Nghiên cứu tổng hợp hạt nano ôxít sắt từ fe304 được bọc bởi 3 2 3 epoxypropyoxy propyl trimethoxysilane để ứng dụng trong y sinh học

Trang 1

_ BO GIAO DUC ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

* LO x

KHOA LUAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC Chuyén nghanh: HOA HUU CO

NGHIEN CUU TONG HOP HAT NANO

OXIT SAT TU Fe;0, DUOC BOC BOI

[3-(2,3-EPOXYPROPYOXY)- |

PROPYL] TRIMETHOXYSILANE DE UNG DUNG TRONG Y- SINH HOC

Người hướng dân khoa học: ThS LÊ HỎNG PHÚC Người thực hiện: NGUYÊN QUAN HIẾN

TP.HCM 2010

Trang 2

LOI CAM ON

Tôi xin bay to long tri an dén Thay ThS Lé Hong Phúc, đã hết lòng

hướng dân, giúp đỡ tôi rất nhiều về vật chất lẫn tỉnh than trong suốt quá trình làm khóa luận

Tôi xin chân thành biẾt ơn các thay, cô của trưởng Đại Học

Sư Phạm TPHCM đã dày công hưởng đẩn tôi trong suốt quả trình

học tập

Tôi xin cảm ơn đến thây PGSTS Trấn Hoàng Hải, cùng các anh ở phòng Vật Liệu Mới Vật Liệu Nano Từ, đã tận tình giùp đỡ

tôi trong suối qua trình làm khóa luận

Tôi xin cảm ơn đến tất cả các bạn bè trong Hóa 4C đã chia

sẽ cùng tôi những kinh nghiệm qui báu trong suốt quá trình học

tập

Cuối cùng tôi xin cảm ơn Gia Đình là nguồn động viên lớn

nhất của tôi trong cuộc sống cũng như trong học tập và nghiên

cửu khoa học

Kính chúc các quí Tháy Có, các Anh và các Bạn luôn luôn

dỗải dào sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

"“.——^ eee SHH Hee eh eee eee eee

Trang 4

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hông Phúc Mục lục Mở đầu Chương l: Lý thuyết tổng quan Phân 1: Lý thuyết về từ học

L.1.1: Các khái niệm cơ bản 1.1.2: Phân loại các vật liệu từ L.1.3: Siêu thuận từ Phân 2: Các hạt nano từ composite 1.2.1: Oxít sắt L.2.2: Silica 1.2.3: Cac hat composite Phần 3: Các phương pháp tổng hợp 1.3.1: Phương pháp kết tủa từ dung dịch L.3.2: Phương pháp sol-gel 1.3.3: Phương pháp tổng hợp các hạt composite từ tính Phân 4: Các thiết bị dùng để khảo sát hạt nano từ 1.4.1: Nhiéu xa tia X 1.4.2: Từ kế mẫu rung

L.4.3: Kính hiển vi điện tử truyền quang 1.4.4: May do phé hap phụ hồng ngoại

Phần 5: Một số ứng dụng của hạt nano oxít sắt từ trong y sinh học 1.5.1: Dẫn truyền thuốc

1.5.2: Phuong phap nâng thân nhiệt cục bộ

Trang 5

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hông Phúc

Chương II: Thực nghiệm -tỗổng hợp các hạt nano từ Fe:O,, Fe;O, được bọc bởi

silicon đioxide (Fey;O//SiO;), Fe;O/SiO; được bọc bởi| 3-(2,3-Epoxypropoxy)-

propyl]-trimethoxysilan (FeyO//SiO+y/GPMS) 26

LI.2.1: Dung thực nghiệm 26

H.2.1.1: Thiết bị thí nghiệm 26 11.2.1.2: Héa chat lam thi nghiém 26 11.2.2.3: Qué trinh thyc nghiém 27 11.2.2.3.1: Téng hgp hat nano Fe;O, bằng phương pháp đồng kết tủa 27

11.2.2.3.2: Téng hợp hạt Fe;O, được bọc bởi silicon dioxide (Fe;O,/SiO;)

30

II.2.2.3.3 Bọc [3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl|-trimethoxysilan lên hạt

Fe;O//SiO; 34

Chương III: Kết quả và biện luận 37 LII.3.1 Khảo sát mẫu nano từ Fe:O, 37 III.3.1.1 Phân tích các liên kết 37

III.3.1.2 Phân tích cấu trúc pha của hạt Fe;O, 38 LH.3.1.3 Phân tích hình thái và kích thước của các hạt nano từ Fe;O, 39

HI.3.1.4 Tính chất từ của hạt nano Fe;O, 40

IH.3.2 Khảo sát mẫu Fe:O, được bọc bởi silicon dioxide (Fe,0,/SiO,) 40 II.3.2.1 Phân tích các liên kết được bọc bởi silicon đioxide (FezO//SiO;) 41 III.3.2.2 Phân tích cấu trúc pha được bọc bởi silicon dioxide (FeyO//SiO;) 42

I11.3.2.3 Phan tích hình thái và kích thước của hạt nano từ Fe;O; được bọc

Trang 6

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hồng Phúc LII.3.3.3 Phân tích hình thái và kích thước của các hạt nano tir Fe,O,/SiO, bọc -[3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl]-trimethoxysilan (GPMS) 50 III.3.3.4 Tính chất từ của hạt nano từ Fe:O,/SiO› được bọc bởi [3-(2.,3- Epoxypropoxy )}-propy!]-trimethoxysilan (GPMS) 51

Kết luận chung và hướng phát triển $2

Tài liệu tham khảo 53

Phu luc 55

Trang 7

Khóa Luận Tốt Nghiép GVHD:Thạc Sĩ Lê Hông Phúc

MO DAU

Hiện nay trên thế giới công nghệ nano được coi là ngành mũi nhọn của thế kỉ XXI dự đoán sẽ tác động mạnh mẽ đến tất cả các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật cũng như đời sống xã hội Công nghệ này đang phát triển với tốc độ chóng mặt và làm thay đổi điện mạo của các ngành khoa học, nó mang tính liên ngành cao bao

gôm vật lý, hóa học y được - sinh học, công nghệ điện tử tin học công nghệ môi trường và nhiều ngành công nghệ khác Nó hứa hẹn mang lại những lợi ích vượt bậc

cho đời sống vả sự phỏn vinh của nhân loại

Ở kích thước nano mọi thứ, từ độ bên, độ dẫn điện cho đến các tính chất

quang học từ tính, tính chất nhiệt đều có khả năng thay đổi Điểm mấu chốt là ở cầu trúc phân tử của vật chất, nêu chúng ta có thẻ thao tác được trên từng nguyên tử thì

những quy luật tạo ra hậu hết sản phẩm sẽ thay đổi Vì vậy bằng cách sắp xếp các

nguyên tử của vật liệu một cách chọn lọc, mọi thứ từ kim loại, gốm sứ, chất đẻo và chất bán dẫn cho đến thủy tỉnh và các vật liệu composite đều thể hiện những tính chất mới lạ Nếu chúng ta kiểm soát được, thao tác các thành phần và cách liên kết của các nguyên tử, thi kim loại có thể làm cứng hơn và nhẹ hơn, gốm sứ có thể mềm

déo hơn vả chất dẻo dẫn điện tốt hơn

Ngành công nghệ mới này đang tạo ra một cuộc cách mạng trong những ứng

dụng y sinh học Nó giúp con người can thiệp vào kích thước nano mét bằng những vật liệu nano được sử dụng trong chuẩn đoán và điều trị bệnh Khi kích thước hạt của các vật liệu từ tính giảm đến giá trị nào đó sẽ trở thành vật liệu siêu thuận từ vả có những tính chất đặc biệt cho các ứng dụng y sinh học Việc điều chế các vật liệu siêu

thuận từ tương thích sinh học thì được quan tâm trong các ứng dụng y sinh như: chụp

ảnh cộng hưởng từ cho chuẩn đoán lâm sàng, định vị thuốc bằng từ tính, nâng thân nhiệt cục bộ hoặc găn kháng thê lên hạt nano từ để chuẩn đoán nhanh các bệnh, như ung thư tuyến tiền liện ung thư cổ tử cung viêm gan siêu vì B siêu vi C viêm não Nhật Bản Như chúng ta đã biết việc xác định sớm và chính xác các bệnh nêu trên sẽ giúp cho việc điều trị bệnh dé dang và người bệnh mau chống bình phục, đẻ

xác định được chính xác thì luợng kháng thẻ gắn trên hạt nano từ phải nhiều, khi ấy

chúng liên kết với nhiều kháng nguyên vả tạo ra đầu hiệu nhận biết rõ rệt Vấn đề đặt

Trang 8

ra la khang thé gan trén hat nano tran là rất thắp làm cho việc chuẩn đoán nhanh gặp

nhiều khó khăn Đẻ khắc phục tình trạng đó sau khi tham khảo tài liệu [10] tôi đã

dùng chất [3-(2.3-Epoxypropoxy)-propyl]-trimethoxysilan để gắn kết hạt từ với khang thé Chất này có tác dụng, một đầu gắn vào hạt từ đầu còn lại có vòng epxyl giúp cho kháng thể gắn vào nó dễ dàng hơn Nếu như phủ tốt [3-(2.3-

Epoxypropoxy)-propyl]-trimethoxysilan lên hạt từ thì số lượng kháng thẻ tăng nhiều

lần so với hạt trơ [10], khi ấy việc chuẩn đoán nhanh sẽ chính xác hơn.Do khả năng

ứng dụng rộng rãi trong việc chuẩn đoán nhanh các bệnh của hạt từ được bọc bởi [3- (2.3-Epoxypropoxy)-propyl]-trimethoxysilan nên tôi chọn đẻ tài “tong hgp hat tir

được bọc bỡi [3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl|-trimethoxysilan ”

Mục tiêu của đề tài:

- Tạo ra các hạt nano FeO;:

e Có kích thước từ khoảng 10nm, đồng nhắt

e Siêu thuận từ, có độ từ hóa cao

- Tổng hợp hạt Fe:O; phủ SiO;:

e Lớp phủ đồng đều, có độ từ hóa cao

- Tổng hợp hạt FeO/ SiO; phủ [3-{2,3-Epoxypropoxy)-propyl]-

trimethoxysilan (GPMS)

Nội dung của đề tài gồm ba chương:

Chương l: Lý thuyết tổng quan

Phân 1: Lý thuyết về từ học

Phân 2: Các hạt nano từ composite

Phần 3: Các phương pháp tổng hợp

Phần 4: Các thiết bị dùng để khảo sát hạt nano từ

Trang 9

NỘI DUNG

CHUONG I: LY THUYET TONG QUAN

PHAN 1: LY THUYET VE TU HOC

1.1.1 Cac khai niém co ban [17, 18]

Khi một vật liệu được đặt vào trong một từ trường, thì cảm ứng từ hoặc từ thông xuyền qua tiết điện của vật liệu được xác định bởi biểu thức:

B= uạ(H + M) (Hé SI) (1.1)

Trong đó: B là cảm ứng từ H là từ trường ngoài

M là độ từ hóa hưởng ứng với từ trường ngoải

tọ là độ từ thẩm của chân không

Trong hệ Gauss

B=H+4zM (HệCGS) (1.2) Cảm ứng từ và hệ số từ thắm là một nhân tố quan trọng cho ta biết các thông

tin liên quan đến các loại vật liệu từ (thuận từ, nghịch từ ) và độ mạnh, yếu của các

vật liệu từ riêng biệt

Về bản chất, độ cảm từ y là tỉ số giữa độ từ hóa và từ trường ngoài:

yxy=M/H (1.3)

Độ từ thâm của vật liệu ạ cho bởi công thức: = B / H (1.4)

Độ cảm từ và độ từ thẩm liên hệ nhau qua biểu thức:

= Ho (1 + x) (HE SI) (1.5)

u= 1*4zz(Hệ CGS) (1.6)

Trong nghiên cứu về tính chất từ, độ từ thâm là thông số chính đặc trưng để

mô tả các vật liệu từ tương ứng khi có từ trường ngoài Do từ học liên quan đến hóa

học, vật lý và khoa học vật liệu nên có hai hệ thông đơn vị được thừa nhận hiện nay

Trang 10

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hồng Phúc Bảng 1.1:Các đại lượng và đơn vị từ trong hệ đơn vị SĨ và CGS = : - bh — ` | Đại lượng Hệ don vi SI | Hé don vj Gauss Cac hệ sô chuyên từ | (cgs) hécgssanghé SI Cảm mg tir B T G 10" Từ trường H A/m Oe 10”/4m

| Độ từhoáM | A/m emu/cm` 10° D6 tir tham p H/m Không thứ nguyên 4n x 10’

Dd cam tir yx Không thứ nguyên cmu/g.Oe 4n

1.1.2 Phan loại các vật liệu từ {2, 10, 17, 18|

Các vật liệu bị từ hóa nhiều hay ít trong từ trường được gọi là các vật liệu từ Từ tính của các vật liệu từ khác nhau tùy thuộc vảo cấu trúc từ của chúng và được

phân loại dựa vào hệ số từ hóa x hay con gọi là độ cảm từ, y có giá trị từ 10” đối với

vật liệu từ yêu, 10” đối với vật liệu từ mạnh Ta có thể phân loại thành năm loại vật liệu từ cơ bản sau: Vật liệu nghịch từ, thuận từ, phản sắt từ, feri từ, sắt từ

Bảng 1.2 : Bảng phân loại từ tính theo các nguyên tố ÄN m m- al ii L] new | aes fii} i2 Na 1i9|' Wi 2 |L22| 235 2 K iCai Sc | T¡ì | V Mu 347 |3%| WwW |40| 4i Rb i Sr Y Zr | Nb 55 | 3% | 3? 72 | 73 Cs | Ba | La Hf | Ts 27 | 28) 89 Fr | Ra | Ac \ 3 Ce

1.1.3 Siéu thuan tir [17, 19]

Siêu thuận từ là tính chất đáng chú ý của các hạt nano từ Khi kích thước của các hạt từ giảm xuống dưới kích thước tới hạn Dc Các mômen từ bị ảnh hưởng

Trang 11

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thụạc Sĩ Lê Hồng Phúc

mạnh bởi sự đao động nhiệt và hệ thống trở nên siêu thuận từ Vì thể độ từ hóa

không ôn định và lực kháng từ hướng đến 0 Lúc này độ từ đư không còn được giữ theo các định hướng xác định, bởi dị hướng hình dạng hoặc dị hướng từ tỉnh thể của hạt nữa Trong trường hợp này, ở ngay nhiệt độ phòng, năng lượng nhiệt cũng đủ để làm cho các mômen từ thay đổi giữa hai định hướng cân bằng của từ độ 4 Don démen Da BH 2 ==—— — —-< Ỹ Siêu = thuậc: từ = a =

Dsp Dy Đường kinh hat D

Hình 1: Mối liên hệ giữa lực kháng từ và kích thước hạt

Có hai đặc trưng của trạng thái siêu thuận từ: 1) đường cong từ hóa, độ từ hóa

chống lại từ trường ngồi khơng thay đổi với nhiệt độ và 2) không có đường cong từ trễ, độ kháng từ Hẹ = 0 Do các hạt nano thể hiện tính siêu thuận từ, chúng cần phải đủ nhỏ để mỗi hạt là một đơn đômen và năng lượng chắn cho spin đảo thì phải thắng

được dao động nhiệt Các hạt từ trở thành đơn đômen khi kích thước của chúng nhỏ

hơn 100nm Morrish và Yu [19] xác định rằng các hạt Fe;O, là đơn đômen khi

đường kính của chúng nhỏ hơn 50nm Khi kích thước của hạt giảm, lực kháng từ

giảm dẫn cho tới 0 Ở kích thước tới hạn này, các hạt là siêu thuận từ Đối với các hạt này trạng thái khử từ sẽ xảy ra ngay lập tức khi tắt từ trường, từ độ hầu như luôn đồng nhất trong toàn bộ hạt, nhưng nếu từ hóa theo thời gian thì từ độ bằng không

Lúc này đường cong từ hóa M-H của chất siêu thuận từ cũng tương tự như các chất sắt từ với đặc điểm cơ bản là tiến tới trạng thái bão hòa theo định luật langevin nhưng không có hiện tượng từ trễ, tức lực kháng từ bằng không Quá trình khử từ của chất siêu thuận từ xảy ra không cần lực kháng từ vì đó không phải là quá trình tác

dụng của từ trường ngoài mà lả do tác dụng của năng lượng nhiệt

Trang 12

— — mm —

Ỳ

Hình 2: Đường cong từ hoá của vật liệu siêu thuận từ

PHAN 2: CAC HAT NANO TU COMPOSITE

1.2.1 O xit sit [16, 17]

Một dạng đặc biệt của các vật liệu từ là các ô xít sắt như Fe:O,, y-Fe,O; va

MO.Fe;O: (ở đó M là Mn, Co, Ni, Cu), bởi vì chúng trình bày tính ferri từ Trong đó

magnetite (Fe:O,), maghemite (y-FezO;) và hematite (œ-FezO:) là các ô xít sắt thông thường nhất

L.2.1.1 Magnetite (FeyO,)

Magnetite (FeO.Fe;O:) là các vật liệu từ được biết đến lâu đời nhất Các nguyên tử ôxi thì tạo thành mạng tỉnh thể lập phương tâm mặt bó chặt với các

nguyên tử sắt, chiếm lĩnh các vị trí nút ngoài Mỗi spinel lập phương chứa tám phân

tir Oxi, được gọi là một vị trí A, đặc trưng bởi khối tứ điện và vị trí B là khối bát điện đều có sự kết hợp của các ôxi xung quanh các ion Fe Các vị trí A là Fe” và các vị trí B là số lượng băng nhau của Fe" và Fe`” Dưới nhiệt độ 851”K Fe;O, là chất ferri từ

với vị trí A được sắp xếp đối song với vị tri B Ở nhiệt độ phòng Fe:O, rất dễ bị ôxi

hóa chuyển pha thành maghemite

Trang 13

Khóa Luận Tốt Nghiép GVHD:Thạc Sĩ Lê Hông Phúc Hình 3: Cấu trúc tính thể của Fe:Oi 1.2.1.2 Maghemite (y-Fe20;)

y-Fe,O; co cầu trúc spinel tương tự như Fe;O; nhưng không có các ion héa trị 2, Các ion Fe” từ tính định vị trong hai mạng con với sự phối vị ôxi khác nhau Tính

feri từ tăng đo sự phân bố không đồng đều của các ion ở các vị trí A và B y-Fe;O; vẫn sử dụng trong môi trường ghi từ tính y-FezO; thì ổn định hóa học tốt và có thể điều chế với giá thấp và rẻ Các hạt nano y-FezO; nhỏ biểu hiện tương tác trao đổi mạnh vả ảnh hưởng đến sự luyện từ Trong trạng thái khô, sự chuyển đổi y-Fe;O: sang œ-FezO; ở nhiệt độ trong khoảng 370-600%C Hình 4: Cấu trúc tỉnh thể của y-Fe;O: 1.2.1.3 Hematite (a-Fe,O,)

Hematite (œ-Fe;O) có cấu trúc tính thể cérundum va 1a chất phản sắt từ ở

nhiệt độ đưới nhiệt độ Néel (955K) O 260 K sự chuyển pha spin đảo xuất hiện được

biết như sự chuyển pha Morin (các spin của hai mạng con khơng hồn toàn đối song

Trang 14

Khóa Luận Tắt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hong Phúc

mà bị lệch nhau một ít hoặc hơi nghiêng) Dưới nhiệt độ Tự hai mạng con từ tinh

định hướng đọc theo trục khối sáu mặt hình thoi Kết quả là các spin bị lệch này trong tinh feri từ yếu trong mặt phăng œ-FeO; là ô xít sắt ôn định nhất

Hình 5: Cấu trúc tinh thể của œ-Fe;On

1.2.2 Silica | 1, 10,15}

Silica là một 6 xit của silicon với công thức hóa học là S¡O; Silaca thường

được tìm thấy trong tự nhiên là cát, thạch anh và trong thành tế bào của tảo silic Nó là thành phân chính của hầu hết các loại thủy tỉnh và chất nền như bê tông Silica là khoáng vật chiếm nhiều nhất trong lớp vỏ trái dat

1.2.2.1 Cấu trúc của silica I.2.2.1.1 Cấu trúc vô định hình

Các nguyên tử được sắp xếp một cách ngẫu nhiên hỗn độn, không theo quy

Trang 15

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hàng Phúc

[.2.2.1.2 Cấu trúc tính thể

Câu trúc tính thể của silica có ba dạng chính: thạch anh, tridymite va cristobalite được tạo thành từ mạng lưới không gian ba chiều của các khối tứ diện [SiO,]* các khối này liên kết với nhau qua đỉnh, sắp xếp một cách có quy luật, trật tự chặt chẽ và đối xứng với nhau

Hình 7: Cấu trúc tính thể của SiO)

1.2.2.2 Tinh chat va tng dụng của Silica I.2.2.2.1 Vật liệu cách điện

Các vật rắn có thể được phân loại như: kim loại, điện môi và bán dẫn dựa trên độ rộng vùng cắm E; giữa vùng hóa trị và vùng dẫn Đối với kim loại thì vùng hóa trị

và vùng dẫn chồng lên nhau (không có vùng cắm) Đối với chất bán dẫn và điện môi

thì vùng cắm tôn tại giữa vùng dẫn và vùng hóa trị Nó là điện môi khi Eg lớn hơn 5eV và bán dẫn khi E„ nhỏ hơn 5eV SiO; có độ rộng vùng cắm là 11eV, do đó nó được phân loại như một chất cách điện

SiO) la chat cách điện do cấu trúc vô định hình của nó Tính chat này thì được

chứng minh trong các pin điện hóa phát quang Ở đó sự tạo thành SiO; ở trên điện

cực Sỉ để cản dòng trôi nó có thé bao vé Si, giam giữ điện tích, dòng điện khối, thậm

chí cho phép điều khiển electron xuyên hằm giữa các hạt do tính chất cách điện của chúng SiO; tỉnh khiết không được nói đến các hoạt động quang xúc tác trong hầu

hết các vùng phổ của hệ thống bức xạ Điều nảy là do SiO; có thể hấp thụ ánh sáng

hiệu quả trong vùng bước sóng ngắn hơn 200nm

Trang 16

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hồng Phúc

I.2 2.2.2 Vật liệu trơ

Đặc tính tro của SiO; được ứng dụng làm chất xúc tác quang Hệ thống TiO;- SiO;› được sử dụng rất nhiều như chất xúc tác bán dẫn-cách điện SiO; được dùng như là vật liệu hỗ trợ cho màng TiO; Khi so sánh với các vật liệu hỗ trợ thông

thường như thép không gi, thủy tinh, các ion này khuếch tán vào trong mạng titania

gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động quang, SiO; giúp cho TiO; có hoạt động quang học cao nhất, nó không làm khuếch tán ion Dac tinh tro của SiO; được dùng khi ứng dụng nó như màng chăn sự phân tán ion vào trong kính trong suốt tự làm sạch

Phủ SiO; còn được dùng dé cải tiên các tính chất của những ôxít sắt Điêu này có thể tạo thành lớp bảo vệ ổn định của lõi từ tính chống lại sự kết tụ và sự ngâm chiết trong môi trường axít, điều khiển khoảng cách phân ly giữa các hạt, làm ôn định các tính chất từ, điêu khiển sự phân bố kích thước của các đám nano từ tính, điều khiển sự nung kết và sự ăn mòn Cuối cùng là bảo vệ chống lại sự ôxi hóa trong suốt quá trình xử lý nhiệt trong không khí

1.2.2.2.3 Silicalite

Sang phan ti Silica cdn gọi là Silicalite, nó có cấu tạo khung gồm các lỗ khí ở kích thước 0.52-0.57 nm ở thể tứ diện, nên bề mặt rộng và năng lực hấp thụ lớn Dùng trong tách chiết DNA và RNA, phân tách axít nucleic, gắn protein, enzyme, và kháng thê

1.2.3 Cac hat composite

1.2.3.1 Cac vat ligu composite [3]

Chúng ta không thể đếm được có bao nhiêu loại composite do cdc tính chất khác nhau của chúng, tuy nhiên tất cả chúng đều có nhiều điểm tương đồng Các hạt composite la vat liệu đa pha mà các pha hầu như không tan vào nhau vả có tinh chat kết hợp của pha đó Tính chất kết hợp này chỉ có thể có được khi kết hợp hai hay nhiều các vật liệu (hoặc pha) khác nhau để sản xuất một loại vật liệu có tính chất hoàn toàn mới, do các tính chất của các vật liệu thành phản kết hợp lại Điều đặc biệt của vật liệu composite là tính chất của nó có thể tính toán thiết kế trước được Với sự chế tạo thích hợp composite sẽ có các tính năng tốt nhất của mỗi vật liệu nên việc

Trang 17

lựa chọn các bộ phận hợp thành la rất quan trọng Thông thường composite gém hai và ba thành phân hợp lại Chăng hạn polyme — kim loại, kim loại - gốm, polyme -

gốm và các thành phần polyme - gốm - kim loại, hoặc hỗn hợp các lớp giống nhau

của các vật liệu với các pha khác biệt

1.2.3.2 Đặc điểm

Vật liệu composite có các đặc điểm sau:

- Là vật liệu nhiều pha, khác về bản chất, không hỏa tan vào nhau và phân cách nhau bằng ranh giới pha Trong thực tế phần lớn composite là loại hai pha gồm: pha nên là pha liên tục trong toản khối pha cốt là pha phân bố gián đoạn

- Nền vả cốt có tỷ lệ, hình dáng, kích thước và sự phân bố theo thiết kế định

trước

-Tính chất của các pha thành phần kết hợp lại tạo nên tính chất của composite Tuy nhiên nó không bao hàm tất cả các tính chất của pha khi đứng riêng rẽ mà chỉ chọn tính chất tốt và phát huy thêm

PHAN 3: CAC PHUONG PHAP TONG HOP

I.3.1 Phương pháp kết tủa từ dung dịch [2]

Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung địch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ

Các mắm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuếch tán của vật chất, từ đung

dịch lên bề mặt của các mằm cho đến khi mắm trở thành hạt nano Để thu được hạt

có độ đồng nhất cao người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm và phát

triển mằm Trong quá trình phát triển mầm, cẩn hạn chế sự hình thành của những mâm mới Các phương pháp sau đây là những phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương polyol

1.3.2.1 Phương pháp đồng kết tủa [2|

Phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp thường được

dùng để tạo các hạt ô xít sắt Trong đó Fe(OH); bị ôxi hóa với một số tác nhân ôxi hóa khác nhau hoặc tạo hạt từ Fe”” và Fe`” trong dung môi nước khi ta thêm vào

Trang 18

dung dịch bazơ như NaOH hoặc NHOH Thêm vào đó, việc điều chỉnh độ pH và nông độ ion trong môi trường kết tủa có thê điều khiển được kích thước trung bình của các hạt Độ pH và nông độ ion trong môi trường kết tủa tăng lên sẽ làm cho kích

thước hạt giảm xuống Hai thông số đó tác động lên thành phản và diện tích bê mặt

Phương pháp này thường được sử dụng đẻ chế tạo các hạt nano từ có độ tương thích

sinh học cao rất thích hợp cho các ứng dụng y sinh học

Mặc dù phương pháp đồng kết tủa rất đơn giản, nhưng nó có các bất lợi khó

điều khiến kích thước và sự phân bồ hạt, kết tủa xảy ra rất nhanh các hạt kết tụ rất

mạnh Các hạt kết tụ này làm hạn chế khả năng ứng dụng tiếp theo do đó đòi hỏi phải có sự biến đổi bẻ mặt Sự cải biến này cho phép tổng hợp các hạt với sự có mặt của các chất phủ bề mặt có tính tương thích sinh học

1.3.2 Phương pháp sol-gel [1]

Sol được định nghĩa là trạng thái tổn tại ôn định của các hạt rắn colloide bên trong chất lỏng, và để cho các hạt rắn tồn tại ở trạng thái én định kích thước của các hạt phải đủ nhỏ để lực cần cho phân tán lớn hơn trọng lực Gel là chất rắn rỗ xốp có cầu tạo mạng liên kết ba chiều bên trong môi trường phân tán chất lỏng, và gel hình

thành từ các hạt keo (colloide) gọi là colloide gel

Công đoạn Sol - gel là quá trình chế tạo các vật liệu vô cơ bằng cách hình thành các hạt keo ổn định từ chất dạng hạt đã chọn và thông qua việc gel hóa sol này biến tướng lỏng thành tổ chức mạng ba chiều

Phương pháp sol-gel có thể dùng để điều chế các vật liệu khác nhau: gương

bột, màng, sợi quang Phương pháp sol-gel bao gôm sự thủy phân và ngưng tụ

alkoxide kim loại Hiện nay chất dạng hạt không chỉ là alkoxide kim loại đa dạng

như TMOS (tetrametoxysilan) và TEOS (tetraethoxysilane).v.v mà mở rộng đến Nitride hay Sulphate đang được dùng nhiều trong chế tạo các vật liệu composite hỗn

tính hữu cơ - vô cơ

Phản ứng điển hình của phương pháp Sol - gel này có các phản ứng thủy phân và trùng ngưng (alcohol, nước) Phản ứng thủy phân nói chung sẽ xảy ra khi thêm nước vào là quá trình thể gốc aleokxy (RQ) kết với kim loại (M, Si, Tỉ, Zr Sn, In,

AI Mg ) bằng gốc Hydroxyl (OH) phản ứng trùng ngưng là quá trình các liên kết

M - OH biến thành M - O - M và tạo ra các sản phẩm phụ là nước và alcohol

Trang 19

Nếu số liên kết M - O - M tăng lên thì các phân tử riêng rẽ tạo thêm chân kết đính bên trong sol hay đông kết với nhau tạo thành gel có cấu tạo mạng Trong điều kiện bình thường, trước khi thủy phân kết thúc hoàn toàn thì phản ứng trùng ngưng bắt đầu và vì là phản ứng thuận nghịch nên phản ứng este hóa và phản ứng giải trùng

ngưng xảy ra =$i-OR+H,0 Thuy phân = Si - OH + R~ OH Este hóa l Trùng ngưng loại

=S¡- OR + HO - S¡ = Phan hay trong =Si-O-Si+R-OH

Trùng ngưng loại nước

= Si - OH + HO - Sỉ = ——Thủy phân = Si - O - §¡ + H;O

Các nhân tố cần xem xét trong phản ứng sol-gel: dung môi, nhiệt độ, tiền chất, chất xúc tác, pH, chất phụ gia, khuấy cơ Các nhân tố này ảnh hưởng đến động học, tốc độ phản ứng, phản ứng thủy phân và ngưng tụ Ảnh hưởng của động học dung môi, hình dạng của tiền chất, của pH đến quá trình thủy phân và ngưng tụ, và hơn nữa điểm đẳng điện và sự ôn định của sol Những nhân tố này quyết định đến sự kết tụ và kích thước hạt Do các nhân tố khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân và ngưng tụ Cấu trúc và tính chất của gel có thể được điều chỉnh Hơn nữa, quá trình sol-gel nó thường đẻ chế tạo các hạt tỉnh khiết, hệ số tỷ lượng, nồng độ và đơn phân tán Nơi mà công đoạn sol - gel được sử dụng nhiều nhất chủ yếu giới hạn trong lĩnh vực che phủ Chẳng hạn đưa vào vật từ những tính năng chống ngưng

động hơi, tính dẫn điện, chống mài mòn, cảo xước, chống phân hủy quang

1.3.3 Phuong pháp tong hợp các hạt composite tir tinh [2]

Đối với các quá trình phân tách và chọn lọc trong các ứng dụng in-vitro, người ta thường dùng các hạt composite bao gồm các tỉnh thể nano siêu thuận từ phân bỏ trên nên chất nghịch từ với kích thước hàng trăm nano mét và có thời gian

lăng đọng dài khi không có tác dụng của từ trường Nền nghịch từ có tác dụng làm

cho các hạt nano để dàng biểu hiện chức năng và tính tương thích sinh học của chúng Dưới đây, chủng ta làm quen với một số phương pháp chế tạo các hạt

composite siêu thuận từ sử dụng cho mục đích phân tách

1.3.3.1 Phương pháp lắng dong

Trang 20

Việc phủ các vật liệu vô cơ hoặc vật liệu lai làm lớp vỏ, để bao bọc các mẫu keo được thực hiện băng phương pháp kết tủa và phản ứng bẻ mặt Với các điều kiện thực nghiệm thích hợp (bản chắt của chất ban đầu, nhiệt độ, độ pH ) phương pháp này có thể cung cấp các hạt composite hình cầu có kích thước đồng nhất và lớp phủ rất nhẫn

Kỳ thuật phún xạ chế tạo các composite siêu thuận từ, khả quan nhất là

phương pháp tự sắp xếp theo từng lớp Đầu tiên, người ta dùng phương pháp nay dé

chế tạo mảng mỏng, sau đó được phát triển để tổng hợp các hạt nano composite có câu trúc lõi - vỏ Đó chính là quá trình hấp thụ theo dạng bậc thang của các polyme hoặc keo nano tích điện và các chất điện phân tích điện trái đấu lên các bẻ mặt phẳng hoặc các mẫu keo nhờ tương tác tĩnh điện Đầu tiên các mẫu keo hình câu được phú một lớp chất điện phân Tiếp theo các hạt nano được hấp thụ trên bề mặt chất điện phân, do chúng có điện tích trái dấu Chu trình lăng đọng này sẽ được lặp lại và chúng ta sẽ thu được cấu trúc LBL (layer - by - layer) có độ đày như mong muốn

Sử dụng phương pháp này ta có thể phủ lên hạt keo lần lượt với các lớp chất điện

phân, các hạt nano và protein Hơn thế nữa, nêu mẫu keo được tách ra khỏi lớp vỏ của chúng sau khi phủ thì ta thu được các hình cầu rỗng có kích thước hàng trăm nano mét Các hạt cầu rỗng này rất thích hợp cho các ứng dụng y - sinh học

1.3.3.2 Bao phi các hạt nano từ trong nền chất vô cơ

Để điều khiển tính chất từ của các hạt nano người ta thường chế tạo các

composite trén nền vật liệu vô cơ mả phô biến nhất là nền silica (SiO;) Trong trường

hợp này, silica là môi trường phân tán của các hạt siêu thuận từ Khi đó từ tính của

hệ có thể được điều khiển bởi một quá trình nung nóng đơn giản Một ưu điểm khác

của cấu trúc composite này là sự có mặt của các nhóm silic trên bẻ mặt các hạt nano, cho phép phản ứng một cách dễ dàng với các nhóm rượu và các tác nhân liên kết

silie để tạo ra sự phân tán không chỉ ổn định trong các dung địch không chứa nước, mà còn tạo cơ sở cho các liên kết đồng hóa trị của các sự kết hợp đặc biệt Thêm vào đó, bẻ mặt silica tạo ra sự phân tán có độ ôn định cao của các hạt ngay cả khi có tỉ lệ thê tích lớn, làm thay đôi pH hoặc nông độ chất điện phân

Trang 21

PHAN 4: CAC THIET BI DUNG DE KHAO SAT

HAT NANO TU

Các tính chất và chat lượng của vật liệu câu trúc nano phụ thuộc rất nhiều vào

các yếu tổ như: thành phân, kích thước, cấu trúc bề mặt và sự tương tác giữa các hạt

bên trong 2o đó, việc xác định các yếu tô trên có tằm quan trọng đặc biệt trong quá trình tìm hiểu mối quan hệ giữa câu trúc và tính chất của vật liệu Trong mục nảy

chúng ta làm quen với một số thiết bị chủ yếu dùng để quan sát cấu trúc, hình thái

học, kích thước của vật liệu nano

1.4.1 Phan tich cau tric tinh thé bang nhieu xa tia X (X- Ray Diffaction —

XRD)

Hình 8: Máy do phé nhiéu xa tia X

Trang 22

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thac Si Lé Hong Phic

1.4.2 Tir ké mau rung (Vibrating Spicemen Magnetometer — VSM)

Hinh 9: Tir ké mau rung

1.4.3 Kinh hién vi dién tir truyén qua (Transmission Electron Microscope ~ TEM)

Hinh 10: Kinh hién vi dién wr truyén qua

Trang 23

PHAN 5: MOT SO UNG DUNG CUA HAT NANO

Ơ XÍT SÁT TỪ TRONG Y SINH HOC

Hơn 79 năm trước đây Frenkel và Dorfữnan (1930) suy đoán răng có thể thực hiện được chất săt từ có kích thước cỡ nano, và những dự đoán này đã được chứng mình là đúng trong các nghiên cứu sau đó Tính chất từ của các hạt sắt từ bị thay đổi đột ngột bởi hiệu ứng kích thước lượng tử và sự giảm diện tích bẻ mặt của các hạt từ

kích thước nano Một hạt của vật liệu từ với một đường kính giới hạn, phụ thuộc vào vật liệu hạt, nó chỉ chứa đơn đômen, phân tản tốt Thật vậy, kích thước tới hạn là

kích thước đơn đômen của vật liệu Do vậy, một vật liệu chứa nhiều hạt có kích thước nano thẻ hiện tính chất từ khi cỏ một từ trường ngoài nhưng độ từ hóa không

đổi khi từ trường ngoải mắt đi Đặc điểm đặc biệt nảy làm cho các hạt nano siêu

thuận từ trở thành một sản phẩm nghiên cứu có giá trị trong các ứng dụng sinh học, và nhiều khả năng ứng dụng được nghiên cửu và phát triển bởi các nhà nghiên cứu Các ứng dụng y sinh của các hạt nano siêu thuận từ có thể được phân thành loại: ứng

dung trong in vitro(ngoai co thé) và trong in vivo(trong cơ thẻ)

Trong các nghiên cứu trong in vitro, kỹ thuật phân tách từ miễn dịch của các

tế bào, các protein, DNA/RNA, vi khuẩn, virut và các phân tử khác thì được nghiên

cứu rộng rãi và đạt được nhiều thành công to lớn Bên cạnh đó các ứng dụng trong in

vivo của các vật liệu có cấu trúc nano siêu thuận từ đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và nhiều các ứng dụng bên trong cơ thẻ liên quan trực tiếp đến cuộc sống

hàng ngày của chúng ta, như nghiên cứu lâm sàng của trị liệu ung thư và chuẩn đoán

sớm các tế bào ung thư Các ứng dụng tiêu biểu trong lĩnh vực đặc biệt này là dẫn

truyền thuốc sản xuất chất lỏng từ để nâng thân nhiệt cục bộ (hyperthermia), chuẩn đoán các tác nhân tương phản của ảnh cộng hưởng từ, tách chiết tế bảo và chuẩn

đoán địch bệnh

1.5.1 Dẫn truyền thuốc [20]:

Bắt lợi chính của đa số hóa học trị liệu là chủng tương đối không đặc thù Các thuốc điêu trị được tiêm trong tĩnh mạch và phân phối đến toàn bộ cơ thế, kết quả tác

Trang 24

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hằng Phúc động thứ yếu của chất độc như thuốc tấn công các tế bào bình thường, khỏe mạnh ngoài các tế bào khối u đích

Liệu pháp được của các khối u ác tính, một trong những thử thách lớn nhất đến việc phân phối chính xác lượng thuốc tương ứng đến vị trí mong muốn bên trong cơ thể và duy trì liều lượng trong khoảng thời gian phù hợp Dẫn truyền thuốc chính xác có thê tránh lượng thuốc đưa vào cho bệnh nhân cao hơn định mức và do đó làm

giảm khả năng của tác dụng phụ Sử dụng các hạt nano siêu thuận từ như các hạt mang (mang thuốc đến vùng bệnh ), nó cung cấp một phương pháp vật lý và hóa

học cho dẫn truyền thuốc Đưa thuốc bảng cách này cỏ thể phân phối thoải mái đến vị trí bệnh bằng cách sử dụng từ trường ngoài Thêm vào đó, các bề mặt chức năng có thể chọn các tế bào đặc biệt để phân phối và đưa thuốc

Mặc dù, các hạt nano siêu thuận từ thì có tiềm năng rất to lớn trong ứng dụng dẫn truyền thuốc Tuy nhiên sử dụng các hạt nano siêu thuận từ như các hạt mang, dẫn truyền thuốc có thế bị hư hỏng do các đặc điểm khác nhau của các hạt mang

thuốc như các tỉnh chất vật lý, nồng độ của các hạt huyền phù và liều lượng thể

huyền phù tiêm vào, các loại thuốc đưa vào cùng với các hạt từ có thể ảnh hưởng đến

hiệu quả dẫn truyền thuốc Hơn nữa, sự phân bế kích thước hạt, các nhóm chức năng

gắn trên bề mặt hạt, cường độ của từ trường ngoài và lộ trình tiêm các hạt, cũng như các điều kiện sinh lí học của bệnh nhân có thể ảnh hưởng đến phương thức dẫn truyền thuốc Vì vậy sẽ cần rất nhiều thời gian cho các nghiên cứu thử nghiệm trước

khi đưa vào cơ thể người

_7

Hình 12: Việc phân phối thuốc trong co thé theo phương pháp truyền

thông và khi sử dụng các hạt nano từ khi có từ trường ngoài

Trang 25

1.5.2 Phuong phap nang than nhiét cuc bo (hyperthermia) [20]:

Hóa học trị liệu, như là liệu pháp quan trọng cho các bệnh nhân ung thư, nó làm giảm tối đa sự hư hại đến các cơ quan bình thường của các bệnh nhân trong khi

hủy diệt các tế bảo ung thư Chữa bệnh bảng nhiệt vượt quá 56°C gây ra hoại tử, và than hóa các tế bào bình thường của nạn nhân trong suốt quá trình trị liệu hóa học Vì vậy, điều trị bằng nhiệt thông thường thì hiển nhiên bắt lợi trên khả năng chọn lọc

của các vị trí trị liệu Vì lý do này mà ngăn chặn ứng dụng lâm sàng của trị liệu hóa

học Trái lại, phương pháp nâng thân nhiệt cục bộ là quá trình điều trị sử dụng các hạt nano siêu thuận từ có thể làm gia tăng thêm nhiệt ở vị trí cục bộ thông qua sự dao động của mômen từ bên trong các hạt nano Tương tự như các lý thuyết ứng dụng khác của các hạt nano tử, khi các hạt đến các mô bệnh với sự giúp đỡ của từ trưởng

ngồi hoặc thơng qua gan các nhóm chức năng đặc biệt, các hạt nano có tỉ lệ hap thụ

cao hơn nhiều so với các hạt từ khối Do vậy, các tế bào ung thư sẽ bị giết, trong khi các mô bình thường vẫn duy trì ở nhiệt độ thấp trong khoảng 42-48°C Nguyên tắc

hoạt động là các hạt nano từ tính có kích thước từ 20-100 nm được lưu trủ tại các

vùng mô bị bệnh, sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều bên ngoài có cường độ

và tân số đủ lớn để làm cho các hạt nanô này hưởng ứng, tạo ra nhiệt nung nóng

những mô bệnh Theo phương pháp này nếu nhiệt độ khoảng 42°C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư Do các tính chất vượt trội của các hạt

nano từ mang lại, liệu pháp nâng thân nhiệt cục bộ tăng hiệu quả trong việc điều trị

ung thư

Trang 26

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thac Si Lê Hằng Phúc

I.S.3 Các tác nhân tương phản của ảnh cộng hưởng từ [20]:

MRI là công cụ thông dụng cho chan đoán các khối u ác tính Kỹ thuật này dựa trên cộng hưởng từ hạt nhân, hiện tượng này xuất hiện bởi vì hạt nhân của các

nguyên tử khác nhau hắp thụ năng lượng khác nhau và cộng hưởng tại tần số cố định khi có từ trường ngoài thay đổi theo chu kì Hydro là một trong những nguyên tố thích hợp nhất cho ảnh hưởng cộng hưởng từ hạt nhân, vả là một trong các yếu tố

thông dụng nhất trong cơ thể người Vì lý do này, MRI có thể cung cấp các hình ảnh

đẹp của các mô mẻm và các chỉ tiết giải phẩu Hình ảnh cơ thể người đầu tiên được thực hiện 1977 Hơn nữa, khi so sánh với quét tia X và chụp cắt lớp máy tính (CT), MRI cung cấp hình ảnh rõ rằng hơn của xương và các mô mềm của cơ thể người và là phương pháp an toàn hơn cho việc chuẩn đoán, bởi vì cấu trúc xương hắp thụ tia X và thấm qua các khối của tia X trong suốt quá trình chụp CT Thuận lợi khác của

MRI là tính an toàn của nó và khả năng quét không có bức xạ nên nó không hủy điệt

các tế bào khỏe trong cơ thể người MRI trở nên hữu ích hơn cho việc phát hiện các khối u ác tính khi có sự trợ giúp của các tác nhân tương phản Các tác nhân tương phản phô biến nhất hiện nay là các hợp chất của Gd, nó cung cắp một mômen từ đủ

lớn

Trong nhiều trường hợp MRI có thể cung cấp các hình ảnh có thể rõ ràng hơn

nữa, sau khi tiêm các tác nhân tương phản vào tĩnh mạch Do đó MRI có ứng dụng

rộng lớn để chụp nhiều cơ quan cần thiết cho sự sống như tim, não Tuy nhiên MRI

hoặc MRI với các tác nhân tương phản thiếu độ nhạy đẻ quét các mô rất nhỏ và thậm

chí các tế bào ung thư đặc biệt trong cơ thể người, do khả năng nhắm mục tiêu trị liệu yếu Nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào phát triển một tác nhân tương phản mới cho chuẩn đoán MRI để tăng cường tương phản ảnh MRI

Đó là các vật liệu có cấu trúc nano siêu thuận từ sử dụng cho các tác nhân

tương phản cho MRI, bởi vì cấu trúc có kích thước nano đã thay đổi thời gian hỏi phục của proton, và tăng tính chính xác của chuẩn đoán MRI Thêm vào đó sự cải biến bẻ mặt của các hạt nano phù hợp với hoạt động của các nhóm chức năng tương thích sinh học, như kháng thê đơn dòng hoặc protein làm tăng tính đặc hiệu của

chuẩn đốn MRI Thơng qua sự tiêm các tác nhân tương phản qua tĩnh mạch các hạt nano siêu thuận từ thì được tiêm vào trong mạch máu và các tế bào ung thư hấp thụ

Trang 27

trong quá trình lưu chuyên Điều này làm cho các hình ảnh của mô mêm rõ ràng với các tác nhân từ tính

Pham chất của các hạt dùng như tác nhân tương phản MRI thì được xác định

bang tinh chat từ của vật liệu lõi, sự phân bố kích thước hạt, điện tích bẻ mặt hat, su ôn định trong dung môi ngậm nước trung tính hoặc nước muối sinh lý và tính chất

hóa học của các phân tử chức năng gắn trên bể mặt

Hình 14 Ảnh MRI của một khối u trên xương trán khi chưa có chất

tăng tính tương phản (A) và khi đã dùng chất tăng tính tương phản (B)

5.4 Sự tách chiết tế bào{2]:

Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học

nào đó ra khỏi môi trường tự nhiên của chúng, để làm tăng nồng độ khi phân tích

hoặc cho các mục đích khác Phân tách tế bào sử dụng các hạt nano từ tính tương

thích sinh học là một trong những phương pháp thường được sử dụng Quá trình

phân tách được chia làm ba giai đoạn: (¡) Đánh dấu thực thể sinh học cần nghiên cứu, (ii) tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường băng từ trường và (iii) phân

tích định lượng phẩm chất các thực thể sinh học nhận được Việc đánh dấu có thể

thực hiện thông qua các hạt nano từ tính được cải biển bê mặt, thường là các hạt ô xít

sắt Các hạt này thường được phủ với các phân tử tương thích sinh học như dextran, polyvinyl alcohol (PVA) va phosopholipids Các lớp phủ nảy không những tạo liên

kết với một vị trí nào đó trên bẻ mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt

nano phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ôn định của chất lỏng từ Giống như

trong hệ miền dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bẻ mặt tế bào sẽ được các kháng thể

Trang 28

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thạc Sĩ Lê Hông Phúc

hoặc các phân tử khác như hoóc - môn, axit folic tìm thấy Các kháng thê sẽ liên kết

với các kháng nguyên Đây là cách rất hiệu quả vả chính xác để đánh dấu tế bảo Quá trình tách chiết được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bảo được đánh dấu, Các tế bảo không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thốt ra ngồi Hình 15: Quá trình tách chiết tế bào bằng từ trường 1.5.5 Chan đoán dịch bệnh: 1.5.5.1 Trong in vivo [8}:

Các hạt nano ô xit sắt siêu thuận từ đã phủ lớp tương thích sinh học thì được

tiêm vào cơ thể bị ung thư Các hạt này liền đi vào khối u thông qua các lỗ ở tế bào

nội mô của mạch máu nuôi dưỡng khối u Khi đã vào trong khối u các hạt nảy sẽ liên

kết với nhau nhờ các enzym protease trong khối u Khối hạt liên kết này sẽ phát ra

các tín hiệu từ mạnh, qua đó thông báo vị trí khối u qua cộng hưởng từ hạt nhân

1.5.5.2, Trong in vitro

Băng cách sử dụng các hạt nano hoặc các đầu đò nano có gắn kháng thẻ để

tìm kiếm các tế bào ung thư, các virus, vi khuẩn gây bệnh ở mức độ nano mét nên

cực kỷ nhạy nhờ vào phương pháp liên kết đặc hiệu kháng nguyên — khang thé, mdi

kháng thê chỉ có thể nhận diện được một kháng nguyên duy nhất Dung dịch chứa các hạt nano từ này sẽ hút các loại vi khuẩn, virus gây bệnh khi được trộn lẫn với

huyết tương huyết thanh của người, sau đó sẽ được tách chiết và phân tích để chuẩn

đoán bệnh Phương pháp này giúp chẩn đoán sớm được một số bệnh, tiết kiệm được thời gian và chi phí Hiện nay chẩn đoán nano bắt đầu được ứng dụng trong chân

đoán lâm sàng ở một sô nước, đem lại nhiêu hứa hẹn

Trang 29

CHUONG II: THUC NGHIEM - TONG HOP CAC HAT NANO TU Fe;0,, Fe;0, DUOC BOC BOI SILICON DIOXIDE (Fe;O//SiO;), FezO//SiO; ĐƯỢC

BỌC BỞI [ 3-(2,3-EPOXYPROPOXY)-PROPYL]- TRƯMETHOXYSILAN (Fe;O/SiO;/GPMS)

H.2.1 Nội dung thực nghiệm:

II.2.1.1 Thiết bị thực nghiệm:

- Một số cốc thí nghiệm ống đong

- Cân điện tử

- Máy khuấy cơ

- Dụng cụ gia nhiệt và nhiệt kế

- Nam châm vĩnh cửu

- Máy sấy chân không - Thiết bị đo độ pH - Máy ly tâm - Máy rung siêu âm - Bình cầu 3 cỗ - Ông sinh hàn - Lò nung

II.2.2.2 Hóa chất làm thí nghiệm

- Iron(IH)chloride hexahydrate: FeC]; 6H;O (TQ) - Iron(II)chloride tetrahydrate: FeCl; 4H,O (TQ) - Sodium hyroxide: NaOH (MERCK)

Trang 30

Khóa Luận Tắt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hồng Phúc

- Sodium thiosulfate pentahydrate: Na;ŠS;O;.ŠSH;O (TQ)

- [3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl ]|-trimethoxysilan:CzH;yOsŠS¡ (MERCK)

H.2.2.3 Qui trình thực nghiệm:

Qui trình thực nghiệm diễn ra theo sơ đô sau:

wo Gate,

Si0/Fe,0,

II.2.2.3.1 Tổng hợp hạt nano Fe;O, bằng phương pháp đồng kết tủa:

- Cho hỗn hợp muối sắt FeCl;.4H;O và FeCl:.6H;O theo tỉ lệ mol là 1:2 vào bình cầu chứa 50ml nước khử ion Kế tiếp ta khuấy hỗn hợp này bằng máy cơ với tốc

độ 1000 rpm/phút, đồng thời trong quá trình khuấy ta nâng nhiệt độ của dung dịch

muối lên 80°C và liên tục sục khí N; cho đến khi kết thúc qúa trình tạo hạt

- Khi đạt nhiệt độ mong muốn ta cho dung dịch NaOH vào dung dịch muối

với tỉ lệ mol 8:1:2 ta thấy cỏ sự chuyển màu từ cam sang nâu và cuối cùng là màu đen Để phản ứng xảy ra hoàn toàn ta tiếp tục giữ nhiệt độ trên và khuấy hỗn hợp

khoảng lh

- Sau đó các hạt nano siêu thuận từ thu được băng cách đỗ hạt nano siêu thuận từ vào cốc và đặt trên một nam châm vĩnh cữu nam châm này giữ các hạt nano siêu

thuận từ tiếp tục rót nhẹ phần dung dịch muỗi chảy ra ngoài, sau đó tiếp tục cho nước khử ion vào và khấy 5 phút rồi đặt lên nam châm vĩnh cửu, thao tác y như cũ, rồi rửa

khoảng 6 lần với nước khử ion để loại bỏ hết dung địch muối Chú ý việc loại bỏ hết

dung địch muối ra khỏi hạt nano siêu thuận từ là rất quan trọng, vì nếu không loại bỏ

hét các phân tử muỗi bám lên trên hat sẽ ảnh hưởng đến các quá trình sau

Trang 31

Khóa Luận Tôt Nghiệp (yL11D: Thạc Sĩ Lê Hàng Phúc

Ï rong suốt quả trình chẻ tạo ta luôn sụt khi N› đề chơng sự ư xi hỏa

Quá trình tạo ra hạt nano từ được biêu điện theo phương trình phản ứng sau Fe +2ke + ROH -> 3Fe(OH )y + Fe(OH )y

2 Fe(OH ), + Fe(OH )y — FesO,y + 4H YO

- Say mau 6 70°C ta thu được hạt từ Fe,O,

Hình 16: Sơ đồ qui trình chế tạo hạt từ Ee:O,

Trang 32

Khóa Luận Tốt Nghiép GVHD:Thac Si Lê Hồng Phúc Bre hbk ak SS — hạ "~ ` ¬" - ~

Hinh 17: Thiết bị tông hợp hat tir Fe,O,

Trang 33

Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hằng Phúc

* iP aad Mink

Hình 18: Hạt từ Fe:O;

II.2.2.3.2 Tổng hợp hạt FeyO, được bọc bởi silicon dioxide (FeyO/SiO;)

- Đâu tiên các hạt từ, pha với nước, etanol và amoniac theo tỉ lệ 1:50:10:30 về

khối lượng

- Tiếp theo rung siêu âm hỗn hợp trên bằng đầu rung siêu âm trong 40 phút đẻ

hạt phân tán đều với nhau

- Sau đó khuấy cơ với tốc độ 1000rpm/phút, Tetraethyl orthosilicate được cho

từ từ vào dung dịch theo tỉ lệ khối lượng của Tetraethyl orthosilicate với hỗn hợp là I:450 khuấy trong 9 giờ SiO; được tạo thành trên bể mặt các hạt nano Fe:O, thông

qua sự thủy phân và ngưng tụ Tetraethyl orthosilicate

- Cac hat nano tir Fe,O,/SiO, thu được bing cách cho vào cốc, thực hiện thao

tác rửa giông như rửa hạt nano siêu thuận từ Fe:O¿

- Hạt sau khi rửa sạch say khé & 120°C thu được các hạt nano từ lõi-vỏ

- Ù hạt nano ở 800°C trong 6h

Trang 34

Khóa Luận Tt 'Vghiệp GVHD:Thạc Sĩ Lê Hồng Phúc

-Sản phẩm thu được là những hạt Fe;O¿/SiO; có từ tính

Trang 36

Khóa Luận Tốt Nghiệp GEHD:Thạc Sĩ Lê Hông Phúc

Hinh 20: Thiét bi boc silicon dioxide lén hạt Fe:O;

Trang 37

Hình 21: Hạt từ Fe:O¿ đã bọc silicon dioxide H.2.2.3.3 Bọc |3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl]-trimethoxysilan lên hạt

Fe,0,/SiO,

- Phủ {3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl ]-trimethoxysilan lên hạt từ theo phương

pháp tạo mầm (Theo phương pháp SƯober với một vài thay đổi [18, 19]) phương

pháp tạo mâm được chia làm hai giai đoạn giai đoạn đầu mầm [3-(2,3-

Epoxypropoxy)-propyl]-trimethoxysilan được tạo ra trên bé mat SiO, cia

Fe:O,/SiO; giai đoạn hai các mắm này phat trién trén bé mat SiO, giai doan phat

triển mâm cần có nhiều thời gian để mầm phát triển nếu thời gian không đủ thì việc phủ [3-(2,3-Epoxypropoxy)-propyl ]-trimethoxysilan không thành công, thời gian phát triển mầm tùy thuộc vào từng loại chất khác nhau

- Pha 10ml benzen với SŠml [3-(2.3-Epoxypropoxy)-propyl ]-trimethoxysilan

cho 5g hat Fe;O,4/SiO, va khuay lg hon hợp này được ủ theo thời gian khảo sát - Sau khi ủ xong hôn hợp được rửa sạch với benzen va etanol

Trang 38

Khóa Luận Tối Vehiép GVHD: Thac Si Lé Hong Phi Hon hep sau khi rita sach due say trong moi tnrong N; 0 150°C trong 4h ta 5 thu duge san pham hat FesO4/S1O»/[ 3-+( .3-Epoxypropoxy )-propy!|-trimethoxysilan ¬

Hinh 22: So do qui trinh boc [3-(2.5-Epoxypropoxy )-propy!|-trimethoxysilan len

trên hat Fe,Q,/SiO»

Trang 40

CHUONG III: KET QUA VÀ BIỆN LUẬN

Trong phần này, chúng tôi tiến hành khảo sát liên kết, cấu trúc, kích thước,

dạng hình học và độ từ hóa, của hạt Fe:O; hạt Fe;O,/SiO;, Fe:O,/SiO+/GPMS, lớp

phủ SiO; của các mẫu thông qua các thiết bị phân tích TEM, FESEM VSM, XRD, IR nhằm đưa ra nhận xét và đánh giá kết quả ở phần thực nghiệm

IH.3.1 Khảo sát mẫu nano từ Fe:O,

HI1.3.1.1 Phân tích các liên kết

Wavenumber (cm `)

Hình 25: Phổ hắp thụ hồng ngoại của hạt Fe:O; {9]

Hình 25 cho thấy phổ IR của các hạt nano Đầu tiên đỉnh hắp thụ quan sát được tại số sóng 577,75cm'” thì tương ứng với đỉnh hắp thụ đặc trưng của liên kết

Fe-O các đỉnh hấp thụ mở rộng tại các số sóng 1542cm”, 3231,87 cm'”' thì tương

ứng với Fe-OH là do sự hấp thụ nước trên bề mặt các hạt từ Các đỉnh trên rất phù

hợp với các đỉnh đặc trưng của Fe;Oi