Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệu Nghiên cứu tổng hợp và biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng định hướng ứng dụng mang thuốc chống ung thư

to BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ NGỌC TRĂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH BỀ MẶT NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG MANG THUỐC CHỐNG UNG THƯ LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ NGỌC TRĂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH BỀ MẶT NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG MANG THUỐC CHỐNG UNG THƯ Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Mã số chuyên ngành: 62440125 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Đại Hải GS.TSKH Nguyễn Công Hào Hà Nội – Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Cơng trình thực phịng Vật liệu Y sinh - Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Thành phố Hồ Chí Minh Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Đại Hải GS.TSKH Nguyễn Công Hào Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực, hoàn thành dựa kết nghiên cứu kết nghiên cứu chưa dùng cho luận án cấp khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngọc Trăm ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Đại Hải GS.TSKH Nguyễn Công Hào, người Thầy dành cho tơi động viên giúp đỡ tận tình định hướng khoa học hiệu suốt trình thực luận án Tôi xin cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng q trình thực luận án Tơi xin cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Học viện Khoa học công nghệ q trình thực luận án Tơi xin cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trường Đại học Trà Vinh trình thực luận án Luận án hỗ trợ kinh phí đề tài nghiên cứu Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED), mã số 104.03-2018.46 Sau cùng, xin cảm ơn thực quên giúp đỡ tận tình thầy cơ, bạn bè động viên, tạo điều kiện người thân gia đình suốt q trình tơi hồn thành luận án Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngọc Trăm iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .4 1.1 NANO SILICA 1.1.1 Giới thiệu silica 1.1.2 Keo silica độ bền hệ keo 1.1.3 Cấu trúc nano silica 1.1.4 Tính chất nano silica 1.1.5 Phương pháp tổng hợp 1.1.6 Cấu tạo nano silica cấu trúc rỗng .14 1.1.7 Tính chất ứng dụng nano silica cấu trúc rỗng 14 1.1.8 Phương pháp tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng 15 1.1.9 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng 18 1.2 THUỐC TRỊ UNG THƯ DOXORUBICIN 21 1.2.1 Giới thiệu thuốc Doxorubicin 21 1.2.2 Tác dụng phụ 22 1.3 MỘT SỐ POLYMER ĐƯỢC SỬ DỤNG BIẾN TÍNH BỀ MẶT NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG 23 1.3.1 Poly ethylene glycol 23 1.3.2 Pluronic 24 1.4 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 25 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 25 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 40 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .42 2.1 Phương tiện nghiên cứu 42 2.1.1 Hóa chất 42 iv 2.1.2 Thiết bị 43 2.2 Phương pháp xác định tính chất đặc trưng vật liệu 43 2.3 Phương pháp thực nghiệm .44 2.3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica rắn 44 2.3.2 Tổng hợp hạt nano silica rắn phương pháp đáp ứng bề mặt 48 2.3.3 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc lõi – vỏ (SSN@CTAB-SSN) 52 2.3.4 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng (HMSN) 54 2.3.5 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với nhóm amin 57 2.3.6 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với mPEG 59 2.3.7 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với Pluronic (F127) .62 2.3.8 Nghiên cứu hiệu nang hóa thuốc chống ung thư Doxorubicin (Dox) chất mang nano HMSN, HMSN-NH2, HMSN-mPEG, HMSN-F127 64 2.3.9 Khảo sát tốc độ phóng thích thuốc Doxorubicin hệ HMSN/Dox, HMSN-NH2/Dox, HMSN-mPEG/Dox, HMSN-F127/Dox 65 2.3.10 Nghiên cứu độc tính tế bào hệ chất mang nano HMSN, HMSN-NH2, HMSN-PEG, HMSN-F127, HMSN/Dox, HMSN-NH2/Dox, HMSN-mPEG/Dox, HMSN-F127/Dox 67 CHƯƠNG KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 69 3.1 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica rắn 69 3.1.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ TEOS 69 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ ammonia .70 3.1.3 Kết khảo sát ảnh hưởng ethanol 72 3.1.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng 73 3.1.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ .75 3.1.6 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ thêm dung dịch ammonia 76 3.2 Kết tổng hợp hạt nano silica rắn phương pháp đáp ứng bề mặt .76 3.2.1 Kết tổng hợp hạt nano silica rắn SSN 76 v 3.2.2 Đánh giá hình thái cấu trúc hạt nano silica rắn SSN .80 3.3 Kết tổng hợp hạt nano silica cấu trúc lõi – vỏ 84 3.3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ TEOS đến kích thước lớp vỏ 84 3.3.2 Mơ tả q trình phủ lớp vỏ silica lên lõi SSN 86 3.3.3 Kết tổng hợp hạt SSN-SSN 87 3.3.4 Đánh giá hình thái cấu trúc hạt nano silica SSN@CTAB-SSN/2 88 3.4 Kết tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng 92 3.4.1 Từ hạt SSN@CTAB-SSN .92 3.4.2 Từ hạt SSN-SSN .94 3.4.3 Đánh giá hình thái cấu trúc hạt nano silica cấu trúc rỗng .94 3.5 Kết biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với nhóm amin 100 3.6 Kết biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với monomethoxyl polyethylene glycol (mPEG) .107 3.6.1 Hoạt hóa monomethoxyl polyethylene glycol (mPEG) 4-Nitrophenyl chloroformate (NPC) .108 3.6.2 Kết biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với mPEG .109 3.7 Kết biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với Pluronic 113 3.7.1 Kết hoạt hóa Pluronic (F127) 4-Nitrophenyl chloroformate 113 3.7.2 Kết biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với Pluronic 114 3.8 Hiệu nang hóa thuốc chống ung thư Doxorubicin (Dox) chất mang nano HMSN, HMSN-NH2, HMSN-mPEG, HMSN-F127 118 3.9 Kết khảo sát tốc độ phóng thích thuốc Doxorubicin hệ chất mang/thuốc HMSN/Dox, HMSN-NH2/Dox, HMSN-mPEG/Dox, HMSN-F127/Dox 119 3.10 Kết độc tính tế bào chất mang nano dẫn truyền thuốc Dox 122 CHƯƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 125 4.1 Kết luận 125 4.2 Kiến nghị 126 vi DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ viết đầy đủ HMSN Hollow mesoporous silica nanoparticles MSN Mesoporous silica nanoparticles SSN Solid silica nanoparticles MCM-41 Mobil Composition of Materials no 41 SBA-15 PEG Santa Barbara Amorphous Polyethylene glycol CTAB Cetytrimethylammonium bromide NPC p-nitrophenyl chloroformate APTES (3-aminopropyl)-triethoxysilane TEOS Tetraethoxysilane EPR Enhanced Permeability Resonance CMC Critical Micell Concentration Proton Nuclear Magnetic Resonance HNMR FTIR TGA Fourier Transform Infrared Spectroscopy Thermal Gravimetry Analysis DOX Doxorubicin SEM Scanning Electron Microscopy TEM Tranmission Electron Microscopy XRD X-ray Diffraction DLS Dynamic Light Scattering PDI Polydispersity Index XPS X-ray photoelectron spectroscopy BET Brunauer-Emmet-Teller UV-Vis Ultraviolet Visible Spectroscopy RSM Response Surface Methodology BBD Box–Behnken designs viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các loại PEG liên hợp ứng dụng 23 Bảng 1.2 Kết tổng hợp biến tính bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng 27 Bảng 2.1 Danh sách hóa chất sử dụng nghiên cứu 42 Bảng 2.2 Danh sách thiết bị sử dụng nghiên cứu 43 Bảng 2.3 Thơng số thí nghiệm dùng nghiên cứu 47 Bảng 2.4 Các thông số phản ứng khảo sát 50 Bảng 2.5 Giá trị thực nghiệm phần mềm Minitab 16 51 Bảng 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến kích thước hạt .75 Bảng 3.2 Giá trị kết thực nghiệm dự đoán Minitab 16 77 Bảng 3.3 Phân tích ANOVA cho mơ hình hồi quy 78 Bảng 3.4 Bảng kết kích thước hạt sử dụng điều kiện mong muốn 80 Bảng 3.5 Kết kích thước hạt SSN@CTAB-SSN 85 Bảng 3.6 Kích thước hạt zeta SSN, SSN@CTAB-SSN HMSN 100 Bảng 3.7 Kích thước hạt mẫu HMSN-NH2 tỉ lệ APTES .102 Bảng 3.8 Hiệu suất khả mang thuốc Dox (DLE DLC) 118 - 39 Phụ lục 39 Kết định lượng nồng độ Dox UV-Vis – Mẫu HMSN/Dox (Tại thời gian phóng thích thuốc giờ) - 40 Phụ lục 40 Kết định lượng nồng độ Dox UV-Vis – Mẫu HMSN/Dox (Tại thời gian phóng thích thuốc 12 giờ) - 41 Phụ lục 41 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-NH2-50 - 42 Phụ lục 42 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-NH2-100 - 43 Phụ lục 43 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-NH2-250 - 44 Phụ lục 44 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-NH2-500 - 45 Phụ lục 45 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-NH2-800 - 46 Phụ lục 46 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-mPEG - 47 Phụ lục 47 Kết diện tích bề mặt theo phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ khí N2 – Mẫu HMSN-F127 - 48 Phụ lục 48 Kết phổ hồng ngoại FTIR – Mẫu mPEG - 49 Phụ lục 49 Kết phổ hồng ngoại FTIR – Mẫu HMSN-mPEG - 50 Phụ lục 50 Kết phổ hồng ngoại FTIR – F127 - 51 Phụ lục 51 Kết phổ hồng ngoại FTIR – HMSN-F127 - 52 Phụ lục 52 Kết phân tích nhiệt khối lượng TGA – Mẫu mPEG - 53 Phụ lục 53 Kết phân tích nhiệt khối lượng TGA – Mẫu HMSN-mPEG ... silica cấu trúc rỗng (HMSN) 54 2.3.5 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với nhóm amin 57 2.3.6 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với mPEG 59 2.3.7 Biến tính bề mặt nano silica. .. hạt nano silica cấu trúc rỗng (HMSN) Nghiên cứu biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng nhóm amin với tỉ lệ mol HMSN/nhóm -NH2 khác (HMSN-NH2) Nghiên cứu biến tính bề mặt nano silica cấu trúc. .. độ ổn định hạt, độ phân tán [56, 57] 1.1.9 Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng Các phương pháp biến tính bề mặt nano silica Bề mặt nano silica với nhóm silanol bề mặt nên cần biến tính