1.1. Giới thiệu vật liệu nano vàng
1.1.3. Ứng dụng của nano vàng trên thế giới
Liang Wang và cộng sự đã tổng hợp vật liệu nano vàng dạng sao có độ tương hợp sinh học cao với sự hỗ trợ của các phân tử amino acid [57]. Với cấu trúc của các nhánh dài và đỉnh nhọn có khả năng tăng cường tán xạ Raman và xúc tác khi so sánh với các hạt nano dạng cầu. Phản ứng tổng hợp được thực hiện trong môi trường nước ở nhiệt độ phòng với thời gian 5 giây. Hạt nano vàng cho thấy khả năng tương hợp sinh học tốt trên tế bào ung thư bàng quang T–24 đánh giá thông qua phương pháp MTT. Ngoài ra, khi sử dụng dạng nano vàng dạng sao cho thấy khả năng tải phân tử thuốc cisplatin tốt hơn khi đánh giá với phương pháp tăng cường tán xạ Raman (SERS) [57]. Khi khảo sát về độ an toàn khi thử nghiệm trên các mô tế bào của vật liệu nano vàng trước khi ứng dụng trong hệ thống nội bào thì độc tính của hạt nano vàng dạng sao được khảo sát với phương pháp MTT trên tế bào ung thư bàng quang T–24 được xử lý với các nồng độ nano vàng khác nhau.
Kết quả cho thấy, số tế bào còn sống khoảng 90 % với nồng độ nano vàng là 50 g/mL [57].
Kiểm soát cấu trúc nano vàng dạng sao với nhiệt độ trong hỗn hợp urea–
choline chloride có điểm eutectic thấp. Điều khiển cấu trúc nano với sự hình thành nhánh được thực hiện qua sự thay đổi nhiệt độ phản ứng. Khuôn mềm được hình thành bởi các cấu trúc đại phân tử trong hỗn hợp eutectic và độ nhớt tại các khoảng nhiệt độ khác nhau là yếu tố chính để điều khiển sự phát triển của tinh thể vàng và sự hình thành của nano vàng dạng hình sao. Hơn nữa, ảnh hưởng của hình dạng và bề mặt của tinh thể vàng đến quá trình khử của hydrogen peroxide (H2O2) cũng được khảo sát với ưu điểm có diện tích bề mặt lớn và sự hiện diện của các mặt tinh thể có chỉ số cao trên nhánh của dạng sao cho thấy khả năng xúc tác vượt trội hơn so với các hình dạng khác. Việc sử dụng hỗn hợp các dung môi có điểm eutecty thấp được xem như là phương pháp xanh hóa để tạo các khuôn trong tổng hợp có kiểm soát hình dạng vật liệu nano vàng với hoạt tính xúc tác cao mở ra một hướng nghiên cứu mới trong pin nhiên liệu và ứng dụng trong cảm biến sinh học [43].
Hình 1.8. Ảnh STEM (a và b), FE-SEM (e và f) của nano Au dạng sao được điều chế ở 900C [43]
Cui và cộng sự đã tổng hợp nano vàng dạng hình sao với chất khử acid ascorbic, kích thước hạt hình thành là 90 nm bằng phương pháp khử một giai đoạn [58]. Hạt nano tổng hợp được cho thấy khả năng xúc tác tốt trong phản ứng khử hợp chất vòng thơm nitro với các nhóm thế khác nhau ở vị trí para. Để khảo sát sự khác biệt của các nhóm thế, tác giả thực hiện phân tích với kỹ thuật phổ tăng cường tán xạ Raman, cho thấy phân tử có khuynh hướng phản ứng với bề mặt tinh thể nano vàng khác nhau. Nghiên cứu này của nhóm tác giả giúp ích cho việc định hướng vị trí phản ứng trên phân tử hữu cơ khi sử dụng nano vàng làm chất xúc. Sự khác biệt trong phân tích phổ Raman cho thấy phân tử 4–nitrophenol và 4–aminoanilin tương tác với bề mặt của tinh thể vàng thông qua nhóm nitro. Ngược lại, phân tử 4–
nitrothiolphenol liên kết lên bề mặt vàng thông qua nhóm thiol giữ cho nhóm nitro cách xa khỏi tinh thể vàng. Sự tương tác trực tiếp của nhóm nitro lên bề mặt của hạt vàng đóng vai trò rất quan trọng cho quá trình xúc tác.
Hình 1.9. Phổ UV–Vis của phản ứng giữa nano vàng với 4-nitrophenol (a), 4- nitroaniline (b) và 4-nitrothiophenol (c) khi có mặt NaBH4 [58]
Bhosale và cộng sự đã tổng hợp nano vàng với nhiều hình dạng khác nhau bằng phương pháp khử một giai đoạn hỗ trợ vi sóng [56]. Trong phương pháp này, dung dịch AuCl3 được sử dụng làm tiền chất và dimethyl sunfoxide (DMSO) được sử dụng làm tác nhân định hướng. DMSO đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp như là chất khử và chất bảo vệ, đồng thời kiểm soát hình dạng tinh thể của hạt nano vàng. Hơn nữa, hạt nano vàng tạo thành cũng cho thấy khả năng xúc tác phản ứng khử p–nitrophenol để tạo ra p–aminophenol với sự hiện diện của NaBH4 ở nhiệt độ phòng. Khả năng xúc tác được đánh giá qua quang phổ UV–Vis, đây là phương pháp đơn giản, nhanh và không sử dụng các chất thêm vào, kinh tế và thân thiện với môi trường trong tổng hợp hạt nano vàng. Nhiều hình dạng nano vàng như dạng cầu với các thanh nano trên bề mặt (360 W trong 2 phút), cấu trúc thứ cấp của dạng bông hoa (360 W trong 3 phút), dạng cầu với cấu trúc tam giác(600 W trong 2 phút) và dạng cầu với cấu trúc ống (600 W trong 3 phút), dạng bông hoa (800 W trong 2 phút) và dạng hình cầu (800 W trong 3 phút) thu được bằng cách thay đổi công suất vi sóng và thời gian phản ứng. Hạt nano vàng dạng bông hoa được tổng hợp tại điều kiện vi sóng có công suất 800 W trong 2 phút cho thấy khả năng xúc tác tốt nhất trong phản ứng p–nitrophenol tạo ra p–aminophenol.
Hình 1.10. Hình ảnh FE–SEM: (a- c) của nano vàng dạng hình cầu được tổng hợp ở 360 W trong 2 phút, (d-f) dạng cầu ở 360 W trong 3 phút bằng chiếu xạ
vi sóng [56]
Nano vàng dạng hình sao được sử dụng thường xuyên trong các vật liệu chẩn đoán có kích thước nano. Phương pháp tổng hợp không sử dụng hạt mầm được thực hiện với 4–(2–hydroxyethyl)–1–piperazineethanesulfonic acid (HEPES) với sự có mặt của AgNO3 ứng dụng trong cảm biến sinh học [59]. Trong phương pháp này, hạt nano vàng dạng đa nhánh cho thấy có các ứng dụng đặc trưng với hydroxylamine hoặc sodium hydroxide để tạo các chất xúc tác so màu. Dựa trên khả năng gắn kết của glucose oxidase với hạt nano vàng dạng sao, glucose được xác định thông qua quá trình oxi hóa và sự hình thành hydrogen peroxide, cho thấy các dải màu đủ để phân biệt rõ ở các nồng độ khác nhau. Ngoài sự thay đổi màu sắc còn có sự dịch chuyển cực đại cộng hưởng plasmon bề mặt khi thay đổi nồng độ glucose. Nghiên cứu này cho thấy hạt nano vàng dạng hình sao là một vật liệu tiềm năng trong cảm biến sinh học [59].
Tường Vy và cộng sự đã tổng hợp xanh hóa vật liệu nano vàng dạng sao với chất bảo vệ chitosan ứng dụng trong liệu pháp điều trị sử dụng nhiệt và chụp ảnh quang học xác định tế bào ung thư [60]. Trong nghiên cứu này, tác giả đã tổng hợp bằng phương pháp mới với vitamin C, chitosan được sử dụng như tác nhân định
hướng và kiểm soát kích thước hạt nano vàng dạng sao. Hạt nano vàng thu được có đường kính nằm trong khoảng từ 111 đến 225 nm với các bước sóng hấp thu cực đại khác nhau. Nano vàng dạng hình sao cho thấy khả năng hấp thu cận hồng ngoại tốt với độ tương thích sinh học cao trên dòng tế bào bình thường (MG 63) và tế bào ung thư (MDA–MB–231). Thử nghiệm liệu pháp điều trị nhiệt in vitro và chụp ảnh quang học với các mẫu có sự hiện diện của vàng dạng sao cho thấy có hiệu quả cao [60].
Duncan Hieu và cộng sự đã chế tạo vật liệu nano vàng gắn kết với nucleolin DNA aptamer AS1411 nhằm thử nghiệm khả năng kháng ung thư trên 12 dòng tế bào ung thư khác nhau [61]. Tác giả đã nghiên cứu cấu trúc nano nhằm khảo sát khả năng tương thích và di chuyển của vật liệu đến vùng nhân của tế bào. Khả năng kháng tế bào ung thư khi sử dụng với vật liệu nano vàng dạng sao và aptamer tăng lên 1,5 lần khi so sánh với các thuốc kháng ung thư. Ngoài ra, khả năng phóng thích của aptamer khỏi các hạt nano vàng dạng sao cũng tăng lên đáng kể khi thử nghiệm in vitro. Một phản ứng so sánh của các vật liệu nano về khả năng phóng thích được thực hiện giữa các mẫu có và không có kích thích quang. Nano vàng dạng hình sao được tổng hợp trong đệm HEPES, trong đó HEPES vừa đóng vai trò là chất khử, vừa đóng vai trò là chất định hướng. Phương pháp này không sử dụng chất hoạt động bề mặt như CTAB hoặc ion citrate trong quá trình ổn định, đây là một ưu điểm khi ứng dụng vào hệ thống sinh học. Hơn nữa, hạt nano vàng dạng sao tạo thành có số lượng các nhánh trong khoảng từ 2 đến 9 nhánh và chiều dài của nhánh từ 10–65 nm.
Khảo sát khả năng phân bố sinh học khi thử nghiệm in vivo của nano vàng dạng sao với aptamer được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu Duncan Hieu và cộng sự với 4 nồng độ tiêm khác nhau cho thấy độc tính thấp trên hệ tuần hoàn [62]. Sự tích tụ của các vật liệu nano vàng với aptamer trong tế bào ung thư vú cao gấp 5 lần so với tế bào bị xơ hóa, đặc tính này cho phép nhận diện các dòng tế bào ung thư khác nhau khi thử nghiệm in vivo.