ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG LONG

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH QUANG
CỦA NANO VÀNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG Y SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT
LÝ

Thái Nguyên, năm 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG LONG

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU
TÍNH QUANG CỦA NANO VÀNG, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG
DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Quanh
học
Mã số:
8440110

Cán bộ hướng dẫn khoa
học: TS. TRẦN QUANG

Tác giả luận văn

Hoàng Long

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN…...………………………………………………………………………….i
LỜI CAM ĐOAN……...…………………………………………………………………..ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ iv DANH
MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................................ v DANH MỤC
BẢNG BIỂU ................................................................................................. vii MỞ ĐẦU
............................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ........................................................................... 5
1.1. Sơ lược về công nghệ nano....................................................................................... 5
1.2. Nano vàng. ................................................................................................................. 6
1.2.1. Tính chất của nano vàng ..................................................................................... 7
1.2.2. Ứng dụng của nano vàng..................................................................................... 9
1.3. Các phương pháp chế tạo nano vàng.................................................................... 10
1.3.1. Phương pháp khử hóa học.................................................................................
10
1.3.2. Phương pháp sinh học. ......................................................................................
11
1.3.3. Phương pháp vật lí. ........................................................................................... 11
1.3.4. Phương pháp điện hóa.......................................................................................
12
1.4. Lý do lựa chọn chế tạo nano vàng bằng phương pháp pháp điện hóa.............. 13
1.5. Kết luận. .................................................................................................................. 14

3.1.1. Sự hình thành nano vàng quan sát bằng mắt thường. .......................................
27
3.1.2. Sự hình thành nano vàng khảo sát bằng UV-vis. .............................................. 29
3.1.3. Kích thước hạt nano vàng quan sát bằng TEM. ................................................ 34
3.1.4. Hình thái hạt nano vàng quan sát bằng SEM.................................................... 38
3.1.5. Thành phần hạt nano vàng phân tích bằng EDX .............................................. 40
3.1.6. Cấu trúc tinh thể nano vàng phân tích bằng nhiễu xạ tia X. ............................. 41
3.1.7. Thế Zeta của dung dịch nano vàng.................................................................... 42
3.2. Khả năng đánh dấu và phát hiện E.coli O157. .................................................... 43
3.3. Kết luận ................................................................................................................... 45
KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................................ 46
KIẾN NGHỊ ....................................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 48

3


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Viết tắt

Giải nghĩa

1.

AuNPs

Nano vàng


7.

TEM

Hiển vi điện tử truyền qua

8.

XRD

Giản đồ nhiễu xạ tia X

9.

UV-vis

Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến

4


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Kích thước của vật liệu nano được phân bố từ 1-100 nm........
Hình 1.2. Cấu trúc lập phương tâm mặt tnh thể Au …...…………..…..

5

6

Hình 1.3. Mô hình biểu diễn sự tương tác của sóng điện từ và các hạt

17

Hình 2.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (JEM 1010, JEOL) …………
Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử quét (S-4800, Hitachi) …………………

18
19

Hình 2.5. Thiết bị phân tích EDX (EMAX-Horiba) gắn trên kính hiển vi
điện tử quét (S-4800, Hitachi)………………………………………….
Hình2.6. Máy nhiễu xạ ta X …………………………………………
Hình2.7. Thiết bị đo thế Zeta ………………………………………….

21
22
23

Hình 2.8. Quy trình gắn kháng thể với hạt nano vàng…………………..

24

Hình 2.9. Phức hợp kháng thể-hạt vàng (1) và đánh dấu với vi khuẩn để
24
quan sát trên kính hiển vi điện tử truyền qua (2)…………………………
Hình 3.1. Sự thay đổi màu sắc trong dung dịch nano vàng chế tạo ở các
điện áp khác nhau………………………………………………………..
Hình 3.2. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch nano vàng chế tạo tại các
27
nồng độ natri citrate khác nhau…………………………………………
5

Hình 3.10. Hạt nano vàng chế tạo tại 9V, nồng độ natri citrate 0,1% sau

37

2 giờ tại thời điểm ngay sau khi chế tạo và sau 6 tháng lưu giữ ở 40C…
Hình 3.11. Ảnh SEM cho thấy các hạt nano vàng chế tạo được hình cầu,
kích thước hạt nằm trong dải 15- 20 nm…………………………………

39

Hình 3.12. Phổ EDX xác nhận thành phần và độ sạch của nano vàng sau
40
chế tạo…………………………………………………………………..
Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của nano vàng sau khi chế tạo bằng
phương pháp điện hóa…………………………………………………...

41

Hình 3.14. Thế zeta của dung dịch nano vàng được lưu giữ sau 6 tháng
của mẫu chế tạo 2 giờ ở điện áp 9V và nồng độ natri citrate 0,1%...........
Hình 3.15. Cộng hợp nano vàng sau khi chức năng hóa với kháng thể đa
dòng kháng vi khuẩn E.coli O157………………………………………..
Hình 3.16. Vi khuẩn E.coli O157 trước (ảnh trái) và sau khi gắn kết với
cộng hợp nano vàng gắn kháng thể (ảnh phải)………………………….

6

44

42

sẵn có của muối vàng tinh khiết và hóa chất khử cũng là vấn đề cần được quan
tâm. Tiếp theo, việc kiểm soát hóa chất tồn dư (chưa phản ứng hết), độ pH hay
độ sạch của nano vàng sau khi chế tạo là một trong những thách thức của
người làm công nghệ. Trên thực tế, phương pháp vật lý cũng được sử dụng và
có thể tạo ra số lượng lớn các hạt nano vàng từ vàng khối [5], [10]. Tuy nhiên,
chi phí cho các trang thiết bị chế tạo thường tốn kém và khó kiểm soát được
kích thước. Một trong những phương pháp thân thiện với môi trường để chế
tạo nano vàng là phương pháp sinh học cũng được quan tâm và phát triển
trong thời gian gần đây [11], [12]. Phương pháp này sử dụng các chiết xuất từ
1


thực vật hay vi khuẩn để khử muối vàng thành vàng nguyên tử, từ đó hình
thành các hạt nano. Hạn chế chính của phương pháp

2


này là khó khăn trong việc tạo ra được số lượng lớn hạt nano và kiểm soát kích
thước. Một số phương pháp kết hợp lý hóa như quang hóa hay điện hóa cũng
được phát triển để chế tạo nano vàng [13], [14]. Tuy nhiên, tính ưu việt của
những phương pháp này vẫn chưa được thể hiện rõ ràng.
Vấn đề đặt ra đối với các nhà khoa học và công nghệ là làm sao phát
triển được phương pháp chế tạo hạt nano một cách hiệu quả, kiểm soát được
chất lượng nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra, phát huy được những ưu
điểm và giảm thiểu được những hạn chế của các phương pháp truyền thống.
Do đó, hướng nghiên cứu quan tâm gần đây về nano nói chung và nano vàng
nói riêng thường tập trung vào việc tạo ra số lượng lớn, có khả năng điều khiển
kích thước, nguồn nguyên liệu sẵn có, độ sạch cao, tính chất lí hóa vượt trội và
thân thiện với môi trường, đặc biệt không có chất tồn dư độc hại trong sản

Đề tài nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở tham khảo những tài liệu
liên quan đã công bố trong và ngoài nước; thành công của nhóm nghiên cứu
được phát triển bởi TS. Trần Quang Huy về ứng dụng công nghệ điện hóa trong
chế tạo hạt nano kim loại từ dạng khối [20], [21]. Việc tạo ra nano vàng sạch
từ lá vàng khối sẽ giúp các nhà khoa học chủ động hơn trong việc nghiên cứu và
triển khai ứng dụng liên quan đến nano vàng.
Xuất phát từ những lý do trên, cùng với ðiều kiện trang thiết bị hiện có
của phòng thí nghiệm và sự định hướng của Thầy hướng dẫn, tôi đã lựa chọn
chủ đề "Chế tạo và nghiên cứu tnh chất quang của nano vàng, định hướng
ứng dụng trong y sinh" làm đề tài của luận văn.
Mục têu của đề tài:
- Chế tạo thành công nano vàng có dải kích thước dưới 20 nm từ vàng
khối bằng phương pháp điện hóa, định hướng ứng dụng trong y sinh;
- Khảo sát tính chất quang của nano vàng chế tạo bằng phương pháp
điện hóa ở các điều kiện khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu: Nano vàng được chế tạo bằng phương pháp điện
hóa. Các tính chất lí-hóa của nano vàng được khảo sát theo điện áp sử dụng,
nồng độ natri citrate, thời gian chế tạo và thời gian lưu giữ. Sử dụng các trang
thiết bị phòng thí nghiệm để phân tích như UV-vis, kính hiển vi điện tử truyền
qua, kính hiển vi điện tử quét, phổ tán xạ năng lượng ta X, nhiễu xạ tia X và thế
Zeta. Khảo sát khả năng đánh dấu vị trí kháng nguyên vi khuẩn bằng nano vàng
sử dụng kỹ thuật miễn dịch hiển vi điện tử.
4


Bố cục luận văn:

5



vượt bậc do nhận được sự quan tâm và phát triển rất mạnh mẽ của các nhà
khoa học trên toàn cầu [22].
Trong cuộc cách mạng 4.0, công nghệ nano được coi là một trong những
công nghệ tiên phong, chúng liên quan mật thiết đến việc chế tạo, phân tích,
thiết kế và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng cách điều khiển
kích thước, hình dạng vật liệu ở cấp độ nano mét (1-100 nm). Ở thế giới nano,
vật liệu thể hiện những đặc tính hoàn toàn khác biệt so với chúng khi ở dạng
khối (Hình 1.1)

Hình 1.1. Kích thước của vật liệu nano từ 1-100 nm [23]
Ở kích thước nano mét (nm), số nguyên tử trên bề mặt vật liệu so với
tổng số nguyên tử chiếm tỉ lệ đáng kể, tạo ra những hiệu ứng liên quan đến bề
mặt (hiệu ứng bề mặt), dẫn đến tính chất có nhiều khác biệt so với chính vật
liệu này ở dạng khối [24]. Nhờ những tính chất đặc biệt ấy, vật liệu nano đã
được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực phục vụ đời sống như y học,

7


chế phẩm sinh học, mỹ phẩm, dệt may, vũ trụ và công nghiệp điện tử và dân
dụng…
Báo cáo năm 2010 cho thấy tnh hình phát triển của công nghệ nano trên
thế giới tăng trưởng đều đặn hàng năm khoảng ~25% [24]. Năm 2015, doanh
thu

8


từ các sản phẩm do công nghệ nano mang lại đạt gần 30,4 tỷ đô la Mỹ và tiếp
tục

được gọi là “plasmon”. Đối với tinh thể kim loại, thông thường các dao động
nhanh chóng bị dập tắt bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tnh
thể khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Tuy
nhiên, khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình sẽ
không còn hiện tượng dập tắt mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh
sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano là do sự dao động tập thể
của các điện tử trong vùng dẫn khi tương tác với bức xạ sóng điện từ. Quá
trình dao động như vậy sẽ dẫn tới sự phân bố lại các điện tử trong hạt nano
làm cho hạt nano bị phân cực tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy, tần số
cộng hưởng xuất hiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt là về hình dạng, kích
thước và độ lớn của hạt nano cũng như môi trường xung quanh (Hình 1.3).

10


Hình 1.3. Mô hình biểu diễn sự tương tác của sóng điện từ và các hạt nano vàng,
các electron trên bề mặt hạt nano gây tạo ra hiện tượng cộng hưởng
bề mặt [2]

11


Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang (Hình 1.4).
Khi mật độ loãng thì coi như gần đúng với hạt tự do, nếu ở nồng độ cao thì
phải xét đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt [2], [26].

Hình 1.4. Màu sắc của dung dịch nano vàng theo kích thước của hạt [27]

b) Tính chất điện
Do mật độ điện tử tự do cao nên tính dẫn điện của kim loại nói chung và

tính xúc tác của chúng thể hiện tốt nhất ở kích thước dưới 10 nm [29].
1.2.2. Ứng dụng của nano vàng
Nano vàng là một trong những vật liệu tềm năng nhất được nghiên cứu
và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong truyền dẫn thuốc hướng
đích để điều trị bệnh, tạo ảnh sinh học, đánh dấu sinh học, phát hiện sinh học
và chuẩn đoán, đặc biệt là trong têu diệt tế bào ung thư [30]. Ngoài ra, nano
vàng có thể gắn với kháng thể kháng mầm bệnh, từ đó có thể đánh dấu hoặc
phát hiện chính xác sự có mặt của mầm bệnh trong mẫu phân tích [31]. Khi sử
dụng làm chất chỉ thị trong các que thử nhanh, nano vàng sẽ hoạt động dựa
trên nguyên lí miễn dịch học hay còn được gọi là kĩ thuật sắc kí miễn dịch, góp
phần làm tăng độ nhạy của kỹ thuật và rút ngắn thời gian phát hiện [32].

14