Chiết suất thay đổi do nồng độ CTAB thay đổi: Các thanh nano vàng sau khi li tâm làm sạch được phân tán các dung dịch CTAB có nồng độ khác nhau từ 0,033 M đến 10-5M như đã đề cập trong phần thực nghiệm. Hình 3.10. cho thấy phổ hấp thụ plasmon của thanh nano vàng trong các dung dịch có nồng độ CTAB khác nhau. Khi nồng độ của CTAB dưới 1,5 × 10-4 M, LSPR ở bước sóng 811 nm; đỉnh cộng hưởng được dịch chuyển đến 820 nm khi nồng độ của CTAB thay đổi từ 0,0022 đến 0,0333 M.
Hình 3.10. Phổ hấp thụ plasmon của thanh nano vàng 10 nm 40 nm phân tán trong môi trường với các nồng độ CTAB khác nhau (trái) và phổ chuẩn hóa của
chúng(phải).
Vị trí đỉnh hấp thụ và cường độ hấp thụ của các dung dịch với các nồng độ CTAB khác nhau được tổng hợp trong bảng 3.2
Bảng 3.2: Cực đại LSPR và cường độ GNRs khi phân tán trong các dung dịch có nồng độ CTAB khác nhau
Samples CTAB (M) λ LSPR(nm) OD2
CTAB0 0.0333 820 0.956
CTAB 1 0.0022 820 0.872
CTAB 2 1.5 × 10-4 811 0.872
CTAB 3 1 × 10-5 811 0.799
Kết quả này có thể được giải thích như sau: Chiết suất của CTAB và nước lần lượt là 1,46 và 1,33. Đáng chú ý là CTAB tạo ra một lớp kép trên bề mặt của GNRs phân tán. Với nồng độ CTAB cao hơn 0,0022M, nó đủ lớn để phủ một vài lớp trên bề mặt thanh nano vàng. Sau đó, lớp này tạo ra một môi trường chiết suất cao hơn, với độ lệch của chỉ số khúc xạ (Δn) giữa bề mặt của GNRs và môi trường xung quanh.
Với nồng độ của CTAB nhỏ hơn 1,5 × 10-4 M, CTAB không có nồng độ đủ cao để tạo ra lớp kép trên bề mặt GNRs. Do đó, độ lệch của chiết suất là nhỏ, và chiết suất của môi trường trên bề mặt GNRs có thể được coi là xấp xỉ bằng chiết suất của môi trường nước (Hình 3.11)
Đỉnh LPSR dịch chuyển 9 nm khi độ lệch chiết suất của môi trường xung quanh là 0,13. Điều này phù hợp với sự phụ thuộc của bước sóng ứng với đỉnh cộng hưởng plasmon theo chiều dọc của thanh vào chiết suất của môi trường xung quanh hạt theo công thức:
l d
e m n. .1
m ax (3.4) Trong trường hợp nồng độ của CTAB thấp, Δn có thể được bỏ qua; do đó, vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon hầu như không bị thay đổi so với đỉnh cộng hưởng plasmon của GNRs được phân tán trong nước.
Hình 3.11. Hình minh hoạ liên kết của CTAB trên bề mặt thanh nano vàng theo nồng độ.
Chiết suất thay đổi do thanh nano vàng gắn kết với các phân tử tương thích sinh học
Để làm rõ ảnh hưởng của chỉ số khúc xạ của môi trường xung quanh lên LPSR, chúng tôi đã gắn kết các GNRs phân tán trong nước bằng các phân tử tương hợp sinh học như BSA, PEG và GSH. Các thí nghiệm được tiến hành với hai mẫu độc lập để kiểm tra sự lặp lại của các kết quả. GNRs được ly tâm để loại bỏ CTAB và được ủ với các phân tử sinh học. Sau đó, phổ hấp thụ của GNRs được đo để khảo sát các đặc tính quang học. Loạt mẫu đầu tiên được thực hiện với GNRs, có AR = 3,5.
Hình 3.12(a) trình bày phổ hấp thụ của GNRs trước và sau khi chức năng hóa với các phân tử BSA, GSH và PEG. Kết quả cho thấy, đỉnh cực đại cộng hưởng plasmon theo bề mặt ngang (TSPR) của GNR trước và sau khi chức năng hóa gần như giống nhau, nhưng các bước sóng cộng hưởng plasmon dọc được chuyển về phía đỏ sau khi thanh nano vàng được chức năng hóa bề mặt. Để làm rõ những thay đổi trong cực đại LSPR, phổ được chuẩn hóa tương ứng được chỉ ra trong hình 3.12(b).
Hình 3.12. (a) Quang phổ hấp thụ và (b) phổ hấp thụ chuẩn hóa của GNRs trước và sau khi chuẩn hóa với phân tử tương thích sinh học: BSA, GSH, PEG.
Bảng 3.3 cho thấy sự dịch chuyển của đỉnh cộng hưởng plasmon theo chiều dài của thanh phụ thuộc mạnh mẽ vào hiệu số giữa chiết suất của môi trường và chiết suất trên bề mặt thanh nano vàng. Độ lệch của bước sóng phụ thuộc vào các thuộc tính của bề mặt GNR. Chúng ta có thể thấy rằng độ lệch là lớn nhất đối với mẫu được chuẩn hóa BSA trong khi đó là nhỏ nhất đối với mẫu được chuẩn hóa PEG. Các kết quả thí nghiệm được lặp lại với GNRs có các tỷ lệ cạnh khác nhau. Các hiện tượng quan sát được là do lớp chức năng hóa của các phân tử tương hợp sinh học PEG, BSA và GSH có chiết suất cao hơn chiết suất môi trường là nước. Do đó n > 0, theo công thức (3.4) thì sẽ có sự dịch đỏ của đỉnh cộng hưởng plasmon theo chiều dọc của thanh. Sự dịch này khác nhau với các lớp chức năng bề mặt khác nhau vì chiết suất của các phân tử BSA, PEG và GSH là khác nhau (Bảng 3.3). Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về sự phụ thuộc của các tính chất quang học vào chiết suất môi trường. Hiểu được sự phụ thuộc của các đặc tính quang học của GNR vào chỉ số khúc xạ trung bình cho phép thiết kế và chế tạo cảm biến plasmonic.
Bảng 3.3. Sự dịch đỉnh của GNR trước và sau gắn kết với các phân tử tương hợp sinh học
AR = 3.5 λLPSR max Độ lệch mLPSR (nm) Δn
Au@BSA 824.5 14 0.57
Au@GSH 819.5 9 0.13
Au@PEG 814 3.5 0.24