Chế tạo và nghiên cứu tính quang của nano vàng định hướng ứng dụng.doc

Tải tài liệu tại sividoc.com
Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
HOÀNG LONG
CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH QUANG
CỦA NANO VÀNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG Y SINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Thái Nguyên, năm 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
HOÀNG LONG
CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH QUANG CỦA
NANO VÀNG, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y
SINH
Chuyên ngành: Quanh học
Mã số: 8440110
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
TS. TRẦN QUANG HUY
Thái Nguyên, năm 2018

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Quang Huy,
người thầy đã tận tình dạy bảo, tạo mọi điều kiện thuận lợi về kiến thức, về
phương pháp nghiên cứu khoa học, về trang thiết bị … để tôi hoàn thành đề tài
luận văn thạc sĩ. Mặc dù thời gian làm việc với thầy không nhiều nhưng thầy dạy
cho tôi nhiều bài học về tính nghiêm túc, tính chính xác, lòng nhiệt tình, niềm đam
mê với khoa học và đặc biệt là tinh thần trách nhiệm rất vô tư của thầy đối với các
học viên.
Tôi xin chân thành cảm ơn anh Đào Trí Thức – NCS Trường Đại học Sư
phạm Hà Nội, chị Nguyễn Thanh Thủy và anh Phạm Văn Chung – Viện Vệ sinh
Dịch tễ Trung ương. Các anh, các chị mặc dù không phải nhận nhiệm vụ hướng
dẫn tôi hoàn thành đề tài nhưng luôn chỉ bảo tôi nhiệt trong suốt quá trình tôi làm
việc tại PTN Siêu cấu trúc của Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học,
Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí – Công Nghệ, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái
Nguyên; Ban Giám hiệu, tổ Vật lí – KTCN trường THPT Thái Phiên – TP Hải
Phòng đã luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi về mặt thời gian biểu để tôi hoàn
thành đề tài này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám đốc; Ban chủ nhiệm khoa;
PTN Siêu cấu trúc và các anh chị thuộc Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương đã luôn
tạo những điệu kiện tốt nhất về mọi mặt để hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã luôn ủng hộ và cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 9 năm 2018
Tác giả luận văn
Hoàng Long
i

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN…...………………………………………………………………………….i
LỜI CAM ĐOAN……...…………………………………………………………………..ii
MỤC LỤC .............................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................vii
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...........................................................................5
1.1. Sơ lược về công nghệ nano.......................................................................................5
1.2. Nano vàng..................................................................................................................6
1.2.1. Tính chất của nano vàng .....................................................................................7
1.2.2. Ứng dụng của nano vàng.....................................................................................9
1.3. Các phương pháp chế tạo nano vàng....................................................................10
1.3.1. Phương pháp khử hóa học.................................................................................10
1.3.2. Phương pháp sinh học.......................................................................................11
1.3.3. Phương pháp vật lí. ...........................................................................................11
1.3.4. Phương pháp điện hóa.......................................................................................12
1.4. Lý do lựa chọn chế tạo nano vàng bằng phương pháp pháp điện hóa. .............13
1.5. Kết luận. ..................................................................................................................14
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................................................15
2.1. Vật liệu.....................................................................................................................15
2.1.1. Hóa chất, nguyên vật liệu..................................................................................15
2.1.2. Thiết bị...............................................................................................................15
2.2. Quy trình chế tạo nano vàng. ................................................................................15
2.3. Khảo sát đặc trưng lí-hóa của dung dịch nano vàng...........................................16
2.3.1. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-vis. ...............................................................16
2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua. ..........................................................17
ii

2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét......................................................................18
2.3.4. Phương pháp phân tích thành phần (EDX).......................................................20
2.3.5. Phương pháp nhiễu xạ tia X. .............................................................................21
2.3.6. Phương pháp đo thế Zeta. .................................................................................23
2.4. Chức năng hóa nano vàng với kháng thể. ............................................................24
2.5. Đánh dấu và phát hiện vi khuẩn E.coli O157 bằng nano vàng. .........................25
2.6. Kết luận. ..................................................................................................................26
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...........................................................................27
3.1. Chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp điện hóa...........................................27
3.1.1. Sự hình thành nano vàng quan sát bằng mắt thường........................................27
3.1.2. Sự hình thành nano vàng khảo sát bằng UV-vis. ..............................................29
3.1.3. Kích thước hạt nano vàng quan sát bằng TEM.................................................34
3.1.4. Hình thái hạt nano vàng quan sát bằng SEM....................................................38
3.1.5. Thành phần hạt nano vàng phân tích bằng EDX ..............................................40
3.1.6. Cấu trúc tinh thể nano vàng phân tích bằng nhiễu xạ tia X..............................41
3.1.7. Thế Zeta của dung dịch nano vàng....................................................................42
3.2. Khả năng đánh dấu và phát hiện E.coli O157. ....................................................43
3.3. Kết luận ...................................................................................................................45
KẾT LUẬN CHUNG.........................................................................................................46
KIẾN NGHỊ .......................................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................48
iii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT Viết tắt Giải nghĩa
1. AuNPs Nano vàng
2. CTAB Tetradodecylammonium bromide
3. DLS Tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering)
4. E.coli Escherichia coli
5. EDX Tán xạ năng lượng tia X
6. SEM Hiển vi điện tử quét
7. TEM Hiển vi điện tử truyền qua
8. XRD Giản đồ nhiễu xạ tia X
9. UV-vis Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến
iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Kích thước của vật liệu nano được phân bố từ 1-100 nm........
Hình 1.2. Cấu trúc lập phương tâm mặt tinh thể Au …...…………..…..
Hình 1.3. Mô hình biểu diễn sự tương tác của sóng điện từ và các hạt
nano vàng, các electron trên bề mặt hạt nano gây tạo ra hiện tượng cộng
hưởng bề mặt [2]……………………………………….………………….
Hình 1.4. Màu sắc của dung dịch nano vàng theo kích thước của hạt
Hình 1.5. Ứng dụng của hạt nano vàng trong y sinh học ……………..
Hình 1.6. Quá trình khử từ muối vàng HAuCl4 thành nano vàng …......
Hình 1.7. Mô hình bắn phá laser để tạo ra nano vàng .………...............
Hình 1.8. Mô hình chế tạo nano vàng bằng phương pháp điện hóa ……
Hình 2.1. Mô hình chế tạo dung dịch nano vàng……………………….
Hình 2.2. Máy quang phổ UV-vis ……………………………………..
Hình 2.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (JEM 1010, JEOL) …………
Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử quét (S-4800, Hitachi) …………………
Hình 2.5. Thiết bị phân tích EDX (EMAX-Horiba) gắn trên kính hiển vi
điện tử quét (S-4800, Hitachi)………………………………………….
Hình2.6. Máy nhiễu xạ tia X …………………………………………
Hình2.7. Thiết bị đo thế Zeta ………………………………………….
Hình 2.8. Quy trình gắn kháng thể với hạt nano vàng…………………..
Hình 2.9. Phức hợp kháng thể-hạt vàng (1) và đánh dấu với vi khuẩn để
quan sát trên kính hiển vi điện tử truyền qua (2)…………………………
Hình 3.1. Sự thay đổi màu sắc trong dung dịch nano vàng chế tạo ở các
điện áp khác nhau………………………………………………………..
Hình 3.2. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch nano vàng chế tạo tại các
nồng độ natri citrate khác nhau…………………………………………
v
5
6
7
8
10
11
12
13
16
17
18
19
21
22
23
24
24
26
27

Hình 3.3. Sự thay đổi màu sắc trong dung dịch nano vàng theo thời gian
chế tạo………………………………………………………………...
Hình 3.4. Phổ hấp thụ UV-vis của dung dịch nano vàng chế tạo ở các
điện áp khác nhau………………………………………………………
Hình 3.5. Phổ hấp thụ UV-vis của dung dịch nano vàng chế tạo ở các
nồng độ natri citrate khác nhau……………………………………….
Hình 3.6. Phổ hấp thụ UV-vis của dung dịch nano vàng theo thời gian
chế tạo…………………………………………………………
Hình 3.7. Phổ hấp thụ UV-vis của nano vàng theo thời gian lưu giữ……
Hình 3.8. Hình ảnh TEM của các hạt nano vàng chế tạo sau 2 giờ tại ở
các mức điện áp khác nhau, nồng độ natri citrate 0,1% không đổi……....
Hình 3.9. Hình ảnh TEM hạt nano vàng chế tạo với điện áp 9V sau 2 giờ
tương ứng với nồng độ natri citrate thay đổi (cột trái), và sau các mức
thời gian khác nhau của mẫu 9V và nồng độ natri citrate 0,1% (cột phải)
Hình 3.10. Hạt nano vàng chế tạo tại 9V, nồng độ natri citrate 0,1% sau
2 giờ tại thời điểm ngay sau khi chế tạo và sau 6 tháng lưu giữ ở 40
C…
28
29
30
31
32
34
35
37
Hình 3.11. Ảnh SEM cho thấy các hạt nano vàng chế tạo được hình cầu,
kích thước hạt nằm trong dải 15- 20 nm…………………………………
Hình 3.12. Phổ EDX xác nhận thành phần và độ sạch của nano vàng sau
chế tạo…………………………………………………………………..
Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của nano vàng sau khi chế tạo bằng
phương pháp điện hóa…………………………………………………...
Hình 3.14. Thế zeta của dung dịch nano vàng được lưu giữ sau 6 tháng
của mẫu chế tạo 2 giờ ở điện áp 9V và nồng độ natri citrate 0,1%...........
Hình 3.15. Cộng hợp nano vàng sau khi chức năng hóa với kháng thể đa
dòng kháng vi khuẩn E.coli O157………………………………………..
Hình 3.16. Vi khuẩn E.coli O157 trước (ảnh trái) và sau khi gắn kết với
cộng hợp nano vàng gắn kháng thể (ảnh phải)………………………….
vi
39
40
41
42
43
44

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Thế Zeta và phân bố kích thước hạt nano vàng trong dung
dịch ……………………………………………………………………. 43
vii

MỞ ĐẦU
Trong hơn hai thập kỷ vừa qua, vật liệu nano nói chung và nano vàng nói
riêng được các nhà nghiên cứu, nhà công nghệ đặc biệt quan tâm và phát triển
[7]. Ở kích thước nano, vàng bộc lộ những tính chất đặc biệt so với ở dạng khối,
đặc biệt là hiệu ứng plasmon bề mặt, độ dẫn điện, dẫn nhiệt, độ phản quang cao,
và tương thích với các phần tử sinh học. Chính vì vậy, nano vàng được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là tiêu diệt tế bào ung thư, dẫn thuốc tới
tế bào đích, chụp ảnh sinh học hay chẩn đoán tác nhân gây bệnh và các ứng
dụng y sinh học khác [3].
Năm 1857, Faraday lần đầu tiên công bố khả năng tạo keo vàng bằng cách
dùng phốt pho khử AuCl4
-
, từ đó tới nay đã có nhiều kỹ thuật khác nhau được phát
triển để tạo keo vàng như phương pháp hóa học, phương pháp vật lý và phương
pháp sinh học [5], [8]. Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm khác nhau
liên quan đến chi phí, thời gian tạo mẫu, sự ổn định và phân bố kích thước hạt
cũng như mục đích ứng dụng. Ngày nay, phương pháp khử hóa học được sử dụng
phổ biến nhất để chế tạo nano vàng. Phương pháp này có quá trình thực nghiệm
đơn giản và có thể điều khiển được kích thước hạt [9]. Tuy nhiên, đây là phương
pháp sử dụng những hóa chất đắt tiền, khả năng sẵn có của muối vàng tinh khiết và
hóa chất khử cũng là vấn đề cần được quan tâm. Tiếp theo, việc kiểm soát hóa chất
tồn dư (chưa phản ứng hết), độ pH hay độ sạch của nano vàng sau khi chế tạo là
một trong những thách thức của người làm công nghệ. Trên thực tế, phương pháp
vật lý cũng được sử dụng và có thể tạo ra số lượng lớn các hạt nano vàng từ vàng
khối [5], [10]. Tuy nhiên, chi phí cho các trang thiết bị chế tạo thường tốn kém và
khó kiểm soát được kích thước. Một trong những phương pháp thân thiện với môi
trường để chế tạo nano vàng là phương pháp sinh học cũng được quan tâm và phát
triển trong thời gian gần đây [11], [12]. Phương pháp này sử dụng các chiết xuất từ
thực vật hay vi khuẩn để khử muối vàng thành vàng nguyên tử, từ đó hình thành
các hạt nano. Hạn chế chính của phương pháp
1

này là khó khăn trong việc tạo ra được số lượng lớn hạt nano và kiểm soát kích
thước. Một số phương pháp kết hợp lý hóa như quang hóa hay điện hóa cũng
được phát triển để chế tạo nano vàng [13], [14]. Tuy nhiên, tính ưu việt của
những phương pháp này vẫn chưa được thể hiện rõ ràng.
Vấn đề đặt ra đối với các nhà khoa học và công nghệ là làm sao phát triển
được phương pháp chế tạo hạt nano một cách hiệu quả, kiểm soát được chất
lượng nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra, phát huy được những ưu điểm
và giảm thiểu được những hạn chế của các phương pháp truyền thống. Do đó,
hướng nghiên cứu quan tâm gần đây về nano nói chung và nano vàng nói riêng
thường tập trung vào việc tạo ra số lượng lớn, có khả năng điều khiển kích
thước, nguồn nguyên liệu sẵn có, độ sạch cao, tính chất lí hóa vượt trội và thân
thiện với môi trường, đặc biệt không có chất tồn dư độc hại trong sản phẩm.
Một trong những phương pháp chế tạo nano vàng tiềm năng có thể đạt được
những tiêu chí như trên là phương pháp điện hóa [6], [15], [16], [17], [18]. Phương
pháp này có khả năng kiểm soát được độ sạch của sản phẩm do hoàn toàn kiểm
soát được chất lượng nguyên liệu đầu vào, điều khiển được kích thước và chí phí
thấp. Tuy nhiên, theo tìm hiểu của tác giả, không có nhiều những công bố về
phương pháp chế tạo nano vàng sử dụng phương pháp điện hóa. Tương tự các
phương pháp chế tạo khác, khó khăn lớn nhất của phương pháp này là tìm được
các điều kiện chế tạo thích hợp và tạo được hạt nano ở dải kích thước hẹp theo
mục đích sử dụng. Ngoài ra, đối với các hạt nano nói chung, tìm ra quy trình phù
hợp để chức năng hóa chúng với các phần tử sinh học hướng đích cho các ứng
dụng khác nhau trong y sinh luôn gặp nhiều thách thức.
Ngoài ra, giá thành nguyên vật liệu cũng là vấn đề cần quan tâm, theo trang
điện tử của Sigma Aldrich, với 100 mL nano vàng kích thước khoảng 10 nm (6 x
1012
hạt/mL) có giá thành khoảng 400 đô la Singapore [19]. Do vậy, việc chủ động
được nguồn nguyên liệu, nắm bắt được phương pháp chế tạo phù hợp và
chức năng hóa thành công nano vàng sạch không chỉ là khám phá ra phương
pháp 2

chế tạo mới mà còn chủ động tạo ra nguồn cung nano vàng ổn định, giá thành rẻ
cho những ứng dụng trong điều trị và chẩn đoán mầm bệnh, đặc biệt là khi đưa
những vật liệu này vào trong cơ thể người hay động vật.
Đề tài nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở tham khảo những tài liệu liên
quan đã công bố trong và ngoài nước; thành công của nhóm nghiên cứu được
phát triển bởi TS. Trần Quang Huy về ứng dụng công nghệ điện hóa trong chế
tạo hạt nano kim loại từ dạng khối [20], [21]. Việc tạo ra nano vàng sạch từ lá
vàng khối sẽ giúp các nhà khoa học chủ động hơn trong việc nghiên cứu và
triển khai ứng dụng liên quan đến nano vàng.
Xuất phát từ những lý do trên, cùng với ðiều kiện trang thiết bị hiện có
của phòng thí nghiệm và sự định hướng của Thầy hướng dẫn, tôi đã lựa chọn
chủ đề "Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của nano vàng, định hướng
ứng dụng trong y sinh" làm đề tài của luận văn.
Mục tiêu của đề tài:
- Chế tạo thành công nano vàng có
bằng phương pháp điện hóa, định hướng
dải kích thước dưới 20 nm từ vàng
khối ứng dụng trong y sinh;
- Khảo sát tính chất quang của nano vàng chế tạo bằng phương pháp
điện hóa ở các điều kiện khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu: Nano vàng được chế tạo bằng phương pháp điện
hóa. Các tính chất lí-hóa của nano vàng được khảo sát theo điện áp sử dụng,
nồng độ natri citrate, thời gian chế tạo và thời gian lưu giữ. Sử dụng các trang
thiết bị phòng thí nghiệm để phân tích như UV-vis, kính hiển vi điện tử truyền
qua, kính hiển vi điện tử quét, phổ tán xạ năng lượng tia X, nhiễu xạ tia X và
thế Zeta. Khảo sát khả năng đánh dấu vị trí kháng nguyên vi khuẩn bằng nano
vàng sử dụng kỹ thuật miễn dịch hiển vi điện tử.
Bố cục luận văn:
3

Mở đầu
Chương 1: Tổng quan lý thuyết.
Trình bày tổng quan về công nghệ nano vàng và ứng dụng; quy trình
chức năng hóa nano vàng với kháng thể; đánh dấu và phát hiện vi khuẩn E.coli
O157 bằng nano vàng; tổng hợp tài liệu công bố mới nhất để chỉ ra ưu nhược
điểm của các phương pháp chế tạo nano vàng hiện có, đề xuất vấn đề nghiên
cứu mà luận văn sẽ giải quyết.
Chương 2: Vật liệu và phương pháp
Trình bày về nguyên vật liệu, hóa chất và trang thiết bị thí nghiệm cần
thiết; Quy trình chế tạo nano vàng; Phương pháp khảo sát các trưng lí-hóa của
nano vàng như phổ hấp thụ (UV-Vis), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi
điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX); Nhiễu xạ tia X; Thế
Zeta. Chức năng hóa nano vàng với kháng thể; Đánh dấu và phát hiện vi khuẩn
E.coli O157 bằng nano vàng; Sử dụng phương pháp miễn dịch hiển vi điện tử
để xác định khả năng đánh dấu vi khuẩn bằng nano vàng.
Chương 3: Kết quả và bàn luận
Trình bày những kết quả nghiên cứu đã đạt được về những yếu tố ảnh
hưởng đến sự hình thành, cấu trúc, hình thái, các đặc trưng quang học của nano
vàng và thử nghiệm khả năng sử dụng hạt nano vàng để chức năng hóa với các
loại kháng thể kháng mầm bệnh khác nhau.
Kết luận chung và kiến nghị
Tóm tắt những kết quả nổi bật mà luận văn đã đạt được. Những kiến nghị của
luận văn.
4

Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Sơ lược về công nghệ nano
Trong hơn 20 năm qua, công nghệ nano đã đạt được những thành tựu
vượt bậc do nhận được sự quan tâm và phát triển rất mạnh mẽ của các nhà khoa
học trên toàn cầu [22].
Trong cuộc cách mạng 4.0, công nghệ nano được coi là một trong những
công nghệ tiên phong, chúng liên quan mật thiết đến việc chế tạo, phân tích, thiết
kế và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng cách điều khiển kích thước,
hình dạng vật liệu ở cấp độ nano mét (1-100 nm). Ở thế giới nano, vật liệu thể hiện
những đặc tính hoàn toàn khác biệt so với chúng khi ở dạng khối (Hình 1.1)
Hình 1.1. Kích thước của vật liệu nano từ 1-100 nm [23]
Ở kích thước nano mét (nm), số nguyên tử trên bề mặt vật liệu so với tổng
số nguyên tử chiếm tỉ lệ đáng kể, tạo ra những hiệu ứng liên quan đến bề mặt (hiệu
ứng bề mặt), dẫn đến tính chất có nhiều khác biệt so với chính vật liệu này
ở dạng khối [24]. Nhờ những tính chất đặc biệt ấy, vật liệu nano đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực phục vụ đời sống như y học, chế phẩm
sinh học, mỹ phẩm, dệt may, vũ trụ và công nghiệp điện tử và dân dụng…
Báo cáo năm 2010 cho thấy tình hình phát triển của công nghệ nano trên thế
giới tăng trưởng đều đặn hàng năm khoảng ~25% [24]. Năm 2015, doanh thu
5

từ các sản phẩm do công nghệ nano mang lại đạt gần 30,4 tỷ đô la Mỹ và tiếp
tục tăng nhanh trong những tiếp theo [25].
1.2 . Nano vàng.
Trong bảng hệ thống tuần hoàn, vàng (Au) là kim loại quý đứng vị trí thứ
79 với cấu hình điện tử Xe5d10
6s và Xe5d9
6s2
. Nguyên tử vàng có 2 mức năng
lượng 5d và 6s xấp xỉ nhau, tạo ra sự cạnh tranh giữa lớp d và lớp s [26]. Các
điện tử của Au có thể dịch chuyển ở cả hai trạng thái này. Chính vì thế, vàng có
tính dẻo đặc biệt do các điện tử rất linh động.
Ở trạng thái vàng khối, chúng có ánh kim, màu vàng, nhiệt độ nóng chảy
1.063,4 o
C, nhiệt độ sôi là 2.880 o
C, dẫn nhiệt (350 W/m.K), dẫn điện (40.107
Ω/m), bền trong không khí khô và ẩm. Mặc dù vậy, khi ở kích thước nano
chúng có tính chất quang, điện độc đáo và hoàn toàn khác biệt so với vật liệu
vàng dạng khối [19], [26]
Cấu trúc tinh thể của vàng dạng lập phương tâm mặt (Hình 1.2), trong
đó, mỗi nguyên tử Au liên kết với 12 nguyên tử vàng xung quanh và có hằng
số mạng là a = 4,0786 Å.
Hình 1.2. Cấu trúc lập phương tâm mặt tinh thể vàng [1]
6

1.2.1. Tính chất của nano vàng
a) Tính quang học
Trong khi kim loại vàng ở dạng khối có màu vàng thì ở kích thước nano
(1-100 nm), dung dịch chứa các hạt này có màu sắc thay đổi từ hồng nhạt đến
đỏ tía và tím than tùy theo kích thước và nồng độ của hạt (Hình 1.4). Sự thay
đổi màu sắc là do hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon
resonance - SPR). Khi ánh sáng tác động lên bề mặt hạt nano, các electron tự do
của kim loại bị kích thích và ngay lập tức tạo ra một điện từ trường dao động,
chúng bị dồn về một phía và tạo ra sự phân cực [2]. Sự dao động này được gọi
là “plasmon”. Đối với tinh thể kim loại, thông thường các dao động nhanh
chóng bị dập tắt bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể khi
quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Tuy nhiên, khi
kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình sẽ không còn
hiện tượng dập tắt mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích.
Do vậy, tính chất quang của hạt nano là do sự dao động tập thể của các điện tử
trong vùng dẫn khi tương tác với bức xạ sóng điện từ. Quá trình dao động như
vậy sẽ dẫn tới sự phân bố lại các điện tử trong hạt nano làm cho hạt nano bị
phân cực tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy, tần số cộng hưởng xuất hiện
phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt là về hình dạng, kích thước và độ lớn của
hạt nano cũng như môi trường xung quanh (Hình 1.3).
Hình 1.3. Mô hình biểu diễn sự tương tác của sóng điện từ và các hạt nano vàng,
các electron trên bề mặt hạt nano gây tạo ra hiện tượng cộng hưởng bề mặt [2]
7

Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang (Hình 1.4).
Khi mật độ loãng thì coi như gần đúng với hạt tự do, nếu ở nồng độ cao thì phải
xét đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt [2], [26].
Hình 1.4. Màu sắc của dung dịch nano vàng theo kích thước của hạt [27]
b) Tính chất điện
Do mật độ điện tử tự do cao nên tính dẫn điện của kim loại nói chung và
nano vàng nói riêng thường lớn (điện trở nhỏ). Đối với vật liệu khối, độ dẫn
được giải thích dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Điện trở của
kim loại do sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ
với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập hợp các điện tử chuyển động
trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với
nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại [1].
Định luật Ohm cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính. Khi kích thước
của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc
vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là I-U
không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn
Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc
sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử,
C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực [28].
8

c) Tính chất nhiệt.
Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa
các nguyên tử trong mạng tinh thể. Khi kích thước hạt nano giảm, nhiệt độ nóng
chảy sẽ giảm. Ví dụ: hạt vàng kích thước 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm
có Tm = 950°C [19].
d) Tính chất xúc tác nano vàng trên chất mang
Nano vàng có khả năng xúc tác. Tuy nhiên, một số yếu tố ảnh hưởng
đến hoạt tính xúc tác của chúng vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ. Hoạt
tính xúc tác của chúng thể hiện tốt nhất ở kích thước dưới 10 nm [29].
1.2.2. Ứng dụng của nano vàng
Nano vàng là một trong những vật liệu tiềm năng nhất được nghiên cứu
và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong truyền dẫn thuốc hướng đích
để điều trị bệnh, tạo ảnh sinh học, đánh dấu sinh học, phát hiện sinh học và
chuẩn đoán, đặc biệt là trong tiêu diệt tế bào ung thư [30]. Ngoài ra, nano vàng
có thể gắn với kháng thể kháng mầm bệnh, từ đó có thể đánh dấu hoặc phát hiện
chính xác sự có mặt của mầm bệnh trong mẫu phân tích [31]. Khi sử dụng làm
chất chỉ thị trong các que thử nhanh, nano vàng sẽ hoạt động dựa trên nguyên lí
miễn dịch học hay còn được gọi là kĩ thuật sắc kí miễn dịch, góp phần làm tăng
độ nhạy của kỹ thuật và rút ngắn thời gian phát hiện [32].
9

Hình 1.5. Ứng dụng của hạt nano vàng trong y sinh học [3]
1.3. Các phương pháp chế tạo nano vàng.
1.3.1. Phương pháp khử hóa học.
Phương pháp khử hóa học, đặc biệt là phương pháp Turkevich được sử
dụng phổ biến nhất. Các phương pháp khử hóa học chủ yếu sử dụng muối vàng
HAuCl4 để làm tiền chất sau đó sử dụng các chất khác nhau để khử Au3+
thành
Au0
. Dung dịch ban đầu thường là muối vàng như HAuCl4. Chất khử như axit
citric, vitamin C, natri borohydride (NaBH4), cồn, etylen glycol. Phương pháp
này đơn giản nhưng lại bị giới hạn bởi tính sẵn có của tiền chất ban đầu, giá
thành và độ sạch của sản phẩm cuối cùng [2], [33].
10

Hình 1.6. Quá trình khử từ muối vàng HAuCl4 thành nano vàng [4]
1.3.2. Phương pháp sinh học.
Tương tự như phương pháp khử hóa học, phương pháp này sử dụng chiết
xuất từ thực vật hay một số vi khuẩn để khử muối HAuCl4 thành hạt nano vàng
[11], [12], [34]. Đây là phương pháp tự nhiên, đơn giản với chi phí thấp để sản
xuất nano vàng mà hạn chế được sự tồn dư các độc chất. Tuy nhiên, hàm lượng
nano vàng chế tạo được thường thấp và khó kiểm soát được kích thước.
1.3.3. Phương pháp vật lí.
Đây là phương pháp "từ trên xuống", biến đổi vàng khối thành nano vàng
(Hình 1.7). Nhờ một hệ quang học, chùm laser được hội tụ lên bề mặt tấm kim
loại Au đặt trong một bình chứa nước hoặc cồn để bứt phá các nguyên tử hay
tinh thể nano vàng từ tấm vàng khối [5].
11

Hình 1.7. Mô hình bắn phá laser để tạo ra nano vàng [5]
1.3.4. Phương pháp điện hóa.
Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Huang và cộng sự [6] đã chế tạo thành
công nano vàng với kích thước ~40nm bằng phương pháp điện hóa. Phương
pháp này sử dụng một điện cực vàng (anot), một điện cực platine (catot) và
0,08M muối CTAB. Trong quá trình điện phân, vàng bị oxi hóa ở anot và dịch
chyển về phía catot nơi xảy ra sự khử và sự hình thành các nguyên tử vàng. Quá
trình được thực hiện trong điều kiện rung siêu âm để kiềm chế sự bám lại của
các nguyên tử vàng lên catot. Các nguyên tử vàng được chất hoạt động bề mặt
trong dung dịch (muối CTA) bao bọc và hình thành các hạt nano vàng.
12

Hình 1.8. Mô hình chế tạo nano vàng bằng phương pháp điện hóa [6]
Ngoài ra, một số phương pháp chế tạo nano vàng khác cũng liên tục được
các nhà khoa học trên thế giới công bố [35]. Tuy nhiên, sau khi nano vàng được
chế tạo, chúng cần được chức năng hóa với các phần tử sinh học để hướng tới
mục đích ứng dụng cụ thể [36].
1.4. Lý do lựa chọn chế tạo nano vàng bằng phương pháp pháp điện hóa.
Trong những năm gần đây, nhóm nghiên cứu của TS. Trần Quang Huy đã
công bố chế tạo thành công nano bạc bằng phương điện hóa từ thanh bạc khối
trong nước cất 2 lần, với sự hỗ trợ của natri citrate và nguồn điện áp một chiều
[20], [21]. Kích thước của hạt nano bạc có thể điều khiển được bằng điện áp,
nồng độ citrate và thời gian chế tạo. Ngoài ra, tham khảo từ các phương pháp chế
tạo nano vàng bằng phương pháp điện hóa cũng cho thấy dung dịch nano vàng
tổng hợp được có độ sạch cao, phương pháp thân thiện với môi trường và điều
kiện thí nghiệm đơn giản [15], [16], [18]. Kh i phát tri ể n th ành công
13

p hương pháp này hứa hẹn một cách thức tiếp cận mới, đơn giản để chủ động
tạo ra nguồn nano vàng sạch cho các mục đích ứng dụng khác nhau, đặc biệt là
trong lĩnh vực y sinh học.
1.5. Kết luận.
Trong chương này, chúng tôi giới thiệu một cách ngắn ngọn những kiến
thức nền tảng và dẫn dắt tới vấn đề nghiên cứu. Đặc biệt là làm rõ tại sao lại lựa
chọn chủ đề nghiên cứu này làm đề tài luận văn. Chương này đã đề xuất một
phương pháp mới đó là phương pháp điện hóa để chế tạo hạt nano vàng từ thanh
vàng khối trong nước cất. Sự thành công của nghiên cứu sẽ đưa ra được một
phương pháp chế tạo nano vàng thân thiện với môi trường, điều kiện chế tạo
đơn giản, có khả năng áp dụng để sản xuất trên quy mô công nghiệp, hứa hẹn
tạo ra nguồn nano vàng sạch, chủ động cho các nghiên cứu liên quan và mang
lại hiệu quả kinh tế cao.
14

Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Vật liệu.
2.1.1. Hóa chất, nguyên vật liệu.
Hai thanh vàng (Au), độ sạch 99,99%, mua từ một Công ty vàng bạc tại
Hà Nội, có kích thước 70 mm x 5 mm x 0,2 mm (dài x rộng x dày). Natri citrate
Na3C6H5O7 từ Sigma Aldrich.
Chủng vi khuẩn gây bệnh đường ruột (Escherichia coli O157); thạch
Luria–Bertani (LB) đến nuôi vi khuẩn. Các vật liệu sinh học này được cung cấp
bởi Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
Bình thủy tinh loại 60 ml,100 ml và 500 ml; các ống dùng để đựng dung
dịch; pipét các loại; ống falcol 15 ml và 50 ml; ống ly tâm eppendorf 1,5 ml; lưới
đồng (200mắt) phủ màng colodion – cacbon; giấy nhôm (aluminum foil); cồn
tuyệt đối, nước cất 2 lần và các nguyên vật liệu liên quan khác đảm bảo điều kiện
cho việc phân tích.
2.1.2. Thiết bị.
Máy khuấy từ gia nhiệt (RH B-T/IKA); cân phân tích (TE214S/Sartorius);
máy khuấy siêu âm (RK 102 CH/Bandelin); máy ly tâm (H1300, Nhật Bản);
máylắc(MX-S/EMCLab).
Đồng hồ vạn năng đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế; bộ nguồn cung
cấp điện áp một chiều có thể thay đổi giá trị từ 0 đến 15V (bước thay đổi 1V); tủ
lạnh Sanyo.
2.2. Quy trình chế tạo nano vàng.
Hai thanh vàng (Au) được rửa sạch bằng nước cất hai lần rồi cho vào máy rung
siêu âm 15 phút để loại bỏ hoàn toàn bụi bẩn bám dính trên bề mặt. Sau đó, nối hai
thanh với hệ điện hóa đặt trên máy khuấy từ. Trong đó, một thanh đóng vai trò làm
anốt và thanh còn lại là catốt, khoảng cách giữa hai điện cực cách nhau 2
15

cm. Sau đó, 50 ml nước cất hai lần được thêm vào bình điện hóa sao cho 2 điện
cực ngập trong nước 50 mm (Hình 2.1), thêm vào bình một nồng độ natri citrate
thích hợp, khuấy từ 20 phút để natri citrate hòa tan hoàn toàn vào trong dung
dịch. Hệ điện hóa đã thiết lập được cấp nguồn điện một chiều có khả năng thay
đổi điện áp từ 0-15V và duy trì khuấy từ nhẹ trong suốt quá trình chế tạo. Trong
quá trình chế tạo, dung dịch trong bình sẽ chuyển từ màu trắng trong sang màu
hồng và ổn định ở màu tím nhạt. Tùy theo điều kiện khảo sát từ 1-3 giờ, ngắt
nguồn điện và nhấc hai thanh vàng ra khỏi bình điện hóa.
Thanh vàng 2 cm
Natri citrate 5 cm
trong nước cất 7 cm
2 lần
Con quay
Máy khuấy từ
Hình 2.1. Mô hình chế tạo dung dịch nano vàng.
2.3. Khảo sát đặc trưng lí-hóa của dung dịch nano vàng.
2.3.1. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-vis.
UV-vis (Ultraviolet–visible spectroscopy) là phương pháp phân tích dựa
trên hiệu ứng hấp thụ khi vật chất trong dung dịch tương tác với bức xạ điện từ
(Hình 2.2). Trong đó, bức xạ điện từ trong phép phân tích có bước sóng từ vùng
cực tím đến vùng ánh sáng khả kiến (thông thường: 180 nm – 1100 nm). Do nano
vàng có các thuộc tính quang học bề mặt phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và
nồng độ của hạt, nên có thể dựa trên các đỉnh hấp thụ UV-vis để xác định sự hình
thành hạt nano sau khi chế tạo.
16

Hình 2.2. Máy quang phổ UV-vis
Chuẩn bị mẫu: Đầu tiên, rửa sạch cuvet thạch anh trong suốt bằng nước cất
2 lần và lau khô bằng giấy sạch. Tiếp theo, bơm dung dịch nano vàng vào cuvet.
Sau đó, đặt cuvet chứa dung dịch nano vàng và cuvet chứa nước cất để làm chuẩn
vào máy đo phổ UV-vis để quét phổ. Dữ liệu phổ hấp thụ được thu thập trên máy
tính và xử lí bằng phần mềm Origin 8.0. Phép đo được thực hiện ở nhiệt độ
phòng, trên máy đo phổ hấp thụ tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) có nguyên lý hoạt động tương tự như
kính hiển vi quang học. Tuy nhiên, kính hiển vi điện tử truyền qua sử dụng chùm tia
điện tử thay cho ánh sáng trắng để tạo hình ảnh. Thấu kính sử dụng là thấu kính điện
từ (Hình 2.3). Chùm tia điện tử bắt nguồn từ nguồn phát xạ (Vonfram, LaB6 hay
phát xạ trường) qua tụ kính tới vị trí lưới đồng (mẫu) và phóng đại ảnh của mẫu
thông qua vật kính, thấu kính phóng, ảnh cuối cùng được quan sát trên màn huỳnh
quang (hoặc được camera thu lại và truyền tới màn hình máy tính). Môi trường
truyền chùm điện tử và đặt mẫu là chân không cao (106
– 109
Torr).
17

Ảnh TEM là hình ảnh đen trắng phía sau của mẫu, đặc trưng bởi mật độ
điện tử truyền qua ngay dưới bề mặt mẫu. Hình ảnh này được phóng đại qua một
loạt các thấu kính trung gian và cuối cùng thu được trên màn huỳnh quang hoặc
camera. Kính TEM có độ phân giải khoảng 1-3A0
và độ phóng đại từ x50 tới
x1.500.000. Trong nghiên cứu này, TEM qua được sử dụng để khảo sát về hình
thái và kích thước của hạt nano vàng.
Hình 2.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (JEM 1010, JEOL).
Chuẩn bị mẫu: Nhỏ dung dịch nano vàng lên lưới đồng (loại 200 mắt lưới)
đã phủ màng collodion-cacbon, để khô tự nhiên trước khi đưa vào quan sát trên
máy TEM. Thực hiện phép đo trên kính JEM 1010 (JEOL)tại Phòng thí nghiệm
Siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét.
18

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) sử dụng chùm điện tử quét trên bề mặt
mẫu và giúp quan sát hình thái bề mặt của chúng thông qua các chùm tia điện tử
thứ cấp hay tán xạ ngược (Hình 2.4). Từ súng điện tử, chùm điện tử đi qua tụ
kính, vật kính, rồi sau đó hội tụ và quét trên bề mặt của mẫu. Hình ảnh SEM là
hình ảnh tái tạo bởi máy tính được phản ảnh lại nhờ các điện tử thứ cấp và điện tử
tán xạ ngược, thu được nhờ các đầu dò gắn bên sườn kính.
19

(Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử quét (S-4800, Hitachi).
Chuẩn bị mẫu: Dung dịch nano vàng được li tâm để cô đặc và nhỏ lên bề
mặt đế gắn băng dính cacbon hoặc nhôm, để khô tự nhiên trong không khí, sau
đó hút chân không rồi đưa vào kính hiển vi điện tử quét để quan sát hình thái bề
mặt và phân bố kích thước hạt nano vàng. Phép đo được thực hiện trên kính SEM
phát xạ trường (S4800 – Hitachi) tại Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc - Viện Vệ
sinh Dịch tễ Trung ương.
2.3.4. Phương pháp phân tích thành phần (EDX).
Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX), hoặc phổ tán sắc năng lượng là kỹ thuật
phân tích thành phần hóa học của vật rắn thông qua việc ghi lại phổ tia X phát ra từ
vật rắn do tương tác với các bức xạ (chùm điện tử năng lượng cao của kính hiển
vi điện tử) (Hình 2.5).
EDX được thực hiện chủ yếu trong các kính hiển vi điện tử. Khi chùm điện tử
có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật
rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Việc ghi nhận
20

phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các thành phần nguyên tố hóa học
có mặt trong mẫu.
Phép phân tích EDX trong nghiên cứu này nhằm xác định độ sạch của hạt
nano vàng sau khi chế tạo bằng phương pháp điện hóa.
Hình 2.5. Thiết bị phân tích EDX (EMAX-Horiba) gắn trên
kính hiển vi điện tử quét (S-4800, Hitachi).
Chuẩn bị mẫu: Mẫu được chuẩn bị như phương pháp chuẩn bị để đo SEM
(không phủ kim loại). Cách quan sát mẫu tương tự như với cách quan sát hình ảnh
mẫu SEM. Các thông số thiết lập của kính trước khi phân tích EDX bao gồm: điện
thế gia tốc là 15kV, khoảng cách làm việc là 15 mm. Phép đo được thực hiện trên
thiết bị phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (E-Max, Horiba) gắn trên kính hiển
vi điện tử quét (S4800 – Hitachi) tại Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc - Viện Vệ
sinh Dịch tễ Trung ương.
2.3.5. Phương pháp nhiễu xạ tia X.
21

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh
thể của chất rắn (Hình 2.6). Phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng để phân
tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần
giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự
khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử
và nguyên tử. Mỗi nhiễu xạ tương ứng với một tập các mặt phẳng có khoảng
cách đều nhau bên trong tinh thể. Từ vị trí và độ chùm của các nhiễu xạ khác
nhau quan sát được khi tinh thể từ từ xoay quanh chùm tia X ta xác định được
mật độ các electron bên trong tinh thể. Vị trí của các nguyên tử bên trong tinh
thể được xác định thông qua việc kết hợp giữa thông tin về mật độ các electron
và dữ liệu về thành phần hóa học trong tinh thể.
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định cấu
trúc tinh thể của nano vàng sau khi tạo thành bằng phương pháp điện hóa.
22

Hình 2.6. Máy nhiễu xạ tia X.
(Nguồn: Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội)
Chuẩn bị mẫu: Sử dụng mẫu bột nano. Dung dịch nano vàng được cô đặc
sau khi đưa vào quay li tâm với tốc độ 8.000 vòng/phút, trong 15 phút. Tiếp theo,
đặt phần nano vàng lắng đọng lên lam kính tạo thành lớp dày. Sau đó, để khô
trong không khí và phân tích nhiễu xạ tia X. Phép đo được thực hiện ở nhiệt độ
phòng trên máy đo nhiễu xạ tia X (D8, ADVANCE - Bruker) tại Khoa Hóa học -
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
2.3.6. Phương pháp đo thế Zeta.
Là phép phân tích kích thước hạt dựa trên nguyên lý tán xạ ánh sáng động
học (DLS - dynamic light scattering). Để phép đo cho kết quả chính xác yêu cầu
nồng độ hạt cao và tối (từ 0,001% đến 40%) (Hình 2.7). Trong nghiên cứu này,
thế Zeta được sử dụng để xác định sự ổn định của dung dịch nano vàng sau khi
chế tạo.
23

Hình 2.7.Thiết bị đo thế Zeta.
Chuẩn bị mẫu: bơm dung dịch nano vàng vào cuvet thạch anh trong suốt
rồi đặt cuvet vào máy đo thế Zeta. Dữ liệu từ máy đo được chuyển qua máy tính
để xử lý. Phép đo được thực hiện trên máy đo thế Zeta (Malvern-UK) thuộc Viện
Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.
2.4. Chức năng hóa nano vàng với kháng thể.
Dung dịch nano vàng được ly tâm, lọc rửa trong nước cất hai lần và loại bỏ
hoàn toàn lượng natri citrate tồn dư (nếu có) trong dung dịch. Sau đó, ủ với
kháng thể đa dòng thỏ kháng vi khuẩn E.coli O157 trong 1 giờ trước khi ly tâm
14.000 vòng/phút ở 40
C tốc độ cao để đảm bảo kháng thể gắn kết vật lý chặt chẽ
với hạt nano vàng thông qua các lực liên kết vật lý (Hình 2.8). Dung dịch này sau
đó lọc rửa trong đệm PBS pH7.2 và lưu giữ ở 40
C trước khi sử dụng.
24

Hình 2.8. Quy trình gắn kháng thể với hạt nano vàng.
2.5. Đánh dấu và phát hiện vi khuẩn E.coli O157 bằng nano vàng.
Nano vàng sau khi chức năng hóa với kháng thể sẽ được thử nghiệm để
đánh giá khả năng đánh dấu và phát hiện vi khuẩn E.coli O157 thông qua kỹ
thuật miễn dịch hiển vi điện tử theo thường quy của phòng thí nghiệm (Hình 2.9)
[37], [38]. Quy trình này có thể tóm tắt như sau: mẫu vi khuẩn E.coli O157 ở
nồng độ 106
cfu/mL được cố định trong dung dịch glutaraldehyde 0,5% trong
thời gian 20 phút, tiếp theo đưa lưới đồng đã phủ màng collodion-cacbon lên trên
một giọt mẫu để vi khuẩn có thể bị hút bám lên trên màng. Sau đó, lưới được rửa
3 lần trên giọt dung dịch đệm PBS pH7.4, tiếp tục ủ lưới có mẫu với cộng hợp
nano vàng – kháng thể trong 30 phút. Rửa lại 3 lần trên giọt dung dịch đệm PBS
và để khô trong không khí trước khi quan sát bằng TEM.
Hình 2.9. Phức hợp kháng thể-hạt vàng (1) và đánh dấu với vi khuẩn để quan sát
trên kính hiển vi điện tử truyền qua (2).
25

2.6. Kết luận.
Chương 2 đã mô tả chi tiết các nguyên vật liệu, các phương pháp phân
tích, quy trình và nguyên lý đã được sử dụng để thực hiện đề tài nghiên cứu. Các
thiết bị và phép phân tích hiện đại của các phòng thí nghiệm hàng đầu của Việt
Nam, các thiết bị phân tích hiện đại có độ tin cậy và chính xác cao.
26

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp điện hóa.
3.1.1. Sự hình thành nano vàng quan sát bằng mắt thường.
Với phương pháp điện hóa, nano vàng đã được chế tạo thành công từ vàng
khối trong nước cất 2 lần chỉ thông qua 1 bước, với sự hỗ trợ của một lượng natri
citrate nhỏ cỡ 0,1%. Trong nghiên cứu này, quá trình hình thành hạt nano vàng
được khảo sát theo sự thay đổi màu sắc quan sát bằng mắt thường, điện áp sử
dụng, lượng natri citrate đưa vào và thời gian chế tạo.
Để khảo sát sự ảnh hưởng của điện áp đưa vào, sau các quá trình thử
nghiệm ban đầu, chúng tôi lựa chọn và cố định nồng độ natri citrate 0,1% và thời
gian chế tạo trong 2 giờ. Kết quả quan sát bằng mắt thường cho thấy, không có sự
thay đổi màu sắc trong dung dịch chế tạo với điện áp 3V, kiểm tra phổ hấp thụ
UV-vis cũng không thấy xuất hiện đỉnh hấp thụ [kết quả không đưa ra]. Tuy
nhiên, ở các mức điện áp lớn hơn, dung dịch có hiện tượng đổi màu theo thời
gian. Do vậy, sự hình thành hạt nano vàng được khảo sát khi thay đổi điện áp
dòng một chiều trên hai điện cực trong khoảng 6V- 15V, với bước thay đổi 3V.
Hình 3.1. Sự thay đổi màu sắc trong dung dịch nano vàng chế tạo ở các điện áp
khác nhau.
27

Kết quả quan sát cho thấy, sau 30 phút đến 2 giờ, màu sắc của dung dịch
trong bình điện hóa đã thay đổi từ trắng trong lần lượt sang hồng nhạt và hồng
đậm, trong đó chế tạo ở điện áp 15V cho dung dịch mầu đậm nhất, màu sắc của
dung dịch chế tạo ở 9V và 12V không có sự khác biệt đáng kể, trong khi mẫu chế
tạo ở điện áp 6V có màu nhạt hơn (Hình 3.1).
Sự thay đổi màu sắc dung dịch bằng mắt thường trước và sau khi chế tạo
có thể xác nhận sơ bộ sự hình thành hạt nano trong dung dịch. Điều này có thể
giải thích bằng hiện tượng plasmon bề mặt của hạt nano vàng sau khi hình thành
[27], [39], [40]. Tuy nhiên, để có được những bằng chứng khoa học thuyết phục
hơn về khả năng tạo hạt nano vàng, các dung dịch này cần được phân tích sâu
hơn bằng các kỹ thuật hiện đại.
Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ natri citrate đối với sự hình thành hạt
nano vàng. Giữ nguyên mức điện áp 9V và thay đổi nồng độ natri citrate trong
dải 0,08% - 0,12%, với thay đổi nhỏ 0,02%. Sau 2 giờ chế tạo, màu trong bình
chế tạo với nồng độ natri citrate ở 0,12% là đậm nhất, nhưng không khác biệt
nhiều so với hai mẫu còn lại khi chế tạo với natri citrate ở nồng độ thấp hơn
tương ứng 0,1% và 0,08% (Hình 3.2).
Hình 3.2. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch nano vàng chế tạo tại các nồng độ
natri citrate khác nhau.
28

Để khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian chế tạo, lựa chọn và giữ ổn định
điện áp ở 9V, nồng độ natri citrate 0,1%. Sau đó, quan sát sự thay đổi màu sắc
theo thời gian chế tạo, kết quả cho thấy thời gian chế tạo càng lâu thì màu sắc
dung dịch càng đậm (Hình 3.3).
Hình 3.3.Thay đổi màu sắc trong dung dịch nano vàng theo thời gian chế tạo
Như vậy, quan sát bằng mắt thường quá trình chế tạo nano vàng từ vàng
khối cho thấy rằng màu sắc dung dịch thay đổi từ trắng trong sang hồng đậm tùy
thuộc vào điện áp, nồng độ natri citrate và thời gian chế tạo. Điều này có thể giải
thích rằng đã có sự hình thành các hạt nano vàng trong dung dịch, và màu của
dung dịch là do sự cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano vàng tạo thành
[40], [41]. Tuy nhiên, để có những bằng chứng khoa học chính xác để khẳng định
chính xác sự hình thành hạt nano vàng chế tạo bằng phương pháp này cần sử
dụng những phép phân tích hiện đại hơn như UV-vis hay TEM.
3.1.2. Sự hình thành nano vàng khảo sát bằng UV-vis.
Tương ứng với kết quả quan sát bằng mắt thường, các mẫu được khảo sát
bằng UV-vis để khẳng định sự hình thành hạt nano. Phân tích phổ hấp thụ đối với
mẫu chế tạo được bằng cách thay đổi điện áp và giữ nguyên nồng độ natri citrate
29

0,1% và thời gian chế tạo 2 giờ. Kết quả cho thấy tất cả các mẫu khảo sát đều có
đỉnh hấp thụ ở bước sóng trong dải 528 nm – 538 nm, điều này đã khẳng định sự
hình thành hạt nano vàng trong dung dịch (Hình 3.4). Hay có kết luận rằng phổ UV-
vis đã xác nhận rằng nano vàng hoàn toàn có thể được chế tạo trong nước cất từ
vàng khối [42], [43], [44]. Cụ thể, mẫu chế tạo với điện áp 6V cho đỉnh hấp thụ tại
bước sóng 528 nm; 9V tại bước sóng 529 nm; 12V tại bước sóng 531 nm và 15V tại
bước sóng 532 nm. Trong cùng một điều kiện thí nghiệm và đo đạc, các đỉnh phổ
hấp thụ có cường độ thay đổi phụ thuộc vào giá trị điện áp sử dụng, điện áp càng cao
thì cường độ đỉnh càng cao, đỉnh có xu hướng lệch về phía bước sóng dài. Tuy
nhiên, sự dịch chuyển này không đáng kể, điều này đồng nghĩa với việc kích thước
của các hạt nano vàng có sự khác biệt, nhưng không đáng kể khi chế tạo tại các điện
áp khác nhau đã khảo sát. Hơn nữa, đỉnh phổ nhọn và không xuất hiện đỉnh phụ,
điều này chứng tỏ hạt rất tập trung ở một dải kích thước hẹp xác định nào đó [42],
[44]. Ảnh hưởng của điện thế tới sự hình thành hạt có thể giải thích rằng khi cấp một
dòng điện một chiều vào điện cặp điện cực, các ion vàng bị bứt phát ra khỏi anot để
tiến về catot nhận 3 điện tử tạo thành nguyên tử vàng. Do có động năng quay trong
dung dịch, các nguyên tử bám dính không chắc chắn trên điện catot dễ dàng bị bứt
ra và đi vào dung dịch. Các nguyên tử sẽ tập hợp lại trong dung dịch tạo thành hạt
nano để đạt trạng thái năng lượng bền vững hơn.
Hình 3.4. Phổ hấp thụ UV-vis của nano vàng chế tạo ở các điện áp khác nhau.
30

Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ natri citrate tới sự hình thành của hạt
nano vàng, mức điện áp trung gian 9V được lựa chọn và natri citrate được thay đổi
nồng độ ở 3 mức khác nhau 0,02% (từ 0,08% - 0,12%). Kết quả phân tích UV-vis
đối với mẫu sau khi chế tạo 2 giờ cho thấy, cả 3 mẫu đều cho đỉnh hấp thụ ở bước
sóng lần lượt là 528 nm (0,08%); 529 nm (0,1%) và 533 nm (0,12%). Mặc dù, đỉnh
hấp thụ có xu hướng dịch chuyển về phía bước sóng dài khi tăng nồng độ natri
citrate, tuy nhiên, sự dịch chuyển này không đáng kể. Như vậy, với nồng độ natri
citrate nhỏ dao động xung quanh 0,1% không ảnh hưởng nhiều đến sự hình thành
hạt nano vàng khi chế tạo bằng phương pháp điện hóa. Ngoài ra, cường độ đỉnh hấp
thụ của cả 3 mẫu cũng không có nhiều khác biệt. Điều này cũng phù hợp với kết quả
khi quan sát bằng mắt thường sự thay đổi màu sắc của dung dịch nano vàng sau 2
giờ chế tạo. Ngoài ra, bên cạnh các nguyên tử vàng bị bứt ra khỏi catot do động
năng quay trong dung dịch, các ion vàng trong quá trình dịch chuyển cũng tương tác
với natri citrate và nhận 3 electron của muối này, hình thành ra nguyên tử vàng ngay
trong dung dịch. Các nguyên tử này có bản chất cũng giống như nguyên tử bứt ra từ
catot, chúng tập hợp lại để hình thành hạt nano
Hình 3.5. Phổ hấp thụ UV-vis của nano vàng chế tạo ở các nồng độ natri citrate
khác nhau.
31

Phân tích phổ hấp thụ UV-vis theo thời gian của các mẫu trong quá trình
chế tạo với điện áp 9V và nồng độ natri citrate 0,1% cho thấy, mẫu chế tạo 1 giờ
1-3 giờ đều xuất hiện 1 đỉnh hấp thụ duy nhất, cường độ đỉnh hấp thụ tăng heo
thời gian chế tạo. Điều đáng chú ý là mẫu chế tạo trong thời gian 1-2 giờ không
có sự khác biệt nhiều về bước sóng tại đỉnh hấp thụ. Tuy nhiên, sau 3 giờ chế tạo,
vị trí đỉnh hấp thụ có sự thay đổi rõ rệt khi dịch chuyển về phía bước sóng dài
khoảng 9 nm (Hình 3.6). Như vậy, có thể dự đoán rằng mẫu chế tạo trong thời
gian 1-2 giờ có kích thước tương đối ổn định. Tuy nhiên, sau 3 giờ chế tạo, kích
thước hạt có thể tăng lên hoặc thay đổi hình dạng. Các phép phân tích hình thái
học sẽ xác nhận rõ hơn về các đặc tính này.
Hình 3.6.Phổ hấp thụ UV-vis của nano vàng theo thời gian chế tạo.
Dung dịch nano vàng sau khi chế tạo được bọc giấy nhôm để tránh ánh sáng
và lưu giữ ở 40
C. Hình 3.7 cho thấy phổ hấp thụ UV-vis của mẫu dung dịch nano
vàng ngay sau khi chế tạo 2 giờ ở điện áp 9V và nồng độ natri citrate 0,1% và sau
32

khi lưu giữ 6 tháng. Kết quả cho thấy sau 6 tháng đỉnh hấp thụ có sự dịch chuyển
nhẹ về phía bước sóng dài, tương ứng cũng có thể quan sát thấy màu sắc của
dung dịch quan sát bằng mắt thường cũng hơi đậm hơn so với mẫu ngay sau khi
chế tạo (ảnh chèn trong Hình 3.6). Điều này có thể giải thích rằng, kích thước
nhiều hạt nano vàng sau chế tạo chưa ổn định nên vẫn có thể lớn lên hoặc tiến tới
trạng thái ổn định theo thời gian. Tuy nhiên, các đỉnh phổ hấp thụ hẹp đã cho
thấy rằng kích thước của nano vàng tập trung ở một dải nào đó. Những hạt/tinh
thể nano vàng sau chế tạo tiếp tục nhận thêm các nguyên tử vàng tồn tại trong
dung dịch để đạt tới giá trị liên kết bền vững. Trong điều kiện bảo quản ở 40
C và
tình trạng che kín để tránh ánh sáng, kích thước của các hạt này lớn lên đến một
trạng thái tương đổi ổn định dù kích thước này gia tăng không đáng kể.
Hình 3.7. Phổ hấp thụ UV-vis của nano vàng theo thời gian lưu giữ.
Kết quả phân tích phổ hấp thụ UV-vis đã xác nhận sự hình thành hạt nano
vàng chế tạo bằng phương pháp điện hóa. Sự hình thành hạt chủ yếu phụ thuộc vào
33

điện áp một chiều đưa vào và thời gian chế tạo. Với nồng độ natri citrate thay đổi
xung quanh giá trị xác định 0,1% không cho thấy nhiều sự khác biệt về kích
thước. Mặc dù có thể tính toán tương đối kích thước tương đối thông qua phổ
UV-vis [44], tuy nhiên với các phương pháp phân tích hiển vi điện tử sẽ cho biết
được chính xác kích thước của nano vàng tạo thành.
3.1.3. Kích thước hạt nano vàng quan sát bằng TEM.
Hình 3.8 cho thấy các ảnh TEM của các hạt nano vàng đã được tạo thành khi
chế tạo bằng phương pháp điện hóa với điện áp khác nhau (6V-15V, bước thay đổi
3V). Với góc nhìn tổng thể, tất cả các mẫu phân tích đều cho thấy các hạt nano vàng
tạo được có hình cầu, phân bố tương đối rời rạc trên vi trường quan sát, kích thước
trung bình dưới 20 nm. Phân tích chi tiết hơn khi quan sát dưới TEM, mẫu chế tạo
tại 6V cho kích thước nằm trong dải 10-13 nm, trong khi mẫu chế tạo tại 9-12V cho
kích thước hạt nằm trong dải 12 – 15 nm. Mẫu chế tạo tại 15V cho hạt nằm trong dải
kích thước 12-18 nm. Trên thực tế, khi phân tích với mẫu chế tạo ở điện áp càng cao
thì trên vi trường quan sát xuất hiện càng nhiều các đám hạt có xu hướng co cụm, và
kích thước hạt phân bố rộng hơn, nhưng dải kích thước vẫn dưới 20 nm. Các đám
hạt này có sự liên kết không chặt chẽ, các biên hạt vẫn được quan sát rõ ràng, do vậy
có thể dễ dàng phân tách hoặc sử dụng các chất bao bọc thích hợp để ngăn cản sự
kết dính theo thời gian. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp đã được công bố để chế
tạo nano vàng có khả năng điều khiển được kích thước hạt [9], [10], [11], [13]. Tuy
nhiên, hầu hết các phương pháp này đều sử dụng công nghệ hóa học với chất ban
đầu là muối vàng HAuCl4. Trên thực tế hóa chất này có giá thành cao và khó chủ
động được nguồn nguyên liệu. Do vậy, với kết quả quan sát bằng mắt thường, đo
phổ hấp thụ UV-vis và phân tích bằng TEM đã khẳng định rằng nano vàng hoàn
toàn có thể chế tạo đơn giản từ vàng khối thông qua phương pháp điện hóa. Nano
vàng tạo được không những có thể dễ dàng kiểm soát được nguồn nguyên liệu đầu
vào mà còn có khả năng kiểm soát được độ sạch
ở sản phẩm đầu ra. Theo tìm hiểu của nhóm nghiên cứu, chỉ có rất ít các công trình
34

công bố sự thành công của việc chế tạo hạt nano từ vàng khối. Phương pháp điện
hóa cho phép chế tạo hạt nano vàng sạch từ nguyên liệu dễ tìm kiếm ở xung
quanh cũng chính là điểm độc đáo của nghiên cứu này [6], [20], [21], [45], [46].
Hình ảnh TEM quan sát mẫu hạt nano vàng chỉ đánh giá được về hình dạng và
mật độ phân bố kích thước hạt, không đánh giá được nồng độ hạt khi quan sát
được trên vi trường.
Hình 3.8. Hình ảnh TEM của các hạt nano vàng chế tạo sau 2 giờ
tại ở các mức điện áp khác nhau, nồng độ natri citrate 0,1% không
đổi.
Từ kết quả trên, điện áp 9V đã được lựa chọn để chế tạo nano vàng và khảo
sát sự ảnh hưởng của các thông số khác tới sự hình thành kích thước hạt. Hình 3.9
cho thấy hình ảnh và kích thước các hạt nano vàng tạo thành với sự thay đổi nồng
độ natri citrate (Hình 3.9, trái) và thời gian chế tạo (Hình 3.9, phải). Có thể dễ dàng
nhận thấy rằng, việc thêm vào bình điện hóa một lượng natri citrate rất thấp với
nồng độ cỡ 0,08% đã có thể hỗ trợ sự hình thành hạt nano vàng. Natri citrate là

35

một chất phụ gia sử dụng phổ biến trong thực phẩm và đồ uống, hóa chất này
được chứng minh an toàn với sức khỏe con người và động vật [47]. Do vậy, với
công nghệ điện hóa có sự hỗ trợ của natri citrate có thể coi là một phương pháp
thân thiện với môi trường để tạo ra sản phẩm nano vàng sạch và an toàn. Đặc biệt
là sản phẩm có thể sử dụng trong các sản phẩm khác nhau trong y sinh học như
chẩn đoán hoặc điều trị. Với sự thay đổi nhỏ về nồng độ nhỏ natri citrate (0,08%;
0,1% và 0,12%), thì sự thay đổi về kích thước hoàn toàn không có nhiều khác
biệt (Hình 3.9; a, b, c).
Hình 3.9. Hình ảnh TEM hạt nano vàng chế tạo với điện áp 9V sau 2 giờ tương
ứng với nồng độ natri citrate thay đổi (cột trái), và sau các mức thời gian khác
nhau của mẫu 9V và nồng độ natri citrate 0,1% (cột phải).
36

Sử dụng độ phóng đại lớn hơn để quan sát sự hình thành hạt nano vàng sử
dụng điện áp 9V và nồng độ natri citrate 0,1% sau thời gian chế tạo khác nhau
như 1h; 2h và 3h cho thấy rằng kích thước hạt không có nhiều khác biệt đối với
mẫu chế tạo sau 1 giờ và 2 giờ, các hạt tương đối đồng đều và phân bố trong dải
kích thước hẹp cỡ 13-15 nm (Hình 3.9 d, e). Tuy nhiên, mẫu quan sát sau 3 giờ
chế tạo đã có sự khác biệt về cả kích thước đến hình dạng, trong mẫu xuất hiện
nhiều hạt to (~20 nm) và có các hình dạng khác nhau như hình cầu, hình ngũ giác
hay tam giác (Hình 3.9 f). Điều này có thể giải thích rằng, hạt nano vàng được
hình thành và ổn định về kích thước sau 1-2 giờ chế tạo. Tuy nhiên, nếu tiếp tục
chế tạo, các hạt nano tạo thành sẽ được cung cấp một năng lượng và có xu hướng
nhận thêm phần tử nano/nguyên tử nano nhỏ hơn trong dung dịch để hình thành
hạt lớn hơn. Kết quả này cũng hoàn toàn phù hợp với phổ hấp thụ UV-vis thu
được cũng như hình ảnh dung dịch nano vàng quan sát bằng mắt thường.
Với các mẫu chế tạo sau 2 giờ ở 9V; 0,1% natri citrate và được lưu giữ tại 40
C,
kết quả phân tích TEM ngay sau khi chế tạo và sau 6 tháng cho thấy không có sự
khác biệt lớn về kích thước, nghĩa là các hạt không có xu hướng lớn lên hay hay
kết tụ. Tuy nhiên, điều thú vị là các hạt nano vàng trở thành “hình cầu” hơn, hoàn
thành tách rời. Điều này hoàn toàn có thể khẳng định trạng thái tồn tại lâu dài
trong điều kiện lưu giữ 40
C.
37

Hình 3.10. Hạt nano vàng chế tạo tại 9V, nồng độ natri citrate 0,1%
sau 2 giờ tại thời điểm ngay sau khi điều (Hình a) chế và sau 6 tháng
lưu giữ ở 40
C (Hình b).
3.1.4. Hình thái hạt nano vàng quan sát bằng SEM.
Để phân tích rõ hơn hình thái nano vàng ở lượng mẫu lớn, mẫu dung dịch
nano vàng chế tạo sau 2 giờ ở 9V và nồng độ natri citrate 0,1% đã được ly tâm với

38

tốc độ 10.000 vòng/phút trong 5 phút. Mẫu cặn lắng được nhỏ lên đế, để khô
trong tự nhiên, sau đó hút chân không trước khi phân tích dưới SEM phân giải
cao. Hình 3.11 cho thấy hầu hết các hạt nano vàng chế tạo được có dạng hình cầu
với kích thước đồng nhất. Theo thanh chia độ trên hình ảnh SEM, có thể thấy
rằng phần lớn các hạt nano vàng đều có kích thước nằm trong dải 15 -20 nm, mặc
dù các hạt có sự chồng chất lên nhau khi quan sát, nhưng các biên hạt vẫn rõ
ràng, thể hiện sự phân tách nhau hoàn toàn hay ít có sự kết tụ trong dung dịch tạo
thành. Với phương pháp SEM, mẫu có thể được quan sát tổng thể và đánh giá
một cách khách quan hơn về hình thái cũng như sự sự đồng nhất của mẫu.
Phương pháp TEM có độ phân giải cao và có thể biết chính xác được kích thước
hạt nano, nhưng các hạt nano lắng đọng trên lưới đồng một cách ngẫu nhiên nên
khó đánh giá được tổng thể hình thái của mẫu. Ngược lại, với SEM độ phân giải
cao, có thể quan sát toàn bộ mẫu và có được một bức tranh tổng thể. Bởi quá
trình chuẩn bị mẫu, tất cả các hạt trong mẫu sẽ được ly tâm cũng như lắng đọng
tự nhiên xuống đế, trong khi đối với TEM, chỉ có các hạt tiếp xúc với màng
cacbon trên lưới đồng mới có cơ hội bám dính trên lưới. Tuy nhiên, SEM bị hạn
chế bởi độ phân giải và sự tích tụ điện tử trên bề mặt mẫu. Trên lý thuyết, kính
SEM có độ phân giải lớn nhất hiện nay khoảng 1 nm (trong khi độ phân giải của
TEM đạt tới 0,1 nm). Do vậy, hình ảnh SEM của những hạt nano dưới 20 nm sẽ
mờ và biên hạt kém rõ ràng hơn hình ảnh TEM [48], [49]. Chính vì lý do trên nên
có thể thấy rằng, kích thước của các hạt nano vàng quan sát bằng SEM dường
như lớn hơn so với kích thước hạt khi quan sát bằng TEM [24], [50].
39

Hình 3.11.Ảnh SEM cho thấy các hạt nano vàng chế tạo được hình cầu, kích
thước hạt nằm trong dải 15- 20 nm.
3.1.5. Thành phần hạt nano vàng phân tích bằng EDX
Phân tích thành phần EDX của mẫu nano vàng ở trên sau khi quan sát hình
thái học bằng SEM, kết quả cho thấy, thành phần chính của mẫu chế tạo được là
vàng, đỉnh phổ cao nhất ở mức năng lượng 2,2 keV lớp M, ngoài ra cũng có đỉnh
phổ của nguyên tử C và O từ thành phần citrate bao bọc bên ngoài hạt nano vàng
ở mức năng lượng lớp K, tương ứng ở 0,2 keV và 0,56 keV. Ngoài ra, trong mẫu
phân tích không có thành phần nào khác, kết quả này cho thấy nano vàng điều
được có độ sạch cao [35], [50], [51].
40

Hình 3.12.Phổ EDX xác nhận thành phần và độ sạch của nano vàng sau chế tạo.
3.1.6. Cấu trúc tinh thể nano vàng phân tích bằng nhiễu xạ tia X.
Trong nghiên cứu này, nhiễu xạ tia X đã được sử dụng để xác định cấu trúc
tinh thể của nano vàng hình thành sau khi chế tạo bằng phương pháp điện hóa.
Tương tự như quá trình chuẩn bị mẫu cho SEM hay EDX, mẫu được ly tâm để cô
đặc, sau đó nhỏ lên trên lam kính, để khô trong không khí và phân tích nhiễu xạ tia
X. Hình 3.13 cho thấy rõ 3 đỉnh nhiễu xạ góc 2θ của nano vàng hình thành tại các
giá trị 38,1; 44,2 và 64,6 tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (111); (200) và
(220) của tinh thể nano vàng cấu trúc tinh thể lập phương mặt. Giản đồ nhiễu xạ
tia X đã xác nhận nano vàng chế tạo bằng phương pháp điện hóa có bản chất tinh
thể [52], [53], hơn nữa trong giản đồ này không thấy xuất hiện đỉnh nhiễu xạ đặc
trưng của tạp chất hoặc cấu trúc tinh thể khác. Do vậy, một lần nữa giản đồ nhiễu
xạ tia X đã chứng minh trong dung dịch điện hóa sau chế tạo chỉ chứa nano vàng.
41

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Keo Au 2h
4 0 0
d=2.3527
3 0 0
2 0 0
1 0 0
0
26 30
d=2
.03
84
d=1.4369
4 0 5 0 6 0 7 0
2-Theta - Scale
Fi l e : L o n g -Hu y -Vi e n VSDTTW -Ke o Au -2 h .ra w - Ty p e : 2 Th a l o n e - Sta rt: 1 0 .0 0 0 ° - En d : 7 0 .0 0 0 ° - Ste p : 0 .0 3 0 ° - Ste p ti m e : 1 .0 s - T e m p .: 2 5 .0 °C (Ro o m ) - An o d e : Cu - Cre a
0 4 -0 7 8 4 (*) - Go l d , s y n - Au - Y: 2 6 .6 6 % - d x b y : 1 . 0 0 0 - W L : 1 .5 4 0 5 6
Hình 3.13.Giản đồ nhiễu xạ tia X của nano vàng sau khi chế tạo bằng phương
pháp điện hóa.
3.1.7. Thế Zeta của dung dịch nano vàng.
Để kiểm tra tính ổn định của dung dịch nano vàng sau khi chế tạo, tất cả
các mẫu được lưu giữ tại 40
C sau 6 tháng được kiểm tra thế Zeta bề mặt. Kết quả
phân tích cho thấy các mẫu đều cho phổ có 1 đỉnh. Hình 3.14 cho thấy dung dịch
nano vàng chế tạo tại 9V cho thế Zeta có giá trị tuyệt đối tại 45,0 mV. Các nghiên
cứu đã chỉ ra rằng, với giá trị tuyệt đối của thế Zeta 40-50 mV thể hiện dung dịch
nano rất ổn định [54], [55].
42

Hình 3.14. Thế zeta của dung dịch nano vàng được lưu giữ sau 6 tháng của mẫu
chế tạo 2 giờ ở điện áp 9V và nồng độ natri citrate 0,1%.
Bảng 3.1 cũng đã cho thấy chi tiết hơn một số thông số khi đo mẫu dung
dịch nano để xác định thế Zeta và phân bố kích thước hạt dựa trên nguyên lý tán
xạ ánh sáng động học (DLS) tương ứng với Hình 3.14
Bảng 3. 1 Thế Zeta và phân bố kích thước hạt nano vàng trong dung dịch.
Thế
Diện Độ rộng
Phân bố
Số hạt Độ rộng
Đỉnh Zeta kích thước
tích (%) (mV) (%) (d.nm)
(mV) (d.nm)
Đỉnh 1 -45 100 11,5 4,368 100 0,843
Đỉnh 2 0,000 0,000 0,0 0,000 0,0 0,000
Đỉnh 3 0,000 0,000 0,0 0,000 0,0 0,000
3.2. Khả năng đánh dấu và phát hiện E.coli O157.
Sau khi kiểm tra độ tinh khiết, dung dịch nano vàng được ủ và chức năng
hóa với kháng thể đa dòng kháng E.coli O157 theo thường quy mô tả ở phần
phương pháp 2.4. Mục đích của quá trình này nhằm kiểm tra khả năng gắn kết và
tính tương thích sinh học của sản phẩm nano vàng. Hình 3.15 là sản phẩm cộng
43

hợp cuối cùng của nano vàng –kháng thể, sản phẩm này được lưu giữ ở 40
C để
sẵn sàng cho quá trình thử nghiệm.
Hình 3.15. Cộng hợp nano vàng sau khi chức năng hóa với kháng
thể đa dòng kháng vi khuẩn E.coli O157.
Hoạt tính của cộng hợp nano vàng-kháng thể được đánh giá bằng cách ủ với
dung dịch chứa vi khuẩn E.coli O157 ở nồng độ 106
cfu/mL, sau đó xác nhận sự gắn
đặc hiệu của phức hợp chủng vi khuẩn này thông qua kính hiển vi điện tử truyền
qua. Hình 3.16 cho thấy hình ảnh TEM của vi khuẩn E.coli khi chưa gắn kết với hạt
nano vàng (Hình 3.16; ảnh trái), sau khi ủ 20 phút với cộng hợp nano vàng-kháng
thể, các hạt vàng đã gắn kết đặc hiệu xung quanh vi khuẩn E.coli (Hình 3.16; ảnh
phải). Kỹ thuật miễn dịch hiển vi điện tử là một trong những kỹ thuật kinh điển được
sử dụng để đánh dấu vị trí kháng nguyên của các mầm bệnh [54],
[55]. Kỹ thuật này sử dụng các hạt nano vàng có kích thước xác định như 5 nm, 10
nm hoặc 15 nm gắn với protein A hoặc kháng thể kháng tác nhân gây bệnh, trong đó
hạt nano vàng đóng vai trò là chất chỉ thị. Ngoài ra, với việc chủ động được nguồn
hạt nano vàng sạch và độ ổn định chính là chìa khóa để tạo ra cộng hợp ứng dụng
trong các kỹ thuật sắc ký miễn dịch để phát hiện nhanh tác nhân gây bệnh [56], [57].
Theo tra cứu trên nguồn Scopus [https://www.scopus. com], mặc dù kỹ thuật sắc ký
miễn dịch đã được giới thiệu vào những năm đầu thập niên 60, nhưng sau đó 30
năm, cùng với sự phát triển của công nghệ nano, kỹ thuật này mới được quan tâm và
phát triển mạnh mẽ cho tới ngày nay. Đến nay, đã có hơn 1.800 công
44

trình công bố liên quan, trong đó gần 88% công trình sử dụng nano vàng làm chất
chỉ thị [58]. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hạt vàng chế tạo bằng phương pháp
điện hóa đã được chức năng tốt với kháng thể. Đây chính là cơ sở để mở rộng
khả năng sử dụng hạt nano vàng khi chức năng hóa với các loại kháng thể kháng
mầm bệnh khác nhau, phục vụ mục đích chẩn đoán cũng như điều trị hướng đích
[59], [60], [61].
Vi khuẩn E.coli không gắn với hạt Các hạt nano vàng gắn xung quanh vi
nano vàng khuẩn E.coli
Hình 3.16.Vi khuẩn E.coli O157 trước (ảnh trái) và sau khi gắn kết với cộng hợp
nano vàng gắn kháng thể (ảnh phải).
3.3. Kết luận
Chương này đã trình bày các kết quả để chứng minh nano vàng có thể chế
tạo thành công bằng phương pháp điện hóa từ vàng khối. Đây là phương pháp
hiệu quả, đơn giản và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này cũng đã khảo
sát các đặc trưng quang học, kích thước của nano vàng chế tạo theo yếu tố ảnh
hưởng như điện áp, nồng độ natri citrate và thời gian chế tạo. Những kết quả thử
nghiệm ban đầu đã chứng minh khả năng chức năng hóa hạt nano vàng chế tạo
được với kháng thể để đánh dấu kháng nguyên vi khuẩn E.coli O157.
45

KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn đã đạt được những mục tiêu đề ra với những kết quả chính sau:
1.Đã chế tạo thành công nano vàng từ lá vàng khối khối trong nước cất, chỉ
thông qua 1 bước sử dụng nguồn điện áp một chiều. Nano vàng chế tạo được có
độ sạch cao, hạt nano vàng có hình cầu, đồng nhất và dải phân bố kích thước hẹp
dưới 20 nm, ổn định trong thời gian ít nhất 6 tháng lưu giữ ở 40
C.
2. Nano vàng được chế tạo bằng phương pháp điện hóa với mức điện áp: 6V
– 15 V, nồng độ natri citrate: 0,08% - 0,12% và thời gian chế tạo: 1-3 giờ. Các đặc
trưng quang học và kích thước đã được khảo sát theo các điều kiện chế tạo khác
nhau, dung dịch nano vàng chế tạo được chỉ có 1 đỉnh hấp thụ tại bước sóng nằm
trong dải: 528 nm - 538 nm.
3.Đã thử nghiệm và chức năng hóa thành công hạt nano vàng chế tạo được
với kháng thể kháng E.coli O157 và chứng minh được khả năng đánh dấu kháng
nguyên vi khuẩn E.coli O157 bằng kỹ thuật miễn dịch hiển vi điện tử.
46

KIẾN NGHỊ
- Khảo sát sự ảnh hưởng của điện thế và nồng độ natri citrate ở dải rộng đến
các đặc tính quang, kích thước của nano vàng bằng phương pháp điện hóa từ
vàng khối.
- Nghiên cứu các đặc tính quang của hạt nano vàng được chức năng hóa để
ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị bệnh hướng đích.
47

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Gold crystalline. <https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=5147>.
2. Ogarev V.A., Rudoi V.M., and Dement’eva O. V. (2018). Gold
Nanoparticles: Synthesis, Optical Properties, and Application. Inorganic
Materials: Applied Research, 9(1), 134–140.
3. Tiwari P., Vig K., Dennis V., et al. (2011). Functionalized Gold
Nanoparticles and Their Biomedical Applications. Nanomaterials, 1(1),
31–63.
4. Yeh Y.-C., Creran B., and Rotello V.M. (2012). Gold nanoparticles:
preparation, properties, and applications in bionanotechnology. Nanoscale,
4(6), 1871–1880.
5. Nguyễn Q.Đ., Nguyễn B.T., and Trần M.H. (2012). Nghiên cứu chế tạo hạt
Nano vàng bằng phương pháp ăn mòn Laser và triển vọng ứng dụng trong
y sinh. Tạp chí khoa học và công nghệ, 89, 331–335.
6. Huang C.-J., Chiu P.-H., Wang Y.-H., et al. (2006). Electrochemically
Controlling the Size of Gold Nanoparticles. Journal of The
Electrochemical Society, 153(12), D193.
7. Jha R.K., Jha P.K., Chaudhury K., et al. (2014). An emerging interface
between life science and nanotechnology: present status and prospects of
reproductive healthcare aided by nano-biotechnology. Nano Reviews,
5(1), 22762.
8. An L., Wang Y., Tian Q., et al. (2017). Small gold nanorods: Recent
advances in synthesis, biological imaging, and cancer therapy. Materials,
10(12), pii: E1372.
9. Sengani M., Grumezescu A.M., and Rajeswari V.D. (2017). Recent
trends and methodologies in gold nanoparticle synthesis – A prospective
review on drug delivery aspect. OpenNano, 2, 37–46.
10. Mafune F., Kohno J.Y., Takeda Y., et al. (2002). Full physical preparation
of size-selected gold nanoparticles in solution: Laser ablation and laser-
induced size control. Journal of Physical Chemistry B, 106(31), 7575–
7577.
11. Song J.Y., Jang H.K., and Kim B.S. (2009). Biological synthesis of gold
nanoparticles using Magnolia kobus and Diopyros kaki leaf extracts.
Process Biochemistry, 44(10), 1133–1138.
12. Molnár Z., Bódai V., Szakacs G., et al. (2018). Green synthesis of gold
nanoparticles by thermophilic filamentous fungi. Scientific Reports, 8(1),
1–12.
48

13. Dong S.A. and Zhou S.P. (2007). Photochemical synthesis of colloidal
gold nanoparticles. Materials Science and Engineering B: Solid-State
Materials for Advanced Technology, 140(3), 153–159.
14. Wang L., Wei G., Guo C., et al. (2008). Photochemical synthesis and self-
assembly of gold nanoparticles. Colloids and Surfaces A:
Physicochemical and Engineering Aspects, 312(2–3), 148–153.
15. Huang S., Ma H., Zhang X., et al. (2005). Electrochemical Synthesis
of Gold Nanocrystals and Their 1D and 2D Organization. The Journal
of Physical Chemistry B, 109(42), 19823–19830.
16. Zou C., Yang B., Bin D., et al. (2017). Electrochemical synthesis of gold
nanoparticles decorated flower-like graphene for high sensitivity detection of
nitrite. Journal of Colloid and Interface Science, 488, 135–141.
17. Singh S., Jain D.V.S., and Singla M.L. (2013). One step electrochemical
synthesis of gold-nanoparticles-polypyrrole composite for application in
catechin electrochemical biosensor. Analytical Methods, 5(4), 1024–1032.
18. Cojocaru P., Vicenzo A., and Cavallotti P.L. (2007). Electrochemical
Synthesis of Silver and Gold Nanoparticles. ECS Transactions, 67–77, 67–
77.
19. Gold properties. <https://www.sigmaaldrich.com/technical-
documents/articles/materials-science/nanomaterials/gold-
nanoparticles.html>.
20. Thuc D.T., Huy T.Q., Hoang L.H., et al. (2016). Green synthesis of
colloidal silver nanoparticles through electrochemical method and
their antibacterial activity. Materials Letters, 181, 173–177.
21. Thuc D.T., Huy T.Q., Hoang L.H., et al. (2017). Antibacterial Activity
of Electrochemically Synthesized Colloidal Silver Nanoparticles Against
Hospital-Acquired Infections. Journal of Electronic Materials, 46(6),
3433–3439.
22. Roco M.C. (2011). The long view of nanotechnology development: The
National Nanotechnology Initiative at 10 years. Journal of Nanoparticle
Research, 13(2), 427–445.
23. Wichlab. <http://www.wichlab.com/research>.
24. Park J., Joo J., Soon G.K., et al. (2007). Synthesis of monodisperse
spherical nanocrystals. Angewandte Chemie - International Edition, 46(25),
4630–4660.
25. Nanotechnology.
<http://www.strategyr.com/Nanotechnology_Industry_Market_Report.asp>
.
49

26. Gold. <http://www.rsc.org/periodic-table/element/79/gold>.
27. Gold colloids. <http://www.tedpella.com/gold_html/gold-colloids-
wcopy.jpg>.
28. Kane J., Ong J., and Saraf R.F. (2011). Chemistry, physics, and
engineering of electrically percolating arrays of nanoparticles: A mini
review. Journal of Materials Chemistry, 21(42), 16846–16858.
29. Hvolbæk B.., Janssens T.V.W.., Clausen B.S.., et al. (2007).
Catalytic activity of Au nanoparticles. Nano Today, 2(4), 14–18.
30. Dykman L.A. and Khlebtsov N.G. (2011). Gold nanoparticles in biology
and medicine: recent advances and prospects. Acta naturae, 3(2), 34–55.
31. Cordeiro M., Carlos F.F., Pedrosa P., et al. (2016). Gold nanoparticles for
diagnostics: Advances towards points of care. Diagnostics, 6(4).
32. Verma M.S., Rogowski J.L., Jones L., et al. (2015). Colorimetric
biosensing of pathogens using gold nanoparticles. Biotechnology
Advances, 33(6), 666–680.
33. Kimling J., Maier M., Okenve B., et al. (2006). Turkevich Method for Gold
Nanoparticle Synthesis Revisited.pdf. Journal of Physical Chemistry B,
110(95 mL), 15700–15707.
34. Ahmed S., Annu, Ikram S., et al. (2016). Biosynthesis of gold
nanoparticles: A green approach. Journal of Photochemistry
and Photobiology B: Biology, 161, 141–153.
35. Compostella F., Pitirollo O., Silvestri A., et al. (2017). Glyco-gold
nanoparticles: Synthesis and applications. Beilstein Journal of
Organic Chemistry, 13, 1008–1021.
36. Zhou J., Ralston J., Sedev R., et al. (2009). Functionalized gold
nanoparticles: Synthesis, structure and colloid stability. Journal of Colloid
and Interface Science, 331(2), 251–262.
37. Thuy N.T., Huy T.Q., Nga P.T., et al. (2013). A new nidovirus (NamDinh
virus NDiV): Its ultrastructural characterization in the C6/36 mosquito
cell line. Virology, 444(1–2), 337–342.
38. Van Man N., Nguyen H.T., Lien H.T.P., et al. (2001).
Immunocytochemical characterization of viruses and antigenic
macromolecules in viral vaccines. Comptes Rendus de l’Academie des
Sciences - Serie III, 324(9), 815–827.
39. Nehl C.L. and Hafner J.H. (2008). Shape-dependent plasmon resonances of
gold nanoparticles. Journal of Materials Chemistry, 18(21), 2415–2419.
40. Eustis S. and El-Sayed M.A. (2006). Why gold nanoparticles are more
50

precious than pretty gold: Noble metal surface plasmon resonance and its
enhancement of the radiative and nonradiative properties of nanocrystals
of different shapes. Chemical Society Reviews, 35(3), 209–217.
41. Hu M., Chen J., Li Z.Y., et al. (2006). Gold nanostructures: Engineering
their plasmonic properties for biomedical applications. Chemical
Society Reviews, 35(11), 1084–1094.
42. Haiss W., Thanh N.T.K., Aveyard J., et al. (2007). Determination of size
and concentration of gold nanoparticles from UV-Vis spectra. Analytical
Chemistry, 79(11), 4215–4221.
43. Martínez J., A. Chequer N., L. González J., et al. (2013). Alternative
metodology for gold nanoparticles diameter characterization using
PCA technique and UV-VIS spectrophotometry. Nanoscience and
Nanotechnology, 2(6), 184–189.
44. Amendola V. and Meneghetti M. (2009). Size evaluation of gold
nanoparticles by UV-vis spectroscopy. Journal of Physical Chemistry C,
113(11), 4277–4285.
45. Suchomel P., Kvitek L., Prucek R., et al. (2018). Simple size-controlled
synthesis of Au nanoparticles and their size-dependent catalytic
activity. Scientific Reports, 8(1), 1–11.
46. Liu Y.C., Lin L.H., and Chiu W.H. (2004). Size-controlled synthesis of
gold nanoparticles from bulk gold substrates by sonoelectrochemical
methods. Journal of Physical Chemistry B, 108(50), 19237–19240.
47. Fiume M.M., Heldreth B.A., Bergfeld W.F., et al. (2014). Safety Assessment
of Citric Acid, Inorganic Citrate Salts, and Alkyl Citrate Esters as Used in
Cosmetics. International Journal of Toxicology, 33, 16S–46S.
48. Yao H. and Kimura K. (2007). Field Emission Scanning Electron
Microscopy for Structural Characterization of 3D Gold Nanoparticle
Superlattices. Modern Research and Educational Topics in Microscopy,
568–575.
49. Lin P.C., Lin S., Wang P.C., et al. (2014). Techniques for
physicochemical characterization of nanomaterials. Biotechnology
Advances, 32(4), 711– 726.
50. Murawska M., Wiatr M., Nowakowski P., et al. (2013). The structure
and morphology of gold nanoparticles produced in cationic gemini
surfactant systems. Radiation Physics and Chemistry, 93, 160–167.
51. Kumar A., De A., Saxena A., et al. (2014). Environmentally benign
synthesis of positively charged, ultra-low sized colloidal gold in universal
solvent. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and
Nanotechnology, 5(2).
51

52. Krishnamurthy S., Esterle A., Sharma N.C., et al. (2014). Yucca-derived
synthesis of gold nanomaterial and their catalytic potential. Nanoscale
Research Letters, 9(1), 1–9.
53. Soltani Nejad M., Hosein G., Bonjar S., et al. (2015). Biosynthesis of gold
nanoparticles using streptomyces fulvissimus isolate Biosynthesis of gold
nanoparticles by Streptomyces fulvissimus. Nanomed J, 2(2), 153–159.
54. Delgado A. V., González-Caballero F., Hunter R.J., et al. (2005).
Measurement and Interpretation of Electrokinetic Phenomena (IUPAC
Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 77(10), 1753–1805.
55. Clogston J. and Patri A. (2011). Zeta potential measurement. Methods Mol
Biol. 63–70.
56. El-Moamly A.A. (2014). Immunochromatographic Techniques : Benefits
for the Diagnosis of Parasitic Infections. Austin Chromatography, 1(4), 1–
8.
57. Rusmini F., Zhong Z., and Feijen J. (2007). Protein Immobilization
Strategies for Protein Biochips. Biomacromolecules, 8(6), 1775–1789.
58. Huy T.Q., Huyền hạm T.M., Thủy N.T., et al. (2016). Sự phát triển của kỹ
thuật sắc ký miễn dịch trong phát hiện vi khuẩn gây bệnh. Tạp chí Y học
dự phòng, 26(15), 9–20.
59. Lu F., Doane T.L., Zhu J.J., et al. (2012). Gold nanoparticles for
diagnostic sensing and therapy. Inorganica Chimica Acta, 393, 142–153.
60. Bagheri S., Yasemi M., Safaie-Qamsari E., et al. (2018). Using gold
nanoparticles in diagnosis and treatment of melanoma cancer.
Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology, 0(0), 1–10.
61. Mieszawska A.J., Mulder W.J.M., Fayad Z.A., et al. (2013).
Multifunctional Gold Nanoparticles for Diagnosis and Therapy of
Disease.pdf. Molecular pharmaceutics, 10, 831–847.
52

Chế tạo và nghiên cứu tính quang của nano vàng định hướng ứng dụng.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Chế tạo và nghiên cứu tính quang của nano vàng định hướng ứng dụng.doc

Similar to Chế tạo và nghiên cứu tính quang của nano vàng định hướng ứng dụng.doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Chế tạo và nghiên cứu tính quang của nano vàng định hướng ứng dụng.doc