(CS/AgNPs)
Hịa tan 0,2 g CS trong 50ml dung dịch axit CH3COOH 2%, khuấy trong 1giờ ở 500C.
Hịa tan 0,15 g AgNO3 trong 30ml H2O đến khi tan hồn tồn
Nhỏ từ từ dung dịch AgNO3 vào dung dịch CS dưới điều kiện khuấy trộn mạnh để AgNO3 phân tán đồng nhất vào dung dịch CS trong 30 phút, được dung dịch A.
41
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp chế tạo CS/AgNPs 2.2.1.1. Phương pháp sử dụng chất khử NaBH4
Cân 0,04 g NaBH4 (đảm bảo NaBH4 dư), hịa tan hồn tồn trong 20 ml nước ở nhiệt độ khoảng 5oC, nhanh chĩng nhỏ giọt vào dung dịch A trong điều kiện khuấy mạnh và nhiệt độ khoảng 30oC, phản ứng tỏa nhiệt cĩ thể đạt nhiệt độ 40-50oC sau khi kết thúc quá trình.
Quá trình khử được tiến hành trong các khoảng thời gian khác nhau: 10, 15, 30, 60 phút. NaBH4 đĩng vai trị là tác nhân khử ion Ag+ thành Ag, tạo thành AgNPS trên nền CS, nanocompozit ký hiệu là CS/AgNPs1.
2AgNO3 + 2NaBH4 → 2Ag + 2NaNO3 + B2H6 + H2
2.2.1.2. Phương pháp khơng sử dụng chất khử
Phân tử CS chứa các nhĩm NH2 cịn dư đơi điện tử cĩ khả năng tham gia phản ứng khử yếu Ag+/Ag. Muốn quá trình khử xảy ra nhanh cần cung cấp năng lượng vừa đủ để kích thích phản ứng, bằng cách gia nhiệt hoặc sử dụng lị vi sĩng.
Phương pháp gia nhiệt
Axit axetic (2%) CS Lị vi sĩng Gia nhiệt Dung dịch CS Dung dịch AgNO3 solutio(0,1M) Dung dịch A (AgNO3/CS) NaBH4 CS/AgNPs2 CS/AgNPs1 CS/AgNPs3
42
Dung dịch A trong điều kiện khuấy mạnh được gia nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau: 30oC, 60OC, 70oC, 90oC, khử Ag thành Ag+ tạo thành CS/AgNPs2. Tại nhiệt độ 90oC, khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng: các khoảng thời gian 1 giờ, 3 giờ, 5 giờ, 7 giờ, 9 giờ, 24 giờ, đến quá trình khử Ag+.
Phương pháp sử dụng lị vi sĩng
50ml dung dịch A được đặt trong lị vi sĩng (model MW-ER-01, Lab kits) tại 70oC, cơng suất 200 w trong các khoảng thời gian khác nhau: 2 phút, 5 phút, 7 phút, 10 phút và 60 phút, thu được nanocompozit CS/AgNPs3.
Các mẫu Nanocompozit CS/AgNPs chế tạo theo các phương pháp trên được đặc trưng cấu trúc bằng phổ hồng ngoại (IR), đánh giá độ tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), xác định thành phần nguyên tố bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), nghiên cứu tính chất quang học bằng phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis). Hình thái học của CS/AgNPs được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
2.2.1.3. Phương pháp đưa nanocompozit CS/AgNPs lên trên bề mặt vải
Tiến hành tẩm nanocompozit CS/AgNPs trên vải theo quy trình như sau: Bước 1: Vải polyeste được cắt với diện tích chính xác 2 cm2, cân chính xác khối lượng, được làm sạch bề mặt bằng plasma.
Bước 2: Nanocompozit CS/AgNPs được pha lỗng trong dung dịch axit xitric 5%, nồng độ khoảng 200 ppm, khuấy đều trong 30 phút.
Bước 3: Vải polyeste được ngâm tẩm trong dung dịch nanocompozit CS/AgNPs 30 phút, sau đĩ đem sấy nhẹ ở nhiệt độ 40-50oC trong 2 giờ. Quy trình ngâm tẩm vải được thực hiện 3 lần, sau đĩ sấy khơ đến khối lượng khơng đổi.
2.2.1.4. Phương pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs
Cur được hịa tan trong 10 ml etanol, khuấy ở nhiệt độ 500C để Cur tan hồn tồn đến bão hịa.
Nhỏ từ từ dung dịch Cur vào 50 ml dung dịch CS/AgNPs 200 ppm, tiếp tục khuấy ở nhiệt độ 50-60oC đến khi xuất hiện kết tủa thì dừng quá trình.
43
Tiếp tục khuấy thêm 30 phút tại nhiệt độ đĩ để dung mơi etanol bay hết, dừng quá trình thu được CS/AgNPs-Cur. Sản phẩm được tiến hành đo quang phổ hấp thụ UV-vis để xác định khả năng mang Cur.
2.2.2. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan (CS/MNPs) (CS/MNPs)
2.2.2.1. Phương pháp đồng kết tủa
Fe3O4 tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa của muối Fe2+ và Fe3+ bởi NaOH, theo phương trình phản ứng:
2Fe3+ + Fe2+ + 8OH- = Fe3O4 + 4H2O
Cân chính xác lượng muối Fe2+ và Fe3+ theo tỷ lệ số mol 1:2, hịa tan hai muối vào 20 ml nước cất, bổ sung một lượng nhỏ axit HCl nhằm hạn chế sự thủy phân của muối sắt.
Cân 0,2 g CS hịa tan trong 50 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1 giờ ở 50oC. Nhỏ từ từ dung dịch chứa hỗn hợp muối Fe vào dung dịch CS, khuấy trộn trong 30 phút để thu được dung dịch đồng nhất, được dung dịch A.
Phương pháp đồng kết tủa sử dụng hệ khuấy trộn trong điều kiện trơ
Đưa dung dịch A vào trong thiết bị phản ứng như hình 2.2. Trước khi phản ứng tiến hành bơm sục N2 trơ trong 15 phút để loại bỏ khơng khí.
Cân lượng NaOH phản ứng vừa đủ với lượng Fe2+ và Fe3+ theo phương trình phản ứng, hịa tan trong 20 ml H2O được dung dịch B.
Mở van, nhỏ giọt từ từ dung dịch B vào dung dịch A trong khoảng 10 phút, trong điều kiện khuấy mạnh và sục N2, để phản ứng diễn ra trong 30 phút. Quan sát quá trình phản ứng qua sự thay đổi của màu sắc từ kết tủa nâu sang đen. Kết thúc quá trình pH dung dịch khoảng 8-10 đảm bảo lượng muối Fe đã phản ứng hết. Sản phẩm thu được ký hiệu CS/MNPs1,
44
Hình 2.2. Chế tạo CS/MNPs1 sử dụng hệ khuấy trộn trong điều kiện trơ
Đổ sản phẩm sau phản ứng ra cốc cĩ mỏ, dùng nam châm thu sắt từ và rửa với nước cất đến khi pH = 7 nhằm loại hết sản phẩm phụ và các chất dư chưa phản ứng. Kết tủa thu được phân tán trong 100ml nước cất bằng siêu âm. Dung dịch chứa nano sắt từ nồng độ 0,7% bền trong điều kiện thường.
Phương pháp đồng kết tủa trong hệ vi lưu
Phương pháp này dựa trên quá trình đồng kết tủa xảy ra trong các kênh vi lưu được chế tạo bởi vật liệu polymetylsilosan (PDMS), mơ hình cấu tạo hệ vi lưu được trình bày trên hình 2.3.
Hình 2.3. Mơ hình chế tạo CS/MNPs2 trong hệ thống vi lưu
Dung dịch B Dung dịch A Đầu ra Đầu vào 1 Đầu vào 3 Đầu vào 2 Đầu vào 1 Đầu vào 2 Đầu vào 2
45
Hệ vi lưu (microfluidic) cĩ cấu tạo gồm hệ phức hợp như bơm, khoang chứa, khoang trộn, các van đĩng mở. Hệ kênh vi lưu cĩ đường kính khoảng 10-50 μm nối với nhau tùy theo mục đích, cho phép các phản ứng hĩa học diễn ra. Chất lỏng hoặc khí được đưa vào thơng qua hệ thống bơm cĩ điều khiển tốc độ.
Quá trình tổng hợp CS/MNPs được tiến hành trong hệ vi lưu PDMS Các dịng chất lỏng từ các đầu vào 1, 2 và 3 tạo thành các dịng chất lỏng song song. Lớp diclometan (DCM) ngăn quá trình xảy ra mãnh liệt của phản ứng tạo kết tủa do điều này dễ dẫn đến hiện tượng tắc kênh, các chất tham gia phản ứng khuếch tán vào lớp DCM và phản ứng xảy ra từ từ đồng thời kích thước CS/MNPs được điều khiển.
Dựa vào độ ổn định của dịng và quan sát phản ứng tránh hiện tượng tắc kênh vi lưu, các điều kiện tác nhân phản ứng và tốc độ dịng được lựa chọn phù hợp như trình bày trên bảng 2.1.
Bảng 2.1. Các điều kiện sử dụng tổng hợp CS/ MNPs2 trong kênh vi lưu
Đầu vào Tác nhân phản ứng Tốc độ dịng (μl/phút)
1 DCM 80
2 Dung dịch A 15
3 NH4OH 15
Kết quả thu được ở đầu ra sản phẩm CS/MNPs2 cĩ màu đen, các hạt CS/MNPs2 thu được bằng nam châm ngồi được rửa vài lần với nước cất cho đến khi trung tính.
2.2.2.2. Phương pháp oxi hĩa kết tủa
Phương pháp này dựa trên quá trình oxi hĩa kết tủa muối Fe2+ theo phương trình phản ứng:
3Fe2+ + 2NO3- + 2OH- => Fe3O4 + 2NO2- + H2O
0,2 g CS hịa tan trong 50 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1giờ tại nhiệt độ 50oC. Cân lượng chính xác FeCl2.6H2O hịa tan vào 20 ml H2O đến tan hồn tồn. Nhỏ từ tử dung dịch FeCl2 vào dung dịch CS, khuấy đều trong 30 phút, thu được dung dịch A.
46
Cân lượng NaNO3 + NaOH theo phương trình phản ứng, hịa tan vào 20 ml H2O đến tan hồn tồn, thu được dung dịch B.
Dưới điều kiện khuấy trộn mạnh và gia nhiệt ở 50-60oC, nhỏ từ từ dung dịch B vào hỗn hợp dung dịch A. Quá trình phản ứng được quan sát bởi sự kết tủa và màu sắc kết tủa tạo thành.
Sản phẩm CS/MNPs3 cĩ màu đen được thu bằng nam châm và lọc rửa đến khi pH về trung tính.
Hình 2.4. Sơ đồ quá trình tổng hợp CS/MNPs3
Nanocompozit CS/MNPs thu được từ 3 phương pháp trên được tiến hành phân tích hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét FESEM và kính hiển vi điện tử truyền qua TEM; phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X; phân tích tính chất từ bằng phương pháp từ kế mẫu rung.
2.2.2.3. Phương pháp phân tán CS/MNPs trong CS biến tính với chất phát quang
Chất phát quang flourescent isothiocyanat (FITC) thường được sử dụng trong kỹ thuật đánh dấu huỳnh quang, là hợp chất màu vàng cĩ thể gắn kết với các kháng thể mà khơng ảnh hưởng tới hoạt tính của kháng thể. Khi bị kích thích bởi tia UV hay ánh sáng xanh, FITC phát quang thành ánh sáng màu xanh lá.
0,1 g CS hịa tan trong 20 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1 giờ tại nhiệt độ 50oC.
Cân 0,02 g FITC hịa tan trong 5 ml etanol.
FeCl2/CS NaNO3 + NaOH
47
Nhỏ từ từ dung dịch FITC vào dung dịch CS trong 5 phút trong điều kiện tránh ánh sáng, tiếp tục khuấy thêm 1giờ, được phức hợp CS-FITC (dung dịch A).
Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml, nhỏ giọt chậm vào 5ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút, thu được FMNPs – M1. Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml nhỏ giọt chậm vào 15ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút thu, được FMNPs-M2 .
Các dung dịch thu được FMNPs-M1 và FMNPs-M2 giữ trong điều kiện tránh ánh sáng được tiến hành đo các tính chất: xác định từ độ bão hịa bằng phương pháp từ kế mẫu rung và tính chất quang bằng phương pháp phát huỳnh quang.
2.2.3. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc- sắt từ trên nền chitosan (CS/AgNPs-MNPs) (CS/AgNPs-MNPs)
Qua quá trình nghiên cứu các vật liệu CS/AgNPs và CS/MNPs, lựa chọn được vật liệu cĩ nhiều đặc tốt nhất, tiếp tục chế tạo nanocompozit đa thành phần CS/AgNPs-MNPs.
2.2.3.1. Phương pháp chế tạo nanocompozit CS/AgNPs-MNPs
Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được tổng hợp bằng phương pháp phân tán ex-situ, phối trộn các thành phần CS/AgNPs và CS/MNPs:
Chuẩn bị 50 ml dung dịch MNPs/CS nồng độ 0,7% và 50 ml dung dịch AgNPs/CS nồng độ 500 ppm, trộn vào nhau và khuấy mạnh trong 1 giờ tại nhiệt độ phịng.
Sau đĩ, nanocompozit được thu lại bằng nam châm, rửa bằng nước cất để loại bỏ các thành phần dư.
2.2.3.2. Phương pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs-MNPs
Phân tán 0,2g CS/AgNPs-MNPs trong 50ml H2O, nhỏ từ từ 10ml dung dịch Cur bão hịa trong etanol vào, khuấy ở nhiệt độ 50-60oC. Đến khi xuất hiện kết tủa thì dừng lại.
Tiếp tục khuấy thêm 30 phút để dung mơi etanol bay hết, thu được sản phẩm CS/AgNPs-MNPs-Cur.
48
2.2.3.3. Thực nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ
Các phép đo nhiệt-từ được thực hiện trong từ trường xoay chiều cĩ tần số 236 kHz và cường độ 40 ÷ 100 Oe trên thiết bị RDO-HFI, cơng suất đầu ra 5kW. Chi tiết về thiết kế thí nghiệm được minh hoạ trên hình 2.5.
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ.
Các mẫu đo được đặt trong thiết bị thử nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ, cách nhiệt với mơi trường ngồi bằng một vỏ bình thuỷ tinh được hút chân khơng 10-3 ÷ 10-4 Torr. Nhiệt độ mẫu được quan sát bằng mắt thường với nhiệt kế thủy ngân (độ chính xác 0,5 oC) và bằng đồng hồ vạn năng Keithley 2001 sử dụng cặp nhiệt Cu- Const.
Mối tương quan giữa nhiệt độ mẫu với thời gian áp từ trường lên mẫu thí nghiệm được thiết lập, gọi là đường đốt nhiệt từ (hình 2.6).
49
Hình 2.6. Đường đốt nhiệt từ
Tốc độ hấp thụ nhiệt (SAR-specific absorbtion rate), được xác định từ cơng
thức s i m T SLP C m t
, trong đĩ C là nhiệt dung riêng của hệ mẫu (hạt từ và dung
dịch), ms là khối lượng tổng cộng của hệ mẫu và mi là khối lượng hạt từ, T
t
là tốc
độ tăng nhiệt ban đầu, xác định từ tiếp tuyến của đường cong đốt nhiệt từ tại thời điểm bật từ trường, hay được xác định là tốc độ tăng nhiệt trong giây đốt đầu tiên.
2.3. Các phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp xác định cấu trúc nanocompozit
2.3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Phương pháp XRD xác định thành phần cấu trúc mạng tinh thể của mẫu cần nghiên cứu. Dựa vào số lượng, vị trí và cường độ của vạch phổ nhiễu xạ thu được và so sánh với ngân hàng vạch phổ cĩ thể nhận biết pha tồn tại trong mẫu nghiên cứu.
Trong luận án cấu trúc tinh thể của vật liệu được phân tích nhiễu xạ tia X trên thiết bị Siemens D-500 với bức xạ Cu-Kα (bước sĩng λ=1,5406Ao) - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.
N hi ệt đ ộ ( o C )
50
2.3.1.2. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
Phương pháp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X dùng để phân tích thành phần các nguyên tố trong mẫu nanocompozit.
Các mẫu nanocompozit được phân tích EDX trên máy JSM 6490-JED 2300, JEOL - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.
2.3.1.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Phương pháp phổ hồng ngoại (InfraRed Spectroscopy - IR) phân tích, đánh giá các liên kết hĩa học trong hợp chất.
Các vân phổ phổ hồng ngoại đặc trưng nhĩm chức đặc trưng cho các các liên kết cĩ mặt trong phân tử hợp chất hố học.
Các mẫu vật liệu nanocompozit được sấy khơ, ép viên với KBr đo trên máy FTIR NEXUS 670 của hãng NICOLET - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN.
2.3.2. Phương pháp xác định hình thái học nanocompozit
2.3.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) với độ phân giải cao dùng để nghiên cứu hình thái, cấu trúc vật liệu nanocomopozit: hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt ngồi ra cịn xác định được cách sắp xếp các thành phần nano trong vật liệu.
Trong luận án các phân tích TEM được thực hiện trên thiết bị JEM 1010 - Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; thiết bị JEM-1400 Đại học Busan – Hàn Quốc.
2.3.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét xạ trường FESEM
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) được sử dụng để xác định hình thái bề mặt và kích thước hạt của các vật liệu đã chế tạo.
Trong luận án, phân tích FESEM được thực hiện trên thiết bị S4800 của hãng Hitachi (Nhật Bản), tại Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KHCNVN; thiết bị JSM-6700F tại Đại học Busan – Hàn Quốc; thiết bị Hitachi S-480 tại Viện Vệ sinh dịch tễ.
51
2.3.3. Phương pháp nghiên cứu tính chất hĩa, lý, sinh của nanocompozit
2.3.3.1. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM)
Phương pháp từ kế mẫu rung được sử dụng để khảo sát tính chất từ của các vật liệu cấu trúc nano cĩ chứa hạt Fe3O4. Trong quá trình đo, mẫu phân tích bị từ hĩa bởi một từ trường mạnh và dao động điều hịa với biên độ nhỏ quanh cuộn pick-up.
Các phân tích tính chất từ trong luận án được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung - Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.
2.3.3.2. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis)
Phương pháp phổ UV-vis được sử dụng trong nghiên cứu này để khảo sát quá trình hình thành nanocompozit CS/AgNPs và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu sau khi mang thuốc đồng thời định lượng lượng thuốc Cur trên hệ chất mang.