Pha loãng hỗn dịch nano Fe3O4 trong nước cất/ethanol với tỉ lệ thể tích 1/1. Khuấy từ trong 10 phút để hệ phân tán đều. Nhỏ từ từ dung dịch TEOS (tetraethyl orthosilicate) trong ethanol cho vào dung dịch trên, khuấy từ 15 phút. Sau dó thêm dung dịch NH3 đặc vào hỗn hợp trên, khuấy từ qua đêm. Kết thúc phản ứng, hạt nano oxit sắt từ được thu lại bằng nam châm và rửa 3 lần bằng nước cất rồi lắng để thu sản phẩm. Lớp SiO2 được hình thành theo phản ứng:
Si(OC2H5)4 + 4H2O = Si(OH)4 + 4 C2H5OH. Si(OH)4 = SiO2 + 2H2O
2.4.3. Chế tạo hạt Fe 3O 4 @SiO2 gắn kết bạc (Fe3 O 4 @SiO2 -Ag)
Chuẩn bị dung dịch AgNO3 (2 mg/ml), điều chỉnh pH bằng dung dịch NH3 (2M) đến pH=8. Chuẩn bị dung dịch Fe3O4@SiO2 (2 mg/ml), điều chỉnh pH bằng dung dịch NH3 (2M) đến pH=8. Cho dung dịch AgNO3 vào dung dịch nano theo tỷ lệ thích hợp. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp (10oC) khuấy từ liên tục trong 45 phút. Thêm NaBH4 theo tỷ lệ để khử Ag+ theo phương trình:
2AgNO3 + 2NaBH4 = 2Ag0 + H2 + B2H6 + 2NaNO3. Kết thúc phản ứng, sản phẩm được lắng bằng nam châm và rửa 2 lần bằng nước cất. Phân tán sản phẩm trong nước cất.
2.4.4. Chế tạo hệ Fe 3O 4 @SiO2 -Ag mang kháng sinh Doxycycline (Fe
3 O 4 @SiO2 Ag/Doxy/Alg)
Hệ phân tán nano Fe3O4@SiO2-Ag được thêm từ từ vào dung dịch chứa kháng sinh Doxycycline. Để ổn định hệ phân tán, dung dịch Alginate (Alg) được thêm từ từ vào hỗn hợp nano sắt từ và kháng sinh. Toàn bộ các công đoạn được thực hiện trong điều kiện khuấy từ liên tục. Các mẫu được thực hiện nhằm theo dõi sự ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh và Alginate tới kích thước của hệ thu được. Thông số kỹ thuật các hệ mẫu được thể hiện trong bảng 1. Quá trình tải thuốc được thực hiện trong vòng 24 giờ ở điều kiện nhiệt
độ phòng. Kết thúc quá trình, sản phẩm được được lắng bằng nam châm và rửa bằng nước cất (3 lần).
Bảng 1: Tỷ lệ các thành phần trong các hệ mẫu được thực hiện
2.5. Phương pháp đánh giá đặc tính hóa lý
Các đặc tính vật lý và hóa học của vật liệu được xác định bằng các phương pháp đặc trưng sau:
2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Phương pháp XRD giúp xác định cấu trúc, thành phần pha dựa trên số lượng, vị trí và cường độ peak trên phổ nhiễu xạ tia X, từ đó dự đoán được cấu trúc mạng và xác định bản chất vật liệu.
2.5.2. Phổ hồng ngoại FTIR
Phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không yêu cầu các phương pháp tính toán phức tạp. Các phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hóa học. Bởi vậy, nó được coi là “dấu vân tay” để xác định các hợp chất.
2.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (FESEM)
Phương pháp FESEM là sử dụng loại kính hiển vi có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu được
thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.
2.5.4. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
Phổ tán sắc năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong kính hiển vi điện tử). Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.
2.5.5. Phương pháp tán xạ laze động (DLS)
Phương pháp được sử dụng để xác định phân bố kích thước các hạt trong hệ phân tán
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X
(e) (d) (c) (b) (a) (2 20 ) Fe O 3 Ag 30
Hình 5: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các hạt nano: (a)- Nano bạc, (b)- Nano Fe3O4, (c)-Nano Fe3O4@SiO2, (d)- Nano Fe3O4@SiO2-Ag,
(e)-Nano Fe3O4@SiO2-Ag/Doxy/Alg
Đặc trưng cấu trúc tinh thể của các hợp chất được thể hiện ở hình 4. Nano sắt từ có các nhiều xạ đặc trưng ở góc 2θ lần lượt là 31o, 36o, 43o, 53o, 57o và 63o tương ứng với các mặt tinh thể (220), (311), (400), (422), (511) và
(440) (Bảng 1). Các nhiễu xạ đặc trưng của nano bạc tại các góc 2θ là 38o,
44o, 64o và 77o ứng với lần lượt các mặt tinh thể (111), (200), (220) và (311) (Bảng 2)
Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4@SiO2 (hình c) không thấy sự khác biệt nhiều so với giản đồ tia X của Fe3O4 (hình b). Có thể lý giải điều này là do sự tạo thành lớp SiO2 ở dạng vô định hình. Quá trình thuốc Doxycyclin và Alginate lên hệ Fe3O4@SiO2 không làm thay đổi các đỉnh nhiễu xạ của Fe3O4@SiO2 ban đầu. Những kết quả trên cho thấy sự tạo thành các hạt nano sắt từ Fe3O4 và sự có mặt của Ag trên hệ Fe3O4@SiO2. Để phân tích rõ hơn về (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sự có mặt của SiO2, Doxycycline và Alginate trên hệ được chế tạo, phổ hồng ngoại FTIR sẽ được phân tích trong phần tiếp theo.
Bảng 2: Đặc trưng tinh thể của các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4và nano bạc
Nano Fe O 2θ 31 o 36 o 43 o 53o 57 o 63 o 3.2. Phổ hồng ngoại FTIR
Kết quả phổ IR cho thấy các nhóm chức năng đặc trưng của các chất (Hình 5). Các dao động tại vị trí 1653 và 1630 cm-1 được cho là các liên kết C=O trong Doxycycline và alginate. Dao động C=C trong vòng của Doxycycline được thể hiện tại vị trí 1452 cm-1. Dao động của liên kết Si-O của SiO2 trong Fe3O4@SiO2(1100 cm-1) đã bị dịch chuyển nhẹ tới vị trí 1119 cm-1 trong phổ FTIR của Fe3O4@SiO2-Ag/Doxy/Alg. Dao động C-O của Alginate tại vị trí 1032 cm-1 cũng đã dịch chuyển tới vị trí 1035 cm-1. Dao động của liên kết Fe-O trong Fe3O4 tại vị trí 586 cm-1 cũng có sự dịch chuyển tới vị trí 592 cm-1 trong phổ FTIR của Fe3O4@SiO2-Ag/Doxy/Alg. Những bằng chứng trên đã cho thấy sự thành công trong việc chế tạo thành công hệ mang kháng sinh Doxycycline dựa vào hệ nano sắt từ.
3.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) được sử dụng để xác định thành phần Bạc (Ag) bám trên bề mặt hạt sắt từ.
Hình 7: Phổ EDX mẫu Fe3O4@SiO2-Ag với tỉ lệ bạc đầu vào 5% Ag
Hình 9: Phổ EDX mẫu Fe3O4@SiO2-Ag với tỉ lệ bạc đầu vào 15% Ag
Bảng 3: Thành phần bạc trên các hạt nano Fe3O4@SiO2-Ag
Tỉ lệ Ag/Fe3O4 đầu vào (% khối lượng) Lượng Ag đã sử dụng đầu vào (mg) Lượng Ag bám vào hạt sắt từ (mg) (Kết quả thu bằng phương pháp EDX)
Hiệu suất (%)
Bằng cách giữ nguyên khối lượng của hạt Fe3O4@SiO2 và thay đổi khối lượng Ag đầu vào, chúng tôi thu được các kết quả như bảng 3. Khi lượng Ag đầu vào tăng lên thì tăng lượng bạc bám trên nano. Nhưng khi tăng Ag từ 10% lên 15% thì hiệu suất Ag bám trên hệ Fe3O4@SiO2 giảm mặc dù tổng lượng Ag bám trên các hạt nano Fe3O4@SiO2 vẫn tăng. Điều này có thể được lý giải do quá trình gắn kết hạt Ag lên bề mặt hạt nano sắt từ đã đạt tới trạng thái bão hòa. Vì vậy mà lượng Ag tăng nhưng hiệu suất gắn bạc lại giảm. Để thực sự lý giải được giả thiết này, những thí nghiệm chi tiết hơn phải được thực hiện trong khoảng đầu vào Ag từ 10-15%.
3.4. Ảnh hiển vi điện tử quét (FESEM)M1.1 M1.1 M1.2 M2.3 M1.3 M2.2 M2.3
Hình 10: Hìnhảnh FESEM của các hệmẫu thu được khithay đổi nồng độalginatevà nồng độ kháng sinh (M1.X, X=1,2,3 và M2.Y,
Y=1,2,3)
Hình ảnh hiển vi của các hệ hạt nano sau quá trình tải thuốc Doxycycline và bền hóa bằng alginate được thể hiện trên hình 6. Các kết quả FESEM của sản phẩm thu được khi thay đổi nồng độ Alg (M1.X) và kháng sinh (M2.X). Kết quả cho thấy các mẫu đều có kích thước nhỏ dạng cầu, dao
động khoảng 20-30 nm. Kích thước có xu hướng tăng lên khi tăng nồng độ polyme và kháng sinh. Ở những nồng độ kháng sinh và alginate nhỏ hơn 2 mg/ml, các hạt phân bố đều, ít có hiện tượng kết đám xảy ra. Hiện kết đám được quan sát rõ ràng trên các mẫu có nồng độ kháng sinh và alginat cao (4 mg/ml). Để có kết quả chi tiết hơn, phương pháp tán xạ laze động được sử dụng để nghiên cứu phân bố kích thước và kích thước trung bình của các hệ thu được trong trạng thái phân tán trong dung dịch.
3.5. Phân bố kích thước (DLS)
M1.1
M1.2
M1.3
Hình 11: Phân bố kích thước hạt của các hệmẫu thu được khi thay đổi nồng độ Alg(M1.X) và nồng độ kháng sinh (M2.X)
Phương pháp tán xạ laze động (DLS) được sử dụng để xác định kích thước thủy động học của các hạt nano phân tán trong nước. Trong những thí nghiệm này, nồng độ chuẩn của các mẫu dựa trên nồng độ của các hạt nano Fe3O4. Nồng độ chuẩn được giữ cố định trong tất cả các phép đo là 2 mg Fe3O4/ml. Các kết quả thu được thể hiện trên hình 11.
Bảng 4: Kích thước trung bình của các hệ mẫu Kí hiệu mẫu M1.1 M1.2 M1.3 M2.1 M2.2 M2.3
Các giá trị kích thước (bảng 4) thu được lớn hơn những gì quan sát được từ ảnh FESEM. Nguyên nhân là do trạng thái tồn tại khác nhau của vật liệu khi được đo bằng các phương pháp khác nhau. Đối với phương pháp FESEM, mẫu được ch ụp ở trạng thái khô, các polyme (alginate) tồn tại ở trạng thái chặt chẽ hơn. Trong khi đó, đối với phương pháp DLS, các hạt tồn tại trong môi trường nước, các phân tử polyme có hiện tượng trương nở làm cho bán kính động học của hạt sẽ tăng lên.
Từ các kết quả trên, kích thước hạt trung bình của hệ bị ảnh hưởng bởi nồng độ alginate và nồng độ kháng sinh Doxycyclin. Khi nồng độ Alg tăng từ 0,5 – 4 mg/ml thì kích thước trung bình có sự thay đổi lớn từ 63-163nm (bảng 4, hình 12). Với vai trò như những chất làm bền không gian, khi khối lượng của Alginate tăng lên, sự bao bọc quanh các hạt rắn có mật độ lớn hơn, polyme trong nước trương nở với lượng lớn hơn làm tăng bán kính thủy động của hạt phân tán do vậy mà kích thước trung bình tăng.
D ( n m ) 180 160 140 120 100 80 60 0.0
Hình 12: Ảnh hưởng của nồng độ alginate đến kích thước trung bình của hệ phân tánFe3O3@SiO2-Ag/Doxy/Alg D ( n m ) 200 180 160 140 120 100 80 60 0.0
Hình 13: Ảnh hưởng của nồng độ Doxycycline đến kích thước trung bình của hệ phântán Fe3O4@SiO2-Ag/Doxy/Alg
Khi thay đổi nồng độ kháng sinh cũng xảy ra sự thay đổi về kích thước trung bình của hệ, kích thước tăng lên (bảng 4, hình 13). Các loại muối có thể có ảnh hưởng rất lớn tới sự phân bố kích thước hạt của các hệ phân tán nano, khi tăng nồng độ các muối trong hệ phân tán, kích thước trung bình của các hạt trong hệ phân tán có thể tăng từ 5 đến 100nm [38]. Hiện tượng này có thể đề cập tới sự thay đổi giá trị điện tích bề mặt của các hạt nano. Kháng sinh là một chất tan, tồn tại dạng ion mang điện trong dung dịch, nên khi tăng nồng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
độ của chúng lên thì tương tác tĩnh điện giữa các phân tử kháng sinh và bề mặt hạt nano bị thay đổi, có thể làm ảnh hưởng đến độ bền của hệ.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Trong đề này, chúng tôi đã nghiên cứu thành công:
- Hệ nano sắt từ gắn nano bạc
- Quy trình chế tạo hệ mang thuốc kháng sinh (Doxycycline) trên cơ sở hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4) gắn bạc và được làm bền alginate.
Việc kết hợp nhiều thành phần có tính kháng khuẩn (Nano Fe3O4, bạc và kháng sinh) được kì vọng sẽ làm tăng hiệu quả kháng khuẩn của hệ dẫn thuốc thu được, đồng thời có thể đối phó với tình trạng kháng kháng sinh đang ngày càng trở nên đáng lo ngại.
Các yếu tố ảnh hưởng đến phân bố kích th ước hạt của hệ kháng sinh gồm nồng độ alginate và nồng độ kháng sinh đã được khảo sát. Kết quả cho thấy, khi tăng nồng độ của alginate và kháng sinh sẽ làm tăng kích thước trung bình của hệ phân tán. Hệ có kích thướ c trung bình nhỏ hơn 100 nm khi nồng độ alginate nhỏ hơn 2 mg/ml và nồng độ kháng sinh nhỏ hơn 2 mg/ml.
Để đánh giá được hiệu quả thực tế của hệ kháng sinh nano đã chế tạo, cần nhiều hơn những thí nghiệm liên quan tới quá trình chế tạo vật liệu cũng như thử nghiệm trên các đối tượng vi khuẩn trên thực tế: định lượng kháng sinh trong hệ bào chế, xác định đặc tính phóng thích thuốc từ hệ vật liệu và thử nghiệm khả năng kháng khuẩn của vật liệu trên một số loài vi khuẩn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Thanh Hải, Chử Thị Thu Huyền, Nguyễn Thanh Bình và Trịnh Ngọc Dương (2014), " Nano tiểu phân bạc và triển vọng ứng dụng trong Dược học", VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, 30(2), p. 23-32.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
2. Ahmad Z, Pandey R, Sharma S and Khuller G K (2006), " Alginate nanoparticles as antituberculosis drug carriers: formulation development, pharmacokinetics and therapeutic potential", Indian J Chest Dis Allied Sci, 48(3), p. 171-176.
3. Assa F, Jafarizadeh-Malmiri H, Ajamein H, Vaghari H, Anarjan N, Ahmadi O and Berenjian A (2017), " Chitosan magnetic nanoparticles for drug delivery systems", Crit Rev Biotechnol, 37(4), p. 492-509.
4. Atiyeh B S, Costagliola M, Hayek S N and Dibo S A (2007), " Effect of silver on burn wound infection control and healing: review of the literature", Burns, 33(2), p. 139-148.
5. Azhar S L and Lotfipour F (2012), " Magnetic nanoparticles for antimicrobial drug delivery", Pharmazie, 67(10), p. 817-821.
6. Banerjee P, Satapathy M, Mukhopahayay A and Das P (2014), " Leaf extract mediated green synthesis of silver nanoparticles from widely available Indian plants: synthesis, characterization, antimicrobial property and toxicity analysis", Bioresources and Bioprocessing, 1(1), p. 3.
7. Chaloupka K, Malam Y and Seifalian A M (2010), " Nanosilver as a new generation of nanoproduct in biomedical applications", Trends Biotechnol, 28(11), p. 580-588.
8. Chandrasekaran R, Gnanasekar S, Seetharaman P, Keppanan R, Arockiaswamy W and Sivaperumal S (2016), " Formulation of Carica papaya latex-functionalized silver nanoparticles for its improved
antibacterial and anticancer applications", Journal of Molecular Liquids, 219, p. 232-238.
9. Chen X and Schluesener H J (2008), " Nanosilver: a nanoproduct in medical application", Toxicol Lett, 176(1), p. 1-12.
10. Col N F and O'Connor R W (1987), " Estimating worldwide current antibiotic usage: report of Task Force 1", Rev Infect Dis, 9(3), p. S232-243.
11. Dodds D R (2017), " Antibiotic resistance: A current epilogue", Biochem Pharmacol, 134, p. 139-146.
12. Dos Santos C A, Seckler M M, Ingle A P, Gupta I, Galdiero S, Galdiero M, Gade A and Rai M (2014), " Silver nanoparticles: therapeutical uses, toxicity, and safety issues", J Pharm Sci, 103(7), p. 1931-1944.
13. Gajbhiye M, Kesharwani J, Ingle A, Gade A and Rai M (2009), " Fungus-mediated synthesis of silver nanoparticles and their activity against pathogenic fungi in combination with fluconazole", Nanomedicine, 5(4), p. 382-386.
14. Gu H, Ho P L, Tong E, Wang L and Xu B (2003), " Presenting Vancomycin on Nanoparticles to Enhance Antimicrobial Activities", Nano Letters, 3(9), p. 1261-1263.
15. Kim J S, Kuk E, Yu K N, Kim J H, Park S J, Lee H J, Kim S H,