Tổng hợp vật liệu nano vàng dạng phân nhánh có lõi rỗng ứng dụng tăng cường phổ Raman và kháng khuẩn E.coli

Khóa luận tổng hợp nano vàng phân nhánh lõi rỗng kháng khuẩn E. coli - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Nhân
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Nhung
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học và Thực phẩm
• Đề tài: Tổng hợp vật liệu nano vàng dạng phân nhánh có lõi rỗng ứng dụng tăng cường phổ Raman và kháng khuẩn E.coli
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan nano vàng phân nhánh lõi rỗng tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Vật liệu nano vàng dạng phân nhánh có lõi rỗng (AuNS) thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu khoa học vật liệu hiện đại. Đề tài khóa luận tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM do sinh viên Nguyễn Thị Minh Nhân thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Thị Nhung đã chế tạo thành công cấu trúc độc đáo này. Hạt nano có hình dạng tương tự quả cầu gai. Phần tâm hạt chứa khoang rỗng đặc trưng. Bề mặt ngoài được bao bọc bởi mạng lưới gai nhọn mật độ cao. Hình thái này tạo ra các điểm nóng điện từ cực mạnh ở đầu nhánh nhọn. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ chuyển dịch mạnh về vùng hồng ngoại gần. Khả năng tán xạ và hấp thụ ánh sáng của vật liệu vượt trội hơn hẳn các hạt nano vàng hình cầu truyền thống. Nghiên cứu mở ra hướng đi mới trong việc làm chủ quy trình tổng hợp nano kim loại quý tại Việt Nam. Các đặc tính hóa lý ưu việt giúp vật liệu sở hữu tiềm năng ứng dụng to lớn trong y sinh học và phân tích cảm biến.

1.1. Cấu trúc hình học độc đáo của hạt nano sao vàng lõi rỗng

Cấu trúc của hạt nano vàng phân nhánh lõi rỗng mang nhiều điểm khác biệt so với cấu trúc nano đẳng hướng. Lõi rỗng bên trong giúp giảm đáng kể lượng vàng tiêu thụ nhưng vẫn duy trì đường kính hạt lớn. Thể tích rỗng này tạo điều kiện thuận lợi để tích hợp các phân tử thuốc hoặc dược chất điều trị. Các nhánh gai nhọn bên ngoài mọc tủa tròn theo không gian ba chiều. Cấu trúc dạng sao này làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc lên nhiều lần. Mật độ gai nhọn dày đặc đóng vai trò tập trung điện trường plasmon khi có kích thích quang học. Hình thái hình học đặc thù tạo nên đặc tính cộng hưởng plasmon kép. Vật liệu vừa phản xạ vừa hấp thụ photon ánh sáng hiệu quả ở dải phổ rộng.

1.2. Ý nghĩa nghiên cứu khoa học tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đề tài nghiên cứu khẳng định năng lực thực nghiệm của đội ngũ khoa học tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Công trình giải quyết bài toán làm chủ công nghệ nano tiên tiến trong điều kiện phòng thí nghiệm trong nước. Việc tổng hợp thành công hạt nano vàng phân nhánh lõi rỗng giúp chủ động nguồn vật liệu cao cấp phục vụ y tế và kỹ thuật cảm biến. Nghiên cứu kết nối chặt chẽ giữa Khoa Khoa học Ứng dụng và các viện kiểm nghiệm lớn tại Việt Nam. Các kỹ thuật phân tích hiện đại như SEM, TEM và EDX được áp dụng chuẩn xác nhằm xác thực sản phẩm. Đây là bước đệm quan trọng để phát triển các kit thử nhanh mầm bệnh với chi phí tối ưu.

II. Thách thức chế tạo nano vàng phân nhánh lõi rỗng truyền thống

Quá trình chế tạo hạt nano vàng có cấu trúc phức tạp luôn đối mặt nhiều trở ngại kỹ thuật lớn. Các phương pháp vật lý tiếp cận từ trên xuống (top-down) như bốc bay nhiệt hay khắc laser đòi hỏi thiết bị đắt đỏ. Những kỹ thuật này tiêu tốn năng lượng khổng lồ và khó kiểm soát hình dạng hạt ở cấp độ dưới 100 nanomet. Ngược lại, phương pháp hóa học từ dưới lên (bottom-up) truyền thống thường yêu cầu hóa chất độc hại và chất hoạt động bề mặt khó loại bỏ. Việc kiểm soát đồng thời hai yếu tố gồm tạo lõi rỗng và kéo dài nhánh gai đặt ra thử thách nghiêm trọng về mặt động học phản ứng. Nếu tốc độ khử ion vàng quá nhanh, hạt sẽ kết tụ vô định hình. Nếu phản ứng diễn ra quá chậm, nhánh gai không thể hình thành đồng đều. Lõi rỗng bên trong rất dễ bị sụp đổ cấu trúc trong quá trình khắc mòn hóa học. Do đó, việc tìm ra quy trình tổng hợp ổn định, thân thiện môi trường và có độ lặp lại cao là bài toán cấp thiết của ngành công nghệ nano.

2.1. Hạn chế của các phương pháp vật lý và hóa học thông thường

Phương pháp vật lý như nghiền cơ học hoặc phóng điện hồ quang thường yêu cầu nhiệt độ vận hành trên 350 độ C. Kỹ thuật này sinh ra lượng lớn phế thải và hạt có kích thước không đồng nhất. Ngược lại, phương pháp hóa học ướt truyền thống thường dùng chất định hình cấu trúc độc hại như CTAB. Chất hoạt động bề mặt này bám dính rất chặt trên bề mặt nano vàng. Quá trình tinh chế phức tạp làm giảm hoạt tính sinh học của vật liệu. Ngoài ra, việc duy trì cấu trúc rỗng đòi hỏi khuôn mẫu hy sinh như hạt mầm bạc hoặc polymer. Nếu quy trình hòa tan khuôn không được kiểm soát chặt chẽ, lớp vỏ vàng mỏng bên ngoài sẽ nứt vỡ ngay lập tức.

2.2. Vấn đề mất cân bằng plasmon và độ bền hạt nano phức hợp

Độ bền cơ học và quang học của cấu trúc phân nhánh rỗng luôn là mối quan tâm hàng đầu. Các nhánh nhọn có năng lượng bề mặt rất cao nên xu hướng tự nhiên là bo tròn lại để giảm sức căng. Hiện tượng tái cấu trúc này làm suy giảm tín hiệu plasmon bề mặt theo thời gian bảo quản. Khi tiếp xúc môi trường sinh lý, các protein huyết thanh dễ bám lên bề mặt và làm mất hoạt tính. Thêm vào đó, nếu tỷ lệ giữa thể tích khoang rỗng và độ dài nhánh gai không đạt mức chuẩn hóa, hiệu ứng cộng hưởng Raman sẽ suy giảm nhanh chóng. Việc tối ưu hóa các thông số phản ứng trở thành yêu cầu bắt buộc để tạo ra sản phẩm bền vững.

III. Phương pháp tổng hợp nano vàng phân nhánh lõi rỗng tại HCMUTE

Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM phát triển thành công quy trình tổng hợp nano vàng phân nhánh lõi rỗng bằng phản ứng thế mạ điện hóa kết hợp khử hóa học. Toàn bộ phản ứng diễn ra nhanh chóng ngay ở nhiệt độ phòng mà không cần gia nhiệt phức tạp. Hạt mầm nano bạc (AgNP) hình cầu đóng vai trò khuôn mẫu ban đầu. Tiền chất axit cloroauric (HAuCl4) cung cấp ion vàng cho quá trình tạo nhánh. Nhờ chênh lệch thế oxy hóa khử chuẩn giữa cặp ion Au3+/Au và Ag+/Ag, ion vàng tự động nhận điện tử từ bạc kim loại. Lõi bạc bị oxy hóa và hòa tan dần tạo nên khoang rỗng bên trong. Đồng thời, chất khử bổ sung định hướng cho các nguyên tử vàng lắng đọng dị hướng thành các nhánh nhọn xung quanh. Phương pháp không cần áp suất cao hay máy móc phức tạp. Hỗn hợp dung dịch chuyển đổi màu sắc rõ rệt phản ánh sự hình thành của cấu trúc sao vàng rỗng. Sản phẩm đạt độ phân tán cao và độ đồng đều kích thước ấn tượng.

3.1. Khảo sát tỷ lệ hạt mầm bạc và các chất phản ứng chính

Khóa luận tiến hành khảo sát chi tiết ba yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc hạt AuNS. Ba thông số bao gồm nồng độ hạt mầm Ag, hàm lượng HAuCl4 và lượng chất khử bổ sung. Khi thay đổi tỷ lệ mầm Ag, kích thước lõi rỗng và mật độ phân bố nhánh thay đổi rõ rệt. Nồng độ mầm bạc cao tạo ra các hạt có kích thước nhỏ gọn hơn. Ngược lại, nồng độ mầm thấp khiến hạt phát triển kích thước lớn với các nhánh gai thưa thớt. Lượng HAuCl4 quyết định độ dài và độ sắc bén của các đầu gai. Việc cân bằng nồng độ chất khử giúp kiểm soát tốc độ lắng đọng vàng. Các thông số được tối ưu hóa tạo ra sản phẩm có phổ hấp thụ cộng hưởng phù hợp nhất.

3.2. Phân tích kiểm chứng cấu trúc bằng kỹ thuật SEM TEM và EDX

Đặc tính hình thái và thành phần hóa học của vật liệu được kiểm chứng qua các thiết bị phân tích hiện đại. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM Hitachi S-4800) tại Khu Công nghệ cao TP.HCM ghi nhận rõ hình thái gai nhọn đối xứng. Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM JEM1010) tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương làm lộ rõ phần lõi rỗng có độ tương phản thấp ở tâm hạt. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX Hitachi TM4000 Plus) tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM xác nhận thành phần nguyên tố vàng chiếm ưu thế tuyệt đối. Lượng bạc dư thừa được loại bỏ gần như hoàn toàn. Sự phối hợp các kỹ thuật phân tích khẳng định tính thành công của quy trình chế tạo.

IV. Ứng dụng nano vàng phân nhánh lõi rỗng trong y sinh và cảm biến

Vật liệu nano vàng phân nhánh lõi rỗng mở ra tiềm năng thực tiễn to lớn trong chẩn đoán y sinh và xử lý môi trường. Khóa luận tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung chứng minh hai hướng ứng dụng nổi bật gồm cảm biến quang học và diệt khuẩn. Trong phép đo phổ tán xạ Raman bề mặt (SERS), vật liệu khuếch đại tín hiệu của phân tử chất màu Rhodamine B ở nồng độ cực loãng 10^-5 M. Hiệu ứng này nhờ vào điện trường cục bộ cực mạnh sinh ra tại các đỉnh nhọn của nhánh gai. Về khả năng kháng khuẩn, vật liệu thể hiện hiệu quả ức chế mạnh đối với vi khuẩn Gram âm Escherichia coli. Phương pháp trải đĩa đếm khuẩn lạc cho thấy tỷ lệ tiêu diệt vi khuẩn tăng tuyến tính theo nồng độ hạt nano. Ở nồng độ 50 microgram/mL, vật liệu đạt hiệu suất tiêu diệt vi khuẩn gần như tuyệt đối 100% chỉ sau 20 phút tiếp xúc. Nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc sản xuất băng gạc y tế kháng khuẩn và cảm biến sinh học thế hệ mới.

4.1. Hiệu quả kháng khuẩn vượt trội đối với vi khuẩn E. Coli

Đặc tính kháng khuẩn của hạt AuNS được đánh giá cẩn trọng trên chủng vi khuẩn Escherichia coli thu thập từ phòng thí nghiệm vi sinh của trường. Nghiên cứu thử nghiệm với ba mốc nồng độ vật liệu: 5 microgram/mL, 10 microgram/mL và 50 microgram/mL. Sau 20 phút tiếp xúc trực tiếp, số lượng khuẩn lạc giảm sút rõ rệt theo hàm lượng hạt nano đưa vào. Nồng độ 50 microgram/mL mang lại khả năng diệt khuẩn gần 100% đối với mọi mẫu khảo sát. Các nhánh nhọn nano có khả năng phá vỡ cơ học màng tế bào vi khuẩn. Đồng thời hạt nano kích thích tạo ra các gốc oxy hóa hoạt tính (ROS) nội bào. Hiện tượng này làm rò rỉ tế bào chất và dẫn tới cái chết của vi khuẩn nhanh chóng.

4.2. Tiềm năng cảm biến quang học tăng cường phổ Raman bề mặt

Vật liệu AuNS chứng minh độ nhạy quang học vượt trội trong vai trò đế cảm biến SERS. Cấu trúc gai nhọn hoạt động như những ăng-ten quang học thu nhỏ. Chúng tập trung ánh sáng laser tới vùng thể tích cực nhỏ tại đỉnh gai. Nghiên cứu thực nghiệm xác nhận đế AuNS phát hiện chất màu hữu cơ Rhodamine B ở nồng độ thấp 10^-5 M. Tín hiệu phổ Raman đặc trưng hiển thị rõ nét với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu ấn tượng. Khả năng phát hiện vết chất ở nồng độ thấp mở ra ứng dụng giám sát an toàn thực phẩm và dư lượng kháng sinh. Ngoài ra, vật liệu có thể phát triển thành cảm biến chẩn đoán sớm các dấu ấn ung thư trong mẫu máu sinh thiết lỏng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tổng quan về vật liệu nano kim loại Giới thiệu về vật liệu nano kim loại Trong những thập kỷ gần đây thì công nghệ nano là một trong những cột mốc quan trọng vì những tiềm năng to lớn trong ứng dụng nâng cao chất lượng cuộc sống con người. Tuy nhiên, các hạt và cấu trúc nano đã được người La Mã sử dụng từ thế kỷ IV sau Công Nguyên. Một trong những minh chứng về công nghệ nano trong thời kỳ cổ đại là chiếc ly “Lycurgus cup” – chiếc cốc có thể thay đổi màu sắc do khả năng hấp thụ bước sóng ánh sáng một cách chọn lọc của các hạt nano bạc phũ trên bề mặt ly và phụ thuộc vào một số điều kiện ánh sáng nhất định. Chiếc cốc đã được Bảo tàng Anh mua lại từ Lord Rothschild vào năm 1958 (với sự đóng góp từ Quỹ Sưu tập Nghệ thuật Quốc gia) [7].

Năm 1990, các nhà khoa học phân tích chiếc cốc bằng kính hiển vi điện tử truyền qua để giải thích hiện tượng lưỡng sắc là do sự hiện diện của các hạt nano có kích thước 50 – 100 nm. Và phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X thì cho thấy các hạt nano này là hợp kim vàng – bạc [8]. 1 a) Chiếc ly màu xanh khi ánh sáng chiếu trực tiếp b) Chiếc ly có màu đỏ khi ánh sáng truyền qua [8] Tuy vật liệu nano đã xuất hiện từ thời cổ đại, nhưng mãi tới năm 1959 ý tưởng đầu tiên mới được trình bày bởi nhà vật lý học nổi tiếng Richard Feynman trong bài giảng 3 “There’s Plenty of Room at the Bottom”, mặc dù chưa đề cập rõ ràng nhưng ông đã mô tả sơ lược về khả năng kiểm soát, xây dựng những phân tử, nguyên tử riêng lẻ [9]. Thuật ngữ “công nghệ nano” lần đầu tiên được sử dụng bởi Giáo sư Norio Taniguchi tại Hội nghị Quốc tế về sản xuất công nghiệp ở Tokyo năm 1974 [10].

Đến năm 1981, khi các nhà vật lý Gerd Binnig và Heinrich Rohrer của phòng thí nghiệm nghiên cứu Zurich thuộc IBM phát minh ra kính hiển vi có khả năng soi được phân tử riêng lẻ (STM), công nghệ nano mới được phát triển [8]. Ý tưởng về công nghệ nano của Giáo sư Richard Feynman đưa ra, được phát triển bởi Eric Drexler trong cuốn sách “Vehicles of creation: the arrival of the nanotechnology era” xuất bản năm 1986 [9]. Và dưới dự phát triển của công nghệ thì ngành công nghệ nano đã có những phát triển vượt bậc. Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,.

có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 đến 100 nanomet (1 nm = 10-9 m). Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet. Về trạng thái pha của vật liệu, người ta 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 dạng vật liệu người ta phân ra thành: - Vật liệu nano không chiều (0 – D): cả ba chiều đều có kích thước nano.

Ví dụ: hạt nano - Vật liệu nano một chiều (1 – D): là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano. Ví dụ Dây nano, ống nano - Vật liệu nano hai chiều (2 – D): là vật liệu trong đó có một chiều có kích thước nano. Ví dụ: màng mỏng, tấm nano - Vật liệu nano ba chiều (3 – D): là vật liệu không có chiều nào ở kích thước nano và tất cả đều ở cấp độ macro. 2: Các cấu trúc vật liệu nano [11] Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra các tính chất đặc biệt của vật liệu (do sở hữu điện tích bề mặt riêng lớn, các tính chất lý/hóa/điện khác biệt so với vật liệu khối do hiệu ứng lượng tử), nên có thể làm giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ.

Công nghệ nano giúp tạo ra những quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng và đặc biệt là giảm tác động đến môi trường. Công nghệ nano được ví như là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là điện tử, xúc tác, y sinh, môi trường, năng lượng,. và tác động đến toàn xã hội. Đặc điểm và tính chất 1.

Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu càng tăng. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước của vật liệu giảm đi thì hiệu ứng liên quan đến các nguyên tử bề mặt hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên. Hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Tức là, sẽ không có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, tuy nhiên do có kích thước lớn nên hiệu ứng này nhỏ và thường được bỏ qua.

Hiệu ứng kích thước Hiệu ứng kích thước tạo thành một khía cạnh đặc biệt hấp dẫn của vật liệu nano. Các tác động được xác định bởi kích thước liên quan đến sự phát triển của các đặc tính cấu trúc, nhiệt động, điện tử, quang phổ, điện từ và hóa học. Trong các vật liệu khối, các 5 mức năng lượng chồng lên nhau tạo thành một dải năng lượng liên tục. Tuy nhiên, đối với các vật liệu ở kích thước nano, mức năng lượng tách riêng thành các dải năng lượng riêng biệt.

Khoảng cách giữa các dãy năng lượng tăng lên cùng với sự giảm kích thước của tinh thể nano. Điều này dẫn tới màu sắc của các vật liệu nano phụ thuộc vào kích thước cũng như hình dạng của hạt tạo thành. Hiệu ứng giam giữ lượng tử Trong bất kỳ vật liệu nào, sự biến đổi đáng kể của các đặc tính điện và quang cơ bản với kích thước giảm sẽ được quan sát thấy khi khoảng cách năng lượng giữa các mức điện tử vượt quá năng lượng nhiệt. Trong các tinh thể nano nhỏ, các mức năng lượng điện tử không liên tục như ở dạng khối mà là rời rạc (mật độ hữu hạn của các trạng thái), do sự giới hạn của hàm sóng điện tử với kích thước vật lý của các hạt.

Hiện tượng này còn được gọi là giam giữ điện tử và do đó các tinh thể nano với kích thước rất nhỏ (vài nm) còn được gọi là chấm lượng tử. Hơn nữa, các tinh thể nano này có bề mặt cao và một phần lớn các nguyên tử trong tinh thể nano nằm trên bề mặt của chúng. Vì phần này phụ thuộc phần lớn vào kích thước của hạt (30 % đối với tinh thể 1 nm, 15 % đối với tinh thể 10 nm), nó có thể phát sinh các hiệu ứng kích thước trong các tính chất vật lý và hóa học của tinh thể. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) được giải thích là điện trường của sóng điện từ tác động lên các electon tự do trên bề mặt hạt nano, làm electron bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực [12, 13].

Sau đó dưới tác dụng của lực phục hồi Coulombic, các electron sẽ trở lại vị trí ban đầu. Vì có bản chất sóng, nên điện trường dao động làm cho sự phân cực này dao động theo. Sự dao dộng này được gọi là “plasmon” khi tần số dao dộng của đám mây electron trùng với tần số của ánh sáng chiếu tới. Hiện tượng này gọi là “cộng hưởng plasmon bề mặt” (SPR) [14].

Khi kích thước của vật liệu nano nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới kết hợp với tần số của ánh sáng chiếu tới cộng hưởng với tần số dao động của electron tự do ở bề mặt sẽ xuất hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt [13]. Hệ quả của hiện tượng này là vật liệu nano sẽ hấp thụ cực đại ánh sáng chiếu tới và tạo ra điện trường mạnh xung quanh bề mặt vật liệu nano. Trường điện từ này sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tăng cường phổ Raman trong cảm biến. 3: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của vàng Các phương pháp tổng hợp Các hạt nano nano được tổng hợp bằng 2 cách tiếp cận [15]: Top – down: phương thức từ trên xuống dưới tức là chia nhỏ 1 hệ thống để cuối cùng tạo ra một đơn vị có kích thước nano.

Nguyên lý của phương pháp Top – down là dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến các vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt có kích thước nano. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, rẻ nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) và có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên vẫn còn tồn tại những nhược điểm là tính đồn nhất không cao, và tạo ra một lượng phế thải khá lớn. Bottom – up: phương thức từ dưới lên trên có nghĩa là lắp ghép các hạt cở phân tử hay nguyên tử lại để thu được kích thước nano.

Nguyên lý của phương pháp Bottom – up là hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Ưu điểm lớn của phương pháp này có thể tạo được cấu tạo nano trong phòng thí nghiệm với vốn đầu tư không lớn, chỉ yêu cầu có trình đọ khoa học cao, và vật liệu thu được có tính đồng đều rất cao. 4: Sơ đồ chung cho các phương pháp tiếp cận cấu trúc nano [11] Để tổng hợp vật liệu có cấu trúc nano (hoặc các hạt nano) thì có nhiều kỹ thuật khác nhau. Các phương pháp tổng hợp được chia thành 3 loại: Phương pháp vật lý: Các hạt nano có thể được tổng hợp bằng cách sử dụng một số các phương pháp vật lý như là: phóng điện hồ quang, nhiệt phân, mài cơ học,.

Các phương pháp có 2 loại cơ học và lắng đọng hơi. Các phương pháp này hoạt động ở nhiệt độ cao thường lớn hơn 350 oC. Vì được tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất cao nên phương pháp vật lý tiêu tốn nhiều thời gian và năng lượng [15]. Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.

Đây là phương pháp đơn giản và rẻ tiền và nhiệt độ thấp để tổng hợp các hạt nano. Nhiệt độ làm việc cao nhất thường dưới 350 oC.