ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
oOo
Các hạt nano trong cơ thể sống
HVTH: Nguyễn Trung Độ
LỚP: Vật lý điện tử K20
GV: PGS. Trần Hoàng Hải
 Giới thiệu:
Các hạt nano thường trong phạm vi kích thước của 1-100nm (1nm = 10
-9
m), và
có thể có hình dạng và cấu tạo khác nhau. Kích thước của chúng rất nhỏ ảnh hưởng
tính chất vật lý và hóa học rất khác với cùng một tài liệu dưới dạng khối. Các tính
chất này bao gồm một bề mặt lớn đến trong cùng một tỷ lệ thể tích, tăng cường tập
hợp hạt hoặc cản trở tùy thuộc vào loại biến đổi bề mặt, sự quang phát xạ, dẫn điện
và dẫn nhiệt cao, và cải thiện hoạt động xúc tác bề mặt. Các hạt nano có cấu trúc rất
bền và tính chất vật lý của chúng biến thể bởi biến của hình dạng hạt, kích thước và
thành phần. Với kích thước nano với kích thước đặt thù phân tử sinh học và bào
quan của tế bào. Điều này sẽ cho phép tương tác một một giữa các hạt nano và các
phân tử sinh học. Các tính chất của các hạt nano làm cho họ tiềm năng cao để sử
dụng trong các ứng dụng y tế khác nhau đặc biệt trong ống nghiệm chẩn đoán, nơi
họ hứa hẹn tăng nhạy cảm, tốc độ, và hiệu quả chi phí. Ba hạt nano hứa hẹn rằng sẽ
được thảo luận ở đây là: các chấm lượng tử (QDs), các hạt nano vàng (AuNPs), và
các hạt nano siêu thuận từ. Bảng 1 tóm tắt các thuộc tính chính của các hạt nano phổ
biến
Nhu cầu thường xuyên để cải thiện hiệu suất của các xét nghiệm chẩn đoán hiện
tại cũng như phát triển các chiến lược thử nghiệm sáng tạo để đáp ứng những thách
thức thử nghiệm mới. Việc sử dụng các hạt nano hứa hẹn sẽ giúp thúc
đẩy trong ống nghiệm để chẩn đoán mức độ cao hơnvề hiệu suất. Chấm lượng

Huỳnh quang đo
lường sử dụng
một fluorometer,
kính hiển vi
huỳnh quang,
hoặc lĩnh vực
kính hiển vi
epifluorescence.
- kích thước, phạm vi rộng
- thu hẹp giải phổ phát xạ.
- Photostability
-quang tunability (kiểm
soát của bước sóng phát xạ
bằng cách điều khiển kích
thước)
-Multiplexing
AuNP
s
Hoặc là một lõi điện môi
(thường là vàng sulfide hay
silica) kèm theo trong một vỏ
vàng mỏng (gọi là vỏ nano)
hoặc đơn giản là vàng hạt
nano hình cầu.
Một số phương
pháp phát hiện có
thể được sử dụng
như đo màu,
scanometric, điện
tử và điện, ánh

QDs được sử dụng trong các hệ thống sinh học.
1.2 Chế tạo QDs .
Khi QDs hấp thụ ánh sáng có năng lượng cao hơn khoảng cách dải quang
phổ của hạt nhân chất bán dẫn, một exciton (cặp electron-lỗ trống) được sinh ra. Sự
hấp thụ được tăng ở các bước sóng ngắn hơn và kết quả một vùng phổ hấp thụ rộng
được hình thành, đây là trái ngược với thông thường của chất huỳnh quang.
Exciton có thời gian tồn tại (thời gian sống) 10-40 ns trái ngược với loại thuốc
nhuộm hữu cơ điển hình như chất huỳnh quang chỉ vài nano giây. Khi trở về lại
trạng thái năng lượng thấp hơn, một photon phát ra năng lượng, làm xuất hiện một
vùng năng lượng hẹp, đó là dấu hiệu giống với huỳnh quang.
Khi QDs này có bán kính nhỏ hơn bán kính Bohr exciton, đó là khoảng cách tách
biệt tự nhiên giữa một electron và lỗ trong một cặp exciton, các mức năng
lượng cho một photon lúc này là lượng tử hóa. Một mối quan hệ trực tiếp giữa giá
trị của lượng tử năng lượng phát ra và kích thước của QDs tồn tại.
Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng giam cầm lượng tử, tên gọi là QDs , và nó
cũng là nguồn gốc của quang phổ phát xạ kích thước được điều chỉnh của QDs.
Các tín hiệu huỳnh quang tạo ra bởi QDs có thể được phát hiện bằng cách sử
dụng kỹ thuật khác nhau bao gồm cả kính hiển vi đồng tụ, kính hiển vi phản xạ bên
trong, kính hiển vi huỳnh quang, kính hiển vi rộng lĩnh vực lân quang và huỳnh
quang.
1.3 Ứng dụng QDs
QDs được sử dụng để đánh giấu trong xét nghiệm miễn dịch, nhuộm mô miễn
dịch, và hình ảnh di động. Thực tế là nhiều QDs có thể được kích thích bởi một ánh
sáng duy nhất làm cho chúng phù hợp hoàn thiện với nhiều chẩn đoán. Việc sử
dụng các hạt dựa trên xét nghiệm với QDs cũng là xem xét trong [15].
Hình 1 trình bày một sơ đồ phát hiện đồng thời chất phân tích khác nhau sử dụng
QDs kích thước khác nhau. Goldman và cộng sự phát triển một xét nghiệm miễn
dịch đa hợp để phát hiện đồng thời của bệnh tả, chất ricin (một loại albumin có độc
tính cao trong dầu), Shiga-như độc tố 1, và khuẩn tụ cầu B trong ruột sử dụng các
kháng thể có liên quan liên hợp để QDs kích thước khác nhau (màu sắc phát

2.1 Cấu trúc:
AuNPs thường bao gồm một vỏ vàng mỏng xung quanh một lõi điện
môi (một vật liệu cách điện, ví dụ như silica), gọi tắt là nanoshells hoặc chỉ
là hạt nano vàng AuNPs (thường là hình cầu). Chúng có kích thước 0.8-
250 nm và được đặc trưng bởi hệ số hấp thụ cao. Kích thước và hình dạng
của AuNPs xác định thông qua tính chất quang của nó. Đối với vỏ
nano vàng, sự biến đổi độ dày tương đối của lõi và lớp vỏ bên ngoài cho
phép thay đổi của cộng hưởng quang học của vàng, sự chuyển đổi xa ở vùng
hồng ngoại giữa
2.2 Chế tạo:
Nguồn gốc của các tính chất quang của AuNPs là hiện tượng được gọi là cộng
hưởng plasmon bề mặt (SPR). Khi một bức xạ điện từ, có bước sóng nhỏ hơn
nhiều so với đường kính của AuNPs, số hạt va chạm, làm các hạt kết dính
lại, dao động cộng hưởng của các điện tử qua các hạt nano kim loại. Những dao
động được gọi là SPR, nằm trong phạm vi tần số nhìn thấy được và kết quả
là hấp thụ quang học và tán xạ của hạt AuNPs rất mạnh mẽ[23]. Một hiện
tượng liên quan chặt chẽ gọi là tương tác plasmon-plasmon cho phép sử
dụng AuNPs như thiết bị đo màu để phát hiện phân tử sinh học. Một giải pháp là
dùng chất keo của AuNPs hình cầu màu đỏ, tuy nhiên, khi các hạt nano tương
tác, tổng hợp của các vùng lân cận hạt AuNPs(tương tác plasmon-
plasmon ) thay đổi màu đỏ sang màu xanh. Như vậy các ràng buộc của AuNP-
ký hiệu các thực thể để nhắm đối tượng tương ứng của chúng sẽ dẫn đến sự kết
hợp của các hạt nano và một sự chuyển dịch phát hiện trong các tín hiệu quang
Hình. 2. BCSA để phát hiện DNA. (A) hạt nano vàng và thăm dò từ tính microparticle chuẩn bị. Các hạt nano vàng chịu hai loại
oligonucleotides, một trong đó là bổ sung cho trình tự mục tiêu quan tâm, khác nhau từ các khu vực được công nhận bởi microparticle từ, và
khác đó là bổ sung vào một DNA mã vạch (tỷ lệ là 1:100) ( B) dựa trên các hạt nano DNA khuếch đại tín hiệu chương trình. Sao chép với sự
cho phép từ Nam JM, Stoeva SI, Mirkin CA. Am J. Am Chem Soc. 2004; 126:5932-3.
học [6,21-24]. Sự hấp thu mạnh mẽ của AuNPs cũng có thể được sử dụng trong
việc phát hiện đo màu của các chất phân tích bằng phương pháp thay đổi chiết
suất của môi trường được gây ra bởi sự hấp thụ của AuNPs. Cuối

gồm lượng rất nhỏ IgG trong môi trường khác nhau trong vòng10-30 phút.
AuNPs là những thành phần quan trọng của việc khảo nghiệm sinh học mã
vạch (BCA), đã được đề xuất như là một thay thế trong tương lai để PCR,với độ
nhạy zeptomolar để phát hiện DNA. Hình 2 minh họa việc sử dụng của BCA để
phát hiện DNA. Các BCA cũng được sử dụng để phát hiện protein với độ
nhạy attomolar[21]. Trong trường hợp này, BCA liên quan đến sự cô lập của kháng
nguyên mục tiêu bằng một quá trình hình thành lớp kẹp giữa oligonucleotide liên
quan đến biến đổi AuNPs và hạt vi mô từ tính. BCA rất nhạy là một kết quả của
việc hấp thụ hiệu quả của kháng nguyên và quá trình khuếch đại xảy ra như là kết
quả của số lượng lớn các sợi DNA mã vạch được phát hành cho từng kháng
nguyên sự kiện ràng buộc. Cách tiếp cận này cho phép phát hiện 30 bản sao của một
protein trong một hỗn hợp lớn các protein khác.
Georganopoulou và các cộng sự [31] phát triển một BCA để đo lường một điểm
đánh dấu khả năng hòa tan của bệnh Alzheimer; amyloidβ có nguồn gốc khuếch
tán phối tử, trong các mẫu dịch não với độ nhạy attomolar [31,32].Ngoài
ra, Namet và các cộng sự [33] phát triển một BCA để phát hiện interleukin - 2. Các
khảo nghiệm bao gồm việc các phân tử được được kí hiệu bắt lại và lớp phủ sợi
DNA mã vạch lên silica (không từ tính) hạt vi mô sau khi chụp lại kí hiệu. Các đầu
dò được tách sợi DNA và mã vạch được giải thoát và phát hiệnbằng cách sử
dụng DNA biến đổi đầu dò các hạt nano vàng. Thực tế phát hiện mục tiêu này dựa
trên một sự thay đổi màu từ đỏ sang xanh dương.
AuNPs cũng có thể có ích cho các ứng dụng hình ảnh, vì chúng không gây độc tế
bào [1,6,13,34]. Sokolov và các cộng sự [35] sử dụng AuNPs (đường kính~ 12
nm) liên hợp với kháng thể đơn dòng chống lại yếu tố tăng trưởng thu nhận biểu
bì (EGFR), đó là qua thể hiện trên bề mặt của tế bào ung thư biểu mô cổ tử
cung (SiHa tế bào). Các hợp ràng buộc để EGFR và kết quả là một sự thay đổi màu
đỏ phát hiện của ~ 6 nm trong vùng hấp thụ ánh sáng UV của chất keo AuNPs , cho
phép hình ảnh của các tế bào thể hiện EGFR.
Mặc dù, nó không dùng cho ứng dụng chẩn đoán, có giá trị cho điều trị quang
nhiệt (PTT) là một trong những nơi đầy hứa hẹn nhất cho việc sử

3.3 ứng dụng
Các hạt nano siêu thuận có thể được sử dụng cho nhiều xét nghiệm miễn
dịch, và đại lý tương phản trong hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), nơi họ đã lớn
hơn nhiều so với các đại lý từ tính nhạy cảm tương phản MRI thông thường,
chẳng hạn như gadolinium