(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt

(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Đánh giá khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự giúp đỡ về mặt chuyên môn và hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Thị Luyến và TS Trần Quang Huy Các số liệu

và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội dung của luận văn là một phần trong dự án nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ quốc gia, mã số: 108.99-2020.08 Những tài liệu tham khảo đều đã được công bố trên các tạp chí và các trang web uy tín Các trích dẫn đều được liệt

kê đầy đủ trong danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Duyên

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành được đề tài này, trước tiên tôi xin chân thành cảm

ơn các thầy cô giáo trong Khoa Vật lý và Công nghệ - Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại đây

Đặc biệt, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Luyến

và TS Trần Quang Huy, những người thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi, trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Xuân Quang, nghiên cứu sinh tại Viện nghiên cứu nano - Trường Đại học Phenikaa đã nhiệt tình hướng dẫn tôi các phương pháp chế tạo mẫu, sử dụng các loại máy đo và hướng dẫn tôi phân tích các kết quả

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô và các anh chị em ở Viện nghiên cứu nano - Trường Đại học Phenikaa đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm tại đây

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp ở Trường THPT Bắc Kạn đã luôn ủng hộ và cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình

Luận văn được sự hỗ trợ của của đề tài nghiên cứu cơ bản được Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ quốc gia, mã số: 108.99-2020.08

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Duyên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4

1.1 Vật liệu nano kim loại 4

1.1.1 Giới thiệu chung 4

1.1.2 Hiệu ứng quang nhiệt 5

1.1.3 Hiệu ứng quang nhiệt của hạt nano kim loại 6

1.2 Vật liệu nano vàng 6

1.2.1 Giới thiệu chung về nano vàng 6

1.2.2 Đặc tính quang của nano vàng 7

1.3 Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng 10

1.4 Ứng dụng của nano vàng trong y sinh học 14

1.5 Kết luận 15

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 16

2.1 Vật liệu, hóa chất, trang thiết bị 16

2.1.1 Vật liệu, hóa chất 16

2.1.2 Thiết bị 16

2.2 Quy trình chế tạo hạt nano vàng 18

2.3 Khảo sát các đặc tính quang học của hạt nano vàng 19

2.3.1 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-vis 19

2.3.2 Phổ tán xạ Raman 20

2.3.3 Đo quang phổ huỳnh quang (PL) 23

2.4 Khảo sát hình thái bề mặt, cấu trúc tinh thể và độ ổn định của mẫu 25

2.4.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 25

2.4.2 Phương pháp phân tích thành phần (EDX) 27

2.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 28

2.4.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 29

2.4.5 Phương pháp đo thế Zeta 31

2.5 Phương pháp ly tâm phân đoạn 33

2.6 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt của dung dịch nano vàng 35

2.7 Đánh giá khả năng kháng khuẩn của các hạt nano vàng ở kích thước khác nhau 36

2.7.1 Kỹ thuật kháng sinh đồ khoanh giấy khuếch tán 36

2.7.2 Kỹ thuật cấy đếm 38

2.8 Kết luận 38

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Phổ hấp thụ UV-vis 39

3.2 Hình ảnh TEM 40

3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 42

3.4 Phân tích thành phần bằng EDX 43

3.5 Kết quả thế Zeta 44

3.6 Nano vàng từ ly tâm phân đoạn 46

3.7 Hiệu ứng quang nhiệt của nano vàng 49

3.8 Diệt vi khuẩn có sự hỗ trợ của nano vàng dựa trên hiệu ứng quang nhiệt 50

3.9 Kết luận 53

KẾT LUẬN CHUNG 54

KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

hydrochloride

10 E coli Vi khuẩn (Escherichia coli)

11 S aureus Tụ cầu (Staphyloccocus aureus)

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn ứng dụng của hạt nano kim loại 4

Hình 1.2 Cấu trúc lập phương tâm mặt tinh thể Au 7

Hình 1.3 Màu sắc của dung dịch nano vàng phụ thuộc vào kích thước 7

Hình 1.4 Dao động plasmon xảy ra với các hạt nano kim loại hình cầu 8

Hình 1.5 Các bước hình thành hạt nano vàng trong phương pháp Turkevich 11

Hình 1.6 Sơ đồ khử sinh học và quá trình hình thành hạt nano vàng 12

Hình 1.7 Sơ đồ chế tạo nano vàng bằng phương pháp điện hóa 13

Hình 1.8 Một số ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt của nano vàng trong y sinh 14

Hình 2.1 Chế tạo dung dịch nano vàng bằng phương pháp điện hóa 18

Hình 2.2 Mô tả định luật Lambert-Beer 19

Hình 2.3 Máy quang phổ UV-vis tại Viện nghiên cứu nano, Trường Đại học Phenikaa 20

Hình 2.4 Sơ đồ hệ đo quang phổ Raman 21

Hình 2.5 Cơ chế phát xạ theo giản đồ năng lượng 23

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý đo quang phổ huỳnh quang 24

Hình 2.7 Máy đo phổ huỳnh quang FLS 1000 tại Phòng thí nghiệm thực hành - Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên 24

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét 25

Hình 2.9 Kính hiển vi điện tử quét (S-4800, Hitachi) tại Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương 26

Hình 2.10 Sơ đồ phát xạ huỳnh quang tia X (EDX) 27

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện truyền qua (TEM) 28

Hình 2.12 Kính hiển vi điện tử truyền qua (JEM 1010, JEOL) tại Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương 29

Hình 2.13 Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn 30

Hình 2.14 Máy nhiễu xạ tia X - D2 tại Phòng thí nghiệm thực hành -

Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên 31 Hình 2.15 Thiết bị đo thế Zeta Zetasizer tại Viện khoa học vật liệu - Viện

Hàn lâm Khoa học - Công nghệ Việt Nam 33 Hình 2.16 Máy ly tâm lạnh UniCen MR tại Viện nghiên cứu nano -

Trường Đại học Phenikaa 34 Hình 2.17 Hiệu ứng quang nhiệt của hạt nano vàng 35 Hình 2.18 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát hiệu ứng quang nhiệt của dung dịch

nano vàng 36 Hình 2.19 Kháng sinh đồ khoanh giấy khuếch tán 37 Hình 3.1 Ảnh quan sát dung dịch nano vàng chế tạo bằng phương pháp

điện hóa kết hợp xử lý vi sóng theo thời gian khác nhau 39 Hình 3.2 Phổ UV-vis của nano vàng chế tạo bằng phương pháp điện hóa

kết hợp xử lí vi sóng với thời gian khác nhau 40 Hình 3.3 Ảnh TEM của các mẫu nano vàng xử lý bằng vi sóng theo thời

gian khác nhau: (a) không vi sóng; (b) 1 phút; (c) 3 phút; (d) 5 phút; (e) 10 phút; (f) 15 phút 41 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của hạt nano vàng chế tạo bằng

phương pháp điện hóa 42 Hình 3.5 Phổ EDX của hạt nano vàng chế tạo bằng phương pháp điện hóa 43 Hình 3.6 Giản đồ thế Zeta của các mẫu xử lý vi sóng theo thời gian khác

nhau: (a) không vi sóng; (b) 1 phút; (c) 3 phút; (d) 5 phút; (e)

10 phút; (f) 15 phút 46 Hình 3.7 Phổ UV-vis của mẫu nano vàng sau xử lý vi sóng 10 phút được

ly tâm phân đoạn với tốc độ 5000 vòng/phút và 15.000 vòng/phút 47 Hình 3.8 Ảnh TEM các hạt nano vàng sau xử lý vi sóng 10 phút được ly tâm

phân đoạn với tốc độ 5000 vòng/phút (a) và 15.000 vòng/phút (b) 48

Hình 3.9 Biểu đồ biểu diễn độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian chiếu

laze của nước và các dung dịch nano vàng ly tâm phân đoạn ở tốc độ khác nhau khi được chiếu sáng bởi nguồn laze có bước sóng 532 nm 49 Hình 3.10 Ảnh các đĩa thạch sau khi thực hiện kỹ thuật kháng sinh đồ

khoanh giấy khuếch tán với các mẫu vàng kích thước khác nhau 50 Hình 3.11 Ảnh đĩa thạch sau khi thực hiện kỹ thuật cấy đếm vi khuẩn

E.coli với mẫu vàng ly tâm 5000 vòng/phút 52

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Độ ổn định của dung dịch hạt nano phụ thuộc vào thế bề mặt 32 Bảng 2.2 Các dung dịch thử nghiệm kháng sinh đồ khoanh giấy khuếch tán 37 Bảng 2.3 Các dung dịch thử nghiệm cấy đếm 38 Bảng 3.1 Thành phần % các nguyên tố trong mẫu nano vàng chế tạo

bằng phương pháp điện hóa 44 Bảng 3.2 Đỉnh thế Zeta của các mẫu chế tạo ở điều kiện khác nhau 46

MỞ ĐẦU

Công nghệ nano đang đi vào mọi lĩnh vực từ công nghệ sản xuất, nghiên cứu khoa học đến đời sống ngày Vật liệu nano trong các ứng dụng y sinh đang là hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm phát triển Một trong những loại vật liệu nano mang lại nhiều tiềm năng cho các ứng dụng đó là vật liệu nano kim loại, đặc biệt là nano

vàng Ở kích thước nano, vàng bộc lộ những tính chất đặc biệt so với ở dạng

khối, đặc biệt là hiệu ứng plasmon bề mặt, độ dẫn điện, dẫn nhiệt, độ phản quang cao và tương thích với các phần tử sinh học [1][2] Hạt nano vàng có tần số cộng hưởng plasmon nằm trong vùng khả kiến tạo ra các hiệu ứng về màu sắc Với nano kim loại nói chung, nano vàng nói riêng hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt phụ thuộc mạnh vào kích thước, hình dạng và môi trường bao quanh chúng Hơn nữa, đặc tính ưu việt của hạt nano vàng là không độc, có cấu trúc ổn định, có khả năng tương thích sinh học cao và dễ dàng hoạt hóa bề mặt để gắn kết với các phần tử sinh học cũng như các phân tử thuốc thông qua các chất có chứa nhóm - SH Chính vì vậy, nghiên cứu ứng dụng y sinh của các hạt nano vàng ngày càng phát triển Trong y học, hạt nano vàng có thể ứng dụng với các mục đích khác nhau như là sử dụng để tiêu diệt tế bào ung thư, dẫn thuốc trong điều trị hướng đích, chụp ảnh sinh học, trong chẩn

đoán tác nhân gây bệnh

Để chức năng hóa được với các phần tử sinh học hoặc mang thuốc, đặc biệt là khi đưa vào cơ thể người hay động vật thì các hạt nano vàng điều chế được phải có độ sạch cao, không chứa các chất tồn dư có hại gây độc cho cơ thể Ngoài những yếu tố nêu trên, giá thành sản phẩm và vật liệu hóa chất đầu vào cũng là vấn đề cần quan tâm Với điều kiện thí nghiệm và ứng dụng tại Việt Nam, việc chủ động được nguồn nguyên liệu, làm chủ được phương pháp điều chế phù hợp và chức năng hóa thành công nano vàng sạch không chỉ là khám phá ra phương pháp chế tạo mới mà còn chủ động tạo ra nguồn

cung nano vàng ổn định, giá thành rẻ cho những ứng dụng trong điều trị và chẩn đoán mầm bệnh Đề tài nghiên cứu đề xuất được xây dựng trên cơ sở tham khảo từ những tài liệu liên quan đã công bố trong và ngoài nước; những thành tựu của nhóm nghiên cứu được phát triển bởi TS Trần Quang Huy về việc ứng dụng công nghệ điện hóa trong việc chế tạo vật liệu nano kim loại từ vật liệu khối Việc tạo ra nano vàng sạch ở các kích thước khác nhau từ vàng dạng khối sẽ chủ động hơn trong việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng liên quan đến nano vàng Hơn nữa, đánh giá khả năng diệt vi khuẩn của nano vàng dựa trên hiệu ứng quang nhiệt sẽ giúp cho việc hướng tới những ứng dụng dùng vật liệu này để mang thuốc hướng đích và/hoặc tiêu diệt tại chỗ những ổ

vi khuẩn gây bệnh trong cơ thể có màng bao bọc, nhất là những màng làm ngăn cản sự xâm nhập của thuốc tới mầm bệnh Với những lý do nêu trên, và điều kiện trang thiết bị hiện có của phòng thí nghiệm và sự định hướng của

Thầy hướng dẫn mà tôi đã lựa chọn chủ đề “Đánh giá khả năng tiêu diệt vi

khuẩn gây bệnh bằng nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt” làm đề tài của luận văn

Mục tiêu nghiên cứu:

Khảo sát tính chất quang của hạt nano vàng điều chế bằng phương pháp điện hóa

Đánh giá khả năng hỗ trợ tiêu diệt vi khuẩn của hạt nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt

Phương pháp nghiên cứu:

Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm tại Viện Nghiên cứu Nano của Trường Đại học Phenikaa và Trường Đại học Khoa học

- Đại học Thái Nguyên Việc chế tạo nano vàng và khảo sát các đặc tính quang bằng các thiết bị phân tích hiện đại tại phòng thí nghiệm của các cơ sở nghiên cứu uy tín

Cấu trúc luận văn:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan lý thuyết

Giới thiệu chung về vật liệu nano kim loại, các đặc điểm nổi bật của nano kim loại Trình bày về đặc tính quang của nano vàng và phương pháp chế tạo nano vàng Đồng thời nêu các ứng dụng của hạt nano vàng trong y sinh

Chương 2: Phương pháp thực nghiệm

Trình bày quy trình chế tạo nano vàng và khảo sát tính chất quang của

các hạt nano vàng

Quy trình thử nghiệm khả năng diệt vi khuẩn của nano vàng sử dụng hiệu ứng quang nhiệt

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Trình bày kết quả nghiên cứu đã đạt được về những yếu tố ảnh hưởng hình thái, cấu trúc, các đặc tính quang học của nano vàng và thử nghiệm khả năng sử dụng hạt nano vàng để hỗ trợ diệt vi khuẩn theo kích thước trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt

Kết luận chung và kiến nghị

Tóm tắt những kết quả nổi bật mà luận văn đã đạt được Những kiến nghị của luận văn

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Vật liệu nano kim loại

1.1.1 Giới thiệu chung

Nano kim loại, được định nghĩa là kim loại có kích thước hạt dưới 100

nm [3] Trong những năm gần đây, các hạt nano (NP) kim loại như bạc (Ag), vàng (Au) và đồng (Cu), v.v… được quan tâm nghiên cứu ngày càng sâu rộng Nó là chìa khóa mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong công nghệ nano Đặc biệt các hạt nano kim loại là các kim loại có tỷ lệ diện tích bề mặt trên khối lượng lớn, các tính chất quang độc đáo như hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt và hiệu ứng quang nhiệt [4] Với các đặc tính đó, các hạt nano kim loại được nghiên cứu nhằm ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong nông nghiệp, công nghệ vật liệu y sinh, công nghiệp và trong

xử lý môi trường (Hình 1.1.)

Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn ứng dụng của hạt nano kim loại

1.1.2 Hiệu ứng quang nhiệt

Hiệu ứng quang nhiệt là hiệu ứng chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng do các hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu tới Sau đó, diễn ra quá trình phát xạ nhiệt khỏi hạt nano tăng nhiệt độ môi trường xung quanh Đặc biệt với hạt nano kim loại quá trình phát xạ nhiệt sẽ được tăng cường do có hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt Khi chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc thích hợp (nguồn laze), các hạt nano và môi trường sẽ hấp thụ nhiệt lượng của laze làm nhiệt độ của hệ tăng dần lên cho đến khi hệ đạt sự cân bằng giữa quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt Mối liên hệ giữa sự biến thiên nhiệt của hệ theo thời gian được biểu diễn bởi phương trình 1.1:

*

*

BT A dt

Trong đó:

- A là vận tốc hấp thụ nhiệt lượng

- B là vận tốc tỏa nhiệt

- T* = T - T0 (T là nhiệt độ của hệ, T o nhiệt độ môi trường ban đầu)

Hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt η hay khả năng chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng của các hạt nano kim loại có thể được tính trực tiếp từ

sự gia tăng nhiệt độ ổn định theo công thức:

) 10 1 (

) ( max 0 0



I

Q T T hs

- s là diện tích tiếp xúc của các hạt nano với môi trường xung quanh

- Tmax là nhiệt độ cao nhất mà môi trường đạt được

- Q0 nhiệt lượng nhận được từ quá trình hấp thụ nhiệt trực tiếp từ nguồn laze

-  là độ hấp thụ của các hạt nano kim loại với bước sóng 

-  là hiệu suất chuyển đổi

1.1.3 Hiệu ứng quang nhiệt của hạt nano kim loại

Khi chiếu xạ các hạt nano kim loại quý (ví dụ: vàng, bạc, đồng) bằng ánh sáng có bước sóng thích hợp, các điện tử tự do trên bề mặt hạt nano bị kích thích và các điện tử vùng dẫn xảy ra hiện tượng dao động cộng hưởng ở cùng tần số Khi một electron bị kích thích có năng lượng cao tùy từng điều kiện sẽ xảy ra bức xạ huỳnh quang hoặc tạo ra các điện tử nhiệt Các hạt tải điện nhiệt phân bố không trở lại trạng thái ban đầu (tức là các electron nhiệt

và lỗ trống nhiệt) chuyển mức bởi sự tán xạ điện tử-điện tử mà không làm mất năng lượng photon đã hấp thụ, dẫn đến nhiệt hóa điện tử bên trong Trong khoảng thời gian từ 100 ps đến 1 ns, tương ứng với bước chuyển mức năng lượng cuối cùng sau khi kích thích, năng lượng nói trên chuyển tới mạng tinh thể kim loại thông qua electron - phonon thông qua sự va chạm giữa các electron nhiệt và nút mạng trong tinh thể kim loại Bước chuyển mức năng lượng này cuối cùng tạo ra nhiệt tiêu và giải phóng nhiệt lượng ra môi trường xung quanh các hạt nano kim loại (tức là hiệu ứng quang nhiệt) [5]

1.2 Vật liệu nano vàng

1.2.1 Giới thiệu chung về nano vàng

Vàng (Au) là nguyên tố kim loại quý đứng vị trí thứ 79 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có cấu hình điện tử [Xe] 5d106s và [Xe] 5d96s1 Nguyên tử vàng có hai mức năng lượng 5d và 6s xấp xỉ nhau, do vậy các điện

tử có thể dịch chuyển được trong cả hai trạng thái này Chính vì thế, các điện tử trong vàng rất linh động tạo nên tính dẻo dai đặc biệt và khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tốt Ở dạng khối, vàng có ánh kim, màu vàng, nhiệt độ nóng chảy 1.063,4oC, nhiệt độ sôi là 2.880oC, dẫn nhiệt (350 W/m.K) và dẫn điện (40.107

Ω/m), trơ trong không khí khô và ẩm nên vàng rất bền ở điều kiện thường

Cấu trúc tinh thể của Au dạng lập phương tâm mặt (Hình 1.2), trong đó, mỗi nguyên tử Au liên kết với 12 nguyên tử Au xung quanh và có hằng số

mạng là a = 4,0786 Å [6]

Hình 1.2 Cấu trúc lập phương tâm mặt tinh thể Au [6]

1.2.2 Đặc tính quang của nano vàng

Các hạt nano vàng với kích thước từ 1 nm đến lớn hơn 100 nm có tính chất quang, điện độc đáo, khác hẳn so với vật liệu vàng dạng khối Trong đó,

sự khác nhau đáng chú ý giữa nano vàng và kim loại vàng dạng khối là sự thay đổi màu sắc của chúng, cụ thể là sẽ chuyển từ màu vàng với vật liệu khối sang màu đỏ ở kích thước 90 nm, chuyển dần sang đỏ tía ở kích thước 30 nm Sự thay đổi màu sắc này là do hiệu ứng plasmon bề mặt của hạt nano vàng tạo ra [7]

Hình 1.3 Màu sắc của dung dịch nano vàng phụ thuộc vào kích thước [7]

Một trong những tính chất quan trọng của nano vàng là hiệu ứng

plasmon bề mặt (surface plasmon resonance: SPR) Chính nhờ tính chất này mà

nano vàng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong

chẩn đoán và điều trị ung thư

Hình 1.4 Dao động plasmon xảy ra với các hạt nano kim loại hình cầu [8]

Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt được giải thích là: điện trường của sóng điện từ tác động lên các electron tự do trên bề mặt hạt nano, làm electron bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực (Hình 1.4) Sau đó, dưới tác dụng của lực phục hồi coulombic, các electron sẽ trở lại vị trí ban đầu Vì có bản chất sóng, nên điện trường dao động làm cho sự phân cực này dao động theo Sự dao động này được gọi là plasmon Khi tần số dao động của đám mây electron trùng với tần số của một bức xạ điện từ nào đó, sẽ gây ra sự dao động hàng loạt của các electron tự do Hiện tượng này gọi là cộng hưởng plasmon bề mặt Như vậy, hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích các electron tự do bên trong vùng dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động cùng pha Với kim loại dạng khối dao động này sẽ tắt dần do va chạm với các nút mạng dao động của các electron mất dần năng lượng Tuy nhiên, khi kích thước của một tinh thể nano kim loại nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới, khi tần số photon tới cộng hưởng với tần số dao động của electron tự do ở

bề mặt sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Đối với hạt nano vàng, dao động cộng hưởng plasmon dẫn tới sự hấp thụ mạnh của ánh sáng vùng khả kiến Điều này dẫn tới sự thay đổi lớn về màu sắc của dung dịch nano vàng như (Hình 1.3) Số lượng và vị trí của dải bước sóng plasmon phụ

thuộc vào kích thước và hình thái bề mặt của hạt nano vàng điều này thể hiện rất rõ trong lý thuyết Mie

Khi kích thước của hạt cầu nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng (2R << ), điện trường của ánh sáng có thể được coi là không đổi và tương tác bị chi phối bởi trường tĩnh điện hơn là điện động lực học Khi đó, plasmon của một hạt nano kim loại được xem là một dao động lưỡng cực có tần số plasmon phụ thuộc vào hằng số điện môi của chúng Do hằng số điện môi  của hạt kim loại và m của môi trường xung quanh phụ thuộc vào bước sóng, nên trong trường hợp này người ta gọi là gần đúng giả tĩnh (quasi-static) Trong trạng thái giả tĩnh, các dịch chuyển pha hay các hiệu ứng trễ của trường điện động là không đáng kể, trường điện từ trong hạt là đồng nhất Nếu 2R >>

, trường điện từ trong hạt là không đồng nhất, sẽ có sự dịch pha dẫn tới kích thích dao động đa cực

Kết quả là lý thuyết này đã tìm ra được tiết diện dập tắt abs, bao gồm

cả tiết diện hấp thụ ext và tiết diện tán xạ sca của hạt như sau [9]:



=

+ +

=

1

2 ( 2 1 )[Re( ) 2

j

j j

=

1

2 2

2 ( 2 1 )[Re( ) 2

j

j j

x

sca ext

- Trong các biểu thức này, j là chỉ số tổng hợp của các sóng từng phần: j = 1 tương ứng với dao động lưỡng cực, j = 2 tương ứng với dao động tứ cực…

Khi kích thước hạt rất nhỏ hơn so với bước sóng của ánh sáng kích thích 2R <<  (với R là bán kính hạt và  là bước sóng của ánh sáng trong môi trường), thì tiết diện tán xạ gần như triệt tiêu, dao động của điện tử được xem là dao động luỡng cực và tiết diện dập tắt được viết dưới dạng đơn giản phương trình (1.6) [10]:

2 2 1

2 2

/ 3

) ( 2

) (

) ( 9

=

m m

Trong đó V = (4/3)R3 là thể tích hạt cầu, c là vận tốc ánh sáng,  là tần số góc của ánh sáng kích thích, m là hằng số điện môi của môi trường quanh hạt và () = 1() + i2() là hàm điện môi của hạt Ở đây, m được coi là không phụ thuộc tần số của ánh sáng tới, còn () là một hàm phức của năng lượng Hiện tượng cộng hưởng plasmon xảy ra khi 1() = -2m nếu 2 là nhỏ và phụ thuộc yếu vào  Điều này có nghĩa là tiết diện dập tắt của hạt lớn nhất khi ánh sáng truyền toàn bộ năng lượng của nó cho hạt để kích thích plasmon Như vậy tùy thuộc và kích thước hạt ta sẽ có tiết diện dập tắt có biểu thức khác nhau, điều này chứng tỏ hiệu ứng plasmon bề mặt phụ thuộc rất lớn vào kích thước hạt nano vàng

1.3 Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng

Năm 1857, Faraday lần đầu tiên công bố khả năng tạo keo vàng bằng cách dùng phốt pho khử HAuCl4 Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp khác nhau được nghiên cứu để tổng hợp nano vàng như phương pháp khử hóa học, phương pháp khử sinh học, phương pháp điện hóa, phương pháp quang hóa Mỗi phương pháp đều tạo ra các hạt nano vàng với hình dạng, kích thước khác

nhau như dạng: cầu, thanh, sợi, tam giác, lăng trụ, tứ diện, lập phương…

- Phương pháp khử hóa học:

Nguyên tắc chung của phương pháp khử hóa học là sử dụng một chất

khử hóa học nào đó để khử Au3+ trong muối vàng thành nguyên tử Au0, để các hạt nano vàng tạo ra ổn định tránh sự kết tụ các hạt lại với nhau, chất hoạt động bề mặt được sử dụng Trong nhóm phương pháp hóa học, phương pháp khử hóa học phổ biến nhất là phương pháp Turkevich Phương pháp này được phát minh bởi Turkevich và các cộng sự [11] [12], vào năm 1951, sau đó được cải tiến bởi Frens [11] vào năm 1970, và đây là một phương pháp tổng hợp nano vàng đơn giản nhất cho đến thời điểm hiện tại Phương pháp này tạo

ra các hạt nano vàng đơn phân tán dạng cầu tan trong nước với kích thước từ

10 - 20 nm và độ bền cao Quy trình tạo hạt nano vàng dùng lượng dung dịch nóng chloauric khử bằng dung dịch natri citrat [13] Ở đây, natri citrat vừa đóng vai trò làm chất khử vừa là chất hoạt động bề mặt Quá trình hình thành hạt nano vàng diễn ra như sau:

Hình 1.5 Các bước hình thành hạt nano vàng trong phương pháp Turkevich [11]

Ưu điểm:

+ Các phương pháp khử hóa học tạo ra sản phẩm có độ phân tán cao

+ Đơn giản, dễ thực hiện các hạt nano vàng có dạng cầu kích thước đồng đều

Nhược điểm:

+ Sử dụng các tác nhân khử như NaBH4, … có thể phản ứng không hoàn toàn

và vẫn có sự tồn dư hóa chất, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường cũng như khó thử nghiệm cũng như ứng dụng trong công nghệ y sinh

+ Dùng vật liệu nguồn chủ yếu là HAuCl4 không sẵn có dẫn đến chi phí cao

- Phương pháp sinh học:

Phương pháp sinh học là một trong những phương pháp xanh để chế tạo vật liệu nano nói chung cũng như hạt nano vàng Phương pháp này sử dụng các chiết xuất thực vật hay các loài vi sinh vật để khử muối vàng HAuCl4

hoặc KAuCl4 tạo thành hạt nano vàng [10] [13] [14]

Hình 1.6 Sơ đồ khử sinh học và quá trình hình thành hạt nano vàng [15]

Ưu điểm:

+ Đây phương pháp này được phát triển là phương pháp mới để chế tạo những hạt nano vàng, phương pháp này đơn giản tận dụng được các chất khử

có trong thiên nhiên

+ Phương pháp có thể tạo hạt với số lượng lớn và thân thiện với môi trường

Nhược điểm:

+ Hàm lượng nano vàng chế tạo được theo phương pháp này thường thấp + Khó kiểm soát được kích thước

- Phương pháp điện hóa:

Phương pháp này được phát minh năm 2006 bởi Wang và cộng sự [16] đã điều chế thành công nano vàng với kích thước ~ 40 nm bằng phương pháp điện hóa Phương pháp này sử dụng điện cực dương là thanh vàng (Au), điện cực âm platine (Pt) và dung dịch chứa 0,08M muối CTAB đóng vai trò là môi trường điện hóa Trong quá trình điện hóa, vàng ở cực dương bị oxi hóa tạo thành ion Au3+ ở tan vào dung dịch Dưới tác dụng của điện trường ion

Au3+ dịch chyển về catot và bị khử tạo thành các nguyên tử vàng, các nguyên

tử vàng kết hợp với nhau tạo thành các hạt nano vàng Quá trình được thực hiện trong điều kiện rung siêu âm để kiềm chế sự bám lại của các nguyên tử vàng lên catot Các nguyên tử vàng được chất hoạt động bề mặt trong dung dịch (muối CTAB) bao bọc và hình thành các hạt nano vàng

Hình 1.7 Sơ đồ chế tạo nano vàng bằng phương pháp điện hóa [16]

Phương pháp tổng hợp nano vàng bằng phương pháp điện hóa cũng cho thấy dung dịch nano vàng tổng hợp được có độ sạch cao, phương pháp thân thiện với môi trường và điều kiện thí nghiệm đơn giản Khi phát triển thành công phương pháp này hứa hẹn một cách thức tiếp cận mới, đơn giản để chủ động tạo ra nguồn nano vàng sạch cho các mục đích ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh học Chính vì lý do đó mà tôi chọn chế tạo hạt nano vàng bằng phương điện hóa từ thanh vàng khối trong nước cất hai lần, với sự hỗ trợ của natri citrate và nguồn điện áp một chiều

1.4 Ứng dụng của nano vàng trong y sinh học

Trong vài thập kỷ qua, các hạt nano vàng đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng như vật liệu trong mỹ phẩm, làm chất xúc tác, cảm biến sinh học và trong một số ứng dụng y sinh khác Trong phạm vi luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến các nghiên cứu ứng dụng hiện tượng quang nhiệt của nano vàng trong lĩnh vực y sinh như: ứng dụng trong điều trị hướng đích [17]; dẫn thuốc [18]; tạo ảnh sinh học [19]; chuyển gen [20]…

Hình 1.8 Một số ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt của nano vàng trong y

sinh [21]

1.5 Kết luận

Trong chương này, chúng tôi giới thiệu cô đọng những lý thuyết và các kiến thức cơ bản liên quan tới vấn đề nghiên cứu của đề tài Đề xuất phương pháp chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp điện hóa để chế tạo hạt nano vàng từ thanh vàng khối trong nước cất Sự thành công của nghiên cứu sẽ đưa

ra được một phương pháp điều chế nano vàng thân thiện với môi trường, điều kiện chế tạo đơn giản phù hợp với điều kiện nghiên cứu cũng như sản xuất tại Việt Nam Có thể sản xuất với khối lượng lớn, tạo ra nguồn nano vàng sạch,

chủ động cho các nghiên cứu liên quan và mang lại hiệu quả kinh tế

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Vật liệu, hóa chất, trang thiết bị

- Chủng vi khuẩn Gram âm gây bệnh đường ruột (Escherichia coli O157); chủng vi khuẩn Gram dương là tụ cầu vàng (Staphylococus aureus),

thạch Luria-Bertani (LB) để nuôi vi khuẩn Các vật liệu sinh học này được cung cấp bởi Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương

2.1.2 Thiết bị

Các thiết bị được sử dụng để điều chế nano vàng và đo đạc mẫu bao gồm:

2 Máy khuấy từ gia nhiệt

Viện nghiên cứu nano -

STT Tên thiết bị Xuất xứ Địa chỉ

5 Máy đo UV-vis SP-3000

Viện nghiên cứu nano -

Phenikaa

6 Lò vi sóng Uwave-2000 Trung Quốc

Viện nghiên cứu nano -

8 Máy đo thế zeta Zetasizer

Viện khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm khoa học - công nghệ Việt Nam

9 Máy đo huỳnh quang

Phòng thí nghiệm thực hành trường Đại học Khoa học Thái Nguyên

Phòng thí nghiệm thực hành trường Đại học Khoa học Thái Nguyên

12 Đèn laser (SDLaser 303) Trung Quốc

Viện nghiên cứu nano -

Ngoài ra trong quá trình làm thí nghiệm còn sử dụng các thiết bị như: giá đỡ, kẹp gỗ, dây dẫn, xy lanh, tủ lạnh Funiki tại Viện nghiên cứu nano - Trường Đại học Phenikaa

2.2 Quy trình chế tạo hạt nano vàng

Trong đề tài này, dung dịch nano vàng dạng hạt đã được chế tạo bằng phương pháp điện hóa với hai điện cực vàng Hai thanh vàng được ngâm trong dung dịch cồn 90%, rồi rửa lại bằng nước cất hai lần, cho vào máy rung siêu âm

10 phút để loại bỏ hoàn toàn chất bám dính và rửa lại bằng nước cất Chai 500 ml, cốc 200 ml, con từ được rung siêu âm và rửa lại bằng nước cất sau đó sấy khô

Hai thanh vàng được đưa vào bình điện hóa dung tích 500 ml và cố định trên giá sao cho song song và cách nhau Nước cất hai lần được rót vào bình điện hóa sao cho hai điện cực ngập 15 cm trong nước Hệ chế tạo mẫu được đặt trên máy khuấy từ có gia nhiệt Hai điện cực vàng được nối vào nguồn điện có điện áp 12 V Máy khuấy đặt ở tốc độ 150 vòng/phút 100 ml dung dịch natri citrate 0,5% được đưa vào bình điện hóa trong quá trình chế tạo mẫu Sau thời gian 3 giờ quá trình điện hóa kết thúc, hai điện cực được ngắt kết nối nguồn và lấy ra khỏi bình điện hóa, thu được dung dịch nano vàng có màu đỏ tươi

Hình 2.1 Chế tạo dung dịch nano vàng bằng phương pháp điện hóa

Mẫu AuNPs

2.3 Khảo sát các đặc tính quang học của hạt nano vàng

Các tính chất của mẫu được nghiên cứu thông qua các phép đo sau:

2.3.1 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-vis

Phép đo phổ hấp thụ UV-vis là phương pháp phân tích dựa trên hiệu ứng hấp thụ khi vật chất trong dung dịch tương tác với bức xạ điện từ Trong

đó, bức xạ điện từ trong phép phân tích có bước sóng từ vùng tử ngoại đến

vùng ánh sáng khả kiến

Nguyên tắc đo: Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc có cường độ I0 qua dung dịch mẫu có chiều dày d Sau khi bị hấp thụ thì cường độ bị giảm theo hàm số mũ, theo định luật Lamber-Beer:

I = Io.exp(-εd) (2.1)

Độ hấp thụ (mật độ quang) A= - lg của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ C của dung dịch và bề dày của lớp chất khảo sát theo biểu thức A =

ɛ.C.d Trong đó: ε là hệ số hấp thụ phân tử, C là nồng độ dung dịch (mol/l), d

(cm) là độ dày lớp dung dịch ánh sáng chuyền qua

Hình 2.2 Mô tả định luật Lambert-Beer

Đường cong biểu diễn sự thụ thuộc của hệ số hấp thụ ɛ vào tần số  hoặc bước sóng  gọi là phổ hấp thụ Tùy thuộc vào bản chất vật liệu sẽ hấp

thụ những tần số hay bước song khác nhau Dựa vào vị trí (bước sóng) đỉnh hấp thụ mà có thể xác định được độ rộng vùng cấm (bán dẫn), tần số cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano (kim loại)

Do nano vàng có tần số cộng hưởng plasmon bề mặt phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và nồng độ của hạt, nên có thể dựa trên phổ hấp thụ UV-vis để kiểm tra sự hình thành hạt nano sau quá trình điện hóa

Chuẩn bị mẫu đo: Rửa sạch cuvet (thạch anh) trong suốt bằng nước cất

hai lần và lau khô bằng giấy sạch Tiếp theo, bơm dung dịch nano vàng vào cuvet sao cho mực chất lỏng cao 2/3 cuvet Sau đó, đặt cuvet chứa dung dịch nano vàng vào máy tiến hành đo Lần lượt thực hiện phép đo trên với các mẫu

xử lý bằng vi sóng với thời gian khác nhau Dữ liệu phổ hấp thụ được thu thập trên máy tính và xử lí bằng phần mềm Origin 8.0 Các phép đo được thực hiện

ở nhiệt độ phòng, trên máy đo phổ hấp thụ UV-vis SP-3000 nano, tại Viện nghiên cứu nano, Trường Đại học Phenikaa

Hình 2.3 Máy quang phổ UV-vis tại Viện nghiên cứu nano, Trường Đại học

Phenikaa

2.3.2 Phổ tán xạ Raman

Tán xạ Raman là một loại bức xạ thứ cấp, không đàn hồi xảy ra khi ánh sáng tương tác với các phân tử Trong đó, photon tán xạ có thể có năng lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với năng lượng của photon tới, năng lượng đó tương ứng với năng lượng dao động trong mạng tinh thể hoặc dao động của phân tử

Hiện tượng tán xạ ánh sáng này lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1928 bởi Chandrasekhara Venkata Raman Các kết quả nghiên cứu của Raman bị ảnh hưởng bởi công trình đầu tiên của Lord Rayleigh, người đã báo cáo về sự tán

xạ ánh sáng đàn hồi trong khí quyển vào năm 1871 Tán xạ Rayleigh (hoặc tán xạ đàn hồi) là hiệu ứng tán xạ ánh sáng chiếm ưu thế và kết quả khi ánh sáng tán xạ ra khỏi các phân tử không có sự thay đổi năng lượng Tán xạ Raman (tán xạ không đàn hồi) là hiện tượng tán xạ tương đối yếu xảy ra vì dao động của liên kết Trong tán xạ Raman, năng lượng photon được truyền

đi khi nó tương tác với các phân tử, gây ra sự dịch chuyển bước sóng của ánh sáng tán xạ Cả hai lý thuyết tán xạ Rayleigh và Raman hiện nay được sử dụng rộng rãi để mô tả cách ánh sáng tương tác với dao động và tán xạ của các phân tử

Nguyên tắc đo: Hệ thiết bị quang phổ Raman thông thường được cấu

tạo gồm 4 phần chính với sơ đồ khối được trình bày trong Hình 2.4:

• Nguồn kích thích (chùm sáng laser đơn sắc)

• Hệ quang học dẫn chùm sáng kích thích tới mẫu đo và gom tín hiệu ánh sáng tán xạ về phần thu (đầu dò)

Mẫu phân tích sau khi được kích thích bằng ánh sáng laze thì xảy ra hiện tượng tán xạ Ánh sáng thu được chủ yếu là tán xạ Rayleigh, chỉ có một phần nhỏ là tán xạ Raman Tín hiệu Raman thường rất yếu nên phải lọc tán xạ Rayleigh qua hệ gương lưỡng sắc Gương lưỡng sắc phản chiếu tán xạ Rayleigh và truyền tán xạ Raman vào phổ kế Khi ánh sáng vào phổ kế nó bị nhiễu xạ và được phân tán về phía đầu dò cảm biến tĩnh điện kép (CCD), sau

đó thông qua các bộ phận xử lý số liệu, biến đổi điện tử cho ta phổ Raman của mẫu phân tích Trong đó, gương lưỡng sắc là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống Raman vì tán xạ Rayleigh thông thường lớn hơn 6 - 8 lần tán xạ Raman Nếu tán xạ Rayleigh không được lọc ra, tán xạ Raman sẽ rất khó được phát hiện Ngoài ra thành phần tán xạ Rayleigh mạnh có thể làm giảm

độ nhạy của máy dò và có khả năng gây ra hỏng máy dò Khi thực hiện đo phổ tán xạ Raman thì việc lựa chọn bước sóng laser là phải cân nhắc một số yếu tố như là mẫu tự phát huỳnh quang và độ thâm nhập của laze Một mẫu phân tích thường được chiếu sáng bởi một chùm laze trong vùng tử ngoại (UV), khả kiến (VIS) hoặc hồng ngoại gần (NIR) Ví dụ laze NIR thường được sử dụng cho các mẫu có khả năng tự phát huỳnh quang cao bởi nó có bước sóng đủ cao làm giảm bớt hiện tượng huỳnh quang và tăng cường sự thâm nhập mẫu Đối với trường hợp này, nguồn laze hay được sử dụng nhất là nguồn xung quanh bước sóng 780 nm, rất phổ biến trong các máy Raman cầm tay Một loại nguồn laze hay sử dụng khác là laze Nd: YAG, cho bước sóng ở

1064 nm và thường được dùng trong các máy FT - Raman Ngoài ra những mẫu phát huỳnh quang yếu thì các nguồn laze với bước sóng 488 nm, 514 nm,

532 nm, 650 nm Các nguồn laser này thường là laser khí như Ar, He-Ne Nguồn laze trong vùng ánh sáng nhìn thấy này cho tín hiệu tốt, dễ phát hiện được tín hiệu Raman tuy nhiên các nguồn này có thể xảy ra hiện tượng huỳnh quang làm che phủ tín hiệu Raman và nguồn laze với công suất lớn dễ phá hủy mẫu khi đo

do đó, nguồn laze trong vùng ánh sáng nhìn thấy thường được sử dụng cho các nguyên vật liệu không có bản chất sinh học

Chuẩn bị mẫu đo: Sử dụng máy li tâm với tốc độ 15000 vòng/phút

trong 10 phút để thu các hạt nano vàng, sau đó nhỏ dung dịch sau li tâm lên

bề mặt lam kính thủy tinh, để khô tự nhiên trong không khí, rồi đưa vào máy

đo phổ Raman Phổ tán xạ Raman của các mẫu trong luận văn được đo trên thiết bị đo tán xạ Raman của Viện Vật Lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công

nghệ Việt Nam

2.3.3 Đo quang phổ huỳnh quang (PL)

Kỹ thuật đo quang phổ huỳnh quang là phương pháp phân tích đựa trên

sự biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ huỳnh quang và bước sóng phát quang của một vật liệu phát quang khi vật liệu nhận ánh sáng kích thích nào

đó và hấp thụ năng lượng bức xạ thích hợp và bức xạ ra photon (ánh sáng) Phổ huỳnh quang cho biết bước sóng đỉnh phát quang, các dịch chuyển quang học của điện tử của các tâm phát quang, các quá trình truyền năng luợng giữa các tâm phát quang…

Hình 2.5 Cơ chế phát xạ theo giản đồ năng lượng

Nguyên lý hoạt động của phương pháp quang phổ huỳnh quang khi tín hiệu kích thích từ nguồn sáng được chiếu trực tiếp lên mẫu để kích thích các điện tử từ trạng thái năng lượng thấp lên trạng thái bị kích thích, tín hiệu huỳnh quang phát ra do quá trình hồi phục của điện tử được phân tích qua máy đơn sắc và thu nhận qua đầu thu (thuờng là CCD hoặc ống nhân quang diện) để biến đổi thành tín hiệu điện đưa vào máy tính