4 thành phần màng GMR có cấu trúc tương tự nhau, trong đó 2 phần tử đặt trong màn chắn và 2 phần tử tích cực để lộ trong từ trường 1
2.1 Hạt nano từ và phương pháp chết ạo 1 Hạt nano từ trong y sinh
Kích thước đặc trưng trung bình của các tế bào hữu cơ sống vào khoảng 10 µm. Tuy nhiên, các thành phần của tế bào thường có kích thước dưới 1 µm và kích thước của các protein vào khoảng 5 nm. Tương tự, kích thước của các phân tử nhỏ vào cỡ 1 đến 10 nm và của các virut sống vào khoảng 10 đến 100 nm. Các kích cỡ này tương đương với kích thước của các hạt nano từ (1-100 nm) do con người tạo ra. Sự so sánh giản đơn này làm nảy sinh ý tưởng sử dụng các hạt nano từ tích hợp vào các hệ sinh học để giúp giải quyết các bài toán y sinh.
Thực tế là trong khoảng chưa tới một thập kỷ gần đây, các hạt nano từ đã được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng y tế do khả năng ứng dụng lớn của chúng như làm tác nhân tương phản trong việc chụp ảnh cộng hưởng từ hay làm môi trường đốt nhiệt chữa trị ung thư, v.v… Do kích thước phù hợp với các phần tử sinh học nên các hạt nano từ có thể thâm nhập vào hầu hết các cơ quan trong cơ thể và giúp cho chúng ta có thể thao tác ở quy mô phân tử và tế bào. Do có diện tích bề mặt của các hạt nano lớn nên có thể giúp cho các hiệu ứng xảy ra trên bề mặt diễn ra hết sức mạnh mẽ, như khả năng gắn kết với kháng thể/ kháng nguyên do lớp chức năng hóa bề mặt của chúng. Do đặc tính bị hút bởi từ trường không đều, các hạt nano từ có thể được khống chế và điều dẫn bởi các nam châm. Do sự tương tác với từ lực, các hạt nano từ được sử dụng trong việc truyền dẫn thuốc và trong phân tách từ. Ngoài các ứng dụng nêu trên xuất phát từ đặc tính của chúng, các hạt nano từ còn cho thấy khả năng tương thích sinh học cao sau khi được xử lý, ít độc hại, có thể tiêm được và có khả năng kết tụ cao – những đặc điểm này giúp nâng cao tính ứng
53
dụng của hạt nano từ vào lĩnh vực kỹ thuật y sinh. Hình 2.1 trình bày một số hình ảnh của các hạt nano từ bám trên các hạt SiO2 đã được tạo ra [34].
Hình 2.1. Ảnh TEM cho thấy các hạt nano từ kích thước ~ 10 nm bám trên hạt SiO2
lớn.
Hai loại hạt nano từ thương được ứng dụng nhiều trong y sinh học là Fe2O3 và Fe3O4 trong đó Fe3O4 là được dùng phổ biến nhất. Magnetit (Fe3O4) có cấu trúc spinel đảo với số phân tử trong một ô cơ sở là 8 (xem Hình 2.2). Cấu trúc spinel có thể xem như tạo ra từ mặt phẳng xếp chặt của các ion O2- với các lỗ trống tứ diện (nhóm A) và bát diện (nhóm B) được lấp đầy bằng các ion kim loại Fe2+ và Fe3+. Trong đó một ion Fe3+ được phân bố một nửa trong nhóm A và một nửa trong nhóm B, còn ion Fe2+ đều nằm trong nhóm B. Cấu trúc này tạo ra từ tính mạnh của vật liệu Fe3O4. Các hạt nano sắt từ này có thể được bọc hoặc không được bọc một lớp chất hoạt hóa bề mặt có thể phân tán trong dung môi đồng nhất gọi là chất lỏng từ (CLT).
54
Với kích thước hạt nằm trong khoảng từ 1 – 100 nm, các hạt nano từ có tính chất siêu thuận từ đặc trưng. Ở trạng thái này, khi có từ trường ngoài tác động, vật liệu hưởng ứng mạnh với từ trường ngoài trở thành vật liệu có từ độ lớn và khi không có từ trường ngoài thì từ tính của vật liệu sẽ biến mất.