CHƢƠNG 2 : VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.12. Phương pháp đo size, phân bố size và thế zeta
Kích thƣớc hạt và phân bố kích thƣớc là những thơng số quan trọng trong kiểm tra độ ổn định của chế phẩm và sự phù hợp của kích cỡ hạt nano với việc dẫn truyền gen vào tế bào, đây là các thông số luôn đƣợc xem xét trong quá trình bào chế, sản xuất và bảo quản.
Kích thƣớc hạt (nanoparticle size)
Đo kích thƣớc hạt theo phƣơng pháp tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering – DLS): là phƣơng pháp có thể đo đƣợc kích thƣớc của các hạt siêu nhỏ, thậm chí nhỏ hơn 1 nm, bằng cách quan sát sự chuyển động nhiệt hoặc chuyển động Brown của các hạt trong mơi trƣờng phân tán. Kích thƣớc của các hạt đƣợc đo bằng cách quan sát sự tán xạ ánh áng laser từ các hạt, xác định tốc độ phân tán và kích thƣớc của các hạt nano đƣợc tính tốn theo phƣơng trình Stockes-Einstein:
D = kT/3πηd
D: hệ số khuếch tán k: hằng số boltmann
T: nhiệt độ η: độ nhớt mơi trƣờng phân tán d: đƣờng kính trung bình các hạt nano trong mẫu quan sát
Phƣơng pháp DLS là phƣơng pháp nhạy cảm với cƣờng độ ánh sáng tán xạ phát ra từ các hạt. Các hạt lớn thì phát tán ánh sáng lớn hơn so với các hạt nhỏ, hạt kích thƣớc 1 nm tán xạ một phần triệu lƣợng ánh sáng so với hạt kích thƣớc 10 nm. Zetasier Nano sử dụng công nghệ NIBS đã đƣợc cấp bằng sáng chế, với việc kết hợp độ nhạy cao và hiệu quả lƣợng tử lớn hơn 60% (so với 4% của các máy đo truyền thống).
Phân bố kích thƣớc hạt (size distribution)
Phân bố kích thƣớc hạt biểu thị tỉ lệ hạt theo đƣờng kính hạt nano trong mẫu quan sát. Có 3 kiểu phân bố: phân bố liên tục, phân bố rời rạc và phân bố tích lũy. Dãy phân bố kích cỡ có một đỉnh duy nhất hay nhiều đỉnh tùy theo trạng thái mẫu đồng nhất hay không đồng nhất. Tính đồng nhất thƣờng đƣợc biểu thị ở chỉ số đa phân tán (polydispersity index-PdI), chỉ số càng cao thì mức độ đồng nhất của mẫu càng thấp.
Thế zeta (zeta potential)
Khác với các dung dịch thực là các hệ hoàn toàn bền vững, dung dịch keo là các tập hợp không bền, nghĩa là chất tan dễ dàng tách khỏi dung dịch, có xu hƣớng kết tụ thành từng đám gọi là hiện tƣợng keo tụ, dƣới ảnh hƣởng của các yểu tố bên ngoài (nhiệt độ, chất điện ly, khuấy trộn...).
Đại lƣợng đặc trƣng cho độ ổn định của hệ phân tán keo là thế Zet (ζ). Các hạt với điện tích bề mặt nhất định sẽ hấp thụ từ dung dịch những ion có điện tích trái dấu. Sau đó, những ion đã hấp thụ sẽ bị hấp thụ các ion trái dấu với chúng trong dung dịch, tạo ra một lớp điện tích kép. Nhƣ vậy, lớp chất lỏng bao quanh các hạt gồm 2 lớp: lớp trong (lớp Sterm), trong đó các ion liên kết mạnh với bề mặt hạt và lớp ngồi (lớp khuếch tán) lực liên kết yếu hơn (Hình 2.2).
Hình 2.2. Bề mặt của hạt nano mang điện tích và thế năng zeta
Thế zeta thể hiện mức độ đẩy giữ các hạt tích điện cùng dấu gần nhau trong hệ phân tán và đƣợc đo bởi tốc độ di chuyển các tiểu phần trong vùng điện trƣờng. Đối với các phân tử và các hạt đủ nhỏ, thế zeta cao (âm hay dƣơng) sẽ cho độ ổn định cao, hệ phân tán sẽ chống lại sự keo tụ.
Bảng 2.6. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta Thế Zeta, mV Độ ổn định của hệ keo
0÷ ± 5 Kết tụ hay tập hợp thành từng đám rất nhanh ± 5÷ ± 30 Bắt đầu ổn định
± 30÷ ± 40 Độ ổn định trung bình ± 40÷ ± 60 Độ ổn định tốt
≥ 61 Độ ổn định rất tốt
Thế zeta đƣợc đo bằng cách áp đặt một điện trƣờng qua hệ phân tán, các hạt trong hệ phân tán sẽ di chuyển về điện cực trái dấu với một vận tốc tỷ lệ với độ lớn của thế zeta. Giá trị thế zeta phụ thuộc vào nhiều yếu tố tác động bao gồm:
- Độ pH của môi trƣờng phân tán: Đây là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến thế zeta. Nếu thêm kiềm vào một hệ huyền phù có thế zeta âm thì các hạt sẽ tích điện âm hơn. Nếu thêm axit vào hệ huyền phù này thì đến thời điểm nào đó thế zeta sẽ đạt giá trị khơng, tiếp tục bổ sung thêm axit sẽ tạo thế zeta dƣơng. Nhƣ vậy thế zeta sẽ dƣơng ở pH thấp hoặc âm ở pH cao. Theo đó, sẽ có điểm pH của môi trƣờng mà các hệ keo sẽ ổn định hoặc khơng ổn định. Đồng thời sẽ có một điểm mà đồ thị đi qua có thế zeta bằng khơng, đƣợc gọi là điểm đẳng điện (isoelectric point – IEP), có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm, là điểm mà tại đó hệ keo kém ổn định nhất.
Hình 2.3. Sự biến thiên của thế zeta theo giá trị pH của môi trƣờng
- Độ dẫn điện của mơi trƣờng: Độ dày của lớp điện tích kép phụ thuộc vào loại, nồng độ của các ion trong dung dịch và có thể đƣợc tính từ độ ion hóa của mơi trƣờng. Độ ion hóa càng cao, càng nén các lớp điện tích kép. Hóa trị của các ion cũng ảnh hƣởng đến độ dày của lớp điện tích kép. Ion hóa trị 3 sẽ nén lớp điện tích kép mạnh hơn so với ion hóa trị 2 và hóa trị 1, hệ càng kém ổn định.
- Nồng độ của các cấu tử hợp phần trong hệ: Tác động của nồng độ các cấu tử hợp phần trong hệ cũng nhƣ ảnh hƣởng của các tạp chất đến thế zeta rất phức tạp, phụ thuộc vào đặc trƣng cụ thể của từng hệ và chỉ xác định bằng thực nghiệm để có