trong môi trường có độ nhớt thay đổi
Khuếch tán của các phân tử chất màu hoặc các hạt nano phụ thuộc mạnh vào môi trường. Khi một phân tử chất màu hoặc một hạt nano chuyển động trong tế bào sinh học, sự dịch chuyển của chúng thường chậm hơn trong môi trường nước do độ nhớt của môi trường nội bào cao [184]. Nghiên cứu tính chất khuếch tán của các phân tử và các hạt nano trong môi trường nội bào cho phép đặc trưng các tính chất vật lý của môi trường và tìm được ảnh hưởng của môi trường đến tính chất của chất màu/hạt nano.
Độ nhớt của dung dịch saccarozơ được tính toán theo phương trình Génotelle [185]:
��� y = � + � � Φ(� + + � �n
) (3.8)
10 y∗ 1 2 1 2
với x là nồng độ phần mol của saccarozơ, Φ = (30-t)(91+t) là nhiệt độ rút gọn, t là nhiệt độ thực của dung dịch (oC); a1, a2, b1, b2, n và * là hằng số.
Theo phương trình trên, các dung dịch saccarozơ nồng độ 0 – 45,9 % (theo trọng lượng) có độ nhớt nằm trong khoảng 0,89 - 8,33 cP. Độ nhớt của máu và huyết tương lần lượt nằm trong khoảng 3 – 6 cP và 1,2 - 1,6 cP [186]. Dung dịch saccarozơ sử dụng trong luận án có độ nhớt trong khoảng này và được lựa chọn để mô phỏng môi trường sinh học. Nghiên cứu sự khuếch tán của các phân tử RB và chấm lượng tử CdTe/CdS trong dung dịch saccarozơ trên hệ đo tương quan huỳnh quang tự xây dựng là bước đầu cho các nghiên cứu tiếp theo để khảo sát môi trường nội bào.
Hình 3.22 trình bày các đường tương quan thực nghiệm cho RB và chấm lượng tử trong dung dịch có nồng độ saccarozơ thay đổi từ 0 đến 45,9 % (theo trọng lượng). Xác định thời gian khuếch tán D cho phân tử chất màu và chấm lượng tử trong từng điều kiện đo được lặp lại ít nhất 3 lần để đánh giá sai số. Tất cả các mẫu đo đều cho hàm tương quan G(τ) dịch về phía thời gian trễ dài khi độ nhớt tăng lên.
Phân tử chất màu có hiện tượng mất màu và chấm lượng tử thường có hiện tượng nhấp nháy khi bị kích thích. Khi tiến hành đo trong môi trường có độ nhớt cao, các đường tương quan FCS so sánh với mô hình đơn giản nhất (một phần tử phát quang và chỉ có khuếch tán ba chiều) không cho các kết quả phù hợp. Tương tự như trường hợp chấm lượng tử trong môi trường nước đã trình bày ở phần trên, các đường đo FCS cho chất màu và chấm lượng tử do đó được so sánh với mô hình khuếch tán ba chiều đi kèm quá trình triplet.
Đối với các dung dịch có nồng độ saccarozơ thấp, các số liệu đo FCS cho chất màu và chấm lượng tử khá phù hợp với mô hình lý thuyết. Sự sai lệch so với lý thuyết được quan sát thấy khi dung dịch có độ nhớt cao. Trong các trường hợp này, sự kết đám của phân tử chất màu hoặc chấm lượng tử hoàn toàn có khả năng xảy ra. Đây là một vấn đề cần được xem xét và tiếp tục nghiên cứu.
Hình 3.22. Các đường tương quan chuẩn hóa của RB và chấm lượng tử CdTe/CdS trong môi trường v i n ng đ saccaroz (% tr ng lớ ồ ộ ơ ọ ượng) khác
nhau.
S li u th c nghi m bi u di n b ng cácố ệ ự ệ ể ễ ằ
Hình 3.23. Thời gian khuếch tán đặc trưng của RB và chấm lượng tử CdTe/CdS theo n ng đ saccaroz .ồ ộ ơ
Hình 3.23 trình bày thời gian khuếch tán của RB và chấm lượng tử theo nồng độ saccarozơ dựa trên phân tích các đường tương quan trong hình 3.22. Thời gian khuếch tán của RB và chấm lượng tử có mối liên hệ không tuyến tính với nồng độ saccarozơ. Hình 3.24 biểu diễn hệ số khuếch tán của RB và chấm lượng tử theo độ nhớt của dung dịch. Hệ số khuếch tán của các hạt giảm khi tăng độ nhớt. Khi độ nhớt của dung dịch tăng từ 0,89 lên 8,33 cP, hệ số khuếch tán của RB giảm từ 4,5 x 10-6 cm2/s xuống còn 0,38 x 10-6 cm2/s, hệ số khuếch tán của chấm lượng tử thay đổi khoảng 10 lần từ 0,716 x10-6 cm2/s xuống tới 0,076 x 10-6 cm2/s.
Hình 3.24. S ph thu c c a các h s khu ch tánự ụ ộ ủ ệ ố ế của RB và chấm lượng tử CdTe/CdS vào độ nhớt của dung dịch.
Hình 3.25. Thời gian khuếch tán đặc trưng của RB và chấm lượng tử CdTe/CdS theo đ nh t c a dung d ch.ộ ớ ủ ị
Hình 3.25 trình bày thời gian khuếch tán của RB và chấm lượng tử phụ thuộc vào độ nhớt của dung dịch. Các số liệu cho thấy D có sự phụ thuộc gần như tuyến tính vào độ nhớt. Khi độ nhớt của môi trường tăng từ 0,89 lên 8,33 cP, thời gian khuếch tán của RB tăng từ 36 lên 442 s, của chấm lượng tử từ 0,25 lên 2,35 ms. Thời gian khuếch tán tỉ lệ với độ nhớt dung dịch là do đường kính thủy động lực học của các phân tử và các hạt nano thay đổi không đáng kể theo độ nhớt. Độ dốc của các đường thẳng biểu diễn τD/η trong hình 3.25 lần lượt là 55,5 and 276,0 s/cP tương ứng với RB và chấm lượng tử. Như vậy, độ dốc tăng theo kích thước hạt, phù hợp với các báo cáo cho các phân tử chất màu khác (như Alexa Fluor 647), cũng như các hạt nano có cấu trúc lõi vỏ với kích thước lớn hơn 15 nm [180].
Hình 3.26 trình bày bán kính thủy động lực học của phân tử chất màu RB và chấm lượng tử tính toán từ hệ số khuếch tán D sử dụng phương trình Stokes - Einstein và giá trị độ nhớt của môi trường. Sự thay đổi bán kính thủy động lực học nằm trong khoảng 0,5 đến 0,8 nm đối với RB và 3,4 đến 4,2 nm đối với chấm lượng tử. Các kết quả đều thể hiện khi độ nhớt thay đổi khá nhiều, độ dày lớp vỏ hữu cơ của các phân tử chất màu và hạt nano ít thay đổi. Như vậy, bề mặt hạt không thay
đổi do không có sự tương tác giữa chấm lượng tử với saccarozơ. Các kết quả phù hợp với các công trình đã xuất bản trước đây [180] và cho thấy FCS là kỹ thuật hữu ích để nghiên cứu động học của phân tử và hạt nano trong môi trường có độ nhớt cao như môi trường nội bào.
Hình 3.26. Bán kính thủy động lực học Rh của phân tử RB và chấm lượng tử CdTe/CdS theo s thay đ i đ nh t c a dung d ch.ự ổ ộ ớ ủ ị