Chế tạo và nghiên cứu chất lỏng từ tính : Đề tài NCKH. QT.07.10

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN CHÊ TẠO VÀ NGHIÊN c ứ u CHAT LỎNG TỪ TÍNH MÃ SỐ: QT-07-10 CHÚ TRÌ ĐỂ TÀI: CÁC CÁN BỘ THAM GIA: TS Nguyễn Hoàng hải GS TSKH Nguyễn Châu CN Nguyễn Đăng Phú ThS Trần Thị Quỳnh Hoa CN Cấn Vãn Thach ÒA! H O C Q U Ò C G IA HA NỘl ị TPUNG TẨM THÔNG TIN THỰ VIÊN Dĩ / m HÀ NỘI - 2007 MỤC LỤC Báo cáo tóm tắt tiếng V iệ t Báo cáo tóm tắt tiếng A n h Chương 1: M đ ầ u Chương 2: Thực n g h iệ m Chương 3: kết Thảo lu ậ n 11 Kết lu ậ n 26 Phụ lụ c 27 BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TIÊNG VIỆT Tên đề tài: “Chẻ tạo nghiên cứu chất lỏng từ tính” Mã số: QT-07-10 Chủ trì đề tài: TS Nguyễn Hoàng Hải Các cán tham gia: GS TSKH Nguyễn Châu CN Nguyễn Đãng Phú ThS Trần Thị Quỳnh Hoa CN Cấn Văn Thạch Mục tiêu nội dung nghiên cứu Chế tạo nghiên cứu chất lỏng có từ tính; chức hóa bề mặt thử nghiệm khả mang nhả thuốc kháng sinh; nghiên cứu khả nãng hấp phụ thạch tín gia tăng tốc độ lắng đọng chất bẩn nước Các kết đạt • • • • • • Chất lỏng từ tính dựa ồxít sắt Fe30 chế tạo phương pháp kết tủa hóa siêu âm với kích thước điều khiển từ độ bão hịa cao Hình cầu silic xốp với diện tích bề mặt lớn chế tạo phương pháp phản ứng ống thép kín Hạt nano từ tính chức hóa bề mặt để mang thuốc kháng sinh Chloramphenicol Thuốc kháng sinh mang hạt nano thể khả diệt khuẩn lâu dài thuốc kháng sinh đôi chứng Hạt nano từ tính cịn thể khả hấp thụ thạch tín nước bị nhiễm bẩn 04 báo báo cáo khoa học Đào tạo cử nhân Tình hình kinh phí đề tài Kinh phí thực đề tài: 20.000.000 đ (Hai mươi triệu đồng) Đã chi theo dự tốn kinh phí đề tài KHOA QUẢN LÝ CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI 'ự v t y PGS TS Nguyễn Thê Bình _ x s N guyễn Hoàng Hải TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TIÊNG ANH Name of the Project: “Preparation and Study on Magntic Fluids” Code: QT-07-10 Coordinator: Dr Nguyen Hoang Hai Participants: Prof TSKH Nguyen Chau BSc Nguyen Dang Phu MSc Tran Thi Quynh Hoa BSc Can Van Thach Objectives Preparation and properties of magnetic íluids; functionalization of the suríace and drug loading to and releasing from the magnetic nanoparticles; study the ability of arsenic removal and foster sedimentation of the waste in water Results • • • • • • Magnetic íluids based on iron oxide have been prepared by coprecipitation and sonochemistry with controlable particle size and high saturation magnetization Porous Silicon spheres with hgh surface area have been íabricated by the Reaction under Autogenic Pressure at Elevated Temperatures The magnetic nanoparticles were íuntionalised to carry antibiotic Chloramphenicol (Cm) An extension of inhibitory effect of Cm on bateria by incorporating Cm into nanoparticles was found due to the protection of suríactants from degration of Cm in vvater Magnetite nanoparticles show strong arsenic absroption in water 04 scientific papers Contributed to a undergraduate thesis CHƯƠNG 1: MỞ ĐẨU Khoa học cồng nghệ nano vào sống với tốc độ ngày nhanh nhờ tính chất đặc biệt vật liệu nano Các đặc tính vật liệu nano chia thành hai loại: đặc tính có liên quan đến hiệu ứng bề mặt hiệu ứng có liên quan đến kích thước Hiệu ứng bề mặt xảy kích thước nào, nhiên, kích thước nano hiệu ứng bề mặt trở nên đáng kể Hiệu ứng kích thước vật liệu nano làm cho vật liệu trở nên kì lạ nhiều so với vật liệu truyền thống Đối với vật liệu, tính chất vật liệu có độ dài đặc trưng Độ dài đặc trưng nhiều tính chất vật liệu rơi vào kích thước nm1,2 vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn nhiều lần độ dài đặc trưng dẫn đến tính chất vật lí biết Nhưng kích thước vật liệu so sánh với độ dài đặc trưng tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột Đối với vật liệu từ, ngồi tính chất “nội” đặc trưng cho loại vật liệu cụ thể từ độ bão hòa Ms, dị hường từ tinh thể, cấu trúc tinh thể, tính chất ngoại hình dạng kích thước tinh thể, xếp tinh thể vật liệu ảnh hưởng đáng kể đến tính chất từ Hiệu ứng kích thước nói phần xảy vật liệu từ tính mà kích thước vật liệu nhỏ kích thước đặc trưng Với vật liệu từ, kích thước đặc trưng độ dày vách men, độ dài tương tác trao đổi, quãng đường tán xạ spin điện tử, giới hạn siêu thuận từ Vật liệu ứng dụng sinh học yêu cầu vật liệu nano thường dạng hạt phải có tính siêu thuận từ Giới hạn siêu thuận từ phụ thuộc vào từ độ bão hòa dị hướng từ tinh thể, đa số trường hợp giới hạn từ - 30 nm3 Vật liệu siêu thuận từ có giá trị từ độ tương đối cao bị từ hóa mạnh tác dụng từ trường bị khử từ hồn tồn khơng có từ trường ngồi tác dụng (khổng có từ dư) Hai yếu tố cần thiết ứng dụng y sinh để tránh kết tụ hạt từ thể Ngồi ra, độc tính, độ tương hợp sinh học (biocompatible), tính kích thước hạt, ổn định môi trường khác vấn đề cần vượt qua4 Vật liệu xít sắt loại vật liệu ứng dụng nhiều thỏa mãn hầu hết yêu cầu nói Trong xít sắt magnetite Fe30 4, (M, = 90 emu/g) maghemite Ỵ-Fe20 , (Mv = 60 emu/g) sử dụng nhiều Các ứng dụng hạt nano từ tính sinh học thường phân tán dung mơi nên cịn gọi chất lỏng có từ tính Chất lỏng có từ tính phức hệ gồm thành phần vô hữu đan xen với để tạo tính chất Hệ gọi vật liệu lai (hybrid material) hay vật liệu tích hợp (integraíed material) Các ứng dụng chất lỏng từ bao gồm phân tách chọn lọc tế bào, dẫn thuốc đến đích nhờ từ trường, nung nóng cục nhờ từ trường ngồi xay chiều, tác nhân tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ hạt nhân Chất l ổ n g có từ tính chất lỏng bao gồm hat nano từ tính chức hóa bề mặt ứng dụng vật lí, hóa học, môi trường5 sinh học6 Đặc biệt ứng p c p Poole, F J Ovvens Ịnrrodtiction to nanoteclìnologỵ, Wiley: Hoboken (2003) : J s Murday N a n o m a te r ia ỉs -th e d r iv itìg fo r c e , A M P TIA C Nevvsletter (2002) 20-29 ’ R c ’Handley, M ocicni m agnetic m aterials: principles ancl a p p lica tio n s, Wiley: New York (2000) p 307, 718 D L Leslie-Pelecky V Labhasetwar, J Kraus, N a n obiom agneỉics A d v a n c ed m agnetic nơ/ìostructures D.J Sellmyer R.s Skomski Kluvver: N ew York (2006) ' s Yean L C ong c T Y avuz J T M ayo w w Yu, A.T Kan, V L C olvin, M B T om son, E ffect of magnetite partiđe size 011 adsorption and desorption o f arsenite and arsenate J Mater R es (2 0 ) 3255 * I Saíarik, M Saíarikova M agnetic techm ques for the isolation and p u n íica ú o n o f proteins and peptides, B iom as R es Tech (2 0 ): w w w b io m a g res.co m /co n ten t/2 /l/7 dụng chất lỏng từ sinh học nghiên cứu nhiều vài năm trở lại Những ứng dụng phổ biến chất lỏng từ tính sinh học tách chiết DNA, tách chiết tế bào, trị nhiệt từ, tác nhân tăng độ tương phản cộng hưởng từ hạt nhân, dung giải thuốc7’* Đối với dung giải thuốc, cách hạt nano từ tính gắn kết với thuốc, lưu thông thể, tác dụng từ trường mà phức hệ hạt-thuốc dản đến vị trí mong muốn thể Do đó, hiệu thuốc tăng lên đáng kể Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến trình dung giải tỉ phần thuốc phức hệ hạt-thuốc, khả phân tán phức hệ dung mơi, tính tương hợp sinh học độ ổn định mỏi trường iàm việc Có nhiều cách để gắn thuốc với hạt nano sử dụng gắn kết hóa học liên kết ion9 Tuy nhiên phương pháp phức tạp bao gồm nhiều bước khả mang thuốc hạn chế Các phương pháp khác bao bọc hạt nano từ tính polymer tự hủy poly-D L-lactide-coglicolide hay dendrim er gây suy giảm đáng kể từ đ ộ 10 Gần đây, phương pháp mang khoảng % khối lượng thuốc doxorubicin hydrocloride với hạt nano từ tính nghiên cứu11 Theo ngun lí hạt nano bao bọc bới hai lớp chất hoạt hóa bề mặt oleic acid pluronic acid phân tán nước điền kẽ thuốc vào khoảng hai lớp chất hoạt hóa bề mặt để tạo nên phức hệ hạtthuốc Phức hệ nói có từ tính mạnh phân tán nước có triển vọng đề điểu trị bệnh ung thư Chúng sử dụng hạt nano từ tính bao bọc hai lớp chất hoạt hóa bề mặt oleic acid (OA) oleyl dodecyl sulíate (SDS) sử dụng nguyên lí tương tự để nhồi thuốc kháng sinh Chloramphenicol vào khoảng hai lớp chất hoạt hóa bề mặt Khả mang thuốc, nhả thuốc thử nghiệm tác dụng thuốc gây ức chế phát triển vi khuẩn Escherichia coìi (E coli) nghiên cứu Ngồi ứng dụng sinh học, hạt nanơ từ tính cịn ứng dụng xử lí nước bị nhiễm hấp thụ thạch tín nước Đối với hạt ơxít sắt, có nhiều nghiên cứu cho thấy hạt có khả hấp phụ ion độc hại nước, có thạch tín Nguyên lí hấp phụ tĩnh điện Hạt nano môi trường dung dịch phù hợp có điện tích bề mặt Với hạt magnetite, pH trung tính bề mặt hạt mang điện tích âm Điện tích âm hút ion thạch tín mang điện tích dương lên bề mặt Tuy nhiên, hạt nano khơng giúp cho việc xử lí chất thải rắn lơ lửng nước Nghiên cứu chúng tỏi tập trung vào khả hấp phụ thạch tín lên bề mặt hạt nano magnetite Tuy nhiên có điểm khác biệt sau Thứ nhất, magnetite dễ bị ồxi hóa nên từ tính giảm, dùng q trình tách từ hiệu quả, việc thay phần Fe2+ ion kim loại khác Ni Co magnetite làm giảm khả ô xi hóa mà không làm thay đổi đến khả hấp thụ Thứ hai ià kết hợp với phương pháp xử lí nước có từ lâu đời phèn chua với hạt nano từ tính để gia tăng trinh lắng đọng chất thải rắn lơ ỉửng xử lí ion độc hại D L Leslie-Pelecky, V Labhasetvvar, and R H Kraus, Jr Nanobiomagnetics, in Advanced M agnetic Nanostructures, ediỉed by D J Sellm yer and R s Skomski, (Kluvver, New Y o rk, 2005) KQ A Pankkhurst J C on n olly, s K Jones, and J D obson, J Phys D: Appl Phys 36 R I 67 (2003) g c A ỉexiou w Arnold R J K lein F G Parak, p Hulin, c Bergem am i, w Erhardt s W agen p feil, and A s Lubbe Cancer Res 60 6641 (2 0 ) 10 Drug release 11 T K Jain, M A M orales, s K Sahoo, D L Leslie-Pelecky, and V Labhasetvvar, M o le cu la r Pharmaceutics 2, 194 (2005) CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Chẻ tạo hạt nano từ tính p Chế tạo hạt nano từ tính đồng kết tủa Hạt nano từ tính có kích thước 10 nm - 15 nm chế tạo phương pháp đồng kết tủa ion Fe3+ (FeClv6H20 ) Fe2+ (FeCl2.4H20 ) OH nhiệt độ phịng mơi trường khơng khí Trong phản ứng, nồng độ ion Fe2+ thay đổi 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02; 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25 M/l nồng độ ion Fe3+ thay đổi tương ứng để cho tỉ phần mol Fe3+/Fe2+ giữ không đổi Trong thí nghiệm điển hình, lấy 3,98 g FeCl2.4H20 10,82 g FeCl3.6H20 hòa tan vào 200 ml nước cất lần Hòa tan 18 ml dung dịch NH4OH 25 % vào 100 ml nước cất để thu dung dịch kiềm Nhỏ dung dịch chứa muối sắt vào dung dịch kiềm để tạo kết tủa màu đen hạt nano magnetite Fe30 Sau phản ứng, hạt nano rửa nước cất từ trường nam châm lần để loại bỏ hóa chất cịn dư ta hạt nano từ tính magnetite Fe30 Để thực phép đo từ nhiệt, lấy mẫu với nồng độ tiền chất 0,02 M/l dạng bột trộn với epoxy để khô từ trường T để tạo thành mẫu bột định hướng Đường cong từ hoá mẫu đo nhiệt độ khác từ 150 K đến 400 K từ trường song song với từ trường dùng để định hướng mẫu Kết sử dụng để tính tốn biến thiên entropy từ mẩu Để phân tán hạt nano vào dung môi hữu cơ, lấy 0,5 g hạt nano từ tính chứa 20 ml nước khuấy mạnh với 10 ml oleic acid (9- Octadecenoic acid CịaH^O^ số đãng kí CAS: 112-80-1) thời gian 30 phút để tạo lớp OA bao bọc quanh hạt nano thông qua tương tác nhóm carboxyl OA với bề mặt hạt Sau thời gian khuấy hạt nano từ tính chuyển từ pha nước sang OA làm cho OA ban đầu suốt trở nên có màu đen pha nước có chứa hạt nano có màu đen trở thành suốt khơng cịn hạt nano Loại bỏ phần nước rửa OA dư n-hexane lần sử dựng phương pháp tách từ để thu hạt nano bao bọc OA (NP-OA) phân tán 20 ml n-hexane Đế bao bọc hạt nano hai lớp chất hoạt hóa bề mặt, khuấy dung dịch có chứa hạt nano nói với 40 ml dung dịch có chứa g sodium dodecyl sulíate (Sodium lauryl sulíate C12H2S0 S 3Na, số đăng kí CAS: 151-21-3) thời gian h Sau khuấy, hạt nano n-hexane chuyển sang nước Loại bỏ n-hexane, rửa tách từ lần nước cấy ta thu hạt nano bao bọc hai lớp chất hoạt hóa bề mặt OA SDS (NP-OA-SDS) phân tán 20 ml nước Để nhồi thuốc kháng sinh Chloramphenicol (Cm) lên hạt nano từ tính, 96 mg Cm hòa tan 2,5 ml ethanol sau nhỏ thêm nước cất để thu 10 ml Đổ 10 ml dung dịch chứa Cm vào 20 ml dung dịch chứa NP-OA-SDS khuấy máy khuấy từ 15 h Sau đó, thuốc kháng sinh cịn dư loại bỏ tách từ rửa nước cất lần Kết cuối hạt nano từ tính bao bọc hai lớp chất hoạt hóa bề mặt OA SDS nhồi thuốc kháng sinh Cm (NP-Cm) phân tán 20 mi nước giữ nhiệt độ 5°c trước đưa sửa dụng Chế tạo hạt ncino từ tính hóa siêu âm Dung dịch để phản ứng xảy tác dụng hóa siêu âm chuẩn bị sau Để tạo hạt nano Fe,04, lấy 0,8 g muối iron (II) acetate (98%, Aldrich) cho vào 80 ml nước cất hai lần dể binh cổ 100 ml Nước cất khử khơng khí cách sục khí N2 20 phút Chiếu xạ siêu âm cịi Ti thơng qua cổ bình Hai cổ cịn lại dùng dường dẫn khí N2, đường vào, đường Như phản ứng xảy khí N2 (hình 2) Công suất siêu âm điều chinh 200 w thời gian giờ, nhiệt độ ổn định 70°c Sóng siêu âm tác dụng dạng xung (bật: s, tắt: s) để tránh tượng nhiệt siêu âm tạo Khi tác dụng siêu âm, dung dịch xuất chất có tính khử tính ốxi hóa H2, hydrogen peroxide (H20 2) Các sản phẩm trung gian lượng cao ỉà H 02 (superoxide), hydro nguyên tử, hydroxyl diện tử Các chất ôxi hóa muối sắt biến chúng thành magnetite Fe30 Sau chiếu xạ khoảng phút, dung dịch bắt đầu chuyển màu đen hình thành hạt nano magnetite Đối với Feị.,MJO.Fe2 đó, M Mn, Co, Ni, Zn, bổ sung muối acetate kim loại tương ứng với tỉ phần X = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 chiếu xạ siêu âm giống làm với trường hợp Fe30 Sau phản ứng xảy ra, đợi dung dịch trở lại nhiệt độ phòng rửa nước cất kết hợp với li tâm lần để loại bỏ hóa chất cịn dư Sấy khơ mẫu nhiệt độ 120°c Các phép đo Cấu trúc hạt nano từ tính phân tích máy nhiễu xạ tia X D5005, kích thước hạt quan sát kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) JEOL JEM 1010 Tính chất từ đo từ kế mẫu rung (VSM) DMS 880 Phép phân tích nhiệt để xác định tỉ phần chất hoạt hóa bề mặt thuốc kháng sinh đo máy SDT 2960 TA Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier có từ máy đo Nicolet Impact 410 cho biết liên kết chất hoạt hóa bề mặt lên bề mặt hạt nano từ tính Để xác định khả ức chế sinh trưởng thuốc kháng sinh lên vi khuẩn E coỉi (chủng DH 5a), đĩa thủy tinh có đường kính 10 cm chứa 20 ml môi trường đặc Luria-Bertani (LB), với thành phần gồm 1% trypton, 0,5% dịch chiết nấm men, 1% muối NaCl, 1,6% thạch, dược dùng để cấy E coli lên bề mặt Sau đó, đĩa thạch LB đế khô nhiệt độ 37 °c dược đục lỗ nhỏ có đường kính khoảng 0.5 cm Hạt nano chứa thuốc NP-Cm hòa tan nước nhỏ vào lỗ dược đục sẵn Thuốc kháng sinh khuyếch tán từ lỗ xung quanh ức chế sinh trưởng vi khuẩn E coli Để thuốc khuyếch tán xung quanh, giữ đĩa thạch nhiệt độ từ °c đến 10 °c thời gian h, sau chúng tơi nâng nhiệt độ lên 37 °c vài ngày để ủ cho vi khuẩn phát triển thành đám khuẩn lạc Nếu thuốc có tác dụng sau thời gian, vi khuẩn không phát triển vùng xung quanh lỗ thử Ngược lại, thuốc khơng tác dụng vi khuẩn vẩn phát triển thường Vùng vi khuẩn phát triển vùng vi khuẩn không phát triển được nhận biết nhờ màu sắc vùng khơng giống Bằng cách đo đường kính vòng tròn ức chế sinh trưởng vi khuẩn xung quanh lỗ thử ta xác định khả kháng khuẩn thuốc kháng sinh mang hạt nano so sánh với thuốc kháng sinh đối chứng khơng có hạt nano Việc xác định đường kính kháng khuẩn thơng qua chụp ảnh xử lí phần mểm Image J 12 Đê nghiên cứu khả hấp phụ thạch tín hạt nano từ tính dung dịch nước có chứa 0,1 mg/1 As'4 tạo thành cách nhân tạo Trong mối thí nghiệm khả nãng hấp phụ asen hạt nano, 100 ml dung dịch khuấy với hạt nano máy khuấy từ thời gian từ - 60 phút nhiệt độ phòng HC1 nhỏ vào trước khuấy để điều khiển pH dung dịch Sau khuấy, hạt nano từ tính tách khỏi dung dịch nam châm Dung dịch phân tích thành phần asen phổ kế hấp thụ nguyên tử (AAS) Lí nghiên cứu mẫu Ni Co khả chống xi hóa mỏi trường làm việc ngồi khơns khí1- 2.2 Chê tạo tiểu phản silic xốp 12 http://rsb.info.m h.gov/ij/ 11 N H Hai N D Phu N H L u o n g , N Chau H D Chinh, L H H oang D L L eslie-P eleck y , M echanism for Sustainable Nlagnetic N anoparticles under A m bient C onđitions J Korean Phys Soc (2 0 ) to be published Các hạt Si02 có kích thước từ 400 nm - 650 nm chế tạo phương pháp Stober14: lấy 150 ml ethanol, 12 ml ammonium hydroxide 24 % khối lượng (Biolab), ml tetraethyl orthosilicate 98 % (Aldrich) khuấy 30 ml nước cất hai lần cốc 250 ml nhiệt độ phòng Hạt cầu Si02 thu lại máy li tâm (9000 vòng/10 phút, Hettich Ưniversal 32) rửa lần nước cất sấy khô 110°c (gọi mẫu Si02 Stober) Cát lấy từ bãi biến Tel-Aviv biển Địa Trung Hải cho tác dụng với HNO? để loại bỏ tạp chất, rửa nước sấy khô 120°c Việc khử Si02 thành Si thực nhờ Mg khuồn thép không gỉ Swagelok Lấy 0,5 g Si02 cát biển trộn với 0,42 g Mg cho vào khn thép mơi trường khí bảo vệ Khn thép đóng kín chịu nhiệt độ áp suất cao Nung hỗn hợp hóa chất ống thép nhiệt độ 750°c với tốc độ tăng nhiệt 10°c/phút hạ nhiệt theo lò Tại nhiệt độ phản ứng áp suất cao, phản ứng khử Si02 thành Si xảy Sản phẩm phản ứng Si, MgO Mg dư Mở khuôn thép để thu khoảng 0,8 g mẫu (tương đương với khoảng 90 % khối lượng ban đầu), mẫu bị dính vào thành khn thép Sau tác dụng với dung dịch axít HC1 (37 % khối lượng) thời gian 24 để loại bỏ Mg MgO ta thu silic xốp Silic xốp tạo thành từ Si02 Stober gọi mẫu Sil; Silic xốp tạo thành từ cát biển gọi mẫu Si2 Nhiễu xạ tia X (XRD) thu nhờ máy nhiễu xạ Bruker AXS 5005 với xạ CuKa Hình thái học, cấu trúc nano, xác định thành phần nguyên tố thực kính hiển vi điện tử quét (SEM) độ phân giải cao JEOL-JSM 840 ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) có dược nhờ kính hiển vi JEM-1200EX (80 kV) Diện tích bề mặt vật liệu đo phương pháp Brunaur-Emmett-Teller (BET) nhiệt độ 77 K sử dụng khí N2 chất khí hấp phụ Phân tích thành phần nguyên tố c , H, N, s thực máy phân tích Eager 200 Sử dụng máy Olympus BX41 (Jobin Yvon Horiba) để đo phổ Raman; máy Perkin-Elmer (model LS50B) để đo phổ huỳnh quang với bước sóng kích thích 240 nm Phổ quang điện tử tia X (XPS) thu từ máy AXIS HS (Kratos analytical) với phổ kế điện tử dùng nguồn tia X đơn sắt AI Ka Năng lượng liên kết chuẩn hóa Cls 285,0 eV 14 vv Stober A Fiiik E J Bohn C o n tro llecỉ g ro u tli o f m onociisperse silic o sp h e r e s in the m ic ro n size r a n g e C olloid Interíace Sci (1 ) -6 10 20 30 40 50 60 70 20 (độ) Hình 3.1: Kết Cịuả nhiễu xạ tia Xcủa hạt nano từ tính magnetiĩe với nồng độ ion Fe2+ 0,001, 0,002, 0,005, 0,01 0,2 MU Các đỉnh nhiễu xạ mẫu trùng khớp với đỉnh nhiễu xạ mẫu chuẩn Fe30 (số 1-1111) thể dọc C H Ư Ơ N G 3: K ÊT Q UẢ VÀ T H Ả O LU Ậ N 3.1 Hạt nano từ tính * Hình thái học hạt nơno từ tính Kết nhiễu xạ tia X hạt nano từ tính magnetite với số nồng độ ion Fe2+ 0,001, 0,002, 0,005, 0,01 0,2 M/l cho hình 3.1 Các đỉnh nhiễu xạ mẫu cúa mẫu với nồng độ khác tương tự trùng khớp với đỉnh nhiễu xạ mẫu Fe30 chuẩn (số 1-1111) Điều cho thấy mẫu thu đểu có cấu trúc spinel đảo giống mẫu khối Ngoài đỉnh nhiễu xạ magnetite, kết khơng cho thấy có nhiễu xạ pha lạ Sự mở rộng đỉnh nhiễu xạ mẫu có nồng độ thấp kết tổn hạt có kích thước nm mẫu Khi nồng độ tiền chất tăng, đỉnh trở nên sắc nét hẹp Từ độ rộng đỉnh nhiễu xạ15, kích thước hạt tính dược 0,5, 8,9, 9,4, 10,3, 13,8 nm tương ứng với nồng độ tiền chất nói Giá trị 0,5 nm mẫu có nồng độ tiền chất 0,001 M/l chưa giá trị thực hạt nano mà cho thấy mức độ tinh thể hóa hạt nano nồng độ tiền chất loãng thấp Cơ chế hình thành hạt nano từ tính trinh đồng kết tủa hiểu sau16: nồng độ ion tiền chất tham gia phản ứng đạt đến nồng độ bão hòa định xuất hình thành đột ngột mầm tinh thể Các mầm tinh thể hấp thu vật chất dung dịch liên tục để phát triển thành hạt nano hoặc/và kết tụ với để tạo hạt lớn Kích thước hạt nano phản ứng đồng kết tủa phụ thuộc vào độ pH nồng độ ion Khi thay đổi nồng độ ion cố định pH kích thước hạt thay đổi từ nhỏ đến lớn nồng độ từ lỗng đến đặc17 Các hạt nano có kích thước từ 10 nm đến 100 nm |S B E VVarren X -ray diữ raction (A ddison-VV esley, Reading M A /D over, M ineola N Y , 1990) s V eintem illas-V erdaguer, T G onzalez-C arreno, and c J Serna, J Phys D ’ Appl Phys 36, R I 82 (2 0 ) 17 J p Jolivet M etal Oxicỉe C hem istry and Synthesis: From Solutions to Solid State, (W illey N ew York, 0 ) 16 p Tartaj, M p M orales 11 với giá trị hệ mẫu íerrite Nii.xZnxFe2 C>4 17 Một đặc điểm đáng lưu ý giá trị biến thiên entropy từ cực đại lớn gần nhiệt độ phòng tương đối sắc nét nên có ứng dụng tương lai Phân tán hạt nano dung môi chế tạo phức hệ hạt nano-thuốc kháng sinh Hạt nano từ tính sau chế tạo chưa chất lỏng từ ổn định Muốn tạo hệ phân tán ồn định (chất lỏng từ), bề mặt hạt nano từ tính cần bao bọc bàng chất hoạt hóa bề mặt Oleic acid sử dụng làm chất ồn định để hạt nano phân tán dung môi khơng phân cực n-hexane Hình phép đo hồng ngoại khai triển Fourier (FTIR) hạt nano từ tính bao bọc OA so sánh với phép đo tiến hành hạt nano không bao bọc OA tinh khiết Phổ hấp thụ hồng ngoại OA tinh khiết cho thấy đỉnh hâp thụ tương ứng với dao động nhóm c = 1707 cm'1 1280 cm'1; nhóm O-H 3000 cm '1 (đỉnh rộng), 1460 cm'1 (dao động mặt phẳng) 910 cm'1 (dao động ngồi mặt phăng); nhóm CH2 2932 cm '1 2861 cm'1 Phồ hồng ngoại hạt nano có bao bọc OA ngồi đỉnh hấp thụ đặc trưng cho Fe3 Ơ4 thấy tồn hai đỉnh hấp thụ đặc trưng cho dao động nhóm CH2 Các dao động nhóm c = O-H khơng thấy xuất Điều cho thấy nhóm carboxyl OA biến phân tử OA tạo liên kết hóa học với bề mặt hạt nano từ tính18 (hình 8) Như vậy, đầu phân cực OA liên kết với hạt nano đuôi không phân cực hướng vào dung môi n-hexane Dựa vào hàm lượng OA mẫu Fe3 Ơ4 bao phủ OA với giả thiết có lớp phân tử OA bao xung quanh hạt nano kích thước trung bình hạt nanồ Fe3 Ơ4 xác định từ phép đo ảnh hiển vi điện tử truyền qua đánh giá diện tích bề mặt hạt nanơ chiếm phân tử OA theo cồng thức: _ 6(1- c ) M s = -——-— 10 24 cDpN với diện tích chiếm phân tử OA (nm2), c hàm lượng OA mẫu (c = % khối lượng), M khối lượng mol OA (M = 282,5 g/mol), D đường kính trung bình hạt nano Fe30 (20 lim), p khối lượng riêng Fe30 (p = 5180 kg/m3), N số Avogadro Kết tính = 0,31 nm2 kêt phù hợp với kết công bố19 = 0,28 nm2, chứng tỏ hạt Fe3 Ơ4 bao phủ lóp OA Sau bao học thêm lớp SDS, hạt nano từ tính bao phủ hai lóp phân tử gồm OA SDS hình Phép đo phân tích nhiệt vùng nhiệt độ từ nhiệt độ phịng đến 500 °c với tốc độ gia nhiệt 20 °c/phút cho hình 10 Trong hình đó, trục tung tỉ lệ khối lượng mẫu nhiệt độ khác so với khôi lượng mẫu nhiệt độ phịng Trên thị ta thấy tất cà mẫu dù sấv khơ có độ âm nhât định thê suy giảm khoảng % khối lượng Iihiệt độ 100 °c Đơi với mâu Fe30 ngồi suy giảm khối lượng khơng cịn suy giảm khác toàn dải nhiệt độ 17 N Chau N K Thuan, N H Hai, N H Luong, D L M inh, L H Hoang, E ffects o f Zn Content on the Maơnetic and M agnetocaloric Properties o f N i-Z n Ferrites, J Korean Phys S oc., subm itted (2 008) 18 T K Jain M A M orales, s K Sahoo, D L L eslie-P eleck y, and V Labhasetvvar M ol Pharm ,1 (2005) 19 Liỉiana Patricia Ramirez Rios “ Superpara- and paramagnetic polym er colloids by m iniem ưlsion p rocesses” khảo sát, điều dễ hiểu Fe3 Ơ4 có nhiệt độ sơi cao nhiều so với dải nhiệt độ khảo sát Đối với mẫu Fe3 Ơ4 bao phủ OA có suy giảm khoảng 7% khối lượng nhiệt độ khoảng 300°c vùng nhiệt độ từ 220°c đến 420°c Trong theo kết cơng bơ OA bay mạnh nhiệt độ khoảng 250°c dải nhiệt độ từ 150°c đến 400°c [Jain] Kêt cho phép kết luận có mặt OA mẫu mà cịn cho phép kêt luận có liên kết OA với bề mặt hạt nanô làm cho OA khó bay Đối với mẫu Fe3 Ơ4 bao phủ lớp chất hoạt hoá bề mặt kép NP-OA-SDS ta thấy suy giảm khồi lượng độ âm mẫu cịn có thêm hai suy giảm khơi lượng khác Thứ nhât suy giảm khoảng 3% khối lượng xảy dải nhiệt độ từ 180°c đến 300°c Sự suy giảm chủ yếu OA bay có phần SDS bay dải nhiệt độ Thứ hai suy giảm khoảng 5% khối lượng chủ yếu SDS bay xảy dải nhiệt độ từ 300 °c đến 420 °c Hình 10 cho thấy mât mát khôi lượng cùa hạt nano bọc hai lớp chất hoạt hóa bề mặt nhồi thc kháng sinh Cm So sánh với suy giảm khôi lượng hạt nano NP-OA-SDS không nhôi thuốc, hạt nano NP-Cm giảm khối lượng nhiều hơn, khác biệt hai mẫu nàỵ % khối lượng có mặt thuốc kháng Cm bay nhiệt độ cao Điều cho thấy tỉ phàn khối lượng thuốc Cm/NP-Cm % Bản chất trình nhồi thuốc kháng sinh nhờ tượng thân dầu phân tử thuốc Cm So với sô loại kháng sinh khác ampicilin, cephalosporin, Cm có tính thân dầu cao Trong trình khuấy với hạt NP-OA-SDS, phân tử thuốc kháng sinh không ưa nước khu trú vào khoảng không gian hai lớp chất hoạt hóa bề mặt Phức hệ NP-Cm có từ tính suy giảm khoảng 10 % so với từ tính hạt nano không bao bọc Sự suy giảm nhỏ so với nhiều phương pháp khác, từ độ suy giảm 50 % ức chế sinh trưởng vi khuân E Coli phức hệ NP-Cm Đe tìm hiểu khả giải thuốc phức hệ NP-Cm, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thuốc kháng sinh phức hệ nói lên q trình phát triền vi khuẩn E coỉi cấy đĩa thạch Hình 11 ảnh chụp đĩa thạch cấy vi khuẩn E coli sau 14 h nhỏ thuốc kháng sinh Cm phức hệ NP-Cm vào lỗ đục đĩa thạch Các lỗ đánh số từ đến lỗ nhỏ 50 Ị-il NP-Cm với nồng độ NP-Cm tương ứng 200, 40, 20, 10 |ag/ml Các lỗ đánh số từ đến 10 lỗ nhỏ 50 ịi\ nước có chứa thuốc kháng sinh đối chứng Cm tương ứng 200, 40, 20, 10 |ig/ml Hình tròn đánh dấu cho thấy vùng kháng khuẩn thuốc kháng sinh có tác dụng, bên ngồi hình trịn, vùn£ có màu sáng đục vùng mà vi khuẩn phát triển thành đám khuẩn lạc Ờ bên trong, vùng có màu sẫm suốt nhữne vùne mà vi khuẩn khône thể phát triển Điều thú vị chỗ, ta so sánh cặp lỗ: 1-6, 2-7, 3-8 4-9, 5-10 sau 14 h, đường kính hình trịn kháng khuân phức hệ NP-Cm lớn đường kính hình trịn kháng khuẩn thuốc Cm đối chứng lượng thuôc kháng sinh Cm phức hệ NP-Cm thâp nhiêu so với ỉương thuốc kháng sinh đối chứng Sở dĩ đo thời gian ngắn 14 h phải có thời gian đủ dài để thuốc kháng sinh khuyếch tán xung quanh Sự khưyếch tán thuốc Cm đối chửng dễ dàng hình dung khuyếch tán cùa thuốc kháng sinh Cm phức hệ NP-Cm phức tạp Tuy nhiên, khuyêch tán xảy hai trường hợp đêu chênh lệch nơng độ Cm vùng có nồng độ Cm cao vùng có nồng độ Cm thấp xung quanh Sự khuyếch tán nàv phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ, độ nhớt môi trường, khoảng cách, thời gian nhiệt độ Mật độ dòng khuyêch tán J cho công thức sau: J = D - A ' A C /A x Trong D hệ số khuyếch tán, A diện tích bề mặt tiếp xúc, Ac chênh lệch nồng độ thuốc kháng sinh hai vị trí cách khoảng Ax Hệ số khuyếch tán D có liên quan đến nhiệt độ T độ nhớt môi trường 77 theo công thức Stockes-Einstein: D ' ĩ ] = k BT/ 67rR ke số Boltzman, R bán kính phân tử thuốc kháng sinh Điều có nghĩa nêu nhiệt độ tăng mật độ dịng khuch tán tăng lên theo nhiệt độ thơng qua phụ thuộc tun tính hệ sơ khuch tán vào nhiệt độ phụ thuộc phi tuỵên độ nhớt môi trường vào nhiệt độ Khi bảo quản phức hệ NP-Cm nhiệt độ gần nhiệt độ đóng băng nước, khuyếch tán Cm từ chỗ có nồng độ cao đến chỗ nồng độ thấp bị hạn chê lúc độ nhớt mồi trường rât lớn Khi sử dụng làm thí nghiệm 37 °c trình khuyếch tán gia tăng mạnh làm cho thuốc có tác dụng xung quanh Phép kiểm tra ảnh hưởng nước đến trình phát triển vi khuẩn cho thấy nước không ảnh hưởng đến trinh phát triển vỉ khuẩn Điều có nghĩa thuốc kháng sinh mang phức hệ NP-Cm có tác dụng ức chế vi khuẩn mạnh thuốc kháng sinh đối chứng sau 14 h Thuốc kháng sinh Cm tinh khiết tan nước dễ bị thuỷ phân làm hoạt tính sau thời gian dài Thuốc kháng sinh phức hệ NP-Cm bảo vệ lớp chất hoạt hóa bề mặt nên khó bị thuỷ phân mơi trường nước Đe tìm hiểu sâu trình tác dụng thuốc kháng sinh hai trường hợp chúng tơi tiến hành nghiên círu q trình ức chế sinh trưởng vi khuẩn theo thời gian Quá trình khuyếch tán thuốc phụ thuộc vào thời gian theo định luật Fick: C(x,t) = ĩ]yl^nDt exp(-x2/ Dt) Với C(x,t) nồng độ thuốc thời điểm t cách nguồn khuyếch tán khoảng cách X Điều có nghĩa là, với thời gian đủ dài thuốc kháng sinh khuyếch tán khẳp bề mặt đĩa thạch vi khuẩn sinh trưởng vị trí đĩa thạch Tuy nhiên, trình ức chế sinh trưởng vi khuẩn thuốc kháng sinh bị hạn chế hai yếu tố nồng độ phải đủ cao ngưỡng định thời gian tác dụng phải đủ lâu Chúng tiến hành nghiên cứu trình ức chế sinh trường theo thời gian với hai nồng độ khác nhau: cặp lỗ số 2-7 (thí nghiệm A, nồng độ cao) cặp lỗ số 38 (thí nghiệm B, nồng độ thấp) Trong thí nghiệm trước, lỗ số nhỏ 50 jil dung dịch có chứa NP-Cm với nồng độ 40 20 |ig/ml Lỗ số nhỏ 50 ịi\ dung dịch có chứa Cm với nồng độ 40 20 jug/ml Ở thí nghiệm trước (hình 11), thấy đường kính kháng khuẩn lỗ số ln lớn lỗ số đường kính lỗ số lớn lỗ số Chúng tơi muốn sau 14 h đường kính hai lỗ phải bàng nên tăng nồng độ thuốc Cm lỗ số thí nghiệm theo thời gian tương ứng 60 30 I^g/ml so sánh với lỗ với nồng độ NP-Cm giữ nguyên cũ Hình 12 kết qua phụ thuộc đường kính vịng kháng khuẩn theo thời gian Chúng ta thấy sau 14 h đường kính vịng kháng khn hai lơ chứa NP-Cm gân chúng lớn đường kính vịng kháng khn lơ có thc Cm đơi chứng Trong hai thí nghiệm so sánh trên, đường kính vịng kháng khn lơ có Cm đối chứng suy giam liên tục theo thời gian đường kính vịng kháng khuẩn cùa NP-Cm đạt cực đại sau suy giảm Vê nguyên tăc, theo định luật Fick đường kính vịng kháng khuần phải ln tăng theo thời gian nồng độ tỉ lệ với thời gian khuyêch tán Tuy nhiên thây đường kính vịng kháng khn lơ chứa NPCm tăng đến giá trị suy giảm Đường kính vịng kháng khuẩn lơ chứa NP-Cm đạt cực đại khoảng thòi gian từ 16 h đến 18 h sau cấy Như lưu ý, giả trị cực đại cạnh tranh trình khuyếch tán tàng theo thời gian trình phân huỷ thuốc kháng sinh tăng theo thời gian Chúng ta không thây cực đại đường kính vịng kháng khn lơ chứa thc Cm đơi chứng có thê cực đại xảy thời điểm trước 14 h Ở thí nghiệm A, đường kính vịng kháng khuẩn lỗ có thuốc Cm đối chứng sau 14 h đường kính vịng kháng khuẩn lỗ có chứa NP-Cm sau 36 h Lưu ý nồng độ Cm lỗ có NP-Cm thấp hàng chục lần nồng độ Cm lỗ có Cm đối chứng Như ức chế sinh trưởng vi khuân thuôc kháng sinh mang hạt nano có tác dụng ức chê sinh trưởng thuốc kháng sinh đối chứng lên nhiều lần Điều giải thích nước, Cm bị thuỷ phân làm phần lớn hoạt tính nhanh Khi phức hệ NP-Cm, thuốc kháng sinh bảo vệ phân tử chất hoạt hóa bề mặt nên có tác dụng kéo dài thuốc kháng sinh không bảo vệ Kết tương tự với nhiều kết kéo dài thời gian tác dụng thuốc bàng phương pháp bao bọc khác20 Kết luận Chúng chế tạo hạt nano từ tính với kích thước thay đổi phân tán chúng dung môi hữu nước để tạo chất lỏng từ tính Các hạt nano từ tính sử dụng đề mang thuốc kháng sinh Chloramphenicol với tỉ phần nhồi thuốc % khối lượng Nghiên cứu ức chế kháng sinh lên vi khuẩn E coli cho thấy thuốc mang hạt nano có tác dụng kéo dài nhiều lần so với thuốc đối chứng Nghiên cứu có ưu điểm hệ thuốc hạt nano có từ tính cao có thề dẫn đến đích nhờ từ trường ngồi Lời cảm ơn Cồng trình giúp đỡ tài từ đề tài QT-07-10 Đại học Quốc gia Hà Nội đề tài 406506 Chương trình nghiên cứu câp nhà nước 20 K J VVhittlesev L D Shea D eliv ery system for sm all drugs, proteins and D N A : the neuroscience/biom aterials interface, Expim ental N eu roỉogy 190 (2 0 ) - Chú thích hình vẽ Hình 1: Kết nhiễu xạ tia X hạt nano từ tính magnetite với nồng độ ion Fe2+ 0,001, 0,002, 0,005, 0,01 0,2 M/l Các đỉnh nhiễu xạ mẫu trùng khớp với đỉnh nhiễu xạ mẫu chuẩn Fe3 Ơ4 (số 1-1111) thề dọc Hình 2: Ảnh hiển vi điện từ truyền qua hạt nano từ tính magnetite nồng độ ion Fe2+ (c) thay đổi Hình trái nồng độ 0,05 M/l; hình phải nồng độ 0,25 M/l Hình 3: Sự phụ thuộc từ độ bão hòa vào nồng độ tiền chất c Hình nhỏ đường cong từ hóa cùa mẫu có nồng độ tiền chất c = 0,002, 0,005, 0,01, 0,02 Hình 4: Đường cong từ hóa mẫu có nồng độ tiền chất 0,002 chế tạo mồi trường khơng khí mơi trường khí N2 Hình 5: Đường cong ZFC hạt nano từ tính với nồng độ tiền chất c = 0,002, 0,005, 0,01, 0,02 Hình 6: Biến thiên entropy từ cực đại mẫu tạo thành từ hạt nano từ tính phân tán epoxy Từ trường đặt vào mẫu song song với từ trường (1 T) đặt vào epoxy bị đặc Hình 7: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier hạt nano từ tính Fe3 Ơ4 (dưới), hạt nano từ tính bao bọc oleic acid (giữa), oleic acid tinh khiết (trên) Hình 8: Sơ đồ mô tả liên kết hạt nano từ tính với oleic acid Nhóm carboxyl OA gắn kết với bề mặt hạt nano để lại phần đuôi hydrocarbon hướng ngồi Hình 9: Sơ đồ mơ tả hạt nano từ tính bao bọc bời lớp (hình trái) hai lớp (hinh phải) chất hoạt hóa bề mặt Neu hạt nano lớp OA bao bọc, chúng có tính ưa dầu nên có thề phân tán n-hexane Neu hạt nano hai lớp chất hoạt hóa bề mặt bao bọc, lớp OA bên lớp SDS bên ngoài, chúng có tính ưa nước nên phân tán nước Khoảng hai lớp OA SDS khoảng trống thân dầu, đó, thuốc thân dầu Chloramphenicol có thề khu trú Hình 10: Khối lượng hạt nano Fe30 , NP-OA, NP-OA-SDS, NP-Cm nhiệt độ khác Hình 11: Đường kính vịng kháng khuẩn lỗ có chứa phức hệ NP-Cm Cm đối chứng sau 14 h ủ Các lỗ đánh số từ đến lỗ chứa ịim dung dịch có phức hệ NP-Cm với nồng độ tương ứng 200, 40, 20, 10, ng/ml Các lỗ đánh số từ đến 10 lỗ chứa I^m dung dịch có thuốc kháng sinh Cm với nồng độ tương ứng 200, 40, 20, 10, |ig/ml để đối chứng Vòng kháng khuẩn đánh dấu hình trịn màu trắng phân tách vùng kháng khuẩn bên vùng vi khuẩn phát triển bên ngồi Hình 12: Đường kính vịng kháng khuẩn lỗ chứa NP-Cm Cm đối chứng theo thài gian với n n g độ thuoc kháne sinh cao ítrênì thấp (dưới) 20 30 40 20 (do) Hình 50 60 70 M (emu/g) • • • • • • • • • • • Ư o X I4-^ • ■ ■ ú ■ I ■ ■ ■ 1 ■ ■ o ■ • ị ; B TI TI M -vl CO ị = — a« e H Ọ x* -■ -0 ,0 M/l Ị \ ' -A —0,005 M/l -▼ -0,002 M/l 150 200 250 300 Nhiệt độ (K) Hình T (K ) Hình p x \ 350 400 3Q_ '