Nghiên cứu tổng hợp các hạt nano phát quang znse, znse mn-zns, znse-zns mn-zns định hướng ứng dụng trong y sinh.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BÙI THỊ DIỄM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO PHÁT QUANG ZnSe, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BÙI THỊ DIỄM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO PHÁT QUANG ZnSe, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử quang tử Mã số: 9440127 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Nguyễn Quang Liêm TS Lương Thị Bích HÀ NỘI – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn GS.TS Nguyễn Quang Liêm TS Lương Thị Bích Các số liệu kết nghiên cứu luận án hoàn toàn trung thực, số kết kết chung nhóm nghiên cứu đề tài Sở Khoa Học Công Nghệ TPHCM Tác giả luận án Bùi Thị Diễm i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đầy kính trọng đến GS TS Nguyễn Quang Liêm, TS Lương Thị Bích PGS TS Nguyễn Phương Tùng hướng dẫn tận tâm cho tất tâm huyết quan tâm người thầy đến nghiên cứu sinh suốt chặng đường dài nghiên cứu đề tài luận án Thầy cô tạo hội điều kiện tốt đế tơi thực hồn thành thí nghiệm luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Ban giám hiệu Khoa Cơng nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thực hồn tất kế hoạch nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, bảo quý thầy cô, anh chị em bạn đồng nghiệp cơng tác Phịng thí nghiệm Vật liệu Nano phụ gia dầu khí, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Hóa học, Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Học viện Khoa học Công nghệ giúp đỡ, tin tưởng, động viên tạo điều kiện tốt cho làm thực nghiệm, đo mẫu suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, người thân ln động viên tinh thần, thời gian vật chất để tơi có động lực công việc nghiên cứu khoa học Tác giả luận án Bùi Thị Diễm ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH VẼ .ix MỞ ĐẦU xv Tính cấp thiết đề tài xv Mục tiêu luận án xvi Nội dung nghiên cứu xvi 2.1 Tổng hợp vật liệu xvi 2.2 Nghiên cứu tính chất đặc trưng vật liệu .xvi 2.3 Đánh giá khả ứng dụng y sinh hạt nano xvii Các đóng góp mới, ý nghĩa lý luận ý nghĩa thực tiễn xvii Bố cục nội dung luận án xvii CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Vật liệu nano .1 1.2 Một số hiệu ứng đặc biệt vật liệu có kích thước nano 1.2.1 Hiệu ứng giam giữ lượng tử .3 1.2.2 Hiệu ứng kích thước 1.2.3 Hiệu ứng bề mặt .5 1.3 Tính chất quang tinh thể nano 1.4 Vật liệu ZnSe 1.4.1 Cấu trúc tính chất ZnSe 1.5 Vật liệu ZnS 1.5.1 Cấu trúc vật liệu ZnS .10 1.5.2 Tính chất vật liệu ZnS .10 1.6 Chất ổn định bề mặt 11 1.6.1 Khái niệm đặc điểm 12 1.6.2 Tác dụng chất ổn định bề mặt 12 iii 1.6.3 Một số chất ổn định bề mặt 13 1.7 Phương pháp tổng hợp hạt nano có cấu trúc lõi/vỏ 18 1.7.1 Các phương pháp tổng hợp vật liệu ZnSe 18 1.7.2 Tổng hợp lõi cho hạt nano có cấu trúc lõi/vỏ 21 1.7.3 Chế tạo lớp vỏ cho hạt nano có cấu trúc lõi/vỏ 22 1.7.4 Tình hình nghiên cứu chấm lượng tử ZnSe 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 29 2.1.1 Hóa chất 29 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 30 2.2 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:Mn, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt 3-mercaptopropionic axit (MPA) 30 2.2.1 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-MPA 30 2.2.2 Tổng hợp nano phát quang ZnSe:Mn-MPA 32 2.2.3 Tổng hợp nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-MPA 32 2.2.4 Tổng hợp nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-MPA 33 2.3 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt Polyethylene glycol (PEG) 34 2.3.1 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-PEG 34 2.3.2 Tổng hợp nano phát quang lõi ZnSe:Mn-PEG .34 2.3.3 Tổng hợp nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-PEG 35 2.3.4 Tổng hợp nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-PEG 35 2.4 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe:Mn, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt hồ tinh bột (HTB) 35 2.4.1 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-HTB 35 2.4.2 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe:Mn-HTB .36 2.4.3 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-HTB 36 2.4.4 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-HTB 37 2.5 Các phương pháp khảo sát nghiên cứu vật liệu 38 2.5.1 Chiếu đèn UV 38 2.5.2 Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) 38 iv 2.5.3 Phương pháp phổ huỳnh quang (Photoluminescence, PL) 39 2.5.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 39 2.5.5 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .40 2.5.6 Phổ quang điện tử tia X (XPS) .40 2.5.7 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 41 2.5.8 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 41 2.5.9 Phổ tán xạ Raman 41 2.5.10 Hiệu suất lượng tử hạt nano phát quang 42 2.6 Đánh giá khả tương thích nano phát quang với kháng thể kỹ thuật SDS - pages 43 2.7 Tiến hành chạy flow cytometry xác định nồng độ tối ưu tương tác kháng thể (Ab) hạt nano phát quang (NCs) .44 2.8 Khảo sát khả phát tác nhân gây bệnh hạt NCs–Ab chủng MRSA E.coli O157: H7 .45 2.9 Ứng dụng hạt NCs–Ab phát chủng gây bệnh mẫu (giả mẫu) 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 47 Phần A: Chất ổn định bề mặt axit 3-mercaptopropionic (MPA) 47 3.1 Phân tích cấu trúc tính chất quang nano phát quang ZnSe-MPA 47 3.1.1 Phân tích cấu trúc nano phát quang ZnSe-MPA .47 3.1.2 Phân tích tính chất quang nano phát quang ZnSe-MPA 49 3.2 Phân tích cấu trúc tính chất quang nano phát quang ZnSe:Mn-MPA 53 3.2.1 Phân tích cấu trúc nano phát quang ZnSe:Mn-MPA .53 3.2.2 Phân tích tính chất quang nano phát quang ZnSe:Mn-MPA 56 3.3 Phân tích cấu trúc tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-MPA 63 3.4 Phân tích cấu trúc tính chất quang nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnSMPA 67 Phần B: Chất ổn định bề mặt Polyethylene glycol (PEG) 74 3.5 Phân tích cấu trúc tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe-PEG 74 3.5.1 Phân tích cấu trúc hạt nano phát quang ZnSe-PEG 74 3.5.2 Phân tích tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe-PEG .75 v 3.6 Phân tích cấu trúc tính chất quang nano phát quang ZnSe:Mn-PEG 76 3.6.1 Phân tích cấu trúc hạt nano phát quang ZnSe:Mn-PEG 76 3.6.2 Phân tích tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe:Mn-PEG .76 3.7 Phân tích cấu trúc tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS PEG 79 3.8 Phân tích cấu trúc tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-PEG 85 Phần C: Chất ổn định bề mặt hồ tinh bột 90 3.9 Khảo sát điều kiện tối ưu cho trình tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-HTB 90 3.10 Phân tích cấu trúc tính chất quang nano phát quang ZnSe:Mn-HTB 91 3.10.1 Phân tích cấu trúc hạt nano phát quang ZnSe:Mn-HTB .91 3.10.2 Phân tích tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe:Mn-HTB 93 3.11 Phân tích cấu trúc tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe:Mn/ZnSHTB 96 3.12 Phân tích cấu trúc tính chất quang hạt nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-HTB 100 Phần D: Đánh giá khả ứng dụng y sinh hạt nano có cường độ quang cao .108 3.13 Đánh giá khả tương thích nano phát quang với kháng thể kỹ thuật SDS - pages .109 3.14 Tiến hành chạy flow cytometry xác định nồng độ tối ưu tương tác kháng thể (Ab) hạt nano (NCs) 109 3.15 Khảo sát khả phát tác nhân gây bệnh hạt NCs–Ab chủng MRSA E.coli O157: H7 .110 3.16 Ứng dụng hạt NCs–Ab phát chủng gây bệnh mẫu (giả mẫu) 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .113 KẾT LUẬN .113 PHỤ LỤC 139 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu PL DLS Eg UV-Vis XRD Tên gọi Fluorescence spectrum (Phổ huỳnh quang) Dynamic Light Scattering (Tán xạ ánh sáng) Band gap energy (Năng lượng vùng cấm) Ultraviolet–Visible (Tử ngoại –khả kiến) X–ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) LB NCs Lubria broth Nanocrystals (Tinh thể nano) Ký hiệu Tên gọi Quantum Yield QY (Hiệu suất lượng tử) X-ray Photoelectron Spectroscopy XPS (Phổ quang điện tử tia X) Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) TEM Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy EDX (Phổ tán xạ lượng tia X) EDC 1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)Carbodiimidehydrochloride APS Anmonium persulphate FT-IR Fourrier Transformation Infrared (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier) E.coli Escherichia coli PCR Polymerase Chain Reaction HTB Hồ Tinh bột (Starch) MPA - Mercaptopropionic acid Cd Cadimi S.aureus Staphylococcus Aureus MRSA Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus PBS PEG PolyEthylene Glycol NaBH4 SDS Poly acrylamide LED QDs Light-Emitting Diodes (Đi-ốt phát quang) Quantum Dots (Chấm lượng tử) Phosphate Buffer (Dung dịch đệm phosphat) Sodium borohydride Zn(OAC)2 Zinc acetate Colony form units CFU (Đơn vị hình thành khuẩn lạc) LNPS vii Luminescent Nano Particles (Hạt nano phát quang) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano cấu tạo từ nguyên tử giống Bảng 1.2 Các thông số vật liệu nano ZnSe Bảng 1.3 Bảng so sánh cấu trúc tinh thể lập phương ZnSe, ZnS .11 Bảng 1.4 Tính chất Amylozơ, Amylopectin 16 Bảng 1.5 Bán kính số ion sử dụng pha tạp tổng hợp NCs 23 Bảng 1.6 Mức lượng vùng cấm số loại vật liệu 24 Bảng 2.1 Hóa chất hãng sản xuất 29 Bảng 2.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 30 Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm EDC, protein A NCs ZnSe:5%Mn/ZnS-PEG 43 Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm EDC, protein A NCs ZnSe:5%Mn/ZnS-PEG 43 Bảng 2.5 Bố trí thí nghiệm EDC, protein A NCs ZnSe:5%Mn/ZnS-PEG 43 Bảng 2.6 Thành phần gel phân tách gel gom 44 Bảng 3.1 Bảng so sánh hiệu suất huỳnh quang chấm lượng tử sử dụng chất ổn định MPA, PEG hồ tinh bột .106 viii ... 2.2.2 Tổng hợp nano phát quang ZnSe: Mn-MPA 32 2.2.3 Tổng hợp nano phát quang ZnSe: Mn/ZnS-MPA 32 2.2.4 Tổng hợp nano phát quang ZnSe/ ZnS:Mn/ZnS-MPA 33 2.3 Tổng hợp hạt nano phát quang. .. 2.3.3 Tổng hợp nano phát quang ZnSe: Mn/ZnS-PEG 35 2.3.4 Tổng hợp nano phát quang ZnSe/ ZnS:Mn/ZnS-PEG 35 2.4 Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe, ZnSe: Mn, ZnSe: Mn/ZnS, ZnSe/ ZnS:Mn/ZnS sử dụng. .. - BÙI THỊ DIỄM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO PHÁT QUANG ZnSe, ZnSe: Mn/ZnS, ZnSe/ ZnS:Mn/ZnS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử quang tử Mã số: