Nghiên cứu chế tạo fe3o4 chitonsan định hướng ứng dụng xử lý môi trường và làm vật liệu y sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI …………… BÙI ĐÌNH LONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO Fe3O4 - CHITOSAN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ LÀM VẬT LIỆU Y SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà nội - Năm 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI …………… BÙI ĐÌNH LONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO Fe3O4 – CHITOSAN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ LÀM VẬT LIỆU Y SINH Chuyên ngành : Hóa Cơ Bản LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Người hướng dẫn khoa học : TS Trần Đại Lâm Hà nội - Năm 2009 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh Lời cảm ơn Bằng lòng trân trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS Trần Đại Lâm giúp đỡ em tận tình, chu đáo đầy tâm huyết suốt trình thực luận văn Luận văn thực Bộ mơn Hố Vơ Đại cương, Khoa Cơng nghệ Hố học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phòng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô mơn Hố vơ đại cương, Thầy, Cơ Khoa Cơng nghệ hố học, Trung tâm sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Nguyễn Xuân Phúc, PGS.TS Lê Văn Hồng, PGS.TS Phạm Gia Điền, PGS.TS Nguyễn Thị Q Thầy, Cơ, bạn đồng nghiệp Phòng Vật liệu nano y sinh Phòng vật liệu Từ-Siêu dẫn- Viện Khoa học Vật liệu, Phịng Cơng nghệ hoạt chất sinh học- Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam; Khoa Sinh học- Trường ĐH KHTN, ĐHQG Hà Nội tạo điều kiện tối đa để em hoàn thành phần thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng thử nghiệm hoạt tính sinh học vật liệu cho luận văn Em xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình cổ vũ, động viên giúp đỡ em suốt trình học tập thực luận văn Hà Nội, tháng 10 năm 2009 Nguời thực luận văn Bùi Đình Long LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tính chất Fe3O4 1.1.1 Cấu trúc tinh thể Fe3O4 1.1.2 Tính chất vật lý 1.1.2.1 Vật liệu nghịch từ… 1.1.2.2 Vật liệu thuận từ 1.1.2.3 Vật liệu phản sắt từ 1.1.2.4 Vật liệu feri từ 1.1.2.5 Vật liệu sắt từ 1.1.3 Ảnh hưởng kích thước hạt đến tính chất 1.1.4 Một số phương pháp tổng hợp hạt nano oxit sắt từ 1.1.4.1 Phương pháp từ xuống (top- down) 1.1.4.2 Phương pháp từ lên (bottom- up) 10 1.1.4.3 Phương pháp sinh học .17 1.1.5 Ứng dụng 18 1.1.5.1 Ứng dụng để xử lý môi trường 18 1.1.5.2 Ứng dụng làm vật liệu y sinh 19 1.2 Giới thiệu Chitosan 23 1.2.1 Nguồn gốc Chitosan (CS) 23 1.2.2 Cấu trúc tính chất CT/CS 23 1.2.2.1 Tính chất vật lý .24 1.2.2.2 Tính chất hóa học 24 1.2.2.3 Khả hấp phụ tạo phức với ion kim loại chuyển tiếp chitin/chitosan 25 1.2.2.4 Một số ứng dụng CT/CS dẫn xuất 26 1.3 Giới thiệu Curcumin 29 1.3.1 Nguồn gốc, số tính chất lý, hóa Cucurmin 29 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 1.3.2 Hoạt tính sinh học số ứng dụng Curcumin 30 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG 31 2.1 Khái niệm hấp phụ 31 2.2 Quy luật chung trình hấp phụ 32 2.3 Đẳng nhiệt trình hấp phụ 32 2.3.1 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 32 2.3.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 34 2.4 Động học nhiệt động học trình hấp phụ 35 2.4.1 Động học trình hấp phụ 35 2.4.2 Nhiệt động học trình hấp phụ 36 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .37 3.1 Thực nghiệm chế tạo mẫu 37 3.1.1 Hóa chất dụng cụ 38 3.1.2 Điều chế nano oxit sắt từ 38 3.1.3 Điều chế nanocomposit chitosan-oxit sắt từ làm mẫu hấp phụ xử lý môi trường y sinh học 38 3.1.3.1 Nghiên cứu khả hấp phụ 40 3.1.3.2 Hấp phụ 41 3.1.4 Điều chế nanocomposit chitosan-oxit sắt từ-cucurmin ứng dụng y sinh học 42 3.2 Các phương pháp nghiên cứu 43 3.2.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 43 3.2.2 Các phép đo đường cong từ hóa, đường cong ZFC 44 3.2.3 Phổ phân tán lượng tia X (EDX) 46 3.2.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR 46 3.2.5 Hiển vi điện tử quét (SEM) 47 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 3.2.6 Kính hiển vi điển tử truyền qua (TEM) 49 3.2.7 Máy quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis 50 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 4.1 Mẫu thí nghiệm 51 4.1.1 Ảnh mẫu thí nghiệm 51 4.1.2 So sánh phương pháp điều chế 51 4.2 Phổ XRD mẫu 52 4.3 Đường cong từ hoá mẫu 55 4.4 Phổ IR 56 4.5 TEM đặc trưng 58 4.6 Ảnh SEM 60 4.7 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) vật liệu 62 4.8 Composit chitosan-oxit sắt từ hấp phụ ion kim loại Ni2+ 64 4.8.1 Xác định điều kiện ảnh hưởng đến khả hấp phụ Ni2+ 64 4.8.1.1 Xác định thời gian cân ……….………………….… 64 4.8.1.2 Xác định ảnh hưởng pH …… ………………….…… … … 67 4.8.1.3 Nhiệt động học trình hấp phụ ……… … ….….… 67 4.8.1.4 Xác định ảnh hưởng khối lượng hấp phụ … ……… … 68 4.8.2 Động học trình hấp phụ ………………… .………… … 69 4.8.2.1 Phương trình bậc biểu kiến ………….………… … … 69 4.8.2.2 Phương trình bậc …………………….…………… ……….… 71 4.9 Những kết bước đầu phát triển ứng dụng Chitosan-Fe3O4 làm chất mang thuốc 72 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh MỞ ĐẦU Khoa học công 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 đặc tính 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 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 kích thước đặc trưng Kích thước đặc trưng nhiều tính chất vật liệu rơi vào kích thước nm [14, 17, 18] Chúng ta biết rằng, Oxit sắt từ vật liệu từ tính quen thuộc phổ biến cơng nghiệp đời sống thường ngày Oxit sắt từ dạng hạt (cỡ µm ) ứng dụng nhiều công nghệ sơn, chất màu, chất độn… Ngày nay, công nghệ nano lĩnh vực nghiên cứu thu hút quan tâm nhà khoa học giới, oxit sắt từ kích thước nano ứng dụng sinh học chủ đề nóng bỏng thu hút quan tâm đặc biệt nhà khoa học nước khả ứng dụng rộng rãi chúng Khả ứng dụng phong phú hạt nano từ tính sinh học số ngun nhân Thứ nhất, kích thước hạt nano gần với kích thước thực thể sinh học, điều làm chúng dễ dàng tiếp cận mà không gây thay đổi lớn hoạt động thực thể sinh học Thứ hai, hạt nano có diện tích bề mặt lớn làm tăng khả liên kết chúng với thực thể sinh học Thứ ba, hạt nano có từ tính nên dùng từ trường mà tác động lên thực thể sinh học thông qua “cầu nối” hạt nano từ tính Vật liệu lai (hybrid) polyme hạt oxit sắt từ nhận quan tâm đặc biệt lớn tiềm ứng dụng cho y sinh xử lý môi trường Một số phương pháp chế tạo vật liệu lai tạo chitosan-oxit sắt chẳng hạn phương pháp trộn lẫn học, sử dụng polymer dạng gel làm khung LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh phương pháp đồng kết tủa Các phương pháp cổ truyền điều chế composit oxit sắt từ- CS đồng kết tủa hợp thức ion Fe2+ Fe3+ có mặt polyme với dung dịch NaOH hay NH3 Sự phân tán đồng hạt nano oxit sắt từ với định hướng cấu trúc chất polyme vấn đề chìa khóa cho hiệu suất cao hợp chất lai Mục tiêu nghiên cứu điều chế nanocomposit Fe3O4-CS điều chế nanocomposit Fe3O4-CS với chất vô phân tán đồng chất chitosan, sử dụng phương pháp biến tính composit, ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh Trên giới, lĩnh vực ứng dụng từ học nano sinh học nghiên cứu từ nhiều năm thu nhiều kết Các cơng trình chủ yếu nghiên cứu ứng dụng hạt nano từ tính như: dẫn truyền thuốc, tăng thân nhiệt cục điều trị bệnh ung thư, phân tách tế bào, tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ [12]… Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng hạt nanơ từ tính xử lý mơi trường vật liệu y sinh học tiến hành số phịng thí nghiệm bước ban đầu Trên sở thấy rõ khả ứng dụng to lớn lĩnh vực phù hợp với điều kiện nước, nghiên cứu đề tài : ‘‘Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh ’’ Luận văn chia làm chương: Chương : Tổng quan Chương : Lý thuyết chung hấp phụ xử lý môi trường Chương : Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu Chương : Kết thảo luận LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tính chất Fe3O4 1.1.1 Cấu trúc tinh thể Fe3O4 Oxít sắt từ có cơng thức Fe3O4 vật liệu từ tính mà người biết đến Từ kỷ thứ tư người trung Quốc khám phá Fe3O4 tìm thấy khống vật tự nhiên có khả định hướng dọc theo phương Bắc - Nam địa lý Đến kỷ mười hai họ sử dụng vật liệu Fe3O4 để làm la bàn, công cụ giúp xác định phương hướng có ích [12] Trong tự nhiên oxít sắt từ khơng tìm thấy khống vật mà cịn tìm thấy thể sinh vật : vi khuẩn Aquaspirillum magnetotacticum, ong, mối, chim bồ câu [7] Chính có mặt Fe3O4 thể sinh vật tạo nên khả xác định phương hướng mang tính chúng Oxit sắt từ có cơng thức phân tử Fe3O4 xếp vào nhóm vật liệu ferit có cơng thức tổng quát MO.Fe2O3 có cấu trúc spinel, M ion hoá trị kim loại như: Fe, Ni, Co, Mn, Mg Cu Trong loại vật liệu ferit ion oxy có bán kính khoảng 1,32A0 lớn nhiều bán kính ion kim loại (0,6 ÷ 0,8A0) nên chúng nằm sát xếp thành mạng lưới có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp chặt [2] Trong mạng ferit có loại lỗ hổng: loại thứ lỗ hổng tứ diện (nhóm A) giới hạn bốn ion oxy, loại thứ hai lỗ hổng bát diện (nhóm B) giới hạn sáu ion oxy Các ion kim loại M2+ Fe3+ nằm lỗ hổng tạo nên hai dạng cấu trúc spinel nhóm vật liệu ferit Trong dạng thứ nhất, toàn ion M2+ nằm vị trí A cịn tồn ion Fe3+ nằm vị trí B Cấu trúc đảm bảo hoá trị nguyên tử kim loại số ion oxy bao quanh ion Fe3+ M2+ có tỷ số 3/2 nên gọi spinel thuận Cấu trúc tìm thấy ferit ZnO.Fe2O3 Dạng thứ hai thường gặp gọi cấu trúc spinel đảo Trong cấu trúc spinel đảo nửa ion Fe3+ toàn ion M2+ nằm vị trí B, số ion Fe3+ cịn lại nằm vị trí A Oxít sắt từ Fe3O4 ≡ FeO.Fe2O3 ferit có LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh cấu trúc spinel đảo điển hình Cấu trúc spinel Fe3O4 minh hoạ hình 1.1 Chính cấu trúc spinel đảo định tính chất từ Fe3O4, tính chất feri từ Mô men từ ion kim loại hai phân mạng A B phân bố phản song song điều giải thích nhờ phụ thuộc góc tương tác siêu trao đổi: góc AOB = 12509′, góc AOA = 79038′, góc BOB = 900 tương tác phản sắt từ A B mạnh [1, 3] Vị trí tứ diện Ơxi Vị trí bát diện Vị trí bát diện Fe3+ Vị trí tứ diện Hình 1.1: Cấu trúc spinel Fe3O4 (Fe2,5+ Fe2+ Fe3+ vị trí bát diện) Fe3+(3d5) Fe2+(3d6) Fe3+(3d5) Hình 1.2: Cấu hình spin Fe3O4 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 70 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh dqt/dt = k(qe – qt) (IV.1) Với : qe, qt dung lượng hấp phụ thời điếm cân thời điểm t k : số tốc độ hấp phụ bậc biểu kiến Dạng tích phân phương trình log(qe – qt)= log(qe)- (K1.t)/2.303 (IV.2) lg(qe-qt)= 0.19425 + -0.01559 * t,R=-0 lg(qe-qt) =0.16625 + -0.01111 * t,R-0.9 lg(qe-qt) = 0.45419 + -0.00798 * t,R=- 0.4 0.3 0.2 0.1 lg(qe-qt) 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 10 20 30 40 50 t(ph) Hình 4.14: Đồ thị động học hấp phụ bậc vật liệu Nồng độ qe(tính) qe(thực) mg/g mg/g 0,0359 1,564 4,8838 0,99762 0,38289 1,466 11,4995 0,99523 0,1046 2,846 52,5486 Phương trình động học R1 K1 10 0,19425 – 0,01559x 0,99564 15 0,16625 – 0,.1111x 20 0,45419 – 0,00797x (mg/l) Bảng 4.5: Thông số phương trình động học bậc Như phương trình biểu kiến khơng thỏa mãn với thực tế Vậy hấp phụ Ni2+ vật liệu không tuân theo phương trình bậc LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 71 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 4.8.2.2 Phương trình bậc Phương trình: 1/qt =1/k2qe2 +t/qe (IV.3) t/q = 4.71222 + 0.40695 * t,0.99659 t/q = 1.26874 + 0.20975 * t,R=0.99908 t/q= 1.26759 + 0.12837 *t,R=0.9973 50 40 t/q 30 20 10 00 20 40 60 80 100 120 t(ph) Hình 4.15: Đồ thị động học bậc vật liệu Nồng độ (mg/l) Phương trình động học R12 10 1,71222 x + 0,40695 0,99659 0,0399 25,031 4,8838 15 1,26875 x + 0,20975 0,99908 0,0282 35,421 11,4995 20 1,26759 x + 0,12837 0,9973 0,02173 46,019 52,5486 K1 qe(tính) mg/g qe (thực) mg/g Bảng 4.6: Thơng số phương trình động học bậc Như phương trình biểu kiến thỏa mãn với thực tế Sự hấp phụ Ni2+ vật liệu tuân theo phương trình bậc hai Với mẫu thử nghiệm, thời gian đạt trạng thái cân nồng độ khoảng 110 phút, với nồng độ: 20 mg/l, pH=6, hiệu suất hấp phụ đạt tương đối cao 77,4% Kết tăng cao ta tăng nhiệt độ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 72 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh Một hệ có tiềm ứng dụng cao hấp phụ : + Đủ ổn định; + Độ từ hóa bão hịa cao phạm vi ảnh hưởng rộng phạm vi áp dụng nhỏ; + Hoạt động siêu thuận từ nhiệt độ phòng; + Hàm lượng thấp chất gốc ( nền, kết dính) hữu cơ; + Tầng phủ lõi oxit sắt từ với vỏ chitosan ngăn ngừa tích tụ hạt; 4.9 Những kết bước đầu phát triển ứng dụng Chitosan-Fe3O4 làm chất mang thuốc Tiềm ứng dụng hạt nanô từ tính xuất phát từ kết hợp tính chất từ lõi với khả tương thích sinh học cao lớp vỏ bên chức hóa theo dịng thuốc, protein hay plasmit khác Tích ưu việt liệu pháp phân tán thuốc thông qua hạt nanô thể bởi: (i) cho phép phân tán thuốc đến phận, tổ chức sống phức tạp thể kích thước siêu nhỏ, (ii) tăng khả vận chuyển thuốc hướng đích, đủ liều đến phận tổ chức sống cần điều trị, (iii) làm giảm tập trung thuốc vùng, phận tổ chức sống lành tính, đẫn đến làm giảm tác dụng phụ mức nhỏ [3] Cơ chế tổng hợp dung dịch sắt từ mang thuốc curcumin mơ tả hình 4.16 Cơ chế vận chuyển thuốc hướng đính tác giả [3] mơ tả tính chất từ tính Fe3O4 nên hạt Fe3O4 chức hoá chitosan nên có nhóm chức nên có khả mang thuốc, luận văn thuốc mang lên hạt chitosan - Fe3O4 curcumin LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 73 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh Hình 4.16: Sơ đồ tổng hợp hạt Fe3O4 chức hoá bề mặt chitosan ứng dụng mang thuốc curcumin [3] Sau chức hoá hạt Fe3O4 chitosan thu dung dịch sắt từ không lắng theo thời gian hạt Fe3O4 giữ mạng polymer chitosan Sau mang thuốc curcumin lên hạt chitosan-sắt từ thu dung dịch ổn định, khơng sa lắng (hình 4.17) a b c Hình 4.17: Huyền phù sắt từ (a), dung dịch sắt từ chức hoá bề mặt chitosan (b) curcumin -chitosan –Fe3O4 (c) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 74 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 0.015 Magnetization (emu) 0.01 0.005 Mag-Cs-Cur Mag-Cs Mag-Cs Mag-Cs -0.005 -0.01 -0.015 104 104 -3 10 -2 104 -1 104 Magnetic Field (Oe) 104 Hình 4.18: Đường cong từ hố mẫu (a) CS-Fe3O4 (ký hiệu Mag-Cs 3); (b) Cur-CS-Fe3O4 (ký hiệu Mag-Cs 2, Mag-CS Mag-Cs-Cur với mẫu mang curcumin nồng độ curcumin 0,75; 14,3 17,6 mg.ml-1); tất mẫu nồng độ Fe3O4/CS 14,3 mg.ml-1(trong hàm lượng CS 58,9% khối lượng) Các đặc trưng chất lỏng từ CS-Fe3O4 Cur-CS-Fe3O4 phân tích bao gồm tính chất từ tính (hình 4.18), kích thước hạt (hình 4.19 hình 4.20) Qua hình 4.18 cho thấy dung dịch chất lỏng từ có độ nhạy từ, nhiên mang thêm curcumin tính chất từ tính giảm nhanh tính chất từ khơng cịn nồng độ curcumin mang lên 17,1 mg.ml-1 Hình 4.19: Ảnh TEM Fe3O4 (trái), Fe3O4- chitosan (giữa) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 75 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh Fe3O4 –Cur- CS (phải) a b Hình 4.20: Ảnh SEM mẫu Chitosan/oxit sắt từ (a) Cur- CS-Fe3O4 (b) Kích thước Fe3O4, CS-Fe3O4, Cur-CS-Fe3O4 quan sát ảnh TEM hình 4.19 cho thấy hạt có kích thước cỡ 20 nm Tuy nhiên khơng bọc chitosan kết tụ hạt Fe3O4 mạnh ( hình 4.19 trái), bọc chitosan hạt giảm mức độ kết tụ (hình 4.19 giữa) đưa thêm curcumin mức độ kết tụ giảm (hình 4.19 phải) Sự phân bố đồng mức kết tụ thấp dung dịch chất lỏng từ mang curcumin có ý nghĩa quan trọng ứng dụng điều cho phép hạt Fe3O4 mang curcumin tới tế bào, kết tụ di chuyển khó khăn Ảnh FESEM (hình 4.20) có kết thống với kết phân tích ảnh TEM Một tính chất curcumin khả phát quang ánh sang kích thích, điều ứng dụng để quan sát hành vi hạt sắt từ mang thuốc mơi trường thể Hình 4.21a cho thấy màu xanh curcumin tinh khiết phát có ánh sang kích thích, cịn hình 4.21b cho thấy màu xanh phát từ curcumin mang hạt sắt từ bọc chitosan LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 76 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh (a) (b) (c) (d) Hình 4.21 Bột nghệ tinh phát quang ánh sang kích thích (a) phát quang Cur-CS-Fe3O4 (b); đại thực bào ăn Cur-CS-Fe3O4 (c, d) (Cur-CSFe3O4 có màu xanh lá) Hình 4.21c 4.21d ảnh đại thực bào sau nuốt hạt CurcuminChitosan-Fe3O4, màu xanh phát cho phép khẳng định điều LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 77 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý mơi trường làm vật liệu y sinh Hình 4.22: Ảnh đại thực bào chuột (a) đại thực bào người (b) sau ăn Cur-CSFe3O4 (màu xanh da trời: nhân đại thực bào, màu xanh lá: Cur-CS-Fe3O4, màu đỏ: Lactin) Hình 4.23: Ảnh TEM đại thực bào chuột sau ăn Cur-CS-Fe3O4 (N: nhân, M: mitochondria, V: không bào) (a) ảnh phóng đại vùng khơng bào phân tán cur-CS-Fe3O4 (b)( vùng khoanh trắng) Hình 4.22 ảnh phát xạ curcumin sau đại thực bào người chuột nuốt, điều chứng tỏ hạt Fe3O4 bọc chitosan mang curcumin có tính tương thích sinh học tốt Ảnh TEM cho thấy Curcumin-CSFe3O4 sau đại thực bào nuốt phân tán vào khơng bào (hình 4.23 b) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 78 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh Hình 4.24: Ảnh khối U 3D trước(trái) sau ủ với đại thực bào nuốt Curcumin-CS-Fe3O4 (phải) Các đại thực bào sau nuốt Curcumin-CS-Fe3O4 ủ với khối u ung thư 3D Hình 4.24 cho thấy sau ủ với đại thực bào nuốt CurcuminCS- Fe3O4 (hình 4.24 phải) đại thực bào xâm nhập vào khối u tác dụng Curcumin làm cho khối u có thay thay đổi so với khối u khơng ủ ( hình 4.24 trái): Màu sắc khơi u thay đổi với xuất nhiều tâm có màu sẫm cho biết đại thực bào nuốt Curcumin-CS- Fe3O4, khối u có xu hướng co lại, tiếp tục theo dõi Do thời gian có hạn nên kết nghiên cứu nội dung luận văn tiếp tục phát triển báo cáo cơng trình nghiên cứu Tuy nhiên kết ban đầu hứa hẹn có triển vọng phát triển tốt LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 79 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh KẾT LUẬN Từ nội dung nghiên cứu trình bầy đây, kết luận văn tổng kết sau: Đã chế tạo thành công vật liệu Chitosan/oxit sắt từ phương pháp đồng kết tủa Quá trình tiến hành chế tạo đơn giản, dễ thực hiện, tạo nhiều sản phẩm Vật liệu chế tạo có dạng hạt trịn, cứng, thuận tiện cho ứng dụng thực tế Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, cho thấy hạt nano chế tạo đơn pha Kích thước tinh thể trung bình hạt xác định đỉnh nhiễu xạ (311) tính theo cơng thức Scherrer với phương pháp đồng kết tủa là: 10nm đến 20 nm Các hạt nano Fe3O4 có tính chất sắt từ, khơng quan sát thấy tính trễ thể vật liệu siêu thuận từ Từ độ bão hòa phụ thuộc vào kích thước hạt, kích thước hạt mẫu giảm từ độ bão hịa mẫu giảm dần Khi kích thước hạt tăng, từ độ bão hịa nhanh chóng đạt giá trị cực đại từ trường tác dụng nhỏ Đã sử dụng hạt nano Fe3O4 chế tạo phương pháp đồng kết tủa đem bọc chitosan, ổn định theo thời gian, có từ tính tốt, kích thước hạt đồng đều, ứng dụng xử lý môi trường, cụ thể hấp phụ ion kim loại : Ni2+ cho kết tốt tiến hành hấp phụ ion kim loại khác như: Cu2+, Co2+ Đã điều chế nanocomposit chitosan-oxit sắt từ-curcumin tương thích sinh học mang thuốc nhả chậm thuốc Hạt nano polymer bọc thuốc cho kết ban đầu triển vọng, tạo loại hạt chitosan-Fe3O4 mang curcumin, loại thuốc hỗ trợ điều trị ung thư đầu bảng từ dược liệu tự nhiên Việt Nam Bước đầu nghiên cứu thử nghiệm in vitro cho kết khả quan, hạt Cur-CSFe3O4 có tính tương thích sinh học tốt, bước đầu tiếp cận với khối u ung thư theo mơ hình 3D LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 80 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Hùng (2005), Điện động lực học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Hữu Phú (2005), Hóa lí & Hóa keo, NXB Khoa học kĩ thuật Mẫn Minh Tân, Trần Thị Dung, Trần Mậu Danh, Nguyễn Hữu Đức (2007), ”Tổng hợp hạt nanơ từ tính tương thích sinh học phương pháp insitu ứng dụng cho vận chuyển thuốc”, Báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn tồn quốc, Tiểu ban Cơng nghệ Ứng dụng vật liệu mới, trang 926- 930 Nguyễn Thị Ngọc Tú, Vũ Thị Ngọc Thanh (1998), “Khảo sát tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm Chitosan”, Tạp chí dược học, (số 7), trang 19- 21 Lê Thị Hải Yến (2002), ”Nghiên cứu Chitin/Chitosan ứng dụng y học”, Luận án Tiến sĩ Hoá học, Viện Hoá học, Trung tâm Khoa Học Tự Nhiên công nghệ Quốc gia Tiếng Anh S.Chikazumi (1997), “Physics of Ferromagnetism”, Clarendon Press Oxfort Silvia Liong (2005), “A multifunctional approach to development, fabrication and characterization of Fe3O4 composites”, PhD thesis, Georgia Institute of Technology D.L.Leslie-Pedecky, V.Labhasetwar, J.Kraus (2005), Nanobiomagnetics in advanced magnetic nanostructures, D.J.Sellmyer and R.S.Skomski, Editors, Klwer, NewYork Shuming Nie, Yun Xing, Gloria J Kim, and Jonathan W Simons (9 2007), Nanotechnology Applications in Cancer, Annu Rev Biomed Eng 10 K.M Lee and C.M Sorensen (1992), Synthesis and characterization of Stable Colloidal Fe3O4 Particles in Water - in - Oil Microemulsion, Physics Department Kansas State University Manhattan LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 81 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 11 Z.L Liu, X Wang (2004), Synthesis of Magnetite Nanoparticles in W/O Microemulsion, Department of Physics and State Key Laboratory of laser technology, Huazhong University of Science and Technology 12 Drew Myers (1999), Surfaces interfaces and Colloids Principles and Applications, second Edition, John Wiley & Sons Inc 13 Handbook Of Hydrothermal Technology (2001), Technology For Crystal Growth And Materials Processing - Byrappa 14 Pitkethly(7/2004), M J , Nanotoday 15 Yuanbing Mao, Tae Jin Park, Fen Zhang, Hongjun Zhou and Stanislaus S Wong (2007), Nanostructure synthesis 16 Karina Donadel, Marcos D.V Felisberto, Valfredo T Fávere, Mauricio Rigoni, Nelson Jhoe Batistela, Mauro C.M Laranjeira (2008), Synthesis and characterization of the iron oxide magnetic particles coated with chitosan biopolymer, Materials Science and Engineering C 28, p.509- 514 17 C P Poole, F J Owens (2003), Introduction to nanotechnology, Wiley: Hoboken 18 J S Murday (2002), Nanomaterials- the driving force, AMPTIAC Newsletter 19 Tonnesen, H.H et al.), Z.Lebensm (1992), Unters Forsch., 180, pp 132134 Wan, Y.J.et al, J.Pharm (1992), Biomed Anal., 15 (12), pp.1867- 1876 20 Tonnesen, H.H et al, Int.J.Pharm (1992), Biomed Anal., 87, pp.79- 87 21 Humpheray (1980) , A.M., Food Chem., 5, p.57 22 Price, C et al (1997) , J Food Sci., pp.267- 269 23 Tonnesen, H.H et al., Z.Lebansm (1985) Unters Forsch., 180, pp.132- 134; pp 402-404 24 Wan, Y.J et al J Pharm (1997), Biomed Anal., 87, pp.70- 87 25 Kuma, A.et al., FEBS Lett (1999) , Biomed Anal 462 (1-2), pp.887- 895 26 Balogun, E et al (2003) , Anticancer., 23 (1A0, pp.363- 398 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG 82 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4-Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 27 D.L.Leslie-Pedecky, V.Labhasetwar, J.Kraus (2005) , Nanobiomagnetics in advanced magnetic nanostructures, D.J.Sellmyer and R.S.Skomski, Editors, Klwer, NewYork 28 Knapcryk J.,Knowczynsky L.,Kizek (1989),“ Chitin and Chitosan: Sources, chemistry, biochemistry, physical properties and applications”, Els Appl Sci.,p.657- 662 29 Hhttp://www.vinaseach/Chitosan 30 Http://en.wikipedia.org/wiki/lodestone 31 Pankhurst, Q.A., J Connolly, S.K Jones, and J Dobson, J Phys D (2003): Appl Phys., 36 31 Yen-Ling Tsaia*, Chia-Hua Chunb, Jinn-Luh Ouc, Chih-Kai Huangd, Chii-Chang Chenb (2006), Magnetic Fe3O4 nanoparticles synthesized for preparations of silica-coated composites, Desalination 200, p.97-99 32 I Martínez-Mera a,b, M.E Espinosa-Pesqueira a, R Pérez-Hernández a, J Arenas-Alatorre (2007) , Synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles without surfactants at room temperature, Materials Letters 61 p.4447- 4451 33 Francesca Iemma, Giuseppe Cirillo, Umile Gianfranco Spizzirri, Francesco Puoci, Ortensia Ilaria Parisi, Nevio Picci (2008) , Removal of metal ions from queous solution by chelating polymeric microspheres bearing phytic acid derivatives, European Polymer Journal 44, p.1183- 1190 34 E Pehlivan, S Cetin (2009) , Sorption of Cr(VI) ions on two Lewatit-anion xchange resins and their quantitative determination using UV-visible spectrophotometer, Journal of Hazardous Materials 163 p.448- 453 35 Y.C Sharma, V.Srivastava, S N Upadhyay, and C.H Weng (2008) , Alumina Nanoparticles for the Removal of Ni(II) from Aqueous Solutions, Ind Eng Chem Res 47, p.8095- 8100 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC BÙI ĐÌNH LONG TĨM TẮT LUẬN VĂN Đã chế tạo thành công vật liệu Chitosan/oxit sắt từ phương pháp đồng kết tủa Quá trình tiến hành chế tạo đơn giản, dễ thực hiện, tạo nhiều sản phẩm Vật liệu chế tạo có dạng hạt trịn, cứng, thuận tiện cho ứng dụng thực tế Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, cho thấy hạt nano chế tạo đơn pha Kích thước tinh thể trung bình hạt xác định đỉnh nhiễu xạ (311) tính theo cơng thức Scherrer với phương pháp đồng kết tủa là: 10nm đến 20 nm Các hạt nano Fe3O4 có tính chất sắt từ, khơng quan sát thấy tính trễ thể vật liệu siêu thuận từ Từ độ bão hòa phụ thuộc vào kích thước hạt, kích thước hạt mẫu giảm từ độ bão hịa mẫu giảm dần Khi kích thước hạt tăng, từ độ bão hịa nhanh chóng đạt giá trị cực đại từ trường tác dụng nhỏ Đã sử dụng hạt nano Fe3O4 chế tạo phương pháp đồng kết tủa đem bọc chitosan, ổn định theo thời gian, có từ tính tốt, kích thước hạt đồng đều, ứng dụng xử lý môi trường, cụ thể hấp phụ ion kim loại : Ni2+ cho kết tốt tiến hành hấp phụ ion kim loại khác như: Cu2+, Co2+ Đã điều chế nanocomposit chitosan-oxit sắt từ-curcumin tương thích sinh học mang thuốc nhả chậm thuốc Hạt nano polymer bọc thuốc cho kết ban đầu triển vọng, tạo loại hạt chitosan-Fe3O4 mang curcumin, loại thuốc hỗ trợ điều trị ung thư đầu bảng từ dược liệu tự nhiên Việt Nam Bước đầu nghiên cứu thử nghiệm in vitro cho kết khả quan, hạt CurcuminChitosan-Fe3O4 có tính tương thích sinh học tốt, bước đầu tiếp cận với khối u ung thư theo mơ hình 3D CONCLUSION Built into the material Chitosan / iron oxide from the precipitation method Process of manufacturing simplicity, easy implementation, can create multiple products Material generated granular round, hard, convenient for application in practice By X-ray diffraction methods, shows that nanoparticles are single phase built The average crystal size of particles determined in diffraction peak (311) calculated by Scherrer formula with the precipitation method is 10nm to 20 nm Fe3O4 nanoparticles are ferromagnetic properties, not observed and calculated delay is shown superparamagnetic material From saturation depends on grain size, the grain size in samples is reduced from saturation of the reduced form When grain size increases from saturation quickly reach the maximum value from field work is Fe3O4 nanoparticles used in manufacturing methods brought co-precipitated chitosan-coated, stable over time, magnetic fine, uniform grain size, in applications in environmental remediation, namely adsorption of metal ions: Ni2 + for good results and will proceed adsorption of metal ions such as Cu2 +, Co2 + Was the preparation of iron oxide from nanocomposit chitosan-compatible biocurcumin with drugs and slowly release the drug Drug-coated polymer nanoparticles for initial results are promising, create categories chitosan-Fe3O4 particles carry curcumin, a drug to support cancer treatment in the current table from natural medicinalVietnam Initially studied in vitro for experimental results, Cur-CS-Fe3O4 particles with good biological compatibility, initially reach the cancer model in 3D ... tạo Fe3O4- Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh 1.1.5 Ứng dụng Việc nghiên cứu ứng dụng hạt nano siêu thuận từ tiến hành rộng rãi, đặc biệt ứng dụng y sinh học môi trường. .. LONG 20 Nghiên cứu chế tạo Fe3O4- Chitosan định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh ứng dụng nghiên cứu Phân tách chọn lọc tế bào ứng dụng thể nhằm tách tế bào cần nghiên cứu khỏi... định hướng ứng dụng xử lý môi trường làm vật liệu y sinh a Phương pháp vật lý: phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano tạo từ phương pháp vật