Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự bùng phát của các dịch bệnh truyền nhiễm nguy hiểm do vi sinh vật và virus gây ra trong lịch sử nhân loại đã để lại những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và nền kinh tế toàn cầu. Các đại dịch điển hình được tác giả nêu ra bao gồm: dịch hạch ở thế kỷ 13 cướp đi sinh mạng của hơn một phần ba dân số Châu Âu; đại dịch HIV/AIDS xuất hiện năm 1981 khiến khoảng 1 triệu người tử vong mỗi năm giai đoạn trước năm 2006; dịch sốt xuất huyết Ebola bùng phát năm 1976 tại Châu Phi với tỷ lệ tử vong lên đến 90% và đợt bùng phát năm 2014 khiến hơn 7.000 người tử vong trong vòng 10 tháng; cùng với đại dịch COVID-19 bùng phát từ cuối năm 2019 (tính đến đầu tháng 8 năm 2020 đã ghi nhận 19 triệu ca nhiễm và 700.000 ca tử vong trên 215 quốc gia; riêng tại Việt Nam ghi nhận 747 ca nhiễm và 9 ca tử vong tính đến ngày 6 tháng 8 năm 2020).

Trước bối cảnh các loại virus nguy hiểm chưa có vắc-xin hoặc thuốc đặc trị hoàn toàn, nhu cầu phát triển các công cụ chẩn đoán nhanh, kiểm tra tại chỗ (point-of-care) nhằm phát hiện sớm kháng thể hoặc kháng nguyên là vô cùng cấp thiết. Phương pháp phân tích miễn dịch truyền thống ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) tuy hiệu quả nhưng quy trình đòi hỏi chất gắn màu và thao tác phức tạp. Ý tưởng của đề tài là nghiên cứu chế tạo đế cảm biến sinh học miễn dịch (Immunobiosensor) dựa trên sự biến đổi dao động Plasmon bề mặt và tín hiệu quang học (quang phổ tán xạ Raman) khi xảy ra tương tác đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể, giúp thiết bị vận hành tại chỗ mà không cần sử dụng chất tạo màu.

Nhiệm vụ của khóa luận được xác định cụ thể qua ba nội dung chính:

  1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu Silica bọc hạt nano vàng (ký hiệu $SiO_2@Au$) bằng phương pháp hóa học (bao gồm nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỷ lệ nồng độ tiền chất $HAuCl_4$ và chất khử Natri Citrate, nồng độ Natri Citrate, thời gian tiếp xúc) và xác định điều kiện tối ưu để thu được sản phẩm ở dạng dung dịch sol-gel hoặc bột.
  2. Khảo sát các đặc tính bề mặt, kích thước hạt, độ ổn định và khả năng hấp thụ quang của hệ vật liệu bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại: quang phổ UV-Vis, tán xạ ánh sáng động (DLS), đo thế điện động học Zeta và kính hiển vi điện tử quét (SEM).
  3. Khảo sát và đánh giá khả năng tăng cường tín hiệu tán xạ Raman (SERS) của vật liệu sau khi phủ nano vàng lên bề mặt Silica với các nồng độ hạt nano vàng khác nhau.

Đối tượng nghiên cứu là hệ vật liệu cấu trúc lõi - vỏ (core-shell) $SiO_2@Au$ với lõi silica ($SiO_2$) kích thước khoảng 300 nm được biến tính bề mặt bằng polymer Polyetylenimin (PEI) và vỏ là các hạt nano vàng (AuNPs) kích thước từ 10 nm đến 40 nm. Phạm vi thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm FM&D thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học cơ bản và ứng dụng (Trường Đại học Duy Tân) và Trung tâm thiết bị phân tích (Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), hoàn thành vào tháng 8 năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hiện tượng quang học nano, cấu trúc tinh thể kim loại và cơ chế cảm biến sinh học miễn dịch:

  • Hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR): Khi sóng điện từ kích thích tác động lên hạt nano kim loại, điện trường của sóng làm các electron tự do trên bề mặt hạt bị phân cực và dao động tập thể. Khi quãng đường tự do trung bình của electron lớn hơn kích thước hạt, dao động plasmon không bị dập tắt mà cộng hưởng với sóng kích thích, tạo ra đỉnh hấp thụ quang học đặc trưng trong vùng ánh sáng khả kiến (từ 500 nm đến 580 nm đối với nano vàng).
  • Hiệu ứng tăng cường tán xạ Raman bề mặt (SERS): Tán xạ Raman là tán xạ không đàn hồi của photon khi tương tác với phân tử (chỉ chiếm khoảng 0,001% tổng lượng tán xạ so với tán xạ đàn hồi Rayleigh). Khi các phân tử hoặc cấu trúc nền nằm trên bề mặt hạt nano kim loại có hiệu ứng plasmon mạnh, trường điện từ cục bộ được khuếch đại, làm tăng cường độ tín hiệu tán xạ Raman lên nhiều lần mà không làm phá hủy mẫu.
  • Cơ chế hình thành cấu trúc Core-Shell $SiO_2@Au$ bằng phương pháp hóa ướt: Sử dụng polymer tích điện dương Polyetylenimin (PEI) bọc ngoài hạt $SiO_2$. Lớp PEI tạo lực hút tĩnh điện Coulombic với các ion phức vàng mang điện tích âm ($AuCl_4^-$). Sau đó, chất khử Natri Citrate ($Na_3C_6H_5O_7$) khử các ion vàng thành vàng kim loại bám trên bề mặt hạt $SiO_2$, đồng thời các gốc citrate dư thừa đóng vai trò chất bảo vệ, tạo lực đẩy tĩnh điện ngăn chặn hiện tượng keo tụ hạt. Phương trình phản ứng tổng quát: $$2HAuCl_4 + 3Na_3C_6H_5O_7 \rightarrow 2Au + 3Na_2C_5H_4O_5 + 3CO_2 + 3NaCl + 5HCl$$
  • Nguyên lý cảm biến sinh học miễn dịch: Dựa trên ái lực liên kết đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể. Khi phần tử sinh học mục tiêu liên kết với đầu thu cố định trên đế $SiO_2@Au$, sự thay đổi hằng số điện môi tại bề mặt làm dịch chuyển dao động plasmon, dẫn đến thay đổi tín hiệu tán xạ Raman để định tính và định lượng mẫu phân tích.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phương pháp hóa ướt (khử hóa học từ dưới lên - bottom-up), kết hợp các kỹ thuật đo đạc hiện đại:

  • Quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) quét trong dải bước sóng 400–700 nm, tuân theo định luật Lambert-Beer ($A = -\log(T) = \varepsilon \cdot c \cdot d$) với khoảng tuyến tính tối ưu $0,3 < A < 2,5$.
  • Tán xạ ánh sáng động (DLS) dựa trên thuyết tán xạ Mie để phân tích phân bố kích thước hạt.
  • Phương pháp đo thế điện động học Zeta xác định điện tích bề mặt và độ bền của hệ keo dựa trên vận tốc di chuyển của hạt dưới tác dụng của điện trường ngoài.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) quan sát hình thái vi cấu trúc bề mặt.
  • Quang phổ tán xạ Raman sử dụng nguồn laser kích thích để khảo sát sự khuếch đại dao động phân tử.
Tên hóa chất Công thức hóa học Nguồn gốc xuất xứ
Axit Cloroauric $HAuCl_4$ Đức
Natri Citrate $Na_3C_6H_5O_7$ Đức
Polyetylenimin (PEI) $-[-CH_2-CH_2-NH-]-$ Đức
Silic đioxit (Silica) $SiO_2$ Đức
Nước khử ion (DI water) $H_2O$ Việt Nam
Danh mục thiết bị phân tích Hãng sản xuất / Xuất xứ
Máy quang phổ UV-Vis HORIBA (Nhật Bản)
Máy đo DLS và Thế điện động học Zeta HORIBA (Nhật Bản)
Máy quang phổ tán xạ Raman HORIBA (Nhật Bản)
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Thiết bị phân tích chuyên dụng

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về vật liệu nano vàng, SiO2@Au, hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt và cảm biến sinh học

Chương này tổng thuật toàn diện các cơ sở lý thuyết và tổng quan tài liệu nghiên cứu:

  • Vật liệu vàng và nano vàng: Vàng kim loại thuộc nhóm 11, chu kỳ 6, số hiệu nguyên tử 79, cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) với hằng số mạng $a = b = c = 4,0786$ Å, giản đồ XRD xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tại $38,54^\circ$ ứng với các mặt (111), (200), (220). Ở kích thước nano (dưới 200 nm), vật liệu thể hiện các tính chất quang học, xúc tác và bề mặt vượt trội. Tác giả tổng hợp các nghiên cứu tiêu biểu: Seoudi (chuyển hóa 4-nitrophenol), Nguyễn Công Tráng (xúc tác chuyển hóa CO ở 50°C và $H_2$ ở 132°C bằng $AuNPs/Fe_2O_3$), Zhang Meihe và Abraham John (điện cực biến tính nano vàng phát hiện ascorbic acid, dopamine, uric acid ở nồng độ từ 50 nM đến 2 $\mu$M), Xiaohua Huang và Xi Zhou (kết hợp nano vàng trong phát hiện, định vị tế bào ung thư và nhiệt trị).
  • Vật liệu Silica và phức hợp $SiO_2@Au$: Silica ($SiO_2$) tồn tại ở dạng tinh thể ($\alpha$-Quartz bền vững) hoặc vô định hình, có khả năng quang phát quang nhưng cường độ yếu. Việc bọc nano vàng lên lõi $SiO_2$ giúp khuếch đại tín hiệu quang và điều chỉnh bước sóng cộng hưởng plasmon. Dẫn chứng nghiên cứu bọc Au kích thước 20–40 nm lên lõi $SiO_2$ 120 nm dịch chuyển đỉnh plasmon từ 611 nm đến 784 nm; nghiên cứu của Shuping Xu về cấu trúc đa lõi $SiO_2@Au@SiO_2$; nghiên cứu của Keli Wang chứng minh cường độ tán xạ Raman tăng theo nồng độ hạt nano vàng trên bề mặt $SiO_2$.
  • Phân loại cảm biến sinh học: Trình bày nguyên lý cảm biến điện hóa (đo thế theo phương trình Nernst, đo dòng), cảm biến áp điện (sự thay đổi tần số dao động tinh thể thạch anh) và cảm biến miễn dịch dựa trên phức hợp kháng nguyên - kháng thể so sánh với kỹ thuật ELISA.

Chương 2. Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày chi tiết danh mục vật liệu, thiết bị và quy trình thao tác thực nghiệm:

  • Quy trình thực nghiệm 4 bước:
    1. Cân 0,01 gam $SiO_2$ (kích thước ban đầu khoảng 300 nm) và polymer PEI, phân tán đều trong nước khử ion bằng bể siêu âm trong thời gian 20 phút.
    2. Trộn hai hỗn hợp để PEI bao bọc bề mặt $SiO_2$, sau đó thêm một lượng dung dịch $HAuCl_4$ vào hệ và duy trì khuấy từ trong 1 giờ để các ion $AuCl_4^-$ liên kết tĩnh điện với nhóm chức của PEI.
    3. Gia nhiệt hệ phản ứng đến nhiệt độ khảo sát xác định, sau đó bổ sung dung dịch chất khử Natri Citrate.
    4. Sau thời gian phản ứng quy định, lấy mẫu dung dịch để thực hiện các phép phân tích quang học và cấu trúc, sau đó bảo quản mẫu trong tủ lạnh.
  • Phương pháp phân tích: Trình bày chi tiết nguyên lý hoạt động của máy quang phổ UV-Vis, nguyên tắc chùm tia điện tử thứ cấp và tán xạ ngược trong kính hiển vi SEM, cơ chế tán xạ ánh sáng động DLS đo phân bố kích thước theo thuyết Mie, kỹ thuật đo thế Zeta theo phương trình Helmholtz-Smoluchowski/Henry, và kỹ thuật quang phổ tán xạ Raman không phá hủy mẫu ứng dụng trong y sinh và pháp y.

Chương 3. Kết quả và bàn luận

Chương này tập trung phân tích kết quả thực nghiệm khảo sát 5 yếu tố công nghệ và đánh giá tính chất của vật liệu sau tối ưu hóa:

Yếu tố khảo sát Phạm vi khảo sát Kết quả đo đạc và hiện tượng Điều kiện tối ưu lựa chọn
Nhiệt độ phản ứng 40°C – 100°C Dưới 70°C phản ứng khử diễn ra chậm, đỉnh UV-Vis thấp; từ 40°C đến 80°C bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{\max}$) tăng từ 520 nm lên 525 nm (kích thước hạt 10–40 nm); ở 90°C và 100°C $\lambda_{\max}$ dịch lên 530 nm và 533 nm do keo tụ hạt lớn. 80°C ($\lambda_{\max} = 525$ nm, hạt ~40 nm)
Thời gian phản ứng 3 giờ – 7 giờ (mẫu S11–S15) Màu dung dịch chuyển từ nhạt sang đỏ tía đậm, $\lambda_{\max}$ đạt 524–525 nm (kích thước hạt 30–40 nm). Cường độ hấp thụ đạt cực đại và không đổi từ mốc 6 giờ đến 7 giờ. 6 giờ
Tỷ lệ nồng độ $HAuCl_4 : Na_3C_6H_5O_7$ 1:104 đến 1:21 Màu dung dịch chuyển từ hồng tím sang đỏ tía, $\lambda_{\max}$ từ 523 nm đến 525 nm. Tỷ lệ 1:15 bị đổi sang màu đỏ đen với $\lambda_{\max} = 536$ nm (hạt phát triển quá lớn). Tỷ lệ 1:21 cho cường độ peak cao nhất. Tỷ lệ mol 1:21
Nồng độ Natri Citrate Khảo sát các mẫu N1 đến N5 Màu sắc biến đổi từ hồng sang đỏ đậm, $\lambda_{\max}$ từ 523 nm đến 528 nm. Ở nồng độ trung gian (mẫu N3), lượng citrate không đủ bảo vệ làm hạt keo tụ ($\lambda_{\max} = 528$ nm). Điều kiện mẫu N5
Thời gian tiếp xúc $HAuCl_4$ và $PEI@SiO_2$ 1h, 12h, 24h, 48h, 72h, 90h (mẫu C1–C6) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ ion vàng lên bề mặt hạt silica biến tính trước khi tiến hành phản ứng khử bằng Natri Citrate ở 80°C với nồng độ $HAuCl_4$ 0,14 mM. Thời gian tiếp xúc thích hợp
  • Đặc trưng hệ vật liệu sau khi tối ưu:
    • Quang phổ UV-Vis: Xác nhận sự xuất hiện của đỉnh cộng hưởng plasmon đặc trưng của AuNPs bọc trên bề mặt silica tại 525 nm.
    • Phân bố kích thước hạt (DLS): Kích thước hạt tăng rõ rệt sau khi tạo màng bọc nano vàng so với hạt $SiO_2$ ban đầu.
    • Hình thái bề mặt (SEM): Ảnh chụp SEM chỉ ra hạt $SiO_2$ ban đầu có bề mặt phẳng, sau khi bọc PEI và tổng hợp nano vàng, các hạt AuNPs hình cầu phân bố đều đặn trên bề mặt hạt $SiO_2$.
    • Thế điện động học Zeta: Đo phân bố điện tích và giá trị trung bình thế Zeta chứng minh sự biến đổi điện tích bề mặt qua các giai đoạn: hạt $SiO_2$ ban đầu mang điện tích âm, sau khi phủ polymer PEI chuyển sang mang điện tích dương, và sau khi bọc nano vàng citrate hóa hệ keo đạt trạng thái phân tán ổn định.
    • Quang phổ tán xạ Raman: Phổ Raman của mẫu $SiO_2$ sau khi bọc nano vàng cho cường độ các peak dao động tăng vượt bậc so với mẫu $SiO_2$ chưa bọc. Khảo sát mẫu với các mật độ phủ nano vàng khác nhau khẳng định cường độ tán xạ Raman khuếch đại tỷ lệ thuận với nồng độ hạt nano vàng trên bề mặt lõi silica.

Chương 4. Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các kết luận khoa học đạt được từ quá trình thực nghiệm và định hướng triển khai các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu thực nghiệm với các kết quả cụ thể:

  • Xác định thành công bộ thông số công nghệ tối ưu để tổng hợp vật liệu core-shell $SiO_2@Au$ bằng phương pháp hóa ướt: nhiệt độ phản ứng 80°C, thời gian phản ứng 6 giờ, tỷ lệ nồng độ mol $HAuCl_4 : Na_3C_6H_5O_7 = 1:21$, nồng độ chất bảo vệ Natri Citrate ở điều kiện mẫu N5.
  • Tổng hợp thành công các hạt nano vàng dạng cầu kích thước khoảng 40 nm với đỉnh hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt tại bước sóng 525 nm phân bố đồng đều trên nền hạt $SiO_2$ kích thước khoảng 300 nm.
  • Chứng minh được cơ chế tích điện bề mặt thông qua polymer trung gian PEI và sự ổn định hệ keo bằng thế điện động học Zeta, hình thái học bề mặt bằng ảnh chụp SEM và phân bố kích thước hạt bằng phương pháp DLS.
  • Chứng minh thực nghiệm khả năng tăng cường tín hiệu tán xạ Raman (SERS) của vật liệu $SiO_2@Au$: lớp vỏ nano vàng đóng vai trò chất tăng cường tín hiệu quang học, cường độ peak Raman của đế $SiO_2$ được khuếch đại mạnh mẽ và tăng dần khi nâng cao nồng độ hạt nano vàng bao phủ trên bề mặt.

Về mặt đóng góp khoa học, đề tài đã phát triển một quy trình tổng hợp hóa học đơn giản, chi phí thấp, kiểm soát được hình thái và kích thước hạt nano kim loại trên đế oxit vô cơ mà không cần thiết bị chân không đắt tiền. Kết quả này tạo tiền đề vững chắc cho việc sử dụng vật liệu $SiO_2@Au$ làm đế cảm biến sinh học miễn dịch không cần chất tạo màu (label-free), giúp tăng giới hạn phát hiện phân tử sinh học và định hướng phát triển thiết bị xét nghiệm nhanh tại chỗ đối với các loại virus gây bệnh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Trong khuôn khổ khóa luận tốt nghiệp đại học, nghiên cứu mới dừng lại ở giai đoạn tổng hợp vật liệu, tối ưu hóa các thông số hóa lý chế tạo hạt core-shell $SiO_2@Au$ và đánh giá khả năng tăng cường tín hiệu Raman quang học; chưa tiến hành cố định thực tế các phân tử sinh học (kháng thể hoặc kháng nguyên đặc hiệu) lên bề mặt vật liệu và chưa thực hiện các phép thử đo kiểm trực tiếp trên mẫu bệnh phẩm sinh học thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Nghiên cứu quy trình chức hóa bề mặt và gắn kết cố định các kháng thể/kháng nguyên đặc hiệu (ví dụ kháng thể kháng virus gây bệnh truyền nhiễm) lên lớp vỏ nano vàng của vật liệu $SiO_2@Au$.
    2. Thử nghiệm đo tín hiệu tán xạ Raman và quang phổ huỳnh quang khi cho tương tác với dung dịch chứa mẫu sinh học mục tiêu để xác định độ chọn lọc, độ nhạy và giới hạn phát hiện (LOD) của cảm biến.
    3. Nghiên cứu tích hợp vật liệu $SiO_2@Au$ lên các vi điện cực hoặc chip cảm biến vi lưu (microfluidic chip) để hoàn thiện cảm biến sinh học miễn dịch hoàn chỉnh phục vụ kiểm tra y tế tại chỗ.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Vật liệu, Khoa học Vật liệu, Kỹ thuật Hóa học, Vật lý Ứng dụng, Công nghệ Nano và Kỹ thuật Y sinh.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

  • Quy trình thực nghiệm hóa ướt chi tiết khảo sát 5 thông số công nghệ (nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ tiền chất, nồng độ chất khử, thời gian tiếp xúc) trong tổng hợp hạt nano kim loại và vật liệu cấu trúc lõi - vỏ core-shell.
  • Phương pháp luận phân tích và kết hợp đa kỹ thuật phân tích hóa lý hiện đại (quang phổ UV-Vis theo định luật Lambert-Beer, tán xạ DLS, thế điện động học Zeta, kính hiển vi điện tử quét SEM và phổ tán xạ Raman) để làm rõ cấu trúc hạt keo và tính chất quang học bề mặt.
  • Nguồn tài liệu tổng thuật về hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt và các ứng dụng của nano vàng trong lĩnh vực xúc tác, điện hóa phân tích và cảm biến sinh học y tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Vai trò của polymer Polyetylenimin (PEI) trong quy trình tổng hợp vật liệu $SiO_2@Au$ là gì?
Polymer Polyetylenimin (PEI) đóng vai trò chất biến tính bề mặt hạt silica ($SiO_2$). Do $SiO_2$ có bề mặt mang điện tích âm, PEI bao bọc bên ngoài sẽ tạo ra lớp màng tích điện dương. Khi đưa tiền chất $HAuCl_4$ vào hệ phản ứng, các ion phức vàng mang điện tích âm ($AuCl_4^-$) sẽ bị lực hút tĩnh điện Coulombic kéo lại và gắn kết chặt chẽ trên bề mặt $SiO_2@PEI$, tạo mầm thuận lợi cho quá trình khử tạo vỏ nano vàng sau đó.

2. Điều kiện nhiệt độ và thời gian phản ứng tối ưu được xác định trong khóa luận là bao nhiêu?
Điều kiện tối ưu được tác giả lựa chọn qua khảo sát thực nghiệm là nhiệt độ 80°C và thời gian phản ứng 6 giờ. Ở 80°C, phản ứng khử diễn ra hoàn toàn, tạo hạt nano vàng có kích thước khoảng 40 nm với bước sóng hấp thụ cực đại $\lambda_{\max} = 525$ nm mà không bị hiện tượng keo tụ hạt lớn như ở 90°C–100°C. Mốc thời gian 6 giờ đảm bảo toàn bộ ion $AuCl_4^-$ đã bị khử cực đại và độ hấp thụ quang đạt trạng thái ổn định.

3. Tỷ lệ nồng độ mol giữa tiền chất $HAuCl_4$ và chất khử Natri Citrate được chọn tối ưu là bao nhiêu?
Tỷ lệ nồng độ mol tối ưu giữa $HAuCl_4$ và Natri Citrate được lựa chọn là 1:21. Tỷ lệ này cung cấp đủ lượng chất khử để phản ứng tạo hạt nano vàng diễn ra nhanh, đồng thời cung cấp lượng gốc citrate dư thừa cần thiết để bao bọc, ổn định tĩnh điện bề mặt, giúp dung dịch có màu đỏ tía đặc trưng với cường độ hấp thụ cực đại cao nhất và tránh hiện tượng keo tụ chuyển màu đỏ đen như ở tỷ lệ 1:15.

4. Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt của nano vàng hỗ trợ cảm biến sinh học miễn dịch như thế nào?
Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt tạo ra trường điện từ cực lớn tại bề mặt nano vàng, giúp khuếch đại mạnh mẽ tín hiệu tán xạ Raman của vật liệu đế ($SiO_2$). Khi kháng nguyên hoặc kháng thể liên kết đặc hiệu trên bề mặt đế cảm biến, sự thay đổi môi trường điện môi xung quanh hạt nano vàng làm biến đổi dao động plasmon và dịch chuyển tín hiệu quang học, giúp nhận biết sự có mặt của đối tượng sinh học cần tìm mà không cần dùng chất đánh dấu màu enzyme.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Đặng Công Thuận đã tổng hợp thành công hệ vật liệu cấu trúc lõi - vỏ $SiO_2@Au$ bằng phương pháp hóa học ướt thân thiện và chi phí thấp. Bằng việc tối ưu hóa đồng bộ các yếu tố nhiệt độ (80°C), thời gian (6 giờ) và tỷ lệ nồng độ chất phản ứng, nghiên cứu đã tạo ra các hạt nano vàng kích thước 40 nm bao phủ đồng đều trên lõi silica 300 nm với đỉnh plasmon tại 525 nm. Kết quả phân tích quang phổ Raman đã chứng minh hiệu ứng tăng cường tín hiệu quang rõ rệt của lớp vỏ nano vàng, khẳng định tiềm năng ứng dụng của hệ vật liệu $SiO_2@Au$ làm đế cho cảm biến sinh học miễn dịch phục vụ chẩn đoán y sinh.