Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu sự chuyển hóa một số thực phẩm từ nguồn động vật thành vật liệu phát quang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
**************

DƯƠNG THỊ TUYẾT MAI

NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA MỘT SỐ
THỰC PHẨM TỪ NGUỒN ĐỘNG VẬT
THÀNH VẬT LIỆU PHÁT QUANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

HÀ NỘI, 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
**************

DƯƠNG THỊ TUYẾT MAI


NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA MỘT SỐ
THỰC PHẨM TỪ NGUỒN ĐỘNG VẬT
THÀNH VẬT LIỆU PHÁT QUANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô cơ
Người hướng dẫn khoa học

ThS. HOÀNG QUANG BẮC

HÀ NỘI, 2018


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu nay được tài trợ từ nguồn kinh phí Khoa học công nghệ của
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 cho đề tài mã số: C.2017-18-05 do ThS.
Hoàng Quang Bắc làm chủ nhiệm đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn ThS. Hoàng Quang Bắc đã định hướng và
hướng dẫn nghiên cứu đề tài hoàn thành đúng như mong đợi.
Em trân trọng cảm ơn TS. Mai Xuân Dũng đã giúp đỡ trong quá trình
em làm thực nghiệm và tiến hành một số phép đo cho các số liệu sử dụng
trong đề tài.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô
trong khoa Hoá học, các thầy cô giáo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã
truyền những kiến thức quý báu cho em trong quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ Viện Khoa học Vật liệu và phòng
hỗ trợ nghiên cứu khoa học trường ĐHSPHN2 đã giúp đỡ trong các phép đo
phổ hấp thụ UV-Vis.
Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ và là
chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
SINH VIÊN

Dương Thị Tuyết Mai


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của ThS. Hoàng Quang Bắc. Các số liệu và kết quả trong khóa
luận là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Đề tài không có sự sao chép tài liệu nào, công trình nghiên cứu nào của người
khác mà không chỉ rõ trong mục tài liệu tham khảo. Tôi hoàn toàn chịu trách
nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này.

Hà Nội, tháng 5 năm 2018
SINH VIÊN

Dương Thị Tuyết Mai


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
C-QDs

: Chấm lượng tử Carbon (carbon quantum dots)

C-CQDs : Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ cá mè
T-CQDs : Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ thịt gà
G-CQDs : Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ gan lợn
Eg

: Độ rộng vùng cấm

FT-IR

: Fourier transform - infrared spectroscopy

HOMO

: Highest Occupied Molecular Orbital

LED

: light-emitting diodes

LUMO

: Lowest Unoccupied Molecular Orbital

nm

: nano met

PL

: photoluminescence spectroscopy

QDs

: Chấm lượng tử (quantum dots)

QY

: hiệu suất lượng tử

UV -vis

: ultra violet - visible absorption spectroscopy

Arg

: Arginine

Cys : Cysteine

His

: Histidine

Met

: Methionine

Leu :Leucine

Lys :Lysine

Thr

: Threonine

Iso

: Isoleucin

Phe :Phenylalanine

Val

: Valine

Ile

: Isoleucine


DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Mối liên hệ giữa kích thước của QD với màu sắc của nó .................4
Hình 1.2. Hình ảnh phân giải nguyên tử của một hạt nano copper-indiumsulfur. (nguồn: internet)
............................................................................................... .................5

Hình 1.3. Sơ đồ minh họa về cảm biến tỷ lệ FRET của H2O2 ti thể trong tế
bào sống bằng nanoprobe. ............................................................... ............................................7
Hình 1.4. Hình ảnh minh họa chuột đã được tiêm C-QDs dưới đèn UV ..... 10
2.1. Tổng hợp chấm lượng tử cacbon ............................................................... ............. 13
Hình 2.1.Sơ đồ tổng hợp C-QDs từ nguồn thực phẩm (cá mè, thịt gà, gan
lợn) bằng phương pháp nhiệt vi sóng. ............................................................... ................. 13
2.2. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, tính chất chấm lượng tử
carbon ............................................................................................................................... .................. 15
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo phổ hồng ngoại. ....................... 16
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo UV-VIS. ...................................... 18
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của phép đo phổ huỳnh quang ................................. 20
3.1. Sự hình thành chấm lượng tử carbon.................................................................... 21
Hình 3.1. Sơ đồ thể hiện sự hình thành C-QDs từ thiosalicylic acid và EDA
tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt ............................................................... .............. 21
Hình 3.2. Dung dịch chấm lượng tử của cá mè, thịt gà, gan lợn ứng với .... 23
Hình 3.3. Sự phát quang dưới tia UV của C-QDs tại thời gian phản ứng tối
ưu a) cá mè 7p b) thịt gà 4p c) gan lợn 4p ........................................................................ 23
3.2. Cấu trúc của chấm lượng tử cacbon ...................................................................... 24
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của chấm lượng tử carbon tổng hợp từ các loại thực
phẩm khác nhau tại thời gian phản ứng tối ưu ..................................................... 24
3.3. Tính chất quang của chấm lượng tử carbon ...................................................... 25


Hình 3.5. Phổ hấp thụ UV-Vis của C-QDs thu được với thời gian phản ứng
khác nhau (cùng nồng độ) a) C-CQDs b) T-CQDs c) G-CQDs ............................ 26
Hình 3.6. Phổ hấp thụ UV-Vis của C-CQDs thu được tại thời gian phản ứng
ttối ưu khảo sát với nồng độ khác nhau a) C-CQDs 7p b) T-CQDs 4p c) GCQDs 4p ............................................................................................................................... ............. 28
Hình 3.7. a) Phổ phát xạ Pl của C-CQDs 7p b) T-CQDs 4p c) G-CQDs 4p
............................................................... ................................................................................................. 29

Hình 3.8. Phổ phát xạ PL của C-CQDs tại bước sóng 360nm a) C-CQDs
b)T-CQDs c) G-CQDs............................................................................................... ................. 31
Hình 3.9. Biểu đồ phổ phát xạ các mẫu ttối ưu tại bước sóng 325nm .............. 33
Bảng 3.1. Hiệu suất phát xạ lượng tử của các dung dịch C-QDs..................... 33


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................... .....................1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................... ............................................2
3. Nội dung nghiên cứu ............................................................... ............................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................................2
5. Điểm mới của đề tài ............................................................... ..............................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về chấm lượng tử ............................................................... .........................3
1.2. Chấm lượng tử carbon ....................................................................................................5
1.2.1. Cấu trúc chấm lượng tử carbon..................................................... 5
1.2.2. Ưu điểm của C-QDs ..................................................................... 5
1.2.3. Tiềm năng ứng dụng của C-QDs................................................... 6
1.2.4. Phương pháp tổng hợp C-QDs .................................................... 10
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................... 13
2.1. Tổng hợp chấm lượng tử cacbon ............................................................... ............. 13
2.1.1. Hóa chất và dụng cụ ................................................................... 13
2.1.2.Tổng hợp C-CQDs....................................................................... 13
2.1.3. Tổng hợp T-CQDs ...................................................................... 14
2.1.4. Tổng hợp G-CQDs ..................................................................... 14
2.2. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, tính chất chấm lượng tử
carbon ............................................................................................................................... .................. 15
2.2.1. Phổ hồng ngoại IR ...................................................................... 15
2.2.2. Phổ hấp thụ UV-VIS................................................................... 17
2.2.3. Phổ phát xạ huỳnh quang(PL)..................................................... 19
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 21


3.1. Sự hình thành chấm lượng tử carbon.................................................................... 21
3.2. Cấu trúc của chấm lượng tử cacbon ...................................................................... 24
3.3. Tính chất quang của chấm lượng tử carbon ...................................................... 25
3.3.1. Tính chất hấp thụ ánh sáng ......................................................... 25
3.2.2. Tính chất phát xạ huỳnh quang ................................................... 29
3.3.3. Cơ chế phát xạ huỳnh quang....................................................... 32
3.3.4. Hiệu suất phát xạ lượng .............................................................. 32
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ............................................................................ 35
PHẦN 3. TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. 36


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong xu thế phát triển về công nghệ, khoa học và kĩ thuật hiện nay con
người luôn hướng hướng tới các vật liệu có kích thước nhỏ bé nhằm tối ưu
hóa được kích thước mà vẫn giữ được chức năng, thuộc tính của sản phầm.
Chấm lượng tử là một lĩnh vực về vật liệu đang rất được quan tâm nó cho
phép đáp ứng được cho nhu cầu trên. Chấm lượng tử có thể được tạo ra từ các
nguồn như vật liệu bán dẫn, kim loại hoặc polymer. Với những đặc tính riêng
chấm lượng tử có khá nhiều tiềm năng ứng dụng cho nhiều lĩnh vực: pin mặt
trời, đèn LED, tế bào quang điện, y sinh học,... [1,2,3]
Carbon được biết đến là một vật liệu phổ biến. Đặc biệt hơn khi cấu trúc
của carbon đạt kích thước cỡ nano thì tính chất trở nên khác biệt rõ ràng so
với carbon ở trạng thái tinh thể thông thường. Vật liệu nano carbon như
fullerences, carbon nanotube, graphene và chấm lượng tử carbon (C-QDs) đã
thu hút được sự chú ý đáng kể do tính chất độc đáo mang tính ứng dụng cao.
Trong số các vật liệu dựa trên cacbon kể trên, chấm lượng tử carbon (C-QDs)
là một trong những loại vật liệu nano huỳnh quang tốt nhất do độ hòa tan cao
trong nước, khả năng tương thích sinh học, tính chất quang học tuyệt vời, độ
trơ hóa học, độc tính thấp. Do đó, C-QDs đã trở thành một trong những đề tài
nghiên cứu tiềm năng ngày càng tăng trong vài năm qua [1,2,3].
Bằng nghiên cứu cho thấy C-QDs có thể được tổng hợp tương đối dễ
dàng từ nhiều nguồn cung cấp carbon đa dạng khác nhau như: đường, nước
ngọt, thực phẩm thừa hay sử dụng hóa chất tinh khiết. Với cùng chung một
mục đích chế tạo và sử dụng được hết tính ưu việt của C-QDs áp dụng trong
các lĩnh vực điện tử, cảm biến, quang – điện tử (LEDs, cảm biến huỳnh
quang,...) hay mới đây là lĩnh vực y-sinh và dược học thì việc tổng hợp CQDs từ sự chuyển hóa từ các phế phẩm sinh học (biomass) đang thu hút được

1


quan tâm của nhiều nhà khoa học vì ngoài việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi
trường còn tạo ra các sản phẩm “xanh” hơn.
Từ những phân tích trên đây, trong đề tài này tôi lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu sự chuyển hóa một số thực phẩm từ nguồn động vật
thành vật liệu phát quang” cụ thể là tổng hợp chấm lượng tử carbon (CQDs) từ nguồn soup: cá mè, thịt gà và gan lợn.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tổng hợp chấm lượng tử Carbon (C-QDs) bằng phương pháp nhiệt vi sóng.
- Nghiên cứu tính chất quang của C-QDs bằng phổ hấp thụ UV-VIS và phổ
phát xạ huỳnh quang PL.
- Nghiên cứu cấu trúc của C-QDs bằng phổ hồng ngoại IR.
3. Nội dung nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp nhiệt vi sóng để tổng hợp C-QDs.
- Sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại IR để nghiên cứu đặc trưng cấu trúc
của chấm lượng tử tổng hợp được.
- Sử dụng phổ hấp thụ UV-VIS và quang phổ phát xạ PL để nghiên cứu tính
chất quang của chấm lượng tử tổng hợp được.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thực nghiệm kết hợp với lý thuyết mô phỏng.
- Trước tiên tổng hợp C-QDs, sau đó đo và khảo sát tính chất quang và đưa ra
mô hình lý thuyết giải thích tính chất quang của chấm lượng tử thu được.
5. Điểm mới của đề tài
- Tổng hợp C-QDs từ thực phẩm (nguồn gốc động vật: cá mè, thịt gà, gan lợn)
không độc hại. Khảo sát tính quang của C-QDs tổng hợp được.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về chấm lượng tử
Chấm lượng tử (QDs: Quantum dots) là một vât liệu bán dẫn, rất nhỏ
chính bởi kích thước nhỏ như vậy đã kiến các QDs có tính chất quang học và
điện tử đặc biệt khác xa so với các hạt có kích thước lớn. Các tính chất quang
điện của chúng thay đổi theo kích thước và hình dạng. Chấm lượng tử đã trở
thành trung tâm nghiên cứu của ngành công nghệ nano nhờ khả năng phát xạ
huỳnh quang mạnh và có thể điều chỉnh được. QDs có thể được tạo ra từ các
nguồn như vật liệu bán dẫn, kim loại hoặc polymer. [4,5]
Năng lượng vùng cấm của QDs sẽ quyết định năng lượng của phổ huỳnh
quang, nó biểu thị ở dạng không liên tục và bị lượng tử hóa do hiện tượng
giam hãm lượng tử (quantum confinement) [6].
Tính chất quang của các nano tinh thể bán dẫn phụ thuộc vào kích thước
đã được phát hiện và chứng minh bằng 2 nghiên cứu hoàn toàn độc lập cách
đây 30 năm trong hai loại vật liệu khác nhau: thủy tinh pha của chấm lượng tử
bán dẫn và trong dung dịch huyền phù chứa các chấm lượng tử. Cả hai nghiên
cứu trên đều cho thấy rằng màu sắc của các chấm lượng tử phụ thuộc mạnh
vào kích thước của chúng [6]. Các QDs kích cỡ lớn sẽ phát ra ánh sáng màu
đỏ ( tức có năng lượng thấp) còn QDs nhỏ phát ra ánh sáng xanh (có năng
lượng cao hơn) do bước sóng phụ thuộc vào năng lượng theo phương trình:


Hình 1.1. Mối liên hệ giữa kích thước của QD với màu sắc của nó
Với những khả năng độc đáo và tính chất quang học vượt trội QDs được
nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực y-sinh học: kiểm tra DNA, chụp hình
3D trong các sinh vật; trong lĩnh vực hóa học; trong điện tử: các linh kiện
quang, quang điện tử,.... Và là đề tài tiềm năng trong nhiều nghiên cứu trong
và ngoài nước như: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của vật liệu nano
ZnSe1-xS (hoặc Cd1-xZnxS) pha tạp Mn và Cu cho các ứng dụng sinh học”,
TS. Vũ Thị Hồng Hạnh (Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp
đại học - 2017), Đại học Sư phạm Thái Nguyên; “Nghiên cứu xây dựng công
nghệ chế tạo và ứng dụng của vật liệu nano phát quang và vật liệu quang điện
polymer dẫn lai hạt kim loại nano”, PGS.TS. Trần Kim Anh (2007 – 2008)Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam; "Applications of Quantum Dots in Food Science and Biology", (Article
in Trends in Food Science & Technology 53 · April 2016), Jose Bonilla (at
Purdue University), Fatih Bozkurt, Shadi Ansari and Jozef L Kokini (at
Purdue University),...


1.2. Chấm lượng tử carbon
1.2.1. Cấu trúc chấm lượng tử carbon
Chấm lượng tử carbon là một loại vật liệu mới, có kích thước nhỏ dưới
10nm ở cả 3 chiều, lần đầu được tổng hợp vào năm 2004. Ngay sau đó, CQDs đã dàn trở thành một ngành vật liệu điển hình trong ngành vật liệu nano
và hơn hết nguồn nguyên liệu carbon này lại rất phổ biến, giàu có và dồi dào
trong tự nhiên cho phép sự nghiên cứu phát triển lâu dài trong hiện hại và
tương lai.[7]

Hình 1.2. Hình ảnh phân giải nguyên tử của một hạt nano
copper- indium-sulfur. (nguồn: internet)
Tính tới nay, thực nghiệm và lý thuyết mô tả cấu trúc hóa học, cấu trúc
điện tử, và cơ chế các quá trình quang-điện tử trong C-QDs vẫn còn chưa thực
sự đầy đủ so với các hệ lượng tử khác. Cấu trúc được chấp nhận rộng rãi của CQDs là hệ gồm nhiều hệ đa vòng thơm liên hợp - nối với nhau bởi các
mạch
hydrocarbon no [6].
1.2.2. Ưu điểm của C-QDs
So sánh với chất bán dẫn truyền thống các chấm lượng tử và các chất
nhuộm hữu cơ, các chấm lượng tử dựa trên carbon có khả năng phát quang
cao hơn và có độ hòa tan cao trong nước, độ trơ hóa học mạnh mẽ, khả năng
chống thấm quang cao, độc tính thấp và khả năng tương thích sinh học tốt


đem lại các ứng dụng tiềm năng trong sinh hóa học, sinh học và y dược. Các
tính chất điện tử nổi bật của các chấm lượng tử carbon như khả năng phát
quang đáng kinh ngạc cho phép chúng ứng dụng với các tiềm năng rộng trong
xúc tác và cảm biến.
Tổng quan chúng ta sẽ xem xét đánh giá chấm lượng tử carbon với 2 tính
chất độc đáo đáng chú ý là tính tan và tính chất quang học. Tính tan trong
nước của C-QDs được quyết định bởi các nhóm phân cực có trên bề mặt như
NH2, COOH, OH,... Tính chất quang học của C-QDs phụ thuộc vào các yếu
tố cơ bản như kích thước và cấu trúc. Tính chất quang của C-QDs thể hiện ở
khả năng hấp thụ (nghiên cứu bằng phổ hấp thụ UV-vis) và khả năng phát xạ
huỳnh quang (nghiên cứu bằng phổ phát xạ PL) như sau:
- Khả năng hấp thụ: Các C-QDs thường cho thấy sự hấp thụ quang học
trong vùng UV ở vùng khả kiến (400 nm-800 nm), do trạng thái chuyển tiếp
p-p* của các liên kết C = C, trạng thái chuyển tiếp n-p* của các liên kết C =
O và các liên kết khác [6].
- Khả năng phát xạ huỳnh quang: là một trong những tính năng hấp dẫn
nhất của C-QDs. Khả năng phát xạ huỳnh quang của C-QDs là sự phụ thuộc
rõ ràng vào bước sóng và cường độ phát xạ. Điều này xảy ra do lựa chọn
quang học của các hạt nano có kích thước khác nhau (hiệu ứng lượng tử) và
các phối tử khác nhau trên bề mặt C-QDs.[6]
1.2.3. Tiềm năng ứng dụng của C-QDs
Với những đặc tính siêu việt, kích cỡ nano siêu nhỏ và tính chất quang
học tuyệt vời C-QDs đã mang đến sự phát triển công nghệ dột phá với hàng
loạt các ứng dụng thay thế các vật liệu khác làm chúng trở nên nhỏ, gọn, tiết
kiệm và hiệu quả hơn rất nhiều lần. Trong đó nổi bật nhất là các ứng dụng
quang - điện và y-sinh học. Dưới đây là một số ứng dụng của chấm lượng tử
carbon:


Cảm biến sinh học (biosensors)
C-QDs đã được ứng dụng làm cảm biến sinh học do khả năng hòa tan
cao trong nước, tính linh hoạt trong sự thay đổi bề mặt, không độc, phát xạ
nhiều màu sắc, khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, tính thấm tế bào tốt
và độ phát quang cao. Các cảm biến sinh học của C-QDs có thể được sử dụng
để phát hiện nồng độ các chất như glucose, phosphate, cellular copper, iron,
potassium và nucleic acid.

Hình 1.3. Sơ đồ minh họa về cảm biến tỷ lệ FRET của H2O2 ti thể trong
tế bào sống bằng nanoprobe.
Ví dụ đầu dò chuyển giao năng lượng cộng hưởng huỳnh quang
(fluorescence resonance energy transfer - FRET) của C-QDs cho phép phát
hiện và chụp ảnh ty thể H2O2. Các C-QDs thực hiện chức năng cung cấp năng
lượng và chất mang cho hệ thống cảm biến. Cơ chế được mih họa qua hình
1.4. Đầu tiên người ta đưa dò bằng nanoprobe vào trong nội bào của một tế
bào sống. Trong trường hợp trong tế bào có sự tồn tại của ty thể H2O2 thì do


có sự chuyển giao năng lượng cộng hưởng huỳnh quang sẽ thu được bước
sóng phát xạ tại 457nm. Ngược lại trong trường hợp không có mặt ty thể
H2O2 tương ứng sẽ không có sự chuyển giao năng lượng cộng hưởng huỳnh
quang bởi vậy sẽ thu được bước sóng phát xạ tại 525nm. Ứng dụng quá trình
trên người ta có thể sử dụng để theo dõi nồng độ H2O2 ngoại sinh trong tế bào
L929 và cũng có thể được sử dụng để hình dung ra sản phẩm nội sinh H2O2
trong RAW 264.7 tế bào macrophage [8].
Ứng dụng trong y học
Bằng việc sử dụng các vật liệu, thiết bị, dụng cụ…kích cỡ nanomet như
hạt nano hóa học, nano sinh học, các nano robots…ngành y đã được “nối dài
tay” hơn
Giúp chẩn đoán nhanh chính xác
Viện Đa công nghệ Worcester sử dụng kháng thể gắn trên chip ống nano
carbon để phát hiện tế bào ung thư trong dòng máu. Hay Viện MIT phát triển
đầu dò ống nano carbon nhúng trong gel chích dưới da để theo dõi lượng
nitric oxide trong máu. Nồng độ nitric oxide này là chỉ điểm đánh giá tình
trạng nhiễm trùng.
Xác định vị trí khối u
Phát hiện, định vị và mô tả sớm các ổ di căn là một thách thức lớn trong
chẩn đoán và điều trị ung thư. Hầu hết các phương pháp chụp ảnh hiện nay
không phát hiện được các thương tổn ung thư nhỏ, do rào cản giải phẩu và
sinh học. So sánh với các phương thức hiện ảnh truyền thống như chụp cộng
hưởng từ (MRI), chụp positron cắt lớp (PET) thì phương pháp dùng C-QDs
cho hình ảnh quang học với độ nhạy cao. Chích tĩnh mạch các albumin có bọc
các phân tử nano đất hiếm (rare-earth-doped albumin-encapsulated
nanoparticles) có khả năng phát ra tia hồng ngoại sóng ngắn SWIR giúp phát
hiện các ổ ung thư di căn.


Với mô hình ung thư vú của người trên chuột, SWIR toàn thân cho phép
phát hiện những tổn thương rất nhỏ ở tuyến thượng thận và xương, vốn không
thể phát hiện được bằng hình ảnh cộng hưởng từ MRI.
Tạo các kỹ thuật điều trị mới
Cụ thể như : dùng các tampon nano (nanosponges) có khả năng hấp thu
và loại bỏ các độc tố trong dòng máu. Các nanosponges này là các hạt nano
polyme được phủ lớp màng hồng cầu chung quanh, nhờ đó chúng di chuyển
tự do trong máu và thu hút các độc tố; dùng hạt nano polyethylene glycolhydrophilic carbon (PEG-HCC) để hấp thu các gốc tự do để giảm tổn thương
não sau chấn thương, đột quỵ; dùng lăng kính phủ các ống carbon nano (lens
coated with carbon nanotubes) biến tia laser thành sóng âm hội tụ để phá hủy
khối u hoặc các mô bị bệnh mà không làm hỏng các mô khỏe mạnh kề bên
hay đang nghiên cứu dùng hạt bismuth nano để tăng tập trung phóng xạ vào
khối u trong xạ trị,...[9].
Đánh d ấu sinh học
Là vật liệu nano huỳnh quang với khả năng tương thích sinh học và độc
tính sinh học thấp, C-QDs cho thấy khả năng sinh học huỳnh quang lớn và đa
hình sinh học của tế bào và mô.
Công trình tiên phong về C-QDs cho sinh sản “thí nghiệm trong thí
nghiệm” (phương pháp nghiên cứu đối với các vi sinh vật, tế bào, hoặc các
phân tử sinh học trong điều kiện trái ngược với bối cảnh sinh học bình thường
của chúng) được nghiên cứu, báo cáo bởi nhóm Sun. Các hình ảnh hiển vi
tiêu điểm của vi khuẩn E. Coli ATCC 25922 được đánh dấu với các C-QDs
được PEGyl hóa thu được ở các bước sóng kích thích khác nhau. Yang et al.
là những người đầu tiên khám phá tính khả thi của C-QDs như một chất tương
phản huỳnh quang ở chuột. Trong các thí nghiệm, PEGylated C-QDs trong
dung dịch nước được tiêm dưới da vào chuột, và hình ảnh huỳnh quang ở các


bước sóng kích thích khác nhau được thu thập. Có đủ độ tương phản cho hình
ảnh trong cả hai phát thải xanh và đỏ. Cụ thể hơn, dung dịch nước C-QDs
được tiêm dưới da vào chuột, sau đó là chụp ảnh huỳnh quang với kích thích
ở 7 bước sóng khác nhau từ 455 nm đến 704 nm. Độ tương phản huỳnh quang
tốt nhất thu được ở kích thích 595 nm (Hình 1.4) [8]. Từ đó, có thể ứng dụng
C-QDs để đánh dấu đối tượng nghiên cứu phục vụ cho từng mục đích nghiên
cứu [10].

Hình 1.4. Hình ảnh minh họa chuột đã được tiêm C-QDs dưới đèn UV
1.2.4. Phương pháp tổng hợp C-QDs
Trong thập kỷ qua, nhiều phương pháp đã được đề xuất để tổng hợp CQDs tuy nhiên có thể được phân thành hai phương pháp chủ yếu là từ dưới
lên “bottom – up” và từ trên xuống “top – down” . Trong phương pháp từ trên
xuống, nguyên liệu là carbon graphite được xử lý điện hóa hoặc oxi – hóa để
tạo thành các phân mảnh chứa đa vòng thơm liên hợp PAH. Trong phương
pháp từ dưới lên, nguyên liệu là các phân tử hữu cơ chứa các nhóm chức dễ
ngưng tụ như –COOH, –NH2, –CONH– được thủy nhiện ở nhiệt độ từ 160
o

đến 280 C trong vài giờ. Chúng tôi sẽ thảo luận về các phương pháp chính để


tổng hợp C-QDs bao gồm: phương pháp hoá học, phương pháp laser, phương
pháp sử dụng lò vi sóng, phương pháp thuỷ nhiệt[8,11].
Phương pháp hoá học: Acid oxy hóa mạnh cacbon hóa các phân tử hữu
cơ nhỏ thành vật liệu carbon, có thể được cắt thành các tấm nhỏ bằng quá
trình oxy hóa có kiểm soát. Phương pháp này có thể sẽ gặp phải các điều kiện
khắc nghiệt và các quá trình quyết liệt gây cản trở quá trình.[8]
Phương pháp laser: các C-QDs được tổng hợp bằng cách chiếu tia laze
vào các vật liệu cacbon trong một dung môi hữu cơ. Bằng cách chọn dung
môi hữu cơ, trạng thái bề mặt của C-QDs có thể được sửa đổi để đạt được
phát xạ ánh sáng mong muốn. Dựa trên các thí nghiệm kiểm soát, nguồn gốc
của phát quang được quy cho các trạng thái bề mặt liên quan đến các phối tử
trên bề mặt của các C-QDs. Phương pháp cắt bỏ laser đơn giản dùng để chuẩn
bị C-QDs bằng cách sử dụng vật liệu nano cacbon làm vật liệu khởi đầu và
dung môi đơn giản như môi trường lỏng [8].
Phương pháp thủy nhiệt: Carbon hóa thủy nhiệt (HTC) là một phương
pháp có ưu điểm là chi phí thấp, thân thiện với môi trường, có thể được sử
dụng để sản xuất vật liệu carbon mới từ các tiền chất khác nhau mà không độc
hại. C-QDs được tổng hợp bằng phương pháp HTC có thể đi từ nhiều nguồn
tiền chất như glucose, citric acid, chitosan, nước ép chuối và protein. Sau đó
chiết xuất bằng dung môi hữu cơ là phương pháp phổ biến để chuẩn bị CQDs. Thông thường, các hợp chất có năng suất carbon được xử lý nhiệt ở các
dung môi hữu cơ có nhiệt độ sôi cao, tiếp theo là chiết và cô đặc [8].
Phương pháp nhiệt vi sóng: Dùng lò vi sóng để chiếu xạ vi sóng các hợp
chất chứa carbon (thường là hợp chất hữu cơ) trong dung môi thích hợp trong
khoảng thời gian vừa đủ để thu được dung dịch C-QDs. Đây là một phương
pháp nhanh chóng và chi phí thấp để tổng hợp C-QDs [8].


Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn phương pháp nhiệt vi sóng để chế
tạo C-QDs. Cụ thể chúng tôi nghiên cứu tổng hợp chấm lượng tử cacbon từ
dung dịch nấu sôi thực phẩm (cá mè, thịt gà, gan lơn) trong nước ninh trong
2h thu được dung dịch mẫu và sử dụng glycerol làm dung môi đem thực hiện
thao tác nhiệt vi sóng.


CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Tổng hợp chấm lượng tử cacbon
2.1.1. Hóa chất và dụng cụ
Nguyên liệu: bao gồm: cá mè, thịt gà, gan lợn; glycerol.
Dụng cụ: Cốc thuỷ tinh, phễu thuỷ tinh, giấy lọc, máy li tâm, bình cầu 2
cổ, pipet, bộ dụng cụ nhiệt vi sóng.
2.1.2.Tổng hợp C-CQDs
Nguyên liệu thô
Cá mè

Thịt gà

Gan lợn

Ninh 2h

Lọc, li tâm để bỏ cặn

Dung dịch lọc
Cá mè: 7,7%wt

Thịt gà: 1,7%wt

Gan lợn: 10,6%wt

Phối trộn
Mẫu:glycerol=1:1

Nhiệt vi sóng

Dung dịch C-QDs

Hình 2.1.Sơ đồ tổng hợp C-QDs từ nguồn thực phẩm (cá mè, thịt gà, gan
lợn) bằng phương pháp nhiệt vi sóng.


Quy trình được thực hiện theo hình 2.1 cụ thể chúng tôi lấy 1 kg thịt cá
mè làm sạch, thêm 2l nước đem ninh bằng nồi áp suất trong 2 tiếng để chuyển
hóa được hết lượng các chất có chứa trong cơ thể vào dung dịch nước. Lọc
thu lấy phần nước, loại bỏ những hạt rắn lớn, phần bã thừa (sử dụng giấy lọc)
để thu được dung dịch dạng trong suốt (Nếu cần thiết có thể sử dụng ống li
tâm để loại bỏ được tối đa phần hạt rắn tồn tại trong dung dịch). Sau đó lấy
lấy 7,5ml mẫu thu được trộn với 7,5ml glycerol cho vào bình cầu 2 cổ, lắp
bình cầu vào máy vi sóng. Tiến hành nhiệt vi sóng khảo sát với các mốc thời
gian: 5p30s, 6p, 6p15s, 6p30s, 7p, 7p30s thu được dung dịch C-QDs.
2.1.3. Tổng hợp T-CQDs
Tương tự như qui trình tổng hợp hình 2.1, lấy 1,5kg thịt gà làm sạch,
thêm 2l nước đem ninh bằng nồi áp suất trong 2 tiếng để chuyển hóa được hết
lượng các chất có chứa trong cơ thể vào dung dịch nước. Lọc thu lấy phần
nước, loại bỏ những hạt rắn lớn, phần bã thừa (sử dụng giấy lọc) để thu được
dung dịch dạng trong suốt (Nếu cần thiết có thể sử dụng ống li tâm để loại bỏ
được tối đa phần hạt rắn tồn tại trong dung dịch). Sau đó lấy lấy 7,5ml mẫu
thu được trộn với 7,5ml glycerol cho vào bình cầu 2 cổ, lắp bình cầu vào máy
vi sóng. Tiến hành nhiệt vi sóng khảo sát với các môc thời gian: 3p, 3p15s,
3p30s, 3p45s, 4p, 4p15s thu được dung dịch C-QDs.
2.1.4. Tổng hợp G-CQDs
Tương tự như qui trình tổng hợp hình 2.1. Lấy 1kg gan lợn đã làm sạch,
thêm 2l nước đem ninh bằng nồi áp suất trong 2 tiếng để chuyển hóa được hết
lượng các chất có chứa trong cơ thể vào dung dịch nước. Lọc thu lấy phần
nước, loại bỏ những hạt rắn lớn, phần bã thừa (sử dụng giấy lọc) để thu được
dung dịch dạng trong suốt (nếu cần thiết có thể sử dụng ống li tâm để loại bỏ
được tối đa phần hạt rắn tồn tại trong dung dịch). Sau đó lấy lấy 7,5ml mẫu
thu được trộn với 7,5ml glycerol cho vào bình cầu 2 cổ, lắp bình cầu vào máy


vi sóng. Tiến hành nhiệt vi sóng khảo sát với các môc thời gian: 3p, 3p15s,
3p30s, 3p45s, 4p, 4p15s thu được dung dịch C-QDs.
2.2. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, tính chất chấm lượng tử
carbon
2.2.1. Phổ hồng ngoại IR
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại cung cấp thông tin về cấu
trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp. Kỹ
thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chấp hoá học có khả năng
hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại,
các phân tử của cáchơp chất hoá học dao động với nhều vận tốc dao động và
xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Có mỗi liên
quan hệ giữa nhóm nguyên tử và dải hấp thụ nên có thể dưa vào đó để nhận
biết sự có mặt của một nhóm chức nào đó. Mỗi nhóm chức sẽ có các dải phổ
hấp thụ đặc trưng.
Vùng bức xạ hồng ngoại là một vùng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữa
vùng trông thấy và vùng vi ba; vùng này có thể chia thành 3 vùng nhỏ: Near-1

-1

IR 400-10 cm (1000- 25 μm); Mid-IR 4000 - 400 cm (25- 2,5μm); Far-IR
-1

14000- 4000 cm (2,5 – 0,8μm).
Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại nói ở đây là vùng phổ nằm trong
-1

vùng có số sóng 4000 - 400 cm . Vùng này cung cấp cho ta những thông tin
quan trọng về các dao động của các phân tử do đó là các thông tin về cấu trúc
của các phân tử.
Máy quang phổ hồng ngoại gồm 3 loại: máy quang phổ biến đổi hồng
ngoại Fourier (Fourier Transformation infrared Spectrometer –FTIR
Spectrometer); máy quang phổ hồng ngoại 1 chùm tia và loại 2 chùm tia.
Trong nghiên cứu này tôi sử dụng đo phổ hồng ngoại trên máy Spectrum 400
-1

của hãng PekinElmer ở vùng phổ từ 400 đến 4000 cm .


Phổ kế hồng ngoại chúng tôi sử dụng là loại tự ghi, hoạt động
theo nguyên tắc như sau: chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách ra
hai phần, một đi qua mẫu và một đi qua môi trường đo – tham chiếu (dung
môi) rồi được bộ tạo đơn sắc tách thành từng bức xạ có tần số khác nhau và
chuyển đến detector, sau đó sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển
thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu.
Dòng điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại tăng lên nhiều
lần trước khi chuyển sang bộ phận tự ghi vẽ lên bản phổ hoặc đưa vào máy
tính xử lý số liệu rồi in ra phổ.
Gương xoay

Động cơ

Detector
Đầu dò

Chùm tia
hồng ngoại

Buồng
tham
chiếu

Bộ
đơn
sắc

Buồng đo mẫu

v

Ánh
sáng
truyền
qua

Máy ghi lại tín hiêu phổ

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo phổ hồng ngoại.
Cách chuẩn bị mẫu đo:
Một lượng nhỏ chấm lượng tử được làm khô bằng máy cất quay chân
không thu được chấm lượng tử dạng keo rắn.
Phổ IR được đo ở khoa Hoá học thuộc trường đại học khoa học tự nhiên
Hà Nội.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×