Xác định các thông số động học của các hạt nano vàng bán nguyệt đơn nhất

Bài viết tập trung nghiên cứu động học của các hạt nano vàng bán nguyệt trong môi trường hỗn hợp glycerol (40 % glycerol và 60 % nước). Bằng công nghệ mới là: Theo dõi một hạt nano vàng duy nhất chuyển động Brown trong chất lỏng chúng tôi xác định các hệ số khuếch tán dịch chuyển, vận tốc dịch chuyển (v) tại một nhiệt độ xác định.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định các thông số động học của các hạt nano vàng bán nguyệt đơn nhấtVật lý XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA CÁC HẠT NANO VÀNG BÁN NGUYỆT ĐƠN NHẤT Vũ Xuân Hòa1*, Emmanuel Fort2, Dương Thị Thanh Trà1, Nguyễn Văn Hảo1, Phạm Thị Thu Hà1, Phạm Minh Tân1 Tóm tắt: Khả năng đo đạc, xác định các thông số động học của các hạt nano (hay các phân tử) trong môi trường có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực, đặc biệt là trong Y-sinh học. Tuy nhiên, việc xác định các thông số động học của một hạt nano duy nhất từ xa vẫn là một thách thức hiện nay. Trong báo cáo này, chúng tôi tập trung nghiên cứu động học của các hạt nano vàng bán nguyệt trong môi trường hỗn hợp glycerol (40 % glycerol và 60 % nước). Bằng công nghệ mới là: theo dõi một hạt nano vàng duy nhất chuyển động Brown trong chất lỏng chúng tôi xác định các hệ số khuếch tán dịch chuyển ( ), vận tốc dịch chuyển (v) tại một nhiệt độ xác định. Các kết quả thực nghiệm được đo đạc trên các thiết bị hiện đại như: kính hiển vi quang học trường tối và camera CCD nhanh, nhạy từ đó cho độ chính xác cao.Từ khóa: Hạt nano vàng bán nguyệt, Chuyển động Brown, Hệ số khuếch tán. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, công nghệ nano đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới nói chungvà trong nước ta nói riêng. Việc nghiên cứu các quá trình động học của các hạtnano khi chúng được nhấn chìm trong một chất lỏng đang được đặc biệt quan tâmvì từ đó nó mở ra nhiều ứng dụng trong các môi trường giả sinh học và sinh học,đặc biệt là trong tế bào sống. Trong nước, nhóm PGS. Trần Hồng Nhung- Viện Vậtlý đã có một số nghiên cứu về động học của các chấm lượng tử, như quá trìnhtruyền năng lượng Foster giữa các hạt nano trong môi trường nước. Trên thế giới,một số nhóm đã có những nghiên cứu đầu tiên về theo dõi các hạt nano vàng trongmôi trường tế bào như nhóm của Brahim Lounis tại trường Đại học Bordeux 1-Cộng hòa Pháp và đã có những kết quả khả quan. Ở đây, chúng tôi giới thiệu mộtvật liệu quý đó là hạt nano vàng có dạng bán nguyệt [1, 2]- hạt gồm một lớp kimloại vàng được phủ lên một nửa các hạt nano từ. Từ đó, chúng có cả hai tính chấtlai hóa là tính chất quang (tán xạ Plasmon) và tính chất từ. Điều này cho phépchúng ta dễ dàng điều khiển (dựa vào tính chất từ) và theo dõi (tính chất quang)chúng trong môi trường. Để nghiên cứu động học của chúng, một phương pháp hữu hiệu được tiếp cận làphương pháp theo dõi một hạt nano duy nhất. Phương pháp này còn rất mới vàhiện nay đang được đặc biệt quan tâm [3]. Phương pháp theo dõi một hạt nano duynhất dựa trên những quan sát các quỹ đạo của các hạt. Xác định hệ số khuếch tánvà vận tốc dịch chuyển là hai thông số quan trọng mà chúng tôi quan tâm. Ở đây,chúng tôi theo dõi sự chuyển động của các hạt nano vàng bán nguyệt trong môitrường phức hợp có độ nhớt phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ [4] nhờ vào sự tán xạánh sáng của chúng dưới kính hiển vi quang học trường tối với camera CCD nhanhvà nhạy. Vị trí của các hạt nano được xác định thông qua công cụ plug-in deMOSAIC, từ đó quan sát được quỹ đạo chuyển động của chúng. Bằng cách sửdụng chương trình Matlab chúng tôi phân tích và tính toán bình phương dịch108 V. X. Hòa, E. Fort, …, “Xác định các thông số… nano vàng bán nguyệt đơn nhất.”Nghiên cứu khoa học công nghệchuyển trung bình được lấy từ số liệu thực nghiệm. Sau đó, làm khớp theo hàmtuyến tính từ lý thuyết chuyển động Brown hai chiều để xác định hệ số khuếch tándịch chuyển [5, 6]. Để nghiên cứu độ linh động của hạt nano vàng bán nguyệt cókích thước khác nhau chuyển động trong glycerol, chúng tôi tiến hành đo đạc bánkính thủy động lực học dựa vào lý thuyết liên hệ Stock-Einstein [7]. Sau cùng làxác định quãng đường dịch chuyển và vận tốc dịch chuyển của từng hạt nano vàngbán nguyệt tương ứng duy nhất. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1. Cách tiếp cận Trong nghiên cứu này, cách tiếp cận được sử dụng bởi phương pháp: chuyểnđộng dịch chuyển Brown. Chúng ta biết rằng khi một quả cầu nhỏ tự do đắm mìnhtrong một chất lỏng nó sẽ chuyển động dịch chuyển ngẫu nhiên (chuyển độngBrown). Các định luật cơ bản của chuyển động dịch chuyển Brown được phát triểnbởi Einstein và sau đó Perrin [8] là người phát triển sâu hơn. Theo lý thuyết, bìnhphương dịch chuyển trung bình trong không gian 2 chiều được xác định: (1)với , tương ứng là thời gian trôi và hệ số khuếch tán dịch chuyển của hạt.Trong thực nghiệm, chúng ta dễ dàng đo được giá trị theo: (2)ở một nhiệt độ bất kỳ nhờ vào thuật toán của nhóm MOSAIC [6]. Với và là các tọa độ xác định vị trí tâm của hạt nano tại thời điểm t.Hình 1. a) Ảnh TEM của các hạt nano lõi từ. b) Ảnh TEM của một ...