Chương 1 TỔNG QUAN
1.3. Hạt nano lai ferit từ bạc
1.3.2.1. Tính chất từ
Yêu cầu đầu tiên đối với các hạt từ tính trong bất kỳ ứng dụng y sinh nào là tính chất siêu thuận từ, tức là khơng cịn từ dư gây ra bởi sự dao động nhiệt của hướng từ hóa. Nếu khơng, các hạt sẽ tạo thành các chất kết tụ từ tính lớn, mang lại tác dụng phụ khơng mong muốn, chẳng hạn như chứng huyết khối.
Tăng thân nhiệt từ tính là một trong những phương pháp mới trong điều trị ung thư. Các tế bào ung thư bị tiêu diệt trong khi nhiệt độ cục bộ tăng lên khoảng 43 °C khi áp dụng từ trường xoay chiều. Phương pháp này giúp giảm tối thiểu tác dụng phụ lên các tế bào bình thường [36]. Trên thực tế, tính tồn vẹn sinh học của màng tế bào khối u và tế bào của chúng bị phá hủy trong quá trình tăng thân nhiệt [31] lần đầu tiên được giới thiệu khi sử dụng hạt nano Fe2O3 vào năm 1957 [18]. Trong phương pháp này, hiệu suất tăng nhiệt có liên quan mật thiết đến biên độ và tần số từ trường xoay chiều bên ngoài, cũng như các đặc tính hạt nano từ như tính dị hướng, độ từ hóa, sự tương tác giữa các hạt, kích thước và sự phân bố kích thước của hạt [18, 31, 36].
MRI dựa trên sự cộng hưởng từ hạt nhân của các proton (hạt nhân hydro) trong mô. Độ tương phản được gây ra bởi các thời gian hồi phục khác nhau của các mômen từ hạt nhân, tùy thuộc vào môi trường gần nhất và thường được đo bằng một chuỗi các xung từ trường. Các hạt siêu thuận từ (đặc biệt là các hạt siêu thuận từ đơn domen) với moment từ cao gây ra một trường khuếch tán lớn làm thay đổi đáng kể thời gian hồi phục (T1 hoặc T2) của các proton trong mơi trường lân cận, do đó nó có thể được sử dụng làm chất tương phản.
Đối với việc phân phối thuốc hướng đích, một lực điều khiển từ tính kiểm sốt việc phân phối và giải phóng thuốc, dẫn đến tốc độ di chuyển và phân phối thuốc được tăng cường đáng kể khi so sánh với các phương pháp thông thường. Do những hạn chế về mặt sinh học, chẳng hạn như thời gian bán hủy của thuốc trong cơ thể, nên sự dẫn thuốc hướng đích nhanh chóng là một trong những
mục tiêu mong muốn. Ngồi ra có thể giảm được các tác dụng phụ vì thuốc chỉ tập trung cục bộ. Dẫn thuốc hướng đích là dựa vào một từ trường ngồi tập trung vào một mục tiêu cụ thể (ví dụ mơ ung thư), do đó các vật liệu với độ từ hóa lớn, đáp ứng từ tốt là nhân tố hiệu quả nhất đối với ứng dụng này, bởi vì lực từ tỷ lệ thuận với tích của gradient từ trường (giới hạn về mặt kỹ thuật) và mômen từ của chất mang nano [51].
1.3.2.2. Tính chất quang
Các đặc tính plasmon liên quan đến phản ứng của các hạt nano đối với bức xạ điện từ trong các bước sóng cụ thể của tia cực tím (UV), ánh sáng nhìn thấy (Vis) và tia hồng ngoại gần (NIR) được sử dụng cho các ứng dụng y sinh khác nhau, bao gồm liệu pháp quang nhiệt trị và phương pháp tiếp cận hình ảnh [25, 40, 46].
Liệu pháp quang nhiệt trị là một phương pháp trị liệu quang động tích cực dựa trên mơ phỏng các ngun tử bề mặt của các hạt nano plasmonic và đốt nóng cục bộ đến nhiệt độ mong muốn. Các hạt nano chuyển đổi năng lượng của ánh sáng chiếu xạ thành nhiệt bằng cách hấp thụ plasmon bề mặt (SPA). Kết quả là cường độ hấp thụ cao hơn dẫn đến tăng cường hiệu quả đốt nóng và điều trị cục bộ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tia hồng ngoại gần có độ thâm nhập vào mơ cơ thể sâu hơn so với tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy, cho nên việc sử dụng các hạt nano với sự hấp thụ plasmon bề mặt ở bước sóng dài hơn được mong muốn.
Các kỹ thuật hình ảnh sinh học khác nhau là các phương pháp khơng xâm lấn mạnh mẽ để chẩn đốn sớm chính xác các bệnh khác nhau, như khối u ung thư [21]. Đối với các ứng dụng này, cường độ hấp thụ tối đa của hạt nano dẫn đến hiệu quả cao hơn. Hơn nữa, các hạt nano có khả năng hấp thụ trong các phạm vi bước sóng khác nhau sẽ được sử dụng đồng thời trong các phương pháp hình ảnh khác nhau.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất
Tên hóa chất Cơng thức Phân tử khối phân tử (g/mol)
Sắt (III) axetylaxetonat 99.99 %
Fe(C5H7O2)3 353,17 (Fe(acac)3)
Mangan (II) axetylaxetonat 99 % Mn(C5H7O2)2 253,15 (Mn(acac)2) Bạc nitrat 99.5 % AgNO3 169,87 1-octadecen (ODE) 90 % C18H36 252,48 Ethanol ≥ 96 % C2H6O 46,07 Hexan 99 % C6H14 86,18 Clorofom 99 % CHCl3 119,38
Natri hydroxit NaOH 39,99
Oleic axit (OA) 99 % C18H34O2 282,46 Oleylamin (OLA) 70 % C18H37N 267,49 Octadecanol (OCD-ol) 95 % C18H38O 270,49
Poly (maleic anhydrit-alt-1-octadecen) (C66H114O9)n 30000-50000 (PMAO)
2.2. Thiết bị
Để tổng hợp hạt nano Mangan ferit chúng tơi đã sử dụng hệ thí nghiệm được chụp trong Hình 2.1. Hệ thí nghiệm bao gồm: Bình thủy tinh 3 cổ đáy trịn chịu nhiệt, dung tích 100 ml, hệ thống làm mát bằng nước, máy khuấy từ
gia nhiệt, thiết bị gia nhiệt phụ trợ với bộ điều khiển nhiệt độ, hệ thống cung cấp khí N2. Ngồi ra cịn có các thiết bị dùng trong q trình tổng hợp và chuẩn bị mẫu như máy ly tâm, máy rung siêu âm, micro pipet, cân phân tích.
Hình 2.1. Hệ thiết bị tổng hợp hạt nano MnFe2O4 @Ag.
2.3. Quy trình tổng hợp
2.3.1. Tổng hợp hạt nano MnFe2O4
Quá trình chế tạo mẫu được tiến hành như sau: Mn(acac)2, Fe(acac)3 được lấy theo tỉ lệ mol 1:2 và 10,8g OCD-ol (40 mmol) cho vào bình 3 cổ 100 ml, đồng thời cho một lượng xác định chất hoạt động bề mặt OA, OLA (tỉ lệ 1:1 về thể tích) cùng với dung mơi octadecen vào trong hỗn hợp. Đặt bình ba cổ có chứa hỗn hợp phản ứng lên bếp nhiệt có khuấy từ, trang bị thêm bộ gia nhiệt phụ trợ, lắp hệ thống làm mát và hệ thống cấp khí nitơ. Bật máy khuấy từ, giữ dung dịch ở nhiệt độ phịng trong thời gian 30 phút. Sau đó tăng dần nhiệt độ lên 100
oC để loại bỏ hơi nước có mặt trong dung dịch phản ứng, giữ
ở nhiệt độ này 30 phút. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 200 oC duy trì trong 30 phút. Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 295oC. Khi dung dịch đạt tới 295 oC thì giữ ở thời gian 30, 60 và 120 phút. Tồn bộ q trình được thực hiện trong điều kiện cấp khí nitơ liên tục.
2.3.2. Tổng hợp hệ nano lai MnFe2O4@Ag
Cân 1g bạc nitrat, 6ml OLA và 30ml ODE cho vào bình cầu 3 cổ. Cho tiếp 0,1g mẫu MnFe2O4 sau khi đã rửa sạch và phân tán trong 5 ml n-hexan. Đặt bình ba cổ có chứa hỗn hợp phản ứng lên bếp khuấy từ, cấp khí nitơ (như hình 2.1). Hỗn hợp phản ứng được giữ ở nhiệt độ 80 oC trong 30 phút. Sau đó phun nhanh vào bình 3 cổ dung dịch chứa 0,3g OCD-ol trong 10ml ODE. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 200 oC hồi lưu trong 60 phút. Muối AgNO3 sẽ bị khử ngay trên bề mặt của hạt nano Mangan ferit MnFe2O4 tạo nên các mầm tinh thể nano bạc, các mầm hạt này sẽ phát triển ngay trên bề mặt hạt nano Mangan ferit MnFe2O4 hình thành hệ nano lai MnFe2O4@Ag.
2.3.3. Quy trình làm sạch và chuẩn bị mẫu
Các mẫu trước khi tiến hành phân tích cần phải rửa kỹ để loại bỏ tạp chất (các hóa chất khơng phản ứng hết và các sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp). Quy trình rửa mẫu được tiến hành như sau: lấy 0.5 ml dung dịch mẫu trộn đều với 0.5 ml ethanol để tạo ra sự kết đám giữa các hạt sau đó quay ly tâm ở tốc độ 8000-12000 rpm trong 5 phút (tùy thuộc kích thước hạt) cho đến khi các hạt lắng xuống đáy của ống quay li tâm. Sau khi loại bỏ dung mơi phía trên, phần kết tủa thu được đem phân tán lại trong 0.5 ml dung mơi n-hexan. Q trình rửa mẫu được lặp lại 3-4 lần, để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng.
2.3.4. Chuyển hạt nano MnFe2O4@Ag tổng hợp trong dung mơi hữu cơ sang nước
Quy trình chuyển pha được thực hiện như sau: Hạt nano MnFe2O4@Ag đã làm sạch theo quy trình rửa mẫu ở trên được phân tán trong 1 ml chloroform, rung siêu âm từ 3 đến 5 phút để đảm bảo các hạt tan đều. Cho vào dung dịch mẫu một lượng poly (maleic anhydride-alt-1- octadecen) (PMAO) xác định trước đã được phân tán trong clorofom. Trộn 2 dung dịch trên với nhau và rung siêu âm từ 5 đến 10 phút đảm bảo dung dịch được trộn đều, không lắng cặn. Sản phẩm thu được để ở nhiệt độ phòng cho clorofom bay hết sau đó thêm 10 ml dung dịch NaOH lỗng vào ta thu được các mẫu có khả năng phân tán trong nước.