Chế tạo và khảo sát các thông sô động học của các hạt nano vàng trong môi trường phức hợp

Việc nghiên cứu các quá trình động học của các hạt nano trongmột môi trường đang được đặc biệt quan tâm vì từ đó nó mở ra nhiều ứng dụng trong cácmôi trường giả sinh học và sinh học, đặc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Hoàng Văn Quế

CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA CÁC HẠT NANO VÀNG TRONG MÔI TRƯỜNG PHỨC HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

Thái Nguyên - 2019

Học viên : Hoàng Văn Quế

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Hoàng Văn Quế

CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA CÁC HẠT NANO VÀNG TRONG MÔI TRƯỜNG

PHỨC HỢPChuyên ngành: Quang học

Mã số: 8840110 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Vũ Xuân Hòa

PGS.TS Trần Hồng Nhung

Thái Nguyên - 2019

Học viên : Hoàng Văn Quế

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Xuân Hòa và PGS.TS Trần Hồng Nhung đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám hiệu trường THPT Lê Văn Thịnh nơi tôi đang công tác Ban giám hiệu trường Đại học khoa học- Đại học Thái Nguyên , các thầy cô khoa Vật lí và công nghệ trường Đại học khoa học đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đồng nghiệp

đã luôn động viên và khích lệ tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.

Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành đề tài nhưng không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Em rất mong được sự đánh giá, nhận xét và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đọc để đề tài được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, 12 tháng 6 năm 2019

Học viên

HOÀNG VĂN QUẾ

Học viên : Hoàng Văn Quế

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

Mục đích nghiên cứu Vai trò và tính cấp thiết của đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về các hạt nano vàng 3

1.1.1 Tính chất quang của hạt nano vàng 3

1.1.2 Một số phương pháp chế tạo hạt nano vàng 5

1.1.3 Một số ứng dụng của hạt nano vàng 6

1.2 Chuyển động dịch chuyển ngẫu nhiên (Brown) 7

1.3 Phương pháp theo dõi đơn hạt 10

1.3.1 Sự phát triển của SPT 11

1.3.2.Thiết lập hệ quang học cho SPT trong không gian 2 chiều (2D) và 3 chiều (3D) 13

1.3.3 Phân tích dữ liệu 14

1.3.4 Kết luận 19

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO , KHẢO SÁT VÀ THEO DÕI HẠT NANO VÀNG 20

2.1 Chế tạo hạt nano vàng 20

2.2 Các phương pháp khảo sát 21

2.2.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning Electron Microscope) 21

2.2.2 Phổ hấp thụ UV-Vis 23

2.2.3.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của kính hiển vi quang học trường tối 25

Học viên : Hoàng Văn Quế

2.3 Quy trình theo dõi đơn hạt nano vàng trong môi trường phức hợp 27

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Hình thái, kích thước và phổ hấp thụ của nano vàng dạng cầu 33

3.2 Các thông số động học của hạt nano vàng trong môi trường phức hợp 34

3.2.1 Đánh giá độ nhớt của môi trường nước+glycerol 34

3.2.2 Xác định hệ số khuếch tán (Dt)bằng phương pháp theo dõi đơn hạt 36

3.2.3 Quãng đường dịch chuyển trung bình <r(t)> 42

3.2.4 Vận tốc dịch chuyển trung bình <v(t)> 45

KẾT LUẬN 49

PHỤ LỤC 50

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

Học viên : Hoàng Văn Quế

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Hệ số nhớt của môi trường hỗn hợp phụ thuộc vào lượng glycerol 35 Bảng 3.2: Bảng thống kê hệ số khuếch tán cho 5 đơn hạt trong hỗn hợp nước +20%

glycerol 37

Bảng 3.3a Hệ số khuếch tán D của 5 hạt nano vàng phụ thuộc vào lượng glycerol trong

dung dịch (Giá trị D trong bảng *10-12 m2/s ) 41

Bảng 3.3b Hệ số khuếch tán trung bình của các hạt nano vàng phụ thuộc vào lượng

glycerol trong dung dịch

Bảng 3.6 Thống kê chung các thông số động học trung bình của các hạt nano vàng trong

từng môi trường hỗn hợp glycerol khác nhau 47

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Học viên : Hoàng Văn Quế

Hình 1.1 Màu của cốc phụ thuộc vào vị trí chiếu ánh sáng

3

Hình 1.2 Ảnh kính hiển vi điện tử quét của các hạt nano vàng dạng thanh (A) Ảnh chụp các dung dịch hạt nano vàng dạng thanh có kích thước khác nhau (B) Phổ dập tắt lasmon tương ứng (C) 4

Hình 1.3 Sơ đồ minh họa của SPT

13 Hình 1.4 Sơ đồ quang học khác nhau cho SPT trong 2D và 3D

14 Hình 1.5 Ước lượng vị trí hạt và tính toán chính xác vị trí

15 Hình 1.6 Liên kết các vị trí và xây dựng quỹ đạo các hạt

16 Hình 1.7 Phân tích quỹ đạo và đường cong MSD

18 Hình 2.1.Sơ đồ chế tạo hạt keo vàng bằng phương pháp Turkevitch 20

Hình 2.2 Mô hình phản ứng xảy ra trong phương pháp Turkevitch 21

Hình 2.3 Sơ đồ khối của kính hiển vi điện tử quét 22

Hình 2.4 Biểu diễn định luật Lamber-Beer 24

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ đo hấp thụ UV-Vis hai chùm tia 25

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi trường tối So sánh ảnh trường tối với ảnh trường sáng 26

Hình 2.7 Cấu hình quang học của kính hiển vi trường tối phản xạ và truyền qua được sử dụng để quan sát các hạt nano vàng 27

Hình 2.8 Sơ đồ minh họa quy trình theo dõi đơn hạt 28

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Học viên : Hoàng Văn Quế

hạt 29

Hình 2.10 Quan sát tất cả các quỹ đạo của các đơn hạt ( khung bên phải được phóng to

Hình 2.12 Quỹ đạo chuyển động của 1 đơn hạt theo thời gian Các tọa độ x và y tạo

thành

Học viên : Hoàng Văn Quế

các điểm ảnh ở mỗi khung hình (frame)cho 1 quỹ đạo của hạt nano 31

Hình 3.1 a) Ảnh các hạt nano vàng được chụp dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) b)

Phổ hấp thụ plasmon của các hạt nano vàng tương ứng

33

Hình 3.2 Bình phương dịch chuyển trung bình đo đạc bằng thực nghiệm cho một hạt

nano vàng duy nhất (hạt số 1) có bán kính thủy động học Rh=14

nm 37

Hình 3.3 Bình phương dịch chuyển trung bình đo đạc bằng thực nghiệm cho 4 hạt nano

vàng khác nhau trong hỗn hợp nước +20%

glycerol 38

Hình 3.4 Bình phương dịch chuyển trung bình đo đạc bằng thực nghiệm và khớp lý

thuyết cho 12 hạt nano vàng trong nước +20%

glycerol 39

Hình 3.5 Bình phương dịch chuyển trung bình đo đạc bằng thực nghiệm cho các hạt nano

vàng trong các môi trường hỗn hợp nước có lượng glycerol khác nhau: a) 20%; b) 40%; c)60%; d) 90% 40

Hình 3.6 a) Thực nghiệm xác định MSDR và b) các giá trị D được suy ra từ hình a cho các

môi trường hỗn hợp glycerol tương ứng (20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% và 90%) 42

Hình 3.7 Hình ảnh quỹ đạo của một hạt nano vàng ( hạt số 1)trong môi trường hỗn hợp

Học viên : Hoàng Văn Quế

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay công nghệ nano đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới nói chung vàtrong nước ta nói riêng Việc nghiên cứu các quá trình động học của các hạt nano trongmột môi trường đang được đặc biệt quan tâm vì từ đó nó mở ra nhiều ứng dụng trong cácmôi trường giả sinh học và sinh học, đặc biệt là trong tế bào sống Trên thế giới hiệnnay, hướng nghiên cứu Sinh học Quang tử (Biophotonics) với việc gắn kết các hạt nanovới các đối tượng sinh học đang phát triển rộng rãi sẽ hứa hẹn nhiều ứng dụng vào thựctiễn Do các chất đánh dấu trên cơ sở vật liệu nano với các ưu điểm vượt trội so với cácchất đánh dấu cổ điển như: độ bền quang, độ tương phản cao và bền trong môi trườngsinh học Các ưu điểm đó của các chất đánh dấu nano tạo ra nhiều khả năng phát hiện cácđích sinh học với độ nhạy cao trong các điều kiện khác nhau từ đơn phân tử cho đến cácứng dụng trong cơ thể người v.v Nhiều nghiên cứu trên thế giới về tương tác giữa cáchạt nano vàng phát quang và các chất đánh dấu huỳnh quang đã được thực hiện nhưBRET-FRET nano particles, sử dụng kỹ thuật FRET trên các hạt nano để phân tíchprotein [1], … Hiên nay, sự tương tác giữa các chất đánh dấu huỳnh quang vẫn được tiếptục nghiên cứu trong các ứng dụng sinh học như nghiên cứu cấu trúc DNA [2] v.v

Công nghệ nano đang thay làm thay đổi cuộc sống của chúng ta nhờ vào khả năngcan thiệp của con người ở kích thước nano mét, tại đó, vật liệu nano thể hiện rất nhiều tínhchất đặc biệt và lý thú Một nhánh quan trọng của công nghệ nano, đó là lí sinh học nano,trong đó, vật liệu nano được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh Lí sinh học nano đã

và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ nhờ vào khả năng ứng dụng rất linh hoạt và hiệuquả của vật liệu nano Tuy nhiên, việc hiểu biết và theo dõi đơn hạt nano vàng khi chúngđược đánh dấu vào tế bào sinh học hiện nay chưa có một nhóm chuyên gia nào nghiêncứu sâu và chi tiết Vấn đề này hiện vẫn còn rất mới mẻ và đòi hỏi cần có nhiều đầu tưcông sức vào đây Trong đề tài này, trước tiên chúng tôi nghiên cứu các thông số độnghọc (hệ số khuếch tán dịch chuyển, quãng đường dịch chuyển trung bình ,vận tốc dịchchuyển và bán kính thủy động lực học) của các đơn hạt nano vàng dạng cầu trong môitrường phức hợp glycerol Đây là môi trường giả sinh học (gần môi trường sinh học), do

đó việc nghiên cứu các thông số động học trong môi trường này sẽ giúp cho có cáchtiếp cận tốt trong việc

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 2

nghiên cứu các môi trường sinh học thực sự sau này Tiếp đó, chúng tôi sẽ hướng đến nghiên cứu động học của các hạt nano vàng trong môi trường tế bào sinh học

Ở đây, chúng tôi giới thiệu một vật liệu quý đó là hạt nano vàng dạng cầu Đểnghiên cứu động học của chúng, một phương pháp hữu hiệu được tiếp cận là phương pháptheo dõi đơn phân tử (hay theo dõi đơn hạt) Phương pháp này còn rất mới và hiện nayđang được đặc biệt quan tâm Phương pháp theo dõi đơn phân tử dựa trên những quan sátcác quỹ đạo của các hạt Tính toán các bình phương dịch chuyển trung bình, nhờ đó xácđịnh hệ số khuếch tán và vận tốc dịch chuyển là hai thông số quan trọng mà chúng tôi cầnquan tâm Ở đây, chúng tôi theo dõi sự chuyển động của các đơn hạt nano vàng dạng cầutrong dung dịch phức hợp có độ nhớt xác định, sử dụng kính hiển vi quang học trường tối

và camera CCD nhanh và nhạy Các vị trí của các hạt nano được xác định thông qua công

cụ plugin de Mosaic để phát hiện các tín hiệu của mỗi hạt và quan sát được quỹ đạochuyển động của chúng, nhờ vào chương trình Matlab chúng tôi phân tích và tính toánbình phương dịch chuyển trung bình được lấy từ số liệu thực nghiệm Sau đó làm khớptheo hàm tuyến tính từ lý thuyết chuyển động Brownian 2 chiều để xác định hệ số khuếchtán dịch chuyển Để nghiên cứu độ linh động của hạt nano vàng dạng cầu có kích thướckhác nhau chuyển động trong glycerol-nước, chúng tôi tiến hành đo đạc bán kính thủyđộng lực học dựa vào công thức liên hệ Stock-Einstein Sau cùng là xác định quãngđường dịch chuyển và vận tốc dịch chuyển của từng hạt nano vàng dạng cầu duy nhất

Từ các phân tích trên, tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài “Chế tạo và khảo sát các thông

số động học của các hạt nano vàng trong môi trường phức hợp” là rất cần thiết và cần

được tiến hành thực hiện Sự thành công của đề tài sẽ đóng góp rất quan trọng vào nhữnghiểu biết về cơ chế dịch chuyển và quay ngẫu nhiên của đơn hạt nano trong môi trườngphức hợp

Báo cáo luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 3 chương chínhChương 1: Tổng quan

Chương 2: Thực nghiệm: chế tạo, khảo sát và theo dõi hạt nano vàng

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan về các hạt nano vàng

1.1.1 Một số tính chất quang của các hạt nano vàng

Vàng là kim loại chuyển tiếp, kí hiệu Au, thuộc nhóm 11, chu kỳ 6 và phân lớp

d, vàng có số thứ tự 79 trong bảng hệ thống tuần hoàn Khi ở dạng khối vàng là nguyên tốkim loại có màu vàng, nhưng có thể có màu đen, hồng ngọc hay mầu tía khi được cắtmỏng Nó là kim loại mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng nhất, thực tế 1g vàng có thể được dátthành tấm

1m² Vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưng lại chịu tác dụng của nướccường toan để tạo thành muối cloroauric cũng như chịu tác động của dung dịch xyanuacủa các kim loại kiềm Kim loại này có ở dạng quặng hoặc dạng hạt trong đá và trong các

mỏ bồi tích Đối với vật liệu vàng, chúng được sử dụng từ khoảng 5000 năm trước côngnguyên chủ yếu dưới dạng khối nhờ vào độ bền hóa học và màu sắc rực rỡ với ánh sángmặt trời Bắt đầu từ khoảng thế kỉ 13, hạt keo vàng bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong yhọc cũng như trong kỹ thuật từ khi các nhà giả kim học có thể hòa tan được vàng khốivào các chất khác để tạo ra các “chất lỏng mầu nhiệm” với các màu sắc khác nhau Từ đótới nay, có thể tìm thấy các ứng dụng của các hạt keo vàng ở khắp nơi: trong nhà thờ(kính mầu), bát đĩa sứ (mầu men), thuốc chữa bệnh…Nhờ vào các mầu sắc rực rỡ của cácdung dịch hạt vàng tùy thuộc vào hình dạng và kích thước hạt, người ta có thể tạo ra cácdung dịch với mầu sắc khác nhau theo ý muốn bằng cách khống chế hình dạng và kíchthước hạt [3]

Tới thế kỷ thứ 19, khi Faraday chế tạo các hạt vàng và nhận ra rằng mầu sắc củadung dịch chứa hạt vàng được quyết định bởi kích thước hạt, thì bản chất của các mầu sắc

đó mới được làm sáng tỏ (hình 1.1)

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 4

Hình 1.1 Màu của cốc phụ thuộc vào vị trí chiếu ánh sáng [3]

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 5

Năm 1897, Richard Zsigmondy một nhà hóa học người Đức đã chứng minh đượcrằng màu đỏ tía của men sứ (thường gọi là màu Cassius) là sự kết hợp của hạt keo vàng

và axit Stannic Nhờ phát minh này ông đã được giải Nobel năm 1925 Năm 1908 Mie đãgiải thích các tính chất quang đặc biệt của hạt vàng là do hấp thụ và tán xạ plasmon bềmặt

Mặt khác, ta quan sát thấy rằng mầu sắc của dung dịch chứa các hạt nano vàng thayđổi khi hình dạng của chúng thay đổi Điều này được giải thích bởi lý thuyết Gans Khihình dạng của hạt nano dạng cầu (có tính đối xứng cao nhất) thì phổ hấp thụ plasmon củachúng chỉ có một đỉnh duy nhất, khi tính đối xứng của hình dạng hạt giảm thì số đỉnh phổhấp thụ này tăng lên Ví dụ như hạt nano vàng dạng thanh có hai đỉnh phổ hấp thụPlasmon Vị trí của đỉnh phổ tùy thuộc vào tỷ số giữa hai trục (ngang và dọc) của hạt nano[4] (xem hình 1.2)

Hình 1.2 Ảnh kính hiển vi điện tử quét của các hạt nano vàng dạng thanh (A) Ảnh chụp

các dung dịch hạt nano vàng dạng thanh có kích thước khác nhau (B) Phổ dập tắt plasmon tương ứng (C)

Nội dung này mô tả các thuộc tính quang học của vật liệu nano vàng, có đặc tính

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 6

thích,

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 7

các thuộc tính quang học bị chi phối bởi các mode cộng hưởng của plasmon liên kết cục

bộ với tập thể các electron dẫn gây ra bởi sự tương tác với sóng điện từ Ví dụ, với cáchạt nano vàng có các tính chất plasmonic thú vị nhất trong vùng khả kiến và vùng hồngngoại gần Sự trơ về mặt hóa học và sự tương thích sinh học của vàng làm cho nó trởthành ứng viên sáng giá trong ứng dụng y sinh học

1.1.2 Một số phương pháp chế tạo các hạt nano vàng

Trong đề tài này, tôi tập trung vào nghiên cứu các hạt nano vàng đơn nhất, do vậy tôi

sẽ giới thiệu một số phương pháp chế tạo các hạt nano vàng đơn phân tán trong dung dịch.Nhìn chung, các hạt nano vàng có thể được chế tạo bằng hai phương pháp chủ yếu, đó làphương pháp hóa học và phương pháp vật lý Tùy theo hình dạng hạt , kích thước hạt , cấutrúc hạt và đặc điểm của hạt nano mà lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp

Đối với các hạt nano vàng dạng cầu, thông thường chúng được chế tạo bằng phươngpháp hóa học Các hạt nano vàng có thể được chế tạo bằng cách khử hydro tetracloruavàng (HAuCl4) Sau khi hòa tan HAuCl4 trong nước được khuấy từ mạnh trong khi thêmtác nhân khử vào Do đó Au3+ bị khử thành ion vàng một cộng (Au+) và nhanh chóngtrở thành nguyên tử vàng, vàng bắt đầu dần dần kết tủa dưới dạng hạt nhỏ hơn nano mét

và lớn dần cho tới khi dung dịch trở nên siêu bão hòa Nếu dung dịch được khuấy từ đủmạnh thì các hạt sẽ có kích thước đồng đều Một trong các phương pháp đó là: Phươngpháp Turkevitch (phương pháp chủ yếu tạo các hạt nano dạng cầu), phương pháp Brust,phương pháp siêu âm,

Để tạo các hạt nano vàng với các hình dạng khác nhau thông thường sử dụng phươngpháp tạo mầm (Seeding Growth) Đầu tiên mầm được tạo thành có dạng cầu cỡ 4 nm, sau

đó cho dung dịch mầm vào muối kim loại, tùy vào tỷ lệ mầm và muối kim loại và thờigian phản ứng mà các hạt nhận được sẽ có hình dạng theo ý muốn Cuối cùng, để tạo cáchạt dạng thanh (rod) người ta gắn các chất ổn định lên một phía của hạt trong dung dịchmuối kim loại Phản ứng tạo vàng sẽ tiếp tục ở phía không được gắn chất ổn định và kếtquả nhận được là các thanh keo vàng Ngoài các phương pháp chế tạo các hạt keo vàngthuần nêu

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 8

trên, người ta còn chế tạo các hạt silica bọc vàng kích thước vài trăm nm để dùng làm chấtphản quang hoặc trong các thí nghiệm tiêu diệt các tế bào bệnh bằng hiệu ứng quang nhiệt

Bên cạnh các phương pháp hóa học nói trên, các hạt nano kim loại vàng có thể cònđược chế tạo bằng phương pháp vật lí như: phương pháp bắn phá bằng tia laze, phươngpháp bốc bay (bốc bay nhiệt, bốc bay bằng chùm điện tử), hay dùng plasma để tạo ra cáchạt nano vàng,

1.1.3 Một số ứng dụng của hạt nano vàng

Hiện nay, hạt nano vàng có nhiều ứng dụng trong vật lí, hóa học và y sinh học Một trong các ứng dụng đó là:

(1) Hạt nano vàng được sử dụng trong y sinh học để đánh dấu tế bào Nguyên tắc ứng

dụng hạt nano vàng trong đánh dấu tế bào như sau: hạt nano vàng được gắn kết với khángthể đặc hiệu kháng tế bào ung thư, sau đó gắn lên mẫu bệnh có tế bào ung thư Nhờ liênkết kháng nguyên - kháng thể đặc hiệu mà hạt nano gắn lên bề mặt của tế bào Chiếu ánhsáng lên tế bào thì do khả năng tán xạ mạnh của hạt nano vàng mà các tế bào ung thư sẽđược phân biệt với các tế bào thường không có khả năng tán xạ Kết quả cho thấy nếukhông gắn với kháng thể kháng tế bào ung thư thì hạt nano vàng không gắn lên tế bào ungthư Khi có kháng thể gắn với hạt nano vàng, hạt nano vàng bám lên các tế bào Dưới ánhsáng hiển vi trường tối, các tế bào này phát sáng rất mạnh, khác biệt hẳn với các tế bào khikhông có hạt nano vàng gắn kết Hơn nữa, bề mặt hạt nano vàng có thể kết hợp với phân

tử thuốc, phân tử sinh học như DNA, các loại protein như enzyme, kháng thể cho nhiềuứng dụng y học khác nhau Ngoài ra có thể nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng để phântách tế bào, dẫn thuốc, nung nóng cục bộ…

Vận chuyển thuốc: thường dùng các hạt vàng ~30 nm Hiệu ứng tán xạ plasmon cộnghưởng trên bề mặt hạt vàng cho phép sử dụng hiện ảnh cả với ánh sáng trắng ở kính hiển

vi thường, điều mà các chất đánh dấu khác không làm được

(2) Ứng dụng để làm Tăng trưởng tán xạ Raman (Surface Enhanced Raman

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 9

hàng

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 10

nghìn lần do tương tác của plasmon bề mặt của hạt vàng với các trạng thái điện tử củaphân tử Ứng dụng hiệu ứng này làm đầu dò đơn phân tử (single molecule detection).Ngoài ra còn có hiệu ứng tăng trưởng tín hiệu huỳnh quang của các phân tử trên bề mặtcủa hạt vàng Hiệu ứng này cũng được ứng dụng trong các thí nghiệm đánh dấu sinh học

(3) Ứng dụng làm sensơ sinh học

Phổ hấp thụ của hạt vàng rất nhạy với môi trường xung quanh nó, có nghĩa là các phân tử liên kết với hạt vàng gây ra sự thay đổi mầu do sự dịch đỉnh của hấp thụ plasmon Thí dụ:làm sensơ DNA, sự có mặt của DNA làm đổi mầu của các hạt nano từ mầu đỏ sang mầu xanh được ứng dụng làm các phép thử nhanh phát hiện bệnh như thử thai nghén, thử bệnhbằng nước bọt

(4) Điều trị ung thư bằng quang nhiệt (photothermal therapy): sử dụng laser để cắt bỏ

tế bào ung thư Hệ số hấp thụ nhiệt sinh ra do cộng hưởng hạt Au cao

- Hiện ảnh và điều trị bằng hồng ngoại đi sâu vào cơ thể với các hạt SiO2 bọc vàngđường kính vài trăm nm có đỉnh tán xạ SPR nằm trong vùng hồng ngoại Sử dụng cácthanh nano (rod) vàng, các nano vàng lõi vỏ và các nano vàng bán nguyệt, có thiết diện

tán xạ lớn trong vùng hồng ngoại Đây là phương pháp hiện ảnh và điều trị ung thư in vivo và rất nhạy đang được tập trung nghiên cứu trên thế giới [5].

(5) Một vài ứng dụng khác:

- Sử dụng trong các ứng dụng nano và chất xúc tác

- Kết nối điện trở, chất dẫn, và các yếu tố khác của một chip điện tử

- Làm đầu dò cho kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

- Là chất xúc tác trong một số phản ứng hoá học

- Ứng dụng trong pin nhiên liệu

1.2 Chuyển động dịch chuyển ngẫu nhiên (Brown)

Khi một hạt vi mô đặt trong dung dịch, ngoài việc chúng chuyển động quay Brown

mà đồng thời chúng còn chuyển động dịch chuyển Các quy luật cơ bản của chuyển động

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 11

dịch chuyển Brown đã được thiết lập bởi Einstein và sau Perrin là người phát triển sâu vàđầy đủ hơn [6] Perrin cho rằng chuyển động Brown là một lập luận rõ ràng cho sự tồn tạicủa các phân tử, các luận cứ của ông như sau:

Điều thực sự lạ và mới trong chuyển động Brown chỉ là nó không bao giờ dừng lại.Đầu tiên, điều này có vẻ mâu thuẫn với kinh nghiệm quan sát hàng ngày của chúng ta về

ma sát Ví dụ: nếu chúng ta đổ một xô nước vào bồn, có vẻ như chúng ta sẽ thấy rằng saumột lát, chuyển động bị chiếm hữu bởi khối chất lỏng đã biến mất Tuy nhiên, hãy phântích cách đạt đến trạng thái cân bằng rõ ràng này: Tất cả các hạt của nước đều có vận tốcxấp xỉ bằng nhau và song song, sự sắp xếp này bị phá vỡ ngay khi một số hạt, đập vàothành bình nảy ra với vận tốc thay đổi, sẽ ngay lập tức lại va chạm với các phần tử kháccủa chất lỏng

Xét chuyển động Brown của một hạt vi mô trong môi trường có độ nhớt η(T) đượcđặc trưng bởi một tập hợp các tham số bất thường do kích động nhiệt Các định luật cơbản của chuyển động Brown của một quả cầu nhỏ tự do đắm mình trong một chất lỏngcho phép xác định các vị trí dịch chuyển của một hạt theo thời gian dài so với khoảng thờigian giữa hai thời điểm tức thời Chúng ta xét một hạt nhỏ chuyển động Brown mà trongquá trình di chuyển nó bị bắn phá từ mọi phía bởi các phân tử của môi trường xung quanh

Để xác định D, chúng ta có thể viết các lực cân bằng tác dụng lên hạt bằng cách

xem hạt chịu tác dụng của ma sát nhớt tỉ lệ thuận với tốc độ Sự cân bằng của các lực đó

có thể

như sau (theo một chiều), được gọi là phương trình Langevin:

Ở đó, 𝐹��𝑡 (��) là ngoại lực tác dụng lên hạt trong môi trường, ���(��) là vận tốc theo trục �, 𝜇 là hệ số ma sát, giá trị của 𝜇 có thể được xác định trực tiếp từ thực nghiệm.

Nhân 2 vế của phương (1.2) với � và lấy trung bình, ta nhận được :

Với 〈��2〉 vận tốc bình phương trung bình theo trục ox.

Chúng ta biết rằng, ở điều kiện cân bằng nhiệt động: 1 �〈��2〉 = 1 𝑘 𝑇

⟹ 〈�2〉 = 2 �𝐵 𝑇 𝑡 (1.6)

𝜇

Chúng ta có thể nhận được mối liên hệ theo hệ số khuếch tán dịch chuyển, hệ sốnhớt của môi trường và nhiệt độ từ các phương trình (1.3) và (1.9):

��� = ��� 𝑇 (1.8)

Đối với các hạt hình cầu, có thể chứng minh được công thức liên hệ giữa hệ số ma sát với bán kính R của hạt và độ nhớt chất lỏng 𝜂 theo:

𝜇 = 6𝜋𝑅𝜂 (1.9)

Cuối cùng, đối với hạt hình cầu, chúng ta nhận được công thức Einstein-Stokes:

(1.11)-

Xé

-

Xé

-1.3 Phương pháp theo dõi đơn hạt

Để giải mã sự tương tác phức tạp giữa vô số các phân tử khác nhau được thể hiệntrong một môi trường đơn nhất là một vấn đề đã và đang được tìm hiểu trong nhiều thập

kỷ gần đây Do đó, từ việc nghiên cứu kính hiển vi đã cho thấy rằng các thành phần tếbào, các protein trên bề mặt tế bào và các bào quan trong tế bào và DNA trong nhân tếbào phân phối không đồng nhất cả về không gian và thời gian Đáng chú ý là không chỉcác nhà sinh học đang tập trung vào việc làm sáng tỏ sự phức tạp của các tế bào, mà còn

có các nhà vật lý đang đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong lĩnh vực này Thậtvậy, khả năng theo dõi các phân tử đơn lẻ một cách tự nhiên của tế bào sống được chuyểnthành một mô tả định lượng và chính xác hơn về các quá trình động học để kiểm soát chứcnăng tế bào Do đó các nhà vật lý đang được thu hút vào các ngành sinh học, góp phầnvào sự phát triển của công nghệ và tạo ra các công cụ mới để phân tích dữ liệu Họ cungcấp các mô hình quan trọng và toàn diện mà chúng ta tiếp cận gần hơn để tìm hiểu sựchuyển động các phân tử và chuyển động của các phân tử trong các tế bào và phản ứngcủa chúng đối với môi trường Sự kết hợp giữa sinh học và vật lý học sẽ làm bộc lộ rấtnhiều các phân tử cũng như các cơ chế vật lý cơ bản, sự phức tạp của các tế bào sống.Trọng tâm của những tiến bộ là sự phát

cao mà không xâm phạm vào bên trong cơ thể Một trong những kỹ thuật này là phươngpháp theo dõi đơn hạt (Single Particle Tracking- SPT).

1.3.1 Sự phát triển của SPT

Lịch sử phát triển của SPT từ giữa những năm 1980, khi Brabander và các đồngnghiệp đầu tiên cho thấy rằng các hạt nano vàng có kích thước nhỏ 40 nm, có thể đượcnhìn thấy trên bề mặt của các tế bào sống bằng các thiết bị quang học [7, 8] Ban đầuđược gọi là “kính hiển vi nanovid”, các phương pháp được sử dụng dựa trên sự phân bốthưa thớt của các hạt keo vàng, gắn liền với các phân tử sinh học Trong một vị trí lýtưởng, chỉ có một phân tử sinh học duy nhất được gắn vào một hạt vàng Bởi vì sự tán xạRayleigh có cường độ rộng, các tọa độ không gian của các vị trí tâm của các hạt đơn lẻ cóthể được lấy với độ chính xác cỡ nano mét và nó được được ghi ở hình ảnh bởi kính hiển

vi tương phản giao thoa (DIC) [7] Đây là phương pháp đơn giản lần đầu tiên cho phéptheo dõi và điều khiển với độ chính xác quy mô nano mét [9] và mở ra lĩnh vực theo dõiphân tử đơn lẻ trong màng tế bào [10, 11] Thay vì sử dụng các hạt vàng, cao su lớn,polystyrene hoặc các hạt silica với các kích cỡ khác nhau, có đường kính từ 200 nm đến 1

mm cũng có thể được hiện ảnh và theo dõi bằng cách sử dụng kính hiển vi quang họcchuẩn Nhiều năm qua, SPT có chiến lược phát triển nhằm đến mục tiêu các phân tử khácnhau, xử lý dữ liệu và mô hình hóa các phương pháp đã được nghiên cứu cụ thể, các tổchức không đồng nhất và động học của màng tế bào (xem [12] với một trong các đánh giátoàn diện đầu tiên trên SPT) Trong điều kiện thực hiện với sự đơn giản của kỹ thuật này,rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới dành những nỗ lực của họ để phát triển thuật toánphù hợp để xây dựng quỹ đạo và phân tích khuếch tán và dòng chảy trong hệ thống hai

và ba chiều (xem các đánh giá gần đây [13])

Vào năm 1930, kính hiển vi huỳnh quang đã có một bước đột phá mới, khi cácphân tử đơn lẻ có thể được phát hiện ở nhiệt độ phòng bằng tín hiệu huỳnh quang [14].Ngay sau đó, SPT đã được thực hiện bằng cách thay thế các hạt đơn lẻ bằng các phân tửhuỳnh quang đơn hoặc protein huỳnh quang [15, 16, 17] Kể từ đó lĩnh vực này đã chothấy một sự bùng

nổ về việc triển khai quang khác nhau, các thuật toán để xây dựng lại quỹ đạo và phân tích

dữ liệu, mô hình vật lý, và quan trọng, nó đã dẫn đến những khám phá mới trong sinh học

Điều thú vị là, sự phát triển vượt trội của SPT đã không chỉ cho ta những hiểu biếtsâu về sinh học mà còn tạo ra một công cụ đơn phân tử tinh tế để khám phá sự phức tạpcủa hệ thống sống từ góc độ vật lý Đặc biệt, hai phát hiện chính từ các thí nghiệm SPT đãtạo nên sự quan tâm của các nhà lý thuyết và các thống kê vật lý

Để hiểu hơn về các thuật toán phân tích dữ liệu cần giải thích quỹ đạo từ hình ảnh SPT Các thuật toán này được tách thành hai khối chính:

 Phần đầu tiên của thuật toán là tập trung vào xác định các vị trí tâm của các hạt

sử dụng cho SPT và các liên kết của các tọa độ để tạo ra quỹ đạo mà mô tả sựchuyển động của các hạt

 Phần thứ hai của thuật toán là tập trung vào việc tái liên kết các hạt, giải thích

và phân tích những quỹ đạo để xác định các thông số như kiểu khuếch tán, hệ

số khuếch tán, vận tốc, quãng đường dịch chuyển trung bình, …v.v

Cuối cùng, tập trung vào các mô hình lý thuyết hiện đang được phát triển để giải thíchphép đo SPT Trong hình 1.3 cho thấy một loạt các hình ảnh được thực hiện ghi lại, cóchứa một số lượng ít các phân tử có gắn nhãn (đốm đỏ) Phim chứa từ hàng trăm đến hàngngàn hình ảnh ghi lại bằng camera nhanh Trong bước xác định vị trí, hình ảnh huỳnhquang tại một thời điểm nhất định được phân tích để lấy lại vị trí của các hạt Độ chínhxác vị trí cuối cùng phụ thuộc vào nửa độ bán rộng tối đa (FWHM) của hàm điểm lan tỏa(PSF), số lượng photon thu thập từ nguồn phát xạ và các nguồn nhiễu khác nhau từ thựcnghiệm Sau khi lặp đi lặp lại bước xác định vị trí trên một chuỗi thời gian của rất nhiềuhình ảnh, các vị trí được liên kết lại để tạo ra quỹ đạo theo dõi sự chuyển động của các hạt(đường nét đứt mầu trắng được liên kết lại như là một hàm của thời gian ở hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ minh họa của SPT

1.3.2.Thiết lập hệ quang học cho SPT trong không gian 2 chiều (2D) và 3 chiều (3D)

Không gian hay sử dụng nhất SPT thực hiện quang học cho hình ảnh 2D dựa trênvùng sáng rộng và phát hiện một vết loang thấp, máy ảnh có độ nhạy cao Cấu hình nàycho phép phát hiện nhanh các tín hiệu để thu thập dữ liệu và theo dõi các phân tử chuyểnđộng Ngày nay hầu hết các nghiên cứu sử dụng SPT dựa trên tín hiệu huỳnhquang.Thông thường, các phân tử được kích thích sử dụng một chùm tia laser tập trungvào các mặt phẳng tiêu cự, các vật kính tạo ra một chùm tia song song kích thích mộtvùng của mẫu trong suốt toàn bộ chiều sâu của nó Huỳnh quang phát ra được chọn lọc từánh sáng kích thích và phát hiện bằng cách sử dụng máy ảnh Việc phát hiện và theo dõicác tín hiệu phát ra riêng biệt đòi hỏi đến tỷ lệ tín hiệu cao, mà phụ thuộc vào cách sửdụng tính chất ảnh vật lý của quá trình phân tích Thông thường, với khẩu độ số NA> 1.2được sử dụng để thu thập số lượng lớn nhất có thể của các photon phát ra Hơn nữa, các

bộ lọc huỳnh quang có độ sắc nét với độ truyền cao (> 80%) và máy ảnh phát hiện vớinăng suất lượng tử cao

Hình 1.4 Sơ đồ quang học khác nhau cho SPT trong 2D và 3D

Trong Hình 1.4 (a) dùng laser kích thích mẫu ở chế độ epi hoặc phản xạ nội toàn phần(TIRF) Ánh sáng phát xạ được tách ra từ ánh sáng kích thích sử dụng bộ lọc phù hợp và

để phát hiện ta sử dụng một máy ảnh CCD (b) Cách chiếu sáng khác nhau, bao gồm cảepi, TIRF và (highly inclined and laminated optical) HILO Trong các cấu hình này, cácchùm tia laser được hội tụ tại mặt phẳng tiêu cự của vật kính Tùy thuộc vào độ nghiêngcủa các chùm tia laser đối với trục của vật kính mà độ sâu chiếu sáng đạt được khác nhau.(c) nguyên tắc theo dõi quỹ đạo của các hạt trong 3D sử dụng kính hiển vi hai photon Tialaser được quét trong vòng tròn xung quanh hạt quan tâm (hình elip màu xanh) Trong ví

dụ này, hai quỹ đạo vào vị trí z khác nhau và hai hạt khác nhau (màu xanh lá cây và màuđỏ) được hiển thị Các cường độ huỳnh quang được tích hợp tại điểm nhất định của nhữngquỹ đạo như di chuyển laze xung quanh hạt Cường độ có liên quan đến vị trí thực tế củahạt đối với các quỹ đạo và được sử dụng để theo dõi vị trí của hạt trong 3D (d) kỹ thuậtPSF tiếp cận phá vỡ đối xứng trục của PSF để mã hóa thông tin 3D trong hình dạng PSF

1.3.3 Phân tích dữ liệu

Các kết quả chung của một thí nghiệm SPT gồm một chuỗi hình ảnh nhiễu xạ đượcgiới hạn bởi thời gian của các hạt thu được thông qua các kỹ thuật kính hiển vi nói trên.Một bước quan trọng để đánh giá định lượng về động học là phát hiện hạt với độ phân giải

(Hình 1.5).

Toàn bộ quá trình này, thường được gọi là kỹ thuật “theo dõi hạt duy nhất” [13], kỹ thuậtnày lần đầu tiên được thực hiện bằng một thiết bị điện tử Bên cạnh đó kỹ thuật đó tốnthời gian và không có độ phân dải cao nên rất chậm, nhu cầu về dữ liệu thông lượng caođòi hỏi một số lượng cao mật độ của các hạt, do đó một số thuật toán máy tính tiên tiến

đã được phát triển để đạt được độ chính xác về vị trí (xem xét trong [19], [20]) Các phântích gồm

2 bước chính:

(1) Các thuật toán cho việc xác định vị trí các hạt

Các dữ liệu ban đầu của thí nghiệm SPT thường bao gồm một trình tự thời gian củacác hình ảnh giới hạn nhiễu xạ của các hạt phát quang Trong mỗi khung hình của mộtchuỗi, hạt xuất hiện những đốm sáng trên nền tối Chiều rộng PSF tỷ lệ thuận với cácbước sóng phát xạ quang và khẩu độ số của thấu kính chụp ảnh, xác định độ phân giảikhông gian của các kính hiển vi, trong khi cường độ PSF là tỷ lệ thuận với số lượng củacác photon thu được

Nhiệm vụ đầu tiên là ước tính các tọa độ trọng tâm trong những điểm phát quang, do

đó vị trí các hạt từ hình ảnh được xác định với độ chính xác cao (pixel) (Hình 1.5 (a) (d)) Xác định vị trí của một hạt từ hình ảnh khá phức tạp

-Hình 1.5 Ước lượng vị trí hạt và tính toán chính xác vị trí

Hình 1.5 (a), (b) Mô phỏng hình ảnh giới hạn nhiễu xạ của một đốm sáng huỳnh quangđẳng hướng, bao gồm hiệu ứng của nhiễu Poisson và đầu thu pixelation (a), và tương ứnghistogram đếm photon (b) Biểu tượng màu đỏ trong (a) đại diện cho vị trí thực phát xạ(c), (d) Kết quả bình phương trọng số nhỏ nhất làm khớp với dữ liệu trong (a), (b) bằngkhớp hàm Gaussian 2D Các vị trí trọng tâm ước tính được thể hiện như một dấu chấmmàu xanh trong (c) (e), (f) ước tính vị trí từ hình ảnh khác nhau của cùng một phát xạ(chấm màu xanh) Các vết cắt màu xanh lá cây tương ứng với trung bình của vị trí riêngbiệt, trong khi các vòng tròn màu xanh lá cây biểu thị độ lệch chuẩn của chúng, tươngứng với độ chính xác vị trí Sự khác biệt giữa vị trí trung bình (vết cắt màu xanh lá cây)

và vị trí hạt thực tế (biểu tượng màu đỏ) cho vị trí chính xác Các phân phối xác suất của

vị trí riêng lẻ điểm (f) được biểu diễn trên cùng một thang đo như (b) và (d)

(2) Các thuật toán cho liên kết hạt

Khi các tọa độ của hạt được tìm thấy, một thuật toán liên kết là cần thiết để kết nối các vị trí của hạt từ frame này đến frame kế tiếp để xây dựng các quỹ đạo (Hình 1.6)

Hình 1.6 Liên kết các vị trí và xây dựng quỹ đạo các hạt

(a) ước tính về vị trí của một hạt khuếch tán (chấm xanh) Các vị trí hạt thực được thể hiện như những dấu cộng màu đỏ Các vòng tròn màu xám bóng mờ tương ứng với độ chính xác của vị trí (b) các hình ảnh đại diện của một bộ phim SPT trong đó có vài hạt huỳnh quang và mô tả sơ đồ của các nguyên tắc của thuật toán liên kết vị trí.

xanh ngọc), phải dự tính các thuật toán khả năng để tính toán với sự xuất hiện hạt là không

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 17

rõ ràng phát sinh từ các vị trí gần nhau (tế bào hình nón màu vàng / cam), các hạt nhấpnháy khi xuất hiện sẽ bị biến mất (nón màu xám) và dẫn đến không xác định được vị trí(đường màu xám)

Trong trường hợp đơn giản của mật độ phát quang thấp, cách xác định vị trí có thểđược thực hiện tự động bằng cách định vị các điểm có cường độ với khoảng cách gần nhất(Hình 1.6 (a)) Đối với mỗi hạt được định vị trong một frame nhất định, khoảng cách vớitất cả các vị trí thu được trong khung tiếp theo được tính toán tương ứng Sự xác định vịtrí cho thấy khoảng cách tối thiểu được chọn là sự xuất hiện nhiều khả năng của hạt giốngtrong khung hình kế tiếp và được liên kết với nhau Lặp lại quy trình này trên tất cả cáchạt và tất cả các khung hình cuối cùng cung cấp cho ta các quỹ đạo được xây dựng lại.Tuy nhiên, điều kiện thí nghiệm thường xuyên cản trở thiết lập này từ sự phân tích đángtin cậy (Hình 1.6 (b)) Một thách thức đầu tiên được đặt ra bởi những khả năng mà các hạt

bị biến mất hoặc tạm thời biến mất do nhấp nháy Các tiêu chí để ngăn chặn sự tái tạo quỹđạo khi không có vị trí chính xác được tìm thấy trong một khoảng cách nhất định Đốivới lý do tương tự, một hạt có thể (lại) xuất hiện ở bất kỳ khung được trong quá trình ghi

Do đó, quá trình liên kết phải đối phó với những hiện tượng này và có khả năng khoảngcách đóng lại do nguồn gốc từ hạt nhấp nháy và / hoặc xác định lỗi vị trí Ở mật độ cao,

độ phức tạp tăng thêm nữa bởi khả năng của các hạt qua mỗi ảnh và không rõ ràng có thểphát sinh khi tham gia xác định vị trí Để tính toán cho những vấn đề này, các thuật toán

đã được phát triển để thiết lập lớn nhất của thông tin và cung cấp theo dõi đáng tin cậy.Nhiều cách tiếp cận bao gồm theo dõi đa hạt, nghĩa là tất cả các quỹ đạo đồng thời đượcxây dựng và tối ưu về sự va chạm giữa các hạt

(3) Phân tích và giải thích quỹ đạo

Sau khi quá trình xử lý dữ liệu của SPT được thực hiện và thu được các quỹ đạo đãhoàn thành, bước cuối cùng bao gồm việc phân tích quỹ đạo, kiểm tra động lực học hạt và

mô tả chúng theo kiểu chuyển động và định lượng các tham số khác nhau Cách tiếp cậnphổ biến nhất để phân tích các quỹ đạo phân tử đơn bao gồm việc tính toán độ dịchchuyển bình phương trung bình (MSD), mô tả phạm vi trung bình của không gian được

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 18

trong 3D, có

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 19

tọa độ vị trí xj = {xj, yj, zj} được lấy mẫu tại N lần rời rạc mΔt, MSD cho một quỹ đạo đơn

được tính như sau:

Học viên: Hoàng Văn Quế Trang 20

Hình 1.7 Phân tích quỹ đạo và đường cong MSD.

(a) Trình bày sơ đồ tính toán chuyển vị vuông của quỹ đạo trong một thời gian trong không gian 2 chiều (b) MSD trung bình theo thời gian của một quỹ đạo đơn hạt trong trong không gian 2 chiều, như là một hàm của độ trễ thời gian (c) Vẽ MSD trên thang đo trong không gian 2 chiều (d) Cho các loại khuếch tán đại diện trong không gian 2 chiều.

Tuy nhiên, quy mô khác nhau của MSD có thể xảy ra trong thực tế do hậu quả củamôi trường không đồng nhất trong đó các hạt khuếch tán và tương tác với các thành phầnxung quanh [18, 21, 22, 23].

ta về các cơ chế phối hợp tổ chức các phân tử không gian trong các hệ thống sống SPT

đã được thành lập trong gần ba mươi năm nay Tuy nhiên, thay vì đạt đến độ chín bằngcách trải qua các phát triển khiêm tốn, kỹ thuật này liên tục được mở rộng rất nhiều, đượchưởng lợi từ sự phát triển của các kỹ thuật quang học mới, chiến lược ghi nhãn tốt hơn và

từ những tiến bộ ấn tượng trong sinh học phân tử Sau khi được thực hiện với các hạt keovàng lớn, SPT có thể được thực hiện với một loạt các phân tử huỳnh quang và khônghuỳnh quang có kích thước nano