VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH – TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP, THỦY SẢN VÀ Y SINH HỌC

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề: VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH – TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP, THỦY SẢN VÀ Y SINH HỌC Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ TP HCM Với cộng tác của: PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn Phó Viện trưởng Viện Khoa học Vật liệu TP.Hồ Chí Minh, 12/2014 -1- MỤC LỤC I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ẬT LIỆU NANO TỪ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM Vật liệu từ Chế tạo hạt nano từ tính 2.1 Phương pháp nghiền 2.2 Phương pháp hóa học Lịch sử phát triển triển vọng tương lai vật liệu nano từ Tình hình nghiên cứu, sản xuất ứng dụng vật liệu nano từ Một số ứng dụng hạt nano oxít sắt từ y sinh học 10 II PHÂN TÍCH XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO TỪ TRONG NÔNG NGHIỆP, THỦY SẢN VÀ Y SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ 17 Tình hình đăng ký sáng chế vật liệu nano từ theo thời gian 17 Tình hình đăng ký sáng chế vật liệu nano từ theo quốc gia 18 Tình hình đăng ký sáng chế vật liệu nano từ theo bảng phân loại sáng chế quốc tế (IPC) 22 Tình hình đăng ký sáng chế vật liệu nano từ quốc gia Mỹ, Trung Quốc Hàn Quốc 23 III GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ẬT LIỆU NANO TỪ TẠI VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU ỨNG DỤNG/VIỆN VẬT LÝ TP HỒ CHÍ MINH 24 Tình hình nghiên cứu khoa học vật liệu nano, nano từ Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng – Viện Vật lý TP.HCM 24 Một số kết nghiên cứu phòng thí nghiệm Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng – Viện Vật lý TP.HCM 26 2.1 Tổng hợp CdSe 26 2.2 Tổng hợp CdSe/ZnS 27 2.3 Tổng hợp chấm lượng tử cấu trúc lõi vỏ CdSe/Cds 28 2.4 Chế tạo hạt nano Fe3O4 CdSe/ZnS bọc lớp polymer 30 2.5 Nghiên cứu tổng hợp nano-chitosan 34 2.6 Tổng hợp hạt nano oxit sắt phủ SiO2 Au với cấu trúc lõi vỏ 37 Kết luận 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 -2- VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH – TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP, THỦY SẢN VÀ Y SINH HỌC ************************** I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIỆU NANO TỪ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM ẬT Công nghệ nano thay đổi sống nhờ vào nhiều đặc tính riêng đặc biệt khả kiểm soát kích thước hạt nano người từ vài nano mét đến vài chục nano mét Với kích thước này, tinh thể bán dẫn hay gọi chấm lượng tử (quantum dot) nghiên cứu rộng rãi nhà khoa học tính chất đặc biệt vật liệu nano bán dẫn khác với vật liệu khối Cùng chất chấm lượng tử có kích thước khác phát xạ màu khác ánh sáng hồng ngoại tử ngoại Lợi dụng tính chất này, loạt ứng dụng nhiều ngành khác đề xuất: Laser, điốt phát quang (đèn Led ), tách sóng quang hồng ngoại, đánh dấu huỳnh quang: hàng hóa, chứng từ, tiền giấy Ngoài ra, ứng dụng nhiều y – sinh học: đánh dấu tế bào, mô, dò ung thư Nổi bật tranh muôn màu “vẽ” lại “ngòi bút” học lượng tử ấy, vật liệu nano từ tính vật liệu nano bán dẫn Với đại diện tiêu biểu vật liệu nano oxít sắt siêu thuận từ Fe3O4 (Superparamagnetic iron oxide nanoparticle) với tồn “biên giới mỏng manh” đô-men đà cực tiểu hóa mômen từ quay theo chiều biến thiên từ trường với “nhạy cảm” tinh tế…Cùng loại chấm lượng tử bán dẫn (Quantum Dots) với “rào cản” mang tên giếng dựng nên “nhà giam lượng tử” cầm tù electron với tính chất quang-điện ưu việt nghiên cứu ứng dụng ngày rộng rãi khoa học kỹ thuật, công nghệ vi điện tử, ysinh học mặt khác đời sống Các chấm lượng tử chế tạo nhiều phương pháp Trong đó, phương pháp hóa ướt Colloid (phương pháp tổng hợp từ hóa chất cần thiết) phương pháp phổ biến lợi ích kinh tế, đơn giản cách làm phù hợp với điều kiện Việt Nam Có nhiều hợp chất bán dẫn ( CdS, ZnS, CdSe, CdTe, ZnO, GaP ) chấm lượng tử CdSe, CdS trọng nhiều Trong nghiên cứu gần đây, lớp CdS phát triển xung quanh CdSe để tạo thành cấu trúc lõi/vỏ để tăng cường phát sáng đồng thời hạn chế cặp e-lỗ trống xung quanh CdSe khuyết tật bề mặt chấm CdSe Ngoài ra, chấm lượng tử kết hợp với hạt nano từ làm tăng công dụng chúng lên nhiều -3- Chúng ta quan tâm đến vấn đề tạo hạt vi cầu đa chức chứa hạt nano từ chấm lượng tử CdSe/CdS nhằm rút ngắn thời gian nâng cao độ xác ứng dụng đặc biệt, y sinh dùng vào mục đích chuẩn đoán kịp thời điều trị thích hợp Như vấn đề khách quan mang tính tất yếu, y-sinh học hàm chứa sứ mạng to lớn quan trọng với việc nghiên cứu loại bệnh, cấu trúc tế bào, protein, mã gen…đã đặt cho ngành y-sinh học toán phức tạp chứa nhiều tham số ẩn số với “giới hạn” vô nhỏ Để giải toán mang tính thách thức ấy, khoa học vật liệu nói chung công nghệ nano nói riêng sử dụng chìa khóa vạn giúp lộ dần cánh cửa tạo hóa để “chạm” vào cấu trúc cấu thành nên sống, mở kỷ nguyên việc nghiên cứu điều trị loại bệnh nan y Có thể thấy, vật liệu nano từ có nhu cầu phát triển to lớn yêu cầu thực tế tiết kiệm lượng, nguyên vật liệu nhu cầu bảo vệ môi trường Nó có ứng dụng y sinh học, kỹ thuật đời sống Vật liệu từ: Bất vật liệu có hưởng ứng với từ trường (H), thể độ từ hóa (từ độ - M) Tỷ số χ = M/H gọi độ cảm từ Tùy thuộc vào giá trị, độ cảm từ phân làm loại vật liệu từ khác Vật liệu có χ < (~ -10-6) gọi vật liệu nghịch từ Vật liệu có χ > (~10-6) gọi vật liệu thuận từ Vật liệu có χ > với giá trị lớn vật liệu sắt từ, ferri từ Ở đây, vật liệu từ tính ngụ ý vật liệu sắt từ, ferri từ siêu thuận từ Ngoài độ cảm từ, số thông số khác quan trọng việc xác định tính chất vật liệu, ví dụ như: từ độ bão hòa (từ độ đạt cực đại từ trường lớn), từ dư (từ độ dư sau ngừng tác động từ trường ngoài), lực kháng từ (từ trường cần thiết để hệ, sau đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ) Nếu kích thước hạt giảm đến giá trị (thông thường từ vài vài chục nanô mét), phụ thuộc vào vật liệu cụ thể, tính sắt từ ferri từ biến mất, chuyển động nhiệt thắng làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư lực kháng từ không Điều có nghĩa là, ngừng tác động từ trường ngoài, vật liệu không từ tính nữa, đặc điểm quan trọng dùng vật liệu cho ứng dụng y sinh học Hạt nanô từ tính dùng y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đồng hạt cao, từ độ bão hòa lớn vật liệu có tính tương hợp sinh học (không có độc tính) Tính đồng kích -4- thước tính chất liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo từ độ bão hòa tính tương hợp sinh học liên quan đến chất vật liệu Trong tự nhiên, sắt (Fe) vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhiệt độ phòng, sắt không độc thể người tính ổn định làm việc môi trường không khí nên vật liệu ô-xít sắt nghiên cứu nhiều để làm hạt nano từ tính Chế tạo hạt nano từ tính: Hạt nano từ tính chế tạo theo hai nguyên tắc: vật liệu khối nghiền nhỏ đến kích thước nano (top-down) hình thành hạt nano từ nguyên tử (bottomup) Phương pháp thứ gồm phương pháp nghiền biến dạng nghiền hành tinh, nghiền rung Phương pháp thứ hai phân thành hai loại phương pháp vật lý (phún xạ, bốc bay, ) phương pháp hóa học (phương pháp kết tủa từ dung dịch kết tủa từ khí hơi, ) Phần trình bày sơ lược phương pháp phổ biến 2.1 Phƣơng pháp nghiền: Phương pháp nghiền phát triển từ sớm để chế tạo chất lỏng từ dùng cho ứng dụng vật lý truyền động từ môi trường không khí vào buồng chân không, làm chất dẫn nhiệt loa công suất cao, Trong nghiên cứu chất lỏng từ, vật liệu từ tính ô-xít sắt Fe3O4 nghiền với chất hoạt hóa bề mặt (a-xít Oleic) dung môi (dầu, hexane) Chất hoạt hóa bề mặt giúp cho trình nghiền dễ dàng đồng thời tránh hạt kết tụ với Sau nghiền, sản phẩm phải trải qua trình phân tách hạt phức tạp để có hạt tương đối đồng Phương pháp nghiền có ưu điểm đơn giản chế tạo vật liệu với khối lượng lớn Việc thay đổi chất hoạt hóa bề mặt dung môi không ảnh hưởng nhiều đến trình chế tạo Nhược điểm phương pháp tính đồng hạt nano không cao khó khống chế trình hình thành hạt nano Chất lỏng từ chế tạo phương pháp thường dùng cho ứng dụng vật lý 2.2 Phƣơng pháp hóa học: Phương pháp hóa học để chế tạo hạt nano từ phát triển từ lâu Phương pháp hóa học tạo hạt nano với độ đồng cao, thích hợp cho phần lớn ứng dụng sinh học Nguyên tắc tạo hạt nano phương pháp hóa học kết tủa từ dung dịch đồng điều kiện định phát triển hạt từ thể hóa chất ban đầu bị phân rã Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, nồng độ chất đạt đến trạng thái bão hòa tới hạn, dung dịch xuất đột ngột mầm kết -5- tụ Các mầm kết tụ phát triển thông qua trình khuyếch tán vật chất từ dung dịch lên bề mặt mầm mầm trở thành hạt nano Để thu hạt có độ đồng cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm phát triển mầm Trong trình phát triển mầm, cần hạn chế hình thành mầm Các phương pháp sau phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt Phương pháp đồng kết tủa phương pháp thường dùng để tạo hạt ô-xít sắt Hydroxide sắt bị ô-xi hóa phần chất ô-xi hóa khác tạo hạt từ Fe+2 Fe+3 dung môi nước Kích thước hạt (4-15 nm) điện tích bề mặt điều khiển độ pH ion dung dịch Nhũ tương (microemulsion) phương pháp dùng phổ biến để tạo hạt nano Các hạt dung dịch nước bị bẫy phân tử chất hoạt hóa bề mặt dầu (các mixen) Do giới hạn không gian phân tử chất hoạt hóa bề mặt, hình thành, phát triển hạt nano bị hạn chế tạo nên hạt nano đồng Kích thước hạt từ 4-12 nm với độ sai khác khoảng 0.2-0.3 nm Cũng phương pháp này, người ta chế tạo hạt ô-xít sắt bao phủ lớp vàng để tránh ô-xi hóa tăng tính tương hợp sinh học Polyol phương pháp thường dùng để tạo hạt nano kim loại Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe, Các hạt nano kim loại hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol Polyol có tác dụng dung môi số trường hợp chất khử ion kim loại Dung dịch điều khiển nhiệt độ để làm tăng giảm động học trình kết tủa thu hạt có hình dạng kích thước xác định Một phương pháp khác phân ly nhiệt.Sự phân ly hợp chất chứa sắt với có mặt chất hoạt hóa bề mặt nhiệt độ cao cải thiện đáng kể chất lượng hạt nano Trong phương pháp tạo hạt từ thể hơi, nhiệt phân bụi chất lỏng laser kĩ thuật tốt để tạo trực tiếp liên tục hạt nanô từ tính Sự khác biệt nhiệt phân bụi chất lỏng laser trạng thái cuối vật liệu Ở phương pháp nhiệt phân bụi hơi, hạt nano thường kết tụ thành đám phương pháp nhiệt phân laser không Nguyên tắc phương pháp nhiệt phân bụi chất rắn hình thành chất lỏng dung dịch phun vào chuỗi bình phản ứng Ở đó, trình chất lỏng bốc bay, chất rắn ngưng tụ, trình làm khô nhiệt phân xảy hạt chất lỏng Kết thu chất rắn xốp Phương pháp nhiệt phân laser sử dụng laser CO2 để khởi động trì phản ứng hóa học Khi áp suất lượng laser vượt ngưỡng định, trình hình thành hạt nano xảy Kết hạt nano có kích thước nhỏ, độ đồng cao không bị kết tụ -6- Lịch sử phát triển triển vọng tƣơng lai vật liệu nano từ: Điểm qua số cột mốc thời gian quan trọng: 1960s: Pappell (lần đầu tạo chất lỏng từ) 1962: Lowenstam (bằng phương pháp sinh hóa – phát vật liệu có tính chất từ (magnetite) làm vật liệu bọc rìa sam (động vật biển thân mềm có vỏ thuộc lớp Polyplacophora) 1966: Điều chỉnh huyết khối từ trường bệnh nhân phình động mạch chủ 1970s: nhiều công trình nghiên cứu công nghệ từ - sinh học (biomagnetic) 1975: Blakemore (công bố công trình nghiên cứu vi khuẩn có chứa từ tính) 1980: Massart (tổng hợp hóa học chất sắt từ không sử dụng detergent) 1980s: chế tạo thương mại hạt từ Thuật ngữ hạt nano (nanoparticle) mô tả hệ hạt kích thước nhỏ 500 nm, thường 100 nm Các hạt nano biểu tính chất từ bao gồm:  Gia tăng chất lượng cộng hưởng từ (MRI)  Nâng nhiệt cục điều trị tế bào ác tính  Phân phối thuốc theo mục tiêu  Thực thao tác màng tế bào Hiệu ứng bề mặt đóng vai trò quan trọng trình hóa-lý, đặc biệt vật liệu xúc tác, liên kết hở nguyên tử bề mặt không thực bền, dễ tham gia phản ứng với chất khác bên có điều kiện Sự tiếp xúc bề mặt hạt môi trường xung quanh tạo điều kiện cho hiệu ứng xúc tác hiệu Một xu hướng khác nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano có liên quan tới trạng thái bề mặt cho thấy cần thụ động hóa trạng thái nhằm làm giảm thiểu tác động xấu đến hiệu sử dụng, ứng dụng làm vật liệu phát quang vật liệu quang điện tử, quang tử nói chung Sự không hoàn hảo, liên kết hở nguyên tử bề mặt hạt vật liệu nano tác động bẫy điện tử lỗ trống, kích thích -7- (quang, nhiệt, điện) biến đổi tính chất vật lý (quang, điện) hạt vật liệu nano Trong nhiều trường hợp, trạng thái bề mặt trở thành kênh tiêu tán lượng không phát quang, làm giảm hiệu suất huỳnh quang vật liệu cấu trúc nano Do đó, cần phải thụ động hóa trạng thái bề mặt làm hạn chế kênh tiêu tán lượng mát hạt tải điện sinh kích thích, tập trung cho chuyển dời/tái hợp phát quang Sự bao bọc nguyên tử bề mặt hạt vật liệu nano chất hoạt động bề mặt lớp vỏ vật liệu khác có tác dụng trung hòa liên kết hở, nút khuyết nguyên tử bề mặt hạt vật liệu nano, có tác động tích cực đến tính chất vật lý hóa học vật liệu Lựa chọn vật liệu phù hợp nghiên cứu công nghệ cho phép bọc vỏ tinh thể nano trở thành hướng quan trọng khoa học công nghệ vật liệu nano, bên cạnh việc nghiên cứu chế tạo tính chất quang-điện-điện tử vật liệu cấu trúc nano Lớp vật liệu vỏ thường có cấu trúc tinh thể tương tự có lượng vùng cấm lớn (để giam giữ hạt tải điện tinh thể nano lõi), bền với môi trường độc hại với tác nhân sinh học môi trường để có tác dụng trung hòa/thụ động hóa trạng thái bề mặt/liên kết hở tinh thể nano có vai trò lớp vỏ bọc bảo vệ, làm giảm ảnh hưởng môi trường bên tới vật liệu lõi trình liên quan tới hạt tải điện tinh thể nano Vật liệu nano cấu trúc lõi/vỏ chấm lượng tử/tinh thể nano bán dẫn lĩnh vực thu hút quan tâm nhà nghiên cứu khoa học vật liệu nói chung công nghệ nano nói riêng, nhằm điều khiển/khống chế trạng thái bề mặt vật liệu, phục vụ tốt cho ứng dụng Đối với vật liệu phát quang nano, để loại bỏ hiệu tâm tái hợp không xạ trạng thái bề mặt để bảo toàn tính chất phát xạ nội ổn định lâu dài chất lượng vật liệu quan tâm, người ta tiến hành bọc hai lớp vỏ bán dẫn có số mạng tinh thể tương tự có độ rộng vùng cấm lớn (Ví dụ: Bọc lớp nguyên tử tạo cấu trúc vỏ CdS,ZnS ZnSe lõi CdSe CdTe, InP,CuInS2) -8- Tình hình nghiên cứu, sản xuất ứng dụng vật liệu nano từ: Hiện nay, vật liệu nano từ hướng tới ứng dụng nông nghiệp, thực phẩm, y-sinh học phát chẩn đoán bệnh sớm phục vụ phòng chữa bệnh Phục vụ nghiên cứu đối tượng:  Tác nhân gây bệnh, phát chất gây ô nhiễm  Theo dõi trồng sản phẩm sau thu hoạch  Công nghệ nano cho sinh học phân tử tế bào  Khoa học vật liệu Công nghệ kích thước nano  Các vấn đề môi trường chất thải nông nghiệp  Đào tạo lực lượng lao động với kỹ đại Trong xét nghiệm chẩn đoán loại bệnh ung thư, loại ung thư có đặc điểm nhận dạng sinh học riêng mà thuật ngữ y học gọi mắc-kơ ung thư (marker) Các mắc-kơ có đặc điểm xuất máu với nồng độ cao khối u ung thư xuất nên có giá trị việc chẩn đoán ung thư Một số mắc-kơ điển PSA chẩn đoán ung thư tuyến tiền liệt, AFP giúp chẩn đoán ung thư gan, CA giúp chẩn đoán ung thư vú, CEA giúp chẩn đoán ung thư buồng trứng Do đó, nghi ngờ bị ung thư quan với biểu lâm sàng chung đặc thù, bệnh nhân việc xét nghiệm tìm mắc-kơ ấy, có nồng độ thấp coi bệnh nhân an toàn khả kiểm soát điều trị sớm bệnh Hoàn hảo mô hình lý thuyết lẫn hướng giải vấn đề, thực tế gặp nhiều trở ngại thể có hàng chục quan tới hàng chục mắc-kơ Vì tiến hành lúc xét nghiệm sinh thiết giá thành đắt số lượng máu/tế bào lấy nhiều Do vậy, nghi ngờ quan có dấu hiệu bệnh lý liên quan đến ung thư, bác sĩ định cho bệnh nhân xét nghiệm đặc hiệu quan Trong lĩnh vực y sinh học, việc sử dụng hạt nan từ nhiệt độ phòng có ý nghĩa quan trọng Nhiều ứng dụng y sinh học chẩn đoán điều trị y khoa, đòi hỏi hạt nano từ phải phân tán ổn định môi trường có độ pH trung tính tương hợp sinh học Hạt nano từ dùng ứng dụng bên bên thể như: xác định chiết tách tế bào, emzym, ADN phương pháp từ cho nghiên cứu bên thể; đánh dấu, truyền phân phối thuốc đến tận mô tế bào, tăng thân nhiệt cục mô tế bào xác định để tiêu diệt tế bào ung thư, tăng tính tương phản cho ảnh cộng hưởng từ,… bên thể -9- Các ứng dụng xem cách mạng y sinh học chẩn đoán xác điều trị hoàn toàn số bệnh ung thư mà trước chữa khỏi, khối u quan thể người như: gan, phổi, ruột, cổ tử cung não… xác định xác phá hủy mà không gây ảnh hưởng đến mô lành xung quanh Qua nghiên cứu cho thấy, hạt nano từ tồn chất lỏng từ phải không mang độc tố đảm bảo khả lưu thông dễ dàng thể Các hạt nano oxít sắt từ Fe3O4 Fe2O3 dùng phổ biến ứng dụng này, khả nhạy từ (độ từ hóa bão hòa) hạt đứng mức trung bình bị oxi hóa vật liệu từ cao Ni, Co,… dễ bị oxy hóa có khả mang độc tố Hạt nano oxít sắt từ Fe3O4 có khả đáp ứng yêu cầu nghiên cứu, tổng hợp Việt Nam Hiện nay, việc chẩn đoán xác bệnh để đưa biện pháp điều trị kịp thời, bệnh nan y ung thư vấn đề quan tâm toàn xã hội, ngành y tế nhà khoa học Một số ứng dụng hạt nano oxít sắt từ y sinh học : Trong năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ nano cho y sinh học quan tâm mạnh mẽ Nhiều ứng dụng khác chủ đề nano nghiên cứu, đặc biệt ứng dụng dựa hạt nano từ hạt nano oxít sắt từ Các ứng dụng tập trung chủ yếu việc tách chiết tế bào, phân tích ADN, dẫn truyền thuốc chẩn đoán bệnh ảnh cộng hưởng từ (ở hạt nano oxít sắt từ dùng làm chất tăng cường tính tương phản ảnh cộng hưởng từ) -10- Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc nano hạt từ chấm lượng tử MB/QD CdSe/CdS/Fe3O4 ứng dụng y sinh học (Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Đông Thảo, Nguyễn Thanh Hoàng) Nghiên cứu tổng hợp hạt nanô từ tính Ni-Zn Fe3O4 có phủ lớp polyme để ứng dụng y-sinh (Trần Hoàng Hải, Hồ Như Thủy) Nghiên cứu, tổng hợp hạt nano oxít sắt từ có gắn kháng thể e.coli 0157:H7 để chẩn đoán bệnh tiêu chảy cấp (Trần Hoàng Hải, Nguyễn Ngọc Vân Tâm) Tổng hợp nghiên cứu tính chất hạt nano Fe3O4@Au dùng chẩn đoán bệnh viêm gan siêu vi B (Trần Hoàng Hải, Phan Quang Vinh) Nghiên cứu tổng hợp hạt nano oxít sắt từ Fe3O4 với lớp phủ chitosan gắn kết phần tử sinh học Trypsin để tách chiết tế bào (Trần Hoàng Hải, Phan Thị Xuân Trúc) Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc polyurethane mút xốp nhằm xử lý nguồn nước uống nhiễm khuẩn (Nguyễn Thị Phương Phong, Đỗ Bách Khoa) Nghiên cứu chế tạo chip sợi nano vàng ứng dụng định lượng hàm lượng cholesterol tự dung dịch (Đặng Mậu Chiến, Phạm Xuân Thanh Tùng, PTN Nano ĐHQG TP.HCM) Nghiên cứu tổng hợp chấm lượng tử (quantum dots) CdS phương pháp hóa ướt (Colloide) hướng ứng dụng (Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Phương Thanh) Nghiên cứu chế tạo khảo sát ảnh hưởng nồng độ tạp chất đến tính chất quang chấm lượng tử ZnS pha tạp Mn (Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Phương Bình) Nghiên cứu tổng hợp số đặc trưng chấm lượng tử CdSe hướng ứng dụng y-sinh học (Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Thị Nga) Nghiên cứu tổng hợp màng nano quang xúc tác TiO2-SiO2 tự làm (Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Huỳnh Yến) Nghiên cứu tổng hợp hạt nano oxyt sắt Fe3O4 với lớp phủ SiO2 có gắn kháng thể để chẩn đoán bệnh ung thư cổ tử cung (Trần Hoàng Hải, Bùi Văn Hải) Tổng hợp hạt nano oxit sắt Fe3O4 siêu thuận từ với lớp phủ SiO2 để ứng dụng y sinh (Trần Hoàng Hải, Lê Hoàng Anh Khoa) Khử Arsen khỏi nguồn nước hạt nano từ tính (Trần Hoàng Hải, Huỳnh Kim Thanh) -25- Nghiên cứu tổng hợp hạt nano oxit sắt Fe3O4 với lớp phủ Dextran dùng làm chất tăng tính tương phản cho ảnh cộng hưởng từ (MRI) (Trần Hoàng Hải, Nguyễn Thị Anh Đào) Một số kết nghiên cứu phòng thí nghiệm Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng – Viện Vật lý TP.HCM 2.1 Tổng hợp CdSe: Mẫu CdSe phòng thí nghiệm -26- 2.2 Tổng hợp CdSe/ZnS: Mẫu CdSe/ZnS phòng thí nghiệm Mẫu CdSe/ZnS có peak phát quang cực đại bước sóng 607nm -27- 2.3 Tổng hợp chấm lƣợng tử cấu trúc lõi vỏ CdSe/Cds Lớp vỏ bán dẫn thường vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn vật liệu bán dẫn lõi, có cấu trúc tinh thể tương đồng số mạng không sai lệch nhằm hạn chế hình thành khuyết tật mạng, đồng thời hình thành rào thế, tăng giam hãm hạt tải điện tinh thể bán dẫn lõi Chấm lƣợng tử lõi CdSe: Là vật liệu bán dẫn thuộc nhóm AIIBIV, có vùng cấm hẹp ~1.74 (eV) Chấm lượng tử CdSe nghiên cứu ứng dụng từ sớm có độ đồng kích thước cao, chất lượng tinh thể tốt, có hiệu suất phát quang cao (đạt tới 50–85% [46], [92]) vùng phổ khả kiến điều chỉnh Chấm lƣợng tử vỏ CdS: Là vật liệu bán dẫn nhóm AIIBVI CdS có vùng cấm rộng CdSe (2.42 eV>1.74 eV) chuyển dời thẳng, hiệu suất phát quang cao, phổ hấp thụ vùng ánh sáng khả kiến, lượng liên kết exciton CdS nhỏ (29 mV, tương ứng với bán kính Bohr exciton: aB = 2,8 nm), có cấu trúc tinh thể tương đồng, độc tính, bền với môi trường so với CdSe…Do phù hợp làm lớp vỏ bọc bên chấm lượng tử lõi CdSe Th ế nă ng Mô hình cấu trúc lõi/vỏ vùng lượng chấm lượng tử CdSe/CdS Hình: Thực nghiệm chế tạo chấm lượng tử lõi/vỏ CdSe/CdS -28- Mẫu CdSe/CdS có peak phát quang cực đại bước sóng 720nm ‘ -29- Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) CdSe/CdS Hình: Ảnh TEM CdSe/CdS thang đo 20 nm 50 nm Phân bố kích thước chấm lượng tử CdSe/CdS chủ yếu khoảng -7 nm, tập trung khoảng - (nm), kích thước trung bình khoảng 5,58 (nm), hạt phân bố đồng nhiên có tượng kết đám, điều làm giảm hiệu suất huỳnh quang chấm lượng 2.4 Chế tạo hạt nano Fe3O4 CdSe/ZnS đƣợc bọc lớp polymer Gồm bước sơ dồ sau: GMA  PGMA  amino-PGMA  M-PGMA  F-M-PGMA Bước 1: Tạo PGMA -30- Mẫu PGMA phòng thí nghiệm Bước 2: Tạo amino-PGMA Mẫu amino-PGMA phòng thí nghiệm -31- Bước 3: Tạo M-PGMA Mẫu M-PGMA phòng thí nghiệm -32- Bước 4: Tạo F-M-PGMA Mẫu F-M-PGMA phòng thí nghiệm  Mẫu F-M-PGMA có peak phát quang 540nm  Mẫu F-M-PGMA phát quang mạnh vùng ánh sáng nhìn thấy ánh sáng tử ngoại mẫu phát ánh sáng màu xanh -33- Kết quả:  Đã chế tạo hạt cầu đa chức F-M-PGMA phương pháp vi nhũ tương  Hạt F-M-PGMA có dạng hình cầu, độ phân tán tốt  Có kích thước hạt trung bình 1.41µm có tính siêu thuận từ  Độ từ hóa bão hòa 5,2 emu/g  Hạt cầu có tính phát quang bị kích thích ánh sáng thích hợp bước sóng phát quang ngắn cường độ phát quang tăng dần  Tồn nhóm chức –Amino để đính với kháng nguyên/kháng thể Hạn chế :  Chưa đính kháng nguyên/kháng thể lên vật liệu F-M-PGMA chế tạo chưa tìm kiếm nguồn kháng nguyên kháng thể Hƣớng phát triển:  Thay đổi vật liệu phát quang nhân tạo sang vật liệu phát quang tự nhiên để làm tăng tính tương hợp sinh học làm giảm độc tố hệ vật liệu ứng dụng in vivo  Giảm kích thước PGMA để phù hợp với ngưỡng thâm nhập thể 2.5 Nghiên cứu tổng hợp nano-chitosan: Tính chất vật lý chitosan:  Chitosan chất rắn, xốp nhẹ, hình vảy, xay nhỏ theo nhiều kích cỡ khác  Chitosan có màu trắng vàng nhạt, không mùi không vị Tính chất hóa học chitosan:  Chitosan không tan nước, kiềm đặc loãng, không tan cồn, axeton dung môi hữu khác  Chitosan tan hầu hết axit hữu cơ; axit vô như: HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4 loãng tạo dung dịch keo suốt  Chitosan có khả hấp thụ tạo phức phối trí với hầu hết kim loại nặng kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ -34- Ứng dụng y sinh học: làm hạt nano tải thuốc: -35- Ứng dụng bảo quản thực phẩm: -36- 2.6 Tổng hợp hạt nano oxit sắt phủ SiO2 Au với cấu trúc lõi vỏ -37- Kết luận: Công nghệ vật liệu nano nói chung nano từ nói riêng hướng phát triển mới, có nhiều tiềm triển vọng, nhiên mức độ hiểu biết người lĩnh vực nhiều hạn chế Công nghệ vật liệu nano có nhiều mặt ưu điểm vượt trội tùy thuộc vào vật liệu thích hợp liều lượng sử dụng, mặt khác có số tác dụng phụ cần nghiên cứu thêm Đã có nhiều sở nghiên cứu nước quan tâm lĩnh vực này, kết chủ yếu phạm vi phòng thí nghiệm, cần nhiều quan tâm hợp tác giới doanh nghiệp sản xuất Các nghiên cứu lĩnh vực Việt Nam giới cần đầu tư nghiên cứu nhiều hơn, có đầu tư để đưa sản phẩm nghiên cứu phục vụ đời sống -38- TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoang Nguyen Thanh, Phuong Nguyen Ngoc, Tuan Nguyen Manh, “Study and synthesis of Superparamagnetic/Luminescent (Fe3O4/QDs) Nanocomposite multifunctional Poly(Glycidyl Methacrylate) Microspheres”, Proceedings of IWNA 2013, pp 226 – 229 Phuong Nguyen Ngoc, Hoang Nguyen Thanh, Tuan Nguyen Manh (2013), “Optical Properties of Quantum Dot ZnS:Mn and Impurity Concentration Regulation”, Proceedings of IWNA 2013, pp 500 – 503 Tran Thi Nga, Nguyen Thanh Hoang, Nguyen Manh Tuan (2011), “Synthesis CdSe quantum dots by wet chemical methods at low temperatures and characterization”, Proceedings of IWNA, 2011 PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn, , 2014 PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn, nano từ Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng/Viện Vật lý TP Hồ Chí Minh, 2014 -39- ... sơ dồ sau: GMA  PGMA  amino-PGMA  M-PGMA  F-M-PGMA Bước 1: Tạo PGMA -3 0- Mẫu PGMA phòng thí nghiệm Bước 2: Tạo amino-PGMA Mẫu amino-PGMA phòng thí nghiệm -3 1- ... từ 200 6-2 013 Nhận xét: - Theo thời gian, lượng sáng chế vật liệu nano từ đăng ký bảo hộ nhiều quốc gia:  Giai đoạn 199 2-1 999: quốc gia  Giai đoạn 200 0-2 005: 13 quốc gia  Giai đoạn 200 6-2 013:... dụng y-sinh học (Nguyễn Mạnh Tu n, Nguyễn Thị Nga) Nghiên cứu tổng hợp vi hạt Chitosan kích thước nano (Nguyễn Mạnh Tu n, Nguyễn Mộng Thường) Nghiên cứu tổng hợp màng nano quang xúc tác TiO2-SiO2