Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano chấm lượng tử CdSe cho ứng dụng đánh dâu sinh học

Các hạt nano chấm lượng tử CdSe được chế tạo bởi phương pháp hóa ướt trong môi trường nước sử dụng hợp chất citrate làm chất hoạt động bề mặt. Các chấm lượng tử chế tạo được khá đơn phân tán trong nước, với kích thước dao động tử 3.5 đến 10 nm với cường độ phát huỳnh quang mạnh. Các chấm lượng tử này có độ bền quang cao, độ chói tốt và khá ổn định trong các môi trường pH khác nhau. Tính chất quang của các chấm lượng tử được khảo sát trong nhiều điều kiện khác nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano chấm lượng tử CdSe cho ứng dụng đánh dâu sinh họcChu Việt Hà và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ113(13): 17 - 23CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANOCHẤM LƯỢNG TỬ CdSe CHO ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU SINH HỌCChu Việt Hà1,*, Nguyễn Thị Vân1, Trần Anh Đức2, Vũ Thị Kim Liên121Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái NguyênViện Vật lý – Viên Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt NamTÓM TẮTCác hạt nano chấm lượng tử CdSe được chế tạo bởi phương pháp hóa ướt trong môi trường nướcsử dụng hợp chất citrate làm chất hoạt động bề mặt. Các chấm lượng tử chế tạo được khá đơn phântán trong nước, với kích thước dao động tử 3.5 đến 10 nm với cường độ phát huỳnh quang mạnh.Các chấm lượng tử này có độ bền quang cao, độ chói tốt và khá ổn định trong các môi trường pHkhác nhau. Tính chất quang của các chấm lượng tử được khảo sát trong nhiều điều kiện khác nhau.Độ bền quang cao sau nhiều tháng chế tạo hứa hẹn ứng dụng các chấm lượng tử này cho các đánhdấu huỳnh quang, đặc biệt là đánh dấu sinh học.Từ khóa: Chấm lượng tử, CdSe, citrate, môi trường nước, đánh dấu huỳnh quang.GIỚI THIỆU*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 [1-5]. 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 thường được sử dụng trong đánh dấusinh học là các chấm lượng tử trên cơ sởCdSe và CdTe vì phổ phát xạ của chúng trảitoàn bộ vùng phổ nhìn thấy tùy thuộc vàokích thước [3].*Tel: 0912132036Vì môi trường sinh học chủ yếu là nước nêncác chấm lượng tử dùng trong đánh dấu sinhhọc phải phân tán được trong nước. Mặt khác,các chấm lượng tử muốn đánh dấu được cácđối tượng sinh học như ADN, protein, khángthể, tế bào… thì chúng phải gắn kết được vớicác đối tượng sinh học đó. Vì vậy các chấmlượng tử phải có các nhóm chức hóa học thíchhợp để có thể phân tán được trong nước vàgắn kết với các phân tử sinh học, do đó chúngphải có lớp hợp sinh ưa nước bao quanh.Deng và cộng sự (2006) [6] đã phát triển mộtphương pháp khá an toàn và giảm sự độc hạicủa các hóa chất khi nghiên cứu chế tạo cácchấm lượng tử CdSe trực tiếp trong môitrường nước sử dụng citrate, rút ngắn bớt thờigian chế tạo và giảm độ độc hại so với cácchấm lượng tử chế tạo trong dung môi hữu cơtruyền thống. Theo phương pháp này, cácmầm tinh thể chấm lượng tử CdSe được tạothành ngay trong nước nhờ citrate, kích thướccủa các chấm lượng tử CdSe phụ thuộc vàonồng độ citrate ban đầu. Các chấm lượng tửchế tạo theo phương pháp này có thể ứngdụng đánh dấu huỳnh quang trực tiếp lên cácđối tượng sinh học.Trong bài báo này, chúng tôi chế tạo cácchấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS phân tántrong nước phát triển dựa trên phương phápcủa Deng. Các chấm lượng tử này có cườngđộ phát quang mạnh với hiệu suất cao, phát17Chu Việt Hà và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆxạ ở các bước sóng khác nhau phụ thuộc vàokích thước hứa hẹn là các chất đánh dấu sửdụng cho các ứng dụng sinh học. Các chấmlượng tử này được bọc thêm một lớp hợp sinhbên ngoài là PEG (polyethyglycol) hoặcprotein BSA nhằm tăng hiệu suất phát xạhuỳnh quang và tăng tính ổn định cho các ứngdụng trong sinh học. Các kết quả cho thấycường độ phát xạ huỳnh quang của các chấmlượng tử có lớp vỏ bọc tăng đáng kể so vớicác chấm lượng tử không được thụ động hóabề mặt. Các quá trình thực nghiệm chế tạomẫu đều được thực hiện tại phòng thí nghiệmVật lý Chất rắn Khoa Vật lý, Trường Đại họcSư phạm - Đại học Thái Nguyên.THỰC NGHIỆMChế tạo các chấm lượng tử CdSe phân tántrong nướcCác chấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS đượcchế tạo bằng phương pháp hóa ướt sử dụngcác hóa chất CdCl2.2,5H2O, sodium borohydride (NaBH4 – là một chất có tính khửmạnh); citrate (trirodium citrate dihydrate C6H5Na3O7.2H2O, là muối natri của một trongcác axit chanh, được dùng trong thực phẩm)đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt, cồntuyệt đối (C2H5OH), trihydroxy methylaminomethane (tris) (chất này sử dụng trongcác môi trường sinh học), nước cất, axitsunfuric (H2SO4), axit clohydric (HCl), bộtselenium (Se). Các bước chế tạo chấm lượngtử CdSe trong nước được tiến hành như sau:Bước 1: Trong ethanol nguyên chất, với điềukiệ ...