Luận án TS Đỗ Thị Huế: Chế tạo, quang tính nano vàng (cầu, thanh, lõi/vỏ) cho y sinh

Nano vàng là vật liệu kích thước nanomet. Chúng có khả năng tương tác mạnh với ánh sáng. Sự tương tác này tạo ra hiệu ứng SPR. Hiệu ứng SPR mang lại màu sắc đặc trưng. Nó cũng tạo ra khả năng biến đổi năng lượng ánh sáng thành nhiệt. Điều này mở ra nhiều triển vọng trong y học, từ chẩn đoán đến điều trị.

Luận án tập trung vào việc chế tạo. Các cấu trúc nano vàng dạng cầu, dạng thanh được tạo ra. Cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng cũng là đối tượng nghiên cứu. Mục tiêu tiếp theo là khảo sát toàn diện tính chất quang của chúng. Việc này nhằm tối ưu hóa các đặc tính cho ứng dụng y sinh cụ thể. Từ đó, phát triển các giải pháp mới trong chẩn đoán và điều trị.

Lý thuyết Mie giải thích sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng. Nó áp dụng cho các hạt hình cầu. Lý thuyết Gans mở rộng cho hạt hình elip. Các lý thuyết này giúp dự đoán đỉnh cộng hưởng plasmon. Vị trí đỉnh phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, và môi trường. Sự hiểu biết này là cần thiết để thiết kế nano vàng.

Phương pháp nuôi mầm là kỹ thuật chính. Nó được dùng để tổng hợp các hạt nano vàng. Quy trình bắt đầu bằng hạt mầm vàng nhỏ (Duff-Baiker). Sau đó, hạt mầm được phát triển trong dung dịch nuôi. Dung dịch nuôi chứa ion Au3+ và chất khử. Việc kiểm soát tỷ lệ nồng độ ảnh hưởng đến kích thước cuối cùng.

Kích thước hạt nano vàng dạng cầu được điều khiển chặt chẽ. Từ hạt mầm Duff-Baiker hoặc citrate. Hạt vàng có thể phát triển lên tới 200 nm. Sự thay đổi tỷ lệ ion Au3+ và nồng độ hạt mầm quyết định kích thước. Việc tối ưu pH dung dịch nuôi cũng ảnh hưởng đến quá trình phát triển.

Hạt nano silica được chế tạo bằng phương pháp Stober. Bề mặt silica sau đó được amin hóa. Lớp vàng được phủ lên hạt silica đã amin hóa. Quá trình này tạo ra cấu trúc lõi/vỏ SiO2/Au. Thanh nano vàng cũng được tổng hợp thông qua quy trình nuôi mầm cải tiến. Các hình dạng đặc biệt này mang lại tính chất quang đa dạng.

SPR là sự dao động cộng hưởng của các electron tự do. Dao động này xuất hiện trên bề mặt kim loại nano. Nó được kích thích bởi ánh sáng tới. Hiện tượng này tạo ra sự tăng cường hấp thụ và tán xạ. Vị trí đỉnh SPR cung cấp thông tin về kích thước và hình dạng của hạt nano.

Hạt nano vàng dạng cầu có một đỉnh SPR rõ ràng. Thanh nano vàng thể hiện hai đỉnh SPR. Một đỉnh cộng hưởng plasmon ngang và một đỉnh cộng hưởng plasmon dọc. Cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng cũng có phổ hấp thụ đặc trưng. Các tính chất này được nghiên cứu chi tiết. Mục đích là để tối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể.

Phổ UV-Vis là phương pháp tiêu chuẩn. Nó được dùng để xác định tính chất quang. Phép đo cho thấy vị trí và cường độ của đỉnh SPR. Phổ hấp thụ thay đổi khi hình dạng, kích thước, và môi trường của hạt nano vàng thay đổi. Kỹ thuật này giúp đánh giá hiệu quả quá trình chế tạo.

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là công cụ quan trọng. Nó cho phép quan sát trực tiếp hình dạng hạt nano. Kích thước và sự phân bố kích thước cũng được xác định chính xác. TEM cung cấp bằng chứng hình ảnh về các cấu trúc dạng cầu, dạng thanh, và lõi/vỏ. Điều này khẳng định thành công của quá trình chế tạo.

Nhiễu xạ tia X (XRD) dùng để xác định cấu trúc tinh thể. Nó xác nhận sự có mặt của vàng kim loại. Phổ EDX phân tích thành phần nguyên tố. FTIR (hấp thụ hồng ngoại) xác định các nhóm chức hóa học. Các phương pháp này đảm bảo tính tinh khiết và cấu trúc vật liệu.

Phương pháp tán xạ động ánh sáng (DLS) đo kích thước thủy động lực. DLS cũng đánh giá sự phân bố kích thước. Nó cung cấp thông tin về độ ổn định của dung dịch keo nano vàng. Việc khảo sát pH tối ưu của dung dịch nuôi cũng được thực hiện. Điều này giúp duy trì sự ổn định của các hạt trong dung dịch.

Nano vàng được sử dụng làm tác nhân tăng cường độ tương phản. Chúng hỗ trợ các kỹ thuật hiện ảnh quang học. Khả năng tán xạ ánh sáng mạnh giúp tạo ra hình ảnh rõ nét. Điều này có lợi trong chẩn đoán sớm bệnh. Đặc biệt trong việc theo dõi các quá trình sinh học ở cấp độ tế bào.

Nano vàng có khả năng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại gần. Sau đó, chúng chuyển đổi năng lượng này thành nhiệt. Nhiệt cục bộ có thể được dùng để tiêu diệt tế bào ung thư. Ứng dụng này đang được nghiên cứu tích cực. Nó cung cấp một phương pháp điều trị không xâm lấn hiệu quả.

Các kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới. Cần tiếp tục tối ưu hóa các cấu trúc nano vàng. Mục tiêu là để đạt hiệu quả cao hơn trong ứng dụng y sinh. Việc kết hợp nano vàng với các tác nhân sinh học khác cũng được xem xét. Điều này nhằm nâng cao khả năng chẩn đoán và điều trị bệnh.