Nguyễn-Thị-Yến-14020571

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ Kỹ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ NANO Nguyễn Thị Yến HẠT NANO FERRITE TỪ BÁO CÁO MÔN HỌC SEMINAR VÀ THẢO LUẬN NHĨM VỀ CƠNG NGHỆ NANO VÀ ỨNG DỤNG Giảng viên: Phạm Thị Thu Trang HÀ NỘI - 2017 MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Hạt nano sắt từ ứng dụng y sinh 1.2 Hạt nano ferrite từ 1.2.1 Phần lõi ferrite-siêu thuận từ 1.2.2 Lớp vỏ tương thích sinh học 1.3 Các phương pháp tổng hợp 11 1.3.1 Phương pháp vật lý 11 1.3.2 Các phương pháp hóa học 11 1.3.3 Phương pháp sinh tổng hợp 13 1.4 Ứng dụng 13 1.4.1 Phân tách chọn lọc tế bào 13 1.4.2 Cảm biến sinh học phát mẫu bệnh phẩm 14 1.4.3 Dẫn truyền thuốc 15 1.4.4 Đốt cháy tế bào ung thư 15 PHẦN KẾT QUẢ 17 2.1 Hình thái học kích thước 17 2.1.1 Hạt Fe3O4 chưa bọc APTES 17 2.1.2 Hạt từ Fe3O4 bọc APTES 17 2.2 Cấu trúc tinh thể 18 2.3 Thành phần hóa học cấu trúc phân tử hạt từ Fe3O4 bọc APTES 18 2.4 Tính chất từ 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Hạt nano sắt từ ứng dụng y sinh Hạt nano hạt có kích thước khoảng 1-100nm Ở kích thước chúng có nhiều tính chất lý thú mà loại vật liệu khối khơng có Vật liệu sắt từ cấu tạo hệ sắt hạt, hạt tương tác liên kết với Khi giảm dần kích thước hệ tính chất từ tính thể rõ ràng, mạnh mẽ đạt đến trạng thái siêu thuận từ Tính siêu thuận từ có kích thước hạt nhỏ đến mức lượng nhiệt phá vỡ trạng thái trật tự từ [1] Kích thước chuyển sắt từ-siêu thuận từ xác định cơng thức: KV ≪25 kBT Trong đó, K số dị hướng từ tinh thể, V thể tích hạt từ, KB số Boltzman, T nhiệt độ Hình 1.1 Sự chuyển tính chất từ theo kích thước Với kích thước định mà nhiệt độ thấp hạt nano thể tính sắt từ, nhiệt độ cao hạt nano thể tính siêu thuận từ Nhiệt độ mà hạt chuyển từ sắt từ sang siêu thuận từ gọi nhiệt độ chuyển TB Ở trạng thái siêu thuận tự vật liệu hưởng ứng mạnh với từ trường ngoài, khi khơng có từ trường ngồi hạt nano lại trạng thái từ tính hồn tồn Bằng việc lựa chọn chất vật liệu kích thước, có hạt nano siệu thuận từ mong muốn Hai đặc trưng chất siêu thuận từ là: - Đường cong từ hóa khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ - Khơng có tượng từ trễ, có nghĩa lực kháng từ HC Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư lực kháng từ khơng, có tính chất vật liệu thuận từ, chúng lại nhạy với từ trường hơn, có từ độ lớn chất sắt từ Điều có nghĩa là, vật liệu hưởng ứng tác động từ trường ngừng tác động Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ từ trường ngoài, vật liệu khơng cịn từ tính Đây đặc điểm quan trọng dùng vật liệu cho ứng dụng y sinh học Hình 1.2 Tính chất từ hạt nano siêu thuận từ Hạt siêu thuận từ dùng y sinh cần thỏa mãn điều kiện sau: - Tính đồng hạt cao, từ độ bão hịa lớn vật liệu có tính tương thích sinh học (khơng có độc tính) - Đối với ứng dụng in-vivo, hạt sắt từ cần phải bọc với chất polymer tương thích sinh học (trong sau chế tạo) để chống tái kết hợp, chống thay đổi cấu trúc ban đầu thối hóa đưa vào hệ sinh học Hạt nano sắt từ ứng dụng phổ biến y sinh phân tách chọn lọc phần tử sinh học (tế bào, DNA…), dẫn chuyển thuốc, đối cháy tế bào ung thư cảm biến sinh học… Như để đáp ứng tất yêu cầu nhằm ứng dụng vào lĩnh vực y sinh phải chế tạo chức hóa hạt nano sắt từ có cấu trúc dạng ferrite spinel 1.2 Hạt nano ferrite từ Hạt nano ferrite từ tiểu phân nano có cấu trúc dạng túi với phần lõi bên chứa hạt siêu thuận từ chất ferrite từ oxide sắt từ, mangane ferrite từ, nikel ferrite từ, ect lớp vỏ chức hóa polymer có tương thích sinh học cao PEG, APTES, silane, streptavidin (hình 1.3) Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Hình 1.3 Hạt nano ferrite từ 1.2.1 Phần lõi ferrite-siêu thuận từ Ferrite từ (Ferrimagnet) tên gọi chung nhóm vật liệu có trật tự từ mà cấu trúc gồm phân mạng đối song song có độ lớn khác Ferrite từ cịn gọi phản sắt từ bù trừ khơng hoàn toàn Phần lõi hạt nano ferrite từ có chất ferrite spinel có cơng thức chung MO.Fe2O3 ≡ MFe2O4 Với M kim loại hóa trị II như: Mn2+; Fe2+; Co2+; Zn2+; Mg2+; Cu2+; Cd2+; Ni2+ 1.2.1.1 Cấu trúc tinh thể Tinh thể ferrite spinel có cấu trúc spinel (garnit structure) dạng lập phương tâm mặt Cấu trúc tổng quát: AB2O4 (hình 4) Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể Ferrite Spinel Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Các ion O2- tạo thành ô sở FCC Các ion M2+ Fe3+ chiếm 1/8 hốc tứ diện 1/2 hốc bát diện 32 𝑖𝑜𝑛 𝑂2− 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 ô đơ𝑛 𝑣ị Vì đơn vị có: { 𝑖𝑜𝑛 𝑀2+ 𝑣à 16 𝑖𝑜𝑛 𝐹𝑒 3+ ℎố𝑐 𝑏á𝑡 𝑑𝑖ệ𝑛 (𝐵) 𝑣à ℎ𝑎𝑖 ℎố𝑐 𝑡ứ 𝑑𝑖ệ𝑛(𝐵) với { 𝑎 = 𝑏 = 𝑐 = 8,08Å 𝛼 = 𝛽 = 𝛾 = 90° Ở bán kính ion O2- khoảng 1,32Å lớn nhiều so với bán kính ion kim loại (0.6÷0.8 Å), ion O2- mạng xếp chặt thành mạng lập phương tâm mặt ion kim loại nằm bên phân thành hai nhóm: Nhóm A: Gọi chỗ tứ diện (tetrahedral site): ion kim loại bao on O2- Hình 1.5 Hốc tứ diên Nhóm B: Gọi chỗ bát diện (octahedral site), kim loại bao ion O2- Hình 1.6 Hốc bát diện Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Theo quan điểm hóa trị nên đặt ion M2+ vào vị trí nhóm A ion Fe3+ vào vị trí nhóm B số O2- quanh chỗ A, B có tỉ lệ 2/3 Ta bắt gặp điều ferrite kẽm với công thức ZnO.Fe2O3 cấu trúc gọi cấu trúc spinel thuận (normal) Tuy nhiên ta thường gặp ferrite có nửa số Fe3+ xếp hốc bát diện (vị trí B), nửa xếp hốc tứ diện (vị trí A) Cấu trúc gọi cấu trúc spinel đảo (inverse) Sự phân bố ion kim loại vào vị A hay B phụ thuộc vào yếu tố bán kính ion kim loại, phù hợp cấu hình điện tử ion kim loại với ion O2-, lượng tĩnh điện mạng Cấu trúc tinh thể ferrite spinel có phổ phổ nhiễu xạ đặc trưng hình 1.7 Hình 1.7 Phổ Xray đặc trưng cấu trúc tinh thể ferrite spinel 1.2.1.2 Cấu trúc từ tính Cấu trúc từ phụ thuộc vào vị trí ion kim loại ô đơn vị (ở vị trí A hay B)  Cấu trúc spinel thuận (normal spinel) Bắt gặp trường hợp ZnO.Fe2O3 - Toàn ion Zn2+ hốc tứ diện (vị trí A) - Tồn ion Fe3+ hốc bát diện (vị trí B) Với 𝜒 ≥ 0.4, tương tác trao đổi hai phân mạng A B yếu, tương tác B-B có xu hướng tăng Vì thế, phần moment từ ion Fe3+ có định hướng thuận nghịch triệt tiêu làm giảm tổng moment stừ ferrite Ở nhiệt độ cao hơn, ảnh hưởng tương đối lớn đến tương tác yếu A-B, làm giảm từ tính ring magnet Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ  Cấu trúc ferrite spinel đảo Thường gặp Fe3O4, NiFe2O4, CoFe2O4, MnFe2O4 - Một nửa số ion Fe3+ hốc bát diện - Một nửa số ion Fe3+ hốc tứ diện - Tất ion M2+ hốc bát diện Moment từ spin inon Fe3+ hốc bát diện chiều ngược chiều với moment từ spin ion Fe3+ hốc tứ diện Vì moment từ spin ion Fe3+ tinh thể triệt tiêu nên khơng đóng góp moment từ spin vào vật liệu Tất các moment từ spin ion M2+ song song với nên moment từ vật liệu tổng moment từ spin ion M2+ Vì với M Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ với số điện tử phân lớp d tương ứng 5,6,7,8,9,10, ta có ferrite với moment từ đơn vị cơng thức tính 𝜇𝐵 5,4,3,2,1,0 [2]  Cấu trúc spinel ngẫu nhiên (random ferrite spinel – mix ferrite spinel) 3+ 2+ 3+ Spinel ngẫu nhiên có cấu trúc A [ 𝑀𝑥2+ , 𝐹𝑒1−𝑥 ]B[ 𝑀1−𝑥 , 𝐹𝑒1+𝑥 ]O4 Không xác định cụ thể lượng ion Fe3+ M2+ nằm vị trí A hay B Ta xác định moment từ ferrite spinel hỗn độn theo công thức: Ms = [(1-x) mM2+ + (1+x) mFe3+] – [x mM2+ + (1-x) mFe3+] = (1-2x) mM2+ + 2x mFe3+ Trong đó: x2+ hàm lượng ion M2+ phân mạng A mM2+ moment từ ion M2+ mFe3+ μB với μB magneton Bohr Ms = (1-2x) mMe2+ + 10xμB Theo công thức x=1 ta quy trường hợp đặc biệt ferrite spinel đảo thuận 1.2.2 Lớp vỏ tương thích sinh học Tùy vào mục đích sử dụng hạt từ mà có loại lớp vỏ có tương thích sinh học khác dùng để bọc hạt từ Lớp vỏ có tương thích sinh học chia thành loại: - Lớp vỏ polymer hữu - Lớp vỏ polymer bán hữu Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ  Lớp vỏ polymer hữu Có nhiều polymer hữu sử dụng để bọc hạt nano từ polymer thiên nhiên: chitosan (polymer từ vỏ tôm), dextran (polymer từ tinh bột), hay polymer tổng hợp: polyethyleneglycol) (PEG), polyethylenimine (PEI), streptavidin, polylactide (PLA),… Các polymer có đặc điểm tính tương thích sinh học cao, có khả liên kết với hạt sắt từ tạo khn nano để thuận lợi cho việc bọc Chitosan: polysaccharide mạch thẳng có nhiều vỏ lồi động vật giáp xác (tơm, cua), chitosan có tương thích sinh học cao nên sử dụng nhiều y dược dùng làm tá dược để bào chế chất dẫn thuốc, tạo băng gạc hay dùng để làm lớp vỏ bọc hạt từ Chitosan có nhóm hydroxyl (OH) nhóm amin (NH2) giúp hạt từ dễ dàng phân tán nước gắn lên hạt từ chất có hoạt tính sinh học (hình 1.8) Chitosan biến tính có thêm nhóm carboxyl (COOH) tăng khả gắn kết với phần tử sinh học nghiện cứu ứng dụng hệ dẫn thuốc hướng đích [3] Hình 1.8 Hạt từ bọc chitosan Dextran: polysaccharide mạch thẳng, sử dụng phổ biến y học có tác dụng chống đông máu Dextran dễ tan nước, đồng thời trơ với hệ sinh học không ảnh hưởng đến phát triển tế bào Trong hệ chất lỏng từ dextran/ Fe3O4, dextran tương tác với hạt nano bao phủ bề mặt hạt dải kích thước từ 20 nm đến 150 nm (hình 1.9) Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Hình 1.9 Hạt từ bọc dextran PEG: polyethylene glycol polymer phổ biến ứng dụng nhiều y dược có tương tích sinh học, nhiên PEG lại dễ phân hủy nên khó bao bọc hạt từ lâu dài Hình 1.10 Hạt từ bọc PEG Việc bọc nhiều loại polymer cho hạt từ cải thiện độ bền lớp vỏ bọc tạo gốc chức hóa cho hạt từ nhiên kích thước hạt từ lớn so với loại dùng loại polymer (hình 1.11) Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Hình 1.11 Hạt từ bọc hỗn hợp nhiều lớp polymer khác  Lớp vỏ bán hữu Bản chất lớp vỏ bán hữu polymer có thành phần Silic hay gọi Silane, bọc polymer hạt nano dễ dàng phân tán dung môi nước nước tùy thuộc vào dẫn xuất bề mặt lí tưởng để chức hóa liên kết cộng hóa trị [4] Các silane thường sử dụng Tetraethyl orthosilicate (TEOS) (3- Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) APTES chất có khả polyme hóa dễ dàng Q trình polymer hóa silane diễn theo bước hình 1.12 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Thủy phân Ngưng tụ Hình thành liên kết Hình 1.12 Phản ứng thủy phân polymer hóa APTES Các phân tử APTES nước thủy phân tạo thành polymer Polymer có lớp APTES nên bọc ngồi hạt từ, kích thước hạt từ gần khơng thay đổi Hình 1.13 Bọc hạt từ APTES 10 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ 1.3 Các phương pháp tổng hợp 1.3.1 Phương pháp vật lý Một số phương pháp vật lý thường dùng ăn mòn laser, ăn mịn điện hóa phương pháp cho phép tổng hợp lượng lớn hạt nano từ tính với kích thước từ 5-60 nm Tuy nhiên phương pháp vật lý tổng hợp hạt nano từ dạng thơ, sau tổng hợp hạt từ phải bọc chúng polymer có tương thích sinh học phương pháp hóa học Phương pháp ăn mòn laser: Bằng cách sử dụng tia laser làm nóng hỗn hợp khí tiền chất cuả sắt, từ liên kết hóa học khí tiền chất bị đứt gãy hình thành nên tinh thể sắt từ với kích thước từ 2-7 nm Phương pháp ăn mịn điện hóa: Bằng cách điều chỉnh cường độ dịng điện tích hợp, lắng đọng điện hóa với điều kiện oxy hóa tạo hạt nano sắt từ điện cực sắt dung dịch nước DMF chất hoạt động bề mặt mang điện dương [5] 1.3.2 Các phương pháp hóa học a Phương pháp đồng kết tủa Đây phương pháp phổ biến nhất, cách pha trộn tỷ lệ giữ ion M2+ ion Fe3+ theo tỷ lệ 1/2 dung dịch nhiệt độ phòng nhiệt dộ cao đồng thời kết hợp xục khí N2 trình tạo oxite ferrite từ Phương trình phản ứng tạo oxite ferrite từ: M2 ++ 2Fe3 ++ 8OH- ⇆ M(OH) + 2Fe (OH) → MOFe2O3 ↓ + 4H2O Sự tạo thành hạt oxide ferrite từ xảy độ PH nhỏ 11 tốc độ tăng hạt lại lớn độ PH lớn 11 Ưu diểm phương pháp tạo lượng lớn hạt nano (thích hợp cho tổng hợp quy mơ lớn) Tuy nhiên khó kiểm sốt kích thước hạt phân bố kích thước hạt cịn rộng Việc bọc vỏ tương thích sinh học cho hạt nano oxide ferrite từ thực theo phương pháp: bọc vỏ trình chế tạo bọc sau chế tạo xong hạt nano oxide ferrite từ  Bọc trình chế tạo Phương pháp áp dụng cho loại polymer có tương thích sinh học Sau trộn ion với tỷ lệ 1/2 dung dịch tiếp tục thêm molomere như: acid oleic, ethylene 11 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ glycol, chitosan, vv vào dung dịch sau tiếp tục thay đổi độ PH cách thêm dung dịch kiềm gia nhiệt điều kiện khuấy từ rung siêu âm thích hợp để hạt nano tạo tảng mầm tinh thể có đồng thời polymer hình thành từ molomere xúc tác nhiệt độ, sau polymer bọc lấy lõi oxide ferrite từ trình khuấy từ rung siêu âm [6], [7] [8]  Bọc sau chế tạo hạt nano oxide ferrite từ Các hạt từ sau tổng hợp làm sấy khơ, sau khuấy dung dịch có tiền chất b Phương pháp sol gel Đây phương pháp tổng hợp hạt oxide ferrite từ điều kiện độ ướt xác định nhằm tạo hạt gel Phương pháp dựa hydroxyl hóa đặc phân tử tiền chất có dung dịch Các hạt oxide ferrite dạng hệ gel tạo thành nhờ ngưng tụ trùng hợp vô Các thông số ảnh hưởng đến phản ứng tăng trưởng, thủy phân, phản ứng ngưng tụ cấu trú, tính chất gel tạo thành dung môi, nhiệt độ, tính chất, nồng độ tiền chất muối sử dụng, pH điều kiện khuấy [9] Việc bọc vỏ có tương thích sinh học cho hạt từ thực đồng thời với trình tổng hợp hạt từ Chính hạt nano ferrite từ chế tạo phương pháp có kích thước nhỏ có tính siêu thuận từ c Phương pháp nhiệt thủy phân Phương pháp thực pha lỏng, hạt oxide ferrite tạo lò phản ứng nồi Phản ứng tổng hợp xảy áp suất nhiệt độ cao (áp suất 2000 psi, nhiệt độ 200 ℃ Có hai hướng phản ứng tạo thành hạt oxide ferrite sử dụng phương pháp là: thủy phân oxy hóa trung hịa hydroxit kim loại Hai phản ứng hoàn toàn giống trừ dung dịch muối sử dụng [10] Các điều kiện tổng hợp nồng độ, thời gian, nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng kết hạt từ thu Thực tế cho thấy tăng thời gian tổng hợp kích thước hạt tăng hàm lượng nước cao dẫn đến kết tủa hạt Fe3O4 lớn [11] 12 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ 1.3.3 Phương pháp sinh tổng hợp Đây phương pháp thân thiện với mơi trường, sản phẩm thu có tương thích sinh học cao Trong phương pháp tổng hợp hạt nano sắt từ truyền thống vi khuẩn từ tính vi khuẩn khử sắt sử dụng để tổng hợp hạt nano sắt từ Geobacter metallireducens, M gryphiswaldense, vv [12] [13] Gần đây, người ta sử dụng số loại vi khuẩn hiếu khí sử dụng để tổng hợp hạt nano sắt từ từ tiền chất muối sắt clorua Actinobacter sp, Bacillus subtilis, vv [14] Sử dụng phương pháp sinh tổng hợp khó kiểm sốt kích thước hạt từ mong muốn khó tổng hợp với số lượng lớn 1.4 Ứng dụng Các ứng dụng hạt nanô từ chia làm hai loại: ứng dụng thể thể Phân tách chọn lọc tế bào, cảm biến sinh học ứng dụng thể nhằm tách tế bào cần nghiên cứu khỏi tế bào khác Các ứng dụng thể gồm: dẫn thuốc, đốt cháy khối u/ tế bào ung thư tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ 1.4.1 Phân tách chọn lọc tế bào Phân tách tế bào sử dụng hạt nanô từ tính phương pháp sử dụng phổ biến Quá trình phân tách chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thể sinh học cần nghiên cứu; tách thực thể đánh dấu khỏi môi trường từ trường Việc đánh dấu thực thông qua hạt nano từ tính bọc lớp vỏ có tương thích sinh học, lớp vỏ chức hóa để tạo liên kết với vị trí bề mặt tế bào phân tử sinh học Giống hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt tế bào kháng thể phần tử khác hooc-mơn, axit folic tìm thấy Các kháng thể liên kết với kháng nguyên Đây cách hiệu xác để đánh dấu tế bào Các hạt từ tính bao phủ chất hoạt hóa tương tự phân tử hệ miễn dịch tạo liên kết với tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu thể golgi [15] Quá trình phân tách thực nhờ gradient từ trường Từ trường tạo lực hút hạt từ tính có mang tế bào đánh dấu Các tế bào không đánh dấu không giữ lại bị hút ngồi hình 1.14 13 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Hình 1.14 Mơ q trình đánh dấu phân tách phần tử sinh học hạt nano sắt từ 1.4.2 Cảm biến sinh học phát mẫu bệnh phẩm Gần đây, cảm biến sinh học ngày cho thấy phát triển vượt bậc, đó, phát dị tìm vius, vi khuẩn…là lĩnh vực nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Cảm biến sinh học phát hiện, dị tìm vi khuẩn, virus dựa việc dị tìm đoạn gen đặc trưng kháng thể lồi vi khuẩn virus Do việc sử dụng cảm biến sinh học để phát mẫu beenjg phẩm (vi khuẩn, virus) giúp nâng cao khả tìm kiếm, phát mẫu bệnh phẩm từ người bệnh chớm nhiễm bệnh hay sử dụng kháng sinh [16] Tùy loại cảm biến (phát từ trường, phát quang, hiệu ứng plasmon) mà có nguyên lý phát bệnh phẩm khác Tuy nhiên có nguyên tắc để phát bệnh phẩm là: lai hạt từ chức hóa với mẫu bệnh phẩm đích (đoạn gen đích hay kháng ngun); lai tổ hợp đầu dị hạt từ DNA/kháng nguyên với cảm biến có sẵn DNA đích/kháng thể dùng detector quang học từ trường để phát Hình 1.15 Mơ hình cảm biến tổ hợp hạt từ-kháng thể phát vi khuẩn listeriosis thơng qua đầu dị chấm lượng tử [17] 14 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ 1.4.3 Dẫn truyền thuốc Hiện hạt nano ferrite từ có tương hợp sinh học sử dụng chất mang nano giúp mang thuốc đến vị trí cần điều trị, thời điểm, điều cho phép giảm liều lượng thuốc theo yêu cầu, tăng số điều trị giảm tác dụng phụ, tăng số an toàn Đây hệ mang thuốc triển vọng giúp điều trị ung thư thay cho liệu pháp hóa trị thơng dụng [18] Thơng thường hệ thuốc/hạt vào thể thơng qua hệ tuần hồn Khi hạt vào mạch máu, người ta dùng gradient từ trường mạnh để tập trung hạt vào vị trí thể Một hệ thuốc/hạt tập trung vị trí cần thiết q trình nhả thuốc diễn thông qua chế hoạt động enzym tính chất sinh lý học tế bào ung thư gây độ pH, trình khuếch tán thay đổi nhiệt độ Quá trình vật lý diễn việc dẫn truyền thuốc tương tự phân tách tế bào Gradient từ trường có tác dụng tập trung hệ thuốc/hạt Hình 1.16 Hóa trị liệu kết hợp tăng thân nhiệt hệ hạt nano từ tính mang thuốc 1.4.4 Đốt cháy tế bào ung thư Một ứng dụng có triển vọng hạt nano ferrite từ đốt cháy tế bào ung thư mà không làm ảnh hưởng tới tế bào bình thường, tương lai phương pháp thay cho xạ trị (do xạ trị có nhiều tác dụng phụ ảnh hưởng lớn tới tế bào bình thường) Nguyên tắc phương pháp hạt nano từ tính có kích thước từ 20-100 nm phân tán mơ mong muốn sau tác dụng từ trường xốy bên ngồi đủ lớn cường độ tần số để làm cho hạt nano hưởng ứng mà tạo nhiệt nung nóng vùng xung quanh Do tế bào ung thư nhạy cảm với nhiệt tế bào bình thường, với nhiệt độ khoảng 40-42 °∁ đủ để đốt cháy tiêu diệt tế bào này, nhiệt độ tế bào bình thường hồn tồn khơng bị ảnh hưởng Nghiên cứu đốt cháy tế bào ung thư hạt từ phát triển từ lâu có nhiều cơng trình đề cập đến kĩ thuật chưa có cơng bố thành công người Một số nghiên cứu in Vi-tro cho thấy tiềm 15 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ phương pháp việc đốt cháy tế bào ung thư vú 4T1 [19], tế bào ung thư phổi [20], Tế bào u xơ tử cung U-87 MG người tế bào u biểu mô tuyến tiền liệt SK-Br3 [21] Hình 1.17 Cơ chế đốt cháy khối u chuột từ trường xoáy 16 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ PHẦN KẾT QUẢ 2.1 Hình thái học kích thước 2.1.1 Hạt Fe3O4 chưa bọc APTES Hình ảnh SEM cho thấy hạt Fe3O4 chưa bọc APTES có dạng cầu, kích thước đồng khoảng 15-20 nm (hình 2.1) Hình 2.1 Hình ảnh FESEM hạt từ Fe3O4 chưa bọc APTES 2.1.2 Hạt từ Fe3O4 bọc APTES Hạt từ Fe3O4 bọc APTES mơi trường acid có dạng hình cầu, kích thước đồng dều khoảng 15-20 nm (hình 2.2.a) Điều khác biệt không đáng kể so với hạt từ chưa bọc vỏ, chứng tỏ kích thước hạt nano sắt từ bọc APTES thay đổi so với chưa bọc Hạt từ Fe3O4 bọc APTES mơi trường bazo có dạng hình cầu, kích thước dồng khoảng 15-20 nm, điều hoàn toàn tương đồng với hạt từ bọc APTES môi trường acid Như mơi trường bọc lớp vỏ tương thích sinh học cho hạt từ ảnh hưởng đến hình dạng kích thước hạt a b Hình 2.2 Hình ảnh FESEM hạt từ Fe3O4 bọc APTES a môi trường acid, b môi trường bazo 17 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ 2.2 Cấu trúc tinh thể Phổ nhiễu xạ tia X mẫu hạt từ bọc APTES trình bày hình 2.3 Với peak nhiễu xạ 220, 311, 400, 422, 511, 400 đặc trưng cho cấu trúc Spinel đảo, mạng lập phương tâm diện xếp chặt Kết trùng khớp với phổ nhiễu xạ mẫu hạt nano ferrite từ nhiều nhóm nghiên cứu khác thực [6], [22] [23] Hình 2.3 Phổ nhiễu xạ tia X hạt từ Fe3O4 bọc APTES 2.3 Thành phần hóa học cấu trúc phân tử hạt từ Fe3O4 bọc APTES Xử dụng phổ hồng ngoại FTIR để phân tích liên kết đặc trưng có hạt từ bọc APTES từ xác định thành phần cấu trúc hạt nano sắt từ Fe3O4 Phổ hấp thụ hạt sắt từ Fe3O4 chưa bọc vỏ cao so với sau bọc với peak đặc trưng: 586 (đặc trưng cho Fe3O4), 1635 3410 đặc trưng cho liên kết N-H chứng tỏ trình tổng hợp hạt nano sắt từ đọng lại NH3 chưa tinh hết Phổ hấp thụ hạt nano sắt từ bọc APTES mơi trường acid bazo hồn tồn hình dạng giá trị với peak đặc trưng: 590 đặc trưng cho Fe3O4 ta thấy có dịch đỉnh từ 586 cm-1 (ở hạt từ chưa bọc) lên 590 chứng tỏ có thay đổi bọc APTES; 1002 cm-1 đặc trưng cho dao động liên kết Si-O-Si, chứng tỏ APTES polymer hóa; 1631 cm-1 3433 cm-1 đặc trưng cho liên kết N-H nhóm amin APTES; đỉnh hấp thụ 2924 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H nhóm -C2H5 APTES Như vậy, hạt nano sắt từ Fe3O4 bọc APTES thành cơng (hình 2.4) 18 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ Fe3O4 0.4 Fe3O4 bọc APTES môi trường Axit 586 0.35 Fe3O4 bọc APTES môi trường kiềm Absorbance 0.3 0.25 3410 0.2 590 0.15 0.1 435 1635 0.05 3433 1631 2924 1002 -0.05 -0.1 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 1/cm Hình 2.4 Phổ FTIR hạt nano sắt từ chưa bọc APTES sau bọc APTES môi trường acid bazo 2.4 Tính chất từ Khảo sát tính chất từ hạt nano sắt từ Fe3O4 bọc APTES phân tích VSM cho thấy moment từ độ bão hịa mẫu 9.5 emu/g Giá trị cho thấy từ tính hạt từ tốt Lực kháng từ Hc nhỏ, chứng tỏ hạt nano từ Fe3O4 chế tạo có tính siêu thuận từ (hình 2.5) So sánh với mẫu hạt từ thương mại, cho thấy hạt từ bọc APTES tổng hợp tối ưu với moment từ bão hòa cao nhiều đồng thời lực kháng từ nhỏ 15 M (emu/g) 10 Hạt từ thương mại Hạt từ bọc APTES -5 -10 -15 -1000 -500 500 1000 H (G) Hình 2.5 Phổ VSM hạt nano sắt từ Fe3O4 bọc APTES hạt từ thương mại 19 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Ronsensweig, Errohydrodynamics, Cambridge University Press, 1985 [2] N P Thùy, "Vật lý tượng từ," NXB ĐHQG HN, pp143-145, 2003 [3] H.P Thu, L.T.T Huong, H.T.M.Nhung, N.T.Tham, N.D.Tu, H.T.M.Thi, P.T.B.Hanh, T.T.M.Nguyet, N.T.Quy, P.H.Nam, T.D.Lam, N.X.Phuc and D.T.Quang, Fe3O4/o-Carboxymethyl Chitosan/Curcumin-based Nanodrug System for Chemotherapy and Fluorescence Imagingin HT29 Cancer cell line, 1264-1266: chem.lett.40, 2011 [4] Wei Wo, Zhaohui Wo, Taekyung Yu and Changzhong Jiang, Recent progress on magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis, surface functional strategies and biomedical applications, Vol 16, no 2: Science and Technology of Advanced Materials,, 2016 [5] C.Pascal, J L Pascal, F.Favier, M Moubtassim and Payen, "C Chem Mater," pp 11, 141, 1999 [6] K Zipare1, y Dhumal1, S Bandgar1, V Mathe2 and G Shahane1, "Superparamagnetic Manganese Ferrite Nanoparticles: Synthesis and Magnetic Properties," Journal of Nanoscience and Nanoengineering, pp 178-182, 2015 [7] C.-H Yang, C.-Y Wang, K.-S Huang, C.-S Yeh, A Wang, W.-T Wang and M.-Y Lin, "Facile Synthesis of Radial-Like Macroporous Superparamagnetic Chitosan Spheres with In-Situ Co-Precipitation and Gelation of Ferro-Gels," Plos one, 2012 [8] J Markhulia, V Mikelashvili, S Kekutia, L Saneblidze, Z Jabua, D Daraselia and D.Jafaridze, "Some Physical Parameters of PEG-modified Magnetite Nanofluids," Journal of Pharmaceutical and Applied Chemistry, pp 33-37, 2016 [9] C J Brinker and G W Sherrer, Sol-Gel Science, New York: Academic Press, 1990 [10] M A Willard, L K Kurihara, E E Carpenter, S Calvin and V G Harris, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, vol1 p815: American Scientific Publishers, 2004, p 815 [11] D Chen and R M Xu, "Res Bull.," 1998, pp 33, 1015 [12] H.Vali, B.Weiss, L Y, K.Sears, S.Kim, L.Kirschvink and L.Zhang, "Formation of tabular single-domain magnetite induced by Geobacter metallireducens GS-15," The National Academy of Sciences, p vol 101 p46, 2004 [13] Frankel, D A Bazylinski and R B., "Magnetosome formation in prokaryotes," Nat Rev Microbiol, 2004 [14] Bharde, R.Parikh, M.Baidakova, S.Jouen, B.Hannoyer, T.Enoki, V.Prasad, S.Shouche, S.Ogale and M.Sastry, "Bacteria-mediated precursor-dependent biosynthesis of superparamagnetic iron oxide and iron sulfide nanoparticles.," ACS, 2008 [15] B J Tefft, S Uthamaraj, J J Harburn, M Klabusay, D Dragomir-Daescu and G S Sandhu, "Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles," JoVE, 2015 20 Nguyễn Thị Yến – Tổng quan hạt nano ferrite từ [16] W Haijun, B Lijuan, C Yaqin and Y Ruo, Synthesis of Multi-Fullerenes Encapsulated Palladium Nanocage, and Its Application in Electrochemiluminescence Immunosensors for the Detection of Streptococcus suis Serotype 2,, pp 1857-1865: Small, 2014 [17] V T Huyen, L T Hien, N N Dinh and V X Nghia, "A capture sandwich immunoassay for detection of Listeria monocytogenes," in Nano MATA HN-VN, 2014 [18] S Sabnis, N A Sabnis, S Raut and A G Lacko, Superparamagnetic reconstituted high-density lipoprotein nanocarriers for magnetically guided drug delivery, vol 12: Int J Nanomedicine, 2017 [19] Kanagesan, Samikannu, S B A Aziz, M Hashim, I Ismail, S Tamilselvan, N B B M Alitheen, M K Swamy and B P C Rao, Synthesis, Characterization and in Vitro Evaluation of Manganese Ferrite (MnFe2O4) Nanoparticles for Their Biocompatibility with Murine Breast Cancer Cells (4T1), 1-9: MDPI, 2016 [20] T Sadhukha, T S Wiedmann and J Panyama, Inhalable Magnetic Nanoparticles for Targeted Hyperthermia in Lung Cancer Therapy, HHS Author Manuscript, 2013 [21] K Pala, A Serwotka, F Jeleń, P Jakimowicz and J Otlewski, Tumor-specific hyperthermia with aptamer-tagged superparamagnetic nanoparticles, Int J Nanomedicine, 2013 [22] A M Atta, H A Al-Lohedan and S A Al-Hussain, "Synthesis of Stabilized Myrrh-Capped Hydrocolloidal Magnetite Nanoparticles," MDPI, 2014 [23] S H Araghia and M H Entezaria, "Amino-functionalized silica magnetite nanoparticles for the simultaneous removal of pollutants from aqueous solution," Science Direct, applied surface Science vol 333, pp68-77, 2015 21