Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp các chấm lượng tử phát quang znse znsemnzns

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- BÙI THỊ DIỄM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ PHÁT QUANG ZnSe, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU TP. HỒ CHÍ MINH – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- BÙI THỊ DIỄM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ PHÁT QUANG ZnSe, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 9440127 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Quang Liêm 2. Lương Thị Bích TP.

HỒ CHÍ MINH – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của GS. Nguyễn Quang Liêm và TS. Lương Thị Bích. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án hoàn toàn trung thực, một số kết quả là kết quả chung của nhóm nghiên cứu trong đề tài Sở Khoa Học và Công Nghệ TPHCM.

Tác giả luận án Bùi Thị Diễm i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và đầy kính trọng đến GS. Nguyễn Quang Liêm, TS. Lương Thị Bích và PGS. Nguyễn Phương Tùng đã hướng dẫn tận tâm cho tôi bằng tất cả tâm huyết và sự quan tâm hết mực của người thầy đến nghiên cứu sinh suốt cả một chặng đường dài nghiên cứu đề tài luận án.

Thầy cô luôn tạo mọi cơ hội và điều kiện tốt nhất đế tôi có thể thực hiện và hoàn thành các thí nghiệm trong luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Ban giám hiệu và Khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện và hoàn tất các kế hoạch nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của quý thầy cô, anh chị em và bạn đồng nghiệp đang công tác tại Phòng thí nghiệm Vật liệu Nano và phụ gia dầu khí, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Hóa học, Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Học viện Khoa học và Công nghệ đã giúp đỡ, đã luôn tin tưởng, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi làm thực nghiệm, đo mẫu trong suốt quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân luôn động viên về tinh thần, thời gian và vật chất để tôi có động lực trong công việc và nghiên cứu khoa học.

Tác giả luận án Bùi Thị Diễm ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vii DANH MỤC BẢNG. viii DANH MỤC HÌNH VẼ .ix MỞ ĐẦU.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu của luận án. Nội dung nghiên cứu. Tổng hợp vật liệu.

Nghiên cứu tính chất đặc trưng của vật liệu. Đánh giá khả năng ứng dụng trong y sinh của các hạt nano. Các đóng góp mới, ý nghĩa lý luận và ý nghĩa thực tiễn. Bố cục và nội dung của luận án.

xvii CHƯƠNG 1. Vật liệu nano. Một số hiệu ứng đặc biệt của vật liệu có kích thước nano. Hiệu ứng giam giữ lượng tử.

Hiệu ứng kích thước. Hiệu ứng bề mặt. Tính chất quang chấm lượng tử. Vật liệu ZnSe.

Cấu trúc và tính chất của ZnSe. Vật liệu ZnS. Cấu trúc của vật liệu ZnS. Tính chất của vật liệu ZnS.

Chất ổn định bề mặt bề mặt. Khái niệm và đặc điểm. Tác dụng của chất ổn định bề mặt. Một số chất ổn định bề mặt.

Phương pháp tổng hợp hạt nano có cấu trúc lõi/vỏ. Các phương pháp tổng hợp vật liệu ZnSe. Tổng hợp lõi cho hạt nano có cấu trúc lõi/vỏ. Chế tạo lớp vỏ cho hạt nano có cấu trúc lõi/vỏ.

Tình hình nghiên cứu chấm lượng tử ZnSe. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị. Dụng cụ và thiết bị.

Tổng hợp các QD ZnSe, ZnSe:Mn, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt 3-mercaptopropionic axit (MPA). Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-MPA. Tổng hợp nano phát quang ZnSe:Mn-MPA. Tổng hợp nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-MPA.

Tổng hợp nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-MPA. Tổng hợp các QD ZnSe, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt Polyethylene glycol (PEG). Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-PEG. Tổng hợp nano phát quang lõi ZnSe:Mn-PEG.

Tổng hợp nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-PEG. Tổng hợp nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-PEG. Tổng hợp các QD ZnSe, ZnSe:Mn, ZnSe:Mn/ZnS, ZnSe/ZnS:Mn/ZnS sử dụng chất ổn định bề mặt hồ tinh bột (HTB). Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe-HTB.

Tổng hợp hạt nano phát quang ZnSe:Mn-HTB. Tổng hợp QDs ZnSe:Mn/ZnS-HTB. Tổng hợp QDs ZnSe/ZnS:Mn/ZnS-HTB. Các phương pháp khảo sát và nghiên cứu vật liệu.

Chiếu đèn UV. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis). Phương pháp phổ huỳnh quang (Photoluminescence, PL). Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phổ quang điện tử tia X (XPS). Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS).

Phổ tán xạ Raman. Hiệu suất lượng tử của các chấm lượng tử. Đánh giá khả năng tương thích của nano phát quang với kháng thể bằng kỹ thuật SDS - pages. Tiến hành chạy flow cytometry xác định nồng độ tối ưu giữa tương tác kháng thể (Ab) và hạt nano phát quang (QD).

Khảo sát khả năng phát hiện tác nhân gây bệnh của hạt QD–Ab trên chủng MRSA và E. Ứng dụng hạt QD–Ab phát hiện chủng gây bệnh trên mẫu (giả mẫu). KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .48 Phần A: Chất ổn định bề mặt axit 3-mercaptopropionic (MPA). Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe-MPA.

Phân tích cấu trúc của nano phát quang ZnSe-MPA. Phân tích tính chất quang của nano phát quang ZnSe-MPA. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe:Mn-MPA. Phân tích cấu trúc của nano phát quang ZnSe:Mn-MPA.

Phân tích tính chất quang của nano phát quang ZnSe:Mn-MPA. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của các hạt QD ZnSe:Mn/ZnS-MPA. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS- MPA .69 Phần B: Chất ổn định bề mặt Polyethylene glycol (PEG). Phân tích cấu trúc và tính chất quang của ZnSe-PEG.

Phân tích cấu trúc của ZnSe-PEG. Phân tích tính chất quang của ZnSe-PEG. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang của DQs ZnSe:Mn- PEG. Phân tích cấu trúc của nano phát quang của DQs ZnSe:Mn-PEG.

Phân tích tính chất quang của nano phát quang của DQs ZnSe:Mn-PEG. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS PEG. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS- PEG .87 Phần C: Chất ổn định bề mặt hồ tinh bột. Khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp của nano phát quang ZnSe- HTB.

Phân tích cấu trúc và tính chất quang của QD ZnSe:Mn-HTB. Phân tích cấu trúc của nano phát quang ZnSe:Mn-HTB. Phân tích tính chất quang của nano phát quang ZnSe:Mn-HTB. Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe:Mn/ZnS-HTB.

Phân tích cấu trúc và tính chất quang của nano phát quang ZnSe/ZnS:Mn/ZnS HTB .102 Phần D: Đánh giá khả năng ứng dụng trong y sinh của các hạt nano có cường độ quang cao nhất. Đánh giá khả năng tương thích của nano phát quang với kháng thể bằng kỹ thuật SDS - pages. Tiến hành chạy flow cytometry xác định nồng độ tối ưu giữa tương tác kháng thể (Ab) và hạt nano phát quang (QD). Khảo sát khả năng phát hiện tác nhân gây bệnh của hạt QD–Ab trên chủng MRSA và E.

Ứng dụng hạt QD–Ab phát hiện chủng gây bệnh trên mẫu (giả mẫu) .113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.142 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi QDs Quantum Dots PCR Polymerase Chain Reaction Cd Cadimi S.aureus Staphylococcus Aureus Methicillin-Resistant Joint Committee on Powder MRSA JCPDS Staphylococcus Aureus Diffraction Standards PEG PolyEthylene Glycol NaBH4 Sodium borohydride NCs NanoCrystals Zn(OAC)2 Zinc acetate SDS Poly acrylamide E.coli Escherichia coli APS Anmonium persulphate LNPS Luminescent Nano Particles CFU Colony form units MPA 3 - Mercaptopropionic acid LED Light-Emitting Diodes HTB Hồ Tinh bột (Starch) Fluorescence spectrum Photoluminescence Quantum Yield PL PLQY (Phổ huỳnh quang) (Hiệu suất huỳnh quang) Dynamic Light Scattering X-ray Photoelectron Spectroscopy DLS XPS (Tán xạ ánh sáng) (Phổ quang điện tử tia X) Band gap energy Transmission Electron Microscopy Eg TEM (Năng lượng vùng cấm). Carbodiimidehydrochloride LB Lubria broth PBS Dung dịch đệm phosphat NC Nanocrystals (nano tinh thể) FT-IR Fourrier Transformation Infrared vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano cấu tạo từ nguyên tử giống nhau. Các thông số cơ bản của vật liệu nano ZnSe.

Bảng so sánh cấu trúc tinh thể tập phương ZnSe, ZnS. Tính chất của Amylozơ, Amylopectin. Bán kính của một số ion thường sử dụng pha tạp trong tổng hợp QDs. Mức năng lượng vùng cấm của một số loại vật liệu.

Hóa chất và hãng sản xuất. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm. Bố trí thí nghiệm giữa EDC, protein A và QDs ZnSe:5%Mn/ZnS-PEG. Bố trí thí nghiệm giữa EDC, protein A và QDs ZnSe:5%Mn/ZnS-PEG.

Bố trí thí nghiệm giữa EDC, protein A và QDs ZnSe:5%Mn/ZnS-PEG. Thành phần của gel phân tách và gel gom. Bảng so sánh hiệu suất huỳnh quang của các chấm lượng tử sử dụng các chất ổn định lần lượt MPA, PEG và hồ tinh bột .109 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Minh họa sự hình thành các vùng năng lượng từ các quỹ đạo nguyên tử đối với số nguyên tố giả thiết là M.

Sự gián đoạn mức năng lượng ở các loại vật liệu nano khác nhau. Cấu trúc lập phương kẽm blende (sphalerite/zinc blende). Cấu trúc mạng lưới lục phương kiểu wurtzite. Giản đồ nhiễu xạ tia X của tinh thể ZnSe.

Cấu trúc dạng lập phương (hay sphalerite) của ZnS. Cấu trúc hình thái đơn giản của chất ổn định bề mặt. Công thức cấu tạo của 3 – Mercaptopropionic axit (MPA). Cấu trúc phân tử Amylozơ (a), Amylopectin (b).

Sự hình thành liên kết -1,4-glicozit và liên kết -1,6-Glicozit trong Amylopectin. Cấu trúc của Polyethylene glycol (PEG). Cấu trúc phân tử PEG trong nước.