Tổng quan về vật liệu nano vàng và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÁO CÁO TIỂU LUẬN CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ BẢO VỆ ĂN MÒN TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG VÀ ỨNG DỤNG Tính chất, vật liệu nano vàng và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÁO CÁO TIỂU LUẬN CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ BẢO VỆ ĂN MÒN TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG VÀ ỨNG DỤNG Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Dũng Thành viên nhóm thực hiện: Họ tên MSSV Đặng Minh Khánh 1913726 Nguyễn Quốc Thái 1915115 Võ Thế Như 1914558 Nguyễn Đình Khải 1913777 Lương Thế Vinh 1915933 Nguyễn Phúc 1914689 Trương Thị Ái Ni 1914568 Thành phố Hồ Chí Minh, 11/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH DANH SÁCH BẢNG TÓM TẮT 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG 2 ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 2.1 Tính chất vật lý tính chất hóa học vàng 2.2 Tính chất quang học 2.2.1 Ảnh hưởng kích thước hạt đến tính chất quang học hạt nano vàng 2.2.2 Ảnh hưởng chiết suất cục đến tính chất quang học hạt nano vàng 2.3 Tính chất điện 2.4 Tính chất từ 2.5 Tính chất nhiệt 2.6 Hoạt tính xúc tác chất mang 2.7 Đặc tính sinh học 10 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO VÀNG 10 3.1 Phương pháp hóa học: 11 3.2 Phương pháp vật lí: 12 3.3 Phương pháp sinh học: 13 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 15 4.1 Trong y sinh 15 4.1.1 Phát bệnh 15 4.1.2 Cảm biến sinh học điện hóa nano vàng hiệu chỉnh DNA 15 4.1.3.Ứng dụng chữa bệnh 16 4.1.3.1 Ứng dụng vận chuyển thuốc 17 4.1.3.2 Ứng dụng vận chuyển phân tử sinh học 18 4.1.3.3 Ứng dụng vận chuyển protein 18 4.1.3.4 Ứng dụng quang nhiệt trị 18 4.2 Trong ngành thực phẩm 18 THỰC TRẠNG, TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 19 5.1 Tình hình phát triển Việt Nam 19 5.2 Tình hình phát triển giới 19 5.3 Tiềm phát triển tương lai 20 5.4 Ưu nhược điểm hạt nano vàng 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Màu sắc hạt keo nano vàng Hình 2: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Hình 3: The Lycurgus Cup, cốc có màu xanh ngọc có ánh sáng từ trước chiều vào có màu đỏ máu chiếu ánh sáng từ phía sau Hình 4: Phổ UV-vis chuẩn hóa ảnh hiển thị màu sắc hạt nano vàng với kích thước hạt khác dung dịch nước Hình 5: Phổ hấp thụ hạt nano vàng chiết suất cục gần bề mặt thay đổi Hình 6: : Đường đặc trưng I - U vật liệu kích thước nano Hình 7: Độ rộng vùng cấm tăng dần theo chiều giảm dần kích thước cấu tử Hình 8: Sự phụ thuộc nhiệt độ nóng chảy vào kích thước hạt nano vàng Hình 9: Hình ảnh TEM hạt nano vàng với hình dạng khác (a, d) Hạt nano hình cầu (b, e) Thanh nano ngắn (tỷ lệ khung hình (AR) 2.5) (c, f) Thanh nano dài (AR ) 11 Hình 10: Cơ chế đề xuất khử sinh học ổn định vàng thành hạt nano 14 Hình 11: Ứng dụng đa dạng nano vàng điều trị 17 DANH SÁCH BẢNG Bảng Một số tính chất vật lý vàng Bảng Tính chất nguyên tử vàng Bảng 3: Ưu nhược điểm hạt nano vàng 21 TĨM TẮT Cơng nghệ nano vào lĩnh vực y học, hóa học, sinh học… thập kỷ gần nhiều vật liệu nano phát triển có tác động to lớn đến việc chăm sóc sức khỏe Trong số vật liệu nano phát hiện, vật liệu nano vàng nhận ý đáng kể đặc tính vật lý, hóa học sinh học khác biệt so với phần lớn vật liệu nano khác Chính đặc tính bật đó, tiêu luận chúng em trình bày tổng quan vật liệu nano vàng từ đặc tính, tính chất, phương pháp tổng hợp ứng dụng chúng Bài tiểu luận bắt đầu việc xem xét đặc tính tiêu biểu vật liệu nano vàng, tính chất quang học hạt nano vàng xác định cộng hưởng plasmon bề mặt Phần cuối tiểu luận trình bày ưu, nhược điểm đánh giá tiềm vật liệu nano vàng tương lại lĩnh vực khác nhau, cụ thể phát DNA, điều trị bệnh ung thư, phát kim loại độc hại, xúc tác, điện hóa 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG Vàng kim loại phát hiện; lịch sử nghiên cứu ứng dụng kéo dài vài nghìn năm Dữ liệu vàng dạng keo tìm thấy luận thuyết nhà khoa học Trung Quốc, Ả Rập Ấn Độ, người tìm cách thu vàng dạng keo sớm vào kỷ V–IV trước Công nguyên Họ sử dụng vàng cho mục đích y học ("dung dịch vàng" Trung Quốc "vàng lỏng" Ấn Độ) Ở Châu Âu thời Trung cổ, vàng dạng keo nghiên cứu sử dụng phòng thí nghiệm nhà giả kim thuật Paracelsus viết đặc tính chữa bệnh tinh hoa vàng “quinta essentia auri”, mà ông thu thông qua việc khử clorua vàng chiết xuất thực vật rượu dầu Ơng sử dụng "vàng uống được" để điều trị số bệnh tâm thần bệnh giang mai Người thời với ông, Giovanni Andrea, sử dụng “vàng uống được” liệu pháp cho bệnh nhân bị bệnh phong, bệnh dịch hạch, động kinh tiêu chảy Năm 1583, nhà giả kim thuật David de Planis-Campy, người bác sĩ cho vua Louis XIII Pháp, đề xuất “thần dược trường thọ” mình, dung dịch vàng nước Cuốn sách vàng keo bảo tồn thời đại xuất vào năm 1618 nhà triết học bác sĩ y khoa Francisco Antonii Nó chứa liệu cách lấy vàng keo ứng dụng y học, bao gồm lời khuyên thực tế [1] Mặc dù có lịch sử hàng kỷ, "cuộc cách mạng hóa miễn dịch" liên quan đến việc sử dụng hạt nano vàng nghiên cứu sinh học xảy vào năm 1971, nhà nghiên cứu người Anh Faulk Taylor mô tả phương pháp liên hợp kháng thể với vàng keo Để hiển thị trực tiếp kính hiển vi điện tử kháng nguyên bề mặt vi khuẩn salmonellae Nghiên cứu bắt đầu cách sử dụng chất đánh dấu đặc hiệu sinh học - vàng dạng keo kết hợp với globulin miễn dịch phân tử khác - lĩnh vực sinh học y học khác [1] Phạm vi sử dụng hạt nano vàng nghiên cứu y học sinh học đại rộng Đặc biệt, bao gồm gen, cảm biến sinh học, phân tích miễn dịch, hóa học lâm sàng, phát quang nhiệt vi sinh vật tế bào ung thư; phân phối thuốc, DNA kháng nguyên có mục tiêu; đo sinh học quang học giám sát tế bào mô cách sử dụng hệ thống đại Người ta lập luận hạt nano vàng sử dụng hầu hết ứng dụng y tế: chẩn đoán, điều trị, phòng ngừa vệ sinh Một loạt ứng dụng cho hạt nano vàng dựa đặc tính vật lý hóa học độc đáo chúng Đặc biệt, tính chất quang học hạt nano vàng xác định cộng hưởng plasmon bề mặt, có liên quan đến kích thích tập thể điện tử dẫn cư trú vùng rộng, từ vùng khả kiến đến vùng hồng ngoại (IR), tùy thuộc vào kích thước, hình dạng hạt cấu trúc [2] Các hạt nano vàng có kích thước từ 1nm đến 100nm, có tính chất quang, điện độc đáo, khác hẳn so với vật liệu vàng dạng khối Trong khác đáng ý nano vàng kim loại vàng dạng khối thay đổi màu sắc chúng, cụ thể chuyển từ màu vàng sang màu đỏ tía, màu tím màu xanh phụ thuộc vào kích thước hạt nano vàng Sự thay đổi hiệu ứng plasmon bề mặt tạo [2] Hiệu ứng plasmon bề mặt tính chất quan trọng vật liệu nano vàng Chính nhờ tính chất mà nano vàng ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt chuẩn đoán điều trị bệnh ung thư [2] Hình 1: Màu sắc hạt keo nano vàng [2] Hình 2: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt [2] ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 2.1 Tính chất vật lý tính chất hóa học vàng Vàng kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm 11, chu kì 6, phân lớp d, có số thứ tự 79 kí hiệu Au bảng tuần hịa hóa học Bảng Một số tính chất vật lý vàng [3] Màu sắc Vàng ánh kim Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm mặt Trạng thái vật lý Rắn Khối lượng nguyên tử 197 g/mol Nhiệt độ nóng chảy 1063℃ Khối lượng riêng 19.3 g/cm3 (℃) Khối lượng riêng dạng lỏng 17.31 g/cm3 (Ở nhiệt độ nóng chảy) Nhiệt lượng nóng chảy 12.55 kJ/mol Nhiệt bay 324 kJ/mol Nhiệt dung riêng 25.418 J/(mol.K) Về mặt hóa học, vàng kim loại chuyển tiếp có tính khử yếu, khơng bị oxi hóa khơng khí Tuy vàng khơng phản ứng với hầu hết chất, lại bị hòa tan số trường hợp cụ thể: nước cường toan, dung dịch muối cyanua kim loại kiềm… Bảng Tính chất nguyên tử vàng [3] Số oxy hóa -1,1,2,3,4,5 Độ âm điện 2.54 (Pauling) Năng lượng ion hóa Thứ 1: 890.1 kJ/mol Bán kính ngun tử 140 pm Bán kính ion (theo gold chmidt) 137 pm Bán kính van der waals 166 pm 2.2 Tính chất quang học Các hạt nano vàng thể nhiều tượng quang học khiến chúng trở thành trung tâm nhiều ý Tùy thuộc vào nhiều yếu tố khác mà hạt nano vàng có màu sắc khác Hình 3: The Lycurgus Cup, cốc có màu xanh ngọc có ánh sáng từ trước chiều vào có màu đỏ máu chiếu ánh sáng từ phía sau [4] Các hạt nano vàng hấp thụ tán xạ ánh sáng với hiệu suất cao Tương tác mạnh chúng với ánh sáng xảy electron dẫn bề mặt kim loại trải qua trình dao động tổng hợp chúng bị kích thích sáng bước sóng cụ thể Sự dao động gọi cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR), điều làm cho hấp thụ tán xạ hạt nano vàng cao nhiều so với hạt nano khơng có tượng plasmon thích thước Các đặc tính hấp thụ tán xạ điều chỉnh cách kiểm sốt kích thước, hình dạng hạt chiết suất cục bề mặt hạt [5] Ngoài mật độ hạt nano ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ lỗng coi gần hạt tự do, mật độ cao phải tính đến ảnh hưởng tương tác hạt [6] 2.2.1 Ảnh hưởng kích thước hạt đến tính chất quang học hạt nano vàng Sự tương tác hạt nano vàng với ánh sáng định trực tiếp mơi trường xung quanh, kích thước hạt thông số vật lý chúng Các trường điện dao động tia sáng lan truyền gần hạt nano dạng keo tương tác với electron tự gây dao động điện tử cộng hưởng với tần số ánh sáng nhìn thấy Sự cộng hưởng dao động gọi plasmon bề mặt Đối với hạt nano vàng có kích thước nhỏ (~30 nm), cộng hưởng plasmon bề mặt gây hấp thụ ánh sáng xanh dương dãy quang phổ (~450 nm), ánh sáng đỏ (~700nm) bị phản xạ, tạo dung dịch có màu đỏ đậm Khi kích thước hạt tăng lên, bước sóng hấp thụ liên quan đến cộng hưởng plasmon bề mặt chuyển Phương pháp khử sonochemical Au (III) với có mặt phụ gia hữu thu thông qua phản ứng sau (phản ứng (1) - (4)): H2 O → OH ⋅ + H ∙ (1) RH + OH ∙ (H ∙ ) → R∙ + H2 O(H2 ) (2) RH → gốc tự sản phẩm không bền (3) Au(III) + tác nhân khử ( H ∙ , R∙ ) → Au(0) (4) Trong đó: RH đại diện cho chất phụ gia hữu Các phản ứng 1-3 cho thấy hình thành gốc khử chất khử ứng dụng siêu âm vào q trình hóa học: (1) H ∙ hình thành từ trình khử nước, (2) R∙ H2 tạo thành từ phản ứng tách RH với OH ∙ H ∙ , (3) gốc nhiệt phân sản phẩm khơng bền hình thành thơng qua q trình nhiệt phân RH nước (4) khử Au (III) tiến hành phản ứng với chất khử khác bao gồm số bước phản ứng phức tạp Sự thay đổi tần số siêu âm ảnh hưởng đến yếu tố sau: (1) nhiệt độ áp suất bên bong bóng, (2) số lượng phân bố bong bóng, (3) kích thước tuổi thọ bong bóng, (4) động lực học tính đối xứng (hình dạng) vỡ bong bóng, (5) ảnh hưởng 1-propanol đến nhiệt độ bong bóng, hình thành gốc thứ cấp, v.v Tuy nhiên, khó để định lượng tác động riêng lẻ yếu tố chúng phụ thuộc lẫn nhau, khảo sát yếu tố mà không làm thay đổi yếu tố khác [28] Phương pháp vật lý có ưu điểm tạo hạt nano Au có kích thước nhỏ, phân bố kích thước hẹp, độ tinh khiết cao khơng dùng hóa chất Tuy nhiên, chi phí đầu tư thiết bị lớn (như nguồn tạo sóng siêu âm) tốn nhiều lượng [28] 3.3 Phương pháp sinh học: Trong phương pháp sinh học, hạt nano tổng hợp vi sinh vật, enzym thực vật chiết xuất từ thực vật Cơ chế tổng hợp hạt nano vàng cách sử dụng tác nhân sinh học khác chưa biết rõ Các thực thể hóa học khác có hợp chất sinh học hoạt động chất khử dùng để phản ứng với ion kim loại tổng hợp hạt nano kim loại (Hình 10) [29] 13 Hình 10: Cơ chế đề xuất khử sinh học ổn định vàng thành hạt nano [30] Một số giả thuyết đưa số hiểu biết chế sinh tổng hợp hạt nano vàng Các nghiên cứu gần cho thấy phân tử sinh học protein, phenol, flavonoid, v.v dịch chiết thực vật đóng vai trò quan trọng việc khử ion kim loại hình thành hạt nano [31] Mặc dù việc khử muối kim loại thân thiện với mơi trường, mặt hóa học trình phức tạp liên quan đến loạt hợp chất thực vật vitamin, enzym, protein, axit hữu cơ, axit amin polysaccharid [32] Cơ chế tiềm vi sinh vật khử hạt nano liên quan đến reductase, naphthoquinones, flavonoid anthraquinon với khả oxy hóa khử đủ để khử ion kim loại nitrate reductase xúc tác trình khử bạc nitrat thành hạt nano bạc sử dụng NADPH làm cofactor báo cáo tài liệu [33] Trong nghiên cứu, catechin-một phân tử monome có nho phát tác nhân khử ion vàng thành hạt nano vàng [34] Trong trình tổng hợp hạt nano vàng cách sử dụng dịch chiết nước Hovenia dulcis, tác giả mơ tả nhóm hydroxyl cacbonyl dẫn xuất flavonol phân tử hoạt tính sinh học khác dịch chiết nước trước hết liên kết với ion vàng để tạo thành phức chất vàng, sau chúng khử thành hạt (Au0) Các hạt bị khử trải qua trình kết tụ tạo thành cụm, chúng hoạt động trung tâm tạo mầm xúc tác trình khử ion kim loại lại thành hạt nano [35] Trong chiết xuất Zingiber officinale tổng hợp hạt nano vàng, chất sinh hóa gingerol, shagaols, singerone, paradol tinh bột đóng vai trị chất định vị trình tổng hợp hạt nano vàng giúp ổn định hạt nano [36] Các phân tử sinh học có chức định vị ổn định hiệu hạt nano vàng tổng hợp cách sử dụng chiết xuất rễ Morinda citrifolia (chứa protein, amin thơm aliphatic amin) Chúng có khả hình thành hạt nano đóng vai trị quan trọng ổn định hạt nano hình thành [37] 14 Vì vậy, kết luận q trình khử sinh học ion vàng thành hạt nano vàng gây hợp chất khác có tác nhân sinh học đường khử, amin, tinh bột, gingerol, shagaols, singerone, catechin, hợp chất phenolic, flavonoid, enzymes (naphthoquinones, anthraquinones nitrate reductase) protein Mặc dù phương pháp hóa học phương pháp phổ biến để tổng hợp hạt nano kim loại, việc sử dụng thuốc thử đắt tiền độc hại làm chất khử ổn định hạn chế ứng dụng chúng Do đó, nhu cầu phát triển quy trình thân thiện với mơi trường tiết kiệm chi phí để tổng hợp hạt nano mà không sử dụng hóa chất độc hại ngày tăng Tổng hợp sinh học hạt nano phương pháp xanh, thân thiện với môi trường năm gần thu hút nhiều quan tâm ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 4.1 Trong y sinh 4.1.1 Phát bệnh Các hạt nano vàng sử dụng việc kết hợp cảm biến sinh học điện hóa cảm biến ameperometric để chẩn đốn bệnh nhân có khối u tế bào ung thư biểu mô tế bào gan Điều thực cách phát phân tử đánh dấu khối u, alpha-fetoprotein (AFP), glycoprotein có giai đoạn phát triển bào thai [38] Kháng nguyên carbohydrate 19-9 (CA19-9) phân tử đánh dấu khối u carbohydrate quan trọng tìm thấy nhiều khối u ác tính tụy, đại trực tràng, dày ung thư gan [39] Một kháng nguyên carbohydrate khác CA125 phân tử đánh dấu quan trọng xác định cảm biến miễn dịch nano vàng [40] Kháng nguyên Carcinoembryonic (CEA) phân tử đánh dấu biết đến nhiều liên quan đến tiến triển khối u đại trực tràng PSA kháng nguyên đặc hiệu tuyến tiền liệt ung thư tuyến tiền liệt [41] Phát điện hóa phân tử đánh dấu bệnh thực thay đổi ampe biến đổi xảy trước sau tương tác kháng nguyên-kháng thể [40] 4.1.2 Cảm biến sinh học điện hóa nano vàng hiệu chỉnh DNA Các điện cực sửa đổi hạt nano vàng sử dụng lắp ráp sinh học DNA điện hóa Chúng tạo thành cơng cụ phân tích hữu ích cho chẩn đốn phát trình tự DNA cụ thể nhờ vào lợi vốn chi phí thấp, độ nhạy phản hồi nhanh chóng [42] Mầm bệnh, vi khuẩn virus, phát thơng qua trình tự axit nucleic tương ứng riêng biệt chúng Một hỗn hợp mẫu chứa Escherichia coli Stachybotrys chartarum, mầm bệnh 15 khơng khí, cơng bố sau đó, cảm biến sinh học DNA sử dụng ràng buộc protein liên kết DNA sợi E coli (SSB) oligonucleotide đơn liên hợp với hạt nano vàng (Au) Tín hiệu oxy hóa khuếch đại hạt nano Au tạo giới hạn phát khoảng 2,17 pM DNA mục tiêu [43] Một khía cạnh quan trọng liên quan đến ứng dụng việc phát xác, nhạy nhanh chóng biến đổi gen Cảm biến điện hóa DNA trở thành cơng cụ phân tích cho sản phẩm thực vật biến đổi gen Các điện cực biến đổi nano vàng tiêu biểu cho sinh học điện hóa DNA mơ tả xác, nhanh chóng nhạy cảm cho việc phát quang phổ trở kháng điện hóa DNA dành riêng cho chuỗi liên quan đến chuyển sang chuyển gen Các điện cực vàng biến đổi DNA gen biến hóa điện hóa hữu ích để phân tích gen, phát rối loạn di truyền, kết hợp mô ứng dụng pháp y độ nhạy cao, kích thước nhỏ, chi phí thấp khả tương thích Một khía cạnh quan trọng liên quan phát xác, nhạy cảm nhanh chóng chuyển gen Cảm biến điện hóa DNA trở thành cơng cụ phân tích cho sản phẩm thực vật biến đổi gen Các điện cực biến đổi nano vàng đại diện cho sinh học điện hóa DNA mơ tả xác, nhanh chóng nhạy cho việc phát quang phổ trở kháng điện hóa DNA dành riêng cho chuỗi gen cụ thể liên quan đến chuyển gen chuyển gen Những điện cực vàng biến đổi DNA cảm biến gen điện hóa hữu ích để phân tích gen, phát rối loạn di truyền, khớp mô ứng dụng pháp y độ nhạy cao, kích thước nhỏ, chi phí thấp khả tương thích 4.1.3.Ứng dụng chữa bệnh Hạt nano vàng (GNFs) khai thác tính chất hóa học vật lý đặc trưng để vận chuyển đào thải dược phẩm Đầu tiên, lõi vàng trơ dễ dàng tổng hợp được; Các hạt nano monodisperse hình thành với kích thước lõi dao động từ đến 150nm [44] Thứ hai sẵn sàng chức hóa, thơng qua liên kết thiol Ngồi ra, đặc điểm quang lý kích hoạt giải phóng thuốc từ xa [45] Hình 11 cho thấy loại thuốc, gen protein khác vận chuyển nano vàng 16 Hình 11: Ứng dụng đa dạng nano vàng điều trị [45] 4.1.3.1 Ứng dụng vận chuyển thuốc Hệ thống phân phối thuốc (DDSs) đóng góp tích cực cho loại thuốc 'miễn phí' cách cải thiện độ hịa tan, tính ổn định bên thể phân phối sinh học Người ta thay đổi dược động học bất lợi số loại thuốc “miễn phí” Hơn nữa, tải lớn dược phẩm DDSs tạo thành “hồ chứa thuốc” cho việc kiểm soát giải phóng liên tục để trì thuốc Người ta chứng minh việc vận chuyển tế bào glutathione trung gian, giải phóng trung gian GSH thuốc nhuộm kỵ nước (Bodipy), mơ hình thuốc kỵ nước, sử dụng hạt nano vàng chức (fGNP) Các hạt (lõi d = ~2nm) có đơn lớp hỗn hợp bao gồm phức cation tetra(ethyleneglycol)ylated (TTMA) phức fluorogen (HSBDP) Bản chất cation có tạo điều kiện cho việc vượt qua hàng rào màng tế bào, đầu dị florophore có chế giải phóng thuốc Việc giải phóng thuốc nhuộm kiểm sốt xác minh cách xử lý tế bào nguyên bào phôi chuột với nồng độ khác monoester Glutathione [46] GNPs ứng dụng việc cung cấp tác nhân trị liệu hai nguyên tử, oxy đơn chất, oxit nitric Oxy đơn chất (O2), lồi gây độc tế bào, có liên quan đến phương pháp quang nhiệt trị [47] Russell đồng nghiệp trang trí bề mặt GNPs với phthalocyanines (PCs), cảm biến để tạo oxy đơn chất với suất lượng tử tốt [48] Nitric Oxide (NO) tham gia nhiều trình tế bào bao gồm hình thành mạch, giãn mạch phản ứng miễn dịch [49] Việc giải phóng có kiểm sốt NO liệu trình có hiệu cho suy hơ hấp thiếu oxy liên quan đến tăng huyết áp phổi [50] Schoenfisch đồng nghiệp chứng minh 17 khơng lưu trữ hiệu cách liên kết cộng hóa trị với GNP ổn định polyamine thơng qua hình thành n-diazeniumdium acid-lay [51] Các vật liệu có pH tương ứng áp dụng cho việc vận chuyển thuốc diện môi trường axit nhẹ bên mô viêm khối u (pH ~ 6.8), túi tế bào endosome (pH ~ 5,5-6) lysosome (pH ~ 4.55.0) [52] 4.1.3.2 Ứng dụng vận chuyển phân tử sinh học Ngoài việc vận chuyển phân tử nhỏ, kích thước điều chỉnh chức hạt nano vàng làm cho chúng khung hữu ích để nhận dạng hiệu vận chuyển phân tử sinh học peptide, protein axit nucleic DNA RNA [53] Hệ thống vận chuyển gen khơng xâm nhập an tồn điều kiện tiên cho ứng dụng lâm sàng gen trị liệu Kết số nghiên cứu cho thấy tổ hợp GNP / DNA chứa tiềm phát triển thành phương tiện vận chuyển gen hiệu an toàn [54] Các hạt nano vàng sửa đổi hóa học với nhóm amin phát triển dạng phương tiện vận chuyển nội bào cho RNA trị liệu can thiệp (siRNA) 4.1.3.3 Ứng dụng vận chuyển protein Các hạt nano vàng chất mang dạng nano (nanocarrier) peptide protein GNPs cation tetraialkylammonium nhận diện bề mặt protein anion thông qua tương tác tĩnh điện bổ sung ức chế hoạt động [55] Hoạt động phục hồi giải phóng protein tự cách xử lý phức hợp hạt protein với Glutathione, cho thấy GNPs chất mang protein tiềm Pokharkar cộng chứng minh hạt nano vàng có chức chất mang theo insulin [56] Các hạt phủ chitosan hấp phụ mạnh insulin bề mặt chúng, có hiệu việc vận chuyển qua màng nhầy insulin 4.1.3.4 Ứng dụng quang nhiệt trị Các hạt nano vàng bị gia nhiệt cục chúng chiếu xạ ánh sáng (800-1200nm) El-sayed đồng nghiệp báo cáo việc sử dụng GNP tiềm việc phá hủy khối u [57] GNPS ổn định citrate (lõi d = 30nm) phủ thuốc chống EGFR (thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì) để nhắm mục tiêu tế bào ung thư HSC3 (ung thư biểu mô tế bào vảy miệng) Việc sử dụng GNPS tăng cường hiệu liệu pháp quang học gấp 20 lần Bằng cách tiếp cận khác, hệ thống vận chuyển đáp ứng mặt quang học thiết kế cách kết hợp nanospheres vàng vào vỏ viên nang 4.2 Trong ngành thực phẩm 18 Trong năm gần đây, có quan tâm đáng kể việc áp dụng bao bì chứa hạt nano khác ảnh hưởng đến thời hạn sử dụng, đặc tính cản khí đặc tính học Ngồi ra, ảnh hưởng GNPs đến ức chế tăng trưởng vi khuẩn dẫn đến nghiên cứu sâu đánh giá quy mơ, hình dạng nồng độ NPS áp dụng bao bì Tùy thuộc vào thực phẩm, loại kết cấu bao bì có tầm quan trọng lớn Tỷ lệ bề mặt riêng cao làm tăng phản ứng chúng với sinh học liên kết tế bào vi khuẩn cuối cùng, phá hủy tế bào vi khuẩn [58] THỰC TRẠNG, TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 5.1 Tình hình phát triển Việt Nam Tại Việt Nam, có nhiều người tin theo sử dụng nano vàng loại thuốc để điều trị ung thư điều chưa có sở khoa học thuyết phục Việc kết hợp nano vàng với kháng thể đặc hiệu hướng tới nơi có tế bào ung thư thể hồn tồn chưa có phác đồ điều trị ung thư Bộ Y Tế cấp phép Sử dụng nano vàng gây chất độc cấp tính mãn tính gây nguy hiểm nghiêm trọng đến sức khỏe người bệnh Việc điều trị ung thư kháng thể đơn dòng hạt nano vàng áp dụng thể động vật ống nghiệm, chưa có nghiên cứu thể người Thế nên nano vàng chưa có tên danh mục thuốc điều trị ung thư nên người dân không nên sử dụng cách bừa bãi [59] Sau năm triển khai nghiên cứu nano vàng Khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh (SHTP LABS), nhóm nghiên cứu khoa học cho đời sản phẩm kháng viêm da có thành phần nano vàng dạng điều chế từ muối vàng (HAuCl4) Đây sản phẩm điều trị viêm da nước ứng dụng thành công nano vàng sản xuất từ muối vàng [60] Không dừng lại đó, nhà khoa học trẻ cịn ứng dụng nano vàng vào nhóm mỹ phẩm làm trắng dưỡng da thông qua việc sử dụng hoạt chất nano có khả chống nắng làm sáng da, chọn hệ nhũ hóa tạo kem phù hợp nhằm đưa hoạt chất thẩm thấu vào da tốt [60] 5.2 Tình hình phát triển giới Ở Ba Lan, nhà khoa học cấp sáng chế cho công thức nước bọt nhân tạo bao gồm hạt nano vàng Nước bọt giúp bệnh nhân bị rối loạn tiết nước bọt (họ khơng thể nuốt, ăn nói Giáo sư Halina Car đại học Y Bialystok cho biết điều cải thiện độ nhờn, tăng cường tính chống vi khuẩn trì vệ sinh ngăn ngừa mảng bám [61] 19 Ở Mỹ, nhà khoa học từ đại học Missouri phát triển phương pháp liên kết phân tử nano vàng với collagen để điều trị hư tổn lão hóa da Gel dùng làm chất độn mô mềm giúp tái tạo mô bị tổn thương tuổi tác, bệnh tật chấn thương Các hạt nano vàng có khả phản ứng bề mặt cao giúp chống oxi hóa kháng khuẩn giúp chống lại khả suy thoái collagen [61] Ở Thụy Sĩ, nhà khoa học phát triển hệ thuốc kháng virus phổ rộng Các nhà nghiên cứu Ecole Polytechnique Federale de Lausanne tạo hạt nano vàng giúp thu hút virus tiêu diệt chúng Khi tiêm vào thể, hạt nano bắt chước tế bào người, đánh lừa virus liên kết với chúng khiến virus trở nên vơ hại Chúng giúp hạn chế gia tăng tình trạng kháng thuốc sử dụng nhiều thuốc kháng sinh [61] 5.3 Tiềm phát triển tương lai Các nhà khoa học Sona Nanotech tạo sản phẩm hạt nano vàng độc đáo, tổng hợp khối lượng lớn hạt nano vàng hình que chất lượng cao mà khơng sử dụng hóa chất độc hại CTAB thích hợp cho việc xét nghiệm chuẩn đoán, nano vàng giới khơng sử dụng CTAB dụng bên thể người [61] Do đó, chúng có tiềm tạo điều kiện cho công nghệ cho đổi y học phương pháp điều trị tế bào mục tiêu không xâm lấn, khối u, mô quan bao gồm tiêu diệt tế bào ung thư quang nhiệt, thuốc điều trị đau theo vị trí cụ thể [61] Các nhà phân tích dự đốn thị trường hạt nano vàng toàn cầu tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép năm 18.84% từ 2017 tới 2021, phần lớn nhu cầu ngày tăng với ứng dụng y tế [61] Sắp tới, có hội to lớn cho nhà sản xuất chuẩn đốn dịng chảy bên Trung Quốc để tạo hạt nano vàng ổn định sản xuất quy mô đáng tin cậy Nó thúc đẩy sẵn có giải pháp chăm sóc sức khỏe chất lượng cao, hiệu chi phí giới [61] 5.4 Ưu nhược điểm hạt nano vàng 20 Bảng 3: Ưu nhược điểm hạt nano vàng [62] Ưu điểm Diện tích bề mặt lớn Nhược điểm Chi phí cao cho sản xuất số lượng lớn Kích thước trung bình thủy động lực học nhỏ Chưa có quy trình tiêu chuẩn để áp dụng Nhiều ứng dụng y học (chuẩn đốn rộng rãi cho phịng khám trị liệu) Khơng có khả phân hủy sinh học Phù hợp cho điều trị phương pháp quang động Dễ dàng điều chỉnh bề mặt Tính ổn định tương thích sinh học 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L.A.Dkman N.G.Khlebtsov, “Gold Nanoparticles in Biology and Medicine: Recent Advances and Prospects”, Acta Naturae, Nga, 2011 [2] Lê Thị Lành, Nghiên cứu chế tạo vàng nano số ứng dụng, 2015 [3] Bộ mơn Hóa Lý (2019), Sổ tay tóm tắt đại lượng Hóa Lý, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [4] Kaushik Patowary, Lycurgus Cup: A Piece of Ancient Roman Nanotechnology, 16/12/2016 (https://www.amusingplanet.com/2016/12/lycurgus-cup-piece-of-ancient-roman.html) [5] Gold Nanoparticles: Optical Properties, nanoComposix University (https://nanocomposix.com/pages/gold-nanoparticles-optical-properties) [6] Tìm hiểu hạt nano vàng hướng ứng dụng nay, Cơ sở liệu Cơng nghiệp Hóa Dược Việt Nam, Bộ Công thương, 01/10/2019 [7] Gold Nanoparticles: Properties and Application (https://www.sigmaaldrich.com/VN/en/technical-documents/technical-article/materialsscience-and-engineering/biosensors-and-imaging/gold-nanoparticles) [8] P N Njoki, I Lim, D Mott, H Park, B Khan, S Mishra, R Sujakumar, J Luo, and C Zhong, J Phys Chem C 111, 14664 (2007) [9] Nguyễn Duy Thiện, Tổng hợp vật liệu nano vàng từ vàng kim loại phương pháp điện hóa siêu âm khảo sát số tính chất, Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2011 [10] Properties and Applications of Gold Nanoparticles, CD Bioparticles, 2021 (https://www.cd-bioparticles.com/t/Properties-and-Applications-of-GoldNanoparticles_59.html) [11] C Nutzenadel et al., Driven to grow to reduce surface energy diameter (nm), Eur Phys J D 8, 245 (2000) [12] Joel F.Hooper Magnetic gold is evidence of relativity, 30/10/2017, Cosmos Magazine (https://cosmosmagazine.com/physics/magnetic-gold-is-evidence-of-relativity-study-finds) [13] Cao Văn Dư, Ngơ Hồng Minh, Hồ Trương Thiên Vũ, Lê Thị Thanh Trà, Nghiên cứu tổng hợp xanh keo nano vàng ứng dụng chế tạo kem trị mau liền sẹo, Báo cáo NCKH, 2010 22 [14] Zhou, X., Xu, W., Liu, G., Panda, D., & Chen, P (2010) Size-Dependent Catalytic Activity and Dynamics of Gold Nanoparticles at the Single-Molecule Level Journal of the American Chemical Society, 132(1), 138–146 doi:10.1021/ja904307n [15] Zhang, Ying; Shareena Dasari, Thabitha P.; Deng, Hua; Yu, Hongtao (2015) Antimicrobial Activity of Gold Nanoparticles and Ionic Gold Journal of Environmental Science and Health, Part C, (), 00–00 doi:10.1080/10590501.2015.1055161 [16] Mohammad J Hajipour; Katharina M Fromm; Ali Akbar Ashkarran; Dorleta Jimenez de Aberasturi; Idoia Ruiz de Larramendi; Teofilo Rojo; Vahid Serpooshan; Wolfgang J Parak; Morteza Mahmoudi (2012) Antibacterial properties of nanoparticles , 30(10), – doi:10.1016/j.tibtech.2012.06.004 [17] Takahashi, Hironobu; Niidome, Yasuro; Yamada, Sunao (2005) Controlled release of plasmid DNA from gold nanorods induced by pulsed near-infrared light Chemical Communications, (17), 2247– doi:10.1039/b500337g [18] Amin RM, Mohamed MB, Ramadan MA, Verwanger T, Krammer B: Rapid and sensitive microplate assay for screening the effect of silver and gold nanoparticles on bacteria Nanomedicine (London, U K) 2009, 4(6):637-643 [19] Meen, T.-H., Tsai, J.-K., Chao, S.-M., Lin, Y.-C., Wu, T.-C., Chang, T.-Y., … Huang, C.J (2013) Surface plasma resonant effect of gold nanoparticles on the photoelectrodes of dyesensitized solar cells Nanoscale Research Letters, 8(1), 450 doi:10.1186/1556-276x-8-450 [20] D Wostek-Wojciechowska, J Jeszka, P Uznanski, C Amiens, B Chaudret, P Lecante, Synthesis of Gold Nanoparticles in Solid State by Thermal, 736 C Daruich De Souza et al / Journal of Alloys and Compounds 798 (2019) 714e740, Decomposition of an Organometallic Precursor, 2004 [21] X Zhang, Z Sun, Z Cui, H Li, Ionic liquid functionalized gold nanoparticles: synthesis, rapid colorimetric detection of imidacloprid, Sens Actuators B, Chem 191 (2014) 313e319 [22] X Huang, I.H El-Sayed, W Qian, M.A El-Sayed, Cancer cell imaging and photothermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods, J Am Chem Soc 128 (2006) 2115e2120 [23] M.-C Daniel, D Astruc, Gold Nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology, Chem Rev 104 (2004) 293e346 23 [24] S Jain, D.G Hirst, J.M O'Sullivan, Gold nanoparticles as novel agents for cancer therapy, Br J Radiol 85 (2012) 101e113 [25] P Zhao, N Li, D Astruc, State of the art in gold nanoparticle synthesis, Coord Chem Rev 257 (2013) 638e665 [26] J Kimling, M Maier, B Okenve, V Kotaidis, H Ballot, A Plech, Turkevich method for gold nanoparticle synthesis revisited, J Phys Chem B 110 (2006), 15700e15707 [27] H Renner, G Schlamp, D Hollmann, H.M Lüschow, P Tews, R Josef, K Dermann, A Knodler, Gold, gold alloys, and gold compounds, in: Ull- € mann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005 [28] Okitsu, Kenji; Ashokkumar, Muthupandian; Grieser, Franz (2005) Sonochemical Synthesis of Gold Nanoparticles: Effects of Ultrasound Frequency J Phys Chem B 2005, 109, 44, 20673–20675 [29] N M, K V N, D.R V, P A, in: Biosynthesis, Characterization, and Evaluation of Bioactivities of Leaf Extract-Mediated Biocompatible Gold Nanoparticles from Alternanthera Bettzickiana, vol 19, Biotechnology reports, Amsterdam, Netherlands, 2018 e00268-e00268 [30] Jadoun, Sapana & Arif, Rizwan & Jangid, Nirmala & Meena, Rajesh (2021) Green synthesis of nanoparticles using plant extracts: a review Environmental Chemistry Letters 19 pages355–374 10.1007/s10311-020-01074-x [31] Komal Sonia, S Kukreti, M Kaushik, Exploring the DNA damaging potential of chitosan and citrate-reduced gold nanoparticles: physicochemical approach, Int J Biol Macromol 115 (2018) 801e810 [32] P Vijaya Kumar, S Mary Jelastin Kala, K.S Prakash, Green synthesis of gold nanoparticles using Croton Caudatus Geisel Leaf extract and their biological studies, Mater Lett 236 (2018) 19e22 [33] M Ponnanikajamideen, S Rajeshkumar, M Vanaja, G Annadurai, In-vivo anti-diabetic and wound healing effect of antioxidant gold nanoparticles synthesized using insulin plant (chamaecostus cuspidatus), Can J Diabetes 43 (2) (2018) 82e89 [34] A Rajan, V Vilas, D Philip, Studies on catalytic, antioxidant, antibacterial and anticancer activities of biogenic gold nanoparticles, J Mol Liq 212 (2015) 331e339 24 [35] V Vilas, D Philip, J Mathew, Biosynthesis of Au and Au/Ag alloy nano-particles using Coleus aromaticus essential oil and evaluation of their catalytic, antibacterial and antiradical activities, J Mol Liq 221 (2016) 179e189 [36] V Vilas, D Philip, J Mathew, Phytochemical-capped biogenic gold nano-crystals with chemocatalytic and radical scavenging potential, J Mol Liq 200 (2014) 390e397 [37] S.A Aromal, D Philip, Benincasa hispida seed mediated green synthesis of gold nanoparticles and its optical nonlinearity, Phys E Low-dimens Syst Nanostruct 44 (2012) 1329e1334 [38]Z Ying, Y Ruo, C Yaqin, T Dianping, Z Ying, W Na, L Xuelian, Z Qiang A reagentless amperometric immunosensor based on gold nanoparticles/thionine/nafionmembrane-modified gold electrode for determination of α-1-fetoproteinElectrochem Commun., (2005), pp 355-360 [39] M.T Reetz, K Sommer Gold-catalyzed hydroarylation of alkynes Eur J Org Chem (2003), pp 3485-3496 [40] F Xiao-Hong Electrochemical immunoassay for carbohydrate antigen-125 based on polythionine and gold hollow microspheres modified glassy carbon electrodes Electroanalysis (2007), pp 1831-1839 [41] Y Liu Electrochemical detection of prostate-specific antigen based on gold colloids/alumina derived sol–gel film Thin Solid Films, 516 (2008), pp 1803-1808 [42] K.J Odenthal, J.J Gooding Electrochemical DNA biosensor Analyst, 132 (2007), pp 603-610 [43] K Kerman, Y Morita, Y Takamura, M Ozsoz, E Tamiya Modification of Escherichia coli single-stranded DNA binding protein with gold nanoparticles for electrochemical detection of DNA hybridization Anal Chim Acta, 510 (2004), pp 169-174 [44] E.E Connor, J Mwamuka, A Gole, C.J Murphy, M.D Wyatt Gold nanoparticles are taken up by human cells but not cause acute cytotoxicity Small, (2005), pp 325-327 25 [45]A.G Skirtach, A.M Javier, O Kreft, K Kohler, A.P Alberola, H Mohwald, W.J Parak, G.B Sukhorukov Laser-induced release of encapsulated materials inside living cells Angew Chem Int Ed., 45 (2006), pp 4612-4617 [46] R Hong, G Han, J.M Fernandez, B.J Kim, N.S Forbes, V.M Rotello Glutathione- mediated delivery and release using monolayer protected nanoparticle carriers J Am Chem Soc., 128 (2006), pp 1078-1079 [47] H Xiaohua, K.J Prashant, H.El.-S Ivan, A.El.-S Mostafa Determination of the minimum temperature required for selective photothermal destruction of cancer cells with the use of immunotargeted gold nanoparticles Photochem Photobiol., 82 (2006), pp 412-417 [48] H Xiaohua, K.J Prashant, H.El.-S Ivan, A.El.-S Mostafa Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles Lasers Med Sci., 23 (2008), pp 217-228 [49]D.C Hone, P.I Walker, R EvansGowing, S FitzGerald, A Beeby, I Chambrier, M.J Co ok, D.A Russell Generation of cytotoxic singlet oxygen via phthalocyanine stabilized gold nanoparticles: a potential delivery vehicle for photodynamic therapy Langmuir, 18 (2002), pp 2985-2987 [50] S Mocellin, V Bronte, D Nitti Nitric oxide, a double edged sword in cancer biology: searching for therapeutic opportunities Med Res Rev., 27 (2007), pp 317-352 [51] M.A Polizzi, N.A Stasko, M.H Schoenfisch Water-soluble nitric oxide-releasing gold nanoparticles Langmuir, 23 (2007), pp 4938-4943 [52] K Engin, D.B Leeper, J.R Cater, A.J Thistlethwaite, L Tupchong, J.D Mcfarlane Extracellular pH distribution in human tumors,Int J Hypertherm., 11 (1995), pp 211-216 [53] Fars K Alanazi, Awwad A Radwan, Ibrahim A Alsarra Biopharmaceutical applications of nanogold Saudi Pharmaceutical Journal,Volume 18, Issue 4, 2010, Pages 179-193 [54] Close S.M Noh, W.-K Kim, S.J Kim, J.M Kim, K.-H Baek, Y.-K Oh Enhanced cellular delivery and transfection efficiency of plasmid DNA using positively charged biocompatible colloidal gold nanoparticles Biochim Biophys Acta, 1770 (2007), pp 747-752 [55] A Verma, J.M Simard, J.W.E Worrall, V.M Rotello Tunable reactivation of nanoparticle-inhibited beta-galactosidase by glutathione at intracellular concentrations J Am Chem Soc., 126 (2004), pp 13987-13991 26 [56] D.R Bhumkar, H.M Joshi, M Sastry, V.B Pokharkar Chitosan reduced gold nanoparticles as novel carriers for transmucosal delivery of insulin Pharm Res., 24 (2007), pp 1415-1426 [57] X Huang, W Qian, I.H El-Sayed, M.A El-Sayed The potential use of the enhanced nonlinear properties of gold nanospheres in photothermal cancer therapy Laser Surg Med., 39 (2007), pp 747-753 [58]Jahadi M, Ehsani M, Paidari S (2018) Characterization of milk proteins in ultrafiltration permeate and their rejection coefficients J Food Biosci Technol 8(2):49–54 [59] Bệnh viện K (12/07/2018) Nano vàng có thực hiệu điều trị bệnh ung thư Truy cập từ: https://benhvienk.vn/nano-vang-co-thuc-su-hieu-qua-trong-dieu-tri-ung-thu- nd46794.html [60] Mai Vọng (12/05/2014) Chế tạo thành cơng nano vàng mĩ phẩm Tài – kinh doanh Truy cập từ : https://thanhnien.vn/che-tao-thanh-cong-nano-vang-ung-dung-trong-mypham-post77061.html [61] Darren Rowles (04/07/2018) Realising the healthcare potential of gold nanoparticles Gold Hub Truy cập từ: https://www.gold.org/goldhub/research/gold-investor/gold-investor-july2018/realising-the-healthcare-potential-of-gold-nanoparticles [62] Raquel Vinhas, Milton Cordeiro, Fábio Ferreira Carlos, Soraia Mendo Alexandra R Fernandes, Sara Figueiredo, Pedro V Baptista1 Gold nanoparticle-based theranostics: disease diagnostics and treatment using a single nanomaterial (5/5/2015) 27 ... 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀNG 2 ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO VÀNG 2.1 Tính chất vật lý tính chất hóa học vàng 2.2 Tính chất quang học ... quan vật liệu nano vàng từ đặc tính, tính chất, phương pháp tổng hợp ứng dụng chúng Bài tiểu luận bắt đầu việc xem xét đặc tính tiêu biểu vật liệu nano vàng, tính chất quang học hạt nano vàng. .. phụ thuộc vào kích thước hạt nano vàng Sự thay đổi hiệu ứng plasmon bề mặt tạo [2] Hiệu ứng plasmon bề mặt tính chất quan trọng vật liệu nano vàng Chính nhờ tính chất mà nano vàng ứng dụng nhiều