BÁO CÁO ÐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT HIỆU ỨNG CHUYỂN ĐỔI QUANG - NHIỆT CỦA PHỨC HỆ THANH NANO VÀNG/MESOPOROUS SILICA ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ÐẠI HỌC SƢ PHẠM BÁO CÁO TÓM TẮT ÐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT HIỆU ỨNG CHUYỂN ĐỔI QUANG - NHIỆT CỦA PHỨC HỆ THANH NANO VÀNG/MESOPOROUS SILICA ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Mã số: B2018-TNA-03-CtrVL Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Thị Huế Thái Nguyên, năm 2021 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ÐẠI HỌC SƢ PHẠM BÁO CÁO TÓM TÁT ÐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT HIỆU ỨNG CHUYỂN ĐỔI QUANG - NHIỆT CỦA PHỨC HỆ THANH NANO VÀNG/MESOPOROUS SILICA ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Mã số: B2018-TNA-03-CtrVL Xác nhận tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài Đỗ Thị Huế Thái Nguyên, năm 2021 i DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ÐỀ TÀI STT Họ tên Đơn vị Nhiệm vụ Khoa Vật Lý TS Đỗ Thị Huế Chủ nhiệm PGS.TS Chu Việt Hà Viện Vật Lý- Viện Hàn lâm PGS TS Nghiêm Thị Hà Khoa học Công nghệ Việt Thành viên Liên Nam TS Nguyễn Thị Thùy Trƣờng ÐHSP-ÐHTN Khoa Vật Lý Thành viên Trƣờng ÐHSP-ÐHTN Viện Vật Lý- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Thành viên Nam ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Nội dung phối hợp nghiên cứu Tên đơn vị nƣớc Khoa Vật lý - Trƣờng ĐHSP Thái Nguyên Trao đổi chuyên môn Viện Vật lý -Viện hàn lâm Khoa học Trao đổi chuyên môn Công nghệ Việt Nam Họ tên ngƣời đại diện đơn vị PGS.TS Chu Việt Hà PGS.TS Nghiêm Thị Hà Liên Sản phẩm đối chiếu theo thuyết minh TT Sản phẩm theo Thuyết minh đề tài Sản phẩm khoa học 01 nƣớc 02 hội nghị quốc tế 01 ISI/Q2 01 Scopus Sản phẩm đào tạo - 01 luận v n thạc s bảo vệ - Hỗ trợ 01 nghiên cứu sinh Sản phẩm ứng dụng Sản phẩm đạt đƣợc - - 04 nƣớc 01 hội nghị quốc tế 03 ISI/Q2 online - 01 luận v n thạc s bảo vệ bảo vệ n m 2020 - Hỗ trợ 01 nghiên cứu sinh bảo vệ n m 2020 Hệ mẫu nano vàng đơn phân tán, đồng hình dạng, kích thƣớc Hệ mẫu gồm phức hệ nano vàng/mesoporous silica ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng tƣợng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Phân thực nghiệm 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 2.1.2 Chế tạo nano vàng 2.1.3 Chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica (GNR@m-SiO2) 2.1.4 Gắn kết phức hệ nano vàng/mesoporous silica với phân tử thuốc DOX (GNR@m-SiO2-DOX) 2.1.5 Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ 2.1.6 Khảo sát hiệu ứng SERS nano vàng 2.2 Các phƣơng pháp đo đạc Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo nano vàng 3.1.1 Các hạt vàng mầm 3.1.2 Thanh nano vàng 3.1.3 Sự phụ thuộc đặc tính quang vào chiết suất môi trƣờng 3.2 Chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica 3.2.1 Hình thái kích thƣớc phức hệ nano vàng/mesoporous silica 3.2.2 Tính chất quang phức hệ 10 3.2.3 Khảo sát đặc tính quang nhiệt phức hệ 10 KẾT LUẬN 13 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Các thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng ion Ag + đến hình thành phát triển cấu trúc nano vàng iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp nano vàng dạng phương pháp nuôi mầm Hình 3.1 Ảnh HTEM tinh thể vàng mầm để tạo thanh: thang đo nm với độ phóng đại 500 nghìn lần (hình trái), thang đo nm với độ phóng đại triệu lần (hình phải) Hình 3.2 Ảnh TEM nano vàng với độ phóng đại 200 nghìn lần thang đo 10 nm (trái), phổ hấp thụ plasmon chúng (phải) Hình 3.3 Phổ XRD nano vàng Hình 3.4 Ảnh TEM mẫu nano vàng với [Ag+] /[Au3+] thay đổi, thang đo 20nm Hình 3.5 Phổ hấp thụ plasmon cộng hưởng dung dịch nano vàng theo tỉ lệ mol [Ag+] / [Au3+] (hình trái) phổ chuẩn hóa (hình phải) Hình 3.6 Phổ hấp thụ plasmon nano vàng 10 nm  40 nm phân tán ………………….9 Hình 3.7 Các phổ hấp thụ (trái) phổ hấp thụ chuẩn hóa (phải) dung dịch nano vàng dạng trước sau bọc phân tử tương thích sinh học BSA, PEG, GSH Hình 3.8 Ảnh TEM nano vàng (a) phức hệ GNR@m-SiO2 10 Hình 3.9 Phổ hấp thụ UV-VIS GNRs, GNR@m-SiO2, GNR@m-SiO2DOX phân tử thuốc DOX tự 10 Hình 3.10 Khả giải phóng thuốc phức hệ GNR@m-SiO2-DOX pH =5.6 pH = 7.4 11 Hình 3.11 Sự gia tăng nhiệt độ khối u nhóm nhóm hàm thời gian chiếu xạ NIR 11 Hình 3.12 Phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt Indigo với nồng độ khác đế nano vàng 12 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên tiếng Việt NIR Near-infrared range Vùng hồng ngoại gần PPTT Plasmonic photo-thermal therapy Hiệu ứng quang – nhiệt SPR Surface plassmon resonance Cộng hƣởng plasmon bề mặt SP Surface plasmon Plasmon bề mặt SPP Surface Plasmon Polariton Plasmon polariton bề mặt GNR Gold nanorod Thanh nano vàng THPC Tetrachloride GPS Gold Plating Solution kis(hydroxymethyl)phosphonium Dung dịch vàng hydroxide - Dung dịch nuôi TEM Transmission electron microscope Hiển vi điện tử truyền qua DLS Dynamic Light Scattering Tán xạ ánh sáng động học PdI Polydispertion Index Chỉ số đa phân tán Phức hệ nano vàng/ mesoporous silica Phức hệ nano vàng/ mesoporous silica chứa thuốc DOX GNR@mSiO2 GNR@mSiO2-DOX DOX Doxorubicin hydrochloride vi THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang - nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica định hƣớng ứng dụng y sinh Mã số: B2018-TNA-03-CtrVL Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Thị Huế Tổ chức chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm – ĐH Thái Nguyên Thời gian thực hiện: Từ tháng 10/2018 đến tháng 06/2021 Mục tiêu: - Chế tạo đƣợc nano vàng với tỉ lệ kích thƣớc cạnh khác - Chế tạo đƣợc phức hệ nano vàng/mesoporous silica phân tán dung dịch phƣơng pháp hóa học - Nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica nhằm định hƣớng ứng dụng y – sinh - Nghiên cứu hiệu ứng tán xạ Raman t ng cƣờng bề mặt (SERS) nano vàng ứng dụng để phát chất màu hữu Tính sáng tạo: Khác với phƣơng pháp truyền thống điều trị ung thƣ nhƣ hóa trị xạ trị với nhiều tác dụng phụ không mong muốn, phƣơng pháp điều trị quang nhiệt (PTT) tiêu diệt tế bào ung thƣ cách làm t ng nhiệt độ cục khối u lên tới 420C (là ngƣỡng nhiệt độ đủ để tiêu diệt tế bào) dƣới xạ lazer Đây đƣợc xem liệu pháp điều trị ung thƣ xâm lấn hiệu cao Để việc điều trị có hiệu cao đồng thời đảm bảo an toàn cho tế bào khỏe mạnh, phƣơng pháp điều trị quang nhiệt đòi hỏi phải sử dụng tác nhân hấp thụ mạnh ánh sáng vùng hồng ngoại gần ánh sáng xuyên sâu vào da mô Thanh nano vàng có hai đỉnh cộng hƣởng plasmon đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc điều khiển đƣợc vùng hồng ngoại gần cách thay đổi tỉ lệ cạnh chiết suất mơi trƣờng bao quanh chúng Với đặc tính đó, nano vàng đƣợc xem ứng cử viên xuất sắc cho việc điều trị ung thƣ hiệu ứng quang nhiệt có hiệu suất chuyển đổi cao Tuy nhiên, việc sử dụng nano vàng có số nhƣợc điểm, chủ yếu là: (i) nano vàng thƣờng đƣợc bao phủ lớp kép gồm phân tử CTAB (vì tác nhân cần thiết cho định hƣớng cấu trúc thanh) Do lớp kép bề mặt CTAB khơng ổn định nên dễ dàng tạo nano đƣợc phủ CTAB Điều làm cho nano vàng tính chất quang học độc đáo chúng khó đƣa lên đƣợc tế bào Hơn CTAB đƣợc chứng minh gây độc tính đáng kể cho tế bào, đó, nano vàng phủ CTAB không đƣợc sử dụng trực tiếp cho ứng dụng y – sinh; (ii) N ng lƣợng ánh sáng hồng ngoại giảm dần sâu vào mơ bị tán xạ hấp thụ, số tế bào khối u nhận đƣợc ánh sáng vii lazer trực tiếp bị tiêu diệt; (iii) Các nano vàng cấu trúc nonporous thể khả n ng tải thấp hạn chế độ đàn hồi nên hiệu phân phối thuốc không cao Việc lựa chọn mesoporous silica làm lớp bọc cho nano vàng phù hợp giúp chúng vừa có khả n ng tải thuốc điều trị tế bào ƣng thƣ quang nhiệt Sự kết hợp phƣơng pháp điều trị quang nhiệt phƣơng pháp hóa trị nhằm t ng hiệu điều trị ung thƣ đặc biệt đƣợc nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu Vì việc tải thuốc phức hệ nano vàng/mesoporous silica hình thành nên phức hệ nano vàng/mesoporous silica (GNRs@mSiO2) chứa thuốc vừa có khả n ng điều trị bệnh nhờ hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt nano vàng, vừa có khả n ng điều trị bệnh phƣơng pháp hóa nhờ có mặt phân tử thuốc Nói cách khác, phức hệ nano vàng/mesoporous silica (GNRs@mSiO2) chứa thuốc có tiềm n ng lớn điều trị bệnh Đề tài “nghiên cứu chế tạo khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica định hƣớng ứng dụng y sinh” có kết nghiên cứu chế tạo ứng dụng phức hệ nano vàng/mesoporous silica chẩn đoán điều trị bệnh Các kết nghiên cứu đóng góp vào phát triển “hƣớng nghiên cứu ƣu tiên ngành vật lý đến n m 2020, tầm nhìn 2030” Khoa học Cơng nghệ.nghiên cứu chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang - nhiệt chúng việc làm có ý nghĩa thực tiễn khoa học nhằm hƣớng tới ứng dụng y sinh Kết nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan cấu trúc nano vàng/silica phƣơng pháp chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica - Nghiên cứu tổng quan nano vàng, phức hệ nano vàng/silica yêu cầu phức hệ cho ứng dụng y - sinh, - Nghiên cứu phƣơng pháp chế tạo nano vàng phức hệ nano vàng/mesoporous silica để tìm phƣơng pháp chế tạo thích hợp phù hợp với điều kiện thực nghiệm Việt Nam Chế tạo nano vàng phức hệ nano vàng/mesoporous silica Đã chế tạo đƣợc nano vàng theo phƣơng pháp nuôi mầm với tỉ lệ cạnh khác Đã chức n ng hóa đƣợc bề mặt nano vàng phân tử sinh học tƣơng thích sinh học Tạo lớp vỏ silica bọc lấy nano vàng để hình thành cấu trúc nano vàng/mesoporous silica Nghiên cứu hình thái tính chất quang nano vàng phức hệ nano vàng/mesoporous silica - Nghiên cứu hình thái, tính chất quang nano vàng theo điều kiện chế tạo viii - Nghiên cứu hình thái (hình dạng, kích thƣớc, độ đơn phân tán) phức hệ nano vàng/mesoporous silica theo điều kiện chế tạo - Nghiên cứu đặc đặc tính quang phức hệ nano vàng/mesoporous silica theo điều kiện chế tạo thông qua phổ hấp thụ UV-Vis Đƣa phân tử thuốc lên cấu trúc nano vàng/mesoporous tạo phức hệ có chức chẩn đốn hình ảnh có chức điều trị quang nhiệt Nghiên cứu quy trình để đƣa phân tử thuốc lên cấu trúc nano vàng/mesoporous tạo phức hệ nano vàng/mesoporous chứa thuốc Nghiên cứu tính chất quang phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc Nghiên cứu khảo sát tính chất quang phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc thông qua phép đo phổ huỳnh quang hấp thụ Nghiên cứu định hƣớng ứng dụng y-sinh: Ứng dụng hiệu ứng SERS để phát chất màu ứng dụng hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc cho ứng dụng điều trị y –sinh - Khảo sát hiệu ứng SERS nano vàng - Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc dƣới kích thích lazer hồng ngoại gần Viết báo quốc tế đăng kết đề tài Viết báo cáo tổng kết đề tài Sản phẩm: 5.1 Sản phẩm khoa học Do Thi Hue, Nguyen Thi Phuong Thao, Tran Khac Khoi, and Chu Viet Ha, Multi-shaped silver meso-particles with tunable morphology for surface‑enhanced raman scattering Optics Communications 497 (2021) 127200.(ISI, SCI, IF = 2.51) Do Thi Hue, Tran Thi Thu Huong, Pham Thi Thu Ha, Tran Thu Trang, Nghiem Thi Ha Lien,Vu Xuan Hoa, The dependence of medium refractive index on optical properties of gold nanorods and their SERS application, AIP Advances 11, 055319 (5/2021) (ISI, SCI, IF = 1,6) Do Thi Hue, Nghiem Thi Ha Lien, and Chu Viet Ha, Seeded growth synthesis of uniform gold nanoparticles with controlled diameters up to 220 nm, Journal of Electronic Materials (accepted in 6/2021) (ISI, SCIE, Q2, IF = 1,77) Đỗ Thị Huế, (2021) “Tổng Hợp Và Amin Hóa Bề Mặt Hạt Nano Silica Bằng Phƣơng Pháp Stưber”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học - Tập 26, Số 1/2021, 68-73 Do Thi Hu, Tran Thi Thu Huong, Nguyen Thi Phuong Thao, Tran Khac Khoi, Tran Thi Thuc, Tran Thu Trang, Vu Xuan Hoa, (2021), “Synthesis Of Silver Meso Structures With Tunable Morphology For Surface‑Enhanced Raman Scattering”, Advances in Optics, Photonics, xii - Studying the optical properties of gold nanorod/mesoporous silica complexes under fabrication conditions through UV-Vis absorption spectroscopy • Putting drug molecules on gold/mesoporous nanorods to create complexes with imaging diagnostic functions and photothermal therapeutic functions Studying the process to introduce drug molecules onto gold/mesoporous nanorod structures to create drug-containing gold/mesoporous nanorod complexes • Study of optical properties of drug-containing gold nanorod/mesoporous silica complexes Study and investigate the optical properties of the drug-containing gold nanorod/mesoporous silica complex through fluorescence and absorption spectroscopy measurements • Research on application of photo-thermal conversion effect of drug-containing gold nanorod/mesoporous silica complex under near-infrared lazer excitation for therapeutic applications in biomedicine - Investigate the photothermal conversion effect of the drug-containing gold/mesoporous silica nanorod complex under the excitation of a near-infrared lazer according to the illuminance power density of the source - Investigate the photothermal conversion effect of the drug-containing gold/mesoporous silica nanorod complex under the excitation of near-infrared lazer according to the particle concentration • Write international articles to publish new results of the project • Write a report summarizing the topic Products: 5.1 Scientific products: Do Thi Hue, Nguyen Thi Phuong Thao, Tran Khac Khoi, and Chu Viet Ha, Multi-shaped silver meso-particles with tunable morphology for surface‑enhanced raman scattering Optics Communications 497 (2021) 127200.(ISI, SCI, IF = 2.51) Do Thi Hue, Tran Thi Thu Huong, Pham Thi Thu Ha, Tran Thu Trang, Nghiem Thi Ha Lien,Vu Xuan Hoa, The dependence of medium refractive index on optical properties of gold nanorods and their SERS application, AIP Advances 11, 055319 (5/2021) (ISI, SCI, IF = 1,6) Do Thi Hue, Nghiem Thi Ha Lien, and Chu Viet Ha, Seeded growth synthesis of uniform gold nanoparticles with controlled diameters up to 220 nm, Journal of Electronic Materials (accepted in 6/2021) (ISI, SCIE, Q2, IF = 1,77) Do Thi Hue, (2021) “Synthesis and Surface Amination of Silica Nanoparticles by Stöber Method”, Journal of analytical sciences, Vol 26, No 1/2021, 68-73 Do Thi Hue1*, Tran Thi Thu Huong1, Nguyen Thi Phuong Thao1, Tran Khac Khoi1, Tran Thi Thuc1, Tran Thu Trang2, Vu Xuan Hoa2, (2021), “Synthesis Of Silver Meso Structures With Tunable Morphology For Surface‑Enhanced Raman Scattering”, Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications XI, pp 448-453 xiii Do Thi Hue, Chu Viet Ha, Overview of gold nanorods: Synthesis, optical properties and applications, Journal of Science and Technology, TUTN 208(15): 137 – 145, 2019 Do Thi Hue, Research on photo-thermal conversion effect of gold nanoparticles on meat tissue, Journal of Science and Technology, TNUE, 208(15): 147 – 152, 2019 Do Thi Hue, Tran Thi Thu Huong, Tran Khac Khoi, Surface plasmon resonance of gold/silver core/shell nanorod with different thickness of silver shell, Scientific Journal of Tan Trao University No.21_June 2021 p.30-36 ISSN: 2354 - 1431 5.2 Training products Do Chi Nghia, Theoretical model and simulation of plasmonic properties of some nanostructures applied in photothermal and biosensors, PhD thesis 2020 Luc Thi Tuyen, Effect of surface plasmon effect of 20 nm gold nanoparticles on the emission of Rhodamine pigment solution, Master thesis, 2020 5.3 Applied products - Solutions containing gold nanorods - Solutions containing gold nanorod/mesoporous silica complexes - Solutions containing drug-bound gold nanorod/mesoporous silica complexes Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results The results of the research used in training bachelors at the Department of Physics, College of Education, Thai Nguyen university and can study advantage in bioapplications 2nd August in 2021 Implementing institution Coordinator Do Thi Hue MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Các ứng dụng công nghệ nano vào khoa học sống ngày đƣợc phát triển rộng rãi, việc sử dụng vật liệu nano ứng dụng y-sinh nhƣ t ng độ nhạy chẩn đoán điều trị hƣớng đích hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều phịng thí nghiệm giới nƣớc quan tâm phát triển Ung thƣ c n bệnh phổ biến tồn cầu Mặc dù có nhiều phƣơng pháp điều trị cải thiện đáng kể xâm lấn tế bào ung thƣ thể bệnh nhân Song phƣơng pháp trị liệu truyền thống nhƣ hóa trị xạ trị có hạn chế định Liệu pháp quang nhiệt (PTT) đƣợc coi công nghệ đầy hứa hẹn việc tiêu diệt cục tế bào ung thƣ mà xâm lấn nhất, nhằm khắc phục hạn chế phƣơng pháp điều trị truyền thống đồng thời nâng cao khả n ng chữa bệnh Để đạt đƣợc điều đó, PTT thƣờng sử dụng tác nhân hấp thụ mạnh ánh sáng cửa sổ quang học da mô (ánh sáng hồng ngoại gần) dƣới xạ laser Hơn nữa, để tối ƣu hiệu điều trị, tác nhân sử dụng PTT đƣợc gắn kết với tác nhân huỳnh quang cho phép ảnh hồng ngoại gần Khác với phƣơng pháp truyền thống điều trị ung thƣ nhƣ hóa trị xạ trị, phƣơng pháp điều trị quang nhiệt (PTT) tiêu diệt tế bào ung thƣ cách làm t ng nhiệt độ cục khối u lên tới 420C (là ngƣỡng nhiệt độ đủ để tiêu diệt tế bào) dƣới xạ lazer Đây đƣợc xem liệu pháp điều trị ung thƣ xâm lấn hiệu cao Để việc điều trị có hiệu cao đồng thời đảm bảo an toàn cho tế bào khỏe mạnh, phƣơng pháp điều trị quang nhiệt đòi hỏi phải sử dụng tác nhân hấp thụ mạnh ánh sáng vùng hồng ngoại gần ánh sáng xuyên sâu vào da mơ Thanh nano vàng có hai đỉnh cộng hƣởng plasmon đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc điều khiển đƣợc vùng hồng ngoại gần cách thay đổi tỉ lệ cạnh chiết suất môi trƣờng bao quanh chúng Với đặc tính đó, nano vàng đƣợc xem ứng cử viên xuất sắc cho việc điều trị ung thƣ hiệu ứng quang nhiệt có hiệu suất chuyển đổi cao Tuy nhiên, việc sử dụng nano vàng có số nhƣợc điểm, chủ yếu là: (i) nano vàng thƣờng đƣợc bao phủ lớp kép gồm phân tử CTAB (vì tác nhân cần thiết cho định hƣớng cấu trúc thanh) Do lớp kép bề mặt CTAB khơng ổn định nên dễ dàng tạo nano đƣợc phủ CTAB Điều làm cho nano vàng tính chất quang học độc đáo chúng khó đƣa lên đƣợc tế bào Hơn CTAB đƣợc chứng minh gây độc tính đáng kể cho tế bào, đó, nano vàng phủ CTAB không đƣợc sử dụng trực tiếp cho ứng dụng y – sinh; (ii) N ng lƣợng ánh sáng hồng ngoại giảm dần sâu vào mô bị tán xạ hấp thụ, số tế bào khối u nhận đƣợc ánh sáng lazer trực tiếp bị tiêu diệt; (iii) Các nano vàng cấu trúc nonporous thể khả n ng tải thấp hạn chế độ đàn hồi nên hiệu phân phối thuốc không cao Việc lựa chọn mesoporous silica làm lớp bọc cho nano vàng phù hợp giúp chúng vừa có khả n ng tải thuốc điều trị tế bào ƣng thƣ quang nhiệt Sự kết hợp phƣơng pháp điều trị quang nhiệt phƣơng pháp hóa trị nhằm t ng hiệu điều trị ung thƣ đặc biệt đƣợc nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu Vì việc tải thuốc phức hệ nano vàng/mesoporous silica hình thành nên phức hệ nano vàng/mesoporous silica (GNRs@mSiO2) chứa thuốc vừa có khả n ng điều trị bệnh nhờ hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt nano vàng, vừa có khả n ng điều trị bệnh phƣơng pháp hóa nhờ có mặt phân tử thuốc Nói cách khác, phức hệ nano vàng/mesoporous silica (GNRs@mSiO2) chứa thuốc có tiềm n ng lớn điều trị bệnh Đề tài “nghiên cứu chế tạo khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica định hƣớng ứng dụng y sinh” có kết nghiên cứu chế tạo ứng dụng phức hệ nano vàng/mesoporous silica chẩn đoán điều trị bệnh Các kết nghiên cứu đóng góp vào phát triển “hƣớng nghiên cứu ƣu tiên ngành vật lý đến n m 2020, tầm nhìn 2030” Khoa học Cơng nghệ.nghiên cứu chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang - nhiệt chúng việc làm có ý nghĩa thực tiễn khoa học nhằm hƣớng tới ứng dụng y sinh Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo nghiên cứu tính chất quang nano vàng - Chế tạo đƣợc phức hệ nano vàng/mesoporous silica phân tán dung dịch phƣơng pháp hóa học - Nghiên cứu hiệu ứng tán xạ Raman t ng cƣờng bề mặt SERS nano vàng ứng dụng phát chất màu hữu - Nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica nhằm định hƣớng ứng dụng y – sinh Đối tƣợng tƣợng nghiên cứu Các nano vàng, phức hệ nano vàng/mesoporous silica, phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc Giả thuyết khoa học Tổng hợp hạt nano vàng phƣơng pháp nuôi mầm để sử duungj chúng làm vật liệu lõi cho trình hình thành phức hệ nano vàng/mesoporous silica.Trên sở đó, sử dụng chúng để hƣớng tới ứng dụng y sinh đặc biệt điều trị bệnh quang nhiệt Nhiệm vụ nghiên cứu • Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang hạt nano vàng phƣơng pháp ni mầm • Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang phức hệ nano vàng/mesoporous silica • Nghiên cứu chế tạo khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc • Nghiên cứu hiệu ứng tán xạ Raman t ng cƣờng bề mặt SERS nano vàng ứng dụng phát chất màu hữu Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous, phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc - Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc dƣới kích thích laser hồng ngoại gần cho ứng dụng điều trị y –sinh Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp thực nghiệm chế tạo vật liệu - Sử dụng thiết bị SEM, TEM, DLS, UV-Vis, để khảo sát hình thái đặc tính quang vật liệu chế tạo đƣợc - Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ hệ dựng phòng thí nghiệm nhóm Bionanophotonics Chƣơng 1: TỔNG QUAN Đề tài tham khảo 69 tài liệu tham khảo để báo cáo nội dung có liên quan, bao gồm: (i) Tính chất quang cấu trúc nano vàng, (ii) Các phƣơng pháp chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica, (iii) Ứng dụng hạt nano vàng y sinh Trong n m qua, nghiên cứu chế tạo vật liệu nano nƣớc ta thu đƣợc nhiều kết có giá trị với hình thành nên nhiều nhóm nghiên cứu lớn loại vật liệu Bên cạnh đó, nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano Y-Sinh nƣớc ta có bƣớc tiến đáng khích lệ Trong phải kể đến thành tựu số nhóm sau: Nhóm nghiên cứu GS.TS Nguyễn Hoàng Lƣơng chế tạo đƣợc nano vàng sử dụng chúng để ảnh tế bào ung thƣ vú Nhóm chế tạo sử dụng hạt nano từ Fe3O4 để làm DNA phát virus viêm gan B, tách chiết DNA siêu vi khuẩn Herpes làm giàu vi khuẩn Samonella (nhiệm vụ HTQT KH&CN theo Nghị định thƣ, HĐ số 38/355/2008/HĐ-NĐT) Nhóm nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Quang Liêm chế tạo đƣợc chấm lƣợng tử ứng dụng phát dƣ lƣợng thuốc trừ sâu bệnh viêm gan B (đề tài Độc lập cấp nhà nƣớc số: 4/2/742/2009/HĐ-ĐTĐL) Nhóm Nanobiophotonics Viện Vật lý có nhiều kết chế tạo gắn kết hạt nano vàng dạng cầu với kháng thể để nhận biết đặc hiệu tế bào ung thƣ vú Nhóm bọc đƣợc hạt nano vàng Ormosil phân tử Polyethylene glycole (PEG) Bovine Serum Albumine (BSA) giúp hạt nano vàng đơn phân tán ổn định môi trƣờng pH khác nhau, sẵn sàng cho ứng dụng y - sinh (Đề tài Độc lập cấp nhà nƣớc GS.TS Nguyễn Xuân Phúc làm chủ nhiệm) Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu chế tạo nano vàng với kích thƣớc khác phƣơng pháp ni mầm hạt nano vàng cấu trúc lõi/vỏ silica/vàng với kích thƣớc lõi độ dày lớp vỏ điều khiển đƣợc Các nano vàng với đặc tính quang hấp thụ mạnh ánh sáng vùng hồng ngoại gần, cửa sổ quang học da mơ, có hiệu ứng tốt cho ứng dụng chuyển đổi quang nhiệt nhằm tiêu diệt tế bào ung thƣ Tuy nhiên, để khai thác đƣợc ứng dụng cần có nghiên cứu sâu phù hợp với thực tế ứng dụng thể sống Trong hai mƣơi n m qua, vật liệu nano đạt đƣợc nhiều thành công lớn nghiên cứu y sinh Đặc biệt nhiều n m gần đây, ngày nhiều nghiên cứu tập trung vào nano vàng (GNRs) cho điều trị ung thƣ chúng có khả n ng hấp thụ mạnh ánh sáng hồng ngoại gần để chuyển đổi n ng lƣợng thành nhiệt n ng, tiêu diệt tế bào ung thƣ Đã có nhiều nghiên cứu chế tạo nano vàng với phƣơng pháp khác nhƣ phƣơng pháp khử quang hóa (chiếu xạ UV), phƣơng pháp điện hóa, phƣơng pháp khử sinh học phƣơng pháp khử hóa học – phƣơng pháp ni mầm Trong đó, phƣơng pháp ni mầm sử dụng CTAB làm tác nhân định hình cấu trúc khắc phục tốt hạn chế tồn phƣơng pháp khác Đây đƣợc xem phƣơng pháp tổng hợp nano vàng đơn giản mang lại hiệu cao Trên giới nhiều nghiên cứu tập trung vào việc khai thác ứng dụng nano vàng y – sinh, đặc biệt khả n ng tải thuốc điều trị bệnh nhờ hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt Tuy nhiên, thách thức nano vàng để hƣớng đích Hơn nữa, cửa sổ hồng ngoại gần mong muốn nano vàng bị dịch chuyển sang vùng ánh sáng nhìn thấy xảy kết đám nano vàng tế bào khác Điều làm giảm hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt chúng Để khắc phục hạn chế đa dạng hóa ứng dụng nano vàng, số vỏ bọc kích thƣớc nanomet nhƣ polymer phản ứng nhiệt, polyethylene polycol (PEG), albumin huyết ngƣời, poly (amido amin [PAMAM]) dendrimer, chitosan, mesoporous silica, DNA tuyến ức, đƣợc nghiên cứu để liên kết với nano vàng CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Phân thực nghiệm 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 2.1.2 Chế tạo nano vàng Các nano vàng đƣợc chế tạo phƣơng pháp phát triển bất đẳng hƣớng tinh thể mầm vàng dƣỡng mềm CTAB/BDAC Phƣơng pháp nuôi mầm tạo nano vàng gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn tạo mầm vàng tinh thể giai đoạn phát triển bất đẳng hƣớng mầm dung dịch nuôi để tạo nano vàng Sơ đồ hai giai đoạn đƣợc minh họa hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp nano vàng dạng phương pháp ni mầm Trong hình 2.1 mầm tinh thể nano vàng bọc chất hoạt động bề mặt CTAB đƣợc tạo cách khử muối vàng HAuCl4 NaBH4 Các mầm tinh thể đƣợc đƣa vào dung dịch nuôi phức hệ ion Au+ với hỗn hợp chất hoạt động bề mặt CTAB/BDAC với có mặt ion Ag+ để phát triển bất đẳng hƣớng thành nano vàng 2.1.3 Chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica (GNR@m-SiO2) Để tạo phức hệ GNR@m-SiO2 tiến hành bƣớc sau: Bƣớc 1: Rửa CTAB GNR sau phân tán lại dung dịch CTAC 0.08 M thể tích Bƣớc 2: Tạo GNR@m-SiO2 8ml dung dịch GNR sau rửa đƣợc cho thêm vào khoảng 10µl NH4OH để có pH =10 Sau đó, 1,05ml TEOS 20mM/ethanol đƣợc thêm vào dung dịch GNRs với tốc độ 3,5ml/h khuấy từ mạnh 400C Duy trì khuấy 24h Bƣớc 3: Li tâm vài lần nƣớc ethanol Sau phân tán 15ml ethanol + 30µl HCl, khuấy từ 3h 300C để loại bỏ CTAB CTAC Cuối cùng, li tâm vài lần với nƣớc để loại bỏ CTAB, CTAC, HCl, NH4OH 2.1.4 Gắn kết phức hệ nano vàng/mesoporous silica với phân tử thuốc DOX (GNR@m-SiO2-DOX) 200µl DOX.HCl mg/ml đƣợc thêm vào dung dịch chứa GNRs@m-SiO2 sau làm đặc đến OD =12 Hỗn hợp đƣợc khuấy từ 75h nhiệt độ phịng tối Nhờ có tƣơng tác điện phân tử DOX phân tử bề mặt hạt nano silica dẫn tới gắn kết phân tử thuốc với phức hệ 2.1.5 Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ Thí nghiệm đƣợc tiến hành 28 chuột đƣợc chia thành nhóm 1, 2, 3, Chuột đƣợc gây mê qua màng bụng thiopental (48 mg/kg) Nhóm gồm chuột đƣợc tiêm 200 µl GNRs@m-SiO2-DOX (tƣơng đƣơng với liều lƣợng 1.7 mg DOX/1 kg thể trọng) Sau 24 h khối u đƣợc chiếu ánh sáng tia laser 60 phút Nhóm gồm chuột đƣợc tiêm 40 µl DOX tự (tƣơng đƣơng với liều lƣợng mg DOX/1 kg thể trọng) Đây liều lƣợng thông thƣờng đƣợc sử dụng cho ngƣời Nhóm (đối chứng dƣơng) gồm chuột đƣợc tiêm 200 µl PBS pH 7.4 chiếu xạ điều kiện với nhóm Nhóm nhóm đối chứng âm khơng đƣợc tiêm phức hệ không đƣợc chiếu xạ 2.1.6 Khảo sát hiệu ứng SERS nano vàng Các nano vàng với kích thƣớc cạnh trung bình 10 nm × 35 nm sau đƣợc làm CTAB cách li tâm 03 lần 14000v/phút, lần 30 phút đƣợc làm khô bếp từ gia nhiệt thành vết có đƣờng kính khoảng mm lam kính Sau nhỏ dung dịch chất màu Indigo với nồng độ thay đổi 10-4 M, 10-5 M, 10-6 M, 10-7 M, 10-8 M lên vết chứa nano vàng 2.2 Các phƣơng pháp đo đạc Để khảo sát hình dạng kích thƣớc loại hạt nano sau đƣợc tạo chúng tơi sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Đối hạt vàng nanoshell lõi silica vỏ vàng dùng phép đo phổ hấp thụ UV-VIS/phổ hấp thụ plasmon phép đo huỳnh quang để theo dõi biến đổi kích thƣớc theo điều kiện tạo mẫu nhƣ biến đổi theo thời gian bảo quản Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo nano vàng 3.1.1 Các hạt vàng mầm Các nano vàng đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp ni mầm nhƣ trình bày phần thực nghiệm Các hạt mầm vàng có cấu trúc tinh thể với kích thƣớc vài nm đƣợc tổng hợp tác nhân khử NaBH4 Hình 3.1 Ảnh HTEM tinh thể vàng mầm để tạo thanh: thang đo nm với độ phóng đại 500 nghìn lần (hình trái), thang đo nm với độ phóng đại triệu lần (hình phải) Hình 3.1 ảnh HTEM vàng mầm, với độ phóng đại triệu lần nhận thấy hạt mầm vàng có cấu trúc tinh thể Theo tài liệu tham khảo, nhận định mầm tinh thể vàng có cấu trúc đơn tinh thể kiểu bát giác với mặt {110} {100} 3.1.2 Thanh nano vàng §é hÊp thơ chn hãa(a.u) Hình 3.2 ảnh TEM nano vàng đƣợc chế tạo với điều kiện để có tỷ lệ cạnh AR khoảng (hình trái) phổ hấp thụ dung dịch nano vàng (hình phải) Ảnh TEM cho thấy sản phẩm thu đƣợc có dạng thanh, có chiều ngang khoảng 10±1 nm, có chiều dài khoảng 40±5 nm Phổ hấp thụ plasmon dung dịch có đỉnh, đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều ngang (TSPR) 515 nm đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc (LSPR) 800 nm Kết đo hoàn toàn phù hợp với lý thuyết nano vàng nhƣ trình bầy chƣơng 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 400 600 800 1000 1200 B-íc sãng (nm) Hình 3.2 Ảnh TEM nano vàng với độ phóng đại 200 nghìn lần thang đo 10 nm (trái), phổ hấp thụ plasmon chúng (phải) Các nano vàng sau chế tạo đƣợc loại hết CTAB làm khô để đo XRD máy nhiễu xạ tia X SIEMENS D5005 Mẫu đo XRD dạng bột, đƣợc quét góc 2 khoảng 100700, phổ XRD nano vàng đƣợc trình bày hình 3.3 Bộ ba đỉnh nhiễu xạ mạnh góc 2 38,20; 44,40 64,60 trùng khớp với vàng kim loại, thị cấu trúc lập phƣơng tâm mặt (fcc) nhiễu xạ từ mặt phẳng {111}, {200} mặt {220}, kết trùng với công bố phép đo XRD nano vàng Phép đo cho phép khẳng định sản phẩm nhận đƣợc có chất liệu vàng có cấu trúc tinh thể kiểu lập phƣơng tâm mặt C-êng ®é nhiƠu xạ(đ.v.t.y) 100 {111} 80 60 {200} 40 {220} 20 10 20 30 40  (o ) 50 60 70 Hình 3.3 Phổ XRD nano vàng Để tổng hợp đƣợc nano vàng với kích thƣớc cạnh khác kha, thay đổi tỉ lệ mol Ag+/Au3+ Hình 3.4 trình bày số ảnh TEM minh họa cấu trúc nano vàng dạng thu đƣợc tỉ lệ mol Ag+ Au3+ thay đổi: 0; 0,108; 0,130; 0,174; 0,289; 0,362 Có thể thấy ảnh TEM: khơng có Ag+ giai đoạn phát triển hạt mầm, dung dịch thu đƣợc đa số hạt vàng dạng cầu, số dạng tam giác dạng Ở đó, vàng có tỉ lệ cạnh AR lớn Kết hồn tồn phù hợp với cơng bố tài liệu tham khảo Hình 3.4 Ảnh TEM mẫu nano vàng với [Ag+] /[Au3+] thay đổi, thang đo 20nm Khi nồng độ Ag+ t ng hiệu suất tạo t ng lên từ 74,5% đến 88,9 tỉ lệ cạnh t ng từ 2,2 đến 4,5 Nhƣng tỉ lệ mol Ag+ Au3+ dung dịch lớn 0,289 hiệu suất tạo giảm từ 88,9% đến 75,6% tỉ lệ cạnh giảm từ 4,5 xuống 3,2 Hình 3.5 trình bày phổ hấp thụ plasmon cộng hƣởng phổ chuẩn hóa dung dịch mẫu Các đỉnh hấp thụ độ hấp thụ tƣơng ứng nhận đƣợc mẫu đƣợc trình bày bảng 3.2 Kết cho thấy, trƣờng hợp khơng có ion Ag+ hay tỉ lệ mol Ag+/Au3+ dung dịch nhỏ 0,065 (M1 M2) dung dịch thu đƣợc khơng xuất dạng phổ đặc trƣng cấu trúc nano vàng dạng Sự khác biệt dạng phổ đƣờng M1 M2 cho thấy: khơng có Ag+ dung dịch ni hạt dung dịch đa phần hạt dạng cầu có cực đại hấp thụ bƣớc sóng 637nm; cịn có Ag+ dung dịch nhƣng tỉ lệ nhỏ ([Ag+] /[Au3+] = 0,065) phổ hấp thụ (mẫu M2) khơng cịn có đỉnh hấp thụ mà có xu hƣớng xuất hai đỉnh hấp thụ, nhiên hai đỉnh khơng có tách biệt rõ ràng Điều có Ag+]/[Au3+] [ M1 M2 M3 M4 M5 M7 M9 M11 §é hÊp thơ 400 600 800 B-íc sãng (nm) C-êng ®é chn hãa (®.v.t.y) thể giải thích hạt dung dịch phát triển bất đẳng hƣớng nhƣng khác hƣớng không nhiều nồng độ Ag+ chƣa đủ lớn [Ag+]/[Au3+] M2 M1 M3 M4 M5 M7 M9 M11 0.9 0.6 0.3 600 1000 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.5 Phổ hấp thụ plasmon cộng hưởng dung dịch nano vàng theo tỉ lệ mol [Ag+] / [Au3+] (hình trái) phổ chuẩn hóa (hình phải) Trên hình 3.5, phổ hấp thụ chuẩn hóa dung dịch cho thấy nồng độ AgNO3 t ng, đỉnh hấp thụ thứ hai dịch mạnh phía sóng dài cịn đỉnh thứ lại có giảm mặt cƣờng độ so với đỉnh thứ hai Hiện tƣợng liên quan đến t ng tỉ lệ cạnh nano vàng t ng tỉ lệ tạo Điều hoàn toàn phù hợp với kết quan sát đƣợc ảnh TEM Bảng 3.1 Các thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng ion Ag+ đến hình thành phát triển cấu trúc nano vàng Ký hiệu [Ag+]/[ Au3+] TSPR LSPR OD1 OD2 (nm) (nm) M1 0,000 2,17 639 - - M2 0,065 1,63 533 1,59 603 M3 0,108 1,46 520 2,26 737 M4 0,130 1,16 526 2,58 756 M5 0,174 1,16 512 3,17 791 M6 0,195 1,17 512 3,58 817 M7 0,217 1,16 512 3,98 827 M8 0,253 1,17 511 4,15 829 M9 0,289 1,61 510 4,44 830 M10 0,326 1,57 510 4,20 820 M11 0,362 1,45 512 3,96 815 Kết cho ta thấy nồng độ ion Ag+ ảnh hƣởng lên việc dịch đỉnh plasmon cộng hƣởng theo chiều dọc mà ảnh hƣởng lên hiệu tạo thành nano Hình 3.5 cho thấy tỉ lệ mol [Ag+] /[Au3+] khoảng 0,217 – 0,289 (M7-M9), dung dịch vàng có bƣớc sóng đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc độ hấp thụ quang cao 3.1.3 Sự phụ thuộc đặc tính quang vào chiết suất mơi trƣờng Ảnh hưởng nồng độ CTAB lên tính chất quang nano vàng Thanh nano vàng (10 nm x 40 nm) đƣợc phân tán vào môi trƣờng với nồng độ CTAB khác từ 0,033 M tới 10-5 M Phổ hấp thụ plasmon dung dịch đƣợc trình bày hình 3.6 0.8 1.0 0.8 0.6 0.4 0.6 0.2 0.0 CTAB 0.033M CTAB 0.00001M §é hÊp thơ (a.u) §é hÊp thơ (a.u) 1.0 CTAB 0.1 M CTAB 0.02 M CTAB 0.004 M CTAB 0.00001 M 0.4 400 600 800 1000 800 850 B-íc sãng(nm) B-íc sãng (nm) Hình 3.6 Phổ hấp thụ plasmon nano vàng 10 nm  40 nm phân tán môi trường với nồng độ CTAB khác (trái) phổ chuẩn hóa chúng (phải) Ảnh hưởng phân tử bề mặt lên tính chất quang nano vàng 1.0 §é hÊp thô 0.8 AR ~ 4.0 Au@ BSA Au@ GSH Au@ PEG Au-CTAB-10-5M 0.6 0.4 0.2 0.0 400 600 800 B-íc sãng (nm) 1000 §é hÊp thơ chn hãa (a.u) Hình 3.7 trình bày phổ hấp thụ plasmon dung dịch trƣớc sau đƣợc bọc phân tử tƣơng thích sinh học AR ~ 4.0 Au@ BSA Au@ GSH Au@ PEG 0.9 -5 Au -CTAB 10 M 0.6 0.3 770 840 910 B-íc sãng (nm) Hình 3.7 Các phổ hấp thụ (trái) phổ hấp thụ chuẩn hóa (phải) dung dịch nano vàng dạng trước sau bọc phân tử tương thích sinh học BSA, PEG, GSH 3.2 Chế tạo phức hệ nano vàng/mesoporous silica 3.2.1 Hình thái kích thƣớc phức hệ nano vàng/mesoporous silica GNR@m-SiO2 đƣợc chế tạo nhƣ đề cập đến phần thực nghiệm chƣơng Trong trình phủ silica, cetyltrimethylammonium cloride (CTAC) hình thành lớp kép xung quanh GNRs đóng vai trị nhƣ khn mẫu hữu để hình thành lớp silica trung gian Các GNRs có chiều dài 45 nm chiều rộng 12 nm (3.9a) tƣơng đối đồng đơn phân tán Từ hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) GNR@m-SiO2 tổng hợp đƣợc hình 3.8 thấy vỏ silica vơ định hình đƣợc ƣớc tính có độ dày đồng ∼30 nm đƣợc cấu tạo trung bào có đƣờng kính nm tạo hội cho GNR@m-SiO2 đƣợc sử dụng nhƣ chất mang thuốc nói chung Do có lớp vỏ trung gian silica nên GNRs sau bọc có khoảng cách trung bình lớn khoảng cách trung bình GNRs trƣớc có lớp vỏ silica Điều làm t ng khả n ng mang thuốc hấp thụ ánh sáng phức hệ đƣợc sử dụng hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt 10 Hình 3.8 Ảnh TEM nano vàng (a) phức hệ GNR@m-SiO2 3.2.2 Tính chất quang phức hệ Các GNR có đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc 760 nm theo chiều ngang 530 nm (Hình 3.9) Sau phủ lớp vỏ silica, đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc thể dịch chuyển màu đỏ nhỏ (∼20 nm), đỉnh cộng hƣởng plasmon gần nhƣ không thay đổi Điều đỉnh cộng hƣởng plasmon GNRs nhạy với thay đổi chiết suất môi trƣờng nhƣ nói phần tổng quan đƣợc báo cáo công việc trƣớc Kết hồn tồn phù hợp với mơ lý thuyết mơ FDTD Có thể giải thích điều cách ngắn gọn nhƣ sau: Chỉ số khúc xạ vỏ silica (1,45) gần với số môi trƣờng nƣớc (1.33) so với lớp CTAC 2-3 nm (1.49) Nó có nghĩa lớp silica làm t ng khả n ng tƣơng tác trƣờng điện từ so với lớp CTAC Do đó, nhiều điện tử lõi GNR đƣợc kích thích để tạo thành cộng hƣởng có hiệu Nói cách khác, cấu trúc trung gian lớp vỏ cho phép lõi GNR tiếp xúc với mơi trƣờng xung quanh cách tƣơng thích hơn, cho phép đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc GNR thay đổi nhạy thay đổi chiết suất phân tử bị hấp phụ gây chuyển dịch đỏ Hơn nữa, khoảng cách lớn GNR GNR@ m-SiO2, việc phân cụm tập hợp không ảnh hƣởng đến vị trí dải cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc cửa sổ hồng ngoại gần NIR, cho phép photon thâm nhập vào mô sinh học với độ truyền tƣơng đối cao, cho thấy tiềm n ng cao để GNR@m-SiO2 đƣợc ứng dụng rộng rãi biểu mơ Ngồi ra, phổ hấp thụ cho thấy giảm nhẹ cƣờng độ hai đỉnh cộng hƣởng plasmon bề theo chiều ngang theo chiều dọc dung dịch chứa phức hệ GNR@m-SiO2 GNR@m-SiO2-DOX Hình 3.9 Phổ hấp thụ UV-VIS GNRs, GNR@m-SiO2, GNR@m-SiO2-DOX phân tử thuốc DOX tự 3.2.3 Khảo sát đặc tính quang nhiệt phức hệ Để khảo sát khả n ng giải phóng thuốc phức hệ GNR@m-SiO2-DOX, thực mơi trƣờng có pH khác 5.6 7.4 30C 120 Hình 3.10 cho thấy tỉ lệ giải phóng thuốc phức hệ môi trƣờng pH axit (pH =5.6) cao hẳn so với 11 mơi trƣờng có pH trung tính (pH =7.4) Điều tiêm phức hệ GNR@m-SiO2-DOX (pH =5.6) trực tiếp vào chuột khả n ng giải phóng DOX cao hẳn phức hệ đƣợc pha dung dịch đệm PBS có pH =7.4 sau đƣợc tiêm vào thể chuột Điều đƣợc kiểm chứng so sánh gia nhiệt cục mô chuột tiêm phức hệ với hai môi trƣờng pH khác chiếu xạ (nhóm nhóm 3) Ngay sau chiếu xạ, chuột thuộc nhóm chết ngay, tỉ lệ phần tr m hoại tử khối u đƣợc xác định Trong chuột thuộc nhóm (chỉ tiêm DOX với liều khuyến cáo chiếu xạ) nhóm (khơng tiêm thuốc khơng chiếu xạ) sống Hình 3.10 Khả giải phóng thuốc phức hệ GNR@m-SiO2-DOX pH =5.6 pH = 7.4 Nhiệt độ mô khối u Ehrlich đƣợc đo hàm thời gian chiếu sáng NIR để đánh giá gia nhiệt cục khối u có hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ GNRs @ m-SiO2DOX chuẩn bị Nhiệt độ mô t ng lên đạt trạng thái cân sau 10 phút chiếu đạt khoảng 14 0C 40C suốt thời gian chiếu sáng ánh sáng hồng ngoại gần nhóm nhóm tƣơng ứng Ngay sau tắt laser, nhiệt độ mẫu giảm xuống giá trị nhiệt độ phòng Những kết tƣơng tự với kết mà báo cáo trƣớc cách sử dụng cấu trúc lõi/ vỏ SiO2@Au Lợi việc sử dụng phức hệ GNRs @ m- SiO2-DOX hóa trị - quang nhiệt kết hợp giữ đƣợc đặc tính quang q trình chuyển đổi quang nhiệt tiếp xúc nhiều lần với xạ NIR Hình 3.11 Sự gia tăng nhiệt độ khối u nhóm nhóm hàm thời gian chiếu xạ NIR Phổ hấp thụ mẫu nhiều lần tiếp xúc với xạ hồng ngoại gần không bị thay đổi Theo liệu thu đƣợc, thấy dạng phổ hấp thụ dạng phổ đặc trƣng GNRs, chứng tỏ phức hệ GNRs @ mSiO2-DOX giữ nguyên cấu trúc nhƣ vật lý sau tiếp 12 xúc với nhiệt độ cục mức đƣợc tạo chiếu xạ NIR Sự thay đổi nhiệt độ GNRs với nhiệt độ riêng đáng ngạc nhiên tùy thuộc vào GNRs/tỷ lệ khối lƣợng mô điều kiện môi trƣờng xung quanh Đồng thời thấy thay đổi nhỏ tính chất quang GNR@m-SiO2 sau đƣợc chiếu xạ hồng ngoại gần với bƣớc sóng 808 nm sau 1h, 2h, 3h 4h qua phổ hấp thụ UVVIS chúng Có thể dễ dàng nhận thấy hình 3.13 đƣợc chiếu xạ, đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc chiều ngang có cƣờng độ hấp thụ giảm t ng thời gian chiếu xạ Đồng thời đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc dịch phía sóng ngắn chiếu xạ lâu đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều ngang gần nhƣ khơng thay đổi bƣớc sóng 3.2.4 Khảo sát hiệu ứng tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt nano vàng Hình 3.12 cho thấy khả n ng t ng cƣờng tán xạ Raman bề mặt cuẩ nano vàng với đầu dò phân tử chất màu Indigo Các phổ tán xạ Raman tƣơng đối đồng dạng với giống với dạng phổ tán xạ Raman Indigo, nhiên cƣờng độ tán xạ đỉnh cao nhiều Độ tán xạ (đ.v.t.y) 300 200 AuR-Indigo 10-4M AuR-Indigo 10-5M AuR-Indigo 10-6M AuR-Indigo 10-7M AuR-Indigo 10-8M 100 500 1000 1500 Số sóng (cm-1) Hình 3.12 Phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt Indigo với nồng độ khác đế nano vàng 13 KẾT LUẬN Cơng trình đề tài chế tạo đƣợc GNRs với kích thƣớc khác cách thay đổi tỉ lệ nồng độ mol Ag+ Au3+ Kết cho thấy GNRs tổng hợp đƣợc đồng hình dạng kích thƣớc GNRs kích thƣớc nhỏ, đƣờng kính thay đổi từ 10 nm – 15 nm, chiều dài thay đổi từ 20 nm – 45 nm, tỉ lệ cạnh từ – 4,5, có đỉnh cộng hƣởng plasmon nằm vùng 700 - 900 nm Đã tổng hợp khảo sát tính chất quang phức hệ GNRs@m-SiO2 GNRs@m-SiO2DOX Các phức hệ GNRs@m-SiO2 tổng hợp đƣợc có lớp vỏ silica vơ định hình đƣợc ƣớc tính có độ dày đồng ∼30 nm đƣợc cấu tạo trung bào có đƣờng kính nm tạo hội cho GNR@m-SiO2 đƣợc sử dụng nhƣ chất mang thuốc nói chung GNR@m-SiO2 có đỉnh cộng hƣởng plasmon theo chiều dọc dịch chuyển đỏ nhỏ (∼20 nm), đỉnh cộng hƣởng plasmon gần nhƣ không thay đổi Điều mode dao động theo chiều dọc nhạy với thay đổi chiết suất môi trƣờng, đồng thời ảnh hƣởng lớp vỏ trung gian silica làm t ng khả n ng tƣơng tác trƣờng điện từ so với lớp CTAC Đặc tính quang làm cho phức hệ vừa có tiềm n ng việc mang thuốc vừa có hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt để điều trị bệnh theo phƣơng pháp kép Đã bƣớc đầu khảo sát đƣợc hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ GNRs@m-SiO2 GNRs@m-SiO2- DOX Kết cho thấy khối u đƣợc tiêm phức hệ GNRs@m-SiO2- DOX môi trƣờng axit (pH =5.6) chiếu xạ NIR nhiệt độ mơ t ng lên gia nhiệt trạng thái cân đạt cao khoảng 140C, tỉ lệ phần tr m tế bào bị hoại tử khối u cực đại Điều giải phóng thuốc gia nhiệt cục khối u ... màu ứng dụng hiệu ứng chuyển đổi quang – nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica chứa thuốc cho ứng dụng điều trị y ? ?sinh - Khảo sát hiệu ứng SERS nano vàng - Khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang. .. hạt nano vàng phƣơng pháp ni mầm • Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang phức hệ nano vàng/mesoporous silica • Nghiên cứu chế tạo khảo sát hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous. .. SERS nano vàng ứng dụng phát chất màu hữu - Nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt phức hệ nano vàng/mesoporous silica nhằm định hƣớng ứng dụng y – sinh Đối tƣợng tƣợng nghiên cứu Các nano vàng,