Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 143-150 Điều chế đặc trưng hạt nano từ tính phủ (3-aminopropyl) triethoxysilane cho trình truyền dẫn thuốc Phạm Xuân Núi1,*, Lương Văn Sơn1, Trần Thị Văn Thi2 Trường Đại học Mỏ Địa chất Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Nhận ngày 08 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 09 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 01 tháng năm 2016 Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, curcumin kháng ung thư tẩm lên hạt nano từ tính (Fe3O4) biến tính (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) Các hạt nano từ đặc trưng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (FT-IR) kỹ thuật từ kế mẫu rung (VSM) Kích thước tinh thể hạt nano từ Fe3O4 hạt nano Fe3O4 biến tính APTES (Fe3O4-APTES) tương ứng 20 25 nm Kết SEM cho thấy hạt thu có kích thước tương đối đồng Và phép đo từ kế mẫu rung nhiệt độ phịng khẳng định hạt nano từ Fe3O4 có tính siêu thuận từ Mơ hình tẩm thuốc curcumin nghiên cứu phổ UV-Vis Quá trình hấp phụ thuốc curcumin nhanh chóng đạt sau h Các hạt nano từ biến tính sử dụng làm chất mang hiệu cho trình truyền dẫn thuốc mục tiêu điều trị ung thư Từ khóa: Curcumin, hạt nano từ tính, Fe3O4, APTES, curcumin tẩm lên hạt nano từ tính Mở đầu* Trong lồi thuốc điều trị ung thư curcumin hoạt chất có tác dụng huỷ diệt tế bào ung, chúng polyphenol nối nhóm cacbonyl α, β-chưa bão hịa thểhiện đặc tính sinh học đa dạng chất kháng oxi hóa [9], kháng viêm [10], kháng khuẩn [11] hoạt tính kháng ung thư [12] Nhưng trở ngại curcumin khả hịa tan nước kém, khơng ổn định chu kỳ nửa phân rả ngắn chuyển hóa in-vitro dẫn đến khả ứng dụng lâm sàng hạn chế Các nghiên cứu gần cho thấy, để tăng khả hòa tan nước khả tương thích sinh học curcumin, chất mang khác thử nghiệm đển gắn kết Ngày nay, vật liệu từ biến tính quan tâm nghiên cứu rộng rãi khả ứng dụng nhiều lĩnh vực sinh học, y học mơi trường Các ứng dụng bao gồm q trình tách enzyme protein, tinh chế RNA DNA [1-3], kỹ thuật ảnh hóa cộng hưởng từ (MRI) sử dụng chẩn đoán ung thư Các phương pháp điều trị bệnh thân nhiệt cao ung thư sử dụng chất mang từ tính với mục tiêu truyền dẫn thuốc mục tiêu [4-8] _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-912278942 E-mail: phamxuannui@gmail.com 143 144 P.X Núi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 143-150 (encapsulate) thuốc vào micell polyme [13], hạt lipid rắn [14], hạt nano polyme [15],… Với vật liệu chất mang từ biến tính có chứa lõi (core) sắt oxide phủ phân tử chất vô hữu để tạo thành liên kết hóa học bề mặt lõi Lõi sắt oxide thu hạt kích thước nanomet chứa bột mịn có tính siêu thuận từ Các nhóm chức có vai trò gắn kết phân tử hữu bao quanh lõi Các hạt có khả tạo thành dung dịch huyền phù ổn định dễ dàng phân tán trở lại sau kết tụ có mặt từ trường Và việc biến tính bề mặt hạt nano từ tính (Fe3O4) với loại polymer sinh học khác thực áp dụng y sinh Trong nghiên cứu này, hạt nano oxide sắt từ (Fe3O4) tổng hợp ban đầu phương pháp đồng kết tủa, sau phủ silica để tạo thành vỏ bọc silica phủ biến tính bề mặt hạt thơng qua cầu nối gắn nhóm amino propylsilane (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) hạt nano từ Fe3O4-APTES sử dụng làm chất mang truyền dẫn thuốc cucurmin tới mục tiêu Thực nghiệm 2.1 Nguyên liệu Các hóa chất sử dụng gồm: Sắt (III) chloride hexahydrate (FeCl3.6H2O); sắt (II) sulfate heptahydrate (FeCl2.6H2O) dung dịch ammonium hydroxide (NH3 28%); (3aminopropyl) triethoxysilane (APTES, C9H23NO3Si); acid acetic băng ethanol (C2H5OH) mua từ hãng Merck, với độ tinh khiết 99% Curcumin sản xuất từ Viện Hóa học, Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam 2.2 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4) Hỗn hợp gồm 0,493 g FeCl3.6H2O 1,34 g FeCl2.6H2O (với tỷ lệ mol Fe3+/Fe2+ = 2) hòa tan 270 mL dung dịch HCl 1M mơi trường trơ (sử dụng khí N2) 50 mL dung dịch NH3 28% nhỏ từ từ vào dung dịch pH ≈ 10 Hỗn hợp khuấy liên tục h 70 oC Các hạt oxide sắt thu được rửa vài lần nước, ethanol Sau sấy khơ môi trường chân không nhiệt độ 40 oC qua đêm thu hạt oxide sắt từ 2.3 Tiến hành phủ (coated) APETS lên hạt nano từ tính Fe3O4 (APTES-Fe3O4) Bề mặt hạt nano từ (Fe3O4) phủ dung dịch APTES phản ứng silan hóa với mục đích thu hạt nano từ biến tính Quy trình thực với 40 mL dung dịch APTES 10% dung môi nước (điều chỉnh đến pH = dung dịch acid acetic băng) Tiến hành nhỏ từ từ dung dịch (dung dịch APTES 10%) vào g Fe3O4 khoảng thời gian h trì nhiệt độ 40 oC khuấy liên tục điều kiện trơ (sử dụng khí N2) Tiếp theo, hạt từ silan hóa rửa triệt để nước sấy khô môi trường chân không thu hạt từ phủ APTES (Fe3O4-APTES) 2.4 Nghiên cứu cứu nhả thuốc curcumin Quá trình tẩm curcumin nghiên cứu hạt nano sắt từ (Fe3O4) phủ APTES Quá trình tẩm curcumin thực việc phân tán 0,3 g Fe3O4-APTES dung dịch 0,1% curcumin (hòa tan ethanol) khuấy liên tục 3h với mục đích hỗ trợ khả hấp phụ curcumin Tại thời gian cố định, hạt nano từ tách từ hỗn hợp P.X Núi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 143-150 (sử dụng nam châm cố định) thu curcumin lại lên xác định phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) bước sóng λmax = 428 nm Lượng curcumin tẩm xác định từ chênh lệch nồng độ đầu curcumin dung dịch nồng độ curcumin dung dịch lên sau khoảng thời gian khảo sát khác phổ tử ngoại UV-Vis Lambda 35 với bước sóng khoảng 400 - 500 nm Các kết thảo luận 3.1 Quy trình phủ (coated) APTES phản ứng silane hóa Quy trình biến tính bề mặt phản ứng silan hóa, phản ứng xảy alkoxysilan vật liệu rắn gồm nhiều giai đoạn trung gian [16] Trong nghiên cứu này, q trình silan hóa thực mơi trường acid với mục tiêu để tạo liên kết nhóm chức phân tử aminopropyl alkoxysilane bề mặt lõi sắt từ Theo nghiên cứu [17] phản ứng silan hóa xuất theo giai đoạn Giai đoạn đầu xảy q trình thủy phân mơi trường acid (H+) phản ứng ngưng tụ xuất để tạo thành polyme silan Trong phản ứng thủy phân này, nhóm alkoxide (-OC2H5) thay nhóm (-OH) tạo thành nhóm silanol hoạt hóa nhóm ngưng tụ với nhóm silanol khác tạo thành liên kết siloxane (Si-O-Si) Sản phẩm phụ phản ứng ngưng tụ tạo alcohol (C2H5OH) nước (hình 1) 2.5 Các đặc trưng vật liệu Các hạt nano từ Fe3O4, Fe3O4-APTES curcumin liên kết với APTES phủ hạt nano từ đặc trưng kỹ thuật khác Để nhận biết pha tinh thể đặc trưng cấu trúc hạt nano đặc trưng phương pháp nhiễu xạ tia X thực máy SIEMENS D5000 sử dụng xạ Cu Kα (λ=0,15406 nm) Phổ hồng ngoại (SIMADZU) thực để phân tích đặc trưng bề mặt hạt nano từ Kỹ thuật hiển vi điện tử quét (S-3000H) sử dụng để kiểm tra hình thái bề mặt Đo từ tính hạt nano từ Fe3O4 Fe3O4-APTES thực sử dụng từ kế mẫu rung (VSM) Lake Shore 7304 nhiệt độ phòng Nồng độ curcumin xác định NH2 Si(OC2H5)3 2NH2 H2O H+ NH2 HO - Si - O - Si - O - +2C2H5OH + H2O Hình Phản ứng thủy phân ngưng tụ với tạo thành polyme silane NH2 NH2 NH2 NH2 H NH2 OH H HO - Si - O - Si H O O O + HO - Si - O - Si - OH 145 to O Si O O O -H2O Hình Sơ đồ phản ứng silan hóa (3-aminopropyl) triethoxysilane bề mặt từ tính 146 P.X Núi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 143-150 Ở giai đoạn 2, polyme kết hợp với hạt tinh thể từ tạo thành liên kết cộng hóa trị với nhóm –OH Q trình đề hydrat hóa hấp phụ polyme silane với oxide sắt từ xuất [18, 19] Sản phẩm cuối thu từ phản ứng silane hóa có trường mạnh (hình 2) 3.2 Nhiễu xạ X-ray Hình 3, giản đồ nhiễu xạ tia X vùng góc lớn (2θ = 20 - 70 o) hạt Fe O4 từ hạt Fe O4 phủ APTES (Fe O4 APTES) cho thấy vị trí cường độ tương đối tất peak phù hợp với giản đồ Fe3 O4 (JCPDS No.89-0951) điều vật liệu có hệ tinh thể cubic Các peak dạng hẹp mẫu cho thấy hạt nano có độ kết tinh tương đối cao, khơng có xuất peak nhiễu xạ d 110 = 4,183 Ao 2θ = 21,22 o d 104 = 2,7 Ao 2θ = 33,15 o điều chứng tỏ pha goethite α-FeO(OH) hematite (Fe O3) Sử dụng cơng thức Scherrer’s xác định kích thước tinh thể dựa độ bán rộng mặt phản xạ lớn (d 311) cho thấy kích thước hạt tinh thể hạt nano từ Fe O4 Fe O4 APTES tương ứng 20 25 nm Kết việc biến tính APTES không ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tinh thể hạt nano oxide sắt Hình Giản đồ nhiễu xạ XRD (a) Fe3O4 (b) Fe3O4-APTES 3.3 Hình thái cấu trúc hạt Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) hạt nano từ Fe3O4 Fe3O4-APTES thể hình Từ ảnh SEM nhận thấy tất hạt nano có dạng lập phương khối cầu đường kính trung bình khoảng 20 - 25 nm Từ kết này, chứng minh gián tiếp lõi sắt từ Fe3O3 phủ APTES tồn tinh thể đơn lẻ có đường kính khoảng 20 nm cịn lớp phủ APTES tương ứng với kích thước nm Kết hoàn toàn phù hợp với số liệu thu từ X-ray Mặt khác, nhận thấy với hạt Fe3O4-APTES gồm lớp vỏ (shell) silicon hữu hạt nano từ có tạo khối đồng nhiều (hình 4b) hình thành quanh “cluster” kích thước khoảng 30 nm, với kết tụ hạt riêng biệt Hình Ảnh SEM (a) Fe3O3 Fe3O4-APTES P.X Núi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 143-150 3.4 Phổ hồng ngoại FT-IR Phổ hồng ngoại hạt nano từ Fe3O4, Fe3O4-APTES curcumin gắn kết APTES phủ Fe3O4 nhận thấy qua xuất nhóm chức trình tổng hợp kết nhận thấy hình 147 khuất dao động liên kết Fe-O hạt từ [21, 22] Sự hấp phụ polyme silan bề mặt hạt từ phù hợp với dải 1113, 1048 989 cm-1 xác nhận nhóm liên kết SiO-H Si-O-Si Có dải 3420 1625 cm-1 thuộc dao động liên kết N-H nhóm NH2 tự Hơn nữa, có mặt nhóm propyl gắn kết xuất tần số 2862 cm-1 phù hợp với liên kết C-H Trong hình 5c, có mặt curcumin nhận thấy qua xuất peak 2925 cm-1 dao động nhóm –C–O–CH3 dao động C–C vịng thơm xuất tần số 1518 cm-1 dải 1628 cm-1 dao động biến dạng C-H vòng thơm Từ phổ FTIR nhận thấy có liên kết mạnh curcumin APTES phủ hạt nano từ tính 3.5 Xác định từ tính Hình Phổ FT-IR (a) Fe3O4, (b) APTES phủ Fe3O4 (c) curcumin gắn APTES phủ Fe3O4 Sự hình thành hạt nano từ nhận thấy qua dải hấp thụ mạnh tần số 567 cm-1 tương ứng với liên kết Fe–O khối từ [20] Hình 5a, peak 3417 cm-1 dao động nhóm –OH hấp phụ bề mặt Fe3O4, điều hạt nano từ phân tán dung dịch có mơi trường trung tính ngun tử Fe O bề mặt hạt hấp phụ tương ứng ion OH- H+ xuất bề mặt giàu ion OH-, nhóm –OH bề mặt dễ dàng tương tác với APTES, hạt nano từ tính phủ phân tử APTES liên kết hóa học Mạng silica hấp phụ bề mặt từ tính liên kết Fe-OSi, dải khơng nhận thấy phổ FT-IR khoảng 584 cm-1, xuất vùng tần số bị che Phương pháp từ kế mẫu rung sử dụng để đánh giá tính chất từ hạt nano tổng hợp, với phép đo nhiệt độ phịng, độ từ dư Hình 6, cho thấy hạt nano Fe3O4 thể độ từ hóa mạnh xuất từ trường Chúng thể đặc trưng từ mạnh, dễ dàng bị hút nam châm (hình 6d) Hình 6a, b c cho thấy vịng trễ mẫu Độ từ hóa bão hòa (Ms) hạt nano Fe3O4; Fe3O4-APTES Fe3O4-APTES tẩm curcumin tương ứng 64; 61 60 emu/g Giá trị độ từ hóa bão hịa hạt nano từ phủ APTES tẩm curcumin nhỏ không đáng kể so với hạt nano từ Fe3O4 ban đầu Kết từ hóa mẫu rung cho thấy tất hạt có tính chất siêu từ tính nhiệt độ phòng, độ từ dư hạt gần độ kháng từ khơng đáng kể khơng xuất từ trường ngồi Theo nghiên cứu [23] tính 148 P.X Núi nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 143-150 siêu thuận từ tồn hạt ảnh hưởng kích thước hạt (