Nghiên cứu tổng hợp và biến tính Fe3O4 nano dùng làm chất mang curcumin trong điều trị bệnh

Có nhiều cách để tổng hợp hạt nano oxit sắt từ nhưng trong đề tài nghiên cứu khoa học này chúng tôi sử dụng phương pháp “hóa học xanh”. “Hóa học xanh” (hay còn gọi là hóa học bền vững) là một khái niệm chỉ một ngành hóa học và kỹ thuật khuyến khích việc thiết kế các sản phẩm và quá trình giảm thiểu việc sử dụng và tạo ra các chất độc hại. Các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng tăng với nhiều hóa chất độc hại tồn tại trong môi trường, ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe và cuộc sống của nhiều cộng đồng dân cư trên thế giới, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Đứng trước những thách thức này, “hóa học xanh” sẽ là một hướng đổi mới quan trọng để giúp ngành công nghiệp hóa chất phát triển tiếp mà không lặp lại những sai lầm của quá khứ, giúp ngành hóa chất đi theo hướng phát triển bền vững, mang lại những lợi ích tích cực cả về kinh tế, môi trường, xã hội và toàn nhân loại. Trong vấn đề điệu trị ung thư, curcumin được ưu tiên lựa chọn làm thuốc đưa vào cơ thể vì tính chất nổi trội của curcumin là làm vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thư mới mà không làm ảnh hưởng đến các tế bào lành tính bên cạnh. Curcumin can thiệp vào hoạt động sao chép của NFκB là liên kết các bệnh viêm như ung thư. Curcumin có hoạt tính sinh học phong phú, như hoạt tính chống oxy hóa, chống viêm, diệt khuẩn, chống ung thư, đặc biệt ung thư trực tràng 2. Tuy nhiên, cucurmin rất ít tan trong nước, không bền trong quá trình trao đổi chất, và dẫn đến hạn chế trong các ứng dụng lâm sàng. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng để tăng tính tan trong nước và ứng dụng sinh học cho cucumin, các chất mang khác nhau được sử dụng để tạo viên thuốc dưới dạng mixen polymer, hạt nano lipit rắn, các hạt nano polymer, hạt vi cầu có khả năng phân hủy sinh học, lipit photpho, cyclodextrin. Vì lý do này, để gắn cucurmin lên bề mặt chất mang thì hạt nano oxit sắt từ phải được biến tính bề mặt 3. Sự biến đổi của bề mặt của các hạt nano Fe3O4 với các loại khác nhau của các polyme sinh học đã được thực hiện để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng y sinh học. Nhiều polyme tự nhiên như PEG, APTES, chitosan, tinh bột, và PVA đã được sử dụng như là những chất tiềm năng cho mục đích phủ lớp bề mặt 7. APTES (3aminopropyltriethoxysilane), một aminosilane đang được nghiên cứu rộng rãi trong việc biến tính bề mặt để gắn các phần tử sinh học thực hiện các chức năng khác nhau. Các hạt nano Fe3O4, khi được phủ với APTES sẽ có khả năng tương thích sinh học cao, độc tính thấp và tăng khả năng tương tác với các phần tử sinh học. Trong nghiên cứu này, chúng tôi biến tính bề mặt oxit sắt từ bằng APTES. Các nhóm silane được gắn lên bề mặt oxit sắt từ bằng liên kết cộng hóa trị và thông qua các nhóm amino hoạt hóa để kết hợp với curcumin 8. Chính vì lí do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và biến tính Fe3O4 nano dùng làm chất mang curcumin trong điều trị bệnh” bằng phương pháp “hóa học xanh” để điều chế các hạt nano từ tính. Sau đó nghiên cứu khả năng hấp phụ và giải hấp phụ curcumin của chúng. Từ đó đề xuất điều chế các hạt mang curcumin có tính chất từ dùng trong điều trị bệnh.

MỤC LỤCDANH MỤC CÁC BẢNG 4 DANH MỤC CÁC HÌNH _5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT _7 LỜI CẢM ƠN 8

MỞ ĐẦU 9

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài _9

2 Lý do chọn đề tài _13

3 Mục tiêu đề tài _15

4 Phương pháp, nội dung nghiên cứu _15

5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu _15

6 Cấu trúc báo cáo _15 Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 16 1.1 Giới thiệu về công nghệ nano _16 1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano 16 1.1.2 Vật liệu nano _16 1.1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano _17 1.1.3.1 Phương pháp từ trên xuống _17 1.1.3.2 Phương pháp từ dưới lên 17 1.2 Các hệ vận chuyển thuốc với kích thước nano _18 1.2.1 Khái niệm 18 1.2.2 Phân loại 19 1.3 Hạt nano sắt từ _21 1.3.1 Giới thiệu về nang sắt từ _21 1.3.2 Tính chất từ trong các hạt nano Fe3O4 22 1.3.3 Phương pháp tổng hợp hạt oxit sắt từ 24 1.3.4 Ứng dụng của hạt nano oxit sắt từ _24 1.3.4.1 Phân tích và chọn lọc tế bào, ADN 24 1.2.4.2 Dẫn truyền thuốc 26

1.4 Tổng quan về chè xanh 28 1.4.1 Đặc điểm cây chè 28 1.4.2 Thành phần hóa học của lá chè 28 1.4.2.1 Sơ lược về chất tanin trong lá chè 28 1.4.2.2 Phân loại và cấu tạo 28 1.4.2.3 Tính chất của tanin 30 1.4.2.4 Công dụng của tanin _31 1.5 Tổng quan về APTES _32 1.6 Curcumin _33 1.6.1 Giới thiệu về curcumin _33 1.6.2 Cấu trúc của curcumin _34 1.6.3 Dược động học của curcumin _35 1.6.4 Tác dụng dược lý của curcumin _36 1.6.5 Hoạt tính chống ung thư của curcumin _37 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 39 2.1 Tổng hợp và biến tính vật liệu 39 2.1.1 Hóa chất _39 2.1.2 Dụng cụ _39 2.1.3 Quy trình định lượng chất khử trong dung dịch chiết lá chè 39 2.1.4 Tổng hợp Fe3O4 nano bằng phương pháp “tổng hợp xanh” (Green

Synthesis) với các tỉ lệ khác nhau _40

2.1.5 Quy trình biến tính Fe3O4 bằng APTES trong các dung môi khác nhau_41 2.1.6 Quy trình hấp phụ curcumin 42 2.1.7 Quy trình giải hấp phụ curcumin 43 2.2 Các phương pháp đặc trưng vật liệu _43 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) 43 2.2.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 44 2.2.3 Phổ hồng ngoại (IR) _45 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN _46

3.1 Định lượng chất khử trong dung dịch chiết lá chè 46 3.2 Đặc trưng vật liệu oxit sắt từ Fe3O4 46 3.2.1 Giản đồ XRD _47 3.2.2 SEM 49 3.2.3 Phổ IR 50 3.3 Biến tính bề mặt Fe3O4 bằng APTES trong các dung môi khác nhau 51 3.3.1 Giản đồ XRD _51 3.3.2 Phổ IR 52 3.4 Đánh giá khả năng hấp phụ curcumin 53 3.4.1 Xây dựng đường chuẩn dung dịch curcumin _53 3.4.2 Đánh giá khả năng hấp phụ curcumin 54 3.5 Đánh giá khả năng giải hấp phụ curcumin 56 KẾT LUẬN _57 TÀI LIỆU THAM KHẢO _58

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.2 Mật độ quang của curcumin ở các nồng độ khác nhau 53

Bảng 3.3 Dung lượng hấp phụ của curcumin trên bề mặt vật liệu 55

Bảng 3.4 Phần trăm giải hấp curcumin của các mẫu sau khi hấp phụ 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Các loại nano phân chia theo thành phần cấu tạo 19

Hình 1.2 Các loại nano phân chia theo tính chất bề mặt 20

Hình 1.3 Vị trí tứ diện và bát diện trong mạng tinh thể Fe3O4 21

Hình 1.5 Đường cong từ hóa của vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước 23

Hình 1.6 Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường 25

Hình 1.7 Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường sử dụng bốn thanh nam

châm tạo ra một gradient từ trường xuyên tâm 25

Hình 1.8 Nguyên lí dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính 27

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES) 32

Hình 1.10 Các cách liên kết khác nhau của APTES với bề mặt chất nền 33

Hình 1.11 Cấu trúc của 3 loại curcuminoids chính trong củ nghệ 34

Hình 1.13 Cấu trúc một số chất chuyển hóa quan trọng của curcumin 36

Hình 1.14 Sơ đồ thuộc tính chống ung thư của nanocurcumin 38

Hình 2.1 Hình ảnh quy trình tổng hợp Fe3O4 nano 41

Hình 2.2 Hình ảnh quy trình biến tính bề mặt Fe3O4 bằng APTES 42

Hình 3.1 Thử từ tính của các mẫu vật liệu bằng nam châm vĩnh cửu 47

Hình 3.2 Giản đồ XRD của một mẫu Fe3O4 đối chứng (a) và các mẫu vật

Hình 3.4 Hình ảnh SEM của mẫu vật liệu 35:50 – Fe3O4 50

Hình 3.7 Giản đồ XRD của mẫu so sánh (a), 35:50-Fe3O4 và các mẫu phủ

Hình 3.8 Phổ IR của 35:50-Fe3O4 và các mẫu biến tính bằng APTES 53

Hình 3.10 Phổ IR của curcumin nguyên chất và các mẫu hấp phụ curcumin 55

LỜI CẢM ƠN

Thay mặt các thành viên trong nhóm nghiên cứu, em xin gửi lời cảm ơn chân thànhtới Ban giám hiệu trường Đại Học Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, các giảng viêntrong trường, trong khoa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em có thể hoàn thành đềtài Nghiên cứu khoa học sinh viên

Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Võ Viễn, người đãtrực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài nghiêncứu khoa học này Với sự quan tâm hướng dẫn tận tình của thầy, chúng em đã từng bướclàm quen với quá trình nghiên cứu và đã có những thành quả nhất định Trong suốt quátrình được thầy hướng dẫn, chúng em cũng học được từ thầy rất nhiều về kiến thứcchuyên môn, tác phong làm việc và những điều bổ ích khác Một lần nữa em xin gửi lờicảm ơn đến thầy, chúc thầy luôn khỏe mạnh và thành công trong công việc

Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các giảng viên phụ trách ở Trung tâm thínghiệm thực hành, các anh chị cao học K18, K19 đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em trongsuốt quá trình thực nghiệm

Cuối cùng, em cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến những người thân trong giađình và các bạn bè đã động viên giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Đề tài lần này là một đề tài khá mới, mặc dù đã rất cố gắng và nỗ lực nhưng vì hạnchế về thời gian, kinh nghiệm cũng như kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếusót Em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của quý thầy cô để đề tài hoàn thiện

và có hướng tiến bộ vươn xa hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Quy Nhơn, tháng 4 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Thị Hồng Nhung

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Cuối thập niên 80, công nghệ nano bắt đầu phát triển và thu được nhiều thành quả tolớn nhờ vào những tính chất rất đặc biệt của chúng mà các vật liệu truyền thống không cóđược Tính đặc biệt của vật liệu nano có được là nhờ vào kích thước nhỏ bé của chúng.Nhờ vào những thuộc tính mới lạ này mà vật liệu nano được ứng dụng không chỉ trongnghiên cứu mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: dùng hạt nano trongcông nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm, làm sạch môi trường; ứng dụng trong ngànhdược, chẩn đoán và điều trị bệnh Dựa trên những đặc tính vật lý, hóa học, nhiệt học và cơhọc, các hạt nano siêu thuận từ mở ra tiềm năng lớn cho những ứng dụng y sinh: làm tácnhân tăng độ tương phản trong máy cộng hưởng từ hạt nhân, phân tách và chọn lọc tế bào,hiệu ứng đốt nhiệt và phân phát thuốc, Trong tất cả các ứng dụng trên đòi hỏi hạt nano

từ phải có độ bão hoà lớn, tương thích sinh học và được chức năng hóa bề mặt Để đápứng được những yêu cầu trên thì sắt là vật liệu được ưu tiên nhất, sắt có độ bão hòa lớnnhất ở điều kiện nhiệt độ phòng, sắt không độc với cơ thể người và có tính ổn định khilàm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như oxit sắt từ được nghiên cứunhiều để làm hạt nano từ tính Hai loại oxit sắt ứng dụng nhiều trong y sinh học làmaghemite (γ - Fe2O3) và magnetite (Fe3O4), trong đó magnetite là vật liệu được dùng phổbiến nhất Bề mặt của các hạt này được cải biến thông qua việc bọc một vài lớp nguyên tửcủa các polimer hữu cơ, kim loại (Au), các oxit vô cơ (như SiO2, Al2O3) và xa hơn nữa làchức hóa bằng việc gắn các các phân tử có hoạt tính sinh học khác nhau như chitosan,APTES, PEG, …

Hiện nay thế giới quan tâm nhiều đến việc ứng dụng hạt nano từ để chuẩn đoán vàđiều trị bệnh nhất là các căn bệnh ung thư Để tăng tính tương thích sinh học, các hạt nanođược bao phủ bởi một loại hóa chất có tính phù hợp sinh học như là dextran, polyvinylalcohol (PVA), Đặc biệt đối với quá trình chữa trị ung thư, kháng thể được sử dụngphải là kháng thể có khả năng vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tếbào ung thư mới, ngăn chặn di căn Kháng thể curcumin là lựa chọn hoàn hảo cho việcđiều trị ung thư vì theo nghiên cứu cho thấy rằng curcumin có tính chất chống ung thư,

chống ôxi hóa, chống viêm khớp, chống thoái hóa, chống thiếu máu cục bộ và khángviêm Curcumin làm vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bào ungthư mới Curcumin có triển vọng trong việc chống ung thư, đặc biệt là ung thư trực tràng[2].

Jinsong Liu và cộng sự [9] đã tiến hành điều chế và đặc trưng các hạt nano cationcurcumin để cải thiện sự hấp thu tế bào, nghiên cứu này cho thấy các hạt nano cationcurcumin, chitosan và poly(-caprolactone) đã được điều chế bằng phương pháp kết tủanano đơn giản Curcumin phát triển trên nền hạt nano chitosan/poly(-caprolactone)(chitosan/PCL) phần lớn cho dạng cấu trúc cầu và có đường kính khác nhau trong khoảng

220 nm và 360 nm, với thế zeta khác biệt giữa +30 mV và 0 mV theo giá trị pH Sự baobọc curcumin vào các hạt nano phù hợp với kết quả phân tích huỳnh quang Nghiên cứu

sự nhả in vitro cho thấy khả năng nhả duy trì liên tục của curcumin từ các hạt nano trong suốt khoảng thời gian 5 ngày nghiên cứu Kiểm tra độ độc tế bào in vitro phát hiện thấy

nồng độ thuốc phụ thuộc vào khả năng tồn tại tế bào kháng lại các tế bào Hela và OCM-1

sau 48 giờ với thời kỳ ủ bệnh Hơn nữa, nghiên cứu sự hấp thu tế bào in vitrocho thấy sựhấp thu tế bào của curcumin được cải thiện mạnh do quá trình kết nang curcumin vào bêntrong các hạt cation chitosan/PCL Do đó, phát triển các hạt cation chitosan/PCL có thể làứng cử viên triển vọng cho sự phân phối thuốc đối với các tế bào ưng thư

M Popova [11] và cộng sự đã sử dụng phương pháp mới điều chế hệ thống phân phốithuốc có khả năng hòa tan kém dựa trên các hạt nano MCM-41 mao quản trung bình đượcchức năng hóa Theo nghiên cứu này, silica MCM-41 với dạng cầu và kích thước hạt nhỏ(100 nm) đã được tổng hợp và biến tính bằng phương pháp sau tổng hợp (post-synthesis)với các nhóm carboxylic và/hoặc amino Phản ứng trạng thái rắn được áp dụng lần đầucho việc tẩm thuốc mesalazine (5-aminosalicylic acid-5-ASA) kém tan Quá trình tẩmhoặc không tẩm thuốc trên chất mang silica được đặc trưng bằng XRD, TEM, hấp phụ vật

lý N2, phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt, FT-IR và phổ NMR trạng thái rắn Việc tínhtoán lượng tử được sử dụng để dự đoán sự tương tác giữa phân tử thuốc và các nhómchức của chất mang Các hạt nano được phủ sau bằng natri alginate và phủ thay đổi tỷ lệnhả mesalazine từ các hạt MCM-41-NH2 và MCM-41-NH2COOH Đánh giá độ độc tế

bào trên tế bào giải phẫu ung thư tuyến liên quan đến việc phủ alginate làm giảm tính độccủa mesalazin tẩm sau phủ (post-coated) so với mesalazine tinh khiết Chức năng hóa,polyme phủ lên hệ mesoporous phù hợp hệ thống phân phối thuốc.

Daniel và cộng sự [12] đã tiến hành hấp phụ và nhả các phân tử thuốc từ vật liệusilica dạng lập phương FDU-12 và dạng khối lục phương SBA-15 đã được kiểm tra bằngviệc chức năng hóa các tính chất bề mặt và cấu trúc hóa học Bề mặt của mao quản trungbình được lựa chọn chức năng hóa sử dụng 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPTS)

và N-(2-aminoethyl)-aminopropyl dimethoxymethylsilane (APMS) tạo ra bề mặt silicađiện tích âm và dương Việc thử nghiệm quá trình hấp phụ và khả năng nhả thuốc cả chấtkháng sinh cefuroxime và các phân tử kháng sinh có nguồn gốc streptomyces đã đượcnghiên cứu Các phân tử thuốc được dẫn tới các bộ phận bên trong mesopores, kết quảnày được xác nhận sau khi phân tích định dạng chiều sâu XPS, và định hướng tới với việctẩm đồng nhất Cấu trúc lập phương 3D và kích thước rộng của mao quản hình cầu củavật liệu FDU-12 nâng cao khả năng tẩm kháng sinh trên đơn vị diện tích bề mặt và chothấy sự nhả thuốc được duy trì hơn so với SBA-15 trong các điều kiện tương tự

Nghiên cứu về nano từ trong y học tại Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay, nhu cầu chẩn đoán sớm một số bệnh nan y là rất lớn Mặt khác,bài toán sử dụng hợp lý một số thuốc đặc trị (tiết kiệm thuốc, trị đúng địa chỉ, giảm cácphản ứng phụ, tiết kiệm chi phí) cũng là vấn đề cần được giải quyết

N T Khuat, và cộng sự [1] đã điều chế các hạt nano từ Fe3O4 bằng phương phápđồng kết tủa, sau đó chức năng hóa bằng lớp kép bằng chất hoạt động bề mặt (lõi/axitoleic/natri dodecyl sulfat) để ứng dụng làm chất mang thuốc, các hạt nano từ phủ lớp képđược tẩm thuốc kháng sinh chloramphenicol để khảo sát ảnh hưởng của quá trình nhả

thuốc trên vi khuẩn Escherichia coli (E.coli) Nước hòa tan chloramphenicol và

chloramphenicol phủ các hạt nano từ tính Nghiên cứu chỉ ra rằng các hạt nano từ tính nhảthuốc kháng sinh từ từ, do đó, duy trì độ ổn định và ảnh hưởng của thuốc kháng sinh lâuhơn so với thuốc kháng sinh hòa tan trong nước thông thường

Một nghiên cứu khác của C.V Thach và cộng sự [3] đã sử dụng phương pháp đồngkết tủa để tổng hợp các hạt nano từ tính (MNPs) bằng phản ứng giữa dung dịch

FeCl2/FeCl3 với amoniac Kích thước của hạt MNPs có thể được điều khiển từ 10nm đến14,6nm bằng sự thay đổi nồng độ dung dịch Các hạt siêu từ tính ở nhiệt độ phòng, sự từtính bão hòa của MNPs tăng lên cùng với sự tăng nồng độ của các chất phản ứng Các hạtnano từ tính được phủ bằng đơn lớp axit oleic (OA) có bề mặt kỵ nước hoặc với lớp képaxit oleic/natri dodecyl sulfat (OA/SDS) có bề mặt ưa nước Các hạt phủ có thể đượcphân tán trong n-hexan hoặc nước OA/SDS phủ các hạt nano được sử dụng để tẩm thuốckháng sinh chloramphenicol.

Phạm Xuân Núi và cộng sự [4] đã tổng hợp các hạt nano từ tính chitosan-Fe3O4 bằngphương pháp đồng kết tủa sử dụng glutaraldehyde là tác nhân tạo liên kết ngang cho cốđịnh hóa enzyme lipase Enzyme lipase được cố định trên cơ sở tạo liên kết peptit thôngqua cầu nối là glutaraldehyde với các hạt nano từ tính chitosan-Fe3O4 Đặc trưng của hệxúc tác được phân tích bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét(SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phổ hồng ngoại (FT-IR) Qua đặc trưng củaphương pháp cho thấy enzyme lipase được cố định trên các hạt nano từ tính, các hạt códạng vi cầu, với kích thước từ 12 - 15nm Hệ xúc tác tổng hợp được sử dụng cho quá trìnhtrao đổi este hóa chéo thành metyl este với độ chuyển hóa 93% trong 30 giờ phản ứng, ởnhiệt độ 40oC, sử dụng metanol cho quá trình phản ứng theo 3 giai đoạn và tỷ lệ mol dầu/metanol là 1:4

Nhóm nghiên cứu Hà Phương Thư và cộng sự ở Viện khoa học vật liệu [6] đã địnhhướng nghiên cứu quy trình chế tạo và đánh giá tác động lên tế bào ung thư của hệ nanocopolymer tương thích sinh học mang paclitaxel phối hợp curcumin với định hướng thử

nghiệm in vitro và in vivo xác minh: độc tính, hiệu quả diệt tế bào ung thư do khởi phát

con đường chết theo chương trình, khả năng hướng đích lên tế bào ung thư và chuột thínghiệm

Nano curcumin là kết quả của đề tài nghiên cứu do PGS.TS Phạm Hữu Lý, Viện Hóahọc, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam làm chủ nhiệm Từ năm 2012 đãtạo ra sản phẩm nano curcumin bằng cách sử dụng sóng siêu âm cao tần, biến curcuminthành những phần tử kích thước nano nhằm nâng cao hiệu quả điều trị một số bệnh lý.Với kích thước siêu nhỏ (30nm - 100nm) giúp nano curcumin hòa tan tốt trong nước gấp

nhiều lần, đồng thời thẩm thấu vào máu nhanh hơn, phát huy hiệu quả điều trị gấp 40 lần

so curcumin thông thường Sản phẩm có tác dụng hỗ trợ tốt trong điều trị viêm loét dạdày, tá tràng; phục hồi vết thương, vết loét, nhanh liền sẹo sau phẫu thuật; ngăn ngừa, hạnchế sự tiến triển của khối u và phục hồi sức khỏe, làm đẹp làn da cho phụ nữ sau sinh

2 Lý do chọn đề tài

Toàn cầu hiện có khoảng 23 triệu người đang sống chung với căn bệnh ung thư, trong

đó mỗi năm có hơn 14 triệu người mắc mới và 8,2 triệu người tử vong Vì vậy, nhu cầudược liệu điều trị và ngăn ngừa ung thư là cần thiết Tuy nhiên, phương pháp hóa trị liệuthường dùng lại không có tính đặc hiệu Khi vào cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ không phân

bố tập trung nên các tế bào mạnh khỏe cũng sẽ bị ảnh hưởng, gây nên tác dụng phụ củathuốc Chính vì thế, việc sử dụng các hạt từ tính làm chất dẫn thuốc đến đúng vị trí cầnthiết cho cơ thể đang được chú trọng, đặc biệt là hạt có kích thước nano Hạt nano vớikích thước cực kì nhỏ kết hợp với các thành phần thuốc chuyên dụng sẽ dễ dàng lưuthông trong cơ thể người Ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính và

đã được nghiên cứu từ những năm 1970 Việc sử dụng ứng dụng này đem lại 2 lợi ích: thuhẹp phạm vi phân bố của thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc vàgiảm lượng thuốc điều trị

Hạt nano từ tính được lựa chọn để sử dụng trong dược liệu thường là oxit sắt từ, vậtliệu này đuộc quan tâm đến không những chỉ về kích thước hạt nano mà còn là hiện tượng

từ tính bất thường gọi là siêu thuận từ Oxit sắt từ được sử dụng nhiều trong lĩnh vực ysinh học, hạt nano Fe3O4 được xử lí biến tính bề mặt, một mặt làm tăng sự ổn định hóahọc của các hạt nano, mặt khác có thể cải thiện tương thích sinh học của hạt nano

Có nhiều cách để tổng hợp hạt nano oxit sắt từ nhưng trong đề tài nghiên cứu khoa

học này chúng tôi sử dụng phương pháp “hóa học xanh” “Hóa học xanh” (hay còn gọi

là hóa học bền vững) là một khái niệm chỉ một ngành hóa học và kỹ thuật khuyến khíchviệc thiết kế các sản phẩm và quá trình giảm thiểu việc sử dụng và tạo ra các chất độc hại.Các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt, vấn đề ô nhiễm môi trường ngàycàng tăng với nhiều hóa chất độc hại tồn tại trong môi trường, ảnh hưởng không nhỏ đếnsức khỏe và cuộc sống của nhiều cộng đồng dân cư trên thế giới, đặc biệt đối với các

nước đang phát triển Đứng trước những thách thức này, “hóa học xanh” sẽ là một hướng

đổi mới quan trọng để giúp ngành công nghiệp hóa chất phát triển tiếp mà không lặp lạinhững sai lầm của quá khứ, giúp ngành hóa chất đi theo hướng phát triển bền vững, manglại những lợi ích tích cực cả về kinh tế, môi trường, xã hội và toàn nhân loại

Trong vấn đề điệu trị ung thư, curcumin được ưu tiên lựa chọn làm thuốc đưa vào cơthể vì tính chất nổi trội của curcumin là làm vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hìnhthành các tế bào ung thư mới mà không làm ảnh hưởng đến các tế bào lành tính bên cạnh.Curcumin can thiệp vào hoạt động sao chép của NF-κB là liên kết các bệnh viêm như ungB là liên kết các bệnh viêm như ungthư Curcumin có hoạt tính sinh học phong phú, như hoạt tính chống oxy hóa, chốngviêm, diệt khuẩn, chống ung thư, đặc biệt ung thư trực tràng [2] Tuy nhiên, cucurmin rất

ít tan trong nước, không bền trong quá trình trao đổi chất, và dẫn đến hạn chế trong cácứng dụng lâm sàng Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng để tăng tính tan trong nước vàứng dụng sinh học cho cucumin, các chất mang khác nhau được sử dụng để tạo viên thuốcdưới dạng mixen polymer, hạt nano lipit rắn, các hạt nano polymer, hạt vi cầu có khảnăng phân hủy sinh học, lipit photpho, cyclodextrin Vì lý do này, để gắn cucurmin lên bềmặt chất mang thì hạt nano oxit sắt từ phải được biến tính bề mặt [3]

Sự biến đổi của bề mặt của các hạt nano Fe3O4 với các loại khác nhau của các polymesinh học đã được thực hiện để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng y sinhhọc Nhiều polyme tự nhiên như PEG, APTES, chitosan, tinh bột, và PVA đã được sửdụng như là những chất tiềm năng cho mục đích phủ lớp bề mặt [7]

APTES (3-aminopropyltriethoxysilane), một aminosilane đang được nghiên cứu rộngrãi trong việc biến tính bề mặt để gắn các phần tử sinh học thực hiện các chức năng khácnhau Các hạt nano Fe3O4, khi được phủ với APTES sẽ có khả năng tương thích sinh họccao, độc tính thấp và tăng khả năng tương tác với các phần tử sinh học Trong nghiên cứunày, chúng tôi biến tính bề mặt oxit sắt từ bằng APTES Các nhóm silane được gắn lên bềmặt oxit sắt từ bằng liên kết cộng hóa trị và thông qua các nhóm amino hoạt hóa để kếthợp với curcumin [8]

Chính vì lí do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và

biến tính Fe 3 O 4 nano dùng làm chất mang curcumin trong điều trị bệnh” bằng phương

pháp “hóa học xanh” để điều chế các hạt nano từ tính Sau đó nghiên cứu khả năng hấp

phụ và giải hấp phụ curcumin của chúng Từ đó đề xuất điều chế các hạt mang curcumin

có tính chất từ dùng trong điều trị bệnh

3 Mục tiêu đề tài

Tổng hợp và biến tính các hạt nano oxit sắt từ bằng APTES, nghiên cứu khả năng hấpphụ và giải hấp phụ curcumin của chúng trong điều trị bệnh

4 Phương pháp, nội dung nghiên cứu

Để thực hiện đề tài, chúng tôi sẽ thực hiện các phương pháp sau:

- Tổng hợp nano Fe3O4 bằng cách dùng dung dịch chiết lá chè xanh cho tác dụng vớidung dịch Fe(NO3)3 trong các tỉ lệ khác nhau, sau đó biến tính bằng APTES

- Đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như:

 Phương pháp nhiễu xạ tia X

 Phương pháp phổ hồng ngoại IR

 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

- Đánh giá khả năng hấp phụ, giải hấp phụ của curcumin bằng phương pháp đo quangUV-Vis

5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Tổng hợp và biến tính các hạt Fe3O4 nano từ bằng APTES dùng làm chấtmang curcumin

- Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp và biến tính các hạt Fe3O4 nano bằng APTES dùnglàm chất mang curcumin ứng dụng trong chữa bệnh quy mô phòng thí nghiệm

6 Cấu trúc báo cáo

Mẫu báo cáo gồm 3 chương:

- Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

- Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM

- Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano

Tiền tố nano xuất hiện trong tài liệu khoa học lần đầu tiên vào năm 1908, khiLohmann sử dụng nó để chỉ các sinh vật nhỏ với đường kính 200 nanomet Vào năm

1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano hàm ý sự liên kết các vậtliệu cho kỹ thuật chính xác trong tương lai Hiện tại trong khoa học tiền tố nano biểu thịkích thước 1 phần tỷ mét

Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế,

phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hìnhdáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m) Ranh giới giữa công nghệnano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng

là vật liệu nano

1.1.2 Vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet Về trạngthái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí Vật liệu nanođược tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng vàkhí Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự

do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử

được tự do trên một chiều, ví dụ: dây nano, ống nano

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều

tự do, ví dụ: màng mỏng

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một

phần của vật liệu có kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, mộtchiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

Vật liệu nano là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó liênkết hai lĩnh vực trên với nhau Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của

chúng, từ vài nanomet đến vài trăm nanomet phụ thuộc vào bản chất vật liệu và tínhchất cần nghiên cứu.

Ngày nay vật liệu nano đang được quan tâm rất nhiều vì nó không thể thiếu trongcông nghệ hiện đại, là thành phần của nhiều máy móc, thiết bị điện, nó đi sâu vào trongđời sống hiện đại và đang dần dần chiếm một ý nghĩa rất lớn đối với đời sống của conngười nhờ vào các tính chất đặc biệt của chúng mà các vật liệu truyền thống trước đókhông có được

1.1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up) Phương pháp từ trên xuống là phương

(top-pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương (top-pháp từ dưới lên làphương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử

1.1.3.1 Phương pháp từ trên xuống

Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt

thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rấthiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làmvật liệu kết cấu) Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với nhữngviên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máy nghiền có thể lànghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡbột đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano).Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạngcực lớn (có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu, đó là các phương pháp SPD (phươngpháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (severe plastic deformation)) điển hình Nhiệt

độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia cônglớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi

là biến dạng nguội Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc haichiều (lớp có chiều dày nanomet) Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phươngpháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano

1.1.3.2 Phương pháp từ dưới lên

Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion Phương pháp từ dưới

lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này.Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, phương pháp hóa học hoặc kết hợp

cả hai

 Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyểnpha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc baynhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nungnóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt đểxảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phươngpháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính

 Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion Phương pháphóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thayđổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phươngpháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kếttủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp này có thể tạo các hạt nano,dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

 Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật

lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này có thể tạo các hạtnano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

1.2 Các hệ vận chuyển thuốc với kích thước nano

1.2.1 Khái niệm

Hệ vận chuyển thuốc kích thước nano là hệ được cấu tạo như các hạt nano có kíchthước từ 1-1000 nm, với thiết kế thích hợp có vai trò như một phương tiện vận chuyểnchuyên biệt, đảm bảo vận chuyển các hoạt chất đến đích, được sử dụng để vận chuyểndược chất đến các bộ phận mong muốn trong cơ thể với liều lượng thích hợp và theo đúngthời gian mong muốn, đảm bảo được 3 yếu tố góp phần tạo nên tính an toàn và hiệu quảcủa thuốc: đúng nơi, đúng lúc và đúng liều Các hệ vận chuyển thuốc có nhiều triển vọng

là polymer-micelles, dendrimers, các hạt nano có nguồn gốc kim loại polymer, ceramic,

protein, virus, và các hạt nano liposome [14] Các dược chất hoặc các tác nhân chẩn đoán

sẽ được đưa vào bên trong liên kết hoá học hoặc gắn vào bề mặt của các hạt nano này

1.2.2 Phân loại

Hiện nay các hạt nano vận chuyển thuốc thường được phân loại theo thành phần cấutạo, cấu trúc và đặc tính bề mặt của hạt nano Thành phần cấu tạo của các hạt nano chủyếu là polyme, lipid và các hợp chất vô cơ, do vậy có thể phân thành 3 lớp lớn:

 Hạt nano polyme (polymeric nanoparticles)

 Hạt nano lipid (lipid nanoparticles)

 Hạt nano vô cơ (inorganic nanoparticles)

Hình 1.1 Các loại nano phân chia theo thành phần cấu tạo [13]

Phân loại theo cấu trúc, các hạt nano có thể chia thành 3 dạng [15]:

 Hạt nano cấu trúc dạng màng bao: cấu tạo giống như túi (vesicle) hoặc nang(capsule), gồm một thành phần polymer hoặc một màng đơn hay màng kép lipid baoquanh một lõi có thể ở trạng thái rắn, rắn-lỏng hoặc lỏng ưa nước hoặc ưa dầu

 Hạt nano cấu trúc dạng khung xốp (matrix): khung xốp polyme, lipid hoặc các hợpchất vô cơ phân bố đều bên trong hạt nano thường có dạng hình cầu

 Hạt nano cấu trúc dạng phức hợp (complex): thường là một phức hợp đa thành phầngiữa polymer hoặc lipid tích điện dương và hoạt chất tích điện âm (protein, peptit và axitnucleic) kết hợp với nhau nhờ tương tác điện tích

Phân loại theo tính chất bề mặt của hạt nano, dựa trên các thay đổi bề mặt hạt nanonhư: tính ưa dầu, hiệu ứng cản trở không gian và thành phần cấu tạo bề mặt nhằm hướnghạt nano đến đích tác dụng Các hạt nano này có thể được chia làm 3 loại:

 Hạt nano thụ động (pasive nanoparticles): bề mặt không có sự cản trở về mặt khônggian và thường ưa dầu Các hạt nano này dễ dàng bị opsonin hóa bởi các protein huyếttương trong tuần hoàn và sau đó bị bắt giữ bởi tế bào thực bào đơn nhân có các receptor

bề mặt nhận biết đặc hiệu protein huyết tương, rồi di chuyển chủ yếu đến vùng gan, lách,

vì vậy các hạt nano này thường được gọi là hạt nano hướng gan lách

 Hạt nano Stealth® (Stealth® nanoparticles): bề mặt hạt nano được bao phủ bởi lớppolymer ưa nước và linh động như polyethylenglycol (PEG), polysaccharide, poloxamer,poloxamine Các hạt nano này thường liên kết cộng hóa trị với PEG trên bề mặt lên có thểgọi là hạt nano ghép PEG Nhờ thay đổi cấu trúc bề mặt, các hạt nano này hầu như không

bị opsonin và bắt giữ thực bào Do vậy thường được áp dụng để điều trị bệnh ngoài vùnggan lách

 Hạt nano chủ động (active nanoparticles): Các hạt nano được gắn kết với các ligandtrên bề mặt nhằm nhận biết đặc hiệu các receptor ở mô và tế bào đích Các hạt nano nàycòn được gọi là hạt nano hướng đích

Hình 1.2 Các loại nano phân chia theo tính chất bề mặt [17]

1.3 Hạt nano sắt từ

1.3.1 Giới thiệu về nang sắt từ

Oxit sắt từ Fe3O4 (Magnetite) được viết dưới dạng: Fe+2(Fe+3O2)2 hoặc FeO.Fe2O3.Trong đó, tỉ lệ Fe2+ và Fe3+ là 1:2 Hạt oxit sắt từ Fe3O4 có cấu trúc tinh thể ferit lậpphương cấu trúc spinel đảo, thuộc nhóm đối xứng Fd3m, hằng số mạng a=b=c= 0.8396 nm

Số phân tử trong một ô cơ sở Z=8, gồm 56 nguyên tử trong đó 8 ion Fe2+, 16 ion Fe3+ và

32 ion O2

. Bán kính của nguyên tử oxi lớn (cỡ 1.32A°) do đó O2- trong mạng hầu như nằmsát nhau tạo thành một mạng lập phương tâm mặt Cấu trúc spinel có thể xem như đượctạo ra từ mặt phẳng xếp chặt của các ion O2- với các lỗ trống tứ diện và bát diện được lấpđầy bằng các ion kim loại Các ion kim loại chiếm vị trí trống bên trong và chia làm hainhóm:

Nhóm các chỗ mạng 8A (nhóm A) gọi là chỗ tứ diện, loại này có số phối trí bằng bốn,mỗi ion kim loại được tạo bởi bốn ion O2-

Nhóm các chỗ mạng 16B (nhóm B) gọi là chỗ bát diện, loại này có số phối trí bằngsáu, mỗi ion kim loại được bao bởi sáu ion O2-

Hình 1.3 Vị trí tứ diện và bát diện trong mạng tinh thể Fe3O4 [5]

Dựa trên quan điểm hóa trị phân chia ferit spinel thành các loại như sau:

Spinel thường: Công thức chung có dạng Me[Fe2O4]= MeO.Fe2O3 (dấu móc vuôngđược sử dụng để đại diện cho vị trí bát diện) Các cation kim loại Me2+ chiếm các vị trí tứdiện (A) và các ion Fe3+ chiếm các vị trí bát diện (B) Như vậy tỉ số ion O2- bao quanh các

vị trí A và B là 2/3

Spinel đảo: Các ferit có số ion Fe3+ đặt một nửa tại vị trí A, phần còn lại cùng với

Me2+ chiếm vị trí B Sự sắp xếp này được biểu thị cho các hợp chất như Fe3+ [Me2+Fe3+]

Hình 1.4 Cấu trúc spinel đảo của Fe3O4 [8]

1.3.2 Tính chất từ trong các hạt nano Fe3O4

Magnetile (Fe3O4) thuộc loại vật liệu sắt từ Vật liệu sắt từ thường thể hiện tính trễ từ

do vật liệu có tính dị hướng theo trục tinh thể Tuy nhiên, nếu kích thước vật liệu nhỏ đi,chuyển động nhiệt sẽ có thể phá vỡ trạng thái trật tự từ giữa các hạt thì vật liệu sắt từ trởthành vật liệu siêu thuận từ Đặc điểm quan trọng của vật liệu siêu thuận từ là có từ độ lớnkhi có từ trường ngoài và mất hết từ tính khi từ trường ngoài bằng không

Đối với loại vật liệu sắt từ này, các mômen từ sắp xếp thành hai phân mạng phản songsong nhưng độ lớn mômen từ trong hai phân mạng không bằng nhau, dẫn đến từ độ tổngcộng khác không ngay cả khi từ trường ngoài bằng không và được gọi là từ độ tự phát.Tồn tại nhiệt độ chuyển pha TC (nhiệt độ Curie), khi T > TC trật tự từ bị phá vỡ và vật liệutrở thành thuận từ

Đối với hạt sắt từ Fe3O4, hình dạng của vòng từ trễ được xác định một phần bởi kíchthước hạt Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bản thân kích thước hạt cũng ảnh hưởng đến cấutrúc đômen của vật liệu và từ đó ảnh hưởng đến đường cong từ hóa của vật liệu đó Khihạt có kích thước lớn nó có cấu trúc đa đômen Mỗi đômen có vecto từ độ hướng theo cáchướng khác nhau Vì vậy cần có một từ trường ngoài đủ lớn để định hướng tất cả cácvecto từ độ của mỗi đômen theo hướng của từ trường ngoài, giá trị của lực kháng từ HC

lớn Khi kích thước của hạt từ giảm đến một giới hạn nhất định thì sự hình thành của cácđômen không còn mạnh và không còn được ưu tiên nữa Lúc này hạt từ sẽ tồn tại nhưnhững đơn đômen (single domain), ở giới hạn này giá trị của HC có giá trị cực đại, đườngcong từ hóa phình ra Bán kính giới hạn để hạt tồn tại như một đơn đômen:

rC = 9.(A K )

1 /2

μ0 M2

s

Trong đó: A là hằng số trao đổi, K là hằng số dị hướng

Đối với vật liệu Fe3O4: A= 1,28×10-11 J/m, K = 1,1× 104 J/m3, tính được rC = 84 nm

Hình 1.5 Đường cong từ hóa của vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước

Như vậy, ở kích thước dưới 84 nm, hạt sẽ tồn tại như một đơn đômen, ở đó sẽ khôngcòn quá trình dịch vách đômen mà chỉ còn quá trình đảo từ trong hạt đơn đômen Quátrình này bao gồm chuyển động quay của tất cả các mômen từ Khi hạt từ đạt đến kíchthước rất nhỏ nó trở thành trạng thái siêu thuận từ Khi ấy, đường cong từ hóa của hạt siêuthuận từ là một đường thuận nghịch, có từ dư Mr bằng không và giá trị của lực kháng từ

Hc bằng không

1.3.3 Phương pháp tổng hợp hạt oxit sắt từ

Về nguyên tắc, có thể tổng hợp hạt nano oxit sắt từ theo hai nhóm phương pháp [45]:

nhóm phương pháp từ trên xuống (Top-Down) và nhóm phương pháp từ dưới lên (Bottom-Up) Nhóm phương pháp từ trên xuống gồm các phương pháp chia nhỏ vật liệu

thô như nghiền hành tinh, nghiền rung Nhóm phương pháp từ dưới lên tập hợp các phân

tử, nguyên tử thành hạt kích thước nanomet Nhóm này có thể được phân thành hai loại làcác phương pháp vật lý (phún xạ, bốc bay ) và các phương pháp hóa học (kết tủa từ dungdịch, hình thành từ pha khí, phương pháp điện hóa, phương pháp hóa siêu âm…)

Ngoài ra, chúng ta còn có thể tổng hợp được hạt nano Fe3O4 từ tác nhân khử là cácdịch chiết tự nhiên: cây bạch đàn [15], vỏ trái bầu [16], dầu oliu [17]…, hay còn gọi là

phương pháp “tổng hợp xanh” (Green Synthesis).

Trong đề tài này, chúng tôi trình bày chi tiết phương pháp “tổng hợp xanh” Dùng

chất khử là tanin được chiết từ lá trà xanh, sau đó khử Fe(NO3)3 thành nano oxit sắt từ

1.3.4 Ứng dụng của hạt nano oxit sắt từ

1.3.4.1 Phân tích và chọn lọc tế bào, ADN

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

ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đíchkhác Phân tách tế bào sử dụng các hạt nano từ tính là một trong những phương phápthường được sử dụng Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thếsinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từtrường Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nano từ tính Hạt nano thườngdùng là hạt oxit sắt từ Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợpsinh học như dextran, polyvinyl alcohol (PVA),…Hóa chất bao phủ không những có thểtạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạtnano phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ Giống như trong hệmiễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân

tử khác như hooc-mon, axit folic tìm thấy Các kháng thể sẽ liên kết với các khángnguyên Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào Quá trình phân táchđược thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài Từ trường tạo một lực hút các hạt từ

tính có mang các tế bào được đánh dấu Các tế bào không được đánh dấu sẽ không đượcgiữ lại mà thoát ra ngoài.

Hình 1.6 Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường (a) một nam châm được đặt ở bên ngoài

để hút các tế bào đã được đánh dấu và loại bỏ các tế bào không được đánh dấu (b) nam

châm có thể đặt vào một dòng chảy có chứa tế bào cần tách

Hình 1.7 Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường sử dụng bốn thanh nam châm tạo ra một

gradient từ trường xuyên tâm

Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản nhất được trình bày ở hình 1.6 Hỗn hợp tế bào vàchất đánh dấu (hạt từ tính bao phủ bởi một lớp chất hoạt động bề mặt hay polime) đượctrộn với nhau để các liên kết hóa học giữa chất đánh dấu và tế bào xảy ra Sử dụng một từtrường ngoài là một nam châm vĩnh cửu để tạo ra một gradient từ trường giữ các hạt tếbào được đánh dấu lại Hạn chế của phương pháp này là hiệu quả tách từ không cao Đểtăng hiệu quả người ta thường dùng một gradient từ trường lớn tác động lên một dòngchảy có chứa các hạt nano từ tính cần tách lọc Thông thường người ta cho một số sợi từ

hóa hoặc tiểu cầu từ tính trong lòng các ống rồi bơm dung dịch có chứa hạt nano từ tính

và tế bào liên kết với hạt nano từ tính đi qua (hình 1.6b) Trong công trình, hạt nano từtính sẽ dùng ở các sợi, các sợi có vai trò như nơi giam giữ hạt nano từ tính và tế bào.Phương pháp này có nhược điểm là hạt nano từ tính và tế bào có thể bị mất mát do bị tắctrong đám sợi Một phương pháp khác được sử dụng mà không cần sự có mặt của cácđám sợi đó là dùng một gradient từ trường xuyên tâm tạo bởi bốn thanh nam châm nhưhình 1.7 Gradient từ trường xuyên tâm làm các tế bào đánh dấu từ bị hút về phía thànhống rất nhanh Trong ứng dụng này dung dịch không chuyển động mà gradient từ trườngchuyển động so với dung dịch đứng yên Phụ thuộc vào độ linh động từ tính của tế bàođánh dấu từ tính mà các tế bào sẽ được tách ra khỏi dung dịch và được thu thập bằng mộtnam châm vĩnh cửu

Tách tế bào bằng từ trường đã được ứng dụng thành công trong y sinh học Đây làmột trong những phương pháp rất nhạy để có thể tế bào ung thư từ máu, đặc biệt là khinồng độ tế bào ung thư rất thấp, khó có thể tìm thấy bằng các phương pháp khác Người

ta có thể phát hiện kí sinh trùng sốt rét trong máu bằng cách đo từ tính của kí sinh trùngđánh dấu hoặc đánh dấu các tế bào hồng cầu bằng chất lỏng từ tính Ngoài ra, với nguyêntắc tương tự như phân tách tế bào, quá trình phân tách và làm giàu ADN cũng được thựchiện nhờ hạt nano từ tính

1.2.4.2 Dẫn truyền thuốc

Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính không đặchiệu Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các tế bàomạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc Chính vì thế việc dùng các hạt từtính như là việc mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường dùng điều trị cáckhối u, các tế bào ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm 1970, những ứng dụng nàyđược gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính Có hai lợi ích cơ bản là: (i) thu hẹp phạm viphân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc; và (ii) giảmlượng thuốc điều trị Hạt nano từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốcđiều trị Lúc này hạt nano có tác dụng như một hạt mang Thông thường hệ thuốc/hạt tạo

ra một chất lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn Khi các hạt đi vào mạch

máu, người ta dùng một từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào

đó trên cơ thể Khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết, quá trình nhả thuốc cóthể diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzyme hoặc các tính chất sinh lý học docác tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ.Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc cũng tương tự như trong phân tách tếbào Các chất mang thường đi vào các tĩnh mạnh hoặc động mạch nên các thông số thủylực như thông lượng máu, nồng độ chất lỏng từ, thời gian tuần hoàn đóng vai trò quantrọng như các thông số sinh lý học như khoảng cách từ vị trí của thuốc đến nguồn từtrường, mức độ liên kết thuốc/hạt, và thể tích của khối u Các hạt có kích thước μm (tạothành từ những hạt siêu thuận từ có kích thước nhỏ hơn) hoạt động hiệu quả hơn trong hệthống tuần hoàn đặc biệt là ở các mạch máu lớn và các động mạch Nguồn từ trườngthường là nam châm NdFeB có thể tạo ra một từ trường khoảng 0,2T

Hình 1.8 Nguyên lí dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính [10]

Các hạt nano từ tính thường dùng là oxit sắt (magnetile Fe3O4, maghemite α-Fe2O3)bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học nhưchitosan, PVA, dextran hoặc silica Chất bao phủ có tác dụng chức năng hóa bề mặt để cóthể liên kết với các phân tử khác như nhóm chức cacboxyl, biotin, avidin, cacbodiimide

…Nghiên cứu dẫn truyền thuốc đã được thử nghiệm rất thành công trên động vật, đặc biệtnhất là dùng để điều trị u não Việc áp dụng phương pháp này đối với người tuy đã có một

số thành công Nhưng còn rất khiêm tốn

1.4 Tổng quan về chè xanh

1.4.1 Đặc điểm cây chè

Cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis, xuất xứ từ Đông Á, Nam Á và ĐôngNam Á, nhưng ngày nay nó được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, trong các khuvực nhiệt đới và cận nhiệt đới

Nó là loại cây xanh lưu niên mọc thành bụi hoặc các cây nhỏ, thông thường được xéntỉa để thấp hơn 2 mét khi được trồng để lấy lá Lá non có sắc xanh lục nhạt được thuhoạch để sản xuất trà Lá già thì chuyển sang màu lục sẫm Tùy lứa tuổi mà lá chè có thểdùng làm thành phẩm chè khác nhau vì thành phần hoá học trong lá khác nhau

1.4.2 Thành phần hóa học của lá chè

Thành phần của lá chè gồm: Caffein; L-theanin; tanin; flavonol; tinh dầu và các axít

đi cùng tinh dầu: Acetic, butyric, cafeic, caproic, palmitic, propionic, valeric…; cácvitamin: tiền sinh tố A, B2, B3, B5, C; các nguyên tố vi lượng Trong đó hàm lượngtannin trong lá chè chiếm nhiều nhất: 27-34%

1.4.2.1 Sơ lược về chất tanin trong lá chè

Tanin là những hợp chất tự nhiên thuộc nhóm pollyphenol phổ biến trong thực vật.Chúng có vị chát, có tính thuộc da, phân tử lượng khoảng 1.000 - 5.000 đvc Lượng tanintrong chè nhiều hay ít phụ thuộc vào độ tuổi, thời kỳ hái, giống chè, điều kiện ngoại cảnh,phương pháp chế biến,…

Lượng tanin phân bố không đều trên cùng một búp chè, tập trung nhiều ở búp(39,9%), rồi đến lá non, lá một 36,8%, lá hai 36,1%, lá ba 29,25%, cọng già 25%, lá bánh

tẻ, lá già,…

1.4.2.2 Phân loại và cấu tạo

Hợp chất tanin được phân thành 2 loại: tanin thủy phân và tanin ngưng tụ

- Tanin thuỷ phân được hay còn gọi là tanin pyrogallic vì sau khi bị thuỷ phân, nhữngtanin thuộc nhóm này sẽ bị cắt ra thành phần đường, thường là glucose và một phầnkhông phải đường là các acid, thường là axit gallic Các axit gallic nối với nhau theo dâynối depsid để tạo thành axit digallic, trigallic Ngoài axit gallic người ta còn gặp các axitkhác ví dụ axit ellagic, axit luteolic, dạng mở 2 vòng lacton của axit elagic, axit chebulic

Phần đường và phần không phải đường nối với nhau qua dây nối este nên người ta coiloại này là những pseudoglycosid.

Đặc điểm chính của loại tanin này:

 Khi cất khô ở 1800C – 2000C thì thu được pyrogallol là chủ yếu

 Cho kết tủa bông với chì axetat 10%

 Cho kết tủa màu xanh đen với muối sắt (III)

 Thường dễ tan trong nước

Axit Gallic β-1,2,3,4,6-pentagaloyl-O-D-glucozơ

- Tanin không thuỷ phân được hay tanin ngưng tụ Dưới tác dụng của axit hay enzym,chúng dễ tạo thành tanin đỏ hoặc một sản phẩm trùng hợp gọi là phlobaphen rất ít tantrong nước Phalobaphen ít tan trong nước là sản phẩm của sự trùng hợp kèm theo oxihóa, do đó tanin pyrocatechic còn được gọi là phlobatanin

Đặc điểm chủ yếu của loại tanin này là:

 Khi cất khô cho pyrocatechin là chủ yếu,

 Cho kết tủa màu xanh đậm với muối sắt (III),

 Cho kết tủa bông với nước brom

 Khó tan trong nước hơn pyrogallic

1.4.2.3 Tính chất của tanin

Tanin có vị chát, làm săn da; tan được trong nước, kiềm loãng, cồn, glyxerol vàaxeton

- Thí nghiệm thuộc da của tanin: Lấy một miếng da sống chế sẵn ngâm vào dung dịch

HCl 2% rồi rửa với nước cất, sau đó thả vào dung dịch tanin trong vòng 5 phút Rửa lạivới nước cất rồi nhúng vào dung dịch sắt (III) sunfat 1% Miếng da sẽ chuyển sang màunâu hoặc nâu đen

- Kết tủa với gelatin: Dung dịch tanin 0,5-1% khi thêm vào dung dịch gelatin 1% có

chứa 10% NaCl thì sẽ có kết tủa

- Kết tủa với alkaloid: tanin tạo kết tủa với các alkaloid hoặc một số dẫn chất hữu cơ

có chứa nitơ khác như hexamethylen tetramin, dibazol…

- Kết tủa với muối kim loại: tanin cho kết tủa với các muối kim loại nặng như chì,

thủy ngân, kẽm, sắt Tanin tạo kết tủa với muối sắt III (Fe3+), tuỳ loại mà cho màu xanhđen (tanin thuỷ phân) hoặc xanh lá cây đậm (tanin ngưng tụ)

- Phản ứng Stiasny (để phân biệt 2 loại tanin): Lấy 50ml dung dịch tanin, thêm 10ml

formol và 5ml HCl đun nóng trong vòng 10 phút Tanin pyrogallic không kết tủa còntanin pyrocatechic thì cho kết tủa đỏ gạch Nếu trong dung dịch có cả 2 loại tanin thì saukhi lọc kết tủa, cho vào dịch lọc CH3COONa rồi thêm muối sắt (III), nếu có mặt taninpyrogallic thì sẽ có kết tủa xanh đen

- Tanin bị oxi hóa hoàn toàn dưới tác dụng của KMnO4 hoặc hỗn hợp cromic trongmôi trường axit

- Tanin bị thủy phân dưới tác dụng của axit nóng, kiềm nóng hay enzyme Tannase

cho một phần là đường và một phần là các axit phenolic Sự phân hủy của tanin có thểxảy ra trong quá trình chiết, trích, tinh chế

- So với các hợp chất thiên nhiên, tanin là chất có độ bền kém, nó chỉ thể hiện tính

bền trong môi trường axit Độ bền của tanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc hóahọc của tanin, pH, nhiệt độ, thời gian, oxy, enzyme

1.4.2.4 Công dụng của tanin

Ở trong cây, tanin tham gia vào quá trình trao đổi chất, các quá trình oxi hóa khử, lànhững chất đa phenol, tanin có khả năng kháng khuẩn, bảo vệ cho cây Tác dụng chínhcủa tanin trong chè là tạo ra vị chát đặc trưng riêng của chè, tuy nhiên ngoài tác dụng đóthì chè còn mang lại các công dụng khác nữa như:

- Do có tính tạo tủa với protein, khi tiếp xúc với niêm mạc, tổ chức da bị tổn thươnghay vết loét, tanin sẽ tạo một màng mỏng, làm máu đông lại, ngừng chảy nên ứng dụnglàm thuốc đông máu và thuốc săn se da

- Tanin có tính kháng khuẩn, kháng virus, được dùng trong điều trị các bệnh viêmruột, tiêu chảy mà búp ổi, búp sim, vỏ ổi và vỏ măng cụt là những dược liệu tiêu biểu đãđược dân gian sử dụng

- Tanin dùng làm thuốc chữa bỏng, làm tiêu độc vì tanin có thể kết hợp với các độc tố

do vi khuẩn tiết ra, cũng như với các chất độc khác như muối bạc, muối thủy ngân, muốichì, kẽm….Tanin tạo kết tủa với các alcaloid và các muối kim loại nặng này nên làmgiảm sự hấp thu của những chất này trong ruột, vì vậy được ứng dụng để giải độc trongnhững trường hợp ngộ độc alcaloid và kim loại nặng Cũng vì lý do này, không nên uốngthuốc với nước chè

- Trong bào chế hiện đại, tanin được tinh chế rồi bào chế thành những chế phẩm nhưdung dịch có nồng độ 1-2% hoặc thuốt bột, thuốc mỡ dùng ngoài 10-20%

- Tanin có ứng dụng quan trọng trong công nghệ thuộc da, làm cho da biến thành dathuộc không thối và bền, làm chất cầm màu trong nhuộm vải bông Sở dĩ tanin được dùngthuộc da là do cấu trúc hoá học của tanin có nhiều nhóm -OH phenol tạo được nhiều dây