6. Bố cục luận văn
1.2.3. Những tính chất đặc biệt của MNPs
Các hạt nano oxit sắt từ ở kích thƣớc nano mét sở hữu các tính chất độc đáo. Kích thƣớc tới hạn và diện tích bề mặt lớn là hai đặc tính dễ thấy nhất. Ngoài ra, lõi từ tạo ra tính chất từ bền vững của hạt nano từ. Đối với các ứng dụng trong lĩnh vực liên quan sinh học đặc biệt là trong cơ thể ngƣời ngƣời ta thƣờng sử dụng các MNPs có tính tƣơng thích sinh học cao. Bên cạnh đó với các ứng dụng ngoài cơ thể, khả năng tƣơng thích sinh học cao của các hạt nano còn giúp duy trì các tính năng an đầu của phân tử sinh học, bao gồm cả các mô, tế bào hoặc các protein.
a. Miền giới hạn riêng
Miền giới hạn riêng là đặc tính quan trọng nhất cho các hiệu ứng liên quan đến kích thƣớc xác định. Khi kích thƣớc của MNPs là đủ nhỏ (cỡ vài nm đến vài trăm nm) nó có thể chỉ có miền từ tính duy nhất trong một hạt. Đối với hạt hình cầu đƣờng kính giới hạn (DC) có thể đƣợc tính toán theo phƣơng trình nhƣ sau:
√
trong đó A: hằng số chuyển đổi Keff : hằng số dị hƣớng µ0 : hệ số thấm chân không M : độ bão hòa từ tính
Giá trị DC của Fe3O4 là 128 nm [8]. Miền giới hạn riêng của một hạt là đồng nhất từ tính với tất cả các spin sắp xếp theo cùng một hƣớng. Đó là lý do cho sự tồn tại của độ kháng từ rất cao. Miền giới hạn riêng của hạt từ tính cũng mở ra nhiều triển vọng trong các nghiên cứu liên quan đến sinh học.
b. Diện tích bề mặt lớn
Khi giảm kích thƣớc hạt, tỉ số diện tích bề mặt / thể tích tăng đáng kể, đồng nghĩa với việc tăng hiệu quả phần diện tích bề mặt cho quá trình chức năng hóa ề mặt. So sánh một hạt nano (đƣờng kính 100 nm) với một hạt (đƣờng kính 100 µm) của cùng một vật liệu, các hạt nano có diện tích bề mặt lớn hơn 106 lần. Ngoài ra, yếu tố bề mặt và bề mặt phân cách của vật liệu nano là rất quan trọng so với vật liệu dạng khối. Điều này có nghĩa rằng, các spin bề mặt đóng vai trò quan trọng đến từ tính [18].
c. Tính chất từ
Tính chất từ của hạt có thể đƣợc chia thành hai loại chính: chất thuận từ và chất sắt từ. Sự khác biệt giữa chúng là sau khi loại bỏ từ trƣờng bên ngoài, sự hiện diện của các vật liệu từ hóa là khác nhau. Từ tính không còn tồn tại trong hạt thuận từ trong khi đó từ tính còn sót lại tồn tại trong hạt sắt từ. Các tính chất của từ tính đƣợc quyết định bởi sự phân bố thƣớc hạt và nhiệt độ hãm (blocking temperature).
Các hạt siêu thuận từ là hỗn hợp của chất thuận từ và sắt từ. Nó không có từ tính khi từ trƣờng ên ngoài đƣợc loại bỏ. Tuy nhiên, khi từ trƣờng bên ngoài rất bé, nó sẽ đạt đến độ từ bão hòa. Khi tách hạt từ tính ra khỏi hỗn hợp bằng nam châm ình thƣờng đặc tính siêu thuận này sẽ giúp thúc đẩy quá trình tách nhanh và hiệu quả.
d. Đặc tính tương thích sinh học
Với mục đích ứng dụng các hạt nano từ trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học bên trong (in vivo) và bên ngoài (in vitro) cơ thể sống, các MNPs sau biến tính phải có độ tƣơng thích sinh học cao và không độc hại. Điều này có thể đƣợc thực hiện bằng cách bao bọc hoặc ghép với một số vật liệu có khả năng tƣơng hợp sinh học khác lên trên bề mặt của các hạt MNPs trong hoặc sau khi tổng hợp. Bảng 1.1 trình bày kết quả nghiên cứu về độ tƣơng thích sinh học
và độc tính của các hạt nano sau biến tính.Kết quả nghiên cứu cho thấy các hạt nano oxit sắt đã không thể hiện độc tính sau khi phủ trên bề mặt lớp polyme tƣơng thích sinh học. Đối với các ứng dụng liên quan đến hiện tƣợng sinh học xảy ra ên ngoài cơ thể sống độ tƣơng thích sinh học cũng rất quan trọng [5] điều này đảm bảo rằng các protein hay các tế bào sẽ không bị biến tính khi tiếp xúc với MNPs. Đây cũng là yêu cầu cơ ản cần thiết cho các phƣơng pháp iến tính bề mặt bằng liên kết cộng hóa trị, liên kết ái lực hay hấp phụ vật lý.
Bảng 1.1.Kết quả nghiên cứu đặc tính tương thích sinh học và độc tính của vật liệu nano từ tính có và không có biến tính
Tác giả Lõi hạt Vật liệu phủ Kích thƣớc hạt Vật liệu sinh học Kết quả
Kral Fe3O4 PEO/C18 70 nm -CHO của động vật có vú
Độc tính nhẹ
Pisanic Li Fe2O3 không 8 nm Tế bào thần kinh
Phụ thuộc liều dùng Ajay Fe3O4 pullulan 40 -45 nm Tế bào sợi da
ngƣời
Không độc hại
Karin Fe3O4 dextran 30 nm Tế bào bạch cầu
Không độc hại