Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SiO2 bọc nano vàng cho cảm biến sinh học miễn dịch

• Tác giả: Đăng Công Thuận
• Người hướng dẫn: TS. Đinh Văn Phúc
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SiO2 bọc nano vàng hướng tới ứng dụng cho cảm biến sinh học miễn dịch (immunobiosensor)
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG
• 1.1. Tính chất vật lý và hóa học cơ bản
• 1.2. Vật liệu nano vàng
• 1.3. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SiO2@Au
• 1.4. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PLASMON BỀ MẶT
• 1.5. CẢM BIẾN SINH HỌC (BIOSENSORS)
• 1.5.1. Đôi nét về cảm biến sinh học
• 1.5.2. Phân loại cảm biến sinh học
• 1.5.3. Cảm biến sinh học miễn dịch
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp tổng hợp
• 2.2. Phương pháp phân tích vật liệu
• 2.3. Hóa chất và thiết bị thực nghiệm. Thiết bị phân tích vật liệu
• 2.4. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VẬT LIỆU CORE-SHELL SiO2@Au
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VẬT LIỆU SiO2@Au
• 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ nồng độ giữa HAuCl4:Natri Citrate
• 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Natri Citrate
• 3.5. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc giữa HAuCl4 và PEI@SiO2
• 3.6. KẾT QUẢ SAU KHI TỐI ƯU
• 3.6.1. Màu sắc và quang phổ UV-Vis
• 3.6.2. Phân bố kích thước hạt DLS
• 3.6.3. Ảnh chụp bề mặt thông qua kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.6.4. Thế điện động học Zeta
• 3.6.5. Phổ tán xạ Raman. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hạt nano vàng phủ trên bề mặt SiO2 đối với khả năng tăng cường tín hiệu tán xạ Raman
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu SiO2 bọc nano vàng

Vật liệu SiO2 bọc nano vàng (SiO2@Au) đã thu hút sự chú ý trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ cảm biến sinh học. Vật liệu này kết hợp giữa SiO2, một loại vật liệu phổ biến trong lĩnh vực nano, với nano vàng, mang lại nhiều lợi ích về mặt hóa học và vật lý. SiO2 có khả năng tạo ra một nền tảng ổn định cho việc bọc nano vàng, giúp tăng cường tính năng cảm biến. Việc sử dụng vật liệu nano trong cảm biến sinh học miễn dịch (immunobiosensor) không chỉ nâng cao độ nhạy mà còn cải thiện khả năng phát hiện các kháng thể và kháng nguyên trong mẫu thử. Theo nghiên cứu, nano vàng có khả năng tương tác tốt với các phân tử sinh học, từ đó tạo ra tín hiệu mạnh mẽ hơn trong quá trình phân tích.

1.1. Tính chất của vật liệu SiO2

Vật liệu SiO2 có nhiều tính chất nổi bật như độ ổn định cao, khả năng tương thích sinh học tốt và khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại. Những tính chất này làm cho SiO2 trở thành một lựa chọn lý tưởng cho việc phát triển các cảm biến sinh học. Hơn nữa, SiO2 có thể được tổng hợp dễ dàng thông qua các phương pháp hóa học, cho phép điều chỉnh kích thước và hình dạng của hạt. Việc bọc nano vàng lên bề mặt SiO2 không chỉ cải thiện tính chất quang học mà còn tạo ra các hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, giúp tăng cường tín hiệu trong các ứng dụng cảm biến. Điều này đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu trước đây, cho thấy rằng SiO2@Au có thể cải thiện đáng kể độ nhạy của cảm biến sinh học.

II. Phương pháp tổng hợp vật liệu SiO2 bọc nano vàng

Quá trình tổng hợp vật liệu SiO2 bọc nano vàng được thực hiện thông qua phương pháp hóa học sol-gel. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các yếu tố như nồng độ axit vàng, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ axit vàng và thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn đến kích thước và hình dạng của nano vàng được tạo ra. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được vật liệu nano với các đặc tính mong muốn. Các phương pháp phân tích hiện đại như UV-Vis, SEM và DLS được sử dụng để khảo sát hình thái và cấu trúc của SiO2@Au. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh các yếu tố trong quá trình tổng hợp có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong tính chất của vật liệu, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến sinh học.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ phản ứng và thời gian tiếp xúc giữa các hợp chất là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp SiO2@Au. Nhiệt độ cao có thể thúc đẩy quá trình phản ứng, nhưng cũng có thể dẫn đến sự hình thành các hạt không đồng nhất. Thời gian tiếp xúc giữa HAuCl4 và SiO2 cũng cần được điều chỉnh để đảm bảo rằng nano vàng được bọc một cách đồng đều trên bề mặt SiO2. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc tối ưu hóa các yếu tố này không chỉ cải thiện hiệu suất tổng hợp mà còn nâng cao khả năng phát hiện của cảm biến sinh học miễn dịch. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và điều chỉnh các điều kiện tổng hợp trong việc phát triển các vật liệu cảm biến hiệu quả.

III. Ứng dụng của vật liệu SiO2 bọc nano vàng trong cảm biến sinh học miễn dịch

Vật liệu SiO2 bọc nano vàng đã được chứng minh là có tiềm năng lớn trong việc phát triển các cảm biến sinh học miễn dịch. Các cảm biến này có khả năng phát hiện nhanh chóng và chính xác các kháng thể và kháng nguyên trong mẫu thử, từ đó hỗ trợ trong việc chẩn đoán bệnh. Việc sử dụng nano vàng không chỉ giúp tăng cường tín hiệu mà còn cải thiện độ nhạy của cảm biến. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng SiO2@Au có thể tăng cường tín hiệu tán xạ Raman, từ đó nâng cao khả năng phát hiện các phân tử sinh học. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc ứng dụng trong lĩnh vực y tế, đặc biệt là trong việc phát hiện sớm các bệnh truyền nhiễm.

3.1. Tiềm năng ứng dụng trong y tế

Cảm biến sinh học miễn dịch sử dụng SiO2@Au có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ chẩn đoán bệnh đến phát hiện các tác nhân gây bệnh. Với khả năng phát hiện nhanh chóng và chính xác, các cảm biến này có thể giúp giảm thiểu thời gian chẩn đoán và nâng cao hiệu quả điều trị. Hơn nữa, việc phát triển các cảm biến này có thể góp phần vào việc kiểm soát dịch bệnh, đặc biệt trong bối cảnh các dịch bệnh lây lan nhanh chóng như COVID-19. Sự kết hợp giữa SiO2 và nano vàng không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa lớn trong việc cải thiện sức khỏe cộng đồng.