Nghiên cứu, chế tạo màng mỏng kim loại được chức năng hóa nhằm ứng dụng làm cảm biến sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI ĐƯỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI ĐƯỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60040104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VIỆT TUYÊN Hà Nội 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Việt Tuyên TS Nguyễn Hoàng Nam Trong suốt trình học tập, nghiên cứu, thầy tận tình bảo giúp em định hướng để hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Mạnh Quỳnh trực tiếp hướng dẫn đưa ý kiến đóng góp quý báu giúp em hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn hỗ trợ nhiệt tình sinh viên Nguyễn Quang Lộc trình làm thực nghiệm Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, anh, chị Trường Đại học Khoa học tự nhiên nói chung Trung tâm Khoa học vật liệu nói riêng giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài Luận văn thực hoàn thành phòng thí nghiệm Trung tâm Khoa học vật liệu trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội Em xin cảm ơn Ban giám đốc trung tâm Khoa học Vật liệu tạo điều kiện sở vật chất, trang thiết bị để em hoàn thành luận văn Trong luận văn có sử dụng thiết bị kính hiển vi trường tối Trung tâm Khoa học vật liệu- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, hỗ trợ dự án Công nghệ nano ứng dụng- Đại học Quốc gia Hà Nội Sau cùng, cổ vũ, động viên tạo điều kiện thuận lợi từ gia đình, người thân động lực to lớn giúp hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Lê Ngọc Anh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………………….Error! Bookmark not defined 1.1 Hiện tượng Plasmon bề mặt …….Error! Bookmark not defined 1.2 Màng nano vàng ứng dụng…………………………………………… Error! Bookmark not defined 1.2.1 hưởng Cộng Plasmon bề mặt…………………………………………….Error! Bookmark not defined 1.2.2 Điện cực dẫn khả liên kết với nhóm – SH……………………….Error! Bookmark not defined 1.2.3 Tăng cường tín Raman…………………………………………… Error! hiệu Bookmark not defined 1.3 Các phương pháp chế tạo Error! Bookmark not defined 1.3.1.Phương pháp Lắng đọng chùm điện tử………………………………… Error! Bookmark not defined 1.3.2.Phương pháp phún Sputtering……………………………………….Error! xạBookmark not defined 1.3.3.Phương pháp hóa………………………………………………… Error! defined điện Bookmark not 1.3.4.Phương pháp lắng đọng hóa học……………………………………… Error! Bookmark not defined 1.4 Mục tiêu luận văn Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP ĐO KHẢO SÁT……………Error! Bookmark not defined 2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hóa chất thí nghiệm…………………………………………………….Error! Bookmark not defined 2.1.2.Chế màng tạo vàng………………………………………………………Error! Bookmark not defined 2.2 Các yếu tố khảo sát Error! Bookmark not defined 2.2.1 Khảo sát hình thành màng vàng đế lamen………………………Error! Bookmark not defined 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhóm hydroxyl ( – OH)…………………Error! Bookmark not defined 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu suất phản ứng APTES với bề mặt lamen…………………………………………………………………… Error! Bookmark not defined 2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch mầm………………… Error! Bookmark not defined 2.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng pH dung dịch mầm đến trình hấp thụ hạt mầm……………………………………………………………………… Error ! Bookmark not defined 2.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng gian thời ngâm mầm………………………Error! Bookmark not defined 2.3.Các phép đo khảo sát Error! Bookmark not defined 2.3.1 Khảo sát cấu trúc màng nano vàng- Phép đo nhiễu xạ tia X………… Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phép đo phổ hấp thụ…………………………………………………….Error! Bookmark not defined 2.3.3 Khảo sát hình thái mẫu màng vàng- Kính hiển vi điện tử quét SEM (Scaning Electron Microscope)……………………………………………… Error! Bookmark not defined 2.3.4 Phép đo hiển vi trường tối………………………………………………Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: KẾT VÀ QUẢ THẢO LUẬN…………………………………….Error! Bookmark not defined 3.1 Chế tạo màng nano vàng Error! Bookmark not defined 3.1.1 Khảo sát cấu trúc màng nano vàng…………………………………… Error! Bookmark not defined 3.1.2.Khảo sát hình thái màng nano vàng…………………………………Error! Bookmark not defined 3.1.3.Khảo sát mật độ hạt nano vàng lamen………………………… Error! Bookmark not defined đế 3.1.3.Phổ hấp thụ mẫu màng nano vàng………………………………… Error! Bookmark not defined 3.2 Khảo sát độ lặp lại mẫu chế tạo điều kiệnError! Bookmark not defined 3.3 Ảnh hưởng nhóm hydroxyl (-OH) Error! Bookmark not defined 3.4 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất phản ứng APTES với bề mặt lamenError! Bookma 3.5 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch HAuCl4 tạo mầmError! Bookmark not defined 3.6 Ảnh hưởng pH dung dịch mầm đến trình hấp thụ hạt mầmError! Bookmark 3.7 Ảnh hưởng thời gian ngâm vàng Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN……………………………………………………………………… Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… MỤC LỤC HÌNH VẼ Tên hình Hình 1.1.Sự tạo thành dao động Plasmon bề mặt hạt nano Trang kim loại Hình 1.2 Phổ hấp thụ plasmon bề mặt hạt nano vàng Hình 1.3 Mô hình cảm biến sinh học nghiên cứu tương tác protein – kháng thể BSA (huyết thanh) anti BSA sử dụng màng nano vàng Hình 1.4 Sự dịch đỉnh hấp thụ cộng hưởng Plasmon cấu trúc cảm biến nhận biết BSA/anti BSA độ dày lớp EMA thay đổi theo thời gian Hình 1.5 Mô hình cảm biến xác định nồng độ DNA, trước DNA bắt cặp (a) sau bắt cặp (b) Hình 1.6.Sự thay đổi tín hiệu đầu theo nồng độ DNA khác cảm biến Hình 1.7.Mô hình màng nano vàng ứng dụng tán xạ Raman nhằm xác định nồng độ protein p53 EGFR Hình 1.8 Phổ Raman 4-ATP/ p53 (a) 6-MP/ EGFR (b) Hình 1.9 Ảnh hưởng nồng độ protein phổ Raman 4ATP Hình 1.10 Ảnh SEM màng nano vàng xốp chế tạo phương 10 pháp phún xạ - sputtering trước ủ (A) sau ủ nhiệt (B) Hình 1.11 Quy trình chế tạo màng vàng phương pháp điện hóa 11 Hình 1.12 Sơ đồ tạo màng vàng 13 Hình 2.1 Quy trình chế tạo màng nano vàng 17 Hình 2.2 Sơ đồ tạo nhóm –OH bề mặt đế lamen 18 Hình 2.3 Sơ đồ chức hóa đế lamen dung dịch APTES 18 Hình 2.4 Sơ đồ tạo mầm vàng đế lamen chức hóa 19 Hình 2.5 Sơ đồ trình phát triển hạt mầm vàng tạo màng nano 20 vàng Hình 2.6 Thiết bị đo nhiễu xạ tia X Khoa Vật lý- 24 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hình 2.7 Thiết bị Shimadzu UV-24500 Trung tâm Khoa học vật 24 liệu- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQGH Hình 2.8 Kính hiển vi điện tử quét S-4800 Viện vệ sinh dịch tễ 25 Trung Ương Hình 2.9 Kính hiển vi trường tối AXIO- A1 Zeiss Trung tâm Khoa học vật liệu- Trường Đại học Khoa học tự nhiên 25 Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu màng nano vàng M0 chế tạo với nồng 26 độ HAuCl4= 1mM, pH (APTES)= 9, pH (mầm vàng)=8, thời gian ngâm= 2h Hình 3.2 Ảnh SEM màng nano vàng M0 chế tạo với nồng độ HAuCl4= 27 1mM, pH (APTES)= 9, pH (mầm vàng)=8, thời gian ngâm= 2h Hình 3.3.Biểu đồ phân bố kích thước hạt nano vàng mẫu M0 27 Hình 3.4 Ảnh hiển vi trường tối mẫu màng nano vàng M0 28 Hình 3.5 Phổ hấp thụ mẫu màng nano vàng M0 30 Hình 3.6 Phổ hấp thụ mẫu màng nano vàng ngâm với dung dịch 31 KOH 1M Hình 3.7 Phổ hấp thụ ảnh hiển vi trường tối mẫu màng Au 33 đế lamen có (m1) không (m2) thực trình ngâm dung dịch KOH 1M Hình 3.8 Hấp thụ mẫu màng vàng với giá trị pH dung dịch 35 APTES khác Hình 3.9 Phổ hấp thụ mẫu màng vàng với nồng độ dung 36 dịch HAuCl4 tạo mầm khác Hình 3.10 Phổ hấp thụ mẫu màng vàng thay đổi giá trị pH dung 37 dịch mầm Hình 3.11 Ảnh hiển vi trường tối mẫu màng vàng 37 thay đổi giá trị pH dung dịch mầm Hình 3.12 Ảnh hưởng giá trị pH dung dịch mầm vàng lên điện tích 38 bề mặt Hình 3.13 Ảnh hưởng giá trị pH lên điện tích bề mặt NH3+ Au- 38 Hình 3.14 Phổ hấp thụ mẫu màng Au chế tạo với thời 39 gian ngâm mầm khác (a) đường fit hàm (b) Hình 3.15 Vị trí đỉnh hấp thụ mẫu thay đổi theo thời gian 40 Hình 3.16.Ảnh kính hiển vi trường tối màng Au hình thành đế 41 lamen MỤC LỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 2.1 Hóa chất thí nghiệm 17 Bảng 2.2 Thông số chế tạo mẫu M0 20 Bảng 3.2 Kết hấp thụ mẫu màng vàng chế tạo điều 31 kiện Bảng 3.3 Kết hấp thụ mẫu màng vàng thay đổi nồng độ dung dịch HAuCl4 tạo mầm 35 Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Khá (2014), “Nghiên cứu chế tạo tính chất vật lý màng mỏng kim loại vàng (Au) kích thước nanomet phương pháp hóa học‟‟, luận văn thạc sỹ vật liệu linh kiện nano, Trường Đại học Công nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội Lê Thị Tuyết Ngân (2012), “Nghiên cứu, chế tạo tính chất quang hạt cầu cấu trúc lõi/vỏ: Silica/Vàng”, luận văn thạc sỹ, Viện Vật lý- Viện Hàn Lâm Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam Tiếng Anh Alena Reznickova, Zdenka Novotna, Nikola Slepickova Kasalkova,(2013),”Gold nanoparticles deposited on glass: physicochemical characterization and cytocompatibility”, Nanoscale Res Lett, 10.1186/1556-276X-8-252 Christian Pfeiffer, Christop Rehbock (2014),”Interaction of colloidal nanoparticles with their local environment: the (ionic) nano environment around nanoparticles is different from bulk and determines the physicochemical properties of the nanoparticles‟‟, The royal society publishing, doi: 10.1098/rsif.2013.0931 Christopher J Ward, Robert Tronnodorf, Alica S Eustes,et al , (2014), ‟‟SeedMediated Growth of Gold Nanorods: Limits of Length to Diameter Ratio Control‟‟, Journal of Nanomaterials, 765618 Colis, R T H, and P B Russell, (1976), „‟Lidar Measurements of particles and gases by elastic backscattering and differential absorption‟‟, Laser monitoring Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh Erkin Seker, Michael L Reed, Matthew R.Begley (2009), “ Nanoporous Gold: Fabrication, Characterzitaion and Application”, Materials, 2(4), 2188-2215; doi:10.3390/ma2042188 8.Guoping Chen, Michiaki Takezawa, Naoki Kawazoe, Tetsuya Tateishi,‟‟Preparation of Cationic Gold Nanoparticles for Gene Delivery‟‟, (2008), The Open Biotechnology Journal, , 2, pp 152-156 9.James C.Y.Kah, Nopphawan Phonthammachai, Rachel C Y Wan, Jing Song,‟‟Synthesis of gold nanoshells based on the deposition precipitation process‟‟, Gold Bulletin 2008, 41(1), pp 23-36 10 Jain, P.K, Lee, K.S, Al-Sayed,et al,‟‟ Caculated Absorption anh scattering properties of gold nanoparticiles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine‟‟, The Journal of Physical Chemistry B, 110 (14), pp 7238–7248 11 Jakub Siege, Olexiy Lyutakov, Vladimír Rybka et al,(2011),”Properties of gold nanostructures sputtered on glass”, Nanoscale Research Letters, doi:10.1186/1556-276X-6-96 12 John Watt, Bradley G.Hance, Recheal S Anderson,( 2015),‟‟Effect of Seed Age on Gold Nanorod Formation: A Microfluidic, Real-Time Investigation‟‟, Chem Mater , 27 (18), pp 6442–6449 13 Mathias Brust, Donald Bethell et al,( 1998),‟‟Self-Assembled Gold Nanoparticle Thin Films with Nonmetallic Optical and Electronic Properties‟‟, Langmuir, 14(19), pp 5425-5429 14 Mealling Tapp, Rick Sullivan, Patrick Dennis, Rajesh R Naik, Valeria T.Milam, ( 2015) ,‟‟Spectroscopic studies of nucleic acid additions during seed-mediated growth of gold nanoparticles‟‟, J Mater Res, 30(5), pp 666–676 Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh 15 Minwoo Lee, Yoo-Lee Kang, Won-Yeop Rho, San Kyeong, Sinyoung Jeong, Cheolhwan Jeong,( 2015), ‟‟Preparation of plasmonic magnetic nanoparticles and their light scatteing properties‟‟, The Royal Society of Chemistry, 5, pp 21050-21053 16 Nguyen Ngoc Long, Le Van Vu, Chu Dinh Kiem, et al,( 2009), „‟Synthesis and optical properties of colloidal gold nanoparticles‟‟, Journal of Physics, Conference Series 187, 012026 doi:10.1088/1742-6596/187/1/012026 17 Pallavi Daggumati, Zimple Matharu, and Erkin Seker , (2015),‟‟Effect of * Nanoporous Gold Thin Film Morphology on Electrochemical DNA Sensing‟‟, Anal Chem, , 87 (16), pp 8149–8156 18 Peter Owens, Nigel Phillipson Jayakumar Perumal, “Sensing of p53 and EGFR Biomarker using high efficiency SERS substrates”, (2015), Journal Biosensors, 5, pp 664-677 19 R.A.Alvarez-Puebla,et al, (2005), „‟Surface-enhanced Raman scattering on nanoshells with tunable surface plasmon resonance‟‟, Langmuir, 21 (23), pp 10504–10508 20 Rakesk Singh Moieangthem, Yia Chung chang, (2011),‟‟Ellipsometry study on gold-nanoparticle-coated gold thin film for biosensing application‟‟, Biomed Opt Express, 2(9), pp 2569-2576 21 Sheng –Qing Zhu, Tong Zhang, et al, (2012), ‟‟Gold nanoparticle thin films fabricated by electrophoretic deposition method for highly sensitive SERS application”, Springer Science, 7:613 22 Ulrich Hohenester, Joachim Krenn,( 2005),” Surface plasmon resonances of single and coupled metallic nanoparticles: A boundary integral method approach “, Physical Review B 72, pp 195429 Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh 23 Wolfgang Haiss, Nguyen T K Thanh, Jenny Aveyard,( 2007), ‟‟Determination of Size and Concentration of Gold Nanoparticles from UV-Vis Spectra‟‟, Analytical Chemistry, 79 (11), pp 4215–4221 24 Zhongshi Liang , Yun Liu , Sameul S Ng,et al,( 2011), ‟‟The effect of pH value on the formation of gold nanoshells‟‟, Journal of Nanoparticle Research, 13(8), pp 3301-3311 25 Zhichao Lou, Yanan Zhang, Xiaohong Zhang, Zhiwei,et al, (2014), ‟‟A Facile Approach to Monodisperse Au nanoparticles on Fe3O4 nanostructures with surface plasmon resonance amplification‟‟, nanotechnology, pp 2371-2378 Journal of nanoscience and [...]... mẫu màng vàng thay đổi nồng độ dung dịch HAuCl4 tạo mầm 35 Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 Nguyễn Văn Khá (2014), Nghiên cứu chế tạo và các tính chất vật lý của màng mỏng kim loại vàng (Au) kích thước nanomet bằng phương pháp hóa học ‟, luận văn thạc sỹ vật liệu và linh kiện nano, Trường Đại học Công nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội 2 Lê Thị Tuyết Ngân (2012), Nghiên cứu, chế. .. của các mẫu màng Au được chế tạo với thời 39 gian ngâm mầm khác nhau (a) và đường fit hàm (b) Hình 3.15 Vị trí đỉnh hấp thụ các mẫu thay đổi theo thời gian 40 Hình 3.16.Ảnh kính hiển vi trường tối các màng Au hình thành trên đế 41 lamen MỤC LỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 2.1 Hóa chất thí nghiệm 17 Bảng 2.2 Thông số chế tạo mẫu M0 20 Bảng 3.2 Kết quả hấp thụ của các mẫu màng vàng chế tạo cùng điều... học ‟, luận văn thạc sỹ vật liệu và linh kiện nano, Trường Đại học Công nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội 2 Lê Thị Tuyết Ngân (2012), Nghiên cứu, chế tạo và tính chất quang của hạt cầu cấu trúc lõi/vỏ: Silica/Vàng”, luận văn thạc sỹ, Viện Vật lý- Viện Hàn Lâm Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam Tiếng Anh 3 Alena Reznickova, Zdenka Novotna, Nikola Slepickova Kasalkova,(2013),”Gold nanoparticles deposited on glass: