Luận văn: Nghiên cứu chế tạo hạt nano cấu trúc lõi vỏ nhằm ứng dụng trong y - sinh : Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nanô
Nhà xuất bản: ĐHCN
Ngày: 2012
Chủ đề: Linh kiện Nanô
Hạt nanô
Cấu trúc lõi vỏ
Y sinh học
Miêu tả: 65 tr. + CD-ROM
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Tổng quan về các hạt đa chức năng; các phương pháp chế tạo silica SiO2 xốp bằng phương pháp sol-gel; hạt nanoshell Fe3O4@SiO2@Au; đặc trưng của hạt nano và các ứng dụng của hạt nanoshell. Nghiên cứu các phương pháp thực nghiệm: Chế tạo lớp bọc SiO2 cho hạt nano từ để tạo hạt nano cấu trúc lõi vỏ và các phương pháp khảo sát (Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phương pháp từ kế mẫu rung (VSM), phương pháp đo tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering - DLS), phương pháp nhiễu xạ tia X, Hấp thụ hồng ngoại, phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang). Đưa ra kết quả và thảo luận: Hạt nano Fe3O4@SiO2; hạt nano đa chức năng và hạt nano SiO2 phát quang
MỤC LỤC.......................................................................................................................5
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................7
Chƣơng 1. TỔNG QUAN...............................................................................................9
1.1 Tổng quan về các hạt đa chức năng ......................................................................9
1.1.1 Các hạt nano.....................................................................................................9
1.1.2 Các hạt nano Fe3O4 ........................................................................................10
1.1.3 Các hạt nano Silica phát quang......................................................................11
1.1.4 Các hạt keo nano vàng...................................................................................12
1.1.4 Hạt nano cấu trúc lõi vỏ (nanoshell)..............................................................14
1.2 Các phƣơng pháp chế tạo silica SiO2 xốp bằng phƣơng pháp sol-gel ...............16
1.2.1 Quá trình sol-gel ............................................................................................16
1.2.2 Phƣơng pháp Stober.......................................................................................17
1.2.3 Phƣơng pháp micell .......................................................................................17
1.3 Hạt nanoshell Fe3O4@SiO2@Au ........................................................................18
1.3.1 Phƣơng pháp tạo hạt Fe3O4@SiO2.................................................................18
1.3.2 Phƣơng pháp phủ lớp Au ...............................................................................19
1.4 Đặc trƣng của hạt nano........................................................................................20
1.4.1 Tính chất từ....................................................................................................20
1.4.2 Tính chất quang .............................................................................................21
1.4 Các ứng dụng của hạt nanoshell .........................................................................24
1.4.1 Dẫn truyền thuốc............................................................................................24
1.4.2 Làm giàu và phân tách chọn lọc tế bào..........................................................25
1.4.3 Phối hợp đốt nhiệt, quang nhiệt .....................................................................25
Chƣơng 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM...................................................27
2.1 Chế tạo lớp bọc SiO2 cho hạt nano từ để tạo hạt nano cấu trúc lõi vỏ ..............27
2.1.1 Hạt nano sắt từ Fe3O4....................................................................................27
2.1.2 Chế tạo hạt nano Fe3O4@SiO2......................................................................28
2.1.3 Chế tạo hạt nano đa chức năng.................................................................34
2.1.4 Chế tạo hạt nano SiO2 phát quang................................................................35
2.2 Các phƣơng pháp khảo sát ..................................................................................36
2.2.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..................................36
2.2.2 Phƣơng pháp từ kế mẫu rung (VSM) ...........................................................37
2.2.3 Phƣơng pháp đo tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering -
DLS) .......................................................................................................................38
2.2.4 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X..........................................................................39
2.2.5 Hấp thụ hồng ngoại.......................................................................................40
2.2.6 Phổ hấp thụ....................................................................................................41
2.2.7 Phổ huỳnh quang [1].....................................................................................42
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................44
3.1 Hạt nano Fe3O4@SiO2 .........................................................................................44
3.1.1 Phƣơng pháp Stober.......................................................................................44
3.1.2 Phƣơng pháp micell thuận .............................................................................52
3.1.3 Phƣơng pháp micell đảo ................................................................................58
3.2 Hạt nano đa chức năng.........................................................................................64
3.2.1 Hạt nano từ/silica/vàng Fe3O4@[email protected]
3.2.2 Hạt nano Fe3O4@SiO2 chứa tâm mầu FITC..................................................66
3.3 Hạt nano SiO2 phát quang ....................................................................................68
3.4 Kết luận ................................................................................................................68
KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................71
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 y-sinh nhƣ
tăng độ nhạy của chẩn đoán và điều trị hƣớng đích đang là một hƣớng nghiên cứu
đƣợc nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới và trong nƣớc quan tâm phát triển. Các vật
liệu nano sử dụng trong y-sinh gồm 5 loại chính: chấm lƣợng tử, các hạt kim loại, các
hạt nano từ, các hạt nano silica chứa tâm mầu hữu cơ và các hạt nano đất hiếm. Hiện
nay, công nghệ chế tạo các vật liệu nano đơn đã có đƣợc những thành tựu nhất định; 5
loại vật liệu kể trên đều đã có thƣơng phẩm rất đa dạng và các nghiên cứu đang tập
trung tìm các ứng dụng các loại vật liệu đơn này trong y-sinh. Tuy vậy, các ứng dụng
thƣờng là đơn chức năng. Mặt khác, vật liệu nano lý tƣởng dùng trong y-sinh phải là
vật liệu đa chức năng: cả chẩn đoán và cả điều trị; vừa dẫn đƣờng, vừa phát hiện và
mang thuốc. Do đó, các nghiên cứu về khoa học vật liệu đang hƣớng tới việc chế tạo
các vật liệu nano đa chức năng, thƣờng dƣới dạng các hạt nano có cấu trúc lõi vỏ. Đây
cũng là hƣớng phát triển tất yếu của vật liệu nano y-sinh.
Các hạt nano Fe3O4 với nhiều đặc điểm lý thú, có rất nhiều ứng dụng trong đời
sống nhƣ: chất lỏng từ, chất bôi trơn, vật liệu hấp thụ sóng điện từ… (trong công
nghiệp), xử lý môi trƣờng: lọc nƣớc, thu hồi chất thải… và đặc biệt trong lĩnh vực YSinh học. Trong những năm gần đây, các hạt nanô từ đƣợc biết đến nhƣ những vật
mang thuốc và tạo môi trƣờng đốt nhiệt hiệu quả cho việc điều trị chọn lọc. Dựa trên
sự biến đổi của tính chất điện từ thông qua liên kết với tế bào bệnh, các hạt nanô từ
còn đƣợc biết đến nhƣ những vật liệu hỗ trợ chuẩn đoán thông minh.
Trong tất cả các ứng dụng đó, yêu cầu tính chất bắt buộc là các hạt nanô từ cần
phải đƣợc phân tán thành các hạt đơn lẻ, có độ đồng nhất cao. Mặc dù phần lớn các hạt
từ ôxit kim loại là các hạt bền, tuy nhiên ở kích thƣớc nanomet các hạt này vẫn chịu
tác động của môi trƣờng, vì vậy cần đƣợc bảo vệ để duy trì đƣợc các tính chất cần thiết
trong quá trình sử dụng. Một đặc điểm quan trọng khác là, khi tồn tại ở kích thƣớc
nanomet, các hạt nano từ có diện tích bề mặt rất lớn và sức căng bề mặt rất cao, xu
hƣớng tất yếu của các hệ hạt này kết tụ thành đám để giảm sức căng bề mặt. Vì vậy hạt
nano Fe3O4 sau khi chế tạo không ổn định, dễ bị kết tụ, độc tính cao.
Trong khi đó hạt silica lại ổn định về cấu trúc, không độc, có khả năng tƣơng
thích sinh học cao, bên trong có nhiều lỗ xốp nên có thể đƣa tâm màu vào hạt. Bề mặt
của chúng cũng dễ dàng đƣợc chức năng hóa bằng nhóm -NH2, do đó có thể tạo thêm
lớp vàng Au bằng hấp phụ. Việc sử dụng Silica làm lớp vỏ có nhiều tác dụng nhƣ: bảo
vệ các hạt nano lõi, chống lại tác động của môi trƣờng. Đồng thời, các hạt nano khi
đƣợc bọc lớp bảo vệ thì dễ dàng phân tán trong các môi trƣờng khác nhau (tuỳ thuộc
bản chất có cực hay không có cực của lớp vỏ bảo vệ). Hơn thế nữa, đối với các ứng
dụng trong y sinh, lớp bảo vệ này còn đóng vai trò nhƣ một lớp trung gian liên kết
giữa hạt với các hợp chất chức năng hoá bề mặt để có thể gắn kết với các phân tử sinh
học hay với các hợp chất thuốc.
Sử dụng các phƣơng pháp thích hợp, một số lƣợng lớn tâm màu (hữu cơ hoặc
vô cơ) có thể đƣa vào trong hay gắn lên bề mặt của một hạt nano silica đơn (từ hàng
chục tới hàng nghìn phân tử màu). Do đó các hạt nano silica chứa tâm màu có độ chói
và khuếch đại tín hiệu quang cao gấp nhiều lần so với phân tử màu đơn lẻ. Nếu lựa
chọn các ứng dụng phân tích sinh học thích hợp, các hạt nano silica có thể tạo ra
những cải thiện đáng kể trong độ nhạy phân tích. Hơn nữa, do bị cầm giữ trong nền
silica, các tâm màu đƣợc bảo vệ khỏi các ảnh hƣởng của môi trƣờng cũng nhƣ tác
động trực tiếp của ánh sáng nên phân hủy quang cũng đƣợc giảm thiểu. Độ bền quang
cao cho phép các hạt nano silica đƣợc sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cƣờng độ
kích thích mạnh trong thời gian dài.
Với lớp vỏ Au kim loại, hạt nano dễ dàng hoạt hóa để gắn kết với các phân tử
sinh học nhƣ amino acid, protein, enzyme, DNA và các phân tử thuốc thông qua các
hợp chất có chứa nhóm –SH.
Phối hợp các vật liệu đơn: từ, kim loại vàng, silica và silica chứa mầu sẽ cho các
hạt nano cấu trúc lõi/vỏ đa lớp đa chức năng sử dụng trong cả chẩn đoán và cả điều trị;
vừa dẫn đƣờng, vừa phát hiện và mang thuốc, vừa làm giàu, phân tách và chọn lọc tế
bào, vừa sử dụng phƣơng pháp đốt nhiệt và quang nhiệt.
Vì vậy, mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu chế tạo lớp vỏ bọc SiO2
cho hạt nano từ Fe3O4 để tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ Fe3O4@SiO2, trên cơ sở đó tiến
tới chế tạo hạt đa chức năng Fe3O4@SiO2@Au và Fe3O4@SiO2 phát quang định hƣớng
ứng dụng trong lĩnh vực y sinh học. Luận văn sẽ trình bày các phƣơng pháp chế tạo
hạt nano Fe3O4@SiO2 cấu trúc lõi vỏ bằng các phƣơng pháp micell thuận, micell đảo
và Stober. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới sự hình thành và kích thƣớc hạt nhƣ
lƣợng sắt từ, lƣợng xúc tác NH4OH... Sử dụng các hạt Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng
phƣơng pháp micell thuận để thử nghiệm chế tạo hạt nano đa chức năng
Fe3O4@SiO2@Au. Sử dụng các hạt Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp Stober để
thử nghiệm chế tạo hạt nano Fe3O4@SiO2 phát quang
Luận văn gồm 3 chƣơng đƣợc bố cục nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Các phƣơng pháp thực nghiệm
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
9
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về các hạt đa chức năng
1.1.1 Các hạt nano
Hạt nano là vật liệu có kích thƣớc từ vài đến vài trăm nanomet, bao gồm hàng
trăm đến hàng nghìn nguyên tử giống nhau. Do kích thƣớc nhỏ nên các tính chất hóa
lý của chúng bị phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt hơn là thể tích khối. So với vật
liệu khối thì vật liệu có kích thƣớc nanomet có nhiều tính chất mới và lạ:
Thứ nhất là hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số giữa số
nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu tăng lên. Hiện tƣợng này rất
quan trọng bởi vì phần lớn ứng dụng của vật liệu chỉ liên quan tới bề mặt bên ngoài
của vật liệu (chất xúc tác trong các phản ứng hóa học, tƣơng tác hóa học, sự hoạt hóa
của thuốc chữa bệnh…), còn bên trong vật liệu có vai trò rất ít nên khi sử dụng vật liệu
có kích thƣớc nano sẽ tiết kiệm rất nhiều nguyên liệu so với vật liệu khối, hiệu suất sử
dụng vật liệu cao hơn và chất thải ít đi.
Thứ hai là hiệu ứng kích thước: hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano làm cho
vật liệu này trở nên mới lạ hơn nhiều so với vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu,
mỗi một tính chất của vật liệu đều có một độ dài đặc trƣng. Hầu hết độ dài đặc trƣng
đều rơi vào kích thƣớc nanomet. Ở vật liệu khối, kích thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần
độ dài đặc trƣng dẫn đến các tính chất vật lí đã biết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu
có thể so sánh đƣợc với độ dài đặc trƣng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc
trƣng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trƣớc đó. Ở đây không có
sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano.
Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của
vật liệu đó. Cùng một vật liệu nếu nó ở hai kích thƣớc khác nhau (vật liệu khối và kích
thƣớc nanomet) thì tính chất của vật liệu đó có thể thay đổi hoàn toàn về màu sắc, độ
cứng, khả năng chịu nhiệt… Chẳng hạn nhƣ vàng, nếu ở vật liệu khối thì nó có màu
vàng nhƣng khi kích thƣớc giảm xuống nano thì có màu đỏ. Không cần thay đổi thành
phần hóa học mà có thể thay đổi đƣợc tính chất của vật liệu điều này chỉ có ở vật liệu
nanomet, không có ở vật liệu khối.
Thứ ba là hiệu ứng kích thước lượng tử: Các hệ bán dẫn thấp chiều là những hệ
có kích thƣớc theo một, hai hay cả ba chiều có thể so sánh với bƣớc sóng De Broglie
của các kích thƣớc cơ bản trong tinh thể. Trong các hệ này, các kích thƣớc cơ bản (nhƣ
điện tử, lỗ trống, exciton) chịu sự ảnh hƣởng của sự giam giữ lƣợng tử khi chuyển
động bị giới hạn dọc theo trục bị giam giữ. Hiệu ứng giam giữ lƣợng tử đƣợc quan sát
thông qua sự dịch đỉnh về phía sóng xanh trong phổ hấp thụ với sự giảm kích thƣớc
10
hạt. Khi kích thƣớc hạt giảm tới gần bán kính Bohr exciton, thì có sự thay đổi mạnh
mẽ về cấu trúc điện tử và các tính chất vật lý .
Các vật liệu ứng dụng trong sinh học phải đƣợc đáp ứng các yêu cầu về các tính
chất dƣợc lý, hóa học, vật lý, độ đồng nhất và khả năng phân tán của các hạt…và phải
có tính độc thấp. Mặt khác, các hạt nano phải có kích thƣớc đủ nhỏ để có thể dễ dàng
khuếch tán qua mô, thời gian lắng đọng dài, diện tích bề mặt hiệu dụng cao; các hạt
nano phải đƣợc bọc để bảo vệ chúng khỏi tác động của môi trƣờng và có khả năng
tƣơng thích sinh học với môi trƣờng…
1.1.2 Các hạt nano Fe3O4
Hạt ôxit từ Fe3O4 có cấu trúc tinh thể ferit lập phƣơng cấu trúc spinel đảo, thuộc
nhóm đối xứng Fd3m, hằng số mạng a = b = c = 0.8396 nm. Số phân tử trong một ô cơ
sở Z = 8, gồm 56 nguyên tử trong đó có 8 ion Fe2+, 16 ion Fe3+ và 32 ion O2-.
Bán kính của nguyên tử Oxy lớn (cỡ 1.32A0), do đó ion O2- trong mạng hầu nhƣ
nằm sát nhau tạo thành một mạng lập phƣơng tâm mặt [9]. Cấu trúc spinel có thể xem
nhƣ đƣợc tạo ra từ mặt phẳng xếp chặt của các ion O2- với các lỗ trống tứ diện và bát
diện đƣợc lấp đầy bằng các ion kim loại. Oxít sắt từ Fe3O4 FeO.Fe2O3 là một ferít
cấu trúc spinel đảo điển hình. Trong đó, một nửa các ion Fe3+ nằm ở các lỗ trống tứ
diện và một nửa thì nằm ở các lỗ trống bát diện. Còn các ion Fe2+ nằm ở các lỗ trống
bát diện còn lại. Ở các lỗ trống tứ diện một ion Fe3+ liên kết với 4 ion O2- và ở các lỗ
trống bát diện, một ion Fe2+ hay Fe3+ liên kết với 6 ion O2- (Hình 1.1). Sự phân bố này
phụ thuộc vào bán kính các ion kim loại, sự phù hợp cấu hình electron của các ion kim
loại và ion O2- và năng lƣợng tĩnh điện của mạng.
Hình 1.1. Vị trí tứ diện và bát diện Hình 1.2. Cấu trúc spinel đảo của Fe3O4
Hai loại oxit sắt đƣợc ứng dụng nhiều trong y sinh học là magnemite và
magnetite. Magnetite (Fe3O4) có công thức hoá học của Fe3O4 đƣợc viết dƣới dạng:
Fe2+O2-- (Fe3+)2(O2-)3. Trong đó, các ion Fe tồn tại ở cả hai trạng thái hoá trị 2+ và hoá
trị 3+ với tỉ số thành phần là 1 và 2. Magnemite (-Fe2O3) có cấu trúc tinh thể ferit lập
phƣơng giống Fe3O4 nhƣng không có ion hoá trị 2, thuộc nhóm đối xứng
P43 32, hằng
Vị trí tứdiện Vị trí bát diện
Oxy
Fe
số mạng a = b = c = 0.83474 nm, tồn tại 8 phân tử trong một ô cơ sở. Magnemite có
tính chất từ giống magnetite nhƣng có độ ổn định hoá học cao hơn[23].
Nếu kích thƣớc của hạt sắt từ giảm đến một giá trị nào đó, tính sắt từ và ferri từ
biến mất, chuyển động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu
thuận từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dƣ và lực kháng từ bằng không. Ở trạng thái
siêu thuận từ vật liệu hƣởng ứng mạnh với từ trƣờng ngoài nhƣng khi không có từ
trƣờng hạt nano ở trạng thái mất từ tính hoàn toàn.
Dựa trên những đặc tính vật lý, hóa học, nhiệt học và cơ học, các hạt nano siêu
thuận từ mở ra tiềm năng lớn cho những ứng dụng y sinh nhƣ làm tác nhân tăng độ
tƣơng phản và chọn lọc tế bào, hiệu ứng đốt nhiệt và phân phát thuốc. Tất cả các ứng
dụng trên đòi hỏi hạt nano từ phải có từ độ bão hòa lớn, tƣơng thích sinh học và đƣợc
chức năng hóa bề mặt. Trong khi đó, đặc điểm của hạt nano từ sau khi chế tạo là: diện
tích bề mặt lớn, sức căng bề mặt cao, không ổn định dễ bị kết tụ, độc tính cao. Hạt từ
có điểm đẳng điện là ở pH = 7 nên độ ổn định của Fe3O4 trong dung dịch khó hơn [4].
Bề mặt của các hạt từ này đƣợc cải biến thông qua việc bọc một vài lớp nguyên tử của
các polimer hữu cơ, kim loại, các oxit vô cơ nhƣ SiO2, Al2O3… Các polymers có
nguồn gốc tự nhiên nhƣ gelatin, dextran, chitosan… Polymer tổng hợp nhƣ
poly(vinylpyrrolidone) (PVP), poly(ethyleneglycol) (PEG), poly(vinyl alcohol)
(PVA), polystyrene (PS)… polymer vô cơ nhƣ các oxide của silica và titania. Chất
hoạt động bề mặt nhƣ oleic, alkyl phosphonates và phosphates, sulfonates [8].
Các hạt nano từ đƣợc bọc một lớp chất hoạt động bề mặt có thể phân tán trong
dung môi đồng nhất gọi là chất lỏng từ. Ngoài chức năng bảo vệ phần lõi, lớp vỏ còn
làm giảm độc tố của hạt từ và dễ dàng chức năng hóa bằng việc gắn các phân tử có
hoạt tính sinh học khác nhau. Mặt khác, để phối hợp hạt nano từ với các thành phần
khác tạo cấu trúc lõi-vỏ đa chức năng (multimodal) thì phƣơng thức chủ yếu đƣợc sử
dụng là bọc hạt nano từ bằng một lớp silica, sau đó tạo một lớp các thành phần chức
năng khác nhƣ vàng, tâm mầu hay chấm lƣợng tử trên lớp silica đó để tạo thành hạt
đa lớp, đa chức năng.
1.1.3 Các hạt nano Silica phát quang
Hạt nano silica có ch ứa nhiều lỗ xốp nên chúng ta có thể đƣa tâm màu nhƣ
FITC, RB.. để trở thành hạt nano phát quang. Chất màu có thể đƣợc gắn trên bề mặt
hay đƣa vào bên trong hạt nano silica. So với các chất màu hữu cơ thì các hạt nano
này có độ bền quang cao hơn vì nền polymer và silica bảo vệ các chất màu hữu cơ
khỏi oxy hoá và phân hủy quang. Độ chói của tín hiệu huỳnh quang của của các hạt
nano silica có thể đƣợc điều khiển bằng số phân tử chất màu trong mỗi hạt với mật độ
chất màu lớn nhất đƣợc giới hạn chỉ bởi sự dập tắt huỳnh quang. Vì vậy, hạt nano
KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn đã trình bày các kết quả nghiên cứu chế tạo lớp vỏ bọc silica SiO2 cho
các hạt nano từ Fe3O4 để tạo các hạt có cấu trúc lõi/vỏ Fe3O4@SiO2 và trên cơ sở đó
thử nghiệm chế tạo các hạt nano đa chức năng từ/vàng Fe3O4@SiO2@Au và từ/phát
quang Fe3O4@SiO2@FITC. Luận văn đã thực hiện đƣợc các công việc sau:
1. Chế tạo lớp bọc SiO2 cho các hạt nano từ bọc axit citric, axit oleic và hạt từ trần
tích điện âm bằng phƣơng pháp Stober, micell đảo và micell thuận. Khảo sát
ảnh hƣởng của các thông số chế tạo nhƣ lƣợng xúc tác, lƣợng sắt từ tới hình
dạng, kích thƣớc, độ đơn phân tán và phân bố kích thƣớc của hạt Fe3O4@SiO2.
Khảo sát tính chất từ phụ thuộc vào độ dầy của lớp vỏ bọc silica. Trên cơ sở đó
rút ra quy trình chế tạo thích hợp cho từng loại hạt nano từ tƣơng ứng để đạt
đƣợc lớp vỏ bọc phù hợp vừa đảm bảo tính chất từ của vật liệu lõi, vừa đảm
bảo độ ổn định của hạt nanoshell.
2. Thử nghiệm chế tạo hạt nano đa chức năng từ/vàng Fe3O4@SiO2@Au trên cơ
sở các hạt nano Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp micell thuận có tính
chất siêu thuận từ với độ từ hóa bão hòa 52.5 emu/g và đỉnh hấp thụ plasmon
cộng hƣởng ở bƣớc sóng 525 nm.
3. Thử nghiệm chế tạo hạt nano đa chức năng từ/tâm mầu Fe3O4@SiO2@FITC
trên cơ sở các hạt nano Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp Stober với độ
từ hóa bão hòa 55.1emu/g và phát huỳnh quang tại bƣớc sóng 520 nm.
4. Chế tạo hạt silica chứa tâm màu FITC bằng phƣơng pháp micell đảo .
CÁC DỰ ĐỊNH NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên cứu tối ƣu hóa các quy trình chế tạo lớp vỏ bọc SiO2 để tạo lớp vỏ siêu
mỏng nhằm đạt độ từ hóa bão hòa lớn nhất
2. Phát triển các kết quả nghiên cứu chế tạo hạt Fe3O4@SiO2 để chế tạo các hạt
nano đa chức năng từ/vàng, từ/tâm mầu, từ/ chấm lƣợng tử....
3. Thử nghiệm các hạt nano trên trong các ứng dụng y-sinh
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nhà xuất bản: ĐHCN
Ngày: 2012
Chủ đề: Linh kiện Nanô
Hạt nanô
Cấu trúc lõi vỏ
Y sinh học
Miêu tả: 65 tr. + CD-ROM
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Tổng quan về các hạt đa chức năng; các phương pháp chế tạo silica SiO2 xốp bằng phương pháp sol-gel; hạt nanoshell Fe3O4@SiO2@Au; đặc trưng của hạt nano và các ứng dụng của hạt nanoshell. Nghiên cứu các phương pháp thực nghiệm: Chế tạo lớp bọc SiO2 cho hạt nano từ để tạo hạt nano cấu trúc lõi vỏ và các phương pháp khảo sát (Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phương pháp từ kế mẫu rung (VSM), phương pháp đo tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering - DLS), phương pháp nhiễu xạ tia X, Hấp thụ hồng ngoại, phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang). Đưa ra kết quả và thảo luận: Hạt nano Fe3O4@SiO2; hạt nano đa chức năng và hạt nano SiO2 phát quang
MỤC LỤC.......................................................................................................................5
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................7
Chƣơng 1. TỔNG QUAN...............................................................................................9
1.1 Tổng quan về các hạt đa chức năng ......................................................................9
1.1.1 Các hạt nano.....................................................................................................9
1.1.2 Các hạt nano Fe3O4 ........................................................................................10
1.1.3 Các hạt nano Silica phát quang......................................................................11
1.1.4 Các hạt keo nano vàng...................................................................................12
1.1.4 Hạt nano cấu trúc lõi vỏ (nanoshell)..............................................................14
1.2 Các phƣơng pháp chế tạo silica SiO2 xốp bằng phƣơng pháp sol-gel ...............16
1.2.1 Quá trình sol-gel ............................................................................................16
1.2.2 Phƣơng pháp Stober.......................................................................................17
1.2.3 Phƣơng pháp micell .......................................................................................17
1.3 Hạt nanoshell Fe3O4@SiO2@Au ........................................................................18
1.3.1 Phƣơng pháp tạo hạt Fe3O4@SiO2.................................................................18
1.3.2 Phƣơng pháp phủ lớp Au ...............................................................................19
1.4 Đặc trƣng của hạt nano........................................................................................20
1.4.1 Tính chất từ....................................................................................................20
1.4.2 Tính chất quang .............................................................................................21
1.4 Các ứng dụng của hạt nanoshell .........................................................................24
1.4.1 Dẫn truyền thuốc............................................................................................24
1.4.2 Làm giàu và phân tách chọn lọc tế bào..........................................................25
1.4.3 Phối hợp đốt nhiệt, quang nhiệt .....................................................................25
Chƣơng 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM...................................................27
2.1 Chế tạo lớp bọc SiO2 cho hạt nano từ để tạo hạt nano cấu trúc lõi vỏ ..............27
2.1.1 Hạt nano sắt từ Fe3O4....................................................................................27
2.1.2 Chế tạo hạt nano Fe3O4@SiO2......................................................................28
2.1.3 Chế tạo hạt nano đa chức năng.................................................................34
2.1.4 Chế tạo hạt nano SiO2 phát quang................................................................35
2.2 Các phƣơng pháp khảo sát ..................................................................................36
2.2.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..................................36
2.2.2 Phƣơng pháp từ kế mẫu rung (VSM) ...........................................................37
2.2.3 Phƣơng pháp đo tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering -
DLS) .......................................................................................................................38
2.2.4 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X..........................................................................39
2.2.5 Hấp thụ hồng ngoại.......................................................................................40
2.2.6 Phổ hấp thụ....................................................................................................41
2.2.7 Phổ huỳnh quang [1].....................................................................................42
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................44
3.1 Hạt nano Fe3O4@SiO2 .........................................................................................44
3.1.1 Phƣơng pháp Stober.......................................................................................44
3.1.2 Phƣơng pháp micell thuận .............................................................................52
3.1.3 Phƣơng pháp micell đảo ................................................................................58
3.2 Hạt nano đa chức năng.........................................................................................64
3.2.1 Hạt nano từ/silica/vàng Fe3O4@[email protected]
3.2.2 Hạt nano Fe3O4@SiO2 chứa tâm mầu FITC..................................................66
3.3 Hạt nano SiO2 phát quang ....................................................................................68
3.4 Kết luận ................................................................................................................68
KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................71
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 y-sinh nhƣ
tăng độ nhạy của chẩn đoán và điều trị hƣớng đích đang là một hƣớng nghiên cứu
đƣợc nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới và trong nƣớc quan tâm phát triển. Các vật
liệu nano sử dụng trong y-sinh gồm 5 loại chính: chấm lƣợng tử, các hạt kim loại, các
hạt nano từ, các hạt nano silica chứa tâm mầu hữu cơ và các hạt nano đất hiếm. Hiện
nay, công nghệ chế tạo các vật liệu nano đơn đã có đƣợc những thành tựu nhất định; 5
loại vật liệu kể trên đều đã có thƣơng phẩm rất đa dạng và các nghiên cứu đang tập
trung tìm các ứng dụng các loại vật liệu đơn này trong y-sinh. Tuy vậy, các ứng dụng
thƣờng là đơn chức năng. Mặt khác, vật liệu nano lý tƣởng dùng trong y-sinh phải là
vật liệu đa chức năng: cả chẩn đoán và cả điều trị; vừa dẫn đƣờng, vừa phát hiện và
mang thuốc. Do đó, các nghiên cứu về khoa học vật liệu đang hƣớng tới việc chế tạo
các vật liệu nano đa chức năng, thƣờng dƣới dạng các hạt nano có cấu trúc lõi vỏ. Đây
cũng là hƣớng phát triển tất yếu của vật liệu nano y-sinh.
Các hạt nano Fe3O4 với nhiều đặc điểm lý thú, có rất nhiều ứng dụng trong đời
sống nhƣ: chất lỏng từ, chất bôi trơn, vật liệu hấp thụ sóng điện từ… (trong công
nghiệp), xử lý môi trƣờng: lọc nƣớc, thu hồi chất thải… và đặc biệt trong lĩnh vực YSinh học. Trong những năm gần đây, các hạt nanô từ đƣợc biết đến nhƣ những vật
mang thuốc và tạo môi trƣờng đốt nhiệt hiệu quả cho việc điều trị chọn lọc. Dựa trên
sự biến đổi của tính chất điện từ thông qua liên kết với tế bào bệnh, các hạt nanô từ
còn đƣợc biết đến nhƣ những vật liệu hỗ trợ chuẩn đoán thông minh.
Trong tất cả các ứng dụng đó, yêu cầu tính chất bắt buộc là các hạt nanô từ cần
phải đƣợc phân tán thành các hạt đơn lẻ, có độ đồng nhất cao. Mặc dù phần lớn các hạt
từ ôxit kim loại là các hạt bền, tuy nhiên ở kích thƣớc nanomet các hạt này vẫn chịu
tác động của môi trƣờng, vì vậy cần đƣợc bảo vệ để duy trì đƣợc các tính chất cần thiết
trong quá trình sử dụng. Một đặc điểm quan trọng khác là, khi tồn tại ở kích thƣớc
nanomet, các hạt nano từ có diện tích bề mặt rất lớn và sức căng bề mặt rất cao, xu
hƣớng tất yếu của các hệ hạt này kết tụ thành đám để giảm sức căng bề mặt. Vì vậy hạt
nano Fe3O4 sau khi chế tạo không ổn định, dễ bị kết tụ, độc tính cao.
Trong khi đó hạt silica lại ổn định về cấu trúc, không độc, có khả năng tƣơng
thích sinh học cao, bên trong có nhiều lỗ xốp nên có thể đƣa tâm màu vào hạt. Bề mặt
của chúng cũng dễ dàng đƣợc chức năng hóa bằng nhóm -NH2, do đó có thể tạo thêm
lớp vàng Au bằng hấp phụ. Việc sử dụng Silica làm lớp vỏ có nhiều tác dụng nhƣ: bảo
vệ các hạt nano lõi, chống lại tác động của môi trƣờng. Đồng thời, các hạt nano khi
đƣợc bọc lớp bảo vệ thì dễ dàng phân tán trong các môi trƣờng khác nhau (tuỳ thuộc
bản chất có cực hay không có cực của lớp vỏ bảo vệ). Hơn thế nữa, đối với các ứng
dụng trong y sinh, lớp bảo vệ này còn đóng vai trò nhƣ một lớp trung gian liên kết
giữa hạt với các hợp chất chức năng hoá bề mặt để có thể gắn kết với các phân tử sinh
học hay với các hợp chất thuốc.
Sử dụng các phƣơng pháp thích hợp, một số lƣợng lớn tâm màu (hữu cơ hoặc
vô cơ) có thể đƣa vào trong hay gắn lên bề mặt của một hạt nano silica đơn (từ hàng
chục tới hàng nghìn phân tử màu). Do đó các hạt nano silica chứa tâm màu có độ chói
và khuếch đại tín hiệu quang cao gấp nhiều lần so với phân tử màu đơn lẻ. Nếu lựa
chọn các ứng dụng phân tích sinh học thích hợp, các hạt nano silica có thể tạo ra
những cải thiện đáng kể trong độ nhạy phân tích. Hơn nữa, do bị cầm giữ trong nền
silica, các tâm màu đƣợc bảo vệ khỏi các ảnh hƣởng của môi trƣờng cũng nhƣ tác
động trực tiếp của ánh sáng nên phân hủy quang cũng đƣợc giảm thiểu. Độ bền quang
cao cho phép các hạt nano silica đƣợc sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cƣờng độ
kích thích mạnh trong thời gian dài.
Với lớp vỏ Au kim loại, hạt nano dễ dàng hoạt hóa để gắn kết với các phân tử
sinh học nhƣ amino acid, protein, enzyme, DNA và các phân tử thuốc thông qua các
hợp chất có chứa nhóm –SH.
Phối hợp các vật liệu đơn: từ, kim loại vàng, silica và silica chứa mầu sẽ cho các
hạt nano cấu trúc lõi/vỏ đa lớp đa chức năng sử dụng trong cả chẩn đoán và cả điều trị;
vừa dẫn đƣờng, vừa phát hiện và mang thuốc, vừa làm giàu, phân tách và chọn lọc tế
bào, vừa sử dụng phƣơng pháp đốt nhiệt và quang nhiệt.
Vì vậy, mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu chế tạo lớp vỏ bọc SiO2
cho hạt nano từ Fe3O4 để tạo hạt nano cấu trúc lõi/vỏ Fe3O4@SiO2, trên cơ sở đó tiến
tới chế tạo hạt đa chức năng Fe3O4@SiO2@Au và Fe3O4@SiO2 phát quang định hƣớng
ứng dụng trong lĩnh vực y sinh học. Luận văn sẽ trình bày các phƣơng pháp chế tạo
hạt nano Fe3O4@SiO2 cấu trúc lõi vỏ bằng các phƣơng pháp micell thuận, micell đảo
và Stober. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới sự hình thành và kích thƣớc hạt nhƣ
lƣợng sắt từ, lƣợng xúc tác NH4OH... Sử dụng các hạt Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng
phƣơng pháp micell thuận để thử nghiệm chế tạo hạt nano đa chức năng
Fe3O4@SiO2@Au. Sử dụng các hạt Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp Stober để
thử nghiệm chế tạo hạt nano Fe3O4@SiO2 phát quang
Luận văn gồm 3 chƣơng đƣợc bố cục nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Các phƣơng pháp thực nghiệm
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
9
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về các hạt đa chức năng
1.1.1 Các hạt nano
Hạt nano là vật liệu có kích thƣớc từ vài đến vài trăm nanomet, bao gồm hàng
trăm đến hàng nghìn nguyên tử giống nhau. Do kích thƣớc nhỏ nên các tính chất hóa
lý của chúng bị phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt hơn là thể tích khối. So với vật
liệu khối thì vật liệu có kích thƣớc nanomet có nhiều tính chất mới và lạ:
Thứ nhất là hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số giữa số
nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu tăng lên. Hiện tƣợng này rất
quan trọng bởi vì phần lớn ứng dụng của vật liệu chỉ liên quan tới bề mặt bên ngoài
của vật liệu (chất xúc tác trong các phản ứng hóa học, tƣơng tác hóa học, sự hoạt hóa
của thuốc chữa bệnh…), còn bên trong vật liệu có vai trò rất ít nên khi sử dụng vật liệu
có kích thƣớc nano sẽ tiết kiệm rất nhiều nguyên liệu so với vật liệu khối, hiệu suất sử
dụng vật liệu cao hơn và chất thải ít đi.
Thứ hai là hiệu ứng kích thước: hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano làm cho
vật liệu này trở nên mới lạ hơn nhiều so với vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu,
mỗi một tính chất của vật liệu đều có một độ dài đặc trƣng. Hầu hết độ dài đặc trƣng
đều rơi vào kích thƣớc nanomet. Ở vật liệu khối, kích thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần
độ dài đặc trƣng dẫn đến các tính chất vật lí đã biết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu
có thể so sánh đƣợc với độ dài đặc trƣng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc
trƣng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trƣớc đó. Ở đây không có
sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano.
Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của
vật liệu đó. Cùng một vật liệu nếu nó ở hai kích thƣớc khác nhau (vật liệu khối và kích
thƣớc nanomet) thì tính chất của vật liệu đó có thể thay đổi hoàn toàn về màu sắc, độ
cứng, khả năng chịu nhiệt… Chẳng hạn nhƣ vàng, nếu ở vật liệu khối thì nó có màu
vàng nhƣng khi kích thƣớc giảm xuống nano thì có màu đỏ. Không cần thay đổi thành
phần hóa học mà có thể thay đổi đƣợc tính chất của vật liệu điều này chỉ có ở vật liệu
nanomet, không có ở vật liệu khối.
Thứ ba là hiệu ứng kích thước lượng tử: Các hệ bán dẫn thấp chiều là những hệ
có kích thƣớc theo một, hai hay cả ba chiều có thể so sánh với bƣớc sóng De Broglie
của các kích thƣớc cơ bản trong tinh thể. Trong các hệ này, các kích thƣớc cơ bản (nhƣ
điện tử, lỗ trống, exciton) chịu sự ảnh hƣởng của sự giam giữ lƣợng tử khi chuyển
động bị giới hạn dọc theo trục bị giam giữ. Hiệu ứng giam giữ lƣợng tử đƣợc quan sát
thông qua sự dịch đỉnh về phía sóng xanh trong phổ hấp thụ với sự giảm kích thƣớc
10
hạt. Khi kích thƣớc hạt giảm tới gần bán kính Bohr exciton, thì có sự thay đổi mạnh
mẽ về cấu trúc điện tử và các tính chất vật lý .
Các vật liệu ứng dụng trong sinh học phải đƣợc đáp ứng các yêu cầu về các tính
chất dƣợc lý, hóa học, vật lý, độ đồng nhất và khả năng phân tán của các hạt…và phải
có tính độc thấp. Mặt khác, các hạt nano phải có kích thƣớc đủ nhỏ để có thể dễ dàng
khuếch tán qua mô, thời gian lắng đọng dài, diện tích bề mặt hiệu dụng cao; các hạt
nano phải đƣợc bọc để bảo vệ chúng khỏi tác động của môi trƣờng và có khả năng
tƣơng thích sinh học với môi trƣờng…
1.1.2 Các hạt nano Fe3O4
Hạt ôxit từ Fe3O4 có cấu trúc tinh thể ferit lập phƣơng cấu trúc spinel đảo, thuộc
nhóm đối xứng Fd3m, hằng số mạng a = b = c = 0.8396 nm. Số phân tử trong một ô cơ
sở Z = 8, gồm 56 nguyên tử trong đó có 8 ion Fe2+, 16 ion Fe3+ và 32 ion O2-.
Bán kính của nguyên tử Oxy lớn (cỡ 1.32A0), do đó ion O2- trong mạng hầu nhƣ
nằm sát nhau tạo thành một mạng lập phƣơng tâm mặt [9]. Cấu trúc spinel có thể xem
nhƣ đƣợc tạo ra từ mặt phẳng xếp chặt của các ion O2- với các lỗ trống tứ diện và bát
diện đƣợc lấp đầy bằng các ion kim loại. Oxít sắt từ Fe3O4 FeO.Fe2O3 là một ferít
cấu trúc spinel đảo điển hình. Trong đó, một nửa các ion Fe3+ nằm ở các lỗ trống tứ
diện và một nửa thì nằm ở các lỗ trống bát diện. Còn các ion Fe2+ nằm ở các lỗ trống
bát diện còn lại. Ở các lỗ trống tứ diện một ion Fe3+ liên kết với 4 ion O2- và ở các lỗ
trống bát diện, một ion Fe2+ hay Fe3+ liên kết với 6 ion O2- (Hình 1.1). Sự phân bố này
phụ thuộc vào bán kính các ion kim loại, sự phù hợp cấu hình electron của các ion kim
loại và ion O2- và năng lƣợng tĩnh điện của mạng.
Hình 1.1. Vị trí tứ diện và bát diện Hình 1.2. Cấu trúc spinel đảo của Fe3O4
Hai loại oxit sắt đƣợc ứng dụng nhiều trong y sinh học là magnemite và
magnetite. Magnetite (Fe3O4) có công thức hoá học của Fe3O4 đƣợc viết dƣới dạng:
Fe2+O2-- (Fe3+)2(O2-)3. Trong đó, các ion Fe tồn tại ở cả hai trạng thái hoá trị 2+ và hoá
trị 3+ với tỉ số thành phần là 1 và 2. Magnemite (-Fe2O3) có cấu trúc tinh thể ferit lập
phƣơng giống Fe3O4 nhƣng không có ion hoá trị 2, thuộc nhóm đối xứng
P43 32, hằng
Vị trí tứdiện Vị trí bát diện
Oxy
Fe
số mạng a = b = c = 0.83474 nm, tồn tại 8 phân tử trong một ô cơ sở. Magnemite có
tính chất từ giống magnetite nhƣng có độ ổn định hoá học cao hơn[23].
Nếu kích thƣớc của hạt sắt từ giảm đến một giá trị nào đó, tính sắt từ và ferri từ
biến mất, chuyển động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu
thuận từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dƣ và lực kháng từ bằng không. Ở trạng thái
siêu thuận từ vật liệu hƣởng ứng mạnh với từ trƣờng ngoài nhƣng khi không có từ
trƣờng hạt nano ở trạng thái mất từ tính hoàn toàn.
Dựa trên những đặc tính vật lý, hóa học, nhiệt học và cơ học, các hạt nano siêu
thuận từ mở ra tiềm năng lớn cho những ứng dụng y sinh nhƣ làm tác nhân tăng độ
tƣơng phản và chọn lọc tế bào, hiệu ứng đốt nhiệt và phân phát thuốc. Tất cả các ứng
dụng trên đòi hỏi hạt nano từ phải có từ độ bão hòa lớn, tƣơng thích sinh học và đƣợc
chức năng hóa bề mặt. Trong khi đó, đặc điểm của hạt nano từ sau khi chế tạo là: diện
tích bề mặt lớn, sức căng bề mặt cao, không ổn định dễ bị kết tụ, độc tính cao. Hạt từ
có điểm đẳng điện là ở pH = 7 nên độ ổn định của Fe3O4 trong dung dịch khó hơn [4].
Bề mặt của các hạt từ này đƣợc cải biến thông qua việc bọc một vài lớp nguyên tử của
các polimer hữu cơ, kim loại, các oxit vô cơ nhƣ SiO2, Al2O3… Các polymers có
nguồn gốc tự nhiên nhƣ gelatin, dextran, chitosan… Polymer tổng hợp nhƣ
poly(vinylpyrrolidone) (PVP), poly(ethyleneglycol) (PEG), poly(vinyl alcohol)
(PVA), polystyrene (PS)… polymer vô cơ nhƣ các oxide của silica và titania. Chất
hoạt động bề mặt nhƣ oleic, alkyl phosphonates và phosphates, sulfonates [8].
Các hạt nano từ đƣợc bọc một lớp chất hoạt động bề mặt có thể phân tán trong
dung môi đồng nhất gọi là chất lỏng từ. Ngoài chức năng bảo vệ phần lõi, lớp vỏ còn
làm giảm độc tố của hạt từ và dễ dàng chức năng hóa bằng việc gắn các phân tử có
hoạt tính sinh học khác nhau. Mặt khác, để phối hợp hạt nano từ với các thành phần
khác tạo cấu trúc lõi-vỏ đa chức năng (multimodal) thì phƣơng thức chủ yếu đƣợc sử
dụng là bọc hạt nano từ bằng một lớp silica, sau đó tạo một lớp các thành phần chức
năng khác nhƣ vàng, tâm mầu hay chấm lƣợng tử trên lớp silica đó để tạo thành hạt
đa lớp, đa chức năng.
1.1.3 Các hạt nano Silica phát quang
Hạt nano silica có ch ứa nhiều lỗ xốp nên chúng ta có thể đƣa tâm màu nhƣ
FITC, RB.. để trở thành hạt nano phát quang. Chất màu có thể đƣợc gắn trên bề mặt
hay đƣa vào bên trong hạt nano silica. So với các chất màu hữu cơ thì các hạt nano
này có độ bền quang cao hơn vì nền polymer và silica bảo vệ các chất màu hữu cơ
khỏi oxy hoá và phân hủy quang. Độ chói của tín hiệu huỳnh quang của của các hạt
nano silica có thể đƣợc điều khiển bằng số phân tử chất màu trong mỗi hạt với mật độ
chất màu lớn nhất đƣợc giới hạn chỉ bởi sự dập tắt huỳnh quang. Vì vậy, hạt nano
KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn đã trình bày các kết quả nghiên cứu chế tạo lớp vỏ bọc silica SiO2 cho
các hạt nano từ Fe3O4 để tạo các hạt có cấu trúc lõi/vỏ Fe3O4@SiO2 và trên cơ sở đó
thử nghiệm chế tạo các hạt nano đa chức năng từ/vàng Fe3O4@SiO2@Au và từ/phát
quang Fe3O4@SiO2@FITC. Luận văn đã thực hiện đƣợc các công việc sau:
1. Chế tạo lớp bọc SiO2 cho các hạt nano từ bọc axit citric, axit oleic và hạt từ trần
tích điện âm bằng phƣơng pháp Stober, micell đảo và micell thuận. Khảo sát
ảnh hƣởng của các thông số chế tạo nhƣ lƣợng xúc tác, lƣợng sắt từ tới hình
dạng, kích thƣớc, độ đơn phân tán và phân bố kích thƣớc của hạt Fe3O4@SiO2.
Khảo sát tính chất từ phụ thuộc vào độ dầy của lớp vỏ bọc silica. Trên cơ sở đó
rút ra quy trình chế tạo thích hợp cho từng loại hạt nano từ tƣơng ứng để đạt
đƣợc lớp vỏ bọc phù hợp vừa đảm bảo tính chất từ của vật liệu lõi, vừa đảm
bảo độ ổn định của hạt nanoshell.
2. Thử nghiệm chế tạo hạt nano đa chức năng từ/vàng Fe3O4@SiO2@Au trên cơ
sở các hạt nano Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp micell thuận có tính
chất siêu thuận từ với độ từ hóa bão hòa 52.5 emu/g và đỉnh hấp thụ plasmon
cộng hƣởng ở bƣớc sóng 525 nm.
3. Thử nghiệm chế tạo hạt nano đa chức năng từ/tâm mầu Fe3O4@SiO2@FITC
trên cơ sở các hạt nano Fe3O4@SiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp Stober với độ
từ hóa bão hòa 55.1emu/g và phát huỳnh quang tại bƣớc sóng 520 nm.
4. Chế tạo hạt silica chứa tâm màu FITC bằng phƣơng pháp micell đảo .
CÁC DỰ ĐỊNH NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên cứu tối ƣu hóa các quy trình chế tạo lớp vỏ bọc SiO2 để tạo lớp vỏ siêu
mỏng nhằm đạt độ từ hóa bão hòa lớn nhất
2. Phát triển các kết quả nghiên cứu chế tạo hạt Fe3O4@SiO2 để chế tạo các hạt
nano đa chức năng từ/vàng, từ/tâm mầu, từ/ chấm lƣợng tử....
3. Thử nghiệm các hạt nano trên trong các ứng dụng y-sinh
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: