Các ứng dụng đánh dấu sinh học của các chấm lượng tử bán dẫn bán dẫn

Các chấm lượng tử ứng dụng trong đánh dấu sinh học đã đặt ra khả năng mới cho hình ảnh siêu nhạy và ghép các mục tiêu phân tử trong tế bào sống, các mô động vật và cơ thể con người. Chấm lượng tử hiện nay có rất nhiều ứng dụng trong y-sinh như làm chất đánh dấu hiện ảnh phân tử và tế bào cả in vitro và in vivo, làm các cảm biến sinh học. Bài báo này trình bày tổng quan về các ứng dụng đánh dấu sinh học của các chấm lượng tử trong giai đoạn hiện nay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các ứng dụng đánh dấu sinh học của các chấm lượng tử bán dẫn bán dẫnChu Việt Hà và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ99(11): 151 - 159ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU SINH HỌC CỦA CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪNChu Việt Hà1, Trần Anh Đức1, Đỗ Thị Duyên1,Vũ Thị Kim Liên1*, Trần Hồng Nhung21Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên2Viện Khoa học và Công nghệ Việt NamTÓM TẮTSo sánh với chất màu hữu cơ truyền thống và các protein phát quang tự nhiên, các chấm lượng tửbán dẫn có đặc tính quang học và điện tử độc đáo: có thể điều khiển ánh sáng phát xạ nhờ thay đổikích thước, phổ phát xạ hẹp và đối xứng ,độ chói cao, thời gian sống phát quang dài và điểm đặcbiệt nhất là độ bền quang cao (gấp vài trăm lần so với chất màu hữu cơ), ít bị tẩy quang, và quangphổ hấp thụ rộng dễ kích thích đồng thời của nhiều màu sắc huỳnh quang. Với các tính chất quanglý đó, việc ứng dụng các hạt nano chấm lượng tử bán dẫn phân tán được trong nước để ứng dụngcho mục đích đánh dấu sinh học đã và đang được thực hiện cả trên thế giới cũng như ở Việt Nam.Các tiến bộ gần đây giúp phát triển thiết bị thăm dò các hạt nano đa chức năng, cho thấy phát xạcủa các hạt nano này là rất sáng và ổn định trong điều kiện phức tạp của cơ thể sống. Các chấmlượng tử ứng dụng trong đánh dấu sinh học đã đặt ra khả năng mới cho hình ảnh siêu nhạy và ghépcác mục tiêu phân tử trong tế bào sống, các mô động vật và cơ thể con người. Chấm lượng tử hiệnnay có rất nhiều ứng dụng trong y-sinh như làm chất đánh dấu hiện ảnh phân tử và tế bào cả invitro và in vivo, làm các cảm biến sinh học. Bài báo này trình bày tổng quan về các ứng dụng đánhdấu sinh học của các chấm lượng tử trong giai đoạn hiện nay.Từ khóa: chấm lượng tử bán dẫn, đánh dấu sinh học, hạt nanoTỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ*Các chấm lượng tử kể từ khi được phát hiện,đã dần trở thành các chất dán nhãn huỳnhquang quan trọng dùng trong cảm biến sinhhọc và hiện ảnh [1]. Các chấm lượng tử lànhững tinh thể nano bán dẫn bao gồm cácnguyên tử của các nguyên tố nhóm II - VI (vídụ, Cd, Zn, Se, Te) hoặc III-V (ví dụ, In, P,As) trong bảng hệ thống tuần hoàn cácnguyên tố hóa học. Các hiệu ứng lượng tử xảyra khi kích thước tinh thể có thể so sánh vớibước sóng de Broglie của điện tử và lỗ trống.Khi đó cả điện tử và lỗ trống đều bị giam giữvà các mức năng lượng của chúng bị lượng tửhóa. Sự giam giữ lượng tử làm gián đoạn cácmức năng lượng theo chiều giam giữ và làmthay đổi mật độ trạng thái theo năng lượng.Kết quả là hấp thụ hay phát xạ của các chấmlượng tử phụ thuộc vào kích thước hạt, nghĩalà người ta có thể điều khiển được tính chấtquang (ví dụ màu phát xạ huỳnh quang) theokích thước của các chấm lượng tử. Các chấmlượng tử có phổ hấp thụ rộng, phổ phát xạhẹp, do đó có thể linh hoạt lựa chọn bướcsóng kích thích cũng như giảm thiểu sự chồngchập phổ phát xạ từ các chấm lượng tử đa*Tel: 0912 789436, Email: lienvusptn@gmail.comthành phần, làm cho chúng trở thành các chấtdán nhãn tuyệt vời với sự sàng lọc thônglượng cao. Ngoài ra, việc lựa chọn bước sóngkích thích xa các bước sóng phát xạ có thểloại bỏ sự tán xạ nền. So với các chất màuhữu cơ, các chấm lượng tử có hiệu suất lượngtử tương tự nhưng hệ số dập tắt lớn hơn, làmgiảm tốc độ dập tắt quang [2]. Độ chói huỳnhquang của các chấm lượng tử cũng lớn hơn độchói của chất màu hữu cơ khoảng 10 đến 20lần và độ bền quang cao gấp 100 đến 200 lần[2]. Ngoài ra, bằng cách sử dụng các chấmlượng tử khác nhau người ta có thể đánh dấuhuỳnh quang trong khoảng rộng từ vùng khảkiến đến vùng hồng ngoại gần, trong khoảngtừ 400nm đến 2000nm [3]. Các chấm lượngtử thường được sử dụng trong đánh dấu sinhhọc là các chấm lượng tử trên cơ sở CdSevà CdTe vì phổ phát xạ của chúng trải toànbộ vùng phổ nhìn thấy tùy thuộc vào kíchthước [3].Các chấm lượng tử có phổ hấp thụ liên tục vàrộng tương tự như của vật liệu bán dẫn khốivới một số đỉnh. Phổ hấp thụ kéo dài từ vùngtử ngoại tới một bước sóng giới hạn trongvùng nhìn thấy, tương ứng với dịch chuyển cơbản, được gọi là đỉnh hấp thụ thứ nhất. Cácchấm lượng tử không hấp thụ ánh sáng có151Chu Việt Hà và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆbước sóng lớn hơn bước sóng của đỉnh hấpthụ thứ nhất. Do sự phụ thuộc của các mứcnăng lượng điện tử - lỗ trống vào kích thướcvà thành phần hóa học của chấm lượng tử nênbước sóng đỉnh hấp thụ thứ nhất cũng phụthuộc vào kích thước và thành phần hóa họccủa chấm lượng tử. Các chấm lượng tử càngnhỏ thì đỉnh hấp thụ thứ nhất càng ở bướcsóng ngắn. Mỗi đỉnh ứng với dịch chuyểnnăng lượng giữa các mức năng lượng giánđoạn của các điện tử - lỗ trống (exciton) [4].Các chấm lượng tử có phổ hấp thụ rộng nênhuỳnh quang có thể được kích thích ở bướcsóng nào ngắn hơn bước sóng huỳnh quang.Vì vậy nhiều chấm lượng tử với màu huỳnhquang khác nhau có thể được kích thích bằngmột ánh sáng đơn sắc (hay bằng một nguồnđơn). Điều này trái ngược với chất màu hữucơ, có tần số cộng hưởng hấp thụ chỉ trongmột vùng tần số hẹp, d ...