Seminar Hóa học Nano: Phương pháp tổng hợp và ứng dụng của nano vàng

Nano là một lĩnh vực còn khá mới đối với chúng ta, mặc dù thế giới đã có nhiều nghiên cứu sản xuất ứng công nghệ này. Công nghệ nano ngày càng tỏ ra chiếm ưu thế trong công nghiệp lẫn trong cuộc sống

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Hóa Chun ngành Hóa Hữu Seminar Hóa học Nano PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO VÀNG Nguyễn Việt Kim Khánh 0914098 Ma Nguyễn Mai Khanh 0914097 Lê Thị Hồng Hoa 0914070 Ngơ Thị Châu Ngà 0914148 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Phương Phong Năm học: 2012-2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .3 Hạt nano vàng Các ứng dụng của hạt nano vàng 2.1 Dẫn thuốc .5 2.2 Đánh dấu sinh học .6 2.3 Cảm biến sinh học .6 Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng 3.1 Phương pháp Turkevich .7 3.2 Phương pháp Brust 3.3 Phương pháp Perrault 3.4 Phương pháp Martin 3.5 Phương pháp rung siêu âm (sonolysis) .9 KẾT LUẬN 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO .10 MỞ ĐẦU Nano lĩnh vực chúng ta, thế giới có nhiều nghiên cứu sản xuất ứng công nghệ Công nghệ nano ngày tỏ chiếm ưu thế công nghiệp lẫn sống Hạt nano kim loại khái niệm để chỉ hạt có kích thước nano làm tư kim loại Các hạt nano kim loại có nhất kích thước chiều dao động khoảng 1- 100 nm Ở kích thước nano thì hạt kim loại có tính chất đặc biệt rất khác biệt so với chúng ở dạng khối loại nguyên tố tính chất điện, tính chất quang, tính chất cơ, tính chất nhiệt, tính chất tư cả cấu trúc Trong tìm hiểu phương pháp tổng hợp ứng dụng điển hình của nano vàng (Au nano) Hạt nano vàng Vàng (Au) nguyên tố kim loại đứng ở vị trí thứ 79 bảng tuần hồn hố học, có giá trị vơ to lớn sống của người Ngày nay, khoa học cơng nghệ phát triển thì vàng có thêm ứng dụng thực tiễn là: Nano vàng Mối quan tâm của nhà khoa học nguyên tố khơng biến đổi khơng bị ơxy hố xuất tư rất lâu: ngành y học cổ truyền Ai Cập, Trung Hoa hay Ấn Độ sử dụng kim loại để xử lý vết loét da hay số bệnh viêm nhiễm khác Ngày nay, nhờ vào tiến lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), người ta có thể xác định thêm nhiều đặc tính thú vị khác của kim loại Trong lĩnh vực hố học, nano vàng có rất nhiều ứng dụng đặc biệt, có thể thay thế nhiều chất xúc tác quý hiếm như: Platin, Paradium, Rhodium… Lĩnh vực khác không phần ý nghĩa sinh học y học Các phân tử Nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt tác dụng của bức xạ laser Đặc tính có thể sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X chữa trị số bệnh ung thư Ở trạng thái phân tử Nano, vàng có khả cố định nguyên tử sinh học (kháng nguyên kháng thể), vì vậy, phân tử vàng có thể sử dụng rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa Các ứng dụng của hạt nano vàng Hạt nano vàng vật liệu quý hiếm Nó thu hút ý rất lớn của nhà khoa học với vô số ứng dụng gia tăng hàng ngày Các ứng dụng phát triển rất mạnh thập kỷ qua việc sử dụng hạt nano vàng y học, sinh học hay khoa học sống Có lĩnh vực ứng dụng bật y sinh sau : chuyển dẫn thuốc, đánh dấu sinh học, cảm ứng [1] 2.1 Dẫn th́c [2] Các hạt nano vàng có thể đóng vai trị thụ thể mang ứng dụng dẫn thuốc chuyển gen Phân tử thuốc kết hợp vỏ hạt (1) chứa bên hạt (2) Các phân tử hoạt hóa sinh học hấp thụ lên bề mặt của hạt nano vàng dẫn đường vào tế bào sau giải phóng Vận chuyển DNA nguyên tắc bản của liệu pháp gen Khả hấp thụ mạnh ánh sáng của hạt nano vàng cho phép chúng trở nên phù hợp với đối tượng mơi trường kích thích nhiệt, lượng hấp thụ ánh sáng tiêu tan vào hạt xung quanh, làm tăng nhiệt độ của mơi trường xunh quanh Hiệu ứng có thể sử dụng để mở viên nang polymer dạng bọc kích thước micro, khả nhả thuốc của hạt nano vàng Những thuộc tính khác hạt chức hóa nhau, có thể gắn đặc hiệu với tế bào cụ thể đó, ứng dụng rất quan trọng ứng dụng điều trị bệnh ung thư hay nhiệt điều trị cách nung nóng mơ có sẵn hạt nano để phá hủy tế bào ung thư ác tính 2.2 Đánh dấu sinh học [2],[5] Tế bào ung thư chiếu sáng thỏi vàng kích cỡ nano bám dính vào tế bào Đặc điểm bật nhất của hạt nano vàng khai thác tạo độ tương phản làm mạnh tín hiệu màu hay hấp thụ mạnh điện tử của hạt nano vàng Vì thế kính hiển vi điện tử truyền qua, hạt nano vàng vật liệu phổ biến thích hợp nhất cho việc nhuộm để tăng cường tính tương phản của vật liệu hấp thụ điện tử Kết hợp đặc tính bật với khả chức hóa của hạt nano vàng kích thước nhỏ có thể ứng dụng hạt nano vàng gắn với kháng thể, dẫn đến việc chúng có thể cung cấp độ phân giải rất cao rất nhiều ứng dụng đánh dấu sinh học khác Tương tự với đặc tính quang học, hạt nano vàng có khả hấp thụ mạnh, tán xạ đặc biệt cộng hưởng Plasmon bề mặt Khả giúp chúng trở thành cơng cụ hữu ích kỹ thuật ứng dụng hiệu ứng quang học ảnh nhiệt-quang (photo-thermal), hay quang-thanh (photo-acoustic imaging) Hơn nữa, hạt nano vàng có thể đánh dấu phóng xạ bởi kích thích neutron Dẫn đến việc phát ở mức độ cực nhạy hạt nano vàng sử dụng tác nhân làm tăng độ tương phản của tia X 2.3 Cảm biến sinh học Các thuộc tính quang học của hạt nano vàng có thể thay đổi gắn với phân tử sinh học cụ thể, cho phép phát định tính định lượng phân tích Phổ hấp thụ của hạt nano vàng có thể thay đổi đột ngột hạt co cụm với Sự co cụm của hạt hữu ích ứng dụng phát DNA với độ nhạy cực cao, chí chỉ vài cặp DNA liên kết bổ sung lỗi Với hạt nano vàng có nhiều khai thác, lợi dụng đặc tính của cịn vơ số ứng dụng tiềm mà chưa khai thác hết Cần có nhiều đầu tư để có nhiều ứng dụng khám phá Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng 3.1 Phương pháp Turkevich [4] Phương pháp phát minh bởi J Turkevich cộng vào năm 1951 sau cải tiến bởi G Frens vào năm 1970, phương pháp tổng hợp dung dịch nano vàng đơn giản nhất tính cho đến thời điểm Nhìn chung, phương pháp tạo hạt nano vàng đơn phân tán hình cầu tan nước với kích thước đặc trưng tư 10-20 nm Phương pháp tạo các hạt nano vàng đơn phân tán hình cầu tan nước với kích thước đặc trưng từ 10-20 nm Các hạt lớn có thể tạo phương pháp mất nhiều quy trình cơng nghệ việc trì tính phân tán hình dạng hạt Quy trình tạo hạt nano vàng thực phản ứng lượng dung dịch nóng chloauric với dung dịch natri citrate Hạt nano vàng hình thành nhờ ion citrate bao xung quanh bề mặt lõi vàng, đóng cả hai vai trò làm tác nhân khử tác nhân làm bền hạt nano = Cơ chế sau : xảy phản ứng khử tạo hạt nano vàng ion citrate tích điện âm, hạt nano vàng có xu hướng cực tiểu hóa bề mặt co cụm lại với ion citrate tích điện âm bao quanh hạt nano vàng chất hoạt động bề mặt ngăn cẳn co cụm của hạt vàng Các ion citrate bao xung quanh bề mặt lõi vàng, đóng vai trị tác nhân khử tác nhân làm bền hạt nano Để tạo hạt nano vàng lớn hơn, yêu cầu lượng citrate (có thể 0.05%, lượng nhỏ khơng thể kích thích phản ứng khử hết ion Au3+) Việc khử natri citrate giảm lượng ion citrate sẵn có cho việc bọc xung quanh hạt nano vàng, làm cho hạt nhỏ kết đám với tạo nên hạt lớn (cho đến tổng diện tích bề mặt của hạt trở nên đủ nhỏ để bọc bởi tất cả ion citrate tồn dung dịch) 3.2 Phương pháp Brust Phương pháp phát bởi Brust Schiffrin vào đầu năm 1990 có thể sử dụng để tổng hợp hạt nano vàng dung môi hữu mà thông thường không thể trộn lẫn nước (như toluence) Phản ứng đặc trưng của phương pháp axit chloauric tetraoctylammonium bromide (TOAB) toluence, natri borohydrate đóng vai trị chất chống kết tủa chất khử Phản ứng xảy axit chlorauric tetraoctylammonium bromide (TOAB) toluence với natri borohydrate Các hạt nano vàng chế tạo theo phương pháp có kích thước trung bình 5-6 nm NaBH4 đóng vai trò tác nhân khử, TOAB chất xúc tác chuyển pha chất làm bền Một điều quan trọng TOAB không bọc xung quanh hạt nano cách vững chắc, dung dịch bị kết tủa sau khoảng thời gian tuần Để hạn chế tượng này, tác nhân làm bền mạnh có thể sử dụng thiol (alkanethiol), có thể liên kết cộng hóa trị với hạt nano vàng, tạo dung dịch gần vĩnh cửu Alkanethiol bảo vệ hạt nano vàng có thể bị kết tủa sau hòa tan lại Một số tác nhân chuyển pha có thể trì việc bọc với hạt nano sau làm sạch, việc có thể gây ảnh hưởng đến thuộc tính vật lý của hạt tính tan 3.3 Phương pháp Martin Phương pháp phát minh bởi nhóm Eah vào năm 2010 [3], phương pháp tạo hạt nano vàng dạng “trần” nước việc khử HAuCl với NaBH4 Dù không sử dụng chất hoạt động bề mặt citrate tạo hạt nano vàng phân tán rất bền Phân bố kích thước gần đơn phân tán với đường kính có thể xác tái tổng hợp khoảng 3.2 đến 5.2 nm Chìa khóa cho việc làm bền HAuCl4 NaBH4 dung dịch stock với HCl NaOH tháng Hơn nữa, tỷ số của ion NaBH4-NaOH với HAuCl4-HCl phải kiểm soát xác vùng gọi “sweet zone” Các hạt nano “trần” bọc với đơn lớp 1-dodecanethiol sau chuyển pha thành hexane việc lắc hỗn hợp của nước, acetone hexane 30 giây Do đó, tất sản phẩm phản ứng kết hợp tồn ở pha nước-acetone Lượng 1-dodecanethiol chỉ chiếm 10% nguyên tử vàng tổng số Tất cả quy trình phản ứng chỉ mất 10 phút Những hạt nano vàng bọc bởi lớp phân tử hữu kỵ nước có tính chất đặc biệt cho khả tự xếp chiều tính điện dung mơi khơng phân cực Chúng lên ngồi phía bề mặt của hạt toluene khơng khí hình thành lớp màng mỏng, hình thành nên đơn lớp có thể phủ lên bất kỳ loại đế toluence bay mà không cần bất kỳ thiết bị phức tạp Loại màng đơn lớp chứa hạt nano vàng gần đồng ở tất cả kích thước nm, µm mm, phương pháp khơng hạn chế kích thước chế tạo, có thể bao phủ bề mặt của cả miếng silicon tới inch Việc kiểm sốt kích thước xác khoảng 3.2 – 5.2 nm rất quan trọng cho cả việc chuyển pha của hạt nano vàng tư nước sang toluence xếp chiều của chúng giọt toluence 3.4 Phương pháp rung siêu âm (sonolysis) 10 Một phương pháp khác sử dụng để tạo hạt nano vàng phương pháp rung siêu âm Phương pháp dựa việc sử dụng sóng siêu âm, kích thích phản ứng muối vàng chloauric dung dịch glucose, tác nhân khử nhóm hydroxyl (hình thành khư vực biên giới của lỗ trống hỗn loạn nước dạng khối) Dạng hình thái hạt nano vàng đạt đươc dây nano dạng mảnh (nanoribbon) với chiều rộng khoảng 30-50 nm chiều dài lên tới vài micromets Những dải dây nano rất dẻo linh hoạt có thể uốn cong với góc lớn 90 Khi glucose thay thế bởi cyclodextrin (một loại phân đoạn của glucose) thì có hạt nano hình cầu hình thành, điều chứng minh glucose đóng vai trị rất quan trọng việc quyết định hình thái kích thước của cấu trúc nano vàng 11 KẾT LUẬN Trong phạm vi giới hạn, viết trình bày đến số phương pháp tổng hợp nano vàng, tính chất đưa ứng dụng điển hình Tất cả ứng dụng cần rất nhiều năm nghiên cứu, kiểm chứng lại, đặc biệt để phát triển lý thuyết Nano vàng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] McPartlin M, Mason R, Malatesta L Novel cluster complexes of gold(0)gold(1) J Chem Soc Chem Commun 334 Mosesson MW, Siebenlist KR, Meh DA, Wall JS [2] Nghiêm Thị Hà Liên, Nguyễn Thanh Hải, Vũ Xuân Hoà, Đỗ Quang Hoà, Trần Hồng Nhung - TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO VÀNG DẠNG CẦU ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH.-VIETNAM JOURNAL OF CHEMISTRY-Vol 48, No (2010) [3] Kramarcy NR, Sealock R Commercial preparations of colloidal gold antibody complexes frequently contain free active antibody J Histochem Cytochem (1991) 39: pp.37–39 [4] John Turkevick Colloidal Gold 1985 Department of Chemistry, Princeton University, Princeton, New Jersey, U.S.A [5] Yu Pan, Sabine Neuss, Annika Leifert, Monika Fischler, Fei Wen, Ulrich Simon, G_nter Schmid, Wolfgang Brandau, and Willi Jahnen-Dechent 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH&Co KGaA, Weinheim ... trúc Trong tìm hiểu phương pháp tổng hợp ứng dụng điển hình của nano vàng (Au nano) Hạt nano vàng Vàng (Au) nguyên tố kim loại đứng ở vị trí thứ 79 bảng tuần hồn hố học, có giá trị vô... Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng 3.1 Phương pháp Turkevich [4] Phương pháp phát minh bởi J Turkevich cộng vào năm 1951 sau cải tiến bởi G Frens vào năm 1970, phương pháp tổng hợp dung... pháp chế tạo hạt nano vàng 3.1 Phương pháp Turkevich .7 3.2 Phương pháp Brust 3.3 Phương pháp Perrault 3.4 Phương pháp Martin 3.5 Phương pháp rung siêu âm (sonolysis)