5. Bố cục luận văn
1.1.5. Ứng dụng của vật liệu nano từ tính
Trong tự nhiên, hạt nano từ tính có độ bão hòa lớn nhất ở nhiệt độ phòng, không độc với cơ thể con ngƣời và tính ổn định khi làm việc trong môi trƣờng không khí nên các vật liệu nhƣ oxit sắt từ đƣợc nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nano từ tính.
a. Trong lĩnh vực y sinh
Dẫn truyền thuốc
Hệ các hạt nano từ tính dƣới dạng chất lỏng từ đƣợc gắn kết với thuốc điều trị có thể đƣợc sử dụng nhƣ chất mang thuốc đến vị trí xác định trong cơ thể nhờ sự điều khiển của từ trƣờng ngoài (hình 1.10). Ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp này là: thu hẹp phạm vi phân bố thuốc trong cơ thể giảm tác dụng phụ của thuốc, giảm lƣợng thuốc cần dùng trong điều trị. Phƣơng pháp dẫn truyền thuốc bằng hạt nano từ tính trong điều trị bệnh (ung thƣ) đƣợc thử nghiệm rất thành công trên động vật và trên ngƣời bƣớc đầu mang lại những kết quả rất khả quan [32].
Hình 1.10. Nguyên lý dẫn truyền thuốc bằng các hạt mang từ tính
Phân tách và chọn lọc tế bào
Sử dụng nano từ để phân tách các phân tử sinh học đã và đang nhận đƣợc sự quan tâm của các nhà khoa học nghiên cứu về lĩnh vực y sinh do tính đơn giản, độ chọn lọc cao và nhanh chóng. Một ví dụ minh họa về quá trình phân tách sinh học sử dụng hạt nano Fe3O4NP đƣợc mô tả trong hình 1.11. Ở giai đoạn chọn lọc, hạt nano từ tính có khả năng liên kết đặc hiệu với một số phần tử sinh học nhất định trong một hệ nhiều phần tử giống nhƣ cơ chế tƣơng tác gắn kết đặc hiệu giữa kháng thể - kháng nguyên. Sau đó, quá trình phân tách đƣợc thực hiện bằng từ trƣờng ngoài. Bề mặt của hạt nano Fe3O4NP thƣờng đƣợc biến tính không những để tạo khả năng liên hợp đặc hiệu với phần tử sinh học mong muốn, mà còn giúp các hạt nano phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của hạt. Kích thƣớc của hạt nano cũng đƣợc kiểm soát từ vài nano met đến hàng chục micromet để tƣơng đƣơng với tế bào (10-100 μm), protein (5-50 nm) và các gen (10-100 nm). Sau bƣớc tách loại, các phân tử đích sẽ đƣợc phục hồi bằng bƣớc rửa giải và các hạt nano từ tính có thể tái sử dụng.
Hình 1.11. Quy trình phân tách sinh học sử dụng hạt nano Fe3O4NP.
Tăng thân nhiệt cục bộ
Phƣơng pháp tăng thân nhiệt cục bộ để phá hủy tế bào ung thƣ mà không làm ảnh hƣởng đến những tế bào bình thƣờng khác thƣờng sử dụng nguồn nhiệt là siêu âm, vi sóng hoặc bức xạ cận hồng ngoại. Gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng hạt nano từ thay cho sử dụng các bức xạ ở bƣớc sóng ngắn đang đƣợc quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng. Các hạt MNPs đƣợc vận chuyển đến vị trí xác định mong muốn bằng từ trƣờng ngoài, sau đó áp dụng một từ trƣờng xoay chiều có cƣờng độ và tần số phù hợp làm các hạt nano tạo ra năng lƣợng nhiệt để phá hủy các tế bào ung thƣ [18]. Các ƣu thế vƣợt trội của phƣơng pháp này là: khả năng phân hủy sinh học cao, tính chất siêu thuận từ, độc tính thấp, mức độ hƣởng ứng của hạt nano với từ trƣờng xoay chiều cao nên có thể đạt đƣợc hiệu quả điều trị tích cực với một lƣợng nhỏ hạt nano đƣa vào cơ thể.
b. Xử lí môi trường
Các chất xúc tác nano nói chung và các hạt nano từ tính có thể đƣợc sử dụng để xử lý các chất hữu cơ, vô cơ hòa tan trong nƣớc. Việc tách loại các ion kim loại nặng hòa tan trong nƣớc có thể đƣợc thực hiện dễ dàng bằng cách phủ chitosan hoặc polymer hữu cơ trên bề mặt Fe3O4NP. Các polymer này có ái lực tốt với các ion kim loại nặng trong nƣớc nhƣ As, Cd, Pb …, và sau đó đƣợc tách loại khỏi môi trƣờng
Hình 1.12: Xử lí nước ô nhiễm bằng hạt nano từ tính