NGHIÊN CỨU, TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU LAI VÔ CƠ (Ag, Fe3O4) – HỮU CƠ (CHITOSAN) CẤU TRÚC NANO ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Header Page of 148 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …… ….***………… NGUYỄN THỊ NGOAN NGHIÊN CỨU, TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU LAI VÔ CƠ (Ag, Fe3O4) – HỮU CƠ (CHITOSAN) CẤU TRÚC NANO ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Mã số: 62440125 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2016 Footer Page of 148 Header Page of 148 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS Trần Đại Lâm Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS.TS Nguyễn Tuấn Dung Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: … Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 201… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam Footer Page of 148 Header Page of 148 Footer Page of 148 Header Page of 148 A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học đề tài luận án Chitosan polyme thiên nhiên dẫn xuất chitin tách từ vỏ tôm cua, mai mực – nguồn phế phẩm ngành chế biến thủy hải sản, nguồn nguyên liệu rẻ tiền dồi đồng thời gây ô nhiễm môi trường không kịp tiêu thụ bị phân hủy thối rữa Do việc nghiên cứu tái sử dụng chitin, chitosan thành sản phẩm hữu ích quan trọng Chitosan có đặc tính q báu có khả tương thích sinh học phân hủy sinh học cao ứng dụng rộng rãi y sinh dược học Nanocompozit chitosan hứa hẹn có nhiều ứng dụng sinh học quan trọng tận dụng đặc tính quý chitosan Các chất gia cường hạt nano bạc nano sắt từ thu hút ý nhiều nhóm nghiên cứu nước giới mang tính chất từ tính chất quang kháng khuẩn thú vị sử dụng cho ứng dụng lĩnh vực y sinh, chẩn đoán điều trị bệnh Vật liệu nanocompozit kết hợp chất gia cường nano bạc, nano sắt từ trền polyme chitosan hứa hẹn tăng cường ứng dụng loại vật liệu lĩnh vực y sinh Chính mục tiêu luận án nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng, định hướng ứng dụng hệ vật liệu nanocompozit đa chức sở kết hợp nano bạc, nano sắt từ sở chitosan nhằm kết hợp tính chất quý báu riêng rẽ vật liệu thành phần, tạo hệ nanocompozit đa chức có tiềm ứng dụng lĩnh vực y sinh Đề tài với tên “Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô (Ag, F3O4) - hữu (chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng dụng y sinh“, xác định khơng có ý nghĩa khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tiễn to lớn Mục tiêu nghiên cứu luận án - Nghiên cứu phương pháp mới, phương pháp hóa học xanh tổng hợp vật liệu nanocompozit chứa nano bạc, nano sắt từ chitosan đơn giản, Footer Page of 148 Header Page of 148 hiệu suất cao giảm ảnh hưởng tạp chất nhằm tăng khả ứng dụng lĩnh vực y sinh - Mở rộng khả ứng dụng vật liệu polyme nanocompozit chứa nano bạc, nano sắt từ chitosan lĩnh vực y sinh ứng dụng kỹ thuật đại - Chế tạo vật liệu kết hợp tính chất từ, tính chất quang thành phần polyme nanocompozit chứa nano bạc, nano sắt từ chitosan hướng tới hệ vật liệu đa chức ứng dụng y sinh Nội dung mục đích nghiên cứu luận án - Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc chitosan phương pháp in-situ: Khử hóa học sử dụng NaBH4, gia nhiệt sử dụng lò vi sóng Nghiên cứu đặc trưng tính chất, hình thái học để tìm phương pháp tối ưu chế tạo vật liệu thích hợp cho ứng dụng y sinh học: khả mang thuốc, khả diệt khuẩn - Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ chitosan phương pháp in-situ: đồng kết tủa điều kiện nitơ trơ, đồng kết tủa hệ vi lưu oxy hóa đồng kết tủa Nghiên cứu đặc trưng tính chất hình thái học vật liệu, sở kết lựa chọn vật liệu CS/MNPs cho ứng dụng y sinh mang curcumin, nhiệt trị ung thư, phân tách chọn lọc tế bào - Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ nano bạc chitosan phương pháp phân tán ex-situ Nghiên cứu đặc trưng tính chất hình thái học thử nghiệm invitro khả mang curcumin, khả nhiệt trị ung thư tính chất diệt khuẩn vật liệu Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 102 trang, bao gồm: Mở đầu (2 trang); Chương 1Tổng quan (26 trang); Chương - Thực nghiệm (13 trang); Chương – Kết thảo luận (41 trang) thể 35 hình vẽ bảng biểu; Kết luận (1 trang); số điểm luận án (1 trang); Định hướng nghiên Footer Page of 148 Header Page of 148 cứu (1 trang); Danh mục cơng trình cơng bố (1 trang); Tài liệu tham khảo (13 trang) NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG TỔNG QUAN Chương trình bày tổng quan (i): Chitosan, curcumin pylyme nanocompozit chitosan/kim loại; (ii): hạt nano bạc, tính chất phương pháp chế tạo, ứng dụng y sinh, nanocompozit chứa nano bạc chitosan (CS/AgNPs): tính chất, ứng dụng ứng dụng y sinh; (iii): Hạt nano sắt từ, tính chất, ứng dụng y sinh, phương pháp chế tạo, nanocompozit chứa hạt nano sắt từ chitosan (CS/MNPs), tính chất ứng dụng ứng dụng y sinh; (iv): nanocompozit tổ hợp chứa hạt nano sắt từ nano bạc, tính chất, phương pháp chế tạo ứng dụng y sinh Từ xác định vấn đề cịn tồn tại, tính cấp thiết triển vọng vật liệu nanocompozit đa chức có khả ứng dụng trị liệu kép ung thư (hoá trị + nhiệt trị) CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu hóa chất Chitosan dạng bột xác định trọng lượng phân tử 382KD độ deacetyl hóa tương đương: 84,5%, sản phẩm thuộc Đề tài cấp Viện Hàn lâm KHCNVN PGS.TS Phạm Gia Điền chủ trì (2009 – 2010) Curcumin độ tinh khiết 95% - Viện Hóa học Cơng nghiệp AgNO3, NaBH4 độ tinh khiết 99% xuất xứ Nhật Fluorescein isothiocyanat, FeCl2.6H2O, FeCl3.4H2O độ tinh khiết 99% Sigma (Đức) NaOH độ tinh khiết 99%, NH4OH độ tinh khiết 28%, NaNO3, CH3COOH độ tinh khiết 99%, axit xitric độ tinh khiết 98%, etanol nồng độ 95o, etylaxetat nồng độ 95%, diclometan 95% xuất sứ Trung quốc 2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 2.2.1 Phƣơng pháp chế tạo nanocompozit chứa nano bạc chiosan (CS/AgNPs) Footer Page of 148 Header Page of 148 Hòa tan 0,2 g CS 50ml dung dịch axit CH3COOH 2%, khuấy 1giờ 500C Hòa tan 0,15 g AgNO3 30ml H2O đến tan hoàn toàn Nhỏ từ từ dung dịch AgNO3 vào dung dịch CS điều kiện khuấy trộn mạnh để AgNO3 phân tán đồng vào dung dịch CS 30 phút, dung dịch A Phương pháp sử dụng chất khử NaBH4: Cân 0,04 g NaBH4 (đảm bảo NaBH4 dư), hòa tan hoàn toàn 20 ml nước nhiệt độ khoảng 5oC, nhanh chóng nhỏ giọt vào dung dịch A điều kiện khuấy mạnh nhiệt độ khoảng 30oC, phản ứng tỏa nhiệt đạt nhiệt độ 40-50oC sau kết thúc trình Quá trình khử tiến hành khoảng thời gian khác nhau: 10, 15, 30, 60 phút NaBH4 đóng vai trị tác nhân khử ion Ag+ thành Ag, tạo thành AgNPS CS, nanocompozit ký hiệu CS/AgNPs1 Phương pháp gia nhiệt không sử dụng chất khử: Dung dịch A điều kiện khuấy mạnh gia nhiệt nhiệt độ khác nhau: 30oC, 60OC, 70oC, 90oC, khử Ag thành Ag+ tạo thành CS/AgNPs2 Tại nhiệt độ 90oC, khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng: khoảng thời gian giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, 24 giờ, đến trình khử Ag+ Phương pháp sử dụng lị vi sóng khơng sử dụng chất khử: 50ml dung dịch A đặt lị vi sóng (model MW-ER-01, Lab kits) 70oC, công suất 200 w khoảng thời gian khác nhau: phút, phút, phút, 10 phút 60 phút, thu nanocompozit CS/AgNPs3 Phƣơng pháp đƣa nanocompozit CS/AgNPs lên bề mặt vải Tiến hành tẩm nanocompozit CS/AgNPs vải theo quy trình sau: Bước 1: Vải polyeste cắt với diện tích xác cm2, cân xác khối lượng, làm bề mặt plasma Bước 2: Nanocompozit CS/AgNPs pha loãng dung dịch axit xitric 5%, nồng độ khoảng 200 ppm, khuấy 30 phút Bước 3: vải polyeste ngâm tẩm dung dịch nanocompozit CS/AgNPs 30 phút, sau đem sấy nhẹ nhiệt độ 40-50 oC Quy Footer Page of 148 Header Page of 148 trình ngâm tẩm vải thực lần, sau sấy khơ đến khối lượng khơng đổi Phƣơng pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs Cur hòa tan 10 ml etanol, khuấy nhiệt độ 500C để Cur tan hồn tồn đến bão hịa Nhỏ từ tử dung dịch Cur vào 50 ml dung dịch CS/AgNPs 200 ppm, tiếp tục khuấy nhiệt độ 50-60 oC đến xuất kết tủa dừng trình Tiếp tục khuấy thêm 30 phút nhiệt độ để dung mơi etanol bay hết, dừng q trình thu CS/AgNPs-Cur Sản phẩm tiến hành đo quang phổ hấp thụ UV-vis để xác định khả mang Cur 2.2.2 Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ chitosan (CS/MNPs) Phƣơng pháp đồng kết tủa Cân xác lượng muối Fe2+ Fe3+ theo tỷ lệ số mol 1:2, hòa tan hai muối vào 20 ml nước cất, bổ sung lượng nhỏ axit HCl nhằm hạn chế thủy phân muối sắt Cân 0,2 g CS hòa tan 50 ml axit axetic 2%, khuấy 50oC Nhỏ từ từ dung dịch chứa hỗn hợp muối Fe vào dung dịch CS, khuấy trộn 30 phút để thu dung dịch đồng nhất, dung dịch A Phƣơng pháp đồng kết tủa sử dụng hệ khuấy trộn điều kiện trơ Đưa dung dịch A vào thiết bị phản ứng hình 2.3 Trước phản ứng tiến hành bơm sục N2 trơ 15 phút để loại bỏ khơng khí Cân lượng NaOH phản ứng vừa đủ với lượng Fe2+ Fe3+ theo phương trình phản ứng, hịa tan 20 ml H2O dung dịch B Mở van, nhỏ giọt từ từ dung dịch B vào dung dịch A khoảng 10 phút, điều kiện khuấy mạnh sục N2, để phản ứng diễn 30 phút Quan sát trình phản ứng qua thay đổi màu sắc từ kết tủa nâu sang đen Kết thúc trình pH dung dịch khoảng 8-10 đảm bảo lượng muối Fe phản ứng hết Sản phẩm thu ký hiệu CS/MNPs1 Footer Page of 148 Header Page of 148 Đổ sản phẩm sau phản ứng cốc có mỏ, dùng nam châm thu sắt từ rửa với nước cất đến pH = nhằm loại hết sản phẩm phụ chất dư chưa phản ứng Kết tủa thu phân tán 100ml nước cất siêu âm Dung dịch chứa nano sắt từ nồng độ 0,7% bền điều kiện thường Phƣơng pháp đồng kết tủa hệ vi lƣu Phương pháp dựa trình đồng kết tủa xảy kênh vi lưu chế tạo vật liệu polymetylsilosan (PDMS) Bảng 2.1 Các điều kiện sử dụng tổng hợp CS/ MNPs2 kênh vi lưu Đầu vào Tác nhân phản ứng Tốc độ dòng (μl/phút) DCM 80 Dung dịch A 15 NH4OH 15 Kết thu đầu sản phẩm CS/MNPs2 có màu đen, hạt CS/MNPs2 thu nam châm rửa vài lần với nước cất trung tính Phƣơng pháp oxi hóa kết tủa 0,2 g CS hòa tan 50 ml axit acetic 2%, khuấy 1giờ nhiệt độ 50 oC Cân lượng xác FeCl2.6H2O hịa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn Nhỏ từ tử dung dịch FeCl2 vào dung dịch CS, khuấy 30 phút, thu dung dịch A Cân lượng NaNO3 + NaOH theo phương trình phản ứng, hịa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn, thu dung dịch B Dưới điều kiện khuấy trộn mạnh gia nhiệt 50-60 oC, nhỏ từ từ dung dịch B vào hỗn hợp dung dịch A Quá trình phản ứng quan sát kết tủa màu sắc kết tủa tạo thành Sản phẩm CS/MNPs3 có màu đen thu nam châm lọc rửa đến pH trung tính Phƣơng pháp phân tán CS/MNPs CS biến tính với chất phát quang 0,1 g CS hịa tan 20 ml axit axetic 2%, khuấy nhiệt độ 50oC Cân 0,02 g FITC hòa tan ml etanol Nhỏ từ từ dung dịch FITC vào dung dịch CS phút điều kiện tránh ánh sáng, tiếp tục Footer Page of 148 Header Page 10 of 148 khuấy thêm 1giờ, phức hợp CS-FITC (dung dịch A) Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml, nhỏ giọt chậm vào 5ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy 30 phút, thu FMNPs – M1 Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml nhỏ giọt chậm vào 15ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy 30 phút thu, FMNPs-M2 2.2.3 Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc- sắt từ chitosan (CS/AgNPs-MNPs) Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs tổng hợp phương pháp phân tán ex-situ, phối trộn thành phần CS/AgNPs CS/MNPs: Chuẩn bị 50 ml dung dịch MNPs/CS nồng độ 0,7% 50 ml dung dịch AgNPs/CS nồng độ 500 ppm, trộn vào khuấy mạnh nhiệt độ phịng Sau đó, nanocompozit thu lại nam châm, rửa nước cất để loại bỏ thành phần dư Phƣơng pháp mang Curcumin lên vật liệu CS/AgNPs-MNPs Phân tán 0,2g CS/AgNPs-MNPs 50ml H2O, nhỏ từ từ 10ml dung dịch Cur bão hòa etanol vào, khuấy nhiệt độ 50-60 oC Đến xuất kết tủa dừng lại Tiếp tục khuấy thêm 30 phút để dung môi etanol bay hết, thu sản phẩm CS/AgNPs-MNPs-Cur 2.3 Các phƣơng pháp thiết bị nghiên cứu Phương pháp xác định cấu trúc vật liệu: phân tích nhiễu xạ tia X thiết bị Siemens D-500 với xạ Cu-Kα (bước sóng λ=1,5406Ao) - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; phân tích EDX máy JSM 6490-JED 2300 JEOL - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; phương pháp phân tích IR máy FTIR NEXUS 670 hãng NICOLET Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN Phương pháp xác định hình thái học vật liệu: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM thực thiết bị JEM 1010 - Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; thiết bị JEM-1400 Đại học Busan – Hàn Quốc, phương pháp kính hiển vi điện tử quét xạ trường (FESEM) thực thiết bị S4800 hãng Hitachi (Nhật Bản), Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KHCNVN; thiết bị JSMFooter Page 10 of 148 Header Page 25 of 148 Hình 3.14 trình bày từ độ bão hịa tương ứng loại vật liệu nanocompozit phân tán CS biến tính (CS-FITC) Ms (emu/g) FMNPs-M2 CS/MNPs FMNPs – M1 Từ trường H(Oe) Hình 3.14 Từ độ bão hịa CS/MNPs FMNPs – M1, FMNPs-M2 Kết cho thấy hạt MNPs tồn nanocompozit dạng siêu thuận từ Từ độ bão hòa CS/MNPs2, FMNPs1 FMNPs2 69 emu/g, 54 emu/g 45emu/g tương ứng với hàm lượng pha từ vật liệu Kết chứng tỏ tương tác bề mặt pha từ MNPs với polyme làm giảm từ độ bão hịa, phù hợp với kết phân tích TEM (hình 3.11) Sự suy giảm từ độ bão hòa chứng minh thực nghiệm nhiều hệ hạt nhỏ giải thích tồn lớp vỏ phi từ bề mặt hạt Tính chất phát huỳnh quang Footer Page 25 of 148 Cường độ PL Độ hấp thụ (a.u) Header Page 26 of 148 Bước sóng (nm) Bước sóng (nm) Hình 3.15: (A) Phổ hấp thụ UV-vis mẫu FMNPs; (B) Phổ phát huỳnh quang (PL) mẫu FMNPs Phổ hấp thụ UV-vis vật liệu FMNPs dải bước sóng từ 200nm đến 700 nm, nhằm xác định bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) mẫu FMNPs Quan sát thấy hai mẫu có hai λmax, 300 nm 495 nm Sử dụng máy laze có bước sóng kích thích vật liệu, thu phổ phát huỳnh quang PL Tại bước sóng kích thích 300 nm 495 nm, cường độ PL mẫu FMNPs-M1 FMNPs-M2 có khác cường độ phát xạ, FMNPs-M2 có cường độ phát quang mạnh sơ với mẫu FMNPs hai bước sóng kích thích Điều giải thích nồng độ FITC phức hợp CS-FITC bao quanh, tạo lớp vỏ M2 dày M1 Vật liệu FMNPs phân tán môi trường đệm PBS, tiêm hỗn hợp dung dịch vào đầu vào hệ thống vi lưu Bước đầu quan sát dịng chất lỏng song song kênh vi lưu riêng biệt: dòng chứa chất lỏng thử nghiệm dòng chứa hạt CS/MNPs, chuyển động xốy đến lịng ống dịng chất lỏng trộn Tại xảy trình tương tác kháng nguyên (antigen) với FMNPs chứa chất đánh dấu kháng thể (antibody) Phản ứng xảy đặc hiệu dẫn đến khả thu giữ phân tử sinh học bề mặt FMNPs Khi đặt từ trường bên cạnh kênh vi lưu (đoạn C D), nanocompozit FMNPs thu giữ từ Footer Page 26 of 148 Header Page 27 of 148 trường ngoài, làm giàu phân tử sinh học đầu trình sinh học tiến hành nhằm phân tích, đánh giá, định lượng phân tử sinh học Đầu vào Nam châm Đầu Đầu vào Đầu Hình 3.16: Ảnh hưởng từ trường đến chuyển động FMNPs hệ vi lưu: (A) FMNPs vị trí gần đầu bơm; (B) FMNPs chuyển động tự lịng kênh vi lưu, (C) FMNPs chuyển động có định hướng tác động từ trường (nam châm), (D) FMNPs thu đầu có định trước Thực nghiệm tiền đề để chứng minh khả ứng dụng hạt MNPs phân tách, đánh dấu làm giàu sinh học 3.4 Vật liệu nanocompozit chứa nano sắt từ, nano bạc chitosan (CS/AgNPs-MNPs) Thành phần, cấu trúc tinh thể hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs xác định qua phương pháp XRD Kết chứng minh hình thành pha từ MNPs (Fe3O4) Ag nanocompozit (hình 3.17): Footer Page 27 of 148 Header Page 28 of 148 180 Ag/Fe3O4 Cs/AgNPs-MNPs 311 440 Fe3O4 511 422 80 200(Ag) 400 100 111(Ag) 120 220 Cƣờng độ (a.u) (a.u) Intensity 140 Cs/MNPs 220(Ag) 160 60 40 20 20 30 40 50 60 Diffraction Angle 2 (degree) Góc nhiễu xạ (2θ) 70 Hình 3.17: Giản đồ XRD CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs Các pic đặc trưng nano Fe3O4 nano Ag thể rõ nét giản đồ XRD cho thấy Fe Ag tồn mẫu nanocompozit pha riêng rẽ.Các pic (220), (311), (400), 422), (511) giản đồ XRD CS/AgNPs-MNPs tương tự CS/MNPs, ngồi cịn xuất pic giá trị 2θ 38,1o, 44o, 32o, 64,4o tương ứng với điểm (111), (200), (220) đặc trưng cho tinh thể Ag (hình 3.3) Có thể kết luận nanocompozit chế tạo có cấu tạo dị thể với thành phần riêng rẽ MNPs AgNPs Tỷ lệ thành phần nguyên tố nanocompozit phân tích phương pháp EDX kết luận có mặt Ag, Fe nanocompozit Với hàm lượng Ag Fe xác định tương ứng 17,64% 51,21% tổng thành phần nanocompozit Trong tỷ lệ Ag/Fe3O4 = 0,27 Hình thái học Ảnh FESEM Khả phân tán pha chất gia cường nano pha phân tán CS nanocompozit CS/AgNPs-MNPs với phân tán ex–situ CS/MNPs1 phân tích kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) trình bày hình 3.18 Footer Page 28 of 148 Header Page 29 of 148 Hình 3.18 Ảnh FESEM vật liệu CS/AgNPs-MNPs Kết FESEM cho thấy phân tán hệ dị thể pha CS Hình dạng kích thước nanocompozit CS/AgNPs-MNPs xác đinh phương pháp TEM (hình 3.19) Do khác mật độ electron tự bề mặt (các hạt Fe3O4 có mật độ electron cao so với hạt Ag) nên ảnh hiển vi điện tử Ag sáng hạt Fe3O4 Quan sát hình 3.19 ta thấy AgNPs có kích thước khoảng 5-10 nm, MNPs có kích thước khoảng 30-50 nm Ngồi ra, nhận thấy MNPs bọc xung quanh hạt AgNPs mạng lưới CS 100 nm Footer Page 29 of 148 100 nm Header Page 30 of 148 100 nm Hình 3.19: Ảnh TEM vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs Trong cấu trúc nanocompozit thu khơng có kết hợp học MNPs AgNPs mà có tương tác chúng thơng qua chất CS Tương tác MNPs AgNPs xảy lực Van der waals thông qua lượng bề mặt lớn hạt nano thành phần Mặt khác mạng lưới CS đóng vai trị chất tác nhân khâu mạch giúp phân tán đồng hạt MNPs hạt AgNPs tránh co cụm Tính chất siêu thuận từ Từ độ bão hòa nanocompozit CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs đánh giá phương pháp từ kế mẫu rung VSM Kết trình bày hình 3.20 Footer Page 30 of 148 Header Page 31 of 148 80 Ms (emu/g) Magnetization (emu/g) 60 Fe O /Ag-CS CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs Fe O 40 20 -20 -40 -60 -80 -15000 -10000 -5000 5000 Từ trƣờng H (Oe) 10000 15000 Magnetic field (Oe) Hình 3.20 Từ độ bão hòa CS/MNPs and CS/AgNPs-MNPs Từ độ bão hòa CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs tương ứng 79,1 67,5 emu/g, với hàm lượng pha từ Như vậy, từ độ bão hòa nanocompozit CS/AgNPs-MNPs giảm cấu trúc phân bố AgNPs bề mặt hạt MNPs Tuy nhiên giảm không đáng kể, vật liệu có từ độ bão hịa cao so với tài liệu công bố, chứng tỏ vật liệu nanocompozit chế tạo có triển vọng ứng dụng y sinh, ví dụ nhiệt trị hay phân tách sinh học Khả sinh nhiệt từ trƣờng xoay chiều CS/AgNPsMNPs (Đƣờng cong nhiệt trị chất lỏng từ hệ nanocompozit) Hình 3.21 trình bày đường đốt từ CS/AgNPs-MNPs từ trường từ 40 Oe đến 80 Oe, 236 kHz, với nồng độ hạt từ mg/ml Xu hướng bão hoà nhiệt độ xảy lượng toả từ hạt từ cân với nhiệt lượng truyền mơi trường xung quanh Mẫu có từ độ bão hồ lớn có tốc độ tăng nhiệt ban đầu nhiệt độ đốt bão hoà cao Dựa đường đốt từ nhiệt theo thời gian xác định công xuất tỏa nhiệt SLP vật liệu theo công thức: Footer Page 31 of 148 Header Page 32 of 148 SLP   Ci mi dT /m dt Trong Ci nhiệt dung riêng thành phần có khối lượng mi chất lỏng từ, điều kiện thí nghiệm bao gồm nước hạt từ, nhiệt dung riêng nước 4,186 J/gK, nhiệt dung riêng Fe3O4 0,65 J/gK [17], m khối lượng hạt từ, dT/dt tốc độ tăng nhiệt thời gian đốt Các thông số nhiệt độ bão hòa (TS), từ trường H (Oe), giá trị dT/dt SLP CS-AgNPs-MNPs xác định trình bày hình 3.21 bảng 3.2 60 80 Oe 70 Oe 60 Oe 50 Oe 40 Oe 55 50 o Nhiệt độT (( oC) C) 45 40 35 30 25 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 t (s) Thời gian (giây) Hình 3.21 Đường cong nhiệt trị chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs (1 mg/ml) giá trị từ trường khác Bảng 3.2: Các thông số Ts, dT/dt SLP chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs giá trị khác từ trường Từ trƣờng H(Oe) Footer Page 32 of 148 TS (oC) dT/dt (oC/s) SLP (W/g) 40 31,2 0,006 25,2 50 34,3 0,010 42,0 60 36,5 0,015 63,0 70 43,0 0,026 109,2 80 46,9 0,030 126,0 Header Page 33 of 148 Kết bảng 3.6 cho thấy nhiệt độ đốt bão hịa cơng suất tổn hao tăng lên, gần bão hòa thời gian 1200 s tất trường hợp Giá trị Ts từ trường 70 Oe 80 Oe cho giá trị > 42oC, phù hợp ứng dụng nhiệt điều trị ung thư (42÷47 oC) Ảnh hưởng nồng độ CS/AgNPs-MNPs tiếp tục khả sát điều kiện từ trường áp đặt 80 Oe, kết đường đốt nhiệt từ trình bày hình 3.22 60 mg/ml 0.7 mg/ml 0.5 mg/ml 0.3 mg/ml 55 50 48 y = 18.57x + 28.71 46 R2 = 0,99 40 35 42 TBH Ts (oC) T ( C) Nhiệt độo(oC) 44 45 40 38 36 30 34 25 0.2 200 400 600 800 t (s) 1000 1200 1400 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 C (mg/ml) Nồngnong độdo(mg/ml) 1600 Thời gian (giây) Hình 3.22 (A) Đường cong nhiệt trị chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs nồng độ khác từ trường 80 Oe; (B) Sự phụ thuộc nhiệt độ bão hòa vào nồng độ CS/AgNPs-MNPs Bảng 3.2 Các thông số Ts, dT/dt chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs nồng độ khác Nồng độ (mg/ml) CS/AgNPs-MNPs TS (oC) dT/dt (0C/s) 46,9 0,030 0,7 42,6 0,026 0,5 37,6 0,022 0,3 34,2 0,015 Khi khảo sát nồng độ CS/AgNPs-MNPs khác từ 0,3 ÷ mg/ml, cường độ từ trường 80 Oe, 236 kHz Các kết chứng tỏ đường cong nhiệt trị phụ thuộc mạnh mẽ vào nồng độ hạt từ dung dịch Footer Page 33 of 148 Header Page 34 of 148 Sự phụ thuộc gần tuyến tính (R2 ≈ 0.99) hình 3.21B Điều thuận lợi cho việc điều khiển xác nhiệt độ điều trị Với nồng độ 0,7 mg/ml cho giá trị nhiệt độ đốt bão hòa 42,6oC, giá trị phù hợp với nhiệt độ để diệt tế bào ung thư (42÷47 oC) Để tăng giá trị nhiệt độ đốt bão hịa này, ta tăng cường độ từ trường ngồi Hoạt tính sinh học Bảng 3.3: Kết kích thước vịng vơ khuẩn chủng vi khuẩn E Coli P aeruginosa Đƣờng kính vịng vơ khuẩn (mm) Mẫu E coli P aeruginosa CS/AgNPs-MNPs 20 24 CS/AgNPs 25 14 CS/MNPs - CS/AgNPs CS/AgNPs-MNPs Hình 3.23 Hình ảnh đĩa thạch xác định vịng vơ khuẩn dịng vi khuẩn E Coli Kết thu cho thấy vịng vơ khuẩn CS/AgNPs cao so CS/AgNPs-MNPs Q trình diệt khuẩn tiếp xúc hạt AgNPs với vi khuẩn Các hạt AgNPs CS/AgNPs linh động nên khả diệt khuẩn cao so CS/AgNPs-MNPs ảnh hưởng hạt MNPs Tuy nhiên, khả kháng khuẩn CS/AgNPs-MNPs tương đối mạnh, hạt Footer Page 34 of 148 Header Page 35 of 148 AgNPs tồn vật liệu thể hoạt tính kháng khuẩn tương đối cao phù hợp với cơng bố giới nhóm tác giả Ping Gong Bhupendra Thế mạnh nanocompozit hai thành phần thu hồi tái sử dụng lâu dài, tránh ảnh hưởng tiêu cực lên môi trường (nhờ có thành phần MNPs) Kết thu dịng vi khuẩn P aeruginosa trình bày hình 3.24: CS/AgNPs-MNPs CS/AgNPs-MNPs CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs CS/AgNPs3 CS/AgNPs3 Hình 3.24 Hình ảnh đĩa thạch xác định vịng vơ khuẩn dòng vi khuẩn P.aeruginosa CS/AgNPs, CS/MNPs, CS/AgNPs-MNPs Thực nghiệm xác định vịng vơ khuẩn dịng vi khuẩn P.aeruginosa cho kết thú vị, CS/AgNPs-MNPs có khả kháng khuẩn vượt trội so với CS/AgNPs Kết phù hợp với công bố M Kooti cộng Khả mang curcumin Khả mang Cur hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs đánh giá hấp thụ phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến, kết trình bày hình 3.25 Footer Page 35 of 148 Header Page 36 of 148 CS/AgNPs-MNPs –Cur CS/AgNPs – MNPs Độ hấp thụ (a.u) Cur Bƣớc sóng (nm) Hình 3.25 Phổ hấp phụ UV-vis CS/AgNPs, CS/AgNPs-MNPs, CS/AgNPs-MNPs – Cur Phổ hấp phụ UV-vis CS/AgNPs nanocompozit CS/AgNPsMNPs cho thấy chuyển dịch λmax từ 446nm đến 405nm Điều giải thích thay đổi bề mặt AgNPs tương tác với hạt nano MNPs Kết luận chung Trong khuôn khổ luận án này, tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng bước đầu khảo sát ứng dụng số vật liệu nanocompozit lai hữu cơ-vô cấu trúc nano chitosan: Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs: nghiên cứu ảnh hưởng ba phương pháp đến trình chế tạo CS/AgNPs Phương pháp sử dụng lị vi sóng có ưu điểm vượt trội hứa hẹn phương pháp chế tạo nano bạc ứng dụng y sinh Sản phẩm CS/AgNPs chế tạo phương pháp có độ bền cấu trúc cao, có khả diệt khuẩn có tiềm ứng dụng cao chế tạo vải kháng khuẩn Ngoài nanocompozit CS/AgNPs thể khả mang thuốc với kết thu ban đầu khả quan Vật liệu nano CS/MNPs: nghiên cứu chế tạo ba phương pháp đánh giá ảnh hưởng tích cực dịng khí nito lên Footer Page 36 of 148 Header Page 37 of 148 trình đồng kết tủa nâng từ độ bão hòa lên 79,1 emu/g Phương pháp chế tạo nano CS/MNPs đồng thời ứng dụng vật liệu phân tách, làm giàu sinh học thiết bị phân tích đa (lab on a chip) hệ vi lưu Vật liệu CS/AgNPs-MNPs: Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs tổng hợp thành cơng có cấu trúc tương đối chặt chẽ thể số tính chất đặc trưng kết hợp thành phần nanocompozit như: tính chất quang học, khả kháng khuẩn tương, từ tính tương đối mạnh có khả ứng dụng nhiệt trị tế bào ung thư Sự kết hợp tính chất từ, quang khả diệt khuẩn hệ vật liệu đa chức tương thích sinh học tiền đề để hướng tới mục tiêu chuẩn đoán điều trị Định hƣớng nghiên cứu + Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện thử nghiệm in vivo nhằm phát triển ứng dụng y sinh (cho mục đích chẩn đốn điều trị) hệ vật liệu đa chức năng, đặc biệt CS/AgNPs-MNPs + Phát triển hướng nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng phát triển ứng dụng (y sinh, môi trường) hệ vật liệu đa chức sở nanocompozit lai vô – hữu Một số điểm luận án - Luận án đề cập đến vấn đề quan tâm nhiều tìm kiếm hệ vật liệu đa chức năng, ứng dụng điều trị ung thư, sở tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu số nhóm nước Cụ thể, nghiên cứu trước dừng lại việc chế tạo ứng dụng riêng lẻ hệ đơn chức (hoá trị nhiệt trị ung thư), luận án đề cập đến hệ vật liệu đa chức năng, kết hợp đặc tính thành phần riêng rẽ nano bạc nano sắt từ CS mang thuốc curcumin có khả ứng dụng trị liệu kép ung thư (hoá trị + nhiệt trị) Footer Page 37 of 148 Header Page 38 of 148 - Luận án đưa phương pháp chế tạo nanocompozit chitosan sử dụng lị vi sóng Đây phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội chế tạo nanocompozit đa chức năng, so với phương pháp hoá học thơng thường trước Qui trình tổng hợp “hố học xanh” bước, sử dụng CS làm chất khử tiến hành lị vi sóng đơn giản hiệu quả, có nhiều ưu điểm vượt trội (độ tinh khiết cao, thời gian phản ứng ngắn) - Luận án sử dụng hệ vi lưu chế tạo nanocompozit CS/MNPs Đây lần Việt Nam, hệ vi lưu sử dụng chế tạo vật liệu nano Danh mục cơng trình cơng bố nghiên cứu sinh Ngoan Thi Nguyen, Binh Hai Nguyen, Duong Thi Ba, Dien Gia Pham,Tran Van Khai, Loc Thai Nguyen, Lam Dai Tran, Microwaveassisted synthesis of silver nanoparticles using Chitosan: A novel Approach, Materials and Manufacturing Processes (2014 Impact Factor: 1.62) , 29: 418–421, (2014) Thi Ngoan Nguyen, Hyeong Jin Joen, Bong Hyeon Kwon, Hyeong Hoon Kim, Dai Lam Tran, Karl Mortan, Jeung Sang Go, Synthesis fluorescent magnetic nanoparticles in a microchannel using the La Mer process and the characterization of their properties, Journal of Materials Science (2014 Impact Factor: 2.37), 49, 13, 4583-4589, (2014) Ngoan Thi Nguyen, Dai Lam Tran, Duc Cuong Nguyen, Thai Loc Nguyen, Thi Cham Ba, Binh Hai Nguyen, Thi Duong Ba, Nam Hong Pham, Dzung Tuan Nguyen, Thai Hoa Tran, Gia Dien Pham, Facile synthesis of multifunctional Ag/Fe3O4-CS nanocomposites for antibacterial and hyperthermic applications, Current Applied Physics (2014 Impact Factor: 2.21), 15, 11, 1482–1487, (2015) Footer Page 38 of 148 Header Page 39 of 148 Footer Page 39 of 148 ... rẽ vật liệu thành phần, tạo hệ nanocompozit đa chức có tiềm ứng dụng lĩnh vực y sinh Đề tài với tên ? ?Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô (Ag, F3O4) - hữu (chitosan) cấu trúc nano định. .. khuôn khổ luận án n? ?y, tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng bước đầu khảo sát ứng dụng số vật liệu nanocompozit lai hữu cơ -vô cấu trúc nano chitosan: Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs: nghiên cứu ảnh hưởng... hạt nano bạc, tính chất phương pháp chế tạo, ứng dụng y sinh, nanocompozit chứa nano bạc chitosan (CS/AgNPs): tính chất, ứng dụng ứng dụng y sinh; (iii): Hạt nano sắt từ, tính chất, ứng dụng y sinh,