Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của các cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng thanh và dạng lõivỏ silicavàng định hướng ứng dụng trong y sinh

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN VẬT LÝ

ĐỖ THỊ HUẾ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC
CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ
SILICA/VÀNG ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội – 2018

1


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN VẬT LÝ

ĐỖ THỊ HUẾ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC
CẤU TRÚC NANO VÀNG DẠNG CẦU, DẠNG THANH VÀ DẠNG LÕI/VỎ
SILICA/VÀNG ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số chuyên ngành: 944 01 04

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1. TS. Nghiêm Thị Hà Liên
2. PGS.TS. Trần Hồng Nhung

Hà Nội – 2018

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu chế tạo, tính chất quang của
các hạt nanô vàng và cấu trúc nanô lõi /vỏ silica/vàng ứng dụng trong hiện ảnh
tế bào” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án
là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tất cả
những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ.

Nghiên cứu sinh

Đỗ Thị Huế

ii


LỜI CẢM ƠN
Luận án này đã được hoàn thành tại phòng thí nghiệm của nhóm
NanoBioPhotonics của Viện Vật lý thuộc viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
dưới sự hướng dẫn của TS.Nghiêm Thị Hà Liên và PGS.TS. Trần Hồng Nhung.
Để có thể hoàn thành đƣợc luận án này, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng, và lòng
biết ơn chân thành, sâu sắc tới TS.Nghiêm Thị Hà Liên và PGS. TS. Trần Hồng
Nhung, những ngƣời thầy luôn tận tụy hết lòng hƣớng dẫn tôi, tạo mọi điều kiện

giúp đỡ trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu ở Viện Vật Lý.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Vũ Dƣơng, PGS. TS Đỗ Quang Hòa, TS. Nguyễn
Trọng Nghĩa cùng các anh chị em thuộc nhóm NanoBioPhotonics và thuộc trung tâm
Điện tử Lƣợng tử - Viện Vật Lý đã giúp đỡ và cho tôi những ý kiến quý báu cũng
nhƣ hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm để hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới PGS. TS Chu Việt Hà, ngƣời luôn bên tôi, giúp
đỡ và cho tôi những lời khuyên quý báu để tôi vững bƣớc trong suốt giai đoạn học
tập của mình. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể lãnh đạo Khoa Vật
Lý, cùng các thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, những ngƣời đã luôn quan tâm, giúp đỡ,
tạo điều kiện cho tôi để tôi có thời gian hoàn thành luận án.
Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ hai bên, tới gia đình
nhỏ ở đó có chồng và con gái con, những ngƣời vẫn luôn bên con, thay con gánh
vác việc gia đình, tạo cho con động lực và niềm tin để con có đƣợc ngày hôm nay.
Xin trân trọng cảm ơn tất cả!
Hà Nội, tháng 01 năm 2018

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN.................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................ xii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .............9
1.1. Tính chất quang của các hạt nano kim loại ..........................................................9
1.1.1. Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance SPR) ..........................................................................................................................10

1.1.2. Lý thuyết Mie – sự phụ thuộc của tính chất quang vào kích thƣớc hạt ..........11
1.1.3. Đặc trƣng quang học của các cấu trúc nano vàng ...........................................16
1.1.3.1. Hạt nano vàng dạng cầu ...............................................................................17
1.1.3.2. Thanh nano vàng – Lý thuyết Gans .............................................................19
1.1.3.3. Hạt nano cấu trúc lõi /vỏ silica/vàng (SiO2/Au) ..........................................23
1.2. Các phƣơng pháp chế tạo cấu trúc nano vàng....................................................27
1.2.1. Phƣơng pháp nuôi mầm ..................................................................................28
1.2.1.1. Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano vàng bằng phƣơng pháp nuôi mầm......29
1.2.1.2. Cơ chế ổn định keo của các hạt trong dung dịch .........................................31
1.2.2. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu .........................................34
1.2.3. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ - SiO2/Au ........................37
1.2.4. Chế tạo thanh nano vàng .................................................................................39
1.3.1. Đánh dấu và hiện ảnh sinh học .......................................................................43
1.3.2. Ứng dụng hiệu ứng quang nhiệt ......................................................................45
1.4. Các phƣơng pháp đo đạc ....................................................................................48
1.4.1.1. Phép đo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..........................................48
1.4.1.2. Nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................................................49

iv


1.4.2. Các phƣơng pháp xác định cấu trúc hóa học ..................................................50
1.4.2.1. Phƣơng pháp EDX (Energy-dispersive X-ray) ............................................50
1.4.2.2. Hấp thụ hồng ngoại (FTIR-Fourrier Transformation InfraRed) ..................50
1.4.3. Phƣơng pháp tán xạ động (Dynamic Light Scattering -DLS) ........................51
1.4.4. Các phƣơng pháp xác định tính chất quang ....................................................53
1.4.4.1. Phổ hấp thụ UV-Vis .....................................................................................53
1.4.4.2. Kính hiển vi trƣờng tối .................................................................................54
Chƣơng 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CÁC HẠT NANO
VÀNG DẠNG CẦU BẰNG PHƢƠNG PHÁP NUÔI MẦM ..................................55

2.1. Nguyên liệu hóa chất ..........................................................................................55
2.2. Chế tạo hạt vàng kích thƣớc nhỏ - vàng Duff-Baiker ........................................55
2.2.1. Quá trình chế tạo .............................................................................................56
2.2.2. Hình thái và tính chất quang ...........................................................................57
2.3. Chế tạo các hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp nuôi mầm ..................59
2.3.1. Dung dịch nuôi ................................................................................................61
2.3.1.1. Chuẩn bị dung dịch nuôi ..............................................................................61
2.3.1.2. Xác định pH tối ƣu của dung dịch nuôi vàng hydroxyde ...........................62
2.3.2. Khảo sát sự phát triển của hạt khi thay đổi tỷ lệ nồng độ ion Au3+ trong dung
dịch nuôi và nồng độ hạt vàng trong dung dịch mầm ...............................................63
2.3.3. Điều khiển kích thƣớc hạt nano vàng lên tới 200 nm .....................................65
2.3.3.1. Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng Duff-Baiker .......................................65
2.3.3.2. Phát triển kích thƣớc hạt từ hạt vàng citrate ................................................67
Kết luận chƣơng 2 .....................................................................................................76
Chƣơng 3: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU
TRÚC NANO LÕI SILICA VỎ VÀNG SiO2/Au ....................................................77
3.1. Nguyên liệu hóa chất -Quy trình chế tạo ...........................................................77
3.2. Chế tạo và amin hóa hạt nano silica bằng phƣơng pháp Stober ........................79
3.2.1. Thí nghiệm chế tạo và amin hóa hạt nano silica .............................................79
3.2.1.1. Tạo hạt nano silica bằng phƣơng pháp Stober ............................................80
3.2.1.2 Chức năng hóa bề mặt hạt nano silica bằng các phân tử APTES ................81

v


3.2.2. Kết quả tổng hợp hạt lõi nano silica................................................................81
3.3. Chuẩn bị hạt silica – vàng mầm .........................................................................85
3.3.1. Hấp phụ của hạt vàng Duff-Baiker lên hạt silica có hóa học bề mặt khác nhau
...................................................................................................................................85
3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian ủ tới quá trình hấp phụ các hạt nano vàng mầm lên hạt

lõi nano silica. ............................................................................................................87
3.4. Chế tạo các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng ................................................88
3.4.1. Ảnh hƣởng nồng độ HCHO đến sự phát triển của hạt vàng trên bề mặt hạt nano
silica...........................................................................................................................89
3.4.2. Chế tạo hạt nano SiO2/Au với tỉ lệ đƣờng kính lõi và độ dày vỏ thay đổi .....91
3.4.2.1. Chế tạo hạt nano SiO2/Au có độ dày vỏ thay đổi.........................................91
3.4.2.2. Tạo lớp vỏ vàng trên các hạt lõi silica có đƣờng kính trong khoảng 40-150 nm.
...................................................................................................................................95
Kết luận chƣơng 3 ...................................................................................................100
Chƣơng 4: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU
TRÚC NANO VÀNG DẠNG THANH .................................................................101
4.1. Nguyên liệu hóa chất - Quy trình chế tạo ........................................................101
4.1.1. Quy trình chế tạo thanh nano vàng ...............................................................102
4.1.2. Giai đoạn tạo mầm ........................................................................................103
4.1.3. Giai đoạn nuôi mầm để tạo thanh .................................................................105
4.2. Chế tạo các thanh nano vàng và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng ....................106
4.2.1. Tỷ lệ nồng độ Ag+/Au3+ ................................................................................106
4.2.2. Nồng độ tác nhân khử Axit ascorbic (AA) ...................................................106
4.3. Kết quả chế tạo thanh nano vàng .....................................................................107
4.3.1. Hình dạng và thành phần của thanh nano vàng ...............................................107
4.3.2. Ảnh hƣởng của các yếu tố lên sự hình thành và phát triển của thanh...........109
4.3.2.1. Tỉ lệ nồng độ mol [Ag+ ]/[Au3+] ...................................................................109
4.3.2.2. Ảnh hƣởng của nồng độ AA .........................................................................115
4.4. Sự phụ thuộc tính chất quang của các thanh nano vàng vào chiết suất của môi
trƣờng ......................................................................................................................117
4.4.1. Ảnh hƣởng của nồng độ CTAB lên tính chất quang của các thanh nano vàng .117

vi

4.4.2. Ảnh hƣởng của các phân tử bề mặt lên tính chất quang của các thanh nano
vàng .........................................................................................................................119
Kết luận chƣơng 4 ...................................................................................................121
Chƣơng 5: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG ...............................................................122
5.1. Gắn kết hạt nano vàng với các phân tử sinh học và tƣơng thích sinh học .......123
5.1.2. Gắn kết với phân tử albumin – protein bovine serum albumin (BSA) .........124
5.1.3. Gắn kết với glutathione (GSH) .....................................................................124
5.2. Một số kết quả gắn kết phân tử sinh học/tƣơng thích sinh học lên các cấu trúc
nano vàng ................................................................................................................125
5.3. Kết quả sử dụng hạt nano vàng trong hiện ảnh tế bào .....................................130
5.4. Ứng dụng quang nhiệt của các cấu trúc nano vàng trên mô thịt ......................131
5.4.1. Bố trí thí nghiệm ...........................................................................................131
5.4.2. Kết quả ứng dụng quang nhiệt ......................................................................133
Kết luận chƣơng 5 ...................................................................................................137
DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...............................141
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................143
PHỤ LỤC ................................................................................................................156

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
Kí hiệu

Tên Tiếng Anh

Tên tiếng Việt

AA

Ascorbic acid

Axit ascorbic

AR

Aspect Ratio

Tỷ lệ cạnh

CTAB

Cetyl trimethyl ammonium bromide

-

NIR

Near-infrared range

Vùng hồng ngoại gần

PPTT

Plasmonic photo-thermal therapy

Hiệu ứng quang – nhiệt

SPR

Surface plassmon resonance

Cộng hƣởng plasmon bề mặt

SP

Surface plasmon

Plasmon bề mặt

SPP

Surface Plasmon Polariton

Plasmon polariton bề mặt

DDA

Discrete dipole approximation

Gần đúng lƣỡng cực

GNR

Gold nanorod

Thanh nano vàng

TSPR

Transmission surface plasmon

Cộng hƣởng plasmon theo

resonance

chiều ngang của thanh

Long surface plasmon resonance

Cộng hƣởng plasmon theo

LSPR

chiều dọc của thanh
max LSPR

Cực đại hấp thụ ứng với dao

-

động LSPR của GNR
R=

-

Tỷ số độ hấp thụ quang

Benzyl dimethylhexadecyl ammonium

-

LSPR/TSPR
BDAC

chloride
BSA

Bovine serum albumin

-

THPC

Tetra-

-

viii


kis(hydroxymethyl)phosphonium
chloride
DP

Deposition Precipitation

Kết tủa lắng đọng

GPS

Gold Plating Solution

Dung dịch vàng hydroxide
- Dung dịch nuôi

GSH

Glutathione reduced

-

TEOS

Tetraethyl orthosilicate

-

APTES

Propylamin-triethoxysilan

-

PEG

Polyethylene glycol

-

TEM

Transmission electron microscope

Hiển vi điện tử truyền qua

DLS

Dynamic Light Scattering

Tán xạ ánh sáng động học

PdI

Polydispertion Index

Chỉ số đa phân tán

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp
nuôi mầm ...................................................................................................................36
Bảng 1.2. Một số kết quả tổng hợp cấu trúc lõi/vỏ của các nhóm trên thế giới .......39
Bảng 2.1. Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo hạt nano vàng dạng cầu. .......55
Bảng 2.2. Các thông số thí nghiệm khảo sát sự phát triển của hạt khi nồng độ mầm
thay đổi. .....................................................................................................................63
Bảng 2.3. Thể tích dung dịch nuôi và dung dịch mầm trong 4 bƣớc nuôi sử dụng hạt
mầm ban đầu là hạt vàng Duff-Baiker. Lƣợng chất khử HCHO 37% trong mỗi bƣớc

giữ không đổi 3µl. .....................................................................................................65
Bảng 2.4. Kích thƣớc và chỉ số PdI của các dung dịch nano vàng nhận đƣợc từ mầm
Duff-Baiker sau các bƣớc nuôi .................................................................................67
Bảng 2.5. Thể tích dung dịch nuôi và dung dịch mầm trong 18 bƣớc nuôi từ bƣớc 5
đến bƣớc 22, hạt mầm ban đầu sử dụng là hạt vàng citrate. Lƣợng chất khử HCHO
37% trong mỗi bƣớc giữ không đổi 3µl. ...................................................................68
Bảng 2.6. Tính toán kích thƣớc, nồng độ, và các đặc tính quang của các hạt nano
vàng thu đƣợc sau các bƣớc phát triển khác nhau....................................................72
Bảng 2.7. Các thông số quang của các dung dịch hạt keo vàng với một số kích
thƣớc khác nhau ........................................................................................................74
Bảng 3.1. Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo các hạt nano cấu trúc lõi silica
vỏ vàng (SiO2/Au). ....................................................................................................77
Bảng 3.2. Tổng hợp các kết quả đo kích thƣớc hạt từ ảnh TEM, PdI, đƣờng kính
thủy động và nồng độ các hạt silica đƣợc chức năng hóa bề mặt .............................84
Bảng 3.3. Các thông số thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ HCHO đến sự
phát triển lớp vỏ vàng................................................................................................90
Bảng 3.4. Chiều dày lớp vỏ vàng để phủ kín các lõi silica có đƣờng kính khác nhau
...................................................................................................................................97
Bảng 4.1. Các hóa chất dùng trong quá trình chế tạo cấu trúc nano vàng dạng thanh 101
Bảng 4.2. Các thông số thực nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của ion Ag+ đến sự
hình thành và phát triển của cấu trúc nano vàng dạng thanh ..................................106
Bảng 4.3. Ảnh hƣởng của nồng độ AA đến sự hình thành và phát triển của thanh
nano vàng. ...............................................................................................................107

x


Bảng 4.4. Hiệu suất tạo thanh, đƣờng kính trung bình và tỉ lệ các cạnh của thanh tạo
thành ứng với tỉ lệ mol [Ag+ ]/[Au3+] khác nhau ......................................................110
Bảng 4.5. Các thông số thực nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của ion Ag+ đến sự

hình thành và phát triển của cấu trúc thanh nano vàng ...........................................113
Bảng 4.6. Các thông số thực nghiệm khảo sát sự ảnh hƣởng của AA đến sự hình
thành và phát triển của cấu trúc thanh nano vàng ...................................................116
Bảng 4.7. Cƣờng độ và bƣớc sóng đỉnh cộng hƣởng plasmon của thanh nano vàng
trong các dung dịch CTAB với nồng độ khác nhau. ...............................................118
Bảng 4.8. Cƣờng độ và bƣớc sóng đỉnh cộng hƣởng plasmon của các dung dịch
thanh nano vàng trƣớc và sau khi đƣợc bọc bằng các phân tử tƣơng thích sinh học:
BSA, PEG, GSH .....................................................................................................121
Bảng 5.1. Kết quả thế Zeta của các dung dịch hạt nano SiO2/Au trƣớc và sau khi
gắn kết với các phân tử BSA, GSH, PEG và kháng thể IgG/BSA .........................128
Bảng 5.2. Mật độ công suất ứng với chiều dày mẫu thay đổi ................................133
Bảng 5.3. Nhiệt độ Tmax đạt đƣợc của mẫu tiêm các hạt nano SiO2 /Au, thanh nano
vàng ở cùng độ hấp thụ khi đƣợc chiếu sáng bằng laser 808 nm. ..........................135

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt trên các hạt nano kim loại ........10
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của hệ số suy hao  của hạt nano vàng vào kích thƣớc hạt.
...................................................................................................................................15
Hình 1.3. Phổ hấp thụ của các dung dịch nano vàng cầu phụ thuộc vào kích thƣớc
hạt [79] ......................................................................................................................16
Hình 1.4. Tính toán các hiệu suất hấp thụ Qabs (đƣờng gạch đỏ), hiệu suất tán xạ
Qsca (đƣờng chấm đen), và hiệu suất dập tắt Q (đƣờng liền màu xanh) cho các hạt
cầu nano vàng (a) D = 20 nm, (b) D = 40 nm, (c) D = 80 nm, và (d) polystyrene
nanospheres D = 300 nm ..........................................................................................18
Hình 1.5. Sự phân bố điện tích trên một thanh nano dƣới kích thích của ánh sáng tới 19
Hình 1.6. Đặc tính quang của nano vàng dạng thanh phụ thuộc vào tỉ lệ các cạnh
của thanh. Ảnh TEM của các thanh nano vàng với tỉ lệ các cạnh khác nhau (A); Sự

phụ thuộc của màu sắc tán xạ vào tỉ lệ các cạnh (B); Phổ dập tắt đã chuẩn hóa thể
hiện sự dịch đỉnh cộng hƣởng plasmon về phía sóng dài khi tỉ lệ các cạnh của thanh
(AR) tăng (C). ...........................................................................................................21
Hình 1.7. Sự phụ thuộc tính chất quang của thanh nano vàng vào chiết suất môi
trƣờng ........................................................................................................................22
Hình 1.8. Cấu trúc nano lõi/vỏ silica/vàng ...............................................................23
Hình 1.9. Mô hình lai mô tả sự tƣơng tác giữa hạt nano cầu đặc và hạt nano cầu
rỗng ..........................................................................................................................24
Hình 1.10. Sự thay đổi cộng hƣởng plasmon của các cấu trúc lõi silica vỏ vàng
theo độ dày lớp vỏ . ...................................................................................................25
Hình 1.11. Hệ số hấp thụ (đƣờng liền) và hệ số tán xạ (đƣờng gạch) đƣợc tính toán
theo lý thuyết Mie cho hạt cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au với tỉ lệ lõi/vỏ không đổi 0.8.
Với hạt có bán kính lõi 40 nm, bán kính lớp vỏ là 50nm, hiệu suất hấp thụ và tán xạ
là nhƣ nhau . ..............................................................................................................26
Hình 1.12. Tính toán hiệu suất dập tắt (đƣờng trên cùng), hấp thụ (đƣờng ở giữa),
tán xạ (đƣờng dƣới cùng) của: a.hạt nano vàng dạng cầu đƣờng kính 80nm, b. cấu
trúc lõi/vỏ vàng bán kính 70nm với lõi silica bán kính 60nm, c. thanh nano vàng
59,6 x 13,5nm . .........................................................................................................26
xii


Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp nuôi mầm ........................................28
Hình 1.14. Các thay đổi trong các nồng độ nguyên tử của các phần tử phát triển
trong dung dịch nhƣ một hàm theo thời gian I) giai đoạn sinh ra các nguyên tử II)
giai đoạn tạo hạt nhân và III) giai đoạn hình thành và phát triển hạt mầm ............29
Hình 1.15. Sơ đồ minh họa cho sự ổn định tĩnh điện giữa hai hạt nano keo dạng cầu
...................................................................................................................................31
Hình 1.16. Thế năng tổng (V đƣờng liền nét) biểu diễn sự kết hợp của các thế năng
hút Van der Waals và thế năng đẩy tĩnh điện (VA và VR, tƣơng ứng) . ....................32
Hình 1.17. Ổn định không gian giữa hai hạt tiến lại gần nhau chứa các polymer

liên kết một đầu với bề mặt các hạt ..........................................................................33
Hình 1.18. Các phƣơng pháp tổng hợp hạt có cấu trúc lõi vỏ: silica/ vàng: a) theo
mô tả Halas et al.; b) và c) theo phƣơng pháp lắng đọng DP. ..................................38
Hình 1.19. Mô hình minh họa cơ chế phát triển của thanh nano vàng khi không có
ion Ag+ ......................................................................................................................41
Hình 1.20. Cơ chế hình thành GNR dƣới sự định hƣớng của ion Ag+.....................42
Hình 1.21. Đánh dấu tế bào SiHa bằng hạt nano Au: ảnh A, B, C, D là đánh dấu đặc hiệu
dùng hạt vàng gắn với kháng thể EGFR, ảnh E, F là đánh dấu không đặc hiệu dùng hạt Au
gắn kết với BSA . ........................................................................................................44
Hình 1.22. Ảnh trƣờng tối của tế bào SKBr3 khi không đƣợc ủ với cấu trúc nano
lõi/vỏ (1), khi ủ với phức hệ nano@ kháng thể không đặc hiệu IgG(2), khi ủ với phức hệ
nano @kháng thể đặc hiệu HER2. ................................................................................45
Hình 1.23. Khu vực khoanh đỏ là nơi nanoshells đƣợc tiêm vào: trong vài phút bị
đốt nóng dƣới ánh sáng gần hồng ngoại, các tế bào này đã chế . .............................47
Hình 1.24. Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................................48
Hình 1.25. Hiện tƣợng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, ...............49
Hình 1.26. Sự biến thiên của thế zeta theo giá trị pH của môi trƣờng .....................52
Hình 1.27. Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis........................................................53
Hình 1.28. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của kính hiển vi trƣờng tối ..............................54
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng tạo hạt vàng theo phƣơng pháp Duff-Baiker..................56
Hình 2.2. Ảnh TEM của hạt vàng Duff –Baiker, thang đo 20 nm(trái) và phổ hấp
thụ plasmon của chúng(phải). ...................................................................................58

xiii


Hình 2.3. Ảnh TEM của hạt vàng Duff-Baiker sau 21 ngày bảo quản ở 40C (ảnh a)
và bảo quản ở nhiệt độ phòng (ảnh b), thang đo 20 nm. ...........................................59
Hình 2.4. Sơ đồ tổng hợp hạt nano vàng dạng cầu bằng phƣơng pháp nuôi mầm
qua nhiều bƣớc nuôi ..................................................................................................60

Hình 2.5. Phổ hấp thụ của các dung dịch nuôi có các giá trị pH khác nhau sau 5
phút phản ứng khử.....................................................................................................62
Hình 2.6. Ảnh TEM của các mẫu Au-Ci 0 (mầm d =16±1,5nm), mẫu 1: d =
30±3nm, mẫu 2: d = 35 ± 3nm; mẫu 3: d= 45±5nm; mẫu 4: d = 65±7nm. ..............64
Hình 2.7. Ảnh TEM của hạt vàng mầm và sản phẩm của 4 bƣớc nuôi. ...................66
Hình 2.8. Ảnh TEM của hạt vàng citrate (a) với thang kích thƣớc là 100 nm, phổ
phân bố kích thƣớc hạt (b) ........................................................................................68
Hình 2.9. Ảnh TEM của các hạt nano mầm vàng citrate và sản phẩm thu đƣợc ở các
bƣớc nuôi khác nhau với độ phóng đại 40000X, thang đo 100nm. ..........................69
Hình 2.10. Phổ cộng hƣởng plasmon của các dung dịch keo vàng kích thƣớc nhỏ từ
bƣớc nuôi 1 đến bƣớc nuôi 3 (A), phổ cộng hƣởng plasmon của các dung dịch keo
vàng kích thƣớc lớn từ bƣớc 17 đến bƣớc 22 (B ) và phổ chuẩn hóa của các dung
dịch từ bƣớc nuôi thứ 5 đến bƣớc nuôi thứ 16 (C). ..................................................72
Hình 2.11. các phổ hấp thụ tƣơng ứng với các dao động lƣỡng cực và dao động tứ
cực đƣợc tách ra từ phổ hấp thụ của các dung dịch hạt sản phẩm của bƣớc nuôi 17
(trái) và bƣớc nuôi 22 (phải). ....................................................................................73
Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tiết diện dập tắt và tiết diện hấp thụ
của hạt nano vàng vào đƣờng kính của hạt ...............................................................75
Hình 2.13. Sự phụ thuộc của tiết diện tắt của các hạt nano vàng dạng cầu vào
đƣờng kính của hạt ....................................................................................................75
Hình 3.1. Sơ đồ chế tạo hạt nano SiO2/Au theo quy trình 4 bƣớc ...........................78
Hình 3.2. Sơ đồ chế tạo và amin hóa hạt silica bằng phƣơng pháp Stober ..............80
Hình 3.3. Ảnh TEM của các hạt nano silica đƣợc làm với lƣợng NH4OH khác nhau:
900 µl; 1000µl; 1100µl; 1200µl; 1300µl (từ trái sang phải) trƣớc (hàng trên) và sau
(hàng dƣới) khi chức năng hóa bề mặt với APTES các tại thang đo 100nm với độ
phóng đại 40000 lần. .................................................................................................82

xiv

Hình 3.4. Giản đồ phân bố kích thƣớc hạt của các hạt silica chức năng hóa bề mặt
với các lƣợng NH4OH khác nhau: a) 900 µl; b) 1000 µl; c) 1100 µl; d) 1200 µl; e)
1300 µl. .....................................................................................................................83
Hình 3.5. Ảnh TEM của các hạt nano silica trƣớc a) và sau b) chức năng hóa bề mặt
bằng APTES khi đƣợc ủ với các hạt nano vàng Duff- Baiker trong cùng điều kiện.
Độ phóng đại 40 nghìn lần. .......................................................................................86
Hình 3.6 Ảnh TEM của các hạt silica kích thƣớc 150 nm sau khi ủ với vàng DuffBaiker trong các thời gian a) 1h; b)3h; c) 4h; d)24h. Độ phóng đại 40000 lần, thang
đo 100nm ...................................................................................................................87
Hình 3.7. Sơ đồ nuôi mầm để hình thành hạt cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au ....................88
Hình 3.8. Phổ hấp thụ của dãy mẫu SiO2/Au với các lƣợng HCHO thay đổi ..............91
Hình 3.9. Phổ hấp thụ plasmon cộng hƣởng của : A) hạt “mầm”; B) phát triến lớp
vỏ ƣớc tính 5nm; C) lớp vỏ ƣớc tính 7 nm; D) lớp vỏ ƣớc tính 15 nm đƣợc phát
triển trên lõi silica đƣờng kính 150 nm. ....................................................................92
Hình 3.10. Ảnh SEM của lõi silica đƣờng kính 150 nm đƣợc phát triển lớp vỏ theo
các giai đoạn khác nhau: A) hạt silica –vàng mầm; B) phát triến với lớp vỏ ƣớc tính
5nm; C) lớp vỏ ƣớc tính 7 nm; D) lớp vỏ ƣớc tính 15 nm với độ phóng đại 100
nghìn lần. ...................................................................................................................94
Hình 3.11. HTEM và ảnh phân tích EDX tƣơng ứng của cấu trúc hạt lõi silica
150nm theo tiến trình làm kín lớp vỏ kim loại vàng tƣơng ứng với các hạt trên hình
3.8 (B), (C), (D). Mầu vàng tƣơng ứng với nguyên tố Au, mầu đỏ ứng với nguyên
tố O; mầu xanh lá ứng với nguyên tố Si; với thang đo 100 nm. ...............................94
Hình 3.12. Ảnh TEM của các hạt nano với đƣờng kính hạt lõi trung bình khác nhau
(A) 45nm, (B) 65nm, (C) 100nm, (D) 110 nm, (E) 130 nm , (F) 150 nm đƣợc bọc
với lớp vỏ vàng: (i) silica lõi, (ii) silica gắn vàng THPC, (iii) lớp vỏ vàng trong quá
trình phát triển, (iv) lớp vỏ vàng đã bọc kín hạt........................................................96
Hình 3.13. Phổ hấp thụ và phổ hấp thụ chuẩn hóa của dãy mẫu của hạt nano cấu
trúc lõi/vỏ Si2O/Au có kích thƣớc lõi 45 nm (hàng trên), 130 nm (hàng giữa) và
150nm (hàng dƣới) với độ dày lớp vỏ thay đổi. .......................................................98
Hình 3.14. Phổ cộng hƣởng plasmon chuẩn hóa của các dung dịch hạt nano
SiO2/Au với cùng độ dày lớp vỏ và các đƣờng kính hạt lõi thay đổi. ......................99

xv


Hình 4.1. Sơ đồ tổng hợp nano vàng dạng thanh bằng phƣơng pháp nuôi mầm ...103
Hình 4.2. Ảnh HTEM của tinh thể vàng mầm để tạo thanh: thang đo 5 nm với độ
phóng đại 500 nghìn lần (hình trái), thang đo 2 nm với độ phóng đại 1 triệu lần
(hình phải). ..............................................................................................................104
Hình 4.3. Cấu trúc lý tƣởng cho các thanh nano vàng đƣợc tổng hợp khi có ion Ag+ [93]
.................................................................................................................................104
Hình 4.4. Ảnh TEM của thanh nano vàng với độ phóng đại 200 nghìn lần tại thang đo
.................................................................................................................................108
10 nm (trái), phổ hấp thụ plasmon của chúng (phải) .................................................108
Hình 4.5. Phổ XRD của thanh nano vàng ..............................................................109
Hình 4.6. Ảnh TEM của các mẫu thanh nano vàng với [Ag+] /[Au3+] thay đổi, thang
đo bằng 20nm ..........................................................................................................110
Hình 4.7. Phổ hấp thụ plasmon cộng hƣởng của các dung dịch thanh nano vàng theo
tỉ lệ mol [Ag+] / [Au3+] (hình trái) và phổ chuẩn hóa (hình phải). ..............................112
Hình 4.8. Sự phụ thuộc của bƣớc sóng đỉnh hấp thụ cộng hƣởng plasmon theo
chiều dọc max LSPR (đƣờng đen) và tỉ lệ độ hấp thụ theo hai trục của thanh
LSP/TSP =R (đƣờng xanh) vào nồng độ ion Ag+. ..................................................114
Hình 4.9. Sự phụ thuộc của bƣớc sóng đỉnh hấp thụ plasmon theo chiều dọc vào tỉ
lệ các cạnh của thanh AR. .......................................................................................115
Hình 4.10. Phổ hấp thụ của các dung dịch chứa các thanh nano vàng khi tỉ lệ mol
[AA]/[Au3+] thay đổi (hình a) và phổ hấp thụ chuẩn hóa của các dung dịch đó (hình b).
.................................................................................................................................116
Hình 4.11. Phổ hấp thụ plasmon của thanh nano vàng 10 nm  40 nm phân tán
trong môi trƣờng với các nồng độ CTAB khác nhau (trái) và phổ chuẩn hóa của
chúng(phải). ............................................................................................................117
Hình 4.12. Hình minh hoạ liên kết của CTAB trên bề mặt thanh nano vàng theo

nồng độ. ...................................................................................................................119
Hình 4.13. Các phổ hấp thụ (trái) và phổ hấp thụ chuẩn hóa (phải) của các dung
dịch nano vàng dạng thanh trƣớc và sau khi đƣợc bọc bằng các phân tử tƣơng thích
sinh học BSA, PEG, GSH. ......................................................................................120
Hình 5.1. Cấu trúc phân tử thiol – PEG – acid .......................................................123

xvi


Hình 5.2. Sơ đồ gắn kết phân tử PEG lên hạt nano vàng (Au@PEG) ...................123
Hình 5.3. Cấu trúc chung của các axit amin ...........................................................124
Hình 5.4. Sơ đồ gắn kết phân tử BSA lên bề mặt của hạt nano vàng(Au@BSA) .124
Hình 5.5. Cấu trúc phân tử GSH ............................................................................124
Hình 5.6. Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) của protein BSA và Au@BSA ............125
Hình 5.7. Ảnh TEM của hạt nano vàng trƣớc (trái) và sau khi bọc BSA (phải),
thang đo 50 nm .......................................................................................................126
Hình 5.8. Phổ hấp thụ plasmon của các dung dịch hạt nano vàng không gắn kết với
BSA (trái) và có gắn BSA (phải) theo thời gian bảo quản......................................127
Hình 5.9. Phổ hấp thụ plasmon của dung dịch hạt SiO2/Au trƣớc và sau khi gắn kết
với các phân tử khác nhau BSA, GSH, PEG, IgG/BSA .........................................128
Hình 5.10. Thế zeta của nanoshells gắn kết với các phân tử GSH, PEG, BSA và
kháng thể IgG/BSA .................................................................................................129
Hình 5.11. Ảnh hiển vi trƣờng tối của tế bào ung thƣ nuôi cấy BT -474 (A), ảnh
hiển vi trƣờng tối của tế bào ung thƣ BT-474 đƣợc đánh dấu bằng phức hệ Au@
IgG-HER2 (B) và ảnh hiển vi trƣờng tối của tế bào ung thƣ BT-474 đƣợc ủ với hạt
nano vàng@BSA (C). .............................................................................................130
Hình 5.12. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát hiệu ứng quang nhiệt trên mô thịt. ...131
Hình 5.13. Phổ hấp thụ plasmon của dung dịch thanh nano vàng (hình trái) và
SiO2/Au (hình phải).................................................................................................132
Hình 5.14. Sự biến đổi nhiệt độ theo thời gian chiếu sáng bằng laser bƣớc sóng 808

nm của các mẫu tiêm các hạt nano vàng cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au, thanh nano vàng
có cùng độ hấp thụ, các mẫu có độ dày 1 mm, 2mm, 3mm, 4mm. ........................134
Hình 5.15. Sự phụ thuộc nhiệt độ chênh lệch của các mẫu chứa dung dịch nano
vàng với nhiệt độ môi trƣờng vào mật độ công suất chiếu tại hạt. .........................135

xvii


MỞ ĐẦU
Các ứng dụng của công nghệ nano vào khoa học sự sống ngày càng đƣợc
phát triển rộng rãi, trong đó việc sử dụng các vật liệu nano trong các ứng dụng YSinh nhƣ tăng độ nhạy của chẩn đoán và điều trị hƣớng đích đang là những hƣớng
nghiên cứu đƣợc nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới và trong nƣớc quan tâm phát
triển. Một trong những loại vật liệu nano mang lại nhiều tiềm năng cho hai hƣớng
ứng dụng đó là vật liệu nano kim loại, đặc biệt là các cấu trúc nano vàng.
Ngay từ những thế kỉ đầu sau Công Nguyên, nhiều ứng dụng của các hạt
nano vàng đã đƣợc biết đến để tạo nên màu sắc của các kính màu nhà thờ hay của
các bát đĩa sứ. Tuy nhiên, sự thay đổi màu sắc của các dung dịch keo vàng chỉ thực
sự đƣợc làm sáng tỏ vào năm 1908 bởi nhà khoa học ngƣời Đức Gustav Mie khi
ông giải bài toán về sự tƣơng tác của sóng điện từ với các điện tử dẫn trên các hạt
hình cầu. Sự dao động đồng pha của tập thể các điện tử dẫn trên bề mặt các cấu trúc
nano kim loại dƣới sự kích thích của sóng ánh sáng gây ra một hiệu ứng điển hình
cho các cấu trúc nano kim loại – hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt. Điều kiện
để có hiện tƣợng cộng hƣởng là tần số của ánh sáng kích thích bằng tần số dao động
riêng của hệ điện tử tự do trên bề mặt kim loại. Các kim loại nhƣ Au, Ag có tần số
cộng hƣởng nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy gây nên các hiệu ứng về màu sắc
[99]. Hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt làm cho tính chất quang của các cấu
trúc nano kim loại phụ thuộc mạnh vào hình dạng, kích thƣớc và môi trƣờng bao
quanh chúng. Các hạt nano vàng có khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng cao gấp 46 bậc so với các phân tử mầu thông thƣờng [88]. Hơn nữa, đặc tính ƣu việt của hạt
nano vàng là không độc, có cấu trúc ổn định, có khả năng tƣơng thích sinh học cao
và dễ dàng hoạt hóa bề mặt để gắn kết với các phân tử sinh học cũng nhƣ các phân

tử thuốc thông qua các chất có chứa nhóm –SH. Với các đặc tính đặc thù này, các
nghiên cứu ứng dụng y-sinh của các cấu trúc nano vàng ngày càng phát triển.
Trên thế giới, việc nghiên cứu khai thác các ứng dụng của các cấu trúc nano
vàng đang rất đƣợc quan tâm. Các hạt nano vàng dạng cầu với đỉnh cộng hƣởng

1


plasmon nằm trong vùng ánh sáng khả kiến có thể đƣợc khai thác trong nhiều ứng
dụng tùy thuộc vào kích thƣớc của chúng. Chẳng hạn, các hạt nano vàng với kích
thƣớc trung bình dƣới 5 nm đƣợc sử dụng chủ yếu để làm chất xúc tác cho phản ứng
chuyển hóa khí CO thành CO2 ở nhiệt độ thấp (dƣới 00C) [82]. Trong khi đó, các
hạt vàng nano với kích thƣớc 10-50 nm đƣợc sử dụng để vận chuyển insulin một
cách hiệu quả trong các liệu pháp chữa trị bệnh [5]. El-Sayed và các cộng sự cũng
đã thành công trong việc sử dụng hạt vàng nano với kích thƣớc 30 - 40 nm làm chất
đánh dấu cho chẩn đoán bệnh bằng ảnh hiển vi tán xạ do khả năng tán xạ mạnh ánh
sáng trong vùng nhìn thấy [123].
Các hạt keo nano vàng cấu trúc lõi vỏ (nanoshells) nhƣ lõi điện môi silica/vỏ
vàng (SiO2/Au) nhờ có lõi điện môi làm tăng diện tích bề mặt của hạt nên các hạt
SiO2/Au có tiết diện dập tắt lớn hơn các hạt nano vàng cầu có cùng thể tích vàng
[111]. Tính chất quang của các hạt nano vàng cấu trúc lõi vỏ đã đƣợc giải thích dựa
trên mô hình lai khi xem plasmon kích thích từ hạt nanoshell là sự tƣơng tác giữa
một hạt nano cầu đặc và một hạt nano cầu rỗng [59]. Hai plasmon cộng hƣởng
tƣơng tác lai với nhau tạo thành hai mô hình đối xứng và phản đối xứng, tƣơng ứng
với hai mô hình đó là hai tần số cộng hƣởng plasmon phụ thuộc vào tần số plasmon
khối và tỉ lệ độ dày lõi - vỏ. Nhƣ vậy, với việc điều khiển tỉ lệ tƣơng quan giữa
đƣờng kính lõi và độ dày vỏ có thể điều khiển đƣợc đỉnh cộng hƣởng plasmon nằm
trong vùng hồng ngoại gần 700 nm – 900 nm [59] vì đây là vùng ánh sáng có thể
xuyên sâu nhất vào trong da và mô [111]. Với phổ cộng hƣởng plasmon trải rộng từ
vùng ánh sáng nhì thấy đến vùng hồng ngoại gần nên các hạt nano vàng cấu trúc lõi

vỏ có thể vừa làm chất đánh dấu hiện ảnh cho chẩn đoán bệnh, vừa mang thuốc
hƣớng đích kết hợp với vật lý trị liệu (đốt từ, quang nhiệt, chiếu xạ...).
Các thanh nano vàng có hai đỉnh cộng hƣởng plasmon đặc trƣng: một đỉnh
tƣơng ứng với dao động plasmon theo chiều ngang của thanh (TSPR) có cƣờng độ
yếu và một đỉnh ứng với dao động cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc của thanh
(LSPR) có cƣờng độ lớn hơn nằm trong vùng khả kiến hoặc hồng ngoại gần tùy
thuộc vào tỷ số các cạnh của thanh [15, 100]. Nhƣ vậy, có thể điều chỉnh tính chất
2


quang của thanh nano vàng bằng cách thay đổi tỉ lệ tƣơng quan giữa các cạnh. Đặc
biệt với các thanh nano vàng có chiều ngang nhỏ (dƣới 10nm), tán xạ là không đáng
kể, hiệu suất hấp thụ gần bằng hiệu suất dập tắt [102]. Điều này là một lợi thế cho
ứng dụng quang nhiệt của thanh nano vàng. Ứng dụng này cũng đã đƣợc nhiều nhà
khoa học trên thế giới nghiên cứu nhƣ: dung dịch thanh nano vàng có tỉ lệ các cạnh
là 3,9 và có đỉnh hấp thụ tại 800nm, đƣợc chiếu laser mật độ công suất 85W/cm2, có
hiệu suất quang nhiệt là 20% [11]. Nhóm tác giả Terry B. Huff đã công bố quá trình
diệt tế bào ung thƣ biểu bì KB sử dụng thanh nano vàng có đỉnh hấp thụ ở 815 nm
và laser hồng ngoại với mật độ công suất chiếu 176W/cm2 [108].
Quá trình chế tạo các hạt nano vàng đơn phân tán với kích thƣớc đƣợc kiểm
soát đã có lịch sử từ khoảng trên 60 năm và cho đến nay đã có nhiều phƣơng pháp
khác nhau để tổng hợp các cấu trúc nano vàng nhƣ: phƣơng pháp khử hóa học [38,
126], khử sinh học [92,125], chiếu xạ [98, 110], quang hóa [83],...Tùy thuộc vào
điều kiện chế tạo mà các hạt nano vàng đƣợc tạo ra với các dạng hình học và cấu
trúc khác nhau: dạng cầu, sợi, thanh, tam giác,...
Các hạt nano vàng dạng cầu với kích thƣớc dƣới 50nm đƣợc tổng hợp trực
tiếp trong dung dịch bằng cách sử dụng các chất khử khác nhau để khử ion Au3+
trong muối HAuCl4 thành các nguyên tử Au. Năm 1951, Turkevitch đã tìm ra
phƣơng pháp chế tạo các hạt nano vàng dạng cầu đƣờng kính 15-25 nm sử dụng
trisodiumcitrate làm chất khử [112]. Đây đƣợc xem là một phƣơng pháp kinh điển

để tổng hợp hạt vàng cầu. Bằng cách thay đổi nồng độ chất khử và thời gian gia
nhiệt cho phản ứng, năm 1972 G.Frens đã điều khiển đƣợc kích thƣớc hạt lên tới
150nm [101]. Từ đó tới nay đã xuất hiện thêm nhiều phƣơng pháp mới chế tạo ra
các hạt vàng dạng cầu có đƣờng kính lớn trên 50nm, tuy nhiên hình dạng và kích
thƣớc không đồng đều, hiệu suất tổng hợp hạt thấp. Bên cạnh đó, một số nghiên cứu
khác tạo ra các hạt nhỏ vài nanomet với sự có mặt của các chất khử khác nhau nhƣ
THPC(tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium chloride) [6], NaBH4 [98],… Phƣơng
pháp nuôi “mầm” đã đƣợc sử dụng để tổng hợp các hạt có đƣờng kính lớn hơn lên
tới hàng trăm nano mét [97, 115]. Tuy nhiên, mỗi phƣơng pháp chỉ có thể tạo ra hạt
3


nano vàng trong một dải kích thƣớc hẹp, kích thƣớc không đồng đều, yêu cầu làm
trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc có dung môi hữu cơ.
Chế tạo nano vàng cấu trúc lõi/vỏ là một quy trình tổng hợp gồm nhiều bƣớc
và đòi hỏi có sự kiểm soát chặt chẽ để vật liệu vỏ bao phủ toàn bộ vật liệu lõi với độ
dày thích hợp. Những nghiên cứu tập trung vào sự thay đổi của vật liệu lõi nhƣ
silica, polystyrene, và hạt nano từ [82, 99]. Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã
tạo ra hạt nano cấu trúc lõi/vỏ với lõi là vật liệu có tính trơ nhƣ chất điện môi silica
và vật liệu vỏ là các kim loại khác nhau nhƣ Au, Ag, Cu... [90, 118]. Kết quả cho
thấy rằng khi bọc vỏ kim loại lên hạt silica thì đỉnh SPR đƣợc dịch chuyển về phía
sóng dài so với hạt nano kim loại dạng cầu có đƣờng kính tƣơng ứng, tuy nhiên chỉ
khi dùng vỏ kim loại là vàng thì đỉnh SPR mở rộng về phía hồng ngoại gần.
Các thanh nano vàng cũng đƣợc nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phƣơng pháp
khác nhau: phƣơng pháp khử quang hóa (chiếu xạ UV) [94] , phƣơng pháp điện hóa
[107, 123], phƣơng pháp khử sinh học và phƣơng pháp khử hóa học – phƣơng pháp
nuôi mầm [79, 100]. Trong đó, phƣơng pháp nuôi mầm đƣợc phát minh vào năm
1989 và dần trở nên phổ biến trong việc tổng hợp vật liệu thanh nano vàng với ƣu
điểm quy trình đơn giản, hiệu suất tổng hợp cao, thu đƣợc sản phẩm với kích cỡ,
hình thái mong muốn, độ đơn phân tán cao và có thể kiểm soát đƣợc tỷ số các cạnh

của thanh. Cho đến nay, sau nhiều cải tiến các thanh nano vàng đã đƣợc tạo ra với
hiệu suất tổng hợp cao 99% và tỉ lệ các cạnh có thể điều khiển đƣợc từ 1.5 đến 4.5
bằng cách sử dụng CTAB (cetyl trimethylammonium) để tạo khuôn dƣỡng mềm
dạng thanh. Ngoài ra, để tăng tỷ lệ các cạnh của thanh, ngƣời ta còn sử dụng benzyl
dimethylhexadecyl ammonium chloride (BDAC) hoặc hợp chất vòng thơm để làm
chất đồng hoạt động bề mặt nhằm khắc phục tốt các hạn chế còn tồn tại của các
phƣơng pháp trƣớc đó.
Ở Việt Nam, các nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các vật liệu nano trong ysinh đã bắt đầu từ khoảng 10 năm trở lại đây, đang ngày càng phát triển và đạt đƣợc
một số kết quả đáng khích lệ. Các nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo và ứng

4


dụng các vật liệu nano nhƣ: chấm lƣợng tử, các cấu trúc nano kim loại, các hạt nano
silica chứa tâm màu hữu cơ, các hạt nano từ và các hạt nano đất hiếm. Trong đó
phải kể ra một số kết quả về chế tạo và ứng dụng thanh nano vàng của nhóm GS.TS
Nguyễn Hoàng Lƣơng trong hiện ảnh tế bào ung thƣ vú và chế tạo sensor điện hóa
phát hiện glucoze. Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Trần Hồng Nhung và TS.
Nghiêm Thị Hà Liên đã chế tạo thành công các hạt nano vàng dạng cầu, phân tán
trong nƣớc, có kích thƣớc từ 15nm – 40nm. Các hạt nano vàng sau đó đã đƣợc bọc
các lớp hợp sinh nhƣ PEG dị chức thiol polyethylene glycol (HS-PEG-COOH),
bovine serum albumin (BSA) và streptavidin (SA) và đƣợc thử độc tính in vitro và
in vivo trên chuột. Kết quả cho thấy các dung dịch nano vàng trên đã không gây ra
bất kì thay đổi nào đối với các tế bào cũng nhƣ các cá thể chuột với liều lƣợng đƣợc
sử dụng. Đồng thời, các hạt nano vàng đã đƣợc sử dụng để hiện ảnh tế bào ung thƣ
vú bằng sử dụng các phức hệ hạt nano vàng – kháng thể đơn dòng; hạt nano vàng –
aptamer kháng HER2 và nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt trên mô và
trên tế bào. Nhóm đã sử dụng phức hệ hạt nano vàng – aptamer HER2 để chế tạo
băng thử nhanh và cảm biến truyền năng lƣợng phát hiện kháng nguyên ung thƣ vú.
PGS.TS. Nguyễn Hoàng Hải (trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc

gia Hà Nội) đã sử dụng các hạt nano vàng để chế tạo cảm biến sinh học xác định
nồng độ của virus gây bệnh với độ nhạy cao. Tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nhóm của TS. Hà Phƣơng Thƣ đã thành
công trong việc gắn thuốc nano hƣớng đich để diệt tế bào ung thƣ. Ngoài ra, nhóm
của PGS.TS Nguyễn Thế Bình (Đại học KHTN Hà Nội) đã chế tạo hạt nano vàng
bằng ăn mòn laser. Gần đây, các cấu trúc nano Au, Ag đƣợc sử dụng làm các đế
SERS để phát hiện dƣ lƣợng các độc tố trong thực phẩm; các hạt nano vàng đƣợc sử
dụng làm quang xúc tác hay làm chất tăng độ nhạy cho pin mặt trời... Nghiên cứu
chế tạo các cấu trúc nano vàng và sử dụng chúng trong các ứng dụng vẫn đang là
những đề tài đƣợc các nhà nghiên cứu trong và ngoài nƣớc quan tâm.

5


Trong bối cảnh đó, đề tài luận án đƣợc chọn là: “Nghiên cứu chế tạo và khảo
sát tính chất quang của các cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng thanh và dạng
lõi/vỏ silica/vàng định hƣớng ứng dụng trong y sinh”.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Chế tạo các cấu trúc nano vàng khác nhau với kích thƣớc thay đổi nhằm ứng
dụng trong hiện ảnh tế bào và hiệu ứng quang nhiệt.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của các hạt nano vàng dạng
cầu với các kích thƣớc biến thiên trong dải rộng.
- Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của các cấu trúc nano lõi
silica vỏ vàng với đƣờng kính lõi và độ dày lớp vỏ thay đổi.
- Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của các cấu trúc nano vàng
dạng thanh có tỉ lệ các cạnh thay đổi.
- Chức năng hóa bề mặt các cấu trúc nano vàng với các phân tử sinh học và
tƣơng thích sinh học. Trên cơ sở đó thử nghiệm chúng trong các ứng dụng y sinh:
hiện ảnh tế bào BT-474 và thử nghiệm hiệu ứng quang nhiệt trên mô sống.

Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng các phƣơng pháp thực nghiệm để chế tạo vật liệu nano vànà
thử nghiệm ứng dụng các vật liệu chế tạo đƣợc trong hiện ảnh tế bào và hiệu ứng
quang nhiệt.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Đây là đề tài đầu tiên ở nƣớc ta nghiên cứu một cách có hệ thống việc chế
tạo và khảo sát tính chất quang của các cấu trúc nano vàng bao gồm dạng cầu, dạng
thanh và cấu trúc lõi/vỏ. Đề tài đã giải quyết đƣợc việc tổng hợp các hạt nano vàng
cầu phân tán tốt, có kích thƣớc đồng đều thay đổi trong một dải rộng từ vài đến
hàng trăm nano mét bằng phƣơng pháp nuôi mầm. Đồng thời, đề tài cũng đã nghiên

6


cứu chế tạo đƣợc các cấu trúc nano vàng dạng thanh với tỉ lệ các cạnh thay đổi và
các cấu trúc lõi/vỏ với các kích thƣớc khác nhau hƣớng tới mục đích ứng dụng
trong hiện ảnh tế bào và tiêu diệt tế bào bằng hiệu ứng quang nhiệt. Đây là các
nghiên cứu đang đƣợc thế giới quan tâm và một phần của luận án nằm trong nội
dung của đề tài NCCB thuộc quỹ phát triển KH &CN quốc gia (Nafosted) “Tƣơng
tác của các cấu trúc nano trong tổ hợp nano đa chức năng ứng dụng trong y
sinh học”, mã số: 103.06-2010.10. Vì vậy, đề tài luận án mang tính khoa học cơ
bản và có tính định hƣớng ứng dụng cao.
Các đóng góp mới của luận án:
Luận án đã tìm ra quy trình đơn giản chế tạo hạt nano vàng dạng cầu ở nhiệt
độ phòng, kích thƣớc hạt có thể điều khiển đƣợc trong một khoảng khá rộng từ 2nm
tới 200 nm bằng phƣơng pháp nuôi mầm. Phƣơng pháp này có thể mở rộng cho việc
chế tạo hạt nano vàng dạng cầu xuất phát từ một mầm vàng đƣờng kính bất kỳ với
độ chính xác và đồng đều cao.
Luận án đã tìm ra quy trình chế tạo hạt nanoshell với việc kiểm soát tinh tế độ
dày lớp vỏ vàng trong khoảng từ 10- 30 nm bằng việc kiểm soát nồng độ “mầm”.

Đồng thời với việc sử dụng hạt vàng Duff- Baiker kích thƣớc đồng đều và nhỏ nên
tạo đƣợc lớp vỏ vàng mỏng hơn, ít gồ ghề hơn trên bề mặt hạt lõi. Đồng thời đã tạo
đƣợc các hạt nano shell kích thƣớc nhỏ dƣới 100 nm có đỉnh hấp thụ plasmon
khoảng 700 nm.
Cấu trúc của luận án bao gồm 150 trang, không kể phần tài liệu tham khảo
và phụ lục. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án đƣợc chia 5 chƣơng, cụ thể là:
- Chƣơng 1: trình bày tổng quan về các vấn đề liên quan đến luận án bao gồm:
tính chất quang của các hạt nano kim loại nói chung và các đặc trƣng quang học của
các cấu trúc nano vàng nói riêng; các phƣơng pháp chế tạo các cấu trúc nano vàng
dạng cầu, dạng thanh và cấu trúc lõi vỏ; một số ứng dụng của các cấu trúc nano
vàng trong y sinh. Đồng thời, trình bày nguyên lý của các phƣơng pháp đo đạc thực
nghiệm bao gồm các phƣơng pháp xác định hình thái, cấu trúc hóa học, cấu trúc bề

7