Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của hạt nano silica chứa tâm màu và thử nghiệm ứng dụng trong đánh dấu y – sinh

THÔNG TIN TÓM TẮT VỀ NHỮNG KẾT LUẬN MỚI
CỦA LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Tên đề tài:Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của hạt nano silica chứa tâm
màu và thử nghiệm ứng dụng trong đánh dấu y – sinh
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn.

Mã số: 62 44 01 04

Nghiên cứu sinh: Phạm Minh Tân
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Hồng Nhung, PGS.TS. Tống Kim Thuần
Cơ sở đào tạo: Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Chế tạo
i) Các hạt nano silica chứa tâm mầu Rhodamine B (RB) với kích thước từ 20
– 80 nm phân tán trong nước được chế tạo bằng phương pháp micelle thuận. Các
hạt nano được chức năng hóa bằng các nhóm chức NH2, SH, COOH bằng phương
pháp đồng trùng hợp với các precursor thích hợp và tạo sự tương thích sinh học
bằng lớp bọc protein bovine serum albumin (BSA) và streptavidin (SA). Lượng
BSA và SA đủ để bọc kín hạt được xác định bằng phương pháp phổ huỳnh quang.
ii) Các hạt nano silica đơn phân tán chứa tâm màu Fluorecein isothiocyanate
(FITC) có kích thước 40 – 100 nm được chế tạo bằng phương pháp micelle đảo và
Stober. Các hạt nano được chức năng hóa với các nhóm NH2 và COOH bằng phương
pháp đồng trùng hợp với các precursor thích hợp. Các hạt nano có nhóm chức amine
NH2 ổn định rất tốt trong môi trường Tris trong thời gian 3 tháng (PdI < 0,1).
2. Nghiên cứu tính chất quang
i) Khảo sát sự tương tác của các phân tử màu với nền silica cho thấy: tương
tác giữa các phân tử RB với nền silica là tương tác yếu. Tương tác giữa các phân tử
FITC với nền silica là tương tác mạnh. Tuy nhiên, cả hai tương tác đó đều không
ảnh hưởng đến tính chất phát quang của các phân tử màu nghiên cứu. Các nhóm
chức năng và lớp bọc protein BSA và SA không ảnh hưởng tới tính chất quang của
các phân tử RB và FITC trong hạt. Các hạt silica chứa tâm màu RB và FITC đáp ứng

các tiêu chuẩn của chất đánh dấu huỳnh quang.


ii) Các phân tử RB trong hạt nano silica đều có hiệu suất lượng tử Q lớn hơn
và thời gian sống phát quang  dài so với phân tử RB tự do trong nước do giảm
thiểu dập tắt huỳnh quang do va chạm. Hiệu suất lượng tử tăng chủ yếu do sự tăng
của tốc độ hồi phục bức xạ r và thời gian sống phát quang  tăng chủ yếu do sự
giảm của tốc độ hồi phục không bức xạ nr.
iii) So sánh các kích thước hạt được xác định bằng 3 phương pháp : tán xạ
ánh sáng động (DLS), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và quang phổ huỳnh quang
tương quan (FCS) cho thấy có sự tương đồng của các phương pháp trên.
3. Ứng dụng các hạt nano silica chế tạo được trong vai trò chất đánh dấu sinh học
i) Chế tạo thành công các phức hệ hạt nano silica chứa tâm màu RB/FITC
với kháng thể đơn dòng đặc hiệu vi khuẩn E. coli O157:H7/tế bào ung thư vú HER2
(SiRB@KT, SiRB@HER2, SiFITC@HER2). Sử dụng các phức hệ SiRB@KT,
SiRB@HER2, SiFITC@HER2 để nhận biết đặc hiệu tế bào vi khuẩn E. coli
O157:H7 và tế bào ung thư vú KPL4 và BT-474 bằng phương pháp miễn dịch
huỳnh quang.
ii) Xây dựng phương pháp xác định số lượng vi khuẩn đích E. coli O157:H7
bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang.
iii) Sử dụng phương pháp đếm tế bào trong dòng chảy để xác định số lượng
tế bào ung thư vú thông qua mối tương quan giữa số lượng tế bào với cường độ
huỳnh quang của tế bào được đánh dấu bằng phức hệ SiRB@HER2.


SUMMARY OF NEW RESULTS IN THE DOCTORAL THESIS
Title: Synthesis and optical properties of dye-doped silica nanoparticles for
biomedical applications
Speciality: Solid state Physics

Code: 62 44 01 04

Ph.D Student: Pham Minh Tan
Supervisor: Ass.Prof.Dr. Tran Hong Nhung and Ass.Prof.Dr. Tong Kim Thuan
Institution: Institute of Physics, Viet Nam Academy of Science and Technology
NEW RESULTS OF THE THESIS
1. Synthesis
i) The water dispersed Rhodamine B (RB) doped silica nanoparticles with
the size of 20-80 nm are synthesized by micelle method. Nanoparticles are
functionalized with functional groups NH2, SH, COOH by copolymerization of the
appropriate precursor and created biocompatibility by protein coating such as
bovine serum albumin (BSA) and streptavidin (SA). The amount of BSA and SA
enough to encase nanoparticles is identified by means of fluorescence spectroscopy.
ii) The water mono-dispersed Fluorecein isothiocyanate (FITC) doped silica
nanoparticles with the size 40-100 nm are synthesized by reverse micelle and Stober
method. Silica nanoparticles are functionalized with NH2 and COOH groups. The amin
NH2 functionalized nanoparticles are stable in Tris buffer for 3 months (PDI <0.1).
2. Study the optical properties
i) Investigation of the interaction between the color molecules and silica host
matrix showed that: the interaction between RB molecules and silica matrix is
weak. Meanwhile, the interaction between FITC molecules and silica matrix is
strong. However, both interactions do not affect the fluorescent properties of the
dye doped molecules. The functional groups and BSA and SA protein coating do
not affect the optical properties of RB and FITC doped molecules in particles.
ii) The RB molecules doped in silica nanoparticles have a quantum
efficiency Q higher and

luminescence lifetime  longer than those of

free

molecules in the water thanks to the decrease of fluorescence quenching due to
collisions. The quantum efficiency is enhanced mainly due to the rise of radiative


relaxation rate r , while fluorescence lifetime  is increased due to the reduction of
non-radiative relaxation rate nr.
iii) By comparing the sizes of particles based on 3 methods: dynamic light
scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM) and fluorescence
correlation spectroscopy (FCS), we can conclude the similarity of these methods.
3. Applications of synthesized silica nanoparticles in biomarker
i) Has synthesized complex of RB/FITC doped silica nanoparticles with
specific monoclonal antibodies E. coli O157:H7/breast cancer cellsHER2
(SiRB@KT,

SiRB@HER2,

SiFITC@HER2).

Using

complex

SiRB@KT,

SiRB@HER2, and SiFITC@HER2 to recognize specific bacterial cells E. coli
O157:H7 and breast cancer cells KPL4 and BT-474 by immunofluorescence
method.
ii) Establish a method of determining the number of target bacteria E. coli
O157:H7 by means of fluorescence spectroscopy.

iii) Use Flow cytometrer to determine the number of breast cancer cells
through the correlation between the numbers of cells with fluorescence intensity of
cells marked by complex SiRB@HER2.