VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN VẬT LÝ

ĐỖ THỊ HUẾ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC
CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ
SILICA/VÀNG ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội – 2018

1


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN VẬT LÝ

ĐỖ THỊ HUẾ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC
CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ
SILICA/VÀNG ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số chuyên ngành: 944 01 04

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

giúp đỡ trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu ở Viện Vật Lý.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Vũ Dƣơng, PGS. TS Đỗ Quang Hòa, TS. Nguyễn
Trọng Nghĩa cùng các anh chị em thuộc nhóm NanoBioPhotonics và thuộc trung tâm
Điện tử Lƣợng tử - Viện Vật Lý đã giúp đỡ và cho tôi những ý kiến quý báu cũng
nhƣ hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm để hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới PGS. TS Chu Việt Hà, ngƣời luôn bên tôi, giúp
đỡ và cho tôi những lời khuyên quý báu để tôi vững bƣớc trong suốt giai đoạn học
tập của mình. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể lãnh đạo Khoa Vật
Lý, cùng các thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, những ngƣời đã luôn quan tâm, giúp đỡ,
tạo điều kiện cho tôi để tôi có thời gian hoàn thành luận án.
Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ hai bên, tới gia đình
nhỏ ở đó có chồng và con gái con, những ngƣời vẫn luôn bên con, thay con gánh
vác việc gia đình, tạo cho con động lực và niềm tin để con có đƣợc ngày hôm nay.
Xin trân trọng cảm ơn tất cả!
Hà Nội, tháng 01 năm 2018

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN.................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................ xii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .............9
1.1. Tính chất quang của các hạt nano kim loại ..........................................................9
1.1.1. Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance SPR) ..........................................................................................................................10

2.1. Nguyên liệu hóa chất ..........................................................................................55
2.2. Chế tạo hạt vàng kích thƣớc nhỏ - vàng Duff-Baiker ........................................55
2.2.1. Quá trình chế tạo .............................................................................................56
2.2.2. Hình thái và tính chất quang ...........................................................................57
2.3. Chế tạo các hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp nuôi mầm ..................59
2.3.1. Dung dịch nuôi ................................................................................................61
2.3.1.1. Chuẩn bị dung dịch nuôi ..............................................................................61
2.3.1.2. Xác định pH tối ƣu của dung dịch nuôi vàng hydroxyde ...........................62
2.3.2. Khảo sát sự phát triển của hạt khi thay đổi tỷ lệ nồng độ ion Au3+ trong dung
dịch nuôi và nồng độ hạt vàng trong dung dịch mầm ...............................................63
2.3.3. Điều khiển kích thƣớc hạt nano vàng lên tới 200 nm .....................................65
2.3.3.1. Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng Duff-Baiker .......................................65
2.3.3.2. Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng citrate ................................................67
Kết luận chƣơng 2 .....................................................................................................76
Chƣơng 3: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU
TRÚC NANO LÕI SILICA VỎ VÀNG SiO2/Au ....................................................77
3.1. Nguyên liệu hóa chất -Quy trình chế tạo ...........................................................77
3.2. Chế tạo và amin hóa hạt nano silica bằng phƣơng pháp Stober ........................79
3.2.1. Thí nghiệm chế tạo và amin hóa hạt nano silica .............................................79
3.2.1.1. Tạo hạt nano silica bằng phƣơng pháp Stober ............................................80
3.2.1.2 Chức năng hóa bề mặt hạt nano silica bằng các phân tử APTES ................81

v


3.2.2. Kết quả tổng hợp hạt lõi nano silica................................................................81
3.3. Chuẩn bị hạt silica – vàng mầm .........................................................................85
3.3.1. Hấp phụ của hạt vàng Duff-Baiker lên hạt silica có hóa học bề mặt khác nhau
...................................................................................................................................85
3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian ủ tới quá trình hấp phụ các hạt nano vàng mầm lên hạt

4.4.2. Ảnh hƣởng của các phân tử bề mặt lên tính chất quang của các thanh nano
vàng .........................................................................................................................119
Kết luận chƣơng 4 ...................................................................................................121
Chƣơng 5: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG ...............................................................122
5.1. Gắn kết hạt nano vàng với các phân tử sinh học và tƣơng thích sinh học .......123
5.1.2. Gắn kết với phân tử albumin – protein bovine serum albumin (BSA) .........124
5.1.3. Gắn kết với glutathione (GSH) .....................................................................124
5.2. Một số kết quả gắn kết phân tử sinh học/tƣơng thích sinh học lên các cấu trúc
nano vàng ................................................................................................................125
5.3. Kết quả sử dụng hạt nano vàng trong hiện ảnh tế bào .....................................130
5.4. Ứng dụng quang nhiệt của các cấu trúc nano vàng trên mô thịt ......................131
5.4.1. Bố trí thí nghiệm ...........................................................................................131
5.4.2. Kết quả ứng dụng quang nhiệt ......................................................................133
Kết luận chƣơng 5 ...................................................................................................137
DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...............................141
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................143
PHỤ LỤC ................................................................................................................156

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
Kí hiệu

Tên Tiếng Anh

Tên tiếng Việt

AA


Surface plassmon resonance

Cộng hƣởng plasmon bề mặt

SP

Surface plasmon

Plasmon bề mặt

SPP

Surface Plasmon Polariton

Plasmon polariton bề mặt

DDA

Discrete dipole approximation

Gần đúng lƣỡng cực

GNR

Gold nanorod

Thanh nano vàng

TSPR


-

LSPR/TSPR
BDAC

chloride
BSA

Bovine serum albumin

-

THPC

Tetra-

-

viii


kis(hydroxymethyl)phosphonium
chloride
DP

Deposition Precipitation

Kết tủa lắng đọng

GPS

TEM

Transmission electron microscope

Hiển vi điện tử truyền qua

DLS

Dynamic Light Scattering

Tán xạ ánh sáng động học

PdI

Polydispertion Index

Chỉ số đa phân tán

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp
nuôi mầm ...................................................................................................................36
Bảng 1.2. Một số kết quả tổng hợp cấu trúc lõi/vỏ của các nhóm trên thế giới .......39
Bảng 2.1. Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo hạt nano vàng dạng cầu. .......55
Bảng 2.2. Các thông số thí nghiệm khảo sát sự phát triển của hạt khi nồng độ mầm
thay đổi. .....................................................................................................................63
Bảng 2.3. Thể tích dung dịch nuôi và dung dịch mầm trong 4 bƣớc nuôi sử dụng hạt
mầm ban đầu là hạt vàng Duff-Baiker. Lƣợng chất khử HCHO 37% trong mỗi bƣớc

hình thành và phát triển của cấu trúc thanh nano vàng ...........................................113
Bảng 4.6. Các thông số thực nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của AA đến sự hình
thành và phát triển của cấu trúc thanh nano vàng ...................................................116
Bảng 4.7. Cƣờng độ và bƣớc sóng đỉnh cộng hƣởng plasmon của thanh nano vàng
trong các dung dịch CTAB với nồng độ khác nhau. ...............................................118
Bảng 4.8. Cƣờng độ và bƣớc sóng đỉnh cộng hƣởng plasmon của các dung dịch
thanh nano vàng trƣớc và sau khi đƣợc bọc bằng các phân tử tƣơng thích sinh học:
BSA, PEG, GSH .....................................................................................................121
Bảng 5.1. Kết quả thế Zeta của các dung dịch hạt nano SiO2/Au trƣớc và sau khi
gắn kết với các phân tử BSA, GSH, PEG và kháng thể IgG/BSA .........................128
Bảng 5.2. Mật độ công suất ứng với chiều dày mẫu thay đổi ................................133
Bảng 5.3. Nhiệt độ Tmax đạt đƣợc của mẫu tiêm các hạt nano SiO2 /Au, thanh nano
vàng ở cùng độ hấp thụ khi đƣợc chiếu sáng bằng laser 808 nm. ..........................135

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt trên các hạt nano kim loại ........10
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của hệ số suy hao  của hạt nano vàng vào kích thƣớc hạt.
...................................................................................................................................15
Hình 1.3. Phổ hấp thụ của các dung dịch nano vàng cầu phụ thuộc vào kích thƣớc
hạt [79] ......................................................................................................................16
Hình 1.4. Tính toán các hiệu suất hấp thụ Qabs (đƣờng gạch đỏ), hiệu suất tán xạ
Qsca (đƣờng chấm đen), và hiệu suất dập tắt Q (đƣờng liền màu xanh) cho các hạt
cầu nano vàng (a) D = 20 nm, (b) D = 40 nm, (c) D = 80 nm, và (d) polystyrene
nanospheres D = 300 nm ..........................................................................................18
Hình 1.5. Sự phân bố điện tích trên một thanh nano dƣới kích thích của ánh sáng tới 19
Hình 1.6. Đặc tính quang của nano vàng dạng thanh phụ thuộc vào tỉ lệ các cạnh
của thanh. Ảnh TEM của các thanh nano vàng với tỉ lệ các cạnh khác nhau (A); Sự

liên kết một đầu với bề mặt các hạt ..........................................................................33
Hình 1.18. Các phƣơng pháp tổng hợp hạt có cấu trúc lõi vỏ: silica/ vàng: a) theo
mô tả Halas et al.; b) và c) theo phƣơng pháp lắng đọng DP. ..................................38
Hình 1.19. Mô hình minh họa cơ chế phát triển của thanh nano vàng khi không có
ion Ag+ ......................................................................................................................41
Hình 1.20. Cơ chế hình thành GNR dƣới sự định hƣớng của ion Ag+.....................42
Hình 1.21. Đánh dấu tế bào SiHa bằng hạt nano Au: ảnh A, B, C, D là đánh dấu đặc hiệu
dùng hạt vàng gắn với kháng thể EGFR, ảnh E, F là đánh dấu không đặc hiệu dùng hạt Au
gắn kết với BSA . ........................................................................................................44
Hình 1.22. Ảnh trƣờng tối của tế bào SKBr3 khi không đƣợc ủ với cấu trúc nano
lõi/vỏ (1), khi ủ với phức hệ nano@ kháng thể không đặc hiệu IgG(2), khi ủ với phức hệ
nano @kháng thể đặc hiệu HER2. ................................................................................45
Hình 1.23. Khu vực khoanh đỏ là nơi nanoshells đƣợc tiêm vào: trong vài phút bị
đốt nóng dƣới ánh sáng gần hồng ngoại, các tế bào này đã chế . .............................47
Hình 1.24. Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................................48
Hình 1.25. Hiện tƣợng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, ...............49
Hình 1.26. Sự biến thiên của thế zeta theo giá trị pH của môi trƣờng .....................52
Hình 1.27. Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis........................................................53
Hình 1.28. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của kính hiển vi trƣờng tối ..............................54
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng tạo hạt vàng theo phƣơng pháp Duff-Baiker..................56
Hình 2.2. Ảnh TEM của hạt vàng Duff –Baiker, thang đo 20 nm(trái) và phổ hấp
thụ plasmon của chúng(phải). ...................................................................................58

xiii


Luận án đủ ở file: Luận án full