Các ứng dụng đánh dấu sinh học của các chấm lượng tử bán dẫnbán dẫn

Chu Việt Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 151 - 159

151

ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU SINH HỌC CỦA CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN

Chu Việt Hà1

, Trần Anh Đức

1

, Đỗ Thị Duyên1

,

Vũ Thị Kim Liên1*

, Trần Hồng Nhung2

1

Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên

2Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

TÓM TẮT

So sánh với chất màu hữu cơ truyền thống và các protein phát quang tự nhiên, các chấm lượng tử

bán dẫn có đặc tính quang học và điện tử độc đáo: có thể điều khiển ánh sáng phát xạ nhờ thay đổi

kích thước, phổ phát xạ hẹp và đối xứng ,độ chói cao, thời gian sống phát quang dài và điểm đặc

biệt nhất là độ bền quang cao (gấp vài trăm lần so với chất màu hữu cơ), ít bị tẩy quang, và quang

phổ hấp thụ rộng dễ kích thích đồng thời của nhiều màu sắc huỳnh quang. Với các tính chất quang

lý đó, việc ứng dụng các hạt nano chấm lượng tử bán dẫn phân tán được trong nước để ứng dụng

cho mục đích đánh dấu sinh học đã và đang được thực hiện cả trên thế giới cũng như ở Việt Nam.

Các tiến bộ gần đây giúp phát triển thiết bị thăm dò các hạt nano đa chức năng, cho thấy phát xạ

của các hạt nano này là rất sáng và ổn định trong điều kiện phức tạp của cơ thể sống. Các chấm

lượng tử ứng dụng trong đánh dấu sinh học đã đặt ra khả năng mới cho hình ảnh siêu nhạy và ghép

các mục tiêu phân tử trong tế bào sống, các mô động vật và cơ thể con người. Chấm lượng tử hiện

nay có rất nhiều ứng dụng trong y-sinh như làm chất đánh dấu hiện ảnh phân tử và tế bào cả in

vitro và in vivo, làm các cảm biến sinh học. Bài báo này trình bày tổng quan về các ứng dụng đánh

dấu sinh học của các chấm lượng tử trong giai đoạn hiện nay.

Từ khóa: chấm lượng tử bán dẫn, đánh dấu sinh học, hạt nano

TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ

*

Các chấm lượng tử kể từ khi được phát hiện,

đã dần trở thành các chất dán nhãn huỳnh

quang quan trọng dùng trong cảm biến sinh

học và hiện ảnh [1]. Các chấm lượng tử là

những tinh thể nano bán dẫn bao gồm các

nguyên tử của các nguyên tố nhóm II - VI (ví

dụ, Cd, Zn, Se, Te) hoặc III-V (ví dụ, In, P,

As) trong bảng hệ thống tuần hoàn các

nguyên tố hóa học. Các hiệu ứng lượng tử xảy

ra khi kích thước tinh thể có thể so sánh với

bước sóng de Broglie của điện tử và lỗ trống.

Khi đó cả điện tử và lỗ trống đều bị giam giữ

và các mức năng lượng của chúng bị lượng tử

hóa. Sự giam giữ lượng tử làm gián đoạn các

mức năng lượng theo chiều giam giữ và làm

thay đổi mật độ trạng thái theo năng lượng.

Kết quả là hấp thụ hay phát xạ của các chấm

lượng tử phụ thuộc vào kích thước hạt, nghĩa

là người ta có thể điều khiển được tính chất

quang (ví dụ màu phát xạ huỳnh quang) theo

kích thước của các chấm lượng tử. Các chấm

lượng tử có phổ hấp thụ rộng, phổ phát xạ

hẹp, do đó có thể linh hoạt lựa chọn bước

sóng kích thích cũng như giảm thiểu sự chồng

chập phổ phát xạ từ các chấm lượng tử đa

*

Tel: 0912 789436, Email: [email protected]

thành phần, làm cho chúng trở thành các chất

dán nhãn tuyệt vời với sự sàng lọc thông

lượng cao. Ngoài ra, việc lựa chọn bước sóng

kích thích xa các bước sóng phát xạ có thể

loại bỏ sự tán xạ nền. So với các chất màu

hữu cơ, các chấm lượng tử có hiệu suất lượng

tử tương tự nhưng hệ số dập tắt lớn hơn, làm

giảm tốc độ dập tắt quang [2]. Độ chói huỳnh

quang của các chấm lượng tử cũng lớn hơn độ

chói của chất màu hữu cơ khoảng 10 đến 20

lần và độ bền quang cao gấp 100 đến 200 lần

[2]. Ngoài ra, bằng cách sử dụng các chấm

lượng tử khác nhau người ta có thể đánh dấu

huỳnh quang trong khoảng rộng từ vùng khả

kiến đến vùng hồng ngoại gần, trong khoảng

từ 400nm đến 2000nm [3]. Các chấm lượng

tử thường được sử dụng trong đánh dấu sinh

học là các chấm lượng tử trên cơ sở CdSe

và CdTe vì phổ phát xạ của chúng trải toàn

bộ vùng phổ nhìn thấy tùy thuộc vào kích

thước [3].

Các chấm lượng tử có phổ hấp thụ liên tục và

rộng tương tự như của vật liệu bán dẫn khối

với một số đỉnh. Phổ hấp thụ kéo dài từ vùng

tử ngoại tới một bước sóng giới hạn trong

vùng nhìn thấy, tương ứng với dịch chuyển cơ

bản, được gọi là đỉnh hấp thụ thứ nhất. Các

chấm lượng tử không hấp thụ ánh sáng có