Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Nano oxit sắt từ phủ Alginate

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO OXIT SẮT TỪ PHỦ ALGINATE NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG Khoa Du Lịch - Đại học Huế TRẦN THỊ ANH THƯ - HUỲNH THỊ HOÀI TRINH Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế NGUYỄN ĐỨC MAI ANH Trường Đại học Y Dược - Đại học Huế Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, nano oxit sắt từ phủ alginate tổng hợp Cấu trúc, kích thước hạt hình thái hạt nano oxit sắt từ alginate đặc trưng phương pháp XRD, SEM TEM Tương tác alginate oxit sắt từ đặc trưng phương pháp IR TGDSC Kết cho thấy hạt nano oxit sắt từ điều chế có đường kính từ 10-15nm, hạt nano oxit sắt từ phủ alginate Hơn cấu trúc lõi-vỏ alginate phủ Fe3O4 thảo luận MỞ ĐẦU Nano ôxit sắt từ nghiên cứu rộng rãi nhiều lĩnh vực vật lý, hoá học, y sinh học, dược học… Hạt nano từ tính có ứng dụng tốt cần phải có tính đồng cao, từ độ bão hịa lớn [1], [2] Ngồi để ứng dụng y học hạt nano sắt từ phải bền dung dịch, kích thước hạt 100nm Cơ chế hình thành hạt nano oxit sắt từ ma trận alginate chưa thảo luận Tạp chí Khoa học Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 01(17)/2011: tr 43-48   44 NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG cs Trong nghiên cứu này, alginate phủ hạt nano oxit sắt từ có kích thước nhỏ 100nm tổng hợp qua hai bước Hạt nano Fe3O4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa, sau bọc màng alginate Cơ chế hình thành Fe3O4 bọc màng alginate thảo luận THỰC NGHIỆM Các hóa chất sử dụng là: FeCl3.6H2O, FeCl2.4H2O, dung dịch NaOH 30% Natri Alginate (Mw = 24 kDa) (Guangzhou, China) Nano oxit sắt từ tổng hợp phương pháp đồng kết tủa: Lấy FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O với tỉ lệ mol 1:2 hoà tan vào 100ml H2O, dung dịch điều chỉnh pH = HCl Dung dịch thu đem khuấy mạnh máy khuấy từ gia nhiệt 800C 30 phút, nhỏ từ từ dung dịch NaOH 30% vào Nano Fe3O4 tạo thành lọc, rửa nước cất sau cho vào 80ml nước cất với hàm lượng 0,5g/100ml pH = Cho từ từ 20ml dung dịch alginate (1g/100ml) vào dung dịch sắt từ, đồng thời khuấy mạnh gia nhiệt 500C Fe3O4 bọc alginate hình thành lọc, rửa sấy khô 600C 24h Thành phần pha vật liệu nghiên cứu nhiễu xạ tia X, đo máy D8 Advance, Brucker Sự biến đổi sản phẩm theo nhiệt độ nghiên cứu phương pháp phân tích nhiệt (Labsys TG/DSC-SETARAM) Hình thái vật liệu nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét (SEM), đo máy SEM JSM-5300LV hiển vi điển tử truyền qua (TEM), đo máy Jeol-JEM 1010 microscopy Các nhóm chức sản phẩm nghiên cứu phổ hồng ngoại (IR), đo máy Biorad FTS 3000 Fourier KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình kết XRD nano oxit sắt từ, kết cho thấy có nhiễu xạ đặc trưng Fe3O4 gồm (220), (311), (400), (422), (511) (440) (JCPDS file No 653107) quan sát mà khơng có nhiễu pha khác Điều vật liệu điều chế oxit sắt từ (Fe3O4) Fe3O4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa tạo thành theo phương trình (1) Fe3+ + Fe 2+ + 8OH − ⎯⎯ → Fe3O4 + 4H 2O (1) Hình kết SEM TEM nano Fe3O4 Fe3O4/alginate Từ kết TEM (2c) cho thấy Fe3O4 điều chế có dạng hình cầu, hạt phân tán, đồng đều, kích thước hạt khoảng 10-15nm So sánh kết SEM nano Fe3O4 (2a) Fe3O4/alginate (2b) nhận thấy hạt nano Fe3O4 phủ alginate, với bề mặt hạt Fe3O4/Alginate trơn hạt có kích thước lớn khoảng 30nm (tính SEM) Tuy nhiên kết TEM khơng cho thấy rõ điều đó, với TEM lớp màng alginate khơng cho hình ảnh [9] Để làm rõ hạt nano oxit sắt từ phủ alginate, chúng tơi phân tích TG-DSC IR mẫu Fe3O4 Fe3O4/Alginate Từ kết TG-DSC Fe3O4 Fe3O4/alginate hình cho thấy; với Fe3O4 (3a) có pic thu nhiệt 970C q trình NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO OXIT SẮT TỪ PHỦ ALGINATE 45 thoát nước vật lý, pic toả nhiệt 5120C 6350C trình chuyển pha từ vơ định hình sang tinh thể; với Fe3O4/alginate (3b) ngồi pic nước vật lý (1060C)và pic chuyển pha Fe3O4 (6350C) xuất pic toả nhiệt 2960C q trình phân huỷ màng phủ alginate hạt nano oxit sắt từ, khoảng 1500C kết thúc khoảng 4000C [10] 311 500 400 511 440 400 220 300 200 100 20 30 40 50 60 70 Hình Kết XRD nano Fe3O4 (a) (b) (c) (d) Hình Kết SEM TEM nano Fe3O4 (a,c) Fe3O4/Alginate (b,d)   46 NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG cs DSC T G 5120C 20 DSC T G 2960C 15 -2 635 C 10 15 10 -6 -2 -4 6350 C -4 -6 -8 -10 -8 -10 -12 -14 970C -5 -12 -16 -10 -5 200 400 600 (a) 800 1000 1060 C 200 -14 400 600 800 1000 (b) Hình Kết TG-DSC Fe3O4 (a) Fe3O4/Alginate(b) Trên hình kết phổ IR alginate, Fe3O4 Fe3O4/alginate cho thấy mẫu Fe3O4/alginate xuất pic đặc trưng alginate là: nhóm –OH liên kết hiđro nhóm –OH nhóm –COOH số sóng 3500-3200cm-1, nhóm CH với tần số 2900 cm-1, nhóm COO- với số sóng 1650-1550cm-1, nhóm COO-s với số sóng 1440-1360cm-1, vịng axetal C-O-C với số sóng 1093-1070cm-1 C-O-C glucosit 1125-1000cm-1 Điều chứng tỏ hạt nano oxit sắt từ phủ alginate Liên kết hạt nano oxit sắt từ alginate đưa sau Các hạt nano Fe3O4, chứa ion sắt bề mặt, đó, alginate có cấu trúc chứa nhiều nhóm COO- đề cập trên, nhóm COO- tác động qua lại với ion Fe lực hút tĩnh điện hình thành liên kết nguyên tử bề mặt Lực đẩy tĩnh điện phân tử giống với chuyển đổi điện tử ngăn ngừa kết hợp phân tử, làm cho hạt nano oxit sắt từ bền dung dịch [10] Alginate Fe3O4 Fe3O4/Alginate Hình Phổ IR Alginate, Fe3O4 Fe3O4/Alginate NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO OXIT SẮT TỪ PHỦ ALGINATE 47 KẾT LUẬN Phương pháp đồng kết tủa sử dụng để tổng hợp nano oxit sắt từ, kết thu hạt hình hạt cầu, phân tán, đồng kích thước hạt khoảng 10-15nm Việc phủ màng polysaccharide alginate lên hạt oxit sắt từ làm kích thước hạt lớn lên (30nm) Bằng phương pháp phân tích SEM, TEM, TG-DSC IR chứng minh hạt nano oxit sắt từ phủ màng alginate Bản chất tương tác hạt nano oxit sắt từ alginate thảo luận TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] Sophie Laurent, Delphine Forge, Marc Port, Alain Roch, Caroline Robic, Luce Vander Elst, and Robert N Muller (2008) Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis, stabilization, vectorization, Physicochemical characterizations, and biological applications Chem Rev 108, pp 2064–2110 Jana Chomoucka, Jana Drbohlavov, Dalibor Huskab Vojtech Adam, Rene Kizek, Jaromir Hubalek (2010) Magnetic nanoparticles and targeted drug delivering Pharmacological Research, pp 312–319 Saikat Ghosh, Hamid Mashayekhi, Bo Pan, Prasanta Bhowmik, and Baoshan Xing (2008) Colloidal Behavior of Aluminum Oxide Nanoparticles As Affected by pH and Natural Organic Matter Langmuir 24, pp 12385-12391 Holly J Hester-Reilly, Nina C Shapley (2007) Imaging contrast effects in alginate microbeads containing trapped emulsion droplets Journal of Magnetic Resonance 188, pp 168–175 Dongbei Wu, Jing Zhao, Ling Zhang, Qingsheng Wu, Yuhui Yang (2010) Lanthanum adsorption using iron oxide loaded calcium alginate beads Hydrometallurgy 101, pp.76–83 Yoshiyuki Nishioa, Akiko Yamada, Kana Ezaki, Yoshiharu Miyashita, Hidemitsu Furukawa, Kazuyuki Horie (2004) Preparation and magnetometric characterization of iron oxide-containing alginate/poly(vinyl alcohol) networks Polymer 45, pp 7129–7136 Llanes, F Ryan, D H Marchessault (2000) Magnetic nanostructured composites using alginates of different M/G ratios as polymeric matrix Int J Biol Macromol 27, pp 35–40 M A Morales, P V Finotelli, J A H Coaquira, M H M Rocha-Le, C DiazAguila, E.M Baggio-Saitovitch, A.M Rossi (2008), In situ synthesis and magnetic studies of iron oxide nanoparticles in calcium-alginate matrix for biomedical applications, Materials Science and Engineering C28, pp 253–257 Hui-li Ma, Xian-rong Qi,Yoshie Maitani, Tsuneji Nagai (2007) Superparamagnetic iron oxide nanoparticles stabilized by alginate: Pharmacokinetics, tissue distribution, and applications in detecting liver cancers International Journal of Pharmaceutics 333, pp 177–186 10 X.Q Xu, H Shen, J.R Xu, M.Q Xie, X.J Li (2006) The colloidal stability and core-shell structure of magnetite nanoparticles coated with alginate Applied Surface Science 253, pp 2158–2164 48 NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG cs Title: A STUDY ON THE SYNTHESIS OF ALGINATE COATED MAGNETITE NANOPARTICLES Abstract: In this study, alginate-coated Fe3O4 nano particles have been prepared The structure, size, morphology of the magnetite nanoparticles on alginate were characterized systematically by means of XRD, SEM and TEM, and the interaction between alginate and iron oxide (Fe3O4) was characterized by IR and TG-DSC The results revealed that typical iron oxide nanoparticles were Fe3O4 with a core diameter of 10-15 nm, they were formed inside the alginate matrix Furthermore, the core-shell structure and the magnetic properties of alginatecoated Fe3O4 nanoparticles were discussed ThS NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG Khoa Du Lịch, Đại Học Huế ĐT: 0976.214.133 Email: nguyenducna@gmail.com TRẦN THỊ ANH THƯ HUỲNH THỊ HOÀI TRINH Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế NGUYỄN ĐỨC MAI ANH Trường Đại học Y Dược - Đại học Huế