luận án tiến sĩ Khảo sát tính chất động lực học của một số hạt nano bằng phương pháp tương quan huỳnh quang trên hệ đo tự xây dựng (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Thanh Bảo KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MỘT SỐ HẠT NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG QUAN HUỲNH QUANG TRÊN HỆ ĐO TỰ XÂY DỰNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 9.44.01.19 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội – 2022 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Tuyết Phương PGS.TS Đinh Văn Trung Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt nam vào hồi… giờ……’, ngày … tháng…… năm …… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc Gia Việt nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Các hạt nano với tính chất độc đáo nghiên cứu rộng rãi ứng dụng nhiều lĩnh vực y - sinh học, diode phát sáng, pin mặt trời Trong số đó, nghiên cứu chấm lượng tử bán dẫn (gọi tắt chấm lượng tử) quan tâm Chấm lượng tử chế tạo với kích thước hạt thay đổi để có đỉnh phổ mong muốn bước sóng khác trở thành vật liệu hứa hẹn thay cho chất màu truyền thống đánh dấu huỳnh quang có tính bền quang cao, phổ phát xạ hẹp Bên cạnh đó, vật liệu kích thước nano khác nano silica, nano kim loại gần nanocacbon phát triển nhằm hướng tới ứng dụng bao gồm đánh dấu sinh học, vận chuyển thuốc, liệu pháp quang nhiệt Trong hầu hết ứng dụng y sinh học, vật liệu nano sử dụng chủ yếu dung dịch, cần tìm hiểu vật liệu phương diện khả khuếch tán, đặc tính thuỷ động lực học, khả tương tác, v.v… Kích thước thủy động lực học hạt nano phân tán môi trường lỏng, bao gồm kích thước lõi độ dày lớp chất hoạt động bề mặt, thông số quan trọng nhiều q trình y sinh Kích thước thủy động lực học khó dự đốn từ kích thước vật lý (kích thước lõi) cấu trúc phân tử bề mặt, tương tác hạt nano với thành phần môi trường lỏng trước Sự kết đám hạt nano dung dịch xảy làm thay đổi trình tương tác vật liệu đối tượng y sinh tế bào, mô, môi trường sinh học Các phép đo thể tích khối khảo sát tập hợp lớn phân tử hạt thời điểm nên không đáp ứng yêu cầu nghiên cứu mức độ đơn phân tử đơn hạt (vì có trung bình hóa q trình xảy thể tích khối) Các kỹ thuật đo đơn phân tử/đơn hạt sử dụng ngày rộng rãi đối tượng protein hay ADN kích thước vài nano-mét nghiên cứu vật liệu kích thước nano phát quang Một số phương pháp quang phổ đơn hạt phát triển gần phương pháp đo tương quan huỳnh quang (FCS) Phương pháp dựa phân tích thăng giáng tín hiệu huỳnh quang phân tử hạt phát quang khuếch tán qua thể tích đo FCS phát triển sở đo đạc huỳnh quang nên phù hợp với đối tượng áp dụng chất phát quang thường dùng để đánh dấu huỳnh quang nghiên cứu sinh học Đây phương pháp cho phép nghiên cứu tính chất hóa lý vật liệu kích thước nano dung dịch Tuy nhiên, hệ đo FCS hệ đo với độ phân giải không gian thời gian cao, chưa có Việt nam Mục tiêu nghiên cứu luận án - Xây dựng hệ đo tương quan huỳnh quang - Ứng dụng hệ để nghiên cứu đối tượng hạt nano phát quang bước đầu thử nghiệm ứng dụng cho đối tượng hạt nano không phát quang Các nội dung nghiên cứu luận án - Xây dựng hệ đo FCS đáp ứng yêu cầu thu tín hiệu từ đơn phân tử/đơn hạt - Xác định thông số hệ đo - Khảo sát khả ứng dụng hệ đo nghiên cứu phản ứng phân tử sinh học - Khảo sát kích thước thuỷ động lực học chấm lượng tử bán dẫn mơi trường nước mơi trường có độ nhớt cao phương pháp FCS sở hệ đo xây dựng - Khảo sát kích thước thủy động lực học số loại hạt nano khác với chấm lượng tử phương pháp FCS (trên sở đo huỳnh quang) SCS (trên sở đo tán xạ) Các hạt bao gồm: nano silica mang tâm màu, nanocacbon phát quang, nano silica không mang tâm màu nano bạc - Nghiên cứu tính chất chất màu chấm lượng tử mức độ đơn hạt/đơn phân tử qua hiệu ứng chống bó Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Luận án góp phần phát triển phương pháp đại Việt Nam để nghiên cứu đối tượng nano Từ đó, mở rộng khả tiếp cận phương pháp quang học tiên tiến, hỗ trợ đáp ứng yêu cầu nghiên cứu sâu vật liệu nano mức độ đơn hạt/đơn phân tử Việt Nam CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Các hạt nano Phần trình bày hiểu biết chấm lượng tử bán dẫn (bao gồm hiệu ứng giam giữ lượng tử dẫn đến phụ thuộc tính chất phát xạ vào kích thước hạt, cấu trúc tính chất quang), phương pháp tổng hợp tính chất nano silica, cacbon nanodot, nano bạc dạng lăng trụ tam giác Kích thước hạt nano có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu tương tác vật liệu nano đối tượng sinh học tế bào, mô, v.v… Các tương tác thường xảy dung dịch, cần xác định kích thước thuỷ động lực học, đại lượng có liên quan chặt chẽ đến đặc tính khuếch tán hạt Một số kỹ thuật thông dụng sử dụng để xác định kích thước hạt bao gồm: ảnh, tán xạ ánh sáng (DLS) Tuy nhiên kỹ thuật có số nhược điểm: đo đạc thể tích khối, cần lượng mẫu lớn với nồng độ cao, khảo sát hạt nano môi trường tồn môi trường làm việc, nghiên cứu in-situ 1.2 Phương pháp đo tương quan huỳnh quang FCS Phương pháp tương quan huỳnh quang – FCS (Fluorescence correlation spectroscopy) tiến hành với phần tử phát huỳnh quang khuếch tán tự FCS dựa phân tích thống kê thăng giáng cường độ huỳnh quang theo thời gian Phương pháp FCS đo đạc thể tích nhỏ (cỡ femto-lít), ứng dụng cho đối tượng phân tử có gắn chất màu, hạt nano phát quang Phương pháp FCS phù hợp để khảo sát kích thước hạt, tương tác phân tử/hạt với phân tử sinh học, khảo sát tương tác hạt với tế bào, … Hệ đo FCS hệ đo quang học đại Ngoài khả đo đạc tương quan huỳnh quang FCS, hệ điều chỉnh để đo tương quan tín hiệu tán xạ (Scattering Correlation Spectroscopy – SCS) Hiệu ứng chống bó (antibunching) đơn phân tử/hạt nano chứng thực nghiệm xác định nghiên cứu thực phân tử/hạt Hiệu ứng chống bó đo đạc hệ FCS với cấu hình quang học tinh tế đầu thu hiệu suất cao 1.3 Tình hình nghiên cứu giới nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới Nhiều nghiên cứu xác định kích thước FCS có nhiều ưu điểm so với phương pháp hiển vi truyền qua (TEM), tán xạ tia X (XRD) tán xạ ánh sáng động (DLS) tránh thay đổi mẫu làm khơ, lượng mẫu cần dùng ít, đo đạc in-situ Phương pháp FCS ứng dụng để: + Đặc trưng tính chất động lực học hạt nano chấm lượng tử, tinh thể nano dạng cầu, nano dạng que hạt nano polyme phát quang, khảo sát chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ chấm lượng tử đơn lõi với lớp vỏ bọc hữu khác + Nghiên cứu tương tác hạt nano với phân tử chất màu phân tử sinh học dung dịch + Khảo sát trình khuếch tán hạt nano tế bào Trên sở phương pháp đo FCS, phổ tương quan tán xạ (Scattering Correlation Spectroscopy - SCS) hạt nano phát triển thời gian gần ứng dụng để đặc trưng hạt khơng phát quang 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước Hiện nay, kích thước vật liệu nano phát quang chấm lượng tử, nano silica, cacbon nanodot đặc trưng rộng rãi phương pháp TEM, hiển vi điện tử quét (SEM), DLS Không có báo cáo trình bày kết đo FCS thực Việt Nam hệ đo khác với hệ tự xây dựng luận án CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hoá chất dụng cụ thí nghiệm Hóa chất: Rođamin B, Rođamin 6G, chấm lượng tử CdTe/CdS, chấm lượng tử CdTe, nano silica mang tâm màu RB, bạc nitrat, trinatri xitrat, natri bohyđrua, natri hydroxit, tetraetoxy silan, amoni hydroxit, cồn tuyệt đối, đường tinh luyện, ADN phát quang (gắn phân tử chất màu), ADN bổ trợ (gắn biotin), streptavidin, đệm SSPE 20X pH 7,4, saccarozơ 2.2 Tổng hợp hạt nano 2.2.1 Tổng hợp nano silica Nano silica không chứa tâm màu tổng hợp từ TEOS trình thủy phân ngưng tụ alkoxit silic môi trường ancol với có mặt xúc tác bazơ NH4OH theo phương pháp sol-gel (kỹ thuật Stober) (hình 2.1) Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp nano silica không phát quang Nano silica phát quang mang tâm màu RB TS Phạm Minh Tân tổng hợp theo phương pháp Stober có hỗ trợ chất hoạt động bề mặt Qui trình tổng hợp được trình bày tài liệu tham khảo Các mẫu với nhóm chức –OH ký hiệu SB-x, x tương ứng với số micro-lít NH4OH sử dụng để tổng hợp hạt (x = 20, 30, 40, 60) Các mẫu có nhóm chức–SH, –NH2, –COOH –NH2&OH (hỗn hợp hai nhóm chức) ký hiệu tương ứng SiO2–SH, SiO2–NH2, SiO2–COOH SiO2–NH2&OH 2.2.2 Tổng hợp cacbon nanodot (CND) Cacbon nanodot tổng hợp từ phân tử đường saccarozơ theo phương pháp nhiệt phân sử dụng lị vi sóng gia dụng (hình 2.3) Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp cacbon nanodot 2.2.3 Tổng hợp nano bạc dạng lăng trụ (AgNPr) Nano bạc dạng lăng trụ tổng hợp phương pháp plasmon định hướng sử dụng đèn natri làm nguồn chiếu sáng (hình 2.4) Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp nano bạc dạng lăng trụ 2.3 Thiết kế hệ đo đạc tương quan huỳnh quang FCS 2.3.1 Thiết kế hệ đo FCS Hệ đo tương quan huỳnh quang thiết kế theo sơ đồ khối trình bày hình 2.6 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ FCS xây dựng luận án Chùm laze từ nguồn phát cho qua phin lọc trung tính, lọc khơng gian, qua aperture (để giảm đường kính chùm) sau phản xạ gương lưỡng chiết tới vật kính hiển vi Vật kính hội tụ chùm laze vào mẫu, đồng thời thu tín hiệu huỳnh quang phát từ mẫu Tín hiệu qua gương lưỡng chiết lọc phin lọc phát xạ (loại tán xạ ánh sáng kích thích) Tín hiệu huỳnh quang thấu kính phẳng lồi hội tụ vào pinhole, sau đến đầu thu, khuếch đại qua khuếch đại ghi nhận mô - đun đếm photon, cuối xử lý máy tính 2.3.2 Xây dựng hệ điện tử thu nhận xử lý tín hiệu quang Kỹ thuật đếm photon sử dụng đầu thu hệ đo FCS để ghi nhận cường độ tín hiệu ánh sáng yếu Các đầu thu sử dụng luận án dạng mô-đun tự xây dựng 2.3.4 Căn chỉnh hệ đo Hệ đo chỉnh để đảm bảo chùm laze kích thích hội tụ thể tích tối ưu cho đo đạc FCS (thể tích nhỏ, phân bố cường độ kích thích dạng hàm Gauss), đồng thời thu tín hiệu huỳnh quang lớn Do tín hiệu thu từ đơn hạt/đơn phân tử tín hiệu có cường độ thấp nên chỉnh hệ bước đòi hỏi nhiều thời gian kinh nghiệm 2.3.5 Tương quan tán xạ (SCS) Đo đạc tương quan tán xạ (Scattering Correlation Spectroscopy – SCS) thực sở hệ đo tương quan huỳnh quang Đối với hạt nano khơng phát quang, tín hiệu tán xạ từ sử dụng để xây dựng đường tương quan 2.3.6 Hiệu ứng chống bó Hệ đo FCS sử dụng để đo đạc hiệu ứng chống bó theo cấu hình HBT (Hanbury-Brown-Twiss) Bố trí thí nghiệm bao gồm chia chùm phân cực để chia chùm tia huỳnh quang phát từ mẫu 10 Gương lưỡng chiết: phân tách chùm sáng kích thích (bước sóng 532 nm) tín hiệu huỳnh quang (bước sóng > 565 nm) Gương điện môi băng rộng: dùng gương hiệu suất cao để nâng cao hiệu suất thu nhận ánh sáng huỳnh quang yếu từ phân tử chất màu hạt nano đơn lẻ Vật kính hiển vi: có độ phóng đại 100x độ số = 1,25 Khẩu độ số lớn yêu cầu cần thiết để đạt độ phân giải cao thể tích kích thích cỡ femto-lít Gương lưỡng chiết, gương điện mơi băng rộng vật kính hiển vi lắp đặt hệ FCS trình bày hình 3.2 Giá đỡ mẫu Cọc đồng giữ giá đỡ mẫu Vật kính hiển vi Các giá đỡ giá dịch chuyển vật kính Gương điện mơi băng rộng hiệu suất cao Gương lưỡng chiết Hình 3.2 Một phần khối quang học kích thích mẫu thu tín hiệu huỳnh quang Phin lọc phát xạ: phù hợp để đo mẫu phát quang vùng bước sóng > 565 nm Thấu kính hội tụ phần thu tín hiệu huỳnh quang: thấu kính phẳng lồi, mạ chống phản xạ vùng từ 350 -700 nm có tiêu cự f = 150 mm Pinhole phần thu tín hiệu huỳnh quang: đường kính 50 μm, có tác dụng loại bớt phần ánh sáng nằm vùng hội tụ ánh sáng kích thích, thu hẹp kích thước vùng quan sát (cấu hình đồng tiêu) 11 Tồn hệ đo trình bày hình 3.3 Hình 3.3 Hệ FCS xây dựng luận án 3.1.2 Khảo sát kích thước thể tích đo Kích thước thể tích đo (r0, z0) (bảng 3.3) ứng với cấu hình tối ưu hệ đo tự xây dựng tính tốn từ đường tương quan điển hình RB đo 300s 25oC (hình 3.5) Hình 3.5 Đường tương quan điển hình RB 12 Bảng 3.3 Các thơng số thể tích đo Thơng số Hệ FCS luận án Tham khảo ω = r0/z0 0,11 0,11 r0 (nm) 255 300 z0 (μm) 2,32 2,8 Veff (fl) 0,84 1,4 3.1.3 Hệ số khuếch tán chất màu R6G Hệ số khuếch tán R6G xác định theo phương pháp FCS hệ đo xây dựng phù hợp với giá trị trình bày tài liệu tham khảo gần (bảng 3.5) Bảng 3.5 Hệ số khuếch tán R6G nước so sánh với tài liệu tham khảo o D (25 C) Phương pháp đo Nguồn (x 10-6 cm2s-1) Tài liệu tham khảo 2,8 ± 0,3 FCS Tài liệu tham khảo 3,0 FCS Tài liệu tham khảo 2,9 ± 0,7 NMR Tài liệu tham khảo 4,0 Cực phổ Tài liệu tham khảo 4.14 ± 0.01 Dòng chảy mao quản Tài liệu tham khảo 4,3 ± 0,4 NMR FCS Tài liệu tham khảo 4,14 ± 0,05 FCS hội tụ kép 3,72 ± 0,03 (200 M)* 3,91 ± 0,06 (100 M) * 4,02 ± 0,12 (50 M) * 3,95 ± 0,09 * NMR Tài liệu tham khảo FCS Luận án Giá trị D phụ thuộc nồng độ 3.1.4 Ảnh hưởng thay đổi nồng độ chất màu Nồng độ chất màu RB R6G thích hợp cho FCS nằm khoảng 5x10-9 M đến 2x10-8 M 13 3.1.5 Ảnh hưởng cường độ laze Kích thích với cơng suất laze cao dẫn tới thay đổi giá trị G(0) dạng đường tương quan (hình 3.10) Đối với RB cơng suất laze kích thích phù hợp 125,3 W Hình 3.10 Ảnh hưởng cường độ laze đến đường tương quan RB Mũi tên chiều tăng lượng kích thích 3.2 FCS xác định tương tác phân tử sinh học Hình 3.12 Đường tương quan huỳnh quang ADN trước sau đóng cặp ADN sợi đơn phát quang; Hỗn hợp ADN sợi đơn phát quang ADN bổ trợ sau phản ứng nhiệt độ cao; Hỗn hợp hai ADN sau phản ứng nhiệt độ thường có mặt streptavidin; Hỗn hợp hai ADN sau phản ứng nhiệt độ cao có mặt streptavidin 14 Sự thay đổi đường tương quan có mặt ADN bổ trợ cho thấy xảy tương tác ADN sợi đơn với ADN bổ trợ tạo thành sản phẩm ADN sợi kép (hình 3.12) Hằng số phân ly ADN sợi kép nhiệt độ 25oC: KD = 7,0 M Các kết cho thấy phương pháp FCS hệ đo xây dựng luận án có tiềm ứng dụng nghiên cứu tương tác đối tượng sinh học 3.3 Xác định kích thước thủy động lực học chấm lượng tử bán dẫn 3.3.1 Xác định kích thước thủy động lực học chấm lượng tử CdTe/CdS Từ đường FCS mẫu CdTe/CdS (hình 3.15) thu giá trị sau: D = 160 µs, số khuếch tán D = 1,06 x 10-6 cm2s-1 Kích thước thủy động lực học dFCS = 4,6 nm lớn so với kích thước vật lý TEM (3,5 - 4,1 nm) Hình 3.15 Đường tương quan G() chấm lượng tử CdTe/CdS Số liệu thực nghiệm biểu diễn chấm đen, đường lý thuyết biểu diễn đường liền nét Công suất laze = 30 µW 15 3.3.2 Xác định kích thước thủy động lực học chấm lượng tử CdTe Kích thước thủy động lực học chấm lượng tử đơn lõi CdTe (với lớp bọc hữu chứa nhóm chức –COOH) xác định theo FCS lớn so với kích thước vật lý (bảng 3.8 hình 3.20) Bảng 3.8 Kích thước chấm lượng tử CdTe Cực đại Vị trí đỉnh Đường kính hạt Ký hiệu huỳnh hấp thụ (nm) mẫu quang f thứ CdTe CdTe CdTe CdTe CdTe CdTe (nm) 608 608 622 641 664 695 a (nm) 554,0 546,5 564,5 578,5 598,5 625,5 dFCS - dTEM FCS TEM 4,1  0,4 3,9  0,1 4,2  0,2 4,4  0,1 6,8  0,2 11,5  0,2 3,3 3,2 3,4 3,5 3,6 3,9 (nm) 0,8 0,7 0,8 0,9 3,2 7,6 Hình 3.20 Kích thước thủy động lực học (FCS) kích thước vật lý (TEM) chấm lượng tử CdTe phụ thuộc vào vị trí đỉnh hấp thụ Trong trường hợp lớp vỏ bọc hữu CdTe MSA, phụ thuộc kích thước thuỷ động lực học hạt xác định FCS 16 vào đỉnh hấp thụ thứ biểu diến phương trình sau: 𝑑 = 5,89016×10-5 λ3 − 9,949×10-2 λ2 +(56,0117)λ − (10507,43) 3.4 Nghiên cứu q trình khuếch tán phân tử chất màu chấm lượng tử mơi trường có độ nhớt thay đổi Hình 3.22 Các đường tương quan chuẩn hóa RB chấm lượng tử CdTe/CdS môi trường với nồng độ saccarozơ (% trọng lượng) khác Số liệu thực nghiệm biểu diễn điểm, đường liền nét đường lý thuyết Khi tiến hành đo môi trường có độ nhớt cao, đường tương quan FCS thực nghiệm chất màu chấm lượng tử so sánh với mơ hình khuếch tán ba chiều kèm trình triplet (hình 3.22) Trong khoảng độ nhớt mơi trường từ 0,89 -8,33 cP, 17 bán kính thuỷ động lực học Rh (RB) = 0,5 - 0,8 nm Rh (CdTe/CdS) = 3,4 - 4,2 nm (hình 3.26) Các kết thể độ dày lớp vỏ hữu phân tử RB chấm lượng tử thay đổi độ nhớt mơi trường thay đổi nhiều Như vậy, bề mặt hạt khơng thay đổi khơng có tương tác chấm lượng tử với saccarozơ Hình 3.26 Bán kính thủy động lực học Rh phân tử RB chấm lượng tử CdTe/CdS theo thay đổi độ nhớt dung dịch 3.5 FCS hạt nano silica mang tâm màu Kích thước thủy động lực học nano silica phát quang SiO2 –OH xác định phương pháp FCS (bảng 3.9) thay đổi theo trình tự: SB20 < SB30  SB40 < SB60 Kích thước theo FCS ln lớn kích thước theo TEM Bảng 3.9 Hệ số khuếch tán kích thước nano silica phát quang có nhóm chức bề mặt -OH Mẫu Thời gian khuếch tán D (25oC) (ms) (FCS) Hệ số khuếch tán D (25oC) (x10-6 cm2.s-1) (FCS) FCS TEM* DLS* SB20 1,14 0,145 35 15-20 22 SB30 2,32 0,071 69 40-45 50 SB40 2,35 0,070 70 45-50 55 3,99 0,042 118 70-75 78 SB60 * Đường kính hạt d (nm) Kết đo TEM DLS tham khảo từ tài liệu 18 Nano silica chức hóa với nhóm khác có khác rõ rệt kích thước thủy động lực học (bảng 3.10) Bảng 3.10 Kích thước nano silica phát quang có nhóm chức bề mặt khác Đường kính hạt d (nm) Hệ số khuếch o Mẫu tán D (25 C) (x10-6 cm2.s-1) DLS* FCS TEM* (FCS) Trung Phân bố theo bình cường độ tán xạ 10 (0,5%) SiO2-SH 0,087 56 30-35 50 61 (98%) 4571 (1,5%) SiO2-NH2 SiO2-NH2&OH SiO2-COOH * 0,06 83 0,072 204 0,002 3278 0,024 164 0,002 1949 25-30 63 25-30 73 25-30 72 124 45 (41%) 212 (59%) 106 (96%) 3314 (4%) Kết đo TEM DLS tham khảo từ tài liệu SiO2 –SH: kích thước đồng đều, khơng có tượng kết đám SiO2 –NH2: có sai lệch đường FCS thực nghiệm so với lý thuyết, kích thước khơng đồng hạt SiO2 –NH2&OH SiO2 –COOH: có khả xảy tượng tụ đám hạt 3.6 FCS cacbon nanodot Kích thước thủy đơng lực học cacbon nanodot theo FCS d = 2,3 ± 0,3 nm (bảng 3.11) Kết xác định kích thước theo TEM cho thấy mẫu có tồn hạt cacbon kích thước d = – nm (hình 3.33) (lớn kích thước thủy động lực học theo FCS) Như 19 vậy, kết luận huỳnh quang mẫu sau tinh chế hạt cacbon có kích thước quan sát thấy ảnh TEM Bảng 3.11 Kích thước CND tổng hợp từ saccarozơ D (s) dFCS (nm) dTEM (nm) CND sau tổng hợp 45 1,2 - CND sau tinh chế 86 2,3 4-5 Hình 3.33 Ảnh TEM CND sau tinh chế Một số chứng tài liệu tham khảo cho thấy CND quan sát thấy qua ảnh TEM thực tế kết tụ (aggregate) phân tử phát quang dạng tinh thể nano dạng vơ định hình Bên cạnh phương pháp nghiên cứu tính chất thường dùng rộng rãi cho CND TEM phổ phát xạ, nên có hỗ trợ từ phương pháp cho kết nối trực tiếp tính chất vật lý tính chất quang FCS 3.7 Tương quan tán xạ SCS 3.7.1 Tương quan tán xạ nano bạc Sử dụng hệ đo FCS, đường SCS thực nghiệm hạt AgNPr xây dựng dựa tín hiệu tán xạ từ hạt (hình 3.37) Đường thực nghiệm SCS phù hợp với đường lý thuyết, cho thấy hạt AgNPr có kích thước tương đối đồng D = 1,85 ms, tương ứng với d = 50,8 nm SCS DLS cho giá trị kích thước xấp xỉ (bảng 3.12) 20 Hình 3.37 Đường tương quan tán xạ AgNPr Các điểm rời rạc ứng với giá trị thực nghiệm Đường tương quan lý thuyết biểu diễn đường liền nét Bảng 3.12 Kích thước AgNPr xác định theo phương pháp khác Tương quan DLS* tán xạ (SCS) (theo cường độ tán xạ) 50,8 nm * TEM 59,48 nm (83,8%),  = 24,68 nm 30 – 50 nm 5,26 nm (16,2%),  = 1,31 nm (chiều dài cạnh)  : độ rộng phân bố kích thước 3.7.2 Tương quan tán xạ nano silica không phát quang Đường tương quan tán xạ thực nghiệm lý thuyết (hình 3.40) cho giá trị D = 7,81 ms, tương ứng với kích thước hạt d = 215 nm Đường SCS lý thuyết giả thiết hạt có kích thước có sai lệch so với đường thực nghiệm Hình 3.40 Đường tương quan tán xạ nano silica không phát quang Các điểm rời rạc ứng với giá trị thực nghiệm Đường tương quan lý thuyết biểu diễn đường liền nét 21 Do có hạt lớn, kích thước xác định theo phương pháp SCS có ý nghĩa tham khảo 3.8 Đo đạc đơn hạt/đơn phân tử Hiệu ứng chống bó đơn phân tử chất màu đơn hạt phát quang Giá trị thời gian sống huỳnh quang F RB ns CdTe 45 ns xác định từ đường chống bó (hình 3.43 hình 3.44) Thời gian sống huỳnh quang RB chấm lượng tử CdTe phù hợp với giá trị đo đạc gần Kết cho thấy hệ đo FCS xây dựng có khả ứng dụng để khảo sát đơn hạt/đơn phân tử qua hiệu ứng chống bó Hình 3.43 Đường chống bó phân tử RB Đường màu đỏ biểu diễn hàm lý thuyết phù hợp với giá trị thực nghiệm, ứng với thời gian sống F = ns Hình 3.44 Đường chống bó chấm lượng tử CdTe Đường màu đỏ biểu diễn hàm lý thuyết phù hợp với giá trị thực nghiệm, ứng với thời gian sống F = 45 ns 22 KẾT LUẬN Luận án thiết kế, xây dựng thành công hệ đo FCS xác định thơng số thể tích đo, từ xác định hệ số khuếch tán nước phân tử chất màu Rhodamine 6G với kết phù hợp với giá trị công bố Hệ đo xây dựng luận án đáp ứng yêu cầu hiệu quả, độ xác, cho phép nghiên cứu q trình tương tác vật lý, hố học, sinh học cấp độ đơn phân tử với độ phân giải độ xác cao Trên sở hệ đo FCS tự xây dựng, khảo sát thay đổi tính chất khuếch tán ADN sợi đơn ADN sợi kép, ADN gắn kết với protein Kết cho thấy hệ xây dựng ứng dụng khảo sát nhiều phản ứng tương tự, ví dụ tương tác đặc hiệu sinh học: kháng nguyên – kháng thể, aptamer – protein, v.v… Kích thước thủy động lực học dải từ vài nm đến 20 nm chấm lượng tử bán dẫn CdTe/CdS CdTe xác định phương pháp FCS so sánh với kích thước vật lý thu từ phép đo TEM cho thấy đóng góp lớp vỏ hữu bề mặt hạt lớp vỏ solvat hóa Phương pháp FCS cho kết xác thuận tiện TEM để khảo sát kích thước dung dịch chấm lượng tử 20 nm Kích thước thủy động lực học phân tử chất màu RB chấm lượng tử CdTe/CdS mơi trường có độ nhớt thay đổi bị ảnh hưởng khoảng độ nhớt môi trường từ 0,89 đến 8,33 cP Đối với mẫu nano silica phát quang có phân bố kích thước hẹp, kết FCS phù hợp với phép đo DLS Đối với cacbon nanodot, phương pháp FCS cho thấy có hình thành hạt nano phát quang mẫu Luận án xác định kích thước thuỷ động lực học hạt nano không phát quang gồm nano silica nano bạc sở 23 đo đạc tương quan tán xạ SCS Phương pháp SCS hiệu ứng dụng cho hạt kích thước < 200 nm Kết cho thấy tiềm chuyển đổi hệ đo từ đo đạc sở tín hiệu huỳnh quang sang đo đạc sở tín hiệu tán xạ thể tính đa hệ đo xây dựng Luận án tiến hành nghiên cứu tính chất quang mức độ đơn hạt/đơn phân tử, ứng dụng hệ đo FCS để đo đường chống bó, từ xác định thời gian sống huỳnh quang đơn phân tử RB nước ns đơn hạt chấm lượng tử CdTe nước 45 ns NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Thiết kế xây dựng thành công hệ đo FCS với mô-đun quang học, quang điện tử từ linh kiện riêng lẻ Xây dựng thành công hệ đo mở khả sử dụng phương pháp đo đại chưa thực Việt nam Đây sở để nâng cấp, phát triển hệ đo quang học đáp ứng cho yêu cầu nghiên cứu đại Luận án đưa phương pháp tương quan huỳnh quang/tán xạ để khảo sát tính chất động lực học hạt nano Đây phương pháp so với phương pháp xác định kích thước thơng dụng Việt nam nay, gắn kết tính chất động lực học với tính chất huỳnh quang hạt nano (hiện chưa có phương pháp đo nước đáp ứng yêu cầu này), có ưu nghiên cứu y sinh cho phép đo đạc thể tích nhỏ, lượng mẫu cần dùng ít, nồng độ mẫu loãng, khả nghiên cứu in-situ tế bào Ngồi ra, xem phương pháp bổ trợ cho phương pháp có Việt nam DLS để nghiên cứu hạt nano không phát quang Trên sở mở rộng ứng dụng hệ xây dựng, đo đường chống bó (antibunching) cho phân tử chất màu RB chấm lượng tử 24 CdTe Kết bước để khảo sát sâu q trình hố học vật lý xảy mức độ đơn phân tử/đơn hạt DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyen Thi Thanh Bao, Dinh Van Trung, Nguyen Thanh Binh, Vu Thi Bich, Ung Thi Dieu Thuy, Dang Tuyet Phuong Diffusion of fluorescent molecules and quantum dot nanoparticles in viscous solvents investigated by fluorescence correlation spectroscopy Vietnam Journal of Chemistry, 2018, 56(4), 488-492 Nguyễn Thị Thanh Bảo, Đinh Văn Trung, Trần Ngọc Hưng, Đặng Tuyết Phương Tổng hợp nano bạc dạng lăng trụ có mặt ion OHbằng phương pháp plasmon định hướng Tạp chí xúc tác hấp phụ Việt nam 2017, 6(4), 43-49 Nguyen Thi Thanh Bao, Dinh Van Trung, Dang Tuyet Phuong Measuring anti-bunching effect from single dye molecules and single quantum dots Communications in Physics 2016, 26(1), 65-71 Nguyen Thi Thanh Bao, Dinh Van Trung Development of a fluorescence correlation spectroscopy instrument and its application in sizing quantum dot nanoparticles Communications in Physics 2015, 25(1), 59-65 Nguyen Thi Thanh Bao, Dinh Van Trung, Nguyen Thanh Binh Measuring single molecule diffusion time using fluorescence correlation spectroscopy Advances in Optics Photonics Spectroscopy and Applications VII, Publishing House for Science and Technology, Phillippe Brechignac et al (eds) 2013, 529-534 ... thước nano phát quang Một số phương pháp quang phổ đơn hạt phát triển gần phương pháp đo tương quan huỳnh quang (FCS) Phương pháp dựa phân tích thăng giáng tín hiệu huỳnh quang phân tử hạt phát quang. .. cao phương pháp FCS sở hệ đo xây dựng - Khảo sát kích thước thủy động lực học số loại hạt nano khác với chấm lượng tử phương pháp FCS (trên sở đo huỳnh quang) SCS (trên sở đo tán xạ) Các hạt. .. tương quan huỳnh quang/ tán xạ để khảo sát tính chất động lực học hạt nano Đây phương pháp so với phương pháp xác định kích thước thơng dụng Việt nam nay, gắn kết tính chất động lực học với tính chất