Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, tính chất của vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ định hướng ứng dụng trong y sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

PHẠM THỊ LIÊN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO

GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

TRONG Y SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội, 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

PHẠM THỊ LIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO

GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 944 01 27

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. Nguyễn Thanh Hường

2. GS.TS. Lê Quốc Minh

Hà Nội, 2020

LỜI CAM ĐOAN

Công trình được thực hiện tại phòng Quang Hóa Điện tử, Viện Khoa học vật

liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn của TS. Nguyễn Thanh Hường và GS.TS. Lê Quốc Minh. Các số liệu và kết quả

trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác.

Tác giả

Phạm Thị Liên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn

Thanh Hường và GS.TS. Lê Quốc Minh, những người Thầy đã dành cho tôi sự động

viên, giúp đỡ tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình

thực hiện luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quang Hóa Điện tử, Viện Khoa học vật liệu,

Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để tôi được tập trung nghiên cứu trong suốt thời

gian làm luận án.

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể các thầy cô và các anh chị em

đồng nghiệp Viện Khoa học vật liệu: PGS.TS. Trần Kim Anh, TS. Nguyễn Vũ,

TS. Hoàng Thị Khuyên, TS. Trần Thu Hương, TS. Trần Quốc Tiến, TS. Tống Quang

Công, TS. Vũ Thị Nghiêm, NCS. Đỗ Khánh Tùng, TS. Lê Thị Vinh, TS. Hà Thị Phượng

đã động viên, khích lệ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu. Tôi

xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS. Vũ Xuân Nghĩa và TS. Nguyễn Ngọc Tuấn, Học

viện Quân Y, đã giúp tôi hoàn thành các ứng dụng về y sinh trong luận án này.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. Lại Ngọc Điệp và GS. Isabelle

Ledoux, phòng thí nghiệm LPQM - Trường ENS Paris - Saclay, Pháp đã tạo điều

kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm, phép đo trong chuyến đi trao đổi nghiên cứu

khoa học. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quỹ NAFOSTED đã tài trợ kinh phí cho

chuyến đi trao đổi hợp tác nghiên cứu khoa học quốc tế này.

Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của các đề tài thuộc Quỹ Phát triển Khoa

học và Công nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED) với mã số 103.03-2017.53 và

103.03-2015.85.

Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới anh em, bạn bè và đặc biệt là người thân

trong gia đình đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ trong suốt quá trình hoàn thành luận án.

Hà Nội, ngày 08 tháng 3 năm 2020

Tác giả

Phạm Thị Liên

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ….......................................................................................................ii

MỤC LỤC …............................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ….........................................vii

DANH MỤC CÁC BẢNG …...................................................................................ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ …...............................................................................x

MỞ ĐẦU …................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM ........8

1.1. Giới thiệu về vật liệu nano phát quang.................................................................8

1.2. Vật liệu phát quang chứa ion đất hiếm …............................................................10

1.2.1. Đặc tính phát quang của hợp chất đất hiếm …...........................................10

1.2.1.1. Một số đặc trưng của ion Gd3+ …..................................................14

1.2.1.2. Một số đặc trưng của ion Tb3+ …...................................................15

1.2.1.3. Một số đặc trưng của ion Eu2+, Eu3+ ….........................................17

1.2.2. Các chuyển dời cho phép trong các ion RE3+ …........................................18

1.2.3. Quá trình truyền năng lượng …................................................................20

1.3. Tính chất đặc trưng và ứng dụng của vật liệu chứa Gadolini ….........................23

1.3.1. Vật liệu Gadolini …............................................................................23

1.3.2. Vật liệu phát quang nền Gd2O3 ….......................................................25

1.3.3.Vật liệu nano phát quang nền GdPO4. ….............................................26

1.4. Đặc điểm tính chất của kháng nguyên nọc rắn và CEA………………………...28

1.4.1. Đặc điểm của kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra……….…....29

1.4.2. Đặc điểm của kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng ………..….31

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 …....................................................................................34

CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM …..................................35

2.1. Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu ….....................................................35

2.1.1. Phương pháp thủy nhiệt ............................................................................36

2.1.1.1. Giới thiệu về phương pháp thủy nhiệt ….........................................36

2.1.1.2. Quy trình tổng hợp vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+.............................38

2.1.2. Phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước …..........................................39

2.1.2.1. Giới thiệu về phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước ................39

2.1.2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+….......................................40

2.1.3. Chế tạo phức hợp nano y sinh của GdPO4:Tb3+; Gd2O3:Eu3+….................41

2.1.3.1. Xử lý bề mặt vật liệu …....................................................................42

2.1.3.2. Chức năng hóa bề mặt vật liệu và liên hợp hóa giữa vật liệu nano

phát quang với phần tử hoạt động sinh học......................................42

2.1.3.3. Bọc vỏ vật liệu thanh nano GdPO4:Tb3+ bằng silica ……....……... 43

2.1.3.4. Chức năng hóa thanh nano GdPO4:Tb3+@silica bằng nhóm NH2…...44

2.1.3.5. Chế tạo phức nano của GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể kháng

nọc rắn (IgG)………………………………………………………..44

2.1.3.6. Bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica ….......................................46

2.1.3.7. Chức năng hóa vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica bằng nhóm NH2 ..........46

21.3.8. Chế tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể

kháng CEA (IgG)…………………………………………………47

2.2. Các phương pháp phân tích vật liệu …...............................................................49

2.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) …......................................49

2.2.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................................51

2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X ….................................................................53

2.2.4. Phương pháp quang phổ huỳnh quang ……….........................................54

2.2.5. Phương pháp quang phổ hồng ngoại …....................................................57

2.2.6. Phép đo tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung …..........................................59

2.2.7. Đốt nóng cảm ứng từ ….............................................................................60

2.2.8. Phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch …...................................61

2.8.9. Kính hiển vi huỳnh quang……………………………………………….63

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 …...................................................................................66

CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ

ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA GdPO4:Tb3+ PHÁT HIỆN KHÁNG

NGUYÊN NỌC ĐỘC RẮN HỔ MANG………...................................................67

3.1. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu............67

3.1.1. Kết quả phân tích FESEM của vật liệu ……….….....................................67

3.1.1.1 Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4…………………………………67

3.1.1.2 Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4:Tb3+…………………………....68

3.1.2. Kết quả phân tích TEM của vật liệu GdPO4:Tb3+@silica.........................69

3.1.3. Kết quả nhiễu xạ tia X …...........................................................................70

3.1.4. Kết quả phân tích huỳnh quang .................................................................71

3.1.4.1. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4 …........................................71

3.1.4.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+....................................72

3.1.4.3. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ bọc silica, gắn nhóm

chức amin và kháng thể IgG ….......................................................74

3.1.5. Kết quả đo phổ hồng ngoại …...................................................................75

3.1.6. Tính chất từ của hệ vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+ …..................................76

3.2. Ứng dụng của phức hợp nano của GdPO4:Tb3+ phát hiện kháng nguyên nọc rắn

hổ mang Naja atra ...…........................................................................................79

3.2.1. Đánh giá kết quả gắn vật liệu nano-kháng thể IgG bằng quang phổ

hồng ngoại …...........................................................................................80

3.2.2. Đánh giá khả năng của phức hợp GdPO4:Tb3+@ silica-NH2-IgG trong

phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra...........................81

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................83

CHƯƠNG IV: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO Gd2O3:Eu3+ VÀ

ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA Gd2O3:Eu3+ PHÁT HIỆN KHÁNG

NGUYÊN CEA CỦA TẾ BÀO UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG........................84

4.1. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu …….84

4.1.1. Kết quả đo FESEM …..............................................................................84

4.1.2. Kết quả đo TGA …...................................................................................88

4.1.3. Kết quả đo TEM của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+ …......................................90

4.1.4. Kết quả đo nhiễu xạ tia X …......................................................................92

4.1.5. Kết quả phân tích EDX ….........................................................................94

4.1.6. Kết quả đo phổ hồng ngoại của vật liệu …...............................................95

4.1.7. Kết quả đo huỳnh quang …......................................................................96

4.1.7.1. Phổ kích thích huỳnh quang …......................................................96

4.1.7.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu Gd2O3:X%Eu3+…...........................97

4.1.7.3. Phổ huỳnh quang của vật liệu khi bọc silica …..............................99

4.2. Ứng dụng phức hợp nano của Gd2O3:Eu3+ phát hiện kháng nguyên CEA của tế

bào ung thư đại trực tràng................................................................................101

4.2.1. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết bằng phức

hợp nano.…….............................................................................101

4.2.2. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư

đại trực tràng HT-29 bằng phức hợp nano…...............................104

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4………………………………………………………..108

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN …............................................................109

DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC …..................................................110

TÀI LIỆU THAM KHẢO …................................................................................112

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

Tên đầy đủ

Chữ viết tắt AN APTES CEA

EDX

EDC

FBS

FESEM

FTIR

Cộng Nucleophin 3-Aminopropyltriethoxysilane Carcinoembryonic Antigen Cross-relaxation Phục hồi chéo Electric dipole Lưỡng cực điện Energy-dispersive X-ray Phổ tán sắc năng lượng tia X Ethylcarbodiimide hydrochloride Fetal bovine serum Huyết thanh thai bò Field emission scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Fourier Transform-Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Glutaraldehyde GDA

Immunoglobulin G IgG

MRI

Magnetic dipole Lưỡng cực từ Magnetic Resonance Imaging Ảnh cộng hưởng từ N-hydroxysuccinimide NHS

PLE

Photoluminescence Quang phát quang Photoluminescence Excitation Kích thích phát quang Phosphate Buffered Saline PBS

RE-NP Rare Earth based Nanophosphor Vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm

SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét

SAR Specific Absorption Rate Công suất hấp thụ riêng

viii

Chữ viết tắt Tên đầy đủ

SLP

TEM

Ln-VLNPQ

VSM

XRD Specific Loss Power Công suất tổn hao riêng Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua Vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm Vibrating Sample Magnetometer Từ kế mẫu rung X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. 1. Cấu hình điện tử của các nguyên tử đất hiếm ở trạng thái cơ bản...…..….11

Bảng 1. 2. Mức năng lượng ở trạng thái cơ bản của các ion đất hiếm......................12

Bảng 1. 3. Một vài dạng cấu trúc và trạng thái ổn định của octho photphat

LnPO4……………………………………………..……………………………….27

Bảng 3. 1. Các thông số thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ………………………… 78

Bảng 4.1. Đường kính trung bình của Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+,

Gd(OH)CO3.H2O:5%Eu3+ theo tài liệu tham khảo, Gd2O3:6%Eu3+,

Gd2O3:6%Eu3+@Silica………………………………...…………………………..91

Bảng 4.2. Tỷ lệ trọng lượng của các nguyên tố trong mẫu Gd2O3: 6%Eu3+ và Gd2O3:

6%Eu3+ @ silica của mẫu ủ tại 650oC………………………………………..…….94

Bảng 4.3. Kết quả phát hiện CEA của phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2-

IgG…………………………………………………………………………..........102

Bảng 4.4. Kết quả phát hiện tế bào ung thư của hạt nano Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2-

IgG……………………………………………………………………………..…104

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mô hình minh họa phương pháp tổng hợp vật liệu từ trên xuống và từ dưới lên………………………………………………………………………...10

Hình 1.2. Phổ kích thích huỳnh quang của TbPO4………………………………….16

Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của ion Eu3+, Eu2+ trong mạng nền …...............18

Hình 1.4. Giản đồ mức năng lượng (Dieke) của các ion đất hiếm RE3+......................19

Hình 1.5. Các bước của quá trình truyền năng lượng không phát xạ..........................21

Hình 1.6. Sơ đồ cho cơ chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ: (a) sự chuyển năng

lượng theo một chuỗi các tâm đono và bẫy dập tắt; (b) sự phục hồi chéo

giữa các cặp tâm.......................................................................................21

Hình 1.7. Sơ đồ truyền năng lượng của ion Gd3+ sang Tb3+(a), ion Gd3+ sang

Eu3+(b).....................................................................................................22

Hình 1.8. Sơ đồ Obitan của gadolini……………………………………………….23

Hình 1.9. Mô hình biểu biễn ô đơn vị tương ứng với cấu trúc hexagonal, monoclinic

và cubic của Gd(OH)3, GdOOH, Gd2O3 tương ứng..................................25

Hình 1.10. Cấu trúc tinh thể của GdPO4 theo hướng [010] (a); sự liên kết thứ cấp khối

cầu của ion Gd3+ trong GdPO4(b). ...........................................................27

Hình 1.11. Cấu trúc tinh thể hexagonal GdPO4.nH2O (a), GdO8 dodecahedron (b),

P-Gd octahedron (c), cấu trúc tinh thể không tính đến nguyên tử oxi(d)...28

Hình 1.12. Cấu trúc của nọc rắn…………………..……………………...…………30

Hình 1.13. Các dấu ấn ung thư hệ tiêu hóa .................................................................32

Hình 1.14. Cấu trúc CEA ..........................................................................................32

Hình 2. 1. Mối tương quan của áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ với hệ số lấp đầy của

hệ phản ứng kín………………..……………………………...………...37

Hình 2. 2. Thiết bị dùng trong phương pháp thủy nhiệt chế tạo vật liệu .....................38

Hình 2. 3. Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp thanh nano GdPO4...........................................38

Hình 2. 4. Quy trình tổng hợp GdPO4:Tb3+ ...............................................................39

Hình 2. 5. Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ ...............................41

Hình 2. 6. Cơ chế của phản ứng cộng nucleophin (AN)...........................................43

Hình 2. 7. Sơ đồ thí nghiệm chức năng hóa bề mặt thanh nano GdPO4:Tb3+ ..............44

Hình 2.8. Sơ đồ chế tạo phức hợp nano bằng cách gắn kết

GdPO4:Tb3+@silica – NH2 với kháng thể kháng nọc rắn..........................45

Hình 2.9. Sơ đồ bọc Gd2O3:Eu3+ bằng silica và gắn nhóm NH2 ...............................46

Hình 2.10. Sơ đồ chế tạo phức hợp nano bằng cách gắn kết

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng CEA.................................................48

Hình 2. 11. Sơ đồ ứng dụng vật liệu nano phát quang nhận dạng kháng nguyên tế bào

ung thư ....................................................................................................48

Hình 2. 12.Sơ đồ cấu tạo máy SEM ...........................................................................50

Hình 2. 13. Hệ đo hiển vi điện tử quét tại Khoa học vật liệu (Hitachi S4800) …........51

Hình 2. 14. Sơ đồ cấu tạo máy TEM ..........................................................................52

Hình 2. 15. Hiển vi truyền qua phân giải cao JEM 2100 ............................................52

Hình 2. 16. Mô hình minh họa của định luật nhiễu xạ Bragg .....................................53

Hình 2.17. Thiết bị nhiễu xạ tia X Equinox 5000…………………………………..54

Hình 2. 18. Cơ chế tạo huỳnh quang………………………………………………..55

Hình 2. 19. Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ PL và phổ PLE của hệ Fluorolof FL3-2-2

tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng. ................................................................56

Hình 2. 20. Hệ đo thiết bị phổ kế Fluorolof FL3-2-2 thực tế tại Đại học Duy Tân Đà

Nẵng ........................................................................................................57

Hình 2. 21. Thiết bị đo phổ hồng ngoại ngoại (Nicolet iS10, Thermo Scientific) ......59

Hình 2. 22. Hệ đo VSM (a) và sơ đồ nguyên lý (b). ...................................................60

Hình 2.23. Hệ thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ (a) và minh hoạ bố trí thí nghiệm đốt

nóng cảm ứng từ (b). ................................................................................61

Hình 2.24. Sơ đồ nguyên lý phương pháp phân tích đánh dấu huỳnh quang miễn

dịch…………………….……………………………………………….62

Hình 2.25. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi huỳnh quang……………..64

Hình 3.1. Ảnh FESEM của GdPO4 thay đổi pH (2, 4, 6, 8, 10, 12) ............................68

Hình 3.2. Ảnh FESEM của GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ [Tb3+/Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7,

9%............................................................................................................69

Hình 3.3. Ảnh TEM của GdPO4:Tb3+ sau khi bọc silica……………………………70

Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu GdPO4, GdPO4:Tb3+ ..........................70

Hình 3.5. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4 với các giá trị pH khác nhau. ...........71

xii

Hình 3.6. Phổ kích thích các mẫu GdPO4:Tb3+ (0- 9%) ............................................72

Hình 3.7. Phổ PL của vật liệu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ [Tb3+/Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7,

9% kích thích bước sóng 272nm(a), 325nm(b) và 355nm(c)………...….73

Hình 3.8. Phổ PL của vật liệu GdPO4:Tb3+(1), GdPO4:Tb3+@silica(2),

GdPO4:Tb3+@silica–NH2(3), GdPO4:Tb3+@silica –NH2-IgG (4) ...........75

Hình 3.9. Phổ hồng ngoại của GdPO4, GdPO4:Tb3+, GdPO4:Tb3+@silica-NH2 và

GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG ….............................................................76

Hình 3.10. Đường cong từ độ của vật liệu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ [Tb3+/Gd3+] là 0,

1, 3, 5, 7, 9%.............................................................................................77

Hình 3.11. Đường cong đốt nhiệt cảm ứng từ của vật liệu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ

[Tb3+/Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9%..................................................................78

Hình 3.12. Sơ đồ quá trình phát hiện kháng nguyên nọc rắn bằng phức hợp nano

huỳnh quang GdPO4:Tb3+@silica - NH2..................................................80

Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của mẫu kháng thể IgG trước và sau khi gắn vật liệu phát

quang .......................................................................................................81

Hình 3.14. Hình ảnh của kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra dưới ánh sáng nhìn

thấy (a); Kháng nguyên Naja atra kết hợp với vật liệu nano quan sát với

ánh sáng nhìn thấy (b); Kháng nguyên Naja atra kết hợp với vật liệu nano

quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang bước sóng 405nm với độ phóng

đại 40x, thị kính 10x (c) ...........................................................................81

Hình 4.1. FESEM của vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ với tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ +Eu3+]

là 20 (a), 25 (b), 30 (c), 35 (d), 40 (e) …………………………...…...….85

Hình 4.2. Sự phụ thuộc đường kính của quả cầu nano theo tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ +Eu3+]..86

Hình 4.3. FESEM của vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ khi sấy ở nhiệt độ 70 oC

tỷ lệ [Urê]/[Gd3++Eu3+] là 0 (a); 3,5(b); 5(c); 6(d); 7(e); 7.5(f); 8 %(g)

...................................................................................................................87

Hình 4.4. Phổ TG và DTG của Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ .............................................88

Hình 4.5. FESEM của vật liệu Gd2O3:Eu3+ khi ủ ở nhiệt độ 650 oC tỷ lệ

[Urê]/[Gd3++Eu3+] là 0 (a); 3,5(b); 5(c); 6(d); 7(e); 7.5(f); 8 %(g)

.................................................................................................................89

Hình 4.6. Kết quả đo TEM của Gd2O3: 6%Eu3+ (a); Gd2O3: 6%Eu3+@silica (b) ......90

xiii

Hình 4.7. Đường kính trung bình của Gd2O3:6%Eu3+ (a), Gd2O3:6%Eu3+@silica (b),

Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ (c) .................................................................91

Hình 4.8. Giản đồ nhiễu xạ XRD của Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ tại 200 oC và

650oC…………………………………………………………………...92

Hình 4.9. Giản đồ nhiễu xạ XRD của M1: Gd2O3:6%Eu3+ mẫu ủ ở 650 oC không bọc

silica; M2: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 70 oC sau đó bọc silica và ủ

650oC; M3: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 200 oC sau đó bọc silica và ủ

650oC; M4: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ ủ 650 oC sau đó bọc silica và sấy

200oC .......................................................................................................93

Hình 4.10. Phổ EDX của Gd2O3:Eu3+ (a) và Gd2O3: Eu3+@silica (b) của mẫu ủ tại 650oC.....................................................................................................94

Hình 4.11. Phổ hồng ngoại của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+(a); Gd2O3:6%Eu3+@silica (b) ……………………………………………………….……………..…95

Hình 4.12. Phổ PLE của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+ .......................................................96

Hình 4.13. Phổ PL của vật liệu Gd2O3:X%molEu (X=3,5; 5; 6; 7; 8%) kích thích bước sóng 394 nm (a) và 270 nm (b) ..............................................................98

Hình 4.14. Phổ PL của vật liệu khi ủ 650 oC với các lớp silica khác nhau ………....99

Hình 4.15. Phổ PL vật liệu khi bọc silica các nhiệt độ khác nhau ............................100

Hình 4. 16. Sơ đồ quá trình phát hiện CEA bằng phức hợp nano huỳnh quang

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG ................................................................102

Hình 4. 17. Ảnh hiển vi huỳnh quang của các mẫu trong dung dịch đệm (bước sóng

kích thích 405 nm độ phóng đại 40x,thị kính 10x).…………......…… 104

Hình 4. 18. Ảnh hiển vi huỳnh quang của các mẫu kết hợp với tế bào CEA (bước

sóng kích thích 405 nm, độ phóng đại 40x, thị kính 10x)......................106

MỞ ĐẦU

Vật liệu nano phát quang (NP) đã trở thành công cụ quan trọng không thể thay

thế trong y sinh học với hàng loạt các ứng dụng trong chẩn đoán và chữa trị bệnh [1-

5]. Trong lĩnh vực chẩn đoán, có thể kể đến các đầu dò phát quang kích thước nano

có thể theo dõi các quá trình sinh học phân tử tế bào, đơn vị cơ sở của sự sống và

cũng là căn nguyên của phần lớn bệnh tật [6, 7]. Các phương pháp chụp ảnh cộng

hưởng từ (MRI) và đặc biệt là phương pháp chụp ảnh tế bào bằng kính hiển vi huỳnh

quang đã được đưa vào sử dụng trong các bệnh viện lớn [7, 8]. Trong lĩnh vực điều

trị, nhiều phương pháp chữa trị mới như phương pháp quang động, quang nhiệt, quang

từ ngày càng được quan tâm ứng dụng trong cận lâm sàng [9].

Vào giữa thế kỷ trước, năm 1959 phương pháp đánh dấu nhận dạng sinh học

bằng đồng vị bức xạ ngắn ngày được phát minh bởi Yalow và Berson với ưu điểm là

độ chính xác và độ nhạy rất cao. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là trang

thiết bị rất đắt tiền cộng với ảnh hưởng của phóng xạ đối với bệnh nhân và người vận

hành, nên khả năng ứng dụng của phương pháp này rất hạn chế. Bên cạnh đó các

phương pháp đánh dấu (labelling) hoặc nhuộm màu (staining) bằng các chất màu hữu

cơ với ưu điểm như phát quang mạnh, tan tốt trong nước, tương thích sinh học, độ

nhạy cao và giá thành thấp đã được sử dụng phổ biến trong các bệnh viện và cơ sở

nghiên cứu và sản xuất sinh phẩm y tế. Tuy vậy, phổ huỳnh quang của các chất mầu

hữu cơ không ổn định dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt hoặc môi trường sinh lý, do

hiệu ứng mất màu huỳnh quang (photobleaching) hạn chế việc sử dụng chúng cho

các ứng dụng chuyên sâu và quá trình sinh lý phức tạp [10]. Hiện tại trong các vật

liệu phát quang nano có triển vọng là vật liệu nano chấm lượng tử bán dẫn [11], vật

liệu nano cacbon [12, 13] và vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm [14, 15] được

xem như đầu dò quang học đầy triển vọng để ứng dụng trong y sinh. So sánh với chất

màu hữu cơ, các chấm lượng tử bán dẫn với ưu điểm là cường độ huỳnh quang cao,

ổn định, có thể linh hoạt lựa chọn bước sóng kích thích và phát quang. Tuy nhiên, các

chấm lượng tử bán dẫn có mức độ độc tính cao, chủ yếu do sử dụng các kim loại độc

hại (như Arsen, Cadmium, Crom và Selen) dễ gây độc cấp và mãn tính cho cơ thể.

Gần đây, vật liệu nano cacbon cũng đang được sử dụng như đầu dò sinh học để đánh

dấu và nhận diện tế bào. Nhưng quy trình chế tạo chưa ổn định, cấu trúc vật liệu chưa

có tính lặp lại dẫn đến tính chất của các vật liệu nano cacbon phụ thuộc nhiều vào

nguyên liệu đầu vào và điều kiện phản ứng, do đó cần được khảo sát và xây dựng qui

trình chế tạo tối ưu mới đáp ứng được các nhu cầu cho ứng dụng thực tiễn [12, 13].

Để ứng dụng trong y sinh thì vật liệu phải có những đặc tính như phát quang

mạnh, phân tán tốt trong nước và không độc hại với cơ thể con người. Các vật liệu

nano phát quang pha tạp đất hiếm (RE-NP) đáp ứng tốt các yêu cầu trên do có hiệu

suất phát quang cao và ổn định trong môi trường nước, phổ phát quang hẹp, độ dịch

chuyển Stockes lớn, thời gian sống huỳnh quang dài và thân thiện với con người và

môi trường [14, 15]. Rất nhiều các RE-NP đã được chế tạo bằng các phương pháp

khác nhau, trong đó phải kể đến là các oxit (Ln2O3), photphat (LnPO4) và vanadate

(LnVO4) của các nguyên tố đất hiếm (Ln) như là Y, La, Ce, Eu, Tb và Gd. Thời gian

qua đã có nhiều công trình sử dụng kính hiển vi quang học phân giải cao nhận dạng

bằng hình ảnh các phân tử sinh học, các protein, ADN, các tế bào và cả virus trong

mầm bệnh và thành tố của vắc xin sử dụng RE-NP làm đầu dò phát quang [14-17].

Nghiên cứu khoa học thuộc lĩnh vực công nghê và vật liệu nano quang tử bắt đầu đạt

được một số kết quả có tính đột phá không những trong nghiên cứu các quá trình sinh

học mà còn góp phần quan trọng trong công tác khám chữa bệnh, nâng cao sức khỏe

cho cộng đồng [18-25]. Để có thể ứng dụng trong y sinh người ta phải chức năng hóa

bề mặt để RE-NP tương thích sinh học, ổn định và phân tán trong môi trường sinh lý

[3, 26-30]. Sau đó, các thực thể nano đã chức năng hóa được gắn kết với tác nhân

sinh học, bằng phản ứng cộng hợp với các phần tử khác nhau như kháng thể, protein,

tế bào và thuốc trị bệnh v.v…[31].

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nhóm quan tâm đến việc nghiên cứu và

phát triển RE-NP. Năm 2013, Hejuan Song và các cộng sự đã tổng hợp vật liệu

GdPO4.H2O:Tb3+ dạng thanh và khối bằng việc thay đổi các điều kiện chế tạo. Nghiên

cứu chỉ ra rằng với pH=2 và thêm chất tạo khuôn glyxin sẽ thu được vật liệu dạng

thanh, trong khi đó pH=7-10 và không sử dụng glycine thì vật liệu tạo ra có dạng bó

[32]. Tiếp đó vào năm 2014, nhóm của Hernandez đã dùng phương pháp thuỷ nhiệt

để tổng hợp vật liệu kích thước nano GdPO4.H2O:Tb3+ (Eu3+) với các hình dạng khác

nhau bằng việc thay đổi giá trị pH [33]. Bên cạnh đó, các RE-NP trên nền GdPO4

cũng cho thấy tiềm năng được ứng dụng trong MRI và kính hiển vi huỳnh quang [1].

Ngoài ra, nhiều nhóm trên thế giới cũng đã tổng hợp vật liệu nano phát quang

Gd2O3:Eu3+ với nhiều ứng dụng khác nhau [35-46].

Trong nước, hiện nay các nghiên cứu tập trung nhiều vào việc chế tạo vật liệu

nano phát quang làm các tác nhân đánh dấu và nhận dạng sinh học, tạo ra các công

cụ đánh giá chất lượng các sinh phẩm, thực phẩm và các vắc xin đã đạt được các

thành quả rất khích lệ. Một số nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu phát

quang ứng dụng phân tích dư lượng thuốc trừ sâu, dựa trên các chấm lượng tử [47]

và các chất màu hữu cơ [48] v.v... được cộng đồng khoa học khu vực và thế giới quan

tâm. Ngoài ra, các nghiên cứu về RE-NP của Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã đạt được những kết quả khá nổi bật về nghiên

cứu cơ bản và định hướng ứng dụng, điển hình trong đánh dấu, nhận dạng virus sởi,

rota trong quy trình chế tạo vắc xin [49, 50]. Tuy nhiên, đa số kết quả từ các nghiên

cứu ứng dụng sinh học chủ yếu là công cụ một chức năng như vật liệu quang ứng

dụng trong nhận dạng đánh dấu trong y sinh hoặc vật liệu từ ứng dụng trong nhiệt trị,

tăng tương phản ảnh chụp cộng hưởng từ. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo một công

cụ đa chức năng, đặc biệt là khả năng tích hợp chức năng quang và từ trên cùng một

vật liệu nano nhằm nâng cao hiệu quả trong quy trình chẩn đoán - điều trị [51-58].

Theo xu hướng nghiên cứu này một số phòng thí nghiệm của Viện Khoa học vật liệu

đã khởi động nghiên cứu kết hợp quang từ [51, 52, 59] nhằm tạo ra các công cụ đa

chức năng trong chẩn đoán và điều trị đặc biệt là các phương pháp hiển thị sinh học

và từ nhiệt [50, 57].

Dựa trên các kết quả đã đạt được của nhóm nghiên cứu và cập nhật tình hình

trên thế giới, chúng tôi đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu là vật liệu huỳnh quang đất

hiếm chứa ion kích hoạt Tb3+ và Eu3+ pha tạp trên mạng nền là các hợp chất của

Gadolini. Các hợp chất oxit, photphat của gadolini là các mạng nền để tạo ra các vật

liệu phát quang hiệu suất cao, thời gian sống huỳnh quang dài [60-63]. Mặt khác

Gadolini và ion Gd3+ có bảy electron không bắt cặp vì vậy có tính chất siêu thuận từ

mạnh [64]. Cho nên các hợp chất lai hữu cơ của ion Gd3+ thường sử dụng làm tác

nhân tăng độ tương phản trong chụp MRI [65-67]. Xu hướng của y học hiện đại là

nghiên cứu sự gắn kết hợp giữa chẩn đoán và điều trị [68]. Qua đó, các liệu trình trị

liệu như sự dẫn thuốc hướng đích, hóa trị, nhiệt trị hay xạ trị sẽ được kết hợp với một

hay nhiều chẩn đoán hình ảnh cả in vitro và in vivo. Các phương pháp chẩn đoán hình

ảnh khác nhau như: MRI, đánh dấu huỳnh quang có thể gắn kết hợp với các tác nhân

điều trị hay dẫn thuốc điều trị, thông qua hình ảnh kết hợp có thể kiểm soát, biết được

các thông tin, cách thức và động lực học quá trình nhằm tăng hiệu quả điều trị.

Mạng nền photphat là loại vật liệu nền quang học tốt cho các ion đất hiếm Ln3+

khác nhau, thí dụ Eu2+, Eu3+ Tb3+, Er3+, Tm3+ và Ho3+ [69-73]. Các vật liệu này có

khả năng phát quang ở các bước sóng khác nhau từ tử ngoại qua vùng khả kiến và

trải rộng đến vùng hồng ngoại, cộng với hiệu suất huỳnh quang cao. Hơn nữa các

nano phát quang của gadolini không độc với cơ thể người, khó bị mất màu do hiệu

ứng photobleaching và phân hủy quang hóa (photochemical decomposition) nên khá

thích hợp với các mục đích sử dụng trong sinh học, y học và đời sống [74, 75]. Trên

thực tế các vật liệu của gadolini (III) như GdPO4, Gd2(CO3).H2O, NaGdF4 được ứng

dụng rộng rãi làm đầu dò quang học, từ tính và nhiều ứng dụng y sinh học khác [44].

Về cấu tạo hình thái vật liệu GdPO4 dễ tạo thanh, bị hydrat hóa nên phân tán tốt trong

nước [69]. Tuy nhiên, để đạt được sự đồng đều về đường kính và độ dài của thanh

nano GdPO4 vẫn luôn là một thách thức.

Hợp chất gadolini oxit pha tạp đất hiếm có thể phát huỳnh quang ở vùng ánh

sáng xanh hay đỏ phụ thuộc vào loại tâm RE3+ (Tb3+, Eu3+, …) [76, 77]. Hợp chất

gadolini oxit có thể chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau [78-80]. Tuy vậy,

trong lĩnh vực vật liệu kích thước nano các Gd2O3 dạng cầu đồng nhất cao là đối

tượng được quan tâm không chỉ trong lĩnh vực quang tử mà còn trong y sinh học [81-

83]. Đến nay tổng hợp các quả cầu oxit đất hiếm kích thước nano đồng nhất cao vẫn

là thách thức đối với nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới. Với vật liệu nền oxit đất

hiếm, nhóm tác giả Yijin đã tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+ dạng ống nano ứng dụng

trong đánh dấu y sinh với đối tượng là tế bào tủy xương của chuột [76]. Nhóm tác giả

Maalej đã tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+ dạng phiến nano ứng dụng trong chụp MRI

[83]. Tuy nhiên, cả hai nhóm tác giả này đều dừng ở việc tổng hợp được dạng ống và

dạng phiến nano, khi ứng dụng vào y sinh nội bào trong chuột, dạng khối rất khó lách

qua màng tế bào, vì vậy việc tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+ dạng cầu sẽ mở ra những

ứng dụng khả quan trong y sinh. Năm 2017, nhóm tác giả Ya-Ru-Lu đã tổng hợp quả

cầu nano vừa có tính chất quang vừa có tính chất từ để dẫn thuốc với kích thước từ

5-80nm [84], quả cầu chế tạo được phân bố không đồng đều.

Từ các vấn đề chưa được giải quyết của các nghiên cứu trong và ngoài nước,

nhóm nghiên cứu đã đặt ra mục tiêu của luận án là tổng hợp vật liệu có điều khiển

với độ lặp lại tốt về cấu trúc, hính thái học, dễ phân tán trong nước và dịch sinh lý

nhưng vẫn giữ được cường độ phát quang mạnh. Dựa trên sản phẩm chất lượng này

có thể tiến hành các giai đoạn tiếp theo chế tạo các đầu dò đánh dấu và chụp hình ảnh

sinh học (bioimaging) phát hiện và nhận dạng kháng nguyên nọc rắn hổ mang và tế

bào ung thư đại trực tràng.

Trên cơ sở nghiên cứu tình hình trong nước và thế giới, tôi đã lựa chọn đề tài

nghiên cứu cho luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu chế tạo, tính chất của vật liệu nano

GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ định hướng ứng dụng trong y sinh”.

Mục tiêu:

1. Chế tạo được vật liệu thanh nano GdPO4:Tb3+ và quả cầu nano Gd2O3:Eu3+.

2. Bọc thanh nano GdPO4:Tb3+ và quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ bằng vỏ silica,

chức năng hóa với nhóm chức NH2 , chế tạo phức hợp nano gắn với kháng

thể kháng nọc rắn và kháng thể kháng CEA để ứng dụng trong y sinh.

3. Bước đầu thử nghiệm ứng dụng phức hợp nano trên cơ sở thanh nano

GdPO4:Tb3+ và quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ sử dụng phương pháp phân tích

huỳnh quang miễn dịch nhằm xác định kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang

và đánh dấu, nhận dạng kháng nguyên CEA tinh khiết và kháng nguyên CEA

của tế bào ung thư đại trực tràng.

Đối tượng nghiên cứu:

1. Vật liệu nano phát quang GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ 2. Công cụ đánh dấu GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ với các phần tử sinh học đặc

hiệu.

3. Kháng nguyên nọc rắn hổ mang và kháng nguyên CEA của tế bào ung thư

đại trực tràng.

Phương pháp nghiên cứu:

Luận án được nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm. Vật liệu được chế

tạo tại phòng thí nghiệm Quang hóa điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Cấu trúc, hình thái học của mẫu được phân tích bằng các phép đo hiện đại có

độ tin cậy như: giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại, ảnh hiển vi điện tử phát xạ

trường, ảnh hiển vi điện tử truyền qua. Tính chất quang được nghiên cứu thông qua

phổ huỳnh quang. Tính chất từ của vật liệu được nghiên cứu qua phép đo VSM và

phép đo đốt nhiệt cảm ứng từ.

Khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu trong y sinh tại phòng thí nghiệm

Sinh học phân tử thuộc Học viện Quân Y.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

(i) Góp phần vào sự phát triển khoa học cơ bản và công nghệ nano trong lĩnh

vực chế tạo vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm.

(ii) Đóng góp vào sự tìm kiếm phương pháp mới để phát hiện độc tố rắn hổ

mang và tế bào ung thư giai đoạn sớm.

Tính mới:

(i) Chế tạo được vật liệu nano GdPO4:Tb3+ dạng thanh có chiều dài 300 – 500

nm, chiều rộng 10 – 30 nm bằng phương pháp thủy nhiệt và Gd2O3:Eu3+ dạng

cầu đường kính 145 – 155 nm bằng phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước.

(ii) Đã bọc thanh nano GdPO4:Tb3+ và quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ bằng vỏ silica,

chức năng hóa với nhóm chức NH2, chế tạo phức hợp nano gắn với kháng thể

kháng nọc rắn và kháng thể kháng CEA để phát hiện kháng nguyên nọc rắn hổ

mang và kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng.

(iii) Đã khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt cảm ứng từ của vật liệu GdPO4 và GdPO4:Tb3+,

với nhiệt độ đạt được trong khoảng 44 – 49 oC ở từ trường 300 Oe, tần số 390

kHz trong thời gian 1500 giây. Kết quả cho thấy vật liệu tổng hợp được có khả

năng ứng dụng trong từ nhiệt trị.

Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các ký hiệu và chữ

viết tắt, danh mục các bảng, danh mục các hình ảnh và hình vẽ, danh mục các công

trình đã công bố liên quan đến luận án, phụ lục và tài liệu tham khảo, nội dung

luận án được trình bày trong 4 chương:

Chương 1: Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm.

Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm.

Chương 3: Các kết quả chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và ứng dụng phức

hợp nano của GdPO4:Tb3+ phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang.

Chương 4: Các kết quả chế tạo vật liệu nano Gd2O3:Eu3+ và ứng dụng phức

hợp nano của Gd2O3:Eu3+ phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực

tràng.

Các kết quả chính của luận án đã được công bố trong 5 công trình khoa học

quốc tế thuộc danh mục ISI/ SCOPUS và 2 công trình khoa học trong nước có uy tín.

CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM

1.1. Giới thiệu về vật liệu nano phát quang

Khái niệm về vật liệu và công nghệ nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet

(nm). Ở vùng kích thước này, một số vật liệu thể hiện rất nhiều tính chất đặc biệt lý

thú và khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Nguyên nhân của sự khác biệt này là do:

(i) các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn ở kích thước nano; (ii) hiệu ứng bề mặt

trong các vật liệu nano trở nên đáng kể; và (iii) kích thước của vật liệu khi đó có thể

so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất vật lý, hóa học. Các tính chất,

hiệu ứng mới này đã thúc đẩy việc nghiên cứu để tạo ra các loại vật liệu nano mới

đáp ứng cho nhiều nhu cầu ứng dụng thực tiễn khác nhau. Việc phân loại vật liệu

nano cũng chỉ mang tính tương đối. Tuy nhiên, để làm rõ lĩnh vực nghiên cứu thì việc

phân loại các vật liệu nano là cần thiết [85].

- Phân loại theo tính chất của vật liệu

- Phân loại theo hình dáng của vật liệu

- Phân loại theo mục đích sử dụng của vật liệu

- Dựa vào mục đích ứng dụng của các vật liệu nano, người ta có một số loại vật

liệu nano sau:

Vật liệu nano ứng dụng trong lĩnh vực điện tử

Vật liệu nano ứng dụng trong lĩnh vực quang học, quang điện tử và quang tử

Vật liệu nano ứng dụng trong công nghiệp

Vật liệu nano ứng dụng trong sinh học, y tế, nông nghiệp và môi trường

Các tính chất đặc trưng của vật liệu nano

Các tính chất đặc trưng cho bản chất của vật liệu như: hằng số điện môi, điểm

nóng chảy, chiết suất cũng có thể bị thay đổi khi giảm kích thước xuống thang nano.

Ngoài ra còn có nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như: hoạt tính bề mặt,

diện tích bề mặt; các tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ học, hóa … của vật liệu

cũng bị thay đổi khi giảm kích thước.

Trong các vật liệu nano thì các hợp chất oxit kim loại thu hút được nhiều sự

quan tâm nhất vì chúng sở hữu các tính chất nổi bật mang lại hiệu quả ứng dụng cao.

Chẳng hạn như các oxit kim loại hỗn hợp với pha perovskit có các tính chất lý hóa

rất đặc biệt, như tính chất xúc tác, tính vận chuyển oxi, tính sắt từ, tính áp điện và

cách điện. Do đó chúng được dùng để chế tạo các mạch vi điện tử, các thiết bị áp

điện, các oxit, pin nhiên liệu, các chất xúc tác hay các lớp phủ chống ăn mòn… Sự

phát triển các phương pháp tổng hợp vật liệu nano với hiệu suất cao, chi phí thấp có

ý nghĩa hết sức quan trọng hiện nay vì nhiều lý do. Vật liệu bột chứa các hạt nano rất

thích hợp để chế tạo các màng mỏng, đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp điện

tử. Hơn nữa, các hạt nano còn đóng vai trò quyết định trong xu hướng chung nhằm

giảm kích thước của các thiết bị, làm cho chúng nhỏ gọn, có hiệu suất cao hơn và tiêu

thụ ít năng lượng hơn.

Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Để tổng hợp các vật liệu nano, hiện nay có hai cách tiếp cận chủ yếu. Cách

tiếp cận thứ nhất là phương pháp vật lý từ trên xuống (top-down), tức là xuất phát từ

các vật liệu kích cỡ micromet, sau đó làm giảm kích thước của chúng xuống kích

thước nanomet [86]. Với cách tiếp cận này, vât liệu nano thường được chế tạo bằng

kỹ thuật nghiềnhoặc quang khắc sử dụng các chùm ion, hạt, điện tử hoặc laser. Vật

liệu thu được có kích thước cỡ nanomet. Cách tiếp cận này có ưu điểm là ổn định, dễ

điều khiển và lặp lại. Tuy nhiên, cách tiếp cận này khá tốn kém và đòi hỏi phải có hệ

thống máy móc thiết bị hiện đại.

Cách tiếp cận thứ hai là phương pháp hoá học từ dưới lên (bottom-up), tức là

chủ yếu sử dụng các phản ứng hóa học để lắp ghép các đơn vị nguyên tử hoặc phân

tử lại với nhau nhằm thu được các cấu trúc nano [2]. Một số phương pháp hoá học

điển hình như sol-gel, thủy nhiệt, khuôn mềm, đã được chứng minh là có khả năng

để tạo ra các loại vật liệu nano mong muốn. Đặc điểm chính của các phương pháp

này là khả năng điều khiển quá trình kết tủa, vì vậy mà các sản phẩm thu được có độ

đồng đều cao, có thể điều khiển được hình dạng và kích thước dễ dàng. Ưu điểm của

phương pháp bottom-up so với top-down là có tính linh động cao, vật liệu thu được

có chất lượng tốt, độ đồng nhất cao, nên các vật liệu nano được chế tạo hiện nay

thường sử dụng phương pháp bottom-up. Phương pháp tổng hợp vật liệu dưới lên và

từ trên xuống minh họa dưới hình 1.1.

Hình 1. 1. Mô hình minh họa phương pháp tổng hợp vật liệu từ dưới lên

và từ trên xuống

1.2. Vật liệu phát quang chứa ion đất hiếm

1.2.1. Đặc tính phát quang của hợp chất đất hiếm

Tất cả các nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm Lanta đều có phân lớp điện tử 4f

chưa lấp đầy, được bao bọc bởi các điện tử phân lớp 5s2 và 5p6. Tính chất quang của

các ion đất hiếm chủ yếu liên quan đến chuyển dời của điện tử trong phân lớp 4f. Hơn

nữa do được bảo vệ bởi điện tử ở phân lớp ngoài nên tính chất phát quang của ion đất

hiếm ít bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh. Ngoài ra, các nguyên tố đất hiếm

có khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng trong dải bước sóng hẹp, thời gian sống ở

trạng thái giả bền lớn, hiệu suất lượng tử cao. Do vậy, chúng đóng vai trò quan trọng

trong lĩnh vực linh kiện điện tử, thông tin quang học và y sinh.

Đất hiếm gồm có 17 nguyên tố [88], trong đó có 15 nguyên tố thuộc họ lantan

từ La (nguyên tố số 57) đến Lu (nguyên tố số 71) và 2 nguyên tố khác là Sc (nguyên

tố số 21) và Y (nguyên tố số 39). Các nguyên tố đất hiếm thuộc họ lantan được đặc

trưng bởi lõi của khí trơ Xe và phân lớp điện tử 4f không được lấp đầy [15].

Sự giống nhau về tính chất giữa các nguyên tố họ lantan và các nguyên tố

scandi, ytri dẫn đến sự sắp xếp tất cả các nguyên tố này vào cùng một nhóm (nhóm

đất hiếm) mặc dù cấu hình điện tử của hai nguyên tố này không chứa phân lớp 4f

giống như các nguyên tố họ lantan [89, 90]. Cấu hình điện tử của các nguyên tố đất

hiếm có cấu tạo điện tử các lớp ngoài 4fn5d0-16s2 (n=0-14) được trình bày cụ thể ở

bảng 1.1.

Bảng 1. 1. Cấu hình điện tử của các nguyên tử đất hiếm ở trạng thái cơ bản [91]

Cấu hình điện tử Nguyên tố STT Lý thuyết Thực tế

[Ar] 3d14s2 [Ar] 21 3d14s2 Sc

[Kr] 4d15s2 [Kr] 39 4d15s2 Y

[Xe] 5d16s2 [Xe] 57 5d16s2 La

[Xe] 4f2 6s2 [Xe]4f1 58 5d16s2 Ce

[Xe] 4f3 6s2 [Xe]4f2 59 5d16s2 Pr

[Xe] 4f4 6s2 [Xe]4f3 60 5d16s2 Nd

[Xe] 4f5 6s2 [Xe]4f4 61 5d16s2 Pm

[Xe] 4f6 6s2 [Xe]4f5 62 5d16s2 Sm

[Xe] 4f7 6s2 [Xe]4f6 63 5d16s2 Eu

[Xe] 4f7 5d16s2 [Xe]4f7 64 5d16s2 Gd

[Xe] 4f9 6s2 [Xe]4f8 65 5d16s2 Tb

[Xe] 4f10 6s2 [Xe]4f9 66 5d16s2 Dy

[Xe] 4f11 6s2 [Xe]4f10 67 5d16s2 Ho

[Xe] 4f12 6s2 [Xe]4f11 68 5d16s2 Er

[Xe] 4f13 6s2 [Xe]4f12 69 5d16s2 Tm

[Xe] 4f14 6s2 [Xe]4f13 70 5d16s2 Yb

[Xe] 4f14 71 Lu [Xe]4f14 5d16s2 5d16s2

Các ion hóa trị III có cấu hình điện tử lớp vỏ là 4fn5d0-15p6, trong đó n=0, 1,

2...14 được trình bày cụ thể ở bảng 1.2.

Bảng 1.2 cho thấy các ion Sc3+, Y3+, La3+ có cấu hình điện tử tương ứng với cấu

hình các khí trơ Ar, Kr, Xe. Các ion họ lantan từ Ce3+ đến Lu3+ có thêm từ 1 đến 14 điện

tử lần lượt được điền vào phân lớp 4f so với cấu hình điện tử của Xe.

Bảng 1. 2. Mức năng lượng ở trạng thái cơ bản của các ion đất hiếm

Số J Mức cơ hiệu Nguyên tố Điện tử L S Σ(L + Ion bản nguyên tương ứng 4f Σl Σs S) tử

Sc3+ Ar 0 0 0 21

Y3+ Kr 0 0 0 39

La3+ Xe 0 4f0 0 0 57

2F5/2

Ce3+ Xe 1/2 4f1 3 5/2 58

3H4

Pr3+ Xe 1 4f2 5 4 59

4I9/2

Nd3+ Xe 3/2 4f3 6 9/2 60

5I4

Pm3+ Xe 2 4f4 6 4 61

6H5/2

Sm3+ Xe 5/2 4f5 5 5/2 62

Eu3+ Xe 3 4f6 3 0

7F0

Gd3+ Xe 7/2 4f7 0 7/2

8S7/2

Tb3+ Xe 3 4f8 3 6

7F6

6H15/2

Dy3+ Xe 5/2 4f9 5 15/2 66

5I8

Ho3+ Xe 2 4f10 6 8 67

4I15/2

Er3+ Xe 3/2 4f11 6 15/2 68

3H6

Tm3+ Xe 1 4f12 5 6 69

2F7/2

Yb3+ Xe 1/2 4f13 3 7/2 70

Lu3+ Xe 0 4f14 0 0 71

Dãy Lanta bắt đầu từ Lantan với cấu hình điện tử ở trạng thái cơ bản

[Xe]5d16s2. Khi số hiệu nguyên tử tăng lên, các điện tử được điền vào lớp 4f. Lớp

này sẽ đầy đủ hơn khi số nguyên tử tăng dần từ 58 (Ce) đến 71 (Lu). Quá trình ion

hóa các nguyên tử đất hiếm xảy ra theo xu hướng cho đi các điện tử ở lớp 6s, 5d do

đó khi tồn tại ở dạng ion, cấu hình điện tử lớp 4f vẫn được bảo toàn. Mặt khác, các

electron ở lớp 4f được bảo vệ bởi lớp vỏ 5s25p6 để tránh khỏi những tác động của môi

trường ngoài [15]. Kết quả, chúng làm cho các mức năng lượng của lớp 4f có những

đặc tính sau:

+ Khá bền và ít chịu ảnh hưởng của vật liệu nền.

+ Không bị phân tách bởi vật liệu nền.

+ Ít bị trộn lẫn với các mức năng lượng cao.

Vì ít tương tác với vật liệu nền, nên ở cấu hình 4f tồn tại rất ít hoặc không tồn

tại các mức dao động tương ứng với năng lượng dịch chuyển của photon và sự hồi

phục không bức xạ từ các mức kích thích rất yếu. Nói cách khác cấu hình 4f có thể

giúp hạn chế hiệu ứng phonon. Do đặc tính quan trọng này khi sử dụng các ion đất

hiếm, dịch chuyển quang học thường xảy ra tương ứng với dải phát xạ hẹp (vùng khí

hiếm... ) của bước sóng và có hiệu suất cao hơn so với các ion thông thường [ 89, 91].

Khi xảy ra sự tương tác giữa momen động lượng quỹ đạo và momen động

lượng spin, các mức năng lượng được hình thành tuân theo nguyên tắc Russell-

Saunders. Trạng thái năng lượng mới sinh ra được ký hiệu bởi 2S+1LJ, trong đó S là

momenn động lượng spin, L là momen động lượng quỹ đạo và J=L+S là momen động

lượng toàn phần [92].

Mặc dù theo lý thuyết, các ion đất hiếm có cấu hình điện tử ít phụ thuộc vào

vật liệu nền, tuy nhiên khi đặt trong một trường tinh thể, hiệu ứng tách mức năng

lượng Stark vẫn xảy ra đối với một số ion. Nghiên cứu cho thấy, hiệu ứng Stark cho

các ion đất hiếm trong môi trường thủy tinh xuất phát từ tính đối xứng điểm thấp của

những ion này trong nền vô định hình [91].

Nói chung các nguyên tố đất hiếm có thể được phân thành 2 nhóm dựa theo

vùng bước sóng phát quang của chúng, như sau:

- Eu3+, Sm3+, Dy3+, Tb3+ và Tm3+ là các ion cho phát xạ mạnh trong vùng nhìn

thấy. Ví dụ, ion Eu3+ phát xạ rất mạnh trong vùng phổ có màu cam đậm (590-600 nm,

–7F1) hoặc đỏ (610- 630 nm, do sự dịch chuyển của

tương ứng với chuyển dời 5D0

–7F2 ). Các dải phát xạ của các nguyến tố khác là Sm: 643 nm (4G5/2–

6H11/2), Dy3+: 573 nm (4F9/2

–6H13/2), Tb3+: 545 nm (5D4

–7F4 ), Tm3+: 465 nm (1D2

–

3F4).

điện tử 5D0

- Er3+, Pr3+, Nd3+, Ho3+ và Yb3+ là các ion cho phát xạ trong vùng hồng ngoại

gần, do tách mức năng lượng tương ứng giữa các trạng thái. Đối với ion Er3+ bên cạnh

một dịch chuyển 4fn-15d–4fn là dịch chuyển điện tử được phép (thỏa mãn quy tắc lọc

lựa Laporte – chẵn lẻ) đây là chuyển dời điện tử giữa 2 cấu hình khác nhau (d – f)

còn có hai dịch chuyển đặc trưng được ghi nhận ở vùng nhìn thấy khoảng 550 nm

–4I15/2

) và vùng cửa sổ thông tin quang 1550 nm (4I13/2

–4I15/2 ).

(4S3/2

Do các điện tử hóa trị nằm trong quỹ đạo 4f được che chắn tốt nên trường

ligand ảnh hưởng rất ít tới các điện tử quang học (điện tử phân lớp 4f) của ion RE3+,

vì vậy phổ phát quang của các ion RE3+ pha tạp trong các đơn tinh thể là tập hợp các

vạch hẹp tương tự như phổ nguyên tử. Ngoài ra, các ion RE3+ còn có những tính chất

đặc biệt như: thời gian sống huỳnh quang kéo dài cỡ ms, phổ phát quang được phân

bố trong nhiều vùng bước sóng khác nhau, một số mức phát xạ rất mạnh… Chính vì

các đặc điểm này mà các ion RE3+ được ứng dụng nhiều trong thiết bị quang học,

thiết bị chiếu sáng, ống dẫn sóng, vật liệu laser, khuếch đại quang, sensor… Một số

chuyển dời quang học trong các ion Eu3+, Dy3+ và Sm3+ bị ảnh hưởng mạnh bởi trường

tinh thể nên chúng thường được sử dụng như một đầu dò để nghiên cứu các đặc điểm

của trường ligand.

1.2.1.1 Một số đặc trưng của ion Gd3+

Ở trạng thái cơ bản Gd có cấu hình điện tử [Xe]4f75d16s2 nên ion Gd3+ở trạng

thái cơ bản có cấu hình điện tử là [Xe]4f7 với 7 electron độc thân [93]. Do đó 8S0 là

là mức kích thích có mức năng lượng thấp nhất.

mức cơ bản của ion Gd3+ và 6P7/2

Theo giản đồ Dieke khoảng cách năng lượng giữa trạng thái cơ bản và trạng thái kích

thích thứ nhất tương đương với năng lượng photon có bước sóng khoảng 312 nm. Vì

vậy ion Gd3+ chỉ hấp thụ những bức xạ có mức năng lượng lớn đó là những bức xạ

thuộc vùng tử ngoại.

-8S0 xảy ra, ion Gd3+ sẽ phát xạ ánh sáng ở

Khi chuyển mức năng lượng 6P7/2

khoảng bước sóng 315 nm [81]. Vì có năng lượng khá lớn nên đỉnh phát xạ này có

khả năng làm tăng nhạy huỳnh quang của nhiều ion đất hiếm khác.

Năng lượng của chuyển dời kèm truyền điện tích và năng lượng truyền điện

tích của trạng thái 4f75d1 trong ion Gd3+ cao hơn mức năng lượng tương ứng của tất

cả các ion đất hiếm hóa trị III còn lại. Vì vậy Gd3+ không gây hiệu ứng dập tắt huỳnh

quang với các ion đất hiếm khác nên hợp chất của ion Gd3+ rất phù hợp với vai trò

mạng nền để pha tạp các ion đất hiếm khác. Ngoài ra, do có 7 điện tử độc thân nên

Gd3+ có tính chất thuận từ, nên hợp chất của gadolini thường được sử dụng làm chất

tương phản từ dùng trong MRI.

1.2.1.2 Một số đặc trưng của ion Tb3+

Terbi (Tb) có cấu hình điện tử [Xe]4f96s2, là một kim loại đất hiếm màu trắng

bạc, mềm, dẻo, dễ uốn, đủ để cắt bằng dao. Khi được liên kết trong mạng nền rắn,

terbi thường ở trạng thái hóa trị (III), với các cấu hình điện tử khác nhau có các mức

năng lượng đặc trưng của ion Tb3+ thuộc cấu hình điện tử 4f cho phép ion này hấp

thụ các dải bức xạ có bước sóng trong 300 - 400 nm (hình 1.2) và phát xạ trong

vùng 400 – 700 nm. Khi được pha tạp vào vật liệu chủ có trường tinh thể bất đối

xứng tâm, các trạng thái lẻ có thể được thêm vào hàm sóng 4f của Tb3+, làm phá

vỡ quy tắc cấm và do đó cho phép các chuyển dời năng lượng trong phân lớp 4f.

Tuy nhiên, xác suất xảy ra các dịch chuyển năng lượng trong phân lớp 4f vẫn là

thấp hơn rất nhiều so với các dịch chuyển được phép, dẫn đến thời gian sống huỳnh

quang dài của các phát xạ này trong các ion RE3+, do thời gian sống ở trạng thái

kích thích tỷ lệ nghịch với xác xuất chuyển dời phát xạ tại mức năng lượng đó. Khi

ion Tb3+ được kích thích trực tiếp lên mức năng lượng cao sẽ phục hồi về c á c mức

năng lượng thấp hơn và phát xạ các vạch trong vùng khả kiến ứng với các chuyển dời từ mức bị kích thích 5D4 tới các mức 7FJ (J= 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) của cấu hình 4f8. Huỳnh quang mạnh nhất màu xanh lá cây của ion Tb3+ xảy ra do các chuyển dời bức xạ từ 5D4 xuống mức 7F5 ở bước sóng 543 nm [94, 95]. Phổ hấp thụ của ion Tb3+ thường có dạng vạch hẹp, tương ứng với sự chuyển trạng thái của các điện tử phân

lớp 4f. Thông thường, trên phổ hấp thụ hoặc phổ kích thích huỳnh quang, các vạch hẹp này nằm trong vùng nhìn thấy và vùng tử ngoại gần. Sự kích thích ion Tb3+ cũng có thể xảy ra một cách gián tiếp thông qua mạng nền. Trong trường hợp này, tâm

quang học thuộc mạng nền sẽ truyền năng lượng được hấp thụ cho tâm phát quang

Tb3+ để sau đó các chuyển dời nội tại bên trong phân lớp 4f được xảy ra. Thực nghiệm

cho thấy cường độ huỳnh quang của Tb3+ khi được kích thích gián tiếp bởi các

photon có bước sóng tương ứng với chuyển dời điện tử cho huỳnh quang rất mạnh

so với kích thích trực tiếp.

Hình 1. 2. Phổ kích thích huỳnh quang của TbPO4 [96]

Mặc dù lớp điện tử 4f đã được che chắn bởi lớp vỏ ngoài 5s25p6, khi được

pha tạp vào vật liệu chủ, mạng nền cũng có ảnh hưởng đến các mức năng lượng của

các ion đất hiếm, gây ra các hiện tượng như tách mức năng lượng và mở rộng vạch

phổ [97]. Trường tinh thể của mạng nền cũng gây ra sự tách mức năng lượng thành

các mức năng lượng con do hiệu ứng Stark với số mức con bị tách tối đa là (2J+1)

với J nguyên. Tùy theo tính đối xứng khác nhau của trường tinh thể, có thể quan sát

thấy số các mức năng lượng tách vạch Stark khác nhau trên phổ hấp thụ, phổ huỳnh

quang và phổ kích thích huỳnh quang. Trong vật liệu tinh thể, chuyển dời điện tử giữa các trạng thái 2 S +1LJ cho phổ huỳnh quang dạng vạch khá hẹp, phân giải tốt, dễ xác định chuyển dời, do trường tinh thể tác động lên các ion đất hiếm giống nhau.

Nói cách khác, tập hợp các chuyển dời điện tử giống nhau xảy ra trong các ion đất

hiếm tại các vị trí có trường tinh thể khác nhau sẽ cho mở sự mở rộng vạch phổ

không đồng nhất.

Một số vấn đề về sự giảm hiệu suất phát quang khi pha tạp các ion đất hiếm ở

5D4, vạch phát xạ 5D4 → 7F5 (ở vùng 540 nm) mạnh nhất trong gần như tất cả các tinh thể mạng nền khi nồng độ Tb3+ cỡ vài % mol. Nguyên nhân là chuyển dời này có xác suất cho cả các chuyển dời gây ra bởi lưỡng cực điện và lưỡng cực từ [85,

nồng độ cao cần được nghiên cứu khắc phục. Trong một số vạch phát xạ từ trạng thái

92, 95].

1.2.1.3 Một số đặc trưng của ion Eu2+, Eu3+

Europi (Eu) là nguyên tố đất hiếm thuộc họ Lantanit ở ô thứ 63 trong bảng

tuần hoàn Mendeleev và có cấu hình nguyên tử [Xe] 4f7 5s2 5p6 6s2. Europi dễ bị ion

hóa để trở thành Eu2+ và Eu3+, trong đó Eu3+ bền hơn.

Ion Eu3+ có cấu hình điện tử dạng: [Xe] 4f6 5s2 5p6, phân lớp 4f có 6 điện tử.

Ion Eu2+ có cấu hình điện tử dạng: [Xe] 4f7 5s2 5p6, phân lớp 4f có 7 điện tử. Hình 1 .3 là giản đồ cấu trúc năng lượng của ion Eu3+ và Eu2+, dải năng

lượng của các ion này chia thành 2 nhóm.

Nhóm thứ nhất [85]: Ion Eu2+ với trạng thái 4f7 đã đầy một nửa, lớ p ổ n đ ị n h này “khó nhận cũng như bớt đi electron”, do đó không xuất hiện những trạng

thái truyền điện tích có năng lượng thấp mà trạng thái kích thích của Eu2+ nằm ở

mức năng lượng cao thuộc dải năng lượng của mức 4f65d1. Xét quá trình chuyển

mức 4f - 5d của Eu2+, các mức năng lượng điện tử thuộc cấu hình 5d chịu ảnh hưởng

mạnh bởi trường tinh thể tại vị trí ion Eu2+ chiếm giữ. Số lượng các mức năng lượng

trong dải được xác định bởi sự đối xứng tinh thể ở vị trí của ion đất hiếm. Khi có quá trình hấp thụ 4f7 (8F7/2) → 4f65d1 xảy ra, sẽ có quá trình phát xạ 4f65d1 → 4f7 (8F7/2) (chuyển mức phát xạ 5d → 4f). Do mức 4f65d1 là dải năng lượng rộng bao gồm các mức năng lượng gần như liên tục nên cơ chế phát xạ của Eu2+ phát xạ vùng điện tích. Vì vậy, Eu2+ cho phát xạ dải rộng. Độ suy biến các mức năng lượng thuộc cấu hình 5d của ion Eu2+ phụ thuộc vào độ lớn của lực trường tinh thể của mạng nền.

sự mở rộng dải năng lượng 5d ít hay nhiều dẫn đến độ chênh lệch năng lượng giữa hai

cấu hình 4f – 5d (∆E) có giá trị khác nhau, do vậy dải phát xạ 4f – 5d sẽ có năng lượng

photon khác nhau.

Nhóm thứ hai [85]: Ion Eu3+ với lớp 4f6 còn thiếu một điện tử nữa thì điền

đầy một nửa, nên lớp 4f6 này sẵn sàng nhận một điện tử. Do đó, xuất hiện các trạng

thái truyền điện tích có năng lượng thấp. Chuyển mức hấp thụ, phát xạ của ion

Eu3+ do trạng thái truyền điện tích Eu3+ - Ligand (Anion Ligand) chứ không phải thuộc cấu hình 4f 5D0 – 7FJ. Khác với mức 5d, mức 4f cũng chịu sự tác động của trường tinh thể nhưng yếu hơn nhiều. Vì vậy, sự tách mức do trường tinh thể của

4f cũng hẹp hơn nhiều so với mức 5d. Không giống như quá trình chuyển dời của

điện tử 4f - 5d, nhưng sự dịch chuyển này tương ứng với quá trình dịch chuyển quang học cho phép. Do vậy, Eu3+ cho phát xạ vạch trong vùng nhìn thấy. Khi ion Eu3+ được

kích thích lên mức năng lượng cao, nó sẽ nhanh chóng phục hồi về mức năng lượng

thấp hơn và phát xạ các vạch trong vùng khả kiến tương ứng với các dịch chuyển từ

mức kích thích 5D0 tới các mức 7FJ (J = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) của cấu hình 4f6. Mức 5D0

không bị tách bởi trường tinh thể (J = 0), sự tách các dịch chuyển phát xạ do sự suy

biến các mức năng lượng 7FJ(hình 1.3).

Hình 1. 3. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của ion Eu3+, Eu2+ trong mạng nền [85]

1.2.2. Các chuyển dời đặc trưng của RE3+

Để giải thích được đặc điểm về quang phổ của các ion đất hiếm hóa trị 3, trước

tiên chúng ta sẽ xem xét các chuyển dời có thể xảy ra trong ion RE3+.

Chuyển dời 4f-5d: Không giải thích được hiện tượng vạch hẹp trong quang

phổ của các ion RE3+ vì đây là các chuyển dời cho phép và chịu ảnh hưởng mạnh của

môi trường xung quanh ion RE3+, do đó chuyển dời này tạo ra các dải quang phổ rộng

[95].

Các chuyển dời lưỡng cực từ (magnetic dipole-MD): Chuyển dời lưỡng cực

từ được tạo ra bởi tương tác giữa các tâm phát quang RE3+ với thành phần từ trường

trong ánh sáng thông qua lưỡng cực từ. Toán tử lưỡng cực từ là toán tử chẵn đối với

phép đảo qua một tâm và cho phép các chuyển dời cùng trạng thái chẵn lẻ (các chuyển

dời trong cùng cấu hình). Tuy nhiên chỉ có một số ít các chuyển dời lưỡng cực từ tồn

tại trong các ion đất hiếm và đa số là trong vùng hồng ngoại [95].

Các chuyển dời lưỡng cực điện (electric dipole-ED): Chuyển dời lưỡng cực

điện là kết quả của tương tác giữa tâm phát quang RE3+ với véc tơ điện trường thông

qua một lưỡng cực điện. Sự tạo ra một lưỡng cực điện là do dao động thẳng của các

điện tích. Toán tử lưỡng cực điện là toán tử lẻ đối với phép đảo qua một tâm, do đó

các chuyển dời lưỡng cực điện trong cùng cấu hình sẽ bị cấm bởi quy tắc chẵn lẻ [95].

Hình 1.4. Biểu diễn giản đồ mức năng lượng của các ion đất hiếm RE3+ [93].

Hình 1. 4. Giản đồ mức năng lượng (Dieke) của các ion đất hiếm RE3+

Các chuyển dời tứ cực điện (electric quadrupole): Các chuyển dời này xuất

hiện từ chuyển động của điện tích có tính chất tứ cực. Một tứ cực điện bao gồm bốn

điện tích điểm với tổng điện tích và tổng mô men lưỡng cực bằng không. Nó có thể

được hình dung như hai lưỡng cực được sắp xếp để các mô men lưỡng cực triệt tiêu.

Toán tử tứ cực điện có tính đối xứng chẵn, tức là cho phép các chuyển dời trong cùng

cấu hình, tuy nhiên các chuyển dời tứ cực điện nhỏ hơn rất nhiều so chuyển dời ED

và MD. Mỗi mức trên giản đồ Dieke sẽ tách thành một số mức con bởi hiệu ứng Stark

hay hiệu ứng trường tinh thể. Số mức tách vạch Stark phụ thuộc vào lớp đối xứng của

mạng tinh thể trong vật liệu, như vậy căn cứ vào số mức được tách ra chúng ta có thể

đoán nhận được lớp đối xứng ở vị trí của ion RE3+. Nói cách khác, các ion RE3+ có

thể dùng để làm đầu dò để đoán nhận đối xứng tinh thể nếu biết số mức được tách ra.

Khoảng cách giữa các mức Stark phụ thuộc vào cường độ trường tinh thể, tuy nhiên

khoảng cách đó cỡ vài trăm cm-1 trong mọi trường hợp.

1.2.3. Quá trình truyền năng lượng

Một tâm phát quang ở trạng thái kích thích có thể phục hồi về trạng thái cơ

bản bằng cách truyền năng lượng không phát xạ đến một tâm thứ hai ở gần. Quá trình

này xảy ra theo một chuỗi được mô phỏng trong hình 1.5: (1) Tâm D (donor) hấp thụ

ánh sáng có năng lượng hνD và chuyển lên trạng thái kích thích D+; (2) và (3) Tâm

donor phục hồi về trạng thái cơ bản bằng cách truyền năng lượng kích thích sang tâm

thứ hai A (acceptor) gần đó, tâm này sẽ chuyển lên trạng thái kích thích A+; (4) Cuối

cùng, tâm A phục hồi về trạng thái cơ bản và phát ra bức xạ đặc trưng, hνA. Cần chú

ý rằng không có các photon được phát ra bởi tâm D trong quá trình (2)→(3) [92, 95].

Khi quá trình truyền năng lượng từ tâm D sang tâm A dẫn đến sự phát xạ ánh

sáng của tâm A thì D được gọi là tâm tăng nhạy của A, trường hợp này đã được ứng

dụng trong vật liệu huỳnh quang thương mại Ca5(PO4)3(FCl). Nếu chất pha tạp là

Mn2+, vật liệu phát quang rất yếu vì ion Mn2+ hấp thụ yếu, khi pha tạp đồng thời Sb3+

và Mn2+, các ion Sb3+ hấp thụ mạnh tia UV có bước sóng 253,6 nm được phát ra từ

đèn thủy ngân rồi truyền cho các ion Mn2+, sau đó các dịch chuyển điện tử xảy ra bên

trong ion Mn2+ dẫn đến phát xạ mạnh trong vùng nhìn thấy. Như vậy các ion Sb3+ là

các tâm tăng nhạy cho tâm phát quang chính Mn2+.

Trong trường hợp vật liệu phát quang, khi nồng độ pha tạp thấp, cường độ

huỳnh quang tăng cùng với sự tăng của nồng độ tạp và đạt cực đại tại một nồng độ

ngưỡng nào đó, và giảm dần khi nồng độ pha tạp được tăng thêm. Hiện tượng suy

giảm cường độ huỳnh quang tại một nồng độ xác định được gọi là sự dập tắt huỳnh

quang theo nồng độ hoặc sự tự dập tắt (self quenching). Nguyên nhân của hiện tượng

này được qui cho sự truyền năng lượng hiệu suất rất cao trong các tâm huỳnh quang.

Sự dập tắt bắt đầu xuất hiện tại một nồng độ ngưỡng, ở nồng độ đó thì khoảng cách

trung bình giữa các tâm này đủ nhỏ để xảy ra sự truyền năng lượng. Hai cơ chế tổng

quát được đưa ra để giải thích cho hiện tường dập tắt huỳnh quang do nồng độ:

Hình 1. 5. Các bước của quá trình truyền năng lượng không phát xạ.

Cơ chế thứ nhất – Sự lan truyền năng lượng (energy migration). Do quá

trình truyền năng lượng hiệu suất cao, năng lượng kích thích có thể di chuyển qua

một số lớn các tâm trước khi phát xạ. Tuy nhiên, ngay cả các tinh thể tinh khiết nhất

vẫn có một nồng độ nào đó của các khuyết tật, chúng đóng vai trò các tâm bắt

acceptor, năng lượng kích thích cuối cùng có thể sẽ được chuyển về cho chúng. Các

tâm này có thể phục hồi về trạng thái cơ bản bằng cách phát xạ đa phonon hoặc

phát xạ hồng ngoại. Như vậy, chúng đóng vai trò như một bẫy năng lượng trong

chuỗi truyền năng lượng (hình 1.6a), các tâm này được gọi là các bẫy dập tắt.

Hình 1. 6. Sơ đồ cho cơ chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ:

(a) sự lan truyền năng lượng theo một chuỗi các tâm đono và bẫy dập tắt;

(b) sự phục hồi chéo giữa các cặp tâm [95]

Cơ chế thứ hai – Phục hồi chéo (cross-relaxation: CR). Đây là cơ chế phục

hồi xuất hiện bằng việc truyền năng lượng cộng hưởng giữa hai tâm rất gần nhau do

cấu trúc mức năng lượng đặc biệt của chúng. Hình 1.6b chỉ ra giản đồ mức năng

lượng đơn giản liên quan đến hiện tượng CR, trong đó E4 – E3 = E3 – E0. Giả sử rằng

với các tâm riêng biệt, chuyển dời phát xạ từ mức 4 về mức 3 sẽ chiếm ưu thế. Tuy

nhiên, khi hai tâm này ở gần nhau thì sự truyền năng lượng cộng hưởng có thể xuất

hiện. Khi tâm D phục hồi từ mức 4 về mức 3, năng lượng được giải phóng sẽ được

hấp thụ bởi tâm A đang ở mức cơ bản E0 và tâm này sẽ chuyển lên mức 3, không có

phát xạ photon trong chuyển dời E4 → E3 của tâm D. Sau đó cả hai tâm sẽ phục hồi

về trạng thái cơ bản thông qua phát xạ phonon hoặc hồng ngoại. Như vậy, huỳnh

quang của tâm D ứng với chuyển dời 4→3 bị dập tắt.

(a)

(b)

Hình 1. 7. Sơ đồ truyền năng lượng của (a) ion Gd3+ sang Tb3+,

(b) ion Gd3+ sang Eu3+ [78, 80].

Hình 1.7a là sơ đồ truyền năng lượng của Gd3+ cho Tb3+. Cơ chế truyền năng

lượng của Gd3+ cho Tb3+ như sau: khi nhận được năng lượng kích thích, điện tử trong Gd3+ từ mức năng lượng cơ bản nhảy lên mức năng lượng kích thích, ở đây

chúng luôn có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về mức năng lượng cơ bản. Sau quá trình phục hồi về mức năng lượng 6P7/2 của ion Gd3+, năng lượng giải phóng được truyền sang mức năng lượng kích thích của ion Tb3+ gần đó. Sau khi nhận được năng lượng kích thích này ion Tb3+ sẽ bắt đầu các quá trình hồi phục và phát xạ photon. Hình 1.7b là sơ đồ truyền năng lượng của ion Gd3+ cho ion Eu3+. Cơ chế truyền năng lượng của ion Gd3+ cho ion Eu3+ tương tự như cơ chế truyền năng lượng từ ion Gd3+ cho ion Tb3+.

1.3. Tính chất đặc trưng và ứng dụng của vật liệu chứa gadolini

1.3.1. Vật liệu gadolini

Gadolini là một kim loại đất hiếm mềm dễ uốn màu trắng bạc với ánh kim. Nó

kết tinh ở dạng alpha lục giác xếp chặt khi ở điều kiện gần nhiệt độ phòng, nhưng khi

bị nung nóng tới 1508 K hay cao hơn thì nó chuyển sang dạng beta là cấu trúc lập

phương tâm khối. Gadolini có cấu hình điện tử là [Xe] 4f7 5d14s6.

Hình 1. 8. Sơ đồ Obitan của gadolini

Hình 1.8 là sơ đồ Obitan của gadolini, vì gadolini có 7 điện tử không bắt cặp

ở 4f nên là một chất thuận từ mạnh ở nhiệt độ phòng và thể hiện tính chất sắt từ khi

nhiệt độ hạ xuống. Gadolini thể hiện hiệu ứng từ nhiệt trong đó nhiệt độ của nó tăng

lên khi đưa vào trong từ trường và hạ xuống khi rút ra khỏi từ trường.

Ứng dụng của vật liệu Gadoli

Gadolini được dùng trong các hệ thống tạo lực đẩy bằng hạt nhân trong hàng

hải như là chất độc hạt nhân có thể cháy hết, cũng được dùng như là một biện pháp

thứ cấp, tắt khẩn cấp trong một số lò phản ứng hạt nhân, cụ thể là trong kiểu candu

[99].

Gadolini cũng có các tính chất luyện kim bất thường, với chỉ khoảng 1%

gadolini bổ sung cũng cải thiện khả năng công tác và sức bền của sắt, crom và các

hợp kim có liên quan tới nhiệt độ và sự ôxi hóa cao.

Gadolini yttri dùng cho các ứng dụng làm máy phát vi sóng và các hợp chất

gadolini được dùng trong sản xuất các chất cathodoluminescence cho các ống tia âm

cực dùng trong tivi màu, cũng được dùng trong sản xuất các đĩa compact và bộ nhớ

máy tính.

Do các tính chất thuận từ của nó, các dung dịch phức chất hữu cơ của gadolini

và các hợp chất của gadolini được dùng như là các tác nhân tương phản bức xạ điện

từ để nâng cao chất lượng hình ảnh trong chụp MRI y học. Magnevist là hợp chất

phức hữu cơ-vô cơ, hiện được sử dụng làm tăng tương phản ảnh cộng hưởng từ sử

dụng rộng rãi nhất trong y tế.

Bên cạnh MRI, gadolini cũng được dùng trong các chiếu chụp khác. Trong

ứng dụng làm màn hiển thị của chiếu, chụp tia X, gadolini được chứa trong lớp lân

quang, phân tán đều trong nền polyme tại thiết bị phát hiện. Oxysulfua gadolini

(Gd2O2S:Tb) là vật liệu lân quang. Khi vật liệu này bị kích thích bởi tia X, ion Gd3+

sẽ hấp thụ năng lượng photon tia X, trong quá trình phục hồi về trạng thái cơ bản của

ion này thì một phần năng lượng được truyền cho ion Tb3+. Ánh sáng phát xạ 540 nm

thu được có nguồn gốc từ tâm Tb3+ rất hữu ích để tăng độ tương phản chiếu chụp X

quang y tế hoặc thăm dò khuyết tật trong công nghiệp. Bên cạnh lĩnh vực quang

huỳnh quang của Gd, hợp chất cũng có dải hấp thụ K ở 50 keV, nghĩa là sự hấp thụ

các tia X thông qua các tương tác quang điện là lớn. Sự chuyển hóa năng lượng của

Gd tới 20%, nghĩa là, một phần năm các tia X va đập vào lớp lân quang có thể được

chuyển hóa thành các photon ánh sáng.

Do tiết diện bắt nơtron cực cao của gadolini, nguyên tố này được sử dụng rất

hiệu quả trong kỹ thuật chụp bức xạ nơtron. Gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu chế

tạo các công cụ hai chức năng dựa trên các hợp chất phát quang nền gadolini nhằm

đánh dấu nhận dạng huỳnh quang kết hợp với chụp ảnh cộng hưởng từ [83, 84].

1.3.2. Vật liệu phát quang nền Gd2O3

Các lantanit oxit của kim loại đất hiếm (Ln2O3) đóng vai trò là những mạng

nền hữu hiệu trong quá trình chế tạo vật liệu phát quang. Các vật liệu trong phạm vi

kích thước nanomet có tiềm năng to lớn trong lĩnh vực quang tử. Cùng với sự tiến bộ

nhanh của khoa học các vật liệu pha tạp đất hiếm được chế tạo và đưa vào các ứng

dụng trong quang tử chẳng hạn như trong khuếch đại quang học, lưu trữ dữ liệu quang

học, huỳnh quang chuyển đổi ngược...[88]. Trong số các vật liệu có ứng dụng phát

quang thì các oxit thuộc loại Ln2O3 pha tạp đất hiếm đã được nghiên cứu rộng rãi [25,

98-100].

Các hợp chất của Gd được biết đến là mạng nền cho các ion đất hiếm đóng vai

trò làm phát sinh các đặc tính phát quang nổi bật. Khi tinh khiết hoặc khi pha tạp với

các ion đất hiếm, các hợp chất chứa Gd là những mạng nền rất hữu ích [32]. Trong

đó, Gd2O3 là một mạng nền tuyệt vời với nhiều ứng dụng khác nhau vì sở hữu nhiều

đặc tính quý giá như ổn định hóa học, điểm nóng chảy cao, ổn định ở nhiệt độ cao,

sự giãn nở nhiệt thấp, tính dẫn nhiệt cao và tính trong suốt (không hấp thụ) tốt đối

với bức xạ hồng ngoại [36, 100].

Hình 1. 9. Mô hình các ô đơn vị tương ứng với cấu trúc hexagonal,

monoclinic và cubic của Gd(OH)3, GdOOH, Gd2O3 tương ứng [101]

Hình 1.9 thể hiện sơ đồ biểu diễn mô hình của các ô đơn vị ương ứng với cấu

trúc hexagonal, monoclinic and cubic của Gd2O3 theo nghiên cứu của nhóm tác giả

M. S. Almeidaa [101]. Từ trái qua phải của hình 1.9 cho thấy các biểu diễn của các ô

đơn vị cho cấu trúc hình lục giác (hexagonal) Gd(OH)3 với nhóm không gian P63/m,

cấu trúc monoclinic GdOOH với nhóm không gian P121/m1 và cấu trúc hình khối

(cubic) Gd2O3 với nhóm không gian Ia-3. Trong nghiên cứu này, sự khác biệt quan

trọng nhất giữa các pha tinh thể là sự phối hợp của các ion Gd3+ trong cấu trúc tinh

thể lý tưởng. Cấu trúc lục giác Gd(OH)3 có số phối trí là chín với các cụm [Gd(OH)9],

cấu trúc monoclinic của GdOOH có số phối trí là bảy với các cụm [GdO(OH)7], và

cấu trúc khối Gd2O3 có số phối trí là sáu với các cụm [GdO6]. Người ta biết rằng các

ion lanthanide có nhiều môi trường phối trí khác nhau và nói chung có xu hướng hình

thành các cụm phức tạp với số phối trí cao, phối trí bậc chín đặc biệt quan trọng trong

cấu trúc của các yếu tố khối f [101].

Vì vậy đối với quá trình phát quang, cấu trúc khối cubic Gd2O3 là vật liệu nền

tốt hơn cả do có phối trí bậc sáu với các cụm cơ sở chỉ có nguyên tử oxy bên cạnh

nguyên tử gadolini, hạn chế tốt đa các bẫy năng lượng, chủ yếu là các nhóm OH, dẫn

đến dập tắt phát quang.

1.3.3. Vật liệu nano phát quang nền GdPO4

Để tìm hiểu vật liệu GdPO4.H2O trước tiên chúng tôi xin giới thiệu sơ qua về

vật liệu LnPO4 (Lantan photphat). Đây là vật liệu quan trọng cho các ứng dụng

quang học vì chúng có cường độ phát quang mạnh, thời gian sống phát quang dài,

hiệu suất lượng tử cao và mức độ dập tắt huỳnh quang theo nồng độ thấp. Các vật

liệu phát quang LnPO4 pha tạp ion đất hiếm có thời gian sống khá dài nên được ứng

dụng nhiều trong kỹ thuật chiếu sáng hiệu suất cao, trong các màn hình phẳng phân

giải cao, trong đánh dấu bảo mật và đánh dấu huỳnh quang y sinh [102, 103]. LnPO4

thường tồn tại dưới dạng muối orthophotphat LnPO4, một vài dạng phức hệ thống

Ln2O3-P2O5 bao gồm meta-photphat Ln(PO3)3 và penta- photphat (hoặc ultra- photphat) LnP5O14. Lantan orthophotphat tồn tại ở cấu trúc monazite đối với các

nguyên tố từ La tới Gd và cấu trúc xenotime đối với các nguyên tố từ Dy tới Lu và

nguyên tố Y còn tồn tại dưới dạng muối khoáng ngậm nước. Khi ủ ở nhiệt độ phù

hợp thì các muối này sẽ chuyển về dạng cấu trúc monazite và xenotime tương ứng.

Với ion đất hiếm hoá trị ba, bán kính ion giảm từ La tới Lu làm thay đổi kiểu cấu trúc

của orthophotphat LnPO4, vị trí của Dy và Tb là ranh giới của sự chuyển cấu trúc này.

Các ion Ln3+ có bán kính ion lớn, với cấu trúc monazite trong đó có 9 vị trí không

đều, lân cận bởi các cation. Ngược lại, với những ion đất hiếm có bán kính ion nhỏ

hơn, thì chỉ còn 8 vị trí lân cận bởi oxy (cấu trúc xenotime YPO4 hoàn toàn tương tự

với cấu trúc của ZrSiO4 với 1 kim loại và 8 vị trí lân cận). Trong cả hai kiểu photphat

3- liên kết

này, một vài loại bị bóp méo thành kiểu cấu trúc của các nhóm tứ diện PO4

với nhau [101, 102].

Bảng 1. 3. Một vài dạng cấu trúc và trạng thái ổn định của octho photphat LnPO4

Nguyên tố đất Dạng phức Kiểu khoáng Nhiệt độ ổn định trạng

hiếm chất thái

LnPO4 Monazite Khoảng 2000 oC La tới Gd

LnPO4 xenotime Khoảng 2000 oC Dy tới Lu, Y

LnPO4.1/2H2O Rhabdophane Chuyển về dạng monazite La tới Gd

ở khoảng 500 oC

LnPO4.2H2O Weinschenkite Chuyển về dạng xenotime Dy tới Lu, Y

ở khoảng 300 C

Bảng 1.3 cho thấy vật liệu có trạng thái cấu trúc ổn định tới 2000 oC. Cấu trúc

monazite và xenotime có sự bền nhiệt đặc biệt, thể hiện sự đơn pha cho đến nhiệt độ

sôi của chúng. Trên thực tế, việc tổng hợp tạo thành các cấu trúc này rất khó thực

hiện, nhiều hệ vật liệu LnPO4 cũng đã được chế tạo thành công để làm mạng nền cho

nhiều ion kích hoạt.

Để ứng dụng trong y sinh thì mạng nền photphat là một vật liệu lý tưởng bởi

chúng phân tán trong môi trường nước tốt, thân thiện với môi trường và không độc

hại.

Hình 1. 10. (a) Cấu trúc tinh thể của GdPO4 theo hướng [010];

(b) sự liên kết thứ cấp khối cầu của ion Gd3+ trong GdPO4 [102].

Hình 1. 10.(a) chỉ ra cấu trúc tinh thể của GdPO4 theo hướng [010]; (b) sự liên

kết thứ cấp khối cầu của ion Gd3+ trong GdPO4 [102], trong đó mỗi ion liên kết với

bảy tứ diện PO4 và có sáu cạnh liên kết với ion Gd3+ lân cận. Màu xanh lá cây: Gd;

màu đỏ: O; màu xám nhạt: P. Thanh chống màu xanh lá cây đại diện cho liên kết giữa

các ion Gd3+ và các nguyên tử oxy giới hạn trong cấu trúc tinh thể của GdPO4 , tất cả

các liên kết cộng hóa trị khác được thể hiện bằng màu xám.

Hình 1. 11. Cấu trúc tinh thể hexagonal GdPO4.nH2O (a), GdO8 dodecahedron (b),

P-Gd octahedron (c), cấu trúc tinh thể không tính đến nguyên tử oxi (d) [73]

Hình 1. 11a là mô hình cấu trúc tinh thể hexagonal GdPO4.nH2O bao gồm ba

ô đơn vị, trong đó hai nguyên tử oxy khác nhau về độ dài liên kết của Gd-O, được

phối trí với Gd3+ để tạo khối GdO8 mười hai mặt. Các ion Gd3+ tại vị trí tinh thể D2

bị biến dạng được thể hiện hình 1.11b. Mỗi nhóm photphat (tứ diện PO4) trong cấu

trúc được phối hợp với sáu ion Gd3+ để tạo thành khối tám mặt P-Gd hình 1.11c. Cấu

3- -Gd3+- chuỗi chạy dọc theo trục c hình thành các đường

trúc tinh thể chứa -Gd3+-PO4

hầm mở thể hiện ở hình 1.11d [73].

1.4. Đặc điểm tính chất của kháng nguyên nọc rắn và CEA

Trong các nghiên cứu gần đây, vật liệu nano phát quang chứa RE thường được

ứng dụng trong y sinh học trên các đối tượng y sinh như virus, vi khuẩn, tế bào ung

thư (ung thư phổi, vú, cổ tử cung)… Gần đây, nhóm nghiên cứu của TS. Trần Thu

Hương đã sử dụng vật liệu phát quang chứa RE là NaFY4:Yb3+, Er3+@silica-N=folic

acid để đánh dấu nhận dạng tế bào ung thư vú MCF-7 [50]. Nhóm nghiên cứu Yanli

Wu đã sử dụng vật liệu GdPO4:Eu@SiO2@mSiO2 để đánh dấu nhận dạng trên đối

tượng là tế bào ung thư phổi NCI-H460 [69]. Nhóm nghiên cứu N.M. Maalej đánh

dấu nhận dạng đối tượng là tế bào ung thư cổ tử cung Hela bằng vật liệu nano phát

quang Gd2O3:Eu3+ [23]. Trên cơ sở nghiên cứu này kết hợp với các điều kiện hiện có,

nhóm nghiên cứu đã lựa chọn kháng nguyên nọc rắn hổ mang với mục đích có thể

xét nghiệm ngoài thực địa, không cần kỹ thuật cao và kháng nguyên CEA ung thư

đại trực tràng làm đối tượng nghiên cứu để hướng tới giúp tầm soát ung thư sớm.

1.4.1. Đặc điểm của nọc rắn hổ mang Naja atra.

Rắn độc cắn là một trong những tai nạn thương tích. Theo ước tính, ở Việt

Nam, hàng năm có khoảng 30.000 trường hợp bị rắn cắn. Thủ phạm gây ra các vết

cắn có độc chủ yếu thuộc hai họ rắn độc: họ rắn hổ (hổ đất, hổ mèo, hổ mang, hổ

chúa, cạp nong, cạp nia...) phân bố chủ yếu ở miền Bắc và họ rắn lục (phổ biến nhất

là choàm quạp và lục xanh) phân bố chủ yếu ở miền Nam. Một trong những loài rắn

hổ mang thường gặp và hay gây ra tai nạn rắn cắn ở miền Bắc là rắn hổ mang Naja

atra. Tai nạn do rắn hổ mang Naja atra cắn có thể dẫn tới nhiễm độc nọc rắn, nếu

không được điều trị kịp thời có thể dẫn đến tử vong. Hiện nay, thuốc điều trị hiệu quả

nhất cho bệnh nhân bị rắn độc cắn là huyết thanh kháng nọc rắn. Thế nhưng, điều

kiện tiên quyết cho sử dụng huyết thanh kháng nọc rắn là phải xác định loài rắn độc

đã gây ra tai nạn. Chính vì vậy, việc xác định sớm và chính xác nọc độc của của loài

rắn gây tai nạn trong cơ thể nạn nhân rắn cắn có ý nghĩa rất quan trọng, đem lại hiệu

quả điều trị cao và an toàn hơn cho người bị rắn cắn [104 -106].

Phương pháp lấy nọc rắn

Nọc rắn được lấy bằng phương pháp kích thích cơ học tuyến nọc cho rắn tiết

nọc vào cốc sạch theo quy trình của WHO, từ tập hợp nọc của trên 30 cá thể rắn hổ

mang, không phân biệt giới, có độ tuổi và kích thước khác nhau nhằm bảo đảm tính

đại diện loài. Nọc rắn sau đó được lọc qua màng 0,2 µm để loại bỏ tế bào và tránh

nhiễm khuẩn, bảo quản trong hộp đá trước khi tiến hành đông khô. Sản phẩm đông

khô được bảo quản ở trong tủ âm sâu (-80 oC) cho đến khi sử dụng [107].

Cấu trúc nọc rắn

Nọc rắn bao gồm hơn 20 thành phần khác nhau, chủ yếu là protein gồm các

enzyme và độc tố dạng polypeptide. Mỗi thành phần có độc tính khác nhau, khi xâm

nhập vào cơ thể bệnh nhân chúng trở nên phức tạp hơn. Cùng một loại rắn ở các nơi

khác nhau có thể có các độc tính khác nhau. Hình 1.12 thể hiện đầu 5'-nucleotidase

từ cấu trúc của nọc rắn Naja atra.

Hình 1. 12. Cấu trúc của nọc rắn [108]

Thực tiễn lâm sàng

Khi bị rắn cắn dấu vết răng độc có thể rõ ràng. Vết cắn rất đau, sau vài giờ đến

một ngày, vùng da xung quanh vết cắn thâm lại, tím đen và hiện tượng mô chết xuất

hiện dẫn đến hoại tử. Hoại tử có thể lan rộng trong vài ngày và hình thành đường viền

quanh vết cắn. Bên cạnh đó có thể ảnh hưởng đến thần kinh, hô hấp, có thể có tụt

huyết áp do sốc phản vệ với nọc rắn, do sốc nhiễm khuẩn, có thể buồn nôn và nôn,

đau bụng và tiêu chảy.

Phương pháp xác định protein nọc rắn

Để xác định rắn cắn hiện nay thường dùng các phương pháp khác nhau như

ELISA, điện hóa phát quang, hóa phát quang... nhưng nó chỉ được thực hiện tại các

trung tâm y tế, đòi hỏi kỹ thuật tốt, giá thành cao, thời gian kéo dài, cần thực hiện tại

phòng thí nghiệm và không phát hiện ngoài thực địa được.

Do thành phần chính của nọc rắn độc đa phần là các độc tố có bản chất là

protein trong đó đa số đều có tính kháng nguyên cao nên các xét nghiệm phát hiện

nọc rắn độc thường dùng là xét nghiệm miễn dịch dựa vào tính đặc hiệu của phản ứng

kết hợp kháng nguyên - kháng thể. Một trong những kỹ thuật xét nghiệm hiện đại

được sử dụng là kỹ thuật miễn dịch gắn enzym, do khả năng một số loại enzym phản

ứng với một số cơ chất nhất định làm thay đổi màu sắc của mẫu xét nghiệm và có thể

sử dụng như một tín hiệu chỉ thị. Trên cơ sở kỹ thuật này, dựa vào tính đặc hiệu của

phản ứng kết hợp kháng nguyên - kháng thể, chúng tôi tiến hành thay thế enzym bằng

vật liệu nano phát quang và sử dụng vật liệu này gắn với kháng thể đặc hiệu trong thử

nghiệm đánh dấu nhận dạng kháng nguyên nọc rắn thông qua các hình ảnh của kính

hiển vi huỳnh quang. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ phát hiện và thực

hiện, đặc hiệu và có thể mang ra ngoài thực địa.

1.4.2 Đặc điểm của kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng.

Ung thư đại trực tràng là một trong mười loại ung thư thường gặp nhất ở các

nước phát triển, là ung thư gây tử vong đứng hàng thứ hai sau ung thư phổi. Tại Việt

Nam, ung thư đại trực tràng đứng hàng thứ năm sau ung thư phế quản, ung thư dạ

dày, ung thư gan và ung thư vú ở nữ. Ung thư đại trực tràng là ung thư nằm ở đoạn

cuối của ống tiêu hóa, giữa hai ranh giới, trên là kết tràng sigma và dưới là ống hậu

môn, chiếm tỷ lệ từ 35-50% trong các ung thư đại trực tràng. Chính vì vậy phát hiện

sớm để điều trị và tiên lượng sớm là rất quan trọng.

Nguồn gốc kháng thể tế bào ung thư đại trực tràng

CEA (carcinoembryonic antigen - C81H126N20O22) là một loại kháng nguyên

glycoprotein trên màng tế bào được tìm thấy trong mô của thai nhi 2,5 ng/ml. Nồng

độ của CEA này trở nên rất thấp hoặc biến mất sau khi trẻ ra đời. Nhưng khi nồng

đồng CEA xuất hiện, nồng độ tăng lên bất thường có thể xem đây là dấu hiệu của

nhiều loại ung thư [2].

Các dấu ấn ung thư được chỉ trên hình 1.13. Đôi khi xét nghiệm CEA có thể

được thực hiện khi nghi ngờ ung thư nhưng chưa được chẩn đoán. Xét nghiệm CEA

dịch cơ thể có thể được chỉ định để phát hiện khối u đã xâm lấn hoặc di căn đến các

khoang trong cơ thể (ví dụ di căn lan rộng đến khoang phúc mạc, màng phổi hoặc

não).

Hình 1. 13. Các dấu ấn ung thư hệ tiêu hoá

Cấu trúc CEA là (L-Threonylglycyl-L-glutaminyl-L-phenylalanyl-N~5~-

(diaminomethylidene)-L-ornithyl-L-valyl-L-tyrosyl-L-prolyl-L-alpha-glutamyl-L-

leucyl-L-prolyl-L-lysyl-L-prolyl-L-seryl-L-isoleucine) được thể hiện trong hình 1.14

Hình 1. 14. Cấu trúc CEA

Giá trị của CEA được ứng dụng cao trong một số bệnh cảnh lâm sàng

Một xét nghiệm CEA ban đầu thường được thực hiện trước khi điều trị như

một giá trị “nền”. Để đánh giá vai trò thực sự của CEA trong lâm sàng, một số bệnh

cảnh lâm sàng được chỉ định xét nghiệm làm CEA như: CEA sẽ được định lượng

trước khi bắt đầu điều trị và sau đó được xét nghiệm theo thời gian để đánh giá hiệu

quả điều trị, tiên lượng và phát hiện tái phát, di căn.

Phương pháp xác định CEA

Để xác định kháng nguyên CEA hiện nay dùng các phương pháp như ELISA,

điện hóa phát quang, hóa điện quang...tuy nhiên các phương pháp này đòi hỏi máy

móc hiện đại, đầu tư lớn. Khi ung thư trực tràng giai đoạn sớm khả năng xét nghiệm

CEA khó, thậm chí khi bệnh lan rộng, tái phát hoặc di căn xa thì vẫn có khoảng 20%

bệnh nhân xét nghiệm CEA vẫn âm tính. Chính vì vậy cần xác định chính xác chỉ số

CEA của người bệnh giúp tầm soát ung thư và theo dõi đánh giá điều trị ung thư.

Phương pháp miễn dịch huỳnh quang là một phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, ít

tốn kém, thời gian thực hiện ngắn, dễ thực hiện, không cần đào tạo sâu, rẻ. Vì vậy

luận án sẽ sử dụng phương pháp này nhằm phát hiện kháng nguyên CEA của ung thư

đại trực tràng.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

- Tổng quan về vật liệu nano phát quang, vật liệu nano phát quang chứa ion đất

hiếm đã được khái quát trong chương này.

- Các khái niệm cơ bản liên quan đến tính chất phát quang, các chuyển dời đặc

trưng, cơ chế truyền năng lượng của các ion đất hiếm RE3+. Bên cạnh đó,

chương này cũng giới thiệu về tính chất đặc trưng và ứng dụng của vật liệu chứa

gadolini, vật liệu nano phát quang nền GdPO4, Gd2O3 pha tạp Tb3+, Eu3+.

- Giới thiệu về đặc điểm tính chất của kháng nguyên nọc rắn và kháng nguyên

CEA của tế bào ung thư đại trực tràng. Từ đó xác định rõ mục tiêu của luận án

tập trung nghiên cứu xây dựng phương pháp chế tạo có điều khiển các dạng cấu

trúc nano khác nhau về khả năng phát quang của hệ vật liệu để tìm ra hệ vật liệu

mới có triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực y sinh.

CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Trong chương này, chúng tôi đi sâu trình bày hai phương pháp chính sử dụng

trong tổng hợp vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm: phương pháp thủy nhiệt được

sử dụng để tổng hợp các vật liệu GdPO4:Tb3+ dạng thanh và phương pháp tổng hợp

hóa học nhiều bước tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+ dạng cầu; các quá trình bọc vỏ, chức

năng hóa, liên hợp hóa vật liệu đã chế tạo, sau đó chế tạo phức hợp nano với kháng thể

kháng nọc rắn và kháng thể kháng CEA. Các phép đo nghiên cứu cấu trúc, tính chất

quang, từ của các mẫu chế tạo cũng được trình bày trong phần này.

2.1. Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu

Với tiến bộ của công nghê nano, nhiều phương pháp chế tạo vật liệu mới đã ra

đời cho thấy hiệu suất phản ứng tổng hợp vật liệu nano được cải thiện đáng kể. Các

phương pháp chế tạo vật liệu chủ yếu dựa trên nguyên tắc đẩy nhanh phản ứng hóa

học bằng các tác nhân vật lí. Vật liệu nano dạng hạt, thanh, hoặc cầu được chế tạo

bằng phương pháp hóa học có sự trợ giúp của tia laser, sóng vi ba, sóng siêu âm, nhiệt

độ và áp suất cao, điện hóa, điện hóa kết hợp với siêu âm, hóa sol-gel, ….Trong các

phương pháp này, dưới tác dụng của các tác nhân vật lý kể trên, các phản ứng sẽ xảy

ra với tốc độ nhanh hơn giúp cải thiện đáng kể hiệu suất phản ứng. Nhược điểm của

các phương pháp hóa học là độ đồng đều và độ lặp lại trong nhiều trường hợp khó

kiểm soát do phụ thuộc mạnh vào cơ chế tạo cấu trúc nano từ các phản ứng hóa học.

Bằng phương pháp hóa học (như thủy nhiệt, sol-gel, vi sóng, phản ứng nổ, đồng kết

tủa, phương pháp hóa học nhiều bước), dựa trên việc kiểm soát các điều kiện phản

ứng, có thể tổng hợp nhiều loại sản phẩm khác nhau của vật liệu nano có hình dạng

đa dạng như hạt, thanh, sợi, đĩa, v.v.

Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau tuy nhiên để phù hợp

với điều kiện phòng thí nghiệm hiện có chúng tôi lựa chọn phương pháp thủy nhiệt

và phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước cho quá trình thực nghiệm tổng hợp

vật liệu. Hai phương pháp này có những ưu điểm chính như sau:

- Có khả năng điều chỉnh kích thước sản phẩm theo nhiệt độ;

- Có khả năng điều chỉnh hình dạng sản phẩm bằng các vật liệu ban đầu;

- Thu được sản phẩm chất lượng cao từ các vật liệu không tinh khiết ban đầu;

- Có thể dùng các nguyên liệu phổ thông để tạo các sản phẩm có giá trị;

- Có thể sử dụng nhiều nguyên liệu vào khác nhau;

- Tiêu tốn ít năng lượng, chi phí thấp....

2.1.1.Phương pháp thủy nhiệt

Trong luận án chúng tôi sử dụng phương pháp thủy nhiệt để tổng hợp mẫu vật

liệu GdPO4 và GdPO4:Tb3+, trong đó quá trình hình thành diễn ra ngay trong dung

dịch có sự tham gia của nước xảy ra ở nhiệt độ 200 oC và trong hệ kín.

2.1.1.1. Giới thiệu về phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp độc đáo trong ngành khoa học

vật liệu dùng để tổng hợp các vật liệu tinh thể có kích thước nano [109-111]. Quá

trình thủy nhiệt có sự tham gia của H2O với vai trò môi trường phản ứng, trong một

số trường hợp môi trường phản ứng có thể có sự tham gia của nhiều dung môi.Hằng

số điện môi của nước là một trong những đặc tính rất quan trọng, hằng số điện môi

sẽ giảm với sự gia tăng nhiệt độ và tăng với sự gia tăng của áp suất [109]. Trong thực

tế, yếu tố nhiệt độ đóng một vai trò hàng đầu trong hằng số điện môi của nước. Sự

phụ thuộc vào nhiệt độ của hằng số điện môi có tầm quan trọng lớn đối với hiện tượng

hydrat hóa mất nước và phản ứng của một loạt các chất hòa tan trong nước siêu tới

hạn. Theo kết quả của Franck, hằng số điện môi cao của nước bị giới hạn ở nhiệt độ

thấp và áp suất cao, trong khi hằng số điện môi của nước là khoảng 10 - 30 trong

vùng siêu tới hạn, đó là một phạm vi lớn. Trong điều kiện bình thường, chất điện

phân sẽ được phân tán hoàn toàn trong nước. Tuy nhiên, các ion phân ly sẽ có xu

hướng kết hợp lại cùng với nhiệt độ tăng và đối với hầu hết các chất chuyển đổi này

sẽ xảy ra ở 200 – 500 oC. Để nghiên cứu điều kiện tổng hợp thủy nhiệt tốt hơn, nhóm

tác giả nghiên cứu đến mối tương quan của áp suất và nhiệt độ cho nước. Áp suất

thủy nhiệt phụ thuộc vào mức độ lấp đầy của dung dịch phản ứng và nhiệt độ thủy

nhiệt (như trong hình 2.1). Theo Shouhua Feng khi mức độ điền đầy của dung dịch

phản ứng từ 50 đến 80% thì áp suất của hệ phản ứng từ 0,02 đến 0,3 GPa. Dưới điều

kiện thủy nhiệt và nhiệt độ cao, nước có thể hoạt động như một dung môi hoặc một

phần của các chất phản ứng trong một số trường hợp, đồng thời làm thay đổi tính chất

hóa lý của chất phản ứng và sản phẩm, tăng tốc độ phản ứng và áp suất [109].

Hình 2. 1. Mối tương quan của áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ với hệ số lấp đầy

của hệ phản ứng kín [109].

Theo phương pháp này, các tiền chất được trộn lẫn trong dung môi nước hoặc

hệ dung môi có thể có chất hoạt động bề mặt để tạo thành hỗn hợp phản ứng ở điều

kiện thường, sau đó đó toàn bộ hỗn hợp phản ứng được đưa vào thủy nhiệt ở các nhiệt

độ và thời gian khác nhau [111, 112] nhiệt độ của quá trình thủy nhiệt thường dưới

250 oC. Nhiệt độ cao và áp suất cao thúc đẩy quá trình hòa tan - kết tủa do đó giảm

được các khuyết tật mạng tinh thể nano và tạo ra vật liệu có độ đồng nhất cao, đồng

thời có khả năng thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao. Vì vậy, phương pháp thủy

nhiệt là một phương pháp hữu hiệu để tổng hợp vật liệu nano [109, 110].

Các tính chất của vật liệu dễ dàng được điều chỉnh thông qua việc thay đổi các

điều kiện phản ứng như: pH, nhiệt độ, tốc độ, thời gian của sự thủy phân, sự kết tinh

ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng. Các

dụng cụ chính sử dụng trong thực nghiệm chế tạo vật liệu bằng phương pháp thủy

nhiệt bao gồm lõi teflon, vỏ thép không gỉ và tủ sấy venticell có thể đặt chương trình

điều khiển nhiệt độ tự động được thể hiện trong hình 2.2.

Hình 2. 2. Thiết bị dùng trong phương pháp thủy nhiệt chế tạo vật liệu

2.1.1.2. Quy trình tổng hợp GdPO4, GdPO4:Tb3+

Hóa chất sử dụng trong tổng hợp vật liệu là những hóa chất có độ tinh khiết

cao: Gd(NO3)3.6H2O (Sigma-Aldrich) độ tinh khiết 99.9%, Tb(NO3)3.6H2O

(Sigma-Aldrich), 99.9%, NH4H2PO4 (Merck), NH4OH 25% (Merck), nước khử

ion.

a.Tổng hợp GdPO4

Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp GdPO4.H2O được thể hiện trong hình 2.3

Hình 2. 3. Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp thanh nano GdPO4.H2O

Vật liệu GdPO4 được tổng hợp bằng cách cho 20ml Gd(NO3)3 0,05M vào bình

cầu 100ml, sau đó nhỏ giọt 20ml NH4H2PO4 0,1M vào, khuấy từ để hỗn hợp dung

dịch phân tán đều. Sử dụng NH4OH 1M để điều chỉnh pH của dung dịch với các giá

trị pH khác nhau là 2, 4, 6, 8, 10, 12. Hỗn hợp này được cho vào bình teflon và đặt

trong bình thủy nhiệt. Vặn kín bình thủy nhiệt và gia nhiệt ở 200 oC trong 24 giờ. Kết

tủa trắng thu được bằng cách ly tâm sau khi rửa với nước cất và Ethanol. Tổng hợp

b. Tổng hợp GdPO4:Tb3+

Vật liệu GdPO4:Tb3+ được tổng hợp bằng cách cho hỗn hợp dung dịch

Gd(NO3)3 0,05M và Tb(NO3)3 0,05M với các tỷ lệ nồng độ mol của [Tb+3]/[Gd3+] lần

lượt là 1%, 3%, 5%, 7% và 9% vào bình cầu dung tích 100ml. Nhỏ giọt dung dịch

NH4H2PO4 0,1M vào hỗn hợp dung dịch ở trên, khuấy từ để hỗn hợp phân tán đều.

Dùng NH4OH 1M điều chỉnh pH của dung dịch bằng 2, sau đó hỗn hợp được cho vào

bình teflon và đặt vào bình thủy nhiệt. Vặn kín bình thủy nhiệt và gia nhiệt ở 200 oC

trong 24 giờ. Kết tủa trắng thu được bằng cách ly tâm sau khi rửa với nước cất và

ethanol. Dung dịch không màu được cấu thành bởi các sản phẩm phụ đã được loại

bỏ. Kết tủa trắng được sấy khô ở 70 oC, bảo quản trong lọ thủy tinh màu. Sơ đồ quy

trình tổng hợp GdPO4:Tb3+ được thể hiện trong hình 2.4.

Hình 2. 4. Quy trình tổng hợp của GdPO4:Tb3+

2.1.2. Phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước

2.1.2.1. Giới thiệu về phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước

Phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước là một trong những phương pháp

phổ biến để chế tạo các hạt nano oxit kim loại. Phương pháp này bao gồm sự hòa tan

của muối tiền chất, thường là clorua hoặc nitrat của các cation kim loại. Chẳng hạn

như hòa tan từ tiền chất muối Gd(NO3)3 để tạo sản phẩm Gd2O3 hoặc kết hợp với tiền

chất muối (NH4)2HPO4 để tạo ra sản phẩm GdPO4 với sự có mặt của chất xúc tác là

dung dịch bazơ như NaOH hoặc amoniac. Kết tủa được lọc, rửa, sấy khô và nung để

nhận được bột oxit kim loại. Đây là phương pháp rất hữu dụng để chế tạo hỗn hợp

các oxit bởi sự đồng kết tủa của các hydroxit, cacbonat, oxalat,… tương ứng trong

một dung dịch. Để chế tạo các vật liệu gốc florua thì muối chứa cation kim loại được

cho phản ứng với muối florua như NaF, NH4F còn để chế tạo vật liệu gốc sunphua,

muối chứa cation kim loại được phản ứng với muối sunphua hoặc H2S… Sau đó, kết

tủa thường ủ nhiệt để tinh thể hóa vật liệu.

Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào khả năng tạo phức giữa các ion kim loại

và ion tạo kết tủa, tích số tan, pH của dung dịch, thêm vào đó tốc độ kết tủa của các

hợp chất này cũng ảnh hưởng đến tính đồng nhất của hệ. Tính đồng nhất của vật liệu

cần chế tạo phụ thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ dung dịch. Như vậy muốn

các ion kết tủa đồng thời thì chúng phải có tích số hòa tan xấp xỉ nhau và tốc độ kết

tủa gần giống nhau. Vì vậy, phải thực hiện các biện pháp khắc nghiệt như: thay thế

một phần nước bằng dung môi hữu cơ, làm lạnh sâu để tách nước ra khỏi hệ… Thêm

vào đó, quá trình rửa kết tủa có thể kéo theo một cấu tử nào đó làm cho vật liệu thu

được khác với thành phần mong muốn.

2.1.2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+

Hóa chất sử dụng trong tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+ là Gd(NO3)3.6H2O

của (Sigma-Aldrich), 99.9% tinh khiết, Eu(NO3)3.6H2O (Sigma-Aldrich) tinh khiết

99.9%, Urê (CO(NH2)2) (Sigma-Aldrich), nước khử ion.

Tổng hợp Gd2O3:Eu3+

Tổng hợp Gd2O3:Eu3+ có mặt urê trong đó khi ở nhiệt độ thấp urê đóng vai trò

là khuôn mềm tạo quả cầu và tác nhân kết tủa của các cation kim loại tự do, phân hủy

2- khi nâng nhiệt độ lên (> 83 °C). Vì vậy, trước tiên chúng tôi tiến

thành OH- và CO3

hành các thí nghiệm với nồng độ urê, thay đổi theo tỷ lệ mol của [Urê]/[Gd3++Eu3+]

là 20, 25, 30, 35 và 40. Sau khi đã lựa chọn được nồng độ urê phù hợp, chúng tôi tiến

hành khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nồng độ mol của [Eu3+]/[Gd3+] đến tính chất của vật

liệu bằng cách giữ nguyên tỷ lệ [Urê]/[Gd3++Eu3+], thay đổi tỷ lệ [Eu3+]/[Gd3+] là 0;

3,5; 5; 6; 7; 7,5; 8%. Quá trình tổng hợp vật liệu được tiến hành theo các bước như

-Bước 1: Cho hỗn hợp dung dịch gồm 3,15 ml Eu(NO3)3.5H2O 0,05M và 60ml

Gd(NO3)3.6H2O 0,05M vào cốc thủy tinh dung tích 100ml, khuấy đều (hỗn hợp dung

dịch 1). Ở một bình cầu 500ml khác, cho dung dịch Urê 0,5M vào bình sau đó nhỏ

giọt hỗn hợp dung dịch 1 ở trên vào. Khuấy đều hỗn hợp dung dịch trong 2 tiếng.

- Bước 2: Nâng nhiệt độ dung dịch lên 85 oC và duy trì trong thời gian 70 phút.

Sản phẩm thu được là kết tủa màu trắng của Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ được ly tâm 2 lần

bằng nước khử ion, 2 lần bằng ethanol và sấy khô ở 70 oC trong vòng 24 giờ.

- Bước 3: Sản phẩm này được tiếp tục xử lý ở nhiệt độ cao (650 oC) trong thời

gian 5h. Sản phẩm của quá trình này là Gd2O3:Eu3+ được phân tán trong dung môi

thích hợp, tiếp tục quá trình bọc vỏ bằng silica và chức năng vật liệu bằng cách gắn

với nhóm chức NH2. Sơ đồ quy trình tổng hợp quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ được thể

hiện trong hình 2.5.

Hình 2. 5. Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp quả cầu nano Gd2O3:Eu3+

2.1.3 . Chế tạo phức hợp nano y sinh của GdPO4: Tb3+; Gd2O3:Eu3+

Để chế tạo phức hợp nano y sinh GdPO4: Tb3+; Gd2O3: Eu3+ trước tiên cần phải

xử lý bề mặt vật liệu, sau đó thực hiện quá trình chức năng hóa và liên hợp hóa vật

liệu với các tác nhân sinh học.

Hóa chất sử dụng trong quá trình chức năng hóa và liên hợp hóa vật liệu với

các tác nhân sinh học gồm ethanol, TEOS, CH3CHOOH, APTES, nước khử ion,

Glutaraldehyde (GDA), Sodium photphat, Ethanolamine, kháng thể kháng CEA. Các

hóa chất đều của hãng Sigma – Aldrich và Merck. Kháng thể kháng nọc rắn, được

sản xuất theo cơ chế gây miễn dịch trên thỏ và thu kháng thể đạt hiệu giá phát hiện

nọc rắn tại phòng thí nghiệm sinh học phân tử, bộ môn sinh lý bệnh, Học viện Quân

2.1.3.1. Xử lý bề mặt vật liệu

Đặc điểm cơ bản của phương pháp xử lí bề mặt vật liệu là bọc thêm một lớp

bao quanh từng cá thể vật liệu nano tạo cấu trúc lõi vỏ nhằm làm giảm các khuyết

tật ở bề mặt, qua đó giảm được tác động dập tắt huỳnh quang [113, 114]. Lớp bọc

phải có độ dày đủ để vừa bảo vệ vật liệu trước tác động của môi trường, vừa chống

sự co cụm của các cá thể nano, tạo dung dịch bền trong dung môi, đặc biệt là nước

và môi trường nuôi cấy y sinh học. Một xu hướng đáng chú ý trong tổng hợp nano

là bọc vỏ tạo cấu trúc lõi/vỏ (core/shell) [23, 113]. Hướng này ban đầu được sử

dụng chủ yếu trong lĩnh vực chế tạo các chấm lượng tử bán dẫn để nâng cao hiệu

suất phát quang, nay đang được mở rộng sang các lĩnh vực khác nhau như: vật liệu

điện môi nano phát quang, vật liệu xúc tác, vật liệu đa chức năng, v.v. [22, 23, 113]

và ngày càng chứng tỏ đây là một hướng tổng hợp vật liệu nano có nhiều triển vọng

để chế tạo các vật liệu nano đa năng, chất lượng cao. Hướng tổng hợp lõi/vỏ đa lớp

có thể tổng hợp điều khiển các thông số chủ yếu của vật liệu nano về kích thước, độ

đồng đều, hình thái học và cấu trúc. Điều này có vai trò quan trọng trong nghiên

cứu chế tạo các vật liệu nano tích hợp (integrated nanomaterials), là tiền đề phát

triển các công nghệ mới mang tính đột phá, không chỉ trong trong điện tử, quang

điện tử và quang tử mà còn trong y sinh.

2.1.3.2. Chức năng hóa bề mặt vật liệu và liên hợp hóa giữa vật liệu nano phát

quang với phần tử hoạt động sinh học

Để có thể ứng dụng được vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm trong y sinh

học, yêu cầu các vật liệu phải được chức năng hóa bề mặt để có thể phân tán tốt trong

nước và liên hợp được với các phần tử sinh học khác nhau [115-117]. Nhiều công

trình nghiên cứu xử lý các cấu trúc nano thông qua các giai đoạn chức năng hóa và

liên hợp hóa với các phần tử hoạt động sinh học đặc hiệu đã được thực hiện.

Việc chức năng hóa bề mặt đóng một vai trò quan trọng như một cầu nối giữa

tổng hợp và ứng dụng của nano phát quang trong y sinh học. Nó không chỉ làm tăng

độ phân tán trong nước của các hạt nano mà còn có thể liên hợp với các phân tử sinh

học khác nhau. Để các nano phát quang có thể phân tán trong nước và tương thích

sinh học, các nhóm chức như amino, carboxyl, thiol, hydroxyl hoặc maleimide phải

được đưa vào bề mặt của vật liệu. Có nhiều phương pháp chức năng hóa bề mặt của

vật liệu nano phát quang pha tạp Ln3+ đã được thực hiện [115, 117, 118]. Trong số

các phương pháp chức năng hóa bề mặt, phương pháp dựa trên cơ chế của phản ứng

cộng nucleophin (AN) của nhóm –NH2 (của vật liệu Ln3+@silica-NH2 và IgG) và

andehit của Glutaraldehyde (GDA) tạo ra cấu trúc –N=CH– làm cầu nối giữa nano

phát quang và đối tượng sinh học được trình bày ở hình 2.6. Nguyên tử N trong nhóm

amin -NH2 của vật liệu nano Ln3+@silica-NH2 và IgG vẫn còn đôi điện tử chưa tham

gia liên kết. Nhóm carbonyl của phân tử GDA có nguyên tử C mang phần điện tích

dương nên xảy ra theo cơ chế AN được gọi là andol hóa. Sản phẩm tạo thành (phản

ứng 1) có chứa nhóm -NH- không bền nên tiếp theo là quá trình (phản ứng 2) loại

nước giữa nhóm -OH của nhóm carbonyl và H của nhóm -NH tạo ra liên kết đôi C=N

(croton hóa). Ký hiệu Ln-VLNPQ là vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm, X là

IgG.

(1)

(2)

Hình 2. 6. Cơ chế của phản ứng cộng nucleophin (AN)

2.1.3.3. Bọc vỏ vật liệu thanh nano GdPO4:Tb3+ bằng silica

Quá trình bọc vỏ thanh nano bằng silica được tiến hành như sau:

Cho 20ml ethanol (Merck) vào mỗi ống ly tâm 50ml chứa 0,1g GdPO4:Tb3+,

dùng máy Voltex phân tán đều các thanh nano GdPO4:Tb3+. Sau đó cho 50ml ethanol

vào bình cầu 250ml, thêm 30µl TEOS khuấy đều, thêm 60µl nước khử ion và 60 µl

CH3COOH, khuấy 2h. Nhỏ giọt hỗn hợp 0,1g GdPO4: Tb3+ đã phân tán trong 20 ml

ethanol ở trên vào cốc phản ứng bằng pipet nhựa, khuấy từ trong 24h. Cuối cùng đem

hỗn hợp dung dịch thu được đi rửa và ly tâm mẫu bằng nước khử ion và ethanol. Sản

phẩm thu được là thanh nano GdPO4:Tb3+@silica.

2.1.3.4 Chức năng hóa thanh nano GdPO4: Tb3+@silica bằng nhóm NH2

Quá trình chức năng hóa thanh hóa thanh nano GdPO4: Tb3+@silica gắn NH2

được tiến hành như sau:

Cho 50ml ethanol vào cốc thủy tinh dung tích 250ml, thêm 20µl APTES (3-

Aminopropyltriethoxysi-lane) và 40 µl CH3COOH, khuấy 1h45 phút, nhỏ giọt hỗn

hợp (0,10g GdPO4: Tb3+ phân tán trong 20ml ethanol) vào, khuấy 90 phút. Chia dung

dịch vào ống ly tâm 50ml, ly tâm và rửa sạch mẫu bằng ethanol 2 lần và nước khử

ion 2 lần. Sản phẩm thu được là thanh nano GdPO4:Tb3+@silica -NH2, phân tán sản

phẩm trong 20ml nước khử ion (DI) cho các thí nghiệm tiếp theo. Quy trình thí

nghiệm chức năng hóa bề mặt thanh nano GdPO4:Tb3+ với nhóm NH2 được tóm tắt

trong sơ đồ hình 2.7.

Hình 2. 7. Sơ đồ thí nghiệm chức năng hóa bề mặt thanh nano GdPO4:Tb3+

2.1.3.5. Chế tạo phức hợp nano của GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể

kháng nọc rắn (IgG).

Phức hợp giữa GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể IgG sử dụng

glutaraldehyde (GDA) để tạo liên kết đôi giữa hai nhóm amine. Glutaraldehyde ở đây

đóng vai trò như một cầu nối với hai nhóm aldehyde tương đồng nhau về mặt chức

năng ở hai đầu (homobifunctional crosslinker).

Cụ thể các bước tiến hành thí nghiệm phát phiện kháng nguyên nọc rắn như sau:

Bước 1: Rửa 3 lần vật liệu phát quang GdPO4: Tb3+@Silica-NH2 bằng dung dịch

0.1mM sodium photphat (PBS), pH = 7.

Bước 2: Sản phẩm cuối cùng ở bước 1 được phân tán trong 10ml GDA 0.5 % để tạo

hỗn dịch đồng nhất, giữ ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ.

Bước 3: Loại bỏ GDA dư bằng cách rửa 3 lần với PBS 0,1 mM. Sản phẩm sau khi ly

tâm được phân tán trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7.

Bước 4: Lấy 10µl kháng thể IgG phân tán trong 100µl dung dịch thu được ở bước 3

theo tỷ lệ 1:10, giữ ở nhiệt độ phòng từ 2 - 4h.

Bước 5: Khoá các các cầu nối GDA dư bằng cách cho thêm ethanolamine 1,5 M trong

PBS phản ứng với 10% thể tích dung dịch GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG (lúc này

cũng đang trong PBS) để 2 giờ ở nhiệt độ phòng.

Bước 6: Loại bỏ ethanolamine dư bằng cách rửa và ly tâm 3 lần với PBS 0.1 mM,

pH = 7.

Bước 7: Phân tán sản phẩm trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7 và lưu giữ ở

40C để sử dụng cho các quá trình thí nghiệm tiếp theo.

Các bước chế tạo phức hợp nano GdPO4:Tb3+@silica – NH2 với kháng thể đặc

hiệu IgG được mô tả ngắn gọn trong hình 2.8.

Hình 2. 8. Sơ đồ chế tạo phức hợp nano bằng cách gắn kết

GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể kháng nọc rắn

2.1.3.6.Bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica

Quá trình bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica được tiến hành như sau:

Bước 1: Lấy 0,1g sản phẩm Gd2O3:Eu3+ đã tổng hợp trong phần trước phân

tán trong dung dịch gồm 150ml ethanol và 100ml nước khử ion trong bình cầu 500ml.

Bước 2: Nhỏ giọt hỗn hợp gồm 150 microlit TEOS phân tán trong 10ml

Ethanol vào bình phản ứng ở trên, khuấy 1 giờ. Sau đó, thêm 1ml NH4OH đặc (25%)

để xúc tác quá trình thủy phân- ngưng tụ. Khuấy hỗn hợp phản ứng trong 24 tiếng ở

nhiệt độ phòng.

Bước 3: Sản phẩm thu được đem ly tâm với tốc độ 5000 vòng/phút, lấy kết

tủa rửa 2 lần bằng nước khử ion và 2 lần bằng Ethanol.

Bước 4: Sản phẩm thu được được phân tán trong 20ml ethanol và được bảo

quản ở nhiệt độ phòng cho quá trình gắn kết với nhóm -NH2 ở các bước tiếp theo.

Sản phẩm thu được của quá trình này là Gd2O3:Eu3+@silica.

2.1.3.7. Chức năng hóa vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica bằng nhóm NH2

Sau khi bọc vỏ vật liệu bằng silica, quá trình chức năng hóa bằng nhóm NH2

được tiếp tục thực hiện như sau:

Sơ đồ bọc vỏ quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ bằng silica và gắn nhóm NH2 được thể

hiện trong hình 2.9.

Hình 2. 9. Sơ đồ bọc Gd2O3:Eu3+ bằng silica và gắn nhóm NH2

Cho 50ml ethanol vào bình cầu dung tích 250ml, thêm 20µl APTES (3-

Aminopropyltriethoxysi-lane) và 40 µl CH3COOH, khuấy 2 giờ, nhỏ giọt hỗn hợp

(0,1g Gd2O3: Eu3+ phân tán trong 20ml ethanol) vào, khuấy 90 phút. Chia dung dịch

vào các ống ly tâm 50ml, ly tâm và rửa sạch mẫu bằng ethanol 2 lần và nước khử ion

2 lần

2.1.3.8. Chế tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng

CEA (IgG)

Tương tự như chế tạo phức hợp của thanh nano GdPO4:Tb3+ với kháng thể

IgG. Để tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể IgG cũng dùng

GDA để làm cầu nối. Quá trình kết hợp vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+@silica-

NH2 với kháng thể kháng CEA đặc hiệu IgG qua cầu nối GDA được thực hiện như

Bước 1: Rửa 3 lần vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 bằng dung dịch

sodium photphat 0.1mM (PBS), pH = 7.

Bước 2: Sản phẩm cuối cùng ở bước 1 được phân tán trong 10ml GDA 0.5% để tạo

hỗn dịch đồng nhất, giữ ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ.

Bước 3: Loại bỏ GDA dư bằng cách rửa 3 lần với PBS 0,1 mM. Sản phẩm sau khi ly

tâm được phân tán trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7.

Bước 4: Lấy 10µl kháng thể IgG phân tán trong 100µl dung dịch thu được ở bước 3

theo tỷ lệ 1:10, giữ ở nhiệt độ phòng từ 2 - 4h.

Bước 5: Khoá các các cầu nối GDA dư bằng cách cho thêm ethanolamine 1,5M trong

PBS phản ứng với 10% thể tích dung dịch Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG (lúc này cũng

đang trong PBS) để 2 giờ ở nhiệt độ phòng.

Bước 6: Loại bỏ ethanolamine dư bằng cách rửa, ly tâm 3 lần với PBS 0.1 mM, pH

= 7.

Bước 7: Phân tán sản phẩm trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7 và lưu giữ ở

40C để sử dụng cho các quá trình thí nghiệm tiếp theo.

Các bước chế tạo phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể đặc

hiệu IgG được mô tả ngắn gọn trong hình 2.10.

Hình 2. 10. Sơ đồ chế tạo phức hợp nano bằng cách gắn kết

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng CEA

Sau khi chức năng hóa vật liệu với nhóm NH2, quá trình gắn kết với phần tử

sinh học (IgG) được tiến hành để tạo thành phức hợp nano của Gd2O3:Eu3+. Phức hợp

này được sử dụng để gắn kết với kháng nguyên bề mặt của tế bào ung thư thông qua

phản ứng miễn dịch đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể. Từ đó có thể nhận

diện được tế bào ung thư. Hình ảnh tế bào ung thư thu được nhận biết thông qua ảnh

phát quang của vật liệu nano dưới ánh sáng kích thích của kính hiển vi huỳnh quang.

Sơ đồ ứng dụng vật liệu nano phát quang ứng dụng nhận dạng tế bào ung thư được

biểu diễn ở hình 2.11.

Hình 2. 11. Sơ đồ ứng dụng vật liệu nano phát quang nhận dạng

kháng nguyên tế bào ung thư

2.2. Các phương pháp phân tích vật liệu

Các phép đo nghiên cứu cấu trúc, các tính chất quang, từ của các mẫu chế tạo

đã được tiến hành trên các thiết bị có độ tin cậy cao. Nghiên cứu ảnh vi hình thái bằng

kính hiển vi điện tử quét SEM và kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, phân tích

thành phần bằng phổ tán sắc năng lượng tia X, nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng

phương pháp nhiễu xạ tia X. Nghiên cứu tính chất huỳnh quang và cơ chế phát quang

của vật liệu nano chế tạo được bằng kĩ thuật huỳnh quang. Xác định và nghiên cứu

các hợp chất hóa học của vật liệu bằng phổ hồng ngoại (IR). Phép đo đường cong từ

hóa đối với các vật liệu được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung VSM. Thực nghiệm

đốt nóng cảm ứng từ để xác định tính chất từ của vật liệu ứng dụng trong nhiệt trị.

Thử nghiệm phức hợp nano trong việc phát hiện kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja

atra và kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng được quan sát dưới kính hiển vi

huỳnh quang Carl Zeiss Primo Star.

2.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope), là một loại kính

hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách

sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo

ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát

ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.

Nguyên lý:

Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài

trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt

mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước

chùm điện tử hội tụ. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác

giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật,

sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện

thông qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:

- Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng

nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường

nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng

lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài

nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.

- Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm

điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường

có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề

mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản

thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu

xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực

điện tử). Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt

mẫu nên có thể đem lại thông tin về các đômen sắt điện. Sơ đồ cấu tạo máy SEM

được thể hiện hình 2.12.

Hình 2. 12. Sơ đồ cấu tạo máy SEM

Các phép đo và phân tích FESEM trong luận án được thực hiện trên thiết bị

kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800 đặt tại phòng phân tích cấu trúc thuộc

Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Độ phóng

đại cao nhất có thể đạt đến 800.000 lần, độ phân giải có thể đạt đến 2 nm ở hiệu điện

thế 1 kV (hình 2.13).

Hình 2. 13. Hệ đo hiển vi điện tử quét tại Khoa học vật liệu (Hitachi S - 4800)

Phân tích thành phần bằng phổ tán sắc năng lượng tia X

Phổ tán sắc năng lượng EDX hoặc EDS là kỹ thuật phân tích thành phần hóa

học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các

bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện

tử). Nguyên lý phép phân tích EDX: khi chùm điện tử có mức năng lượng cao được

chiếu vào vật rắn, nó sẽ tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử vật rắn,

phổ tia X đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn sẽ được ghi

nhận cho ta các thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu cũng như tỉ

phần các nguyên tố này.

2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy) là một thiết

bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu

xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại

lớn (có thể tới hàng triệu lần). Ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film

quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Sơ đồ cấu tạo máy TEM

được thể hiện trong hình 2.14.

Hình 2. 14. Sơ đồ cấu tạo máy TEM

Một số kết quả nghiên cứu của chúng tôi sử dụng kính hiển vi điện tử truyền

qua JEM 2100 HSX: Jeol, Nhật Bản có thế phát: 200 kV; sợi đốt: LaB6; độ phân giải

giữa hai điểm: 0,23 nm; độ phân giải giữa hai đường: 0,14 nm; độ phân giải cao

khoảng 1 nm. Thiết bị này đặt phòng Hiển vi điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện

Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (hình 2.15).

Hình 2. 15. Hệ đo hiển vi truyền qua phân giải cao JEM 2100

2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X

Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên nguyên lý của hiện tượng nhiễu

xạ tia X trên tinh thể. Giản đồ XRD được dùng để phân tích định tính các pha cấu

trúc tinh thể và xác định các thông tin về tinh thể học của mẫu vật liệu hoặc so sánh

vật liệu kết tinh với vật liệu vô định hình, tính hằng số mạng tinh thể.

Năm 1913 Willam L. Bragg đã xây dựng lý thuyết nhiễu xạ tia X. Xét sự phản

xạ của một chùm tia X trên hai mặt phẳng mạng song song và gần nhau nhất có

khoảng cách d (hình 2.16):

Hình 2. 16. Mô hình minh họa của định luật nhiễu xạ Bragg

Tia X có năng lượng cao nên có khả năng xuyên sâu vào trong lòng vật liệu,

gây ra phản xạ trên nhiều mặt mạng tinh thể (hkl) ở sâu phía dưới. Mỗi một mặt phẳng

trong họ mặt mạng tinh thể (hkl) có chùm tia phản xạ riêng. Từ hình 2.16 ta thấy hiệu

quang trình giữa hai phản xạ từ hai mặt phẳng liên tiếp bằng 2dsinθ. Hiện tượng giao

thoa giữa các sóng phản xạ chỉ xảy ra khi hiệu đường đi của hai sóng bằng số nguyên

lần bước sóng. Điều kiện để có hiện tượng nhiễu xạ được viết dưới dạng:

2dsinθ=nλ (2.1)

Đó là phương trình Bragg; trong đó: d - khoảng cách giữa hai mặt phẳng kế

tiếp trong họ các mặt phẳng tinh thể (hkl).θ - góc giữa tia tới (hoặc tia phản xạ) với

mặt phản xạ, n - bậc phản xạ, chỉ nhận các giá trị nguyên, dương và λ là bước sóng

của tia tới. Biểu thức (2.1) đúng với nhiễu xạ điện tử, nhiễu xạ nơtron.

Cấu trúc tinh thể của vật liệu trong luận án được xác định bằng thiết bị nhiễu

xạ tia X trên thiết bị Equinox 5000 tại Viện Khoa học vật liệu (hình 2.17) và Hệ đo

D8 Advanced Bruker (Đức) tại Viện hóa học, VHLKH&CN VN.

Hình 2. 17. Thiết bị nhiễu xạ tia X Equinox 5000

2.2.4. Phương pháp quang phổ huỳnh quang

Huỳnh quang (luminescence) của vật liệu là hiện tượng phát bức xạ (không kể

bức xạ của vật đen tuyệt đối) khi vật liệu nhận các tác nhân kích thích từ bên ngoài

(điện, quang, nhiệt cũng như các loại bức xạ khác…). Khi tác nhân kích thích: là dòng

điện tử ta có cơ chế điện huỳnh quang (electro-luminescence); là các nguồn bức xạ

quang photon ta có cơ chế quang huỳnh quang (photoluminescence); là nhiệt ta có cơ

chế nhiệt huỳnh quang (thermoluminescence); là dòng điện tử ca tốt ta có cơ chế

huỳnh quang ca tốt (cathodoluminescence)…

Quang huỳnh quang là phương pháp kích thích trực tiếp các tâm phát quang bằng

các photon phát ra từ nguồn sáng kích thích. Khi khảo sát quang huỳnh quang, nguồn

ánh sáng kích thích thường được dùng là các loại đèn phổ rộng (đèn thủy ngân, đèn

Xenon, đèn Halogen…) hoặc các nguồn bức xạ mạnh có độ lọc lựa cao như laser.

Cơ chế phát huỳnh quang được mô tả trên hình 2.18. Khi nguyên tử nhận năng

lượng từ photon kích thích, chúng chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích

có năng lượng cao hơn, đồng nghĩa với việc điện tử chuyển dời từ mức năng lượng

cơ bản lên mức năng lượng kích thích. Ở trạng thái không bền này, điện tử sẽ có xu

hướng chuyển dời xuống các mức năng lượng thấp hơn theo hai cách: (i) cách thứ

nhất điện tử chuyển dời về mức năng lượng cơ bản giải phóng năng lượng trực tiếp

sinh ra photon (quá trình phát huỳnh quang - fluorescence); (ii) cách thứ hai điện từ

truyền năng lượng cho các điện tử lân cận hay mạng tinh thể (sinh ra phonon) và

chuyển về mức năng lượng trung gian sau đó mới chuyển dời về trạng thái cơ bản

giải phóng photon sinh ra huỳnh quang (quá trình “lân quang” phosphorescence).

Hình 2. 18. Cơ chế tạo huỳnh quang

Nghiên cứu phổ huỳnh quang của các vật liệu thường sử dụng hai phương pháp

phổ huỳnh quang chính như sau:

• Phổ quang huỳnh quang (Photoluminescence - PL): là kết quả của phép đo phổ

cường độ huỳnh quang phụ thuộc vào bước sóng phát xạ của vật liệu dưới sự

kích thích quang của một nguồn sáng ở một vùng bước sóng cố định. Kết quả

đo phổ huỳnh quang cho phép phân tích các chuyển dời quang học trong vật

liệu khi điện tử chuyển từ các mức năng lượng cao về mức cơ bản

• Phổ kích thích huỳnh quang (Photoluminescence Excitation - PLE): là kết quả

của phép đo cường độ huỳnh quang phát ra tại một vùng bước sóng xác định

phụ thuộc vào bước sóng của nguồn sáng kích thích huỳnh quang (thông

thường được thay đổi trong một dải nhất định). Kết quả phép đo phổ kích thích

huỳnh quang cung cấp thông tin về vùng bước sóng nhạy huỳnh quang của vật

liệu hay nói cách khác giúp nghiên cứu tìm ra vùng bước sóng kích thích cho

hiệu suất huỳnh quang tối ưu tại vùng bước sóng phát xạ của vật liệu.

Hình 2. 19. Sơ đồ hệ đo phổ huỳnh quang và phổ huỳnh quang kích thích của hệ

Fluorolof FL3-2-2 tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng.

Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ huỳnh quang và huỳnh kích thích được chỉ ra trong

hình 2.19. Bức xạ từ nguồn sáng dải rộng đi qua hệ thống cách tử kép để chọn lọc

bước sóng kích thích. Sau đó bức xạ đã được lọc lựa bước sóng sẽ tới mẫu đặt trong

buồng đo, kích thích vật liệu phát huỳnh quang. Cường độ huỳnh quang thu được từ

mẫu sẽ được đưa sang máy đơn sắc và đầu thu để ghi phổ. Toàn bộ hệ đo được điều

khiển bằng máy tính cho phép thu nhận phổ PL và PLE tự động hoàn toàn. Trong

trường hợp đo phổ huỳnh quang (PL), bước sóng kích thích được giữa cố định trong

quá trình ghi phổ cường độ phát huỳnh quang phụ thuộc bước sóng. Trong trường

hợp đo phổ kích thích huỳnh quang (PLE), bước sóng thu cường độ phát huỳnh quang

được giữ cố định bởi máy đơn sắc trong khi bước sóng kích thích được thay đổi bởi

hệ nguồn kích thích đơn sắc trong quá trình ghi phổ. Trong một số hệ đo phổ huỳnh

quang độc lập chỉ có chức năng đo huỳnh quang, nguồn sáng kích thích được thay

thế là các nguồn sáng có vùng bước sóng kích thích cố định (các laser hoặc nguồn

đèn có sử dụng kính lọc sắc).

Trong nghiên cứu này, phổ phát quang của vật liệu được đo trên hệ đo quang

huỳnh quang độc lập sử dụng đơn sắc kế iHR550 bước sóng kích thích 355 nm, phổ

kế Acton SP2300i nguồn kích là laser Cd-He với sóng kích thích 325 nm tại Viện

Khoa học vật liệu và đo trên hệ đo quang (cả PL và PLE) Horiba (Mỹ) tại Viện Tiên

Tiến Khoa học và Công nghệ, Đại học Bách Khoa Hà Nội và Fluorolof FL3-2-

2Horiba (Mỹ) tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng (hình 2.20).

Phổ kích thích huỳnh quang được khảo sát trên hệ đo Horiba (Mỹ) bao gồm:

Bàn quang học, ba bộ tán sắc bao gồm 2 bộ tán sắc ánh sáng phát ra từ mẫu, 01 bộ

tán sắc cho đèn Xenon, đèn Xenon, 01 CCD, 01 IAG, 02 PMT detector, bộ phận đo

thời gian sống hạt tải, 05 Nano LED và kính lọc bước sóng các loại với dải đo hấp

thụ huỳnh quang từ 250 nm đến 750 nm tại Viện Tiên Tiến Khoa học và Công nghệ,

Đại học Bách Khoa Hà Nội và hệ đo Fluorolof FL3-2-2 Horiba (Mỹ) tại Đại học Duy

Tân Đà Nẵng sử dụng nguồn đèn Xenon 450W, có kích thích cách tử đơn sắc, bộ đơn

sắc phát xạ kép, khe tự động và máy thu R928P nhiệt độ phòng.

Hình 2. 20. Hệ đo Fluorolof FL3-2-2 thực tế tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng.

2.2.5. Phương pháp quang phổ hồng ngoại

Phương pháp phân tích theo quang phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật

phân tích rất hiệu quả. Một trong những ưu điểm của phương pháp phổ hồng ngoại

vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ

điện tử…) đó là cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi nhiều

phương pháp tính toán phức tạp. Các số liệu ghi nhận được từ quang phổ hồng ngoại

cung cấp rất nhiều thông tin về chất nghiên cứu, chẳng hạn như nhận biết và đồng

nhất các chất, xác định cấu trúc phân tử, nghiên cứu động học phản ứng, xác định độ

tinh khiết, suy đoán về tính đối xứng của phân tử, phân tích định lượng.

Nguyên tắc của phép đo phổ FT-IR: khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước

sóng nằm trong vùng hồng ngoại qua chất phân tích, mẫu có khả năng hấp thụ chọn

lọc bức xạ hồng ngoại, một phần năng lượng bị mẫu hấp thụ làm giảm cường độ của

tia tới. Các phân tử hấp thụ năng lượng sẽ thực hiện dao động với nhiều tần số khác

nhau, làm độ dài liên kết và các góc hoá trị cũng tăng giảm tuần hoàn. Những dao

động làm biến đổi mô men lưỡng cực điện của liên kết mới. Mỗi nhóm chức hoặc

liên kết có một tần số (bước sóng) đặc trưng thể hiện bằng các đỉnh trên phổ hồng

ngoại, căn cứ vào các tần số đặc trưng này có thể xác định được các liên kết giữa các

nguyên tử hay nhóm nguyên tử, từ đó xác định được cấu trúc của chất phân tích. Các

đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc

trưng và các liên kết có trong phân tử của hợp chất, có thể căn cứ vào đó để nhận

dạng chúng. Người ta thường phân chia làm ba miền gồm miền hồng ngoại trung

bình, miền hồng ngoại gần và miền hồng ngoại xa, mỗi miền được dùng để nghiên

cứu các kiểu dao động ứng với các liên kết khác nhau.

Miền hồng ngoại trung bình: là miền có số sóng nằm trong khoảng 4000 ÷ 400

cm-1. Vùng này thường bao gắn với các dao động của các liên kết O-H, C-H, N-H

(4000 ÷ 2500 cm-1); các liên kết ba C≡C, C≡N (2500 ÷ 2000 cm-1); các liên kết đôi

C=C, C=O, C=N (2000 ÷ 1500 cm-1); các liên kết của nhóm amin, cacbonyl, rượu

(1500 ÷ 400 cm-1).

Miền hồng ngoại gần: là vùng có số sóng từ 13000-4000 cm-1. Các dải hấp thụ

quan sát được trong miền này thường là họa âm hoặc là sự tổng hợp của các dao động

cơ bản có dải hấp thụ trong vùng từ 3000-1700 cm-1. Vùng này thường bao hàm dải

hấp thụ của các nhóm dao động C-H, N-H hoặc O-H. Các dải hấp thụ trong vùng

hồng ngoại gần thường có cường độ yếu và thường chồng chập của nhiều nhóm dao

động khác nhau.

Miền hồng ngoại xa: là miền có số sóng từ 400 ÷ 100 cm-1. Miền này liên quan

đến các dao động quay của phân tử. Việc đo đạc trong miền này khá khó khăn nên ít

được dùng trong phân tích hồng ngoại.

Mẫu chế tạo được thực hiện trên hệ đo phổ hồng ngoại (Nicolet iS10, Thermo

Scientific) đặt tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam với độ phân giải tiêu chuẩn 0,4 cm-1 (đa dạng từ 64 đến 0,4 cm-1), độ tuyến

tính theo tiêu chuẩn ASTM < 0,1%T, tỷ lệ tín hiệu so với độ nhiễu trong 1 phút là

35,000:1, độ chính xác bước sóng: 0.01 cm-1 tại 2000 cm-1 và tính năng quét nhanh

(Rapid scan): 40 lần/giây, hình 2.21).

Hình 2. 21. Thiết bị đo phổ hồng ngoại ngoại (Nicolet iS10, Thermo Scientific)

2.2.6. Phép đo tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung

Các phép đo từ độ phụ thuộc từ trường của các mẫu vật liệu nano thường được

sử dụng để đánh giá các đặc trưng của hệ các hạt từ như dị hướng từ, từ độ tự phát,

từ độ bão hòa...

Phép đo đường cong từ hóa đối với các vật liệu được thực hiện trên hệ từ kế

mẫu rung VSM MicroSence EZ9 (Mỹ) (hình 2.22a) đặt tại Phòng Thí nghiệm nano

Quang điện tử, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Mẫu đo từ: dạng bột, màng, lỏng, khối,

dây. Mẫu đo từ trở: màng mỏng kích thước 3x9 mm, độ lớn từ trường: 2,2 T và trong

khoảng nhiệt độ đo: 77 K đến 1000 K. Độ nhậy và các sai số về từ trường và nhiệt

của hệ đo này có độ chính xác khá cao và có kết quả khá phù hợp với các kết quả đo

so sánh từ các hệ đo từ khác. Các mẫu đo được gắn chắc với bình đựng mẫu để tránh

sự dao động của mẫu trong quá trình đo. Sơ đồ nguyên lý của từ kế mẫu rung được

biểu diễn trên hình 2.22b với các bộ phận chính sau: (1) màng rung điện động; (2) giá

đỡ hình nón; (3) mẫu so sánh; (4) cuộn dây thu tín hiệu so sánh, (5) mẫu đo, (6) cuộn

dây thu tín hiệu đo, (7) các cực nam châm.

Hệ VSM hoạt động dựa vào sự thay đổi từ thông trong các cuộn dây thu đặt

gần mẫu khi mẫu dao động với tần số xác định theo một phương cố định nhờ một

màng rung điện động. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong các cuộn dây thu là

do sự thay đổi khoảng cách tương đối giữa mẫu đo và cuộn dây do mẫu dao động.

Biểu thức của suất điện động cảm ứng:

e = MAG(r)cos(ωt) (2.2)

Trong đó M, ω và A lần lượt là mômen từ, tần số và biên độ dao động của

mẫu; G(r) là hàm độ nhạy phụ thuộc vào vị trí đặt mẫu so với cuộn dây thu và cấu

hình các cuộn thu. Tín hiệu thu được từ các cuộn dây được khuếch đại bằng bộ khuếch

đại lọc lựa tần số nhạy pha trước khi đi đến bộ xử lý để hiển thị kết quả.

(b)

(a)

Hình 2. 22. Hệ đo VSM (a) và sơ đồ nguyên lý (b).

2.2.7 Đốt nóng cảm ứng từ

Thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ được thực hiện trong từ trường xoay chiều

có tần số 390 kHz và cường độ 300 Oe. Từ trường được tạo bởi cuộn dây cảm ứng (7

vòng, đường kính 3 cm và dài 11,5 cm) của một máy phát thương mại RDO-HFI có

công suất lối ra 5kW Cường độ từ trường được tính theo công thức H = nI với n là

số vòng dây trên một đơn vị chiều dài và I là biên độ của cường độ dòng điện xoay

chiều chạy trong cuộn dây. Các mẫu đo được hoà tan trong dung dịch nước và được

đặt cách nhiệt với môi trường ngoài bằng một vỏ bình thuỷ tinh được hút chân không

10-3 ÷ 10-4 Torr. Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế quang (GaAs sensor, Opsens) với

độ chính xác 0,3 o C trong dải 0-250 oC.

Công suất tổn hao riêng (SLP-Specific loss power), được xác định từ công

thức sau:

∆𝑇𝑇

∆𝑡𝑡

𝑚𝑚𝑠𝑠 𝑚𝑚𝑖𝑖

(2.3)

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝐶𝐶 Trong đó C = 4.18 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của hệ mẫu (hạt từ và dung

∆ T ∆ t

dịch), ms là khối lượng tổng cộng của hệ mẫu và mi là khối lượng hạt từ. là tốc

độ tăng nhiệt ban đầu, xác định từ tiếp tuyến của đường cong nhiệt độ phụ thuộc thời

gian tại thời điểm bật từ trường. Đối với hệ cô lập giá trị SLP sẽ tương đương với

công suất hấp thụ riêng (SAR).

Trong luận án các mẫu chất lỏng được khảo sát hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ

trên máy phát thương mại RDO – HFI, thiết bị được đặt tại Phòng Vật liệu nano y

sinh - Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

(hình 2.23).

(a)

(b)

Hình 2. 23. Hệ thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ (a) và

minh hoạ bố trí thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ (b).

2.2.8. Phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch

Để chẩn đoán nhận dạng tế bào ung thư có thể sử dụng một số kĩ thuật như:

miễn dịch huỳnh quang, chẩn đoán hình ảnh (siêu âm, chụp cắt lớp CT); sinh thiết

mô bệnh học hoặc sử dụng các phản ứng hóa sinh, phản ứng miễn dịch hoặc kết

hợp các kĩ thuật này. Miễn dịch huỳnh quang (Immunofluorescence) là kĩ thuật được

sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực sinh học để phát hiện kháng nguyên và vị trí khu

trú của các kháng nguyên đó trong các loại tế bào bằng kính hiển vi quang học có độ

phóng đủ lớn. Trong đó, kỹ thuật miễn dịch huỳnh quang dựa theo nguyên lý các

phức hợp huỳnh quang được thêm vào phản ứng kháng nguyên - kháng thể, qua đó

cho phép phát hiện được kháng nguyên. Các phức hợp huỳnh quang thường dùng như

Fluorescein, Rhodamin hay đất hiếm,các phức hợp này không làm thay đổi tính chất

đặc hiệu của phản ứng kháng nguyên - kháng thể. Vì vậy, các phức hợp huỳnh quang

này giúp ta có thể dễ dàng quan sát được sản phẩm của phản ứng miễn dịch. Phức

hợp huỳnh quang-kháng thể được thêm vào mẫu sẽ bắt cặp với kháng nguyên và tạo

ra một phức hợp miễn dịch bền vững. Vật liệu nano phát quang trước khi thực hiện

phản ứng miễn dịch sẽ được bọc bởi silica, PEG hoặc chitosan.... Sau đó, chức năng

hoá bề mặt vật liệu bằng các nhóm chức sinh học như -NH2, -COOH, -SH.... rồi gắn

kết với phần tử sinh học đặc hiệu như kháng thể, kháng nguyên, các biomarkers... [3],

[4]. Các kháng thể hoặc kháng nguyên gắn trên vật liệu nano sẽ liên kết đặc hiệu với

kháng nguyên hoặc kháng thể của mầm bệnh cần chẩn đoán. Sử dụng một nguồn kích

thích với bước sóng cố định từ bên ngoài sẽ kích thích vật liệu nano phát quang phát

ánh sáng ở bước sóng dài hơn và có thể quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang.

Hình 2. 24. Sơ đồ nguyên lý phương pháp phân tích đánh dấu huỳnh quang miễn dịch

Trong hình 2.24 phức hợp giữa kháng nguyên/ kháng thể - kháng kháng thể

gắn vật liệu phát quang mô tả công cụ đánh dấu tương tác với phức hợp của kháng

nguyên/ kháng thể có trên bề mặt của virus dựa trên tương tác miễn dịch. Sản phẩm

phản ứng miễn dịch liên quan đến virus có kích thước dưới micromet [5]. Đôi khi

chúng có thể tạo thành mảng lớn với kích thước micromet. Sử dụng kính hiển vi

quang học phân giải cao với độ phóng đại lớn, chúng ta dễ dàng phát hiện các sản

phẩm của phản ứng miễn dịch có đính vật liệu phát quang. Trong nghiên cứu này,

chúng tôi sử dụng kính hiển vi huỳnh quang Carl Zeiss Primo Star để quan sát hình

ảnh của sản phẩm thu được.

Các nhóm phương pháp kết hợp kháng thể/ kháng nguyên với vật liệu

nano đã chức năng hoá.

Phức hợp kháng thể + vật liệu nano đã chức năng hoá có thể được tạo ra bởi

nhiều cách khác nhau. Cụ thể:

Nhóm - NH2 / kháng thể + - NH2 / vật liệu nano chức năng hoá dưới sự xúc

tác của: Glutaraldehyde (GDA) hoặc Sodium Cyanoborohyride

 Nhóm -OH / kháng thể + - NH2 / vật liệu nano chức năng hoá dưới sự xúc

tác của: 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) hoặc

N-hydroxysuccinimide (NHS)

 Nhóm -COOH / kháng thể + - NH2 / vật liệu nano chức năng hoá dưới sự

xúc tác của: Axit butylic hoặc EDC hoặc NHS

 Nhóm -SH / kháng thể + - NH2 / thanh nano chức năng hoá dưới sự xúc tác

của: 2-Iminothiolane hydrochloride (IMT) hoặc Sulfo-SMPB

Mỗi kiểu gắn kết có những ưu điểm và hạn chế riêng. Nhưng nhìn chung, càng

nhiều cầu nối trung gian giữa kháng thể và vật liệu nano càng làm cho phức hợp bền

vững hơn và kháng thể giữ được hoạt tính lâu hơn.

2.2.9. Kính hiển vi huỳnh quang

Kính hiển vi huỳnh quang (flourescence microscope) là loại kính hiển vi quang

học sử dụng một nguồn ánh sáng kích thích để nghiên cứu, quan sát các thuộc tính

của mẫu sinh học sau khi mẫu này nhuộm với chất phát huỳnh quang (hoặc mẫu tự

phát huỳnh quang). Kỹ thuật hiển vi huỳnh quang cũng cho phép quan sát những

thuộc tính sinh hóa và sinh lý học của các tế bào sống. Phụ thuộc vào mục đích và

đối tượng cần quan sát mà mẫu có thể nhuộm với những chất phát huỳnh quang khác

nhau sử dụng ánh sáng có bước sóng kích thích khác nhau. Các kết quả ứng dụng của

luận án được quan sát bằng kính hiển vi huỳnh quang Carl Zeiss Primo Star tại Bệnh

viện Quân Y 103.

Hình 2. 25. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi huỳnh quang

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi huỳnh quang được thể hiện trên

hình 2.25 gồm các bộ phận sau:

1. Thị kính là một ống hình trụ có hai hay nhiều thấu kính, giúp hội tụ hình ảnh

của mẫu vật lên võng mạc của mắt. Độ phóng đại điển hình của thị kính là 2x,

5x, 10x.

2. Ống quan sát

3. Thấu kính

4. Vật kính: là một ống hình trụ có một hay nhiều thấu kính, để thu ánh sáng đi

xuyên qua mẫu. Vật kính có các độ phóng đại điển hình như 10x, 20x, 40x và

100x có thể được lắp đặt trên cùng một mâm vật kính.

5. Màn chắn sáng, khẩu độ chắn sáng

6. Tụ quang để hội tụ chùm sáng

7. Màn chắn

8. Bộ cấp nguồn

9. Thân máy

10. Ống quang điện

Kính hiển vi huỳnh quang hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng ánh sáng có

bước sóng ngắn, năng lượng cao để kích thích các điện tử nội tại trong phân tử của

mẫu nhảy lên quỹ đạo cao hơn (có mức năng lượng cao hơn). Khi các điện tử này

quay trở lại quỹ đạo cũ (có mức năng lượng ban đầu khi chưa bị kích thích) chúng

phát ra một ánh sáng có bước sóng dài hơn, năng lượng thấp hơn (thường nằm trong

phổ ánh ánh sáng nhìn thấy) để tạo ra hình ảnh huỳnh quang. Kính hiển vi huỳnh

quang sử dụng đèn xenon hoặc thủy ngân để tạo ra ánh sáng tia cực tím, qua bộ lọc

để dẫn vào kính và đi đến gương lưỡng hướng sắc - loại gương có khả năng phản xạ

dải bước bước sóng nhất định và cho phép một dải bước sóng khác đi qua. Gương

này phản xạ ánh sáng tia cực tím lên mẫu để kích thích huỳnh quang nội tại trong các

phân tử của mẫu. Vật kính sẽ thu lại những ánh sáng có bước sóng huỳnh quang được

tạo ra đi đến gương lưỡng hướng sắc và thông qua một bộ lọc (để loại bỏ những ánh

sáng không có bước sóng huỳnh quang) dẫn đến thị kính để tạo ảnh huỳnh quang.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

- Giới thiệu và sử dụng hai phương pháp chính là: phương pháp thủy nhiệt và

phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước trong tổng hợp vật liệu nano phát

quang GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+.

- Đưa ra quy trình tổng hợp vật liệu GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+. Sau đó bọc vật

liệu bằng lớp vỏ silica, chức năng hóa với nhóm chức NH2 và chế tạo phức

hợp nano gắn với kháng thể kháng nọc rắn và kháng thể kháng CEA.

- Giới thiệu nguyên lý cơ bản của các phép đo cấu trúc, hình thái của vật liệu:

FESEM, TEM, XRD. Các phép đo tính chất quang, từ, khái niệm đốt nhiệt

cảm ứng từ và phương pháp huỳnh quang miễn dịch đã được trình bày cụ thể

trong chương này. Các thiết bị dùng để thực hiện các phép đo tương ứng là các

thiết bị có độ chính xác và độ tin cậy cao được đặt tại phần lớn ở các phòng

thí nghiệm thuộc Viện Khoa học vật liệu và các đơn vị khác trong nước. Các

phương pháp chế tạo vật liệu và các phép đo được thực hiện trong luận án là

những lựa chọn có tính khả thi ở trong nước và có thể so sánh với các kết quả

đạt được trên quốc tế.

CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ

ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA GdPO4:Tb3+ PHÁT HIỆN

KHÁNG NGUYÊN NỌC ĐỘC RẮN HỔ MANG

Trong chương này chúng tôi trình bày các kết quả vi hình thái của vật liệu

GdPO4:Tb3+ bằng phương pháp chụp FESEM, cấu trúc vật liệu qua phương pháp

nhiễu xạ tia X. Các kết quả phổ huỳnh quang và cơ chế phát quang của vật liệu nano

chế tạo được bằng phương pháp huỳnh quang. Kết quả phân tích thành phần hóa học

trong vật liệu bằng phương pháp đo phổ EDX, khảo sát liên kết của các nhóm

chức sử dụng phổ hồng ngoại. Kết quả đo tính chất từ của vật liệu bằng phép đo

VSM, khả năng đốt nhiệt điều trị tế bào ung thư bằng phương pháp đo đốt nhiệt cảm

ứng từ. Kết quả ứng dụng phức hợp nano của GdPO4:Tb3+ vào việc phát hiện kháng

nguyên nọc độc rắn hổ mang.

3.1. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu

3.1.1. Kết quả phân tích FESEM của vật liệu

Trước tiên chúng tôi tiến hành khảo sát hình thái học của vật liệu GdPO4 khi

thay đổi các giá trị pH =2, 4, 6, 8, 10, 12. Lựa chọn pH thích hợp và khảo sát ảnh

hưởng của nồng độ chất pha tạp đến các tính chất của vật liệu.

3.1.1.1 Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4

Hình thái, kích thước của vật liệu GdPO4 tổng hợp khi thay đổi các giá trị pH

khác nhau là 2, 4, 6, 8, 10 và 12 được khảo sát qua phép đo FESEM thể hiện dưới

hình 3.1. Nghiên cứu của nhóm tác giả Hejuan Song khi thay đổi giá trị pH cộng thêm

chất tạo khuôn mềm có ảnh hưởng đến hình thái học của vật liệu [32]. Cụ thể, với

pH = 2 có sử dụng chất tạo khuôn glycine vật liệu tạo ra dạng thanh (nanorod), với

pH = 7, 10 và không sử dụng glycine vật liệu tạo ra dạng bó (nanobundle). Trong

nghiên cứu này, chúng tôi chỉ thay đổi pH với các giá trị là 2, 4, 6, 8, 10 và 12 mà

không sử dụng chất tạo khuôn mềm. Các ảnh chụp FESEM của GdPO4 cho thấy

không có sự thay đổi nhiều về hình dạng, kích thước của vật liệu với các giá trị pH

khác nhau. Vật liệu GdPO4 thu được các thanh nano có hình dạng đồng đều với kích

thước chiều dài trong khoảng 300-500 nm và chiều rộng 10-30 nm.

Hình 3. 1. FESEM của GdPO4 thay đổi pH (2, 4, 6, 8, 10, 12)

3.1.1.2. Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4: Tb3+

Hình thái, kích thước thanh của các mẫu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ nồng độ mol

[Tb3+]/[Gd3+] (0-9 %) được khảo sát bằng phép đo kính hiển vi điện tử quét FESEM.

Hình 3.2 chỉ ra kết quả đo FESEM của vật liệu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ nồng

độ mol của [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9 %. Các kết quả đo FESEM của mẫu GdPO4

pha Tb3+ cho thấy khi thay đổi tỷ lệ nồng độ Tb3+ khác nhau vào thì các sản phẩm tạo

thành đều có dạng thanh và khá đồng đều. Sản phẩm thu được có kích thước chiều

dài trong khoảng 300-500 nm, chiều rộng từ 10-30 nm. Với mẫu GdTb7%

([Tb3+]/[Gd3+] = 7 %) ảnh FESEM thu được có dạng thanh đồng đều nhất, không bị

co cụm thành bó.

Hình 3. 2. Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4:Tb3+

với các tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9 %

3.1.2 Kết quả phân tích TEM của vật liệu GdPO4:Tb3+@silica

Để khảo sát cấu trúc vi mô của vật liệu GdPO4:Tb3+ sau khi bọc silica tiến

hành phép đo hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Hình 3.3 cho thấy kết quả đo TEM của vật liệu GdPO4:Tb3+ sau khi bọc silica.

Qua quan sát có thể thấy rõ ràng lớp vỏ silica được bọc bên ngoài thanh nano

GdPO4:Tb3+, thanh nano có kích thước chiều dài khoảng 300-520 nm, chiều rộng

khoảng 10-35 nm, lớp vỏ silica có độ dày trong khoảng 3- 10 nm.

Hình 3. 3. Ảnh TEM của vật liệu GdPO4:Tb3+ sau khi bọc silica

3.1.3. Kết quả nhiễu xạ tia X

Cấu trúc của vật liệu được khảo sát trên các mẫu điển hình là GdPO4,

GdPO4 :1%Tb3+ và GdPO4 :7%Tb3+ bằng phép đo nhiễu xạ tia X (hình 3.3).

Hình 3. 4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu GdPO4, GdPO4:Tb3+

Kết quả nhiễu xạ cho thấy các mẫu chế tạo được hình thành đơn pha. Vị trí các đỉnh

nhiễu xạ của 3 mẫu trùng nhau, không thấy xuất hiện pha lạ như Tb2O7, Tb2O3, chứng

tỏ đã pha tạp thành công Tb3+ vào mạng nền GdPO4. Kết quả cho thấy GdPO4 hình

thành pha tetragonal với các đỉnh đặc trưng theo thẻ chuẩn 98-004-3396 của GdPO4.

Các đỉnh nhiễu xạ ở vị trí góc 2θ là 32,19° tương ứng với mặt mạng (102) [61].

3.1.4. Kết quả phân tích huỳnh quang

Để khảo sát cường độ phát quang và xác định các chuyển dời bức xạ giữa các

mức năng lượng của điện tử trong vật liệu, chúng tôi tiến hành đo phổ huỳnh quang

của các mẫu đã chế tạo trên hệ đo quang phổ phân giải cao.

3.1.4.1. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4

Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4 được đo trên hệ đo phổ PL sử dụng phổ

kế Acton SP2300i, nguồn kích là laser Cd-He với sóng kích thích 325 nm.

Hình 3.4 thể hiện phổ phát quang của vật liệu GdPO4 tổng hợp với các pH khác

nhau 2, 4, 6, 8, 10 và 12 tương ứng với các đường a, b, c, d, e, f. Các kết quả thu được

chỉ cho thấy vùng phát xạ dạng phổ đám với cực đại phát xạ nằm trong khoảng 492

và 552 nm, dạng phổ huỳnh quang thu được không phải vùng phổ đặc trưng của vật

liệu GdPO4 [72, 121], phát xạ này có thể do các tâm khuyết tật thuộc mạng nền

photphat. Huỳnh quang của vật liệu nền không đóng vai trò nhiều khi pha tạp thêm

Tb3+, vì vậy để đơn giản cho quá trình nghiên cứu tiếp theo, giá trị pH=2 được lựa

chọn cho quá trình tổng hợp GdPO4 pha Tb3+.

Hình 3. 5. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4 với các giá trị pH khác nhau.

3.1.4.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+

Trong những nghiên cứu gần đây cho thấy việc pha tạp thêm ion đất hiếm Tb3+

trên nền GdPO4 xảy ra quá trình truyền năng lượng từ ion Gd3+ sang ion Tb3+ [81].

Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành pha tạp thêm ion đất hiếm Tb3+ với các tỷ lệ mol

[Tb3+]/[Gd3+] là 1, 3, 5, 7 và 9 %.

Trước tiên chúng tôi tiến hành đo phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu

GdPO4:Tb3+ (0- 9%) để xác định vùng hấp thụ của vật liệu trên hệ đo Fluorolof FL3-

2-2 Horiba (Mỹ) tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng với bước sóng phát xạ 621 nm.

Hình 3. 6. Phổ PLE của các mẫu GdPO4:Tb3+ (0- 9 %)

Hình 3.6 là phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ (0- 9 %) thu

được ở bước sóng phát xạ 621 nm, các đỉnh hấp thụ của vật liệu nằm trong vùng tử

ngoại, bao gồm các đỉnh hấp thụ có bước sóng 272, 275, 305, 310, 355, 367 và 377

nm. Đỉnh hấp thụ 272 và 275 nm tương ứng với dịch chuyển 8S – 6I, đây cũng là vùng

6P là các đỉnh hấp thụ đặc trưng của Gd3+ [79]. Các dải kích thích tại các bước sóng

hấp thụ mạnh của Gd3+, đỉnh hấp thụ 305 và 310 nm tương ứng với dịch chuyển 8S –

350, 367 và 377 nm có nguồn gốc từ các ion Tb3+ tương ứng với các chuyển dời điện

tử f-f giữa các mức năng lượng thuộc cấu hình 4f [72]. Từ các kết quả đo PLE có thể

nhận thấy đỉnh hấp thụ mạnh nhất là tại bước sóng 272 nm, vì vậy tiến hành đo phổ

phát quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ (0- 9 %) tại bước sóng kích thích 272 nm, ngoài

ra chúng tôi tiến hành đo phổ phát quang tại bước sóng kích thích là 325 nm là đỉnh

hấp thụ yếu của vật liệu GdPO4:Tb3+.

(a)

(b)

Hình 3. 7. Phổ PL của vật liệu GdPO4:Tb3+ với tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7 và

9% kích thích bước sóng 272 nm (a) và 325 nm (b).

Hình 3.7 là phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ mol

[Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9 % kích thích ở hai bước sóng 272, 325 nm. Như chỉ ra

trong hình phổ huỳnh quang của các mẫu GdPO4:Tb3+ (0- 9%) phát xạ ánh sáng xanh

với các chuyển dời đặc trưng của Tb3+: 5D4→7FJ (J = 6, 5, 4, 3). Ở bước sóng 488 nm,

5D4→7F3 của Tb3+ [72] với dải phát xạ mạnh nhất ở bước sóng 543 nm.

543, 586 và 620 nm ứng với các chuyển dời 5D4→7F6, 5D4→7F5, 5D4→7F4 và

Các kết quả thu được cho thấy cường độ phát quang của các mẫu tỷ lệ với

lượng terbi pha vào mẫu. Trước khi pha Tb3+ vào vật liệu, cường độ huỳnh quang của

GdPO4 rất thấp, khi so sánh phổ với các mẫu đã pha thêm ion Tb3+ đỉnh phát xạ của

GdPO4 hầu như không nhìn thấy. Khi pha tạp Tb3+ vào mạng nền GdPO4 là một lựa

chọn tốt cho tính chất phát xạ của Tb3+ dựa trên hiện tượng truyền năng lượng của

cặp ion Gd3+ sang Tb3+ [72, 121]. Hệ quả của quá trình này là dải phát xạ 540 nm của

Tb3+ được tăng cường so với trường hợp Tb3+ không nằm trong mạng nền không chứa

yếu tố truyền năng lượng.

Từ các kết quả đo phổ huỳnh quang thu được ở trên cho thấy khi kích thích ở

bước sóng 272 nm, vùng hấp thụ mạnh của Gd3+, huỳnh quang thu được là tốt nhất.

Khi kích thích ở bước sóng 325 nm đỉnh hấp thụ yếu trên phổ kích thích và thuộc

vùng hấp thụ của ion Tb3+, huỳnh quang thu được vẫn khá mạnh. Điều này chứng tỏ

vật liệu có khả năng phát quang tốt, thích hợp cho các ứng dụng đánh dấu, nhận dạng

dựa trên hình ảnh huỳnh quang. Khi kích thích vào vùng hấp thụ 272 và 325 nm tỷ lệ

[Tb3+]/[Gd3+] 7 % cho phát quang tốt nhất, vì vậy tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 7 % được

chọn cho những nghiên cứu tiếp theo.

3.1.4.3. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ khi bọc silica, gắn nhóm chức

amin và kháng thể IgG

Để phân tích khả năng phát quang của vật liệu có bị ảnh hưởng khi bọc và

chức năng hóa hay không chúng tôi tiến hành đo phổ huỳnh quang của vật liệu bằng

hệ đo quang huỳnh quang sử dụng đơn sắc kế iHR550 bước sóng kích thích 355 nm

GdPO4:7%Tb3+ khi bọc silica, gắn nhóm chức amin và kháng thể IgG.

Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ với tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] 7% khi bọc

silica, gắn nhóm chức amin và kháng thể kháng nọc rắn (IgG) được biểu diễn trong

hình 3.8.

Hình 3. 8. Phổ PL của vật liệu GdPO4:Tb3+(1), GdPO4:Tb3+@silica (2),

GdPO4:Tb3+@silica –NH2 (3), GdPO4:Tb3+@silica –NH2-IgG (4).

Dưới nguồn ánh sáng kích thích 355 nm, vật liệu GdPO4:Tb3+ phát xạ ánh sáng

xanh với các chuyển dời đặc trưng của Tb3+: 5D4→7FJ (J = 6, 5, 4, 3). Các phát xạ ở

5D4→7F5, 5D4→7F4 và 5D4→7F3 của Tb3+. Trong đó, vạch phát xạ mạnh nhất ở chuyển

bước sóng 488 nm, 543, 586 và 620 nm tương ứng với các chuyển dời 5D4→7F6,

dời 5D4→7F5 có đỉnh phát quang ở 543 nm. Sau khi bọc, chức năng hóa vật liệu có

xuất hiện thêm 2 đỉnh có bước sóng 400 nm và 425 nm, đây được cho là hai đỉnh phát

quang đặc trưng của SiOx. Cường độ phát quang của các mẫu giảm dần theo các bước

sau khi chức năng hóa vật liệu, gắn kết với nhóm amin và IgG. Tuy nhiên cường độ

phát quang không giảm nhiều sau bước cuối cùng gắn kết với IgG, đây là điều kiện

thuận lợi để ứng dụng vật liệu này trong phát hiện nhanh kháng nguyên nọc độc rắn

hổ mang.

3.1.5. Kết quả đo phổ hồng ngoại

Kết quả chức năng hóa thanh nano được phân tích qua phương pháp phổ hồng

ngoại IR thực hiện trên máy đo quang phổ hồng ngoại Nexus 670 – Nicole (USA).

Để khảo sát việc bọc silica và gắn kết với nhóm chức NH2, IgG của vật liệu

GdPO4:Tb3+ chúng tôi tiến hành đo phổ hồng ngoại với các mẫu GdPO4, GdPO4:Tb3+,

GdPO4:Tb3+@silica-NH2 và GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG .

Hình 3. 9. Phổ hồng ngoại của GdPO4:Tb3+(1), GdPO4:Tb3+@silica(2)

GdPO4:Tb3+@silica-NH2 (3) và GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG (4)

Phổ hồng ngoại của GdPO4 (1), GdPO4:Tb3+(2), GdPO4:Tb3+@silica-NH2 (3)

và GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG (4) được chỉ ra trong hình 3.9, có thể quan sát thấy

dao động của liên kết C-H tương ứng với số sóng gần 1400 cm-1, dao động liên kết

O-H của H2O tương ứng với số sóng trên 3500cm-1 và khoảng 1600 cm-1, dao động

1043, 622 và 545 cm-1 là các dao động kéo dài không đối xứng đặc trưng của PO4

và liên kết dao động với phân tử [69]. Sự xuất hiện dao động của liên kết gần số sóng

1100-900 cm-1 của đường (2), (3) và (4) trong hình 3.8 thể hiện dao động của SiO2

điều này chứng tỏ đã bọc Silica thành công [69]. Trong đường (3) và (4) sự xuất hiện

của các dao động 2898 cm, 2976, 2884, 2941 cm-1 tương ứng với liên kết C-H. So

sánh với phổ hồng ngoại của GdPO4:Tb3+@Silica-NH2 ta thấy xuất hiện các đỉnh ở

trong khoảng 3300-3500 cm-1 và 1590-1620 cm-1là dao động của liên kết N-H [117].

Các kết quả này cho thấy các mẫu chế tạo đã được chức năng hóa bề mặt bằng các

nhóm NH2.

3.1.6. Tính chất từ của hệ vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+

Tính chất từ của vật liệu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5,

7 và 9% được xác định bằng phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) trên máy

MicroSence EZ9 (Mỹ) đặt tại Phòng Thí nghiệm nano Quang điện tử, Đại học Bách

Khoa Hà Nội thể hiện trong hình 3.10. Từ độ của các mẫu ở nhiệt độ phòng được xác

định tại từ trường đo 20 kOe trên hệ VSM.

Hình 3. 10. Đường cong từ độ của vật liệu GdPO4:Tb3+

với các tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9%

Từ hình 3.10 có thể thấy từ độ của vật liệu GdPO4 đạt giá trị cao nhất là 1,7

emu/g so với một số nhóm trên thế giới đã ứng dụng thành công trong tương phản

MRI thì từ độ này cao gấp 2 lần so với nhóm L. Zhang [70] và tương đương với nhóm

của Xianzhu Xu và các cộng sự [117]. Các mẫu khi pha thêm Tb3+ giá trị từ độ bị

giảm đi, tuy nhiên với mẫu vật liệu có giá trị từ độ thấp nhất là GdPO4:9%Tb3+ từ độ

đạt 0,8emu/g tương đương giá trị từ độ của nhóm tác giả L. Zhang [70]. Vì vậy, mẫu

vật liệu GdPO4:Tb3+ hoàn toàn có thể ứng dụng vào tăng độ tương phản cộng hưởng

từ MRI.

Thực nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ với mẫu chất lỏng chứa GdPO4:Tb3+ với

các tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9% biểu diễn ở hình 3.10 được thực hiện trong

từ trường xoay chiều có tần số 390 kHz và cường độ 300 Oe. Các mẫu đo được phân

tán trong dung môi nước và được đặt cách nhiệt với môi trường ngoài bằng một vỏ

bình thuỷ tinh được hút chân không 10-3 ÷ 10-4 Torr. Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế

quang (GaAs sensor, Opsens) với độ chính xác 0,3 oC trong dải 0-250 oC.

Hình 3. 11. Đường cong đốt nhiệt cảm ứng từ vật liệu GdPO4:Tb3+

với các tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] là 0, 1, 3, 5, 7, 9%

Các kết quả thu được cho thấy các mẫu đạt nhiệt độ trong khoảng 42 – 49 oC,

các nghiên cứu sinh lý học tế bào ung thư đã xác nhận về khả năng chịu nhiệt kém

của tế bào ung thư. Khoảng nhiệt độ thích hợp 42- 49 oC để tiêu diệt tế bào ung thư

mà không bị ảnh hưởng tới tế bào lành. Vì vậy trong các nghiên cứu chế tạo vật liệu

nano cho đốt nhiệt từ cần tìm điều kiện để đạt yêu cầu trên, nhiệt độ cảm ứng của

mẫu GdPO4 đạt 44 oC, GdPO4:1%-5% Tb3+ đạt lần lượt là 46, 49, 47oC, mẫu

GdPO4:7%Tb3+ đạt 40oC và GdPO4:9%Tb3+ đạt 41 oC. Khi tăng nồng độ pha tạp Tb3+

tính chất quang tăng nên, tuy nhiên tính chất từ của vật liệu bị giảm xuống. Mặc dù

vậy để có thể ứng dụng vừa tính chất quang, vừa tính chất từ sẽ lựa chọn tỷ lệ pha tạp

Tb3+ mức trung bình để không bị ảnh hưởng đến cả tính chất quang và từ. Từ các kết

quả này có thể khẳng định các hệ vật liệu này có từ tính và có khả năng sử dụng trong

từ nhiệt trị liệu.

Để quan sát rõ hơn, thông số về cường độ từ trường, nhiệt độ bão hòa tại 1500

giây, tốc độ tăng nhiệt ban đầu, công suất hấp thụ riêng và nồng độ vật liệu của thí

nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ các mẫu GdPO4:Tb3+ với các tỷ lệ 0, 1, 3, 5, 7, 9% được

trình bày dưới dạng bảng (bảng 3.1).

Bảng 3.1. Thông số thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ được sử dụng cho mẫu

GdPO4:Tb3+

Ký hiệu mẫu Cường độ Nhiệt độ Tốc độ tăng Công suất Nồng độ

từ trường bão hòa nhiệt ban đầu hấp thụ C (mg/ml)

(H, Oe)- tại 1500s nhiệt riêng dT/dt (oC/s)

Tần số (f , Ts(oC) SAR

kHz) (W/g)

GdPO4 44 10.9 0.013

GdPO4:1%Tb3+ 46 18.4 0.022

GdPO4:3%Tb3+ 49 14.5 0.0174 300Oe 5 390KHz GdPO4:5%Tb3+ 47 11.6 0.0139

GdPO4:7%Tb3+ 40 10.9 0.013

GdPO4:9%Tb3+ 41 6.7 0.0081

3.2. Ứng dụng phức hợp nano của GdPO4:Tb3+ phát hiện kháng nguyên nọc rắn

hổ mang Naja atra

Để ứng dụng phức hợp nano phát quang GdPO4:Tb3+@silica-NH2 phát hiện

kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra trước tiên gắn kết vật liệu nano đã bọc và

chức năng hóa với kháng thể IgG thông qua cầu nối GDA, sau đó tiếp tục gắn với

kháng nguyên nọc rắn theo một quy trình nhất định, quan sát sản phẩm cuối cùng

bằng kính hiển vi huỳnh quang Carl Zeiss Primo Star.

Nọc rắn được sản xuất tại Học viện Quân Y đạt tiêu chuẩn cơ sở, được sử dụng

làm kháng nguyên phát hiện của luận án.

Trang thiết bị sử dụng trong thử nghiệm này bao gồm: máy ly tâm MPW-260,

máy voltex, máy ELISA shaker, kính hiển vi huỳnh quang, pipet 50, 100, 200 và

1000µl, ống ly tâm.

Để đánh giá hiệu quả của việc gắn phức hợp nano huỳnh quang với kháng

nguyên nọc rắn. Thí nghiệm phát hiện kháng nguyên nọc rắn của phức hợp nano

GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG được chỉ ra trong hình 3.12.

Hình 3. 12. Sơ đồ quá trình phát hiện kháng nguyên nọc rắn bằng phức hợp nano

huỳnh quang Gd2O3:Tb3+@silica-NH2-IgG

1. Gắn kháng nguyên nọc rắn lên giếng 6 đĩa.

Đồng thời gắn phức hợp nano lên đĩa.

2. Ủ phức hợp nano đã gắn kháng thể kháng nọc rắn với kháng nguyên nọc

rắn .

3. Sau khi rửa chỉ còn lại phức hợp nano có gắn kháng thể gắn với kháng

nguyên nọc rắn.

4. Với nguồn kích thích tại bước sóng 405 nm, phức hợp nano phát quang màu

xanh.

3.2.1. Đánh giá kết quả gắn vật liệu nano-kháng thể kháng nọc rắn bằng quang phổ

hồng ngoại

Để đánh giá kết quả ứng dụng phức hợp GdPO4:Tb3+@silica-NH2 đã gắn kết

được với kháng thể kháng nọc rắn (IgG), phép đo phổ hồng ngoại được thực hiện trên

2 mẫu: kháng thể IgG và phức hợp nano GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG, kết quả được

thể hiện trong hình 3.13.

Trong đường (a) của hình 3.13 quan sát thấy một đỉnh mạnh và rộng dao động

ở bước sóng 3459 cm−1 tương ứng với liên kết O-H. Đỉnh 2078 cm−1 thuộc về dao

động của liên kết N-H. Từ bước sóng 1639 cm−1 đến 1442 cm−1 là đỉnh dao động của

liên kết C=O (amide), và liên kết N-H trong nhóm amine bậc nhất của nhóm carbonyl

(C-N). Đường (b) trong hình 3.13 cho thấy đỉnh ở 1389cm-1 chỉ ra sự hình thành liên

kết C – N thông qua phản ứng của nhóm aldehyd (O = C – H) của liên kết GDA với

NH2 của IgG [49]. Do đó, có thể khẳng định sự kết hợp giữa các thanh nano phát

quang với các kháng thể kháng nọc độc rắn Naja atra đã được hình thành.

Hình 3. 13. Phổ hồng ngoại của mẫu kháng thể IgG trước (a) và

sau khi gắn với vật liệu phát quang (b)

3.2.2. Đánh giá khả năng của phức hợp GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG trong phát

hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra.

Phức hợp GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn

hổ mang Naja atra được quan sát qua kính hiển vi huỳnh quang (hình 3.14).

(a) (b) (c)

Hình 3. 14. Hình ảnh của kháng nguyên nọc rắn Naja atra dưới ánh sáng nhìn

thấy (a); Kháng nguyên Naja atra kết hợp với vật liệu nano quan sát với ánh sáng

nhìn thấy (b); Kháng nguyên Naja atra kết hợp với vật liệu nano quan sát dưới

kính hiển vi huỳnh quang bước sóng 405 nm, độ phóng đại 40x, thị kính 10x (c)

Dựa vào kết quả hình 3.14a, 3.14b cho thấy khi các giếng chỉ có kháng nguyên

nọc rắn và kháng nguyên nọc rắn kết hợp với vật liệu nano chiếu dưới ánh sáng nhìn

thấy thì không phát quang màu xanh. Trong khi đó giếng được ủ vật liệu phát quang

nano gắn với kháng nguyên nọc rắn (3.14c) khi chiếu ánh sáng bước sóng 405 nm thì

phát quang màu xanh, điều này chứng tỏ đã có sự gắn kết giữa vật liệu phát quang

gắn IgG và kháng nguyên, sau quá trình rửa phức hợp nano vẫn giữ được liên kết bền

vững với kháng nguyên thông qua phản ứng miễn dịch của kháng nguyên và kháng

thể. Trên cơ sở những kết quả này, có thể kết luận rằng phức hợp nano có khả năng

phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra, quá trình thử nghiệm này có

thể rút ngắn thời gian cần thiết để chẩn đoán sớm và cải thiện hiệu quả điều trị do đó

có thể hỗ trợ điều trị sớm vết cắn của rắn.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

- Đã tổng hợp thành công vật liệu GdPO4 và GdPO4:Tb3+ dạng thanh với kích

thước chiều dài 300-500 nm, chiều rộng 10-30 nm bằng phương pháp thủy

nhiệt, đơn pha với cấu trúc tetragonal.

- Vật liệu chế tạo có tính chất thuận từ với từ độ giá trị cao nhất 1,7 emu/g, kết quả đốt nhiệt từ các mẫu đạt nhiệt độ trong khoảng 44 – 49 oC, có khả năng sử

dụng trong nhiệt trị liệu.

Đã thử nghiệm thành công phức hợp nano vào việc nhận dạng kháng nguyên -

nọc độc rắn hổ mang, quy trình phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang

Naja atra góp phần vào việc chẩn đoán sớm và nâng cao hiệu quả điều trị.

CHƯƠNG IV: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO Gd2O3:Eu3+

VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA Gd2O3:Eu3+ PHÁT HIỆN

KHÁNG NGUYÊN CEA CỦA TẾ BÀO UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG

Trong chương này chúng tôi trình bày kết quả hình thái của vật liệu bằng

phương pháp chụp FESEM. Phân tích cấu trúc của vật liệu với phép đo XRD. Sự suy

giảm khối lượng khi thay đổi nhiệt độ bằng phép đo TGA. Các kết quả phổ huỳnh

quang và cơ chế phát quang của vật liệu nano chế tạo được bằng phương pháp huỳnh

quang. Kết quả phân tích thành phần hóa học trong vật liệu bằng phương pháp đo phổ

EDX, các liên kết trong các nhóm chức bằng phưng pháp đo hồng ngoại. Từ các kết

quả đo chọn được thành phần tối ưu của vật liệu nano Gd2O3:Eu3+ ứng dụng phát hiện

kháng nguyên CEA của ung thư đại trực tràng.

4.1. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu

4.1.1. Kết quả đo FESEM

- Ảnh FESEM của vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ theo tỷ lệ [Urê]/[Gd3++Eu3+]

là 20, 25, 30, 35, 40.

Các mẫu vật liệu sau khi chế tạo, ly tâm và sấy ở 70 oC thu được sản phẩm là

Gd(OH)CO3.H2O và Gd(OH)CO3.H2O: Eu3+. Hình thái học của vật liệu được khảo

sát theo tỷ lệ mol của [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] lần lượt là 20, 25, 30, 35, 40 được quan sát

qua kính hiển vi điện tử quét, các kết quả đo được biểu diễn trên hình 4.1.

Dựa vào hình ảnh FESEM thu được ở hình 4.1 có thể thấy rằng sản phẩm thu

được là các quả cầu nano, khi tăng dần tỷ lệ mol [Urê]/ [Gd3+ + Eu3+] đường kính quả

cầu tăng lên. Với tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] lần lượt là 20, 25, 30, 35, 40 đường kính

quả cầu trung bình tương ứng là 140, 190, 210, 240 và 270 nm. Sản phẩm quả cầu

nano thu được đồng đều nhất ở tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] là 25, vì vậy tỷ lệ này được

lựa chọn để tổng hợp Gd2O3 pha tạp Eu3+ với các tỷ lệ nồng độ [Eu3+]/[Gd3+] là 0;

3,5; 5; 6; 7; 7,5 và 8 %.

Hình 4. 1. FESEM của vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+

với tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] là 20 (a), 25 (b), 30 (c), 35 (d), 40 (e)

Sự phụ thuộc đường kính của quả cầu nano theo tỷ lệ [Urê]/ [Gd3+ + Eu3+]

được biểu diễn trong hình 4.1, các kết quả cho thấy đường kính quả cầu tăng tuyến

tính với tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+].

Hình 4. 2. Sự phụ thuộc đường kính của quả cầu nano theo tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+]

- Ảnh FESEM của vật liệu Gd(OH)CO3.H2O: Eu3+ khi sấy ở 70 oC

Sau khi chọn được tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] là 25, tiến hành tổng hợp vật liệu

Gd(OH)CO3.H2O: Eu3+ với tỷ lệ Eu3+ pha tạp là 0; 3,5; 5; 6; 7; 7,5; 8 % Ảnh FESEM

của các mẫu vật liệu được thể hiện ở hình 4.3.

Khi không pha tạp Eu3+ sản phẩm thu được là những quả cầu nano khá đồng

đều với đường kính khoảng 157-173 nm (hình 4.3 a). Khi pha tạp Eu3+ với các tỷ lệ

mol khác nhau của [Eu3+]/[Gd3+] là 3,5; 5; 6; 7; 7,5; 8 % vẫn thu được sản phẩm là

các quả cầu đồng đều. Với nồng độ Eu3+ pha tạp thấp là 3,5 % quả cầu nano thu được

có đường kính 144 - 157 nm (hình 4.3b). Khi nồng độ Eu3+ pha tạp 5 % thu được quả

cầu nano đường kính là 156 - 193 nm (hình 4.3c). Với nồng độ Eu3+ pha tạp 6 % sản

phẩm tạo thành là các quả cầu nano có đường kính 185-195 nm (hình 4.3d). Sản phẩm

thu được khi Eu3+ pha tạp 7 % là các quả cầu nano có đường kính 150 – 190 nm (hình

4.3 e). Khi pha tạp 7,5 % vật liệu thu được quả cầu có đường kính 110-157 nm (hình

4.3 f) và với tỷ lệ nồng độ Eu3+ pha tạp cao lên đến 8% vẫn thu được quả cầu với

đường kính 175-221 nm (hình 4.3g).

Khi phân tích sơ bộ các kết quả đo FESEM có thể nhận thấy với nồng độ Eu3+

pha tạp là 6 % thu được các quả cầu nano đồng đều nhất, tỷ lệ nồng độ này sẽ được

lựa chọn cho các thí nghiệm bọc vỏ silica tiếp theo.

Hình 4. 3. FESEM của vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ khi sấy ở nhiệt độ 70 oC

tỷ lệ [Urê]/[Gd3++Eu3+] là 0 (a); 3,5(b); 5(c); 6(d); 7(e); 7.5(f); 8 %(g)

4.1.2. Kết quả đo TGA

Để xác định sự thay đổi cấu trúc của vật liệu cũng như sự mất mát khối lượng

theo nhiệt độ của vật liệu nano tổng hợp được Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+, chúng tôi tiến

hành phép đo TGA, các kết quả được thể hiện trong hình 4.4.

Hình 4. 4. Phổ TG và DTG của Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+

Hình 4.4 là kết quả đo TG và DTG của mẫu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ sau khi

tổng hợp và sấy khô. Trên các giản đồ TG và DTG cho thấy khi nung từ nhiệt độ

phòng lên 1000oC, sự thay đổi khối lượng theo nhiệt độ trải qua các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: 25-200 oC giảm 5,79 % khối lượng do bay hơi phân tử nước.

Giai đoạn 2: 200-380 oC giảm 8,13 % khối lượng do phân hủy các nhóm

hydroxy (OH).

Giai đoạn 3: 380-550 oC giảm 15,21 % khối lượng do các nhóm cacbonat bị

phân hủy.

Giai đoạn 4: 550-1000 oC giảm 28,49 % khối lượng do các nhóm cacbonat bị

phân hủy.

Cả 4 giai đoạn đều có những điểm thu nhiệt mạnh của vật liệu tại các nhiệt độ

170, 319, 427 và 609 oC. Đây có thể xem là các điểm chuyển pha của vật liệu và trên

cơ sở kết quả đo TGA sẽ lựa chọn được nhiệt độ xử lý mẫu phù hợp nhằm thu được

vật liệu có cấu trúc pha bền vững. Chính vì vậy lựa chọn nhiệt độ xử lý mẫu là 650

oC, ở nhiệt độ này sản phẩm vật liệu thu được sẽ là Gd2O3:Eu3+. Các kết quả đo

FESEM sau khi xử lý mẫu ở 650 oC được chỉ ra trong hình 4.5.

Hình 4.5. FESEM của vật liệu Gd2O3:Eu3+ khi ủ ở nhiệt độ 650 oC với tỷ lệ mol của

[Eu3+]/[Gd3+] là 0 (a); 3,5(b); 5(c); 6(d); 7(e); 7.5(f); 8 %(g)

Hình 4.5 là kết quả đo FESEM của vật liệu sau khi xử lý các mẫu ở nhiệt độ

650 oC. Các kết quả cho thấy quả cầu Gd2O3 (a) sau khi ủ ở 650 oC có đường kính

khoảng 104-130 nm, đối với mẫu Gd2O3:3,5%Eu3+ (b) đường kính quả cầu nằm trong

khoảng 105-143 nm, Gd2O3:5%Eu3+ đường kính quả cầu trong khoảng 117-130 nm,

Gd2O3:6%Eu3+ đường kính quả cầu trong khoảng 145 -155 nm, Gd2O3:7%Eu3+ đường

kính quả cầu trong khoảng 136-150 nm, Gd2O3:7,5%Eu3+ đường kính quả cầu trong

khoảng 99-130 nm và với Gd2O3:8%Eu3+ đường kính quả cầu trong khoảng 176-200

nm.

Ta nhận thấy sau khi ủ ở 650 oC, hình dạng quả cầu không thay đổi nhiều, tuy

nhiên đường kính quả cầu nhỏ đi đáng kể giảm khoảng 10-40 nm, bề mặt quả cầu xốp

hơn do có sự bay hơi của các dung môi hữu cơ. Tuy nhiên quả cầu vẫn giữ được tính

toàn khối, không bị nứt, vỡ và ít bị méo. Với tỷ lệ Gd2O3:6%Eu3+ cho các quả cầu

đồng đều nhất nên chúng tôi chọn tỷ lệ này cho các nghiên cứu tiếp theo.

4.1.3. Kết quả đo TEM của vật liệu Gd2O3: 6%Eu3+

Để khảo sát cấu trúc vi mô của vật liệu Gd2O3: 6%Eu3+ trước và sau khi bọc

silica chúng tôi tiến hành phép đo hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Hình 4. 6. Kết quả đo TEM của Gd2O3:6%Eu3+ (a) và Gd2O3:6%Eu3+@silica (b)

Hình 4.6 cho thấy kết quả đo TEM của vật liệu Gd2O3: 6%Eu3+ trước và sau

khi bọc vỏ silica. Kết quả cho thấy quả cầu được tổng hợp đồng đều, có đường kính

khoảng 145-155 nm, kết quả này là tương đồng với kết quả đo FESEM (hình 4.6a).

Đường kính quả cầu tăng lên đáng kể sau khi bọc silica khoảng 155-165 nm, qua hình

ảnh TEM thu được có thể quan sát rõ lớp bọc silica bên ngoài quả cầu (hình 4.6b).

Sử dụng phần mềm ImageJ là phần mềm chuyên dụng trong hiển thị, phân

tích, tính toán số liệu từ định dạng ảnh, chúng tôi đã tính toán đường kính hạt trung

bình của từng mẫu Gd2O3:6%Eu3+(a), Gd2O3:6%Eu3+@Silica(b),

Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ (c) thông qua ảnh FESEM được biểu diễn ở hình 4.7.

Hình 4. 7. Đường kính trung bình của Gd2O3:6%Eu3+ (a), Gd2O3:6%Eu3+@Silica (b)

và Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ (c).

Hình 4.7 thể hiện thống kê đường kính trung bình của quả cầu Gd2O3:6%Eu3+

(a), Gd2O3:6%Eu3+@silica (b) và Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ (c), ta nhận thấy đường

kính của quả cầu Gd2O3:6%Eu3+ khoảng 145-155 nm chiếm 99,15 % đường kính

trung bình là 150 nm, độ lệch chuẩn đường kính (SD) là ±4,85 %. Đường kính của

quả cầu Gd2O3:6%Eu3+@Silica là 155-165 nm chiếm 96,5 %, đường kính trung bình

160 nm, SD là ±3,5 %. Đường kính quả cầu Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ khoảng 185-

195 nm chiếm 96,8 %, đường kính trung bình 190 nm, SD là ± 3,2 %.

Trong bảng 4.1 thể hiện chi tiết số liệu về đường kính trung bình và độ lệch

chuẩn của mẫu vật liệu chúng tôi đã tổng hợp so với nhóm tác giả W. Song. Kết quả

cho thấy độ lệch chuẩn đường kính cao nhất của mẫu Gd2O3:6%Eu3+là ± 4,85 % thấp

hơn rất nhiều so với nhóm của tác giả W. Song là ± 10,6 % [23].

Bảng 4.1. Đường kính trung bình của Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+,

Gd(OH)CO3.H2O:5%Eu3+ theo tài liệu tham khảo [23], Gd2O3:6%Eu3+ và

Gd2O3:6%Eu3+@silica.

TT Mẫu Đường kính Độ lệch chuẩn

trung bình nm (SD) (%)

1 Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ 190 ±3,2

2 Gd(OH)CO3.H2O:5%Eu3+ 150 ±10,6 [23]

3 Gd2O3:6%Eu3+ 150 ±4,85

4 Gd2O3:6%Eu3+@silica 160 ±3,5

4.1.4. Kết quả đo nhiễu xạ tia X

Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ pha tạp Eu3+ vào nền Gd2O3 cũng như nhiệt độ phản

ứng đã thu được sản phẩm hạt nano đồng nhất, phân tán tốt trong môi trường nước.

Tiến hành phân tích cấu trúc của sản phẩm quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ bằng nhiễu xạ

tia X trên hệ đo đo Equinox 5000.

Trước tiên chúng tôi tiến hành phân tích tích cấu trúc của sản phẩm quả cầu

nano Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ được ủ ở nhiệt độ 200 và 650 oC (hình 4.8), sau đó

đo phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bọc silica ủ ở các nhiệt độ khác nhau (hình 4.9).

Hình 4. 8. Giản đồ nhiễu xạ XRD của Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ tại 200 oC và 650

Hình 4.8 là giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ được ủ

tại 200 oC và 650 oC, có thể thấy rằng gadolinium hydroxycarbonate gần như vô định

hình khi ủ ở 200 oC và chuyển sang pha tinh thể khi ủ mẫu ở 650 oC. Tất cả các đỉnh

có thể quan sát được ở 2θ: 28,70 o; 33,10 o; 47,60 o ; 56,40 o; và 59.10 độ tương ứng

với thẻ chuẩn (JCPDS số 110604), các đỉnh nhiễu xạ đặc biệt với góc 2θ ở 28 độ cho

thấy vật liệu có độ tinh khiết cao, không tìm thấy pha lạ của mẫu Gd2O3:6%Eu3+ khi

ủ ở 650 oC, tinh thể của vật liệu có pha cubic.

Hình 4.9. Giản đồ nhiễu xạ XRD của M1: Gd2O3:6%Eu3+ mẫu ủ ở 650 oC không

bọc silica; M2: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 70 oC sau đó bọc silica và ủ 650 oC;

M3: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 200 oC sau đó bọc silica và ủ 650 oC;

M4: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ ủ 650 oC sau đó bọc silica và sấy 200 oC.

oC; M2: Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 70 oC sau đó bọc silica và ủ 650 oC; M3:

Hình 4.9 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu M1: Gd2O3:6%Eu3+ ủ ở 650

Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 200 oC sau đó bọc silica và ủ 650 oC; M4:

Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ ủ 650 oC sau đó bọc silica và sấy 200 oC. Tất cả các mẫu

đều cho thấy có độ tinh khiết cao với pha cubic. Tuy nhiên, ở đường M2 có xuất hiện

thêm các đỉnh ở vị trí các giá trị góc 2θ: 30,70 và 31,80 độ tương ứng với pha Eu2O3

(thẻ chuẩn JCPDS số 827979) của mẫu Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ sấy 70 oC trước

khi bọc silica. Điều này có thể giải thích rằng khi mới được sấy ở 70 oC,

Gd(OH)CO3:6%Eu3+ vẫn ngậm nước bên trong sau đó bọc silica bên ngoài, việc này

có thể dẫn đến sự kết hợp ít hơn các ion Eu3+ vào mạng tinh thể so với các mẫu M3,

M4 ở hình 4.9. Đối với các mẫu M1, M3 và M4 sau khi bị mất nước hoàn toàn do ủ

ở 200 oC và 650 oC dẫn đến khả năng kết hợp của Gd3+ và Eu3+ theo tỷ lệ hợp thức

tốt hơn do vậy không xuất hiện thêm ion khác. Chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết hơn về

trường hợp này trong phần trình bày có liên quan đến các đặc tính phát quang của

quả cầu Gd2O3:Eu3+@silica được chế tạo bởi quy trình sol-gel này.

4.1.5. Kết quả phân tích EDX

Để phân tích thành phần hóa học của mẫu chúng tôi tiến hành đo phổ EDX

của vật liệu Gd2O3: Eu3+ và Gd2O3:Eu3+@silica của mẫu ủ tại 650 oC.

Hình 4. 10. Phổ EDX của Gd2O3: Eu3+ (a)

và Gd2O3:Eu3+@silica (b) của mẫu ủ tại 650 oC

Hình 4.10a thể hiện kết quả EDX của vật liệu Gd2O3:Eu3+, phổ EDX được thực

hiện ở các vị trí khác nhau và lấy giá trị trung bình (bảng 4.2), qua phân tích ta thấy

mẫu gồm các nguyên tố hóa học là Gd, O, Eu và không có tạp chất khác. Hình 4.10b

thể hiện kết quả EDX của vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica, qua phân tích ta thấy với mẫu

bọc Silica ngoài các nguyên tố Gd, O, Eu mẫu có thêm nguyên tử Si và không có tạp

chất nào khác.

Tỷ lệ phần trăm khối lượng của các nguyên tố trong mẫu Gd2O3:6%Eu3+

vàGd2O3: 6%Eu3+@silica của mẫu ủ tại 650 oC được thể hiện trong bảng 4.2. Nhận

thấy, phần trăm trọng lượng và phần trăm nguyên tử là tương ứng với thành phần

trong các quả cầu nano, theo tỷ lệ giảm dần là Gd, O, Eu và Si. Thành phần nguyên

tố của vật liệu khi được bọc lớp silica được phân bố đồng đều.

Bảng 4.2. Tỷ lệ khối lượng của các nguyên tố trong mẫu Gd2O3:6%Eu3+ và

Nguyên tố

Gd (L) %

Eu (L) %

O (K) %

Si (K) %

Mẫu

Weight Atomic Weight Atomic Weight Atomic Weight Atomic

1 Gd2O3:6%

79.72

37.26

7.40

3.58

12.88

59.17

Eu3+

80.62

34.52

4.28

1.90

15.11

63.58

74.82

27.07

5.22

1.95

19.96

70.98

Gd2O3:6%Eu3+@silica của mẫu ủ tại 650 oC

78.39

32.95

5.63

2.48

15.98

64.58

2 Gd2O3:6%

55.64

13.44

5.63

1.41

32.10

76.20

6.63

8.96

Eu3+@silica

61.20

16.41

5.20

1.44

27.97

73.70

5.63

8.45

50.20

10.54

3.75

0.81

38.81

80.13

7.24

8.52

55.68

13.46

4.86

1.22

32.96

76.68

6.50

8.64

4.1.6. Kết quả đo phổ hồng ngoại của vật liệu

Để nghiên cứu các nhóm chức, liên kết hóa học và thành phần hóa học của vật

liệu Gd2O3:6%Eu3+ và Gd2O3:6%Eu3+@silica chúng tôi tiến hành đo phổ hồng ngoại

của vật liệu thực hiện trên máy đo quang phổ hồng ngoại Nexus 670 – Nicole (USA).

Hình 4.11. Phổ hồng ngoại của vật liệu (a) Gd2O3:6%Eu3+;

(b) Gd2O3:6%Eu3+@silica

Hình 4.11 là phổ hồng ngoại của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+ nung ở 650 oC bọc

và không bọc silica. Hình 4.11a cho thấy vùng hấp thụ đặc trưng của Gd2O3 được thể

hiện ở liên kết 415,49; 449.66 và 542.9cm-1 [122]. Dao động 543 cm-1 có thể được

gán cho dao động căng của Gd-O, điều này xác nhận sự hình thành của Gd2O3 [75].

Vùng hấp thụ mạnh 3446 và 1634 cm-1 là liên kết đặc trưng của nhóm hydroxyl (OH)

và nước hydrat hóa trong cấu trúc [23]. Hình 4.11b là phổ hồng ngoại của vật liệu

Gd2O3:6%Eu3+@silica, vùng 1050 – 1250 cm-1 và 650 – 800 cm-1 là dao động đặc

trưng của liên kết OH và Si-O-Si [75]. Kết hợp kết quả phân tích EDX và FTIR có

thể khẳng định đã bọc được lớp silica ở vỏ ngoài của quả cầu nano.

4.1.7. Kết quả đo huỳnh quang

4.1.7.1. Phổ kích thích huỳnh quang

Trước tiên, tiến hành đo phổ kích thích huỳnh quang (PLE) của vật liệu để xác

định bước sóng hấp thụ của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+, phép đo được thực hiện trên hệ

thiết bị Horiba (Mỹ) với dải đo kích thích huỳnh quang từ 250 nm đến 750 nm tại

Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ, Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Hình 4. 12. Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+

Hình 4.12 thể hiện phổ PLE của mẫu Gd2O3:6%Eu3+. Phổ PLE được quan sát

ở bước sóng phát xạ 611 nm. Qua hình 4.12 nhận thấy dải hấp thụ mạnh tại bước

sóng 266 nm là do chuyển dời điện tử truyền điện tích (CTB) giữa Eu3+- O2- [123]

đỉnh hấp thụ yếu 272, 275 nm tương ứng với dịch chuyển 8S – 6I, đỉnh hấp thụ 305

và 310 nm tương ứng với dịch chuyển 8S – 6P là các đỉnh hấp thụ đặc trưng của Gd3+

[124]. Các dải kích thích tại các bước sóng 394, 467 và 534 nm có nguồn gốc từ các

tâm Eu3+ tương ứng với các chuyển dời điện tử f-f giữa các mức năng lượng thuộc

7F0 – 5L6 [75]. Trên cơ sở kết quả đo phổ PLE của vật liệu, tiến hành đo phổ PL của

cấu hình 4f6 của Eu3+ [124]. Đỉnh hấp thụ tại bước sóng 394 nm ứng với chuyển dời

vật liệu Gd2O3:Eu3+ với bước sóng kích thích tương ứng với đỉnh hấp thụ đặc trưng

của Gd3+ và Eu3+ là 270 nm và 394 nm.

4.7.1.2 Phổ huỳnh quang của vật liệu Gd2O3:Xmol%Eu3+

Để khảo sát cường độ phát quang và xác định các chuyển dời bức xạ giữa các

mức năng lượng của điện tử trong vật liệu, tiến hành đo phổ huỳnh quang của các

mẫu Gd2O3:Eu3+ với tỷ lệ mol [Eu3+]/[Gd3+] là 3,5; 5; 6; 7; 7,5; 8 % tại bước sóng

kích thích là 394 nm và 270 nm.

Hình 4.13 thể hiện phổ phát quang của vật liệu Gd2O3:X%molEu (X=3,5; 5;

6; 7; 7,5; 8 %) kích thích ở bước sóng 394 nm (a) và 270 nm (b).

(a)

(b)

Hình 4. 13. Phổ PL của vật liệu Gd2O3:X%molEu (X=3,5; 5; 6; 7; 8 %)

kích thích bước sóng 394 nm (a) và 270 nm (b)

Đỉnh phát xạ mạnh ở bước sóng 611 nm tương ứng với chuyển dời lưỡng cực

điện của ion Eu3+ từ 5D0 →7F2. Các đỉnh khác ở 590, 625, 650 và 705 nm có cường

7F3; 5D0 → 7F4. Đỉnh gần 590 nm chủ yếu là sự chuyển dời lưỡng cực từ và không

độ thấp hơn và chúng tương ứng với các chuyển dời 5D0 → 7F1; 5D0 → 7F2; 5D0 →

phụ thuộc vào tính đối xứng của vị trí các ion europium. Tỷ lệ giữa quá trình chuyển

đổi lưỡng cực điện (611 nm) và quá trình chuyển dời lưỡng cực từ (590 nm) phụ

thuộc tính đối xứng vị trí củaion europium trong mạng nền.

Trong Gd2O3: X% Eu (X = 3,5; 5; 6; 7; 7,5; và 8%) quá trình chuyển dời lưỡng

cực điện cao hơn nhiều so với chuyển đổi lưỡng cực từ. Tỷ lệ cường độ của quá trình

chuyển đổi 5D0 → 7F2 và 5D0 → 7F1 là hơn 15/1. Hơn nữa, các đỉnh chuyển dời năng

7F4 (705 nm) cũng ở mức thấp. Khi tỷ lệ pha tạp Eu3+ tăng lên thì cường độ huỳnh

lượng khác của Eu3+ tương ứng với 5D0 → 7F2 (625 nm); 5D0 → 7F3 (650 nm); 5D0 →

quang cũng tăng lên và đến khi tỷ lệ mol [Eu3+]/[Gd3+] là 8 % cường độ huỳnh quang

bắt đầu giảm xuống do hiệu ứng dập tắt nồng độ. Với tỷ lệ mol [Eu3+]/[Gd3+] là 6 %

cho cường độ huỳnh quang mạnh nhất.

4.1.7.3 Phổ huỳnh quang của vật liệu khi bọc silica

Để phân tích khả năng phát quang của vật liệu có bị ảnh hưởng khi bọc hay

không chúng tôi tiến hành đo phổ huỳnh quang của vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica, với

bước sóng kích thích là 394 nm thể hiện ở hình 4.14.

Hình 4. 14. Phổ phát quang của vật liệu khi ủ 650oC với các lớp silica khác nhau

Hình 4.14 là phổ phát quang của Gd2O3:6%Eu3+ bọc lớp vỏ silica ở độ dày khác nhau.

Đầu tiên, mẫu Gd2O3:6%Eu3+ được ủ ở 650oC sau đó bọc silica và sấy khô ở 70 oC.

Khi bọc silica tại dải phát xạ từ 611 đến 621 nm thuộc chuyển dịch từ 5D0 xuống 7F2

xảy ra khi tương tác giữa điện tử ở lớp f tương tác với trường tinh thể của mạng nền

gây tách mức năng lượng rõ rệt. Lớp vỏ bọc silica thứ nhất tiếp xúc trực tiếp với bề

mặt vật liệu nano có trường tinh thể đối xứng thấp sẽ tách vạch phát quang 5D0 – 7F2

về phía năng lượng thấp hơn (phía hồng ngoại). Tiếp đến các lớp 2, hay 3 tác động

sẽ giảm mạnh ở vạch năng lượng cao hơn (vạch 611nm). Tuy nhiên năng lượng trung

bình bị lêch về phía vạch có năng lượng cao hơn, nên vạch 621nm (có năng lượng

thấp hơn) sẽ tăng cường độ với vỏ bọc lớp 2, lớp 3, do tăng độ dầy lớp bọc. Quá trình

này sẽ bị chững lại khi vỏ bọc đạt giá trị tối ưu, tại đấy vỏ bọc bắt đầu xuất hiện các

bẫy dập tắt huỳnh quang.

100

Để nghiên cứu sâu hơn ảnh hưởng của điều kiện chế tạo đến cấu trúc của

Gd2O3:6%Eu3+@silica đối với phổ phát xạ, tiến hành đo phổ phát quang của các mẫu

Gd2O3: 6%Eu3+ được ủ ở 200 oC sau đó bọc vỏ silica 1 lớp, 2 lớp, 3 lớp trước khi ủ ở

650 ºC ký hiệu lần lượt là GdEu6(200)@Si1(650), GdEu6(200)@Si2(650),

GdEu6(200)@Si3(650) và các mẫu Gd2O3: 6% Eu3 + được ủ 650 oC trước khi bọc vỏ

silica ở độ dày khác nhau sau đó sấy 200 oC ký hiệu lần lượt là

GdEu6(650)@Si1(200), GdEu6(650)@Si2(200), GdEu6(650)@Si3(200) được thể

hiện ở hình 4.15.

Hình 4. 15. Phổ huỳnh quang vật liệu khi bọc Silica các nhiệt độ khác nhau

Hình 4.15 cho thấy đỉnh ở 621 nm trong cả hai trường hợp gần như biến mất

và chỉ còn là một vai, lúc này trường tinh thể đối xứng cao không xảy ra tách vạch tại

chuyển dời 5D0-7F2. Phổ phát xạ của Gd2O3:6%Eu3+@silica tương tự như các mẫu

của Gd2O3:6% Eu3+ khi không bọc silica. Có thể nhận thấy nếu các vật liệu lõi

Gd(OH)CO3.H2O:6% Eu3 + chỉ được sấy khô ở nhiệt độ thấp 70 oC thì sự xuất hiện

của cực đại ở 621 nm là mạnh. Có thể do lớp vỏ silica bị ảnh hưởng trong quá trình

chuyển đổi từ gadolinium hydroxycarbonate sang gadolinium oxide. Như được chỉ ra

ở trong hình 4.8, giản đồ nhiễu xạ tia X của Gd(OH)CO3.H2O:6% Eu3 + được sấy khô

ở 70 oC, được bọc vỏ silica và ủ ở 650 oC (đường cong M2) xuất hiện các đỉnh cực

đại, không thuộc về pha tinh thể lập phương của pha Gd2O3:Eu3+ nhưng nó thuộc pha

101

tinh thể của Eu2O3. Nó có thể cải thiện cấu trúc tinh thể gây ra sự đối xứng thấp hơn

trong mạng tinh thể của Gd2O3 tại vị trí của các ion Eu3+ [125]. Do đó, dạng tinh thể

mới xuất hiện có thể là lý do cho sự xuất hiện của cực đại phát quang ở 621 nm. Điều

này xác nhận cường độ cực đại tăng lên ở 621 nm khi lớp vỏ silica dày hơn (hình

4.14). Đồng thời, Eu3+ pha tạp chiếm vị trí của Gd3+ do bán kính ion của chúng tương

đồng. Ngoài ra khi bọc vỏ silica có sự xâm nhập một phần của các phân tử

SiO2-X(OH)X vào các quả cầu nano Gd(OH)CO3.H2O, mặc dù nhiệt độ xử lý rất thấp

(70 oC). Nên khi nung ở nhiệt độ cao có thể xảy ra phản ứng giữa vật liệu silica và

lõi, nhiều khả năng làm suy giảm huỳnh quang

Nói tóm lại, quá trình bọc vỏ silica của vật liệu nano bằng kỹ thuật sol-gel

với mục đích sửa khuyết tật và nâng cao chất lượng bề mặt của chúng như: phân tán

tốt hơn, cường độ phát xạ mạnh hơn và tương thích tốt với môi trường. Kết quả bọc

vỏ silica phụ thuộc vào kỹ thuật thiết kế và chế tạo. Do đó, bọc vỏ silica có thể là

nguyên nhân làm giảm cường độ phát quang của Gd2O3:Eu3+@silica cũng như tăng

cường độ phát quang [125]. Tuy nhiên, lớp bọc silica bằng quá trình sol-gel có thể là

một kỹ thuật quan trọng để đưa vật liệu nano vào ứng dụng trong quang tử, sinh học,

y học và cả dược học.

4.2. Ứng dụng phức hợp nano của Gd2O3:Eu3+phát hiện kháng nguyên CEA của

tế bào ung thư đại trực tràng.

Để ứng dụng phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG phát hiện kháng

nguyên ung thư đại trực tràng CEA trên in vitro chúng tôi thực hiện bằng hai phương

thức. Trước hết đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết của phức

hợp nano, sau đó chúng tôi sẽ đánh giá khả năng phát hiện của phức hợp nano trên tế

bào ung thư đại trực tràng HT-29 có chứa kháng nguyên CEA.

4.2.1. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết bằng phức hợp

nano.

Để đánh giá hiệu quả của việc gắn phức hợp nano huỳnh quang với kháng

nguyên CEA. Chúng tôi tiến hành bố trí thí nghiệm phát hiện kháng nguyên CEA

tinh khiết của phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG chỉ ra trong hình 4.16.

Hóa chất sử dụng trong thử nghiệm này bao gồm: kháng nguyên CEA (Sigma

– Aldrich), dòng tế bào HT-29 sử dụng trong nghiên cứu này được cung cấp bởi

102

trữ trong nitơ lỏng, tại phòng thí nghiệm sinh học phân tử bộ môn Sinh lý bệnh,

Trung tâm Sinh học phân tử, Học viện Quân Y.

trung tâm giống nuôi cấy Hoa Kỳ, ATCC (American type cell culture) được lưu

Trang thiết bị sử dụng trong thử nghiệm này bao gồm: máy ly tâm MPW-260,

thiết bị Voltex mixer L46, máy ELISA shaker, kính hiển vi huỳnh quang, pipet 50,

100, 200 và 1000µl, ống ly tâm. Các thiết bị đều có xuất xứ từ Đức.

Hình 4.16. Sơ đồ quá trình phát hiện CEA bằng phức hợp nano huỳnh quang

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

1. Gắn CEA lên giếng 6 đĩa

2. Gắn phức hợp nano quang với kháng thể kháng CEA

3. Ủ phức hợp nano quang đã gắn kháng thể với CEA

4. Sau khi rửa chỉ còn lại phức hợp nano quang có gắn kháng thể gắn với CEA

5. Với nguồn ánh sáng kích thích phức hợp nano phát quang màu đỏ

Cụ thể các bước tiến hành thí nghiệm phát phiện kháng nguyên CEA như sau:

Bước 1: Gắn kháng nguyên CEA lên 5 đĩa và giữ ở 4 oC trong vòng 12h.

Bước 2: Rửa 3-5 lần tất cả các giếng xét nghiệm bằng 100 µl PBS

Bước 3: Cho vào mỗi giếng đã gắn kháng nguyên 100µl dung dịch phức hợp nano

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG với nồng độ lần lượt là 3, 5 và 10mg/ml ở đĩa 3, 4 và 5.

Với đĩa đối chứng 2 sử dụng nồng độ phức hợp nano là 10mg/ml, không sử dụng phức

oC.

hợp nano cho đĩa đối chứng 1. Lắc đều tất cả các đĩa trên và ủ qua đêm ở nhiệt độ 4

Bước 4: Loại bỏ các chất còn dư bằng cách rửa 3-5 lần với 100 µl PBS.

Bước 5: Làm khô ở 37 oC ở 15 phút, tiến hành soi dưới kính hiển vi huỳnh quang

Tổng hợp kết quả phát hiện kháng nguyên CEA với phức hợp nano được trình

bày trong bảng 4.3.

103

Bảng 4. 3. Kết quả phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết bằng phức hợp nano

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

ĐĨA Đĩa 3 Đĩa 4 Đĩa 5 ĐĨA

ĐC1 ĐC2

CEA 10ng/ml x x x x

Dung dịch đệm pH bicarbonat 9,5 x x x x x

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG 3 mg/ml x

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG 5 mg/ml x

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG 10 mg/ml x x

Không Không Ánh Ánh Ánh KẾT QUẢ (quan sát bằng kính hiển

phát phát sáng sáng sáng vi huỳnh quang).

ánh ánh đỏ đỏ đỏ

sáng đỏ sáng đỏ đậm

Hình ảnh để phát hiện kháng nguyên CEA bằng phức hợp nano

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG được quan sát qua kính hiển vi huỳnh quang với độ

phóng đại 40x, thị kính 10x. Hình 4.17 là hình ảnh của phức hợp nano

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG gắn kháng nguyên CEA quan sát qua kính hiển vi huỳnh

quang, các thấy kết quả cho thấy: ở mẫu đối chứng 1 (hình 4.17a) chỉ cho hình ảnh

của CEA tinh khiết không phát sáng màu đỏ. Đĩa đối chứng 2 không ghi nhận được

hình ảnh do mẫu phức hợp nano bị mất đi trong quá trình rửa. Đối với các đĩa 3, 4 và

5 khi nồng độ phức hợp nano tăng dần từ 3 – 10 mg/ml (hình 4.17b, c, d) có thể dễ

dàng quan sát các điểm phát quang màu đỏ tăng dần, hình ảnh quan sát rõ nhất ở nồng

độ phức hợp nano 10 mg/ml. Điều này cho thấy đã xảy ra phản ứng miễn dịch huỳnh

quang giữa phức hợp nano và kháng nguyên CEA.

104

(a) CEA 10 ng/ml (b) CEA 10 ng/ml và

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

3 mg/ml

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

5 mg/ml 10 mg/ml

Hình 4. 17. Ảnh hiển vi huỳnh quang của các mẫu trong dung dịch đệm (bước sóng

kích thích 405 nm độ phóng đại 40x, thị kính 10x).

Như vậy, có thể ứng dụng phức hợp nano này để phát hiện kháng nguyên CEA

tinh khiết. Trên cơ sở đó, chúng tôi tiếp tục tiến hành quá trình gắn kết phức hợp nano

với kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng.

4.2.2. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực

tràng HT-29 bằng phức hợp nano

Sau khi đánh giá kết quả phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết, chúng tôi

thực hiện thí nghiệm trên tế bào ung thư đại trực tràng HT-29 có chứa kháng nguyên

CEA. Các bước nuôi cấy và quy trình thực nghiệm được tiến hành theo quy trình

chuẩn tại phòng thí nghiệm sinh học phân tử thuộc Học viện Quân Y.

105

Trước tiên, hoạt hóa và nhân nuôi dòng tế bào ung thư đại tràng HT-29: Tế

bào ở trạng thái đông lạnh được giã đông ở 37oC sau đó đem ly tâm ở vận tốc

1300vòng/phút trong 5 phút để thu kết tủa của tế bào. Sản phẩm sau đó được phân

tán trong môi trường nuôi cấy vi sinh có bổ sung 10 % FBS và 1 % kháng sinh sao

cho khả năng phân tán của các tế bào là tốt nhất. Huyền phù được chuyển vào đĩa

nuôi cấy đường kính 10cm hoặc chai nuôi cấy 75cm2 và được giữ trong tủ ấm 37oC,

5 % CO2, 95 % không khí. Tế bào được thay môi trường nuôi cấy mỗi lần sau hai

ngày và cấy chuyển khi phủ kín 60 – 70 % bề mặt nuôi cấy cho tới khi đạt được số

lượng cần thiết. Kết quả nhận dạng tế bào ung thư của phức hợp Gd2O3:Eu3+@silica-

NH2-IgG được thí nghiệm trên 6 đĩa khác nhau với các bước như sau:

Bước 1: Tế bào được nuôi cấy ở 6 đĩa

Bước 2: Rửa 3-5 lần tất cả các giếng xét nghiệm bằng 100 µl PBS

Bước 3: Sử dụng lần lượt thể tích là 50, 75, 100 µl dung dịch phức hợp nano

Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG nồng độ 0,1g/ml đưa vào các giếng đã gắn tế bào trên

các đĩa tế bào 3, 4 và 5. Với đĩa đối chứng 1 không cho thêm gì, đĩa đối chứng 2 cho

thêm 100 µl dung dịch vật liệu nano của Gd2O3:Eu3+ không gắn kháng thể đặc hiệu

IgG. Lắc đều tất cả các đĩa trên và ủ ở nhiệt độ 4 oC trong 2 giờ.

Bước 4: Loại bỏ các chất còn dư bằng cách rửa 3-5 lần với 100 µl PBS.

Bước 5: Gạn bỏ hết dung dịch trước khi tiến hành soi dưới kính hiển vi huỳnh quang

Tổng hợp kết quả phát hiện kháng nguyên CEA trên tế bào ung thư với phức

hợp nano được trình bày trong bảng 4.4

Bảng 4. 4. Kết quả phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng

bằng phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG.

ĐC 1 ĐC2 Đĩa 3 Đĩa 4 Đĩa 5

x x x x x Tế bào CEA

0 0 0 0 x Nano Gd2O3:Eu3+

0 0 50µl 75µl 100µl Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

Màu KẾT QUẢ (quan sát bằng Không Không Màu Màu

đỏ kính hiển vi huỳnh quang). màu màu đỏ đỏ

106

Các kết quả phát hiện kháng nguyên CEA trên tế bào ung thư của phức hợp

nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG được quan sát qua kính hiển vi huỳnh quang được

trình bày ở hình 4.18.

Hình 4.18 là hình ảnh của phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG gắn

với kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng.

(a) Mẫu ĐC1 (b) Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

50µl và tế bào CEA

(d) Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG (c) Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG

100µl và tế bào CEA 75µl và tế bào CEA

Hình 4. 18. Ảnh hiển vi huỳnh quang của các mẫu kết hợp với tế bào CEA (bước

sóng kích thích 405 nm, độ phóng đại 40x, thị kính 10x).

Các kết quả thu được cho thấy với đĩa đối chứng 1 (hình 4.18a) thu được hình

ảnh chỉ có tế bào chứa kháng nguyên CEA không phát quang màu đỏ. Đĩa đối chứng

2 không quan sát được hình ảnh do các phần tử bị trôi không được gắn kết trong quá

trình rửa. Đối với các đĩa 3, 4 và 5 (hình 4.18 b, c, d) tương ứng với các thể tích của

phức hợp nano là 50µl (b), 75µl (c), 100µl (d) nồng độ 0,1g/ml ghi nhận được hình

ảnh phát quang màu đậm dần theo thể tích của phức hợp nano tăng dần. Điều này

107

chứng tỏ đã có gắn kết giữa phức hợp nano với kháng nguyên CEA của tế bào ung

thư. Như vậy, có thể ứng dụng phức hợp nano này để phát hiện kháng nguyên CEA

của tế bào ung thư đại trực tràng.

108

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

- Đã tổng hợp thành công vật liệu Gd(OH)CO3:6%Eu3+ hình cầu với kích thước khi sấy ở 70 oC là 185-195 nm và sau khi ủ 650 oC đường kính của quả cầu

Gd2O3:6%Eu3+ là 145-155 nm.

Cấu trúc của vật liệu Gd2O3:Eu3+ khi sấy 70 oC là dạng vô định hình và sau -

khi ủ ở 650 oC là cấu trúc lập phương (cubic).

Khi pha tạp ion đất hiếm Eu3+ vào mạng nền Gd2O3 giúp tăng cường đỉnh phát -

quang màu đỏ.

Đã ứng dụng vật liệu nano phát quang đã chức năng hóa bề mặt gắn với kháng -

kháng CEA (Gd2O3:6%Eu3+@silica-NH2-IgG) phát hiện kháng nguyên CEA

tinh khiết và kháng nguyên CEA trên bề mặt tế bào ung thư đại trực tràng

thông qua hình ảnh huỳnh quang được ghi nhận bằng kính hiển vi huỳnh quang

Carl Zeiss Primo Star.

109

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN

Từ những kết quả nghiên cứu đạt được của luận án, chúng tôi rút ra những kết

luận chính sau:

1. Đã chế tạo thành công vật liệu thanh nano GdPO4:7%Tb3+ bằng phương pháp

thủy nhiệt với kích thước chiều dài 300-500 nm, chiều rộng 10-30 nm, đơn

pha với cấu trúc tetragonal kiểu rhabdophane. Đã khảo sát và xác định hiệu

ứng đốt từ cảm ứng nhiệt của vật liệu GdPO4 và GdPO4:Tb3+ trong dung dịch

nước, tăng nhiệt lên 44 – 49 oC, trong từ trường 20kOe thời gian 1500 giây.

Đã chế tạo thành công quả cầu nano Gd2O3:6%Eu3+ bằng phương pháp hóa

học nhiều bước đường kính 145 - 155 nm với độ đồng cao trên 95%.

2. Đã bọc lớp vỏ thanh nano GdPO4:7%Tb3+ và quả cầu nano Gd2O3:6%Eu3+

bằng vỏ silica, chức năng hóa với nhóm chức NH2, gắn với kháng thể kháng

nọc rắn và kháng thể kháng CEA.

3. Đã tiến hành thử nghiệm sử dụng phức hợp nano GdPO4:7%Tb3+@silica-NH2-

IgG vào việc phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang và thử nghiệm

phức hợp nano Gd2O3:6%Eu3+@silica-NH2-IgG phát hiện kháng nguyên CEA

tinh khiết và kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng.

Các kết quả đạt được cho thấy hệ vật liệu thanh hoặc quả cầu nano trên cơ sở

GdPO4:7%Tb3+ và Gd2O3:6%Eu3+ có thể ứng dụng chế tạo các cấu trúc photonic,

hiển thị, bảo mật, hiển thị huỳnh quang, đốt nhiệt từ trong y sinh học góp phần

vào việc chẩn đoán sớm, nâng cao hiệu quả điều trị bệnh.

110

DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

Tạp chí quốc tế:

1. Pham Thi Lien, Vu Duc Tu, Lai Ngoc Diep, Nguyen Thanh Huong, Hoang Thi

Khuyen, Nguyen Thi Ngoc Anh, Vu Xuan Nghia, Tran Kim Anh, Robert Tomala

and Le Quoc Minh, Characterization of Gd2O3:Eu3+ nanocomplexes conjugate

with IgG for the indentification of CEA tumor cell, Materials Transactions 2020,

Vol.61, No.8 Issue, 1575-1579.

2. Pham Thi Lien, Nguyen Thanh Huong, Tran Thu Huong, Hoang Thi Khuyen,

Nguyen Thi Ngoc Anh, Nguyen Duc Van, Nguyen Ngoc Tuan, Vu Xuan Nghia,

and Le Quoc Minh, Optimization of Tb3+/Gd3+ Molar Ratio for Rapid Detection of

Naja Atra Cobra Venom by Immunoglobulin G-Conjugated GdPO4•nH2O:Tb3+

Nanorods, Hindawi, Journal of Nanomaterial, Volume 2019, Article ID 3858439,

8 pages.

3. Tran Kim Anh, Nguyen Thanh Huong, Pham Thi Lien, Do Khanh Tung, Vu Duc

Tu, Nguyen Duc Van, Wieslaw Strek, Le Quoc Minh Great enhancement of

monodispersity and luminescent properties of Gd2O3:Eu and Gd2O3:Eu@Silica

nanospheres, Materials Science & Engineering B, 2019, 241, 1–8.

Tạp chí trong nước

4. Phạm Thị Liên, Nguyễn Thanh Hường, Hoàng Thị Khuyên, Trần Thu Hương, Lê

Quốc Minh, Chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu photphat chứa

đất hiếm (Tb3+) dạng thanh tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt

sử dụng khuôn mềm diethylene glycol, Tạp chí Hóa học, 2019, 57(4e12), 172-175.

5. Phạm Thị Liên, Lê Thị Thùy Linh, Bùi Kỳ Anh, Dương Thu Hà, Nguyễn Thanh

Hường, Vũ Xuân Nghĩa, Trần Kim Anh, Lê Quốc Minh, Nghiên cứu chế tạo vật

liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+ liên hợp với kháng thể IgG nhằm ứng dụng phát

hiện sớm carcinoembryonic antigen (CEA) bằng phương pháp xét nghiệm in vitro,

Tạp chí Hóa học, 2018, 55(3e12), 317-320.

111

DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

6. Nguyen Thanh Huong, Nguyen Manh Hung, Pham Thi Lien, Nguyen Duc Van,

Pham Hong Nam, Nguyen Thanh Binh and Le Quoc Minh, Fabrication and

Characterization of Luminescent Magnetic Bifunctional Nanocomposite Based on

TbPO4⋅H2O Nanowires and Fe3O4 Nanoparticles, Journal of Electrotric Materials,

2016, Vol. 45(7) 3646-3650.

7. Nguyen Thanh Huong, Pham Thi Lien, Nguyen Manh Hung, Nguyen Duc Van,

Tran Thi Thuy, Nguyen Thanh Binh and Le Quoc Minh, Conjugation of

TbPO4.H2O-based nanawises with immunoglobulin G for bioimaging, Journal of

Electrotric Materials, 2016, Vol. 45(5) 2463-2467, ISSN:0361-5235.

112

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] A. Garrido-hernandez, Synthesis by hydrothermal process of lanthanide

orthophosphates for optical applications, J. Nanoparticle Res., vol. 18, no. 11,

pp. 675–684, 2016.

[2] R. G. M. Semiannikova, B. Griffiths, K. Khan, L. J. Barber, A. Woolston, Ge.

Spain, K. Loga, B. Challoner, R. Patel, M. Ranes, A. Swain, J. Thomas, A.

Bryant, C. Saffery, N. Fotiadis, S. Guettler, D. Mansfield, A. Melcher, T.

Powles, S. Rao, D. Watkins, I. Chau, N. Matthews, F. Wallberg, N. Starling, D.

Cunningham and M. Gerlinger, CEA expression heterogeneity and plasticity

confer resistance to the CEA-targeting bispecific immunotherapy antibody

cibisatamab (CEA-TCB) in patient-derived colorectal cancer organoids, J.

Immunother. Cancer, vol. 7, no. 1, pp. 1–14, 2019.

[3] I. Mármol, C. Sánchez-de-Diego, A. P. Dieste, E. Cerrada, and M. J. R. Yoldi,

Colorectal carcinoma: A general overview and future perspectives in colorectal

cancer, Int. J. Mol. Sci., vol. 18, no. 1, 2017.

[4] N. G. Zaorsky T. M. Churilla1, B. L. Egleston, S. G. Fisher, J. A. Ridge, E. M.

Horwitz & J. E. Meyer, Causes of death among cancer patients, Ann. Oncol.,

vol. 28, no. 2, pp. 400–407, 2017.

[5] M. H. Al-Azri, Delay in cancer diagnosis: Causes and possible solutions, Oman

Med. J, vol. 31, no. 5, pp. 325–326, 2016.

[6] A. R. Rajan, A. Rajan, A. John, V. Vilas, and D. Philip, Biogenic synthesis of

nanostructured Gd2O3: Structural, optical and bioactive properties, Ceram.

Int., vol. 45, no. 17, pp. 21947–21952, 2019.

[7] G. Zhang, L. Zhang, Y. Si, Q. Li, J. Xiao, B. Wang, C. Liang, Z. Wu, G. T.G.

Zhang, Oxygen-enriched Fe3O4/Gd2O3 nanopeanuts for tumor-targeting MRI

and ROS-triggered dual-modal cancer therapy through platinum (IV) prodrugs

delivery, Chem. Eng. J., vol. 388, no. Iv, p. 124269, 2020.

113

[8] W. Cai, Y. Zhang, J. Wang, Z. Wang, Y. Tian, H. Liu, H. Pane, L. Fuf, W. Chen,

C. Wu, X. Wang, G. Liu, Engineering the surface of Gd2O3 nanoplates for

improved T1-weighted magnetic resonance imaging, Chem. Eng. J., vol. 380,

no. July 2019, pp. 2–8, 2020.

[9] M. Fakhar-e-Alam, M. W. Muhammad Fakhar-e-Alam, A. Mahmood, S. Nasir,

M. Saadullah, Gadolinium-Doped Iron Nanostructures Decorated with Novel

Drugs for Magnetic Resonance Imaging, Photodynamic, and Photothermal

Therapy Applications. Magnetic Nanoheterostructures, 2020.

[10] C. R. Patra, R. Bhattacharya, S. Patra, S. Basu, P. Mukherjee, and D.

Mukhopadhyay, Inorganic phosphate nanorods are a novel fluorescent label in

cell biology, J. Nanobiotechnology, vol. 4, no. 11, pp. 1–15, 2006.

[11] M. X. Zhao and E. Z. Zeng, Application of functional quantum dot

nanoparticles as fluorescence probes in cell labeling and tumor diagnostic

imaging, Nanoscale Res. Lett, vol. 10, no. 1, pp. 1–9, 2015.

[12] S. Iravani and R. S. Varma, Green synthesis, biomedical and biotechnological

applications of carbon and graphene quantum dots. A review, Environ. Chem.

Lett., no. 0123456789, 2020.

[13] N. Panwar, A. M. Soehartono, K. K. Chan, S. Zeng, G. Xu, J. Qu, P. Coquet, K.

Yong, and X. ChenN, Nanocarbons for Biology and Medicine: Sensing,

Imaging, and Drug Delivery, Chem. Rev., vol. 119, no. 16, pp. 9559–9656,

2019.

[14] A. Escudero, A. I. Becerro, C. Carrillo-Carrión, N. O. Núñez, M. V. Zyuzin, M.

Laguna, D. González-Mancebo, M. Ocaña and W. J. Parak, Rare earth based

nanostructured materials: synthesis, functionalization, properties and

bioimaging and biosensing applications, Nanophotonics, vol. 6, no. 5, pp. 881–

921, 2017.

[15] H. Dong, S. Du, X. Zheng, G. Lyu, L. Sun, L. Li, P. Zhang, C. Zhang, and C.

Yan, Lanthanide Nanoparticles: From Design toward Bioimaging and Therapy,

Chem. Rev., vol. 115, no. 19, pp. 10725–10815, 2015.

114

[16] Z. Zheng, A. Daniel, W. Yu, B. Weber, J. Ling, and A. H. E. Müller, Rare-earth

metal cations incorporated silica hybrid nanoparticles templated by cylindrical

polymer brushes, Chem. Mater., vol. 25, no. 22, pp. 4585–4594, 2013.

[17] J. Toudert, R. Serna, L. López-Conesa, J. M. Rebled, F. Peiró, S. Estradé, and

L. C. Barrío, Rare Earth-Ion/Nanosilicon Ultrathin Layer: A versatile

nanohybrid light-emitting building block for active optical metamaterials, J.

Phys. Chem. C, vol. 119, no. 21, pp. 11800–11808, 2015.

[18] S. Mishra, C. Keswani, P. C. Abhilash, L. F. Fraceto, and H. B. Singh,

Integrated approach of Agri-Nanotechnology: Challenges and future trends,

Front. Plant Sci., vol. 8, no. April, pp. 1–12, 2017.

[19] H. Liu and J. Liu, Hollow mesoporous Gd2O3:Eu3+ spheres with enhanced

luminescence and their drug releasing behavior, RSC Adv., vol. 6, no. 101, pp.

99158–99164, 2016.

[20] Y. Y. Jin et al., “Synthesis of bifunctional Gd2O3:Eu3+ nanocrystals and their

applications in biomedical imaging,” Dalton Transactions, vol. 5, no. 1, pp.

7443–7449, 2015.

[21] G. Zhu, R. Zhao, Y. Li, and R. Tang, Multifunctional Gd, Ce, Tb co-doped β-

tricalcium phosphate porous nanospheres for sustained drug release and

bioimaging, J. Mater. Chem. B, vol. 4, no. 22, pp. 3903–3910, 2016.

[22] F. J. Nicholls, M. W. Rotz, H. Ghuman, K. W. MacRenaris, T. J. Meade, and

M. Modo, DNA-gadolinium-gold nanoparticles for in vivo T1 MR imaging of

transplanted human neural stem cells, Biomaterials, vol. 77, pp. 291–306, 2016.

[23] W. Song, W. Di, and W. Qin, Synthesis of mesoporous-silica-coated

Gd2O3:Eu@silica particles as cell imaging and drug delivery agents, Dalt.

Trans., vol. 45, no. 17, pp. 7443–7449, 2016.

[24] X. Mao, J. Xu, and H. Cui, Functional nanoparticles for magnetic resonance

imaging, WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology, vol. 8, no. 6, pp. 814–

841, 2016.

115

[25] P. Mi, N. Dewi, H. Yanagie, D. Kokuryo, M. Suzuki, Y. Sakurai, Y. Li, I. Aoki,

K. Ono, H. Takahashi, H. Cabral, N. Nishiyama, and Kazunori KataokaS. J.

Motloung, Hybrid Calcium Phosphate-Polymeric Micelles Incorporating

Gadolinium Chelates for Imaging-Guided Gadolinium Neutron Capture Tumor

Therapy, Nanomaterials, vol. 9, no. 6, pp. 5913–5921, 2015.

[26] A. Jain, P. G. J. Fournier, V. Mendoza‑Lavaniegos, P. Sengar, F. M.

Guerra‑Olvera1, E. Iñiguez, T. G. Kretzschmar, G. A. Hirata and P. Juárez1,

Functionalized rare earth-doped nanoparticles for breast cancer

nanodiagnostic using fluorescence and CT imaging, J. Nanobiotechnology, vol.

16, no. 1, pp. 1–18, 2018.

[27] K. M. H. L. R. C. S. A. Boatnerb, The structural response of gadolinium

phosphate to pressure, J. Solid State Chem., vol. 241, pp. 180–186, 2016.

[28] W. R. G. Singh, Gurvinder, B. H. McDonagh, S. Hak, D. Peddis, Sulalit,

Bandopadhyay, I. Sadvig, A. Sandvig, Synthesis of gadolinium oxide nanodisks

and gadolinium doped iron oxide nanoparticles for MR contrast agents, J.

Mater. Chem. B, vol. 5, no. 3, pp. 418–422., 2017.

[29] J. J. H. A. Van Hest, G. A. Blab, C. Hans, C. D. M. Donegá, and A. Meijerink,

Probing the Influence of Disorder on Lanthanide Luminescence Using Eu-

Doped LaPO4 Nanoparticles, J. Phys. Chem. C, vol. 121, no. 35, pp. 19373–

19382, 2017.

[30] K. U. Raunak Kumar Tamrakar, D. P. Bisen, Effect of Different Excitations on

Photoluminescence Behaviour of the Tb3+ Gd2O3 Phosphor, Journal, Int., vol.

7, no. 2, pp. 359–363, 2017.

[31] B. K. Gupta1, S. Singh, P. Kumar, Y. Lee, G. Kedawat, T. N. Narayanan, S. A.

Vithayathil, L. Ge, X. Zhan, S. Gupta, A. A. Martí, R. Vajtai, P. M. Ajayan &

B. A. Kaipparettu, Bifunctional Luminomagnetic Rare-Earth Nanorods for

High-Contrast Bioimaging Nanoprobes, Sci. Rep., vol. 6, no. August, pp. 1–12,

2016.

116

[32] H. Song, L. Zhou, L. Li, F. Hong, and X. Luo, Hydrothermal synthesis,

characterization and luminescent properties of GdPO4.H2O:Tb3+ nanorods and

nanobundles, Mater. Res. Bull., vol. 48, no. 12, pp. 5013–5018, 2013.

[33] A. Garrido Hernández1, D. Boyer, A. Potdevin, G. Chadeyron, A. García

Murillo1, F. de J. Carrillo Romo, and R. MahiouA, Hydrothermal synthesis of

lanthanide-doped GdPO4 nanowires and nanoparticles for optical applications,

Phys. Status Solidi Appl. Mater. Sci., vol. 211, no. 2, pp. 498–503, 2014.

[34] Q. Du, Z. Huang, Z. Wu, X. Meng, G. Yin, F. Gaoc and L. Wangc, Facile

preparation and bifunctional imaging of Eu-doped GdPO4 nanorods with MRI

and cellular luminescence, Dalt. Trans., vol. 44, no. 9, pp. 3934–3940, 2015.

[35] J. Huan, L. Hu, and X. Fang, Dense assembly of Gd2O3:0.05X3+ (X = Eu, Tb)

nanorods into nanoscaled thin-films and their photoluminescence properties,

ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 6, no. 3, pp. 1462–1469, 2014.

[36] S. Hazarika and D. Mohanta, Production and optoelectronic response of Tb3+

activated gadolinium oxide nanocrystalline phosphors, Eur. Phys. J. Appl.

Phys., vol. 62, no. 3, p. 30401, 2013.

[37] R. G. A. Kumar, S. Hata, K. Ikeda, and K. G. Gopchandran, In fluence of metal

ion concentration in the glycol mediated synthesis of Gd2O3: Eu3þ

nanophosphor, eram. Int., vol. 40, no. 2, pp. 2915–2926, 2014.

[38] W. R. G. Singh, Gurvinder, B. H. McDonagh, S. Hak, D. Peddis, Sulalit,

Bandopadhyay, I. Sadvig, A. Sandvig, Synthesis of gadolinium oxide nanodisks

and gadolinium doped iron oxide nanoparticles for MR contrast agents, J.

Mater. Chem. B, vol. 5, no. 3, pp. 418–422., 2017.

[39] A. Jain, G. A. Hirata, M. H. Farías, and F. F. Castillón, Synthesis and

characterization of functionalized Gd2O3: Eu3+ red phosphor with enhanced

quantum yield, Nanotechnology, vol. 27, no. 6, p. 12pp, 2016.

[40] J. Kang, B. Min, Y. Sohn, Controlled synthesis of Tb3+/Eu3+ co-doped Gd2O3

phosphors with enhanced red emission, Molecules, vol. 24, no. 4, pp. 1–12,

2019.

117

[41] S. K. Gupta, V. Grover, R. Shukla, K. Srinivasu, V. Natarajan, and A. K. Tyagi,

Exploring pure and RE co-doped (Eu3+, Tb3+ and Dy3+) gadolinium scandate:

Luminescence behaviour and dynamics of energy transfer, Chem. Eng. J., vol.

283, pp. 114–126, 2016.

[42] T. Thongtem, A. Phuruangrat, D. J. Ham, J. S. Lee, and S. Thongtem,

Controlled Gd2O3 nanorods and nanotubes by the annealing of Gd(OH)3

nanorod and nanotube precursors and self-templates produced by a

microwave-assisted hydrothermal process, CrystEngComm, vol. 12, no. 10, pp.

2962–2966, 2010.

[43] J. G. Kang, B. K. Min, and Y. Sohn, Synthesis and characterization of Gd(OH)3

and Gd2O3 nanorods, Ceram. Int., vol. 41, no. 1, pp. 1243–1248, 2015.

[44] Z. Liu, X. Liu, Q. Yuan, K. Dong, L. Jiang, Z. Li, J. Ren and X. Qu, Hybrid

mesoporous gadolinium oxide nanorods: A platform for multimodal imaging

and enhanced insoluble anticancer drug delivery with low systemic toxicity, J.

Mater. Chem., vol. 22, no. 30, pp. 14982–14990, 2012.

[45] C. Zhou, H. Wu, C.husen Huang, M. Wang, N. Jia, Facile synthesis of single-

phase mesoporous Gd2O3 :Eu Nanorods and their application for drug delivery

and multimodal imaging, Part. Part. Syst. Charact., vol. 31, no. 6, pp. 675–684,

2014.

[46] L. A. Rocha, R. L. Siqueira, J. Esbenshade, M. A. Schiavon, and J. L. Ferrari,

Photoluminescence and thermal stability of Tb3+-doped Gd2O3 nanoparticles

embedded in SiO2 host matrix, J. Alloys Compd., vol. 731, pp. 889–897, 2018.

[47] U. T. D. Thuy, W. S. Chae, W. G. Yang, and N. Q. Liem, Enhanced

fluorescence properties of type-I and type-II CdTe/CdS quantum dots using

porous silver membrane, Opt. Mater. (Amst)., vol. 66, pp. 611–615, 2017.

[48] N. H. Yen, W. D. Marcillac, C. Lethiec, P. N. Hong, C. Schwob, A. Maître, N.

Q. Liem, L. V. Vu, P. Bénalloul, L. Coolen, P. T. Nga, Synthesis and optical

properties of core / shell ternary / ternary CdZnSe / ZnSeS quantum dots, Opt.

Mater. (Amst)., pp. 4–11, 2014.

118

[49] L. Q. Minh, T. T. Huong, N. T. Huong, H. T. Khuyen, N. T. Binh, Đ. K. Tung,

T. K. Anh, N. D. Hien, L. T. Luan, N. T. Quy, D. M. Dung, N. A. Thu and N.

V. Man, Development of a fluorescent label tool based on lanthanide

nanophosphors for viral biomedical application, Adv. Nat. Sci. Nanosci.

Nanotechnol., vol. 3, no. 3, 2012.

[50] H. T. Phuong, T. T. Huong, L. T. Vinh, H. T. Khuyen, D. T. Thao, N. T. Huong,

P. T. Lien, L. Q. Minh, Synthesis and characterization of NaYF4:Yb3+,

Er3+@silica-N=folic acid nanocomplex for bioimaginable detecting MCF-7

breast cancer cells, J. Rare Earths, vol. 37, no. 11, pp. 1183–1187, 2019.

[51] N. T. Huong, N. M. Hung, P. T. Lien, N. D. Van, P. H. Nam, N. T. Binh, and

L. Q. Minh, Fabrication and Characterization of Luminescent Magnetic

Bifunctional Nanocomposite Based on TbPO4·H2O Nanowires and

Fe3O4Nanoparticles, J. Electron. Mater., vol. 45, no. 7, pp. 3646–3650, 2016.

[52] H. T. Khuyen, N. T. Huong, T. T. Huong, P. T. Lien, T. K. Chi, V. T. T. Ha, D.

T. A. Thu, N. T. H. Le, D. K. Tung, Ng. D. Van, L. Q. Minh, and D. X. Quyen,

Luminescent – Magnetic Nanoparticle and Their Properties, IEEE Trans.

Magn., vol. 54, no. 6, pp. 4–7, 2018.

[53] P. Du, L. Song, J. Xiong, Z. Xi, D. Jin and L. Wang, Preparation and the

luminescent properties of Tb3+-doped Gd2O3 fluorescent nanofibers via

electrospinning, Ceram. Int., vol. 7, no. 1, pp. 1–12, 2015.

[54] H. Peng, B. Cui, L. Li, and Y. Wang, A simple approach for the synthesis of

bifunctional Fe3O4@Gd2O3:Eu3+ core-shell nanocomposites, J. Alloys Compd.,

vol. 531, pp. 30–33, 2012.

[55] X. Ren, P. Zhang, Y. Han, X. Yang, and H. Yang, The studies of Gd2O3: Eu3+

hollow nanospheres with magnetic and luminescent properties, Mater. Res.

Bull., vol. 72, pp. 280–285, 2015.

[56] GuolingLi, BingYu, BoYang, HailinCong, Chapter 9 - Applications of Fe3O4

magnetic-fluorescent nanoparticles in modern biomedical engineering,

Materials for Biomedical Engineering, pp 247 – 282, 2019.

119

[57] R. Das, N. Rinaldi-Montes, J. Alonso, Z. Amghouz, E. Garaio, J. A. Garcia, P.

Gorria, J. A. Blanco, M. Phan, and H. Srikanth, Boosted Hyperthermia Therapy

by Combined AC Magnetic and Photothermal Exposures in Ag/Fe3O4

Nanoflowers, ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 8, no. 38, pp. 25162–25169,

2016.

[58] P. Halappa, B. Devakumar, and C. Shivakumara, Effect of Ca2+ ion co-doping

on radiative properties via tuning the local symmetry around the Eu3+ ions in

orange red light emitting GdPO4 :Eu3+ phosphors, New J. Chem., vol. 43, no.

1, pp. 63–71, 2019.

[59] H. T. Khuyen, N. T. Huong, T. T. Huong, P. T. Lien, D. T. A. Thu, N. T. A.

Huong, W. Strek, L. Q. Minh., Luminescent and magnetic properties of

multifunctional europium(III) complex based nanocomposite, J. Rare Earths,

vol. 37, no. 11, pp. 1237–1241, 2019.

[60] D.S. Jung and Y.C. Kang, GdPO4:Tb phosphor particles prepared by spray

pyrolysis from the polymeric spray solution, Journal of the Ceramic Society of

Japan, vol. 116, no. 1353, pp. 653–656, 2008.

[61] S. Lu, J. Zhang, J. Zhang, H. Zhao, Y. Luo, and X. Ren, Remarkably enhanced

photoluminescence of hexagonal GdPO4.nH2O:Eu with decreasing size,

Nanotechnology, vol. 21, no. 36, pp. 1–7, 2010.

[62] V. Kumar, S. Singh, R. K. Kotnala, and S. Chawla, GdPO4: Eu3+ nanoparticles

with intense orange red emission suitable for solar spectrum conversion and

their multifunctionality, Journal of Luminescence, vol. 146, pp. 486–491, 2014.

[63] L. Hernández-adame, A. Méndez-blas, J. Ruiz-garcía, J. R. Vega-acosta, F. J.

Medellín-rodríguez, and G. Palestino, Synthesis, characterization, and

photoluminescence properties of Gd :Tb oxysulfide colloidal particles, vol. 258,

no. 6, pp. 136–145, 2014.

[64] E. Blumfield, Gadolinium-based contrast agents — review of recent literature

on magnetic resonance imaging signal intensity changes and tissue deposits ,

with emphasis on pediatric patients, pp. 448–457, 2019.

120

[65] Y. Xiao, R. Paudel, J. U. N. Liu, C. Ma, Z. Zhang, and S. Zhou, MRI contrast

agents : Classification and application ( Review ), pp. 1319–1326, 2016.

[66] K. A. Layne, P. I. Dargan, J. R. H. Archer, and D. M. Wood, Gadolinium

deposition and the potential for toxicological sequelae - A literature review of

issues surrounding gadolinium-based contrast agents, British Journal of

Clinical Pharmacology, vol. 84, no. 11, pp. 2522–2534, 2018.

[67] Z. Sahraei, M. Mirabzadeh, D. Fadaei Fouladi, N. Eslami, and A. Eshraghi,

Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents: A Review of Literature, Journal

of Pharmaceutical Care, vol. 2, no. 4, pp. 177–182, 2014.

[68] X. J. Chen, X. Q. Zhang, Q. Liu, J. Zhang, and G. Zhou, Nanotechnology: A

promising method for oral cancer detection and diagnosis, Journal of

Nanobiotechnology, vol. 16, no. 1, pp. 1–17, 2018.

[69] Y. Wu, xianzhu Xu, X. You, and Q. Xiao, Synthesis of mesoporous core-shell

structured GdPO4:Eu@SiO2@mSiO2 nanorods for drug delivery and cell

imaging applications, Journal of Rare Earths, 2020.

[70] L. Zhang, M. Yin, H. You, M. Yang, Y. Song, and Y. Huang, Mutifuntional

GdPO4: Eu3+ hollow spheres: Synthesis and magnetic and luminescent

properties, Inorganic Chemistry, vol. 50, no. 21, pp. 10608–10613, 2011.

[71] L. Li, G. Li, D. Wang, Y. Tao, and X. Zhang, Energy transfer mechanism of

GdPO4 : RE3+ (RE = Tb, Tm) under VUV-UV excitation, Science in China,

Series E: Technological Sciences, vol. 49, no. 4, pp. 408–413, 2006.

[72] J. Yang, X. Wang, L. Song, N. Luo, J. Dong, S. Gan, L. Zou, Tunable

luminescence and energy transfer properties of GdPO4:Tb3+, Eu3+ nanocrystals

for warm-white LEDs, Opt. Mater. (Amst), vol. 85, no. July, pp. 71–78, 2018.

[73] Z. Wang, J. Li, Q. Zhu, Z. Ai, X. Li, X. Sun, B. Kim & Y. Sakka, EDTA-assisted

phase conversion synthesis of investigation of photoluminescence, Sci. Technol.

Adv. Mater., vol. 6996, no. 1, pp. 1–11, 2017.

121

[74] S. Delice, M. Isik, and N. M. Gasanly, Characterization of trap centers in

Gd2O3 nanoparticles by low temperature thermoluminescence measurements,

Optik - International Journal for Light and Electron Optics, vol. 158, no. April,

pp. 237–242, 2018.

[75] A. Aldalbahi and A. A. Ansari, Mesoporous silica modi fi ed luminescent

Gd2O3:Eu nanoparticles : physicochemical and luminescence properties,

Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 89, pp. 785–795, 2019.

[76] Y. Jin, S. Chen, J. Duan, G. Jia, and J. Zhang, Europium-doped Gd2O3

nanotubes cause the necrosis of primary mouse bone marrow stromal cells

through lysosome and mitochondrion damage, Journal of Inorganic

Biochemistry, vol. 146, pp. 28–36, 2015.

[77] X. Zhou, C. Hu, X. Liu, W. Chen, Q. Tang, and Y. Li, Tuning thermal

decomposition of ammonium perchlorate by nanoporous Gd2O3 for improved

safety and enhanced propellant efficiency, Journal of Rare Earths, vol. 38, no.

1, pp. 108–112, 2020.

[78] P. Du, L. Song, J. Xiong, Z. Xi, D. Jin and L. Wang, Preparation and the

luminescent properties of Tb3+-doped Gd2O3 fluorescent nanofibers via

electrospinning, Ceram. Int., vol. 7, no. 1, pp. 1–12, 2015.

[79] B. Qian, H. Zou, D. Meng, X. Zhou, Y. Song, K. Zheng, C. Miaob and Y. Sheng,

Columnar Gd2O3:Eu3+/Tb3+ phosphors: preparation, luminescence properties

and growth mechanism, CrystEngComm, vol. 20, no. 45, pp. 7322–7328, 2018.

[80] M. Ou, C. Yang, Q. Zhu, and H. Qiao, Study on luminescence properties of co-

doped nanoparticles Gd2O3:Tb3+, Eu3+ synthesized by polyol route, Ceramics

International, vol. 43, no. 8, pp. 6472–6476, 2017.

[81] T. Selvalakshmi and A. C. Bose, Photoluminescence and energy transfer

process in Gd2O3:Eu3+, Tb3+, AIP Conference Proceedings, vol. 1731, pp. 3–6,

2016.

122

[82] R. Fu, M. Ou, C. Yang, Y. Hu, and H. Yin, Enhanced luminescence and

paramagnetic properties of Gd2O3:Tb3+ multifunctional nanoparticles by

K+/Co2+ doping, J. Lumin., vol. 222, no. 117154, 2020.

[83] N. M. Maalej, A. Qurashi, A. A. Assadi, R. Maalej, M. N. Shaikh, M. Ilyas and

M. A. Gondal, Synthesis of Gd2O3:Eu nanoplatelets for MRI and fluorescence

imaging, Nanoscale Res. Lett., vol. 10, no. 1, 2015.

[84] Ya-Ru Lu, Ming-Yu Gou, Ling-Yu Zhang, Lu Li, Ting-ting Wang, Chun-Gang

Wang, Zhong-Min Su, Facile one-pot synthesis of hollow mesoporous

fluorescent Gd2O3:Eu/calcium phosphate nanospheres for simultaneous dual-

modal imaging and pH-responsive drug delivery, Dyes and Pigments 147

514e522, 2017.

[85] L. T. Vinh, Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu nano YVO4:Eu3+ và

EuPO4.H2O thử nghiệm ứng dụng đánh dấu huỳnh quang y sinh, Luận án Tiến

sĩ Khoa học Vật liệu, 2017.

[86] N. Đ. Triệu, Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, chương 2 và

chương 6, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 1999.

[87] N. Đ. Triệu, Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý, chương 2 và 7, Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001.

[88] A. M. Panichev, Rare Earth Elements: Review of Medical and Biological

Properties and Their Abundance in the Rock Materials and Mineralized Spring

Waters in the Context of Animal and Human Geophagia Reasons Evaluation,

Achievements in the Life Sciences, vol. 9, no. 2, pp. 95–103, 2015.

[89] L.T.K. Giang, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano thấp chiều trên nền Ytri,

Ziriconi và tính chất quang của chúng, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, 2011.

[90] H. T. Phượng, Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu nano phát quang

nền NaYF4 chứa ion đất hiếm Er3+ và Yb3+ định hướng ứng dụng trong y sinh,

Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, 2019.

123

[91] P.Đ. Roãn, Các nguyên tố đất hiếm và hóa phóng xạ, chương 3, Nhà xuất bản

Đại học Sư phạm, 2011.

[92] V. X. Quang, Quang phổ của các tâm điện tử trong vật rắn, Trung tâm Khoa

học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia- Viện Khoa học Vật liệu, 1999.

[93] E. M. J. Weber, a V Dotsenko, L. B. Glebov, and V. a Tsekhomsky, Handbook

Of Optical Laser and Optical Science and Technology, Series Physics and

Chemistry of Photochromic Glasses, vol. 23, no. 1. 2003.

[94] S. J. Motloung, S. K. K. Shaat, K. G. Tshabalala, and O. M. Ntwaeaborwa,

Structure and photoluminescent properties of green-emitting terbium-doped

GdV1-x PxO4 phosphor prepared by solution combustion method, The Journal

of Biological and Chemical Luminescence, vol. 31, no. 5, pp. 1069–1079, 2016.

[95] H. S. Mahdi, A. Parveen, M. M. Ali, and A. Azam, Nghiên cứu tính chất quang

của ion đất hiếm Sm3+ và Dy3+ trong một số vật liệu quang học họ florua và

oxit, Luận án Tiến sĩ Vật lý, 2016. ,

[96] T. H. Nguyen, D. Van Nguyen, M. T. Dinh, T. K. Hoang, T. B. Nguyen, and Q.

M. Le, Fabrication of TbPO4 nanorods/nanowires by the microwave technique

and their characterization, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and

Nanotechnology, vol. 3, no. 1, pp. 1–5, 2012.

[97] V.Đ. Độ, Các nguyên tố d và f, chương 13, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam,

2011.

[98] Catherine Do, Joshua DeAguero, Adrian Brearley, Xochitl Trejo, Tamara

Howard, G. Patricia Escobar, Brent Wagner, Gadolinium-based contrast agent use,

their safety, and practice evolution, Kidney360, Vol 1(7), 2020.[99]R. Priya and O.

P. Pandey, Photoluminescent enhancement with co-doped alkali metals in Gd2O3 :

Eu synthesized by co-precipitation method and Judd Ofelt analysis, Journal of

Luminescence, vol. 212, no. April, pp. 342–353, 2019.

[100] Y. S. Vidya, K. S. Anantharaju, H. Nagabhushana, and S. C. Sharma,

Euphorbia tirucalli mediated green synthesis of rose like morphology of

124

Gd2O3:Eu3+ red phosphor: Structural, photoluminescence and photocatalytic

studies, Journal of Alloys and Compounds, vol. 619, pp. 760–770, 2015.

[101] M.S.de Almeida, M. A. Bezerra dos Santos, R. de Fátima Gonçalves, M. R. de

Cássia Santos, A. P. de Azevedo Marques, E. Longo, F. de Almeida La Porta,

I.M. Pinatti, M. D.P. Silva, M. J. Godinho, Novel Gd(OH)3 , GdOOH and Gd2O3

Nanorods: Microwave-Assisted Hydrothermal Synthesis and Optical

Properties, Materials Research, vol. 19, no. 5, pp. 1155–1161, 2016.

[102] K. M. Heffernan, N. L. Ross, C. Elinor, and L. A. Boatner, The Structural

Response of Gadolinium Phosphate to Pressure, Journal of Solid State

Chemistry, vol. 241, no. September, pp. 180–186, 2016.

[103] N.Đ. Hưng, P.V. Thích, Giáo trình huỳnh quang, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật Hà Nội, 2004.

[104] T. V. N. and A. V. Osipov, A study of ribonuclease activity in venom, Journal

of Animal Science and Technology, vol. 59, no. 20, pp. 1–9, 2017.

[105] F. Silva-de-Franc, I. M. Villas-Boas, S. M. T. Serrano, B. Cogliati, S. A. A.

Chudzinski, P. H. Lopes, E. S. Kitano, C. K. Okamoto, D. V. Tambourgi, Naja

annulifera Snake: New insights into the venom components and pathogenesis of

envenomation, PLoS Neglected Tropical Diseases, vol. 13, no. 1. pp. 1–27,

2019.

[106] M. S. M. D. Amany A. Tohamy, Aly F. Mohamed, Ahmed E. Abdel Moneim,

Biological effects of Naja haje crude venom on the hepatic and renal tissues of

mice, Journal of King Saud University – Science, vol. 26, no. 3, pp. 205–212,

2014.

[107] N. N. Tuấn, Nghiên cứu chế tạo bộ kít phát hiện nhanh nọc rắn hổ mang Naja

atra bằng kỹ thuật sắc ký miễn dịch, Luận án tiễn sĩ 2017.

[108] C. C. Liu, C. C. Lin, Y. C. Hsiao, P. J. Wang, and J. S. Yu, Proteomic

characterization of six Taiwanese snake venoms: Identification of species-

specific proteins and development of a SISCAPA-MRM assay for cobra venom

factors, Journal of Proteomics, vol. 187, no. April, pp. 59–68, 2018.

125

[109] S. Feng and L. Guanghua, Hydrothermal and Solvothermal Synthesis, Elsevier

B.V, 2011.

[110] M. Shandilya, R. Rai, and J. Singh, Review: Hydrothermal technology for smart

materials, Advances in Applied Ceramics, vol. 115, no. 6, pp. 354–376, 2016.

[111] B. Kyung, P. Muralidharan, S. Jun, D. Kyung, and G. Cho, Hydrothermal

synthesis, structure and scintillation characterization of nanocrystalline Eu3+-

doped Gd2O3 materials and its X-ray imaging applications, Nucl. Inst. Methods

Phys. Res. A, vol. 652, no. 1, pp. 212–215, 2011.

[112] D. Shen, B. Zhao, S. Yang, S. Hu, J. Tang, X. Zhou and J. Yang,

NaScMo2O8:RE3+(RE= Tb, Eu, Tb/Eu, Yb/Er, Yb/Ho) phosphors: hydrothermal

synthesis, energy transfer and multicolor tunable luminescence, J. Mater. Sci,

vol. 52, no. 24, pp. 13868–13878, 2017.

[113] X. Bo, Q. Zhang, X. Li, and Y. Zhao, Multifunctional porous silica

nanoparticles for dual responsive drug release” Journal of Sol-Gel Science and

Technology, vol. 93, no. 2, pp. 324–331, 2020.

[114] R. Riedel, N. Mahr, C. Yao, A. Wu, F. Yang, and N. Hampp, Synthesis of gold-

silica core-shell nanoparticles by pulsed laser ablation in liquid and their

physico-chemical properties towards photothermal cancer therapy, Nanoscale,

vol. 12, no. 5, pp. 3007–3018, 2020.

[115] V. H. C. C. Murilloa, Antonieta García, F. de J. C. Romoa, D. Y. M.

Velázquezb, and A, F-127-Assisted Sol-Gel Synthesis of Gd2O3:Eu3+ Powders

and Films, Materials Research., vol. 22, no. 3, p. e20180623, 2019.

[116] M. Kumari, S. Mondal, and P. K. Sharma, Synthesis, characterization and

electrochemical monitoring of drug release properties of dual stimuli

responsive mesoporous GdPO4:Eu3+ nanoparticles, Journal of Alloys and

Compounds, vol. 776, pp. 654–665, 2019.

[117] X. Xu, X. Zhang, and Y. Wu, Folic acid-conjugated GdPO4:Tb3+@SiO2

Nanoprobe for folate receptor-targeted optical and magnetic resonance bi-

modal imaging, Journal of Nanoparticle Research, vol. 18, no. 11, 2016.

126

[118] N. T. Huong, P. T. Lien, N. M. Hung, N. D. Van, T. T. Thuy, N. T. Binh and

L. Q. Minh, Conjugation of TbPO4·H2O-Based Nanowires with

Immunoglobulin G for Bioimaging, J. Electron. Mater, vol. 45, no. 5, pp. 2463–

2467, 2016.

[119] C. A. M. Alyssa B. Chinen, Chenxia M.Guan, Jennifer R.Ferrer, Stacey

N.Barnaby, Timothy J.Merkel, Nanoparticle Probes for the Detection of

Cancer Biomarkers, Cells, and Tissues by Fluorescence, Chemical Society, vol.

115, no. 19, pp. 10530–10574, 2015.

[120] J. M. Hicks, Fluorescence immunoassay, Human Pathology, vol. 15, no. 2. pp.

112–116, 1984.

[121] L. I. Lan, L. I. Guangmin, W. Dajian, T. A. O. Yi, and Z. Xiaosong, Energy

transfer mechanism of GdPO4:RE3+ ( RE=Tb, Tm ) under VUV-UV excitation,

Science in China Series E: Technological Sciences, vol. 49, no. 4, pp. 408–413,

2006.

[122] T. K. Anh, P. T. M. Chau, N. T. Q. Hai, V. T. T. Ha, H. V. Tuyen, S.

Bounyavong, N. T. Thanh, L. Q. Minh, Facile Fabrication and Properties of

Gd2O3:Eu3+, Y2O3:Eu3+ Nanophosphors and Gd2O3:Eu3+/Silica,

Y2O3:Eu3+/Silica Nanocomposites, J. Electron. Mater, vol. 47, no. 1, pp. 585–

593, 2018.

[123] A. Jain, G. A. Hirata, M. H. Farías, and F. F. Castillón, Synthesis and

characterization of (3-Aminopropyl)trimethoxy-silane (APTMS) functionalized

Gd2O3:Eu3+red phosphor with enhanced quantum yield, Nanotechnology, vol.

27, no. 6, p. 65601, 2016.

[124] W. U. Yanli, X. U. Xianzhu, L. I. Qianlan, and Y. Ruchun, Synthesis of

bifunctional Gd2O3:Eu3+ nanocrystals and their applications in biomedical

imaging, Journal of Rare Earths, vol. 33, no. 5, pp. 529–534, 2015.

[125] K. M. Lin, C. C. Lin, and Y. Y. Li, Luminescent properties and

characterization of Gd2O3:Eu3+@SiO2 and Gd2Ti2O7:Eu3+@SiO2 core-shell

127

phosphors prepared by a sol-gel process, Nanotechnology, vol. 17, no. 6, pp.

1745–1751, 2006.

Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, tính chất của vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ định hướng ứng dụng trong y sinh

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO

GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

TRONG Y SINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

PHẠM THỊ LIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO

GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 944 01 27

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. Nguyễn Thanh Hường

2. GS.TS. Lê Quốc Minh

Hà Nội, 2020

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

7F0

8S7/2

7F6

(b)

(a)

(a)

(b)

chức sử dụng phổ hồng ngoại. Kết quả đo tính chất từ của vật liệu bằng phép đo

3.1.1. Kết quả phân tích FESEM của vật liệu

78.39

32.95

5.63

2.48

15.98

64.58

55.68

13.46

4.86

1.22

32.96

76.68

6.50

8.64

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok