(Luận án tiến sĩ) mô hình lý thuyết và mô phỏng tính chất plasmonic của một số cấu trúc nano ứng dụng trong quang nhiệt và cảm biến sinh học

BË GIO DƯC V€ €O T„O TR×ÍNG „I HÅC S× PH„M H€ NËI ======*****====== É CH NGHžA MỈ HœNH Lị THUYT V Mặ PHNG TNH CHT PLASMONIC CếA MậT SÈ C‡U TRĨC NANO ÙNG DƯNG TRONG QUANG NHI›T V€ CM BIN SINH HC Chuyản ngnh: Vêt lỵ lỵ thuyát v Vêt lỵ toĂn M số: 44 01 03 LUN N TIN S VT Lị Ngữới hữợng dăn 1: TS ộ Th Nga Ngữới hữợng dăn 2: PGS.TS Chu Vi»t H  H€ NËI - 2020 luan an Líi c£m ỡn Trữợc trẳnh by nởi dung chẵnh cừa bÊn luên Ăn, tổi xin by tọ lỏng biát ỡn sƠu sưc án TS ộ Th Nga, ngữới  trỹc tiáp tên tẳnh hữợng dăn tổi suốt quĂ trẳnh hồc têp, nghiản cựu v hon thnh luên Ăn ny Xin ữủc gỷi lới cÊm ỡn án PGS TS Chu Viằt H , TS Phan ùc Anh ¢ gióp ï v  câ nhiÃu ỵ kián õng gõp quĂ trẳnh nghiản cựu thüc hi»n luªn ¡n cõa tỉi Tỉi cơng xin b y tọ lỏng biát ỡn chƠn thnh tợi ton th cĂc thƯy cổ thuởc tờ Vêt lỵ lỵ thuyát, Khoa Vêt lỵ, Trữớng Ôi hồc Sữ phÔm H Nởi  truyÃn thử cho tổi nhỳng kián thực chuyản mổn vỳng vng vợi nhỳng kinh nghiằm vổ quỵ giĂ, trđ cỉng t¡c håc vư cho tỉi st thới gian ữủc hồc têp v thỹc hiằn à ti Xin ữủc gỷi lới cÊm ỡn chƠn thnh án Ban GiĂm hiằu v cĂc ban chực nông Trữớng Ôi hồc Sữ phÔm H Nởi nỡi tổi ang cổng tĂc,  tÔo mồi iÃu kiằn  tổi hon thnh viằc hồc têp v nghiản cựu suốt cĂc nôm qua Nh¥n dàp n y, tỉi xin gûi líi c£m ìn sƠu sưc nhĐt tợi nhỳng ngữới thƠn gia ẳnh v ton th bÔn b, ỗng nghiằp  luổn ừng hë ëng vi¶n v  trđ v· måi m°t º tổi vữủt qua nhỳng khõ khôn quĂ trẳnh hon thnh luên Ăn cừa mẳnh TĂc giÊ luên Ăn ộ Chẵ Nghắa i luan an Lới cam oan Tổi xin cam oan luên Ăn ny l kát quÊ nghiản cựu cừa bÊn thƠn tổi ữủc thỹc hiằn thới gian lm nghiản cựu sinh tÔi trữớng Ôi hồc Sữ PhÔm H Nởi 2, dữợi sỹ hữợng dăn cừa TS ộ Thà Nga v  PGS TS Chu Vi»t H  C¡c k¸t quÊ mợi thu ữủc khổng trũng lp vợi bĐt ký luên Ăn hay cổng trẳnh no  ữủc cổng bố Cử th, chữỡng l tờng quan và cĂc lỵ thuyát liản quan Chữỡng trẳnh by lỵ thuyát Mie to n ph¦n cho h» lãi vä trán tuy»t èi v  cĂch xỷ lỵ cho hằ lói vọ cõ bà mt nhĂm, kát quÊ nghiản cựu thu ữủc cho phờ hĐp thö cõa c¡c hoa nano (nanoflowers) Ag@Fe3 O4 v  · xuĐt ựng dửng chá tÔo mĂy dỏ tẳm khuyát têt v vũng pha tÔp dỹa trản cỡ chá cỡ-quang nhiằt sỹ nõng lản cừa hÔt hoa nano dữợi tĂc dưng cõa ¡nh s¡ng laser, ÷đc tỉi thüc hi»n cịng ngữới hữợng dăn TS ộ Th Nga v cởng sỹ TS Phan ực Anh CĂc kát quÊ nghiản cựu chữỡng và tẵnh chĐt plasmonic cừa graphene trản á khối v cừa hÔt nano bồc graphene ữủc tổi thỹc hiằn vợi cổ hữợng dăn TS ộ Th Nga v PGS TS Chu Viằt H Chữỡng trẳnh by kát quÊ nghiản cựu và quĂ trẳnh tông nhiằt cừa cĐu trúc nano gỗm cõ dÂy cĂc ắa graphene xáp theo mÔng ổ vuổng t trản lợp mng iằn mổi mọng dỹa trản tẵnh chĐt plasmonics ữủc tổi thỹc hi»n còng TS Phan ùc Anh, TS é Thà Nga, GS Vụ ẳnh LÂm v GS Katsunori Wakabayashi TĂc giÊ luên Ăn ộ Chẵ Nghắa ii luan an Mửc lửc Líi c£m ìn i Líi cam oan ii Danh mưc cĂc chỳ viát tưt vi Danh sĂch hẳnh v vii M Ưu 1 Hằ thống cĂc lỵ thuyát cỡ bÊn liản quan án vĐn à nghiản cựu 12 1.1 Mổ hẳnh lỵ thuyát cho hm iằn mổi 1.2 Lỵ thuyát Mie cho tẵnh chĐt quang cừa hÔt nano ỡn vêt liằu 16 1.2.1 Lỵ thuyát Mie cho hÔt nano cƯu ỡn vêt liằu 17 1.2.2 Lỵ thuyát Mie cho hÔt nano ỡn vêt liằu khổng cõ dÔng cƯu 1.3 Lỵ thuyát cỡ bÊn cho viằc lm nâng h» theo cì ch¸ plasmon 1.3.1 27 28 Sü nõng lản cừa dung dch têp th hÔt nano plasmonic dữợi tĂc dửng cừa trữớng iằn tứ 1.4 22 Sỹ nõng lản cừa ỡn hÔt nano dữợi tĂc dửng cõa tr÷íng i»n tø 1.3.2 12 30 Kát luên 33 luan an Lỵ thuyát Mie v mổ hẳnh quang nhiằt cho hằ nano cĐu trúc lói-vọ 34 2.1 Hằ nano cƯu hai lợp 35 2.1.1 35 2.1.2 Lỵ thuyát Mie cho phờ quang hồc Hiằu ựng quang nhiằt hằ nano lói-vọ dữợi tĂc dửng cừa laser hỗng ngoÔi 2.2 Tẵnh chĐt plasmonic v ựng suĐt quang nhiằt cừa hằ hoa nano 2.2.1 38 44 Lỵ thuyát Mie cho phờ quang hồc cừa hÔt hoa nano Ag@Fe3 O4 45 Sực công nhiằt cừa cĂc hÔt hoa nano Ag@Fe3 O4 49 Kát luên 53 2.2.2 2.3 Tẵnh chĐt plasmonic cừa cĐu trúc nano dỹa trản graphene dÊi tƯn số terahertz 54 3.1 Cỡ s lỵ thuyát 56 3.1.1 CĂch tiáp cên liản kát cht cho graphene 56 3.1.2 ở dăn quang cõa graphene 57 3.2 H§p thö quang håc cõa graphene 62 3.3 Kát quÊ tẵnh số v thÊo luên 63 3.3.1 Phê h§p thư cõa graphene tü 63 3.3.2 Phờ hĐp thử cừa graphene trản á khối 65 3.3.3 Phê h§p thử cừa hÔt nano SiO2 ữủc bồc graphene 68 Kát luên 71 3.4 QuĂ trẳnh tông nhiằt cừa hằ phực hủp graphene dỹa trản tẵnh chĐt plasmonic 72 4.1 Giỵi thi»u 4.2 Tẵnh chĐt plasmonic v phƠn bố nhiằt cĐu tróc nano phùc hđp chùa graphene 4.3 73 74 K¸t quÊ tẵnh số cho phƠn bố nhiằt cĐu trúc nano phùc hñp chùa graphene luan an 80 4.4 Kát luên 83 Kát luên 84 Danh mửc cổng tr¼nh cõa t¡c gi£ 86 T i li»u tham kh£o 87 luan an Danh mưc c¡c vi¸t t­t Vi¸t t­t Tản Ưy ừ SPR Cởng hững plasmon bà mt (Surface Plasmon Resonance) SPP Plasmon polariton b· m°t (Surface Plasmon Polariton) LSPR Cëng h÷ðng plasmon b· m°t ành xù (Localized Surface Plasmon Resonance) CST Computer Simulation Technology DFT Lỵ thuyát phiám h m mªt ë (Density Functional Theory) DDSCAT Discrete Dipole Scattering DDA Discrete Dipole Approximation FDTD Finite Difference Time Domain FEM Finite Element Method NIR Vũng cên hỗng ngoÔi (Near-Infrared) vi luan an Danh sĂch hẳnh v 1.1 PhƯn thỹc v ph¦n £o cõa h m i»n mỉi h m cõa t¦n sè [18] 1.2 ε(ω) cõa SiC nh÷ l  14 Hm iằn mổi ữủc v bơng viằc sỷ dửng cĂc h¬ng sè quang håc electron tü (cho ITO) v  c¡c h¬ng sè quang håc thüc nghi»m (cho Au v  Ag) (A) ITO; (B) Au; (C) Ag [19] 1.3 Minh hồa hÔt nano cƯu cõ bĂn kẵnh ε(ω) 1.4 R 15 câ h¬ng sè i»n mỉi °t mổi trữớng cõ hơng số iằn mổi m 19 Quang phê dªp t­t cừa hÔt keo nano vng 50 nm nữợc (ữớng mu ọ) ữủc so sĂnh phũ hủp nhĐt vợi lỵ thuy¸t Mie [21] 1.5 22 Minh håa elip thon d i (prolate spheroid) v  elip dµt (oblate spheroid) 1.6 23 Quang phê dªp t­t (mu ọ), phờ tĂn xÔ (mu xanh) v phờ hĐp thö (m u en) cõa que nano v ng (elip thon d i) vợi cĂc t lằ tữỡng quan giỳa hai trửc cừa elip l 2.1 (ữớng liÃn nt) v 3.0 (ữớng chĐm) ữủc tẵnh toĂn sỷ dửng lỵ thuyát Gans vợi hơng sè i»n mỉi cõa mỉi tr÷íng ÷đc chån l  2.25 [24] 1.7 24 Phê h§p thư quang håc cõa porphyrin H2 TPyP nữợc vợi water = 1.77, CHCl3 vợi CHCl3 = 2.07 v mởt số loÔi dung mổi khĂc nhữ l hm cừa bữợc sõng Ănh sĂng tợi, ữủc tẵnh theo lỵ thuyát Mie [28] vii luan an 25 1.8 Ph¦n £o v  ph¦n thüc cõa h m i»n mỉi l  h m cõa 1.9 ω ε(ω) cõa porphyrin [28] 26 (a) Sỡ ỗ cừa mởt hÔt nano cƯu hữợng quang hồc (b) Sỹ gia tông nhiằt ở ữủc tẵnh cho ỡn hÔt nano vng nhữ l hm cừa khoÊng cĂch tứ tƠm cừa hÔt nano vợi mổi trữớng xung quanh l nữợc [29] 31 1.10 Sỹ tông nhiằt ở ữủc tẵnh bà mt cừa ỡn hÔt nano vng nữợc nhữ l hm cừa cổng suĐt chiáu cởng hững plasmon [29] 32 2.1 Sỡ ỗ minh hồa mổ hẳnh hằ cƯu lói-vọ t mổi trữớng 35 2.2 Phờ hĐp thử UV-Vis lỵ thuyát v thỹc nghiằm thu ữủc tứ th huyÃn phũ nữợc cừa cĂc hÔt nano vọ Au vợi bĂn kẵnh v ngoi tữỡng ùng l  64 v  80 nm [17] 2.3 38 ÷íng cong sü nâng l¶n quang nhi»t cõa c¡c mỉ g  sü thi¸u v­ng (a) v  sü hi»n di»n (b) c¡c hÔt nano vọ Au dữợi Ănh sĂng NIR vợi cĂc c÷íng ë laser kh¡c [17] 2.4 42 Sỹ tông nhiằt ở nông lữủng ữủc hĐp thử cừa cĂc hÔt nano vọ Au cĂc mău mổ g nhữ l hm cừa thới gian vợi c¡c c÷íng ë laser kh¡c [17] C¡c ÷íng ùt nt tữỡng ựng vợi cĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát iÃu kiằn vợi cĂc php o tữỡng ữỡng v τ = 200 43 2.5 Sỡ ỗ minh håa hoa nano Ag@Fe3 O4 45 2.6 Tiát diằn hĐp thử cừa cĂc hÔt nano Ag, Fe3 O4 v hoa nano Ag@Fe3 O4 nữợc (εm Mie têng qu¡t 2.7 s [49, 50] = 1.77) ữủc tẵnh bi lỵ thuyát 47 Tiát diằn hĐp thử cừa cĂc hÔt hoa nano Ag@Fe3 O4 ữủc tẵnh toĂn bi lỵ thuyát Mie tờng quĂt SiO2 (m cĂc kẵch thữợc vọ khĂc = 2.25) vỵi viii luan an 48 2.8 ng suĐt xuyản tƠm ngo i theo kho£ng c¡ch tø t¥m cõa hoa nano Ag@Fe3 O4 vợi cĂc ữớng kẵnh khĂc 3.1 52 (a) C§u tróc ỉ cì sð cừa mÔng Bravais graphene (b) CĂc vectỡ ổ cỡ s cừa mÔng Êo v vũng Brillouin thự nhĐt cừa graphene [86] 3.2 Phê h§p thư vuổng gõc cừa graphene tỹ vợi (a) cĂc nông l÷đng Fermi kh¡c ∆ = 0, l÷đng vịng c§m kh¡c ð 3.3 v  (b) c¡c gi¡ trà n«ng EF = gi¡ trà n«ng lữủng vũng cĐm khĂc 66 Phê h§p thư vng gâc cõa graphene ỡn lợp trản nÃn SiO2 giĂ tr nông lữủng vũng c§m kh¡c ð ∆ = 0, v  (b) c¡c EF = 67 Phờ hĐp thử cừa hÔt nano SiO2 ữủc bồc graphene cõ bĂn kẵnh hÔt 3.6 = 0, v (b) cĂc EF = vợi (a) cĂc nông lữủng Fermi kh¡c 3.5 64 Phê h§p thư vng gâc cừa graphene ỡn lợp trản nÃn vng vợi (a) cĂc nông lữủng Fermi khĂc 3.4 56 R = 50 nm tữỡng ựng vợi cĂc mực Fermi khĂc 69 Phờ hĐp thử cừa hÔt nano SiO2 ữủc bồc graphene cõ bĂn kẵnh hÔt lƯn lữủt l R = 30 (ä), 50 (cam) v  80 nm (xanh l¡ c¥y) vợi cĂc thá hõa hồc khĂc CĂc ữớng liÃn nt v ữớng ựt nt lƯn lữủt tữỡng ựng vợi 4.1 EF = v  0.5 eV (a) Hằ graphene nhẳn tứ trản xuống v (b) nhẳn theo mt cưt ngang vợi cĂc thổng số cĐu trúc 4.2 70 75 K¸t quÊ tẵnh toĂn lỵ thuyát cừa phờ dêp tưt cho cĂc hằ phực hủp graphene gỗm mởt mÔng ổ vuổng cừa cĂc ắa graphene a lợp t trản lợp iằn mỉi mäng vỵi ~τ −1 = 0.03 eV, vỵi sè lỵp graphene ix luan an N EF = 0.45 eV v khĂc trản mởt ắa 77 s , yn (ks Rs ) yn (km Rs ) 0 Φn (ks Rs ) Φn (km Rs ) ε ε s (2.2) m Rc v Rs lƯn lữủt tữỡng ựng l  b¡n k½nh v  b¡n k½nh ngo i cõa c¡c cĐu trúc nano lói-vọ, cƯu loÔi 1, Vn v Un l  c¡c ành thùc, jn (x) l  c¡c h m Bessel yn (x) l  c¡c h m Neumann c¦u, Ψ(x) = xjn (x) v  ξn (x) = xyn (x) l  c¡c h m RiccatiBessel UnT E v VnT E thu ữủc bơng cĂch thay thá cĂc hm iằn mổi phữỡng trẳnh (2.2) th nh ë tø th©m C¡c h m i»n mỉi cõa lãi, vọ v mổi trữớng xung quanh (nữợc) cừa hÔt nano lãi vä t÷ìng ùng l  εc , εs v  εm = 1.77 Sè sâng l  √ ki = 2π εi / bữợc sõng cừa Ănh sĂng tợi chƠn khổng 36 luan an vỵi i = s, c, v  m l Trong phƯn ny, chúng tổi s trẳnh by kát quÊ quang phờ hồc thu ữủc cho hÔt nano cƯu lói SiO2 ữủc bồc bi lợp vọ vng  ÷đc cỉng bè bði Vu T T Duong et al [17] Trong c¡c t½nh to¡n, h m i»n mỉi cõa SiO2 (c ) ữủc lĐy tứ ti liằu [31], â h m i»n mỉi cõa Au(εs ) ÷đc mỉ t£ bi mổ hẳnh Lorentz-Drude vợi mởt vi dao ởng tỷ i·u háa [32] X fj ωP2 f0 ωP2 + εs = − ω − iωΓ0 j=1 ωj2 − ω + iωΓj ð ¥y, v  Γj f0 v  fj ωP l  c¡c c÷íng ë dao ëng, (2.3) l  t¦n sè plasma cõa v ng, Γ0 l  c¡c h» số tưt dƯn TĐt cÊ cĂc tham số mổ hẳnh ny ữủc lĐy tứ ti liằu [32] Tuy nhiản, ở dy thỹc tá cừa lợp vọ l 16 nm nản hiằu ựng kẵch thữợc hỳu hÔn tr nản quan trồng Hiằu ựng ny cõ th ữủc thảm vo mổ hẳnh bơng cĂch iÃu chnh tham số vF B l  vªn tèc Fermi cõa v ng, v  Γ0 ≡ Γ0 + BvF /(Rs − Rc ), l  tham sè °c trững cho quĂ trẳnh tĂn xÔ lợp vêt liằu kim loÔi GiĂ tr cừa iÃu chnh giĂ tr cừa tham sè B â B ÷đc chån tø 0.1 án [3335]  ữớng hĐp thử lỵ thuyát cõ nh cởng hững tÔi 830 nm, hẳnh dÔng cừa vai ð xung quanh 650 nm B = 1.5 ÷đc chån cho sỹ phũ hủp tốt nhĐt giỳa cĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát v thỹc nghiằm Hẳnh 2.2 cho thĐy phờ hĐp thử dÊi UV-Vis thu ữủc bi tẵnh toĂn lỵ thuyát v thỹc nghiằm cừa dung dch hÔt nano vọ vng cõ nh cởng hững hĐp thử gƯn 836 nm Câ sü phị hđp tuy»t víi giúa phê h§p thư ữủc ữa bi thỹc nghiằm v lỵ thuyát Mie cho cĐu trúc nano vợi lói silica 128 nm v ë d y vä 16 nm Sü kh¡c giúa t½nh toĂn lỵ thuyát Mie v thỹc nghiằm cõ th l sỹ kát tử hÔt cửc bở hoc kẵch thữợc cĂc hÔt khổng ỗng Ãu Ơy l vĐn à rĐt thữớng gp thỹc nghiằm Trong cĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát i km vợi giÊ thiát rơng kẵch thữợc v cĐu trúc cĂc hÔt l giống nh quang hồc tÔi max 836 nm l cởng h÷ðng plasmon b· m°t l÷ïng cüc mode tù cüc chàu tr¡ch nhi»m cho vai g¦n 640 nm èi vợi cĂc cĐu trúc lói vọ lợn hỡn, tẵnh chĐt hĐp thử cừa vêt liằu tr nản lợn hỡn Nông lữủng Ănh sĂng hĐp thử gõp phƯn vo quĂ trẳnh truyÃn 37 luan an Hẳnh 2.2: Phờ hĐp thử UV-Vis lỵ thuyát v thỹc nghiằm thu ữủc tứ th huyÃn phũ nữợc cừa cĂc hÔt nano vọ Au vợi bĂn kẵnh v ngoi tữỡng ựng l 64 v 80 nm [17] nhiằt mổi trữớng xung quanh, dăn án sỹ tông nhiằt ở cừa cĂc mău 2.1.2 Hiằu ựng quang nhiằt hằ nano lói-vọ dữợi tĂc dửng cừa laser hỗng ngoÔi Khoa hồc thá giợi nhỳng thêp k qua  dnh rĐt nhiÃu nộ lỹc cho nghiản cựu hiằu ựng quang nhiằt mởt loÔt cĂc ựng dửng nhữ phĂ hừy cõ chồn lồc tá bo ung thữ, dch chuyn thuốc án úng v trẵ lỹa chồn v nƠng cao chĐt lữủng hẳnh Ênh cởng hững tứ Liằu ph¡p quang nhi»t phư thc v o c¡c h nh vi l÷đng tỷ cừa vêt liằu nano, c biằt l hÔt nano kim loÔi, dữợi sỹ chiáu sĂng cừa laser cên hỗng ngoÔi (NIR) Tữỡng tĂc mÔnh giỳa hÔt nano v Ănh sĂng tợi tứ kẵch thẵch dao ởng têp th cừa cởng hững plasmon iằn tỷ dăn bà mt [36, 37] Do kẵch thẵch cởng hững plasmon bà mt ny, cĂc mău hÔt nano kim loÔi cõ th ữủc lm nõng cửc bở án mởt vi trôm ở o C chiáu xÔ bi Ănh sĂng cữớng ở tữỡng ối thĐp [38] CĂc nghiản cựu ch rơng cĂc tá bo ung th÷ câ thº bà ph¡ hõy ð nhi»t ë tr¶n 43 38 luan an o C [39, 40] c tẵnh phử thuởc khổng thuên nghch cừa protein theo nhi»t ë º gi£m sü t©y tr­ng quang (photobleaching) v  phĂ hừy quang cừa cĂc sinh vêt, nguỗn Ănh sĂng NIR l cỹc ký hỳu ẵch nhữ cổng cử cho li»u ph¡p quang nhi»t nh s¡ng NIR bà h§p thư ẵt v Ơm xuyản qua cĂc mổ m khổng phĂ hõy nhi·u K¸t qu£ l  c¡c vịng b»nh câ thº b tiảu diằt khu trú m khổng Ênh hững án cĂc tá bo khọe mÔnh DÊi bữợc sõng laser ữủc sû dưng li»u ph¡p quang nhi»t n¬m kho£ng tứ 650 án 900 nm [38, 41] DÊi tƯn số n y ÷đc coi l  cûa sê sinh håc st vẳ khoÊng cĂch xuyản sƠu qua mổ 10 cm [42, 43] Chá tÔo chẵnh xĂc kẵch thữợc cừa cĐu trúc nano cõ th iÃu chnh bữợc sõng plasmon cho vũng NIR  tối ữu hõa sỹ hĐp thu nông lữủng ¡nh s¡ng cõa c¡c c§u tróc nano v ng m  cán gi£i phâng nhi»t mët c¡ch hi»u qu£ Sü ph¡t triºn cừa cổng nghằ chá tÔo nano  cho php thiát ká cĂc cĐu trúc nano vợi hẳnh dÔng v kẵch thữợc mong muốn Trong số õ, vọ Au cừa hÔt nano  ữủc khai thĂc rởng rÂi nhữ tĂc nhƠn chuyºn êi quang nhi»t NIR hi»u qu£ C¡c mỉ h¼nh lỵ thuyát  ữủc ữa vo  mổ tÊ chuyn êi quang nhi»t plasmonic v  ÷a c¡ch m  c¡c yáu tố quan trồng tĂc ởng lản mău nhiằt Trong c¡c t i li»u [44, 47], c¡c t¡c gi£ ¢ ch¿ bián thiản nhiằt ở theo khoÊng cĂch ngoi cĂc hÔt nano t mởt mổi trữớng sỷ dửng cĂc iÃu kiằn khuách tĂn nhiằt mt phƠn cĂch CĂch tiáp cên ny giÊi thẵch thnh cổng sỹ phử thuởc nh tẵnh cừa nhiằt ở trÔng thĂi ờn nh Tmax vo Ănh sĂng laser kẵch thẵch v ở hĐp thử cừa cĂc cĐu trúc nano, khổng th ữợc tẵnh nh lữủng ữủc nhiằt ở cừa mău vẳ nhỳng lỵ thuyát ny ch xem xt phƠn bố nhiằt ở cừa ỡn hÔt nano Trong bối cÊnh ny, Govorov v v cĂc cởng sỹ [45]  mổ tÊ biản dÔng lm nõng bơng laser sỷ dửng phữỡng trẳnh truyÃn nhiằt v lới giÊi tữỡng ữỡng cừa phữỡng trẳnh Poisson tứ tắnh iằn hồc Mổ hẳnh cừa Govorov cõ tẵnh án hiằu ựng truyÃn nhiằt têp th cừa cĂc hÔt nano ối vợi sỹ tông nhiằt ở chự khổng ỡn thuƯn l mổ hẳnh nhiằt ỡn hÔt trữợc õ Tuy nhiản, lỵ thuyát cừa Govorov  bọ qua vai trỏ 39 luan an truyÃn nhiằt hằ thống mao mÔch cĂc mổ sinh hồc tÔo Mởt mổ hẳnh khĂc [45, 48] dỹa trản phữỡng trẳnh cƠn bơng nông lữủng cĂc hằ m v ỗng nhĐt, cung cĐp cĂc hm khợp giÊi tẵch T (t) = T0 + (Tmax − T0 )e−Bt cho nhi»t ë phư thc thíi gian tữỡng ựng m v tưt kẵch thẵch laser, â A v  B A (1−e−Bt ) v  T (t) = T0 + B T0 l  nhi»t ë mỉi tr÷íng xung quanh, l  c¡c tham sè chùa üng c¡c t½nh chĐt vêt lỵ cừa hằ PhƠn tẵch lỵ thuyát kát hủp vợi dỳ liằu thỹc nghiằm  ữủc sỷ dửng  xĂc nh hiằu suĐt quang nhiằt nõ khõ dỹ oĂn mởt cĂch Ăng tin cêy cĂc hằ thẵ nghiằm chữa biát Trong cổng trẳnh nghiản cựu [17], cĂc tĂc giÊ thảm vo cĂc tĂc ởng cừa mổi trữớng truyÃn dch (medium perfusion) lản quĂ trẳnh truyÃn nhiằt mổ sinh hồc phữỡng trẳnh khuách tĂn nhiằt chuân cõa mỉ h¼nh cõa Govorov º ph¡t triºn mët mỉ h¼nh ìn gi£n kh£o s¡t hi»u ùng quang nhi»t cõa cĂc hÔt nano lói-vọ silica-vng ữủc tiảm vo cĂc mổ g , ð â £nh h÷ðng cõa mỉi tr÷íng truy·n dàch khổng th bọ qua CĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát phũ hủp rĐt tốt vợi cĂc o Ôc thỹc nghiằm cừa bián thiản nhiằt ở tÔi cĂc cữớng ở laser khĂc Phữỡng phĂp ny cõ th cung cĐp dỹ oĂn ành l÷đng tèt cho nhi»t ë phư thc thíi gian cừa cĂc thẵ nghiằm chữa ữủc khĂm phĂ Trong thỹc nghiằm ữủc tián hnh bi nhõm cừa PGS TS TrƯn Hỗng Nhung [17], sau tiảm àl dung dch hÔt nano vọ vng (nỗng ở 1011 hÔt/ml) vo mău mổ g, cĂc mău ữủc chiáu sĂng bơng laser bữợc sâng 808 nm vòng cûa sê trà li»u Do õ, Ănh sĂng laser cõ th i qua, chÔm vo cĂc hÔt nano v kẵch thẵch cởng hững bà mt nh xự CĂc cĐu trúc nano ữủc lm nõng lản v ữủc chuyn thnh nông lữủng nhiằt GiÊ sỷ rơng hi»u su§t chuyºn êi ¡nh s¡ng th nh nhi»t l  100% v cĂc hÔt b phƠn tĂn ngău nhiản mởt vũng hẳnh cƯu bĂn kẵnh lữủng ữủc hĐp thử trản cĂc hÔt nano l trản mởt ỡn v th tẵch mổ g v hÔt N R, mêt ở nguỗn nhi»t n«ng A = N Qabs I0 , õ N I0 l số hÔt l cữớng ở chiáu sĂng Mêt ở l số hÔt nano ữủc tiảm chia cho th tẵch cừa mổ g é Ơy, tĂc giÊ cụng giÊ nh rơng nỗng ở hÔt l ỗng nhĐt Bián thiản nhiằt ở cừa cĂc 40 luan an mău thẵ nghiằm T (r, t) gƠy bi hiằu ựng quang nhiằt cừa vêt liằu vng ữủc mổ tÊ lỵ thuyát bi phữỡng trẳnh truyÃn nhiằt sinh hồc Pennes hằ tồa ở cƯu (1.38) Sau tiảm hÔt nano vọ vng, cĂc hÔt nano ữủc giÊ nh l phƠn bố Ãu mổ BĂn kẵnh giÊ nh R ữủc xt nhữ l bĂn kẵnh hiằu dửng cĂi m tữỡng ữỡng giỳa th tẵch cừa vũng hẳnh cƯu v th t½ch cõa mỉ g  Nhi»t ë phư thc v o thíi gian cừa cĂc mău mổ g cõ v khổng cõ cĂc cĐu trúc nano lói vọ ữủc th hiằn hẳnh 2.3 Trong o Ôc, cĂc thẵ nghiằm ữủc tián h nh ð 22 o C C£ khèi mỉ g  ÷đc nõng lản v Ôt án trÔng thĂi ờn nh sau kho£ng k½ch th½ch, t­t ¡nh s¡ng laser dăn án giÊm nhiằt ở rĐt nhanh tứ nhiằt ở cỹc Ôi án nhiằt ở Trong trữớng hủp khổng cõ vêt liằu vng, phỡi nhiạm laser lm tông nhiằt ở cĂc mổ g Kát quÊ cụng  ữủc bĂo cĂo nhiÃu nghiản cựu trữợc Nhiằt gƠy bi nguỗn laser khổng ch lm tông nhiằt ở mổi trữớng gƯn thẵ nghiằm thiát lêp, m cỏn cÊ cĂc mău thẵ nghiằm Nhiạu loÔn l khổng th giÊi quyát ữủc iÃu thú v l, bián thiản nhiằt ở cừa mổ g dữợi chiáu xÔ laser vợi I0 = Wcm biu hiằn nh tẵnh v nh lữủng theo mởt cĂch nhữ mởt bi bĂo trữợc õ thỹc hiằn quĂ trẳnh tữỡng tỹ vợi nữợc cĐt Hỡn nỳa, nữợc chiám 90% cĂc mổ g Nhỳng phĂt hiằn ny cho thĐy rơng cĂc Ôi lữủng vêt lỵ cừa cĂc mău mổ g l rĐt giống vợi nữợc / K, κ = 1.4310−7 −1 m s k = 0.6 W / m Sü hi»n di»n cõa c¡c hÔt nano vọ Au tÔo nhiÃu nhiằt hỡn cĂc mău thẵ nghiằm Ênh hững ró rằt cừa sü l m nâng plasmonic H¼nh 2.4 tr¼nh b y hi»u ùng quang nhiằt cừa cĂc hÔt nano vọ vng và sỹ tông nhiằt ở nhữ mởt hm cừa thới gian tÔi I0 = 2, v  Wcm −2 Gi£ sỷ rơng quĂ trẳnh tông nhiằt ở gƠy bi sỹ hĐp thử cởng hững plasmon bà mt cừa cĐu trúc nano silica-vng l hon ton ởc lêp vợi sỹ nõng lản cừa cĂc mổ g khổng cõ cĂc hÔt nano vọ vng Do õ, T cõ th ữủc ữợc tẵnh bơng cĂch trứ dỳ liằu thỹc nghiằm hẳnh 2.3 Kát quÊ tẵnh số phũ hủp tốt vợi cĂc php o thỹc nghiằm 41 luan an Hẳnh 2.3: ữớng cong sü nâng l¶n quang nhi»t cõa c¡c mỉ g  sü thi¸u v­ng (a) v  sü hi»n di»n (b) cĂc hÔt nano vọ Au dữợi Ănh sĂng NIR vợi cĂc cữớng ở laser khĂc [17] 42 luan an Hẳnh 2.4: Sỹ tông nhiằt ở nông lữủng ữủc hĐp thử cừa cĂc hÔt nano vọ Au cĂc mău mổ g nhữ l hm cừa thới gian vợi cĂc cữớng ở laser khĂc [17] CĂc ữớng ựt nt tữỡng ựng vợi cĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát iÃu kiằn vợi cĂc php o tữỡng ữỡng v  τ = 200 s [49, 50] Theo t i li»u [45], sỹ tông nhiằt ở trÔng thĂi ờn nh cõ th ữủc ữợc tẵnh bơng cĂch sỷ dửng  T = 2∆Tmax Rs N Abeam ln ∆Tmax = â ∆Tmax quang tr¼nh,  lopt , Rbeam Qabs I0 , 4kRs (2.4) l nhiằt ở cỹc Ôi bà mt cừa hÔt nano, Abeam 0.785 mm v Rbeam 0.5 Qabs 47400 nm ối vợi cĂc thẵ nghi»m mỉ g , ë h§p thư l  h» sè dªp t­t mol l  7.53 1010 M −1 cm −1 l ở di mm tữỡng ựng l diằn tẵch vát s¡ng v  b¡n k½nh chịm c¡c tham sè kh¡c l  Rs ≈ 72.5 lopt nm v  ≈ 0.015, , v  ë d i quang tr¼nh l  lopt ≈ 0.4 cm Thay tĐt cÊ cĂc tham số vo phữỡng trẳnh (2.4), nhi»t ë thay êi l  ∆T ≈ 1.4, 2.8 v  4.2 o C tữỡng ựng vợi I0 = 2, v  Wcm −2 Rã r ng l , mỉ h¼nh n y mỉ t£ c¡c dú li»u thüc nghi»m tèt hìn cĂc nghiản cựu trữợc Cõ ba im khĂc cỡ bÊn giỳa phữỡng phĂp tiáp cên ny v mổ hẳnh cừa Govorov ti liằu [45] Ưu tiản, mổ hẳnh Govorov coi nguỗn 43 luan an ... cĂc cĐu trúc a lợp (core-shell hay cỏn gồi l cĐu trúc lói-vọ) v nhiÃu hẳnh dÔng phực tÔp khĂc (nanostar/sao nano, nanoflower/ hoa nano, v.v.) cừa hÔt nano CĂc php o thỹc nghiằm ữủc tián hnh... quang nhi»t cõa h» c¡c ùng dưng kh¡c èi t÷đng v phÔm vi nghiản cựu Nghiản cựu lỵ thuyát tẵnh chĐt plasmonic cừa cĂc cĐu trúc nano bao gỗm cĂc hÔt nano cĐu trúc lói-vọ nhữ hoa nano, cĂc cĐu trúc. .. cựu tẵnh ch§t plasmonic cõa c¡c c§u tróc nano tø ìn gi£n án phực tÔp, ữủc nghiản cựu bi cĂc nhõm thỹc nghiằm v mổ phọng Nghiản cựu sỹ bián thiản nhiằt ở cừa cĂc cĐu trúc nano plasmonic ny