Chế tạo, nghiên cứu tính chất vật liệu nano YVO4:Eu3+ & EuPO4.H2O ứng dụng y sinh

VIỆN HÀN LÂM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------- LÊ THỊ VINH CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO YVO4:Eu3+ VÀ EuPO4.H2O THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU HUỲNH QUANG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2017 VIỆN HÀN LÂM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------- LÊ THỊ VINH CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO YVO4:Eu3+ VÀ EuPO4.H2O THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU HUỲNH QUANG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 62 44 01 27 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Người hướng dẫn khoa học: 1. Lê Quốc Minh 2. Trần Thu Hương Hà Nội – 2017 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 GS.

Lê Quốc Minh và TS. Trần Thu Hương. 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 Lê Thị Vinh ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS.

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.

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. 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. 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 .5 VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM. Vật liệu nano.

Chiến lược chế tạo vật liệu nano. Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm. Vật liệu huỳnh quang chứa ion đất hiếm.

Cơ chế phát quang chứa ion đất hiếm. Sự tách mức năng lượng ở phân lớp 4f của nguyên tố đất hiếm. Vật liệu nano phát quang YVO4:Eu3+. Vật liệu nano phát quang EuPO4.

Công cụ đánh dấu huỳnh quang miễn dịch y sinh .21 Kết luận chương 1 .25 iv CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM. Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu. Phương pháp thủy nhiệt. Phương pháp vi sóng (Microwave).

Quy trình tổng hợp YVO4:Eu3+ theo phương pháp vi sóng. Quy trình tổng hợp EuPO4.H2O theo phương pháp vi sóng. Phương pháp tổng hợp sử dụng chất tạo khuôn mềm. Các hệ mẫu được chế tạo và nghiên cứu trong luận án.

Phân tích cấu trúc và hình thái bề mặt của vật liệu. Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X. Phép chụp ảnh hiển vi điện tử quét. Phép chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua.

Hệ đo phổ hồng ngoại. Khảo sát tính chất quang của vật liệu. Phép đo phổ huỳnh quang .2 Phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch sinh hóa (FIA). 38 Kết luận chương 2 .40 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU YVO4:Eu3+.

Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo mẫu. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt. Ảnh hưởng của độ pH. Ảnh hưởng của thời gian vi sóng.

Ảnh hưởng của công suất với chất tạo khuôn mềm PEG .56 Kết luận chương 3 .61 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU EuPO4. Ảnh hưởng của nồng độ. Ảnh hưởng của độ pH đến cấu tạo và tính chất của EuPO4. Ảnh hưởng của độ pH của các mẫu [Eu3+]/ [PO43-] = 1/15 (EP 1-15).

Ảnh hưởng của độ pH của các mẫu EuPO4 (1-1). 69 Kết luận chương 4 .73 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO CHỨA TÁC NHÂN PHÁT QUANG EUROPI TRONG Y SINH HỌC VACXIN. Xây dựng quy trình chế tạo công cụ đánh dấu nhận dạng huỳnh quang miễn dịch74 5. Bọc vỏ vật liệu nano phát quang (Ln- VLNPQ) bằng Silica.

Chức năng hóa vật liệu đã được bọc vỏ. Liên kết thực thể nano và các phần tử sinh học. Thử nghiệm phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch, ứng dụng nhận dạng virut sởi. Quy trình thử nghiệm cho phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch.

Chuẩn bị tế bào.2 Chuẩn bị mẫu và gây nhiễm. Nhận dạng virut sởi bằng phương pháp miễn dịch huỳnh quang. 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) RE3+: 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 YVO4:Eu3+ và EuPO4 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 CH2(CH2CHO): Glutaraldehyde RN = C = NR: Carbodiimide viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.

Cấu hình điện tử của các ion nguyên tố đất hiếm [53]. Một vài dạng cấu trúc và trạng thái ổn định của octho phốt phát LnPO4 [74]. Ký hiệu các mẫu vật liệu YVO4:Eu3+ sử dụng trong luận án. Ký hiệu các mẫu vật liệu EuPO4 sử dụng trong luận án.

Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của mẫu YVO4:Eu3+ chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt (YVE-HT) và phương pháp vi sóng (YVE-MW). Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của hệ YVO4:Eu3+ chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt khi có các chất hoạt động bề mặt. Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của hệ mẫu YVO4:Eu3+ được chế tạo bằng phương pháp vi sóng khi thay đổi thời gian. Các đặc trưng cấu trúc mạng tinh thể của các mẫu EuPO4.H2O với sự thay đổi [PO43-] ở pH =6.

Tỉ lệ cường độ giữa đỉnh 7F1 và 7F2 của EuPO4.H2O khi thay đổi [PO43-]. Tỉ lệ cường độ giữa đỉnh 7F1 (5D0 →7F1) và 7F2 (5D0 →7F2) của mẫu EuPO4.H2O với tỷ lệ [Eu3+]/[PO43-] =1/15 ở với pH khác nhau. Cường độ, tỉ lệ cường độ giữa các đỉnh phát xạ cực đại tương ứng của các vật liệu nano EuPO4.H2O với tỷ lệ [Eu3+]/ [PO43-] = 1/1 khi thay đổi độ pH ở bước sóng 393 nm. 71 ix DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.

Vật liệu nhân tạo và vật liệu tự nhiên trong thang nano. Mô hình tách mức năng lượng phân lớp 4f. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của ion Eu3+, Eu2+ trong mạng nền. Cấu trúc tinh thể của vật liệu YVO4.

Phổ huỳnh quang của Eu3+ trong các vật liệu YVO4: Eu3+ (a) và Na(Lu,Eu)O2 (b) [55]. Sơ đồ hạt nano YVO4:Eu3+ 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]. Ảnh TEM của vật liệu YVO4:Eu3+có PEG (a) và (b). vật liệu YVO4:Eu3+ không có PEG (c) [61].

Ảnh SEM của mẫu YVO4:Eu3+ với độ pH khác nhau (A) 3. Phổ kích thích (a) và phổ huỳnh quang (b) của EuPO4. Ảnh TEM của mẫu thanh nano EuPO4. Hình ảnh hiển vi DIC của tế bào HUVEC [44].

Sơ đồ minh họa quy trình chế tạo sensor miễn dịch ECL của màng EuPO4 / CS [78]. Sơ đồ nguyên lý phương pháp phân tích đánh dấu huỳnh quang miễn dịch. Thiết bị dùng trong công nghệ thủy nhiệt. Sóng điện từ.

Hệ thống thiết bị tổng hợp vi sóng. Quy trình chế tạo vật liệu YVO4:Eu3+ bằng phương pháp vi sóng và thủy nhiệt. Quy trình chế tạo vật liệu EuPO4.H2O bằng phương pháp vi sóng. 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.

Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng mạng tinh thể. Thiết bị nhiễu xạ tia X D5000 do hãng SIEMEN. Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét. Kính hiển vi điện tử quét FESEM.

Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (JEOL-1010). Thiết bị đo phổ hồng ngoại IMPACT-410, NICOLET. Sơ đồ khối của hệ đo phổ huỳnh quang.

Hệ đo huỳnh quang tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Viện Khoa học Vật liệu. Kính hiển vi huỳnh quang (Olympus BX40) .