ô nhiễm kháng sinh nhóm quinolone trong môi trường nước do đặc tính khó phân hủy sinh học và khả năng tích tụ trầm tích. Tác giả luận giải việc phát triển vật liệu huỳnh quang nano ZnO pha tạp đất hiếm Eu3+ nhằm nâng cao độ nhạy cho phép đo phổ huỳnh quang phân tử, đồng thời tóm tắt mục tiêu, nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của khóa luận.

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến ba khối nội dung chính:

• Vật liệu nano và nano kẽm oxit: Khái niệm, phân loại vật liệu nano (0-D, 1-D, 2-D, 3-D) và các hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng bề mặt xuất hiện khi kích thước hạt nhỏ hơn độ dài tới hạn. Khóa luận tổng kết 4 nhóm phương pháp chế tạo nano: hóa ướt (sol-gel, thủy nhiệt, đồng kết tủa), cơ học (nghiền bi), bốc bay chân không/nhiệt và pha khí (plasma, nhiệt phân). Đối với nano ZnO, tài liệu trình bày thông số mạng wurtzite, độ cứng 4,5 Mohs, nhiệt độ nóng chảy 1975°C, khối lượng riêng 5,606 g/cm3, cùng tính chất quang bán dẫn vùng cấm rộng.
• Vật liệu nano ZnO pha tạp ion Eu3+: Đánh giá cấu trúc chuyển dời điện tử 4f–4f của ion Eu3+ tạo ra phát xạ ánh sáng đỏ. Tác giả phân tích khó khăn khi pha tạp do sự chênh lệch bán kính ion giữa Zn2+ (0,74 Å) và Eu3+ (0,90 Å), hiện tượng dập tắt huỳnh quang khi nồng độ pha tạp vượt ngưỡng tối ưu, và các ứng dụng của ZnO:Eu3+ trong quang điện tử và đánh dấu sinh học.
• Kháng sinh nhóm quinolone và các phương pháp xác định: Tổng quan cấu trúc hóa học chung của khung quinolone/naphthyridone và các vị trí gắn nhóm thế tối ưu (R1 cyclopropyl, R6 flo, R7 azabicyclic). Phân loại 4 thế hệ quinolone và thông tin chi tiết về 3 kháng sinh nghiên cứu (norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin). Chương này tổng hợp các phương pháp định lượng hiện có: phương pháp đo quang phổ UV-Vis, HPLC (pha đảo C18 với đầu dò UV hoặc huỳnh quang), điện di mao quản (CZE, MEKC, chip vi lưu) và các phương pháp von-ampe hòa tan điện hóa.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục hóa chất, trang thiết bị và các quy trình thao tác thực nghiệm:

• Quy trình pha chế dung dịch chuẩn và đệm: Pha dung dịch gốc norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin nồng độ 10^-4 M bằng cách cân chính xác lần lượt 1,6 mg, 1,8 mg và 1,7 mg trong bình định mức 50 ml, bảo quản ở 4°C trong lọ tối màu. Pha hệ đệm vạn năng Britton-Robinson từ H3BO3, CH3COOH, H3PO4 (đồng nồng độ 0,04 M) và chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 0,2 M.
• Quy trình tổng hợp vật liệu nano ZnO-Eu 1%: Hòa tan 5,4875 g Zn(CH3COO)2.2H2O trong 150 ml ethanol ở 80°C. Hòa tan 1,96 g KOH trong 20 ml ethanol (làm lạnh 4°C) và lượng EuCl3.6H2O tương ứng trong 10 ml nước cất. Nhỏ đồng thời dung dịch KOH và dung dịch Eu3+ vào dung dịch kẽm axetat ở 80°C, khuấy phản ứng trong 30 phút. Bổ sung hexan theo tỷ lệ 2:1 và nhỏ tiếp 0,2 ml TEOS, khuấy tiếp 30 phút. Ly tâm, rửa kết tủa 3 lần bằng ethanol và sấy ở 60°C trong 6 giờ để thu hồi sản phẩm dạng bột. Mẫu đối chứng nano ZnO thuần được tổng hợp theo quy trình tương tự nhưng không thêm muối europium.
• Kỹ thuật phân tích đặc trưng và đo quang: Mô tả nguyên lý và thông số vận hành của các thiết bị XRD (Siemens D5005), FE-SEM (JEOL JSM 5410 LV), TEM, Raman (Horiba Labram HR800), FT-IR (Shimadzu). Hướng dẫn quy trình chuẩn bị huyền phù nano ZnO và ZnO-Eu 1000 ppm trong nước cất bằng bể rung siêu âm trong 15 phút, dung dịch Eu3+ 40 ppm, cùng các bước tiến hành đo phổ UV-Vis và huỳnh quang phân tử.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích số liệu thực nghiệm thu được từ cấu trúc vật liệu đến ứng dụng phân tích:

• Đặc trưng hình thái và cấu trúc: Ảnh FE-SEM và TEM cho thấy các hạt nano ZnO và ZnO-Eu 1% đều có dạng hình ovan bo tròn, kích thước hạt tương đối đồng đều với đường kính trung bình khoảng 25 nm, các hạt có xu hướng kết đám thành khối nhỏ.
• Kết quả phổ dao động và nhiễu xạ:
  • Phổ FT-IR của ZnO-Eu xuất hiện đỉnh hấp thụ ở 550 cm^-1 đặc trưng cho dao động kéo dãn liên kết Zn-O và đỉnh 1558,48 cm^-1 tương ứng với dao động của liên kết O-H bề mặt.
  • Phổ Raman của ZnO và ZnO-Eu 1% ghi nhận các dải dao động mạng tinh thể tương đương nhau, cho thấy nồng độ pha tạp Eu3+ 1% không làm biến dạng đáng kể cấu trúc mạng nền.
  • Giản đồ XRD của ZnO-Eu 1% ghi nhận các đỉnh nhiễu xạ rõ nét tại các góc 2θ: 31,86°; 34,5°; 36,3°; 47,6°; 56,6°; 62,9°; 67,9°, hoàn toàn trùng khớp với các mặt mạng (100), (002), (101), (102), (110), (103) và (112) của cấu trúc đa tinh thể ZnO lục giác wurtzite (thẻ chuẩn JCPDS 00-36-1451). Đỉnh phản xạ trên mặt phẳng (101) có cường độ mạnh nhất.
• Tính chất quang phổ của kháng sinh và vật liệu:
  • Dung dịch nano ZnO và ZnO-Eu khi kích thích ở bước sóng λex = 325 nm cho tín hiệu phát xạ huỳnh quang cực đại tại vùng bước sóng xấp xỉ 600 nm.
  • Đo phổ UV-Vis của dung dịch kháng sinh nồng độ cỡ 10^-6 M: norfloxacin và ciprofloxacin có cực đại hấp thụ tại λmax = 274 nm, ofloxacin có cực đại tại λmax = 291 nm. Phổ hấp thụ của ba chất xen phủ mạnh lên nhau.
  • Đo phổ huỳnh quang phân tử riêng rẽ (λex = 290 nm): norfloxacin phát xạ cực đại tại λem = 441 nm, ciprofloxacin tại λem = 448 nm, ofloxacin tại λem = 498 nm. Do cực đại phát xạ của norfloxacin và ciprofloxacin quá sát nhau (chênh lệch 7 nm), không thể định lượng riêng lẻ hai chất này trong cùng một hỗn hợp bằng phép đo huỳnh quang trực tiếp.
• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng:
  • Ảnh hưởng của pH: Khảo sát dải pH từ 2 đến 10. Trong khoảng pH 2–4, cường độ huỳnh quang của cả ba chất ổn định ở mức cao do kháng sinh tồn tại dạng cation/phân tử mang tính acid (dưới giá trị pKa). Từ pH > 4 đến 10, huỳnh quang giảm mạnh do sự khử proton chuyển sang dạng anion. Mức pH = 3,5 (đệm vạn năng) được chọn làm điều kiện tối ưu.
  • Ảnh hưởng của chất tăng cường (Eu3+, ZnO, ZnO-Eu): Khi có ion Eu3+, cực đại huỳnh quang dịch nhẹ về phía sóng ngắn và cường độ tăng lên do tạo phức. Khi bổ sung hệ nano ZnO hoặc ZnO-Eu, hiệu ứng tăng cường huỳnh quang thể hiện rõ rệt nhất.
  • Tỷ lệ mol ZnO/kháng sinh: Cường độ huỳnh quang đạt giá trị cao nhất tại tỷ lệ mol tối ưu là 69 đối với norfloxacin, 69 đối với ciprofloxacin và 139 đối với ofloxacin; vượt qua ngưỡng này tín hiệu có xu hướng suy giảm.
  • Thời gian phản ứng: Đo cường độ sau các khoảng thời gian 0, 2, 4, 6, 10, 15, 20 phút cho thấy tín hiệu đạt trạng thái ổn định hoàn toàn từ phút thứ 10.
• Đánh giá đường chuẩn: Lập đường chuẩn trong khoảng nồng độ 10^-6 M đến 10^-5 M cho thấy khi có mặt ZnO-Eu, hệ số góc (độ nhạy của phép đo) của cả ba kháng sinh đều tăng cao hơn so với dung dịch không có vật liệu.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp số liệu thực nghiệm định lượng về khả năng nâng cao độ nhạy của phương pháp huỳnh quang khi có mặt nano ZnO-Eu 1%. Các thông số phương trình hồi quy tuyến tính (dạng y = ax + b, với x là nồng độ kháng sinh tính theo mol/L, y là cường độ phát xạ huỳnh quang cực đại) được tổng hợp chi tiết trong bảng sau:

Kháng sinh	Điều kiện phân tích	Phương trình hồi quy	Hệ số tương quan (R²)	Hệ số góc $a$	Hệ số tự do $b$	P-value của $b$
Norfloxacin	Không có ZnO-Eu	$y = 281,85x + 153,86$	0,9976	281,85	153,86	0,070
	Có ZnO-Eu	$y = 315,45x + 170,50$	0,9971	312,37	170,50	0,070
Ofloxacin	Không có ZnO-Eu	$y = 218,98x + 67,70$	0,9983	218,98	67,702	0,127
	Có ZnO-Eu	$y = 245,91x + 91,94$	0,9975	245,91	91,943	0,129
Ciprofloxacin	Không có ZnO-Eu	$y = 180,28x + 56,05$	0,9986	180,28	56,046	0,149
	Có ZnO-Eu	$y = 214,61x + 37,79$	0,9989	214,61	37,786	0,232

Các giải pháp kỹ thuật và kết quả chính của tác giả gồm:

• Thiết lập thành công quy trình sol-gel điều chế hạt nano ZnO pha tạp Eu3+ 1% có kích thước hạt đồng đều 25 nm, phân tán tốt trong môi trường nước nhờ lớp phủ silan từ TEOS.
• Xác lập bộ thông số tối ưu cho quy trình đo quang phổ huỳnh quang xác định 3 kháng sinh quinolone: bước sóng kích thích λex = 290 nm, môi trường đệm vạn năng pH = 3,5, thời gian ủ tối 10 phút, tỷ lệ mol hạt nano/kháng sinh là 69 (đối với norfloxacin, ciprofloxacin) và 139 (đối với ofloxacin).
• Chứng minh thực nghiệm hiệu ứng làm tăng độ dốc đường chuẩn (hệ số góc $a$) khi có mặt nano ZnO-Eu: hệ số góc của norfloxacin tăng từ 281,85 lên 312,37–315,45; ofloxacin tăng từ 218,98 lên 245,91; ciprofloxacin tăng từ 180,28 lên 214,61.

Về mặt đóng góp học thuật, nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng vật liệu nano ZnO biến tính bề mặt kết hợp pha tạp đất hiếm Eu3+ làm chất tăng cường quang học để nâng cao độ nhạy phát hiện các kháng sinh nhóm fluoroquinolone bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang thông thường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật dựa trên các số liệu thực nghiệm:

• Hiện tượng xen phủ phổ phát xạ: Cực đại huỳnh quang của norfloxacin (λem = 441 nm) và ciprofloxacin (λem = 448 nm) nằm quá sát nhau; ngay cả khi bổ sung hệ nano ZnO-Eu, sự dịch chuyển pic phát xạ vẫn không đủ lớn để tách riêng hai chất này bằng phép đo huỳnh quang một kênh thông thường.
• Hiệu suất khuếch tán ion Eu3+ vào mạng tinh thể: Do sự khác biệt về điện tích và bán kính ion giữa Zn2+ (0,74 Å) và Eu3+ (0,90 Å), phổ Raman và XRD cho thấy ion Eu3+ đi vào mạng nền ZnO ở tỷ lệ rất thấp, phần lớn có thể chỉ phân bố ở biên hạt hoặc bề mặt, làm giới hạn khả năng truyền năng lượng exciton từ ZnO sang Eu3+.
• Phạm vi thử nghiệm: Đề tài mới dừng lại ở việc khảo sát dung dịch chuẩn trong phòng thí nghiệm; các số liệu kiểm chứng trên nền mẫu thực tế phức tạp (như nước thải bệnh viện, nước thải trang trại chăn nuôi chứa nhiều cation kim loại và chất hữu cơ cạnh tranh) chưa được hoàn thiện đầy đủ trong văn bản.

Hướng nghiên cứu mở rộng được đề xuất:

• Ứng dụng các thuật toán hóa trắc nghiệm (chemometrics) đa biến để xử lý chồng lấn phổ, cho phép định lượng đồng thời cả norfloxacin và ciprofloxacin trong cùng hỗn hợp mà không cần tách pha sơ bộ.
• Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp nhiệt hoặc nung thiêu kết nhằm tăng tỷ lệ khuếch tán của ion Eu3+ vào sâu trong mạng tinh thể ZnO.
• Kiểm nghiệm quy trình phân tích trên các đối tượng mẫu nước thải và mẫu chế phẩm dược phẩm thực tế.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn phục vụ các nhóm đối tượng:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Hóa Dược, Hóa phân tích, Khoa học vật liệu: Cung cấp tài liệu thực nghiệm chi tiết về kỹ thuật chế tạo hạt nano oxit bán dẫn bọc TEOS bằng phương pháp sol-gel nhiệt độ thấp và quy trình sử dụng các thiết bị phân tích cấu trúc vật lý (SEM, TEM, XRD, Raman, FT-IR).
• Cán bộ nghiên cứu phân tích kiểm nghiệm dược phẩm và môi trường: Phần khảo sát tối ưu hóa các điều kiện đo quang phổ huỳnh quang (ảnh hưởng của pH đệm Britton-Robinson, tỷ lệ phối trộn hạt nano/chất phân tích, thời gian phản ứng) cung cấp dữ liệu cơ sở hữu ích cho việc phát triển các sensor quang học hoặc đầu dò huỳnh quang xác định dư lượng fluoroquinolone.

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước và cấu trúc hình thái của hạt nano ZnO và ZnO-Eu tổng hợp được trong khóa luận là bao nhiêu?
Số liệu phân tích từ kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) cho thấy cả hai mẫu nano ZnO và ZnO-Eu 1% đều có dạng hình ovan bo tròn, phân bố tương đối đồng đều với kích thước hạt trung bình là 25 nm, kết đám thành từng khối nhỏ.

2. Giản đồ XRD của vật liệu nano ZnO-Eu 1% ghi nhận những góc nhiễu xạ nào và thuộc cấu trúc tinh thể gì?
Giản đồ XRD ghi nhận 7 đỉnh nhiễu xạ sắc nét tại các góc 2θ gồm: 31,86°; 34,5°; 36,3°; 47,6°; 56,6°; 62,9°; 67,9°, tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (100), (002), (101), (102), (110), (103) và (112). Cấu trúc này hoàn toàn tương thích với mạng đa tinh thể ZnO lục giác wurtzite theo thẻ chuẩn JCPDS 00-36-1451, trong đó hướng [101] có cường độ nhiễu xạ mạnh nhất.

3. Tại sao tác giả chọn pH = 3,5 làm môi trường tối ưu cho phép đo huỳnh quang của 3 kháng sinh?
Khảo sát ảnh hưởng của pH từ 2 đến 10 trong đệm vạn năng Britton-Robinson cho thấy cường độ huỳnh quang của cả 3 kháng sinh đạt giá trị cao và ổn định nhất trong khoảng pH từ 2 đến 4, sau đó giảm mạnh từ pH 4 đến 10. Do các kháng sinh có giá trị pKa trong khoảng 6,05–6,34 và 8,22–8,75, ở môi trường pH < pKa (cụ thể là pH = 3,5), các phân tử kháng sinh tồn tại chủ yếu ở dạng mang tính acid có khả năng phát huỳnh quang mạnh và bền vững nhất.

4. Khóa luận có thể phân tích đồng thời norfloxacin và ciprofloxacin trong cùng một dung dịch bằng phổ huỳnh quang thông thường hay không?
Không thể phân tích đồng thời bằng phương pháp phổ huỳnh quang thông thường. Nguyên nhân là do bước sóng phát xạ cực đại của norfloxacin (λem = 441 nm) và ciprofloxacin (λem = 448 nm) chỉ chênh lệch nhau 7 nm, dẫn đến phổ huỳnh quang của hai chất bị chồng chập hoàn toàn. Tác giả lưu ý chỉ có thể phân tích đồng thời nếu áp dụng các thuật toán hóa trắc nghiệm (chemometrics) để bóc tách tín hiệu phổ.

5. Hiệu ứng tăng cường độ nhạy của nano ZnO-Eu đối với từng kháng sinh thể hiện qua số liệu nào?
Độ nhạy được biểu thị qua độ dốc (hệ số góc $a$) của phương trình đường chuẩn huỳnh quang tuyến tính trong dải nồng độ 10^-6 M đến 10^-5 M. Khi có mặt nano ZnO-Eu, hệ số góc của norfloxacin tăng từ 281,85 lên 312,37 (hoặc 315,45); ofloxacin tăng từ 218,98 lên 245,91; và ciprofloxacin tăng từ 180,28 lên 214,61, với các hệ số tương quan tuyến tính R² đều đạt trên 0,997.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Vũ Bảo Trung đã tổng hợp thành công vật liệu nano ZnO và ZnO pha tạp Eu3+ 1% có kích thước trung bình 25 nm, cấu trúc lục giác wurtzite đặc trưng và khả năng phân tán tốt trong môi trường nước. Nghiên cứu đã xác lập các điều kiện thực nghiệm tối ưu (pH = 3,5, thời gian đo 10 phút, tỷ lệ mol hạt/kháng sinh xác định) để ghi nhận phổ huỳnh quang của ba kháng sinh norfloxacin, ofloxacin và ciprofloxacin với bước sóng kích thích 290 nm. Kết quả xây dựng đường chuẩn chứng minh sự hiện diện của nano ZnO-Eu giúp gia tăng đáng kể hệ số góc phương trình hồi quy, khẳng định tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong việc nâng cao độ nhạy phân tích dư lượng kháng sinh nhóm quinolone.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Vật liệu nano 1. Khái niệm, phân loại vật liệu nano Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, sợi, các ống, các tấm mỏng… có kích thước nanomet, là đối tượng nghiên cứu của khoa học và công nghệ nano. Xét theo trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái rắn, lỏng, khí.

Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng của vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau: - Chấm lượng tử (quamtum dots) là hạt có hiệu ứng lượng tử, có ít nhất một chiều có kích thước nano. - Vật liệu nano một chiều 1-D là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano ( dây nano, ống nano, thanh nano…). - Vật liệu nano hai chiều 2-D là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano ( màng mỏng, lớp phủ nano…).

- Vật liệu nano ba chiều 3-D là vật liệu trong đó ba chiều có kích thước nano (cluster nano, keo nano,…). Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano, hoặc cấu trúc của nó có nano một chiều, hai chiều, ba chiều đan xen lẫn nhau. Ví dụ nanocoposit bạc/silica, bạc/uretan…[2] 1. Tính chất và ứng dụng của vật liệu nano Ngày nay, người ta chứng minh được một loạt các tính chất phụ thuộc vào kích thước của các hạt nano như tính chất từ, tính chất quang, điểm sôi, nhiệt dung riêng và hoạt tính phản ứng bề mặt.

Các tính chất vật lí, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu nhỏ hơn kích thước này, tính chất của nó hoàn toàn thay đổi, đó là kích thước tới hạn.1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu Tính chất Thông số Độ dài tới hạn (nm) Điện Bước sóng điện từ 10- 100 Quãng đường tự do trung bình 1-100 Hiệu ứng đường ngầm 1-10 Từ Quãng đường tán xạ spin 1-100 Quang Hố lượng tử 1-100 Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0.1-100 Độ thẩm thấu Melsner 1-100 Cơ Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10 Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích cỡ vĩ mô ta thấy hằng ngày. Nhưng nếu giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm thì định luật Ohm không còn đúng nữa.

Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo quy tắc lượng tử. Khi vật liệu có kích thước nano thì số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan tới bề mặt gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nano khác biệt so với vật liệu khối.