Luận văn nghiên cứu tổng hợp và nang hóa nano sắt từ lên liposome định hướng ứng dụng làm vật liệu mang thuốc

5 MỞ ĐẦU Theo phát triển nhanh chóng công nghệ nano, ngày nhiều loại vật liệu nano với tính chất đặc biệt khám phá, từ thúc đẩy bước tiến nhiều lĩnh vực, có vật liệu y sinh Các loại vật liệu đa dạng chất (vô cơ, hữu cơ, composite ), lẫn cấu trúc (phân tử, gel, micelle ), trở thành sóng, xu hướng nghiên cứu thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học nhằm hướng đến mục tiêu cải thiện chất lượng sống người Một số loại vật liệu phải kể đến vật liệu nano từ tính, mà điển hình nano oxide sắt từ (iron oxide nanoparticles – ION) Khác với dạng phân tử dạng vật liệu khối thông thường, vật liệu nano từ tính nói chung ION nói riêng đạt kích thước hạt từ khoảng vài nanomet đến vài trăm nanomet, tức kích thước domain, xuất số tính chất đặc biệt siêu thuận từ, dị hướng từ bề mặt, bề mặt riêng lớn Những đặc tính giúp ION có khả đáp ứng có kiểm sốt với từ trường ngoài, yêu cầu quan trọng để ION ứng dụng thể người Bên cạnh đó, kích thước nano cịn giúp ION dễ dàng đưa vào thể, xuyên qua hầu hết hàng rào bảo vệ xâm nhập đến quan mục tiêu Mặc dù vậy, với kích thước nano, ION có lượng bề mặt lớn dễ dàng bị kết tụ, môi trường sinh lý Điều khơng làm suy giảm tính chất vật liệu mà cịn gây nguy hiểm hình thành khối lớn thể gây tắt nghẽn mạch máu biến chứng khác Để khắc phục, ION bảo vệ lớp phủ bên nhằm hạn chế kết tụ Tùy vào mục đích sử dụng mà lớp phủ polymer, hợp chất vô silica, hợp chất hữu acid citric Một phương pháp khác mang lại hiệu cao nang hóa ION vào hệ chất mang có sẵn, cụ thể liposome Việc nang hóa ION vào liposome lúc thực nhiều mục đích, vừa bảo vệ ION khơng bị kết tụ, vừa giúp liposome có khả đáp ứng với từ trường ngồi, từ tạo thành hệ chất mang đa chức năng, có tiềm lớn ứng dụng mang thuốc hướng đích Với ý nghĩa khoa học thực tiễn nêu trên, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nang hóa nano sắt từ lên liposome định hướng ứng dụng làm vật liệu mang thuốc” chọn làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VẬT LIỆU SẮT TỪ 1.1.1 Vật liệu sắt từ dạng khối 1.1.1.1 Sơ lược lịch sử phát Từ 2500 năm trước, người phát vật liệu từ loại khoáng vật mang tên magnetite với khả hấp dẫn vật dụng sắt Các mảnh nhỏ magnetite từ hóa tự nhiên gọi đá nam châm (lodestone) Sau đó, người Hy Lạp nghĩ việc biến mảnh sắt trở thành nam châm cách chạm cọ xát mảnh sắt với magnetite, tạo tiền đề cho xuất la bàn sau Thực tế suốt nhiều năm sau đó, cách dùng để chế tạo nam châm nam châm điện phát minh vào năm 1825 [1] 1.1.1.2 Cấu trúc tinh thể Magnetite, hay gọi oxide sắt từ, có cơng thức hóa học Fe3O4 FeO.Fe2O3, khoáng vật chứa sắt phổ biến thuộc nhóm ferrite Các ferrite, tùy vào thành phần hóa học mà có cấu trúc lập phương tâm diện lục giác, ferrite có cấu trúc lập phương tâm diện lại phân thành hai dạng spinel spinel đảo Đối với ferrite có cấu trúc spinel, cơng thức hóa học viết thành AB2X4 với X anion (thường oxigen, lưu huỳnh selen) có điện tích -2, A cation hóa trị II chiếm vị trí lỗ trống tứ diện, B cation hóa trị III chiếm vị trí lỗ trống bát diện mạng tinh thể Trong đó, oxide sắt từ lại nằm nhóm ferrite có cấu trúc spinel đảo Các hợp chất dạng có cơng thức hóa học viết thành B(AB)X4 với A, B X tương tự spinel thường, nhiên cấu trúc spinel đảo, cation A hóa trị II lại chiếm vị trí lỗ trống bát diện, nửa số cation B hóa trị III chiếm vị trí lỗ trống bát diện, nửa cịn lại chiếm vị trí lỗ trống tứ diện Cụ thể hơn, oxide sắt từ, cơng thức hóa học viết lại thành Fe3+(Fe2+Fe3+)O42- , ion Fe2+ nửa số ion Fe3+ chiếm vị trí lỗ trống bát diện, nửa số ion Fe3+ lại chiếm vị trí lỗ trống tứ diện Hình 1.1 Ơ mạng tinh thể oxide sắt từ 1.1.1.3 Tính chất từ Tinh thể oxide sắt từ có cấu trúc lập phương tâm diện, độ từ hóa bão hịa Ms xấp xỉ 92 emu/g nhiệt độ Curie khoảng 580°C [1] Trong ô mạng tinh thể, ion Fe3+ lỗ trống tứ diện có spin ngược chiều với spin ion Fe3+ lỗ trống bát diện nên triệt tiêu lẫn nhau, moment từ tổng cộng tổng moment từ ion Fe2+ lỗ trống bát diện gây Hình 1.2 Cấu trúc spin oxide sắt từ Tuy nhiên, oxide sắt từ dạng khối, moment từ tồn khối vật liệu khơng thể theo hướng tạo từ trường lớn bao quanh vùng không gian xung quanh vật liệu, yêu cầu trường phải lưu trữ lượng lớn lượng tĩnh từ (magnetostatic energy) dẫn đến tăng nội Để tối thiểu hóa lượng này, khối vật liệu tự chia thành nhiều vùng, vùng có chiều moment song song khác so với vùng khác, vùng gọi domain Khi domain đạt đến kích thước định (10-5 – 10-6 m) lượng cần thiết để tạo nên vách domain (khi phân chia thành domain nhỏ hơn) lớn lượng cần để trì domain, domain ngừng phân chia trì khoảng kích thước cố định [2] Hình 1.3 Sự tạo thành domain nhằm giảm lượng tĩnh từ Một đặc tính khác vật liệu từ dị hướng từ, có liên quan đến tương tác từ tinh thể có trật tự từ Tính dị hướng thể tính chất từ vật liệu khác theo phương khác Nguồn gốc dị hướng từ liên quan đến dạng lượng tương tác xác định trạng thái vật liệu, phải kể đến dị hướng từ tinh thể, dị hướng từ đàn hồi ứng suất Dị hướng từ tinh thể dạng lượng vật có từ tính liên quan đến tính đối xứng tinh thể định hướng moment từ Trong tinh thể, moment từ ln có xu hướng định hướng theo phương ưu tiên tinh thể, gọi trục dễ từ hóa Khi từ hóa theo hướng khác (lệch 90o so với trục dễ từ hóa) q trình từ hóa khó khó đạt trạng thái bão hịa từ, trục gọi trục khó từ hóa Năng lượng dị hướng từ tinh thể định nghĩa lượng cần thiết để quay moment từ từ trục khó từ hóa sang hướng trục dễ từ hóa Bên cạnh 10 nguồn gốc tính đối xứng tinh thể, dị hướng từ tinh thể cịn tạo ứng suất, hình dạng vật từ hay trật tự cặp spin với định hướng khác 1.1.2 Vật liệu nano oxide sắt từ (ION) 1.1.2.1 Cấu trúc tinh thể Phổ nhiễu xạ tia X chứng minh giảm đến kích thước nano, hạt nano oxide sắt từ có cấu trúc tinh thể spinel đảo không thay đổi so với vật liệu khối Tuy nhiên giá trị số mạng a ION thường nhỏ so với vật liệu khối Điều giải thích tỉ lệ nguyên tử ion bề mặt tương đối lớn so với tồn thể tích hạt, đồng thời oxi hóa ion Fe2+ bề mặt thành Fe3+ dẫn đến thay đổi tỉ lệ xếp ion lỗ trống tứ diện bát diện [3] 1.1.2.2 Tính chất từ Cũng giống loại vật liệu nano khác, oxide sắt từ đạt đến kích thước nano xuất số thay đổi tính chất, đặc biệt tính chất từ Trong hai yếu tố ảnh hưởng đến tính chất từ hiệu ứng kích thước hiệu ứng bề mặt a) Ảnh hưởng hiệu ứng kích thước Các hiệu ứng kích thước nghiên cứu nhiều hạt nano từ giới hạn đơn domain giới hạn siêu thuận từ Như nói trên, kích thước hạt giảm đến mức tới hạn, hình thành vách domain (khi domain phân chia thành domain nhỏ hơn) trở nên không thuận lợi mặt lượng, hạt có cấu trúc đơn domain có hướng moment từ Hiệu ứng thứ tượng siêu thuận từ giới hạn kích thước siêu thuận từ Ở vật liệu sắt từ, moment từ nguyên tử xếp song song với nhau, tạo nên từ trường bên lớn Khi nhiệt độ lớn nhiệt độ Curie (hay nhiệt độ Néel vật liệu phản sắt từ), dao động nhiệt đủ lớn để thắng lại lực liên kết bên trong, làm cho moment từ nguyên tử từ song song trở thành dao động tự do, triệt tiêu từ trường bên 11 vật liệu thể tính thuận từ Khái niệm siêu thuận từ Frenkel Dorfman đưa vào năm 1930, theo đó, vật liệu sắt từ cấu tạo hệ hạt (thể tích V) tương tác liên kết với Giả sử giảm dần kích thước hạt lượng dị hướng KV giảm dần, tiếp tục giảm kích thước đến lúc đó, KV