Luận văn thạc sĩ khoa học: Nghiên cứu biến tính bề mặt QDs CdTe ứng dụng cho chế tạo nanosensor

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------

TRẦN THỊ THANH HỢP

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT QDs CdTe
ỨNG DỤNG CHO CHẾ TẠO NANOSENSOR
Chuyên ngành

: Hóa lý thuyết và hóa lý

Mã số

: 60440119

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGÔ TRỊNH TÙNG

HÀ NỘI, 2014


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của mình
đến TS. Ngô Trịnh Tùng đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ dạy tận tình giúp em hoàn
thành luận văn thạc sĩ này.
Em xin gửi lời cảm ơn các thầy cô thuộc khoa Hóa học Trường đại học Khoa
học Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội đã giảng dạy tận tình và hướng dẫn em trong suốt

quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị thuộc tập thể vật liệu polymer chức
năng và hóa học nano, viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cung cấp chấm lượng tử CdTe để em có
thể tiến hành thực nghiệm phục vụ cho luận văn.
Em cũng xin cảm ơn PGS.TS Toshiaki Taniike, cùng các bạn trong Lab.
Taniike của Viện Khoa học công nghệ tiên tiến Nhật Bản (JAIST) đã tận tình hướng
dẫn, tạo điều kiện tốt nhất trong thời gian em tiến hành nghiên cứu tại Viện.
Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã
động viên, giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành bản luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Người viết

Trần Thị Thanh Hợp


LUẬN VĂN THẠC SĨ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 1
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ ...................................................................... 3
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
Chương 1 - TỔNG QUAN .......................................................................................... 3
1.1

Hóa chất độc hại tồn dư trong thực phẩm .....................................................3

1.1.1

Clenbuterol..............................................................................................3

1.1.2

Rhodamine B ..........................................................................................5

1.2

Vật liệu nano và chấm lượng tử ....................................................................7

1.2.1 Tổng quan về chấm lượng tử .......................................................................7
1.2.2 Tổng hợp chấm lượng tử ...........................................................................10
1.2.3 Tính chất của Qds phát huỳnh quang ........................................................16
1.2.4 Chức năng hóa và biến tính bề mặt các chấm lượng tử ............................18
1.3

Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) ................22

1.3.1

Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng .............................................22

1.3.2

Cơ sở lý thuyết của hiện tượng truyền năng lượng cộng hưởng ..........23

1.4

Nanosensor ..................................................................................................26

1.4.1

Nanosensor là gì? ..................................................................................26

1.4.2 Một số loại cảm biến (nanosensor) sử dụng chấm lượng tử với hiệu ứng
FRET……. .........................................................................................................28
Chương 2 - THỰC NGHIỆM ................................................................................... 34
2.1

Hóa chất sử dụng trong thí nghiệm .............................................................34

2.2

Sensor để xác định Rhodamine B ................................................................34

2.3

Nanosensor để xác định Clenbuterol ...........................................................35

2.3.1 Vấn đề cần nghiên cứu ..............................................................................35
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của biosensor dựa vào hiệu ứng FRET để xác định
Clenbuterol .........................................................................................................38
2.3.3 Nghiên cứu biến tính bề mặt chấm lượng tử CdTe ứng dụng trong
nanosensor ..........................................................................................................39

TRẦN THỊ THANH HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

2.3.4 Phản ứng diazo Clenbuterol ......................................................................40
2.3.5 Phản ứng cộng hợp Clenbuterol với ligand ...............................................40
2.4

Các phương pháp nghiên cứu ......................................................................41

2.4.1

Đo phổ hấp thụ UV-Vis ........................................................................41

2.4.2

Đo phổ phát xạ huỳnh quang ................................................................42

2.4.3

Phương pháp đo phổ hồng ngoại ..........................................................43

2.4.4

Phương pháp đo thời gian sống huỳnh quang ......................................44

Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 45
3.1

Sensor xác định Rhodamine B ....................................................................45

3.2

Nanosensor để xác định Clenbuterol ...........................................................51

3.3

Diazo clenbuterol .........................................................................................55

3.4

Phản ứng cộng hợp của diazo clenbuterol với ligand..................................56

3.5

Mẫu thử sensor ............................................................................................59

KẾT LUẬN ............................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 62

TRẦN THỊ THANH HỢP


LUẬN VĂN THẠC SĨ

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Các phương pháp tổng hợp QDs phổ biến nhất hiện nay ........................12
Bảng 1. 2: So sánh tính chất của các chất huỳnh quang hữu cơ/protein và quantum
dots [13].....................................................................................................................16
Bảng 1. 3: Bảng phân loại ba hướng chế tạo nanosensor thông dụng ......................27

Bảng 2. 1: Nồng độ Rhodamine B của các mẫu .......................................................35
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Công thức cấu tạo của Clenbuterol ............................................................3
Hình 1. 2: Cấu trúc hóa học của một vài hợp chất nhóm β2- agonist .........................3
Hình 1. 3: Công thức cấu tạo của Rhodamine B .........................................................5
Hình 1. 4: Số lượng các bài báo được xuất bản liên quan đến QDs từ 1986 đến 2012
.....................................................................................................................................8
Hình 1. 5: Mô hình cacboxyl hóa chấm lượng tử CdTe ...........................................19
Hình 1. 6: Liên kết hóa trị giữa Qds và các phân tử sinh học ...................................20
Hình 1. 7: Tạo liên kết trực tiếp với Qds ..................................................................20
Hình 1. 8: Tương tác tĩnh điện giữa Qds với phân tử sinh học .................................21
Hình 1. 9: Mô hình hiệu ứng FRET ..........................................................................22
Hình 1. 10: Giản đồ Jablonski mô tả hiệu ứng FRET.[22] .......................................23
Hình 1. 11: Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của một cặp chất cho và nhận. Khu
vực màu đỏ nâu là sự chồng chéo quang phổ giữa quang phổ huỳnh quang của các
chất cho và phổ hấp thụ của chất nhận.[28] ..............................................................24
Hình 1. 12: Quang phổ huỳnh quang của chất cho và chất nhận và dung dịch hỗn
hợp của chất cho và chất nhận ..................................................................................25
Hình 1. 13: Mô hình cơ chế hoạt động của Sensor hiệu ứng FRET dùng Qd của
Mauro[32]..................................................................................................................28
Hình 1. 14: Mô hình và cơ chế hoạt động của Biosensor DNA nano Qd (a,b) và thiết
bị kiểm tra (c).[29] ....................................................................................................30
Hình 1. 15: Sơ đồ cảm biến FRET cơ bản để phát hiện các protease hoạt động. (A)
Quá trình FRET thông thường (B) FRET sử dụng QDs. D và A cho các nhà tài trợ
năng lượng và chấp nhận năng lượng, tương ứng.....................................................31
Hình 1. 16: Minh họa sơ đồ của nanosensor QD-FRET để phân tích hoạt động của
enzyme. .....................................................................................................................32
Hình 2. 1: Phổ hấp thụ của Clenbuterol và phổ phát xạ của Qds CdTe....................36
Hình 2. 2: Các hợp chất napthol, naphtyl có khả năng tạo hợp chất azo tiêu biểu ..37
Hình 2. 3: Mô hình phản ứng của Naphtylethylene diamine với Qd và diazo

clenbuterol .................................................................................................................38
Hình 2. 4: Mô hình nanosensor .................................................................................38

TRẦN THỊ THANH HỢP


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 2. 5: Mô hình hoạt động của nanosensor khi có thêm chất cần nhận biết
Clenbuterol ................................................................................................................39
Hình 2. 6: Tương tác tĩnh điện giữa Qd và Naphtylethylene diamine ......................39
Hình 2. 7: Phản ứng diazo clenbuterol ......................................................................40
Hình 2. 8: Phản ứng cộng hợp giữa Naphtylethylene diamin và diazo clenbuterol .40
Hình 2. 9: Sơ đồ mô tả hệ đo quang phổ hấp thụ UV-Vis .......................................41
Hình 2. 10: Sơ đồ khối của phép đo quang huỳnh quang .........................................42
Hình 2. 11: Sơ đồ khối thiết bị đo thời gian sống huỳnh quang ...............................44
Hình 3. 1: Ảnh TEM của chấm lượng tử CdTe trong dung dịch ..............................45
Hình 3. 2: Phổ hấp thụ và phát xạ của chấm lượng tử CdTe được dùng trong luận
văn này ......................................................................................................................45
Hình 3. 3: Phổ hấp thụ của chất màu rhodamine B ở các nồng độ khác nhau ..........46
Hình 3. 4: Phổ huỳnh quang của Qds và hấp thụ của chất màu Rhodamine b .........47
Hình 3. 5: Mô tả tương tác tĩnh điện giữa QDs CdTe và Rhodamine B ...................48
Hình 3. 6: Phổ huỳnh quang của cặp CdTe/Rhodamine B với nồng độ Rhodamine B
...................................................................................................................................48
Hình 3. 7: Đường biểu diễn phân rã huỳnh quang của CdTe trong sự không có .....50
Hình 3. 8: Phổ hấp thụ của Naphtylethylene diamin và phổ phát xạ của Qd ...........51
Hình 3. 9: Phổ phát xạ của Qd và hỗn hợp Qd- Naphtylethylene diamin ................52
Hình 3. 10: Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của Qd- Naphtylethylene diamin
vào pH .......................................................................................................................53
Hình 3. 11: Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của Qd- Naphtylethylene diamin

vào nhiệt độ ...............................................................................................................54
Hình 3. 12: Phổ hấp thụ của hợp chất Diazo Clenbuterol .........................................55
Hình 3. 13: Phổ hấp thụ của hợp chất Clenbuterol- Naphtylethylene diamin ..........56
Hình 3. 14: Phổ hấp thụ và phát xạ của chất cho (QD CdTe bước sóng phát xạ
530nm) và chất nhận (tổ hợp Clenbuterol- Naphtylethylene diamin) ......................57
Hình 3. 15: Phổ trùng chập của chất cho và chất nhận .............................................57
Hình 3. 16: Phổ hồng ngoại của muối diazo .............................................................58
Hình 3. 17: Sự thay đổi cường độ huỳnh quang theo nồng độ Clenbuterol .............59
Hình 3. 18: Tương quan giữa nồng độ Clenbuterol với cường độ phát xạ của
nanosensor .................................................................................................................60

TRẦN THỊ THANH HỢP


LUẬN VĂN THẠC SĨ

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
QDs

Quantum dots

nm

Nano mét

TOP

Trioctylphosphine

TOPO

Trioctylphosphine oxide

Cd

Cadimium

Te

Tellurium

FRET

Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang

DNA

Deoxyribonucleic acid

HQ

Huỳnh quang

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

GC/MS

Sắc ký khí ghép khối phổ

ELISA

Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay

MPA

Axit 3-mercaptopropionic

MSA

Axit mercapto succinic

TRẦN THỊ THANH HỢP


LUẬN VĂN THẠC SĨ

MỞ ĐẦU
Khi xã hội ngày càng phát triển thì vấn đề sức khoẻ của con người ngày càng
được chú trọng, trong đó vấn đề an toàn thực phẩm và vệ sinh môi trường được đặt
lên hàng đầu vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người, hơn nữa đó
cũng là vấn đề đáng quan tâm của các khu chế biến, sản xuất và xuất nhập khẩu
thực phẩm. Sự tồn dư của các chất độc hại có trong thực phẩm đang là vấn đề đáng
lo ngại đối với người tiêu dùng. Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, nhiều kỹ thuật phân tích mới, hiện đại đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau đặc biệt trong đánh giá, kiểm định các chất gây độc trong thực phẩm.
Trong quá trình chế biến thực phẩm, để tạo cho thực phẩm màu sắc đẹp, bắt
mắt, người ta sử dụng phẩm màu công nghiệp. Phẩm màu công nghiệp nói chung,
Rhodamine B nói riêng đều độc hại, bị cấm sử dụng trong thực phẩm vì khó phân

huỷ. Tuỳ từng cơ thể mà ảnh hưởng đến gan, thận hoặc tồn dư lâu ngày gây độc hại
đến cơ thể con người, đặc biệt có thể gây ung thư.
Đặc biệt trong thời gian gần đây vấn đề thịt lợn siêu nạc được tạo nạc bằng chất
hóa học Clenbuterol rất nguy hiểm đối với sức khỏe con người. Nếu ăn phải có thể
gây ngộ độc cấp với các triệu chứng: run cơ, đau tim, tim đập nhanh, tăng huyết áp,
choáng váng, thậm chí tử vong. Chất độc thường tập trung trong nội tạng của gia
súc như gan, cật, nước tiểu…và không bị phân hủy ở nhiệt độ cao khi đun nấu. Vì
vậy việc nghiên cứu xác định hàm lượng của Rhodamine B- một thành phần của
phẩm nhuộm trong thực phẩm và Clenbuterol trong thịt là vấn đề cần thiết đối với
sức khoẻ cộng đồng.
Hiện nay, một hướng nghiên cứu mới trên thế giới đang tập trung vào việc ứng
dụng khoa học và công nghệ nano mà ở đây là nanosensor nhằm phát hiện dư lượng
chất hóa học độc hại còn tồn dư trong thực phẩm. Để góp phần vào xu hướng phát
triển chung này tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu biến tính bề mặt QDs CdTe ứng dụng
cho chế tạo nanosensor”. Bằng sự thay đổi cường độ phát huỳnh quang của các
chấm lượng tử CdTe trong hiệu ứng FRET theo nồng độ của Rhodamine B và

TRẦN THỊ THANH HỢP

1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Clenbuterol mà định lượng và định tính chúng. Nanosensor dựa vào hiệu ứng truyền
năng lượng cộng hưởng huỳnh quang với chất cho là QDs CdTe xác định dư lượng
chất hóa học với độ nhạy cao, phương pháp đơn giản chính xác. Kết quả thu được là
triển vọng phát triển và hoàn thiện nanosensor ứng dụng trong thực tế.

TRẦN THỊ THANH HỢP

2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chương 1- TỔNG QUAN
1.1 Hóa chất độc hại tồn dư trong thực phẩm
1.1.1 Clenbuterol

Hình 1. 1: Công thức cấu tạo của Clenbuterol


Tên Hóa học: Clenbuterol



Tên hóa học do tổ chức IUPAC:
1-(4-amino-3,5-dichlorophenyl)-2-(tertbutylamino)ethanol



Cấu trúc phân tử: C12H18Cl2N2O



Khối lượng phân tử: 277,19 g/mol
Clenbuterol là một chất trong những hợp chất thuộc họ β- agonist (hình 1.2) -

những hợp chất dùng trong chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi heo để kích thích heo

tăng trưởng và cho thịt siêu nạc.

Hình 1. 2: Cấu trúc hóa học của một vài hợp chất nhóm β2- agonist

TRẦN THỊ THANH HỢP

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Clenbuterol có tác dụng dãn phế quản, dãn cơ trơn ở cuống phổi, điều khiển các
chất dinh dưỡng hướng tới mô cơ. Clenbuterol kích thích tuyến thượng thận, điều
tiết sinh trưởng động vật, thúc đẩy quá trình phát triển cơ bắp, làm tăng
lượng thịt nạc và đẩy nhanh việc phân giải mỡ, giảm tối đa lượng mỡ hình thành
trong cơ thể, chỉ để lại một lớp rất mỏng. Từ những năm 1980, clenbuterol đã được
bổ sung vào thức ăn chăn nuôi lợn, bò thịt, gà thịt... nhằm kích thích sinh trưởng,
tăng tỉ lệ thịt nạc, giảm chi phí thức ăn. Tuy nhiên, lượng clenbuterol tồn dư trong
thực phẩm làm rối loạn nhịp tim, run cơ, co thắt phế quản, phù nề, liệt cơ, tăng
huyết áp gây nguy hiểm đối với sức khoẻ con người. Clenbuterol trộn vào thức ăn
gia súc nhằm tạo ra vật nuôi siêu nạc, mau lớn. Clenbuterol có tác dụng đẩy nhanh
quá trình đốt cháy mỡ, tăng cường phát triển cơ bắp nhưng dùng quá liều sẽ khiến
cơ thể mang bệnh và có thể dẫn đến tử vong.
Việc ăn phải thịt lợn chứa chất Clenbuterol về lâu dài có thể gây biến chứng ung
thư, ngộ độc cấp, run cơ, đau tim, tim đập nhanh, tăng huyết áp, choáng váng…
Clenbuterol sẽ gây tổn hại cho hệ thần kinh, hệ tuần hoàn, thậm chí gây chết người.
Đối với gia súc như lợn, con vật khi ăn phải chất này chỉ có thể tồn tại được quá nửa
tháng là phải giết mổ. Thời gian bán phân huỷ trong cơ thể lâu (khoảng 30 giờ), vì
vậy, đã bị cấm đưa vào thức ăn chăn nuôi ở Châu Âu từ năm 1996.Việt Nam cũng
đã cấm dùng chất này trong thức ăn chăn nuôi từ năm 2002. Tại Hồng Kông, người

sử dụng clenbuterol trong chăn nuôi bị phạt 50.000 đôla Hồng Kông và tù 6 tháng.
Các phương pháp được sử dụng cho việc xác định clenbuterol bao gồm HPLC,
GC/MS, mao dẫn điện và xét nghiệm miễn dịch (Horne et al. Năm 1998; Wasch et
al. Năm 1998; Johansson et al. 2004). Van Eenoo và Delbeke (2002) đã phát hiện
clenbuterol khi sử dụng GC/MS, với giới hạn là 0,1 ng ml-1 trong nước tiểu ngựa.
Niegocki et al. (2003) xử lý các mẫu bằng cách chiết pha-rắn, đạt được một giới hạn
phát hiện là 0,5 ng ml-1 trong nước tiểu. Để đơn giản hóa quá trình chiết clenbuterol
từ các mẫu thí nghiệm, một số phương pháp mới đã được thiết lập. Roda et al.
(2000) đã báo cáo cách xác định clenbuterol với độ nhạy được cải thiện.

TRẦN THỊ THANH HỢP

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hiện nay phân tích hàm lượng chất siêu vết ở dạng ppb, ppt chỉ có thể áp dụng
sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) hoặc phương pháp ELISA. Những phương pháp
này thường yêu cầu sự chuẩn bị mẫu công phu và tốn nhiều thời gian, vì vậy gặp
nhiều trở ngại trong chăn nuôi gia súc và thủy sản, khó khăn trong quản lý thị
trường. Chính vì lẽ đó một số phòng thí nghiệm ở các nước phát triển như Mỹ,
Nhật, Châu Âu, Trung quốc đang nghiên cứu chế tạo Biosensor theo công nghệ
nano để mục đích phát hiện nhanh, độ nhạy cao dư lượng Clenbuterol.
1.1.2 Rhodamine B

Hình 1. 3: Công thức cấu tạo của Rhodamine B


Tên Hóa học: Rhodamine B



Tên hóa học do tổ chức IUPAC:

[9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3-xanthenylidene]-diethylammonium chloride


Cấu trúc phân tử: C28H31ClN2O3



Khối lượng phân tử: 479,02g/mol
Rhodamine B là một thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại, tan tốt trong methanol,

ethanol, nước (khoảng 50 g/l). Độ hoà tan trong 100 gam dung môi: nước 0,78 gam
(260C), rượu etylic 1,74 gam. Dung dịch nước và rượu etylic có màu đỏ ánh xanh
nhạt phát huỳnh quang màu đỏ mạnh, đặc biệt rõ trong các dung dịch loãng.
Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính. Qua tiếp xúc, nó gây dị ứng hoặc làm
mẩn ngứa da, mắt,... Qua đường hô hấp, nó gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực.

TRẦN THỊ THANH HỢP

5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Qua đường tiêu hóa, nó gây nôn mửa, có hại cho gan và thận. Nếu tích tụ dần trong
cơ thể nó gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có

thể gây ung thư. Thực nghiệm trên chuột cho thấy Rhodamine B gây ung thư với
liều lượng 89,5mg/kg qua đường uống hoặc tiêm vào tĩnh mạch, khi Rhodamine B
đi vào cơ thể có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc hại hơn
loại Rhodamine B thường, gây ung thư và phát triển khối u dạ dầy, tại đây
Rhodamine B và dẫn xuất của nó sẽ tác động mạnh mẽ đến các quá trình sinh hóa
của tế bào gây ung thư gan, vì gan là cơ quan tạng đầu tiên lọc chất Rhodamine B.
Một số thực nghiệm khác cho thấy Rhodamine B tác động phá vỡ cấu trúc ADN và
nhiễm sắc thể khi đưa vào nuôi cấy tế bào.
Rhodamine B thường được sử dụng như một thuốc nhuộm tracer trong nước để
xác định tốc độ và hướng của dòng chảy vận chuyển. Được sử dụng rộng rãi trong
các ứng dụng công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, đếm tế bào dòng
chảy, quang phổ huỳnh quang. Rhodamine B đang được thử nghiệm để sử dụng như
một bio maker trong vacxin bệnh dại cho động vật hoang dã, như gấu trúc, để xác
định động vậthoang dã đã có thuốc phòng ngừa bằng cách cho Rhodamine B vào
râu và răng của động vật. Nó cũng được trộn vào thuốc diệt cỏ. Ngoài ra
Rhodamine B còn được sử dụng để tạo mầu và nhuộm mầu trong công nghiệp sợi,
nhuộm màu trong phòng thí nghiệm, để xét nghiệm tế bào do tính bền mầu.
Rhodamine B được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm huỳnh quang.
Tận dụng đặc tính phát quang của Rhodamine B, người ta dùng chúng để giúp kiểm
soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây lấy dầu, Rhodamine B có thể
thấm vào ớt nếu dính dầu trong máy ép ớt, phơi ớt trên sàn được sơn cũng có thể
gây lây nhiễm chất nhuộm trên. Ủy ban Gia vị còn khuyến cáo không đựng các túi
cói nhuộm màu do nghi ngại chất nhuộm có thể thẩm lậu vào sản phẩm. Mặt khác
con đường thâm nhập hóa chất này vào các sản phẩm cây trồng hầu như không ai để
ý đến từ trước đến nay và nhất là chúng lại diễn ra ở nhiều nước đang phát triển.
Ngoài ra, không chỉ với ớt bột hay các chất gia vị nói chung, chất tạo mầu

TRẦN THỊ THANH HỢP

6

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Rhodamine B có nguy cơ xuất hiện trong hầu hết các sản phẩm lương thực, thực
phẩm đi từ cây trồng có dùng phân bón hóa học.
Hiện nay, Rhodamine B được xác định bằng các phương pháp sắc ký lỏng hiệu
năng cao (HPLC), phương pháp UV-Vis, trong đó, phương pháp tối ưu nhất để xác
định Rhodamine B là sắc ký lỏng hiệu năng cao vì có độ chính xác, độ nhạy và độ
lặp lại cao. Rhodamine B trong mỹ phẩm được phân tích bởi L. Gagliardi, D. De
Orsi, G. Multari, D. Tonelli. Kết quả phân tích mẫu thực cho thấy dung dịch chứa
0.3µg/ml, pic xuất hiện ở 9.15 phút. Tác giả J.W.Hofstraat và cộng sự đã ứng dụng
kỹ thuật chiết pha rắn và sắc ký lỏng hiệu năng cao với detector huỳnh quang để xác
định Rhodamine B trong nước bề mặt. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 10
pg/l. Tại Việt Nam, viện kiểm nghiệm thuốc trung ương đã tiến hành phân tích
Rhodamine B trên các mẫu dược liệu. Kết quả phân tích cho thấy trong dược liệu có
chứa Rhodamine B. Tháng 4 năm 2011, Việt Nam cũng đã đề xuất TCVN 86702011 về việc xác định Rhodamine B bằng HPLC trên cơ sở của viện kiểm nghiệm
an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia đã xây dựng và thực nghiệm cho một số loại
thực phẩm có nhuộm màu.
1.2 Vật liệu nano và chấm lượng tử
1.2.1 Tổng quan về chấm lượng tử
Các nano tinh thể bán dẫn cũng được biết đến là các chấm luợng tử do kích
thước rất nhỏ bé của chúng từ 1–20 nano mét (nm), thể hiện các tính chất điện tử
và quang học thú vị. Ta có thể xếp tính chất của chúng giữa các vật liệu bán dẫn
khối và các phân tử hay các nguyên tử riêng biệt. Trong vòng 20 năm gần đây, các
nghiên cứu mạnh mẽ về chấm lượng tử đã được tiến hành và đạt được các tiến bộ to
lớn trong việc tổng hợp các chấm lượng tử, cũng như trong việc hiểu biết về các
tính chất quang và điện của chúng (hình 1.4) [30].

TRẦN THỊ THANH HỢP

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 1. 4: Số lượng các bài báo được xuất bản liên quan đến QDs từ 1986 đến
2012
Các nano tinh thể chấm lượng tử bán dẫn là các hạt phát sáng rất bé ở kích
thước nm. Các hạt này đã được nghiên cứu một cách mạnh mẽ và phát triển cho các
ứng dụng đa dạng, ví dụ như trong các linh kiện chuyển đổi năng lượng mặt trời,
các linh kiện quang điện tử, các detector siêu nhậy, trong các linh kiện phát sáng
QD-LED, trong các ứng dụng y-sinh như hiện ảnh phân tử và tế bào [14], [25],
[37], các cảm biến sinh học nano, nano-biosensor [26]. Có thể nói, hiện nay là thời
đại của chấm lượng tử vì có rất nhiều ứng dụng hứa hẹn và nổi bật của chấm lượng
tử trong các lĩnh vực kể trên. Đặc tính nổi trội của các chấm lượng tử là hiệu ứng
giam giữ lượng tử do kích thước giảm xuống còn cỡ nm. Hiệu ứng này dẫn đến việc
các hạt tải tích điện bị giam giữ về mặt không gian, ở bên trong thể tích rất bé của
nano tinh thể. Do hiệu ứng này, các nhà khoa học có thể sử dụng kích thước của các
chấm lượng tử này để thay đổi, trong một khoảng rộng và chính xác, năng lượng
của các trạng thái điện tử gián đoạn và các dịch chuyển quang học. Kết quả là các
nhà khoa học có thể thay đổi phát xạ ánh sáng từ các hạt chấm lượng tửnày, từ
vùng phổ tử ngoại, nhìn thấy, hồng ngoại gần và tới vùng phổ hồng ngoại giữa. Các

TRẦN THỊ THANH HỢP

8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

hạt chấm lượng tử này cũng tạo ra nhiều tính chất quang mới như là sự nhân các hạt
tải carrier multiplication, đơn hạt nhấp nháy single - particle blinking và truyền tín
hiệu phổ. Như đã viết ở trên, nm là một phần tỷcủa mét (10-9m), là cột mốc đánh
dấu ranh giới giữa lý thuyết cổ điển của Newton và lý thuyết cơ lượng tử, và như
vậy, nhiều tính chất vật lý và hóa học duy nhất và khác biệt xuất hiện trong các hạt
nano mà không có ở các vật liệu khối [9].
Công nghệ nano tinh thể bán dẫn được phát triển đầu tiên vào những năm
đầu 1980 trong các phòng thí nghiệm của Louis Brus tại Bell Laboratories và của
Alexander Efros và Alexei I. Ekimov, ở Viện Công nghệ Vật lý A.F. Ioffe ở St.
Peterburg [9]. Thuật ngữ - chấm lượng tử đã được Mark A. Reed đưa ra đầu tiên
vào năm 1988 [24], trong đó bao hàm các nano tinh thể bán dẫn phát quang, mà các
exciton của chúng bị giam giữ trong cả ba chiều không gian - sự giam giữ lượng tử.
Các điện tử và lỗ trống bị giam giữ một cách nghiêm ngặt khi bán kính
của hạt chấm lượng tử nhỏ hơn bán kính Bohr của exciton, kích thước điển hình cỡ
từ 2–20 nm. Thông thường, chúng là các hệ hai thành phần, bao gồm một lõi của
vật liệu bán dẫn rồi được bọc với một lớp vỏ của một chất bán dẫn khác. Huỳnh
quang (HQ) của chấm lượng tử được hình thành khi chấm lượng tử hấp thụ một
photon có năng lượng cao hơn năng lượng vùng cấm của vật liệu bán dẫn lõi, dẫn
đến việc một điện tử bị kích thích và được đưa lên vùng dẫn, để lại một lỗ trống ở
vùng hóa trị. Như vậy, một cặp điện tử - lỗ trống (exciton) được tạo ra. Thời gian
sống phát xạ của chấm lượng tử thì dài, cỡ từ 10-40 ns, do đó làm tăng xác suất hấp
thụ tại các bước sóng ngắn hơn và làm cho phổ hấp thụ mở rộng. Do năng lượng
vùng cấm quyết định bước sóng phát xạ photon, bởi vậy có thể kiểm soát bước sóng
phát xạ qua kích thước của hạt nano năng lượng vùng cấm tỉ lệ nghịch với bình
phương kích thước của chấm lượng tử). Các chấm lượng tửcó các tính chất vật lý
đơn nhất theo kích thước nm và thành phần tạo ra chúng. Chấm lượng tử được sử
dụng trực tiếp trong các ứng dụng liên quan đến các tính chất quang của chúng, do
sự hấp thụ mạnh, phát xạ HQ mạnh và hẹp, thay đổi theo kích thước, có độ bền
quang cao so với các chất mầu hữu cơ, tốc độ bị bạc màu chậm. Phổ hấp thụ rộng

TRẦN THỊ THANH HỢP

9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

của các chấm lượng tử cho phép ta kích thích, tại cùng một bước sóng, kích thích
cùng một lúc các chấm lượng tử với kích thước khác nhau, trong vùng phổ rộng.
Các chấm lượng tử này có thể thay thế các chất màu hữu cơ như Rhodamine 640
trong các ứng dụng hiện ảnh sinh học, vì chúng phát quang mạnh và ít bị bạc màu
khi chiếu sáng so với chất mầu hữu cơ [33]. Không giống như các đơn phân tử
khác, các hạt chấm lượng tử chế tạo ra có thể được biến đổi bề mặt, để có các
tính chất hay chức năng cần thiết, cho các ứng dụng khác nhau.
1.2.2 Tổng hợp chấm lượng tử
Các công trình tiên phong từ những năm 1990 của P. Alivisatos ở Đại
học Berkley [6], [5], [20], của N.G. Bawendi ở Viện Công nghệ Massachusetts [3],
[2], [27] và của nhóm P. Guyot-Sionnest ở Đại học Chicago, đã dẫn đến phương
pháp mới chế tạo ra các chấm lượng tử bằng phép tổng hợp hoá học trong dung
dịch. Ta có thể chế tạo ra được hạt nano hình cầu kích thước vài nm, chứa cỡ vài
nghìn nguyên tử.
Họ chỉ ra rằng, Qd CdSe kết tinh cao, độ phân tán hẹp có thể được tổng hợp
ở nhiệt độ cao sử dụng một hỗn hợp của các tiền chất cơ kim và dung môi/ các
ligand trioctyl phosphine/trioctyl phosphine oxit (TOP/TOPO)[18]. Phản ứng tương
tự cũng được sử dụng để chế tạo lớp vỏ bọc tâm CdSe với một lớp bán dẫn có dải
vùng cấm rộng hơn như ZnS và CdS [7, 17]. Bề mặt thụ động lớp thứ hai này giữ và
làm tăng hiệu suất huỳnh quang [7, 8, 11]. Peng và các đồng nghiệp đã chế tạo ra
những sản phẩm chất lượng cao bằng cách sử dụng các tiền chất ít có khả năng tự
cháy như CdO và Cd axetate [23]. Đến nay, Qd lõi/vỏ CdSe/ZnS vẫn có giá trị nhất

cho tất cả các ứng dụng sinh học [15, 7, 21, 16]. Các Qd khác như ZnS, CdS, CdTe,
và PbSe với khoảng phát xạ từ vùng UV đến vùng IR cũng được tổng hợp, tuy
nhiên không được ứng dụng phổ biến trong các xét nghiệm sinh học [15, 16, 21].
Trong một báo cáo gần đây, Michalet đã đưa ra một miêu tả độc đáo về sự tương
quan giữa một vài vật liệu cấu tạo Qd, kích cỡ tâm của Qds và cực đại phát xạ của
chúng [15]. Một vài loại Qds có thể phân tán tốt trong dung dịch nước và trong các

TRẦN THỊ THANH HỢP

10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

dung môi hữu cơ, hoặc có thể ở dạng bột hay phân tán trong màng mỏng chất
polymer đã được thương mại hóa từ Invitrogen Corporation (www.invitrogen.com)
hoặc Evident Technologies (www.Evidenttech.com), tuy nhiên giá thành của chúng
khá đắt.

TRẦN THỊ THANH HỢP

11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Bảng 1. 1: Các phương pháp tổng hợp QDs phổ biến nhất hiện nay
Nhiệt độ
(0C)

Môi
trường

Vỏ

CdS, CdSe, CdTe Cd(CH3)2 trong TOP Se, Te,
(TMS)2S, (TMS)2Se hoặc
(BDMS)2Te trong TOP

190-320

Ar

-

Murray et al.(1993)

CdSe/ZnSe

23-260

Ar

Danek et al. (1996)

300-350

Ar

Zn(C2H5)2, Se

trong TOP
Zn(CH3)2,
(TMS)2S
trong TOP
Zn(ET)2,
(TMS)2S
trong TOP
Zn(oleate)2,
Cd(oleate)2
trong TOA
-

Clapp et al (2007)

QDs
(lõi/vỏ)

Loại tổng
hợp
Hạt keo

CdSe/ZnS

Nước

Các tiền chất

Cd(CH3)2 trong TOP/TOPO Se
trong TOP
Cd(CH3)2 trong TOP/TOPO

Se trong TOP

CdSe

CdO, Se, HPA trong TBP/TOP

250

Ar

CdSe/ZnS

Cd(acetylacetonate)2, Se, HAD,
HDDO trong TOP/TOPO

340-350

Ar/N2

CdSe/CdZnS

Cd(myristate)2, Se, oleic axit
trong 1-octadecene

240

Ar

CdS

Cd(NO3)2, Na2S,
Na(polyphosphate) Cd(NO3)2,
Na2S, cysteine Cd(acetate)2,
Na2S, cysteine Cd(acetate)2,
Na2S, 1-thioglycerol

100

N2

TRẦN THỊ THANH HỢP

12

Tham khảo

Hines và Guyot Sionnest (1996)
Peng và Peng (2001)

Carion et al (2007)

Chen và
Rosenzweig(2002)


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CdS

100

-

-

-

-

-

Vossmeyer et al
(1994)
Li et al (2006)

CdSe

Cd(ClO4)2, H2S, thiourea,
1-thioglycerol
CdCl2, Na2S, poly
(N-vinyl-2-pyrolidone)
CdCl2, NaHSe, cysteine

90

N2

-

Liu et al (2009)

ZnS

ZnSO4, Na2S, cysteine

47

N2

-

Kho et al (2000)

CdTe

CdCl2, NaHTe, TGA

100

N2

-

Bao et el (2004)

CdTe

CdCl2, NaHTe, MPA

100

N2

-

Chen et al (2010a)

Mn-doped ZnSe

Zn(NO3)2, NaHSe, MnCl2, MPA

100

N2

-

Wang C. Et. Al (2009)

CdS

TRẦN THỊ THANH HỢP

13


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong đó: BDMS tert-butyldimethylsilyl; HDA hexadecylamine; HDDO 1,2hexadecanediol; HPA hexylphosphonic axit; MPA 3-mercaptopropionic axit; TBP
tributylphosphine; axit TGA thyoglycolic; TMS trimethylsilyl; TOA Trioctylamine;

TOP trictylphosphine; oxit TOPO trioctylphosphine.
Trong số các hợp chất bán dẫn nhóm II-VI, CdTe thu hút được nhiều sự quan
tâm chú ý bởi vì nó là một vật liệu có nãng lượng vùng cấm 1.52 eV phù hợp cho
phát xạ trong vùng phổ ánh sáng nhìn thấy bằng cách kiểm soát kích cỡ tương ứng
với sự giam hãm lượng tử của các hạt mang điện. Nó có thể phân biệt những loại
khác kháng nguyên khác nhau với các kích cỡ Qd khác nhau [34, 36]. Hơn nữa, so
sánh với CdSe, Qd CdTe dễ dàng tổng hợp hơn trong pha nước, do đó, CdTe cũng
dễ dàng sử dụng trong các ứng dụng gắn nhãn sinh học như gắn các tế bào ưng thư,
sensor vận chuyển thuốc và xác định cặn thuốc trừ sâu, cặn clenbuterol [35, 19, 31,
4, 12]. Qd CdSe được tổng hợp trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao và phải
loại ligand khi ứng dụng cho biosensor. Do sự ký kết hợp tác giữa hai đơn vị Viện
Hóa học và Viện Khoa học Vật liệu, nên trong luận văn này QDs được sử dụng là
CdTe (bước sóng phát xạ 530 nm) do viện Khoa học vật liệu cung cấp. Tôi xin trình
bày quy trình chế tạo Qd CdTe nhận được. Các chấm lượng tử CdTe được tổng hợp
theo nguyên tắc là các tiền chất (ion Cd2+, Te2) phản ứng trong dung môi nước với
sự có mặt của các ligand (axit MPA 3-mercaptopropionic hoặc axit MSA mercapto
succinic) để tạo thành các hạt tinh thể, sau đó, những hạt tinh thể nhỏ bé này lớn
dần lên. MPA và MSA đóng vai trò quan trọng để chấm lượng tử có thể tồn tại ở
dạng keo. Cụ thể:
-

Chuẩn bị dung dịch NaHTe (cho ion Te2-) bằng cách lấy 160 mg bột Te và
100 mg NaBH4 trong bình cầu 2 cổ, loại khí trong 30 phút và sau đó dẫn
bình cầu với khí N2 và cuối cùng thêm 2ml dung dịch nước cất. Để tăng tốc
độ phản ứng, sử dụng một máy phát siêu âm (40-50 kHz) trong 30 phút ở
nhiệt độ 50 -600C. Một dung dịch màu đỏ trong suốt của NaHTe được hình
thành như phương trình phản ứng sau:

TRẦN THỊ THANH HỢP

14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

2NaBH4 + Te + 2H2O = NaHTe + NaBO2 + 11/2H2
-

Chuẩn bị dung dịch CdBr2 (cho ion Cd2+): 12.5 mM dung dịch CdBr2 được
trộn lẫn với 18.75 mM dung dịch MPA với tỉ lệ Cd:MPA = 1:1.5 (mol/mol)
và pH của dung dịch này được điều chỉnh trong khoảng 7-12 bằng cách
thêm dung dịch NaOH 1.0M.

-

Sau đó, dung dịch NaHTe 6.25 M được chuẩn bị (với tỉ lệ Cd:Te = 2:1)
được thêm nhanh vào bình cầu chứa Cd tại nhiệt độ phòng dưới điều kiện
khí N2. Hỗn hợp phản ứng ngay lập tức chuyển sang màu vàng chứng tỏ sự
hình thành các tinh thể CdTe.

Ngoài ra, Qd CdTe chất lượng cao cũng được điều chế theo cách khác từ TeO2
và CdBr2 với chất hoạt tính bề mặt MSA. Trong phương pháp tổng hợp này, TeO2
phản ứng với NaBH4 để hình thành NaHTe trong sự có mặt CdBr2, do đó các hạt
CdTe được hình thành cùng một lúc. Ưu điểm của phương pháp này là tránh tạo ra
sản phẩm trung gian NaHTe và không cần khí trơ để bảo vệ trong suốt quá trình
tổng hợp.
Kích cỡ của Qd được kiểm soát bằng thời gian từ vài phút đến vài giờ ở nhiệt độ
1200C. Mẫu Qd được giữ ở 40C trong bóng tối. Các Qds được tổng hợp trong dung
dịch nước có thể sử dụng trực tiếp trong thí nghiệm gắn nhãn huỳnh quang.

TRẦN THỊ THANH HỢP

15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

1.2.3 Tính chất của Qds phát huỳnh quang
Bảng 1.2 trình bày tổng quan tính chất của một số Qd khi so sánh với các
chất huỳnh quang dựa trên các chất hữu cơ và protein.
Bảng 1. 2: So sánh tính chất của các chất huỳnh quang hữu cơ/protein và quantum
dots [13]
Tính chất
Chất huỳnh quang
Quantum dots
Tính quang lý
Phổ hấp thụ

Thông thường có thể biến
đổi/hẹp đối xứng với phổ
phát xạ

Phổ rộng, tăng đều đến
vùng UV từ bờ hấp thụ đầu
tiên

Hệ số dập tắt Molar

Biến đổi, thông thường
< 200,000 M-1 cm-1

Cao, gấp 10-100 lần chất
huỳnh quang

Phổ phát xạ

Rộng, phát xạ đuôi đỏ bất đối Bề rộng hẹp, khoảng
xứng
25-40 nm

Dịch chuyển Stokes

< 100 nm

> 200 nm

Thay đổi huỳnh quang Không

Khoảng từ UV đến IR

Hiệu suất lượng tử

Biến đổi tử thấp đến cao

Cao, 0.2 đến 0.7 trong dung
dịch đệm phụ thuộc lớp bọc
bề mặt

Thời gian sống huỳnh
quang

Ngắn, < 5ns

Dài, khoảng 10-20 ns hoặc
lớn hơn

Khoảng phổ

40-60 nm

UV-IR (phụ thuộc Qd là 2
nguyên tố hay 3 nguyên tố)

Độ bền quang

Kém

Tốt

Các khả năng đơn
phân tử

Không bền

Tốt

Khả năng truyền năng
lượng huỳnh quang
(FRET)

Là các chất cho phát huỳnh
quang mạnh, phổ phát xạ
Không bền, hầu hết dạng
phụ thuộc vào kích thước
chất cho đơn – chất nhận đơn trùng chập với chất màu là
chất nhận, có thể có dạng
chất cho đơn, chất nhận đa.

Khả năng nhân bội

Hiếm

Tốt

Tính gián đoạn

Không đáng kể

Có thể khó giải quyết trong

TRẦN THỊ THANH HỢP

16


LUẬN VĂN THẠC SĨ

những trường hợp bị cô lập
(phân tử đơn)
Tính hóa học

Độ bền hóa học

Không bền

Tốt

Khả năng phản ứng

Có khả năng phản ứng

Khả năng liên kết hóa học
bị hạn chế

Liên kết đơn hóa trị

Yếu

Khó

Liên kết đa hóa trị

Hiếm – hầu hết bisfunctional

Tốt, có thể liên kết một vài
phân tử với Qd phụ thuộc
kích cỡ

Kích cỡ vật lý

< 0.5 nm

Đường kính 4-7 nm

Electrochromicity

Hiếm

Chưa nghiên cứu rộng

Chi phí

Rẻ, nhiều

Đắt, hiếm

Các tính chất khác

Vài tính chất quang lý của Qd thì rõ ràng vượt trội khi so sánh với các chất
huỳnh quang truyền thống. Đầu tiên là khả năng thay đổi huỳnh quang như là một
hàm của kích cỡ lõi và hệ số giam hãm lượng tử cho các liên kết nhị nguyên của vật
liệu bán dẫn. Những tính chất độc đáo này cho phép kiểm soát phổ phát xạ của Qd
bằng cách kiểm soát kích cỡ lõi. Tính chất thứ hai là phổ hấp thụ rộng bắt đầu từ
màu xanh của phát xạ của Qd và tăng đều về phía vùng UV. Thực tế, hệ số dập tắt
molar của Qd thì lớn hơn 10 đến 100 lần so với các chất màu truyền thống và có thể
đạt đến giá trị vài triệu.Rõ ràng rằng, Qd có thể được sử dụng để xác định đồng thời
hoặc phối hợp các tín hiệu huỳnh quang. Mà điều này khó có thể đạt được đối với
các chất huỳnh quang truyền thống do sự trùng chập phổ hấp thụ/phát xạ. Qd cũng
có hiệu suất lượng tử cao, khả năng chống chịu cao với cả dập tắt huỳnh quang và
sự phân hủy hóa học [13].
Các chấm lượng tử thì hầu hết có cường độ lớn hơn nhiều chất màu hữu cơ

truyền thống. Vật liệu tâm/ lõi CdSe-ZnS có đường kính từ 2 nm (bước sóng phát
xạ 480 nm) đến 8 nm (bước sóng phát xạ 660 nm) trong khi các tinh thể nano CdTeCdSe phát xạ đỏ có khoảng đường kính từ 4nm (650nm) đến > 9nm (850nm). Tuy

TRẦN THỊ THANH HỢP

17


LUẬN VĂN THẠC SĨ

nhiên, kích cỡ lõi không được coi như một yếu tố cho nhiều ứng dụng vốn có của
nó. Các protein, peptide hoặc các chất hóa học có thể tấn công lên bề mặt của QD.
Sau đó, tổng hợp được Qd-conjugate, có được những tính chất đặc trưng.
1.2.4 Chức năng hóa và biến tính bề mặt các chấm lượng tử
a. Chức năng hóa các chấm lượng tử
Bởi vì Qd thông thường được tổng hợp từ các tiền chất cơ kim và muối nên
chúng không có khả năng tan trong dung dịch nước, do đó, chức năng hóa bề mặt
Qd bằng các ligand hữu cơ không những làm Qd có khả năng hòa tan trong dung
dịch mà còn tăng khả năng liên kết sinh học. Việc gắn các nhóm chức khác nhau
trên bề mặt các chấm lượng tử và làm chúng phân tán trong môi trường nước là
quan trọng đối với các ứng dụng trong y - sinh. Các hạt nano đã chức năng hóa
này cần phải luôn ổn định trong dung dịch nước, phải tránh được sự kết tụ đám và
có thể gắn được các phân tử chức năng thích hợp lên bề mặt của hạt. Các kỹ thuật
được sử dụng cho việc biến đổi và chức năng hóa bề mặt các hạt chấm lượng tử
huyền phù là trao đổi ligand, biến đổi các ligand và sử dụng các lớp phủ bổ sung.
Các phân tử ligand liên kết với bề mặt các hạt chấm lượng tử giúp cho việc
khống chế kích thước hạt trong quá trình chế tạo và ngăn ngừa sự kết tụ các hạt
chấm lượng tử. Lực đẩy giữa các hạt chủ yếu là lực đẩy tĩnh điện. Tùy thuộc vào hệ
hạt và dung môi mà các hạt phân tán, việc lựa chọn ligand tốt có thể làm các hạt ổn
định lâu dài. Đầu tiên các phân tử ligand phải liên kết với bề mặt các hạt bằng lực

hút, như lực hút tĩnh điện hoặc tương tác kỵ nước, hầu hết bằng một nhóm của một
đầu phân tử ligand. Về tương tác của phân tử ligand với dung môi, các
phân tử ligand phân cực hay tích điện sẽ tan trong các dung môi phân cực hoặc
nước trong khi các hạt nano với các phân tử ligand không phân cực như các chuỗi
hydrocacbon chỉ tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực, ví dụ trong
hexane, toluene hay chloroform, các phân tử hữu cơ như TOPO, TOP hay HDA
thường được sử dụng trong chế tạo chấm lượng tử. Các phân tử ligand có hai đầu ưa
nước và kỵ nước, như poly ethylene glycol, và các hạt nano kết hợp với chúng hay

TRẦN THỊ THANH HỢP

18