Tiến Sĩ Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu nano YVO4:Eu3+ và EuPO4.H2O thử nghiệm ứng dụng đánh dấu

ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Lê
Quốc Minh và TS. Trần Thu Hương những người Thầy đã dành cho tôi sự động viên
giúp đỡ tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực
hiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quang Hóa Điện tử, Viện Khoa học vật liệu,
Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để tôi được tập
trung nghiên cứu trong suốt thời gian làm luận án.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn của mình tới tập thể các anh, chị, bạn và
em đang công tác tại Viện Khoa học vật liệu (TS. Trần Quốc Tiến; TS. Hoàng Thị
Khuyên; TS. Nguyễn Thanh Hường; TS. Đỗ Thị Anh Thư; TS. Nguyễn Vũ; TS. Lâm
Thị Kiều Giang; NCS. Đỗ Khánh Tùng; NCS. Phạm Thị Liên); TS. Nguyễn Mạnh
Hùng Trường Đại học Mỏ Địa Chất đã chia sẻ kinh nghiệm, động viên, khích lệ, giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Trần Kim Anh Viện Khoa
học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; NCS. Hà Thị Phượng
Trường Đại học Y Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong các phép đo đạc.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô, các anh chị, các bạn đồng nghiệp
trong Bộ môn Hóa học, trong Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Mỏ - Địa chất
đã chia sẻ trong công việc, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận
án này. Lời cuối cùng, tôi xin gửi tới những người thân trong gia đình, anh em và các
bạn bè đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ trong suốt quá trình hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2016
Tác giả


Lê Thị Vinh iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN . ii
MỤC LỤC . i
CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU vi
DANH MỤC BẢNG . viii
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ . ix
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1 . 5
VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM 5
1.1. Vật liệu nano . 5
1.1.1. Phân loại . 5
1.1.2. Chiến lược chế tạo vật liệu nano 7
1.2. Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm 7
1.2.1. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm . 7
1.2.2. Vật liệu huỳnh quang chứa ion đất hiếm 8
1.2.2.1. Cơ chế phát quang chứa ion đất hiếm . 8
1.2.2.2. Sự tách mức năng lượng ở phân lớp 4f của nguyên tố đất hiếm 9
1.2.2.3. Ion Europi (Eu 3+ , Eu 2+ ) . 11
1.3. Vật liệu nano phát quang YVO 4 :Eu 3+ . 13
1.4. Vật liệu nano phát quang EuPO 4 .H 2 O 18
1.5. Công cụ đánh dấu huỳnh quang miễn dịch y sinh 21
Kết luận chương 1 . 24
Chương 2 . 25 iv
CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 25
2.1. Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu . 25
2.1.1. Phương pháp thủy nhiệt 25
2.1.2. Phương pháp vi sóng (Microwave) 26
2.1.2.1. Quy trình tổng hợp YVO 4 :Eu 3+ theo phương pháp vi sóng 28
2.1.2.2. Quy trình tổng hợp EuPO 4 .H 2 O theo phương pháp vi sóng . 29
2.1.3. Phương pháp tổng hợp sử dụng chất tạo khuôn mềm . 30
2.1.4. Các hệ mẫu được chế tạo và nghiên cứu trong luận án 31
2.2. Phân tích cấu trúc và hình thái bề mặt của vật liệu 32
2.2.1. Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X . 32
2.2.2. Phép chụp ảnh hiển vi điện tử quét 33
2.2.3. Phép chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua 34
2.2.4. Hệ đo phổ hồng ngoại . 35
2.3. Khảo sát tính chất quang của vật liệu . 37
2.3.1. Phép đo phổ huỳnh quang 37
2.3.2 Phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch sinh hóa (FIA) . 38
Kết luận chương 2 . 39
Chương 3 . 40
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU YVO 4 :Eu 3+ . 40
3.1. Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo mẫu . 40
3.2. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt . 44
3.3. Ảnh hưởng của độ pH . 50
3.4. Ảnh hưởng của thời gian vi sóng . 53
3.5. Ảnh hưởng của công suất với chất tạo khuôn mềm PEG . 56
Kết luận chương 3 . 60 v
Chương 4 . 61
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU EuPO 4. H 2 O 61
4.1. Ảnh hưởng của nồng độ . 61
4.2. Ảnh hưởng của độ pH đến cấu tạo và tính chất của EuPO 4 .H 2 O . 66
4.2.1. Ảnh hưởng của độ pH của các mẫu [Eu 3+ ]/ [PO 4
3- ] = 1/15 (EP 1-15) 66
4.2.2. Ảnh hưởng của độ pH của các mẫu EuPO 4 (1-1) . 69
Kết luận chương 4 . 72
Chương 5 . 73
ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO CHỨA TÁC NHÂN PHÁT QUANG
EUROPI TRONG Y SINH HỌC VACXIN 73
5.1. Xây dựng quy trình chế tạo công cụ đánh dấu nhận dạng huỳnh quang miễn dịch74
5.1.1. Bọc vỏ vật liệu nano phát quang (Ln- VLNPQ) bằng Silica 76
5.1.2. Chức năng hóa vật liệu đã được bọc vỏ . 77
5.2.3. Liên kết thực thể nano và các phần tử sinh học . 81
5.2. Thử nghiệm phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch, ứng dụng nhận
dạng virut sởi . 83
5.2.1. Quy trình thử nghiệm cho phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch 83
5.2.1.1. Chuẩn bị tế bào 83
5.2.1.2 Chuẩn bị mẫu và gây nhiễm . 84
5.2.1.3. Nhận dạng virut sởi bằng phương pháp miễn dịch huỳnh quang . 85
5.2.2. Kết quả thử nghiệm 86
Kết luận chương 5 . 88
KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN . 89
DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC . 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 93 vi
CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
Các chữ viết tắt
FTIR: Phổ hồng ngoại khai triển Fourier
ET: Truyền năng lượng
FESEM: Kính hiển vi điện tử quét phát trường
(Field emission scanning electron microscopy)
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua
(Transmission Electron Microscope)
RE 3+ : Ion đất hiếm hóa trị 3
XRD: Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction)
T: Tứ giác (Tetragonal)
Hex.: Lục giác (Hexagonal)
M: Đơn tà (Monoclinic)
Sys./SG: Hệ tinh thể/Nhóm đối xứng không gian
PL: Phổ huỳnh quang (Photolumisnescence)
IR: Phổ hồng ngoại
RE-NPs: Vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm
(Rere Earth NanoPhosphor)
Ln-VLPQ: Vật liệu nano phát quang YVO 4 :Eu 3+ và EuPO 4
NTA: Naphtoyltrifluoroacetone
TOPO: Trioctylphosphineoxide
DIC : Differential Interference Contrast)
HRTEM: High resolution TEM
FFT: Fast Fourier transform

vii

Các ký hiệu
λ: Bước sóng (wavelength)
λexc: Bước sóng kích thích (Excitation wavelength)
θ: Góc nhiễu xạ tia X
Mw: Khối lượng phân tử
E: Năng lượng
ΔE: Năng lượng chuyển tiếp
CH 2 (CH 2 CHO): Glutaraldehyde
RN = C = NR: Carbodiimide



viii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Cấu hình điện tử của các ion nguyên tố đất hiếm [53] 10
Bảng 1.2. Một vài dạng cấu trúc và trạng thái ổn định của octho phốt phát LnPO 4 [74]
19
Bảng 2.1. Ký hiệu các mẫu vật liệu YVO 4 :Eu 3+ sử dụng trong luận án 31
Bảng 2.2. Ký hiệu các mẫu vật liệu EuPO 4 sử dụng trong luận án 32
Bảng 3.1. Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của mẫu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng
phương pháp thủy nhiệt (YVE-HT) và phương pháp vi sóng (YVE-MW) . 43
Bảng 3.2. Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của hệ YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng
phương pháp thủy nhiệt khi có các chất hoạt động bề mặt 46
Bảng 3.3. Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của hệ mẫu YVO 4 :Eu 3+ được chế tạo
bằng phương pháp vi sóng khi thay đổi thời gian 54
Bảng 4.1. Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của các mẫu EuPO 4. H 2 O
với sự thay đổi [PO 4
3- ] ở pH =6 62
Bảng 4.2. Tỉ lệ cường độ giữa đỉnh 7 F 1 và 7 F 2 của EuPO 4 .H 2 O khi thay đổi [PO 4
3- ] . 65
Bảng 4.3. Tỉ lệ cường độ giữa đỉnh 7 F 1 ( 5 D 0 → 7 F 1) và 7 F 2 ( 5 D 0 → 7 F 2 ) của mẫu
EuPO 4 .H 2 O với tỷ lệ [Eu 3+ ]/[PO 4
3- ] =1/15 ở với pH khác nhau . 69
Bảng 4.4. Cường độ, tỉ lệ cường độ giữa các đỉnh phát xạ cực đại tương ứng của các
vật liệu nano EuPO 4 .H 2 O với tỷ lệ [Eu 3+ ]/ [PO 4
3- ] = 1/1 khi thay đổi độ pH ở bước
sóng 393 nm. . 71 ix
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1. Vật liệu nhân tạo và vật liệu tự nhiên trong thang nano . 6
Hình 1.2. Mô hình tách mức năng lượng phân lớp 4f . 11
Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của ion Eu 3+ , Eu 2+
trong mạng nền . 12
Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể của vật liệu YVO 4 . 13
Hình1.5. Phổ huỳnh quang của Eu 3+ trong các vật liệu
YVO 4 : Eu 3+ (a) và Na(Lu,Eu)O 2 (b) [55] . 14
Hình 1.6. Sơ đồ hạt nano YVO 4 :Eu 3+ hợp sinh BSA (a) và ảnh hiển vi huỳnh quang
của hạt nano liên hợp (b) và cùng với tế bào cần đánh dấu (c) [36] 15
Hình 1.7. Ảnh TEM của vật liệu YVO 4 :Eu 3+ có PEG (a) và (b).
vật liệu YVO 4 :Eu 3+ không có PEG (c) [61] 15
Hình 1.8. Ảnh SEM của mẫu YVO 4 :Eu 3+ với độ pH khác nhau (A) 3.47, (B) 4.20,
(C) 12, (D) 12.8 [67] . 17
Hình 1. 9. Ảnh HRTEM (D) và ảnh FFT hình chèn của YVO 4 :Eu 3+ (D) [67] . 17
Hình 1.10. Phổ kích thích (a) và phổ huỳnh quang (b) của EuPO 4 .H 2 O [17] 19
Hình 1.11. Ảnh TEM của mẫu thanh nano EuPO 4 .H 2 O(A-B) và TbPO 4 ·H 2 O (C-D)
với độ phóng đại khác nhau [44] 20
Hình 1.12. Hình ảnh hiển vi DIC của tế bào HUVEC [44] 20
Hình 1.13. Sơ đồ minh họa quy trình chế tạo sensor miễn dịch ECL của màng EuPO 4
/ CS [78] 21
Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý phương pháp phân tích đánh dấu huỳnh quang miễn dịch
23
Hình 2.1. Thiết bị dùng trong công nghệ thủy nhiệt 25
Hình 2.2. Sóng điện từ 27
Hình 2.3. Hệ thống thiết bị tổng hợp vi sóng . 27 x
Hình 2.4. Quy trình chế tạo vật liệu YVO 4 :Eu 3+ bằng phương pháp vi sóng và thủy
nhiệt 28
Hình 2.5. Quy trình chế tạo vật liệu EuPO 4 .H 2 O bằng phương pháp vi sóng 29
Hình 2.6. Mô hình chế tạo các thanh và ống nano theo phương pháp khuôn mềm dựa
vào quá trình tự lắp ráp các phân tử hoạt động bề mặt . 30
Hình 2.7. Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng mạng tinh thể . 33
Hình 2.8. Thiết bị nhiễu xạ tia X D5000 do hãng SIEMEN 33
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 34
Hình 2.10. Kính hiển vi điện tử quét FESEM 34
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua . 35
Hình 2.12. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (JEOL-1010) 35
Hình 2.13. Thiết bị đo phổ hồng ngoại IMPACT-410, NICOLET 37
Hình 2.14. Sơ đồ khối của hệ đo phổ huỳnh quang . 38
Hình 2.15. Hệ đo huỳnh quang tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Viện Khoa học Vật
liệu 38
Hình 2.16. Kính hiển vi huỳnh quang (Olympus BX40) . 38
Hình 3.1.Giản đồ XRD của mẫu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt
(YVE-HT) và chế tạo bằng phương pháp vi sóng (YVE-MW) . 41
Hình 3.2. Ảnh SEM của mẫu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt
(YVE-HT) (a) và chế tạo bằng phương pháp vi sóng (YVE-MW) (b) ở pH = 6 . 42
Hình 3.3. Phổ huỳnh quang của mẫu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng phương pháp thủy
nhiệt (YVE-HT) và phương pháp vi sóng (YVE-MW) được kích thích tại bước sóng
325 nm 43
Hình 3.4. Công thức cấu tạo của các chất hoạt động bề mặt HTAB (a); SDS (b);
AOT(c) 45 xi
Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng phương pháp thủy
nhiệt ủ 200 o C, trong 6 giờ với các chất hoạt động bề mặt, khi không có chất hoạt
động bề mặt (đường 1), có thêm các chất hoạt động bề mặt HTAB (đường 2); SDS
(đường 3); AOT (đường 4) . 46
Hình 3.6. Ảnh FESEM của các mẫu hệ YVO 4 :Eu 3+ không có và có các chất hoạt
động bề mặt là (a) YVE-HT, (b) YVE-HT/AOT, (c) YVE-HT/HTAB, (d) YVE-
HT/SDS chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt tại 200 o C o C ủ trong 6 giờ 47
Hình 3.7. Ảnh TEM của mẫu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt có
các chất hoạt động bề mặt AOT (YVE-HT/ AOT) chế tạo ở 200 o C ủ trong 6 giờ
bằng phương pháp thủy nhiệt ở các thang đo khác nhau 20 nm (a) và 100 nm (b) . 48
Hình 3.8. Phổ huỳnh quang của các mẫu YVO 4 :Eu 3+ chế tạo bằng phương pháp thủy
nhiệt với các chất hoạt động bề mặt khác nhau: 1-YVE-HT, 2- YVE-HT/HTAB, 3-
YVE-HT/SDS, 4- YVE-HT/AOT được kích thích tại 325 nm . 49
Hình 3.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu mẫu YVO 4 :Eu 3+ được chế tạo bằng
phương pháp vi sóng ở độ pH khác nhau: pH = 4 (đường a), pH = 6 (đường b), pH =
12 (đường c) . 50
Hình 3.10. Ảnh SEM của các mẫu YVO 4 :Eu 3+ được chế tạo bằng phương pháp vi
sóng với pH thay đổi: (a) YVEH4 (pH = 4), (b) YVEH6 (pH = 6), (c) YVEH8 (pH =
8), (d) YVEH10 (pH = 10) và (e) YVEH12 (pH = 12) 51
Hình 3.11. Phổ huỳnh quang của các mẫu YVO 4 :Eu 3+ được chế tạo bằng phương
pháp vi sóng với pH thay đổi: pH = 4 (đường 1), pH = 6 (đường 2), pH = 8 (đường
3), pH = 10 (đường 4) kích thích tại bước sóng 325 nm 52
Hình 3.12. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu YVO 4 :Eu 3+ với công suất 700 W
ở nhiệt độ 80 o C và thay đổi thời gian gia nhiệt là: 10 phút (YVE10), 20 phút
(YVE20), 30 phút (YVE30) . 53
Hình 3.13. Ảnh FESEM của các mẫu YVO 4 :Eu 3+ được chế tạo bằng phương pháp vi
sóng khi thay đổi thời gian: (a) YVET5 (5 phút), (b) YVET10 (10 phút), (c) YVET15
(15 phút (d) YVET20 (20 phút), (e) YVET25 (25 phút), (h) YVET30 (30 phút) . 55
Hình 3.14. Cấu trúc của PEG . 56 xii
Hình 3.15. Ảnh FESEM của mẫu YVO 4 :Eu 3+ và YVO 4 :Eu 3+ /PEG ở công suất khác
nhau: (a)YVEP3 (300W), (b)YVEP5 (500W), (c)YVEP7 (700W), (d)YVEP9
(900W) 56
Hình 3.16. Phổ huỳnh quang của các mẫu YVO 4 :Eu 3+ (a) và YVO 4 :Eu 3+ /PEG (b)
được kích thích tại bước sóng 325 nm . 57
Hình 3.17. Phổ hồng ngoại của mẫu YVO 4 :Eu 3+ và YVO 4 :Eu 3+ /PEG ở công suất
700W, thời gian vi sóng 15 phút, gia nhiệt 80 o C với pH = 6 58
Hình 4.1. Giản đồ XRD của hệ mẫu EuPO 4 khi thay đổi [Eu 3+ ]/[PO 4
3- ] (EP): EP 1-1,
EP 1-3, EP 1-5, EP 1-10, EP 1-15, EP 1-30 tại pH = 6 ở công suất 800W, thời gian
15 phút và nhiệt độ 80 o C .
Hình 4.2. Ảnh FESEM của các mẫu EuPO 4 .H 2 O với tỷ lệ [Eu 3+ ] / [PO 4
3- khác nhau:
(a) EP1-1, (b) EP 1-3, (c) EP 1-5, (d) EP 1-10, (e) EP 1-15, (f) EP 1-30 tại pH = 6 ở
công suất 800W, thời gian 15 phút và nhiệt độ 80 o C 63
Hình 4.3. Phổ huỳnh quang của hệ mẫu EuPO 4 .H 2 O thay đổi nồng độ [PO 4
3- ]
ở công suất 800W, thời gian 15 phút và nhiệt độ 80 o C được kích thích tại bước sóng
393 nm 64
Hình 4.4. Ảnh FESEM của các mẫu EuPO 4 .H 2 O với tỷ lệ [Eu 3+ ]/ [PO 4
3- ] = 1/15 chế
tạo khi thay đổi độ pH khác nhau: (a) EP(1-15) H2 (pH= 2), (b) EP(1-15) H4 (pH=
4), (c) EP(1-15) H6 (pH= 6), (d) EP(1-15) H8 (pH= 8), (e) EP(1-15) H10 (pH= 10),
(f) EP(1-15) H12 (pH= 12) . 67
Hình 4.5. Phổ huỳnh quang của các mẫu EuPO 4 .H 2 O với tỷ lệ [Eu 3+ ]/ [PO 4
3- ] là 1/15
khi thay đổi độ pH khác nhau tại bước sóng 393 nm . 68
Hình 4.6. Ảnh SEM các mẫu EuPO 4 .H 2 O với tỷ lệ [Eu 3+ ]/[PO 4
3- ] = 1/1 ở pH khác
nhau: 4, 6, 8, 12 tương ứng (a) EP(1-1) H4, (b) EP(1-1) H6, (c) EP(1-1) H8, (d)
EP(1-1) H12 70
Hình 4.7. Phổ huỳnh quang của hệ mẫu EuPO 4 .H 2 O được

chế tạo bằng phương pháp
vi sóng với tỷ lệ [Eu 3+ ]/ [PO 4
3- ] = 1/1 với pH thay đổi từ 4 ư 12 tại bước sóng 393 nm
70 xiii
Hình 5.1. Sơ đồ liên hợp sinh học nhằm gắn kết các phân tử hoạt động sinh học với
bề mặt các hạt nano 74
Hình 5.2. Sơ đồ bọc vỏ vật liệu nano phát quang (Ln- VLNPQ) bằng Silica 76
Hình 5.3. Sơ đồ gắn nhóm NH 2 trên bề mặt vật liệu đã được bọc vỏ 77
Hình 5.4. Ảnh FESEM của vật liệu YVO 4 :Eu 3+ (a) và YVO 4 :Eu 3+ @ silica -NH 2 (b) 78
Hình 5.5. Ảnh TEM của vật liệu YVO 4 :Eu 3+ (a) và YVO 4 :Eu 3+ @ silica-NH 2 (b) . 78
Hình 5.6. Phổ hồng ngoại của mẫu YVO 4 :Eu 3+ và YVO 4 :Eu 3+ @Silica-NH 2 79
Hình 5.7. Phổ huỳnh quang của YVO 4 :Eu 3+ và YVO 4 :Eu 3+ @Silica-NH 2 . 80
Hình 5.8. Phổ huỳnh quang của EuPO 4 .H 2 O và EuPO 4 .H 2 [email protected] 2 81
Hình 5.9. Sơ đồ Quy trình chế tạo công cụ đánh dấu nhận dạng theo phương pháp . 82
huỳnh quang miễn dịch Ln-VLPQ@Silica-GAT-IgG . 82
Hình 5.10. Cơ chế của phản ứng cộng nucleophin (A
N
) 83
Hình 5.11. Ảnh hiển vi quang học huỳnh quang của các mẫu: Mẫu 1a và 1b là mẫu tế
bào lành không nhiễm virut sởi sử dụng kháng - kháng thể gắn HQ nhập khẩu. Mẫu
2a và 2b là mẫu tế bào đã lây nhiễm virut sởi sử dụng kháng - kháng thể gắn HQ
nhập khẩu; Mẫu 3a và 3b là mẫu tế bào đã lây nhiễm virut sởi sử dụng kháng - kháng
thể gắn HQ EuPO 4 .H 2 O@silica-GAT-IgG 87
1
MỞ ĐẦU
Các vật liệu nano đã có nhiều ứng dụng nổi bật trong các ngành: điện tử, quang
học, công nghệ thông tin, năng lượng. Đặc biệt, trong y sinh học vật liệu nano trở
thành nền tảng phát triển các công nghệ và công cụ kiểu mới trong cả ba lĩnh vực chẩn
đoán, điều trị và nghiên cứu khoa học sự sống [1-3]. Các phương pháp phát hiện sớm
các phân tử sinh học, chế tạo thuốc trúng đích và điều trị bệnh đã phát triển mạnh góp
phần hình thành ngành sinh y học nano hiện đại. Nhiều loại vật liệu nano như nano
bán dẫn, nano từ, nano kim loại và nano phát quang đã được chế tạo và phát triển các
ứng dụng trong sinh y học. Trong đó, vật liệu nano phát quang đã có những ứng dụng
nổi trội trong chẩn đoán và điều trị bệnh nan y như bệnh ung thư, bệnh truyền nhiễm
v.v . Có bốn loại vật liệu nano phát quang đã được nghiên cứu: các chất mầu hữu cơ
nano hoá, chấm lượng tử bán dẫn, vật liệu nano kim loại và vật liệu nano phát quang
chứa đất hiếm [1].
Thứ nhất, các chất mầu hữu cơ nano hoá có cường độ huỳnh quang mạnh, dễ
phân tán trong nhiều môi trường, nhất là môi trường sinh lý. Các chất mầu hữu cơ có
nhược điểm phát quang không bền và tính chất phát quang phụ thuộc mạnh vào môi
trường. Tiếp đến, sự xuất hiện các chấm lượng tử bán dẫn (Quantum dot) có thể ứng
dụng trong nhiều ngành kinh tế kĩ thuật khác nhau, do chúng có hiệu suất phát quang
cao, rất bền, phổ phát quang phụ thuộc mạnh vào kích thước và bề mặt. Một trong các
vật liệu phát quang sử dụng phương pháp này là các Quantum dot chế tạo từ CdS hay
CdSe. Các chấm lượng tử nếu được xử lý thích hợp có thể phân tán tốt trong nước, tiền
đề quan trọng để liên hợp sinh học [4]. Tuy nhiên, do thành phần vật liệu chứa các
nguyên tố có tính độc với con người và môi trường nên cũng bị hạn chế. Tiếp theo, các
vật liệu nano kim loại chủ yếu vật liệu nano bạc (Ag) [5] và vật liệu nano vàng (Au)
[6]. Hiện nay, nano bạc đã được ứng dụng diệt khuẩn [7] và nano vàng đã được ứng
dụng rất có hiệu quả làm tác nhân điều trị quang nhiệt [8]. Loại vật liệu thứ tư được
ứng dụng trong y sinh là vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm (RE-NPs). Ưu
điểm của RE-NPs có thời gian sống huỳnh quang dài, độ dịch chuyển Stock lớn, độ
rộng phổ hẹp, thân thiện với cơ thể người và môi trường rất thích hợp cho các ứng
dụng trong sinh y học [9]. Nổi bật là phương pháp đánh dấu huỳnh quang nhận dạng 2
[10-12] và các phương pháp điều trị quang nhiệt, quang động [13] dựa vào vật liệu
RE-NPs. Với những tiến bộ vượt bậc về tổng hợp hóa học đã phát hiện một số vật liệu
nano RE-NPs có hiệu suất phát quang cao [14]. Để tạo ra những vật liệu nano trên có
thể dùng các phương pháp như: phương pháp sol-gel [15], phương pháp dung nhiệt
[16], phương pháp vi sóng [17] phương pháp khuôn mềm [18, 19].
Trong nước, các nghiên cứu chế tạo vật liệu nano và ứng dụng làm các phương
tiện đánh dấu và nhận dạng. Các nghiên cứu tạo ra các công cụ đánh giá chất lượng
các sinh phẩm, thực phẩm và các vacxin đã đạt được các thành quả rất khích lệ. Một số
nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu nano bán dẫn ứng dụng phân tích dư
lượng thuốc trừ sâu [20], phát triển các chấm lượng tử phức hợp [21] nano vàng và
nano hóa các chất mầu hữu cơ [22] v.v . được cộng đồng khoa học khu vực và thế giới
quan tâm.
Ngoài ra, các nghiên cứu về vật liệu RE-NPs của Viện Khoa học vật liệu, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã đạt được những kết quả khá nổi bật về
nghiên cứu cơ bản và định hướng ứng dụng [23, 24], điển hình ứng dụng trong phân
tích nhận dạng sinh y học vacxin [9]. Theo hướng nghiên cứu này, nhiều kết quả
nghiên cứu đã được thực hiện thành công [25-28]. Hiện nay, hướng nghiên cứu chế tạo
có điều khiển vật liệu lantanit trên nền phốt phát và vanađat [29] kích thước nano pha
tạp với ion Eu (III) đang là mối quan tâm hàng đầu về chế tạo vật liệu nano phát quang
chất lượng cao và định hướng ứng dụng trong y sinh học. Hơn nữa, nguyên tố đất hiếm
Eu phát quang mạnh, vạch hẹp trong vùng màu đỏ rất thuận tiện trong các ứng dụng
trong quang điện tử và sinh y học [30].
Chính vì vậy, Tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu cho luận án tiến sỹ: “Chế tạo,
nghiên cứu tính chất của vật liệu nano YVO 4 :Eu 3+ và EuPO 4 .H 2 O thử nghiệm
ứng dụng đánh dấu huỳnh quang y sinh”
Mục tiêu:
1. Làm chủ được phương pháp tổng hợp có điều khiển vật liệu nano YVO 4 :Eu 3+ và
EuPO 4 .H 2 O ở dạng hạt và dạng dây.
2. Thiết lập được sự phụ thuộc cấu trúc, hình dạng và hình thái học của hai vật
liệu nano phát quang nêu trên vào điều kiện tổng hợp hóa học trong dung dịch. 3
3. Thử nghiệm thành công ứng dụng của vật liệu YVO 4 :Eu 3+ và EuPO 4 .H 2 O trong
phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch, đặc biệt phát hiện nhận dạng
virut trong sản phẩm vacxin công nghiệp.
Đối tượng nghiên cứu:
1. Vật liệu nano phát quang YVO 4 :Eu 3+ và EuPO 4 .H 2 O.
2. Công cụ đánh dấu từ YVO 4 :Eu 3+ , EuPO 4 .H 2 O và các phân tử sinh học đặc
hiệu.
3. Quá trình đánh dấu nhận dạng vacxin sởi nhằm xác định chất lượng sản
phẩm vacxin công nghiệp.
Phương pháp nghiên cứu:
Luận án được nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm. Vật liệu được chế tạo
tại phòng thí nghiệm Quang Hóa Điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.
Cấu trúc, hình thái học của mẫu được phân tích bằng các phép đo hiện đại có độ
tin cậy như: giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại, ảnh hiển vi điện tử phát trường,
ảnh hiển vi điện tử truyền qua. Tính chất quang được nghiên cứu thông qua phổ huỳnh
quang.
Khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu tại cơ sở sản xuất Vĩnh Hưng, được xây
dựng từ vốn đầu tư ODA Nhật Bản. Nhà máy thuộc Trung tâm nghiên cứu sản xuất
vacxin và sinh phẩm y tế, Polyvac thuộc Bộ Y tế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
(i) Góp phần vào sự phát triển Khoa học cơ bản và phát triển công nghệ nano
trong lĩnh vực chế tạo vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm.
(ii) Đóng góp vào sự tìm kiếm phương pháp mới để phân tích tìm giải pháp giúp
và xác định tình trạng bệnh nâng cao chất lượng sản xuất vacxin và sinh phẩm
y tế.

4
Tính mới:
(i). Đã chế tạo thành công vật liệu nano đa dạng phát quang mạnh chứa đất hiếm
YVO 4 :Eu 3+ và EuPO 4 .H 2 O trên cơ sở phương pháp tổng hợp nano có điều khiển. Vật
liệu nano YVO 4 :Eu 3+ và EuPO 4 .H 2 O dạng thanh có chiều dài nằm trong khoảng 200 
500 nm, độ rộng 10  30 nm và dạng hạt có kích thước dưới 15 nm nhằm tăng cường
khả năng ứng dụng trong y sinh.
(ii). Vật liệu EuPO 4 .H 2 O@silica-GAT-IgG lần đầu tiên được chế tạo thành công bằng
cách bọc vật liệu nano phát quang EuPO 4 .H 2 O với lớp mỏng silica chứa nhóm NH 2 và
sau đó liên kết với IgG bằng phản ứng ghép. Kết quả thử nghiệm ở quy trình sản xuất
công nghiệp ban đầu cho thấy vật liệu EuPO 4 .H 2 O@silica-GAT-IgG có thể nhận dạng
được virut sởi. Do đó, vật liệu này rất có triển vọng sử dụng vật liệu nano phát quang
chứa đất hiếm làm công cụ đánh dấu nhận dạng nhằm phục vụ trong quy trình sản xuất
vacxin chất lượng cao và trong ngành y sinh học.
Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các ký hiệu và chữ viết
tắt, danh mục các bảng, danh mục các hình ảnh và hình vẽ, danh mục các công trình đã
công bố liên quan đến luận án, phụ lục và tài liệu tham khảo, nội dung luận án được
trình bày trong 5 chương:
Chương 1: Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm.
Chương 2: Các kỹ thuật thực nghiệm.
Chương 3: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất vật liệu YVO 4 :Eu 3+ .
Chương 4: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất vật liệu EuPO 4 .H 2 O.
Chương 5: Ứng dụng của vật liệu nano chứa tác nhân phát quang Europi trong y
sinh học vacxin.
Phần kết luận: Trình bày các kết quả chính của luận án.
Các kết quả chính của luận án đã được công bố trong 08 công trình khoa học.