Phương pháp tổng hợp Turkevich[58] dựa trên nguyên tắc khử ion Au3+ bằng
natri citrate được ông và các cộng sự tiến hành năm 1951, đây là phương pháp khử
hóa học thuận tiện có thểtổng hợp dung dịch hạt nano vàng thể huyền phù với các hạt đơn phân tán, có kích thước dao động ~ 20nm. Ưu điểm của phương pháp này là tạo
ra các hạt nano vàng hình cầu với độ phân tán cao, quá trình khử bằng citrate sẽ tạo ra
một lượng ion(–) citrate bám xung quanh hạt nano bằng lực hút tĩnh điện làm cho bề
mặt của chúng được tách rời nhau ngăn cản chúng liên kết với nhau để tạo thành những hạt lớn hơn, các hạt AuNPs sau khi được tổng hợp sẽ có sẵn những nhóm chức
carboxyl (–COOH ) sẵn trên bề mặt. Về mặt sinh học, đây là một ưu điểm rất thuận
lợi để có thể gắn các hạt nano với các phân tử sinh học như DNA, RNA, các phân tử
kháng thể... mà không cần qua một quá trình biến tính hóa học phức tạp nào khác và có thể được dùng trong các ứng dụng chế tạo kit chẩn đoán nhanh một số loại bệnh,
các ứng dụng khác có liên quan.
Phương trình phản ứng và cơ chế phản ứng cho việc khử ion Au3+ thành Au0
được minh họa như bên dưới:
2 HAuCl4+ 4 Na3C6H5O7H2+ 2 Au0+ 4 CO2 + 4NaC5H5O5+ 8NaCl Tiến trình của phản ứng:
1. HAuCl4+ Na3C6H5O7 Na2C6H6O7+ AuCl3 2. HAuCl4+ Na2C6H6O7 NaC6H6O7– AuCl2
3. NaC6H6O7 – AuCl2 + Na3C6H5O7 CO2 + Na2C6H6O7+ NaC5H5O5+ AuCl – NaCl
– NaCl
4. Na2C6H6O7+ AuCl NaC6H6O7 – Au
5. 2 NaC6H6O7– Au H2+ 2Au0+ 2CO2+ 2 NaC5H5O5
Sau đó các hạt nano vàng sẽ được hình thành thông qua các giai đoạn: hình thành nhân, mọc thành hạt và sự ổn định hạt.
Quá trình chế tạodung dịchAuNPs có thể được minh họa theo sơ đồ sau:
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng hóa học tạo hạt nano vàng theo phương pháp khử của
Turkevich [64].
Cơ chế của phản ứng:
Khi bắt đầu hình thành nhân (nucleation) của phản ứng, tất cả các hạt nano
vàng ở kích thước rất nhỏ và đồng đều nên dung dịch có màu tím sẫm. Tuy nhiên sự
cực tiểu hóa năng lượng bề mặt khiến các hạt này trở nên co cụm và tập trung vào nhau. Tại cùng thời điểm đó các ion citrate tích điện âm được giải phóng trong suốt
quá trình khử gắn vào bề mặt của hạt nano vàng và ngăn cản các hạt tiếp tục co cụm
lại với nhau. Các ion citrate đóng vai trò chất hoạt động bề mặt và kìm hãm sự co
cụm của các hạt nano vàng, nếu dung dịch được khuấy liên tục và giả thiết rằng dung
dịch là đồng nhất thì các hạt nano sẽ tiếp tục co cụm với nhau và phát triển cho tới khi
tất cả diện tích bề mặt của hạt nano vàng được bọc hoàn toàn bởi các ion citrate, tại
thời điểm này kích thước các hạt sẽ không tăng thêm nữa. Do đó, nếu có càng nhiều
ion citrate thì chúng sẽ có thể che phủ bề mặt lớn hơn của các hạt nano vàng, điều này
đồng nghĩa với việc tạo ra các hạt nhỏ hơn. Do đó, việc thay đổi lượng citrate trong
phản ứng có khả năng được dùng để kiểm soát kích thước hạt nano vàng.
Hình 2.2. Kích thước và hình dạng của hạt nano vàng theo thời gian phản ứng trong
khoảng thời gian t=10giây đến t=120giây [19]. – NaCl
Sự thay đổi màu của dung dịch quan sát được trong suốt thời gian phản ứng là do việc hấp thụ photon do cộng hưởng Plasmon bề mặt của các hạt nano vàng trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Hiện tượng này chỉ xảy ra ở ranh giới của chất dẫn điện
(nano vàng) và chất dẫn điện. Tùy thuộc vào kích thước, thành phần hóa học, hình thái của bề mặt, tương của dao động Plasmon với photon sẽ khác nhau. Các photon với bước sóng xác định sẽ được truyền qua, hay hấp thụ và bị phản xạ. Đặc tính này chỉ xảy ra trong kích thước nano mét, đối với hạt nano vàng nhỏ hơn 100 nm, bước
sóng ánh sáng bị phản xạ sẽ rơi vào trong khoảng ánh sáng nhìn thấy. Khi càng giảm
kích thước hạt, các bước sóng lớn hơn sẽ bị phản xạ, và màu của hạt sẽ dịch tới khu
vực cuối của violet của dải ánh sáng nhìn thấy.
Mục đích của chúng tôi là chế tạo được dung dịch AuNPs thể huyền phù với các
hạt có kích thước ~ 20 nm có gắn sẵn nhóm chức –COOH trên bề mặt hạt nano để sẵn
sàng gắn với các phân tử kháng thể đồng thời màu đỏ đặc trưng của dung dịch nano do
hiệu ứng cộng hưởng plasmon phải đủ độ “mạnh” cho mục đích đánh dấu sinh họcvới
mật độ hạt nhất định, màu đỏ đặc trưng của dung dịch sẽ đóng vai trò như một sensor
màu.
Quy trình tổng hợp hạt AuNPs như sau:
- Dùng pipette nhỏ 100 µl dung dịch muối vàng chloauric (HAuCl4) 5% vào một
bình tam giác chứa 80 ml nước khử ion. Bình được đặt trên bếp khuấy từ gia nhiệt và đun đến khi dung dịch bắt đầu sôi.
- Thanh khuấy từ được đặt trong bình tam giác khi bắt đầu phản ứng và khuấy ở
1200 vòng/phút. Nhỏ lượng dung dịch natri citrate (C6H5O7Na3) 1% thích hợp vào trong bình khi tiếp tục gia nhiệt. Phản ứng bắt đầu xảy ra.
- Trong khoảng 20 giây, dung dịch bắt đầuchuyển sang màu tím sẫm. Tại thời điểm
này phản ứng kết tủa các hạt Au0đã bắt đầu hình thành.
- Tiếptục gia nhiệt và khuấy trong 20phút. Trong suốt thời gian phản ứng này, màu của dung dịch sẽ chuyển sang sẫm màu hơn giữa tím và da cam tùy thuộc vào tỉ số
giữa C6H5O7Na3và HAuCl4được sử dụng trong phản ứng.
- Khi phản ứng đã đạt tới thời gian sau 20 phút, chuyển ngay bình phản ứng ra khỏi
bếp khuấy từ và nhúng ngay vào nước đá. Khi bị làm lạnh đột ngột, phản ứng hóa
học sẽ dừng lại và kích thước hạt sẽ không bị thay đổi nhiều.
Sự tồn tại của các hạt keo vàng có thể được nhận ra bởi việc chiếu chùm tia laser phân cực và dung dịch. Khi chùm tia phân cực chiếu vào dung dịch, chúng ta có
thể nhìn thấy chùm sáng theo một hướng nhất định, nó sẽ biến mất nếu quan sát theo một hướng trực giao với phương vừa quan sát.