THÔNG TIN TÀI LIỆU
MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i N ẬN T CỦA Á V N ƢỚN D N ii N ẬN T CỦA Á V NP LỜ CA Đ AN .v LỜI C ƠN vi N B ỆN iv MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC B NG BIỂU x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH NH xi PHẦN MỞ ĐẦU C ƢƠN TỔNG QUAN .3 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG 1.1.1 Vật liệu vàng 1.1.2 Vật liệu nano vàng 1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SiO2@Au 1.2.1 Tổng quan vật liệu silica (SiO2) 1.2.2 Tình hình nghiên cứu vật liệu SiO2@Au .9 1.3 HIỆN TƢỢNG CỘN ƢỞNG PLASMON BỀ MẶT 11 1.3.1 Hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt 11 1.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt .12 1.4 C M BIẾN SINH HỌC (BIOSENSORS) .12 Đôi nét cảm biến sinh học 12 1.4.2 Phân loại cảm biến sinh học .13 1.4.3 Cảm biến sinh học miễn dịch 14 C ƢƠN THỰC NGHIỆ P ƢƠN P ÁP N VÀ P ƢƠN P ÁP N N CỨU 16 N CỨU 16 1 Phƣơng ph p tổng hợp .16 vii 2 Phƣơng ph p phân t ch vật liệu 16 2.2 THỰC NGHIỆM 23 2.2.1 Hóa chất thiết bị thực nghiệm 23 2.2.3 Thiết bị phân tích vật liệu 26 CƠ C Ế HÌNH THÀNH VẬT LIỆU CORE-SHELL SiO2@Au 26 C ƢƠN ẾT QU VÀ BÀN LUẬN 28 3.1 CÁC YẾU TỐ N ƢỞN ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VẬT LIỆU SiO2@Au .28 3.1.1 nh hƣởng nhiệt độ 28 3.1.2 nh hƣởng thời gian phản ứng 29 3.1.3 nh hƣởng tỉ lệ nồng độ HAuCl4:Natri Citrate 31 3.2.4 nh hƣởng nồng độ Natri Citrate 32 3.2.5 nh hƣởng thời gian tiếp xúc HAuCl4 PEI@SiO2 .34 3.2 KẾT QU SAU KHI TỐ ƢU .36 3.2.1 Màu sắc quang phổ UV-Vis 36 3.2.2 Phân bố ch thƣớc hạt DLS 38 3.2.3 nh chụp bề mặt thông qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) 39 3.2.4 Thế điện động học Zeta 40 3.2.5 Phổ tán xạ Raman 42 3.2.6 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ hạt nano vàng phủ bề mặt SiO2 khả tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman 43 C ƢƠN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 4.1 Kết luận 45 4.2 Kiến nghị .45 TÀI LIỆU THAM KH O viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt T ầy ủ SiO2@Au SiO2 bọc vàng SiO2@PEI SiO2 bọc PEI PEI Polyethylenimine SERS Tăng cƣờng tán xạ Raman bề mặt ELISA Xét nghiệm miễn dịch liên kết Enzym MEMs Hệ vi điện tử AuNPs Nano Vàng dạng hình cầu FCC Cấu trúc lập phƣơng tâm mặt UV-Vis Tử ngoại-Khả kiến SEM Kính hiển vi điện tử quét TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua AA Ascorbic Axit DA Dopamine Trp Trytophan GCE Điện cực cacbon-thủy tinh PLmox Polyimindazole DTM 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole ix DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƢƠNG Bảng 2.1 Danh sách hóa chất sử dụng 23 Bảng 2.2 Danh sách thiết bị thí nghiệm 24 Bảng 2.3 Danh sách thiết bị phân tích 26 CHƢƠNG Bảng 3.1 Ký hiệu mẫu khảo sát thời gian phản ứng 30 Bảng 3.2 Ký hiệu mẫu khảo sát n độ Citrate .33 Bảng 3.3 Ký hiệu mẫu khảo sát n độ Citrate .34 Bảng 3.4 Đ ều kiện phản ứng sau tố ưu 36 Bảng 3.5.Giá trị trung bình Zeta mẫu sau tố ưu 41 x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH CHƢƠNG Hình 1.1 Kí hiệu hóa học nguyên tố Au (a) Cấu trúc ô mạng (FCC) vật liệu vàng (b) Hình 1.2 Phổ XRD vật liệu vàng có cấu úc vị FCC Hình 1.3 Ảnh SEM hạt nano vàng dạng hình cầu vớ k c Hình 1.4 Các kiểu hình dạng nano vàng (a) dạng lậ Hình 1.5 Màu dung dịc a ov Hình 1.6 Phổ UV-Vis dung dịc a đổ a ov eo k c eo k c ước khác ươ nano vàng(b) ước hạt ước hạt Hình 1.7 Ả u từ nghiên cứu tác giả (a) Khơng có nano vàng (b) Có nano vàng dạng hình cầu (c) Có nano vàng dạng que .7 Hình 1.8 ườ độ tín hiệu Rama a đổ k a đổi n độ hạt nano vàng nghiên cứu Keli Wang 10 Hình 1.9 Kết hợp CuNPs SiO2 để tạo phổ phát quang với dả bước sóng rộng v cườ độ lớ 10 Hình 1.10 Mơ tả hiệ ượng cộ ưởng plasmon bề mặt 11 Hình 1.11 Sự khác biệt hình dạng dẫ đến a đổ bước sóng gây cộng ưởng plasmon 12 Hình 1.12 Mơ tả c ế hoạ động cảm biến sinh học miễn dịch 14 CHƢƠNG Hình 2.1 Sự suy giảm ánh sáng hấp thụ phân tử mẫu dung dịch 16 Hình 2.2 Độ suy giảm cườ độ ánh sáng tỷ lệ thuận với n độ dung dịch mẫu cũ độ rộng cu-vét .17 Hình 2.3 Sơ đ cấu trúc nguyên lý hoạ động kính hiể v đ ện tử quét 18 Hình 2.4 Hình ảnh phổ Raman; (a) Mẫu sợi vải màu nâu tìm thấy hiệ ường gây án; (b) Mẫu sợi vả ười nạn nhân báo cáo 21 Hình 2.5 Phổ Raman tế bào (A) không bệnh lý, (B xơ vữa động mạch (C) mô động mạc bị vô a 22 xi Hình 2.6 Phổ Raman mơ niêm mạc d a - b ểu ị mô b ườ v - b ểu ị mô c 22 Hình 2.7 Sơ đ quy trình tổng hợp SiO2@Au bằ ươ a 25 Hình 2.8 c ế hình thành hạt SiO2@Au Core-Shell bằ ươ a ướt [31] 26 Hình 2.9 c ế ổ định hạt nano vàng Citrate .27 CHƢƠNG Hình 3.1 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2@Au nhiệ độ phản ứng khác (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a .28 Hình 3.2 Các mẫu SiO2 sau tổng hợp nhiệ độ khác 29 Hình 3.3 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2@Au thời phản ứng khác từ đến (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a .30 Hình 3.4 Các mẫu Au@SiO2 từ S11 đến S15 tổng hợp thời gian phản ứng khác 30 Hình 3.5 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2@Au với tỉ lệ n độ HAuCl4:Natri Citrate khác (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a 31 Hình 3.6 Màu sắc mẫu SiO2@Au với tỉ lệ n độ mol HAuCl4:Natri Citrate khác 32 Hình 3.7 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2@Au sau tổng hợp với n độ Natri Citrate khác (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a .33 Hình 3.8 Ảnh chụp mẫu SiO2@Au sau tổng hợp với n độ Natri Citrate khác 34 Hình 3.9 Ảnh chụp mẫu SiO2@Au sau tổng hợp với thời gian tiếp xúc khác 35 Hình 3.10 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2@Au sau tổng hợp với thời gian tiếp xúc khác (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a .35 Hình 3.11 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2 ba đầu mẫu SiO2/PEI, SiO2@Au AuNPs tổng hợp đ ều kiện tố ưu (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a .37 Hình 3.12 Ảnh chụp mẫu SiO2 mẫu SiO2/PEI, SiO2@Au, AuNPs vớ đ ều kiện tố ưu 37 Hình 3.13 Phân bố k c ước hạt DLS mẫu SiO2 k c ưa ủ nano vàng 38 xii Hình 3.14 Phân bố k c ước hạt DLS mẫu SiO2@Au tổng hợ o đ ều kiện tối ưu 39 Hình 3.15 Ảnh SEM bề mặt mẫu a) SiO2 b)PEI@SiO2 c) SiO2@Au 40 Hình 3.16 Phân bố đ ện tích mẫu dung dịch SiO2, AuNPs SiO2@Au 41 Hình 3.17 Phổ tán xạ Raman vật liệu SiO2 ước v sau k bọc nano vàng 42 Hình 3.18 Phổ tán xạ Raman mẫu SiO2@Au với n độ hạt nano vàng khác 43 xiii PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọ ề tài Từ nhiều năm gần dịch bệnh lây truyền động vật nói chung lây truyền ngƣời nói riêng có xu hƣớng tiêu cực sức khỏe toàn nhân loại Các dịch bệnh nhƣ dịch hạch đen đại dịch HIV/AIDS, dịch Ebola, dịch cúm vi sinh vật gây nói chung… v gần đại dịch COVID-19 Tất mang đến hoang mang lo sợ cho toàn nhân loại, ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe ngƣời kinh tế toàn quốc gia nhƣ to n giới Với ý tƣởng bắt nguồn từ cấp thiết sức khỏe cộng đồng nay, nghĩ đến việc nguyên cứu triển hai phƣơng ph p tìm iếm vắc xin, kháng thể đặc trị loại virus, vi khuẩn gây bệnh nói chung COVID-19 nói riêng để phục vụ cho nhu cầu sức khỏe ngƣời giới Đề t i đƣa mang mục đ ch tạo thiết bị kiểm tra chỗ dung dịch hay mẫu thử chứa kháng thể tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh từ tìm đƣợc vắc-xin đặc trị chúng Thiết bị kiểm tra chỗ mang tên cảm biến sinh học miễn dịch (Immunobiosensor) Với ý tƣởng phƣơng ph p phân t ch miễn dịch y học mang tên ELISA (Enzim linked immunosorben assay) Khi kháng nguyên kháng thể đƣợc cố định bề mặt vật liệu m đế cảm biến tƣơng t c kháng nguyên vật liệu đế m thay đổi dao động Plasmon vật liệu Khi cho vào dung dịch hay mẫu thử cần phân tích, bên có chứa kháng thể kháng nguyên tƣơng th ch với kháng nguyên kháng thể cố định bạn đầu chúng kết hợp với nhau, từ tiếp tục m thay đổi dao động Plasmon bề mặt vật liệu hi dao động P asmon thay đổi gây thay đổi tín hiệu quang vật liệu ví dụ nhƣ t n hiệu tán xạ Raman, tín hiệu ph t quang … Từ biết đƣợc bên mẫu thử có chƣa h ng nguyên hay h ng thể cần tìm hay khơng Trọng phạm vi khóa luận này, thực tổng hợp đế cho cảm biến với vật liệu làm Silica (SiO2) vật liệu phủ bên nano vàng thực c c phƣơng ph p đ nh gi cấu trúc, hình thái khả ứng dụng vào Immunobiosensor điển hình khả tăng cƣờng tín hiệu Raman vật liệu với mục đ ch tăng giới hạn phát cho cảm biến Tính cấp thiết ề tài Dịch hạch vào kỷ 13 cƣớp sinh mạng phần ba dân số Châu Âu Dịch HIV/AIDS xuất v o năm 1981 với đƣợc biết với tên Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải nguyên nhân gây bệnh virus Tại thời điểm năm 2006 số ƣợng ngƣời chết giới HIV/AIDS triệu ngƣời chết/năm iện nay, virus n y chƣa có vắc xin đặc trị [4] Hiện có nhiều biện ph p phòng tr nh nhƣng V/A DS loại đại dịch vô nguy hiểm v chƣa có đặc chủng để trị loại virus Vào năm 1976 vi sinh vật khác với tên virus Ebola xuất Châu Phi mang theo đến 90% khả giết chết động vật mắc phải 1000 ngƣời Châu Phi nhiễm bệnh năm Dịch Ebola lây lan nhanh trình phát bệnh xảy cấp tính nên đa số ngƣời mắc bệnh không kịp thời chữa trị Năm 2014 năm dịch Ebola bùng phát hủy diệt Tỉ lệ ngƣời chết tăng gấp nhiều lần với số 7000 ngƣời chết 10 tháng Hiện nay, virus n y chƣa có vắc xin đặc trị Trong thời điểm cuối năm 2019, đại dịch khủng khiếp khác virus gây với tên COVID-19 Nó mang đến ám ảnh nhân loại thời gian vài ngày bùng phát Khả ây an thầm lặng với chết tránh khỏi cho ngƣời nhiễm bệnh hi ngƣời mang bệnh mãn tính hay sức đề kháng yếu T nh đến đầu th ng năm 2020 giới ghi nhận 19 triệu trƣờng hợp nhiễm COVID-19 215 quốc gia v có 700000 ngƣời chết Riêng Việt Nam t nh đến ngày tháng toàn quốc có 747 ca nhiễm với trƣờng hợp tử vong [5] Hiện dịch COVID-19 chƣa có vắc xin đặc trị cịn mang đến hoang mang lo sợ ngƣời toàn giới Chính số liệu thật chúng tơi nên đề tài mang tính cấp thiết lớn tồn nhân loại Khơng thời điểm m tƣơng hi đề t i đƣợc hoàn thành, cảm biến chắn đƣợc ứng dụng rộng rãi cho ngƣời tính thiết yếu Nhiệm vụ khóa lu n Khóa luận đƣợc thực với mục tiêu hoàn thành nhiệm vụ nhƣ sau: Thứ nhất, khảo s t c c điều yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp vật liệu Silica (SiO2) bọc hạt nano vàng – ký hiệu SiO2@Au v đƣa điều kiện tối ƣu để tổng hợp vật liệu cuối dạng dung dịch sol-gel dạng bột Thứ hai, khảo sát tính chất bề mặt ch thƣớc hạt độ ổn định khả hấp thụ quang vật liệu với c c phƣơng ph p đại nhƣ UV-Vis, DLS, Zeta Potential, Kính hiển vi điện tử quét … Thứ ba, khảo s t v đ nh gi tăng cƣờng tín hiệu Raman sau phủ nano vàng lên bề mặt Silica với nồng độ nano v ng h c thông qua phƣơng pháp quang phổ tán xạ Raman CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG 1.1.1 V t liệu vàng 1.1.1.1 Tính chất vật lý hóa học Vàng kim loại bảng tuần hoàn Ký hiệu vàng bảng tuần hồn Au, thuộc nhóm 11, chu kỳ số thứ tự 79 bảng tuần hoàn Vàng có nhiều m u nhƣ đỏ thẫm đen hồng ngọc t m hay đỏ tía tùy theo ch thƣớc hình dạng Về tính chất vật lý vàng kim loại mềm dễ dát mỏng, dẫn nhiệt dẫn điện tốt tính chất chịu ảnh hƣởng mặt hóa học nhƣ nhiệt độ ẩm, oxy chất ăn mòn độ dẫn nhiệt 318 W.m-1.K-1 điện trở suất 20 oC 22 14 nΩ m V ng có nhiệt nóng chảy cao khoảng 1064 oC sơi 2856 oC Về tính chất hóa học vàng khơng phản ứng với hầu hết hóa chất nhƣng ại bị hịa tan dung dịch nƣớc cƣờng toan, dung dịch nƣớc clo hay dung dịch xyanua kim loại kiềm Trong tự nhiên vàng tồn dạng khối quặng dạng hạt đ v c c mỏ 1.1.1.2 Nguyên tử cấu trúc tinh thể Nằm vị trí thứ 79 nên vàng có số proton 79, notron 118 có nguyên tử khối 197 cấu hình điện tử [Xe]4f145d106s1 ình 1a bên dƣới ký hiệu hóa học nguyên tố vàng Năng ƣợng ion hóa 5.8 eV thứ hai 18.9 eV Vàng kết tinh với cấu trúc lập phƣơng tâm mặt nhƣ hình 1b Hằng số mạng a = b = c = 0786 Å v α = β = γ = 900 Mỗi nguyên tử Au có 12 nguyên tử lân cận gần (hệ số phối trí:12) tạo nên cấu trúc xếp chặt nhƣ kim loại kết tinh khác Hình 1.1 Kí hiệu hóa học nguyên tố Au (a) Cấu trúc ô mạng (FCC) vật liệu vàng (b) trƣng nano v ng v bƣớc sóng hấp thụ cực đại max khoảng từ 523 nm đến 533 nm Khi thời gian tiếp xúc tăng từ 1h đến 48 cƣờng độ hấp thụ tăng tức ƣợng AuNPs đƣợc tạo thành ngày nhiều Điều n y đƣợc giải thích tƣơng t c tĩnh điện ion vàng nhóm -NH2 nên hạt vàng đƣợc phủ bề mặt SiO2 Khi thời gian tiếp xúc tăng dẫn đến h m ƣợng ion vàng đƣợc phủ bề mặt vật liệu tăng theo dẫn đến ƣợng AuNPs bọc vật liệu tăng m cho cƣờng độ hấp thụ tăng Tuy nhiên hi thời gian tiếp xúc lâu (mẫu C5 C6), số lớp điện t ch đƣợc hình thành nhiều ch thƣớc hạt lớn, dẫn đến dịch chuyển bƣớc sóng từ 525 nm sang 530 nm (mẫu C5) 533 nm (mẫu C6) Vì điều kiện tối ƣu chúng tơi cần hạt nano vàng kích thƣớc 40 nm nên chọn điều kiện mẫu C4 m điều kiện tối ƣu cho c c phản ứng tổng hợp sau 3.2 KẾT QUẢ SAU KHI TỐI ƢU Sau khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp vật liệu SiO2@Au hạt SiO2 có ch thƣớc 300 nm, chúng tơi lựa chọn c c điều kiện tối ƣu cho trình tổng hợp vật liệu sau khảo sát mục 3.1 nhƣ bảng 3.4 sau: Bảng 3.4 Đ ều kiện phản ứng sau tố ưu Nhiệt độ Thời gian phản ứng 80 oC 6h Tỉ lệ Nồng độ HAuCl4 Citrate Nồng độ Citrate Thời gian tiếp xúc 1: 21 4,2 mM 48 Sau tổng hợp đƣợc vật liệu SiO2 bọc nano v ng điều kiện tối ƣu thực đ nh gi c c đặc tính vật liệu thơng qua c c phƣơng ph p: quang phổ tử ngoại - khả kiến UV-Vis, phân bố ch thƣớc hạt DLS, Kính hiển vi điện tử quét SEM, điện động học Zeta, quang phổ tán xạ Raman 3.2.1 Màu sắc quang phổ UV-Vis Sau tổng hợp đƣợc vật liệu SiO2 bọc nano vàng, tiến hành chụp ảnh màu sắc mẫu tiến h nh đ nh gi thông qua quang phổ tử ngoại – khả kiến UV-Vis Hình 3.11a bên dƣới thể phổ UV-Vis khảo sát khoảng bƣớc sóng từ 400 nm đến 700 nm, hình 3.11b phổ chúng tơi thực baseline hình 3.11a để so s nh ch nh x c cƣờng độ v bƣớc sóng hấp thụ cực đại dung dịch hình 3.12 ảnh màu sắc mẫu vật liệu SiO2, SiO2@PEI, SiO2@Au AuNPs sau tổng hợp điều kiện tối ƣu 36 (b) 529 nm Đ hấp thụ 525 nm Bƣ c sóng (nm) (a) ƣ c sóng (nm) Hình 3.11 (a) Phổ UV-Vis mẫu SiO2 ba đầu mẫu SiO2/PEI, SiO2@Au AuNPs tổng hợp đ ều kiện tối ưu (b) Phổ baseline từ phổ UV-Vis a Hình 3.12 Ảnh chụp mẫu SiO2 mẫu SiO2/PEI, SiO2@Au, AuNPs vớ đ ều kiện tố ưu Từ kết hình 3.11 hình 3.12, thấy rằng, vật liệu SiO2@Au đƣợc tổng hợp thành cơng có tạo th nh đỉnh hấp thụ cực đại đặc trƣng 37 vật liệu nano Au (AuNPs) Tuy nhiên, tạo thành vật liệu SiO2@Au bƣớc sóng hấp thụ cực đại max dịch chuyển 525 nm (dịch chuyển xanh) so với bƣớc sóng hấp thụ cực đại AuNPs 529 nm Điều kết luận rằng, SiO2 ảnh hƣởng đến cộng hƣởng plasmon bề mặt AuNPs Kết hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu [35] 3.2.2 Phân bố kí ƣ c h t DLS Để khảo sát ch thƣớc trung bình hạt bên hệ SiO2@Au, thực đo phân bố ch thƣớc hạt phƣơng ph p DLS Tại trƣớc tiên khảo sát phân bố ch thƣớc hạt vật liệu SiO2 làm sau tiếp tục khảo sát phân bố ch thƣớc hạt SiO2@Au Tần suất (%) Đƣờng kính trung bình: 316.4 nm Đƣờng kính (nm) Hình 3.13 Phân bố k c ước hạt DLS mẫu SiO2 k c ưa ủ nano vàng Từ kết DLS mẫu SiO2 hình 3.13, hạt SiO2 đồng đều, phân bố từ 260 nm đến 360 nm ch thƣớc hạt chủ yếu rơi vào khoảng 340 nm Và kích thƣớc trung bình hạt mẫu 316.4 nm Phù hợp với thực tế dự định Sau tổng hợp đƣợc dung dịch, thực đ nh gi phân bố ch thƣớc hạt SiO2 bọc nano v ng đƣợc thể hình 3.14 38 Tần suất (%) Đƣờng kính trung bình: 582.4 nm Đƣờng kính (nm) Hình 3.14 Phân bố k c ước hạt DLS mẫu SiO2@Au tổng hợ tố ưu o đ ều kiện Kết phân bố ch thƣớc hạt SiO2@Au dung dịch sau tổng hợp đƣợc thể hình 3.13 ch thƣớc trung bình hạt khoảng 582,4 nm số chứng tỏ sau q trình tổng hợp ch thƣớc hạt SiO2 có thay đổi từ khoảng 300 nm ên ch thƣớc lớn Điều khẳng định bên ngồi hạt SiO2 gốc xuất lớp vật liệu bao bọc bên ngồi Phân bố kích thƣớc hạt hệ tƣơng đối đồng khoảng từ 500 nm đến 700 nm Tuy nhiên, hạt có dấu hiệu ết tụ có ƣợng thiểu số nhƣng hơng đ ng ể hạt SiO2@Au có ch thƣớc lớn từ 800 nm trở lên Tuy kết DLS khơng xác tuyệt đối, nhiên cho ta nhìn tổng quan v tƣơng đối xác ch thƣớc hạt bên dung dịch Phƣơng pháp biết đƣợc ch thƣớc hạt trƣớc sau phủ nhƣng hông cho ta biết ch thƣớc hạt nano vàng phủ bề mặt Nên cần phƣơng ph p h c để đ nh gi vấn đề 3.2.3 Ảnh chụp bề mặt thông qua kính hiể ện tử quét (SEM) Sau hi đ nh gi hệ DLS, thực khảo sát tiếp mẫu sau tổng hợp kính hiển vi điện tử quét Nhầm xác nhận lại lần kết DLS UV-Vis mục 3.2.1 mục 3.2.2 Mục đ ch h c phƣơng ph p n y quan s t ch thƣớc hạt nano vàng bám bề mặt hạt SiO2 từ đƣa đƣợc kết luận khác vật liệu nhƣ m sở cho thí nghiệm sau 39 Hình 3.15 ảnh SEM bề mặt mẫu SiO2, SiO2@PEI SiO2@Au sau đƣợc tổng hợp Hình 3.15 Ảnh SEM bề mặt mẫu a) SiO2 b)PEI@SiO2 c) SiO2@Au Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu cho thấy, hạt SiO2 ban đầu có ch thƣớc trung bình khoảng 300 nm (hình 3.15a), sau bọc PEI, kích thƣớc hạt nano tăng ên 340 nm hình 15b) sản phẩm tạo thành hạt SiO2 có bọc nano vàng với ch thƣớc khoảng 560 nm (hình 3.15c) Điều cho thấy rằng, hạt AuNPs bao bọc lấy nhân SiO2 để tạo thành lớp vỏ gồm chuỗi nhiều hạt AuNPs với ch thƣớc khoảng 40 nm hạt, phù hợp với kết UV–Vis đo đƣợc Do khẳng định tổng hợp thành công vật liệu SiO2@Au thỏa yêu cầu đề Tuy nhiên, kết DLS cho ta ch thƣớc SiO2@Au lớn so với kích thƣớc đo đƣợc ảnh SEM bán kính hạt SiO2@Au dung dịch b n nh hiđrat có c c phân tử nƣớc bao bọc bên nên kết DLS cho kết lớn so với ảnh SEM 3.2.4 Thế ệ ng học Zeta Kết SEM DLS mục cho ta nhìn tổng quan ch thƣớc hình thái mặt vật liệu nhƣng chƣa cho ta chất hạt bên Vì chúng tơi thực phân tích điện động học Zeta để kiểm tra độ bền hệ, tƣơng t c điện tử bên hệ keo 40 Thế điện động học Zeta thông số quan trọng hệ keo Nó cho ta biết điện tích bên dung dịch, loại eo v độ keo tụ dung dịch Phân bố Zeta mẫu dung dịch SiO2, AuNPs SiO2@Au đƣợc cho hình 3.19 bảng 3.5 Bảng 3.5.Giá trị trung bình Zeta mẫu sau tố ưu Mẫu Thế Zeta trung bình (mV) SiO2 -51.2 AuNPs 31.6 SiO2@Au 42.9 Thế Zeta (mV) Hình 3.16 Phân bố đ ện tích mẫu dung dịch SiO2, AuNPs SiO2@Au Từ kết Zeta hình 3.16 ta kết luận dung dịch nano vàng dung dịch SiO2@Au t ch điện dƣơng v tƣơng đối bền khó bị keo tụ Kết cịn cho thấy hạt SiO2@Au bền AuNPs iải thích việc ngồi Citrate hạt SiO2@Au cịn có thêm PEI làm chất bảo vệ nên tạo hạt bền dung dịch AuNPs 41 3.2.5 Phổ tán x Raman Cƣờ (a.u.) Để kiểm tra kết sau có phù hợp với hƣớng nghiên cứu ứng dụng cho cảm biến sinh học hay không, thực kiểm tra tính chất tăng cƣờng tán xạ Raman bề mặt vật liệu nano vàng lên vật liệu SiO2 Kết đ nh gi thông qua phổ Raman đƣợc cho bên dƣới hình 3.17 Số sóng Raman (cm-1) Hình 3.17 Phổ tán xạ Raman vật liệu SiO2 ước v sau k bọc nano vàng Qua kết phổ tán xạ Raman hình 3.17, ta thấy với mẫu silica cho c c đỉnh đặc trƣng số sóng 597.67, 804.57 1080.88 cm-1 phù hợp với kết nghiên cứu ông Chmel cộng [36] Mẫu có bọc hạt nano vàng bề mặt SiO2 c c đỉnh đặc trƣng vật liệu Silica đƣợc giữ nguyên có lệch so với vật Silica gốc nhƣng số lệch khơng đ ng ể Ngồi mẫu có bọc nano vàng cịn xuất thêm đỉnh số sóng 493.29 cm-1 Số sóng n y ch nh đỉnh tán xạ Raman đặc trƣng vật liệu nano vàng phù hợp với nghiên cứu Gonvindaraju cộng [37] Tại số sóng này, tín hiệu Raman vật liệu SiO2@Au cho cao nhiều so với tín hiệu vật liệu SiO2 Ta kết luận đƣợc có vật liệu nano vàng phủ bề mặt tín hiệu Raman đƣợc tăng cƣờng thỏa yêu cầu đặt việc ứng dụng vào cảm biến sinh học ta đặt 42 Từ kết ta kết luận vật liệu SiO2@Au có tiềm lớn ứng dụng vào cảm biến sinh học, ứng dụng SERS nhƣ ứng dụng quang học khác Tuy nhiên câu hỏi đặt khả ănng tăng cƣờng tín hiệu thay đổi nhƣ thay đổi nồng độ hạt nano vàng phủ bề mặt SiO2? Cƣờ (a.u.) 3.2.6 Kh o sát ƣởng nồ h t nano vàng phủ bề mặt SiO2 ối v i kh ƣờng tín hiệu tán x Raman Chúng thực khảo sát ảnh hƣởng nồng độ hạt nano vàng phủ lên bề mặt SiO2 Hình 3.18 bên dƣới phổ Raman mẫu SiO2@Au với nồng độ hạt nano vàng khác Số sóng Raman (cm-1) Hình 3.18 Phổ tán xạ Raman mẫu SiO2@Au với n khác độ hạt nano vàng Từ kết quang phổ Raman hình 3.18 ta thấy rằng, có mặt hạt nano vàng, tín hiệu Raman vật liệu SiO2 đƣợc tăng cƣờng rõ rệt hi tăng nồng độ hạt nano vàng từ 0.05 mM lên 0.4 mM tính hiệu đƣợc tăng cƣờng theo Tuy nhiên hi tăng nồng độ hạt nano vàng lên cao tới mức 0.8 mM tín hiệu Raman vật liệu SiO2 lại giảm thấy rõ so với mẫu m Đồng thời tín hiệu hạt nano v ng tăng vọt lên rõ rệt Điều chứng tỏ hi tăng nồng độ nano vàng lên cao dẫn đến trƣờng hợp hạt nano vàng bám vào hạt 43 SiO2 kết tụ lại nhiều Từ che t n hiệu từ hạt SiO2 nên pea đặc trƣng SiO2 có yếu thay v o t n hiệu nano v ng tăng ên Từ kết khảo s t đƣa ết luận rằng, tăng nồng độ nano vàng tín hiệu tán xạ Raman rõ nét Tuy nhiên hi tăng đến mức n o dẫn tới tín hiệu bị giảm có tƣợng kết tụ 44 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết lu n Thông qua kết thu đƣợc chƣơng đƣa c c kết luận nhƣ sau: Tổng hợp đƣợc vật liệu SiO2@Au phƣơng ph p hóa học có khảo sát chi tiết yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp vật liệu nhƣ: nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, tỉ lệ HAuCl4 Citrate, thời gian tiếp xúc PEI SiO2 nồng độ citrate Từ kết khảo s t ựa chọn đƣợc điều kiện tối ƣu để tổng hợp vật liệu SiO2@Au gồm nhiệt độ phản ứng 80 oC, thời gian phản ứng 6h, thời gian tiếp xúc PEI SiO2 48h, tỉ lệ HAuCl4 citrate 1: 21 với nồng độ citrate ban đầu 4,2 mM Thực c c phép phân t ch ch thƣớc (DLS), cấu trúc bề mặt (SEM), khả hấp thụ ánh sáng khoảng tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Zeta để nghiên cứu c c đặc trƣng vật liệu SiO2@Au đƣợc tổng hợp điều kiện tối ƣu ết cho thấy vật liệu SiO2@Au có ch thƣớc trung bình rơi v o hoảng từ 560 nm đến 580 nm, có lõi hạt SiO2 có ch thƣớc 300 nm vỏ bọc hạt vàng hình cầu có ch thƣớc trung bình khoảng 40 nm Vật liệu SiO2@Au tƣơng đối bền khó bị keo tụ giá trị Zeta trung bình 42.9 mV Kết phân tích phổ Raman cho thấy việc bọc AuNPs bao quanh SiO2 khả tăng cƣờng tính hiệu Raman tốt Kết khảo sát cho thấy hi tăng nồng độ nano vàng tín hiệu Raman đƣợc tăng cƣờng theo Tuy nhiên hi tăng nhiều nữa, tín hiệu bị giảm Vật liệu SiO2@Au có tiềm ớn cho ứng dụng quang nói chung cảm biến sinh học miễn dịch nói riêng Từ kết luận nêu trên, ho n th nh mục đ ch v nhiệm vụ đặt đề tài 4.2 Kiến nghị Khả tăng cƣờng tín hiệu Raman vật liệu SiO2 bọc v ng đƣợc thể rõ khóa luận Tuy nhiên, khóa luận kết thúc với mục đ ch tăng cƣờng giới hạn phát cảm biến m chƣ sâu phần kết hợp kháng nguyên kháng thể để tạo sản phẩm cuối cảm biến hoàn chỉnh Thông qua kết thu đƣợc v định hƣớng sẵn có đề t i chúng tơi đƣa c c iến nghị nhƣ sau: -Thực thêm khảo s t để tổng hợp đƣợc vật liệu SiO2 bọc nano v ng đẹp v -Thực tiếp đề tài với c c đ nh gi quang phát quang vật liệu để hƣớng tới ứng dụng cho cảm biến sinh học miễn dịch -Tiếp tục hƣớng phát triển đề tài với bƣớc cố định kháng nguyên kháng thể ên đế vật liệu SiO2 bọc vàng chúng tơi tổng hợp đƣợc khóa luận 45 -Thực thí nghiệm phát vi khuẫn thông thƣờng vật liệu SiO2 bọc nano vàng có cố định kháng nguyên kháng thể để kiểm tra độ xác hệ -Phát triển tiếp phần lại đề t i hoàn thành cảm biến sinh học miễn dịch vật liệu SiO2 bọc nano vàng -Hợp tác với phận có iên quan đến ngành y học để nghiên cứu phát triễn tiếp cảm biến nhầm mục đ ch giải vấn đề vi sinh vật cho ngƣời nhƣ nêu phần mở đầu 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Nguyễn Công Tráng, T.T.M.N., Nguyễn Quang Huấn, Lại Xuân Nghiễm, Nguyễn Doãn Th i Đỗ Thế Chân, Trần Quế Chi, Nguyễn Quốc Trung 2007) “Nghiên cứu công nghệ chế tạo hạt tính xúc tác nano vàng chất mang Fe2O3” Tạp chí Hóa học Đại học Quốc Gia,45 (6): p 671-675 Lê Thị Lành 2015) “Luận án tiến sĩ hoa học nghiên cứu chết tạo vàng nano số ứng dụng” Bộ giáo dục v đ o ạo-T ườ đại học Huế Đặng Mậu Chiến 2018) “Vật liệu nano-Phƣơng ph p chế tạo đ nh gi v ứng dụng” NXB Đại học gia Quốc TP HCM-Viện công nghệ nano, p 31 Tài liệu tiếng Anh 10 11 12 Geneva, Switzerland (2006) "2006 Report on the global AIDS epidemic" Joint United Nations Programme on HIV/AIDS Nam Trung tâm Đ p ứng khẩn cấp kiện y tế công cộng Việt (2020) "Bản tin cập nhật dịch bệnh Covid-19" Bộ y tế - Cục y tế dự phòng Sneha, Krishnamurthy, Esterle, Andrea, Sharma, Nilesh, & Sahi, Shivendra (2014) "Yucca-derived synthesis of gold nanomaterial and their catalytic potential" Nanoscale research letters, 9, 627 Wang, Zhong-Sheng, & Zhang, Lu (2016) "Gold Nanoparticles as an Ultrathin Scattering Layer For Efficient Dye-Sensitized Solar Cells" J Mater Chem C, Huang, Xiaohua, Jain, Prashant K., El-Sayed, Ivan H., & El-Sayed, Mostafa A (2007) "Gold nanoparticles: interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics and therapy" Nanomedicine, 2(5), 681693 Murphy, Catherine J., Sau, Tapan K., Gole, Anand M., Orendorff, Christopher J., Gao, Jinxin, Gou, Linfeng, Hunyadi, Simona E., & Li, Tan (2005) "Anisotropic Metal Nanoparticles: Synthesis Assemb y and ptica Applications" The Journal of Physical Chemistry B, 109(29), 13857-13870 Ajdari, Niloofar, Vyas, Cian, Bogan, Stephanie L., Lwaleed, Bashir A., & Cousins, Brian G (2017) "Gold nanoparticle interactions in human blood: a model evaluation" Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 13(4), 1531-1542 Cytodiagnostic (2011) "Introduction to Gold Nanoparticle Characterization" Cytodiagnostic.com, Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroscopy Kannan, P., & John, S Abraham (2009) "Determination of nanomolar uric and ascorbic acids using enlarged gold nanoparticles modified electrode" Analytical Biochemistry, 386(1), 65-72 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Wang, Cun, Yuan, Ruo, Chai, Yaqin, Chen, Shihong, Hu, Fangxin, & Zhang, Meihe (2012) "Simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine, uric acid and tryptophan on gold nanoparticles/overoxidized-polyimidazole composite modified glassy carbon electrode" Analytica Chimica Acta, 741, 15-20 Cai, Weibo, Gao, Ting, Hong, Hao, & Sun, Jiangtao (2008) "Applications of gold nanoparticles in cancer nanotechnology" Nanotechnology, science and applications, 1, 17-32 Seoudi, Roshdi, & Said, Doaa A (2011) "Studies on the Effect of the Capping Materials on the Spherical Gold Nanoparticles Catalytic Activity" World Journal of Nano Science and Engineering, Vol.01No.02, 10 Zhou, Xi, Xu, Wenlong, Wang, Yan, Kuang, Qin, Shi, Yanfeng, Zhong, Lubin, & Zhang, Qiqing (2010) "Fabrication of Cluster/Shell Fe3O4/Au Nanoparticles and Application in Protein Detection via a SERS Method" The Journal of Physical Chemistry C, 114(46), 19607-19613 Wang, Keli, Wang, Yanping, Wang, Chongwen, Jia, Xiaofei, Li, Jia, Xiao, Rui, & Wang, Shengqi (2018) "Facile synthesis of high-performance SiO2@Au core–shell nanoparticles with high SERS activity" RSC Advances, 8(54), 30825-30831 strows i J C i hai ovs y A Bussian D A Summers A Buratto S & Bazan C 2006) "Enhancement of Phosphorescence by Surface-Plasmon Resonances in Colloidal Metal Nanoparticles: The Role of Aggregates" Advanced Functional Materials, 16(9), 1221-1227 Soller, T., Ringler, M., Wunderlich, M., Klar, T A., Feldmann, J., Josel, H P., Markert, Y., Nichtl, A., & Kürzinger, K (2007) "Radiative and Nonradiative Rates of Phosphors Attached to Gold Nanoparticles" Nano Letters, 7(7), 1941-1946 Hurst, K M., Ansari, N., Roberts, C B., & Ashurst, W R (2011) "SelfAssembled Monolayer-Immobilized Gold Nanoparticles as Durable, AntiStiction Coatings for MEMS" Journal of Microelectromechanical Systems, 20(2), 424-435 Lucas, Thomas M., Moiseeva, Evgeniya V., Zhang, Guandong, Gobin, Andre M., & Harnett, Cindy K (2013) "Thermal properties of infrared absorbent gold nanoparticle coatings for MEMS applications" Sensors and Actuators A: Physical, 198, 81-86 Mutti, P., Ghislotti, G., Bertoni, S., Bonoldi, L., Cerofolini, G F., Meda, L., Grilli, E., & Guzzi, M (1995) "Room‐temperature visible luminescence from silicon nanocrystals in silicon implanted SiO2 layers" Applied Physics Letters, 66(7), 851-853 Wang, Rui, Ji, Xiaohui, Huang, Zhenzhen, Xue, Yurui, Wang, Dayang, & Yang, Wensheng (2016) "Citrate-Regulated Surface Morphology of SiO2@Au Particles To Control the Surface Plasmonic Properties" The Journal of Physical Chemistry C, 120(1), 377-385 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Xu, Shuping, Hartvickson, Shay, & Zhao, Julia Xiaojun (2008) "Engineering of SiO2−Au−Si Sandwich Nanoaggregates Using a Building Block: Single, Double, and Triple Cores for Enhancement of Near Infrared Fluorescence" Langmuir, 24(14), 7492-7499 Yeshchenko, Oleg A., Bondarchuk, Illya S., & Losytskyy, Mykhaylo Yu (2014) "Surface plasmon enhanced photoluminescence from copper nanoparticles: Influence of temperature" Journal of Applied Physics, 116(5), 054309 Moores, Audrey, & Goettmann, Frédéric (2006) "The plasmon band in noble metal nanoparticles: an introduction to theory and applications" New Journal of Chemistry, 30(8), 1121-1132 Peiris, Sunari, McMurtrie, John, & Zhu, H (2015) "Metal nanoparticle photocatalysts: Emerging processes for green organic synthesis" Catal Sci Technol., Pérez-Juste, Jorge, Pastoriza-Santos, Isabel, Liz-Marzán, Luis M., & Mulvaney, Paul (2005) "Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications" Coordination Chemistry Reviews, 249(17), 1870-1901 De Caro, Cosimo, & Haller, Claudia (2015) "UV/VIS Spectrophotometry Fundamentals and Applications) Das, Ruchita S., & Agrawal, Y K (2011) "Raman spectroscopy: Recent advancements, techniques and applications" Vibrational Spectroscopy, 57(2), 163-176 Xue, Junguo, Wang, Chungang, & Ma, Zhanfang (2007) "A facile method to prepare a series of SiO2@Au core/shell structured nanoparticles" Materials Chemistry and Physics, 105(2), 419-425 Szunerits, Sabine, Spadavecchia, Jolanda, & Boukherroub, Rabah (2014) "Surface plasmon resonance: Signal amplification using colloidal gold nanoparticles for enhanced sensitivity" Reviews in Analytical Chemistry, 33 Link, Stephan, & El-Sayed, Mostafa A (1999) "Size and Temperature Dependence of the Plasmon Absorption of Colloidal Gold Nanoparticles" The Journal of Physical Chemistry B, 103(21), 4212-4217 Li, Chunfang, Li, Dongxiang, Wan, Gangqiang, Xu, Jie, & Hou, Wanguo (2011) "Facile synthesis of concentrated gold nanoparticles with low sizedistribution in water: temperature and pH controls" Nanoscale Research Letters, 6(1), 440 Song, Zhixuan, Shi, Jun, Zhang, Zheng, Qi, Zeer, Han, Shangru, & Cao, Shaokui (2018) "Mesoporous silica-coated gold nanorods with a thermally responsive polymeric cap for near-infrared-activated drug delivery" Journal of Materials Science, 53 Chmel, A., Eranosyan, G M., & Kharshak, A A (1992) "Vibrational spectroscopic study of Ti-substituted SiO2" Journal of Non-Crystalline Solids, 146, 213-217 37 Govindaraju, S., Ramasamy, M., Baskaran, R., Ahn, S J., & Yun, K (2015) "Ultraviolet light and laser irradiation enhances the antibacterial activity of glucosamine-functionalized gold nanoparticles" Int J Nanomedicine, 10 Spec Iss(Spec Iss), 67-78 ... nhƣ cảm biến sinh học quang, cảm biến sinh học enzym-nhiệt, cảm biến sinh học miễn dịch … nhƣng cơng dụng phát v định ƣợng h m ƣợng đối tƣợng sinh học cần phân tích mẫu 13 1.4.3 C m biến sinh học. .. nêu vật liệu SiO2@ Au vật liệu có tiềm lớn việc hƣớng tới ứng dụng cho cảm biến sinh học miễn dịch (immunobiosensor) 15 CHƢƠNG THỰC NGHIỆ VÀ PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU 2.1 PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU 2.1.1... kết sau có phù hợp với hƣớng nghiên cứu ứng dụng cho cảm biến sinh học hay khơng, chúng tơi thực kiểm tra tính chất tăng cƣờng tán xạ Raman bề mặt vật liệu nano vàng lên vật liệu SiO2 Kết đ nh
Ngày đăng: 30/10/2022, 20:37
Xem thêm: