Nghiên cứu, chế tạo màng mỏng kim loại được chức năng hóa nhằm ứng dụng làm cảm biến sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- LÊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI ĐƯỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LÊ NGỌC ANH

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI

ĐƯỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH

HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LÊ NGỌC ANH

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI

ĐƯỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH

HỌC

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 60040104

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VIỆT TUYÊN

Hà Nội 2015

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo TS Nguyễn Việt Tuyên và TS Nguyễn Hoàng Nam Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, các thầy luôn tận tình chỉ bảo và giúp em định hướng để hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Mạnh Quỳnh đã trực tiếp hướng dẫn và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu giúp em hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình của sinh viên Nguyễn Quang Lộc trong quá trình làm thực nghiệm

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, anh, chị tại Trường Đại học Khoa học tự nhiên nói chung và Trung tâm Khoa học vật liệu nói riêng đã giúp

đỡ trong suốt quá trình tôi học tập là thực hiện đề tài tại đây

Luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại phòng thí nghiệm Trung tâm Khoa học vật liệu trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội

Em cũng xin cảm ơn Ban giám đốc trung tâm Khoa học Vật liệu đã tạo điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị để em hoàn thành luận văn này

Trong luận văn này có sử dụng thiết bị kính hiển vi trường tối tại Trung tâm Khoa học vật liệu- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, được sự hỗ trợ của dự án Công nghệ nano và ứng dụng- Đại học Quốc gia Hà Nội

Sau cùng, sự cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi từ gia đình, người thân là động lực to lớn giúp tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 12 năm 2015

Học viên

Lê Ngọc Anh

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH VẼ

QUAN……….Error! Bookmark not

defined

1.1 Hiện tượng Plasmon bề mặt …….Error! Bookmark not defined

dụng……… Error! Bookmark not defined

mặt……….Error! Bookmark not defined

1.2.2 Điện cực dẫn và khả năng liên kết với nhóm –

SH……….Error! Bookmark not defined

Raman……… Error! Bookmark not defined

1.3 Các phương pháp chế tạo Error! Bookmark not defined

1.3.1.Phương pháp Lắng đọng chùm điện

tử……… Error! Bookmark not defined

Sputtering……….Error! Bookmark not defined

hóa……… Error! Bookmark not defined

1.3.4.Phương pháp lắng đọng hóa

học……… Error! Bookmark not defined 1.4 Mục tiêu của luận văn Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP ĐO KHẢO SÁT………Error! Bookmark not defined

2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm Error! Bookmark not defined

nghiệm……….Error! Bookmark not defined

vàng………Error! Bookmark not defined

2.2 Các yếu tố khảo sát Error! Bookmark not defined

2.2.1 Khảo sát sự hình thành màng vàng trên đế

lamen………Error! Bookmark not defined

2.2.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhóm hydroxyl ( –

OH)………Error! Bookmark not defined

2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phản ứng của APTES với bề mặt

lamen……… Error! Bookmark not defined

2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch

mầm……… Error! Bookmark not defined

2.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch mầm đến quá trình hấp thụ các hạt

! Bookmark not defined

2.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm

mầm………Error! Bookmark not defined

2.3.Các phép đo khảo sát Error! Bookmark not defined

2.3.1 Khảo sát cấu trúc màng nano vàng- Phép đo nhiễu xạ tia

X………… Error! Bookmark not defined

thụ……….Error! Bookmark not defined

2.3.3 Khảo sát hình thái của mẫu màng vàng- Kính hiển vi điện tử quét SEM

Microscope)……… Error! Bookmark not defined

tối………Error! Bookmark not defined

LUẬN……….Error! Bookmark not defined

3.1 Chế tạo màng nano vàng Error! Bookmark not defined

3.1.1 Khảo sát cấu trúc màng nano

vàng……… Error! Bookmark not defined

3.1.2.Khảo sát hình thái của màng nano

vàng………Error! Bookmark not defined

3.1.3.Khảo sát mật độ hạt nano vàng trên đế

lamen……… Error! Bookmark not defined

3.1.3.Phổ hấp thụ của mẫu màng nano

vàng……… Error! Bookmark not defined

3.2 Khảo sát độ lặp lại của các mẫu chế tạo cùng điều kiệnError! Bookmark not defined

3.3 Ảnh hưởng của nhóm hydroxyl (-OH) Error! Bookmark not defined

3.4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phản ứng của APTES với bề mặt lamenError! Bookmark not defined

3.5 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HAuCl4 tạo mầmError! Bookmark not defined

3.6 Ảnh hưởng của pH dung dịch mầm đến quá trình hấp thụ các hạt mầmError! Bookmark not defined 3.7 Ảnh hưởng của thời gian ngâm vàng Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN……… Error!

Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 1

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.Sự tạo thành dao động Plasmon bề mặt của các hạt nano

kim loại

1

Hình 1.3 Mô hình cảm biến sinh học nghiên cứu tương tác

protein – kháng thể giữa BSA (huyết thanh) và anti BSA sử

dụng màng nano vàng

4

Hình 1.4 Sự dịch đỉnh hấp thụ cộng hưởng Plasmon của cấu trúc cảm

biến nhận biết BSA/anti BSA khi độ dày lớp EMA thay đổi theo thời

gian

4

Hình 1.5 Mô hình cảm biến xác định nồng độ DNA, trước khi DNA bắt

cặp (a) và sau khi bắt cặp (b)

6

của cảm biến

Hình 1.7.Mô hình màng nano vàng ứng dụng trong tán xạ Raman nhằm

xác định nồng độ protein p53 và EGFR

8

Hình 1.10 Ảnh SEM của màng nano vàng xốp chế tạo bằng phương

pháp phún xạ - sputtering trước khi ủ (A) và sau khi ủ nhiệt (B)

10

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình phát triển các hạt mầm vàng tạo màng nano

vàng

20

Hình 2.6 Thiết bị đo nhiễu xạ tia X tại Khoa Vật lý-

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

24

Hình 2.7 Thiết bị Shimadzu UV-24500 tại Trung tâm Khoa học vật

liệu- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQGH

24

Hình 2.8 Kính hiển vi điện tử quét S-4800 tại Viện vệ sinh dịch tễ

Trung Ương

25

Hình 2.9 Kính hiển vi trường tối AXIO- A1 Zeiss tại Trung tâm Khoa

học vật liệu- Trường Đại học Khoa học tự nhiên

25

Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu màng nano vàng M 0 chế tạo với nồng

ngâm= 2h

26

1mM, pH (APTES)= 9, pH (mầm vàng)=8, thời gian ngâm= 2h

27

Hình 3.6 Phổ hấp thụ của mẫu màng nano vàng ngâm với dung dịch

KOH 1M

31

Hình 3.7 Phổ hấp thụ và ảnh hiển vi trường tối của mẫu màng Au trên

đế lamen có (m1) và không (m2) thực hiện quá trình ngâm dung dịch

KOH 1M

33

Hình 3.8 Hấp thụ của mẫu màng vàng với các giá trị pH dung dịch

APTES khác nhau

35

Hình 3.9 Phổ hấp thụ của các mẫu màng vàng với các nồng độ dung

36

Hình 3.10 Phổ hấp thụ của mẫu màng vàng thay đổi giá trị pH dung

dịch mầm

37

Hình 3.11 Ảnh hiển vi trường tối mẫu màng vàng

thay đổi giá trị pH dung dịch mầm

37

Hình 3.12 Ảnh hưởng của giá trị pH dung dịch mầm vàng lên điện tích

bề mặt

38

Au

-38

Hình 3.14 Phổ hấp thụ của các mẫu màng Au được chế tạo với thời

gian ngâm mầm khác nhau (a) và đường fit hàm (b)

39

Hình 3.16.Ảnh kính hiển vi trường tối các màng Au hình thành trên đế

lamen

41

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.2 Kết quả hấp thụ của các mẫu màng vàng chế tạo cùng điều

kiện

31

Bảng 3.3 Kết quả hấp thụ của mẫu màng vàng thay đổi nồng độ dung

35

Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Nguyễn Văn Khá (2014), “Nghiên cứu chế tạo và các tính chất vật lý của màng

mỏng kim loại vàng (Au) kích thước nanomet bằng phương pháp hóa học‟‟,

luận văn thạc sỹ vật liệu và linh kiện nano, Trường Đại học Công nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội

2 Lê Thị Tuyết Ngân (2012), “Nghiên cứu, chế tạo và tính chất quang của hạt cầu

cấu trúc lõi/vỏ: Silica/Vàng”, luận văn thạc sỹ, Viện Vật lý- Viện Hàn Lâm

Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam

Tiếng Anh

3 Alena Reznickova, Zdenka Novotna, Nikola Slepickova Kasalkova,(2013),”Gold

nanoparticles deposited on glass: physicochemical characterization and cytocompatibility”, Nanoscale Res Lett, 10.1186/1556-276X-8-252

4 Christian Pfeiffer, Christop Rehbock (2014),”Interaction of colloidal

nanoparticles with their local environment: the (ionic) nano environment around nanoparticles is different from bulk and determines the physico-chemical properties of the nanoparticles‟‟, The royal society publishing,

doi: 10.1098/rsif.2013.0931

5 Christopher J Ward, Robert Tronnodorf, Alica S Eustes,et al , (2014),

‟‟Seed-Mediated Growth of Gold Nanorods: Limits of Length to Diameter Ratio

6 Colis, R T H, and P B Russell, (1976), „‟Lidar Measurements of particles and

gases by elastic backscattering and differential absorption‟‟, Laser

monitoring

Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh

7 Erkin Seker, Michael L Reed, Matthew R.Begley (2009), “ Nanoporous Gold:

Fabrication, Characterzitaion and Application”, Materials, 2(4), 2188-2215;

doi:10.3390/ma2042188

8.Guoping Chen, Michiaki Takezawa, Naoki Kawazoe, Tetsuya

Tateishi,‟‟Preparation of Cationic Gold Nanoparticles for Gene Delivery‟‟, (2008), The Open Biotechnology Journal, , 2, pp 152-156

9.James C.Y.Kah, Nopphawan Phonthammachai, Rachel C Y Wan, Jing

Song,‟‟Synthesis of gold nanoshells based on the deposition precipitation

process‟‟, Gold Bulletin 2008, 41(1), pp 23-36

10 Jain, P.K, Lee, K.S, Al-Sayed,et al,‟‟ Caculated Absorption anh scattering

properties of gold nanoparticiles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine‟‟, The Journal of Physical

Chemistry B, 110 (14), pp 7238–7248

11 Jakub Siege, Olexiy Lyutakov, Vladimír Rybka et al,(2011),”Properties of gold

nanostructures sputtered on glass”, Nanoscale Research Letters,

doi:10.1186/1556-276X-6-96

12 John Watt, Bradley G.Hance, Recheal S Anderson,( 2015),‟‟Effect of Seed Age

on Gold Nanorod Formation: A Microfluidic, Real-Time Investigation‟‟, Chem Mater , 27 (18), pp 6442–6449

13 Mathias Brust, Donald Bethell et al,( 1998),‟‟Self-Assembled Gold

Nanoparticle Thin Films with Nonmetallic Optical and Electronic Properties‟‟,

Langmuir, 14(19), pp 5425-5429

14 Mealling Tapp, Rick Sullivan, Patrick Dennis, Rajesh R Naik, Valeria

T.Milam, ( 2015) ,‟‟Spectroscopic studies of nucleic acid additions during

seed-mediated growth of gold nanoparticles‟‟, J Mater Res, 30(5), pp 666–676

Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh

15 Minwoo Lee, Yoo-Lee Kang, Won-Yeop Rho, San Kyeong, Sinyoung Jeong,

Cheolhwan Jeong,( 2015), ‟‟Preparation of plasmonic magnetic nanoparticles

and their light scatteing properties‟‟, The Royal Society of Chemistry, 5, pp

21050-21053

16 Nguyen Ngoc Long, Le Van Vu, Chu Dinh Kiem, et al,( 2009), „‟Synthesis and

optical properties of colloidal gold nanoparticles‟‟, Journal of Physics,

Conference Series 187, 012026 doi:10.1088/1742-6596/187/1/012026

17 Pallavi Daggumati, Zimple Matharu, and Erkin Seker* , (2015),‟‟Effect of

Nanoporous Gold Thin Film Morphology on Electrochemical DNA Sensing‟‟,

Anal Chem, , 87 (16), pp 8149–8156

18 Peter Owens, Nigel Phillipson Jayakumar Perumal, “Sensing of p53 and EGFR

Biomarker using high efficiency SERS substrates”, (2015), Journal Biosensors, 5, pp 664-677

19 R.A.Alvarez-Puebla,et al, (2005), „‟Surface-enhanced Raman scattering on

nanoshells with tunable surface plasmon resonance‟‟, Langmuir, 21 (23), pp

10504–10508

20 Rakesk Singh Moieangthem, Yia Chung chang, (2011),‟‟Ellipsometry study on

gold-nanoparticle-coated gold thin film for biosensing application‟‟, Biomed

Opt Express, 2(9), pp 2569-2576

21 Sheng –Qing Zhu, Tong Zhang, et al, (2012), ‟‟Gold nanoparticle thin films

fabricated by electrophoretic deposition method for highly sensitive SERS application”, Springer Science, 7:613

22 Ulrich Hohenester, Joachim Krenn,( 2005),” Surface plasmon resonances of

single and coupled metallic nanoparticles: A boundary integral method approach “, Physical Review B 72, pp 195429

Luận văn thạc sĩ Lê Ngọc Anh

23 Wolfgang Haiss, Nguyen T K Thanh, Jenny Aveyard,( 2007), ‟‟Determination

of Size and Concentration of Gold Nanoparticles from UV-Vis Spectra‟‟,

Analytical Chemistry, 79 (11), pp 4215–4221

24 Zhongshi Liang , Yun Liu , Sameul S Ng,et al,( 2011), ‟‟The effect of pH value

on the formation of gold nanoshells‟‟, Journal of Nanoparticle Research,

13(8), pp 3301-3311

25 Zhichao Lou, Yanan Zhang, Xiaohong Zhang, Zhiwei,et al, (2014), ‟‟A Facile

Approach to Monodisperse Au nanoparticles on Fe3O4 nanostructures with surface plasmon resonance amplification‟‟, Journal of nanoscience and

nanotechnology, pp 2371-2378