Luận văn Nghiên cứu, chế tạo màng mỏng kim loại được chức năng hóa nhằm ứng dụng làm cảm biến sinh học

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu, chế tạo màng mỏng kim loại được chức năng hóa nhằm ứng dụng làm cảm biến sinh học

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- LÊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI ĐƢỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội 2015
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- LÊ NGỌC ANH NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KIM LOẠI ĐƢỢC CHỨC NĂNG HÓA NHẰM ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60040104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN VIỆT TUYÊN Hà Nội 2015
3. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo TS. Nguyễn Việt Tuyên và TS. Nguyễn Hoàng Nam. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, các thầy luôn tận tình chỉ bảo và giúp em định hướng để hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Mạnh Quỳnh đã trực tiếp hướng dẫn và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu giúp em hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình của sinh viên Nguyễn Quang Lộc trong quá trình làm thực nghiệm. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, anh, chị tại Trường Đại học Khoa học tự nhiên nói chung và Trung tâm Khoa học vật liệu nói riêng đã giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập là thực hiện đề tài tại đây. Luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại phòng thí nghiệm Trung tâm Khoa học vật liệu trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội. Em cũng xin cảm ơn Ban giám đốc trung tâm Khoa học Vật liệu đã tạo điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị để em hoàn thành luận văn này. Trong luận văn này có sử dụng thiết bị kính hiển vi trường tối tại Trung tâm Khoa học vật liệu- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, được sự hỗ trợ của dự án Công nghệ nano và ứng dụng- Đại học Quốc gia Hà Nội. Sau cùng, sự cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi từ gia đình, người thân là động lực to lớn giúp tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Lê Ngọc Anh
4. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VẼ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1. Hiện tượng Plasmon bề mặt ................................................................. .1 1.2. Màng nano vàng và ứng dụng ...3 1.2.1. Cộng hưởng Plasmon bề mặt .3 1.2.2. Điện cực dẫn và khả năng liên kết với nhóm –SH .5 1.2.3. Tăng cường tín hiệu Raman ...7 1.3. Các phương pháp chế tạo .............................................................................. 9 1.3.1.Phương pháp Lắng đọng chùm điện tử ...9 1.3.2.Phương pháp phún xạ- Sputtering .10 1.3.3.Phương pháp điện hóa ...11 1.3.4.Phương pháp lắng đọng hóa học ...12 1.4. Mục tiêu của luận văn .................................................................................. 15 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP ĐO KHẢO SÁT 16 2.1. Các bước tiến hành thí nghiệm ....................................................................... 16 2.1.1. Hóa chất thí nghiệm .16 2.1.2.Chế tạo màng vàng 17 2.2. Các yếu tố khảo sát ......................................................................................... 20 2.2.1. Khảo sát sự hình thành màng vàng trên đế lamen 20 2.2.2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhóm hydroxyl ( –OH) 21
5. 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phản ứng của APTES với bề mặt lamen ...21 2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch mầm ..22 2.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch mầm đến quá trình hấp thụ các hạt mầm ..22 2.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm mầm 23 2.3.Các phép đo khảo sát ....................................................................................... 23 2.3.1. Khảo sát cấu trúc màng nano vàng- Phép đo nhiễu xạ tia X ...23 2.3.2. Phép đo phổ hấp thụ .24 2.3.3. Khảo sát hình thái của mẫu màng vàng- Kính hiển vi điện tử quét SEM (Scaning Electron Microscope) ..24 2.3.4. Phép đo hiển vi trường tối 25 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .26 3.1. Chế tạo màng nano vàng ................................................................................. 26 3.1.1. Khảo sát cấu trúc màng nano vàng ...26 3.1.2.Khảo sát hình thái của màng nano vàng 27 3.1.3.Khảo sát mật độ hạt nano vàng trên đế lamen ...28 3.1.3.Phổ hấp thụ của mẫu màng nano vàng ..28 3.2. Khảo sát độ lặp lại của các mẫu chế tạo cùng điều kiện ................................ 29 3.3. Ảnh hưởng của nhóm hydroxyl (-OH) ........................................................... 31 3.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phản ứng của APTES với bề mặt lamen ... 32 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HAuCl4 tạo mầm .................................... 33 3.6. Ảnh hưởng của pH dung dịch mầm đến quá trình hấp thụ các hạt mầm ....... 35 3.7. Ảnh hưởng của thời gian ngâm vàng .............................................................. 37
6. KẾT LUẬN ..41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..43
7. MỤC LỤC HÌNH VẼ Tên hình Trang Hình 1.1.Sự tạo thành dao động Plasmon bề mặt của các hạt nano 1 kim loại Hình 1.2. Phổ hấp thụ plasmon bề mặt của hạt nano vàng 2 Hình 1.3. Mô hình cảm biến sinh học nghiên cứu tương tác 4 protein – kháng thể giữa BSA (huyết thanh) và anti BSA sử dụng màng nano vàng Hình 1.4. Sự dịch đỉnh hấp thụ cộng hưởng Plasmon của cấu trúc cảm 4 biến nhận biết BSA/anti BSA khi độ dày lớp EMA thay đổi theo thời gian Hình 1.5. Mô hình cảm biến xác định nồng độ DNA, trước khi DNA bắt 6 cặp (a) và sau khi bắt cặp (b). Hình 1.6.Sự thay đổi tín hiệu đầu ra theo các nồng độ DNA khác nhau 7 của cảm biến Hình 1.7.Mô hình màng nano vàng ứng dụng trong tán xạ Raman nhằm 8 xác định nồng độ protein p53 và EGFR Hình 1.8. Phổ Raman của 4-ATP/ p53 (a) và 6-MP/ EGFR (b) 8 Hình 1.9. Ảnh hưởng của nồng độ protein trên phổ Raman của 4ATP 9 Hình 1.10. Ảnh SEM của màng nano vàng xốp chế tạo bằng phương 10 pháp phún xạ - sputtering trước khi ủ (A) và sau khi ủ nhiệt (B) Hình 1.11. Quy trình chế tạo màng vàng bằng phương pháp điện hóa 11 Hình 1.12. Sơ đồ tạo màng vàng 13 Hình 2.1. Quy trình chế tạo màng nano vàng 17
8. Hình 2.2. Sơ đồ tạo nhóm –OH trên bề mặt đế lamen. 18 Hình 2.3. Sơ đồ chức năng hóa đế lamen bằng dung dịch APTES. 18 Hình 2.4. Sơ đồ tạo mầm vàng trên đế lamen đã được chức năng hóa. 19 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình phát triển các hạt mầm vàng tạo màng nano 20 vàng. Hình 2.6 .Thiết bị đo nhiễu xạ tia X tại Khoa Vật lý- 24 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hình 2.7. Thiết bị Shimadzu UV-24500 tại Trung tâm Khoa học vật 24 liệu- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQGH Hình 2.8. Kính hiển vi điện tử quét S-4800 tại Viện vệ sinh dịch tễ 25 Trung Ương Hình 2.9. Kính hiển vi trường tối AXIO- A1 Zeiss tại Trung tâm Khoa 25 học vật liệu- Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X mẫu màng nano vàng M0 chế tạo với nồng 26 độ HAuCl4= 1mM, pH (APTES)= 9, pH (mầm vàng)=8, thời gian ngâm= 2h. Hình 3.2. Ảnh SEM màng nano vàng M0 chế tạo với nồng độ HAuCl4= 27 1mM, pH (APTES)= 9, pH (mầm vàng)=8, thời gian ngâm= 2h. Hình 3.3.Biểu đồ phân bố kích thước hạt nano vàng mẫu M0 27 Hình 3.4. Ảnh hiển vi trường tối mẫu màng nano vàng M0. 28 Hình 3.5. Phổ hấp thụ của mẫu màng nano vàng M0 30 Hình 3.6. Phổ hấp thụ của mẫu màng nano vàng ngâm với dung dịch 31 KOH 1M Hình 3.7. Phổ hấp thụ và ảnh hiển vi trường tối của mẫu màng Au trên 33
9. đế lamen có (m1) và không (m2) thực hiện quá trình ngâm dung dịch KOH 1M. Hình 3.8. Hấp thụ của mẫu màng vàng với các giá trị pH dung dịch 35 APTES khác nhau Hình 3.9. Phổ hấp thụ của các mẫu màng vàng với các nồng độ dung 36 dịch HAuCl4 tạo mầm khác nhau. Hình 3.10. Phổ hấp thụ của mẫu màng vàng thay đổi giá trị pH dung 37 dịch mầm Hình 3.11. Ảnh hiển vi trường tối mẫu màng vàng 37 thay đổi giá trị pH dung dịch mầm Hình 3.12. Ảnh hưởng của giá trị pH dung dịch mầm vàng lên điện tích 38 bề mặt + Hình 3.13. Ảnh hưởng của giá trị pH lên điện tích bề mặt của NH3 và 38 Au- Hình 3.14. Phổ hấp thụ của các mẫu màng Au được chế tạo với thời 39 gian ngâm mầm khác nhau (a) và đường fit hàm (b) Hình 3.15. Vị trí đỉnh hấp thụ các mẫu thay đổi theo thời gian 40 Hình 3.16.Ảnh kính hiển vi trường tối các màng Au hình thành trên đế 41 lamen
10. MỤC LỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 2.1. Hóa chất thí nghiệm 17 Bảng 2.2. Thông số chế tạo mẫu M0 20 Bảng 3.2. Kết quả hấp thụ của các mẫu màng vàng chế tạo cùng điều 31 kiện. Bảng 3.3. Kết quả hấp thụ của mẫu màng vàng thay đổi nồng độ dung 35 dịch HAuCl4 tạo mầm.