gel và phương pháp kết tủa
BET của PNS t ổ ng h ợ p t ừ phương pháp Sol -Gel
Để khảo sát diện tích bề mặt cũng như đốn biết được cấu trúc vật liệu, BET là một trong những phương pháp mạnh mẽ Từ đường hấp phụ đẳng nhiệt trên ta thấy: đường đẳng nhiệt hấp phụ này đặc trưng cho vật liệu có cấu trúc giúp ta kết luận rằng vật liệu sau biến tính vẫn có cấp trúc xốp Hơn nữa hạt có diện tích bề mặt là 129,818 m2/g (xem phụ lục 10), so với các nghiên cứu diện tích bề mặt vật liệu khơng q lớn [47]
Với diện tích bề mặt hơi nhỏ gây hạn chế cho việc mang thuốc cho nên tiến hành biến tính PNS để tăng liên kết hóa học, tăng độ hấp phụ của thuốc và chất mang Việc biến tính có thể khơng làm tăng diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp nhưng nếu chọn tác nhân biến tính phù hợp sẽ tạo được liên kết hóa học, tăng độ hấp phụ khi mang thuốc góp phần nâng cao hiệu suất mang thuốc
BET của PNS t ổ ng h ợ p t ừ phương pháp kế t tủ a
Khảo sát diện tích bề mặt BET của vật liệu PNS tổng hợp từ phương pháp kết tủa ta có kết quả như sau: diện tích bề mặt là 117,047 m2/g, thể tích lỗ xốp là 0,137 cm3/g và đường kính lỗ xốp là 12,037 Ao Vậy diện tích bề mặt nhỏ hơn một chút so với vật liệu PNS tổng hợp từ phương pháp sol-gel
3 2 Biến tính nano silica xốp
3 2 1 Biến tính thơng qua cầu nối GPTMS
3 2 1 1 Biến tính bằng Hydrazine (tổng hợp PNS-GPTMS-Hydrazin-chất mang thuốc 1)Kích thướ c hạ t nano silicate bi ế n tính b ằng ch ụp TEM Kích thướ c hạ t nano silicate bi ế n tính b ằng ch ụp TEM
Theo một số nghiên cứu về ứng dụng của vật liệu nano trong lĩnh vực y học báo cáo rằng hiệu quả hấp thu của tế bào giảm khi tăng kích thước hạt Các hạt nano trong phạm vi 100- 200 nm có tiềm năng lớn để kéo dài thời gian lưu thơng trong máu vì chúng đủ lớn để tránh sự hấp thu chọn lọc trong gan, nhưng đủ nhỏ để tránh bởi cơ chế lọc của lá lách Bên cạnh đó, kích thước nhỏ (20-100 nm) cho phép các hạt nano thụ động tập trung quanh các tế bào khối u thông qua hiệu quả thẩm thấu và lưu giữ, tăng cường tích tụ nội bào và giữ các hạt nano trong vùng khối u [33]
Qua phân tích ảnh TEM của PNS-GPTMS (A) và PNS-GPTMS-Hydrazine (B) ta thấy có dạng hình cầu có đường kính từ 35-60 nm và 45-70 nm đạt yêu cầu ứng dụng làm vật liệu dẫn truyền thuốc
Hình 3 8 Ảnh TEM của PNS-GPTMS (A, A’) và PNS-GPTMS-Hydrazine (B, B’) Phân tích kế t qu ả phổ FTIR (hình 3 9):
Các đỉnh hấp thu tại 1083 cm-1 và 870 cm-1 mô tả dao động biến dạng của liên kết Si- O-Si thể hiện liên kết C-O của PNS
Các dải dao động ở 3425 cm-1 thể hiện nhóm OH trên bề mặt PNS
Trong phổ FTIR của PNS-GPTMS có đỉnh hấp thu rõ ở 917 cm-1 cho biết sự hiện diện của vòng epoxy chứng tỏ GPTMS đã gắn lên bề mặt của PNS[77, 78]
Đỉnh hấp thu ở khoảng 1600 cm-1 thể hiện dao động uốn cong của O-H có trong phân tử nước hấp phụ bởi vật liệu
So sánh phổ FTIR của của PNS-GPTMS (b) và PNS-GPTMS-hydrazine (c) nhận thấy tín hiệu hấp phụ ở 917 cm-1 giảm đáng kể cho thấy hydrazine đã liên kết với GPTMS thơng qua phản mở vịng epoxy [77]
Hình 3 9 FTIR của PNS (a), PNS-GPTMS (b) và PNS-GPTMS-Hydrazine (c) 3 2 1 2 Biến tính bằng Chitosan-mPEG (tổng hợp PNS-GPTMS-Chitosan-mPEG viết tắt PNS-GPTMS-CS-mPEG là chất mang thuốc 2)
Phân tích ả nh TEM
Qua phân tích ảnh TEM của PNS-GPTMS-CS-mPEG ta thấy hạt vẫn có dạng hình cầu phân bố đều đẹp, có đường kính từ trong khoảng 55-75 nm đạt yêu cầu ứng dụng làm vật liệu dẫn truyền thuốc
Hình 3 10 Ảnh TEM của PNS-GPTMS –CS-mPEG Phân tích kết quả phổ FTIR
Quan sát phổ FTIR của PNS và PNS-GPTMS ta thấy các dao động ở các số sóng như sau:
Mũi hấp thu ở số sóng 1615 cm-1 thể hiện dao động uốn cong của nhóm –OH là dao động của phân tử nước bị hấp phụ trong vật liệu
Các dải dao động ở 3425 cm-1 thể hiện dao động kéo giãn nhóm -OH trên bề mặt PNS Các đỉnh nhỏ từ 2800 – 3000 cm-1 chỉ có trong phổ của PNS-GPTMS khơng có trong phổ PNS
Các đỉnh hấp thu tại 1083 cm-1 và 870 cm-1 mô tả dao động biến dạng của liên kết Si- O-Si thể hiện liên kết C-O của PNS
Trong phổ FTIR của PNS-GPTMS có đỉnh hấp thu ở 917 cm-1 cho biết sự hiện diện của vòng epoxy chứng tỏ GPTMS đã gắn lên bề mặt của PNS [78]
Các đỉnh hấp thu ở 2417 cm-1 và 2333 cm-1 thể hiện dao động biến dạng của C-H có trong PNS-GPTMS
Quan sát phổ PNS-GPTMS-Chitosan-mPEG ta thấy xuất hiện tín hiệu ở số sóng 1736 cm-1 (amide I) và 1635 cm-1 (amide II) trong chitosan Tín hiệu này đóng vai trị quan trọng trong việc kết luận đã gắn được Chitosan-mPEG lên hạt PNS-GPTMS [79]
Hình 3 11 Kết quả FTIR của a) Nano silica xốp (PNS); b)PNS-GPTMS; c) PNS-GPTMS– Chitosan-mPEG; d) Chitosan -mPEG
Phân tích b ằng gi ản đồ TGA
Tiến hành đo TGA của 5,17 mg mẫu, gia nhiệt 10oC/phút đến 800oC trong khí quyển nitơ, ta thu được những nhận xét như sau:
Sự giảm khối lượng mẫu ban đầu là do hơi ẩm, khối lượng này chiếm một lượng không đáng kể Trong khoảng nhiệt độ từ 264oC đến 280oC, có sự giảm khối lượng một cách đáng
kể khoảng 38,5% Khối lượng tiếp tục giảm khi gia nhiệt lên đến 600oC, và cuối cùng mẫu bền nhiệt đến 800oC
Tổng cộng trong 5,17 mg mẫu đem phân tích đã có sự giảm khối lượng đến 45,83% đồng nghĩa với việc giảm đi 2,35 mg So sánh với giản đồ TGA của PNS-GPTMS, ta thu được những kết luận như sau:
Trong 9,12 mg PNS-GPTMS, có khoảng 1,76 mg 3-glydoxypropyl Điều này đồng nghĩa với việc trong 5,12 mg mẫu PNS-GPTMS-CS-mPEG có khoảng 0,99 mg 3- Glydoxypropyl
Như vậy với phép trừ đơn giản ta sẽ có khoảng 1,36 mg CS-mPEG có trong 5,12 mg mẫu
Vậy qua giản đồ TGA ta thấy khẳng định thêm kết quả biến tính CS-mPEG trên PNS thơng qua cầu nối GPTMS[79]
Hình 3 12 Giản đồ TGA của PNS-GPTMS (a) và PNS-GPTMS-Chitosan-mPEG (b)
Đường đẳng nhi ệ t h ấ p ph ụ BET (Brunauer-Emmett-Teller) c ủa h ệ PNS-GPTMS-Chitosan- mPEG
Đo BET để khảo sát diện tích bề mặt cũng như dự đoán được cấu trúc vật liệu Từ đường hấp phụ đẳng nhiệt trên kết luận rằng vật liệu sau biến tính vẫn có cấp trúc xốp Hệ nano silica xốp (PNS) sau khi biến tính bằng chitosan-mPEG có diện tích bề mặt là 91,38 m2/g Mặc dù thấp hơn hệ chưa biến tính một chút do chitosan che chắn một phần bề mặt PNS tuy nhiên với diện tích bề mặt này vẫn khá tốt giúp ta củng cố hi vọng rằng vật liệu mới tạo ra sẽ giúp mang thuốc một cách hiệu quả
3 2 2 Biến tính thông qua cầu nối APTES
Mặc dù (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) được gắn lên PNS trở thành PNS- APTES dùng làm cầu nối trong q trình biến tính PNS Tuy nhiên, có một điều thú vị là PNS-APTES có nhóm amino (-NH2) nên cũng có khả năng mang DOX thơng qua liên kết amine Do đó, chúng tơi dùng PNS-APTES làm chất mang thuốc số 3 và khảo sát khả năng mang giải phóng
3 2 2 1 Biến tính bằng gelatin (tổng hợp PNS-APTES-COOH-gelatin cịn gọi PNS-APTES- COOH-GE (chất mang thuốc 4))
Phân tích kế t qu ả phổ FTIR
Để chứng minh cho sự thành cơng khi biến tính từng bước các nhóm chức lên bề mặt PNS Ta tiến hành đo từng mẫu trong cùng điều kiện và nhận thấy rằng:
Mũi hấp thu ở 1615 cm-1 là dao động uốn của OH của phân tử nước bị hấp phụ trong vật liệu
Băng hấp phụ 3417 cm-1 tượng trưng cho dao động uốn cong của O-H trên bề mặt PNS Đỉnh hấp thu tại 1093 cm-1 và 813 cm-1 mô tả dao động kéo giãn của Si-O-Si và Si-O Đỉnh hấp thu tại 2417 cm-1 tương ứng với dao động kéo giãn của nhóm C-H
Xem phổ (b); nhóm amino được thể hiện qua dao động đối xứng tại 1435 cm-1 và 860 cm-1 chứng minh APTES đã gắn lên bề mặt PNS
Qua phổ (c) cho thấy khi PNS-APTES tạo liên kết hóa học với anhydrid succinic hình thành nên PNS-APTES-COOH hấp thu đặc trưng tại 1630 và 1560 cm-1
Phổ (d) cho thấy đỉnh hấp thu tại 1610 và 1541 cm-1 tương ứng với nhóm amino trong Gelatin [80]
Hình 3 13 FTIR của (a) PNS, (b) PNS-APTES, (c) PNS-APTES-COOH, (d) PNS- APTES- COOH-GE
Kết quả trên đã được so sánh đối chiếu với nghiên cứu của J Zhang và cộng sự [81] thấy có sự tương đồng chứng minh gelatin đã biến tính thành cơng trên bề mặt PNS
Kích thướ c hạ t nano silicate bi ế n tính b ằng ch ụp TEM
Hình 3 14 Ảnh TEM của vật liệu nano silicate sau khi biến tính bằng gelatin
Qua hình ảnh TEM và phân bố kích thước của PNS-APTES-COOH-GE cho thấy hạt PNS sau biến tính bằng gelatin có dạng hình cầu, kích thước đồng đều trong khoảng 60- 70nm, với kích thước đó hạt có khả năng kéo dài thời gian lưu thông trong máu tránh sự hấp thu có chọn lọc ở gan, nhưng đủ nhỏ để tránh lọc cơ học bởi lá lách Ngồi ra, kích thước trong khoảng (50 – 100nm) cho phép các hạt nano nhắm mục tiêu thụ động vào các tế bào
khối u thơng qua hiệu ứng tăng tính thấm và duy trì (EPR), tăng cường tích lũy nội bào và định vị các hạt nano trong khu vực khối u [82]
3 2 2 2 Biến tính PNS bằng GEL-mPEG (tổng hợp PNS-APTES-COOH-GEL-mPEG haycòn gọi tắt là PNS-Gelatin-mPEG (chất mang thuốc 5) cịn gọi tắt là PNS-Gelatin-mPEG (chất mang thuốc 5)
Kích thướ c hạ t nano silicate bi ế n tính b ằng ch ụp TEM
Từ TEM ta nhận thấy hệ sau khi biến tính vẫn ở dạng hạt hình cầu So sánh với kích thước hạt PNS thì kích thước hạt PNS-Gelatin-mPEG tăng lên sau biến tính và đạt độ đồng đều tương đối cao Kích thước PNS sau khi biến tính là 69,60±3,27 nm
Hình 3 15 Ảnh TEM, sơ đồ phân bố kích thước hạt của vật liệu nano silicate trước biến tính(a,b) và sau biến tính bằng GEL-mPEG (c,d)
Phân tích nhi ễ u x ạ tia X
Để tiến hành kiểm tra sự thay đổi về cấu trúc tinh thể của hạt nano silica sau khi biến tính bằng Gelatin-mPEG, nghiên cứu tiến hành phân tích nhiễu xạ tia X và thu được kết quả sau:
Hình 3 19 (a) có hai đỉnh nhiễu xạ cực đại xung quanh 3,4o và 6,8o đặc trưng cho lõi CTAB (Cetyltrimethylamnonium bromide) Sản phẩm được đo khi còn nguyên CTAB chưa ngâm hỗn hợp nano silica trong dung dịch acid acetic để rút lõi
Hình 3 19 (b) có hai đỉnh nhiễu xạ cực đại trong khoảng 20o và 26o tương ứng với sự hiện diện của nano silica
Hình 3 19 (c), giản đồ XRD của mẫu PNS-APTES-COOH-GEL-mPEG cho thấy sự tăng cường độ nhiễu xạ ở 26,9o và phản xạ mới xuất hiện ở 2θ là 23,2o; phản xạ yếu ở 26,9 o là do
liên hợp với GEL-mPEG góp phần chứng minh cho sự thành cơng của PNS-APTES- COOH-GEL-mPEG
Hình 3 16 Giản đồ XRD góc nhỏ của (a) PNS (CTAB), (b) PNS-COOH, and (c) PNS-GEL- mPEG
Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano PNS-Gelatin-mPEG tổng hợp được cho thấy sự xuất hiện của các mũi đặc trưng của nano silica 2θ = 22là phù hợp với cấu trúc xốp của hạt nano silica[83] Trên giản đồ cũng xuất hiện mũi đặt trưng của PEG và gelatin Kết quả thu được từ mẫu PNS-Gelatin-mPEG giống với mẫu của PNS Điều đó cho thấy rằng sau khi được biến tính bởi Gelatin-mPEG, khơng ảnh hưởng tới cấu trúc hạt nano silica
Phân tích kế t qu ả phổ FTIR
Quan sát phổ IR, nhận thấy có cả các dao động của phổ PNS-COOH và phổ Gelatin- mPEG ở các bước sóng như sau:
-
- -
N-H dao động kéo giãn và N-H uốn cong lần lượt hấp thu ở bước sóng 3424 cm-1 và 1564 cm-1
C-H dao động kéo giãn đối xứng của PEG hấp thu ở bước sóng 2888 cm-1
Các đỉnh của Gelatin hấp thụ ở bước sóng: 2741 cm-1; 2696 cm-1; 842 cm-1; 1107 cm- ;
- Các đỉnh nằm trong peak lớn đặc trưng của nano silica Các peak hấp thu có bước sóng ở 462 cm-1, 530 cm-1, 1 061 cm-1 là của Si-O-Si C-Si-O hấp thu ở bước sóng 961 cm-1
- Hai đỉnh liên kết của amide, đây cũng là đỉnh hấp thu thể hiện phản ứng biến tính hệ nano thành cơng Liên kết C=O dao động kéo dãn hấp thu ở bước sóng 1659 cm-1 và liên kết N-H giao động uốn cong hấp thu ở bước sóng 1564 cm-1
Từ kết quả trên, chứng tỏ các dao động đặt trưng của các giai đoạn tổng hợp vẫn còn và cả những dao động liên kết của C=O và N-H Như vậy, phổ này góp phần minh chứng đã tổng hợp và biến tính thành cơng hệ nano silica
Hình 3 17 Phổ FTIR của (a) PNS, (b) PNS-APTES (c) PNS-APTES-COOH, (d) GEL- mPEG, and (e) PNS-GEL-mPEG
Phân tích b ằng gi ản đồ TGA c ủ a h ệ PNS-APTES-Gelatin-mPEG
Để khẳng định thêm việc biến tính Gelatin-mPEG trên vật liệu nano silica xốp, chúng tơi tiến hành phân tích TGA Mẫu được nung trong khí quyển đến 800oC, gia nhiệt
10oC/phút Qua kết quả phân tích giản đồ TGA ta nhận thấy: -
-
-
Giai đoạn đầu dưới 200 oC, trên giản đồ nhiệt của PNS giảm nhẹ khoảng 20% trọng lượng đó là sự bay hơi nước trên bề mặt nano silica và sự ngưng tụ của silanol [84] Xét giản đồ TGA của PNS-COOH cho thấy mức tăng khối lượng cao hơn PNS khoảng 89% đó là sự phân hủy nhiệt của nhóm anhydride succinic chứng minh PNS- COOH đã được tổng hợp
So sánh giản đồ phân tích nhiệt của PNS-GEL-mPEG và GEL-mPEG, từ nhiệt độ 300 oC đến 600 oC ta thấy trên giản đồ của PNS-GEL-mPEG có một lượng giảm đi
đáng kể 85,30%, đó chính là khối lượng đại diện cho GEL-mPEG trên bề mặt đã biến tính trên nano silica xốp (PNS)
Hình 3 18 Giản đồ TGA của PNS; PNS-APTES-COOH; GEL-mPEG và PNS- GEL-mPEG Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET (Brunauer-Emmett-Teller)của hệ PNS-APTES-COOH-
GEL-mPEG
Đo BETcủa hệ PNS-APTES-GEL-mPEG để khảo sát diện tích bề mặt cũng như dự đốn được cấu trúc vật liệu Từ đường hấp phụ đẳng nhiệt trên ta thấy vật liệu sau biến tính vẫn có cấp trúc xốp Hệ nano silica xốp (PNS) sau khi biến tính bằng GEL-mPEG có diện tích bề mặt là 7,7245 m²/g, diện tích bề mặt này khá nhỏ hơn rất nhiều so với hệ chưa biến tính đó là do gelatin có cấu trúc polymer che chắn phần lớn bề mặt PNS Tuy nhiên với sự biến tính gelatin sẽ góp phần tạo thêm nhiều nhóm amino (-NH2) và nhóm carbonyl (C=O) trên bề mặt vật liệu nhằm mong muốn tạo liên kết imine giữa vật liệu và thuốc, hứa hẹn một hiệu suất mang thuốc cao và kết quả giải phóng DOX tốt hơn hệ chưa biến tính [22]
3 2 2 3 Biến tính SS-CS-PEG (tổng hợp PNS@CS-PEG hay cịn gọi là PNS-APTES-SS- COOH-CS-PEG (chất mang thuốc 6))
Kích thướ c h ạt nano silicate bi ế n tính b ằ ng CS-PEG (PNS-APTES-SS-COOH-CS-mPEG) qua ảnh ch ụp TEM
Kích thước và hình dạng của hạt nano là yếu tố quan trọng trong việc ứng dụng làm chất dẫn truyền thuốc Qua ảnh TEM cho thấy, các hạt nano PNS@CS-PEG có dạng hình cầu, phân bố đều, kích thước trung bình là 65±15 nm, phù hợp để mang thuốc
Hình 3 20 Ảnh TEM của vật liệu PNS@CS-PEG và sơ đồ phân bố kích thước hạt Phân tích kế t qu ả phổ FTIR
Quan sát phổ FT-IR, nhận thấy ở các bước sóng như sau: - - - - - - -
1100 cm-1 và 900 cm-1 mô tả dao động kéo giãn bất đối của liên kết Si-O-Si và sự kéo dài liên kết C-O
Đỉnh hấp thu 1600 cm-1 đặc trưng nhóm OH
Sự hấp thu của nhóm carboxyl (C=O), dao động kéo giãn của amin bậc 1, và dao động uốn cong N-H của amin bậc 2 lần lượt là 1690 cm-1, 1639 cm-1 và 1568 cm-1 Dải hấp thu 3400 cm-1 mơ tả O-H của nhóm C-OH có trong PEG