Hạt nano đa chức năng trên cơ sở fe3o4 ag zns mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư

Hạt nano đa chức năng trên cơ sở Fe3O4 Ag ZnS Mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư Hạt nano đa chức năng trên cơ sở Fe3O4 Ag ZnS Mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư Hạt nano đa chức năng trên cơ sở Fe3O4 Ag ZnS Mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư Hạt nano đa chức năng trên cơ sở Fe3O4 Ag ZnS Mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư Hạt nano đa chức năng trên cơ sở Fe3O4 Ag ZnS Mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHU TIẾN DŨNG HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRÊN CƠ SỞ Fe3O4 – Ag – ZnS:Mn VÀ THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN TẾ BÀO UNG THƯ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHU TIẾN DŨNG HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRÊN CƠ SỞ Fe3O4 – Ag – ZnS:Mn VÀ THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN TẾ BÀO UNG THƯ Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62440104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Hoàng Nam PGS.TS Trần Thị Hồng HÀ NỘI – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi hướng dẫn trực tiếp giảng viên hướng dẫn Các số liệu kết trình bày luận án thực trình thực luận án chưa công bố cơng trình khác Các số liệu, thơng tin, minh chứng so sánh kết từ nguồn tài liệu tham khảo phục vụ cho mục đích học thuật trích dẫn tài liệu theo quy định Tác giả luận án Chu Tiến Dũng LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hoàng Nam, PGS.TS Trần Thị Hồng người thầy, cô tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận án Lời cảm ơn chân thành xin gửi tới GS.TSKH Nguyễn Hoàng Lương, NCS Lưu Mạnh Quỳnh thầy cô Trung tâm Khoa học Vật liệu, Bộ môn Vật lý Chất rắn - Khoa Vật lý cho tơi lời khun, góp ý hữu ích q trình nghiên cứu thực luận án Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Văn Vũ, ThS Nguyễn Quang Hòa, ThS Vương Văn Hiệp, ThS Sái Công Doanh giúp đỡ tơi đo đạc, khảo sát cấu trúc, tính chất vật liệu Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Đình Thắng - Phịng thí nghiệm trọng điểm công nghệ enzym protein, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Trường ĐHKHTN), Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN); PGS.TS Hoàng Thị Mỹ Nhung Khoa Sinh học, ĐHKHTN, ĐHQGHN PGS.TS Chử Đức Trình, TS Bùi Thanh Tùng - Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN giúp đỡ tơi nguồn tế bào, q trình thử nghiệm phát đánh dấu tế bào Lời cảm ơn sâu sắc xin gửi tới giáo sư Dong-Hyun Kim, Khoa Vật lý, Trường Đại học Quốc gia ChungBuk, Hàn Quốc tạo điều kiện giúp đỡ số phép đo khảo sát vật liệu nano đa chức Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Khoa Vật lý, Phịng Sau đại học, Trường ĐHKHTN tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới đồng nghiệp, Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Khoa học Cơ bản, Ban chủ nhiệm môn Vật lý - Trường Đại học Giao thông Vận tải động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ, anh chị em gia đình tơi đặc biệt vợ luôn ủng hộ mặt để hồn thành luận án Tác giả luận án Chu Tiến Dũng MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục i Danh mục ký hiệu chữ viết tắt iv Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ đồ thị vii MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO, ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC 1.1.1 Hạt nano từ tính ứng dụng 1.1.2 Hạt nano kim loại quý ứng dụng .11 1.1.3 Hạt nano bán dẫn ứng dụng 16 1.2 HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG 19 1.2.1 Phương pháp chế tạo hạt nano đa chức 20 1.2.2 Ứng dụng hạt nano đa chức 31 1.2.3 Ảnh hưởng sóng siêu âm đến trình chế tạo vật liệu 35 1.3 TẾ BÀO UNG THƯ VÀ CƠ CHẾ PHÁT HIỆN, BẮT CẶP TẾ BÀO UNG THƯ 36 1.3.1 Ung thư tế bào ung thư 36 1.3.2 Cơ chế hạt nano phát bắt cặp với tế bào ung thư 37 Kết luận chương 1: 41 Chương 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VẬT LIỆU 42 2.1 CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO ĐA CHỨC NĂNG VÀ THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN, ĐÁNH DẤU TẾ BÀO 42 2.1.1 Danh mục hóa chất thiết bị sử dụng chế tạo vật liệu 42 2.1.2 Chế tạo loại hạt nano đơn tính chất 43 2.1.3 Chế tạo vật liệu nano đa chức từ tính - kim loại, từ tính - bán dẫn silica 47 2.1.4 Chế tạo vật liệu nano composite đa chức từ tính - kim loại Fe3O4/Ag 48 2.1.5 Chế tạo vật liệu nano composite đa chức từ tính - kim loại silica Fe3O4@SiO2 /Ag 49 i 2.1.6 Thử nghiệm sử dụng hạt nano composite đa chức phát đánh dấu tế bào ung thư da ung thư phổi 52 2.2 CÁC PHÉP ĐO THỰC NGHIỆM .55 2.2.1 Nhiễu xạ tia X 55 2.2.2 Hiển vi điện tử truyền qua, hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng 56 2.2.3 Phổ tán sắc lượng tia X 57 2.2.4 Phổ quang điện tử tia X 58 2.2.5 Phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến .58 2.2.6 Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 59 2.2.7 Tán xạ Raman tán xạ Raman tăng cường bề mặt .60 2.2.8 Xác định tính chất quang vật liệu hệ đo huỳnh quang .61 2.2.9 Xác định tính chất từ vật liệu hệ đo từ kế mẫu rung 62 2.2.10 Chụp ảnh hiển vi trường sáng - trường tối .62 Kết luận chương 2: 63 Chương 3: HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRÊN NỀN SILICA: Fe3O4-Ag@SiO2 VÀ Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2 .64 3.1 HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TỪ TÍNH - KIM LOẠI TRÊN NỀN SILICA (Fe3O4-Ag@SiO2) 64 3.1.1 Cấu trúc thành phần pha vật liệu nano đa chức Fe3O4-Ag@SiO2 64 3.1.2 Hình thái kích thước vật liệu nano đa chức Fe3O4-Ag@SiO2 .68 3.1.3 Các tính chất vật liệu nano đa chức Fe3O4-Ag@SiO2 71 3.2 HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TỪ TÍNH - BÁN DẪN TRÊN NỀN SILICA (Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2) 77 3.2.1 Hạt nano bán dẫn ZnS tạp Mn (ZnS:Mn) với tỉ lệ nồng độ pha tạp ion Mn2+ khác 78 3.2.2 Cấu trúc thành phần pha vật liệu nano đa chức Fe3O4 ZnS:Mn@SiO2 83 3.2.3 Hình thái kích thước vật liệu nano đa chức Fe3O4ZnS:Mn@SiO2 86 3.2.4 Các tính chất vật liệu nano đa chức Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2 .87 Kết luận chương 3: 91 Chương 4: VẬT LIỆU NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4 /Ag, Fe3O4@SiO2/Ag VÀ THỬ NGHIỆM ĐÁNH DẤU TẾ BÀO 92 ii 4.1 HẠT NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4/Ag 92 4.1.1 Hạt nano composite Fe3O4/Ag chế tạo pH khác 92 4.1.2 Hạt nano composite Fe3O4/Ag với lượng tiền chất APTES khác 104 4.2 HẠT NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4@SiO2/Ag 110 4.2.1 Hạt nano composite Fe3O4@SiO2/Ag với nồng độ AgNO3 khác 110 4.2.2 Hạt nano composite Fe3 O4 @SiO2 /Ag nhờ thủy phân - ngưng tụ TEOS, APTES đồng thời 117 4.3 CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU NANO Fe3O4/Ag VÀ Fe3O4@SiO2/Ag ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ ĐÁNH DẤU TẾ BÀO 120 4.3.1 Kết sử dụng nano composite Fe3O4/Ag để phát đánh dấu tế bào ung thư da SK-Mel 28 da thường Hacat 120 4.3.2 Kết sử dụng nano composite Fe3O4/Ag, Fe3O4@SiO2/Ag để phát hiện, bắt cặp đánh dấu tế bào ung thư phổi A549 126 Kết luận chương 132 KẾT LUẬN CHUNG 134 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 135 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 PHỤ LỤC iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt 4ATP Anti- EGFR : 4-aminothiophenol : Anti - Epidermal growth factor receptor – Kháng thể thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì AOT : Bis(2-ethylhexyl) Sulfosuccinate Sodium Salt Aptamer : sợi đơn DNA, RNA hay oligonucleotide Có cấu trúc: ACGCT CGGAT GCCAC TACAG GGTTG CATGC CGTGG GGAGG GGGGT GGGTT TTATA GCGTA CTCAG CTCAT GGACG TGCTG GTGAC 5’-(CH2)6-SH APTES : (3-aminopropyl) triethoxysilane (C2H5-O)3-Si-(CH2)3 –NH2 BSA : Bovine serum albumin (Huyết bò) Brij30 : Polyoxyethylene(4) lauryl ether Brij58 : Polyoxyethylene (20) cetyl ether CS : Chitosan CT : Computed tomography - chụp cắt lớp vi tính EDC : 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide EDS : Energy dispersive x-ray spectroscopy - Tán sắc lượng tia X EG : Ethylene glycol EGFR : Epidermal growth factor receptor - Thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì FDA : The Foods and Drug Administration - Cơ quan quản lý thực phẩm dược phẩm Hoa Kỳ Fe3O4-Ag@SiO2 : Hạt nano Fe3O4 Ag-4ATP gói đồng thời SiO2 Fe3O4/Ag : Nano Ag liên kết với bề mặt Fe3O4 chức hóa với -NH2 Fe3O4@SiO2/Ag : Nano Ag liên kết với bề mặt Fe3O4@SiO2 chức hóa với -NH2 Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2 : Hạt nano Fe3O4 ZnS:Mn gói đồng thời SiO2 FRET : Fluorescence resonance energy transfer - Truyền lượng cộng hưởng huỳnh quang FTIR : Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier : Lực kháng từ HC Her : Human epidermal growth factor receptor - Thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì người iv Her-2 HRTEM IARC Igepal CO-520 Igepal CO-720 LSPR Mr : Human epidermal growth factor receptor - Thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì người loại : High Resolution Transmission Electron Microscopy - Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao : The International Association of Registries Cancer - Cơ quan nghiên cứu quốc tế ung thư : Polyoxyethylene (5) nonylphenyl ether - (C2H4O)n C15H24O, n~5 : Polyoxyethylene (12) nonylphenyl ether (C2H4O)n.C15H24O, n = 10,5-12 : Localized surface plasmonic resonance - Cộng hưởng plasmon bề mặt cục : Từ dư MS : Magnetic Resonance Imaging - Hình ảnh chụp cộng hưởng từ : Từ độ bão hòa kỹ thuật (ở nhiệt độ phòng) PET PL PVP SAED SDS SERS : : : : : : SPECT : TEM TEOS THG VSM WHO XPS XRD : : : : : : : MRI Positron Emission Tomograpgy - Chụp cắt lớp phát positron Photoluminescence - Phát huỳnh quang Poly(vinylpyrrolidinone) Selected area electron diffraction - Nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng Sodium dodecyl sulfate Surface enhanced Raman scattering - Tán xạ Raman tăng cường bề mặt Single photon emission computed tomography - Chụp cắt lớp phát đơn photon Transmission Electron Microscopy - Hiển vi điện tử truyền qua Tetraethyl orthosilicate Third harmonic generation - Phát họa ba bậc ba Vibrating sample magnetometer - Từ kế mẫu rung World Health Organization - Tổ chức y tế giới X-ray Photoelectron Spectroscopy - Phổ quang điện tử tia X X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tổng hợp loại hạt nano khác gói silica phương pháp vi nhũ tương đảo 29 Bảng 2.1: Thể tích tiền chất sử dụng chế tạo hạt nano ZnS:Mn với tỉ lệ nồng độ pha tạp Mn2+ so với Zn2+ từ 0%, 4% đến 12% 44 Bảng 3.1: Hằng số mạng đường kính hạt nano Fe3O4 Ag-4ATP tính tốn từ giản đồ nhiễu xạ tia X 66 Bảng 3.2: Đỉnh SERS dao động đặc trưng liên kết hóa học cấu trúc phân tử 4ATP đính kết bề mặt hạt nano Ag 76 Bảng 3.3: Hằng số mạng, đường kính tinh thể độ rộng vùng cấm mẫu hạt nano bán dẫn ZnS:Mn với tỉ lệ nồng độ pha tạp ion Mn2+ (so với ion Zn2+) từ 0% đến 12% 79 Bảng 4.1: Giá trị MS mẫu hạt nano thu từ kết fit hàm Langevin 107 Bảng 4.2: Thành phần % tỉ lệ khối lượng nguyên tố mẫu Fe3O4-𝑁𝑥 Fe3O4-𝑁𝑥/Ag (với 𝑥 = 1; 3; 4,5; 6) 109 Bảng 4.3: Tần số biến đổi Fourier hồng ngoại mẫu hạt FO, FS F@S 111 Bảng 4.4: Hiệu suất gắn kết tế bào hạt nano MF-anti EGFR 122 vi ... vật liệu 35 1.3 TẾ BÀO UNG THƯ VÀ CƠ CHẾ PHÁT HIỆN, BẮT CẶP TẾ BÀO UNG THƯ 36 1.3.1 Ung thư tế bào ung thư 36 1.3.2 Cơ chế hạt nano phát bắt cặp với tế bào ung thư 37 Kết luận... COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4 /Ag, Fe3O4@ SiO2 /Ag VÀ THỬ NGHIỆM ĐÁNH DẤU TẾ BÀO 92 ii 4.1 HẠT NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4/ Ag 92 4.1.1 Hạt nano composite Fe3O4/ Ag chế tạo pH khác 92 4.1.2 Hạt. .. án: ? ?Hạt nano đa chức sở Fe3O4 – Ag – ZnS: Mn thử nghiệm phát tế bào ung thư? ?? Mục tiêu luận án: Chế tạo vật liệu nano composite đa chức chứa đồng thời hạt nano Fe3O4 nano kim loại quý (Ag) nano bán