Tính chất hĩa, lý, sinh học

Một phần của tài liệu Nghiên cứu đặc tính hóa lý của màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm và khả năng bảo vệ chống ăn mòn (Trang 91)

3.3.3.1. Tính chất siêu thuận từ

Từ độ bão hịa của nanocompozit CS/MNPs và CS/AgNPs-MNPs được đánh giá bằng phương pháp từ kế mẫu rung VSM. Kết quả trình bày trên hình 3.31.

100 nm 100 nm

88 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 Fe 3O4/Ag-CS Fe3O4

Magnetic field (Oe)

Magn

eti

zati

on (emu/g)

Hình 3.31. Từ độ bão hịa của CS/MNPs và and CS/AgNPs-MNPs

Từ độ bão hịa của CS/MNPs và CS/AgNPs-MNPs tương ứng là 79,1 và 67,5 emu/g, với cùng hàm lượng pha từ. Như vậy, từ độ bão hịa trong nanocompozit CS/AgNPs-MNPs giảm do cấu trúc sự phân bố AgNPs trên bề mặt hạt MNPs. Tuy nhiên sự giảm này khơng đáng kể, vật liệu cĩ từ độ bão hịa cao hơn so với tài liệu đã cơng bố [30, 51], chứng tỏ vật liệu nanocompozit chế tạo được cĩ triển vọng ứng dụng trong y sinh, ví dụ trong nhiệt trị hay phân tách sinh học.

Khả năng sinh nhiệt trong từ trường xoay chiều của CS/AgNPs-MNPs (Đường cong nhiệt trị chất lỏng từ của hệ nanocompozit)

Từ nhiệt trị là một trong những ứng dụng quan trọng của các hạt MNPs, dựa trên khả năng sinh nhiệt của MNPs trong từ trường xoay chiều. Khả năng sinh nhiệt do sự đĩng gĩp của nhiều cơ chế gồm: cơ chế từ trễ, cơ chế hồi phục Neel, cơ chế hồi phục Brown và cơ chế dịng điện tích bề mặt. Tuy nhiên với các hạt nano siêu thuận từ, cơ chế tổn hao Neel và Brown đĩng vai trị chủ yếu [13].

Hình 3.32 trình bày đường đốt từ của CS/AgNPs-MNPs trong từ trường từ 40 Oe đến 80 Oe, 236 kHz, với nồng độ hạt từ 1 mg/ml. Xu hướng bão hồ nhiệt độ

CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs Từ trường H (Oe) M s (em u/ g )

89

xảy ra khi năng lượng toả ra từ các hạt từ cân bằng với nhiệt lượng truyền ra mơi trường xung quanh. Mẫu cĩ từ độ bão hồ lớn cĩ tốc độ tăng nhiệt ban đầu và nhiệt độ đốt bão hồ cao hơn. Dựa trên đường đốt từ nhiệt theo thời gian cĩ thể xác định cơng xuất tỏa nhiệt SLP của vật liệu theo cơng thức:

/ i i dT SLP C m m dt 

Trong đĩ Ci là nhiệt dung riêng của thành phần cĩ khối lượng mi trong chất lỏng từ, trong điều kiện thí nghiệm bao gồm nước và hạt từ, nhiệt dung riêng của nước là 4,186 J/gK, nhiệt dung riêng của Fe3O4 là 0,65 J/gK [17], mlà khối lượng hạt từ, dT/dt là tốc độ tăng nhiệt trong thời gian đốt đầu tiên. Các thơng số nhiệt độ bão hịa (TS), từ trường H (Oe), giá trị dT/dt và SLP của CS- AgNPs-MNPs được xác định và trình bày trên hình 3.32 và trên bảng 3.5.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 25 30 35 40 45 50 55 60 T ( o C) t (s) 80 Oe 70 Oe 60 Oe 50 Oe 40 Oe

Hình 3.32. Đường cong nhiệt trị của chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs (1 mg/ml) tại các giá trị từ trường khác nhau

Thời gian (giây)

Nhi ệt đ ( o C )

90

Bảng 3.5. Các thơng số Ts, dT/dt và SLP của chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs tại các giá trị khác nhau của từ trường.

Từ trường H(Oe) TS (oC) dT/dt (oC/s) SLP (W/g) 40 31,2 0,006 25,2 50 34,3 0,010 42,0 60 36,5 0,015 63,0 70 43,0 0,026 109,2 80 46,9 0,030 126,0

Kết quả trên bảng 3.5 cho thấy nhiệt độ đốt bão hịa và cơng suất tổn hao tăng lên, gần như bão hịa ở thời gian 1200 s trong tất cả các trường hợp. Giá trị Ts trong từ trường 70 Oe và 80 Oe cho giá trị > 42oC, phù hợp ứng dụng trong nhiệt điều trị ung thư (42÷47 oC).

Ảnh hưởng của nồng độ CS/AgNPs-MNPs được tiếp tục khả sát trong điều kiện từ trường áp đặt là 80 Oe, kết quả đường đốt nhiệt từ được trình bày trên hình 3.33. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 25 30 35 40 45 50 55 60 T (o C ) t (s) 1 mg/ml 0.7 mg/ml 0.5 mg/ml 0.3 mg/ml

Hình 3.33. Đường cong nhiệt trị của chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs tại các nồng độ khác trong từ trường 80 Oe

Thời gian (giây)

Nhi

ệt đ

(

91

Bảng 3.6. Các thơng số Ts, dT/dt của chất lỏng từ CS/AgNPs-MNPs tại các nồng độ khác nhau Nồng độ CS/AgNPs-MNPs (mg/ml) TS (oC) dT/dt (0C/s) 1 46,9 0,030 0,7 42,6 0,026 0,5 37,6 0,022 0,3 34,2 0,015

Khi khảo sát ở các nồng độ CS/AgNPs-MNPs khác nhau từ 0,3 ÷ 1 mg/ml, cường độ từ trường 80 Oe, 236 kHz. Các kết quả đã chứng tỏ đường cong nhiệt trị phụ thuộc rất mạnh mẽ vào nồng độ các hạt từ trong dung dịch. Sự phụ thuộc này gần như tuyến tính (R2 ≈ 0.99) như hình 3.34.

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 34 36 38 40 42 44 46 48 TBH nong do C (mg/ml)

Hình 3.34. Sự phụ thuộc của nhiệt độ bão hịa vào nồng độ của CS/AgNPs-MNPs

Điều này rất thuận lợi cho việc điều khiển chính xác nhiệt độ điều trị. Với nồng độ 0,7 mg/ml cho giá trị nhiệt độ đốt bão hịa 42.6 oC, giá trị này phù hợp với nhiệt độ để diệt tế bào ung thư (42÷47 oC). Để tăng giá trị nhiệt độ đốt bão hịa này, ta cĩ thể tăng cường độ từ trường ngồi.

Nồng độ (mg/ml) Ts ( o C) y = 18.57x + 28.71 R2 = 0,99

92

3.3.3.2. Hoạt tính sinh học

Nanocompozit CS/AgNPs-MNPs chứa thành phần AgNPs nên cĩ khả năng diệt vi khuẩn và nấm. Nanocompozit CS/AgNPs-MNPs với thành phần CS/AgNPs, mẫu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs xác định khả năng kháng khuẩn trên đĩa thạch đặc với dịng vi khuẩn phổ biến: E. Coli P. aeruginosa. Các thí nghiệm được tiến hành 3 lần lấy kết quả trung bình. Hình 3.35 và bảng 3.7 trình kết quả so sánh vịng vơ khuẩn của CS/AgNPs và nanocompozit CS/AgNPs-MNPs cùng nồng độ pha AgNPs là 50ppm trên các đĩa thí nghiệm với lượng vi khuẩn 1000 CFU/đĩa. Các thí nghiệm được tiến hành 3 lần lấy kết quả trung bình.

Bảng 3.7. Kết quả kích thước vịng vơ khuẩn trên 2 chủng vi khuẩn E. Coli và P. aeruginosa

Mẫu Đường kính vịng vơ khuẩn (mm)

E. coli P. aeruginosa

CS/AgNPs-MNPs 20 24

CS/AgNPs 25 14

CS/MNPs - 0

Hình 3.35. Hình ảnh đĩa thạch xác định vịng vơ khuẩn các vi khuẩn E. Coli

Kết quả thu được cho thấy vịng vơ khuẩn của CS/AgNPs cao hơn so CS/AgNPs-MNPs. Quá trình diệt khuẩn do sự tiếp xúc của các hạt AgNPs với vi khuẩn. Các hạt AgNPs trong CS/AgNPs linh động hơn nên khả năng diệt khuẩn

CS/AgNPs-MNPs CS/AgNPs

93

cao hơn so CS/AgNPs-MNPs do ảnh hưởng của các hạt MNPs. Tuy nhiên, khả năng kháng khuẩn của CS/AgNPs-MNPs tương đối mạnh, các hạt AgNPs tồn tại trong vật liệu vẫn thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tương đối cao phù hợp với các cơng bố thế giới của các nhĩm tác giả Ping Gong [84] và Bhupendra [20]. Thế mạnh của nanocompozit hai thành phần là cĩ thể thu hồi và tái sử dụng lâu dài, tránh ảnh hưởng tiêu cực lên mơi trường (nhờ cĩ thành phần MNPs).

Kết quả thu được trên dịng vi khuẩn P. aeruginosa được trình bày trên hình 3.36.

Hình 3.36. Hình ảnh đĩa thạch xác định vịng vơ khuẩn các vi khuẩn P.aeruginosa của CS/AgNPs, CS/MNPs, CS/AgNPs-MNPs

Thực nghiệm xác định vịng vơ khuẩn trên dịng vi khuẩn P.aeruginosa cho kết quả rất thú vị, CS/AgNPs-MNPs cĩ khả năng kháng khuẩn vượt trội so với CS/AgNPs. Kết quả này phù hợp với cơng bố của M. Kooti và cộng sự [75] khi chế tạo Ag@Co- Fe2O4) sau khi thử nghiệm trên các dịng vi khuẩn gram – và gram + cùng đối chứng với các dịng kháng sinh đang được sử dụng gồm cĩ Penicillin, Cefixime, Amoxicillin, Erythromycin and Streptomycin, nhĩm tác giả nhận thấy trong khi cả năm dịng kháng sinh thơng thường đã bị vi khuẩn P.aeruginosa

kháng lại thì nanocompozit Ag@Co- Fe2O4 lại thể hiện khả năng kháng mạnh thậm chí cao hơn pha AgNPs tự do [75]. Cơ chế nhĩm tác giả đưa ra dựa trên giả thiết

CS/MNPs CS/AgNPs-MNPs CS/AgNPs3 CS/AgNPs-MNPs CS/AgNPs-MNPs CS/AgNPs3

94

của nhĩm tác giả Alvarez và cộng sự về khả năng giải phĩng Ag, và tốc độ giải phĩng Ag từ nanocompozit cao [119].

3.3.4. Khả năng mang curcumin

Khả năng mang Cur của hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được đánh giá bằng hấp thụ phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến, kết quả trình bày trên hình 3.37.

Hình 3.37. Phổ hấp phụ UV-vis của CS/AgNPs, CS/AgNPs-MNPs, CS/AgNPs- MNPs – Cur

Phổ hấp phụ UV-vis của CS/AgNPs và nanocompozit CS/AgNPs-MNPs cho thấy sự chuyển dịch λmax từ 446nm đến 405nm. Điều này cĩ thể giải thích do những thay đổi trên bề mặt AgNPs do tương tác với các hạt nano MNPs.

Tĩm tắt kết quả phần 3.3

1. Nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được tổng hợp thành cơng sử dụng phương pháp phân tán ex-situ các thành phần CS/AgNPs và CS/MNPs. Kết quả phân tích FESEM, TEM chứng tỏ nanocompozit chứa AgNPs và MNPs, phân tán đồng đều trong CS. Phân tích XRD và EDX chỉ ra sự cĩ mặt của Ag và Fe3O4 trong cấu trúc tinh thể của nanocompozit CS/AgNPs-MNPs. 2. Nanocompozit CS/AgNPs – MNPs cĩ giá trị từ độ bão hịa đạt 67,5emu/g,

đủ mạnh cho các ứng dụng nhiệt trị, trong điều kiện từ trường 80 Oe và tần

Đ h p th (a.u) CS/AgNPs-MNPs –Cur CS/AgNPs – MNPs Cur Bước sĩng (nm) Đ h ấp t h (a. u)

95

số 276Hz, vật liệu với nồng độ tương đối thấp (0,7mg/ml) cĩ thể tăng tính làm nĩng lên 42-47oC trong vịng 1200 giây.

3. Vật liệu nanocompozit thể hiện tính chất quang học cĩ sự dịch chuyển λmax từ 405nm sang 466nm, đồng thời tăng cường độ hấp thụ quang, vật liệu cĩ thể được ứng dụng trong đánh dấu sinh học và điều trị.

4. Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs vẫn giữ được khả năng kháng khuẩn của AgNPs đối với dịng vi khuẩn E.Coli. Đặc biệt CS/AgNPs-MNPs cĩ khả năng kháng khuẩn mạnh hơn CS/AgNPs trên dịng vi khuẩn

96

Kết luận chung

Trong khuơn khổ luận án này, chúng tơi đã tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng và bước đầu khảo sát ứng dụng của một số vật liệu nanocompozit lai hữu cơ-vơ cơ cấu trúc nano trên nền chitosan:

1. Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs: nghiên cứu ảnh hưởng của ba phương pháp đến quá trình chế tạo CS/AgNPs. Phương pháp sử dụng trong lị vi sĩng cĩ ưu điểm vượt trội hứa hẹn phương pháp mới chế tạo nano bạc ứng dụng trong y sinh. Sản phẩm CS/AgNPs chế tạo bằng phương pháp này cĩ độ bền cấu trúc cao, cĩ khả năng diệt khuẩn và cĩ tiềm năng ứng dụng cao trong chế tạo vải kháng khuẩn. Ngồi ra nanocompozit CS/AgNPs cũng thể hiện khả năng mang thuốc với những kết quả thu được ban đầu là khả quan.

2. Vật liệu nano CS/MNPs: được nghiên cứu chế tạo bằng ba phương pháp trong đĩ đánh giá được ảnh hưởng tích cực của dịng khí nito lên quá trình đồng kết tủa nâng từ độ bão hịa lên 79,1 emu/g. Phương pháp mới chế tạo nano CS/MNPs đồng thời ứng dụng vật liệu này trong phân tách, làm giàu sinh học trong thiết bị phân tích đa năng (lab on a chip) trên các hệ vi lưu.

3. Vật liệu CS/AgNPs-MNPs: Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được tổng hợp thành cơng cĩ cấu trúc tương đối chặt chẽ và thể hiện một số tính chất đặc trưng kết hợp của các thành phần trong nanocompozit như: tính chất quang học, khả năng kháng khuẩn tương, từ tính tương đối mạnh cĩ khả năng ứng dụng trong nhiệt trị tế bào ung thư. Sự kết hợp giữa các tính chất từ, quang và khả năng diệt khuẩn trong hệ vật liệu đa chức năng tương thích sinh học là tiền đề để hướng tới mục tiêu chuẩn đốn và điều trị.

97

Định hướng nghiên cứu tiếp theo

+ Tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện và thử nghiệm in vivo nhằm phát triển ứng dụng trong y sinh (cho mục đích chẩn đốn và điều trị) của các hệ vật liệu đa chức năng, trong đĩ đặc biệt là CS/AgNPs-MNPs.

+ Phát triển hướng nghiên cứu về tổng hợp, đặc trưng và phát triển ứng dụng (y sinh, mơi trường) của các hệ vật liệu đa chức năng trên cơ sở nanocompozit lai vơ cơ – hữu cơ.

98

Một số điểm mới của luận án

- Luận án đề cập đến vấn đề đang được quan tâm nhiều hiện nay là tìm kiếm hệ vật liệu đa chức năng, ứng dụng trong điều trị ung thư, trên cơ sở tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu của một số nhĩm trong nước. Cụ thể, các nghiên cứu trước đây mới chỉ dừng lại ở việc chế tạo và ứng dụng riêng lẻ các hệ đơn chức năng (hố trị hoặc nhiệt trị ung thư), trong khi đĩ luận án đề cập đến hệ vật liệu đa chức năng, kết hợp được đặc tính của các thành phần riêng rẽ nano bạc và nano sắt từ trên nền CS mang thuốc curcumin cĩ khả năng ứng dụng trong trị liệu kép ung thư (hố trị + nhiệt trị).

- Luận án đưa ra phương pháp chế tạo nanocompozit trên nền chitosan sử dụng lị vi sĩng. Đây là phương pháp cĩ nhiều ưu điểm vượt trội trong chế tạo nanocompozit đa chức năng, so với các phương pháp hố học thơng thường trước đĩ. Qui trình tổng hợp “hố học xanh” một bước, sử dụng CS làm chất khử tiến hành trong lị vi sĩng khá đơn giản và hiệu quả, cĩ nhiều ưu điểm vượt trội (độ tinh khiết cao, thời gian phản ứng ngắn).

- Luận án đã sử dụng hệ vi lưu trong chế tạo nanocompozit CS/MNPs. Đây là lần đầu tiên tại Việt Nam, hệ vi lưu được sử dụng trong chế tạo vật liệu nano.

99

Danh mục các cơng trình cơng bố của nghiên cứu sinh

1. Ngoan Thi Nguyen, Binh Hai Nguyen, Duong Thi Ba, Dien Gia

Pham,Tran Van Khai, Loc Thai Nguyen, Lam Dai Tran, Microwave- assisted synthesis of silver nanoparticles using Chitosan: A novel

Approach, Materials and Manufacturing Processes (2014 Impact Factor:

1.62) , 29: 418–421, (2014).

2. Thi Ngoan Nguyen, Hyeong Jin Joen, Bong Hyeon Kwon, Hyeong Hoon Kim, Dai Lam Tran, Karl Mortan, Jeung Sang Go, Synthesis fluorescent magnetic nanoparticles in a microchannel using the La Mer process and the characterization of their properties, Journal of Materials Science

(2014 Impact Factor: 2.37), 49, 13, 4583-4589, (2014).

3. Ngoan Thi Nguyen, Dai Lam Tran, Duc Cuong Nguyen, Thai Loc Nguyen, Thi Cham Ba, Binh Hai Nguyen, Thi Duong Ba, Nam Hong Pham, Dzung Tuan Nguyen, Thai Hoa Tran, Gia Dien Pham, Facile synthesis of multifunctional Ag/Fe3O4-CS nanocomposites for antibacterial and hyperthermic applications, Current Applied Physics

100

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

1. Ngơ Đình Tuấn, (2007), Phát triển và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước, Hội thảo chuyên đề về đa dạng sinh học và biến đổi khí hậu: mối liên quan tới đĩi nghèo và phát triển bền vững.

2. Ngơ Võ Kế Thành, Nguyễn Thị Phương Phong, Đặng Mậu Chiến, (2009), Nghiên cứu hoạt tính khánh khuẩn của tấm vải cotton ngâm trong dung dịch keo nano bạc. Tạp chí phát triển Khoa học và Cơng nghệ. 12(3), 69-76.

3. Nguyễn Đức Cường, (2013), Luận án tiến sĩ: Tổng hợp vật liệu nano sắt từ oxit ứng dụng trong hấp phụ và xúc tác, Huế.

4. Nguyễn Đức Nghĩa (2009) Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc nano.

NXB Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ.

5. Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), Nghiên cứu dùng vật liệu chitosan làm phụ gia thực phẩm đảm bảo an tồn vệ sinh thực phẩm.

6. Thái Hồng, Nguyễn Thu Hà, (2012), Vật liệu nanocompozit khống sét nhựa nhiệt, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ.

7. Trần Thị Ngọc Dung, Nguyễn Hồi Châu, Đào Trọng Hiền, Nguyễn Thúy Phượng, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Gia Tiến (2011), Nghiên cứu tác dụng của băng nano bạc lên quá trình điều trị vết thương bỏng. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, 49(3).

8. Trần Thị Ý Nhi, Báo cáo đề tài Nghiên cứu tổng hợp nano bạc-chitosan và thăm dị khả năng ứng dụng của nĩ, (2009).

9. Trần Thị Luyến và Nguyễn Huỳnh Duy Bảo, (2000). Hồn thiện quy trình sản xuất chitin – chitosan và chế biến một số sản phẩm cơng nghiệp từ phế liệu vỏ

Một phần của tài liệu Nghiên cứu đặc tính hóa lý của màng thụ động Cr(III) trên lớp mạ kẽm và khả năng bảo vệ chống ăn mòn (Trang 91)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(118 trang)