Trong đó: mẫu 1, 2, 3, QD là chất màu Rhodamine B với nồng độ tương ứng là 10-5, 10-6, 10-7, 0 g/ml.
Nhận xét:
Hình cho thấy đỉnh hấp thụ của Rhodamine B ~560 nm, và có sự chồng chập gần như hoàn toàn của phổ phát xạ của chấm lượng tử lên phổ hấp thụ của chất màu. Điều này thỏa mãn điều kiện xảy ra hiệu ứng FRET hay là có sự truyền năng lượng khơng bức xạ từ CdTe sang Rhodamine B.
Hình 3. 5: Mơ tả tương tác tĩnh điện giữa QDs CdTe và Rhodamine B
Hơn nữa, từ hình cho thấy giữa QDs và rhodamine B tồn tại tương tác tĩnh điện, do tương tác này mà các phân tử chất màu hữu cơ Rhodamine B có thể bao quanh chấm lượng tử CdTe và thỏa mãn điều kiện về khoảng cách để xảy ra hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang từ CdTe sang Rhodamine B.
Nghiên cứu phổ phát xạ của CdTe/Rhodamine B:
Hình 3. 6: Phổ huỳnh quang của cặp CdTe/Rhodamine B với nồng độ Rhodamine B từ 0,3.105- 10.105.
Trong đó, các mẫu 1, 2, 3, 4, 5, QD tương ứng với nồng độ Rhodamine B là 0.3.10-5, 0.5.10-5, 1.10-5, 5.10-5, 10.10-5, 0 g/ml
Nhậnxét:
Từ hình 3.6, có thể thấy rằng hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng FRET giữa cặp CdTe-Rhodamine B trong dung dịch thể hiện rõ qua sự thay đổi phổ huỳnh
TRẦN THỊ THANH HỢP 49
thể hiện phổ phát xạ ở các nồng độ khác nhau của Rhodamine B: chỉ có một mình
QDs (màu hồng), sau đó bổ sung Rhodamine B: 5
10 . 3 , 0 (màu đen), 5 10 . 5 , 0 (màu
đỏ), 1.105(xanh lá cây), 5.105(xanh đậm), 10.105(xanh da trời).
Trong hình 3.6 ta nhận thấy có sự suy giảm cường độ huỳnh quang của chấm lượng tử và tăng cường độ huỳnh quang của Rhodamine B theo nồng độ tăng dần của Rhodamine B. Việc tăng dần nồng độ chất màu Rhodamine B đã dập tắt dần huỳnh quang chất cho (chấm lượng tử CdTe) đồng thời với sự phát xạ của chất nhận (Rhodamine B), điều này chỉ ra hình thức truyền năng lượng tới chất nhận. Từ hình 3.6có thể thấy rằng sự dập tắt huỳnh quang CdTe theo sự thay đổi nồng độ Rhodamine B diễn ra mạnh mẽ. Sự dập tắt quá trình phát huỳnh quang của CdTe và đồng thời nâng sự phát xạ Rhodamine B và đó là tín hiệu xác nhận việc truyền năng lượng cộng hưởng không bức xạ từ CdTe đến Rhodamine B.
Phép đo thời gian sống huỳnh quang
Phép đo thời gian phân rã huỳnh quang cung cấp thơng tin quan trọng và chính xác về sự tương tác phân tử hơn so với các phép đo trạng thái ổn định (như đó phổ UV-Vis, phổ PL). Bằng cách theo dõi thời gian sống huỳnh quang của các chấm lượng tử trong sự có mặt và khơng có chất màu, các thơng số quan trọng có thể thu được qua các tương tác phân tử. Hiệu quả của việc dập tắt huỳnh quang và đặc biệt là quá trình FRET bây giờ được nghiên cứu rộng rãi trong các ứng dụng quang hóa và quang sinh học, trong đó, phép đo phổ phát xạ huỳnh quang thường được sử dụng để định lượng hiệu suất FRET, nhưng thời gian sống huỳnh quang lại là kỹ thuật chính xác và mạnh mẽ hơn bởi vì nó khơng phụ thuộc vào nồng độ,và do đó kết quả thu được là một thông số đáng tin cậy.Thời gian sống trong sự hiện diện và sự vắng mặt của chất nhận (acceptor) có khả năng làm sáng tỏ hiệu suất FRET trong sự các lựa chọn cặp chất cho và chất nhận.
Hình 3. 7: Đường biểu diễn phân rã huỳnh quang của CdTe trong sự khơng có và có mặt chất màu Rhodamine B ở các nồng độ khác nhau.
Trong đó, các mẫu QD, 1, 2, …5 tương ứng với nồng độ Rhodamine B là 0, 0.3.10-5, 0.5.10-5, 1.10-5, 5.10-5, 10.10-5 g/ml.
Hình 3.7 cho thấy các đường cong phân rã huỳnh quang của QDs có và khơng có Rhodamine B. Ở đây đã xảy ra hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang và thời gian phân rã suy giảm tuyến tính theo sự tăng dần nồng độ rhodamine b đóng vai trò là chất dập tắt (nhận năng lượng từ chất cho là CdTe).
Qua hình 3.7 ta có thể thấy sự suy giảm thời gian sống khi nồng độ Rhodamine B tăng dần tức là đường thời gian sống thời gian sống trung bình của QDs sẽ giảm xuống một cách tuyến tính khi có sự hiện diện của chất dập tắt ở đây là chất màu theo nồng độ tăng dần.
TRẦN THỊ THANH HỢP 51
3.2 Nanosensor để xác định Clenbuterol
Biến tính bề mặt chấm lượng tử
Hình 3. 8: Phổ hấp thụ của Naphtylethylene diamin và phổ phát xạ của Qd
Từ hình 3.8 nhận thấy rằng do khơng có sự trùng chập giữa phổ hấp thụ của ligand và phổ phát xạ của Qd, không thỏa mãn điều kiện của hiệu ứng FRET, do đó khơng xảy ra hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng giữa QD và ligand.
Hình 3. 9: Phổ phát xạ của Qd và hỗn hợp Qd-Naphtylethylene diamin
Hình 3.9 là phổ phát xạ của Qds và Qds sau khi được biến tính bởi Naphtylethylene diamin. Qds ban đầu có bước sóng phát xạ là 530 nm, cịn sau khi biến tính, bước sóng phát xạ đã dịch chuyển 7nm về phía bước sóng dài, chứng tỏ các phân tử Naphtylethylene diamin đã được gắn thành công trên bề mặt Qd là tăng kích thước hạt của chấm lượng tử do đó bước sóng phát xạ tăng.
TRẦN THỊ THANH HỢP 53
Hình 3. 10: Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của Qd-Naphtylethylene diamin vào pH
Kết quả nghiên cứu cường độ huỳnh quang của tổ hợp Qd-Naphtylethylene diaminphụ thuộc vào độ pH được trình bày trong hình 3.10. Từ hình nhận thấy rằng, cường độ huỳnh quang tăng với sự tăng của độ pH, do trong môi trường axit QDs bị mất huỳnh quang. Tuy nhiên, hợp chất diazo Clenbuterol không bền trong mơi trường bazo. Do đó, giá trị pH cho phản ứng tương tác của QDs và Naphtylethylene diamin nên được tiến hành ở pH trong khoảng 7.
Hình 3. 11: Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của Qd-Naphtylethylene diamin vào nhiệt độ
Hình 3.11 thể hiện sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của QDs- Naphtylethylene diamin vào nhiệt độ. Từ hình 3.11 cho thấy cường độ huỳnh quang
giảm dần khi nhiệt độ tăng từ 25– 50 oC. Nguyên nhân là do, ở nhiệt độ cao các hạt
chấm lượng tử dao động mạnh nên bị mất nhiều năng lượng làm giảm cường độ huỳnh quang. Do đó, phản ứng của Qd-Naphtylethylene diamine có thể được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ phòng.
TRẦN THỊ THANH HỢP 55
3.3 Diazo clenbuterol
Hình 3. 12: Phổ hấp thụ của hợp chất Diazo Clenbuterol
So sánh với phổ hấp thụ của Clenbuterol (hình 2.1), trong phổ hấp thụ của hợp chất diazo clenbuterol (hình 3.12) cho thấy đỉnh hấp thụ cực đại của diazo clenbuterol là 345.5 nm, tăng 54.5 nm so với đỉnh hấp thụ của Clenbuterol ban đầu, điều này chứng tỏ sự hình thành của nhóm diazo –N=N- làm tăng bước sóng hấp thụ.
3.4 Phản ứng cộng hợp của diazo clenbuterol với ligand
Hình 3. 13: Phổ hấp thụ của hợp chất Clenbuterol-Naphtylethylene diamin
Hình 3.13 là phổ hấp thụ của hợp chất Clenbuterol-Naphtylethylene diamin được tổng hợp từ diazo Clenbuterol với N-1-Naphtylethylene diamin đihidroclorit . Nhận thấy rằng, đỉnh hấp thụ cực đại của hợp chất này là 464 nm và dịch chuyển về phía bước sóng dài so với clenbuterol và diazo clenbuterol. Kết quả này chứng minh sự gắn thành công phân tử diazo clenbuterol lên hợp chất ligand làm tăng số liên kết pi liên hợp do đó làm tăng đỉnh hấp thụ.
TRẦN THỊ THANH HỢP 57
Hình 3. 14: Phổ hấp thụ và phát xạ của chất cho (QD CdTe bước sóng phát xạ 530nm) và chất nhận (tổ hợp Clenbuterol-Naphtylethylene diamin)
Sau quá trình diazo clenbuterol và coulping diazo clenbuterol với ligand, ta thu được hợp chất mới có đỉnh hấp thụ 464 nm. Từ hình 3.14 và 3.15, có thể thấy phổ hấp thụ của hợp chất mới này trùng chập với phổ phát xạ của QDs (vùng trùng chập) và thỏa mãn điều kiện xảy ra hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET). Hợp chất này có phổ phát xạ nằm hồn toàn trong vùng phổ phát xạ của Qds (hình 3.14) nên có thể dự đốn trong trường hợp này phổ huỳnh quang của cặp chất cho – chất nhận thu được chỉ xuất hiện 1 đỉnh.
Muối diazo của ligand với diazo clenbuterol thu được đem đo phổ hồng ngoại để nghiên cứu cấu trúc.
Hình 3. 16: Phổ hồng ngoại của muối diazo
Trên phổ hồng ngoại (hình 3.16) thấy xuất hiện pic nhọn chân rộng hấp thụ mạnh
trong vùng 3332.82 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của amin và nhóm OH; pic ở
2976 cm-1 là dao động hóa trị của liên kết C-H, pic ở 1615 cm-1 tương ứng với dao
động biến dạng N-H, còn pic hấp thụ ở 1576 cm-1 là đối với nhóm azo, chứng tỏ phản
ứng coulping thành cơng. Ngồi ra, trên phổ cịn có pic 1330 cm-1 ứng với dao động
TRẦN THỊ THANH HỢP 59
3.5 Mẫu thử sensor
Hình 3. 17: Sự thay đổi cường độ huỳnh quang theo nồng độ Clenbuterol
Trong đó, các mẫu QD, 1, 2, 3….10 tương ứng với nồng độ của Clenbuterol là 0, 10-13, 10-12, 10-11, 10-10, ….10-4 (g/ml).
Sự thay đổi cường độ huỳnh quang của nanosensor tương ứng với nồng độ của Clenbuterol được thể hiện trong hình 3.17. Nhận thấy rằng, phổ phát quang của nanosensor rất rõ nét, và kết quả thu được chỉ có 1 đỉnh phát xạ, điều này chứng tỏ đã xuất hiện hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang từ chất cho QDs sang tổ hợp chất nhận. Cường độ huỳnh quang của nanosensor giảm dần tương ứng
với sự tăng dần của nồng độ Clenbuterol. Ở nồng độ của Clenbuterol là 10-13 g/ml,
thì khơng có sự thay đổi đáng kể so với QDs ban đầu. và cường độ bị dập tắt hồn
Hình 3. 18: Tương quan giữa nồng độ Clenbuterol với cường độ phát xạ của nanosensor
Cường độ phát quang của nanosensor phụ thuộc rõ vào nồng độ của Clenbuterol. Nồng độ Clenbuterol so với Qd càng cao cường độ phát huỳnh quang càng nhỏ. Ngược lại, nồng độ Clenbuterol càng thấp cường độ huỳnh quang càng
mạnh. Quan hệ này gần như tuyến tính trong khoảng nồng độ Clenbuterol từ 10-7
đến 10-12 g/ml (hình 3.18).
So với các phương pháp được sử dụng để xác định nồng độ Clenbuterol hiện nay (GC/MS, ELISA), nanosensor sử dụng Qd và hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang đã xác định được nồng độ Clenbuterol ở hàm lượng thấp hơn
10-12 g/ml trong khi giới hạn xác định của GC/MS và ELISA là 0.1 ppb, hơn nữa,
TRẦN THỊ THANH HỢP 61
KẾT LUẬN
Luận văn đã thu được một số những kết quả và thành công như sau:
- Đã chế tạo được nanosensors sử dụng Qds và hiệu ứng truyền năng lượng
cộng hưởng huỳnh quang (FRET) để xác định lượng dư chất hóa học trong thực phẩm là Rhodamine B và Clenbuterol. Dựa trên sự thay đổi cường độ phát xạ huỳnh quang của nanosensor để định lượng và định tính sự tồn tại của dư lượng Rhodamine B, Clenbuterol.
- Nanosensor loại này có độ nhạy cao, có khả năng xác định dư lượng nhỏ đến
10‾¹² g/ml chất Clenbuterol trong sản phẩm chăn ni, thấp hơn so với hai phương pháp phổ biến hiện nay GC/MS và ELISA. Phương pháp này có thời gian xác định ngắn, các bước tiến hành đơn giản. Kết quả bước đầu này mở ra triển vọng chế tạo hoàn thiện và ứng dụng trong thực tế Nanobiosensor xác định vi lượng Clenbuterol trong vật nuôi và sản phẩm chăn nuôi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Nguyễn Đức Nghĩa, Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc nano, Nhà
xuất bản Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ, 2009, tr. 393-409
Tài liệu tiếng Anh
2. Bawendi M. G., Wilson W. L., Rothberg L., Carroll P. J., Jedju T.
M., Steigerwald M. L., Brus L. E. (1990), Electronic structure and photoexcitedcarrier dynamics in nanometer-size CdSe clusters, Physical Review Letters 65(13), 1623-1626.
3. Bawendi M. G., Carroll P. J., Wilson W. L., Brus L. E. (1992),
"Luminescence properties of CdSe quantum crystallites: Resonance between interior and surface localized states", The Journal of Chemical Physics 96, pp. 946-954.
4. Chi T T K, Chinh V D, Thuy U T D, Yen N H, Hai N N, Cao D T, Nga P
T and Liem N Q 2012 Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 3 035008
5. Colvin V.L., Alivisatos A.P. (1992), CdSe Nanocrystals with a
DipoleMoment in the 1st Excited-State, Journal of Chemical Physics 97(1), 730-733.
6. Colvin V.L., Alivisatos A.P., Tobin J.G. (1991), Valence-Band
Photoemission from a Quantum-Dot System, Physical Review Letters 66(21), 2786-2789.
7. Dabbousi, B.O.; Rodriguez-Viejo, J.; Mikulec, F.V.; Heine, J.R.;
Mattoussi, H.; Ober, R.; Jensen, K.F.; Bawendi, M.G. (CdSe)ZnS Core- Shell Quantum Dots: Synthesis and Optical and Structural Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Materials. J. Phys. Chem. B. 1997, 101, 9463-9475.
8. Derfus, A.M.; Chan, W.C.W.; Bhatia, S.N. Probing the Cytotoxicity of
Semiconductor Quantum Dots. NanoLett. 2004, 4, 11-18.
9. Drummen G.P.C. (2010), Quantum Dots—From Synthesis to Applications
in Biomedicine and Life Sciences, International Journal of Molecular Sciences 11, 154-163.
10. Gae Baik Kim and Young-Pil Kim (2012), Analysis of Protease Activity
TRẦN THỊ THANH HỢP 63
2(2). 127-138
11. Hines, M.A.; Guyot-Sionnest, P. Synthesis and Characterization of
Strongly Luminescing ZnSCapped CdSe Nanocrystals. J. Phys. Chem. 1996, 100, 468-471.
12. Hoa N T, Thuy U T D, Hien V T, Chi T T K, Quyen D V, Khang D D and
Liem N Q 2012 Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 3 035014
13. Kim E.Sapsford, Thomas Pons, Igor L. Medintz, Hedi Mattoussi,
Bionsensing with Luminescent Semiconductor Quantum Dots, Sensor 2006, 6, 925-953.
14. Mahto S. K., Park C., Yoon T. H., Rhee S. W. (2010), Assessment
of cytocompatibility of surface-modified CdSe/ZnSe quantum dots for BALB/3T3 fibroblast cells, Toxicology in Vitro 24, 1070-1077
15. Michalet, X.; Pinaud, F.F.; Bentolila, L.A.; Tsay, J.M.; Doose, S.; Li, J.J.;
Sundaresan, G.; Wu, A.M.; Gambhir, S.S.; Weiss, S. Quantum Dots for Live Cells, In Vivo Imaging, and diagnostics. Science 2005, 307, 538-544.
16. Murphy, C.J. Optical Sensing with quangtum dots. Anal. Chem 2002, 74,
520A-526A
17. Murray, C.B.; Kagan, C.R.; Bawendi, M.G. Synthesis and Characterization
of Monodisperse Nanocrystals and Close-Packed Nanocrystal Assemblies. Ann. Rev. Mater. Sci. 2000, 30, 545-610.
18. Murray, C.B.; Norris, D.J.; Bawendi, M.G. Synthesis and Characterization
of Nearly Monodisperse CdE (E = Sulfur, Selenium, Tellurium) Semiconductor Nanocrystallites. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8706-8715.
19. Nghia N D, Tung N T, Ha H M and Liem N Q 2012 Adv. Nat. Sci:
Nanosci. Nanotechnol. 3 035014
20. Olshavsky M.A., Goldstein A.N., Alivisatos A.P. (1990),
"Organometallic Synthesis of Gaas Crystallites Exhibiting Quantum Confinement", Journal of the American Chemical Society 112(25), pp. 9438-9439.
21. Ozkan, M. Quantum Dots and Other Nanoparticles: What Can They Offer
to Drug Discovery? Drug Discovery Today 2004, 9, 1065-1071.
22. Peng, X.; Schlamp, M.C.; Kadavanich, A.V.; Alivisatos, A.P. Epitaxial
Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/ShellNanocrystals with Photostability and Electronic Accessibility. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7019-7029.
23. Peng, Z.A.; Peng, X. Formation of High-Quality CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals Using CdO as Precursor. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 183- 184.
24. Reed M.A., Randall J. N., Aggarwal R. J., Matyi R. J., Moore T. M.,
Wetsel A. E. (1988), Observation of discrete electronic states in a zero-dimensional semiconductor nanostructure, Phys Rev Lett 60 (6), 535- 537.
25. Smith A.M., Mohs A.M., Nie S. (2009), Tuning the optical and
electronic properties of colloidal nanocrystals by lattice strain, Nature Nanotechnology 4, 56-63.
26. Smith A.M., Nie S. (2009), Semiconductor Nanocrystals: Structure,
Properties, and Band Gap Engineering, Accounts of Chemical Research 43, 190-200.
27. Sungjee K., Fisher B., Eisler H. J., Bawendi M. (2003), Type-II Quantum
Dots: CdTe/CdSe(Core/Shell) and CdSe/ZnTe(Core/Shell)
Heterostructures, J. am. chem. soc. 125, 11466-11467.
28. Syed Arshad Hussain (2010), An Introduction to Fluorescence Resonance
Energy Transfer (FRET).
29. Timothy Jamieson, Raheleh Bakhshi, Daniela Petrova (2007), Review
Biological applications of quantum dots, Biomaterials volume 28 (2007), 4717–4732.
30. Tomczak N., Jánczewski D., Han M., Vancso G. J. (2009), Designer