Chế tạo các hạt zns bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm và ứng dụng trong cảm biến sinh học

Chế tạo các hạt ZnS bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm và ứng dụng trong cảm biến sinh học Chế tạo các hạt ZnS bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm và ứng dụng trong cảm biến sinh học Chế tạo các hạt ZnS bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm và ứng dụng trong cảm biến sinh học Chế tạo các hạt ZnS bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm và ứng dụng trong cảm biến sinh học Chế tạo các hạt ZnS bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm và ứng dụng trong cảm biến sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ TRÀ MY CHẾ TẠO CÁC HẠT ZnS BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA KẾT HỢP SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HOÀNG NAM Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin đƣợc bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hoàng Nam, ngƣời thầy định hƣớng, bảo nhƣ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình thực luận văn Tơi xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng tới thầy Lƣu Mạnh Quỳnh, ngƣời thầy trực tiếp hƣớng dẫn tôi, cảm ơn thầy quan tâm sâu sắc, giúp đỡ tận tình dẫn khoa học quý báu Để hồn thành đƣợc luận văn tơi không nhắc tới em Bùi Hồng Nhung, sinh viên trực tiếp tơi làm thí nghiệm, cảm ơn em hỗ trợ nhiệt tình tận tâm Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tồn thầy cô cán Trung tâm Khoa học Vật liệu, khoa Vật lý, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện cho tơi suốt thời gian tơi làm thí nghiệm Trung tâm Tôi xin cảm ơn anh chị nghiên cứu sinh, em sinh viên nghiên cứu, học tập Trung tâm nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ tơi q trình làm thí nghiệm Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến ngƣời thân gia đình bố, mẹ, anh chị bạn bè, đặc biệt chồng gái, nguồn động viên tinh thần hậu phƣơng vững giúp tơi n tâm hồn thành luận văn Luận văn đƣợc thực Trung tâm Khoa học vật liệu – Đại học Khoa học tự nhiên Phần thực nghiệm luận văn đƣợc hoàn thành sở sử dụng thiết bị: Máy đo nhiễu xạ tia X (XRD) – BRUKER 5005, máy đo hấp thụ UV-vis – Shimadzu UV 2405, máy đo huỳnh quang - FRUOROLOG máy đo tán xạ Raman – Horiba Labram3 Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại học Quốc Gia Hà Nội; Máy đo hấp thụ hồng ngoại (FTIR) – Shimadzu FTIR Afinity 1S Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội; Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM – Joel JEM-1010 Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung Ƣơng Luận văn đƣợc hỗ trợ hai đề tài nghiên cứu khoa học là: “Nghiên cứu chế tạo hạt nano bán dẫn pha tạp phân tán tốt dung dịch phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm nhằm ứng dụng y sinh”, chủ trì đề tài TS Nguyễn Hoàng Nam, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật Lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội “Nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng chế tạo cảm biến xác định nồng độ vủa virus gây bệnh với độ nhạy cao”, chủ trì đề tài PGS.TS Nguyễn Hồng Hải, Đại học Quốc Gia Hà Nội Bên cạnh đó, số phép đo luận văn có sử dụng trang thiết bị thuộc Dự án Công nghệ nano ứng dụng nhƣ hệ đo tán xạ Raman Horiba Labram3 Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Tác giả Nguyễn Thị Trà My MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .4 1.1 Giới thiệu hạt nano bán dẫn ZnS 1.1.1 Cấu trúc mạng tinh thể ZnS .4 1.1.2 Tính chất vật liệu cấu trúc nano 1.2 Một số phƣơng pháp chế tạo hạt nano ZnS .11 1.3 Một số ứng dụng hạt nano ZnS .15 1.3.1 Ứng dụng laser diode 15 1.3.2 Ứng dụng hạt nano ZnS làm vật liệu phát huỳnh quang 16 1.3.3 Ứng dụng hạt nano ZnS làm vật liệu đánh dấu sinh học 16 1.4 Mục tiêu luận văn 19 2.1 Chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm .21 2.1.1 Dụng cụ hóa chất .21 2.1.2 Quy trình chế tạo 21 2.2 Mơ hình đánh giá khả ứng dụng hạt ZnS cảm biến điện hóa xác định nồng độ ADN dung dịch 25 2.2.1 Hóa chất sử dụng 25 2.2.2 Khảo sát khả ứng dụng vật liệu nano ZnS vào cảm biến điện hóa để xác định nồng độ ADN virus EBV 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm khảo sát ảnh hƣởng điều kiện chế tạo .29 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ TSC 29 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ 4-ATP 34 3.1.3 Ảnh hƣởng cơng suất cịi siêu âm sử dụng q trình chế tạo hạt ZnS 38 3.2 Mơ hình đánh giá khả ứng dụng vật liệu nano ZnS cảm biến điện hóa để phát nồng độ ADN virus gây bệnh .41 3.2.1 Đánh giá khả liên kết đặc hiệu phân tử ZnS-4ATP với ARN2 41 3.2.2 Đánh giá khả ứng dụng hạt nano ZnS cảm biến điện hóa để phát nồng độ ADN virus EBV 43 KẾT LUẬN .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Thuyết minh hình vẽ STT Trang Hình 1.1 Cấu trúc lục giác Wurtzite tinh thể ZnS Hình 1.2 Cấu trúc lập phƣơng giả kẽm Sphalerit tinh thể ZnS Hình 1.3 Một số chuyển dời điện tử hấp thụ quang Hình 1.4 Bán dẫn vùng cấm thẳng Hình 1.5 Bán dẫn vùng cấm xiên Hình 1.6 Các trình hấp thụ phát quang tinh thể Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng số phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ZnS/ ZnS pha tạp đƣợc áp dụng nhóm nghiên cứu khác Bảng số chất hoạt hóa bề đƣợc nhóm nghiên cứu khác sử dụng trình chế tạo vật liệu nano 12 13-14 Ảnh chụp TEM hạt nano Ag chế tạo bới Landage S.M cộng Hình 1.7 sự, Viện Kỹ thuật ứng dụng Dệt may, Ấn Độ, sử dụng chất 14 hoạt hóa bề mặt TSC Hình 1.8 Hình 1.9 Mơ hình chung cảm biến sinh học Mô tả cấu trúc cảm biến sinh học sử dụng liên kết đặc hiệu ADN-ARN/AND 17 18 Bảng nồng độ gốc hóa chất sử dụng q Bảng 2.1 trình thí nghiệm chế tạo hạt nano ZnS phƣơng 21 pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm Hình 2.1 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ hình mơ thí nghiệm chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết 22 23 hợp siêu âm với nồng độ TSC khác Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Hình 2.2 Hình 2.3 Bảng 2.6 Thể tích dd TSC thêm vào q trình chế tạo hạt nano ZnS Thể tích dd 4-ATP thêm vào q trình chế tạo hạt nano ZnS Các cơng suất siêu âm sử dụng để chế tạo ZnS với mẫu có 4mL 10 mL TSC chất hoạt động bề mặt Nồng độ hóa chất sử dụng để pha dung mơi PBS 1X Hình vẽ mơ tả sơ đồ đo nồng độ ADN vi khuẩn mẫu dung dịch Thiết kế điện cực vàng sử dụng cảm biến ADN Bảng nồng độ ADN đích nhỏ vào điện cực trình khảo sát 24 24 25 26 27 28 28 Phổ hấp thụ UV-Vis mấu chứa hạt nano ZnS chế tạo Hình 3.1 phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm với lƣợng 29 TSC pha tạp khác tính tốn lƣợng vùng cấm Hình 3.2 Hình 3.3 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc lƣợng vùng cầm vào lƣợng TSC thêm vào trình chế tạo vật liệu nano ZnS Phổ FTIR mẫu chứa hạt nano ZnS khơng có TSC có ml TSC Đỉnh phổ FTIR mẫu chứa hạt nano ZnS pha tạp ml TSC đỉnh phổ FTIR công bố 30 31 31 Phổ XRD hạt nano ZnS chế tạo phƣơng pháp Hình 3.4 đồng kết tủa kết hợp siêu âm với nồng độ TSC khác ảnh TEM hạt nano ZnS chế tạo với 10 ml TSC 32 Hình 3.5 Hình 3.6 Sự phụ thuộc kích thƣớc tinh thể trung bình vào nồng độ TSC tham gia vào trình chế tạo hạt nano ZnS Phổ quang phát quang kích thích phát quang hạt nano ZnS 33 34 Phổ hấp thụ UV-Vis hạt nano ZnS chế tạo phƣơng Hình 3.7 pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm với nồng độ chất hoạt hóa 4- 35 ATP khác Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Các giá trị Eg tính tốn từ phổ hấp thụ UV-vis phụ thuộc vào lƣợng 4-ATP tham gia vào qua trình chế tạo Phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier (Độ hấp thụ - Số sóng) khoảng 350 cm-1 đến 1700 cm-1của mẫu ZnS Phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier (Độ hấp thụ - Số sóng) khoảng 2000 cm-1 đến 3800 cm-1 mẫu ZnS Phổ hấp thụ UV-Vis hạt nano ZnS với 10ml TSC với công suất chế tạo khác Sự phụ thuộc lƣợng vùng cấm vào công suất siêu âm Phổ XRD hạt nano ZnS chế tạo với 10ml TSC với công suất chế tạo khác Kích thƣớc tinh thể trung bình ZnS chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm pha tạp 10ml TSC 36 37 37 38 39 39 40 Phổ Raman hạt ZnS-ATP (a, ZnS-4ATP sau gắn với phân tử ARN nhận biết EBV (b) khác biệt Hình 3.15 hai phổ [(b)-(a)] Kết cho thấy có mặt đỉnh phổ 42 đặc trƣng cho liên kết chuỗi ARN/ADN với hạt vật liệu Bảng 3.2 Các đỉnh phổ nhiễu xạ Raman hạt ZnS-ATP ZnS- 42 4ATP-ARN Bảng 3.3 Các đỉnh phổ nhiễu xạ Raman thu đƣợc từ phổ hiệu 43 Hình 3.16 Điện qt vịng với nồng độ ADN đích khác 44 Hình 3.17 Sự phụ thuộc dòng điện thay đổi điện cực vào nồng độ AND đích áp dụng phƣơng pháp đo điện quét vòng 45 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải nghĩa 4-ATP 4-aminothiophenol CHHBM Chất hoạt hóa bề mặt CNSH Cơng nghệ sinh học dd Dung dịch EBV Virus Epstein – Barr EDC 1-Ethyl-3-(3- dimethylaminopropyl)carbodiimide EMA Công thức khối lƣợng hựu dụng MIA Methyl immidazole PBS phosphate buffer saline solution TT 10 PGS.TS Phó giáo sƣ, tiến sĩ 11 Phổ FTIR Phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier 12 Phổ UV-Vis Phổ hấp thụ vùng tử ngoại, khả kiến 13 Phổ XRD Phổ nhiễu xạ tia X 14 Phổ PL Phổ phát quang 15 Phổ PLE Phổ kích thích phát quang 16 QD Chấm lƣợng tử 17 SEM Kính viển vi điện tử quét 18 TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua 19 TS Tiến sĩ 20 TSC Trisodium citrate 21 Zn(Ac)2 Kẽm acetate khoảng 3256 cm-1, gần với hấp thụ đặc trƣng dao động N-H dọc trục (νNH) Nhƣ vậy, nhận định hạt nano ZnS đƣợc chức hóa bề mặt chất hoạt hóa 4-ATP đƣợc gắn nhóm chức amin (NH2) bề mặt tinh thể 3.1.3 Ảnh hƣởng công suất cịi siêu âm sử dụng q trình chế tạo hạt ZnS Trong trình khảo sát ảnh hƣởng cơng suất siêu âm, nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm với loạt mẫu chế tạo với 10 ml TSC, mẫu hạt chế tạo cho kích thƣớc hạt lớn nhƣ khảo sát phần trên, để tiến hành khảo sát với công suất siêu âm khác Hạt sau chế tạo đƣợc đo phân tích phổ nhiễu xạ X-ray phổ hấp thụ UV-Vis để khảo sát tính chất vật lý Độ hấp thụ (Abs) a Phân tích phổ hấp thụ UV-Vis Bƣớc sóng (nm) Hình 3.11 Phổ hấp thụ UV-Vis hạt nano ZnS với 10 ml TSC với cơng suất chế tạo khác Hình 3.11 mơ tả phổ hấp thụ UV-Vis hạt nano ZnS với 10 ml TSC với công suất chế tạo khác nhau, kết thu đƣợc hạt nano ZnS có phổ hấp thụ đặc trƣng ZnS nhƣ nêu từ phép khảo sát 38 Eg (eV) Thể tích TSC (ml) Hình 3.12 Sự phụ thuộc lượng vùng cấm vào cơng suất siêu âm Hình 3.12 thể phụ thuộc lƣợng vùng cấm vào thể thích TSC cơng suất siêu âm Từ Hình 3.12 thấy, cơng suất siêu âm tăng, lƣợng vùng cấm hạt nano ZnS có xu hƣớng tăng mạnh b Phân tích phổ nhiễu xạ X-Ray Bênh cạnh việc phân tích phổ hấp thụ UV-Vis, mẫu chứa hạt nano ZnS đƣợc chế tạo pha tạp với 10ml TSC đƣợc tiến hành đo phổ nhiễu xạ X-Ray để 311 Cƣờng độ tƣơng đối (a.u) 220 111 tiếp tục khảo sát cấu trúc 2θ (o) Hình 3.13 Phổ XRD hạt nano ZnS chế tạo với 10ml TSC với công suất siêu âm khác 39 Các hạt nano ZnS đƣợc chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm có mặt 10ml chất họat hóa bề mặt TSC cho kích thƣớc nhỏ phổ nhiễu xạ tia X đặc trƣng cho cấu trúc lập phƣơng tâm mặt – khớp với phổ chuẩn đƣợc công bố (JCP2 – 05-0566) thể Hình 3.13 Sử dụng chƣơng trình Gaussian để tính tốn vị trí đỉnh độ bán rộng (FWHM), áp dụng công thức Debye-Sherrer biểu diễn phụ thuộc kích thƣớc hạt vào cơng suất siêu âm (Hình 3.14), ta thu đƣợc kích thƣớc hạt giảm dần công suất siêu âm tăng lên, từ 1,88 nm giảm xuống 1,35 nm tƣơng ứng Kích thƣớc hạt trung bình (nm) với việc tăng công suất siêu âm từ 150 W lên 300 W Thể tích TSC (ml) Hình 3.14 Kích thước tinh thể trung bình ZnS chế tạo phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm pha tạp 10ml TSC Từ kết lần khẳng định, cơng suất siêu âm tác động tích cực làm thay đổi kích thƣớc hạt nano ZnS Khi tăng cơng suất siêu âm kích thƣớc hạt giảm xuống Trong đó, sóng siêu âm đóng vai trị tạo dịng xốy với tần số lớn, đồng thời hình thành tâm thay đổi áp suất, làm cho hạt nano chuyển động hỗn loạn, liên lục, không liên kết đƣợc với Tuy nhiên, luận văn cịn có giới hạn chƣa nghiên cứu đƣợc tới hạn ảnh hƣởng cơng suất cịi siêu âm đến tính chất vật lý mà cụ thể kích thƣớc 40 hạt nano ZnS Nhƣ vậy, việc kết hợp siêu âm chất hoạt hóa bề mặt giúp thay đổi đƣợc kích thƣớc hạt nano ZnS Các hạt nano chế tạo đƣợc có kích thƣớc vơ nhỏ, đạt tới kích thƣớc lƣợng tử kích thƣớc hạt nhỏ từ trƣớc đến chế tạo phƣơng pháp hóa lý Không vậy, hạt nano ZnS chế tạo đƣợc biểu đầy đủ khả phát huỳnh quang mạnh, điều hứa hẹn khả ứng dụng hạt đánh dấu nghiên cứu y sinh 3.2 Mơ hình đánh giá khả ứng dụng vật liệu nano ZnS cảm biến điện hóa để phát nồng độ ADN virus gây bệnh 3.2.1 Đánh giá khả liên kết đặc hiệu phân tử ZnS-4ATP với ARN2 Với mục đích ứng dụng hạt nano ZnS cảm biến ADN nhằm phát virus gây bệnh, hạt ZnS-4ATP đƣợc đính kết với phân tử ARN2 – chuỗi nucleotide có khả nhận biết đặc hiệu ARN virus EBV – tác nhân gây ung thƣ vòm họng, ung thƣ hạch bạch huyết ung thƣ dày Để khảo sát khả gắn kết hạt nano ZnS-4ATP với phân tử ARN, nhóm nghiên cứu tiến hành đo phổ Raman nhƣ Hình 3.15, nhóm tiến hành đo với loạt mẫu: mẫu ZnS-4ATP mẫu ZnS-4ATP-ARN Trong số đỉnh phổ thu đƣợc, ta thấy số đỉnh biểu diễn dao động phonon đặc trƣng tinh thể ZnS nhƣ đỉnh vị trí 259 cm-1 348 cm-1 tƣơng ứng với dao động phonon dọc ngang [18]; đỉnh vị trí 307 cm-1 trùng với đỉnh tán xạ Raman loại tinh thể ZnS [15] Trong khoảng từ 1000 cm-1 đến 1800 cm-1, phổ tán xạ có đỉnh đặc trƣng cho dao động phân tử 4-ATP, đƣợc tổng hợp Bảng 3.3 Từ 370 cm-1 to 900 cm-1 phổ tán xạ có thêm đỉnh vị trí 438 cm-1, 514 cm-1, 579 cm-1, 683 cm-1, 766 cm-1 ADN 863 cm-1 Sự xuất đỉnh dao động mạnh phân tử hữu 4-ATP 41 ZnS-4ATP-ARN ZnS-4ATP Hình 3.15 Phổ Raman hạt ZnS-ATP (a), ZnS-4ATP sau gắn với phân tử ARN nhận biết EBV (b) khác biệt hai phổ [(b)-(a)] Kết cho thấy có mặt đỉnh phổ đặc trưng cho liên kết chuỗi ARN/ADN với hạt vật liệu Đo đƣợc (cm-1) 259 307 348 387 1018 1188 1305 1409 1487 Đã công bố (cm-1) 259 304 347 389 1002 1178 1294 1386 1484 Dao động Tham khảo TO (ZnS) ν ZnS Second order W (ZnS) LO (ZnS) νCS+δNH+γ’ γCC+γCCC+νCS δCH νCN νCN+ γPhenyl γPhenyl +δNH [18] [15] [18] [16] [16] [16] [16] [16] [16] Bảng 3.2 Các đỉnh phổ nhiễu xạ Raman hạt ZnS-ATP ZnS-4ATP-ARN Do nồng độ ARN thấp, đỉnh phổ đo đƣợc dao động liên kết phân tử ARN thấp nhiều so với phân tử 4-ATP Để biểu thị khác hai phổ, tiến hành nhân phổ ZnS-4ATP để cho phổ 42 ZnS-4ATP gần trùng với phổ ZnS-4ATP-ARN, sau trừ hai phổ cho để thu đƣợc phổ – đƣợc gọi tên phổ hiệu ((b) - (a)) Phổ hiệu có mặt chuỗi ADN đơn lẻ Có thể thấy phổ hiệu có xuất thêm số đỉnh phổ 1082 cm-1, 1252 cm-1, 1474 cm-1, 1643 cm-1 1748 cm-1 lần lƣợt ứng với liên kết đặc hiệu khung ribose, vòng thơm Thymine, -NC- Thymine, C=O-CN- Cytosine –C-P(OH)2N- chuỗi nucleotide khớp với đỉnh phổ công bố, đƣợc liệt kê Bảng 3.3 Bên cạnh có đỉnh phổ vị trí 1354 cm-1 1748 cm-1, xuất hai đỉnh đƣợc tạo nên từ dao động nhóm (–N-P(OH)2-C-) hình thành từ phản ứng nhóm (–NH2) 4-ATP với nhóm phosphate ARN Đo đƣợc (cm-1) 1082 1252 1354 Đã công bố (cm-1) 1093 1238 1474 1643 1748 1472 1482 1655 1657 Dao động Tham khảo DNA backbone Vòng + CH of Thymine -C3-P(OH)2-N- [38] [33] Nghiên cứu -N1C2+C2N3 Thymine N3C4 +N3C4 củaCytosine C2=O-C2N3 Cytosine C4=O+C-C6 Thymine -C3-P(OH)2-N- [33] [33] Nghiên cứu Bảng 3.3 Các đỉnh phổ nhiễu xạ Raman thu từ phổ hiệu Nhƣ vậy, khẳng định hạt nano ZnS-4ATP liên kết thành công với phân tử ARN 3.2.2 Đánh giá khả ứng dụng hạt nano ZnS cảm biến điện hóa để phát nồng độ ADN virus EBV Các chuỗi ADN đích liên kết với hạt ZnS-4ATP-ARN2 với hệ điện cực – ARN1 tạo thành hệ thức sandwich phức: “điện cực – ADN – ZnS” Khi thay đổi nồng độ ADN đích, q trình lai tạo “điện cực – ADN – ZnS” tăng lên làm tăng số lƣợng hạt ZnS bề mặt điện cực Khi điện quét vòng áp dụng khoảng [-0,2V: 0,6V], số nguyên tố Zn từ tinh thể bỏ điện tử 43 trở thành ion dƣơng, thể phƣơng trình sau: (ZnS ) ( n)crystal  2e  (ZnS ) ( n1)crystal  S  Zn 2 Quá trình oxy hóa lớn đỉnh oxy hóa E( Zn / Zn ) = 0,34 V, tƣơng ứng với 2 đỉnh quan sát đƣợc hình 3.16 Dịng CE (μA) Tăng nồng độ ADN đích Điện (V) Hình 3.16 Điện qt vịng với nồng độ ADN khác Hình 3.16 mơ tả phụ thuộc dòng điện thay đổi bề mặt điện cực vào điện phƣơng pháp đo điện quét vịng nồng độ ADN đích khác Nhƣ thảo luận, tăng nồng độ ADN đích, số lƣợng hạt ZnS có bề mặt điện cực tăng theo đó, q trình oxy hóa diễn bề mặt điện cực tăng lên Hình 3.16 cho thấy thay đổi dòng điện đo đƣợc vị trí 0,34V – vị trí oxy hóa khử Zn2+, nồng độ ADN đích lớn thay đổi rõ rệt Khi nồng độ ADN đích giảm xuống cịn 0,5×105 tín hiệu gần nhƣ khơng phân biệt đƣợc với Tuy nhiên lập đƣờng tuyến tính biểu diễn phụ thuộc mật độ dịng vào nồng độ ADN vị trí 0,34 V, thể Hình 3.17, ta thấy độ nhạy đạt đƣợc cỡ 0,12 μA/mm2fM Mật độ dịng điện đƣợc tính tốn theo cơng thức: 44  I S Trong đó:  mật độ dịng điện (A/m2); I cƣờng độ dòng (A); S tiết diện điện cực vàng đƣờng kính mm Và nồng độ ADN đƣợc tính số phân tử ADN chia cho số Avogadro: CM ( ADN )  N NA Trong CM(ADN) nồng độ mol ADN (M), N số phân tử ADN có Mật độ dòng (μA/mm2) dung dịch, NA số Avogadro, NA = 6,022 1023 mol−1 Mật độ dòng (μM/mm2) Đƣờng fit Nồng độ ADN (fM) Hình 3.17 Sự phụ thuộc mật độ dòng điện điện cực vào nồng độ ADN đích Nhƣ vậy, hạt nano ZnS-4ATP chế tạo đƣợc bƣớc đầu ứng dụng thành công cảm biến ADN để phát nồng độ ADN virus gây bệnh 45 KẾT LUẬN Luận văn chế tạo thành công hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm Bằng việc khảo sát ảnh hƣởng chất hoạt hóa bề mặt lên tính chất vật lý hạt ZnS thu đƣợc kết nhƣ sau: với chất hoạt hóa TSC, nghiên cứu cho thấy chất hoạt hóa bề mặt tác động làm thay đổi kích thƣớc lƣợng vùng cấm hạt nano ZnS Hạt nano chế tạo đƣợc có kích thƣớc đạt tới kích thƣớc lƣợng tử (< nm), có khả phát huỳnh quang mạnh, vật liệu đƣợc dự đoán vật liệu tiềm cho ứng dụng y sinh Với chất hoạt hóa 4-ATP, nghiên cứu thu đƣợc hạt nano ZnS đƣợc chức hóa với nhóm amin (-NH2), sở để ứng dụng vật liệu cảm biến điện hóa ADN Luận văn cịn đƣợc phụ thuộc kích thƣớc hạt nano vào cơng suất cịi siêu âm, bƣớc đầu khẳng định cơng suất cịi siêu âm lớn kích thƣớc hạt nhỏ Luận văn bƣớc đầu xây dựng thành cơng mơ hình ứng dụng hạt nano ZnS-4ATP chức hóa với nhóm amin vào cảm biến điện hóa để xác định nồng độ ADN virus EBV Nhƣ luận văn đạt đƣợc mục đích nghiên cứu đề chế tạo thành công hạt nano ZnS với kích thƣớc nhỏ, có khả phát huỳnh quang mạnh Luận văn đƣa số phƣơng pháp áp dụng để kiểm sốt kích thƣớc hạt nano điều kiện chế tạo Đồng thời, bƣớc đầu ứng dụng thành công vật liệu cảm biến điện hóa để phát nồng độ ADN virus gây bệnh Một số hƣớng nghiên cứu luận văn triển khai nhƣ: khảo sát tới hạn ảnh hƣởng công suất siêu âm đến tính chất vật lý hạt nano; khảo sát giới hạn đo cảm biến điện hóa sử dụng hạt nano ZnS chức hóa với nhóm chức (-NH2) để xác định nồng độ AND virus EBV 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Nguyễn Ngọc Long, (2007), Vật lý chất rắn, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa, (2009), Hố học nano, Cơng nghệ vật liệu nguồn, NXB Viện Khoa học Việt Nam, Hà Nội Nguyễn Trí Tuấn, (2010), Tổng hợp hạt nano tinh thể ZnS pha tạp Ni2+ phương pháp đồng kết tủa, Tạp chí Khoa học, Đại học Cần Thơ Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Văn Đạt, Nguyễn Thị Phƣơng Em Lê Văn Nhạn, (2011), Tổng hợp thủy nhiệt nghiên cứu tính chất hạt vi cầu nano hình cầu xốp ZnS, Tạp chí Khoa học, Đại học Cần Thơ Tài liệu Tiếng Anh Ayem ĩzer, Ziya Can, lknur Akin, Erol Erỗa, and Reşat Apak, (2013), 4aminothiphenol Functionalized Gold Nanoparticle-Based Colorimetric for Determination of Nitramine Anergetic, Anal.Chem, pp 351-356 Bahram Hemmateenejad, Mojtaba Shamsipur, Fayezeh Samari, Hamid Reza Rajabi (2015), Study of the interaction between human serum albumin ADN Mn‑doped ZnS quantum dots J Iran Chem Soc., 12(10), pp 1729-1738 Bijoy Barman, Sarma, K C., (2011), Luminescence properties of ZnS quantum dots embedded in polymer matrix Chalcogenide Letter., 8(3), pp 171-176 Bhattacharjee, B., Ganguli, D., Iakoubovskii, K., Stesmans, A and Chaudhuri, Y., (2002), Synthesis and characterization of sol-gel derived ZnS:Mn2+ nanocrystallites embedded in silica matrix Bull Mater Sci., 25(3), pp 175180 Bonnemann, H ADN Brijoux, (1996), Advanced Nanostructured Materials, Academic Press, pp 165 47 Catalysts and 10 Bradley, J S., Hill, E W., Klein, C., Chaudret, B and Duteil, A., (1993), Synthesis of monodispersed bimetallic palladium–copper nanoscale colloids Chem Mater., 5, pp 254–256 11 Brus, L.E., (1984), Electron-electron ADN electron-hole interactions in small semiconductor crystallites: The size dependence of the lowest excited electronic state J Chem Phys., 80(9), pp 4403-4409 12 Dhiraj Kumar, Brian J Meenan, Isha Mutreja, Raechelle D’Sa and Dorian Dixon Nibec, (2012), Controlling the size and size distribution of gold nanoparticles: a design of experiment study, International Journal of Nanoscience, Vol.11, No.2 1250023 13 Fang Xiaosheng, Zhai Tianyou, Gautam, U., K., Li Liang, Wu Limin, Bando Yoshio and Dmitri Golberg, (2011), Progress in Materials Sciene, Fudan University, China, pp 178 – 182 14 Gayou, V.V., Salazar-Hernández, B., Delgado Macuil, R., Zavala, G., Santiago, P and Oliva, A.I., (2010), Structural Studies of ZnS Nanoparticles by High Resolution Transmission Electron Microscopy JouARNl of Nano Research, 9, pp 125-132 15 George B Wright, (1968), Light Scattering Spectra of Solids, Proceedings of the International Conference held at New York University 16 Ismail Hakki Boyaci, Havva Tümay Temiz , Hüseyin Efe Geniş , Esra Acar Soykut, Nazife Nur Yazgan, Burcu Güven, Reyhan Selin Uysal, Akif Göktuğ Bozkurt, Kerem İlaslan, Ozlem Torun, Fahriye Ceyda Dudak Şeker, (2015), Dispersive and FT-Raman Spectroscopic Methods in Food Analysis, The Royal Society of Chemistry 17 John Rita, Frorence, S., Sasi, (2010), Optical, structural and morphological of bean – like ZnS nanostructures by aqueous chemical method, Department of Theoretical Physics, University of Madras, Guindy Campus, India 48 18 Kim Ji Eun, Hwang Cheong-Soo, and Yoon Sangwoon, (2008), Synthesis and Surface Characterization by Raman Spectroscopy of Water-Dispersible ZnS:Mn Nanocrystals Capped with Mercaptoacetic Acid, Bull Korean Chem Soc., Vol 29, No 6, pp 1247 – 1249 19 Landage S.M.*, Wasif A I and Dhuppe P., (2014), Synthesis of nanosilver using chemical reduction methods, International Journal of Advanced Research in Engineering and Applied Sciences, ISSN:2278-6252 20 Lee Ji-Hwan, Choi Stephen, Jang Seok Pil and Seoung Youn Lee, (2012), Production of aqueous spherical gold nanoparticles using conventional ultrasonic bath, Nanoscale Research lettters, 7:420 21 Li, G.H., Su, F.H., Ma, B.S, Ding, K., (2004), Photoluminescence of doped ZnS nanoparticles under hydrostatic pressure, phys.stat.sol (b), 241, No.14,3248-3256 22 Li Z.Q., Liu Q.Q., Li J.J., Sun Z., Chen Y.W., Yang Z., Huang S.M., (2012), Growth of Zn doped Cu(In, Ga)Se2 thin films by RF sputtering for solar cell applications, Solid-State Electronics, Vo 68, pp 80 – 84 23 Lian-sheng Jiao, Li Niu, Jing Shen, Tianyan You, Shaojun Dong and Ari Ivaska, (2005), Simple azo derivatization on 4-aminothiophenol/Au monolayer, Electro.Com 7, pp 219 – 222 24 Lin Yow-Jon, Tsai Chia-Lung, Liu W.R Hsieh, Hsu C.-H., Tsao Hou-Yen, Chu Jian-An, Chang Hsing-Cheng, (2009), Effect of ultraviolet treatment on the contact resistivity and electronic transport at the Ti/ZnO interfaces, Journal of Applied Physics 106, pp 013701-1 – 013701-5 25 Liu Jun, Ma Junfeng, Liu Ye, Song Zuwei, Sun Yong, Fang Jingrui, (2009), Systhesis of nanoparticles via hydrothermal process assisted by microemulsion technique, China Building Materials Academy, China 26 Lo, H., Y Sylvia, Wang Yung-Yun and Wan Chi-Chao, (2007), Synthesis of PVP stabilized Cu/Pd nanoparticles with citrate complexing agent and its 49 application as an activator for electroless copper desposition, Journal of colloid and Interface Science, Volume 310, Issue 1, pp 190-195 27 Luu Manh Quynh, Nguyen Minh Hieu, Nguyen Hoang Nam, (2014), Fast and Diagnostic Using Fe3O4 Magnetic Nanoparticles and Light Emitting ZnS/Mn Nanoparticles, VNU Jounal of Science, Vol.30, No.3 1-11 28 Murphy, C J., Sau, T., Gole, A and Orendorff, C., (2005), Surfactantdirected synthesis and optical properties of one-dimensional plasmonic metallic nanostructures MRS Bull., 30, pp 349–355 29 Nan Xiao and Chenxu Yu, (2010), Rapid-Response and Highly Sensitive Noncross-Linking Colorimetric Nitrite Sensor Using 4-Aminothiophenol Modified Gold Nanorods, Anal Chem 2010, 82, 3659–3663 30 N T Trang, L M Quynh, T V Nam, H N Nhat, (2013), Charge transfer at organic-inorganic interface of surface-activated PbS by DFT method Surface Science., 608, pp 67-73 31 Ocana, M., Hsu, W P ADN Matijevic, E., (1991), Preparation and properties of uniformcoated colloidal particles, Titania on zinc oxide Langmuir, 7, pp 2911–2916 32 Ogawa T, Kanemitsu, (1996), Optical properties of Low – Dimensional Materials, pp 217 – 222 33 Otto, C., van den Tweel, T J J., de Mul, F F M., and Greve, J., (2005), Surface-enhanced Raman spectroscopy of DNA bases, Journal of Raman Spectroscopey 34 Parvaneh Iranmanesh, Samira Saeednia, and Mohsen Nourzpoor, (2015), Characterization of ZnS nanoparticles synthesized by co-precipitation method, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Iran 35 Qi Xiao, Chong Xiao., (2008), Synthesis and photoluminescence of watersoluble Mn:ZnS/ZnS core/shell quantum dots using nucleation-doping strategy Optical Materials , 31(2), pp 455-460 50 36 Qin, D., Xiaoxiao, H., Wang, K., Xiao, J.Z., Tan, W., ADN Chen, J., (2007), Fruorescent nanoparticles – based indirect immunofluorescence microscope for detection of Mycobacterium tuberculosis Hindawi Publishing Corporation, JouARNl of Biomedicine ADN Biotechnology, Vol Article ID 89364: 1-9 37 Raju Kumar ChADNrakar, Bagle, R., N., and ChADNra, B., P., (2015), Systhesis, characterization ADN thermoluminescence studies of Mn-doped ZnS nanoparticles, The Jourrnal of Biological ADN Chemical Luminessence 38 Rodrigo Marques Ferreira, Maycon Motta, Augusto Batagin-Neto, Carlos Ferderico de Oliveira Graeff, Paulo Noronha Lisboa-Filho, Francisco Carlos Lavarda, (2014), Theoretical Investigation of Geometric Cofigurations and Vibrational Spectra in Citric Acid Complexes, Materials Research, Universidade Estadual Paulista 39 Roman Tuma, George J Thomas Jr, (2006), Raman Spectroscope of Viruses, Viley Online Library 40 Rosensweig, R.E., (1985), Ferrohydrodynamics, Cambridge University Press 41 Sharma Manoj, Jain Turan, Singh Sukhvir, and Pandey, O.P., (2012), Tunable emission in surface passivated Mn-ZnS nanophosphors and its application for Glucose sensing, Department of Nanotechnology, Sri Guru Granth Sahib World University, Fatehgarh Sahib-140407, Punjab, India 42 Swapna K., Mahamuda S., Srinivasa Rao A, Shakya S., Sasikala T., Haranath D., Vijaya Prakash G., (2014), Optical studies of Sm3+ ions doped zinc alumino bismuth borate glasses, Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectros, pp 53-56 43 Tiwary, K., P., Choubey, S., K., ADN Sharma, K., (2013), Structural and 51 Optical properties of ZnS nanoparticles synthesized by microwave irradiation method, Birla Institute of Technology, Patna Campus, India 44 Tran Thi Quynh Hoa, Le Van Vu, Ta Dinh Canh, and Nguyen Ngoc Long, (2009), Preparation of ZnS nanoparticles by hydrothermal method, Vietnam National University, Vietnam 45 Vij, D.R and Singh, N., Luminescence and Related Properties of II-VI Semiconductor, p.203 46 Y.Liu, M Tourbin, S.Lachaize, and P Guiraud, (2013), Silica nanoparticles separation from water: aggregation by cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), Chemosphere, Elsevier, 2013, vol 92, pp 681-687 47 Yu Zhi-gang and Lai Y Rebecce, (2013), Effect of Signaling Probe Conformation on Sensor Performance of a Displacement-Based Electrochemical DNA Sensor, Anal Chem, 85(6), pp 3340 – 3346 52 ... pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm Hình 2.1 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ hình mơ thí nghiệm chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết. .. sử dụng q trình thí nghiệm chế tạo hạt nano ZnS phương pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm 2.1.2 Quy trình chế tạo Các hạt nano ZnS đƣợc chế tạo phƣơng pháp hóa ƣớt Trong dung dịch, tinh thể ZnS. .. 2.1 Chế tạo hạt nano ZnS phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp siêu âm .21 2.1.1 Dụng cụ hóa chất .21 2.1.2 Quy trình chế tạo 21 2.2 Mơ hình đánh giá khả ứng dụng hạt ZnS cảm biến