H nh 5.8 Cấu trỳc phõn tử của MPA.
5.7.3. Chuẩn ị mẫu đ ghi huỳnh quang của tổ hợp chấm lƣợng tử-ATCh AChE cú m t thuốc trừ s u Parathion meth l
40 l dung dịch PM n ng độ 1 g ml trong isopropanol tƣơng ứng với 40 ng PM, hay 0,15 nmol đƣợc cho vào 0,3 ml dung dịch AChE và dung dịch này đƣợc ủ ở 37 oC trong 10 phỳt. Dung dịch chấm lƣợng tử và ATCh sẽ đƣợc thờm vào và ủ ở 37 oC trong 20 phỳt. Đo phổ HQ đƣợc tiến hành sau 10 phỳt.
5.7.4. Kết quả
AChE là một enzyme phõn cắt liờn kết este trong ATCh, tạo thành TCh mang một nhúm –SH. Ảnh hƣởng của ATCh AChE lờn HQ của chấm lƣợng tử đó đƣợc xem xột. Điều này đƣợc thể hiện qua sự giảm r ràng cƣờng độ HQ trờn hỡnh 5.17 và 5.18. Sự giảm cƣờng độ HQ khi cho ATCh AChE vào chấm lƣợng tử đƣợc quy cho phản ứng thủy phõn ATCh khi c m t enzyme AChE phản ứng 5.2 . Phản ứng
này tạo ra TCh mang nh m –SH làm giảm cƣờng độ HQ của chấm lƣợng tử. Vị trớ n ng lƣợng dải h a trị của CdSe dẫn đến việc bẫy cỏc lỗ trống trong cỏc chấm lƣợng tử CdSe lờn nh m thiol và nhƣ vậy làm giảm HQ [47], [106]. Hỡnh 5.19 mụ tả vị trớ biờn dải của CdSe ở trạng thỏi khối trong dung dịch so với mức n ng lƣợng của nh m thiol. 450 500 550 600 650 700 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 CdSe/ZnS2,5ML-Parathion methyl C- ờng đ ộ hu ỳnh qu ang (đ .v.t.đ) B-ớc sóng (nm) CLT-MPA CLT-ATCh-AChE CLT-ATCh-AChE+pesticide KT= 488 nm, T = 300 K
Hỡnh 5.17. Phổ HQ của cỏc chấm lượng tử CdSe/ZnS2,5ML/MPA với sự cú mặt của tổ hợp ATCh/AChE và phõn tử hoạt tớnh của thuốc trừ sõu PM.
450 500 550 600 650 700 750 8000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 C-ờ ng độ huỳ nh qua ng ( đ.v .t .đ) B-ớc sóng (nm) QDs-MPA QDs-ATCh-AChE QDs-ATCh-AChE-pesticide KT= 488 nm, T = 300 K
CdSe/ZnSe1ML/ZnS4.4ML - Parathion methyl
(a) 450 500 550 600 650 700 750 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
CdSe/ZnSe2ML/ZnS2ML - Parathion methyl
C- ờng đ ộ hu ỳnh qu ang (đ .v.t.đ) B-ớc sóng (nm) CLT-ATCh-AChE CLT-ATCh-AChE+pesticide KT= 488 nm, T = 300 K (b)
Hỡnh 5.18. Phổ HQ của cỏc chấm lượng tử CdSe/ZnSe1ML/ZnS2,5ML/MPA (a) và CdSe/ZnSe2ML/ZnS2ML (b) với sự cú mặt của tổ hợp ATCh/AChE và phõn tử hoạt tớnh của thuốc trừ sõu PM.
Hỡnh 5.19. Vị trớ biờn dải của CdSe dạng khối. Sự bẫy cỏc lỗ trống cú thể xảy ra trong trường hợp này [106].
Hoạt tớnh của AChE bị ức chế bởi PM, và nhƣ vậy cƣờng độ HQ của cỏc chấm lƣợng tử ATCh AChE sẽ đƣợc t ng hơn khi c m t PM. Chỳng tụi đó dựng 40 ng PM (0,15 nmol) và chỳng đƣợc phõn tỏn trong 1 ml dung dịch cuối cựng trƣớc khi tiến hành ghi phổ HQ. Nhƣ vậy, với n ng độ PM này 150 nM , hệ phản ứng c xỳc tỏc enzyme ATCh AChE đủ để làm cƣờng độ HQ thay đổi r ràng t ng 1,4-1,6 lần so với cƣờng độ HQ của tổ hợp chấm lƣợng tử/ATCh/AChE).
Sự bẫy lỗ trống từ cỏc chấm lƣợng tử lờn nh m thiol là thuận lợi về m t n ng lƣợng khi mức n ng lƣợng oxi h a - khử nh m thiol n m ở cỏc n ng lƣợng cao hơn đỉnh của dải h a trị. CdSe c thể chuyển h a hiệu quả cỏc nh m thiol thành cỏc disulfide qua phản ứng quang xỳc tỏc [47], [106]. Bƣớc đầu tiờn trong quỏ trỡnh bẫy lỗ trống lờn một phõn tử thiol là cỏc phõn tử này đƣợc hấp thụ mạnh lờn bề m t chấm lƣợng tử CdSe. Bẫy lỗ trống lờn phõn tử thiol dẫn tới tạo ra gốc thyil và hai gốc thyil c thể chuyển thành disulfide. Quỏ trỡnh này rất hiệu quả và đƣợc quan sỏt khụng chỉ trong trƣờng hợp cỏc điện cực CdSe và CdS mà c n đối với chấm lƣợng tử CdSe và CdS [106]. Sự bẫy lỗ trống chỉ bị ức chế bởi một hàng rào n ng lƣợng khi đỉnh của dải h a trị bỏn dẫn cao hơn mức n ng lƣợng ụxi h a – khử của nh m thiol. Đối với sự tỏi hợp phỏt xạ, cả điện tử và lỗ trống đều cần khụng bị bẫy. Nếu lỗ trống bị bẫy trờn phõn tử thiol, tỏi hợp phỏt xạ của exciton khụng thể xảy ra, dẫn đến cƣờng độ HQ giảm đi. Độ nhạy cao của tớn hiệu đƣợc quy cho là sự ức chế OPs
n i chung lờn hoạt tớnh xỳc tỏc của AChE và sự khỏc nhau về tƣơng tỏc với chấm lƣợng tử MPA của ATCh và TCh.
Theo tiờu chuẩn Việt Nam ban hành ngày 4 thỏng 4 n m 1998, quyết định số 867 1998 QĐ-BYT, dƣ lƣợng cho phộp của parathion methyl trong cỏc nụng sản từ 0,01 ppm một phần triệu đến 2 ppm, tuỳ loại. Nhƣ vậy, với giới hạn này, chỉ cần 4 gam mẫu nụng sản, chỳng tụi c thể biết đƣợc dƣ lƣợng của chất này trong nụng sản c vƣợt quỏ mức tiờu chuẩn cho phộp hay khụng. Đõy là những kết quả bƣớc đầu, trong tƣơng lai, chỳng tụi c thể sử dụng thờm cỏc chất t ng nhạy HQ nhƣ 5,5'- dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) DTNB để nhận biết đƣợc lƣợng TCh tạo ra [77], ho c chỳng tụi sẽ chức n ng h a cỏc chấm lƣợng tử với avidin và dựng cỏc xỳc tỏc sinh học AChE-choline oxidase (ChOx) và AChE [33], để làm t ng độ nhạy tớn hiệu HQ của cảm biến sinh học khi c m t thuốc trừ sõu OPs và cacbamate n i chung.
5.8. Kết luận
Trong chƣơng này, chỳng tụi đó trỡnh bày cỏc kết quả về biến đổi bề m t cỏc chấm lƣợng tử CdSe cấu trỳc lừi/v , với việc sử dụng cỏc nh m chức là amine - NH2 , silanol -Si-OH và carboxyl -COOH . Đó nghiờn cứu phổ hấp thụ và HQ để nghiờn cứu so sỏnh hiệu ứng biến đổi bề m t cỏc chấm lƣợng tử và gắn nh m chức lờn chỳng. Đó nghiờn cứu việc bọc chấm lƣợng tử b ng một lớp v SiO2 nh m bảo vệ cỏc chấm lƣợng tử. Việc bọc một một lớp v SiO2 khụng làm thay đổi nhiều tớnh chất HQ của chỳng so với nguyờn gốc. Chỳng tụi cũng đó tiến hành đƣa cỏc chấm lƣợng tử vào bề m t cỏc hạt cầu SiO2, với mục đớch làm t ng cƣờng độ phỏt sỏng đối với một hạt cầu SiO2 với triển vọng ứng dụng trong hiện ảnh sinh học và làm cảm biến sinh học [102]. Cỏc chấm lƣợng tử sau khi biến đổi bề m t này phõn tỏn tốt trong nƣớc. Nhỡn chung, việc biến đổi bề m t khụng làm thay đổi nhiều tớnh chất HQ cỏc chấm lƣợng tửnày.
Cỏc chấm lƣợng tử CdSe/ZnS đƣợc biến đổi bề m t b ng cỏc nh m amine đó đƣợc ứng dụng thành cụng trong việc đỏnh dấu sự c m t của DNA virus viờm gan B trong dung dịch [99].
Đó thử nghiệm thành cụng việc ghộp nối chấm lƣợng tử CdSe nhiều lớp với phõn tử hoạt tớnh của thuốc trừ sõu là Parathion Methyl. Cỏc chất này làm dập tắt HQ của cỏc chấm lƣợng tử, với n ng độ của PM c 10-5M đến 10-6
M.
Nghiờn cứu ứng dụng cỏc chấm lƣợng tử CdSe ZnS để phỏt hiện dƣ lƣợng thuốc trừ sõu OPs b ng quang HQ của chấm lƣợng tử trong mụi trƣờng phản ứng c xỳc tỏc enzyme của tổ hợp chấm lƣợng tử-ATCh-AChE. Giới hạn phỏt hiện là 150 nM.
KẾT LUẬN
Nghiờn cứu và chế tạo thành cụng cỏc chấm lƣợng tử CdSe, CdSe ZnS và CdSe ZnSe ZnS 19ML với kớch thƣớc khỏc nhau. Từ kết quả nghiờn cứu thực nghiệm này chỳng tụi rỳt ra một số kết luận cụ thể sau:
1. Xõy dựng đƣợc ba quy trỡnh chế tạo cỏc chấm lƣợng tử CdSe, CdSe ZnS, cấu trỳc CdSe nhiều lớp v với kớch thƣớc lớn CdSe/ZnSe/ZnS 19ML b ng phƣơng phỏp nhiệt phõn cỏc tiền chất cơ kim trong cỏc hợp chất hữu cơ c nhiệt độ sụi cao kết hợp với phƣơng phỏp hấp phụ và phản ứng của từng lớp ion liờn tiếp. Cỏc chấm lƣợng tử CdSe phỏt xạ bao phủ gần nhƣ trong toàn bộ vựng nhỡn thấy, đ c biệt chỳng tụi đó thành cụng trong chế tạo cỏc chấm lƣợng tử phỏt xạ màu xanh lỏ cõy, vàng và đ .
2. Cỏc hạt nano tinh thể c hỡnh dạng cầu, tƣơng đối đ ng đều về hỡnh dạng và kớch thƣớc. Cỏc chấm lƣợng tử CdSe với cấu trỳc nhiều lớp tới 19 ML c kớch thƣớc là ~ 20 nm. Tựy theo điều kiện chế tạo cụ thể mà chỳng tụi đó nhận đƣợc cỏc chấm lƣợng tử CdSe c cấu trỳc pha tinh thể lập phƣơng giả kẽm ho c lục giỏc. Cỏc chấm lƣợng tử CdSe với cấu trỳc l i v và nhiều lớp khi đƣợc chế tạo và bọc v ở nhiệt độ cao 260 oC-280 oC và thời gian nuụi chấm lƣợng tử là 18-20 phỳt thỡ chỳng đều kết tinh ở pha tinh thể CdSe lục giỏc đối với l i CdSe, tinh thể l i v CdSe ZnS và cấu trỳc nhiều lớp đều thể hiện pha kết tinh của ZnS lục giỏc.
3. Khảo sỏt ảnh hƣởng của cấu trỳc lớp v tới tớnh chất quang của CdSe l i, nhƣ một lớp v ZnS với chiều dày khỏc nhau từ 1 ML tới 18 ML và nhiều lớp v với cấu trỳc CdSe ZnSe ZnS. Đỉnh hấp thụ cơ bản 1Sh3/21Se của cỏc chấm lƣợng tử CdSe sau khi đƣợc bọc cỏc lớp v thỡ đều bị dịch về phớa cỏc bƣớc s ng dài hơn. Độ dày lớp đệm ZnSe là 0,8 nm 2 ML là tốt nhất để dựng cho cấu trỳc nhiều lớp v kớch thƣớc lớn.
4. Nghiờn cứu HQ tại cỏc nhiệt độ thấp 4 K tới 300 K đó đƣợc thực hiện. Đỉnh phổ HQ đ c trƣng cho tỏi hợp của c p điện tử – lỗ trống trong chấm lƣợng tử CdSe và CdSe ZnS ở 4 K là h p nhất và cƣờng độ mạnh nhất. Khi nhiệt độ t ng từ 4 K tới c
60 K, vị trớ đỉnh phổ HQ hầu nhƣ khụng thay đổi, nhiệt độ tiếp tục t ng đến 300 K thỡ đỉnh phổ phỏt xạ dịch chuyển về phớa cỏc bƣớc s ng dài hơn c 20 nm, đối với cỏc chấm lƣợng tử CdSe l i, CdSe ZnS l i v và nhiều lớp v . Cỏc giỏ trị này đều thu đƣợc đối với tất cả cỏc mẫu đo khỏc nhau của l i CdSe, CdSe/ZnS2,5ML, CdSe/ZnSe2ML và CdSe ZnSe2ML ZnS19ML. Độ bỏn rộng vạch phổ FWHM cũng t ng dần theo nhiệt độ, đối với l i CdSe, CdSe/ZnS và CdSe/ZnSe l i v . Trong trƣờng hợp CdSe ZnSe2ML ZnS19ML, FWHM t ng khụng đỏng kể, c 3,5 nm khi nhiệt độ mẫu thay đổi từ 6 K tới 300 K. Giỏ trị thời gian sống phỏt xạ
trong cỏc chấm lƣợng tử CdSe và CdSe ZnS ở nhiệt độ thấp thỡ dài hơn ở nhiệt độ thƣờng. Giỏ trị này là ~ 200 ns ở 4 K và 20 ns ở 300 K. Cỏc giỏ trị này là lớn hơn khi bọc v ZnS. Hiệu suất lƣợng tử của một số mẫu đạt đƣợc là 35 .
5. Sử dụng cỏc chấm lƣợng tử CdSe ZnS và CdSe cấu trỳc nhiều lớp đó biến đổi bề m t với cỏc nh m amine để đỏnh dấu sự c m t của loại virus viờm gan B. Dựng cỏc chấm lƣợng tử đó biến đổi bề m t với nh m carboxyl dựng làm cảm biến sinh học để phỏt hiện dƣ lƣợng thuốc trừ sõu phosphate hữu cơ b ng quang HQ của chấm lƣợng tử trong mụi trƣờng phản ứng c xỳc tỏc enzyme của tổ hợp chấm lƣợng tử-ATCh-AChE. Giới hạn phỏt hiện là 150 nM.