Nano vàng và ứng dụng thực tiễn

Nano vàng và ứng dụng thực tiễn


Vàng (Au) là nguyên tố kim loại đứng ở vị trí thứ 79 trong bảng tuần hoàn hoá học, có giá trị vô cùng to lớn trong cuộc sống của con người từ xưa tới nay, được coi là “Vua của các kim loại”. Ngày nay, khi khoa học công nghệ phát triển thì vàng có thêm ứng dụng mới trong thực tiễn đó là: Nano vàng.

Các phân tử Nano vàng hiện được coi là thiên đường nghiên cứu mới cho các nhà khoa học. Điều đó được thể hiện rất rõ qua việc hơn 130 nhà khoa học vừa mới đến Paris để tham gia vào nhóm công tác ngiên cứu có tên là Au–Nano (Nano–Vàng). Đây là một tập hợp bao gồm 40 nhóm nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khác nhau: sinh học, hoá học, vật lý và thậm chí có cả đại diện của giới công nghiệp.

Mối quan tâm của các nhà khoa học về nguyên tố không biến đổi và không bị ôxy hoá này đã xuất hiện từ rất lâu: ngành y học cổ truyền Ai Cập, Trung Hoa hay Ấn Độ đã sử dụng kim loại này để xử lý vết loét trên da hay một số bệnh viêm nhiễm khác. Nhưng ngày nay, nhờ vào tiến bộ trong lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), người ta có thể xác định thêm nhiều đặc tính thú vị khác của kim loại này.

Theo Olivier Pluchery, nhà vật lý học tại viện khoa học Nano (Paris), khi được chia nhỏ ở trạng thái phân tử có kích thước vài Nanomet, nguyên tố này có rất nhiều đặc tính riêng biệt. Trước tiên chúng sẽ thay đổi màu sắc, chuyển từ màu vàng sang màu đỏ hoặc tím nhạt. Sự chuyển màu này có được là do trong phân tử Nano vàng không hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng quang phổ như các miếng vàng khối thông thường.


Gold nanoparticle functionalized with sequence-specific oligonucleotides.

Nhưng phân tử Nano vàng không chỉ có ưu điểm về mặt thẩm mỹ. Trong lĩnh vực hoá học, vàng có rất nhiều ứng dụng đặc biệt. Trong phản ứng hoá học, vàng có thể thay thế nhiều chất xúc tác quý hiếm như: Platin, Paradium, Rhodium…

Hoàn toàn bất động ở trạng thái bình thường, vàng là kim loại rất được các nhà kim hoàn ưa chuộng bởi vì đặc tính không bị ôxi hoá hay bị mờ. Nhưng ở trạng thái phân tử Nano, đặc tính này lại thay đổi 180 độ. Từ cuối những năm của thập niên 80 thế kỉ XX, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã chứng minh rằng phân tử vàng ở khích thước nhỏ hơn 5 Nanomet có thể tham gia phản ứng oxy hoá với Cacbon oxit (CO) để tạo thành Cacbon dioxít (CO2). Ngoài ra vàng có thể tham gia phản ứng ở nhiệt độ thấp (đến –700C) trong khi đó một số chất xúc tác như Platin chỉ phản ứng ở nhiệt độ trên 1000C. Tuy nhiên Cacbon oxít CO là một loại khí độc trong khi đó CO2 chỉ có một nhược điểm duy nhất đó là...góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính.

Vì vậy, trên thực tế các nhà sản xuất ôtô có thể chế tạo các ống khí thải bằng các phân tử vàng để tránh việc thải khí CO và có thể oxy hoá lượng tử nhiên liệu chưa cháy hết. Để tạo ra Hydro, họ cũng có thể phát triển các loại pin nhiên liệu dành cho phương tiện giao thông bằng điện thông qua một quá trình tái tạo Methanol không tạo khí CO.

Lĩnh vực khác không kém phần ý nghĩa là sinh học và y học. Các phân tử Nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dưới tác dụng của bức xạ laser. Đặc tính này có thể được sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X trong chữa trị một số bệnh ung thư. Các nhà khoa học tại viện nghiên cứu Max-Planck nghiên cứu sự phá huỷ của các mô khoẻ mạnh bằng cách sử dụng những viên thuốc trị ung thư bên trong khối u. Để đưa những chất này vào đúng vị trí, các nhà khoa học đã tạo ra những viên nhộng rất nhỏ với kích thước vài Nanomet. Vỏ ngoài viên nhộng được cấu tạo bởi nhiều lớp polyme rất mỏng đặt lên nhau, cho phép chúng vượt qua dễ dàng lớp màng bên ngoài màng tế bào. Trên bề mặt viên nhộng là những phân tử Nano được sử dụng từ những nguyên tử vàng và bạc. Khi đã hấp thụ vào những tế bào trong khối u, viên nhộng sẽ di chuyển bằng tia hồng ngoại. Sức nóng này sẽ đẩy những phân tử vàng và bạc di chuyển khiến viên nhộng vỡ ra và phá vỡ kết cấu những tế bào ác tính. Hiện các nghiên cứu trên chuột đã chứng minh được tính hiệu quả của công nghệ này.


Detection of glycoprotein based on FRET between concanavalin A-conjugated gold nanoparticle (ConA-AuNPs) and dextran-conjugated quantum dots (Dex-QDs).


Ở trạng thái phân tử Nano, vàng cũng có khả năng cố định các nguyên tử sinh học (kháng nguyên và kháng thể). Vì vậy, các phân tử vàng có thể sử dụng trong rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa.

Tất cả những ứng dụng trên đây còn cần rất nhiều năm nghiên cứu, kiểm chứng lại, đặc biệt để phát triển những lý thuyết về Nano vàng. Người ta đã biết cách chế tạo các phân tử này nhờ vào sự bốc hơi của vàng trong dung dịch vàng ở môi trường chân không. Ngoài ra cũng có thể tách thành phân tử Nano vàng bằng siêu thanh, chiếu xạ hay thông qua phản ứng hoá học, rất phù hợp với sản xuất trong công nghiệp.