1
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN VẬT LÝ
------***------
ĐỖ THỊ HUẾ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG
CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG
THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ SILICA/VÀNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG
DỤNG TRONG Y SINH
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số chuyên ngành: 944 01 04
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội – 2018
2
Công trình được hoàn thành tại: Viện Vật lý
Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Nghiêm Thị Hà Liên
2. PGS. TS. Trần Hồng Nhung
Phản biện 1: TS. Nguyễn Cao Khang
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Năng Định
Phản biện 3: TS. Nguyễn Trần Thuật
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đáng giá luận án cấp Viện họp
tại...........................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Viện Vật lý
1
1. Lý do chọn đề tài
Các cấu trúc nano vàng là một trong những loại vật liệu nano được
sử dụng nhiều trong các ứng dụng Y-Sinh để tăng độ nhạy của chẩn
đoán và điều trị hướng đích. Đây đang là những hướng nghiên cứu
được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới và trong nước quan tâm phát
triển. Sở dĩ các cấu trúc nano vàng được sử dụng trong những ứng dụng
đó là do chúng có khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng cao gấp 4-5 bậc
so với các phân tử mầu thông thường. Đặc biệt, tần số plasmon của các
cấu trúc nano vàng, bạc nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy gây nên các
hiệu ứng về màu sắc. Hơn nữa, đặc tính ưu việt của các cấu trúc nano
vàng là ổn định về cấu trúc, không độc, có khả năng tương thích sinh
học cao và nhất là chúng dễ dàng hoạt hóa bề mặt để gắn kết với các
phân tử sinh học như amino acid, enzyme, DNA và các phân tử thuốc
thông qua các chất có chứa nhóm –SH. Với các đặc tính hóa học bề mặt
đặc thù này, các nghiên cứu ứng dụng của các cấu trúc nano vàng ngày
càng phát triển và hứa hẹn những thành tựu to lớn trong các ứng dụng y
sinh. Chẳng hạn như: (i) nano vàng có khả năng chứa thuốc, tải thuốc trị
liệu và phát quang hiện ảnh trong mô tế bào; (ii) nano vàng cấu trúc
lõi/vỏ với khả năng tán xạ mạnh ánh sáng từ vùng nhìn thấy tới vùng
hồng ngoại gần (NIR), chúng được ứng dụng để tạo ảnh in vivo sâu
trong cơ thể (10 cm) để phát hiện các tế bào ung thư. Đồng thời, với khả
năng hấp thụ mạnh ánh sáng trong vùng hồng ngoại gần, các nano vàng
thanh và nano vàng cấu trúc lõi/vỏ được sử dụng để tiêu diệt tế bào
bệnh bằng liệu pháp quang nhiệt mà không làm ảnh hưởng đến các tế
bào khỏe cũng như không làm ảnh hưởng đến yếu tố di truyền…
Xuất phát từ những thực tế về nhu cầu ứng dụng và khả năng đáp
ứng những nhu cầu đó của các cấu trúc nano vàng, đồng thời xuất phát
2
từ tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước, chúng tôi chọn và
nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang
của các cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng thanh và dạng lõi/vỏ
silica/vàng định hướng ứng dụng trong y sinh”.
2. Mục tiêu:
- Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tinh chất quang của các cấu trúc
nano vàng dạng cầu, dạng thanh và cấu trúc lõi/vỏ với các kích thước
điều khiển được.
- Thử nghiệm ứng dụng của vật liệu đã chế tạo trong hiện ảnh tế
bào và trong hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt.
3. Những điểm mới/đóng góp của luận án
Luận án là một công trình nghiên cứu cơ bản định hướng ứng
dụng với đối tượng là vật liệu nano vàng – một loại vật liệu đang và sẽ
hứa hẹn nhiều ứng dụng trong công nghệ nano đặc biệt là các ứng dụng
y sinh. Luận án đã tìm ra quy trình đơn giản tạo hạt nano vàng dạng cầu
ở nhiệt độ phòng kích thước hạt có thể điều khiển được trong một
khoảng khá rộng từ 2nm tới trên 200 nm bằng phương pháp nuôi mầm.
Luận án đã tìm ra quy trình chế tạo nano vàng cấu trúc lõi/vỏ với
việc kiểm soát tinh tế độ dày lớp màng vàng trong khoảng từ 10- 30 nm
bằng việc kiểm soát nồng độ “mầm”. Đồng thời với việc sử dụng hạt
vàng Duff- Baiker biến đổi kích thước đồng đều và nhỏ nên tạo được
lớp màng vàng mỏng hơn, ít gồ ghề hơn, chất lượng tốt hơn so với các
công bố hiện nay. Đồng thời đã tạo được các hạt cấu trúc lõi/vỏ kích
thước nhỏ dưới 100 nm có đỉnh hấp thụ plasmon khoảng 700 nm.
4. Kết cấu của luận án
Luận án gồm có 150 trang được bố cục thành 5 chương
3
Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN
QUAN
1.1. Tính chất quang của các hạt nano kim loại
1.1.1. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface plasmon
resonance - SPR)
Plasmon polariton bề mặt (SPP) là dao động của điện tử tự do ở
bề mặt của kim loại dưới kích thích của ánh sáng tới. Màu sắc của các
dung dịch keo kim loại là kết quả của sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng bởi
các plasmon bề mặt. Tính chất quang của các cấu trúc nano kim loại
được lý giải bởi lý thuyết của Mie và Gans.
1.1.2. Lý thuyết Mie - sự phụ thuộc của tính chất quang vào kích
thước hạt
Từ lý thuyết Mie người ta có thể tính được tán xạ
sca và tiết diện
hấp thụ abs của một hạt.
Độ hấp thụ A của một mẫu gồm các hạt nano phân tán trong một
môi trường đồng nhất được cho bởi:
𝐴(𝜆)=𝑙𝑜𝑔𝐼𝜆
0
𝐼𝜆 = 1
2.303𝑁.𝜎𝑒𝑥𝑡
𝜆.𝑙
trong đó
ext là hệ số dập tắt của mẫu tại bước sóng và N số hạt
trong một lít, l là độ dày của môi trường hấp thụ (cm).
1.1.3. Đặc trưng quang học của các cấu trúc nano vàng
1.1.3.1. Hạt nano vàng dạng cầu
Lý thuyết Mie đánh giá rằng tiết diện quang của các hạt nano
vàng cầu cao hơn khoảng 4-5 bậc so với tiết diện quang của các tâm
mầu. Tính chất quang phụ thuộc vào kích thước của hạt: Các hạt có
đường kính dưới 20 nm tán xạ ánh sáng không đáng kể. Khi đường kính
của hạt tăng lên tỷ lệ đóng góp của tán xạ plasmon bề mặt cũng tăng lên
đáng kể. Sự tăng như vậy của hệ số tán xạ tạo ra một công cụ để lựa