Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử và ứng dụng trong tải thuốc

Tên khóa luận: Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon và ứng dụng trong tải thuốc 2.. - Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

GVHD: LÝ TẤN NHIỆM SVTH: ĐỖ THỊ HƯƠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO SILICA CẤU TRÚC XỐP ĐÍNH CHẤM LƯỢNG TỬ

VÀ ỨNG DỤNG TRONG TẢI THUỐC

SVTH: Đỗ Thị Hương MSSV: 20128122 GVHD: TS Lý Tấn Nhiệm

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Hương

MSSV: 20128122

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Chuyên ngành: Vô cơ - Silicat

1 Tên khóa luận: Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon

và ứng dụng trong tải thuốc

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

- Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp bằng phương pháp vi nhũ tương

- Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon bằng phương

pháp gia nhiệt

- Khảo sát hình thái và cấu trúc của vật liệu OMS@CQDs

- Khảo sát thời gian gia nhiệt ảnh hưởng tới khả năng phát quang của vật liệu

OMS@CQDs

- Khảo sát khả năng nạp và giải phóng thuốc ibuprofen của vật liệu OMS@CQDs

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận:

4 Ngày hoàn thành khóa luận: 05/08/2024

5 Họ tên người hướng dẫn: TS Lý Tấn Nhiệm

6 Nội dung hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

TP Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 05 năm 2024

TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Lý Tấn Nhiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT VÀ XÁC NHẬN KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐẠO VĂN

(DÀNH CHO BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN,

KHÓA LUẬN, LUẬN VĂN, LUẬN ÁN)

I Thông tin chung

1 Tên sản phẩm học thuật: Tổng hợp vật liệu silica cấu trúc xốp đính chấm lượng

tử và ứng dụng trong tải thuốc

2 Loại hình sản phẩm học thuật (Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên/khóa luận tốt nghiệp/luận văn thạc sĩ/luận án tiến sĩ): Khóa luận tốt nghiệp

4 Thông tin giảng viên hướng dẫn

Họ và tên: TS Lý Tấn Nhiệm MSCB: 5016 Khoa: Công nghệ Hóa học và Thực phẩm

II Kết quả kiểm tra đạo văn

Ngày nộp sản phẩm

Ngày kiểm tra đạo văn

% trùng lặp toàn nội dung

% trùng lặp cao nhất từ 1 nguồn

1 Nội dung trong sản phẩm học thuật nêu trên không vi phạm đạo đức và liêm chính khoa học

2 Kết quả % trùng lặp nêu tại mục II là hoàn toàn chính xác và trung thực

3 Bằng việc ký xác nhận vào mẫu này, nhóm tác giả và giảng viên hướng dẫn cam kết chịu hoàn toàn trách nhiệm có liên quan đến sản phẩm học thuật nói trên

Xác nhận của đại diện nhóm tác giả Xác nhận của giảng viên hướng dẫn

(ký ghi rõ họ và tên) (ký ghi rõ họ và tên)

Đỗ Thị Hương TS Lý Tấn Nhiệm

i

TÓM TẮT

Nội dung chính của khóa luận “Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp và ứng dụng trong tải thuốc” tập trung vào tổng hợp vật liệu bằng phương pháp gia nhiệt hạt nano silica với citric acid Sau khi tổng hợp thành công vật liệu nano silica đính chấm lượng

tử (OMS@CQDs), vật liệu này được đem khảo sát khả năng tải thuốc ibuprofen

Đề tài sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như: kính hiển vi điện tử quét phát

xạ điện trường (FE-SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định hình thái, kích thước của hạt nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), nhiễu xạ tia X (XRD), tán xạ ánh sáng động (DLS), đường đẳng nhiệt hấp thụ-giải hấp N2 (BET), quang phổ quang điện tử tia X (XPS) để xác định cấu trúc, tính chất của vật liệu được tổng hợp

Kết quả ảnh FE-SEM và TEM chỉ ra rằng hạt nano silica đính chấm lượng tử tạo thành

có dạng hình cầu với góc cạnh không rõ, kích thước hạt phân bố khá đồng đều với kích thước hạt trung bình 134 ± 13.5 nm Vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn (863.1 m2/g), kích thước lỗ rỗng trung bình là 2.2 nm được xác định bằng phương pháp đo BET Vật liệu OMS@CQDs tổng hợp thành công bằng phương pháp gia nhiệt được xác định bằng phổ XPS và FTIR với sự có mặt của các nhóm chức Si-O-Si, Si-O, C=O, C=C Để khảo sát thời gian gia nhiệt đến độ phát quang của vật liệu OMS@CQDs được đo bằng những phương pháp như: phổ huỳnh quang (PL), phổ phản xạ khuếch tán (DRS), thời gian gia nhiệt càng lâu cường độ phát quang của mẫu sẽ giảm Qua khảo sát, đề tài đã chọn mẫu được gia nhiệt tại thời gian 30 phút để thực hiện quá trình tải thuốc

Ngoài ra, khả năng nạp thuốc của vật liệu được xác định bằng phép đo quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Kết quả cho thấy rằng hạt nano silica kết hợp với chấm lượng

tử có khả năng tải và phóng thích thuốc, hiệu suất nạp thuốc của vật liệu OMS@CQDs được biến tính bề mặt bằng nhóm amin đạt tới 23.78%

Những kết quả nghiên cứu của luận văn này cho thấy OMS@CQDs sẽ là vật liệu tiềm năng trong lĩnh vực y sinh trong tương lai Ngày nay, trên thế giới đã có nhiều công trình liên quan đến việc áp dụng công nghệ nano vào quá trình tải và giải phóng thuốc

có kiểm soát

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và Khoa Công nghệ Hoá học và Thực phẩm đã luôn tạo môi trường rèn luyện và điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành chương trình học tập của mình trong suốt những năm học tại trường

Em xin chân thành cảm ơn đội ngũ giảng viên ngành Kỹ thuật Hoá học đã tận tình giảng dạy cho tôi những bài học đáng giá từ môn đại cương cho đến các môn học chuyên ngành và cả các kiến thức từ thực tế Từ đó, giúp có được những kiến thức cần thiết để

có thể hoàn thành bài luận văn của mình một cách tốt nhất

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn Tiến sĩ Lý Tấn Nhiệm đã chỉ dạy, hướng dẫn và luôn giải đáp mọi thắc mắc của em trong mọi vấn đề Em cảm ơn những câu trách mắng của thầy trong một lúc nào đó em đã lơ là với luận văn Bên cạnh đó, thầy đã luôn động viên

em và chỉ dạy cho em những kiến thức cũng như những kinh nghiệm để em có thể hoàn thành bài luận văn một cách thuận lợi

Lời cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ

em khi bản thân gặp khó khăn trong suốt quá trình làm bài luận

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, em còn sai sót trong thao tác và trình độ còn yếu kém nên khó tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em mong thầy cô chỉ dạy và đóng góp

ý kiến để bài luận văn của em có thể hoàn thiện một cách chỉn chu nhất Những đóng góp của thầy cô là niềm vinh hạnh đối với em

Em xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 08 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Hương

iii

LỜI CAM ĐOAN

Em tên Đỗ Thị Hương, mã số sinh viên 20128122 là sinh viên chuyên ngành Hóa Vô

cơ – Silicat khóa K20 thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Em xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là do chính bản thân nghiên cứu và thực hiện mà không có sự sao chép kết quả từ các công trình nghiên cứu khác, trong suốt quá trình thực hiện có sự hướng dẫn của tiến sĩ Lý Tấn Nhiệm Đồng thời, em xin khẳng định mọi số liệu và dữ liệu mà em sử dụng đều đáng tin cậy và chưa từng được công bố trước đó Mọi nguồn tài liệu mà em tham khảo đều được công bố rộng rãi và trích dẫn rõ ràng trong bài nghiên cứu này

Em xin cam đoan!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 08 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Hương

iv

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu 16Bảng 2.2: Trang thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu 17Bảng 3.1: Phần trăm nguyên tử của OMS, OMS@CQDs được phân tích từ phổ XPS 31Bảng 3.2: Mật độ quang của các giếng được xác định tại bước sóng 565 nm 45Bảng 3.3: Tỷ lệ tế bào sống sót trung bình tại các nồng độ khác nhau sau 24 giờ nuôi cấy 46

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể (a), cấu trúc vô định hình (b) của hạt silica [3] 1

Hình 1.2: Sơ đồ tạo hạt mô tả bởi phản ứng thủy phân TEOS trong môi trường nước – ammonia – alcohol [17] 4

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của CQDs [26] 7

Hình 1.4: Ảnh chụp CQDs được chế tạo từ bã mía trong điều kiện ánh sáng ban ngày (bên trái) và ảnh huỳnh quang (bên phải) khi được chiếu sáng dưới ánh sáng UV [32] 8 Hình 1.5: Ảnh TEM của CQDs được tổng hợp từ glucose (a), (b, c) Ảnh chụp CQDs phân tán trong nước dưới ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng UV (365 nm) 9

Hình 1.5: Cấu trúc phân tử của ibuprofen 13

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu của đề tài 19

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình tổng hợp hạt nano silica rỗng 20

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình tổng hợp hạt nano silica đính chấm lượng tử 21

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình biến tính bề mặt vật liệu OMS@CQDs bằng nhóm amin 22

Hình 2.4: Hệ thống màng thẩm tách 24

Hình 3.1: Giản đồ XRD của vật liệu OMS và OMS@CQDs 29

Hình 3.2: Phổ FTIR của mẫu vật liệu OMS và OMS@CQDs 30

Hình 3.3: Phổ XPS của OMS (a) và OMS@CQDs (b) 31

Hình 3.4: Phổ XPS của orbital Si2p (a1), O1s (a2), C1s (a3) 33

của OMS và phổ orbital Si2p (b1), O1s (b2), C1s (b3) của OMS@CQDs 33

Hình 3.5: Ảnh SEM của OMS@CQDs và đồ thị phân bố kích thước hạt theo FE-SEM (a) và ảnh TEM của OMS@CQDs (b) 34

Hình 3.6: Phổ phân bố kích thước hạt DLS của mẫu vật liệu OMS và OMS@CQDs 35 Hình 3.7: Thế zeta của OMS, OMS@CQDs và OMS@CQDs@APTES 36

Hình 3.8: Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 của OMS@CQDs (a), đồ thị phân bố kích thước lỗ rỗng BJH của vật liệu OMS@CQDs (b) 37

Hình 3.9: Hình ảnh quang học của các mẫu vật liệu trước (a) và sau (b) chiếu đèn cực tím ở bước sóng 395 nm (từ trái qua phải là OMS, OMS@CQDs 15 phút, 30 phút và 1 giờ) 37

Hình 3.10: Phổ PL của các mẫu vật liệu OMS, OMS@CQDs tại các khoảng thời gian gia nhiệt 15 phút, 30 phút và 1 giờ 39

vi

Hình 3.11: Phổ phản xạ khuếch tán (a) và đồ thị Kubelka-Munk xác định độ rộng vùng cấm của các mẫu vật liệu của OMS (b) và vật liệu OMS@CQDs được gia nhiệt trong các khoảng thời gian khác nhau 15 phút (c), 30 phút (d), 1 giờ (e) 40Hình 3.12: Sơ đồ quy trình tổng hợp và cấu trúc vật liệu OMS@CQDs 41Hình 3.13: Đồ thị UV-Vis của IBU ở các nồng độ khác nhau (a), đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của nồng độ IBU và độ hấp thu (b) 42Hình 3.14: Phổ UV-Vis của hỗn hợp dịch lọc sau khi nạp thuốc 43Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn làm lượng thuốc IBU được giải phóng theo thời gian cho hệ vật liệu OMS@CQDs@APTES/IBU 44Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ sống sót của tế bào theo hàm log nồng độ vật liệu OMS@CQDs trong giếng nuôi cấy 46

CQDs Carbon quantum dots Chấm lượng tử cacbon

GQDs Graphene quantum dots Chấm lượng tử graphene

CNPs Carbon nanoparticles Hạt nano cacbon

FE-SEM Field emission scanning electron

FTIR Fourier-transform infrared Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier BET Brunauer-Emmett-Teller Hấp thụ đẳng nhiệt BET

XPS X-Ray photoelectron spectroscopy Phổ quang điện tử tia X

DRS Diffuse Reflectance Spectroscopy Phổ phản xạ khuếch tán

UV-Vis UltraViolet-visible spectroscopy Phổ tử ngoại-khả kiến

viii

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

MỤC LỤC viii

MỞ ĐẦU xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Hạt nano silica cấu trúc xốp 1

1.1.1 Giới thiệu 1

1.1.2 Tính chất 2

1.1.2 Phương pháp tổng hợp hạt nano silica 3

1.2 Chấm lượng tử Carbon 6

1.2.1 Giới thiệu 6

1.2.2 Tính chất của chấm lượng tử carbon 8

1.2.3 Phương pháp tổng hợp 8

1.3 Hạt nano silica rỗng đính chấm lượng tử carbon 9

1.4 Hệ dẫn truyền thuốc 10

1.4.1 Giới thiệu 10

1.4.2 Ibuprofen 12

1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 14

1.5.1 Nghiên cứu trong nước 14

1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước 14

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16

2.1 Hóa chất và thiết bị sử dụng 16

2.2 Phương pháp nghiên cứu 19

ix

2.2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 19

2.2.2 Tổng hợp hạt nano silica rỗng 20

2.2.3 Tổng hợp vật liệu nano silica rỗng đính chấm lượng tử carbon 21

2.2.4 Biến tính bề mặt vật liệu OMS@CQDs bằng nhóm amin 22

2.3 Đánh giá khả năng tải thuốc ibuprofen của mẫu vật liệu nano silica rỗng đính chấm lượng tử 23

2.3.1 Đánh giá khả năng nạp thuốc ibuprofen của vật liệu 23

2.3.2 Đánh giá khả năng phóng thích thuốc ibuprofen của vật liệu 24

2.4 Phương pháp phân tích 25

2.4.1 Khảo sát hình thái và cấu trúc của vật liệu 25

2.4.2 Khảo sát khả năng phát quang của vật liệu OMS@CQDs 27

2.4.3 Khảo sát khả năng tải thuốc của vật liệu OMS@CQDs@APTES 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 29

3.1 Khảo sát hình thái và cấu trúc 29

3.1.1 Kết quả đo XRD 29

3.1.2 Kết quả đo FTIR 29

3.1.3 Kết quả đo XPS 30

3.1.4 Kết quả đo FE-SEM và TEM 33

3.1.5 Kết quả đo DLS 34

3.1.7 Kết quả đo BET 36

3.2 Khảo sát khả năng phát quang của vật liệu OMS@CQDs 37

3.2.1 Kết quả đo PL 37

3.2.2 Kết quả đo DRS 39

3.3 Đánh giá khả năng nạp thuốc ibuprofen của vật liệu OMS@CQDs@APTES 41

3.3.1 Đường chuẩn xác định nồng độ ibuprofen 41

3.3.2 Kết quả nạp thuốc của vật liệu OMS@CQDs@APTES 42

3.4 Kết quả khảo sát tốc độ giải phóng thuốc của mẫu vật liệu OMS@CQDs đã biến tính bằng nhóm amin 43

3.5 Kết quả đo độc tính tế bào của vật liệu OMS@CQDs 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

x

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

xi

MỞ ĐẦU

Ngày nay, các hệ thống dẫn truyền thuốc đã có những tiến bộ đáng kể qua từng năm và hiện nay trong lĩnh vực y sinh học các hệ dẫn truyền thuốc bằng vật liệu nano đã cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn so với hệ dẫn thuốc truyền thống Đối với mỗi người, các con đường phổ biến nhất để cung cấp thuốc đến cơ thể là dùng đường uống và tiêm Tuy nhiên, việc sử dụng những phương pháp truyền thống đôi khi không đáp ứng được đối với cơ thể và có thể gây ra một số tác dụng phụ không mong muốn nên việc sử dụng thuốc ở liều lượng thấp hay cao cần phải kiểm soát Cũng có những chất tác dụng dược

lý mới cần các hệ thống giao tiếp mới, như các thuốc không ổn định hoặc rất kém tan, các protein hoặc axit nucleic Việc sử dụng thuốc kháng sinh quá nhiều sẽ gây ra tình trạng vi khuẩn kháng thuốc, điều này gây khó khăn trong quá trình điều trị, và có nguy

cơ gây tử vong cho bệnh nhân Để giải quyết những vấn đề này, công nghệ nano mang lại cơ hội nhiều ứng dụng tiềm năng trong việc cải thiện hiệu quả và an toàn của việc dẫn truyền thuốc, đặc biệt là đối với các loại thuốc khó hấp thu hoặc có tác dụng phụ

Vì những lý do trên nên đề tài này đã tập trung vào nghiên cứu vật liệu silica có cấu trúc nano kết hợp với chấm lượng tử carbon có khả năng tải và giải phóng thuốc có kiểm soát

Hạt nano silica cấu trúc xốp là một loại vật liệu đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu bởi tính chất nổi trội như thể tích lỗ xốp cao, kích thước và hình thái hạt

có thể dễ dàng điều chỉnh, diện tích bề mặt lớn cho phép vật liệu này tải lượng lớn các phân tử Hạt nano silica có tính tương thích sinh học cao và dễ điều chỉnh bề mặt nên được ứng dụng trong lĩnh vực y sinh học Để dễ dàng quan sát và theo dõi đường đi của thuốc, vật liệu nano silica cấu trúc xốp được kết hợp với những chấm lượng tử có kích thước nhỏ Sự hiện diện của chấm lượng tử trên bề mặt nano silica xốp cho phép vật liệu này có thể phát quang khi được kích thích bằng ánh sáng Vì vậy, vật liệu silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon là vật liệu tiềm năng, một vật liệu mới được sử dụng trong việc nạp và giải phóng thuốc có kiểm soát

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Hạt nano silica cấu trúc xốp

1.1.1 Giới thiệu

Silica (SiO2) là một trong những thành phần chính của vỏ trái đất Silica không tồn tại

ở dạng đơn lẻ mà thường liên kết để tạo thành một phân tử lớn Cấu trúc của silica có thể là cấu trúc tinh thể hoặc cấu trúc vô định hình (hình 1.1) [1] Các tinh thể silica như thạch anh, cristobalite, tridimit và đá mã não có thể được tìm thấy trong tự nhiên [2] Silica được tổng hợp nhân tạo có cấu trúc vô định hình và tồn tại ở dạng bột hoặc dạng keo

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể (a), cấu trúc vô định hình (b) của hạt silica [3]

Silica có cấu trúc tứ diện [SiO4]4-, trong đó bốn nguyên tử oxy nằm ở các góc của một hình tứ diện đều với một ion silic ở tâm [1] Trong cấu trúc của silica đều chứa liên kết Si–O, là một liên kết bền và rất mạnh điều này tạo nên sự ổn định về cấu trúc của silica Trên bề mặt hạt nano silica có nhiều nhóm chức silanol (Si–OH) nên dễ dàng tạo liên kết hydro với các nhóm chức khác Trong quá trình tổng hợp, thông qua quá trình ngưng

tụ và quá trình polymer hóa Si(OH)4 dẫn đến sự hình thành nhóm silanol Ngoài ra, hạt nano silica còn có nhóm siloxane (Si–O–Si) được tạo thành qua quá trình ngưng tụ trên

bề mặt hay bên trong của nhóm silanol [3]

Hạt nano silica là một vật liệu vô cơ có kích thước nhỏ từ 10 nm–1 µm Hạt nano silica thường có dạng rắn, dạng rỗng bên trong và dạng xốp (cấu trúc lỗ xốp hay cấu trúc mao

2

quản) Vật liệu xốp được định nghĩa là một loại vật liệu rắn có chứa nhiều lỗ xốp hoặc khe nhỏ với kích thước đủ lớn cho phép các phân tử nhỏ xâm nhập vào sâu bên trong cấu trúc lỗ Dựa vào độ kết tinh, vật liệu xốp được chia thành 2 loại: vật liệu xốp kết tinh và vật liệu xốp vô định hình Ngoài ra, vật liệu còn được phân loại theo đường kính

lỗ xốp gồm: vật liệu xốp kích thước micro (<2 nm), meso (2–50 nm) và macro (>50 nm) [4]

Hạt nano silica có cấu trúc xốp (Mesoporous silica nanoparticles – MSN) là một loại vật liệu nano gồm các lỗ xốp nhỏ có kích thước từ 2 đến 50 nm và có thể điều chỉnh kích thước lỗ rỗng trong quá trình tổng hợp [5] Vật liệu silica xốp có trật tự (Ordered Mesoporous Silica – OMS) là một dạng đặc biệt của MNS, có cấu trúc xốp được sắp xếp một cách có trật tự Vì vậy, OMS có đầy đủ các tính chất của MNS

Các hạt nano silica trung tính (MSN) được sử dụng để đóng gói phân tử hoặc sử dụng làm chất mang thuốc trị liệu do hạt nano silica có các lỗ rỗng bên trong [6–7] Trong những năm gần đây, MSN được coi là một chất mang thuốc do tính tương thích sinh học tốt, khả năng chịu tải cao, khả năng gắn các phối tử mục tiêu hoặc độ xốp được xác định

rõ và có thể điều chỉnh Mặt khác, trên bề mặt chứa các nhóm silanol có thể dễ dàng bằng được chức năng hóa với các nhóm chức hữu cơ khác nhau như nhóm amin, vinyl, epoxy, cho phép quá trình dẫn truyền thuốc được kiểm soát tốt hơn [13]

Nhờ cấu trúc xốp bên trong cấu trúc, MNS có diện tích bề mặt riêng lớn, điều này cho phép vật liệu có khả năng hấp phụ, trao đổi và xúc tác tốt Hạt nano silica có các lỗ rỗng

3

nên vật liệu này được sử dụng như một chất mang Hạt nano silica có thể hấp phụ và vận chuyển các phân tử sinh học như: thuốc, DNA, protein, enzyme, siRNA [14] Trong những năm gần đây, công nghệ nano trong dẫn truyền thuốc là một lĩnh vực khoa học đang phát triển và là một vấn đề thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu Hạt nano silica cấu trúc xốp đa chức năng có tính chất từ tính hoặc tính chất phát quang làm tăng khả năng vận chuyển thuốc, kiểm soát tốc độ và thời gian giải phóng thuốc, có thể theo dõi và định vị đường đi của thuốc trong cơ thể Silica cấu trúc xốp dưới dạng cấu trúc lõi-vỏ đã được chức năng hóa thành công bằng cách sử dụng vật liệu quang phát (như thuốc nhuộm hữu cơ, các chấm lượng tử và nanophosphors của nguyên tố hiếm) Vật liệu silica cấu trúc xốp được đính các hạt nano từ tính [15] hoặc phát quang như các chấm lượng tử đang ngày càng phát triển [16]

1.1.2 Phương pháp tổng hợp hạt nano silica

Hạt nano silica được tổng hợp bằng một số phương pháp phổ biến như: phương pháp Stober [17], phương pháp sol – gel [2], phương pháp vi nhũ tương [18] Ngoài ra, hạt nano silica còn được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa sử dụng nhiệt để phân hủy nguồn silica có trong bã mía, tro trấu, rơm rạ [18] Có nhiều phương pháp để tổng hợp hạt nano silica, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và đặc tính mong muốn của hạt nano silica mà chọn phương pháp phù hợp Nhìn chung, các phương pháp tổng hợp được nêu trên đều dựa vào tiền chất có gốc silic như là Tetraethyl orthosilicate Si(OC2H5)4 hoặc natri silicat Na2SiO3

1.1.2.1 Phương pháp Stober

Phương pháp Stober được biết đến đầu tiên bởi nhà khoa học Werner Stober và Arthur Fink vào năm 1968 Phương pháp này có thể tổng hợp được hạt nano silica đơn phân tán hình cầu có kích thước 50 nm đến 2 µm thông qua phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ của các alkoxyde kim loại, alcohol, chất xúc tác ammonia [17] Có thể điều chỉnh kích thước hạt bằng cách thay đổi tỷ lệ của các chất tham gia phản ứng [19] Quá trình tạo thành hạt silica theo phương pháp Stober được giải thích bằng ba mô hình chính Mô hình thứ nhất: mô hình phát triển các monomer, liên quan đến sự tạo mầm và phát triển mầm từ các monomer dẫn đến sự hình thành cấu trúc bên trong của các hạt

4

Mô hình thứ hai, mô hình này liên quan đến cơ chế kiểm soát sự ngưng tụ của các hạt phụ (các hạt ban đầu này có kích thước vài nano) Cuối cùng, mô hình thứ ba (III) gồm một lõi trung tâm được tạo thành từ các hạt sơ cấp (mô hình II) và lớp vỏ được tạo thành

từ các hạt thứ cấp có kích thước nhỏ hơn 100 nm Cơ chế tạo thành hạt của hai mô hình này được thể hiện trong hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ tạo hạt mô tả bởi phản ứng thủy phân TEOS trong môi trường nước –

ammonia – alcohol [17]

Ưu điểm của phương pháp Stober là quy trình tổng hợp tương đối đơn giản, không sử dụng chất hoạt động bề mặt hay dung môi độc hại, dễ dàng điều chỉnh kích thước hạt bằng cách thay đổi tỷ lệ tác chất ban đầu Bên cạnh đó vẫn còn hạn chế là kích thước hạt không đồng đều, khó tạo ra hạt nano silica có kích thước dưới 100 nm

1.1.2.2 Phương pháp sol-gel

Sol-gel là một phương pháp hóa học (phương pháp hóa học ướt) để tổng hợp các vật liệu cấu trúc nano khác nhau, đặc biệt là các hạt nano oxit kim loại Trong phương pháp này, tiền chất phân tử (thường là alkoxide kim loại) được hòa tan trong nước hoặc rượu

và chuyển thành gel bằng cách đun nóng và khuấy thủy phân trong rượu Vì gel thu được từ quá trình thủy phân trong rượu bị ướt hoặc ẩm, nên nó phải được làm khô bằng các phương pháp thích hợp tùy thuộc vào đặc tính mong muốn và ứng dụng của gel Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật phổ biến để tổng hợp vật liệu silica, thủy tinh, gốm

sứ do sản phẩm tạo thành có độ đồng nhất, độ tinh khiết cao ở nhiệt độ thấp và chi phí tổng hợp thấp Phương pháp sol-gel cho phép kiểm soát tốt kích thước, hình dạng và tính chất bề mặt của vật liệu SiO2 bằng cách điều chỉnh các thông số phản ứng như pH,

tỷ lệ tác chất, nhiệt độ,… [2]

5

Quá trình bắt đầu bằng việc hòa tan các tiền chất silicon alkoxide, như tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS) hoặc các muối vô cơ như

Na2SiO3, trong môi trường acid HCl hoặc base sử dụng NH3 là chất xúc tác

Quá trình tổng hợp hạt nano silica bằng phương pháp sol–gel được mô tả bằng những phản ứng sau:

Phản ứng thủy phân: Si–(OC2H5)4 + H2O ↔ Si(OH)4 + C2H5OH

Phản ứng ngưng tụ nước: Si–O–H + H–O–Si  Si–O–Si + H2O

Phản ứng ngưng tụ rượu: Si–OC2H5 + H–O–Si  Si–O–Si + C2H5OH

Quá trình thủy phân các phân tử TEOS tạo thành các nhóm silanol (Si(OH)4) Quá trình ngưng tụ/polyme hóa giữa các nhóm silanol hoặc giữa nhóm silanol và nhóm ethoxy tạo

ra các cầu nối siloxane (Si–O–Si) tạo thành cấu trúc hạt silica Sự hình thành các hạt silica có thể được chia thành hai giai đoạn: tạo mầm và tăng trưởng

Phản ứng ngưng tụ xảy ra ngay sau khi phản ứng thủy phân kết thúc Điều này phụ thuộc vào các điều kiện như giá trị pH, tỷ lệ tác chất và chất xúc tác Phản ứng ngưng tụ xảy

ra sẽ tạo thành các hạt silica, quá trình này phụ thuộc vào giá trị pH cụ thể là môi trường acid hay base Trong môi trường acid hạt silica hình thành có cấu trúc xốp (kích thước

lỗ dưới 2 nm) và trong môi trường base sẽ hình thành các hạt silica cấu trúc xốp (kích thước lỗ trong khoảng 2–50 nm)

1.1.2.3 Phương pháp vi nhũ tương

Trong bài nghiên cứu này, hạt nano silica rỗng được tổng hợp dựa trên phương pháp vi nhũ tương ngược (phương pháp micelle) Trong micelle bao gồm 3 thành phần: chất hoạt động bề mặt, dung môi và nước

Chất hoạt động bề mặt (surfactant) là một loại chất có khả năng tương tác cả với dung môi phân cực và không phân cực, làm giảm sức căng bề mặt và thay đổi tính chất bề mặt của chất lỏng Chất hoạt động bề mặt thường được chia thành hai đầu: đầu ưa nước

và đầu kỵ nước [20] Tùy thuộc tỷ lệ nước và dung môi mà hình thành hệ micelle thuận hay đảo

6

Hệ micelle thuận (O/W) hay còn gọi là micelle dầu trong nước, trong hệ này thì đầu ưa nước của chất hoạt động bề mặt quay ra ngoài còn đầu kỵ nước quay vào bên trong, môi trường bên ngoài là nước và trong micelle là dung môi

Hệ micelle đảo (W/O) hay còn gọi là micelle nước trong dầu, trong hệ này sẽ ngược với

hệ micelle thuận là đầu ưa nước của chất hoạt động bề mặt quay vào trong còn đầu kỵ nước quay ra ngoài, môi trường bên trong micelle là nước còn bên ngoài là dung môi [20]

Các quá trình thủy phân và ngưng tụ của tiền chất silic sẽ được diễn ra trong micelle này Tương ứng với hai hệ micelle thuận và đảo từ đó có hai phương pháp là phương pháp micelle thuận, phương pháp micelle đảo Kích thước của hạt nano silica có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào loại và lượng chất hoạt động bề mặt, tỷ lệ dung môi/nước, chất xúc tác

Quá trình tổng hợp hạt nano silica rỗng bao gồm hai giai đoạn phản ứng: giai đoạn 1 các nhóm silanol được hình thành bằng phản ứng thủy phân TEOS, giai đoạn 2 phản ứng ngưng tụ tạo các cầu nối siloxane [11]:

Thủy phân: Si–(OC2H5)4 + H2O ↔ Si(OH)4 + C2H5OH

Ngưng tụ: 2 Si–(OH)4 → 2 (Si–O–Si) + 4H2O

Tốc độ ngưng tụ phụ thuộc vào điều kiện phản ứng và có thể ảnh hưởng đến sự hình thành mạng ba chiều hoặc hình thành các hạt đơn phân tán

Trong điều kiện khuôn khổ của luận văn, đề tài lựa chọn sử dụng phương pháp micelle

thuận để tổng hợp hạt nano silica rỗng Phương pháp micelle thuận có nhiều ưu điểm

hơn so với phương pháp micelle đảo là quy trình đơn giản hơn, các hạt nano phân tán trong nước ngay khi tổng hợp, và phương pháp micelle thuận sử dụng dung môi là nước hoặc ethanol đều là những dung môi không độc hại

1.2 Chấm lượng tử Carbon

1.2.1 Giới thiệu

Chấm lượng tử (Quantum Dots) là những tinh thể bán dẫn có kích thước rất nhỏ từ vài đến vài chục nanomet Tùy thuộc vào kích thước và thành phần của chúng mà có thể

tử carbon (CQDs) và hạt nano carbon (CNPs) [22]

CQDs tình cờ được phát hiện lần đầu bởi Xu và cộng sự năm 2004 khi dùng kỹ thuật điện di trong quá trình tổng hợp các ống nano carbon đơn vách [23] Khái niệm CQDs được Sun và cộng sự đưa ra khi tổng hợp một cách hệ thống vật liệu nano carbon với những kích thước khác nhau Sau đó các nghiên cứu khảo sát về cấu trúc và tính chất của vật liệu này ngày càng nhiều, CQDs được đề xuất là vật liệu mới có thể thay thế cho các chấm lượng tử vô cơ bán dẫn trong các lĩnh vực khác nhau

Chấm lượng tử carbon (Carbon Quantum Dots – CQDs) là một loại vật liệu nano carbon mới có kích thước 10 nm hoặc nhỏ hơn [24] CQDs có thể có cấu trúc bề mặt phức tạp, với các nhóm chức gắn kết vào bề mặt Những nhóm chức năng này có thể là các nhóm hydroxyl (-OH) , carboxyl (-COOH), carbonyl (-CO) hay các nhóm hữu cơ khác, các nhóm chức năng này có thể tạo ra tính chất bề mặt đặc biệt và cải thiện khả năng tương tác với các phân tử khác (hình 1.3) Ngoài những nguyên tố cơ bản có trong CQDs như

C, H, O thì vật liệu này còn được pha tạp một số nguyên tố khác như N, P, S nhằm cải thiện tính chất quang học, điện hóa và sinh học của vật liệu này, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng [25]

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của CQDs [26]

8

1.2.2 Tính chất của chấm lượng tử carbon

Gần đây vật liệu CQDs đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu bởi những tính chất độc đáo của chúng CQDs không chỉ có hiệu suất phát quang tương đương như các chấm lượng tử bán dẫn thông thường mà còn có nhiều ưu điểm hơn như là: quy trình tổng hợp đơn giản, chi phí tổng hợp thấp, độc tính thấp [27], khả năng tương thích sinh học cao [28], khả năng hòa tan trong nước tốt [13],… Nhờ những đặc tính nổi trội nên các hạt chấm lượng tử carbon đã có những ứng dụng tiềm năng như: Đầu tiên, CQDs có phổ hấp thụ rộng từ vùng tử ngoại đến vùng khả kiến, chúng có khả năng phát xạ ánh sáng với màu sắc khác nhau phụ thuộc vào kích thước và cấu trúc của chúng (hình 1.4) Điều này làm cho CQDs trở thành một lựa chọn hứa hẹn cho các ứng dụng phát quang như cảm biến [29], hình ảnh y tế [28]

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy CQDs có bề mặt phân tán rộng, tính tương thích sinh học cao cho phép chúng tương tác tốt với các phân tử và bề mặt vật liệu khác Điều này giúp CQDs có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc [30], chẩn đoán y tế và quang xúc tác [31]

Nhờ vào đặc tính quang học và điện tử đặc biệt, như khả năng chuyển đổi năng lượng cao, khả năng tạo ra điện diode và khả năng tương tác với ánh sáng một cách hiệu quả [32] Điều này mở ra các tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực điện tử [33], năng lượng mặt trời [34] và lưu trữ năng lượng [12, 17]

Hình 1.4: Ảnh chụp CQDs được chế tạo từ bã mía trong điều kiện ánh sáng ban ngày (bên trái) và ảnh huỳnh quang (bên phải) khi được chiếu sáng dưới ánh sáng UV [32]

1.2.3 Phương pháp tổng hợp

CQDs có thể được tổng hợp bằng phương pháp từ trên xuống (top-down) hoặc từ dưới lên (bottom up) Có thể thấy rằng hầu hết các phương pháp tổng hợp CQDs đều tuân theo quy trình carbon hóa các tiền chất có chứa carbon

9

Phương pháp "top-down" là một phương pháp tổng hợp CQDs trong đó các cấu trúc carbon lớn hơn được chế tạo thành các cấu trúc nhỏ hơn thông qua các quá trình gia công và chế biến [36] Một số phương pháp từ trên xuống có thể sử dụng để tổng hợp CQDs là: phương pháp cắt bỏ bằng laser, phương pháp khắc bề mặt, phương pháp điện hóa Các phương pháp này thường sử dụng những vật liệu có cấu trúc carbon lớn như: graphene, than chì, sợi carbon, kim cương [13]

Phương pháp "bottom-up" là một phương pháp tổng hợp Carbon Quantum Dots (CQDs) trong đó các nano cấu trúc carbon nhỏ hơn được tạo thành và tổ hợp để tạo ra các CQDs Phương pháp này sử dụng các tiền chất phân tử như: glucose (hình 1.5), ascorbic acid, citric acid, ethylenediamine và các chất có nguồn gốc thiên nhiên như: vỏ dưa hấu, nước cam, vỏ cam, vỏ bưởi [29], cây lô hội, bắp cải [37] Phương pháp từ dưới lên gồm phương pháp nhiệt phân, phương pháp thủy nhiệt, tổng hợp bằng vi sóng/siêu âm, xử lý plasma [38]

Hình 1.5: Ảnh TEM của CQDs được tổng hợp từ glucose (a), (b, c) Ảnh chụp CQDs

phân tán trong nước dưới ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng UV (365 nm)

1.3 Hạt nano silica rỗng đính chấm lượng tử carbon

Vật liệu nano silica có đính chấm lượng tử carbon là một loại vật liệu nanocomposite, trên bề mặt của hạt nano silica rỗng có các chấm lượng tử carbon được đính kết Chấm lượng tử carbon là vật liệu có cấu trúc nano và mang tính chất quang điện đặc biệt, tức

là chúng có khả năng phát quang hoặc hấp thụ ánh sáng với mức năng lượng cụ thể [8] Điều này cho phép hạt nano silica rỗng đính chấm lượng tử carbon có khả năng tạo ra hiệu ứng quang điện đặc biệt và được sử dụng trong nhiều ứng dụng quang học và điện

tử Việc đính CQDs lên bề mặt hạt nano silica vẫn bảo toàn được các tính chất của hạt

10

nano silica xốp trung tính cũng như các tính chất quang học của các chấm lượng tử carbon [16] Vật liệu OMS@CQDs là một loại vật liệu mới có tính chất tốt hơn, cải thiện được một vài tính chất so với tính chất ban đầu của từng loại vật liệu Do đó, vật liệu OMS@CQDs chế tạo được có cường độ huỳnh quang cao, khả năng tương thích sinh học và ổn định hóa học tốt và ít gây độc tế bào do những ưu điểm của cả hai Vì vậy, vật liệu này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng tốt trong y sinh và phát hiện quang học Vật liệu OMS@CQDs có thể được tổng hợp bằng phương pháp nhiệt phân, phương pháp thủy nhiệt và một số phương pháp khác tùy thuộc vào mục đích sử dụng [39] Trong lĩnh vực y sinh học, vật liệu silica rỗng đính chấm lượng tử được sử dụng như một chất mang thuốc một cách hiệu quả [13, 17] Hạt nano silica cấu trúc xốp có những

lỗ rỗng bên trong, cho phép chúng chứa một lượng lớn các phân tử thuốc Bên cạnh đó,

vỏ bên ngoài của hạt nano silica có khả năng giải phóng thuốc một cách kiểm soát và đã được nghiên cứu để cải thiện khả năng giải phóng thuốc theo nhu cầu Hạt nano silica cấu trúc xốp có diện tích bề mặt lớn, điều này tạo điều kiện tốt cho việc gắn kết các phân

tử thuốc lên bề mặt của chúng Đồng thời, bề mặt của hạt nano cũng có thể được tùy chỉnh và dễ dàng biến tính bằng các nhóm chức khác nhau để tạo liên kết tốt hơn với phân tử thuốc Chấm lượng tử carbon được đính kết trên bề mặt hạt nano silica rỗng cung cấp khả năng phát quang đặc biệt, có thể được sử dụng để theo dõi và dễ dàng quan sát quá trình vận chuyển của thuốc [15] Với sự kết hợp của hạt nano silica rỗng và chấm lượng tử carbon, việc vận chuyển thuốc có thể được tăng cường và được chọn lọc đến các vị trí mục tiêu cụ thể trong cơ thể, giảm thiểu tác dụng phụ và tăng tính hiệu quả Các nghiên cứu gần đây cũng cho thấy những vật liệu nanocomposite mang lại hiệu quả này hữu ích hơn so với các phương pháp truyền thống và cải thiện đáng kể khả năng sử dụng đường uống của các thuốc có độ tan kém trong nước Vì vậy đề tài này đã sử dụng một loại thuốc chống viêm, khả năng kém tan như ibuprofen để khảo sát khả năng nạp

và giải phóng thuốc của vật liệu OMS@CQDs

1.4 Hệ dẫn truyền thuốc

1.4.1 Giới thiệu

Hệ dẫn truyền thuốc là cách thức và phương pháp cung cấp thuốc đến mục tiêu trong cơ thể Nó bao gồm các công nghệ và phương pháp nhằm cải thiện hiệu quả, độ chính xác

Dạng uống (Oral): thuốc được đưa vào dạ dày thông qua việc uống viên nén, viên sủi, dạng lỏng (siro, dung dịch) Dạng uống thường dễ tiếp cận, giúp đảm bảo liều lượng chính xác cho việc sử dụng thuốc nhưng quá trình hấp thụ sẽ có những thuốc khó tan vì vậy dễ bị ảnh hưởng bởi quá trình tiêu hóa

Dạng tiêm (Injectable): thuốc được tiêm trực tiếp vào cơ, tĩnh mạch, dưới da hoặc dưới

da tái tạo Dạng tiêm thường cho phép thuốc nhanh chóng tiếp cận vị trí cần thiết mà tránh được sự ảnh hưởng bởi quá trình tiêu hóa Các dạng tiêm bao gồm tiêm cơ bắp, tiêm tĩnh mạch, tiêm dưới da, tiêm dưới da tái tạo Các phương pháp tiêm truyền trực tiếp thuốc vào cơ thể đã trở thành phương pháp phổ biến để điều trị nhanh chóng các bệnh tật Các loại kim tiêm và các thiết bị tiêm được thiết kế để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình tiêm

Dạng da (Transdermal): Thuốc được cung cấp thông qua da bằng cách sử dụng các hệ thống dán (patch) có chứa thuốc Thuốc thẩm thấu qua da và vào hệ tuần hoàn mà không cần tiêm hoặc uống Đây là một phương pháp thuận tiện và dễ dùng, đặc biệt phù hợp cho việc cung cấp thuốc dài ngày hoặc kiểm soát liều lượng [41]

Giai đoạn thứ 2 từ năm 1980-2010: công nghệ dẫn truyền thuốc tiếp tục phát triển với

sự kết hợp của công nghệ nano và sinh học Các nghiên cứu về nanomedicine và hệ thống dẫn truyền thuốc thông minh đang được tiến hành để cung cấp thuốc một cách chính xác và mục tiêu đến các mô và tế bào bệnh lý Các phương pháp sử dụng vật liệu nano cho hệ thống vận chuyển thuốc tự động đang được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả và tiện lợi của việc cung cấp thuốc Các hệ thống điều chỉnh tỷ lệ phát hành thuốc,

12

như hệ thống implant, microchip, và hệ thống hydrogel có khả năng đáp ứng áp suất, nhiệt độ hoặc pH của môi trường để điều chỉnh phát hành thuốc một cách chính xác Dạng tiêm dưới da tái tạo (Implantable): thuốc được cung cấp thông qua việc cấy ghép

hệ thống chuyển thuốc trực tiếp vào cơ thể Các hệ thống cấy ghép có thể bao gồm viên, ống, hoặc microchip chứa thuốc Hệ thống này thường được thiết kế để giải phóng thuốc theo một lịch trình cụ thể hoặc dựa trên yếu tố môi trường

Microspheres và nanoparticles: sự phát triển của công nghệ nano đã mở ra cánh cửa cho việc sử dụng microspheres và nanoparticles làm phương pháp giao thuốc Chúng có khả năng cải thiện sự hấp thụ, tăng cường sự tiếp xúc với mô và tế bào, và kiểm soát phát hành thuốc một cách chính xác

Công nghệ polymer: các công nghệ polymer đã được sử dụng rộng rãi trong dẫn truyền thuốc Các hệ thống polymer có khả năng kiểm soát phát hành thuốc dựa trên các cơ chế như quá trình phân huỷ polymer, quá trình hấp thụ nước và quá trình phân giải polymer Các loại polymer được sử dụng bao gồm polymer tự phân giải, hydrogel và polymer đáp ứng ánh sáng hoặc nhiệt

Từ năm 2010 đến nay: với sự phát triển của công nghệ nano đã mở ra cơ hội trong lĩnh vực y sinh học Việc sử dụng những vật liệu có khả năng nạp và giải phóng thuốc có kiểm soát ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu Các hệ dẫn truyền thông minh như vật liệu nano ngày càng được ứng dụng rộng rãi, mục tiêu là nâng cao hiệu quả điều trị, giảm tác dụng phụ, cải thiện chất lượng cuộc sống của bệnh nhân Hệ thống dẫn truyền thuốc từ năm 1950 đến nay có những bước phát triển vượt bậc

1.4.2 Ibuprofen

Ibuprofen (IBU) có công thức hóa học C13H18O2, khối lượng phân tử 206.28 g/mol, thuộc vào nhóm các chất hữu cơ có khả năng tan trong nhiều dung môi hữu cơ như ethanol, methanol, aceton, và chloroform Tuy nhiên, IBU không tan hoàn toàn trong nước, chỉ có khả năng tan rất ít Cấu trúc phân tử của IBU được thể hiện trên hình 1.6 Ibuprofen có tính chất hoạt động tương tự như acid yếu Nó có thể tạo thành muối với các bazơ để tăng tính tan trong nước

13

Ibuprofen là một loại thuốc chống viêm không steroid (NSAID) được sử dụng phổ biến

để giảm đau, hạ sốt và giảm viêm [42] Nó có tác dụng làm giảm các chất gây viêm trong cơ thể, giúp giảm đau và sưng Ibuprofen có sẵn dưới nhiều dạng, bao gồm viên nén, viên trương nở, dạng nước, dạng gel và dạng kem Thuốc này có thể được sử dụng

để điều trị các tình trạng như đau đầu, đau cơ, đau khớp, đau răng, đau kinh nguyệt và sốt Ibuprofen đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng về tính an toàn Ở liều dùng thông thường, IBU ít gây ra tác dụng phụ nghiêm trọng, đặc biệt là về hệ tiêu hóa so với một số loại thuốc chống viêm khác như aspirin Một số tác dụng phụ thường gặp bao gồm đau dạ dày, buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy và chóng mặt

Ở nhiều quốc gia, IBU có sẵn dưới dạng thuốc không đòi hỏi đơn thuốc (OTC), có nghĩa

là người dùng có thể mua và sử dụng thuốc mà không cần đơn thuốc từ bác sĩ Điều này làm cho ibuprofen trở thành một lựa chọn thuận tiện và dễ tiếp cận cho việc tự điều trị các triệu chứng viêm và đau nhẹ [43]

Hình 1.5: Cấu trúc phân tử của ibuprofen Vật liệu silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon được xem là một ứng cử viên cho việc mang thuốc mới Trong bài nghiên cứu này, ibuprofen được dùng để xác định khả năng mang và giải phóng thuốc của vật liệu Các phân tử IBU được giữ lại trong các lỗ xốp thông qua quá trình ngấm và được giải phóng theo cơ chế kiểm soát khuếch tán Trên bề mặt vật liệu silica xốp các nhóm Si–OH sẽ dễ dàng tạo liên kết hydro với các nhóm carboxyl trong các phân tử thuốc [15] Trong quá trình giải phóng, khi sử dụng dung dịch đệm phosphat (PBS) chảy vào các lỗ xốp, thuốc sẽ được hòa tan chậm rãi vào PBS và khuếch tán ra khỏi hợp chất qua các lỗ xốp Hơn nữa, loại thuốc này có khả năng bán rã sinh học trong vòng 1.8–2 giờ [43] Vì vậy, ibuprofen thích hợp sử dụng trong quá trình mang thuốc và duy trì có kiểm soát

14

1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.5.1 Nghiên cứu trong nước

Hiện tại trong nước chưa có nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng hạt nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon trong việc tải thuốc, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào một trong hai hướng của đề tài

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện KHUDVL, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam

đã công bố kết quả nghiên cứu với tên đề tài: “Tổng hợp và biến tính hạt nano silica cấu trúc rỗng mang thuốc có khả năng hướng đích và kiểm soát nhả thuốc ứng dụng trong điều trị ung thư” [44] Hạt nano silica xốp (PNS) là vật liệu nền cho việc tổng hợp hệ truyền dẫn thuốc Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp thành công hạt nanosilica bằng phương pháp sol- gel với xúc tác base Từ những kết quả phân tích cho thấy những hạt PNS có dạng hình cầu, kích thước khá đồng đều với đường kính hạt phân phố 35-60 nm, hạt phân tán tốt, PNS ở dạng vô định hình Vật liệu này có hiệu suất nạp đối với thuốc chống ung thư Doxorubicin là 13,40% ± 0,37 với lượng Doxorubicin được nạp là 2,23 % ± 0,06 Hạt PNS có tốc độ giải phóng thuốc nhanh với tốc độ nhả thuốc là 37% trong ngày đầu tiên và lên tới 64% trong ngày thứ 3

Nhóm tác giả đã nghiên cứu và tổng hạt nano silica cấu trúc xốp trung bình MCM-41 thành công dựa trên phương pháp vi nhũ tương Trong bài nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp hiện đại như: nhiễu xạ tia X góc nhỏ, kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, phổ FTIR và hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 để phân tích các đặc trưng cấu trúc, hình dạng, kích thước của vật liệu Hạt silica có dạng hình cầu với đồ thị phân bố kích thước 80-

140 nm, đường kính lỗ xốp trung bình 2-5 nm, diện tích bề mặt riêng (BET) 986,683

m2/g Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ rhodamine B của vật liệu MCM-41 cho thấy lượng hấp phụ cao nhất là 299,696 mg/g, chứng tỏ vật liệu này có tiềm năng ứng dụng làm chất tải và phân phối thuốc có kiểm soát

1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước

Yufei Donga và cộng sự của ông đã tổng hợp thành công vật liệu CQDs@OMS có hiệu suất quang học cho thấy bước sóng kích thích tối ưu của vật liệu CQDs@OMS là khoảng

340 nm, bước sóng phát xạ khoảng 440 nm Các hạt tạo thành có kích thước được xác

15

định bằng ảnh TEM 90-110 nm và kích thước lỗ rỗng khoảng 3-3.5 nm Qua phân tích phổ FTIR cho thấy những liên kết đặc trưng như Si-O-Si, Si-O, C=C và C=O Sử dụng vật liệu nanocomposite CQDs@OMS làm đầu dò huỳnh quang để phát hiện Fe3+, nhóm tác giả nhận thấy rằng CQDs@OMS phản ứng rất nhanh với Fe3+ Cường độ dập tắt huỳnh quang của vật liệu này có mối quan hệ tuyến tính tốt với nồng độ Fe3+ trong khoảng 25–750 μM [45]

Trong một nghiên cứu khác, Wang và cộng sự đã tổng hợp CQDs được nạp doxorubicin (DOX), có tiềm năng ứng dụng cả trong hình ảnh tế bào và điều trị ung thư [24] Trước tiên, nhóm tác giả đã chế tạo CDs rỗng (HCDs) từ albumin huyết thanh bò (BSA) bằng phản ứng dung môi nhiệt (đường kính 6,8 nm, kích thước lỗ 2 nm và QY = 7%) và sau

đó các hạt được tạo ra được nạp với DOX Ảnh TEM cho thấy kích thước hạt trong bình 6.8 ± 1.3 nm Ảnh huỳnh quang của tế bào A549 xác nhận rằng HCDs có thể được định

vị trong tế bào, nhưng không thể vào nhân tế bào Kết quả về khả năng sống sót của tế bào cho thấy rằng HCDs có độc tính thấp và có thể là nền tảng tiềm năng trong lĩnh vực dẫn thuốc Tỷ lệ nạp thuốc của HCDs được tính toán là 6.0 wt.%, có khoảng 4% DOX

đã được giải phóng ở pH 7.4 và 70% DOX được giải phóng ở pH 5.0 Việc giải phóng thuốc có điều khiển dựa trên pH, khả năng nội bào hóa nhanh, PL phụ thuộc vào kích thích và tính tương thích sinh học xuất sắc được báo cáo là những ưu điểm nổi bật của

hệ thống dẫn thuốc dựa trên HCDs

16

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Hóa chất và thiết bị sử dụng

Bảng 2.1: Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu

Tên hóa chất Độ tinh khiết Nơi sản xuất Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)

Zhanyun, Trung Quốc Tetraethyl orthosilicate (TEOS) – C8H20O4Si 98% Thermo, Mỹ

Quốc Ethanol absolute – C2H5OH 99,5% Chemsol, Việt Nam 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES) –