Heparin là một loại polysaccharide bao gồm hai chuỗi polymer có độ dài và trình tự biến đổi, có vai trò quan trọng trong các quá trình sinh lý khác nhau của cơ thể. Heparin thường được phân bố nhiều trong chất nền ngoại bào và thường gắn với protein. Hạt nano vàng được tổng hợp với chất bảo vệ chitosan có khả năng gắn kết rất tốt với phân tử heparin thông qua tương tác tĩnh điện của các nhóm chức trên mạch chitosan. Cụ thể, nhóm NH3+ trên tiểu đơn vị glucosamine tích điện dương (trong khoảng pH thích hợp) có thể liên kết với phân tử heparin tích điện âm [22].
Quá trình gắn kết của các phân tử chitosan trên bề mặt hạt nano vàng với heparin thông qua tương tác tĩnh điện có thể làm tăng kích thước của hạt nano dẫn đến hiện tượng tự keo tụ. Các hiện tượng này có thể được thể hiện qua sự thay đổi của đỉnh cộng hưởng plasmon và cường độ hấp thu trên phổ UV-Vis của mẫu nano vàng.
Ngoài ra, có thể quan sát được hiện tượng chuyển màu của dung dịch keo nano vàng khi thêm heparin [22]. Dựa vào các tính chất nêu trên, có thể thiết kế được phương pháp phát hiện heparin trong môi trường sinh học với vật liệu nano vàng.
Bên cạnh đó, có thể phân tích được sự tăng kích thước trung bình của hạt nano Au@chitosan với phương pháp DLS, và sự thay đổi điện tích bề mặt của hạt nano với phương pháp đo thế zeta.
Hình 3.24. Mô hình thể hiện sự tương tác tĩnh điện của heparin với lớp chất bảo vệ chitosan bên ngoài nano vàng [22]
Kết quả phân tích UV-Vis của các mẫu nano vàng sau khi thực hiện gắn kết với heparin cho thấy có sự chuyển dịch bước sóng về phía sóng dài tại pH 3 và 4 (617-642 nm tại các mẫu được thực hiện tại pH 3, và 636-649 nm tại các mẫu thực hiện với pH 4) khi tăng nồng độ heparin từ 0 đến 5000 IU/mL, dự đoán có sự tăng kích thước hạt [22]. Sự thay đổi bước sóng cực đại hấp thu có thể là do quá trình keo tụ của hạt nano vàng được bảo vệ với chitosan tương tác với chuỗi polyanion heparin. Kết quả khảo sát DLS khi phân tích kích thước trung bình của hạt nano hình thành trong hệ keo cho kết quả phù hợp với các dự đoán về sự chuyển dịch bước sóng plasmon bề mặt [22]. Tại pH 3, kích thước trung bình của hạt nano Au@chitosan-heparin là 644,4 nm so với kích thước trung bình của nano
Au@chitosan dạng hình sao là 144,0 nm. Tại pH 4, kích thước trung bình của hạt nano Au@chitosan-heparin là 242,4 nm so với kích thước trung bình của nano Au@chitosan là 112,1 nm. Cường độ hấp thu của các mẫu Au@chitosan-heparin được thực hiện tại pH 3 cũng giảm dần khi tăng nồng độ heparin từ 1000 đến 5000 IU/mL (từ 0,708 đến 0,529), có thể là do sự giảm dần số lượng của hạt nano hình thành trong dung dịch keo.
Hình 3.25. Phổ UV – Vis của các mẫu nano Au gắn heparin với các nồng độ khác nhau tại giá trị pH 3 và 4
Bảng 3.10. Kết quả bước sóng và cường độ hấp thu cực đại UV–Vis của mẫu nano Au@chitosan-heparin với nồng độ heparin khác nhau từ 0 đến 5000 IU/mL tại giá trị pH 3, và 4
Mẫu
pH 3 pH 4
Bước sóng (nm)
Độ hấp thu (a.u.) Bước sóng (nm) Độ hấp thu (a.u.)
Heparin 0 617 0,642 636 0,887
Heparin 0.2 658 0,708 639 0,806
Heparin 0.4 666 0,635 634 0,809
Heparin 0.6 662 0,598 633 0,847
Heparin 0.8 669 0,545 647 0,629
Heparin 1.0 642 0,529 649 0,796
Kết quả phân tích thế zeta cho thấy các mẫu nano Au@chitosan sau khi tương tác với heparin đều cho giá trị thế âm trong điều kiện pH từ 1 đến 6. Sự thay đổi điện tích bề mặt của lớp điện kép có thể giải thích dựa trên cấu trúc của phân tử heparin, tích điện âm trong khoảng pH khảo sát. Dựa vào sự thay đổi điện tích trên bề mặt của hạt nano, có thể dự đoán được các phân tử heparin đã hấp phụ lên lớp chất bảo vệ chitosan thông qua tương tác tĩnh điện. Đây cũng là nguyên tắc quan trọng trong xác định sự hiện diện của heparin [22].
Bảng 3.11. Giá trị thế zeta của mẫu nano Au@chitosan và Au@chitosan- heparin tại giá trị pH khác nhau
pH Thế zeta của
Au@chitosan (mV)
Thế zeta của Au@chitosan- heparin (mV)
1 -2,2 -0,1
3 23,7 -30,8
4 23,7 -19,9
6 11,3 -7,6
Hình 3.26. Thế zeta của mẫu nano Au@chitosan-heparin (màu xanh) và mẫu nano Au@chitosan (màu đỏ) được chế tạo tại pH 1, 3, 4, và 6
Vậy tại điều kiện pH 3 có thể xác định được heparin với nồng độ thay đổi từ 1000 đến 5000 IU/mL của vật liệu nano vàng dạng hình sao với chất bảo vệ chitosan.