Tạo hạt nano vàng bằng phương pháp nuôi mầm
Tuy nhiên cho đến nay, mới chỉ có một số ít quy trình chuẩn, đơn giản để tạo hạt nano vàng thực sự sử dụng được. Lý do là bởi một trong những yêu cầu quan trọng để hạt nano có thể đi vào thực tiễn là quy trình sản xuất ra chúng phải kiểm soát được chặt chẽ kích thước, hình dạng và độ đơn phân tán của các hạt nano vàng.
Bên cạnh đó, các phương pháp chế tạo hạt nano vàng hiện nay rất phức tạp do hầu hết các kỹ thuật đều tiếp cận theo cách “từ trên xuống” với các phương pháp vật lý như điện phân, dùng laser bắn phá từ vàng khối hoặc đi “từ dưới lên” bằng các phương pháp hóa học từ khử ion vàng đến phản ứng để tạo hạt nano.
Chính vì vậy, PGS. TS Nghiêm Thị Hà Liên đã lên ý tưởng nuôi các hạt nano nhỏ lớn dần, giống như gieo mầm, trồng cây. “Khi lấy chính ‘hạt mầm’ để vừa là nguyên liệu vừa là xúc tác, tôi nhận thấy hạt nano vàng có khả năng tự xúc tác”, PGS.TS Hà Liên chia sẻ.
Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra một quy trình chế tạo thực hiện được ở nhiệt độ phòng và có thời gian phản ứng ngắn. Sau khi thử nghiệm nhiều lần, PGS.TS Nghiêm Thị Hà Liên quyết định chọn andehit fomic (HCHO) làm tác nhân khử thay cho những chất ở các giải pháp trước.
Để đạt được mục tiêu này, nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng phương pháp mới, cụ thể các hạt vàng sẽ được chế tạo và kiểm soát chỉ đơn giản thông qua việc thay đổi nồng độ tiền chất ở hạt mầm. Trong đó, các hạt nano vàng sẽ được chế tạo bằng cách sử dụng HAuCl4 (một chất phổ biến trong phương pháp nuôi mầm) để làm tiền chất; K2CO3 để kiểm soát độ pH của dung dịch và andehit fomic làm tác nhân khử. Mầm nano vàng sau khi được tổng hợp bằng phương pháp Duff Baiker (phương pháp cổ điển tạo ra các hạt nano vàng nhỏ) sẽ được bổ sung vào dung dịch vàng hydroxit, sau đó bổ sung chất khử là HCHO vào với lượng vừa đủ để khử vàng hydroxit thành vàng.
Quá trình khử diễn ra trên bề mặt mầm nano vàng nên các mầm này có kích thước tăng dần với chất khử là HCHO. Do phản ứng khử là phản ứng xảy ra dễ dàng ở nhiệt độ phòng nên dễ dàng tính được lượng HCHO bổ sung sao cho lượng này đủ để khử hoàn toàn vàng hydroxit thành vàng, CO2 và H2O, mà không còn dư tác nhân khử. "Sau đó, có thể tùy ý sử dụng dung dịch chứa các hạt nano vàng thu được ở bước trước thay cho dung dịch mầm nano vàng và lặp lại nhiều lần bước này cho đến khi thu được hạt nano vàng có kích thước cần thiết. Nhờ cách tiếp cận ấy, chúng tôi hoàn toàn có thể lựa chọn được việc dừng kích thước hạt nano ở mức nào cho phù hợp”, PGS.TS Nghiêm Thị Hà Liên cho hay.
PGS.TS Nghiêm Thị Hà Liên trong phòng thí nghiệm năm 2009. (Ảnh: nld.com.vn/)
Với cách làm mới, nhóm nghiên cứu có thể tạo ra các hạt nano vàng dạng cầu với đường kính bất kỳ nằm trong khoảng từ 5-220 nm. Không chỉ vậy, quy trình này còn không bị giới hạn kích thước mà còn có thể mở rộng để chế tạo các hạt nano có đường kính nằm ngoài khoảng trên, đồng thời có thể được áp dụng cho những hạt nano có thành phần kim loại quý khác. Đáng chú ý, quá trình phát triển hạt nano của PGS.TS Nghiêm Thị Hà Liên chỉ cần một khoảng thời gian ngắn từ 5-20 phút ở nhiệt độ phòng, tương đương với thời gian khi sử dụng phương pháp hồi lưu thực hiện phản ứng trong điều kiện nhiệt độ cao (90-100°C).
Để thử nghiệm hiệu quả thực tế, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các hạt nano vàng có đường kính 5nm làm hạt mầm để “nuôi” và tạo ra các hạt nano vàng có kích thước 40 nm, 55nm, 85nm và 100nm có độ đơn phân tán cao bằng cách kiểm soát nồng độ tương đối của các mầm vàng và tiền chất tạo vàng dưới các điều kiện phù hợp. Kết quả kiểm tra dưới kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy các hạt đều có kích thước như mong muốn. Không chỉ có độ đồng đều về ngoại hình, các hạt nano vàng này cũng không có tạp chất như sản phẩm của một số phương pháp thông thường, nhờ đó việc gắn kết phân tử sinh học lên các hạt khi ứng dụng vào trong thực tiễn cũng dễ dàng hơn.
Thông qua kết quả nghiên cứu này, PGS.TS Nghiêm Thị Hà Liên cùng các cộng sự nhận định, khi đã chủ động được việc sản xuất hạt nano vàng với số lượng lớn mà không cần phải mua, tiềm năng ứng dụng của loại vật liệu vốn đắt tiền này càng trở nên rộng mở.
Phương pháp chế tạo các hạt nano vàng phân tán trong dung dịch nước bằng phương pháp nuôi mầm của PGS. TS Hà Liên đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002024. Nhóm nghiên cứu cũng xuất bản được bài báo “Seeded Growth Synthesis of Uniform Gold Nanoparticles with Controlled Diameters up to 220 nm” trên tạp chí Journal of Electronic Materials vào năm 2021.
https://congnghiepcongnghecao.com.vn/
