NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ SILICA/VÀNG Đ/H ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN VẬT LÝ ĐỖ THỊ HUẾ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ SILICA/VÀNG ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2018 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN VẬT LÝ ĐỖ THỊ HUẾ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ SILICA/VÀNG ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số chuyên ngành: 944 01 04 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nghiêm Thị Hà Liên PGS.TS Trần Hồng Nhung Hà Nội – 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu chế tạo, tính chất quang hạt nanô vàng cấu trúc nanô lõi /vỏ silica/vàng ứng dụng ảnh tế bào” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu tài liệu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Nghiên cứu sinh Đỗ Thị Huế ii LỜI CẢM ƠN Luận án hồn thành phịng thí nghiệm nhóm NanoBioPhotonics Viện Vật lý thuộc viện Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn TS.Nghiêm Thị Hà Liên PGS.TS Trần Hồng Nhung Để hồn thành đƣợc luận án này, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng, lịng biết ơn chân thành, sâu sắc tới TS.Nghiêm Thị Hà Liên PGS TS Trần Hồng Nhung, ngƣời thầy tận tụy hết lịng hƣớng dẫn tơi, tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu Viện Vật Lý Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Vũ Dƣơng, PGS TS Đỗ Quang Hòa, TS Nguyễn Trọng Nghĩa anh chị em thuộc nhóm NanoBioPhotonics thuộc trung tâm Điện tử Lƣợng tử - Viện Vật Lý giúp đỡ cho ý kiến quý báu nhƣ hƣớng dẫn tơi suốt q trình làm thực nghiệm để hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tới PGS TS Chu Việt Hà, ngƣời bên tôi, giúp đỡ cho lời khuyên quý báu để vững bƣớc suốt giai đoạn học tập Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể lãnh đạo Khoa Vật Lý, thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, ngƣời quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện cho để tơi có thời gian hồn thành luận án Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ hai bên, tới gia đình nhỏ có chồng gái con, ngƣời ln bên con, thay gánh vác việc gia đình, tạo cho động lực niềm tin để có đƣợc ngày hơm Xin trân trọng cảm ơn tất cả! Hà Nội, tháng 01 năm 2018 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU .1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .9 1.1 Tính chất quang hạt nano kim loại 1.1.1 Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance SPR) 10 1.1.2 Lý thuyết Mie – phụ thuộc tính chất quang vào kích thƣớc hạt 11 1.1.3 Đặc trƣng quang học cấu trúc nano vàng 16 1.1.3.1 Hạt nano vàng dạng cầu .17 1.1.3.2 Thanh nano vàng – Lý thuyết Gans .19 1.1.3.3 Hạt nano cấu trúc lõi /vỏ silica/vàng (SiO2/Au) 23 1.2 Các phƣơng pháp chế tạo cấu trúc nano vàng 27 1.2.1 Phƣơng pháp nuôi mầm 28 1.2.1.1 Cơ chế hình thành phát triển hạt nano vàng phƣơng pháp nuôi mầm 29 1.2.1.2 Cơ chế ổn định keo hạt dung dịch 31 1.2.2 Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu 34 1.2.3 Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ - SiO2/Au 37 1.2.4 Chế tạo nano vàng 39 1.3.1 Đánh dấu ảnh sinh học .43 1.3.2 Ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt 45 1.4 Các phƣơng pháp đo đạc 48 1.4.1.1 Phép đo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 48 1.4.1.2 Nhiễu xạ tia X (XRD) 49 iv 1.4.2 Các phƣơng pháp xác định cấu trúc hóa học 50 1.4.2.1 Phƣơng pháp EDX (Energy-dispersive X-ray) 50 1.4.2.2 Hấp thụ hồng ngoại (FTIR-Fourrier Transformation InfraRed) 50 1.4.3 Phƣơng pháp tán xạ động (Dynamic Light Scattering -DLS) 51 1.4.4 Các phƣơng pháp xác định tính chất quang 53 1.4.4.1 Phổ hấp thụ UV-Vis .53 1.4.4.2 Kính hiển vi trƣờng tối 54 Chƣơng 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CÁC HẠT NANO VÀNG DẠNG CẦU BẰNG PHƢƠNG PHÁP NUÔI MẦM 55 2.1 Nguyên liệu hóa chất 55 2.2 Chế tạo hạt vàng kích thƣớc nhỏ - vàng Duff-Baiker 55 2.2.1 Quá trình chế tạo .56 2.2.2 Hình thái tính chất quang 57 2.3 Chế tạo hạt nano vàng dạng cầu phƣơng pháp nuôi mầm 59 2.3.1 Dung dịch nuôi 61 2.3.1.1 Chuẩn bị dung dịch nuôi 61 2.3.1.2 Xác định pH tối ƣu dung dịch nuôi vàng hydroxyde 62 2.3.2 Khảo sát phát triển hạt thay đổi tỷ lệ nồng độ ion Au3+ dung dịch nuôi nồng độ hạt vàng dung dịch mầm .63 2.3.3 Điều khiển kích thƣớc hạt nano vàng lên tới 200 nm .65 2.3.3.1 Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng Duff-Baiker .65 2.3.3.2 Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng citrate 67 Kết luận chƣơng .76 Chƣơng 3: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO LÕI SILICA VỎ VÀNG SiO2/Au 77 3.1 Nguyên liệu hóa chất -Quy trình chế tạo 77 3.2 Chế tạo amin hóa hạt nano silica phƣơng pháp Stober 79 3.2.1 Thí nghiệm chế tạo amin hóa hạt nano silica .79 3.2.1.1 Tạo hạt nano silica phƣơng pháp Stober 80 3.2.1.2 Chức hóa bề mặt hạt nano silica phân tử APTES 81 v 3.2.2 Kết tổng hợp hạt lõi nano silica 81 3.3 Chuẩn bị hạt silica – vàng mầm 85 3.3.1 Hấp phụ hạt vàng Duff-Baiker lên hạt silica có hóa học bề mặt khác 85 3.3.2 Ảnh hƣởng thời gian ủ tới trình hấp phụ hạt nano vàng mầm lên hạt lõi nano silica 87 3.4 Chế tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng 88 3.4.1 Ảnh hƣởng nồng độ HCHO đến phát triển hạt vàng bề mặt hạt nano silica 89 3.4.2 Chế tạo hạt nano SiO2/Au với tỉ lệ đƣờng kính lõi độ dày vỏ thay đổi .91 3.4.2.1 Chế tạo hạt nano SiO2/Au có độ dày vỏ thay đổi .91 3.4.2.2 Tạo lớp vỏ vàng hạt lõi silica có đƣờng kính khoảng 40-150 nm .95 Kết luận chƣơng 100 Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG THANH 101 4.1 Ngun liệu hóa chất - Quy trình chế tạo 101 4.1.1 Quy trình chế tạo nano vàng .102 4.1.2 Giai đoạn tạo mầm 103 4.1.3 Giai đoạn nuôi mầm để tạo 105 4.2 Chế tạo nano vàng khảo sát yếu tố ảnh hƣởng 106 4.2.1 Tỷ lệ nồng độ Ag+/Au3+ 106 4.2.2 Nồng độ tác nhân khử Axit ascorbic (AA) 106 4.3 Kết chế tạo nano vàng .107 4.3.1 Hình dạng thành phần nano vàng .107 4.3.2 Ảnh hƣởng yếu tố lên hình thành phát triển 109 4.3.2.1 Tỉ lệ nồng độ mol [Ag+ ]/[Au3+] 109 4.3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ AA 115 4.4 Sự phụ thuộc tính chất quang nano vàng vào chiết suất môi trƣờng 117 4.4.1 Ảnh hƣởng nồng độ CTAB lên tính chất quang nano vàng 117 vi 4.4.2 Ảnh hƣởng phân tử bề mặt lên tính chất quang nano vàng 119 Kết luận chƣơng 121 Chƣơng 5: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG .122 5.1 Gắn kết hạt nano vàng với phân tử sinh học tƣơng thích sinh học .123 5.1.2 Gắn kết với phân tử albumin – protein bovine serum albumin (BSA) 124 5.1.3 Gắn kết với glutathione (GSH) .124 5.2 Một số kết gắn kết phân tử sinh học/tƣơng thích sinh học lên cấu trúc nano vàng 125 5.3 Kết sử dụng hạt nano vàng ảnh tế bào .130 5.4 Ứng dụng quang nhiệt cấu trúc nano vàng mô thịt 131 5.4.1 Bố trí thí nghiệm 131 5.4.2 Kết ứng dụng quang nhiệt 133 Kết luận chƣơng 137 DANH MỤC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .141 TÀI LIỆU THAM KHẢO .143 PHỤ LỤC 156 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên tiếng Việt AA Ascorbic acid Axit ascorbic AR Aspect Ratio Tỷ lệ cạnh CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide - NIR Near-infrared range Vùng hồng ngoại gần PPTT Plasmonic photo-thermal therapy Hiệu ứng quang – nhiệt SPR Surface plassmon resonance Cộng hƣởng plasmon bề mặt SP Surface plasmon Plasmon bề mặt SPP Surface Plasmon Polariton Plasmon polariton bề mặt DDA Discrete dipole approximation Gần lƣỡng cực GNR Gold nanorod Thanh nano vàng TSPR Transmission surface plasmon Cộng hƣởng plasmon theo resonance chiều ngang Long surface plasmon resonance Cộng hƣởng plasmon theo LSPR chiều dọc max LSPR Cực đại hấp thụ ứng với dao - động LSPR GNR R= - Tỷ số độ hấp thụ quang Benzyl dimethylhexadecyl ammonium - LSPR/TSPR BDAC chloride BSA Bovine serum albumin - THPC Tetra- - viii kis(hydroxymethyl)phosphonium chloride DP Deposition Precipitation Kết tủa lắng đọng GPS Gold Plating Solution Dung dịch vàng hydroxide - Dung dịch nuôi GSH Glutathione reduced - TEOS Tetraethyl orthosilicate - APTES Propylamin-triethoxysilan - PEG Polyethylene glycol - TEM Transmission electron microscope Hiển vi điện tử truyền qua DLS Dynamic Light Scattering Tán xạ ánh sáng động học PdI Polydispertion Index Chỉ số đa phân tán ix