Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh

Khoa Hóa

Chuyên ngành Hóa Hữu cơ

Seminar Hóa học Nano

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ ỨNG

DỤNG CỦA NANO VÀNG

Nguyễn Việt Kim Khánh 0914098

Ma Nguyễn Mai Khanh 0914097

Lê Thị Hoàng Hoa 0914070

Ngô Thị Châu Ngà 0914148

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Phương Phong

Năm học: 2012-2013

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.......................................................................................................3

1. Hạt nano vàng. ....................................................................................4

2. Các ưng dung cua hạt nano vàng........................................................5

2.1. Dẫn thuốc.......................................................................................5

2.2. Đánh dâu sinh học.........................................................................6

2.3. Cam biên sinh học.........................................................................6

3. Các phương pháp chê tạo hạt nano vàng............................................7

3.1. Phương pháp Turkevich.................................................................7

3.2. Phương pháp Brust........................................................................7

3.3. Phương pháp Perrault....................................................................8

3.4. Phương pháp Martin......................................................................8

3.5. Phương pháp rung siêu âm (sonolysis).........................................9

KẾT LUẬN..................................................................................................10

TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................10

2

MỞ ĐẦU

Nano là một lĩnh vực còn khá mới đối với chúng ta, mặc dù thê giới đã có

nhiều nghiên cưu san xuât ưng công nghệ này. Công nghệ nano ngày càng tỏ ra

chiêm ưu thê trong công nghiệp lẫn trong cuộc sống.

Hạt nano kim loại là khái niệm đê chi các hạt có kích thước nano làm tư

kim loại. Các hạt nano kim loại có ít nhât kích thước một chiều dao động trong

khoang 1- 100 nm. Ở kích thước nano thi hạt kim loại có những tính chât đặc

biệt và rât khác biệt so với chúng khi ơ dạng khối cùng loại nguyên tố như các

tính chât điện, tính chât quang, tính chât cơ, tính chât nhiệt, tính chât tư và ca

câu trúc.

Trong bài này chúng ta tim hiêu về phương pháp tổng hợp và ưng dung

điên hinh cua nano vàng (Au nano).

3

1. Hạt nano vàng.

Vàng (Au) là nguyên tố kim loại đưng ơ vị trí thư 79 trong bang tuần

hoàn hoá học, có giá trị vô cùng to lớn trong cuộc sống cua con người. Ngày

nay, khi khoa học công nghệ phát triên thi vàng có thêm ưng dung mới trong

thực tiễn đó là: Nano vàng.

Mối quan tâm cua các nhà khoa học về nguyên tố không biên đổi và

không bị ôxy hoá này đã xuât hiện tư rât lâu: ngành y học cổ truyền Ai Cập,

Trung Hoa hay Ấn Độ đã sử dung kim loại này đê xử lý vêt loét trên da hay

một số bệnh viêm nhiễm khác. Ngày nay, nhờ vào tiên bộ trong lĩnh vực khoa

học Nano (Nanoscience), người ta có thê xác định thêm nhiều đặc tính thú vị

khác cua kim loại này.

Trong lĩnh vực hoá học, nano vàng có rât nhiều ưng dung đặc biệt, có

thê thay thê nhiều chât xúc tác quý hiêm như: Platin, Paradium, Rhodium…

Lĩnh vực khác không kém phần ý nghĩa là sinh học và y học. Các phân

tử Nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dưới tác dung cua bưc xạ laser. Đặc

tính này có thê được sử dung luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X

trong chữa trị một số bệnh ung thư. Ở trạng thái phân tử Nano, vàng cũng có

kha năng cố định các nguyên tử sinh học (kháng nguyên và kháng thê), vi

vậy, các phân tử vàng có thê sử dung trong rât nhiều xét nghiệm sinh học hay

chuẩn đoán y khoa.

4

2. Cac ưng dung cua hạt nano vàng.

Hạt nano vàng là một vật liệu quý hiêm. Nó đã và đang thu hút được chú ý

rât lớn cua các nhà khoa học cùng với vô số những ưng dung đang gia tăng

hàng ngày.

Các ưng dung phát triên rât mạnh trong những thập kỷ qua đó là việc sử

dung các hạt nano vàng trong y học, sinh học hay khoa học sự sống. Có những

lĩnh vực ưng dung nổi bật trong y sinh sau : chuyên dẫn thuốc, đánh dâu sinh

học, và cam ưng [1].

2.1. Dân thuôc [2]

Các hạt nano vàng có thê đóng vai trò như thu thê mang trong các ưng

dung dẫn thuốc và chuyên gen.

Các phân tử hoạt hóa sinh học hâp thu lên bề mặt cua hạt nano vàng được

dẫn đường vào các tê bào sau đó được giai phóng. Vận chuyên DNA là một

nguyên tắc cơ ban cua liệu pháp gen. Kha năng hâp thu mạnh ánh sáng cua hạt

nano vàng cho phép chúng trơ nên phù hợp với các đối tượng môi trường kích

thích nhiệt, năng lượng hâp thu ánh sáng được tiêu tan vào các hạt xung quanh,

làm tăng nhiệt độ cua môi trường xunh quanh. Hiệu ưng này có thê được sử

5

Phân tử thuôc được kết hợp ở vỏ hạt (1) hoặc

được chưa bên trong hạt (2)

dung đê mơ các viên nang polymer dạng bọc kích thước micro, đây chính là kha

năng nha thuốc cua hạt nano vàng. Những thuộc tính khác như các hạt được

chưc năng hóa như nhau, có thê gắn đặc hiệu với các tê bào cu thê nào đó, ưng

dung này rât quan trọng trong các ưng dung điều trị như bệnh ung thư hay nhiệt

điều trị bằng cách nung nóng các mô có sẵn các hạt nano đê phá huy các tê bào

ung thư ác tính.

2.2. Đanh dâu sinh hoc [2],[5]

Đặc điêm nổi bật nhât cua các hạt nano vàng được khai thác đó là tạo ra độ

tương phan và làm mạnh tín hiệu màu hay hâp thu mạnh điện tử cua hạt nano

vàng. Vi thê trong kính hiên vi điện tử truyền qua, hạt nano vàng là vật liệu phổ

biên và thích hợp nhât cho việc nhuộm đê tăng cường tính tương phan cua các

6

Tế bào ung thư

được chiếu sang bởi thỏi vàng

kích cỡ nano bam dính

vào tế bào

vật liệu hâp thu kém điện tử. Kêt hợp đặc tính nổi bật trên với kha năng chưc

năng hóa cua hạt nano vàng cùng kích thước nhỏ có thê ưng dung hạt nano

vàng gắn với các kháng thê, dẫn đên việc chúng có thê cung câp độ phân giai

rât cao trong rât nhiều ưng dung đánh dâu sinh học khác.

Tương tự với đặc tính quang học, hạt nano vàng có kha năng hâp thu

mạnh, tán xạ và đặc biệt là cộng hương Plasmon bề mặt. Kha năng đó giúp

chúng trơ thành công cu hữu ích trong các kỹ thuật ưng dung hiệu ưng quang

học như hiện anh nhiệt-quang (photo-thermal), hay quang-thanh (photo-acoustic

imaging). Hơn nữa, các hạt nano vàng có thê được đánh dâu phóng xạ bơi các

kích thích neutron. Dẫn đên việc phát hiện ơ mưc độ cực nhạy và hạt nano vàng

được sử dung như một tác nhân làm tăng độ tương phan cua tia X.

2.3. Cam biến sinh hoc

Các thuộc tính quang học cua hạt nano vàng có thê thay đổi khi gắn với

phân tử sinh học cu thê, cho phép phát hiện định tính cũng như định lượng phân

tích. Phổ hâp thu cua hạt nano vàng có thê thay đổi đột ngột khi các hạt co cum

với nhau. Sự co cum cua các hạt cực kỳ hữu ích trong ưng dung phát hiện DNA

với độ nhạy cực cao, thậm chí chi là vài cặp DNA liên kêt bổ sung lỗi.

Với hạt nano vàng đã có nhiều sự khai thác, lợi dung các đặc tính cua nó

nhưng vẫn còn vô số các ưng dung tiềm năng mà chúng ta chưa khai thác hêt.

Cần có nhiều sự đầu tư hơn đê có nhiều ưng dung được khám phá.

3. Cac phương phap chế tạo hạt nano vàng

3.1. Phương phap Turkevich [4]

Phương pháp này được phát minh bơi J. Turkevich và các cộng sự vào năm

1951 và sau đó được cai tiên bơi G. Frens vào những năm 1970, và là một

phương pháp tổng hợp dung dịch nano vàng đơn gian nhât tính cho đên thời điêm

hiện tại. Nhin chung, phương pháp này tạo ra các hạt nano vàng đơn phân tán

hinh cầu tan trong nước với kích thước đặc trưng tư 10-20 nm.

7

Các hạt lớn hơn cũng có thê được tạo ra bằng phương pháp này nhưng sẽ

mât nhiều quy trinh công nghệ hơn trong việc duy tri tính phân tán cũng như hinh

dạng hạt. Quy trinh tạo hạt nano vàng được thực hiện bằng phan ưng giữa một

lượng dung dịch nóng chloauric với dung dịch natri citrate. Hạt nano vàng hinh

thành nhờ các ion citrate bao xung quanh bề mặt lõi vàng, đóng ca hai vai trò làm

tác nhân khử cũng như tác nhân làm bền hạt nano.

8

Phương phap này tạo ra cac hạt nano vàng đơn phân tan hình cầu tan trong nước với kích

thước đặc trưng từ 10-20 nm

Cơ chê như sau : khi xay ra phan ưng khử tạo ra các hạt nano vàng và các

ion citrate tích điện âm, các hạt nano vàng có xu hướng cực tiêu hóa bề mặt sẽ co

cum lại với nhau nhưng các ion citrate tích điện âm bao quanh hạt nano vàng như

một chât hoạt động bề mặt ngăn căn sự co cum cua các hạt vàng.

9

Hạt nano vàng được tạo thành từ phan ưng giữa

một lượng dung dịch nóng chloauric với dung

dịch natri citrate

+ =

Đê tạo ra các hạt nano vàng lớn hơn, yêu cầu một lượng ít hơn citrate (có

thê dưới 0.05%, lượng nhỏ hơn sẽ không thê kích thích phan ưng khử hêt các

ion Au3+). Việc khử natri citrate sẽ giam lượng ion citrate sẵn có cho việc bọc

xung quanh hạt nano vàng, làm cho các hạt nhỏ kêt đám với nhau và tạo nên

những hạt lớn hơn (cho đên khi tổng diện tích bề mặt cua các hạt trơ nên đu nhỏ

đê được bọc bơi tât ca các ion citrate tồn tại trong dung dịch).

3.2. Phương phap Brust

Phương pháp này được phát hiện bơi Brust và Schiffrin vào đầu những năm

1990 và có thê được sử dung đê tổng hợp các hạt nano vàng trong dung môi hữu

cơ mà thông thường không thê trộn lẫn trong nước (như toluence). Phan ưng đặc

trưng cua phương pháp giữa axit chloauric và tetraoctylammonium bromide

(TOAB) trong toluence, natri borohydrate đóng vai trò chât chống kêt tua và chât

khử.

10

Cac ion citrate bao xung quanh bề mặt lõi vàng, đóng vai trò tac nhân

khử cũng như tac nhân làm bền hạt nano

Các hạt nano vàng chê tạo theo phương pháp này có kích thước trung binh

5-6 nm. NaBH4 đóng vai trò tác nhân khử, trong khi TOAB là chât xúc tác chuyên

pha và chât làm bền. Một điều quan trọng là TOAB không bọc xung quanh hạt

nano một cách vững chắc, nhưng dung dịch sẽ bị kêt tua sau khoang thời gian 2

tuần. Đê hạn chê hiện tượng này, một tác nhân làm bền mạnh có thê được sử

dung như thiol (alkanethiol), có thê liên kêt cộng hóa trị với hạt nano vàng, tạo ra

một dung dịch gần như vĩnh cửu. Alkanethiol bao vệ hạt nano vàng có thê bị kêt

tua nhưng sau đó sẽ được hòa tan lại. Một số tác nhân chuyên pha có thê duy tri

việc bọc với các hạt nano sau khi đã làm sạch, việc này có thê gây anh hương

đên thuộc tính vật lý cua hạt như tính tan.

3.3. Phương phap Martin

Phương pháp này được phát minh bơi nhóm Eah vào năm 2010 [3], phương

pháp này tạo ra các hạt nano vàng dạng “trần” trong nước bằng việc khử HAuCl4

với NaBH4. Dù không sử dung các chât hoạt động bề mặt như citrate vẫn tạo

được các hạt nano vàng phân tán rât bền. Phân bố kích thước gần như đơn phân

tán với đường kính có thê chính xác và tái tổng hợp trong khoang 3.2 đên 5.2 nm.

11

Phan ưng xay ra giữa axit chlorauric và

tetraoctylammonium bromide (TOAB) trong

toluence với natri borohydrate

Chia khóa cho việc làm bền HAuCl4 và NaBH4 trong dung dịch stock với HCl và

NaOH lần lượt trong hơn 3 tháng và hơn 3 giờ. Hơn nữa, tỷ số cua các ion

NaBH4-NaOH với HAuCl4-HCl phai được kiêm soát chính xác trong vùng gọi là

“sweet zone”. Các hạt nano “trần” được bọc với một đơn lớp 1-dodecanethiol và

sau đó chuyên pha thành hexane bằng việc lắc hỗn hợp cua nước, acetone và

hexane trong 30 giây. Do đó, tât các san phẩm phan ưng kêt hợp tồn tại ơ pha

nước-acetone. Lượng 1-dodecanethiol chi chiêm 10% nguyên tử vàng trong tổng

số. Tât ca các quy trinh phan ưng này chi mât dưới 10 phút.

Những hạt nano vàng được bọc bơi lớp phân tử hữu cơ kỵ nước có tính

chât đặc biệt cho kha năng tự sắp xêp 2 chiều và tính điện trong dung môi không

phân cực. Chúng nổi lên ra ngoài phía bề mặt cua hạt toluene trong không khí và

hinh thành một lớp màng mỏng, và hinh thành nên đơn lớp và có thê phu lên bât

kỳ loại đê nào khi toluence bay hơi mà không cần bât kỳ thiêt bị phưc tạp nào.

Loại màng đơn lớp chưa các hạt nano vàng gần như đồng đều ơ tât ca các kích

thước nm, µm và mm, phương pháp này không hạn chê về kích thước chê tạo,

do đó nó có thê bao phu bề mặt cua ca miêng silicon tới 3 inch.

Việc kiêm soát kích thước chính xác trong khoang 3.2 – 5.2 nm rât quan

trọng cho ca việc chuyên pha cua các hạt nano vàng tư nước sang toluence và

sự sắp xêp chiều cua chúng trên giọt toluence.

3.4. Phương phap rung siêu âm (sonolysis)

12

Một phương pháp khác được

sử dung đê tạo ra các hạt nano vàng

đó là phương pháp rung siêu âm.

Phương pháp này dựa trên việc sử

dung sóng siêu âm, nó kích thích

phan ưng giữa muối vàng chloauric

và dung dịch glucose, các tác nhân

khử là các nhóm hydroxyl (hinh

thành giữa khư vực biên giới cua

giữa các lỗ trống hỗn loạn và nước

dạng khối). Dạng hinh thái hạt nano

vàng đạt đươc là các dây nano dạng manh (nanoribbon) với chiều rộng

khoang 30-50 nm và chiều dài lên tới vài micromets. Những dai dây nano này rât

dẻo và linh hoạt và có thê uốn cong với góc lớn hơn 900. Khi glucose được thay

thê bơi cyclodextrin (một loại phân đoạn cua glucose) thi có các hạt nano hinh

cầu được hinh thành, điều này chưng minh glucose đóng vai trò rât quan trọng

trong việc quyêt định hinh thái và kích thước cua câu trúc nano vàng.

KẾT LUẬN

Trong phạm vi giới hạn, bài viêt đã trinh bày đên một số phương pháp tổng

hợp nano vàng, tính chât và đưa ra các ưng dung điên hinh.

Tât ca những ưng dung trên đây còn cần rât nhiều năm nghiên cưu, kiêm

chưng lại, đặc biệt đê phát triên những lý thuyêt về Nano vàng.

13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] McPartlin M, Mason R, Malatesta L. Novel cluster complexes of gold(0)-

gold(1). J Chem Soc Chem Commun 334 Mosesson MW, Siebenlist KR,

Meh DA, Wall JS

[2] Nghiêm Thị Hà Liên, Nguyễn Thanh Hai, Vũ Xuân Hoà, Đỗ Quang Hoà,

Trần Hồng Nhung - TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA

CÁC HẠT NANO VÀNG DẠNG CẦU ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG

Y SINH.-VIETNAM JOURNAL OF CHEMISTRY-Vol 48, No 6 (2010)

[3] Kramarcy NR, Sealock R. Commercial preparations of colloidal gold anti-

body complexes frequently contain free active antibody. J Histochem Cy-

tochem (1991) 39: pp.37–39

[4] John Turkevick. Colloidal Gold. 1985. Department of Chemistry,

Princeton University, Princeton, New Jersey, U.S.A.

[5] Yu Pan, Sabine Neuss, Annika Leifert, Monika Fischler, Fei Wen, Ulrich

Simon, G_nter Schmid, Wolfgang Brandau, and Willi Jahnen-Dechent.

2007. Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, Weinheim

14