Luận án tiến sĩ vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh - Phạm Thị Liên (2020)
Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng trong y sinh. Phân tích cấu trúc, tính chất quang học và tiềm năng chẩn đoán.
Luan An
Luận án tiến sĩ khoa học
Năm xuất bản
Số trang
142
Thời gian đọc
22 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tổng quan vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm
- Số trang:
- 142 trang
- Trường:
- Học viện Khoa học và Công nghệ
- Chuyên ngành:
- Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử
- Tác giả:
- Phạm Thị Liên
- Năm:
- 2020
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tổng quan vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm
Vật liệu nano phát quang pha tạp ion đất hiếm đang thu hút sự quan tâm lớn trong nghiên cứu y sinh hiện đại. Các hạt nano này sở hữu nhiều đặc tính quang học vượt trội so với chất nhuộm hữu cơ truyền thống. Độ bền quang cao là ưu điểm nổi bật. Vạch phổ phát xạ hẹp và sắc nét. Thời gian sống huỳnh quang kéo dài từ micro giây đến mili giây. Hiện tượng tự hấp thụ bức xạ bị triệt tiêu đáng kể. Nền ma trận chứa ion Gadolini đóng vai trò chất nền lý tưởng. Gadolini sở hữu mômen từ lớn nhờ bảy electron độc thân ở lớp vỏ 4f. Đặc tính này mang lại khả năng từ tính mạnh mẽ. Khi kết hợp cùng các ion kích hoạt đất hiếm nhóm lantanit, hệ vật liệu tạo ra hiệu ứng quang từ tích hợp. Nghiên cứu tập trung phát triển hai hệ vật liệu chính gồm GdPO4 pha tạp Tb3+ và Gd2O3 pha tạp Eu3+. Cả hai cấu trúc đều thể hiện tính tương thích sinh học cao sau khi biến tính bề mặt. Chúng mở ra tiềm năng to lớn trong chẩn đoán hình ảnh và phân tích sinh học.
1.1. Đặc trưng quang học và cấu trúc của hạt nano đất hiếm
Hạt nano đất hiếm có cấu trúc mạng tinh thể ổn định. Các ion đất hiếm nhóm lantanit mang lớp vỏ điện tử 4f được che chắn bởi các lớp vỏ 5s và 5p bên ngoài. Cấu trúc này làm giảm ảnh hưởng từ trường tinh thể xung quanh. Do đó, các chuyển dời điện tử nội lớp 4f-4f tạo ra các vạch phổ phát xạ rất hẹp. Năng lượng phát xạ hầu như không phụ thuộc vào môi trường phân tán. Hiện tượng quang suy giảm (photobleaching) không xảy ra khi chiếu xạ liên tục. Độ dịch chuyển Stokes lớn giúp tách biệt hoàn toàn giữa bước sóng kích thích và bước sóng phát xạ. Nền ma trận Gadolini photphat (GdPO4) có năng lượng phonon thấp. Năng lượng phonon thấp làm giảm xác suất dập tắt huỳnh quang không bức xạ. Trong khi đó, ma trận Gadolini oxit (Gd2O3) cung cấp độ bền hóa học và độ bền nhiệt cao. Các hạt nano được kiểm soát kích thước ở thang đo dưới 50 nanomet. Kích thước này tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tán trong dung dịch sinh lý và thẩm thấu qua màng tế bào.
1.2. Cơ chế truyền năng lượng trong mạng nền GdPO4 và Gd2O3
Quá trình phát quang trong mạng nền chứa ion Gadolini diễn ra qua cơ chế truyền năng lượng hiệu quả. Ion Gd3+ hấp thụ năng lượng kích thích ở vùng tử ngoại. Năng lượng này sau đó được chuyển giao nhanh chóng sang các ion kích hoạt phát quang. Đối với hệ vật liệu GdPO4:Tb3+, ion Gd3+ chuyển năng lượng kích thích đến mức năng lượng kích thích của ion Terbium. Quá trình này làm tăng cường độ phát quang lên nhiều lần so với việc kích thích trực tiếp vào ion Tb3+. Đối với hệ mạng Gd2O3:Eu3+, năng lượng kích thích truyền từ vùng chuyển điện tích của liên kết Gd-O sang ion Europium. Hiệu suất truyền năng lượng phụ thuộc chặt chẽ vào khoảng cách giữa các ion và nồng độ pha tạp. Nồng độ pha tạp tối ưu giúp tối đa hóa hiệu suất lượng tử. Nếu nồng độ quá cao, hiện tượng dập tắt nồng độ sẽ xuất hiện. Khoảng cách tương tác ngắn giữa các tâm quang học làm giảm hiệu suất phát quang. Việc tối ưu hóa mạng tinh thể đóng vai trò quyết định chất lượng quang phổ.
1.3. Tiềm năng ứng dụng vật liệu nano phát quang trong y sinh
Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm mang lại nhiều đột phá trong y sinh học. Nhu cầu chẩn đoán sớm bệnh lý đòi hỏi các đầu dò sinh học có độ nhạy cực cao. Các chất chỉ thị huỳnh quang thông thường thường bị giới hạn bởi hiện tượng tự phát huỳnh quang của mô sống. Hạt nano đất hiếm khắc phục hoàn toàn nhược điểm này nhờ kỹ thuật ghi hình huỳnh quang phân giải thời gian. Thời gian sống huỳnh quang dài cho phép loại bỏ tín hiệu nhiễu nền từ mô sinh học. Bên cạnh đó, ion Gd3+ trong mạng nền là nguồn tạo tương phản từ tính tự nhiên. Vật liệu kết hợp đồng thời khả năng phát quang và tín hiệu cộng hưởng từ. Sự tích hợp này tạo ra công cụ theo dõi sinh học đa chức năng. Các nhà khoa học sử dụng hạt nano để đánh dấu tế bào ung thư, định lượng độc tố và dẫn truyền thuốc hướng đích.
II. Tổng hợp thủy nhiệt hạt nano đất hiếm GdPO4 Tb3 chuẩn
Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt đóng vai trò then chốt trong việc chế tạo vật liệu nano phát quang GdPO4:Tb3+. Kỹ thuật này sử dụng môi trường nước dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao trong bình phản ứng kín. Quá trình thủy nhiệt tạo ra các tinh thể đồng đều về hình thái và kích thước. Thanh nano GdPO4 pha tạp Tb3+ được hình thành với độ tinh khiết cao. Các thông số phản ứng như nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỷ lệ tiền chất và giá trị pH được kiểm soát chặt chẽ. Cấu trúc pha tinh thể đơn nghiêng (monoclinic) hoặc lục giác (hexagonal) được định hình tùy thuộc vào điều kiện công nghệ. Hạt nano thu được có bề mặt sạch và độ kết tinh hoàn hảo. Độ kết tinh cao hạn chế tối đa các khuyết tật mạng, từ đó nâng cao hiệu suất phát xạ quang học.
2.1. Quy trình tổng hợp thủy nhiệt chế tạo thanh nano GdPO4 Tb3
Quy trình tổng hợp thủy nhiệt bắt đầu bằng việc hòa tan các muối nitrat của Gadolini và Terbium trong nước khử ion. Tỷ lệ mol giữa ion Gd3+ và ion Tb3+ được tính toán chính xác để đạt nồng độ pha tạp tối ưu. Chất tạo phức hoặc chất hoạt động bề mặt được thêm vào để kiểm soát hướng phát triển của tinh thể. Dung dịch chứa nguồn photphat như NH4H2PO4 hoặc Na2HPO4 được nhỏ giọt từ từ vào hỗn hợp phản ứng. Giá trị pH của dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch amoniac hoặc axit nitric. Hỗn hợp sau đó được chuyển vào bình phản ứng autoclave lót Teflon. Quá trình xử lý nhiệt diễn ra ở nhiệt độ từ 160 đến 200 độ C trong khoảng thời gian từ 12 đến 24 giờ. Sau phản ứng, sản phẩm kết tủa được ly tâm, rửa sạch nhiều lần bằng nước cất và cồn tuyệt đối, rồi sấy khô trong chân không. Sản phẩm cuối cùng có dạng thanh nano với đường kính đồng đều từ 10 đến 20 nanomet và chiều dài khoảng 100 nanomet.
2.2. Đặc tính quang học và phát xạ ion Terbium Tb3 màu xanh lục
Quang phổ huỳnh quang của thanh nano GdPO4:Tb3+ thể hiện rõ các vạch phát xạ ion Terbium Tb3+ đặc trưng. Khi kích thích bằng bức xạ tử ngoại ở bước sóng 273 nanomet, vật liệu phát ra ánh sáng màu xanh lục mạnh mẽ. Phổ phát quang gồm bốn đỉnh phát xạ chính tương ứng với các chuyển dời điện tử từ mức 5D4 xuống các mức 7FJ (với J từ 6 đến 3). Đỉnh phát xạ chiếm ưu thế nằm tại bước sóng 543 nanomet ứng với chuyển dời 5D4 về 7F5. Vạch phổ này mang lại màu xanh lục có độ tinh khiết màu sắc cao. Thời gian sống huỳnh quang của trạng thái kích thích 5D4 đạt mức vài mili giây. Tỷ lệ pha tạp Tb3+ tối ưu thường nằm trong khoảng 5% đến 10% mol. Tại nồng độ này, hiệu suất phát xạ đạt giá trị cực đại mà không xảy ra hiện tượng dập tắt nồng độ. Bức xạ huỳnh quang xanh lục sắc nét này rất thích hợp cho việc phát hiện các tín hiệu sinh học trong môi trường phức tạp.
III. Chế tạo vật liệu nano phát quang Gd2O3 Eu3 bằng sol gel
Vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+ sở hữu cường độ phát xạ ánh sáng đỏ mạnh và độ ổn định cao. Kỹ thuật tổng hợp đóng vai trò quyết định đến cấu trúc vi mô và tính chất quang học của hạt nano. Các phương pháp hóa ướt như phương pháp sol-gel và phương pháp đồng kết tủa được ứng dụng phổ biến. Những kỹ thuật này cho phép kiểm soát tốt sự đồng nhất thành phần hóa học ở cấp độ phân tử. Quá trình ủ nhiệt sau tổng hợp giúp chuyển hóa tiền chất thành pha tinh thể lập phương của Gd2O3. Pha lập phương cung cấp môi trường đối xứng thấp cho ion Europium, tạo điều kiện thuận lợi cho các chuyển dời lưỡng cực điện. Hạt nano thu được có kích thước nhỏ, hình thái đẳng hướng và độ phân tán tốt trong môi trường nước.
3.1. Kỹ thuật tổng hợp hóa học nhiều bước và phương pháp sol gel
Kỹ thuật tổng hợp hóa học nhiều bước kết hợp phương pháp sol-gel mang lại độ đồng nhất cao cho hạt nano. Quy trình sử dụng tiền chất là muối nitrat hoặc alkoxit của Gadolini và Europium. Axit citric thường đóng vai trò là tác nhân tạo phức và ethylene glycol là tác nhân polymer hóa. Hỗn hợp phản ứng được khuấy liên tục ở nhiệt độ khoảng 80 độ C để tạo thành mạng lưới gel polyme đồng nhất. Khung polyme giữ các ion kim loại phân tán đều, ngăn chặn sự kết tụ cục bộ. Gel sau đó được sấy khô để loại bỏ dung môi và tạo thành bột tiền chất khô xốp. Bột tiền chất trải qua quá trình nung ở nhiệt độ từ 600 đến 800 độ C trong không khí. Quá trình nhiệt phân loại bỏ hoàn toàn các hợp chất hữu cơ và hình thành pha tinh thể Gd2O3 tinh khiết. Hạt nano tạo ra có dạng hình cầu với kích thước trung bình từ 20 đến 40 nanomet.
3.2. Phương pháp đồng kết tủa và phát xạ ion Europium Eu3
Bên cạnh sol-gel, phương pháp đồng kết tủa cũng được triển khai hiệu quả để chế tạo Gd2O3:Eu3+. Dung dịch muối chứa cation Gd3+ và Eu3+ được kết tủa đồng thời bằng các tác nhân như amoni hydroxit hoặc amoni cacbonat. Kết tủa hydroxide hoặc hydroxycarbonate được rửa sạch và ủ nhiệt để tạo oxit tinh khiết. Phổ huỳnh quang của hạt nano thể hiện rõ các vạch phát xạ ion Europium Eu3+ ở vùng ánh sáng đỏ. Khi kích thích tại dải chuyển điện tích (250-280 nanomet), phổ phát quang xuất hiện các đỉnh sắc nét từ mức 5D0 xuống 7FJ (với J từ 0 đến 4). Đỉnh phát xạ mạnh nhất nằm tại bước sóng 611 nanomet, tương ứng với chuyển dời cưỡng bức 5D0 về 7F2. Chuyển dời này rất nhạy cảm với đối xứng của trường tinh thể xung quanh ion Eu3+. Ánh sáng phát xạ màu đỏ tươi có khả năng xuyên thấu mô sinh học tốt hơn so với ánh sáng bước sóng ngắn.
IV. Biến tính bề mặt hạt nano đất hiếm cho ứng dụng y sinh
Hạt nano đất hiếm sau khi tổng hợp thường có tính kỵ nước hoặc thiếu các nhóm chức hoạt động trên bề mặt. Việc biến tính bề mặt là bước bắt buộc để định hướng ứng dụng trong môi trường sinh học. Bề mặt hạt nano cần được bọc phủ bởi các lớp vỏ tương thích sinh học như silica (SiO2). Lớp vỏ silica giúp bảo vệ lõi phát quang khỏi tác động của môi trường phân tán. Đồng thời, vỏ bọc ngăn chặn sự rò rỉ của các ion Gadolini độc hại vào cơ thể sống. Sau khi bọc vỏ, bề mặt hạt nano được chức năng hóa bằng các nhóm hoạt tính hóa học như nhóm amin (-NH2). Các nhóm chức này tạo vị trí gắn kết bền vững cho các phân tử sinh học đặc hiệu như kháng thể hoặc peptide. Cấu trúc phức hợp nano hoàn chỉnh duy trì độ bền keo cao và hoạt tính sinh học nguyên vẹn.
4.1. Quy trình bọc vỏ bọc silica bảo vệ lõi hạt nano đất hiếm
Quá trình bọc vỏ silica thường được thực hiện thông qua phương pháp Stöber cải tiến hoặc kỹ thuật vi nhũ tương. Hạt nano GdPO4:Tb3+ hoặc Gd2O3:Eu3+ được phân tán đều trong hỗn hợp cồn, nước và amoniac bằng sóng siêu âm. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) được thêm vào dung dịch với tốc độ kiểm soát. Quá trình thủy phân và ngưng tụ của TEOS diễn ra trên bề mặt hạt nano, tạo thành lớp vỏ silica vô định hình đồng nhất bao bọc xung quanh lõi. Độ dày của lớp vỏ silica được điều chỉnh chính xác từ 2 đến 10 nanomet bằng cách thay đổi lượng TEOS và thời gian phản ứng. Lớp vỏ silica mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Lớp vỏ cải thiện tính phân tán của hạt nano trong dung dịch đệm sinh lý PBS. Lớp vỏ còn cách ly các chất dập tắt huỳnh quang như phân tử nước khỏi bề mặt lõi, giúp bảo toàn cường độ phát xạ quang học.
4.2. Chức năng hóa bề mặt amin hóa để liên hợp kháng thể đặc hiệu
Sau khi bọc silica, bề mặt hạt nano được chức năng hóa bằng tác nhân silane hóa như (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES). Phản ứng ghép nối hóa học tạo ra các nhóm amin (-NH2) tự do trên bề mặt hạt nano. Sự hiện diện của nhóm amin được xác nhận thông qua phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) với các dao động đặc trưng của liên kết C-N và N-H. Tiếp theo, tác nhân liên kết chéo glutaraldehyde hoặc hệ EDC/NHS được sử dụng để hoạt hóa bề mặt. Các kháng thể đặc hiệu như kháng thể kháng nọc rắn (IgG) hoặc kháng thể kháng kháng nguyên ung thư CEA được liên hợp cộng hóa trị lên hạt nano. Phức hợp nano sinh học thu được thể hiện ái lực gắn kết cao với các kháng nguyên đích. Hoạt tính miễn dịch của kháng thể được bảo tồn nguyên vẹn sau quá trình liên hợp.
V. Ghi hình sinh học đa phương thức và chất tương phản MRI
Vật liệu nano phát quang GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ mang lại giải pháp đột phá cho chẩn đoán y học hiện đại. Sự kết hợp giữa tính chất quang học sắc nét và từ tính mạnh của ion Gd3+ mở ra kỷ nguyên mới. Kỷ nguyên này hướng tới kỹ thuật ghi hình sinh học đa phương thức. Chẩn đoán đa phương thức cho phép tích hợp ưu điểm của ghi hình huỳnh quang y sinh với chụp cộng hưởng từ MRI. Ghi hình huỳnh quang cung cấp độ nhạy cao và độ phân giải không gian tuyệt vời ở cấp độ vi mô. Trong khi đó, chụp cộng hưởng từ mang lại khả năng ghi hình giải phẫu không giới hạn độ sâu và độ tương phản mô mềm sắc nét. Sự tích hợp hai trong một giúp bác sĩ định vị chính xác khối u và tổn thương bệnh học, nâng cao hiệu quả chẩn đoán sớm và điều trị đích.
5.1. Ứng dụng ghi hình huỳnh quang y sinh phát hiện kháng nguyên
Phức hợp nano chức năng hóa được ứng dụng thành công trong xét nghiệm miễn dịch huỳnh quang độ nhạy cao. Phức hợp GdPO4:Tb3+@silica gắn kháng thể đặc hiệu được dùng để nhận diện kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra. Tín hiệu phát xạ xanh lục sắc nét của hạt nano cho phép phát hiện độc tố ở nồng độ cực thấp cỡ nanogam trên mililit. Tương tự, phức hợp Gd2O3:Eu3+@silica liên hợp kháng thể kháng CEA được sử dụng để phát hiện kháng nguyên carcinoembryonic (CEA). CEA là dấu ấn sinh học quan trọng trong chẩn đoán ung thư đại trực tràng. Khi kháng thể trên hạt nano bắt cặp đặc hiệu với kháng nguyên CEA, tín hiệu phát quang đỏ tại bước sóng 611 nanomet tăng tỷ lệ thuận với nồng độ kháng nguyên. Phương pháp này mang lại độ chọn lọc vượt trội, không bị nhiễu bởi các protein khác trong huyết thanh người.
5.2. Đánh giá khả năng làm chất tương phản MRI đa phương thức
Bên cạnh chức năng phát quang, hệ vật liệu thể hiện hiệu quả xuất sắc khi đóng vai trò chất tương phản MRI dương tính (T1-weighted). Ion Gadolini (Gd3+) trong cấu trúc mạng chứa bảy electron độc thân ở phân lớp 4f, tạo ra mômen từ lưỡng cực lớn. Khi tiếp xúc với các phân tử nước xung quanh, các hạt nano rút ngắn đáng kể thời gian hồi phục dọc T1 của proton nước. Kết quả đo đạc cho thấy độ hồi phục r1 của hạt nano bọc silica đạt giá trị cao, vượt trội hơn so với các phức chất thương mại như Gd-DTPA. Hình ảnh chụp MRI in vitro thể hiện sự tăng cường tín hiệu sáng rõ rệt theo nồng độ hạt nano. Nền tảng vật liệu này vừa đóng vai trò chất tương phản MRI, vừa là đầu dò huỳnh quang sinh học. Đây là bước tiến quan trọng trong công nghệ chẩn đoán đa phương thức.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (142 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHẠM THỊ LIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội, 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHẠM THỊ LIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 944 01 27 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Thanh Hường 2. Lê Quốc Minh Hà Nội, 2020 luan an i LỜI CAM ĐOAN Công trình được thực hiện tại phòng Quang Hóa Điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS.
Nguyễn Thanh Hường và GS. Lê Quốc Minh. Các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Phạm Thị Liên luan an ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS.
Nguyễn Thanh Hường và GS. Lê Quốc Minh, 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 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 tới tập thể các thầy cô và các anh chị em đồng nghiệp Viện Khoa học vật liệu: PGS.
Trần Kim Anh, TS. Hoàng Thị Khuyên, TS. Trần Thu Hương, TS. Trần Quốc Tiến, TS.
Tống Quang Công, TS. Vũ Thị Nghiêm, NCS. Đỗ Khánh Tùng, TS. Lê Thị Vinh, TS.
Hà Thị Phượng đã động viên, khích lệ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. Vũ Xuân Nghĩa và TS. Nguyễn Ngọc Tuấn, Học viện Quân Y, đã giúp tôi hoàn thành các ứng dụng về y sinh trong luận án này.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. Lại Ngọc Điệp và GS. Isabelle Ledoux, phòng thí nghiệm LPQM - Trường ENS Paris - Saclay, Pháp đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm, phép đo trong chuyến đi trao đổi nghiên cứu khoa học. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quỹ NAFOSTED đã tài trợ kinh phí cho chuyến đi trao đổi hợp tác nghiên cứu khoa học quốc tế này.
Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của các đề tài thuộc Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED) với mã số 103. Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới anh em, bạn bè và đặc biệt là người thân trong gia đình đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 08 tháng 3 năm 2020 Tác giả Phạm Thị Liên luan an iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC ….iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ….vii DANH MỤC CÁC BẢNG ….ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ….1 CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM. Giới thiệu về vật liệu nano phát quang.
Vật liệu phát quang chứa ion đất hiếm …. Đặc tính phát quang của hợp chất đất hiếm …. Một số đặc trưng của ion Gd3+ …. Một số đặc trưng của ion Tb3+ ….
Một số đặc trưng của ion Eu2+, Eu3+ …. Các chuyển dời cho phép trong các ion RE3+ …. Quá trình truyền năng lượng …. Tính chất đặc trưng và ứng dụng của vật liệu chứa Gadolini ….
Vật liệu Gadolini …. Vật liệu phát quang nền Gd2O3 ….Vật liệu nano phát quang nền GdPO4. Đặc điểm tính chất của kháng nguyên nọc rắn và CEA………………………. Đặc điểm của kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra……….
Đặc điểm của kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng ……….31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 …. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM …. Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu …. Phương pháp thủy nhiệt.
Giới thiệu về phương pháp thủy nhiệt …. Quy trình tổng hợp vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+.38 luan an iv 2. Phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước …. Giới thiệu về phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước.
Quy trình tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+…. Chế tạo phức hợp nano y sinh của GdPO4:Tb3+; Gd2O3:Eu3+…. Xử lý bề mặt vật liệu …. Chức năng hóa bề mặt vật liệu và liên hợp hóa giữa vật liệu nano phát quang với phần tử hoạt động sinh học.
Bọc vỏ vật liệu thanh nano GdPO4:Tb3+ bằng silica ……. Chức năng hóa thanh nano GdPO4:Tb3+@silica bằng nhóm NH2…. Chế tạo phức nano của GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể kháng nọc rắn (IgG)………………………………………………………. Bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica ….
Chức năng hóa vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica bằng nhóm NH2. Chế tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng CEA (IgG)…………………………………………………47 2. Các phương pháp phân tích vật liệu …. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ….
Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Phương pháp nhiễu xạ tia X …. Phương pháp quang phổ huỳnh quang ………. Phương pháp quang phổ hồng ngoại ….
Phép đo tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung …. Đốt nóng cảm ứng từ …. Phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch …. Kính hiển vi huỳnh quang……………………………………………….63 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ….66 CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA GdPO4:Tb3+ PHÁT HIỆN KHÁNG NGUYÊN NỌC ĐỘC RẮN HỔ MANG……….
Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu. Kết quả phân tích FESEM của vật liệu ……….1 Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4…………………………………67 3.2 Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4:Tb3+…………………………. Kết quả phân tích TEM của vật liệu GdPO4:Tb3+@silica. Kết quả nhiễu xạ tia X ….
Kết quả phân tích huỳnh quang. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4 …. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ bọc silica, gắn nhóm chức amin và kháng thể IgG ….
Kết quả đo phổ hồng ngoại …. Tính chất từ của hệ vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+ …. Ứng dụng của phức hợp nano của GdPO4:Tb3+ phát hiện kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra. Đánh giá kết quả gắn vật liệu nano-kháng thể IgG bằng quang phổ hồng ngoại ….
Đánh giá khả năng của phức hợp GdPO4:Tb3+@ silica-NH2-IgG trong phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra.81 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .83 CHƯƠNG IV: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO Gd2O3:Eu3+ VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA Gd2O3:Eu3+ PHÁT HIỆN KHÁNG NGUYÊN CEA CỦA TẾ BÀO UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu ……. Kết quả đo FESEM …. Kết quả đo TGA ….
Kết quả đo TEM của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+ …. Kết quả đo nhiễu xạ tia X …. Kết quả phân tích EDX …. Kết quả đo phổ hồng ngoại của vật liệu ….
Kết quả đo huỳnh quang …. Phổ kích thích huỳnh quang …. Phổ huỳnh quang của vật liệu Gd2O3:X%Eu3+….97 luan an vi 4. Phổ huỳnh quang của vật liệu khi bọc silica ….
Ứng dụng phức hợp nano của Gd2O3:Eu3+ phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết bằng phức hợp nano. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng HT-29 bằng phức hợp nano….104 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4……………………………………………………….108 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN ….109 DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC ….110 TÀI LIỆU THAM KHẢO ….112 luan an vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Chữ viết tắt Tên đầy đủ AN Cộng Nucleophin APTES 3-Aminopropyltriethoxysilane CEA Carcinoembryonic Antigen Cross-relaxation CR Phục hồi chéo Electric dipole ED Lưỡng cực điện Energy-dispersive X-ray EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X EDC Ethylcarbodiimide hydrochloride Fetal bovine serum FBS Huyết thanh thai bò Field emission scanning electron microscopy FESEM Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Fourier Transform-Infrared Spectroscopy FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier GDA Glutaraldehyde IgG Immunoglobulin G Magnetic dipole MD Lưỡng cực từ Magnetic Resonance Imaging MRI Ảnh cộng hưởng từ NHS N-hydroxysuccinimide Photoluminescence PL Quang phát quang Photoluminescence Excitation PLE Kích thích phát quang PBS Phosphate Buffered Saline Rare Earth based Nanophosphor RE-NP Vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm Scanning Electron Microscope SEM Kính hiển vi điện tử quét Specific Absorption Rate SAR Công suất hấp thụ riêng luan an viii Chữ viết tắt Tên đầy đủ Specific Loss Power SLP Công suất tổn hao riêng Transmission electron microscopy TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Ln-VLNPQ Vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm Vibrating Sample Magnetometer VSM Từ kế mẫu rung X-ray Diffraction XRD Nhiễu xạ tia X luan an ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Cấu hình điện tử của các nguyên tử đất hiếm ở trạng thái cơ bản.
Mức năng lượng ở trạng thái cơ bản của các ion đất hiếm. Một vài dạng cấu trúc và trạng thái ổn định của octho photphat LnPO4……………………………………………. Các thông số thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ………………………… 78 Bảng 4. Đường kính trung bình của Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+, Gd(OH)CO3.H2O:5%Eu3+ theo tài liệu tham khảo, Gd2O3:6%Eu3+, Gd2O3:6%Eu3+@Silica……………………………….
Tỷ lệ trọng lượng của các nguyên tố trong mẫu Gd2O3: 6%Eu3+ và Gd2O3: 6%Eu3+ @ silica của mẫu ủ tại 650oC………………………………………. Kết quả phát hiện CEA của phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2- IgG…………………………………………………………………………. Kết quả phát hiện tế bào ung thư của hạt nano Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2- IgG…………………………………………………………………………….…104 luan an x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Mô hình minh họa phương pháp tổng hợp vật liệu từ trên xuống và từ dưới lên……………………………………………………………………….
Phổ kích thích huỳnh quang của TbPO4…………………………………. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của ion Eu3+, Eu2+ trong mạng nền …. Giản đồ mức năng lượng (Dieke) của các ion đất hiếm RE3+. Các bước của quá trình truyền năng lượng không phát xạ.
Sơ đồ cho cơ chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ: (a) sự chuyển năng lượng theo một chuỗi các tâm đono và bẫy dập tắt; (b) sự phục hồi chéo giữa các cặp tâm. Sơ đồ truyền năng lượng của ion Gd3+ sang Tb3+(a), ion Gd3+ sang Eu3+(b). Sơ đồ Obitan của gadolini………………………………………………. Mô hình biểu biễn ô đơn vị tương ứng với cấu trúc hexagonal, monoclinic và cubic của Gd(OH)3, GdOOH, Gd2O3 tương ứng.
Cấu trúc tinh thể của GdPO4 theo hướng [010] (a); sự liên kết thứ cấp khối cầu của ion Gd3+ trong GdPO4(b). Cấu trúc tinh thể hexagonal GdPO4. Cấu trúc của nọc rắn………………….
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Phạm Thị Liên (2020). Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh [Luận án tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ]. LuanAn.net. https://luanan.net/hoa-hoc/hoa-huu-co/luan-an-che-tao-vat-lieu-nano-gdpo4-tb3-va-gd2o3-eu3-ung-dung-y-sinh
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng trong y sinh. Phân tích cấu trúc, tính chất quang học và tiềm năng chẩn đoán.
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" thuộc chuyên ngành Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử. Danh mục: Hóa Hữu Cơ.
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" có 142 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng y sinh" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.