Nghiên cứu chế tạo, tính chất của vật liệu nano GdPO4 tb3+ và gd2o3 eu3+ định hướng ứng dụng trong y sinh tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM - HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHẠM THỊ LIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU GdPO4:Tb3+ VÀ Gd2O3:Eu3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử quang tử Mã số: 9.44.01.27 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2019 Công trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: TS Nguyễn Thanh Hường Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Lê Quốc Minh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp sở, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Hiện nay, vật liệu nano phát quang chứa đất (RE-NP) nhận nhiều quan tâm nghiên cứu nước giới Đáng ý vật liệu GdPO4:Tb3+ Gd2O3:Eu3+ nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực khác mà bật tiềm ứng dụng lĩnh vực MRI nhận dạng đánh dấu huỳnh quang sinh học Nhiều nhóm nghiên cứu nước tập trung vào việc chế tạo RE-NP làm tác nhân đánh dấu nhận dạng sinh học, tạo công cụ đánh giá chất lượng sinh phẩm, thực phẩm vắc xin Tuy nhiên, đa số kết từ nghiên cứu ứng dụng sinh học chủ yếu công cụ chức vật liệu quang ứng dụng nhận dạng đánh dấu y sinh vật liệu từ ứng dụng nhiệt trị, MRI Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo cơng cụ đa chức năng, đặc biệt khả tích hợp chức quang từ vật liệu nano nhằm nâng cao hiệu quy trình chẩn đoán – điều trị quan tâm Qua đó, liệu trình trị liệu dẫn thuốc hướng đích, hóa trị, nhiệt trị hay xạ trị kết hợp với hay nhiều chẩn đốn hình ảnh in vitro in vivo Các phương pháp chẩn đốn hình ảnh khác như: ảnh cộng hưởng từ (MRI), đánh dấu huỳnh quang gắn kết hợp với tác nhân điều trị hay dẫn thuốc điều trị, thơng qua hình ảnh kết hợp kiểm sốt, nhận biết thơng tin, cách thức động lực học, trình nhằm tăng hiệu điều trị Dựa kết đạt nhóm nghiên cứu cập nhật tình hình nước giới, luận án lựa chọn đối tượng nghiên cứu vật liệu huỳnh quang đất chứa ion kích hoạt Tb3+ Eu3+ pha vào mạng hợp chất Gadolini Do hợp chất Gadolini vừa có tính chất quang vừa có tính chất từ, đáp ứng mục đích tạo cơng cụ có hai chức quang - từ để ứng dụng chẩn đoán điều trị Từ vấn đề chưa giải nước, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu luận án tổng hợp vật liệu có điều khiển với độ lặp lại cấu trúc, hính thái học, phân tán bền nước dịch sinh lý giữ cường độ phát quang mạnh Trên sở đó, lựa chọn đề tài nghiên cứu cho luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu chế tạo, tính chất vật liệu nano GdPO4:Tb3+ Gd2O3:Eu3+ định hướng ứng dụng y sinh” Mục tiêu nghiên cứu luận án: - Chế tạo thành công vật liệu nano GdPO4:Tb3+ cầu nano Gd2O3:Eu3+ - Bọc nano GdPO4:Tb3+ cầu nano Gd2O3:Eu3+ vỏ silica, chức hóa với nhóm chức NH2, chế tạo phức hợp nano gắn với kháng thể kháng nọc rắn kháng thể kháng CEA để ứng dụng y sinh - Bước đầu thử nghiệm ứng dụng phức hợp nano sở nano GdPO4:Tb3+ cầu nano Gd2O3:Eu3+ sử dụng phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch nhằm xác định kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang đánh dấu, nhận dạng kháng nguyên CEA tinh khiết kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng Các nội dung nghiên cứu luận án Phần tổng quan khái niệm bản, tính chất đặc trưng vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm, vật liệu nano phát quang GdPO4, Gd2O3 pha tạp Eu3+, Tb3+, đối tượng định hướng ứng dụng y sinh Tiếp theo trình bày phương pháp thực nghiệm, kết nghiên cứu, chế tạo, đo đạc, đánh giá, lý giải, so sánh thảo luận, xác định điều kiện tối ưu tổng hợp vật liệu GdPO4, Gd2O3 pha tạp Eu3+, Tb3+ Khảo sát xác định hiệu ứng đốt nhiệt cảm ứng từ vật liệu GdPO4 GdPO4:Tb3+ Chức hóa liên hợp hóa, chế tạo phức hợp nano gắn với kháng thể kháng nọc rắn kháng thể kháng CEA Cuối cùng, ứng dụng phức hợp nano GdPO4:Tb3+ phát kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang phức hợp nano Gd2O3:Eu3+ phát kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng Phương pháp chế tạo vật liệu sử dụng Luận án phương pháp thủy nhiệt tổng hợp hóa học nhiều bước Hình thái học bề mặt, đặc trưng cấu trúc, tính chất quang tiến hành thiết bị nghiên cứu đại chuyên dụng hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM), phổ tán sắc lượng tia X (EDX), hệ đo quang iHR550, Acton SP2300i Fluorolof FL3-2-2 Horiba (Mỹ) Tính chất từ khảo sát phép đo từ độ phụ thuộc từ trường hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Phép đo đốt nóng cảm ứng từ thực hệ đo thương mại RDO-HFI (Viện KHVL) Thử nghiệm khả ứng dụng vật liệu y sinh thực phịng thí nghiệm Sinh học phân tử thuộc Học viện Quân Y Những đóng góp luận án: - Chế tạo thành cơng vật liệu nano GdPO4:Tb3+ dạng có chiều dài 300 - 500 nm, chiều rộng 10 - 30 nm phương pháp thủy nhiệt Gd2O3:Eu3+ dạng cầu đường kính 145 - 155 nm phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước - Đã bọc nano GdPO4:Tb3+ cầu nano Gd2O3:Eu3+ vỏ silica, chức hóa với nhóm chức NH2 , chế tạo phức hợp nano gắn với kháng thể kháng nọc rắn kháng thể kháng CEA để phát kháng nguyên nọc rắn hổ mang kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng - Đã khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt cảm ứng từ vật liệu GdPO4 GdPO4:Tb3+, với nhiệt độ đạt khoảng 44 - 49 oC từ trường 300 Oe, tần số 390 kHz thời gian 1500 giây Kết cho thấy vật liệu tổng hợp có khả ứng dụng từ nhiệt trị Luận án chia thành chương sau: Chương 1: Vật liệu nano phát quang chứa ion đất Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm Chương 3: Các kết chế tạo vật liệu nano GdPO4:Tb3+ ứng dụng phức hợp nano GdPO4:Tb3+ phát kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Chương 4: Các kết chế tạo vật liệu nano Gd2O3:Eu3+ ứng dụng phức hợp nano Gd2O3:Eu3+ phát kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng Các kết luận án cơng bố cơng trình khoa học CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM 1.1 Giới thiệu vật liệu nano phát quang 1.2 Vật liệu huỳnh quang chứa ion đất 1.2.1 Đặc tính phát quang hợp chất đất 1.2.1.1 Một số đặc trưng ion Gd3+ 1.2.1.2 Một số đặc trưng ion Tb3+ 1.2.1.3 Một số đặc trưng ion Eu2+, Eu3+ 1.2.2 Các chuyển dời cho phép ion RE3+ 1.2.3 Quá trình truyền lượng (a) (b) Hình Sơ đồ truyền lượng ion Gd3+ sang Tb3+(a), ion Gd3+ sang Eu3+(b) 1.3 Tính chất đặc trưng ứng dụng vật liệu Gadolini 1.3.1 Vật liệu Gadolini 1.3.2 Vật liệu phát quang Gd2O3 1.3.3 Vật liệu nano phát quang GdPO4 1.4 Đặc điểm tính chất kháng nguyên nọc rắn CEA 1.4.1 Đặc điểm nọc rắn hổ mang Naja atra 1.4.2 Đặc điểm kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu 2.1.1 Phương pháp thủy nhiệt 2.1.1.1 Giới thiệu phương pháp thủy nhiệt Tính chất vật liệu điều chỉnh thơng qua thay đổi thông số sau: pH, nhiệt độ, tốc độ, thời gian thủy phân, kết tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn tính chất sản phẩm cuối Quy trình tổng hợp GdPO4:Tb3+ Hình 2.4: Quy trình tổng hợp GdPO4: Tb3+ 2.1.2 Phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước 2.1.2.1 Giới thiệu phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước 2.1.2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+ Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp cầu nano Gd2O3: Eu3+ 2.1.3 Phương pháp chế tạo phức hợp nano y sinh GdPO4: Tb3+; Gd2O3:Eu3+ 2.1.3.1 Phương pháp xử lý bề mặt 2.1.3.2 Phương pháp chức hóa bề mặt vật liệu liên hợp hóa vật liệu nano phát quang với phần tử hoạt động sinh học 2.1.3.3.Bọc vỏ vật liệu nano GdPO4: Tb3+ Silica 2.1.3.4 Chức hóa nano GdPO4:Tb3+@Silica nhóm NH2 Hình Sơ đồ thí nghiệm bọc chức hóa bề mặt nano GdPO4:Tb3+ 2.1.3.5.Chế tạo phức hợp nano GdPO4:Tb3+@Silica-NH2 với kháng thể kháng nọc rắn (IgG) Hình Sơ đồ chế tạo phức hợp nano cách gắn kết GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể kháng nọc rắn (IgG) 2.1.3.6 Bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ silica 2.1.3.7 Chức hóa vật liệu Gd2O3:Eu3+ @Silica nhóm NH2 Hình 2.9 Sơ đồ bọc Gd2O3:Eu3+ Silica gắn nhóm NH2 2.1.3.8 Chế tạo phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2 với kháng thể kháng CEA Hình 10 Sơ đồ chế tạo phức hợp nano cách gắn kết Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng CEA (IgG) 2.2 Các phương pháp phân tích vật liệu CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO GdPO4:Tb3+ PHÁT HIỆN KHÁNG NGUYÊN NỌC ĐỘC RẮN HỔ MANG 3.1 Các kết phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ vật liệu 3.1.1 Kết phân tích FESEM 3.1.1.1 Ảnh FESEM vật liệu GdPO4 3.1.1.2 Ảnh FESEM vật liệu GdPO4: Tb3+ Hình 3.2 cho thấy vật liệu thu có dạng nano chiều dài 300-500nm, chiều rộng 10-30 nm Với tỷ lệ [Tb3+]/[Gd3+] % ảnh FESEM thu có dạng đồng nhất, khơng bị co cụm thành bó 11 Hình Phổ PL vật liệu GdPO4:Tb3+(1), GdPO4:Tb3+@silica (2), GdPO4:Tb3+@silica –NH2 (3), GdPO4:Tb3+@silica –NH2-IgG (4) 3.1.5 Phổ hồng ngoại Hình 3.9 Phổ hồng ngoại GdPO4:Tb3+(a), GdPO4:Tb3+@silica (b) GdPO4:Tb3+@silica-NH2 (c) GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG (d) Hình 3.9 cho thấy liên kết C-H tương ứng với số sóng gần 1400 cm , liên kết O-H H2O tương ứng với số sóng 3500 cm-1 -1 khoảng 1600 cm-1, dao động 1043, 622 545 cm-1 dao động đặc trưng PO43- Liên kết O-Si-O gần số sóng 1100-900 cm-1 đường (2), (3) (4) hình 3.8 chứng tỏ bọc silica thành cơng Liên kết N-H tương ứng với số sóng 3300-3500 cm-1 1590-1620 cm-1 Các kết cho thấy mẫu chế tạo chức hóa bề mặt nhóm NH2 3.1.6 Tính chất từ hệ vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+ Từ hình 3.10 thấy từ độ vật liệu GdPO4 đạt giá trị cao 12 1,7 emu/g so với số nhóm giới ứng dụng thành cơng tương phản MRI từ độ cao gấp lần so với nhóm L Zhang tương đương với nhóm Xianzhu Xu cộng Các mẫu pha thêm Tb3+ giá trị từ độ bị giảm đi, nhiên với mẫu vật liệu có giá trị từ độ thấp GdPO4:9%Tb3+ từ độ đạt 0,8 emu/g tương đương giá trị từ độ nhóm tác giả L Zhang Vì vậy, mẫu vật liệu GdPO4:Tb3+ hồn tồn ứng dụng vào tăng độ tương phản cộng hưởng từ MRI Hình 11 Đường cong đốt Hình 10 Đường cong từ độ nhiệt cảm ứng từ vật liệu vật liệu GdPO4:Tb3+ với 3+ 3+ tỷ lệ [Tb ]/[Gd ] 0, 1, 3, 5, 7, GdPO4:Tb3+ với tỷ lệ 9% [Tb3+]/[Gd3+] 0, 1, 3, 5, 7, 9% Các kết thu hình 3.10 cho thấy mẫu đạt nhiệt độ khoảng 42 – 49 oC (là khoảng nhiệt độ lý tưởng tiêu diệt tế bào ung thư) Từ kết khẳng định hệ vật liệu có từ tính có khả sử dụng đốt nhiệt trị liệu 3.2 Ứng dụng vật liệu GdPO4:Tb3+ phát kháng nguyên nọc rắn Naja atra Thí nghiệm phát kháng nguyên nọc rắn phức hợp nano GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG hình 3.12 13 Hình 12 Sơ đồ trình phát kháng nguyên nọc rắn phức hợp nano huỳnh quang Gd2O3:Tb3+@silica-NH2-IgG Gắn kháng nguyên nọc rắn lên giếng đĩa Đồng thời gắn phức hợp nano lên đĩa Ủ phức hợp nano gắn kháng thể kháng nọc rắn với kháng nguyên nọc rắn Sau rửa lại phức hợp nano có gắn kháng thể gắn với kháng nguyên nọc rắn Với nguồn kích thích bước sóng 405 nm, phức hợp nano phát quang màu xanh 3.2.1 Đánh giá kết gắn vật liệu nano-kháng thể IgG dựa quang phổ hồng ngoại Đường (a) hình 3.13 dao động 3459 cm−1 tương ứng với liên kết O-H, liên kết N-H dao động 2078 cm−1 Từ bước sóng 1639 cm−1 đến 1442 cm−1 đỉnh dao động liên kết C=O (amide), liên kết N-H uốn nhóm amine bậc nhóm carbonyl (C-N) Đường (b) cho thấy đỉnh 1389cm-1 hình thành liên kết C - N thơng qua phản ứng nhóm aldehyd (O = C H) liên kết GDA với NH2 IgG Do đó, có khẳng định kết hợp nano phát quang với kháng thể chống nọc độc hình thành 14 Hình 13 Phổ hồng ngoại mẫu kháng thể IgG trước sau gắn vật liệu phát quang 3.2.2 Đánh giá khả phức hợp GdPO4:Tb3+@silica-NH2IgG phát kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra (a) (b) (c) Hình 14 Hình ảnh kháng nguyên nọc rắn Naja atra ánh sáng nhìn thấy (a); Kháng nguyên Naja atra kết hợp với vật liệu nano quan sát với ánh sáng nhìn thấy (b); Kháng nguyên Naja atra kết hợp với vật liệu nano quan sát kính hiển vi huỳnh quang bước sóng 405nm, độ phóng đại 40x, thị kính 10x (c) Các kết hình 3.14a, 3.14b cho thấy giếng có kháng nguyên nọc rắn kháng nguyên nọc rắn kết hợp với vật liệu nano chiếu ánh sáng nhìn thấy khơng phát quang màu xanh Trong giếng ủ vật liệu phát quang nano gắn với kháng nguyên nọc rắn (3.14c) chiếu ánh sáng bước sóng 405nm phát quang màu xanh, điều chứng tỏ có gắn kết vật liệu phát quang gắn IgG kháng nguyên, sau trình rửa phức hợp nano giữ liên kết bền vững với kháng nguyên thông qua phản ứng miễn 15 dịch kháng nguyên kháng thể Trên sở kết này, kết luận phức hợp nano có khả phát kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra, trình thử nghiệm rút ngắn thời gian cần thiết để chẩn đoán sớm cải thiện hiệu điều trị hỗ trợ điều trị sớm vết cắn rắn CHƯƠNG IV: CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO Gd2O3:Eu3+ VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA Gd2O3:Eu3+ PHÁT HIỆN KHÁNG NGUYÊN CEA CỦA TẾ BÀO UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG 4.1 Các kết phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ vật liệu 4.1.1 Kết đo FESEM • Ảnh FESEM vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ theo tỷ lệ [Urê]/ [Gd3++ Eu3+] khác Hình 4.1 FESEM vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ với tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] 20 (a), 25 (b), 30 (c), 35 (d), 40 (e) Dựa vào hình ảnh FESEM thu hình 4.1 thấy sản phẩm thu cầu nano, tăng dần tỷ lệ nồng độ [Urê]/ [Gd3+ + Eu3+] đường kính cầu tăng Với tỷ lệ nồng độ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] 20, 25, 30, 35, 40 đường kính cầu trung bình tương ứng 140, 190, 210, 240 270nm Sản phẩm 16 cầu nano thu đồng tỷ lệ [Urê]/[Gd3+ + Eu3+] 25, tỷ lệ lựa chọn để tổng hợp Gd2O3 pha tạp Eu3+ với nồng độ Eu3+/ Gd3+ 3,5; 5; 6; 7; 7,5 8% • Ảnh FESEM vật liệu Gd(OH)CO3.H2O: Eu3+ sấy 70oC Hình 4.3 FESEM vật liệu Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ sấy nhiệt độ 70oC tỷ lệ [Urê]/[Gd3++Eu3+] (a); 3,5(b); 5(c); 6(d); 7(e); 7.5(f); 8%(g) Như hình 4.3, khơng pha tạp Eu3+ sản phẩm thu cầu nano đồng với đường kính khoảng 157-173nm (hình 4.3a) Khi pha tạp Eu3+ với tỷ lệ nồng độ mol khác Eu3+/Gd3+ 3,5; 5; 6; 7; 7,5; 8% sản phẩm cầu đồng đều, với đường kính từ 100-230nm Phân tích sơ kết đo FESEM nhận thấy với nồng độ Eu3+ pha tạp 6% thu cầu nano đồng đường kính 185-195nm, tỷ lệ nồng độ lựa chọn cho thí nghiệm bọc vỏ silica 4.1.2 Kết đo TGA vật liệu Từ hình 4.4 ta thấy: giai đoạn 1: 25-200oC giảm 5,79% khối lượng bay phân tử nước Giai đoạn 2: 200-380oC giảm 8,13% khối lượng phân hủy nhóm hydroxy (OH) Giai đoạn 3: 380550oC giảm 15,21% khối lượng nhóm cacbonat bị phân hủy Giai đoạn 4: 550-1000oC giảm 28,49% khối lượng nhóm 17 cacbonat bị phân hủy Cả giai đoạn có điểm thu nhiệt mạnh vật liệu nhiệt độ 170, 319, 427 609oC Đây xem điểm chuyển pha vật liệu sở kết đo TGA lựa chọn nhiệt độ xử lý mẫu phù hợp nhằm thu vật liệu có cấu trúc pha bền vững Chính chúng tơi lựa chọn nhiệt độ xử lý mẫu 650oC, nhiệt độ sản phẩm vật liệu thu Gd2O3:Eu3+ Hình 4 Phổ TG DTG Gd(OH)CO3.H2O:Eu3+ Hình 4.5 FESEM vật liệu Gd2O3:Eu3+ ủ nhiệt độ 650oC với tỷ lệ [Eu3+]/[Gd3+] (a); 3,5(b); 5(c); 6(d); 7(e); 7.5(f); 8%(g) Hình 4.5 cho thấy đường kính cầu Gd2O3 (a) sau ủ 650 C có đường kính khoảng 104-130nm, mẫu 3,5%Eu3+ (b) o đường kính cầu nằm khoảng khoảng 105-143nm, 5%Eu3+(c) 18 đường kính cầu khoảng 117-130nm, 6%Eu3+(d) đường kính cầu khoảng 145 -155nm, 7%Eu3+(e)đường kính cầu khoảng 136150nm, 7,5%Eu3+(f) đường kính cầu khoảng 99-130nm, 8%Eu3+ (g) đường kính cầu khoảng 176-200nm Với tỷ lệ Gd2O3: 6%Eu3+ đường kính cầu đồng 4.1.3 Kết đo TEM vật liệu Gd2O3: 6%Eu3+ Hình 4.6 cho thấy cầu tổng hợp đồng đều, có đường kính khoảng 145-155nm kết giống với kết đo FESEM (hình 4.6a) Đường kính cầu tăng lên đáng kể sau bọc silica khoảng 155-165nm, qua hình ảnh nhìn thấy rõ lớp bọc silica bên ngồi cầu (hình 4.6b) Hình 4.6 Ảnh TEM Gd2O3: 6%Eu3+ (a) Gd2O3: 6%Eu3+@silica (b) 4.1.4 Kết đo nhiễu xạ tia X vật liệu Mẫu Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ gần vơ định hình ủ 200oC Khi ủ 650oC, kết cho thấy tất đỉnh quan sát 2θ: 28,70; 33,10; 47,60; 56,40; 59.10º xác với thẻ chuẩn (JCPDS số 110604), tinh thể vật liệu có pha cubic 19 Hình Giản đồ nhiễu xạ XRD (a) Gd(OH)CO3.H2O:6%Eu3+ 200oC 650oC 4.1.5 Phân tích EDX vật liệu Qua phân tích phổ EDX ta thấy mẫu gồm phần tử hóa học Gd, O, Eu chứng tỏ khơng có tạp chất Kết EDX vật liệu Gd2O3: Eu3+@silica, qua phân tích ta thấy với mẫu bọc Silica ngồi ngun tử Gd, O, Eu mẫu có thêm nguyên tử Si, thành phần lớp vỏ silica, điều chứng tỏ mẫu khơng có tạp chất khác 4.1.6 Phổ hồng ngoại vật liệu Hình 11 Phổ hồng ngoại vật liệu (a) Gd2O3:6%Eu3+; (b) Gd2O3:6%Eu3+@Silica Hình 4.11 phổ hồng ngoại vật liệu Gd2O3:6%Eu3+ nung 650oC bọc khơng bọc silica Hình 4.11a cho thấy vùng hấp thụ đặc trưng Gd2O3 thể liên kết 415,49; 449.66 542.9 cm-1 Dao động 543 cm-1 gán cho dao động căng 20 Gd-O, điều xác nhận hình thành Gd2O3 Vùng hấp thụ mạnh 3446 1634 cm-1 liên kết đặc trưng nhóm hydroxyl (OH) nước hydrat hóa cấu trúc Hình 4.11b phổ hồng ngoại vật liệu Gd2O3:6%Eu3+@silica, vùng 1050 – 1250 cm-1 650 – 800 cm-1 dao động đặc trưng liên kết OH Si-O-Si Kết hợp kết phân tích EDX FTIR khẳng định bọc lớp silica vỏ cầu nano 4.1.7 Nghiên cứu tính chất quang Hình 4.12 thể phổ PLE mẫu Gd2O3:6%Eu3+ quan sát bước sóng phát xạ 611nm Hình 12 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu Gd2O3:6%Eu3+ Qua hình 4.12 nhận thấy dải hấp thụ mạnh bước sóng 266nm chuyển dời điện tử truyền điện tích (CTB) Eu3+- O2-, đỉnh hấp thụ yếu 272, 275 nm tương ứng với dịch chuyển 8S – 6I, đỉnh hấp thụ 305 310 nm tương ứng với dịch chuyển 8S – 6P đỉnh hấp thụ đặc trưng Gd3+ Các dải kích thích bước sóng 394, 467 534 nm có nguồn gốc từ tâm Eu3+ tương ứng với chuyển dời điện tử f-f mức lượng thuộc cấu hình 4f6 Eu3+ Hình 4.13 thể phổ phát quang vật liệu Gd2O3:X%Eu(X=3,5; 5; 6; 7; 8%) kích thích bước sóng 270 nm, đỉnh phát xạ mạnh bước sóng 611 nm tương ứng với chuyển dời 21 ion Eu3+ từ 5Do →7F2 Các đỉnh khác 590, 625, 650 705 nm có cường độ thấp chúng tương ứng với chuyển dời 5D0 → 7F1; D0 → 7F2; 5D0 → 7F3; 5D0 → 7F4 Hình 13 Phổ PL vật liệu Gd2O3:X%Eu (X=3,5; 5; 6; 7; %) Hình 4.14 Phổ PL Gd2O3:6%Eu@silica lớp, lớp, lớp Hình 4.14 phổ phát quang Gd2O3:6%Eu3+ bọc lớp vỏ silica độ dày khác Đầu tiên, vật liệu ủ 650oC sau bọc silica sấy khơ 70oC Khi bọc silica dải phát xạ từ 611 đến 621nm thuộc dịch chuyển 5D0 – 7F2 xảy tương tác quỹ đạo, trường tinh thể gây suy biến mức lượng làm tách vạch Khi vật liệu bọc lớp silica xảy tách vạch tối đa dải phát xạ 5D0 – 7F2 đối xứng trường tinh thể thấp Khi bọc lớp, lớp đối xứng trường tinh thể cao tách vạch Khi trường tinh thể lớn lượng trung bình lệch phía lượng cao đỉnh phát xạ 621nm tăng lên với độ dày silica tăng lên 22 4.2 Kết hợp vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2 với kháng thể đặc hiệu IgG phát CEA 4.2.1 Đánh giá khả phát kháng nguyên CEA tinh khiết phức hợp nano Hình 4.16 Sơ đồ trình phát CEA phức hợp nano huỳnh quang Gd2O3:Eu3+@Silica-NH2-IgG (a) (b) (c) (d) Hình 17 Ảnh hiển vi huỳnh quang mẫu: ĐC1(a), đĩa 3(b), đĩa 4(c), đĩa 5(d) soi kính hiển vi huỳnh quang bước sóng 405nm độ phóng đại 40x, thị kính 10x Hình ảnh để phát kháng ngun CEA phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG quan sát qua kính hiển vi huỳnh quang với độ phóng đại 40x, thị kính 10x (hình 4.17) Các thấy kết cho thấy: mẫu đối chứng (hình 4.17a) cho hình ảnh CEA tinh khiết khơng phát sáng màu đỏ Đĩa đối chứng khơng ghi nhận hình ảnh mẫu phức hợp nano bị trình rửa Đối với đĩa 3, nồng độ phức hợp nano tăng dần từ 10mg/ml (hình 4.17b, c, d) dễ dàng quan sát điểm phát quang màu đỏ tăng dần, hình ảnh quan sát rõ nồng độ phức hợp nano 10mg/ml Điều cho thấy xảy phản ứng miễn dịch huỳnh quang phức hợp nano kháng nguyên CEA 23 4.2.2.2 Đánh giá khả phát kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng HT-29 phức hợp nano Sau đánh giá kết phát kháng nguyên CEA tinh khiết, thực thí nghiệm tế bào ung thư đại trực tràng HT-29 có chứa kháng nguyên CEA (a) (b) (c) (d) Hình 18 Ảnh hiển vi huỳnh quang mẫu ĐC1 (a), đĩa (b), đĩa (c), đĩa (d), soi kính hiển vi huỳnh quang bước sóng 405nm, độ phóng đại 40x, thị kính 10x Các kết thu cho thấy với đĩa đối chứng (hình 4.18a) thu hình ảnh có tế bào chứa kháng ngun CEA khơng phát quang màu đỏ Đĩa đối chứng không quan sát hình ảnh phần tử bị trơi khơng gắn kết q trình rửa Đối với đĩa 3, (hình 4.18 b, c, d) tương ứng với thể tích phức hợp nano 50µl (b), 75µl (c), 100µl (d) nồng độ 0,1g/ml ghi nhận hình ảnh phát quang màu đậm dần theo thể tích phức hợp nano tăng dần Điều chứng tỏ có gắn kết phức hợp nano với kháng nguyên CEA tế bào ung thư Như vậy, ứng dụng phức hợp nano để phát kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng 24 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu đạt luận án, chúng tơi rút kết luận sau: Đã chế tạo thành công vật liệu nano GdPO4:7%Tb3+ phương pháp thủy nhiệt với kích thước chiều dài 300-500nm, chiều rộng 10-30nm, đơn pha với cấu trúc tetragonal kiểu rhabdophane Đã khảo sát xác định hiệu ứng đốt từ cảm ứng nhiệt vật liệu GdPO4 GdPO4:Tb3+ dung dịch nước, tăng nhiệt lên 44 49oC, từ trường 20kOe thời gian 1500 giây Đã chế tạo thành công cầu nano Gd2O3:6%Eu3+ phương pháp hóa học nhiều bước đường kính 145 - 155nm với độ đồng cao 95% Đã bọc lớp vỏ nano GdPO4:7%Tb3+ cầu nano Gd2O3:6%Eu3+ vỏ silica, chức hóa với nhóm chức NH2, gắn với kháng thể kháng nọc rắn kháng thể kháng CEA Đã tiến hành thử nghiệm sử dụng phức hợp nano GdPO4:7%Tb3+@silica-NH2-IgG vào việc phát kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang thử nghiệm phức hợp nano Gd2O3:6%Eu3+@silica-NH2-IgG phát kháng nguyên CEA tinh khiết kháng nguyên CEA tế bào ung thư đại trực tràng Các kết đạt cho thấy hệ vật liệu cầu nano sở GdPO4:7%Tb3+ Gd2O3:6%Eu3+ ứng dụng chế tạo cấu trúc photonic, hiển thị, bảo mật, hiển thị huỳnh quang, đốt nhiệt từ sinh y học góp phần vào việc chẩn đoán sớm, nâng cao hiệu điều trị bệnh DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Pham Thi Lien, Vu Duc Tu, Lai Ngoc Diep, Nguyen Thanh Huong, Hoang Thi Khuyen, Nguyen Thi Ngoc Anh, Vu Xuan Nghia, Tran Kim Anh, Robert Tomala and Le Quoc Minh, Characterization of Gd2O3: Eu3+ nanocomplexes conjugate with IgG for the indentification of CEA tumor cell, Materials Transactions, 2020, Vol.61, No.8 Issue, 1575-1579 Pham Thi Lien, Nguyen Thanh Huong , Tran Thu Huong, Hoang Thi Khuyen,Nguyen Thi Ngoc Anh, Nguyen Duc Van, Nguyen Ngoc Tuan, Vu Xuan Nghia, and Le Quoc Minh, Optimization of Tb3+/Gd3+ Molar Ratio for Rapid Detection of Naja Atra Cobra Venom by Immunoglobulin GConjugated GdPO4.nH2O:Tb3+ Nanorods, Hindawi, Journal of Nanomaterial, Volume 2019, Article ID 3858439, pages Tran Kim Anh, Nguyen Thanh Huong, Pham Thi Lien, Do Khanh Tung, Vu Duc Tu, Nguyen Duc Van, Wieslaw Strek, Le Quoc Minh Great enhancement of monodispersity and luminescent properties of Gd2O3:Eu and Gd2O3:Eu@Silica nanospheres, Materials Science & Engineering B 241 (2019) 1–8 Nguyen Thanh Huong, Nguyen Manh Hung, Pham Thi Lien, Nguyen Duc Van, Pham Hong Nam, Nguyen Thanh Binh and Le Quoc Minh, Fabrication and Characterization of Luminescent Magnetic Bifunctional Nanocomposite Based on TbPO4⋅H2O Nanowires and Fe3O4 Nanoparticles, Journal of Electrotric Materials, Vol 45(7), 2016, 3646-3650 Nguyen Thanh Huong, Pham Thi Lien, Nguyen Manh Hung, Nguyen Duc Van, Tran Thi Thuy, Nguyen Thanh Binh and Le Quoc Minh, Conjugation of TbPO4.H2O-based nanawises with immunoglobulin G for bioimaging, Journal of Electrotric Materials, Vol 45(5), 2016, 2463-2467 Phạm Thị Liên, Nguyễn Thanh Hường, Hoàng Thị Khuyên, Trần Thu Hương, Lê Quốc Minh, Chế tạo khảo sát tính chất quang vật liệu phốt phát chứa đất (Tb3+) dạng tổng hợp phương pháp thủy nhiệt sử dụng khuôn mềm diethylene glycol, Tạp chí Hóa học, 57(4e12), 2019, 172175 Phạm Thị Liên, Lê Thị Thùy Linh, Bùi Kỳ Anh, Dương Thu Hà, Nguyễn Thanh Hường, Vũ Xuân Nghĩa, Trần Kim Anh, Lê Quốc Minh, Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+ liên hợp với kháng thể IgG nhằm ứng dụng phát sớm carcinoembryonic antigen (CEA) phương pháp xét nghiệm in vitro, Tạp chí Hóa học, 55(3e12), 2018, 317-320 ... tài nghiên cứu cho luận án tiến sỹ: ? ?Nghiên cứu chế tạo, tính chất vật liệu nano GdPO4: Tb3+ Gd2O3: Eu3+ định hướng ứng dụng y sinh? ?? Mục tiêu nghiên cứu luận án: - Chế tạo thành công vật liệu nano. .. kết chế tạo vật liệu nano GdPO4: Tb3+ ứng dụng phức hợp nano GdPO4: Tb3+ phát kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Chương 4: Các kết chế tạo vật liệu nano Gd2O3: Eu3+ ứng dụng phức hợp nano Gd2O3: Eu3+. .. chứa ion đất hiếm, vật liệu nano phát quang GdPO4, Gd2O3 pha tạp Eu3+, Tb3+, đối tượng định hướng ứng dụng y sinh Tiếp theo trình b? ?y phương pháp thực nghiệm, kết nghiên cứu, chế tạo, đo đạc, đánh