Trong phần này tác giả sẽ đánh giá sự tăng nhiệt độ và tính toán thiết diện hấp thụ hiệu dụng của đơn hạt GNC khi có kích thích của laser đỏ (bước sóng 650 nm) chiếu tới trong glycerol. Thí nghiệm hiệu ứng quang nhiệt được trình bày như trong hình 3.9. Hạt GNC được lựa chọn có bán kính động học 88 nm được tính toán từ phương pháp theo dõi đơn hạt. Các mật độ laser chiếu đến hạt lần lượt đo được 6.103 W/cm2; 1,5.104 W/cm2; 2,8.104 W/cm2. Kết quả được biểu diễn trong hình 3.14. Từ hình 3.14a cho thấy các RSCS khớp tốt với số liệu thực nghiệm. Các đường RSCS giảm theo thời gian ở các công suất laser khác nhau. Từ đó cho thấy các thời gian hồi phục quay Brown 𝜏𝐵 giảm khi công suất laser tăng. Nhiệt độ được suy ra từ (3.2) và biểu diễn trong hình 3.14b. Dễ dàng thấy rằng nhiệt độ cục bộ lân cận hạt tăng tuyến tính theo công suất laser chiếu. Ở mật độ công suất chiếu lớn nhất 2,8.104 W/cm2 nhiệt độ đạt lớn nhất đạt đến 42oC trong glycerol. Sự thăng giáng nhiệt độ này so với nhiệt độ phòng (23oC) là 19 oC.
Hình 3.14. Các kết quả về sự gia nhiệt của một GNC đơn lẻ được tạo kích thích bởi laser đỏ ( bước sóng 650 nm). (a) Các RSCS (đường màu đỏ) khớp với số liệu thực nghiệm đo được. (b) Nhiệt độ cục bộ của GNC tăng theo mật độ công suất laser tới.
Từ đây có thể tính toán được tiết diện hiệu dụng hấp thụ 𝜎𝑎𝑏𝑠 của GNC tương ứng với công suất cực đại của laser chiếu tới [41].
r P r T g abs 1 4 ) ( (3.7)
Ở đóghệ số dẫn nhiệt của glycerol, g 0.28W.m-1.K-1; T(r)là nhiệt độ
tăng ở công suất laser chiếu cực đại so với nhiệt độ phòng và P là mật độ công suất laser chiếu tới, r là khoảng cách tại điểm đo nhiệt độ trong môi trường so với tâm hạt. Từ đó cho thấy nhiệt độ giảm khi càng xa hạt. Giả sử xét tại điểm trên bề mặt hạt nano (r = Rh), khi đó nhiệt độ sẽ là lớn nhất. Thiết diện hấp thụ hiệu dụng tính được bằng 3.10-9 cm2, giá trị này tương ứng 6,3 % thiết diện ngang (𝑆 = 4𝜋𝑅2) của hạt theo lý thuyết Mie tính cho hạt nano vàng lõi vỏ có cùng kích thước. Như vậy trong trường hợp GNC, thiết diện hấp thụ hiệu dụng nhỏ hơn so với kết quả tính toán của lý thuyết Mie cho hạt nano vàng lõi vỏ. Điều này có thể được giải thích là do bước sóng laser lựa chọn để kích thích mẫu không trùng khớp với hấp thụ plasmon của GNC tương ứng. Thêm vào đó, do GNC là dạng hạt bất đối xứng nên chỉ có một nửa hạt được phủ bởi lớp kim loại vàng vì vậy trong khi hạt quay trong dung dịch, năng lượng photon tới mà hạt nhận được nhỏ hơn so với hạt nano vàng lõi/vỏ dạng cầu có cùng kích thước. Như vậy từ khảo sát này cho thấy, dưới kích thích của laser tới các GNC hấp thụ năng lượng và sinh nhiệt lan tỏa ra môi trường xung quanh, do đó nó có chức năng như một nguồn nhiệt.
KẾT LUẬN
Luận văn đã đạt được một số kết quả quan trọng sau:
- Chế tạo thành công các hạt GNC có bề dày lớp vỏ vàng (từ 10 nm đến 50 nm) và đường kính lõi (từ 100 nm đến 200 nm) thay đổi.
- Đã nghiên cứu hiệu ứng quang nhiệt trên đơn hạt GNC khi sử dụng laser đỏ để kích thích. Kết quả cho thấy, mỗi đơn hạt GNC có thể được sử dụng như một nhiệt kế nano và nguồn nhiệt nano. Nhiệt độ lớn nhất sinh ra khi GNC hấp thụ laser đỏ ở cường độ lớn nhất 2,8.104 W/cm2. Thiết diện hấp thụ hiệu dụng tương ứng 6,3% so với thiết diện ngang của hạt nano vàng lõi vỏ có cùng kích thước theo tính toán của lý thuyết Mie.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
Xác định hệ số khuếch tán dịch chuyển của một hạt nano vàng duy nhất trong hỗn hợp nước + glycerol
Vũ Xuân Hòa*, Hoàng Văn Quế, Phạm Thị Thu Hà, Nguyễn Thị Hương Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. H-T. Jeng and G. Y. Guo, “First-principles investigations of the electronic structure and magnetocrystalline anisotropy in strained magnetite Fe3O4”, Phys. Rev. B,Vol.12, No.65, 094429, 2002.
[2]. Zhen W., “Plasmon-resonant gold nanoparticles for cancer opticalimaging”,
Science China: Physics, Mechanics Astronomy, Vol.56, pp. 506-513, 2013. [3]. Huang X.Jain P. K., El-Sayed I. H., El-Sayed M. A.,
“Goldnanoparticles:interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics andtherapy”,Nanomedicine, Vol.2. No.5, pp. 681-693, 2007.
[4]. Cai W., Gao T., Hong H., Sun J., “Applications of gold nanoparticles in cancer nanotechnology”, Nanotechnology Science and Applications, Vol.1, 17-32, 2008.
[5]. Huang X., Jain P. K., El-Sayed I. H., El-Sayed M. A., “Goldnanoparticles:interesting optical properties and recent applications in cancerdiagnostics and therapy”, Nanomedicine, Vol.2,No.5, pp. 681-693, 2007. [6]. Nikoobakht B. and El-Sayed M.A., “Preparation and Growth Mechanismof
Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method”,Chem Mater,Vol.15, No.10, 1957-1962, 2003.
[7]. Gao Jie, Xu Min, “Metal Nanoparticles of Various Shapes”, ECE-580 Mid-term Paper, pp. 1-19, 2008.
[8]. Loo, L. Hirsch, A. Lin, M.-H. Lee, J. Barton, N.J.Halas, J. West, and R. Dre- zek,“Nanoshell-enabled photonics-based imaging and therapy of cancer”, Tech, Cancer Res., No.3, No.1,33-40, 2004.
[9]. Kalele, Suchita; Gosavi, S. W.; Urban, J.; Kulkarni, S. K., “Nanoshellparticles: synthesis, properties and applications”,Current science, Vol. 91Issue 8, 1038- 1052. 2006.
[10]. Huang X., Jain P.K., El-Sayed I.H., et al,“Gold nanoparticles: interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics and therapy”,Nanomed,
[11]. Y.Lu, G.L.Liu, J.Kim, Y.X.Mejia, and L.P.Lee, “Nanophotonic crescen t moon structures with sharp edge for ultrasensitive biomolecular detection by local elec tromagnetic field enhancement effect, Nano Lett.,Vol.5, No.1,119-124, 2005 [12]. G.L.Liu, J.Kim, Y.Lu, and L.P.Lee. “Optofluidic control using photothermal
na-noparticles, Nat. Mat., Vol.5, No.1, 27-32, 2005
[13]. S.Link and M.El-Sayed, “Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods, J. Phys. Chem. B, Vol.103, No.40, 8410-8426, 1999.
[14]. Xiaolong X., Yuanyuan ., Xiangdong X., Shuaidong H., Fei Chen., Guozhang Zou., and Xing-Jie L., “Seedless Synthesis of High Aspect Ratio Gold Nanorods with High Yield”,J. Name., 00, (1-3), 2013.
[15]. Xiaolong X., Yuanyuan, Xiangdong X., Shuaidong H., Fei Chen., GuozhangZou., and Xing-Jie L., “Seedless Synthesis of High Aspect Ratio GoldNanorods with High Yield”, J. Name.,00, (1-3), 2013.
[16]. F.Perrin, “Étude mathématique du mouvement brown de rotation’’, PhD thesis, Faculté des sciences de Paris, 1928.
[17]. Phonthammachai N., Kah J.C.Y., Jun G., et al, “Synthesis of Contiguous Silica- Gold Core-Shell Structures: Critical Parameters and Processes”,Langmuir,Vol.24, No.9, 5109-5112, 2008.
[18]. Oldenburg S.J., Averitt R.D., Westcott S.J., Halas N.J., “Nanoengineering of optical resonance”, Chemical physics letters, Vol.288, 243-247, 1998.
[19]. G.L.Liu, J.Kim, Y.Lu, and L.P.Lee. “Optofluidic control using photothermal na noparticles”, Nat. Mat.,Vol.5, No.1, 27-32, 2005.
[20]. G.L.Liu, J.Kim, Y.Lu, and L.P.Lee. “Optofluidic control using photothermal na-noparticles”, Nat. Mat.,Vol.5, No.1, 27-32, 2005.
[21]. Norman Jr. T.J., Grant C.D., Schwartzberg A.M., et al, “Structuralcorrelations with shifts in the extended plasma resonance of gold nanoparticleaggregates”,Opt Mater,Vol.27, No.7, 1197-1203, 2005.
precancer using anti-epidermal growth factor receptor antibodies conjugatedto gold nanoparticles”,Cancer Res, Vol.63, No.9, 1999-2004, 2003.
[23]. Murphy C.J., Thompson L. B., Chernak D.J., Yang J.A., Sivapalan S.T., HuangJ., Alkilany A. M., Sisco P.N., “Gold nanorod crystal growth: From seed - mediated synthesis to nanoscale sculpting”, Current Opinion in Colloid&Interface Science,Vol.16,(128-134), 2011.
[24]. Prashant K.Jain, Ivan H. El-Sayed, “Au Nanoparticles Target Cancer”, Nanotoday February/Volume/Number1, pp.18-29, February 2007.
[25]. P. Colson, C. Henrist, R. Cloots, “Nanosphere Lithography: A Powerful Method for the Controlled Manufacturing of Nanomaterials”, Journal of Nanomaterials, Vol.5, No.8, 1-19, 2013.
[26]. S. Virasawmy, K.Y. Liu, L.W. Yen, W. Knoll, X. Zhou, M.S. Tse, “Fabrication of Gold Nanocrescents by Angle Deposition with Nanosphere Lithography for Localized Surface Plasmon Resonance Applications”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology. Vol.8,3369-3378, 2008.
[27]. Y. Shen, M. Liu, J. Li, X. Chen, H.X. Xu, Q. Zhu, X. Wang, C. Jin,“Extraordinary Transmission of Three-Dimensional Crescent-like Holes Arrays”, Plasmonics. Vol.7, No.2, 221-227, 2012.
[28]. C.J. Behrend, J.N. Anker, R. Kopelman, “Brownian modulated optical nanoprobes”, Applied Physics Letters. Vol.84, No.45, 154-156, 2004.
[29]. N.A.Mirin and N.J.Halas, “Light-bending nanoparticles”, Nano Lett., Vol.9, No.3: 1255-1259, 2009.
[30]. J.C. Hulteen, R.P. Van Duyne,“Nanosphere lithography: A materials general fabrication process for periodic particle array surfaces”, Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films.Vol.13, 1553-1558, 1995. [31]. B. Bonanni, S. Cannistraro, “Gold Nanoparticles on Modified Glass Surface as Height Calibration Standard for Atomic Force Microscopy Operating in Contact and Tapping Mode”, Online Journal of Nanotechnology. Vol.1, 1-14, 2005
Gold Composite Nanoparticles Using an Ethanol Extract of Eucalyptus camaldulensis and Study of the Surface Chemistry” , Journal of Nanomaterials. Vol.20, 1-5, 2010.
[33]. R.D. Averitt, S.L. Westcott, N.J. Halas, “Linear optical properties of gold nanoshells”, Journal of the Optical Society of America B. Vol.16, No.21, 1824, 1999.
[34]. Y. Zhang, A. Barhoumi, J.B. Lassiter, N.J. Halas, “Orientation-preserving transfer and directional light scattering from individual light-bending nanoparticles”, Nano Letters.Vol.11, No.1,1838-1844, 2011.
[35]. N.A. Mirin, N.J. Halas, “Light-Bending Nanoparticles”, Nano Letters . Vol.9, No.12, 1255-1259, 2009.
[36]. V. Amendola, R. Saija, O.M. Maragò, M.A. Iatì, “Superior plasmon absorption in iron-doped gold nanoparticles”, Nanoscale. Vol.7, No.5, 8782-8792,2015. [37]. A.W.H. Lin, N.A. Lewinski, J.L. West, N.J. Halas, R.A. Drezek, “Optically
tunable nanoparticle contrast agents for early cancer detection: model-based analysis of gold nanoshells”, Journal of Biomedical Optics,Vol.10, No.2, 064035, 2005
[38]. X.H. Vu, M. Levy, T. Barroca, H.N. Tran, E. Fort, “Gold nanocrescents for remotely measuring and controlling local temperature”,
Nanotechnology.Vol.24, No.4, 112-121, 2013.
[39]. N.S. Cheng, “Formula for the viscosity of a glycerol-water mixture”, Industrial and Engineering Chemistry Research. Vol.47, No.3, 3285-3288, 2008.
[40]. N.J. Hogan, A.S. Urban, C. Ayala-Orozco, A. Pimpinelli, P. Nordlander, N.J. Halas, “Nanoparticles heat through light localization”, Nano Letters,Vol.14. No.4,4640-4645, 2014.
[41]. G. Baffou, R. Quidant, F.J. Garc, “Nanoscale Control of Optical Heating in Complex Plasmonic Systems”, NanoLett. Vol.4, No.1, 709 - 716, 2010.