BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2





TRẦN VĂN MINH





PLASMON BỀ MẶT VÀ CÔNG NGHỆ NANO


Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết và vật lí toán
Mã số: 60 44 01 03


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT


GS. TSKH. Nguyễn Ái Việt

HÀ NỘI, 2014


LỜI CẢM ƠN


  GS.TSKH. 
 

 .



 .
 


Hà Nội, ngày 18 tháng 06 năm2014
Học viên


Trần Văn Minh
LỜI CAM ĐOAN


d  GS.TSKH. 
             
     

c.
Hà Nội, ngày 18 tháng 06 năm 2014
Học viên



Trần Văn Minh
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết thƣờng
Ký hiệu
surface plasmon polarition
SPP
surface plasmon
SP

CNNN
Nanotecnology Initiative
NNI

CNSH
Total internal reflection
TIR
radiating plasmon
RP
Non - radiating plasmon
NRP
Losy surface waves
LSWs
surface plasmon resonance

SPR
Optical coherence tomography
OCT
Epithelial growth factor receptor
EGFR
Polyethylene glycol
PEG


MỤC LỤC






 1
 1
 3
 3
 3
 3
 3
.  4
 4
1.2. Plasmon  4

 5
. - SINH 13
 13

 sinh 15
2.3. - sinh 16
2.3.1. Phân tách và chọn lọc tế bào 16
2.3.2. Dẫn truyền thuốc 17
2.3.3.Tăng thân nhiệt cục bộ 19
3. 
Y SINH 21
3 21
3.1.1. Tính chất quang học 21
3.1.2. Sự phụ thuộc các tính chất quang vào hình dạng hạt – lý thuyết
Gans 21
3.1.3. Tính chất quang của bề mặt kim loại 23
3
 34
3.3. i vàng 39
 44
3.4.1. Sử dụng hạt nano vàng làm chất đánh dấu tăng độ tương phản của
ảnh 45
3.4.2. Hạt vàng sử dụng trong băng thử nhanh 47
3.4.4. Hạt nano vàng để phát hiện tế bào ung thư vú 49
3.4.5. Sử dụng hạt vàng nano làm tăng độ tương phản của ảnh chụp
mạch máu trên thiết bị Micro CT hoặc X quang 50
3.4.6. Trong lĩnh vực mỹ phẩm 51
 53
 54




1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
    

-









      
         Cá      



           






2
   


u 



 - 

.
        
               




  hà           
 



 
           

no 
 


Plasmon bề mặt và công nghệ nano.
3
2. Mục đích nghiên cứu
- y 
sinh.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
-             
vàng.
-  sinh.
-  sinh.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu sinh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- 
- 
-  
6. Giả thuyết khoa học
-  sinh.
-             





4
CHƢƠNG 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ PLASMON BỀ MẶT

1.1. Định nghĩa Plasmon
Là 

.

Hình 1.1. Một chùm laser hồng ngoại tập trung lên cánh tay của một kính

hiển vi lực nguyên tử sinh ra các plasmon trên bề mặt graphene.
Ảnh: Basov Lab/UCSD.
1.2. Plasmon bề mặt
Plasmon-polariton (surface plasmon polariton   
plasmon bề mặt

Hình 1.2. M





5

Hình 1.2. Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt trên các hạt nano kim loại.



 plasmon khí- polariton (surface
plasmon polariton -        surface plasmon (surface
plasmon - SP) 


SP là các mode liên kết của trƣờng điện từ của
ánh sáng tới và các điện tử tự do trong kim loại. xem
- 

.
1.3. Tần số plasmon và độ dài lan truyền của sóng plasmon (lý thuyết
điện từ học)


   
  
 ch
6
 

             
1

và
2


0
exp ( )
xz
E E i k x k z t


  

(1.1)




Hình 1.3. Plasmon bề mặt tại mặt phân cách giữa một kim loại và vật liệu
điện môi có các điện tích kết hợp.


Hình 1.4. Minh họa các hình chiếu vectơ sóng của một mặt phân cách giữa
hai môi trường
k
z2
k
x
2


k
z1
1


7
 

1

và
1


:
12
12
zz
kk



(1.2)
và
2 2 2
( ) ,
2
x zi i
kk



i = 1, 2 (1.3)
  chân không, k
x



1/2
12
12
x SP
kk
c









(1.4)
 
  :
 
2
2
1
p




(1.5)
trong 
p

  
là:
2
*
0
p
e
m




(1.6)
v


    

0


(1.4). 
vec 


8
2
/1
SP p
  

(1.7)
 

/2
SP p


(1.8)

Hình 1.5. Đường cong tán sắc của các plasmon bề mặt. Ở giá trị k thấp,
đường cong tán sắc của các plasmon trùng với đường tán sắc của photon
  (1.4) và hình (1.4)    
 k
SP



  
 
pla

 
1


 
2

ta có
 
2

là

2

> 0 và
1

< 0 

9


1 ri

i
  

(1.9)

r


i


Nói chung
ri


  
:
1/2 3/2
'"
22
2
22
2
i
rr
x x x
r r r
k k ik i
cc


   

    
   
   
   
   
   

   
   
   
(1.10)

                
  phân cách.

 
 
exp[-2k
x
 t
 :
"
1
2
x
L
k


(1.11)

vuông  
 
 
 
m


d



10
1/2
2
2
2
r
m
r











(1.12a)
1/2
2
2
2
2
r
d










(1.12b)

6.

Hình 1.6. Minh họa độ xuyên sâu của trường plasmon vào kim loại và điện môi
1.4. Lý thuyết Mie

 sát chuyên sâu thôn 
 
 
 

E


H


 
0H

(1.13)
0E

(1.14)

x
E i H




(1.15)
11

x
H i E




(1.16)







là
 

Helmholtz:
22
0E k E  

(1.17)
22
0H k H  


(1.18)
tk là 
2
22
2
k
c

 

(1.19)


E


H



 
 
2
1
2
2 1 Re
ext j j
j
j a b
x




  


(1.20)
 


22
2

1
2
21
sca j j
j
j a b
x



  

(1.21)
abs ext sca
  

(1.22)
v
x

2
m
Rn
x



(1.23)
n
m

ng,


 a
j
và b
j
là 
 Ricatti-Bessel 
''
''
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
j j j j
j
j j j j
m mx y mx
a
m mx x x mx
   
   



(1.24)
''
''
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
j j j j

j
j j j j
mx x m y mx
b
mx x m x mx
   
   



(1.25)
12

()
j
x

và
()
j
x

là các hà-Bessel và m = n/n
m
n là

m

 
Trong các j = 1

j 

               
2R <<

R là 

ng trong môi
 

3/2
2
22
12
()
9
( ) 2 ( )
ext m
m
V
c



    

   

   
(1.26)


3
4
()
3
R

     
thích, c là 

và
12
( ) ( ) ( )
m
i
     

các
 


 
()
m



1
( ) 2
  



2

là


.   
           kích thích sóng


13
CHƢƠNG 2
CÔNG NGHỆ NANO Y - SINH

2.1. Công nghệ nano
νανοσ


ô


 nano,  Hy    vào  các      ra 
    1  0
-9
). Ví  nanogam = 1    gam ; nanomet
= 1   mét. 
-9

Công  nano là công   lý   

 nanomet. Công  nano tìm cách  phân   nguyên    
ráp ra   to kích  bình      là cách làm  
 to khác  cách làm thông   trên    to  
Ý     công  nano   ra  nhà  lý 
  Richard Feynman vào  1959, ông cho  khoa    vào
 sâu   trúc     phân  nguyên  vào sâu h 
      (nanotecchnology)     
 vào  1974 do Nario Taniguchi  nhà nghiên    
 Tokyo           trúc vi hình   vi
     thang  nano, bao  các lá nano,  và  nano, 
nano      cách khác nhau.    nano,    có
 tính    mà     không có   là do 
thu  kích  và    tích  ngoài  i   này.
14

Hình 2.1. Các phân tử DNA có kích thước khoảng 2,5nm. 10 nguyên tử H xếp
liền nhau dài 1nm (theo www.cecs.ucf.edu).

  ê
  


        :
.
ê

              


               

c 
.


15

Hình 2.2. Mối tương quan giữa các thiết bị máy móc(đồng hồ) có kích thước
µm đến mm và cấu tử sinh học(ribosom, tiên mao) có kích thước nano.
2.2. Công nghệ sinh học nano dùng trong y – sinh
Công ngh sinh hc nano (CNSH nano) là phm trù khoa hc mi xut
hin g kt hp ca công ngh nano và sinh hc. Mt mt
CNSH nano nghiên cu s dng “bộ máy sinh học”  hoàn thin hoc sáng
to công ngh nano mi. Mt khác nó nghiên cu s dng công c công ngh
 nghiên cu h sinh hc. Thc cht CNSH nano là mt s thu nh quá
trình và thit b CNSH v m  nano. Mt khác, ht nano s dng làm
n vn chuyn thuc cha bc làm cm bin sinh
h ng hp này, công c ca công
ngh c s dng cho mc. Hiu bit v hóa sinh hc là
 khoa hc ca CNSH nano. Vì CNSH nano nghiên cu các quá trình
bii sinh hc  m t n: Bii hình dng,
 bám dính ; S  -  chn, chng, pin
sinh hc ; S hp ph, phát hùynh quang, hing quang -  gi
nhi u bin nhit ; Cách thc t    i vt liu nano, các
phân t khuyt tt, h  - sinh hc; Bnh di truyt tt mô
hoc tng.
16
c y ht nanospheres c bc bi polymer
phát quang có kh n bic hiu các phân t sinh hc khác nhau,
c s d i chtc s d 
 phát hin các chnh nan y nào

khác. S dng vi khuẩn nano (nanobacteria) cha bnh vc khong
25-200 nm do NanoBiotech Pharma ch to. Công nghệ DNA nano s dng
tính cht g si và lai bt c ca DNA trong thit k DNA array s
dng trong nghiên cu biu hin gen và protein (genomics và proteomics).
CNSH nano nghiên cu ch to công c phân t sinh hc, CNSH nano giúp
nh trình t gen, tìm kim và sàng lc phm. S dng màng
nano sinh hc t phân hy trong bo qun thc phm, trong k thut siêu
lc CNSH nano ch yu s dng các công c nghiên cn vi
n t n vi nguyên t, thit b nhiu x tia X, k
thut DNA tái t hp.
2.3. Ứng dụng hạt nano từ tính trong y - sinh


                
               
.
2.3.1. Phân tách và chọn lọc tế bào


 
            

             
17
         o 
-


 o 



hoóc-môn, a-            





o mét. 



6
d
FR
 

(2.1)
t



mw
  
  
 
2.3.2. Dẫn truyền thuốc


          
Chính vì 

               
18

là t
  

 o       
o 
 


  




             
              
 


 
              

         
               



19

   o           

 o ng là ô-xít
magnetite Fe
2
O
3
, maghemite a-Fe
2
O
3






 o 
-
2.3.3.Tăng thân nhiệt cục bộ


o o 
-

  o           


 


  o             

        

3
là
