tt luận án nghiên cứu sự tương tác giữa các phân tử thuốc chứa lưu huỳnh với các cluster vàng và khả năng ứng dụng trong dẫn truyền thuốc

Ngoài các phương pháp thực nghiệm [7], các kỹ thuật tính toán ngày càng được sử dụng rộng rãi để kiểm tra tính chất của AuNPs và sự tương tác của chúng với các phân tử thuốc và phân tử s

BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã ngành: 9440114

NGUYỄN THANH SĨ

NGHIÊN CỨU SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHÂN TỬ THUỐC

CHỨA LƯU HUỲNH VỚI CÁC CLUSTER VÀNG

VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG DẪN TRUYỀN THUỐC

Cần Thơ, 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Người hướng dẫn: PGS TS Phạm Vũ Nhật

Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường

Họp tại: Phòng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ, Tầng 2, Nhà Điều hành, Trường Đại học Cần Thơ Vào lúc …… giờ … ngày …… tháng …… năm ………

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ

Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1 Nguyen Thanh Si, Pham Vu Nhat and Minh Tho Nguyen, Small gold clusters:

Structure, energetics and biomedical applications, Comprehensive Computational

Chemistry 2024, Volume 2, Pages 523−567, doi: 821978-2.00148-3 (A book chapter)

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-2 Duong Thi Huyen, Thanh Q Bui, Nguyen Thanh Si, Pham Vu Nhat, Phan Tu Quy, and

Nguyen Thi Ai Nhung, Theoretical study of the binding mechanism between anticancerous drug mercaptopurine and gold nanoparticles using a cluster model,

Journal of Molecular Modeling 29, 307, 2023

3 Nguyen Thanh Si, Pham Vu Nhat and Minh Tho Nguyen, Binding mechanism and

SERS spectra of 5-fluorouracil on gold clusters, Frontiers in Chemistry 10, 1050423,

2022

4 Pham Vu Nhat, Nguyen Thanh Si, Nguyen Ngoc Khanh Anh, Long Van Duong and

Minh Tho Nguyen, The Au 12 gold cluster: Preference for a non-planar structure,

Symmetry 14 (8), 1665, 2022

5 Nguyen Thanh Si, Nguyen Thi Ai Nhung, Thanh Q Bui, Minh Tho Nguyen and Pham

Vu Nhat, Gold nanoclusters as prospective carriers and detectors of pramipexole, RSC

Advances 11, 16619-16632, 2021

6 Nguyễn Thanh Sĩ, Dương Thị Huyền, Phạm Thị Bích Thảo, Trần Ni Kha, Phạm Vũ

Nhật, Nghiên cứu tính toán khả năng gắn kết với cluster vàng Au n (n = 3, 4) của mercaptopurine và thioguanine Tạp chí xúc tác và hấp phụ Việt Nam, 10, 3, 2021

7 Pham Vu Nhat, Nguyen Thanh Si, Nguyen Thi Thu Tram, Long Van Duong and Minh

Tho Nguyen, Elucidating the binding mechanism of thione-containing mercaptopurine and thioguanine drugs to small gold clusters, Journal of Computational Chemistry 41

(19), 1748-1758, 2020

8 Nguyễn Thanh Sĩ, Nguyễn Khánh Ngọc và Phạm Vũ Nhật, Cấu trúc và tính chất điện

tử của cluster vàng Au n (n = 2-20), Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ 56(CĐ Tự nhiên),

10-17, 2020

9 Nguyen Thanh Si and Pham Vu Nhat, A computational study of cysteine and glutathione

binding to small gold cluster Au 8, Journal of Science and Technology Development 23 (1), 430-438, 2020

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Việc sử dụng thuốc trong điều trị ung thư thường gây ra một số tác dụng phụ như tăng nguy cơ nhiễm trùng, thiếu máu, mệt mỏi, buồn nôn, táo bón, tiêu chảy, chán ăn, rụng tóc [1] Vì vậy, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tìm ra phương pháp thích hợp nhằm giảm liều lượng thuốc và từ đó hạn chế những tác dụng phụ đó Một trong những phương pháp phổ biến nhất là sử dụng chất mang để đưa thuốc đến các cơ quan cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả điều trị Vật liệu nano dùng trong vận chuyển thuốc có chứa vàng được quan tâm đặc biệt do có những đặc tính độc đáo như độ bền cao, dễ tổng hợp và có thể chế tạo được ở nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau [2] Các hạt nano vàng (AuNPs) có khả năng liên kết với các phân tử sinh học khác nhau và có độc tính thấp [3] Sự hiện diện của chúng trong thuốc có thể cải thiện hiệu quả điều trị [4], cho phép vận chuyển thuốc hiệu quả nhờ hoạt động của các hạt nano kim loại, có thể giải phóng thuốc khi cần thiết [5] và tăng thời gian lưu thuốc trong tuần hoàn [6] Ngoài các phương pháp thực nghiệm [7], các kỹ thuật tính toán ngày càng được sử dụng rộng rãi để kiểm tra tính chất của AuNPs và sự tương tác của chúng với các phân tử thuốc và phân tử sinh học Nói chung, những nghiên cứu này có thể được tiến hành ở nhiều cấp độ lý thuyết khác nhau Nếu cần thông tin chính xác về cấu trúc, năng lượng và quang phổ thì các phép tính hóa học lượng tử sẽ là lựa chọn phù hợp nhất Nhiều nỗ lực cũng đã được tiến hành để nghiên cứu sự tương tác giữa các hạt nano kim loại quý và các base DNA do sự hiện diện của nucleobase trong các loại thuốc chống ung thư, kháng virus và kháng khuẩn khác nhau [8]

Trong những năm gần đây, vật liệu nano ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y sinh như một phương pháp đầy hứa hẹn để thiết kế hệ dẫn truyền thuốc, tác nhân chẩn đoán, hình ảnh và cảm biến sinh học [9,10] Nhiều cấu trúc nano có thể áp dụng trong

y học nhờ những đặc tính đặc biệt của chúng, khác nhiều so với những đặc tính quan sát được ở các hạt mịn hoặc vật liệu khối Nhìn chung, vật liệu nano liên quan đến ứng dụng y sinh có thể được phân loại thành nguồn gốc hữu cơ bao gồm liposome [11], dendrimer [12]

và polymer [13] hoặc các nền vô cơ như các hạt nano kim loại quý [14], NPs oxide sắt [15]

và các hợp chất vô cơ khác [16,17] Về độ ổn định hóa học, khả năng tương thích với môi trường và độ bền cơ học cao, các nhóm vô cơ có xu hướng chiếm ưu thế hơn các nhóm hữu

cơ [18] Trong số các cấu trúc nano vô cơ phổ biến, những cấu trúc nano vàng được quan tâm nhiều nhất vì chúng thể hiện những tác dụng có giá trị và những lợi ích rõ ràng [19] Đầu tiên, AuNPs có khả năng tương thích cao với nhiều phân tử sinh học khác nhau và có độc tính thấp hơn nhiều so với nhiều hệ thống khác đối với con người [20] AuNPs có tính

ổn định vượt trội và sẵn sàng được chức năng hóa bởi một số hệ thống sinh học, chẳng hạn như thuốc, gene và phối tử mục tiêu [21] Hơn nữa, AuNPs với nhiều kích thước/hình dạng khác nhau, ví dụ như dạng hình cầu, dạng que, dạng lồng… có thể được tổng hợp dễ dàng [2] Do đó, AuNPs trở thành một trong những vật liệu hiệu quả nhất cho các ứng dụng y sinh khác nhau bao gồm cảm biến sinh học, hình ảnh phân tử, dẫn truyền thuốc [22] Sự hiện diện của AuNPs trong thuốc mang lại một số tác dụng có lợi, tức là tăng cường hiệu quả điều trị của thuốc [23], cho phép vận chuyển thuốc hiệu quả [5] trong việc tăng thời gian lưu thuốc trong tuần hoàn [6] và cải thiện tính đặc hiệu mục tiêu của phương pháp điều trị [20,23]

Nguyên tố lưu huỳnh đã được sử dụng vì đặc tính chữa bệnh của nó trong điều trị nhiều bệnh khác nhau [24] Việc sử dụng MgS trong điều trị các bệnh khác nhau đã được

Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cho phép kể từ khi thành lập Hợp chất này đại diện cho sự lặp lại ban đầu của thuốc bao gồm các nguyên tử lưu huỳnh Đến nay, FDA đã tổng hợp dữ liệu thống kê về các loại thuốc có chứa nguyên tử lưu huỳnh [24,25] Thông thường, các dược phẩm chứa lưu huỳnh có thể được phân loại thành nhiều nhóm, bao gồm sulfonamide, β-lactam, thioether, thiazole, thiophene, phenothiazine, sulfoxide, S=C và S=P, thionucleotide, sulfone, sulfate, macrocycle disulfide và các loại thuốc có chứa lưu huỳnh nhóm miscellaneous arcyclic/cyclic [24] như được mô tả trong Hình 1.1

Hình 1.1 Phân loại thuốc chứa nguyên tử lưu huỳnh được FDA cấp phép

Các hợp chất chứa lưu huỳnh có nhóm chức C=S thường thể hiện nhiều hoạt tính sinh học khác nhau và đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng dược phẩm Nhóm thuốc chứa nhóm chức C=S đặc trưng như thiourea hoặc base DNA nhân tạo [24] 6-Mercaptopurine (6MP) là một chất tương tự nucleobase có liên kết đôi C=S đóng vai trò là chất thay thế cho các hợp chất carbonyl tự nhiên (Hình 1.2), thường được sử dụng để điều trị ung thư bằng cách can thiệp vào quá trình sao chép DNA [26]

6-Mercaptopurine (6MP) Pramipexole (PPX)

Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của thuốc MP và PPX

Pramipexole (PPX) thường được thương mại hóa dưới nhãn hiệu Mirapex cùng với một số thành phần khác để điều trị bệnh Parkinson và hội chứng chân không yên [27] Thật không may, khả năng hấp phụ của những loại thuốc này thường khá kém và việc sử dụng chúng để điều trị có thể gây ra một số phản ứng phụ Dư lượng 6MP quá mức có thể gây tiêu chảy, buồn nôn, nôn, chán ăn, rụng tóc và viêm miệng [28,29] Tương tự, lạm dụng PPX có thể gây buồn nôn, nhức đầu, mệt mỏi, kể cả suy tim và hạ huyết áp [30-32] Ngoài

ra, việc sử dụng thuốc này trong thời kỳ mang thai và cho con bú chưa rõ ràng về độ an toàn [33] Vì vậy, điều quan trọng là sử dụng chất mang có tính tương thích sinh học cao,

ưa nước để giảm thiểu các vấn đề như vậy [34,35] Ngoài việc nâng cao hiệu quả điều trị

và giảm tác dụng phụ, điều quan trọng là phải nhanh chóng phát hiện sự hiện diện của chúng trong môi trường sinh học bằng các phương pháp đơn giản [36]

Để giải quyết các vấn đề trên, cần làm rõ cơ chế tương tác phân tử và các tính chất hóa lý khác của cả thuốc và chất mang Bên cạnh các phương pháp thực nghiệm [37,38], các kỹ thuật tính toán đã được sử dụng thường xuyên và rộng rãi hơn để kiểm tra chuyên sâu các đặc tính của AuNPs và sự tương tác của chúng với thuốc/phân tử sinh học Về nguyên tắc, những nghiên cứu như vậy có thể được thực hiện ở các cấp độ lý thuyết khác nhau [39] Thông thường, nếu chúng ta cần thông tin chính xác về cấu trúc, năng lượng và quang phổ, các phép tính hóa học lượng tử có thể là lựa chọn phù hợp nhất Trong luận án này, các tính toán DFT được sử dụng để nghiên cứu khả năng hấp phụ/giải hấp và các tính chất điện tử của cluster Aun (n = 6, 8, 20) đối với một số loại thuốc chống ung thư chứa S như 6MP và PPX Cơ chế giải phóng thuốc cũng sẽ được xem xét Các kết quả hiện tại của luận án có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về chức năng của các cluster nano vàng với các phân tử sinh học và khả năng ứng dụng của chúng để thiết kế các hệ thống dẫn truyền thuốc và cảm biến sinh học nhắm mục tiêu

1.2 Mục tiêu của luận án

(i) Làm rõ bản chất tương tác giữa cấu trúc nano vàng và một số thuốc chứa S như

vị trí liên kết, năng lượng hấp phụ, truyền điện tích, sự thay đổi năng lượng vùng cấm và cấu trúc vùng điện tử

(ii) Làm sáng tỏ cơ chế giải phóng thuốc do kích thích bên trong (vận hành theo cơ chế kiểm soát sinh học)

1.3 Nội dung nghiên cứu

Chương 1 là tổng quan về luận án Chương 2 sẽ trình bày một số kết quả quan trọng

từ các nghiên cứu trước đây liên quan đến phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận án

Chương 3 giới thiệu một số phương pháp hóa học lượng tử được sử dụng trong luận án này

Sau đó, việc ứng dụng các phương pháp này trong nghiên cứu tương tác giữa cluster vàng

và một số thuốc chống ung thư có chứa S sẽ được trình bày kỹ ở Chương 4 Cuối cùng, tổng kết lại ở Chương 5 những kết quả chính thu được trong luận án và đề xuất một số công

trình liên quan trong tương lai

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết hàm mật độ được sử dụng để xác định cấu trúc và năng lượng của các hệ nghiên cứu bằng gói chương trình tính toán Gaussian 16 [40] Việc tối ưu hóa cấu trúc được thực hiện bằng cách sử dụng thế lõi hiệu dụng (ECP) cho các nguyên tử Au [41], trong đó cũng bao gồm các hiệu ứng tương đối rất quan trọng trong việc xử lý các hợp chất vàng DFT phụ thuộc vào thời gian được sử dụng để dự đoán sự chuyển đổi electron theo chiều dọc giữa trạng thái cơ bản và một số trạng thái kích thích Hiệu ứng của dung môi (nước) được mô phỏng bằng mô hình liên tục IEF-PCM (Integral Equation Formalism-Polarizable Continuum Model) [42]

Tần số dao động điều hòa được tính toán ở cùng mức lý thuyết cùng với quá trình tối ưu hóa để xác định hình học được tối ưu hóa là cực tiểu địa phương trên bề mặt thế năng

và để ước tính hiệu chỉnh năng lượng dao động điểm 0 (ZPE) Sau đó, việc hiệu chỉnh ZPE

và enthalpy nhiệt được sử dụng để thu được năng lượng tự do Gibbs bằng biểu thức sau:

trong đó ΔE là năng lượng electron tương đối ở 0 K, ΔZPE là năng lượng dao động điểm 0 tương đối ở 0 K, ΔTCG là sự thay đổi tương đối của năng lượng tự do Gibbs khi đi từ 0 đến 298 K Năng lượng liên kết được tính bằng chênh lệch giữa năng lượng của phức hợp thuốc/phân tử sinh học và tổng năng lượng của các cấu tử thành phần, cụ thể là:

Eb = Ecomplex− (EAun + Edrug/bio) (1.2)

trong đó EX, là năng lượng electron của cấu tử X Như vậy, giá trị âm của Eb tương ứng với

độ phức ổn định Tương tự, năng lượng phóng thích thuốc được tính như sau:

Edes = (EAun−bio+ Edrug) − (EAun−drug+ Ebio) (1.3) Giá trị tính toán của năng lượng hấp phụ/giải hấp càng lớn thì ái lực của các cluster vàng liên kết với thuốc/phân tử sinh học càng mạnh Để đánh giá tác động của các kiểu tương tác với nhau, các tính chất điện tử như khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO (Eg), mật

độ trạng thái (DOS) sẽ được kiểm tra Giá trị Eg là một yếu tố hữu ích để xác định khả năng phản ứng động học của vật liệu [43] và sự thay đổi của nó trong quá trình hấp phụ cho thấy

độ nhạy của chất hấp phụ với chất bị hấp phụ dựa trên phương trình sau:

trong đó 𝑘𝐵 là hằng số Boltzmann và 𝑨 là hằng số Sự thay đổi Eg của chất hấp phụ có thể

giúp nhận biết sự hiện diện và sự gắn kết của thuốc với chất mang

(iv) Cơ chế giải phóng thuốc do kích thích bên trong

Tính mới của công trình này đã được chứng minh qua các bài báo đăng trên các tạp chí có phản biện như RSC Advances, Journal of Molecular Modeling, Symmetry, Journal

of Computational Chemistry

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về hạt nano vàng

Michael Faraday phát hiện ra rằng “các hạt mịn” được tạo ra từ quá trình khử gold chloride bằng phosphorus có thể được ổn định bằng cách bổ sung carbon disulfide, tạo ra

“chất lỏng hồng ngọc” tuyệt đẹp Phát hiện này đã được báo cáo trong báo cáo khoa học đầu tiên mô tả việc điều chế các hạt nano vàng keo vào năm 1857 [44] Ngày nay, phần lớn các kỹ thuật tổng hợp keo để sản xuất hạt nano vàng (Hình 2.1) sử dụng phương pháp tương

tự, trong đó muối vàng hòa tan bị khử khi có các phối tử phủ trên bề mặt ngăn các hạt kết

tụ do lực đẩy vật lý hoặc tĩnh điện Tỷ lệ ion/chất khử vàng hoặc tỷ lệ ion vàng/chất ổn định

có thể được thay đổi theo kích thước của hạt; kích thước lớn hơn (và thường ít đơn phân tán hơn) thu được từ tỷ lệ lớn hơn

Hình 2.1 Hạt nano vàng có kích thước và hình dạng khác nhau với nhiều ứng dụng

tiềm năng [45]

Vàng nguyên khối có màu vàng, trong khi AuNPs có thể thể hiện màu sắc khi điều chỉnh kích thước, từ tím đến đỏ rượu vang [46] Sự thay đổi màu sắc trong AuNPs có thể liên quan đến các tính chất quang, cụ thể là cộng hưởng plasmon bề mặt SPR (surface plasmon resonance) và/hoặc cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ LSPR (localized surface plasmon resonance) [47] Hiện tượng SPR xảy ra khi sóng plasmon, thường được gọi là phân cực plasmon bề mặt, truyền qua bề mặt kim loại mỏng LSPR đề cập đến hiện tượng dao động plasmon xảy ra trong tinh thể nano kim loại [48] Cả LSPR và SPR đều có thể được sử dụng cho các ứng dụng cảm biến sinh học hiệu quả Sự chuyển đổi từ màu vàng rực rỡ ở dạng khối sang các màu rực rỡ khác nhau, thay đổi tùy theo kích thước, được gán cho LSPR Khi kích thước của các hạt giảm xuống giá trị nhỏ hơn bước sóng của bức xạ điện từ tới sẽ dẫn đến xuất hiện hiện tượng plasmon

Về cơ bản, quá trình tổng hợp AuNPs có thể được thực hiện thông qua các phương pháp vật lý, hóa học hoặc sinh học Phương pháp vật lý thường được gọi là phương pháp

từ trên xuống, trong khi phương pháp hóa học và sinh học được gọi chung là phương pháp

từ dưới lên

2.2 Các ứng dụng sinh học của AuNPs

2.2.1 Liệu pháp quang động và quang nhiệt

2.2.2 Chụp ảnh tia X

2.2.3 Dẫn truyền thuốc

2.2.4 Cảm biến sinh học

2.2.5 Hình ảnh phân tử in vivo

3.2 Sự gần đúng Born−Oppenheimer và nguyên lý ngoại trừ Pauli

Trong hóa học lượng tử, phép tính gần đúng Born-Oppenheimer là phép tính gần đúng toán học nổi tiếng nhất trong động lực học phân tử Cụ thể, giả định rằng hàm sóng của hạt nhân nguyên tử và electron trong phân tử có thể được xử lý riêng biệt, dựa trên thực

tế là hạt nhân nặng hơn nhiều so với electron Do khối lượng tương đối của hạt nhân lớn hơn so với electron, tọa độ của hạt nhân trong hệ gần đúng là cố định, trong khi tọa độ của electron là chuyển động

Nguyên lý loại trừ Pauli phát biểu rằng hai hoặc nhiều hạt giống nhau có spin bán nguyên (tức là fermion) không thể đồng thời chiếm giữ cùng một trạng thái lượng tử trong một hệ tuân theo các định luật cơ học lượng tử

3.3 Nguyên lý biến phân

Nguyên lý biến phân phát biểu rằng giá trị kỳ vọng năng lượng 𝐸trial lớn hơn hoặc bằng năng lượng trạng thái cơ bản thực 𝐸0 của hệ Sự đẳng thức chỉ xảy ra khi hàm sóng thử là hàm sóng trạng thái cơ bản thực sự của hệ

3.4 Sự gần đúng Hartree−Fock

Phương pháp Hartree-Fock (HF) là một phương pháp cơ bản và nền tảng trong lĩnh vực hóa học lượng tử Phương pháp HF đóng vai trò là cơ sở cho việc phát triển các phương pháp tiên tiến và phức tạp hơn Phương pháp này sử dụng các phép tính gần đúng như phép tính gần đúng Born-Oppenheimer, bỏ qua các hiệu ứng tương đối tính, sử dụng các bộ cơ

sở hữu hạn và chỉ tập trung vào các định thức Slater đơn lẻ, bỏ qua tương quan điện tử

3.5 Lý thuyết phiếm hàm mật độ

Lý thuyết hàm mật độ (DFT) sử dụng mật độ electron 𝜌(𝑟) làm đại lượng cơ bản để

mô tả một nguyên tử, phân tử hoặc chất rắn, trái ngược với hàm sóng Ψ thường được sử dụng trong hóa học lượng tử dựa trên hàm sóng Phương trình Kohn-Sham được sử dụng

để xác định hàm sóng của từng electron bằng cách sử dụng thế hiệu dụng Các hàm tương quan trao đổi được sử dụng để ước tính tác động của tương quan điện tử lên một hệ thống

3.6 Phương pháp tính toán

Trong luận án này, hầu hết các tính toán hóa học lượng tử cho cấu trúc, năng lượng

và các tính chất liên quan đều được thực hiện với sự hỗ trợ của gói chương trình Gaussian

16 [40] Hình học tối ưu của tất cả các cấu trúc được nghiên cứu bằng các phiếm hàm revTPSS [49] và PBE [50] kết hợp với bộ cơ sở thế lõi hiệu dụng (ECP) cc-pVDZ-PP [41] cho vàng và cc-pVTZ cho phi kim [51,52].Điều này cho phép chúng tôi giảm đáng kể số lượng electron cần xử lý và do đó giảm thời gian tính toán nhưng vẫn mô tả chính xác sự tương tác giữa các nguyên tử vàng và các phân tử sinh học [53,54]

Cấu trúc ban đầu của phức hợp giữa cluster và phân tử thuốc để tối ưu hóa hình học được tạo ra bằng cách gắn phân tử thuốc thông qua các trung tâm giàu electron, như nguyên

tử S, N, O với các cluster vàng bền [55] Sau đó, tần số dao động điều hòa được tính ở cùng mức lý thuyết với quy trình tối ưu hóa để xác nhận đặc tính của hình học được tối ưu hóa

là cực tiểu địa phương trên bề mặt thế năng và để hiệu chỉnh năng lượng điểm 0 (ZPE) Năng lượng tự do Gibbs của phản ứng được tính theo phương trình sau (Biểu thức 3.1):

∆G0(298) = ∑(𝜀0+ 𝐺𝑐𝑜𝑟𝑟)𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙− ∑(𝜀0+ 𝐺𝑐𝑜𝑟𝑟)𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 (3.1) trong đó (𝜀0+ 𝐺𝑐𝑜𝑟𝑟) là tổng năng lượng electron và nhiệt tự do Gibbs [56]

Năng lượng liên kết Eb của các phức được tính bằng theo Biểu thức 3.2 như sau:

Eb = EAun∙drug− (EAun+ Edrug) (3.2) trong đó EX là tổng năng lượng electron và năng lượng điểm 0 của cấu tử X Do đó, giá trị

âm của Eb cho thấy khả năng hấp phụ thuận lợi Giá trị tính toán của năng lượng liên kết càng âm thì ái lực của thuốc liên kết với cluster vàng càng mạnh Tham số này cũng có thể được sử dụng để đánh giá độ ổn định tương đối của các phức hợp tạo thành

Hiệu ứng của dung môi (nước) được xem xét trong nghiên cứu này, dựa trên mô hình IEF-PCM [42] Mô hình này đã được chứng minh là mô tả chính xác cả tương tác tĩnh điện và không tĩnh điện và do đó có thể cung cấp những mô tả vật lý đầy đủ về môi trường dung môi [57] Để thực hiện tính toán mật độ trạng thái (DOS), chương trình GaussSum [58] đã được sử dụng

Để hiểu sâu hơn về cơ chế liên kết, mức năng lượng của các orbital biên (HOMO và LUMO) trong thuốc, cluster vàng và các phức hợp thu được cũng được phân tích Sự thay đổi khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO (ΔE=) khi đó được tính như sau:

ΔEg =|Eg2 − Eg1|

trong đó Eg1 và Eg2lần lượt là Eg các cluster Aun và phức hợp Aun∙thuốc Năng lượng của các orbital biên là một trong những đặc điểm phù hợp nhất để xem xét cấu trúc điện tử của các cluster kim loại cũng như khả năng phản ứng hóa học của chúng Khoảng cách năng lượng HOMO–LUMO (Eg) có thể được sử dụng để kiểm tra định tính độ ổn định động học, hóa học và độ dẫn điện của các clusters kim loại [59]

Những thay đổi trong Eg cũng có thể giúp nhận ra sự hiện diện và sự gắn kết của thuốc với các cluster [60] Thật vậy, độ dẫn điện của vật liệu trước và sau khi hấp phụ phân

tử có thể được mô tả bằng công thức sau [61]:

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Tổng quan về sự phát triển cấu trúc cluster vàng

Hình 4.1 và 4.2 minh họa sự phát triển cấu trúc khi chuyển từ Au3 sang Au20 dựa trên kết quả tính toán được công bố trong các tài liệu gần đây [62,63] và của luận án Dạng bền nhất của kích thước cụ thể 𝑛 thường có thể được tạo ra bằng cách thêm một nguyên tử

Au vào đồng phân bền nhất có kích thước thấp hơn (𝑛 − 1), đặc biệt là trong phạm vi kích thước từ Au3 đến Au13 Tuy nhiên, ở một kích thước cụ thể, mô hình này bị phá vỡ và một cấu trúc hoàn toàn mới xuất hiện Ví dụ, trường hợp của Au17 là trường hợp mà caaustrucs bền tương đương không được lấy từ dạng Au16 bền nhất Mặc dù nguyên nhân như vậy vẫn chưa rõ ràng, nhưng có thể là kết quả của một đồng phân có năng lượng cao hơn của kích thước nhỏ hơn chứa cấu hình điện tử sẵn sàng cho sự ổn định mạnh khi nhận thêm các nguyên tử Điều này có xu hướng gợi ý rằng ở mỗi kích thước, sự sắp xếp lại nội phân tử giữa các đồng phân đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của các cluster

Hình 4.1 Sự phát triển cấu trúc từ Au3 đến Au11

Hình 4.2 Sự phát triển cấu trúc từ cụm Au12 đến Au20