Mục tiêu của đề tài
Để thực hiện tốt các công việc trong đề tài, tôi đề ra những mục tiêu cụ thể như sau:
- Chế tạo thành công vật liệu HA: Er-Yb-Mo bằng phương pháp thủy nhiệt, cho phát xạ UC mạnh trong vùng màu xanh lá cây
- Đạt được tỉ lệ Mo 6+ /Ca 2+ tối ưu nhằm tăng cường và điều khiển vùng phát xạ của vật liệu nói trên
- Bước đầu định hướng tính chất đánh dấu huỳnh quang ứng dụng trong y sinh
TỔNG QUAN
Tổng quan chung về ion đất hiếm
Các nguyên tố đất hiếm bao gồm mười bảy nguyên tố hóa học có số nguyên tử từ 57 đến 71 trong bảng tuần hoàn, bao gồm lantan (La), xeri (Ce), praseodymi (Pr), neodymi (Nd), và nhiều nguyên tố khác Những nguyên tố này có hàm lượng rất nhỏ trong Trái đất và có cấu hình electron đặc trưng Quá trình phát quang của các ion nguyên tố đất hiếm xuất phát từ sự chuyển dời nội tại của điện tử lớp 4f, tuy nhiên, hầu hết các chuyển dời này bị cấm theo quy tắc Laporte Để vượt qua quy tắc cấm, cần phải trộn lẫn hàm sóng của điện tử lớp 4f với quỹ đạo của điện tử 5d hoặc các hàm sóng của phối tử bên cạnh Các nguyên tố từ Ce đến Lu với điện tử đang được điền vào phân lớp 4f tạo ra các mức năng lượng đa dạng, dẫn đến tính chất huỳnh quang phong phú, bao gồm cả phát quang thông thường và phát quang chuyển đổi ngược.
Cấu hình điện tử của các ion nguyên tố đất hiếm, như thể hiện trong Hình 1.1 [10], cho thấy sự phát xạ của các ion này xuất phát từ sự chuyển dời điện tử giữa các mức trong lớp 4f, chủ yếu do hiện tượng chuyển dời lưỡng cực điện và lưỡng cực từ [33].
Hình 1 1 Cấu hình điện tử của các ion nguyên tố đất hiếm [10]
Chuyển dời lưỡng cực điện thường có cường độ lớn hơn so với chuyển dời lưỡng cực từ Chỉ khi chuyển dời lưỡng cực điện bị cấm thì quá trình chuyển dời lưỡng cực từ mới bắt đầu xuất hiện.
Hình 1 2 Sơ đồ tách mức năng lượng phân lớp 4f của ion đất hiếm [8]
Các điện tử phân lớp 4f là các điện tử không tương đương với số lượng tử n = 4 và l = 3 khác nhau Các trạng thái nhiều điện tử được kí hiệu là 2S+1 L, trong đó S là số lượng tử spin tổng cộng và L là số lượng tử quỹ đạo tổng cộng Sự tách mức năng lượng của các trạng thái này mô tả tương tác trường tĩnh điện giữa các điện tử Do tương tác spin-quỹ đạo, các mức năng lượng 2S+1 L lại được tách thành nhiều mức khác theo số lượng tử tổng cộng J Khi xem xét ảnh hưởng của trường tinh thể của mạng nền, lớp điện tử 4f của ion đất hiếm được bao bọc bởi 2 lớp lấp đầy 5s 2 5p 6, dẫn đến hiệu ứng trường tinh thể yếu và có thể coi như một nhiễu loạn Đặc điểm này làm cho ion đất hiếm hóa trị 3 ít phụ thuộc vào mạng nền, với sự tách mức năng lượng khác nhau phụ thuộc vào sự đối xứng của các mạng nền.
Cấu trúc điện tử của các nguyên tố đất hiếm ảnh hưởng lớn đến tính chất quang của chúng, cho phép hấp thụ và phát xạ ánh sáng trong dải bước sóng hẹp Với thời gian sống ở trạng thái giả bền cao và hiệu suất lượng tử tốt, huỳnh quang của các hợp chất đất hiếm đã thu hút sự chú ý trong nghiên cứu quang học Chúng đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực linh kiện điện tử, quang điện tử, quang tử, thông tin quang học và y sinh.
1.1.2 Cơ chế phát quang của ion đất hiếm
Vật liệu phát quang có khả năng phát sáng khi được kích thích bởi năng lượng nhiệt (phonon) hoặc quang (photon) Khi ở trạng thái cơ bản E0, phân tử hấp thụ năng lượng từ môi trường, làm cho electron chuyển lên trạng thái kích thích E* Trạng thái này không bền, khiến electron nhanh chóng trở về mức năng lượng thấp hơn và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt E*’ Thời gian tồn tại của electron trong quá trình chuyển từ E* về E*’ rất ngắn, chỉ khoảng 10^-9 đến 10^-12 giây Cuối cùng, electron tiếp tục hồi phục về các mức năng lượng thấp hơn và giải phóng năng lượng dưới dạng photon.
Hình 1 3 Sơ đồ phát quang thông thường ion đất hiếm
1.1.3 Cơ chế phát quang chuyển đổi ngược của ion đất hiếm
Quá trình phát quang của vật liệu khi bị kích thích bởi photon cơ bản liên quan đến dịch chuyển Stokes và anti-Stokes Dịch chuyển Stokes xảy ra khi bước sóng phát xạ dịch về phía sóng dài, trong khi dịch chuyển anti-Stokes cho thấy bức xạ dịch về phía sóng ngắn Hầu hết các vật liệu phát quang thông thường thể hiện dịch chuyển Stokes, phát ra photon có năng lượng thấp hơn năng lượng của photon kích thích Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, có thể quan sát thấy phát xạ dịch chuyển anti-Stokes, khi các photon phát ra có năng lượng cao hơn photon kích thích Phát quang chuyển đổi ngược (dịch chuyển anti-Stokes) là một trong những quá trình quang học phi tuyến được nghiên cứu nhiều.
Phát quang chuyển đổi ngược là hiện tượng vật liệu hấp thụ bước sóng năng lượng nhỏ và phát xạ bước sóng có năng lượng lớn hơn Quá trình này có thể được kích thích bởi laser, đèn xenon hoặc đèn halogen tiêu chuẩn Trong quá trình này, tâm phát quang ở trạng thái cơ bản G hấp thụ photon và chuyển lên trạng thái kích thích E1, sau đó electron tiếp tục hấp thụ photon để lên trạng thái E2 Từ E2, electron có thể trở về trạng thái cơ bản hoặc hồi phục không phát xạ về các mức năng lượng thấp hơn trước khi phát ra bước sóng ngắn hơn.
Quá trình phát quang chuyển đổi ngược yêu cầu ion làm tâm phát quang phải có trạng thái trung gian giả bền với thời gian sống dài, tạo điều kiện cho photon thứ hai dễ dàng kích thích ion lên trạng thái kích thích cao hơn trước khi quay trở lại trạng thái cơ bản Sự tồn tại của trạng thái trung gian giả bền giúp cho quá trình này có hiệu suất quang phi tuyến cao hơn so với các quá trình khác Thông thường, trạng thái giả bền có năng lượng thấp hơn nằm trong vùng hấp thụ hồng ngoại, giúp dự trữ năng lượng, trong khi trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn nằm trong vùng phát xạ khả kiến, đảm bảo cho quá trình phát quang chuyển đổi ngược diễn ra hiệu quả.
Cấu hình điện tử của Er, Er 3+ có dạng :
Lớp 4f có 11 điện tử, momen quỹ đạo L = 6, momen spin S = 3/2 [6]
Phổ phát xạ của ion Er3+ trải dài từ vùng khả kiến đến hồng ngoại, tạo cơ hội cho việc điều chỉnh bước sóng chuyển đổi năng lượng Khi được kích thích ở khoảng 800 nm và 980 nm, ion này phát xạ ánh sáng màu xanh trong khoảng 510 ÷ 570 nm và ánh sáng màu đỏ từ 630 ÷ 700 nm, tương ứng với các chuyển dời từ 2H11/2 đến 4I15/2.
520 nm); 4 S3/2 → 4 I15/2 (đỉnh 540 nm) và 4 F9/2 → 4 I15/2 (đỉnh 650 nm) đặc trưng của ion Er 3+
Hình 1 5 Cơ chế phát quang ion đất hiếm Er 3+ [17]
Ion Er 3+ phát xạ ánh sáng thông qua một cơ chế phức tạp Đầu tiên, ion này được kích thích từ trạng thái cơ bản 4 I15/2 lên trạng thái 4 I11/2 Sau đó, ion thực hiện quá trình hồi phục không phát xạ từ mức 4 I11/2 đến 4 I13/2, sau đó cư trú tại mức 4 I13/2 Tiếp theo, các nguyên tử bị kích thích sẽ chuyển từ mức 4 I11/2 lên 4 F7/2 hoặc từ 4 I13/2 lên 4 F9/2 Các electron tại mức 4 F7/2 sẽ tiếp tục tham gia vào quá trình phát quang.
Mức 2 H11/2 và 4 S3/2 đã phát xạ không phát xạ, sau đó trở về trạng thái cơ bản, tạo ra hai phát xạ UC màu xanh ở 525nm và 550nm Bên cạnh đó, phát xạ màu đỏ ở 654/678 nm được thu nhận nhờ sự chuyển dời năng lượng từ mức 4 F9/2.
Cấu hình electron của Yb, Yb 3+ có dạng:
Lớp 4f của Yb 3+ chứa 13 điện tử với momen quỹ đạo L = 3 và momen spin S = 1/2 Yb 3+ có hai mức năng lượng cơ bản và kích thích tương ứng với J = 7/2 và J = 5/2, được xác định bởi tương tác spin-quỹ đạo Vùng hấp thụ hồng ngoại của Yb 3+ tại bước sóng 980 nm liên quan đến chuyển dời 5 F5/2 - 5 F7/2 Các cơ chế phát quang chuyển đổi ngược bao gồm hấp thụ từ trạng thái kích thích (ESA) và chuyển đổi ngược truyền năng lượng (ETU) Trong cơ chế ESA, quá trình kích thích diễn ra qua việc hấp thụ tuần tự photon từ trạng thái cơ bản, dẫn đến việc nguyên tử chuyển xuống mức cơ bản phát bức xạ chuyển đổi ngược Tuy nhiên, hiệu suất của cơ chế này thường không cao.
ETU là quá trình chuyển đổi ngược hiệu quả nhất trong các vật liệu nano pha tạp ion đất hiếm, cho phép năng lượng kích thích từ một ion 1 được tối ưu hóa.
Sự truyền năng lượng giữa các ion trong mạng tinh thể, có thể tham gia của phonon mạng, là một quá trình quan trọng Các ion tham gia vào quá trình này được gọi là ion tăng nhạy, trong khi ion nhận năng lượng được gọi là ion kích hoạt Quá trình truyền năng lượng từ ion tăng nhạy đến ion kích hoạt có thể ảnh hưởng đến cường độ huỳnh quang của vật liệu, dẫn đến việc tăng hoặc giảm hiệu suất huỳnh quang.
Vật liệu phát quang chứa đất hiếm ứng dụng cho y-sinh
Vật liệu phát quang bao gồm hai thành phần chính: chất nền và chất pha tạp Chất nền có khả năng hấp thụ photon năng lượng cao, truyền năng lượng cho các tâm phát xạ qua quá trình truyền điện tích, thường được làm từ các vật liệu bền về cơ lý hóa và ổn định về cấu trúc Chất pha tạp, thường là đất hiếm hoặc kim loại chuyển tiếp, có cấu trúc và bán kính nguyên tử tương thích với cation nền Hiện nay, vật liệu nano chứa ion đất hiếm phát quang chuyển đổi ngược đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y-sinh và quang điện tử.
Hình 1 8 Ứng dụng của vật liệu phát quang chứa ion đất hiếm
Nhận dạng sinh học (Biongmaging) đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu y sinh học, đặc biệt trong việc chẩn đoán sớm và điều trị các bệnh nan y Các kỹ thuật ảnh phát quang và đánh dấu huỳnh quang đã được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây nhằm nâng cao tỉ số tín hiệu trên nhiễu.
Vật liệu UC có tiềm năng lớn trong việc nâng cao chất lượng ảnh nhận dạng sinh học, đồng thời có khả năng thay thế các vật liệu phát quang truyền thống trong nhận dạng tế bào bệnh.
Quá trình chuyển đổi ngược được kích thích bởi nguồn sáng liên tục giúp các vật liệu phát xạ chuyển đổi ngược thể hiện tính chất đặc biệt với phát xạ anti-Stokes lớn Trong lĩnh vực nhận dạng sinh học, ảnh huỳnh quang chuyển đổi ngược có khả năng loại bỏ gần như hoàn toàn phát xạ nền do huỳnh quang tự phát của mô sinh học Nhờ vào độ tương phản cao, các ứng dụng định dạng sinh học in vitro và in vivo của UPNC có thể đạt độ chính xác cao, đặc biệt trong điều kiện in vitro.
Một số kỹ thuật nhận dạng sinh học sử dụng vật liệu chuyển đổi ngược bao gồm: phương pháp hiển vi đồng tiêu huỳnh quang chuyển đổi ngược quét laser, trong đó tác nhân sinh học gắn kết với vật liệu huỳnh quang và hiển thị qua ảnh huỳnh quang 2D hoặc 3D Hệ tạo ảnh huỳnh quang chuyển đổi ngược cho động vật nhỏ sử dụng nguồn kích thích hồng ngoại (976 nm), cho phép quan sát trong điều kiện ánh sáng bình thường, rất quan trọng cho các thí nghiệm in vivo và phẫu thuật Phương pháp chụp cắt lớp quang học khuếch tán huỳnh quang tái tạo ảnh 3D từ các fluorophore trong vật liệu tán xạ cao, với chất lượng ảnh cao hơn nhờ sử dụng hạt nano huỳnh quang chuyển đổi ngược pha tạp in đất hiếm.
Cơ truyền thống có tỉ số tín hiệu trên nhiễu của huỳnh quang chuyển đổi ngược tốt hơn nhiều nhờ vào tính chất nền tự huỳnh quang cực thấp của môi trường.
Cảm biến sinh học (Biosensing) [6]
Các vật liệu UC pha tạp ion đất hiếm là thành phần quan trọng trong cảm biến quang sinh học nhờ vào tính chất phát xạ độc đáo của chúng Chúng được sử dụng như đầu dò huỳnh quang để phát hiện nhiều tác nhân môi trường, bao gồm ion kim loại, anion, phân tử trung tính và các protein, đồng thời cho phép xác định nhiệt độ Nghiên cứu cho thấy khả năng dịch chuyển bước sóng phát xạ về phía ánh sáng nhìn thấy, trong khi bước sóng kích thích nằm trong vùng hồng ngoại gần, giúp UC có tiềm năng lớn trong việc phát hiện các thực thể sinh hóa và theo dõi các quá trình sinh lý Tuy nhiên, huỳnh quang của UC không liên quan trực tiếp đến tính chất hóa sinh của hệ sống, trừ nhiệt độ, vì vậy chúng cần được kết hợp với các nhân tố nhận dạng như enzyme, kháng thể hoặc polynucleotide Quá trình nhận dạng sinh hóa sau đó được chuyển thành tín hiệu quang thông qua cơ chế truyền năng lượng cộng hưởng như FRET hoặc LRET.
Trị liệu quang nhiệt là phương pháp sử dụng các phần tử hấp thụ quang để tạo ra nhiệt từ ánh sáng hấp thụ, nhằm tiêu diệt tế bào ung thư Gần đây, phương pháp này đã trở nên phổ biến và được xem là lựa chọn thay thế cho các liệu pháp điều trị ung thư truyền thống như phẫu thuật, xạ trị và hóa trị Nhiều loại vật liệu nano có khả năng hấp thụ cao đã được áp dụng thành công trong lĩnh vực này Mặc dù hệ số dập tắt của các ion Lanthanid nhỏ, khả năng chuyển đổi trực tiếp từ quang thành nhiệt của các vật liệu này vẫn còn hạn chế.
UC có thể dễ dàng kết cặp với các hạt nano plasmonic (loại hạt có hệ số
Hiện nay, các hạt nano đa chức năng đang được ứng dụng trong điều trị quang nhiệt cho một số bệnh, với khả năng kết hợp các chức năng như huỳnh quang chuyển đổi ngược, tính chất từ và chức năng quang nhiệt trị liệu Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc đánh dấu huỳnh quang y sinh trong nghiên cứu và điều trị.
Hiện nay, nhiều phương pháp phát hiện đối tượng sinh học như tế bào, virus, protein, peptide và ADN đã được phát triển dựa trên nhận dạng hình ảnh Các phương pháp phân tích như ELISA (Enzyme-linked Immuno Sorbent Assay) và FIA (Fluorescence Immuno Assay) đã được áp dụng Đặc biệt, phương pháp đánh dấu huỳnh quang kết hợp với kính hiển vi huỳnh quang cho phép quan sát và phát hiện nhanh chóng virus và tế bào bệnh, từ đó hỗ trợ chẩn đoán sớm và xác định phương pháp điều trị cho các bệnh liên quan đến vi khuẩn, virus, cũng như một số bệnh ung thư và nan y khác.
Hình 1 9 Hình ảnh chụp tế bào sống Hela, nghiên cứu hệ UC trên chuột bạch
Lĩnh vực vật liệu phát quang đã đạt được nhiều thành tựu nổi bật, bao gồm việc phát hiện virus, phân tích DNA, chụp ảnh tế bào ung thư và tinh chế các phân tử sinh học Các nhà nghiên cứu trước đây đã tiến hành thử nghiệm vật liệu phát quang chuyển đổi ngược trên chuột bạch.
Năm 2010, Maeda và cộng sự [30] đã tiến hành thí nghiệm với hệ vật liệu
Y2O3 pha tạp ion Er3+ cho thấy sự phát huỳnh quang mạnh mẽ trên chuột bạch, đặc biệt tại vị trí khối u Kết quả từ hình 1.9 [30] cho thấy tín hiệu phát huỳnh quang vẫn duy trì rõ ràng và dữ dội sau 24 giờ tiêm, mang lại hình ảnh sắc nét.
Và được ông giải thích rằng chúng với ái lực cao với các thụ thể integrin αvβ3
Protein đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành khối u, cho thấy tiềm năng ứng dụng mới trong việc phát hiện và chẩn đoán sớm các khối u.
Năm 2017, nano EuPO4.H2O đã được thử nghiệm tại Việt Nam như một tác nhân đánh dấu nhận dạng trong quy trình phân tích đánh giá chất lượng vacxin sản xuất công nghiệp Kết quả thử nghiệm cho thấy tiềm năng ứng dụng của nó trong việc nâng cao độ chính xác trong kiểm tra chất lượng vacxin.
Nghiên cứu cho thấy vật liệu EuPO4.H2O@silica-GAT-IgG có khả năng nhận dạng virus sởi tương đương với sản phẩm nhập khẩu, mở ra cơ hội sử dụng làm công cụ đánh dấu virus sởi, thay thế sản phẩm nhập khẩu trong quy trình sản xuất vaccine chất lượng cao và xác định nguyên nhân gây bệnh Đồng thời, vào năm 2016, vật liệu nano NaYF4: Er3+, Yb3+ đã được bọc silica và chức năng hóa bề mặt với nhóm NH2, sau đó liên hợp với acid folic để đánh dấu tế bào ung thư vú MCF7 qua quy trình ủ sinh học in vitro.
Hình 1 10 Quy trình gắn kết sinh học của vật liệu NaYF4: Yb 3+ , Er 3+ @silica-
Nvới tế bào ung thư MCF7 và hình ảnh quan sát dưới kính hiển vi điện tử huỳnh quang soi ngược [6]
Tổng quan chung về mạng nền HA
Hydroxyapatite (HA) có công thức phân tử Ca10(PO4)6(OH)2 hoặc
Ca5(PO4)3OH HA tồn tại ở hai cấu trúc: cấu trúc hexagonal (lục giác), thuộc nhóm không gian P63/m với các hằng số mạng a=b= 9,432 Å; c= 6,881 Å và γ
0° và cấu trúc monoclinic (đơn tà) với các thông số mạng a= 9,421 Å; b*; c= 6,881 Å và γ 0° [10]
Hình 1 11 Cấu trúc, vị trí Ca trong HA
Cấu trúc của HA chứa các nguyên tố giống nhau với tỷ lệ Ca/P = 1,67, nhưng khác biệt chủ yếu ở sự định hướng của các nhóm OH HA có tính linh hoạt cao, với ba vị trí trong công thức có thể thay thế bởi các nguyên tử khác Trong mạng nền HA, vị trí Ca(I) tương tác mạnh hơn với phối tử, ảnh hưởng đến tính chất huỳnh quang của ion đất hiếm thay thế vào Ca(I) Mỗi đơn vị tế bào có bốn vị trí của ion Ca(I), được bao quanh bởi chín nguyên tử O từ sáu tứ diện PO4 3- Ngoài ra, có sáu vị trí của Ca(II), mỗi vị trí được bao quanh bởi bảy nguyên tử O, trong đó có sáu nguyên tử O thuộc nhóm PO4 3- và một nguyên tử O thuộc nhóm OH Cấu trúc HA còn chứa sáu nhóm PO4 3-, với mỗi nguyên tử P được bao quanh bởi bốn nguyên tử O tạo thành tứ diện.
Hydroxyapatite (HA) là một khoáng chất tinh thể có màu trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ, tùy thuộc vào điều kiện hình thành và kích thước hạt HA có nhiệt độ nóng chảy 1760°C và nhiệt độ sôi 2850°C, với độ tan trong nước là 0,7 g/L Khối lượng mol của HA là 1004,6 g và khối lượng riêng đạt 3,08 g/cm³, trong khi độ cứng theo thang Mohs là 5 Sử dụng phương pháp hiển vi điện tử SEM hoặc TEM, có thể nhận diện các dạng tinh thể HA như hình que, hình kim, hình vảy, hình sợi, hình cầu và hình trụ.
Hình 1 12 Một số hình dạng của HA khi soi dưới kính hiển vi
(a) Dạng hình que, (b) Dạng hình trụ, (c) Dạng hình cầu, (d) Dạng hình sợi,
(e) Dạng hình vảy, (f) Dạng hình kim
HA có cấu trúc linh hoạt với ba vị trí trong công thức phân tử có thể thay thế bởi các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác Hình 1.13 minh họa các nguyên tử và nhóm nguyên tử có khả năng thay thế trong công thức của HA Cụ thể, tại vị trí của Ca 2+, có thể thay thế bằng các ion hóa trị hai như Mg 2+ và Ba 2+, hoặc các ion hóa trị một như Na + và K + Ngoài ra, các anion có thể thay thế vị trí của nhóm PO4 3- hoặc nhóm OH -.
Br thì thay thế vào vị trí của nhóm OH - , còn nếu ion như CO3 2- thì thay thế cho
23 cả nhóm PO4 3- và OH - ; nguyên tử P có thể cho thay thế các nguyên tử Si, As, S
Hình 1 13 Các nguyên tử và nhóm nguyên tử có thể thay thế vào các vị trí của
HA không phản ứng với kiềm nhưng phản ứng với acid tạo thành các muối canxi và nước:
Ca10(PO4)6(OH)2 + 2HCl 3 Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2H2O (1.1)
HA tương đối bền nhiệt, bị phân huỷ chậm trong khoảng nhiệt độ từ 800°C đến 1200°C tạo thành oxy-hydroxyapatit theo phản ứng [28]:
Ca10(PO4)6 (OH)2 → 3Ca3(PO4)2(OH)2-2xOx + xH2O (0 ≤ x ≤ 1) (1.2) Ở nhiệt độ lớn hơn 1200°C, HA bị phân huỷ thành β - Ca3(PO4)2 (β – TCP) và Ca4P2O9 hoặc CaO:
Ca10(PO4)6(OH)2 → 2 β - Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9+ H2O (1.3)
Ca10(PO4)6(OH) 2→ 3 β - Ca3(PO4)2 + CaO + H2O (1.4)
Hyaluronic Acid (HA) ở dạng bột mịn với kích thước nano là dạng canxi photphat dễ hấp thụ nhất, có tỷ lệ Ca/P tương tự như trong xương và răng Khi ở dạng màng và xốp, HA có thành phần hóa học và đặc tính giống như xương tự nhiên, với các lỗ xốp liên thông giúp cải thiện khả năng tương tác với mô sợi và mạch.
Hợp chất HA có khả năng xâm nhập dễ dàng vào máu, mang lại tính tương thích sinh học cao với các tế bào và mô Nó có khả năng dẫn xương tốt, tạo liên kết trực tiếp với xương non, giúp tái sinh xương nhanh chóng mà không bị cơ thể đào thải Bên cạnh đó, HA là hợp chất không độc hại, không gây dị ứng và có tính sát khuẩn cao Hợp chất này cũng tương đối bền với dịch men tiêu hóa và ít bị ảnh hưởng bởi dung dịch acid trong dạ dày, đặc biệt khi ở dạng bột mịn kích thước nano.
HA được cơ thể hấp thụ nhanh chóng qua niêm mạc lưỡi và thực quản, làm cho bột HA kích thước nano trở thành một lựa chọn hiệu quả cho thuốc bổ sung canxi Trong các pha canxi photphat, HA có khả năng phân hủy chậm nhất, giúp các tế bào xương có thời gian phát triển và hoàn thiện Điều này mở ra nhiều khả năng ứng dụng của HA trong y học Để chế tạo vật liệu HA với tính tương thích sinh học cao, cần nghiên cứu và lựa chọn các thông số công nghệ phù hợp cho từng mục đích trong y sinh học và dược học.
1.3.3 Ứng dụng của HA Ứng dụng của HA dạng bột Ở cơ thể người, đặc biệt cho trẻ em và người cao tuổi thì lượng canxi hấp thụ thực tế từ thức ăn mỗi ngày tương đối thấp nên cần bổ sung canxi cho cơ thể Trong thức ăn hoặc thuốc, canxium thường nằm ở dạng hợp chất hòa tan nên khả năng hấp thụ của cơ thể không cao và thường phải dùng kết hợp với vitamin
Để tăng cường hấp thụ và chuyển hóa canxi thành hydroxyapatite (HA), có thể bổ sung canxi cho cơ thể qua thực phẩm, thuốc tiêm hoặc truyền huyết thanh Một phương pháp hiệu quả là sử dụng HA ở dạng bột mịn với kích thước nano từ 20 – 100 nm, giúp canxi được hấp thụ trực tiếp mà không cần chuyển hóa thêm Ngoài ra, HA dạng bột mịn còn được sử dụng để làm chất chám cho các vết nứt trên bề mặt xương.
Hình 1 14 Một số dạng canxi nano thông dụng hiện nay Ứng dụng của HA dạng composit
Gốm xốp và màng HA có độ bền cơ học thấp, không phù hợp với các vùng xương chịu tải trọng nặng do tính dễ vỡ Để cải thiện độ bền, có thể tạo ra tổ hợp gốm composite giữa HA và polymer Bột HA được phân tán vào các polymer sinh học như chitosan, gelatine hoặc các polymer tổng hợp như poly (lactide-co-galactide) và polycaprolactone, giúp tạo ra các chi tiết cấy ghép xương chất lượng cao, kẹp nối xương và chất dẫn truyền thuốc Việc sử dụng polymer sinh học làm chất nền không chỉ dễ gia công mà còn có khả năng liên kết với tế bào sinh học thông qua các nhóm chức Điều này mang lại ưu điểm vượt trội cho vật liệu composite HA Ngoài ra, HA còn được ứng dụng trong việc làm vật liệu truyền dẫn và nhả chậm thuốc, điện cực sinh học cho thử nghiệm sinh học, và chế tạo chi tiết ghép.
26 xương và sữ chữa khuyết tật của xương chế tạo răng giả và sửa chữa khuyết tật của răng
Gốm y sinh HA nguyên chất không thích hợp cho các vùng xương chịu tải trọng nặng do tính dễ vỡ và độ bền cơ học thấp trong môi trường cơ thể Hơn nữa, HA ở dạng khối hoặc hạt không thể phân hủy trong cơ thể Vì vậy, HA được kết hợp với 32 polymer phân hủy sinh học như polyaxit lactic, poly acrylic axit và chitosan để tạo ra vật liệu thay thế xương Ứng dụng của HA dạng khối xốp ngày càng được chú trọng.
HA dạng xốp có cấu trúc với các lỗ xốp liên thông, giúp mô sợi và mạch máu dễ dàng xâm nhập, đồng thời có tính dung nạp tốt, không độc hại và không gây dị ứng Nhờ vào những đặc điểm này, HA dạng gốm xốp đã được ứng dụng rộng rãi trong y sinh học, bao gồm chế tạo răng giả, sửa chữa khuyết tật răng, chế tạo mắt giả, và ghép xương Ngoài ra, HA còn được sử dụng làm điện cực sinh học, vật liệu truyền dẫn và nhả chậm thuốc, cũng như vận chuyển và phân tán insulin trong ruột.
Hình 1 15 Hình ảnh ứng dụng chế tạo răng giả
1.3.4 Các phương pháp tổng hợp HA
HA được sản xuất qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm kết tủa, sol-gel, siêu âm hóa học, phun sấy, điện hóa, thủy nhiệt, composit và phản ứng pha rắn.
Hình dạng của các tinh thể phụ thuộc vào phương pháp tổng hợp và các điều kiện tổng hợp khác nhau, bao gồm nhiệt độ phản ứng, nồng độ và thời gian già hóa sản phẩm.
Phương pháp kết tủa là một kỹ thuật chế tạo hydroxyapatite (HA) dưới dạng bột hoặc màng từ dung dịch chứa các tiền chất như Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4 và (NH4)3PO4.
NH4OH, , … Ưu điểm của phương pháp kết tủa là có thể điều chỉnh được kích thước của hạt HA theo mong muốn
Quá trình tổng hợp HA dựa trên nguyên lý kết tủa các ion và muối dễ tan trong nước thông qua các phản ứng hóa học nhất định.
10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2 HPO4 + 8NH4OH Ca10(PO4)6 (OH)2 +
10 Ca(OH)2 + 6H3PO4 2 Ca10(PO4 )6 (OH)2 + 18 H2O (2.2)
Tình hình nghiên cứu hệ vật liệu pha tạp Er-Yb-Mo
Sự phát triển mạnh mẽ của các điốt laser hồng ngoại (IR) giá rẻ và dễ tiếp cận đã thu hút sự chú ý đặc biệt của các nhà khoa học đối với vật liệu phát quang chuyển đổi ngược (UC) Nghiên cứu về vật liệu này đang được tập trung vào nhiều hướng khác nhau.
UC như: (i) nghiên cứu quá trình truyền năng lượng giữa các ion Ln 3+ , các cặp
Nghiên cứu về Yb 3+ - MoO4 2- và Yb 3+ - TM nhằm tăng cường độ phát xạ của vật liệu, đồng thời điều khiển vùng phát xạ của vật liệu UC bằng cách sử dụng các cặp ion tăng nhạy từ ion kim loại chuyển tiếp Bên cạnh đó, việc chế tạo và đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu UC trong lĩnh vực y-sinh, như hình ảnh sinh học và cảm biến nhiệt quang, cũng được chú trọng Các hướng nghiên cứu này sẽ được phân tích qua các công trình tiêu biểu sau đây.
Năm 2011, Cao và các cộng sự [14] đã công bố công trình về vật liệu Er, Mo:
Yb2Ti2O7 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và cho thấy khả năng phát xạ quang học mạnh mẽ ở vùng màu xanh lá cây, với các bước sóng 525 nm và 550 nm Kết quả này tương ứng với quá trình chuyển dời 2 H11/2, 4 S3/2 → 4 I15/2 của ion Er3+ trong mạng nền.
Yb2Ti2O7 khi được kích thích bằng laser 976 nm cho thấy sự phát xạ màu xanh mạnh mẽ, với độ tăng cường gấp 250 lần so với mẫu không pha tạp Mo nhờ vào sự đồng pha tạp Mo.
Nguyên nhân được các tác giả mô tả do sự truyền năng lượng ở trạng thái kích thích có năng lượng cao | 2 F7/2, 3 T2> của cặp Yb 3+ - MoO4 2- đến mức 4 F7/2 của ion
Er 3+ dẫn đến sự tăng cường phát xạ màu xanh lá cây Đặc biệt, cường độ phát xạ của các chuyển mức 2 H11/2 → 4 I15/2, 4 S3/2 → 4 I15/2 thay đổi theo nhiệt độ (290 đến
Vật liệu Yb3Al5O12 có tiềm năng ứng dụng làm cảm biến nhiệt độ quang nhờ vào sự truyền năng lượng hiệu quả giữa cặp Yb3+ - MoO42- và Er3+ Nghiên cứu của Dong và cộng sự đã chỉ ra rằng khi đồng pha tạp Er và Mo vào mạng nền Yb3Al5O12, cường độ phát xạ quang (UC) màu xanh (525 nm-550 nm) đã tăng lên 6.10^3 lần, trong khi phát xạ màu đỏ (650-690 nm) tăng đến 30 lần so với vật liệu gốc.
Yb3Al5O12: Er cho thấy sự truyền năng lượng từ trạng thái kích thích cao của cặp Yb3+ - MoO42- đến mức 4F7/2 của ion Er3+, giúp ngăn chặn các quá trình phân rã không phát xạ ở mức năng lượng thấp hơn của Er3+ Hơn nữa, việc tính toán sự phụ thuộc cường độ phát xạ vào công suất kích thích xác nhận rằng quá trình hấp thụ 2 photon hoàn toàn phù hợp với cơ chế này.
Hình 1 16 Hình ảnh X-ray và Phổ PL của hệ Er, Mo: Yb2Ti2O7
Cũng trong năm 2012, Dong và cộng sự [20], đã công bố công trình nghiên cứu về vật liệu phát quang chuyển đổi ngược liên quan đến vật liệu Al2O3:Er,
Yb và Mo được tổng hợp thông qua phương pháp sol-gel Kết quả huỳnh quang cho thấy cường độ phát xạ UC màu xanh (525 - 550 nm) của vật liệu Al2O3: Er, Yb.
Mo lớn gấp 1,4.10 3 lần so với vật liệu Al2O3: Er, Yb Đáng chú ý là phát xạ UC
Màu xanh của vật liệu Al2O3: Er, Yb, Mo có thể quan sát dễ dàng bằng mắt thường ở công suất bơm 30 mW/cm², cho thấy vai trò quan trọng của Mo trong việc điều khiển vùng phát xạ và tăng cường độ phát xạ UC Sự truyền năng lượng từ cặp Yb³⁺ - MoO₄²⁻ đến ion Er³⁺ đã được xác nhận qua nghiên cứu của Cong và cộng sự năm 2014 Năm 2015, J Am và cộng sự đã thành công trong việc điều chế hệ vật liệu NaY(MoO₄)₂: Yb³⁺/Er³⁺ bằng phương pháp thủy nhiệt, cho phát xạ màu xanh lá cây mạnh ở 536 và 558 nm, cũng như màu đỏ ở 662 nm Mặc dù phát xạ này thuộc kiểu đa vùng và chưa phải là vùng duy nhất, nhưng đây là bước khởi đầu quan trọng cho các nghiên cứu sau này nhằm tìm kiếm hệ vật liệu phát xạ vùng chọn lọc để ứng dụng trong y sinh.
Nghiên cứu gần đây của Cong và cộng sự [17] đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu ZrO2.Al2O3: Er, Yb, Mo bằng phương pháp đồng kết tủa Kết quả cho thấy rằng, mẫu có pha tạp Mo đã tăng cường độ phát xạ UC màu xanh lên 22 lần so với mẫu không có Mo, nhờ vào quá trình truyền năng lượng từ trạng thái kích thích cao của cặp Yb3+ - MoO42- đến mức 4F7/2 của ion Er3+ Đặc biệt, việc thay thế Al3+ vào vị trí của Zr4+ tạo ra các vị trí khuyết tật, từ đó thúc đẩy quá trình truyền năng lượng và làm tăng cường độ phát xạ UC màu xanh lên 8 lần.
Hệ ZrO2.Al2O3: Er, Yb, Mo đã được nghiên cứu với 17 hình ảnh X-ray và phổ PL Trong nước, các nhóm nghiên cứu về vật liệu phát xạ UC còn hạn chế, đặc biệt là trong việc tăng cường phát xạ UC và điều khiển vùng phát xạ UC của ion Ln3+.
Chưa có công trình nào công bố về việc sử dụng ion TM trong nghiên cứu vật liệu phát xạ UC Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu liên quan đến vật liệu này tại Việt Nam.
Nhóm nghiên cứu của TS Trần Thị Khánh Vân tại Đại học KHTN TP.HCM đang thực hiện đề tài tổng hợp vật liệu thủy tinh – gốm SiO2-SnO2 pha tạp các ion Er3+ bằng phương pháp sol-gel cho ứng dụng trong chế tạo laser hồng ngoại Đồng thời, nhóm của GS.TS Lê Quốc Minh và PGS.TS Trần Thị Kim Anh tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng cũng đã tiến hành nghiên cứu về tổng hợp và tính chất quang của vật liệu nano cấu trúc lõi vỏ Y2O3 và Gd2O3 pha Eu(III), Er(III) Ngoài ra, TS Phan Văn Độ từ Đại học Thủy lợi đang triển khai đề tài chế tạo và nghiên cứu vật liệu phát quang có hiệu suất lượng tử lớn hơn 100% thông qua cơ chế truyền năng lượng giữa các ion đất hiếm Cuối cùng, nhóm của TS Nguyễn Vũ tại Viện Khoa học vật liệu đang nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược định hướng, phục vụ cho ứng dụng trong đánh dấu huỳnh quang y sinh.
Qua khảo sát hệ thống các công trình đã công bố, tôi nhận thấy rằng: i) Nghiên cứu về vật liệu phát quang ứng dụng cho y-sinh đã cho kết quả khả quan, nhưng số lượng công trình vẫn còn hạn chế; ii) Nghiên cứu tính chất phát quang UC trên mạng nền HA tại Việt Nam còn rất mới mẻ; iii) Hiện tại, chưa có công bố nào về việc sử dụng tâm phát quang Er-Yb-Mo trên mạng nền HA ở Việt Nam.
Do vậy, chúng tôi nhận thấy vấn đề nghiên cứu tính chất quang UC của vật liệu
Nghiên cứu ứng dụng của HA: Er, Yb, Mo trong lĩnh vực y sinh đang trở thành một xu hướng triển vọng và thời sự Phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để tổng hợp vật liệu, không chỉ đơn giản và tiết kiệm mà còn mang lại hiệu quả cao Sự kết hợp giữa ion kim loại chuyển tiếp và ion đất hiếm trong quá trình này mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong y học.
35 mạng nền HA hứa hẹn mang lại những tính chất mới, những vùng phát xạ mới của vật liệu
Đề tài nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với điều kiện tại đại học Phenikaa, nơi được tập đoàn Phenikaa đầu tư trang thiết bị thí nghiệm hiện đại Để đạt được kết quả tốt, cần sự hợp tác và hỗ trợ từ các trường và trung tâm khác, đặc biệt là trường Đại học Bách khoa.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tổng hợp vật liệu
Trong số các phương pháp hóa học tổng hợp vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm, phương pháp thủy nhiệt nổi bật như một kỹ thuật hiệu quả để tạo ra vật liệu với kích thước tinh thể nhỏ ở cấp độ nanomet Trong nghiên cứu này, tôi áp dụng phương pháp thủy nhiệt để tổng hợp các mẫu vật liệu hydroxyapatite (HA) được pha tạp với các ion Er3+.
Thiết bị thủy nhiệt, thường được gọi là bình thủy nhiệt (autoclave), sử dụng để tổng hợp các mẫu vật liệu HA pha tạp các ion Er 3+, Yb 3+ và Mo 6+ Bình thủy nhiệt bao gồm một bình teflon chứa mẫu được đặt bên trong một bình thép Phương pháp thủy nhiệt này được thực hiện trong một hệ kín, giúp tiết kiệm năng lượng và không gây hại cho môi trường.
Bảng 2 1 Các hóa chất sử dụng tổng hợp vật liệu
Hình 2 1 Một số dụng cụ tại PTN Khoa Dược + Khoa Vật liệu được sử dụng trong khóa luận (a: Bình thủy nhiệt, b: Máy khuấy từ gia nhiệt, c: Máy khuấy từ) a b c
Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu
Hình 2 2 Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu HA: Er-Yb-Mo
Quy trình các bước tổng hợp vật liệu được mô tả như sau :
Hòa tan NH4H2PO4 vào 75 ml nước trong cốc có mỏ để tạo ra dung dịch A Tiếp theo, hòa tan Ca(NO3)2.4H2O vào 50 ml nước trong cốc khác để tạo ra dung dịch B Cuối cùng, hòa tan hỗn hợp chứa các muối Er 3+, Yb 3+, và Mo 6+.
Cho 25 ml H2O vào dung dịch C để thu được dung dịch trong suốt Sau đó, thêm từ từ dung dịch C vào dung dịch B để tạo thành hỗn hợp D, gia nhiệt ở 80°C và khuấy đều trong 30 phút Tiếp theo, dùng pipet nhỏ từ từ dung dịch A vào hỗn hợp D để tạo dung dịch E, khuấy trong 25 phút Dung dịch E hơi đục nhưng chưa có kết tủa Sau 45 phút khuấy, nhỏ từ từ dung dịch NH3 vào hỗn hợp E, kết tủa bắt đầu xuất hiện Kiểm tra pH bằng giấy thử pH và tiếp tục khuấy trong 30 phút Cuối cùng, cho hỗn hợp kết tủa vào bình thủy nhiệt, sấy ở 200°C trong 12 giờ, làm nguội về nhiệt độ phòng rồi đem li tâm và lọc.
Sau khi rửa tủa nhiều lần bằng nước cất, thu được kết tủa màu trắng Tủa được sấy ở 200°C trong 12 giờ, sau đó nghiền mịn và sấy ở 150°C trong 10 giờ trong không khí Tiếp theo, tiến hành tổng hợp HA pha tạp Er, Yb, Mo bằng phương pháp thủy nhiệt, thu được các mẫu kết tủa màu trắng.
Khối lượng cân Ca(NO3)2. 4H2O
Bảng 2 2 Các mẫu thực nghiệm trong đề tài
Các phương pháp thực nghiệm khảo sát tính chất của vật liệu
2.3.1 Nghiên cứu cấu trúc, hình thái
2.3.1.1 Nghiên cứu hình thái, kích thước của vật liệu
Hình thái và kích thước của vật liệu được xác định thông qua các phương pháp như chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), ảnh hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) và ảnh nhiễu xạ lựa chọn vùng (SAED) Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là thiết bị chính được sử dụng để chụp các ảnh này.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là công cụ quan trọng để nghiên cứu cấu trúc vi tinh thể của vật liệu, cung cấp thông tin về hình dạng, kích thước và cấu trúc bên trong TEM sử dụng chùm điện tử năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và áp dụng thấu kính từ để tạo ra hình ảnh với độ phóng đại cực lớn, có thể lên đến hàng triệu lần Hình ảnh được tạo ra có thể hiển thị trên màn huỳnh quang, film quang học hoặc được ghi nhận bằng máy chụp kỹ thuật số.
HRTEM (High-Resolution Transmission Electron Microscopy) cho phép quan sát cấu trúc vi mô của vật rắn với độ phân giải cao, giúp nhận diện sự tương phản giữa các lớp nguyên tử trong vật liệu tinh thể Khác với ảnh TEM thông thường, HRTEM sử dụng nguyên lý tương phản pha, trong đó ảnh được tạo ra từ sự giao thoa giữa chùm tia điện tử thẳng góc và chùm tia tán xạ Khi chùm điện tử chiếu qua mẫu với độ dày, độ sạch và sự định hướng phù hợp, chúng sẽ tán xạ theo nhiều hướng khác nhau, mang lại thông tin về cấu trúc và vị trí của các nguyên tử Để tạo ra ảnh có độ phân giải cao, vật kính phải có độ quang sai nhỏ và khả năng hội tụ các chùm tán xạ hiệu quả.
Nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng (SAED) là một phương pháp nhiễu xạ quan trọng trong kính hiển vi điện tử truyền qua, cho phép phân tích cấu trúc tinh thể của vật liệu Phương pháp này sử dụng chùm điện tử song song chiếu qua một vùng cụ thể của chất rắn, tạo ra phổ nhiễu xạ với các điểm sáng phân bố trên các vòng tròn đồng tâm Tâm của các vòng tròn này là vân nhiễu xạ bậc 0, được hình thành trên mặt phẳng tiêu của vật kính, giúp xác định các thông tin về cấu trúc tinh thể.
Với phổ SAED, ta có thể chỉ ra tính chất của mẫu dựa theo đặc trưng của phổ:
- Nếu phổ là tập hợp các điểm sáng sắc nét thì mẫu là đơn tinh thể (trong vùng lựa chọn)
- Nếu phổ là các đường tròn liên tục thì mẫu là đa tinh thể, sự tăng kích thước hạt dẫn đến sự sắc nét của phổ
- Nếu phổ là các đường tròn nhòe, cường độ yếu thì mẫu là vô định hình
2.3.1.2 Nghiên cứu cấu trúc, thành phần của vật liệu bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) Để nghiên cứu cấu trúc tinh thể và xác định thành phần pha có trong mẫu chúng tôi tiến hành đo giản đồ nhiễu xạ tia X Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên nguyên lý của hiện tượng nhiễu xạ tia X trên tinh thể (hình 2.3). Xét một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới θ Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn d, đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X Lý thuyết nhiễu xạ tia X được William L Bragg xây dựng năm 1913, trong đó phương trình Bragg được xem là điều kiện để hiện tượng nhiễu xạ xảy ra: nλ = 2d.sinθ, n nhận các giá trị 1, 2, 3,… gọi là bậc nhiễu xạ
Giản đồ XRD là công cụ quan trọng để phân tích định tính các pha cấu trúc tinh thể, cung cấp thông tin về tinh thể học của mẫu vật liệu và so sánh giữa vật liệu kết tinh và vật liệu vô định hình Tất cả các mẫu thực nghiệm trong khóa luận được phân tích bằng thiết bị đo nhiễu xạ tia X Siemens D5000 tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Hình 2 3 Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng mạng tinh thể
2.3.2 Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) là một kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn thông qua việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật khi tương tác với bức xạ Kỹ thuật này thường được thực hiện trong kính hiển vi điện tử, nơi ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại bằng chùm điện tử năng lượng cao Khi chùm điện tử chiếu vào vật rắn, nó tương tác sâu với nguyên tử và các lớp điện tử bên trong Phân tích EDS cho phép xác định sự hiện diện của các nguyên tố trong sản phẩm theo tỷ lệ phần trăm nguyên tử hoặc khối lượng, đồng thời đánh giá mức độ sạch của sản phẩm với ít hoặc không có nguyên tố lạ Tất cả các mẫu bột được phân tích tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
2.3.3 Nghiên cứu tính chất quang
Huỳnh quang là hiện tượng mà vật chất phát ra ánh sáng sau khi nhận năng lượng từ các nguồn kích thích khác nhau Khi ánh sáng kích thích có bước sóng phù hợp, vật chất sẽ hấp thụ năng lượng và phát ra ánh sáng huỳnh quang.
Quang huỳnh quang (PL) là hiện tượng phát quang xảy ra khi ánh sáng kích thích được chiếu lên mẫu, làm cho các điện tử chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích Quá trình này bắt đầu bằng việc ánh sáng từ nguồn kích thích được lọc qua bộ phận lọc đơn sắc và chiếu lên mẫu Khi các điện tử trở về trạng thái cơ bản, chúng phát ra ánh sáng huỳnh quang, được thu nhận bởi máy đơn sắc Tín hiệu quang này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ ống nhân quang điện hoặc CCD, và được xử lý trên máy tính Để nghiên cứu tính chất quang của các vật liệu tổng hợp, các phép đo phổ huỳnh quang được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, với tất cả các phép đo diễn ra ở nhiệt độ phòng và các thông số đầu vào được cài đặt đồng nhất cho từng hệ mẫu nhằm đảm bảo độ chính xác.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
Kết quả nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và hình thái của vật liệu HA
3.1.1 Kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ nhiễu xạ XRD của các mẫu HA: Er-Yb-Mo bao gồm các mẫu M0 (0% Mo), M1 (2% Mo), M2 (4% Mo), M3 (6% Mo), M4 (8% Mo) và M5 (12% Mo) được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt Các mẫu này được sấy sơ bộ ở nhiệt độ 150 oC trong thời gian 10 giờ trong môi trường không khí.
Để nghiên cứu cấu trúc vật liệu, chúng tôi đã tiến hành đo nhiễu xạ tia X các mẫu với nồng độ Mo 6+ khác nhau, được sấy sơ bộ ở 150 oC trong 10 giờ Kết quả cho thấy cả 6 mẫu đều có các đỉnh nhiễu xạ rõ nét, đặc trưng cho pha HA với cấu trúc hexagonal, theo thẻ chuẩn PDF 024-0033, với các đỉnh tiêu biểu tương ứng với các mặt phẳng mạng (hkl): (002), (210), (211).
Mặt phản xạ (210) tăng đáng kể theo nồng độ Mo 6+ pha tạp, trong khi các mặt phản xạ (211) và (300) lại có xu hướng giảm Đỉnh (210) ở các mẫu có pha tạp Mo 6+ (từ mẫu M2 đến M5) có cường độ mạnh hơn mẫu không pha tạp M0, chứng tỏ sự có mặt của ion Mo 6+.
Mo 6+ đã định hướng ưu tiên sự phát triển của tinh thể theo mặt phản xạ
(210) (dọc theo trục c) Đây là một kết quả hoàn toàn mới và rất thú vị
Sự định hướng ưu tiên phát triển của tinh thể theo các hướng khác nhau ảnh hưởng đến tính chất phát quang của vật liệu Kết quả từ phổ XRD tương đối phù hợp với ảnh TEM Đỉnh (211) và (002) ở các mẫu có pha tạp Mo 6+ (M2 đến M5) cho thấy sự giảm cường độ so với mẫu không pha tạp M0, điều này có thể giải thích bởi sự thay thế một phần Ca 2+ bởi Mo 6+ cho sự ưu tiên hướng (210) Các đỉnh nhiễu xạ hầu như không bị dịch chuyển ở các mẫu khi thêm.
Mo 6+ chứng tỏ khả năng thay thế một phần Ca 2+ trong mạng nền mà không làm thay đổi cấu trúc của mạng nền HA, từ đó duy trì tính tương thích sinh học của vật liệu Cường độ các đỉnh nhiễu xạ sắc nét cho thấy vật liệu chế tạo có độ kết tinh tốt và không bị lẫn tạp chất, tạo nền tảng vững chắc cho khả năng ứng dụng y sinh.
Kết quả phân tích phổ XRD của mẫu sấy sơ bộ ở nhiệt độ thấp rất quan trọng cho việc tiến hành các phép phân tích tiếp theo của vật liệu.
(150 o C) cho thấy, mẫu chúng tôi chế tạo được rất dễ hình thành pha Đây là một kết quả rất quan trọng để hướng đến các ứng dụng trong y-sinh
3.1.2 Kết quả phân tích hình thái bề mặt và đặc điểm tinh thể mẫu bằng ảnh HRTEM, SAED Để quan sát được các mặt phản xạ có trong pha HA, chúng tôi tiến hành chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) và nhiễu xạ lựa chọn vùng (SEAD) Các kết quả này là sự bổ sung thuyết phục cho các nhận định từ phổ XRD Kết quả đo HRTEM và SEAD được thể hiện trên hình 3.2
Hình 3 2 Ảnh HRTEM, SAED của HA: Er-Yb-6%Mo
Kết quả hình 3.2a cho thấy khoảng cách đo được giữa các mặt phản xạ lần lượt là 0,280nm, 0,341nm và 0,308nm.
Kết quả XRD cho thấy các mẫu (211), (002) và (210) có mức độ tinh thể cao, phù hợp với sản phẩm thu được Đồng thời, kết quả SAED (3.2b) cũng xác nhận chất lượng tinh thể tốt của sản phẩm, với các điểm sáng sắc nét rõ ràng.
Các vòng tròn đồng tâm đặc trưng cho các mặt phản xạ của pha HA, với 47 vòng tròn được ghi nhận Kết quả từ HRTEM và SEAD chỉ ra rằng vật liệu chúng tôi chọn rất dễ chế tạo và có độ kết tinh tốt, mặc dù chỉ được sấy sơ bộ ở nhiệt độ thấp (150 oC) Điều này mang lại giá trị khoa học cao, vì các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng độ kết tinh của HA ở nhiệt độ thấp thường rất kém.
Kết quả đo phổ EDS
Hình 3.3 trình bày phổ EDS của mẫu HA: Er-Yb-Mo được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt Để xác định thành phần hóa học và độ tinh khiết của vật liệu HA pha tạp Er, Yb, Mo, các mẫu đã được đo EDS Kết quả cho thấy hệ vật liệu tổng hợp chứa 59.3% Oxi.
Các mẫu đã được tổng hợp cho thấy hàm lượng các nguyên tố như Canxi (32,4%), Photpho (14,0%), Erbium (0,5%), Yttrium (0,6%) và Molybdenum (4,1%) Đặc biệt, do Hydrogen là nguyên tố nhẹ nhất nên không xuất hiện trên phổ EDS Kết quả này chứng tỏ rằng các mẫu đạt được độ tinh khiết và sạch tương đối cao, không có sự xuất hiện của các nguyên tố lạ.
Kết quả phân tích bằng ảnh TEM
Hình 3 4 Ảnh TEM của hệ vật liệu HA: Er-Yb-Mo; M0 (0% Mo), M1 (2% Mo), M2 (4% Mo), M6 (0% Mo), M4 (8% Mo), M5 (12% Mo), sấy sơ bộ ở
150 o C với thời gian 10h trong môi trường không khí Để quan sát rõ nét hình thái bề mặt và đặc điểm tinh thể, các mẫu với nồng độ
Hệ vật liệu Mo 6+ pha tạp khác nhau đã được phân tích bằng phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Kết quả ảnh TEM thể hiện trong hình 3.4 cho thấy mẫu Mo 6+ không pha tạp có hình thái dạng hạt rõ ràng.
Khi nồng độ Mo 6+ thấp, hình thái của vật liệu vẫn giữ ổn định với đường kính khoảng 30 nm Tuy nhiên, khi nồng độ Mo 6+ tăng lên, vật liệu có xu hướng chuyển đổi thành dạng thanh với đường kính phân bố từ 10 - 25 nm và chiều dài từ 50 – 150 nm Sự thay đổi này được cho là do ảnh hưởng của nồng độ Mo 6+ trong quá trình hình thành vật liệu.
Sự hiện diện của Mo 6+ trong nền HA đã thúc đẩy sự phát triển của tinh thể theo mặt phản xạ (210), phù hợp với kết quả từ phổ XRD Điều này cho thấy Mo 6+ ảnh hưởng mạnh đến hình thái và kích thước của vật liệu, có thể tác động đến tính chất phát quang chuyển đổi ngược Vật liệu được chế tạo ở nhiệt độ thấp, nằm trong khoảng nanomet và có tính tương thích sinh học cao, là kết quả có giá trị cho ứng dụng y-sinh Để ứng dụng trong lĩnh vực này, vật liệu cần có kích thước trong khoảng nanomet Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ hoàn thiện dữ liệu và tiến hành thử nghiệm vật liệu trong đánh dấu huỳnh quang y-sinh, với mục tiêu xa hơn là ứng dụng cho dẫn thuốc hướng đích.
Kết quả nghiên cứu tính chất quang của hệ HA: Er-Yb-Mo
Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của hệ vật liệu HA: Er-Yb-Mo vào nồng độ Mo
Các kết quả từ phổ XRD, ảnh HRTEM, SEAD và TEM cho thấy chúng tôi đã thành công trong việc chế tạo vật liệu HA: Er-Yb-Mo Đây là nền tảng để tiến hành phân tích tính chất quang của vật liệu Chúng tôi sẽ khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mo 6+ đến tính chất phát quang chuyển đổi ngược của vật liệu HA: Er-Yb.
Chúng tôi đã tiến hành đo phổ huỳnh quang cho các mẫu M0, M1, M2, M3, M4, M5 bằng bước sóng kích thích 976 nm từ nguồn laser Kết quả đo được thể hiện trong hình 3.5, cho thấy tất cả các mẫu đều phát xạ với các đỉnh đặc trưng của ion Er 3+, với vùng phát xạ mạnh nhất nằm trong khoảng màu xanh (520-560 nm) Mẫu không pha tạp Mo có cường độ phát xạ rất yếu, trong khi các mẫu có pha tạp cho thấy cường độ phát xạ cao hơn.
Mo cho phát xạ mạnh vùng màu xanh, mẫu 6% mol Mo 6+ pha tạp cho cường độ mạnh nhất
Khi được kích thích bởi bước sóng 976 nm, tất cả các mẫu đều phát xạ ở hai vùng đặc trưng: vùng màu xanh với cường độ mạnh, có các đỉnh 520 và 540 nm, xuất phát từ sự chuyển dời 2 H11/2 → 4 I15/2 và 4 S3/2 → 4 I15/2 của ion Er3+; và vùng màu đỏ với cường độ rất yếu, có đỉnh đặc trưng.
Cường độ phát xạ tại bước sóng 650 nm, đặc trưng cho ion Er 3+, xuất phát từ chuyển dời 4 F9/2 → 4 I15/2 Mẫu không pha tạp Mo 6+ cho cường độ phát xạ yếu nhất, trong khi các mẫu có pha tạp Mo 6+ cho cường độ phát xạ mạnh hơn Khi nồng độ Mo 6+ pha tạp tăng từ 0 đến 6%, cường độ huỳnh quang cũng tăng, nhưng khi nồng độ Mo vượt quá 6%, cường độ huỳnh quang giảm do sự truyền năng lượng không phát xạ giữa các tâm phát quang Cơ chế truyền năng lượng từ cặp Yb 3+ - MoO4 2- đến ion Er 3+ được minh họa chi tiết trong hình 3.7 Sự hiện diện của Mo 6+ cũng làm xuất hiện đỉnh phát xạ tại các chuyển dời 2 H11/2 → 4 I15/2 và 4 S3/3.
→ 4 I15/2 mạnh hơn hẳn so với mẫu HA: Er, Yb, 0% mol Mo 6+ và cường độ chuyển dời 4 F9/2 → 4 I15/2 của mẫu cũng tăng nhưng không đáng kể
Hình 3 5 Phổ phát xạ UC của các mẫu HA: Er-Yb-Mo; M0 (0% Mo), M1 (2% Mo), M2 (4% Mo), M3 (6% Mo), M4 (8% Mo), M5 (12% Mo), sấy sơ bộ ở
Nghiên cứu cho thấy, ở nhiệt độ 150°C trong môi trường không khí trong 10 giờ, hệ HA pha tạp Er, Yb, Mo với nồng độ 6% mol Mo 6+ (M3) đạt cường độ phát xạ đỉnh mạnh nhất Ngược lại, hệ pha tạp không có Mo 6+ lại cho cường độ phát xạ thấp nhất Cường độ phát quang của các mẫu M4 và M5 giảm dần, trong khi tại nồng độ 6% mol Mo 6+, cường độ phát xạ màu xanh tăng lên gấp 70 lần so với mẫu không pha tạp.
Mo 6+ Từ đó có thể thấy nồng độ pha tạp của hệ ứng với 6% mol
Mo 6+ (M3) là nồng độ tối ưu để pha vào mạng nền HA, do vậy chúng tôi chọn mẫu M3 để tiến hành các phép phân tích tiếp theo
Kết quả cho thấy phát xạ màu xanh lá cây mạnh nhất tại mức chuyển dời 2 H11/2 → 4 I15/2 và 4 S3/2 → 4 I15/2, trong khi cường độ phát xạ màu đỏ tại mức 4 F9/2 → 4 I15/2 rất thấp Điều này cho thấy phát xạ UC màu xanh có cường độ mạnh hơn nhiều so với màu đỏ.
Sự hiện diện của Mo 6+ trong mạng nền HA đã làm tăng cường độ huỳnh quang và điều khiển vùng phát xạ của vật liệu, phù hợp với kết quả được một số tác giả công nhận trước đó Đây là một kết quả quan trọng, giúp đạt được mục tiêu ban đầu trong khóa luận.
Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của hệ vật liệu HA: Er-Yb-Mo vào công suất kích thích khác nhau
Hình 3.6 trình bày phổ phát xạ UC của mẫu HA: Er-Yb-Mo được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt dưới các công suất kích thích khác nhau Kết quả này giúp làm sáng tỏ cơ chế truyền năng lượng từ cặp Yb³⁺.
Chúng tôi đã tiến hành đo sự phụ thuộc của cường độ phát quang chuyển đổi ngược của mẫu M3 từ MoO4 2- đến Er 3+ theo công suất kích thích của nguồn laser trong khoảng 500-900 mW Cường độ phát xạ (I upc) được xác định phụ thuộc vào công suất kích thích (P pump) theo một công thức cụ thể.
I upc ~ (P pump ) n or log (I upc ) ~ n log (P pump ) [19]
Cường độ phát xạ màu xanh và đỏ của vật liệu phụ thuộc vào số lượng photon hấp thụ, với n lần lượt là 3.08 và 2.8 cho phát xạ xanh, và 1.42 cho phát xạ đỏ Kết quả cho thấy cường độ phát xạ tăng tuyến tính theo công suất kích thích từ 500 – 900 mW, mặc dù vị trí các đỉnh phát xạ không thay đổi Phát xạ màu xanh ứng với các mức chuyển 2 H11/2 → 4 I15/2 và 4 S3/2 → 4 I15/2, trong khi phát xạ màu đỏ tương ứng với mức chuyển 4 F9/2 → 4 I15/2 Sự hấp thụ ba photon trong phát xạ màu xanh UC cho thấy năng lượng photon phát ra lớn hơn photon kích thích, trong khi phát xạ màu đỏ chỉ hấp thụ hai photon, cho thấy sự tăng trưởng cường độ phát xạ màu đỏ chậm hơn khi công suất bơm laser tăng Phân tích chi tiết về quá trình hấp thụ photon và phát xạ chuyển đổi ngược được thể hiện trong hình 3.7.
Cơ chế phát xạ chuyển đổi ngược của mẫu M3 được minh họa trong hình 3.7, cho thấy sự trộn lẫn hàm sóng giữa ion Yb 3+ và MoO4 2- tạo ra các mức năng lượng mới Các mức này bao gồm trạng thái cơ bản | 2 F7/2, 1 A1> và trạng thái kích thích | 2 F5/2, 1 A1>, cùng với các trạng thái khác như | 2 F7/2, 3 T1>, | 2 F7/2, 3 T2>, và | 2 F7/2, 1 T1>.
Trong trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn, electron ở trạng thái cơ bản hấp thụ photon, được gọi là hấp thụ ở trạng thái cơ bản (GSA) Ngược lại, electron ở trạng thái kích thích hấp thụ photon được gọi là hấp thụ ở trạng thái kích thích (ESA) Trong trường hợp này, các trạng thái kích thích cũng tham gia vào quá trình truyền năng lượng (Energy transfer, ET), dẫn đến kết quả phát xạ mạnh ở vùng màu xanh.
Mẫu M3 có thể được mô tả như sau: Đầu tiên, các electron ở mức | 2 F7/2, 1 A1> của cặp Yb 3+ - MoO4 2- hấp thụ một photon từ nguồn laser, dẫn đến việc chuyển lên trạng thái kích thích trung gian | 2 F5/2, 1 A1>, quá trình này được gọi là GSA Tiếp theo, các electron tiếp tục hấp thụ một photon thứ hai và chuyển lên trạng thái kích thích năng lượng cao.
Quá trình ESA diễn ra khi ion Er3+ chuyển từ trạng thái |2 F7/2, 1 T1> với năng lượng cao hơn trạng thái |4 F7/2> Sau đó, electron hồi phục không phát xạ về mức |2 F7/2, 3 T2> và truyền năng lượng đến mức 4 F7/2 của ion Er3+ Từ đây, electron ở mức 4 F7/2 tiếp tục hồi phục không phát xạ về các mức 2 H11/2 và 4 S3/2, trước khi chuyển về mức cơ bản 4 I15/2, phát xạ mạnh bước sóng màu xanh trong khoảng 520/550 nm.
Hình 3 7 Giản đồ quá trình truyền năng lượng từ cặp Yb 3+ - MoO4 2- tới Er 3+
Electrons trong trạng thái 4 F7/2 hồi phục về mức 4 F9/2 với xác suất thấp hơn, trước khi trở về trạng thái cơ bản 4 I15/2 và phát ra bức xạ trong vùng màu đỏ Sự chênh lệch năng lượng lớn giữa hai mức 4 S3/2 và 4 F9/2 dẫn đến việc phát xạ vùng màu đỏ có cường độ rất yếu.
Do vậy, quá trình truyền năng lượng từ trạng thái kích thích có năng lượng cao
| 2 F7/2, 3 T2> của cặp Yb 3+ - MoO4 2- đến mức 4 F7/2 của ion Er 3+ , điều này tránh được các quá trình phân rã không phát xạ ở các mức năng lượng thấp hơn của
Er 3+ , dẫn đến tăng cường độ phát xạ màu xanh cũng như điều khiển vùng phát xạ của vật liệu
Bước đầu định hướng tính chất đánh dấu huỳnh quang y-sinh
Cùng với sự phát triển của y sinh toàn cầu, nhiều phương pháp phân tích xét nghiệm hiện đại đã ra đời, như ELISA (Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay) và FIA (Fluorescence Immuno Assay) Những phương pháp này giúp phát hiện tế bào, virus và ADN, từ đó hỗ trợ chẩn đoán sớm và triển khai các quy trình điều trị bệnh mới.
Lĩnh vực hệ vật liệu phát quang đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng, bao gồm chụp hình ảnh tế bào ung thư, phát hiện siêu nhạy virus, và phân lập DNA Các vật liệu nano huỳnh quang chứa đất hiếm như Ytri (Y), Europi (Eu), Terbi (Tb), Erbi (Er), Thuli (Tm) và Yterbie (Yb) đang được nghiên cứu và ứng dụng trong cảm biến quang y sinh Để ứng dụng hiệu quả trong y sinh, các vật liệu phát quang này cần được phân tán tốt và bền trong môi trường sinh lý, đặc biệt là trong nước, nhằm đảm bảo tương thích với các phân tử, virus, tế bào và mô.
Phân tích phổ phát xạ UC của hệ vật liệu HA pha tạp Er, Yb, Mo cho thấy đỉnh phát xạ mạnh nhất ở 520nm với cường độ phát xạ cao Hệ vật liệu này vượt trội hơn so với nhiều hệ vật liệu trước đây nhờ vào ánh sáng chọn lọc phát xạ của ion Er 3+ Ngoài ra, hệ vật liệu tổng hợp có độ kết tinh tốt và phát quang mạnh khi được kích thích ở bước sóng hồng ngoại.
Bước sóng 976 nm có khả năng xâm nhập sâu vào các mô mà không làm tổn thương tế bào, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng, đặc biệt trong lĩnh vực đánh dấu huỳnh quang để phát hiện và nhận dạng các đối tượng y sinh học như virus.
Vật liệu như AND, ARN và tế bào ung thư cần được chức năng hóa và liên hợp hóa để trở thành công cụ chẩn đoán và phân tích sinh học Qua nghiên cứu các công trình trước đây, tôi đã định hướng các bước tiếp theo nhằm ứng dụng vật liệu tổng hợp của mình trong việc đánh dấu huỳnh quang y sinh.
Hình 3 8 Quy trình định hướng ứng dụng vật liệu trong đánh dấu huỳnh quang y-sinh
Bước đầu tiên trong quy trình này là bao bọc vật liệu bằng silica, giúp cải thiện cường độ phát quang và bảo vệ lớp vật liệu bên trong, đồng thời tăng độ bền của dịch keo nước và giảm thiểu tác động phụ về sinh lý miễn dịch Tiếp theo, bề mặt vật liệu được chức năng hóa để phân tán tốt trong nước và liên hợp với các phần tử sinh học, với các nhóm chức như amino, carboxyl, thiol, hydroxyl hoặc maleimide được đưa vào Cuối cùng, các mũi dò sinh học được lắp ghép để có chức năng phát hiện chọn lọc Tôi chọn liên hợp với acid folic, vì nó là trung tâm thụ cảm của nhiều loại tế bào ung thư như ung thư cổ tử cung, ung thư vú, gan và thận, do tế bào lành có mức folate receptor thấp hơn nhiều so với tế bào ung thư, từ đó tạo ra các phức hợp giúp nhận dạng hiệu quả tế bào ung thư.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Dựa trên các kết quả nghiên cứu trong chương 3 của bài khóa luận, việc nghiên cứu đã được thực hiện một cách hệ thống và so sánh với mục tiêu của đề tài Kết quả đạt được cho thấy đề tài đã hoàn thành tốt các mục tiêu đã đề ra.
1 Tổng hợp, phân tích các công trình có liên quan trực tiếp đến hướng nghiên cứu Từ đó đánh giá, đưa ra quy trình tổng hợp vật liệu
2 Tổng hợp thành công hệ vật liệu HA: Er-Yb-Mo bằng phương pháp thủy nhiệt Quy trình tổng hợp ổn định, có thể thay đổi hình thái học của hệ vật liệu (khi thay đổi nồng độ pha tạp Mo 6+ nhưng vẫn giữ được cấu trúc tinh thể và khả năng phát quang của hệ vật liệu Nồng độ mol Mo 6+ pha tạp tối ưu là 6% mol, vật liệu chỉ cần sấy ở 150°C trong 10h trong môi trường không khí mà chưa cần xử lí ủ ở nhiệt độ cao
3 Vật liệu phát xạ mạnh vùng màu xanh bước sóng từ 510 nm ÷ 570 nm và phát xạ yếu vùng màu đỏ từ 630 ÷ 700 nm, ứng với các chuyển dời đặc trưng 2 H11/2 → 4 I15/2 (đỉnh 520nm); 4 S3/2 → 4 I15/2 (đỉnh 540nm)và 4 F9/2 →
Ion Er 3+ phát ra ánh sáng ở đỉnh 650nm, và việc pha tạp Mo vào mạng nền của HA đã làm tăng cường độ huỳnh quang của hệ vật liệu lên 70 lần so với mẫu không pha tạp Sự gia tăng này được giải thích bởi quá trình truyền năng lượng từ trạng thái kích thích có năng lượng cao | 2 F7/2, 3 T2> của cặp Yb 3+ - MoO4 2- đến mức năng lượng của ion Er 3+.
4 Vật liệu tổng hợp phát quang tốt và chọn lọc khi được kích thích ở bước sóng hồng ngoại 976nm, có khả năng định hướng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực y sinh đặc biệt trong đánh dấu huỳnh quang y sinh
Tiếp tục hướng nghiên cứu:
1 Bổ sung, hoàn thiện các số liệu thực nghiệm của hệ vật liệu HA: Er-Yb-
2 Thử nghiệm và đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu trong y-sinh
3 Thử nghiệm phức hợp vật liệu thu được để đánh dấu nhận dạng tế bào ung thư (ví dụ MCF7)
4 Phát triển các hướng nghiên cứu mới trên nền vật liệu HA: Er-Yb-Mo nhằm đa dạng hóa ứng dụng của vật liệu