THÔNG TIN TÓM T T V NH NG K T LU N M I C A LU N ÁN TI N SĨ

THÔNG TIN TÓM TẮT VỀ NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦALUẬN ÁN TIẾN SĨTên ñề tài: Nghiên cứu quá trình phát quang trên cơ sở vật liệu nano chứa tâmmàu ñịnh hướng ñánh dấu sinh họcChuyên ngành: Vật lý Chất rắnMã số: 62 44 07 01Nghiên cứu sinh: Chu Việt HàNgười hướng dẫn: 1. PGS.TS. Trần Hồng Nhung2. PGS.TS. ðỗ Quang HòaCơ sở ñào tạo: Viện Vật lý, Viên Khoa học và Công nghệ Việt NamNHỮNG ðÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁNTrên thế giới, hiệu ứng truyền năng lượng giữa các phân tử mầu ñã ñược nghiêncứu từ vài chục năm nay và ñược ứng dụng rộng rãi trong các sensor sinh học cấp phântử và phát laser phân tử mầu. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ nano, cáchạt nano phát quang ñang hình thành một thế hệ chất ñánh dấu sinh học mới với nhiềuưu ñiểm nổi trội như bền quang, bền sinh học, ñộ chói cao...Trong các hiệu ứng nano quang học, hiệu ứng plasmon-polariton hay là daoñộng của các ñiện tử tự do dưới kích thích của sóng ánh sáng ñang là một chủ ñề ngàycàng thu hút sự chú ý của các nhà khoa học do các tính chất quang học ñặc biệt của cáccấu trúc nano kim loại như vàng, bạc… Khi ñược sử dụng trong các sensor sinh học,các cấu trúc này ñã thể hiện ñộ bền quang cao, tính dập tắt triệt ñể, do ñó các sensorloại này có ñộ bền cũng như ñộ nhạy vượt trội so với các loại dùng tâm mầu cổ ñiển.Vấn ñề ñặt ra là nếu sử dụng cả các hạt nano phát quang vào sensor thì các quá trìnhtương tác truyền năng lượng với cấu trúc nano kim loại sẽ ảnh hưởng thế nào lên tínhchất quang của các hạt nano phát quang???Luận án nghiên cứu các quá trình phát quang của các hạt nano quang (silca vàpolystyrene chứa tâm mầu, chấm lượng tử) dưới ảnh hưởng của các cấu trúc nano kimloại (hạt nano vàng và màng nano bạc). Tính chất quang của các hạt nano phát quangtrong môi trường có các cấu trúc nano kim loại sẽ biến ñổi do tương tác truyền nănglượng kích thích dao ñộng plasmon trong kim loại. Tùy thuộc vào tính chất và cấu trúccủa các thành phần tham gia, sự phát quang của các hạt nano quang sẽ ñược tăngcường hoặc dập tắt.

Lần ñầu tiên ở Việt nam, các tương tác truyền năng lượng giữa các hạt nanophát quang và các cấu trúc nano kim loại ñược nghiên cứu một cách hệ thống. Các kếtquả luận án ñã ñạt ñược cũng như những ñóng góp mới của luận án ñược tóm tắt nhưsau:1. Truyền năng lượng giữa các hạt nano phát quang và nano vàng:a/ Khảo sát ảnh hưởng của các hạt nano vàng lên tính chất quang của các dung dịch hạtnano cho thấy tương tác giữa các hạt phát quang và các hạt nano kim loại sẽ dẫn ñến sựtăng cường huỳnh quang hoặc dập tắt huỳnh quang của hạt phát quang tùy thuộc vàocơ chế truyền năng lượng:- Khi cơ chế truyền năng lượng tạo plasmon bức xạ kết hợp chiếm ưu thế thìcường ñộ huỳnh quang của hạt phát quang sẽ tăng do tốc ñộ hồi phục bức xạ tăng, dẫnñến tăng cường huỳnh quang.- Khi cơ chế truyền năng lượng Förster kích thích plasmon hấp thụ chiếm ưu thếthì cường ñộ huỳnh quang của hạt phát quang giảm do tốc ñộ hồi phục bức xạ giảm,dẫn ñến dập tắt huỳnh quang.b/ Khảo sát các thông số truyền năng lượng Förster giữa các hạt nano chứa tâm mầu vàhạt nano vàng cho thấy:- Tương tác truyền năng lượng Förster phụ thuộc vào kích thước của các hạtnano ñóng vai trò donor (chất cho) và acceptor (chất nhận). Khoảng cách truyền nănglượng tới hạn R 0 ñã ñược ñánh giá cho các thành phần donor – acceptor khác nhauñược thể hiện trong bảng 1:DonorAcceptorLoại hạt Kích thước Loại hạt Kích thướcKhoảng cách tớihạn R 0Tâm mầu A o Tâm mầu A o 2 – 10 nmTâm mầu A o Nano vàngHạt nano chứatâm mầuVài chục – vàitrăm nano métNano vàngVài chục nanométVài chục nanomét20 – 200 nmMicro métMột mô hình “trạm phát sóng” ñược ñưa ra ñể giải thích sự phụ thuộc của khoảng cáchtới hạn truyền năng lượng Förster giữa các hạt nano quang vào kích thước hạt.- Hệ số tăng cường huỳnh quang phụ thuộc vào kích thước hạt nano phát quanghay là số lượng tâm mầu phát quang có trong một hạt nano. Số lượng tâm mầu cànglớn thì hệ số tăng cường huỳnh quang càng cao cho thấy có sự tương tác cộng hưởnggiữa các tâm mầu trong hạt nano và tương tác này cộng hưởng với plasmon bức xạ dẫn

tới sự gia tăng hệ số tăng cường huỳnh quang. Sự truyền năng lượng giữa hạt vàng vàhạt nano chứa tâm mầu cho hệ số tăng trưởng huỳnh quang nổi trội so với sử dụng tâmmầu tự do cho thấy khả năng ứng dụng của chúng trong các sensor sinh học.2. Truyền năng lượng giữa hạt phát quang chứa tâm mầu với các màng kim loạibạc kích thước nano- Nhận ñươc sự tăng cường huỳnh quang do plasmon bức xạ kết hợp của các hạtpolystyrene chứa tâm mầu Cy3 trên các màng bạc có ñộ dầy từ 50 – 200 nm. Trongkhoảng ñộ dày màng khảo sát, cường ñộ huỳnh quang của hạt nano tăng tuyến tính vớiñộ dầy màng.- Tính toán ñộ dài lan truyền sóng plasmon bề mặt cho các màng nano bạc: ñộdài cỡ µm, phụ thuộc vào ñộ dày màng và bước sóng kích thích.- Nhận ñược hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng (FRET) giữa hạt nanopolystyrene chứa tâm mầu Cy3 với tâm mầu Cy5 ở khoảng cách xa (~µm) nhờ sự lantruyền của sóng plasmon bề mặt (bán kính tới hạn R 0 của cặp này trong dung dịch khikhông có mặt màng kim loại là 7,3 nm), khẳng ñịnh vai trò của sóng plasmon bề mặttrong truyền năng lượng khoảng cách xa.Việc quan sát thấy FRET giữa hạt nano Cy3 và chất màu Cy5 ở khoảng cách xa(~ µm) tạo tiền ñề cho các ứng dụng kỹ thuật FRET ñể ño khoảng cách giữa hai ñiểmñánh dấu trong các hệ thống sinh học như ADN, màng tế bào, v.v…3. ðánh dấu sinh họcLuận án ñã thực hiện gắn kết chấm lượng tử CdSe (thương phẩm) và CdTe(chế tạo trong nước) với kháng thể phage ñặc hiệu HER2 (chế tạo trong nước, kíchthước ~ 6x1000 nm). Ảnh hiển vi huỳnh quang cho thấy do hàng triệu chấm lượng tửñược gắn kết lên kháng thể phage nên kích thước của kháng thể ñược khuếch ñại, dẫntới khả năng quan sát trực tiếp ảnh huỳnh quang của kháng thể phage bằng kính hiển vihuỳnh quang.