Thạc Sĩ Tổng hợp hạt nano vàng nhằm hướng tới ứng dụng trong y – sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
TP. HỒ CHÍ MINH- 2011

MỤC LỤC


MỤC LỤC .1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 5
DANH MỤC HÌNH ẢNH 6
MỞ ĐẦU .9
PHẦN I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 12
1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL [21] 12
1.1.1 Định nghĩa : .12
1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong phương pháp sol- gel .12
1.1.3 Các quá trình chính xảy ra trong sol – gel [1] .12
1.1.3.1 Phản ứng thủy phân .12
1.1.3.2 Phản ứng ngưng tụ .13
1.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sol – gel 15
1.1.4.1 Ưu điểm: 15
1.1.4.2 Nhược điểm: 15
1.1.5 Một số ứng dụng hiện nay của phương pháp sol – gel [1][20] 15
1.2 TỔNG QUAN VỂ VẬT LIỆU NANO .17
1.2.1 Hạt nano kim loại [18] .17
1.2.1.1 Khái niệm 17
1.2.1.2 Hiệu ứng bề mặt 17
1.2.1.3 Hiệu ứng kích thước .17
1.2.1.4 Phương pháp chế tạo 19
1.2.2 Hạt nano vàng .20
1.2.2.1 Hiệu ứng plasmon bề mặt [20][16] 20

1.2.2.2 Phương pháp chế tạo hạt nano vàng [20][21][22] .
22 a. Phương pháp cơ học:
23 b. Phương pháp bốc bay:
23 c. Phương pháp hình thành từ pha khí ( gas - phase): .
23 d. Phương pháp hóa ướt (wet chemical ):
24 e. Phương pháp sinh học:[22] 26
1.2.2.3 Ứng dụng hạt nano vàng [20][21][22] .2
7 a. Trong xúc tác .
27 b. Trong y học
27 c. Trong bảo vệ môi trường .
28 d. Trong sinh học .28
1.2.2.4 Các phương pháp đánh giá [18][19][22]
.31 a. Máy quang phổ UV- Vis
31 b. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
33 c. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .35
PHẦN II. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 38

CHƯƠNG II. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 39

2.1. Tạo dung dịch keo vàng [18] .39
2.1.1. Hóa chất 39
2.1.2. Dụng cụ 39
2.1.3. Quá trình thực nghiệm 39
2.2. Tạo màng Au: SiO2 bằng phương pháp tự hấp thụ bề mặt
[4][8][9][13][14] .41
2.2.1. Hóa chất 41
2.2.2. Dụng cụ thí nghiệm 41
2.2.3. Quy trình thực nghiệm 41
2.3. Tạo màng Au: SiO2 bằng phương pháp sol – gel .44

2.3.1. Hóa chất 44
2.3.2. Dụng cụ thí nghiệm 44
2.3.3. Quy trình thực nghiệm 44

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

3.1. Kết quả tạo hạt nano vàng 46
3.1.1. Kết quả tạo hạt .46
3.1.2. Điều khiển kích thước hạt theo nhiệt độ 53
3.1.3. Điều khiển kích thước hạt theo thể tích .55
3.2. Kết quả gắn hạt nano vàng lên lớp điện môi SiO2 .57
3.2.1. Theo phương pháp tự hấp thụ bề mặt (SAM) .57
3.2.2. Theo phương pháp sol – gel .64

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 69

4.1. Những kết quả đạt được 69
4.2. Hạn chế và hướng phát triển của đề tài .69
4.2.1. Hạn chế 69
4.2.2. Hướng phát triển 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .71



DANH MỤC HÌNH ẢNH


Hình 1.1. Phản ứng thủy phân 13
Hình 1.2. Phản ứng ngưng tụ 14
Hình 1.3. Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng . 21
Hình 1.4. Sự phụ thuộc của các hạt nano vàng theo màu sắc dung dịch keo vàng 22
Hình 1.5. Quá trình phản ứng tạo hạt nano vàng . 26
Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo cảm biến sinh học 29
Hình 1.7. Thành phần cấu tạo cảm biến SPR . 30
Hình 1.8. Nguyên tắc cấu tạo của cảm biến SPR . 31
Hình 1.9. Phổ UV- Vis của các hạt nano vàng kích thước khác nhau . 33
Hình 1.10. Sơ đồ cấu tạo máy TEM . 34
Hình 1.11. Sơ đồ cấu tạo máy SEM . 37
Hình 2.1. Sơ đồ quá trình tạo sol vàng bằng phương pháp Turkevich 40
Hình 2.2. Quá trình tương tác của bề mặt SiO2 và nhóm APS 42
Hình 2.3. Sơ đồ quá trình tạo thành các lớp Au:SiO2 42
Hình 2.4. Sơ đồ quá trình tạo màng Au: SiO2 theo phương pháp tự hấp thụ . 43
Hình 2.5. Sơ đồ quá trình tạo màng Au: SiO2 theo phương pháp sol – gel . 44

Hình 3.1. Mẫu nano số 1 . 46
Hình 3.2. Phổ UV – Vis mẫu số 1 47
Hình 3.3. Ảnh TEM mẫu nano vàng số 1. . 49
Hình 3.4. Mẫu nano vàng số 2 . 50
Hình 3.5. Phổ UV-Vis mẫu số 2 . 50
Hình 3.6. Ảnh TEM mẫu nano vàng số 2. 52
Hình 3.7. Các mẫu nano vàng thay đổi theo nhiệt độ. . 53
Hình 3. 8. Phổ UV- Vis của mẫu biến thiên theo nhiệt độ 54
Hình 3. 9. Phổ UV- Vis của kích thước hạt biến đổi theo thể tích 55
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của màng Au:SiO2 theo phương pháp tự hấp thụ . 57
Hình 3.11. FE-SEM của mẫu màng Au:SiO2 theo phương pháp tự hấp thụ . 59
Hình 3.12. FE-SEM của mẫu màng Au:SiO2 trong tài liệu tham khảo . 60
Hình 3.13. Phổ EDS của màng Au: SiO2 theo phương pháp tự hấp thụ(1) . 62
Hình 3.14. Phổ EDS của màng Au: SiO2 theo phương pháp tự hấp thụ(2) . 63
Hình 3.15. Ket qua EDX cua PYC 117-11 64
Hình 3.16. Phổ UV - Vis của màng Au: SiO2 theo phương pháp sol – gel . 64
Hình 3.17. FE – SEM mẫu màng Au: SiO2 theo phương pháp sol – gel 66
Hình 3.18. Phổ UV – Vis so sánh 2 phương pháp SAM và Sol – gel . 66
Hình 3.19. Phổ EDS mẫu màng Au: SiO2 theo phương pháp sol – gel . 68
Hình 3.20. Ket qua EDX cua PYC 117-11 mẫu 2 68

MỞ ĐẦU


Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là loại vật liệu rắn trong đó nổi bật nhất là hạt keo nano kim loại vì nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như : mỹ phẩm làm đẹp, công nghệ y-sinh học , sản xuất gốm sứ, mực in .
Trong lĩnh vực nghiên cứu các hạt nano kim loại thì nhóm nano kim loại quý gồm vàng, bạc, đồng được quan tâm hơn cả vì tính chất quang của các loại vật liệu này có thể thay đổi tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của hạt nano. So với bạc và đồng, vàng có độ ổn định cao hơn và có dạng hình cầu hoàn hảo hơn nên được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống như:
- công nghiệp mỹ phẩm, y-sinh học - các loại sản phẩm mặt nạ dưỡng da.
- các loại gel tẩy vết nám.
- làm tác nhân gắn kết DNA trong các cảm biến sinh học
- hệ thống dẫn thuốc thông minh.

Ngoài ra từ những năm cuối của thập niên 80 thế kỉ XX, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã chứng minh rằng phân tử vàng ở kích thước nhỏ hơn 5nm có thể tham gia phản ứng oxy hoá với Cacbon oxit (CO) để tạo thành Cacbon dioxit (CO 2 ) đây là tính chất nổi bật mà các kim loại khác không có . Do đó hiện n ay keo nano vàng cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý khí thải.
Hiện nay tại Việt Nam đã có các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm mục đích tổng hợp hạt nano vàng với những phương pháp khác nhau, nhưng chủ yếu vẫn được sử dụng là phương pháp hóa, tuy nhiên phương pháp này vẫn còn nhiều vấn đề cần phải được nghiên cứu như tạo được độ ổn định hạt nano Au trong dung dịch hay điều khiển kích thước cũng như phân bố kích thước phải đồng đều thì vẫn cần phải nghiên cứu thêm. Vì vậy, trong công trình nghiên cứu này chúng tôi đã nghiên cứu việc tạo ra các hạt nano vàng bằng phương pháp Turkevich trên cơ sở tiền chất (Precusor)
HAuCl4 .3H2 O và Tri – sodiumcitrate nhằm tìm ra các thông số tối ưu như độ ổn định nano Au trong dung dịch, điều khiển kích thước và phân bố kích thước hẹp thông qua các phương pháp đo quang phổ. Từ kết quả trên chúng tôi sẽ tìm cách gắn kết các hạt nano Au trên lớp màng SiO2 nhằm hướng tới ứng dụng trong đầu dò sinh học.