Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3.2Kỹ thuật theodõiđơnphântử
a)Cách tiếp cận
Trong nghiên cứu này, cách tiếp cận được sử dụng bởi phương pháp: chuyển động dịch chuyển Brown, chúng ta biết rằng khi một quả cầu nhỏ tự do đắm mình trong một chất lỏng nó sẽ chuyển động dịch chuyển ngẫu nhiên. Các luật cơ bản của chuyển động dịch chuyển Brown được phát triển bởi Einstein và sau đó Perrin là người phát triển sâu hơn. Khi ta xét một hạt dạng cầu nhỏ lơ lửng chuyển động dịch chuyển ngẫu nhiên trong một chất lỏng thì chúng bị ảnh hưởng bởi các thông số của đặc trưng của chất lỏng đó như; độ nhớt, nhiệt độ môi trường…Câu hỏi đặt ra là; sau mỗi khoảng thời gian nào đó (ví dụ khoảng thời gian giữa hai ảnh đo đạc) thì hạt đang ở đâu?. Hay khoảng cách trung bình trong một khoảng thời gian mà hạt chuyển động được có xác suất là bao nhiêu?. Chúng ta nhận thấy rằng bình phương trung bình dịch chuyển tỷ lệ với thời gian. Theo lý thuyết, bình phương trung bình dịch chuyển được xác định từ công thức:
r2 (t) 4Dt (26)
Với τ là thời gian hạt chuyển động. Dtlà hệ số khuếch tán của hạt nano trong môi trường glycerol. Dtđược xác định bởi:
D kBT
t
6(T)R
g h (27)
Trong thực nghiệm, kB là hằng số Bolzmann, chúng ta dễ dàng đo được giá trị r2 (t) theo
r2 (t) x2 (t) y2 (t) (28)
ở nhiệt độ phòng (t=23oC) nhờ vào thuật toán của nhóm MOSAIC và phần mềm matlab. Từ đây ta xác định được Dtbằng cách làm khớp giữa phương trình (28) với (26), từ đó tính được bán kính thủy động lực học Rh của hạt nano. Kích thước
Rh này sẽ được dùng để xác định nhiệt độ của hạt nano theo công thức (27) và kếthợpvớicôngthức(26)(vìkhinhiệtđộthayđổithìkíchthướccủahạtvẫn
giữ nguyên). Nhiệt độ này là nhiệt độ cục bộ của nano sinh ra ngay trên bề mặt của hạt.
b)Quy trình theo dõi một hạt nano trong chấtlỏng
Theo dõi một hạt duy nhất là một công nghệ theo dõi sự chuyển động của của từng phân tử phát quang (huỳnh quang chẳng hạn) dựa trên một hệ ghi ảnh nhanh. Chúng ta lưu lại các quỹ đạo của từng hạt đã được đánh dấu, điều này cho phép nhận được tín hiệu/nhiễu rất tốt và do đó xác định được vị trí của hạt cần theo dõi. Đây là một phương pháp rất mới đang được phát triển để hiện ảnh các quỹ đạo từng phân tử huỳnh quang riêng lẻ có kích thước rất bé (do đó khuếch tán rất nhanh) hoặc là hiện ảnh quỹ đạo các phân tử có nồng độ lớn. Công nghệ này được đánh giá rất cao trong lĩnh vực nghiên cứu động học các phân tử protein trong màng tế bào sinh học. Như đã trình bày trong phần trên, kính hiển vi trường tối là ứng cử viên sang giá cho quan sát sự tán xạ và hiện ảnh plasmon của hạt nano vàng bán nguyệt. Kỹ thuật theo dõi đơn phân tử là rất lý tưởng cho việc làm bộc lộ các đặc trưng của từng hạt nano sẽ được sử dụng để xác định sự dịch chuyển, hệ số khuếch tán hay vận tốc của nó. Để thuận lợi, chúng tôi ghi một video gồm 1000 ảnh nhờ một camera rất nhạy EM-CCD Andor. Khoảng thời gian giữa 2 ảnh là 0,3 s. Quy trình của kỹ thuật theo dõi đơn phân tử thong thường bao gồm 4bước:
a) Ghi một video dưới kính hiển vi trường tối. Video bao gồm 1000 ảnh và khoảng thời gian giữa 2 ảnh là 0,3s.
b) Xác định các vị trí tương ứng với mỗi ảnh hiển thị. Một chuỗi các ảnh được ghi lại bởi camera, sau đó được phân tích bởi phần mềm ImageJ bằng cách sử dụng công cụ plug-in de MOSAIC [17]. Có một số thông số cần được lựa chọn phù hợp để phát hiện ra các hạt, như; radius of particle (pixel) – đây là bán kích của vết sáng trên ảnh chứ không phải bán kính thực của hạt nano; cutoff- số điểm để phân biệt các hạt; percentile- để xác định các điểm ảnh sáng được coi như là hạt. Tất cả các điểm trong percentile trên của phân bố các cường độ hình ảnh được coi là một hạt. Đơn vị: phần trăm(%).
c)Theo dõi sự dịch chuyển các hạt thông qua việc nối lại các đốm sáng đã được phát hiện.
d)Phân tích kết quả thuđược