CHƯƠNG II : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Phương pháp tổng hợp
2.1.1 Phương pháp đồng kết tủa tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4
Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp đã lâu đời và đơn giản. Chất tạo phản ứng là các muối vơ cơ như FeCl2, FeCl3, FeSO4, …được hịa tan trong mơi trường nước, sau đĩ được cho phản ứng với dung dịch bazơ hyđơxit như KOH, NaOH, NH4OH,…để tạo kết tủa. Hạt nano hình thành cĩ kích thước khoảng 2-30nm. Ta cĩ thể điều khiển kích thước hạt bằng việc thay đổi độ pH, thay đổi lượng nước, nồng độ dung dịch muối ban đầu, nhiệt độ trong lúc chế tạo. Để thu được hạt cĩ độ đồng nhất cao, cần phân tách thành hai giai đoạn hình thành mầm và phát triển mầm. Quá trình tạo mầm được đặc trưng bởi sự tăng nồng độ của chất đến gần nồng độ bão hồ tới hạn. Trong quá trình phát triển mầm, nồng độ của dung dịch giảm. Cĩ ba cơ chế phát triển mầm (hình 2.1): Hạt đồng nhất phát triển nhờ sự khuyếch tán (đường cong I), hạt đồng nhất phát triển do sự kết hợp các phần tử nhỏ lại với nhau (đường cong II), hạt đồng nhất nhận được do sự kết hợp của nhiều mầm (đường cong III).
Hình 2.1. Cơ chế hình thành các hạt nano: Ba cơ chế phát triển mầm
Cơ chế tổng hợp hạt nano ơxít sắt như sau: với tỉ phần mol Fe3+/Fe2+ = 2 : 1 trong mơi trường kiềm cĩ pH = 9 – 14.
Fe3+ + H2O → Fe(OH)x3-x (thơng qua quá trình mất proton) Fe2+ + H2O → Fe(OH)y2-y (thơng qua quá trình mất proton)
Fe(OH)x3-x + Fe(OH)y2-y → Fe3O4 (thơng qua quá trình oxi hĩa và dehydride hĩa) Tổng hợp các phản ứng trên chúng ta cĩ phương trình sau:
Magnetite dễ bị oxi hố trong khơng khí thành maghemite (-Fe2O3) theo phương trình:
4 Fe3O4 + O2→ 6-Fe2O3
Ở nhiệt độ cao, maghemite bị oxi hố thành hematite (α- Fe2O3).
Mặc dù đồng kết tủa là phương pháp đơn giản nhưng khi các hạt hình thành chúng kết tụ rất mạnh. Sự kết tụ làm hạn chế khả năng ứng dụng tiếp theo, do đĩ địi hỏi phải cĩ sự biến đổi bề mặt. Ngồi ra, để ứng dụng trong y sinh học các hạt này cần cĩ chức năng hĩa bề mặt với các chất tương thích sinh học.
2.1.2 Phương pháp solvothermal tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4
Phương pháp Solvothermal là quá trình tổng hợp các loại vật liệu nano xảy ra ở nhiệt độ cao và áp suất lớn. Trong phương pháp này người ta sử dụng khả năng hịa tan hầu hết các chất vơ cơ ở nhiệt độ cao, áp suất lớn và sự tinh thể hĩa của chất lỏng vật liệu hịa tan. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến q trình này là nhiệt độ, áp suất và thời gian. Bằng phương pháp này, người ta cĩ thể tổng hợp vật liệu nano với nhiều hình thái, kích thước, plane tinh thể, tính chất điện hĩa khác nhau. Trong những năm vừa qua, Fe3O4 đã được tổng hợp bằng phương pháp solvothermal với nhiều hình thái khác nhau như: Nanosphere, nanocube, nanowires, nanooctahedra, nanotubes, nanorings, nanoplates và nanoprisms [20,21,31].
Trong luận văn này, chúng tơi sử dụng phương pháp solvothermal để tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4 cĩ độ từ hĩa bão hịa cao thơng qua phản ứng giữa muối FeCl3.6H2O và natri acetate với sự tham gia của ethylene glycol và poly ethylene glycol – 2000 ở nhiệt độ cao.
Phản ứng xảy ra theo các phương trình: CH2OH-CH2OH →CH3CHO + H2O
Fe3+ + 2CH3CHO → Fe2+ + 2H+ + CH3COCOCH3 Fe3+ + 3OH-→Fe(OH)3
Fe2+ + 2OH-→Fe(OH)2
2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 → Fe3O4 + 4H2O
2.1.3 Phương pháp tạo lớp bao phủ SiO2 lên hạt nano từ tính Fe3O4
Phương pháp phổ biến dùng để bọc silica lên hạt nano ơxít sắt là phương pháp sol – gel, phương pháp Stober và phun nhiệt phân. Lớp phủ silica làm tăng kích thước của hạt và làm thay đổi tính chất từ của hạt nano từ. Lớp phủ silica cĩ độ dày khoảng 5
-200nm cĩ thể điều khiển b nước. Bên cạnh đĩ lớp phủ
thơng qua nhĩm hydroxyl trong mơi trư Stober và phương pháp sol-
được Stober, Fink và Bohn phát tri
chế các hạt cầu nano silica đơn phân tán qua quá tr tetraethylorthosilicate (TEOS) trong dung d
hình thành cấu trúc đặc sít hơn là m thể tích của nước/TEOS thư
Thủy phân (hydrolysis).
(alkolxides Silicon)
Ngưng tụ (polycondensation).
Hình 2.2. Sơ đ
Hình 2.3. Mạng lưới silica vớ
2.1.4 Phương pháp chức năng hĩa bề mặt hạt nano FePhản ứng silane hĩa bề Phản ứng silane hĩa bề
giai đoạn[29]:
n bằng cách thay đổi nồng độ amoniac và tỉ lệ ủ silica dễ dàng được hình thành trên bề m
thơng qua nhĩm hydroxyl trong mơi trường nước, đặc biệt khi dùng phương pháp -gel. Trong bài này chúng tơi sử dụng phương pháp Stober, c Stober, Fink và Bohn phát triển. Phương pháp này được sử dụng r
u nano silica đơn phân tán qua quá trình thủy phân và ngưng t tetraethylorthosilicate (TEOS) trong dung dịch bazơ gồm nước và rượ
c sít hơn là mạng polymer thì trong q trình đi /TEOS thường là lớn hơn 20/1 và độ pH cao[25].
(alkolxides Silicon) (silanols) (polycondensation).
(siloxane )
ơ đồ quá trình thủy phân và ngưng tụ TEOS.
ới sự hình thành nhĩm Silanol do TEOS ngưng t tồn.
ức năng hĩa bề mặt hạt nano Fe3O4/SiO2với APTES ề mặt hạt nano lõi – vỏ Fe3O4/SiO2 bằng APTES di
ệ của TEOS với mặt hạt Fe3O4 từ t khi dùng phương pháp ng phương pháp Stober, ng rộng rãi để điều y phân và ngưng tụ ợu. Để thúc đẩy điều chế hạt tỉ lệ
nhĩm Silanol do TEOS ngưng tụ khơng hồn
ới APTES
Giai đoạn 1: Xảy ra phản ứng thủy phân. Khi đĩ, nhĩm alkoxide (-OC2H5) được thay thế bằng nhĩm hydroxyl(-OH) để hình thành nhĩm hoạt động silanol (Si-OH) trên phân tử APTES.
Giai đoạn 2: Nhĩm silanol trên bề mặt hạt nano sẽ liên kết cộng hĩa trị với nhĩm silanol của APTES để hình thành liên kết Si-O-Si qua phản ứng khử nước.
Si-OH C2H5O Si-O
Si-OH + C2H5O-Si-(CH2)3-NH2 →Si-O-Si--(CH2)3-NH2 Si-OH C2H5O Si-O
Hình 2.4 Sơ đồ phản ứng gắn APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2
2.1.5 Phương pháp xác định hàm lượng protein theo Bradford
Một trong những phương pháp nhanh và cĩ độ nhạy cao để xác định hàm lượng protein là phương pháp Bradford[24]. Phương pháp này cĩ thể xác định tới 1µg hĩa chất và ít tốn thời gian. Một ưu điểm lớn của phương pháp này là ít bị cản trở bởi hĩa chất sử dụng trong nghiên cứu protein.
Nguyên tắc: Phương pháp này dựa trên sự thay đổi bước sĩng hấp thu cực đại của thuốc nhuộm Coomassie Brillant Blue khi tạo phức hợp với protein. Trong dung dịch mang tính acid khi chưa kết nối với protein thì thuốc nhuộm ở dạng màu đỏ cĩ bước sĩng thấp là 465nm và khi kết hợp với protein thì thuốc nhuộm chuyển sang màu xanh và hấp thu cực đại ở bước sĩng 595nm. Độ hấp thu ở bước sĩng 596nm cĩ liên hệ một cách trực tiếp với nồng độ protein. Để xác định protein trong mẫu, đầu tiên ta xây dựng đường chuẩn với dung dịch protein chuẩn đã biết nồng độ. Sau khi cho nồng độ protein vào thuốc nhuộm màu, màu sẽ xuất hiện sau 2 phút và bền tới 1 giờ. Tiến hành đo phổ tử ngoại khả kiến của dung dịch ta được ODx, độ hấp thụ sẽ tỉ lệ với protein trong mẫu. Thực hiện một đối chứng với HCl (ODO). Lấy giá trị ∆OD = ODx – ODO. Lượng protein trong mẫu dung dịch đo được xác định bằng cách dựa vào đường chuẩn từ giá trị ∆OD ở trục tung, từ đĩ suy ra nồng độ protein tương ứng trên trục hồnh.
2.1.6 Phương pháp gắn protein lên Fe3O4/SiO2