Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là loại vật liệu rắn rong 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 àng, bạc, đồng được quan tâm hơn cả vì tính chất quang của các loại vật liệu này có hể 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 ọc Nhật Bản đã chứng minh rằng phân tử vàng ở kích thước nhỏ hơn 5nm có thể tham ia phản ứng oxy hoá với Cacbon oxit (CO) để tạo thành Cacbon dioxit (CO ) đây là ính 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 ấn 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 ạo ra các hạt nano vàng bằng phương pháp Turkevich trên cơ sở tiền chất (Precusor) HAuCl 4 .3H 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.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THU TRANG TỔNG HỢP HẠT NANO VÀNG NHẰM HƯỚNG TỚI ỨNG DỤNG TRONG Y – SINH HỌC Chuyên ngành: Quang Học Mã số: 60 44 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÂM QUANG VINH PGS.TS. HUỲNH THÀNH ĐẠT TP. HỒ CHÍ MINH- 2011 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô của trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh đặc biệt là quý thầy cô tại bộ môn Vật Lý Ứng Dụng Khoa Vật Lý – Vật Lý Kỹ Thuật đã tận tình dạy dỗ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy LÂM QUANG VINH đã dành rất nhiều thời gian xem xét, chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy HUỲNH THÀNH ĐẠT đã tận tình hướng dẫn tôi trong khi thực hiện luận văn này Ngoài ra, trong suốt quá trình thực hiện luận văn tôi đã nhận được rất nhiều sự ủng hộ và giúp đỡ của tất cả các bạn trong lớp cao học K18 chuyên ngành Quang học – Vật lý điện tử (hướng ứng dụng), xin cảm ơn các bạn rất nhiều. Và tôi rất cảm ơn các bạn và các em sinh viên trong phòng thí ngiệm quang phổ - vật lý ứng dụng đã đồng hành và chia sẻ với tôi trong suốt quá trình nghiên cứu Và trên hết, tôi xin cảm ơn gia đình tôi, con cảm ơn bố mẹ, cảm ơn em gái, cảm ơn những người bạn rất thân và cảm ơn người bạn đặc biệt. Họ luôn ở bên cạnh, chia sẻ, động viên tôi trong cả quá trình học tập và nghiên cứu Nguyễn Thị Thu Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 1 HV: Nguyễn Thị Thu Trang 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 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 2 HV: Nguyễn Thị Thu Trang 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] 27 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: SiO 2 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: SiO 2 bằng phương pháp sol – gel[3][5][11][17] 44 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 3 HV: Nguyễn Thị Thu Trang 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 SiO 2 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 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 4 HV: Nguyễn Thị Thu Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua ( Transmission electron microscopy) SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope UV – vis: Ultra Violet – Visible : phổ tử ngoại – khả kiến HAuCl 4 : Chloroauric acid APS : 3-aminopropyltrimethoxysilane C 2 H 5 OH: Ethanol TEOS : Tetraethyl-orthosilicate Na 3 C 6 H 5 O 7 : Tri Sodium citrate SPR: Surface Plasmon Resonance SAM: Self-assembled monolayer Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 5 HV: Nguyễn Thị Thu Trang DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU PHẦN I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 1.1 Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu 19 PHẦN II. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM Bảng 2.1. Tỷ lệ thể tích dung dịch TEOS 43 Bảng 2.2. Tỷ lệ mol thành phần trong Sol SiO 2 45 Bảng 2.3 Tỷ lệ thành phần dung dịch HAuCl 4 45 Bảng 3.1 Bảng biểu các loại mẫu thay đổi theo nhiệt độ 53 Bảng 3.2. Điều khiển kích thước hạt theo tỷ lệ thể tích HAuCl 4 :Na 3 C 6 H 5 O 7 55 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 6 HV: Nguyễn Thị Thu Trang 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 SiO 2 và nhóm APS 42 Hình 2.3. Sơ đồ quá trình tạo thành các lớp Au:SiO 2 42 Hình 2.4. Sơ đồ quá trình tạo màng Au: SiO 2 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình tạo màng Au: SiO theo phương pháp tự hấp thụ 43 2 theo phương pháp sol – gel 44 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 7 HV: Nguyễn Thị Thu Trang 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:SiO 2 theo phương pháp tự hấp thụ 57 Hình 3.11. FE-SEM của mẫu màng Au:SiO 2 theo phương pháp tự hấp thụ 59 Hình 3.12. FE-SEM của mẫu màng Au:SiO 2 trong tài liệu tham khảo 60 Hình 3.13. Phổ EDS của màng Au: SiO 2 theo phương pháp tự hấp thụ(1) 62 Hình 3.14. Phổ EDS của màng Au: SiO 2 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: SiO 2 Hình 3.17. FE – SEM mẫu màng Au: SiO theo phương pháp sol – gel 64 2 theo phương pháp sol – gel 66 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 8 HV: Nguyễn Thị Thu Trang Hình 3.18. Phổ UV – Vis so sánh 2 phương pháp SAM và Sol – gel 66 Hình 3.19. Phổ EDS mẫu màng Au: SiO 2 theo phương pháp sol – gel 68 Hình 3.20. Ket qua EDX cua PYC 117-11 mẫu 2 68 [...]... xanh Trong bối cảnh ch y đua để phát triển công nghệ xanh trong tổng hợp vật liệu, không dùng các hóa chất độc để tổng hợp nano kim loại, các nhà khoa học sử dụng vi sinh vật để tổng hợp các hạt nano Phương pháp sinh học sử dụng các tác nhân như nấm, vi khuẩn, vi rút có khả năng khử ion vàng tạo nguyên tử vàng kim loại Dưới tác dụng của những tác nhân n y ion vàng sẽ bị chuyển thành hạt nano vàng (1.6)... phân t vàng để tránh việc thải k hí CO và có th oxy hoá ử ể lượng nhiên liệu chưa ch y hết Ng y nay, các nhà khoa học đã cải tiến xúc tác nano vàng bằng cách cho nó mang trên các chất mang khác nhau nhằm tăng khả năng xử lý khí thải cho cả động cơ xăng, diesel b Trong y học Gần đ y người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt nano vàng để tiêu diệt tế bào ung thư Trong đó, hạt nano vàng. .. sắc kế sử dụng nano vàng rất nh y để phát hiện ra các ion kim loại nặng n y d Trong sinh học Trong phạm vi luận văn n y, chúng tôi xét ứng dụng của hạt nano vàng trong cấu tạo và hoạt động của một cảm biến sinh học cụ thể là cảm biến sinh học dựa vào hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt ( SPR ) Cấu tạo chung của cảm biến sinh học[ 1][2][6][10][16] Cấu tạo chung của một cảm biến sinh học bao gồm bốn bộ... Một số các tác nhân sinh học có thể sử dụng là: khuẩn Lactobacillus (khuẩn acid lactic), nấm Vetircillium sản phẩm cho hạt nano vàng có kích thước 2 – 20 nm, nấm Fusarium oxysporum ạo các hạt t nano vàng có kích ớc 20 thư – 50nm, khu ẩn Actinomycete như Rhodococcus và Thermomonospora tổng hợp các hạt nano có kích thước 7 – 12nm, khuẩn Pseudomonas aeruginosa cho hạt có kích thước 2 0 – 30nm, khuẩn Escherichia... hai phản ứng hóa học cơ bản: phản ứng th y phân và phản ứng ngưng tụ (dưới xúc tác axit hoặc bazơ) để hình thành một mạng lưới trong toàn dung dịch 1.1.3.1 Phản ứng th y phân Phản ứng th y phân thay thế nhóm alkoxide (-OR) trong liên ết kim loại k alkoxide bằng nhóm hydroxyl (-OH) để tạo thành liên kết kim loại-hydroxyl HV: Nguyễn Thị Thu Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 13 Hình 1.1 Phản ứng th y phân... phản ứng ở nhiệt độ thấp (đến – 700C) trong khi đó m số chất xúc tác ột như Platin ch phản ứng ở nhiệt độ trên 1000C Cacbon oxít CO là m loại khí độc ỉ trong khi đó CO 2 chỉ có một nhược điểm duy nhất đó là góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính Các hạt nano vàng có hiệu ứng xúc tác tốt nhất với kích thước hạt < 5nm Nhờ vào tính chất trên mà hạt nano vàng được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực xúc tác nhằm. .. hạt nano vàng theo màu sắc dung dịch keo vàng 1.2.2.2 Phương pháp chế tạo hạt nano vàng [20][21][22] Từ năm 1851, khi Micheal faraday lần đầu tiên trong quá trình nghiên cứu phát hiện cách chế tạo keo vàng bằng cách dùng chất khử là hơi phospho cho đến nay đã có rất nhiều các phương pháp được sử dụng để tạo ra các hạt nano vàng Trong đó phương pháp hóa h thường được sử dụng vì độ đồng đều của các hạt. .. nano Au trên lớp màng SiO 2 nhằm hướng tới ứng dụng trong đầu dò sinh học HV: Nguyễn Thị Thu Trang Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý CHƯƠNG I 1.1 12 TỔNG QUAN TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL [21] 1.1.1 Định nghĩa Phương pháp sol–gel là một kỹ thuật tổng hợp hóa keo để tạo ra các vật liệu có hình dạng mong muốn ở nhiệt độ thấp Nó được hình thành trên c s ở phản ứng th y ơ phân và phản ứng ngưng tụ từ các chất... liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ y u 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 n y có... nhiệt (silica aerogel), … • Hạt nano: đơn thành phần và đa thành phần có kích thước đồng đều có thể thu được bằng cách tạo kết tủa trong giai đoạn th y phân - ngưng tụ • Sợi ceramic: sợi quang chất lượng cao và sợi ceramic cách nhiệt Trong phạm vi luận văn n y chúng tôi đã s ử dụng phương pháp sol – gel để tổng hợp hạt nano vàng và màng mỏng SiO 2 có gắn các hạt nano vàng HV: Nguyễn Thị Thu Trang Luận Văn . ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THU TRANG TỔNG HỢP HẠT NANO VÀNG NHẰM HƯỚNG TỚI ỨNG DỤNG TRONG Y – SINH HỌC. cách gắn kết các hạt nano Au trên lớp màng SiO 2 nhằm hướng tới ứng dụng trong đầu dò sinh học. Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 12 HV: Nguyễn Thị Thu Trang CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ. cứu của các nhà khoa học nhằm mục đích tổng hợp hạt nano vàng với những phương pháp khác nhau, nhưng chủ y u vẫn được sử dụng là phương pháp hóa, tuy nhiên phương pháp n y vẫn còn nhiều vấn