BÔ GIAO DUC VA ĐAO TAO VIỆN HAN LÂM

KHOA HỌC VA CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ _________________________________________

NGUYỄN THỊ NGỌC LINH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC

LAI FERIT TỪ - KIM LOẠI (Ag, Au) KÍCH THƢỚC NANO

ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 9 44 01 13

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2020

BÔ GIAO DUC VA ĐAO TAO VIỆN HAN LÂM

KHOA HỌC VA CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ _________________________________________

NGUYỄN THỊ NGỌC LINH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC

LAI FERIT TỪ - KIM LOẠI (Ag, Au) KÍCH THƢỚC NANO

ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 9 44 01 13

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. LÊ TRỌNG LƢ

2. PGS. TS. NGÔ ĐẠI QUANG

Hà Nội - 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn khoa học của TS. Lê Trọng Lư và PGS.TS. Ngô Đại Quang. Các số liệu, kết

quả nêu trong luận án được trích dẫn lại từ các bài báo đã được xuất bản của tôi và

các cộng sự. Các số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Ngọc Linh

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Trọng

Lư và PGS.TS. Ngô Đại Quang - những người Thầy đã dành cho tôi sự động viên,

giúp đỡ tận tình và những định hướng Khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực

hiện luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Tuấn Dung, TS.

Nguyễn Thiên Vương, TS. Ngô Thanh Dung, TS. Phạm Hồng Nam, TS. Lê Thế

Tâm, ThS. Lê Thị Thanh Tâm và các cán bộ Phòng Kỹ thuật Điện - Điện tử, Viện

Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (KHCNVN)

đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành các nhiệm vụ nghiên cứu cũng như hoàn thiện

bản luận án.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Khoa Công nghệ Sinh học

– Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên, Khoa Sinh học - Trường Đại

học Sư phạm Thái Nguyên vì những hợp tác nghiên cứu trong các ứng dụng y sinh.

Tôi xin cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ của anh chị em Khoa Hóa học, Trường Đại học

Khoa học – Đại học Thái Nguyên trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi cũng xin

gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới BS. ThS. Nguyễn Thị Hường, BS. Nguyễn Văn

Đông và các cán bộ Khoa chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Quốc tế Vinh vì sự giúp đỡ

thực hiện các phép đo và những bàn luận khoa học quý báu.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ;

Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN và Trường Đại học Khoa học,

Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tôi thực

hiện luận án.

Luận án được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu cơ bản

mã số 103.02-2018.66 và đề tài Khoa học Công nghệ thuộc các hướng Khoa học

Công nghệ ưu tiên cấp Viện Hàn Lâm mã số VAST01.08/19-20. Luận án được thực

hiện tại Phòng Kỹ thuật Điện - Điện tử, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm

KHCNVN; Phòng Vật liệu nano y sinh, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm

KHCNVN; Phòng thí nghiệm Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Thái

Nguyên và phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Khoa học,

Đại học Thái Nguyên.

iii

Sau cùng, tôi muốn gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè

lời cảm ơn chân thành nhất. Chính sự tin yêu mong đợi của gia đình và bạn bè đã

tạo động lực cho tôi thực hiện thành công luận án này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Ngọc Linh

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii

MỤC LỤC .................................................................................................................iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ...........................................................xi

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 4

VỀ HỆ VẬT LIỆU NANO FERIT TỪ - KIM LOẠI QUÝ .................................. 4

1.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano ferit từ - kim loại quý ............................... 4

1.1.1. Tính chất từ của vật liệu ferit từ ............................................................... 4

1.1.2. Tính chất quang của vật liệu kim loại quý (Ag, Au) ................................ 6

1.1.3. Hệ vật liệu lai ferit từ - kim loại quý ........................................................ 9

1.2. Tính chất vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý ......................................... 13

1.2.1. Tính chất từ ............................................................................................. 13

1.2.2. Tính chất quang ...................................................................................... 14

1.2.3. Tính tương thích sinh học và ổn định hóa lý .......................................... 16

1.3. Ứng dụng của vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý trong y sinh ............ 17

1.3.1. Ứng dụng nhiệt trị trong điều trị ung thư ............................................... 17

1.3.2. Chẩn đoán hình ảnh ................................................................................ 23

1.3.3. Ứng dụng kháng khuẩn .......................................................................... 27

1.3.4. Dẫn thuốc hướng đích ............................................................................ 30

1.4. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý .................. 31

1.4.1. Tổng hợp vật liệu nano ferit từ ............................................................... 32

1.4.2. Tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý .................................. 33

1.4.3. Biến tính bề mặt vật liệu nano lai ........................................................... 40

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 43

2.1. Nguyên liệu và hóa chất ................................................................................... 43

2.2. Tổng hợp vật liệu .............................................................................................. 44

2.2.1. Tổng hợp hạt nano ferit từ ...................................................................... 44

v

2.2.2. Tổng hợp các hệ nano lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) ............................ 46

2.2.3. Chuyển pha hạt nano sang môi trường nước .......................................... 48

2.3. Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu .............................................................. 48

2.3.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua ............................................................. 48

2.3.2. Nhiễu xạ tia X ......................................................................................... 49

2.3.3. Từ kế mẫu rung ....................................................................................... 50

2.3.4. Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis .................................................................. 50

2.3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại .......................................................................... 51

2.3.6. Phổ tán sắc năng lượng tia X .................................................................. 51

2.3.7. Phân tích nhiệt khối lượng ..................................................................... 52

2.3.8. Phương pháp tán xạ ánh sáng động ........................................................ 52

2.4. Phƣơng pháp đánh giá độc tính của vật liệu ................................................. 53

2.5. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu ........................ 55

2.6. Phƣơng pháp xác định hiệu ứng quang/từ - nhiệt ........................................ 56

2.7. Phƣơng pháp chụp ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân ......................................... 58

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 60

3.1. Hạt nano ferit từ ............................................................................................... 60

3.1.1. Hình thái học .......................................................................................... 60

3.1.2. Cấu trúc pha tinh thể ............................................................................... 66

3.1.3. Tính chất từ ............................................................................................. 68

3.1.4. Cấu trúc lớp vỏ bọc hạt nano ferit .......................................................... 69

3.2. Hạt nano lai Fe3O4-(Ag, Au) ............................................................................ 71

3.2.1. Hình thái học .......................................................................................... 71

3.2.2. Cấu trúc pha tinh thể ............................................................................... 82

3.2.3. Tính chất quang ...................................................................................... 82

3.2.4. Tính chất từ ............................................................................................. 85

3.2.5. Thành phần hóa học ................................................................................ 87

3.3. Hạt nano bọc PMAO ........................................................................................ 90

3.3.1. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO ......................................... 90

3.3.2. Tính chất quang của vật liệu ................................................................... 91

3.3.3. Cấu trúc lớp vỏ bọc của vật liệu ............................................................. 92

3.3.4. Độ bền của vật liệu ................................................................................. 93

vi

3.3.5. Đánh giá độc tính của vật liệu ................................................................ 96

3.4. Khả năng ứng dụng của vật liệu nano lai trong y sinh ................................. 102

3.4.1. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu ...................................................... 102

3.4.2. Hiệu ứng chuyển đổi quang/từ - nhiệt của vật liệu .............................. 105

3.4.3. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của vật liệu ................................................ 113

KẾT LUẬN ............................................................................................................ 118

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ..................................................... 119

ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................................... 120

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .............. 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 123

PHỤ LỤC ............................................................................................................... 137

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

I. Danh mục các ký hiệu

a Hằng số mạng của tinh thể

C Nồng độ

dTEM Đường kính hạt nano tính theo phương pháp TEM

dXRD Đường kính hạt nano tính theo phương pháp XRD

D Đường kính vòng kháng khuẩn

D2 Đường kính vòng kháng khuẩn tính từ tâm đục lỗ

D1 Đường kính đục lỗ thạch

E Suất điện động cảm ứng

f Tần số

H Cường độ từ trường ngoài

Hc Lực kháng từ

K Hằng số dị hướng từ tinh thể

M Mômen từ

Ms Từ độ bão hòa

Mr Từ dư

P Mật độ công suất laze

R1 Tốc độ hồi phục dọc

R2 Tốc độ hồi phục ngang

r1 Độ hồi phục dọc

r2 Độ hồi phục ngang

T Nhiệt độ

Tmax Nhiệt độ cực đại

T1 Chụp MRI theo chế độ trọng T1

T2 Chụp MRI theo chế độ trọng T2

T1 Thời gian hồi phục spin-mạng (dọc)

T2 Thời gian hồi phục spin-spin (ngang)

V Thể tích dung dịch

@ Được bọc bởi

viii

II. Danh mục các chữ viết tắt

Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

Abs Absorbance Độ hấp thụ

I-BW The first biological window Cửa sổ sinh học thứ nhất

II-BW The second biological window Cửa sổ sinh học thứ hai

CT Computed tomography Chụp cắt lớp vi tính

DLS Dynamic light scattering Tán xạ ánh sáng động

DMSO Dimethyl sulfoxide Dimetyl sunfoxit

DOX Doxorubicin Doxorubicin

DAPI 4′,6-diamidino-2-phenylindole 4′,6-diamidino-2-

phenylindol

DNA Deoxyribonucleic acid Axit deoxiribonucleic

DSPE-PEG 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-

phosphoethanolamine-N-

[amino(polyethylene glycol)-2000]

1,2-distearoyl-sn-glycero-3-

photphoetanolamin-N-

[amino(polyetylen glycol)-

2000]

DMF N,N-dimethylformamide N,N-dimetyl formamit

HDA Hexadecylamine Hexadexylamin

HNPs Hybrid nanoparticles Hạt nano lai

LA Lauric acid Axit lauric

MFe2O4 Spinel ferrites Ferit spinel

MTT 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-

diphenyltetrazolium bromide

3-(4,5-dimetylthiazol-2-yl)-

2,5-diphenyltetrazol bromit

MRI Magnetic resonance imaging Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân

MHT Magnetic hyperthermia Tăng thân nhiệt dưới tác

dụng của từ trường (hiệu

ứng từ - nhiệt)

NPs Nanoparticles Hạt nano

NIR Near infrared Hồng ngoại gần

OA Oleic acid Axit oleic

OLA Oleylamine Oleylamin

ix

OCD-ol 1-octadecanol 1-octadecanol

ODE 1-octadecene 1-octadecen

PA Photoacoustic Chụp ảnh quang âm

PAA Poly(acrylic acid) Axit poly(acrylic)

PBS 1X Phosphate buffered saline Photphat buffered salin

PEG Polyethylene glycol Polyetylen glycol

PMAO Poly(maleic anhydride-alt-1-

octadecene)

Poly(maleic anhydrit-alt-1-

octadecen)

PTT Photothermal therapy Tăng thân nhiệt dưới tác

dụng của ánh sáng (hiệu

ứng quang - nhiệt)

ROS Reactive oxygen species Các dạng gốc tự do oxy hóa

RF Radio frequency Tần số vô tuyến

SLP Specific loss power Công suất tổn hao riêng

SQUID Superconducting quantum

interference device

Giao thoa kế lượng tử siêu

dẫn

SPR Surface plasmon resonance Cộng hưởng plasmon bề

mặt

TEOS Tetraethyl orthosilicate Tetraetyl orthosilicat

TOPO Trioctylphosphine oxide Trioctylphotphin oxit

VSM Vibrating sample magnetometer Từ kế mẫu rung

x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Điều kiện tổng hợp hạt nano Fe3O4. ......................................................... 45

Bảng 2.2. Mẫu nano ferit từ tổng hợp với nồng độ cao tiền chất. ............................ 46

Bảng 2.3. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta .......................... 53

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng đến kích thước hạt nano Fe3O4. ....... 60

Bảng 3.2. Kích thước hạt ferit từ thu được khi tổng hợp với nồng độ cao tiền chất.66

Bảng 3.3. Hằng số mạng và kích thước hạt của một số ferit từ. .............................. 67

Bảng 3.4. Từ độ bão hòa và lực kháng từ của các mẫu ferit từ kích thước khác nhau. . 68

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc lai Fe3O4/Ag. ............... 72

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ dày lớp vỏ Ag trong cấu trúc Fe3O4@Ag.

................................................................................................................................... 76

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến kích thước hạt Ag trong cấu trúc Fe3O4-Ag.

................................................................................................................................... 77

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của dung dịch H[AuCl4] đến kích thước và hình thái vật liệu

lai Fe3O4/Au. ............................................................................................................. 81

Bảng 3.9. Cực đại hấp thụ SPR của hệ nano lai Fe3O4/Ag. ...................................... 84

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của dung dịch H[AuCl4] đến vị trí SPR của hệ Fe3O4/Au. ...... 84

Bảng 3.11. Từ độ bão hòa và lực kháng từ của vật liệu Fe3O4 và Fe3O4/Ag. ........... 86

Bảng 3.12. Thành phần hóa học của vật liệu Fe3O4/Au. ........................................... 88

Bảng 3.13. Kích thước vòng kháng khuẩn của vật liệu Fe3O4, Ag và Fe3O4/Ag. .. 104

Bảng 3.14. So sánh phương thức gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) với MHT ........ 110

Bảng 3.15. So sánh phương thức gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) với PTT ........... 111

Bảng 3.16. Độ hồi phục r1, r2 của một số chất tương phản MRI. ........................... 115

xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Minh họa sự sắp xếp các mômen từ của vật liệu. ....................................... 4

Hình 1.2. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của nano kim loại quý. .............. 6

Hình 1.3. Phổ UV-Vis của nano Au với hình dạng và kích thước khác nhau ............ 9

Hình 1.4. Ảnh TEM của một số hệ nano lai ferit từ - kim loại quý khác nhau ........ 10

Hình 1.5. Cấu trúc của nano lai Fe3O4-Au ................................................................ 11

Hình 1.6. Ảnh TEM và minh họa cấu trúc hạt lai Fe3O4/Au .................................... 12

Hình 1.7. Đường cong từ trễ của nano ferit từ và hệ lai ferit từ - kim loại quý ........ 13

Hình 1.8. Phổ UV-Vis của dung dịch hạt Au rỗng và hạt lai Fe3O4 – Au rỗng ........ 14

Hình 1.9. Mô hình lai mô tả sự tương tác giữa hạt nano cầu đặc và rỗng. ............... 15

Hình 1.10. Sự tác động của nhiệt độ lên tế bào ung thư ........................................... 18

Hình 1.11. Minh họa chuyển động Néel và Brown. ................................................. 19

Hình 1.12. Các quá trình khác nhau xảy ra trên hạt nano khi được chiếu sáng . ...... 20

Hình 1.13. Độ hấp thụ quang của mô người đối với ánh sáng.................................. 21

Hình 1.14. Minh họa phương pháp quang/từ - nhiệt trị ............................................ 22

Hình 1.15. Cách tính tốc độ tăng nhiệt ban đầu . ...................................................... 23

Hình 1.16. Nguyên lý của chụp ảnh cộng hưởng từ ................................................. 25

Hình 1.17. Ảnh MRI trọng T1 và T2 của hệ lai F-AuNC@Fe3O4. .......................... 26

Hình 1.18. Cơ chế kháng khuẩn của các hạt nano Ag .............................................. 28

Hình 1.19. Sơ đồ mô tả tương tác của Ag NPs lên vi khuẩn theo thời gian . ........... 29

Hình 1.20. Quá trình điều trị kết hợp quang – nhiệt trị và hóa trị liệu ..................... 31

Hình 1.21. Các hạt nano Au-Fe3O4 kết hợp với Herceptin và phức platin để nhắm

mục tiêu tế bào và phân phối thuốc ........................................................................... 31

Hình 1.22. Minh họa sự hình thành NPs theo phương pháp heating – up ................ 32

Hình 1.23. Sự phát triển khác nhau của vật liệu A trên hạt mầm B ................................ 34

Hình 1.24. Sự hình thành hệ lai ferit từ-(Ag, Au) .................................................... 36

Hình 1.25. Sự hình thành hệ lai ferit từ@silica-(Ag, Au) ......................................... 37

Hình 1.26. Sự hình thành hệ lai ferit từ@polyme@Au ............................................ 38

Hình 1.27. Minh họa các giai đoạn hình thành hệ lai Fe3O4@Au rỗng .................... 39

Hình 1.28. Quá trình trao đổi phối tử hai bước của các hạt Fe3O4-Au dumbbell .......... 41

Hình 1.29. Minh họa liên kết giữa DSPE-PEG-COOH với NPs trước và sau khi bọc. ...... 42

xii

Hình 2.1. Hệ thiết bị tổng hợp hạt nano. ................................................................... 44

Hình 2.2. Quy trình tổng hợp hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng. ........................................ 47

Hình 2.3. Quy trình chuyển pha hạt nano sang môi trường nước bằng PMAO. ...... 48

Hình 2.4. Thiết bị xác định hiệu ứng từ - nhiệt của vật liệu. .................................... 56

Hình 2.5. Thiết bị laze diode quang sợi và cấu tạo hệ đo hiệu ứng quang - nhiệt. ... 57

Hình 2.6. Sơ đồ thí nghiệm hệ đo hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp. ...................... 57

Hình 3.1. Ảnh TEM mẫu F8, F9, F10, F11 và biểu đồ phân bố kích thước hạt (e). .. 61

Hình 3.2. Ảnh TEM mẫu F2, F6 , F10, F14 và biểu đồ phân bố kích thước hạt (e). 62

Hình 3.3. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu F17 và F18 . .............. 63

Hình 3.4. Ảnh TEM mẫu F15, F16, F17 và biểu đồ phân bố kích thước hạt (e). ..... 64

Hình 3.5. Ảnh TEM mẫu Fe3O4, CoFe2O4 và MnFe2O4 với nồng độ cao tiền chất

................................................................................................................................... 66

Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4 và MFe2O4. ......................................... 67

Hình 3.7. Đường cong từ trễ của Fe3O4 và MFe2O4. ............................................... 68

Hình 3.8. Phổ FT-IR của mẫu F10, CF-673 và MF-673. .......................................... 70

Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của mẫu F10. ............................................. 70

Hình 3.10. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của Fe3O4 và cấu trúc lai

Fe3O4/Ag với = [Ag]/[Fe] thay đổi. ........................................................................ 73

Hình 3.11. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của nano Ag. ................... 75

Hình 3.12. Ảnh TEM cấu trúc lai Fe3O4/Ag tại thời gian phản ứng khác nhau ......... 76

Hình 3.13. Sơ đồ thể hiện sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Ag. ................. 77

Hình 3.14. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của hệ lai Fe3O4/Au đặc. ...... 78

Hình 3.15. Ảnh TEM khuôn nano Fe3O4@Ag và hệ lai Fe3O4/Au. ......................... 79

Hình 3.16. Sơ đồ mô tả cơ chế hình thành hệ lai Fe3O4/Au rỗng. ............................ 79

Hình 3.17. Ảnh TEM của Fe3O4@Ag và hệ lai Fe3O4/Au . ...................................... 80

Hình 3.18. Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến cấu trúc lai Fe3O4/Au. . 81

Hình 3.19. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4, Ag và hệ nano lai Fe3O4/Ag. ................ 82

Hình 3.20. Phổ UV-Vis của Fe3O4, Ag, Fe3O4/Ag và Fe3O4/Au (đặc, rỗng). ............... 83

Hình 3.21. Đường cong từ trễ của Fe3O4 và Fe3O4/Ag. ............................................ 85

Hình 3.22. Đường cong từ trễ của Fe3O4@Ag và Fe3O4/Au rỗng . ............................ 86

Hình 3.23. Phổ EDS của Fe3O4/Ag. .......................................................................... 87

Hình 3.24. Phổ EDS của Fe3O4/Au. .......................................................................... 88

xiii

Hình 3.25. Sự phân bố của các nguyên tử trong Fe3O4/Au rỗng. ............................. 89

Hình 3.26. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO ............................................. 90

Hình 3.27. Phổ UV-Vis của Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO. ...... 91

Hình 3.28. Phổ FT-IR của Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha. ................. 92

Hình 3.29. Giản đồ TGA của Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha. ............ 93

Hình 3.30. Giản đồ phân bố kích thước hạt và thế Zeta của dung dịch hạt lai

Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO. ................................................... 94

Hình 3.31. Thế Zeta của dung dịch hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au

rỗng@PMAO sau 12 tháng chế tạo. ......................................................................... 95

Hình 3.32. Dung dịch hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO

trong nước với nồng độ muối NaCl và pH khác nhau. ............................................. 95

Hình 3.33. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b) sau 48 h xử lý với

Fe3O4@Ag@PMAO. ................................................................................................ 97

Hình 3.34 . Hình thái tế bào và nhân tế bào AGS sau 48 h xử lý với

Fe3O4@Ag@PMAO. ................................................................................................. 97

Hình 3.35. Hình thái tế bào và nhân tế bào MKN45 sau 48 h xử lý với

Fe3O4@Ag@PMAO. ................................................................................................. 98

Hình 3.36. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS và MKN45 sau 48 h xử lý với Fe3O4/Au

rỗng@PMAO. ........................................................................................................... 99

Hình 3.37. Hình thái tế bào và nhân tế bào MKN45 sau 48 h xử lý với Fe3O4/Au

rỗng@PMAO. ........................................................................................................... 100

Hình 3.38. Hình thái tế bào và nhân tế bào MKN45 sau 48 h xử lý với Fe3O4/Au

rỗng@PMAO. ........................................................................................................... 101

Hình 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Fe3O4@PMAO, Ag@PMAO và

Fe3O4/Ag@PMAO. ................................................................................................. 103

Hình 3.40. Hiệu ứng MHT của vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại từ trường khác

nhau ......................................................................................................................... 106

Hình 3.41. Hiệu ứng PTT của vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại mật độ công suất

laze khác nhau ......................................................................................................... 107

Hình 3.42. Đường đốt quang/từ và giá trị SLP của vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO.

................................................................................................................................. 108

xiv

Hình 3.43. Hiệu ứng (MHT + PTT) của vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại từ

trường 100 ÷ 250 Oe ............................................................................................... 109

Hình 3.44. Hiệu ứng (MHT + PTT) của vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại laze 0,2

÷ 0,65 W/cm2 .......................................................................................................... 110

Hình 3.45. Ảnh hưởng của nồng độ Fe3O4/Au rỗng@PMAO đến hiệu ứng (MHT +

PTT). ....................................................................................................................... 112

Hình 3.46. Ảnh MRI trọng T2 và đường tuyến tính 1/T2 của Fe3O4/Au

rỗng@PMAO . ........................................................................................................ 113

Hình 3.47. Ảnh MRI trọng T1 và đường tuyến tính 1/T1 của Fe3O4/Au

rỗng@PMAO . ........................................................................................................ 113

Hình 3.48. Ảnh MRI trọng T1 tại giá trị TR khác nhau và trọng T2 tại giá trị TE

khác nhau của Fe3O4/Au rỗng@PMAO. ................................................................. 114

1

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, công nghệ và vật liệu nano ra đời đã tạo nên bước nhảy

đột phá trong nhiều lĩnh vực như: điện tử, xúc tác, môi trường và đặc biệt là y sinh

[1–3]. Các ứng dụng này dựa trên tính chất độc đáo của vật liệu có kích thước nano

liên quan đến hiệu ứng bề mặt. Trong lĩnh vực y sinh, nhu cầu đối với các giải pháp

công nghệ cũng như các vật liệu kích thước nano sử dụng trong chẩn đoán và điều

trị bệnh đang trở nên cấp thiết. Một trong những loại vật liệu mang lại nhiều tiềm

năng cho hướng ứng dụng này là vật liệu nano lai, trong đó phải kể đến cấu trúc lai

từ - quang [4].

Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự kết hợp của tính chất từ và tính chất

quang trên một cấu trúc nano đã cải thiện ứng dụng của hạt nano (nanoparticles -

NPs) đơn lẻ và mở ra những hướng mới trong lĩnh vực y sinh. Ưu điểm của cấu trúc

lai từ - quang trong lĩnh vực này là chỉ một lần kích hoạt bởi những kích thích vật lý

phù hợp đã đạt được mục tiêu mong muốn, do đó giảm thiểu tác dụng phụ của

chúng đối với cơ thể. Hơn nữa, một số chức năng có thể hoạt động phối hợp để

nâng cao hiệu quả trong các phương thức trị liệu [5]. Chẳng hạn, cấu trúc lõi - vỏ

của nano từ và nano kim loại quý (Ag, Au) được ứng dụng trong kháng khuẩn [6],

chẩn đoán hình ảnh [7], từ - nhiệt trị [8], quang - nhiệt trị [9] và kết hợp quang/từ -

nhiệt trị [10, 11]. Một hạt nano kim loại quý cũng có thể phát triển trên một hạt

nano từ tạo nên cấu trúc dumbbell để đạt được các thuộc tính giao thoa thú vị.

Thuộc tính này có được là do ảnh hưởng của hiệu ứng chuyển điện tử qua giao diện

của hạt nano từ và nano kim loại quý (như các hệ Fe3O4-Ag hoặc Fe3O4-Au) dẫn

đến sự hình thành bề mặt dị hướng cao [12].

Hiện nay, một số hệ lai từ - quang được nghiên cứu nhằm mục đích ứng dụng

trong y sinh, điển hình là hệ nano lai Fe3O4/Au [13, 14]. Các nghiên cứu ứng dụng

vật liệu Fe3O4/Au trong chẩn đoán hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (magnetic

resonance imaging - MRI) và điều trị ung thư bằng nhiệt trị (quang/từ - nhiệt) đã thu

được một số kết quả đáng chú ý [15]. Tuy nhiên, các hạt nano lai (hybrid

nanoparticles - HNPs) Fe3O4/Au cấu trúc lõi - vỏ với lớp Au đặc phủ trên bề mặt lõi

Fe3O4 đã hạn chế đáng kể sự kết nối của các proton với thành phần từ, dẫn đến giảm

2

tín hiệu tương phản ảnh MRI có trọng số T2. Ngoài ra, Fe3O4/Au với kích thước nhỏ

(dưới 20 nm) chỉ hấp thụ các bức xạ trong vùng 530 ÷ 600 nm [16] nên hạn chế sự

thâm nhập sâu vào các lớp mô, làm giảm hiệu suất gia nhiệt trong phương pháp

quang - nhiệt trị. Để tăng hiệu quả nhiệt trị, vật liệu cần hấp thụ mạnh bức xạ trong

vùng hồng ngoại gần 650 ÷ 950 nm (near infrared - NIR), vì ánh sáng NIR có khả

năng xuyên sâu vào các lớp mô, còn gọi là “cửa sổ sinh học” [17]. Để đáp ứng điều

này, gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo một số hệ nano lai Fe3O4/Au

có cấu trúc rỗng. Cho đến nay các hệ lai Fe3O4/Au rỗng chế tạo được có kích thước

hạt lớn (40 ÷ 100 nm) [17, 18] nên ảnh hưởng đến sự lưu thông trong máu. Do đó,

việc chế tạo các hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng có kích thước hạt nhỏ (dưới 20 nm) và

tích hợp cả tính chất từ và quang trong vùng NIR vẫn là một thách thức lớn hiện nay.

Ở Việt Nam, theo hiểu biết của chúng tôi, các công bố về phương pháp chế

tạo hệ vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý (Ag, Au), tích hợp tính chất từ và

quang để ứng dụng trong y sinh còn rất hạn chế. Các kết quả nghiên cứu ứng dụng

hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au) làm chất tương phản trong chụp ảnh MRI theo cả hai

chế độ trọng T1 và trọng T2, đồng thời làm chất gia nhiệt (quang/từ - nhiệt) trong

điều trị ung thư, vẫn chưa được công bố. Bởi những lý do trên chúng tôi tiến hành

thực hiện đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cấu trúc lai ferit từ -

kim loại (Ag, Au) kích thước nano định hướng ứng dụng trong y sinh”.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

Chế tạo cấu trúc lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) kích thước nano với đỉnh cộng

hưởng plasmon bề mặt nằm trong vùng hồng ngoại gần, có khả năng chuyển đổi

quang/từ - nhiệt cao, khả năng tương phản ảnh MRI theo cả hai chế độ chụp trọng T1

và T2 và có khả năng diệt khuẩn mạnh định hướng ứng dụng trong y sinh.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:

Nghiên cứu này mở đường cho việc thiết kế các hệ vật liệu nano lai đa chức

năng vừa chẩn đoán, vừa điều trị bệnh hiệu quả nhằm giảm thiểu thiệt hại cho các

mô lành trong quá trình điều trị.

3

Bố cục của luận án:

Luận án có 120 trang (chưa bao gồm tài liệu tham khảo), gồm các nội dung:

Mở đầu

Chương 1. Tổng quan về hệ vật liệu nano ferit từ - kim loại quý

Chương 2. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

Chương 3. Kết quả và thảo luận

3.1. Hạt nano ferit từ

3.2. Hạt nano lai Fe3O4-(Ag, Au)

3.3. Hạt nano bọc PMAO

3.4. Khả năng ứng dụng của vật liệu Fe3O4-(Ag, Au) trong y sinh

Kết luận

4

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

VỀ HỆ VẬT LIỆU NANO FERIT TỪ - KIM LOẠI QUÝ

1.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano ferit từ - kim loại quý

1.1.1. Tính chất từ của vật liệu ferit từ

Tính chất từ của các vật liệu khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc điện tử của

chúng. Các mômen từ của nguyên tử được tạo ra bởi mômen từ của các điện tử

liên quan đến chuyển động nội tại của điện tử (chuyển động spin) và mômen từ

quỹ đạo do chuyển động của điện tử quanh hạt nhân nguyên tử gây ra. Trong tự

nhiên, tất cả các vật liệu đều bị từ hóa ở một mức độ nào đó. Tính chất từ của vật

liệu được xác định bởi cấu trúc điện tử của nguyên tử tạo nên vật liệu đó. Ta có

thể phân loại các vật liệu từ theo độ cảm từ () hay hệ số từ hóa. Độ cảm từ có thể

có giá trị từ 10-5

đối với vật liệu từ rất yếu (nghịch từ) đến 10+6

đối với vật liệu từ

rất mạnh (sắt từ) [19]:

Hình 1.1. Sơ đồ minh họa sự sắp xếp các mômen từ của các vật liệu khác nhau khi

không có và có từ trường bên ngoài (H) [20].

5

Vật liệu nghịch từ: là vật liệu được hình thành từ các nguyên tử không có

mômen từ spin hoặc mômen từ quỹ đạo. Khi đặt vật liệu nghịch từ trong từ trường

ngoài thì các mômen từ sinh ra trong vật liệu định hướng ngược với hướng của từ

trường ngoài và có giá trị rất nhỏ (hình 1.1a). Độ cảm từ của vật liệu có giá trị âm

và có độ lớn khoảng 10-6

÷ 10-5

(cgs g-1

). Nguồn gốc của tính nghịch từ là chuyển

động quỹ đạo của điện tử quanh hạt nhân do tác dụng của cảm ứng điện từ bởi từ

trường ngoài. Tất cả các vật liệu có lớp vỏ điện tử được lấp đầy là các vật liệu

nghịch từ.

Vật liệu thuận từ: là vật liệu được tạo thành từ các nguyên tử có một phần

lớp vỏ điện tử được lấp đầy. Khi không có từ trường ngoài, trong vật liệu có mômen

từ nguyên tử, tuy nhiên chúng sắp xếp hỗn loạn do chuyển động nhiệt nên mômen

từ của toàn bộ vật liệu bằng không. Khi có từ trường ngoài đặt vào mẫu, các

monmet từ của mẫu sắp xếp theo hướng của từ trường ngoài (hình 1.1b). Vật liệu

thuận từ có độ cảm từ dương 10-5

÷ 10-3

(cgs g-1

).

Vật liệu sắt từ: là vật liệu mà mômen nguyên tử sắp xếp song song do năng

lượng tương tác giữa các spin là dương và có giá trị lớn, vì vậy tạo ra từ tính tự

phát rất lớn ngay cả khi không có từ trường ngoài (hình 1.1c). Các vật liệu sắt từ

thông thường nhất là các kim loại chuyển tiếp dãy 3d như Co, Fe, Ni và các hợp

kim của chúng.

Vật liệu phản sắt từ: cũng giống vật liệu sắt từ ở chỗ nó tạo thành từ các

nguyên tử có mômen từ với độ lớn bằng nhau. Tuy nhiên, các mômen từ này định

hướng ngược nhau (đối song) nên từ hóa tổng thể của vật liệu phản sắt từ gần bằng

0 khi không có mặt từ trường (hình1.1d). Các loại vật liệu phản sắt từ điển hình là:

CoO, NiO, FeO.

Vật liệu ferit từ: là vật liệu có các mômen từ không có độ mạnh như nhau và

chúng sắp xếp đối song (hình 1.1.e). Vật liệu ferit từ có từ tính tự phát, nhưng thấp

hơn trong vật liệu sắt từ. Các oxit của kim loại chuyển tiếp như Fe3O4 hoặc ferit như

CoFe2O4 là ví dụ điển hình cho vật liệu ferit từ.

Để giảm tối đa năng lượng khử từ, các vật liệu từ như sắt từ hoặc ferit từ có

xu hướng chia nhỏ thành các đômen. Kích thước của đômen từ vài chục đến vài

trăm nanomet và được xác định bởi hằng số dị hướng và tính chất từ của mỗi vật

liệu. Trong một đômen, các mômen từ có xu hướng định hướng theo một hướng

6

nhất định gọi là hướng dễ từ hóa. Khi kích thước của hạt giảm xuống thấp hơn kích

thước của một đômen, hạt nano từ là các đơn đômen và trở thành vật liệu siêu thuận

từ ở nhiệt độ phòng. Vật liệu siêu thuận từ cũng tương tự như vật liệu thuận từ, tức

là khi không có từ trường ngoài, mômen từ tổng thể của vật liệu sẽ bằng không. Khi

đặt chúng trong từ trường ngoài mômen từ của các nguyên tử sẽ định hướng theo

hướng từ trường ngoài, tổng mômen từ của các hạt giống như một mômen từ

“khổng lồ” duy nhất [21]. Tuy nhiên khác với vật liệu thuận từ, giá trị từ hóa của

vật liệu siêu thuận từ lớn hơn rất nhiều.

1.1.2. Tính chất quang của vật liệu kim loại quý (Ag, Au)

* Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt:

Các kim loại quý (Ag, Au) có mật độ điện tử tự do lớn nên khi được kích

thích bởi điện trường của ánh sáng tới thì chúng dao động. Thông thường các dao

động này bị dập tắt nhanh bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh

thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích

thước vật liệu. Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do

trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà dao động sẽ lan truyền trên bề

mặt kim loại và điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích nếu tần số

của sóng ánh sáng tới trùng với tần số dao động riêng của hệ điện tử. Do vậy, sự

dao động tập thể của các điện tử dẫn khi tương tác với sóng ánh sáng đã tạo ra một

hiệu ứng quang đặc biệt trong các cấu trúc nano kim loại quý. Hiện tượng tất cả

các điện tử dẫn trên bề mặt kim loại được kích thích đồng thời tạo thành một dao

động đồng pha được gọi là hiện tượng “cộng hưởng plasmon bề mặt” [22]. Dao

động của các điện tử này xung quanh bề mặt hạt gây ra sự phân tách điện tích, tạo

thành dao động lưỡng cực dọc theo hướng điện trường của ánh sáng (hình 1.2).

Cộng hưởng plasmon bề mặt gây ra sự hấp thụ mạnh ánh sáng tới và có thể đo

được bằng máy quang phổ hấp thụ UV - Vis.

Hình 1.2. Sơ đồ minh họa hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano

kim loại quý (LSP: plasmon bề mặt cục bộ) [23].

7

* Lý thuyết Mie:

Để giải thích tính chất quang của các hạt nano kim loại quý, Mie đã giải bài

toán tán xạ của sóng điện từ trên một hạt cầu kim loại với giả thiết các hạt và môi

trường xung quanh nó là đồng nhất. Phương trình được mô tả bằng các hàm điện môi

quang học trong tọa độ cầu với điều kiện biên thích hợp. Điều kiện biên được xác

định bởi tính gián đoạn rõ nét của mật độ điện tử tại bề mặt của hạt bán kính R. Kích

thước hạt, các hàm quang học của hạt và hàm điện môi của môi trường xung quanh

được sử dụng như là các thông số đầu vào [24].

Khi đường kính của hạt cầu nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng (d << ),

điện trường của ánh sáng có thể được coi là không đổi và tương tác bị chi phối bởi

trường tĩnh điện hơn là điện động lực học. Khi đó, plasmon của một hạt nano kim

loại được xem là một dao động lưỡng cực có tần số plasmon phụ thuộc vào hằng số

điện môi của chúng. Do hằng số điện môi của hạt kim loại và m của môi trường

xung quanh phụ thuộc vào bước sóng, nên trong trường hợp này người ta gọi là gần

đúng giả tĩnh (quasi-static). Trong chế độ giả tĩnh, các dịch chuyển pha hay các hiệu

ứng trễ của trường điện động là không đáng kể, trường điện từ trong hạt là đồng

nhất. Nếu d >> , trường điện từ trong hạt là không đồng nhất, sẽ có sự dịch pha

dẫn tới kích thích dao động đa cực.

Lý thuyết Mie đã tìm ra tiết diện dập tắt (ext), bao gồm tiết diện hấp thụ

(abs) và tiết diện tán xạ (sct) của hạt như sau:

ext j j2j=1

2σ = (2j + 1) Re(a + b )

x

(1.1)

abs = ext - sca (1.2)

2 2

sca j j2j=1

2σ = (2j + 1) a + b

x

(1.3)

Với m2πRnx =

ω

(1.4)

Trong đó: R là bán kính hạt, là tần số góc của ánh sáng tới trong chân

không, aj và bj là các hệ số tán xạ, nm là chiết suất thực của môi trường xung quanh.

Trong các biểu thức này, j là chỉ số tổng hợp của các sóng từng phần: j = 1 tương

ứng với dao động lưỡng cực, j = 2 tương ứng với dao động tứ cực.

8

Khi kích thước hạt nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng (d << ), thì

dao động của điện tử được xem là dao động lưỡng cực và tiết diện dập tắt được viết

dưới dạng đơn giản:

23/2

ext m 22

1 m 2

ε ωωσ = 9 ε V

c ε (ω) + 2ε + ε ω

(1.5)

Trong đó V = (4/3)R3 là thể tích hạt cầu, c là vận tốc ánh sáng, là tần số

góc của ánh sáng kích thích, m là hằng số điện môi của môi trường quanh hạt và

() = 1() + i1() là hàm điện môi của hạt. Ở đây () được coi là không phụ

thuộc vào tần số của ánh sáng tới, còn () là một hàm phức của năng lượng. Hiện

tượng cộng hưởng plasmon xảy ra khi 1() = -2m nếu 2 là nhỏ và phụ thuộc yếu

vào . Điều này có nghĩa là tiết diện dập tắt của hạt lớn nhất khi ánh sáng truyền

toàn bộ năng lượng của nó cho hạt để kích thích plasmon. Có thể chia sự đóng góp

vào hằng số điện môi thành hai phần: một là từ sự chuyển tiếp liên vùng inter

() và

hai là sự chuyển tiếp trong vùng

intra() bao gồm hiệu ứng bề mặt:

1() = 1inter

() + 1intra

() (1.6)

2() = 2inter

() + 2intra

() (1.7)

Trong đó

intra() có thể được tính toán theo mô hình Drude cho điện tử gần tự do:

2p

2 2

ωintra

1 ω + Γε ω = 1 -

(1.8)

2p

2 2

ωintra

2 (ω + Γ )ε ω = 1 -

(1.9)

Với p là tần số plasmon khối, là hệ số suy hao liên quan đến độ rộng phổ

cộng hưởng plasmon.

Từ lý thuyết Mie người ta có thể tính được tiết diện hấp thụ (abs) và tiết diện

tán xạ (sct) của một hạt như sau:

2

4 6 msca

m

ε - ε512πσ = k R

3 ε + ε

(1.10)

3 m

m

ε - εσ = 32 kR Im

ε + 2εabs

(1.11)

Trong đó, k là số sóng, R là bán kính hạt.

9

Công thức (1.10) và (1.11) cho thấy tiết diện tán xạ của một hạt tỉ lệ với R6

trong khi tiết diện hấp thụ tỉ lệ với R3. Vì vậy khi kích thước hạt nhỏ thì hiệu suất

tán xạ nhỏ hơn so với hiệu suất hấp thụ.

Độ hấp thụ A của một mẫu gồm các hạt nano phân tán trong một môi trường

đồng nhất được cho bởi:

0

1A = log . .

2,303ext

IN l

I

(1.12)

Trong đó (ext) là hệ số dập tắt của mẫu tại bước sóng và N là số hạt trong

một lít, l là độ dày của môi trường hấp thụ (cm).

Các kết quả của lý thuyết Mie đã được sử dụng rộng rãi để giải thích phổ hấp

thụ của các hạt nano kim loại quý cả về định tính cũng như định lượng. Việc điều

khiển hình dạng và kích thước của nano kim loại quý cho phép điều chỉnh tính chất

quang học của chúng (hình 1.3).

Hình 1.3. Phổ UV-Vis của nano Au với hình dạng và kích thước khác nhau [25]:

a) Thanh nano Au, b) Hạt nano SiO2@Au cấu trúc lõi - vỏ và c) Hạt nano Au rỗng.

1.1.3. Hệ vật liệu lai ferit từ - kim loại quý

Không giống như nanocompozit, thường được hình thành trên cơ sở đưa các

yếu tố kích thước nano (chất độn) vào trong một chất rắn dạng ma trận, vật liệu

nano lai là sự kết hợp của hai hoặc nhiều thực thể với thành phần khác nhau để tạo

ra vật liệu mới, đa chức năng mà vẫn mang kích thước nano. Khi các vật liệu khác

nhau được tích hợp với nhau trên một cấu trúc nano, ngoài việc kế thừa các tính

chất riêng của từng thành phần, cấu trúc lai còn thể hiện những tính chất mới do sự

tương tác giữa hai hệ vật liệu tạo nên [26, 27].

Các hạt nano Fe3O4-Au dumbbell được chế tạo đầu tiên vào năm 2005 bởi

Sun và cộng sự [28]. Cho đến nay, một số hệ nano lai ferit từ - kim loại quý cũng

10

được tổng hợp cho các mục đích khác nhau. Fantechi và cộng sự đã tổng hợp hạt

nano lai Fe3O4/Au cấu trúc dumbbell (hình 1.4a) và dạng lõi – vệ tinh thông qua

phương pháp phân hủy nhiệt với sự có mặt của các hạt mầm là các hạt nano vàng

[14]. Kích thước, hình thái và thành phần của hệ lai được điều khiển bằng cách thay

đổi nồng độ tiền chất, nồng độ chất hoạt đồng bề mặt, loại dung môi và nhiệt độ

phản ứng. Bằng phương pháp nuôi mầm, nhóm nghiên cứu của Reguera đã chế tạo

thành công các hạt nano lai Fe3O4/Au với cấu trúc khác nhau trong đó tính chất

quang của vật liệu được cải thiện trong vùng NIR [29]. Lin và cộng sự đã tổng hợp

hệ lai Fe3O4@Au cấu trúc lõi - vỏ (hình 1.4b) dựa trên các copolyme khối được

tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp gốc chuyển nguyên tử [30]. Việc điều khiển

kích thước lõi và độ dày lớp vỏ Au trong hệ lai làm thay đổi đáng kể các tính chất từ

và quang của chúng. Gần đây, Dinh và cộng sự đã tổng hợp các hạt lai Fe3O4/Ag

cấu trúc dumbbell (hình 1.4c) cho các ứng dụng từ - nhiệt trị với hiệu suất gia nhiệt

tăng đáng kể so với các hạt nano Fe3O4 riêng lẻ [8]. Hiện tượng này có thể được giải

thích do hiệu suất truyền nhiệt của các hạt kim loại Ag lớn hơn các hạt nano Fe3O4

là thành phần phi kim loại. Ngoài ra, khả năng tương thích sinh học và hiệu suất

chuyển đổi quang - nhiệt của cấu trúc nano lai cũng được cải thiện so với các hạt

nano Fe3O4 và Ag riêng lẻ.

Hình 1.4. Ảnh TEM của một số hệ nano lai ferit từ - kim loại quý khác nhau

a) Fe3O4-Au (dumbbell) [14], b) Fe3O4@Au (lõi - vỏ ) [30], c) Fe3O4-Ag (dumbbell)

[8], d) Fe3O4/Pt [31], e) Fe3O4/Pd [32], f) CoFe2O4/Pd [33].

11

Trong những năm gần đây, một số cấu trúc nano lai cấu tạo bởi thành phần

Fe3O4 và Pt/Pd được tổng hợp cho các ứng dụng xúc tác [31, 32] (hình 1.4d, e).

Ngoài Fe3O4, một số ferit khác cũng được lựa chọn làm thành phần từ tính cho các

hệ lai ferit từ - kim loại quý như CoFe2O4/Au, CoFe2O4/Ag và CoFe2O4/Pd (hình

1.4f) [33–35].

Ngày nay, các hạt nano ferit từ và đặc biệt là nano Fe3O4 đóng vai trò quan

trọng trong các ứng dụng y sinh khi chúng được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược

phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug Administration - FDA) chấp thuận cho các phương

pháp điều trị y tế khác nhau và đang được nghiên cứu trong các thử nghiệm lâm sàng

[36]. Tại Liên minh Châu Âu, các hạt nano Fe3O4 chức năng hóa được chấp nhận để

điều trị các khối u não bằng phương pháp nhiệt trị. Theo lộ trình này, các cấu trúc lai

khác nhau trên cơ sở các hạt nano từ, như Fe3O4/Au, Fe3O4/Ag với kích thước hạt và

hình thái khác nhau được thiết kế cho các ứng dụng y sinh [37, 38].

Trong số các hệ lai ferit từ - kim loại quý được chế tạo cho mục đích y sinh,

các hạt nano lai Fe3O4/Au thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Hiện nay,

các hệ lai Fe3O4/Au được chế tạo với một số cấu trúc khác nhau tùy thuộc vào mục

đích sử dụng (hình 1.5):

Hình 1.5. Cấu trúc của nano lai Fe3O4-Au: a) lõi – vệ tinh; b) lõi - vỏ hình cầu;

c) lõi - vỏ không hình cầu và d) Cấu trúc rỗng [15].

Trong số các dạng cấu trúc của hệ lai Fe3O4/Au, cấu trúc rỗng (hollow) có

nhiều ưu điểm hơn cho các ứng dụng y sinh. Ngoài thể hiện tính chất từ, các hạt lai

Fe3O4-Au cấu trúc rỗng còn hấp thụ mạnh các bức xạ trong vùng NIR. Vì vậy, có

thể sử dụng chúng như một vật liệu đa chức năng trong chẩn đoán và điều trị ung

thư. Nghiên cứu của Yongdong Jin và đồng tác giả cho thấy các hạt lai

Fe3O4@polyme@Au có lõi từ và vỏ Au được ngăn cách nhau bởi một lớp polyme

12

điện môi (hình 1.6a, b), có khả năng hấp thụ ánh sáng NIR cho phép tăng cường độ

tương phản ảnh MRI theo chế độ trọng T2 [39]. Xiaoyuan Chen và cộng sự đã chế

tạo hệ lai Fe3O4@Au rỗng với lớp vỏ Au xốp (hình 1.6c, d), ứng dụng trong chẩn

đoán hình ảnh và quang – nhiệt trị [18]. Ngoài ra, cấu trúc lai với phía trong rỗng nên

cung cấp bề mặt riêng cao vì vậy có thể sử dụng chúng như chất mang thuốc trong

điều trị bệnh ung thư. Thuốc có thể được nạp bằng cách “đóng gói” bên trong cấu

trúc rỗng hoặc gắn lên bề mặt lớp vỏ Au, các phân tử thuốc được liên kết với bề mặt

Au bên trong hoặc bên ngoài bằng các liên kết kém bền [18]. Hạn chế chính của các

hệ lai Fe3O4/Au rỗng đã công bố là kích thước hạt của chúng lớn (từ 40 ÷ 100 nm),

nên ảnh hưởng đến sự xâm nhập vào các mô và quá trình lưu thông máu trong cơ

thể. Do đó, việc chế tạo các hệ lai Fe3O4/Au rỗng với kích thước hạt nhỏ, tích hợp cả

tính chất từ và quang (trong vùng NIR) vẫn là một thách thức lớn hiện nay.

Hình 1.6. Ảnh TEM và minh họa cấu trúc hạt lai Fe3O4/Au:

Fe3O4@polyme@Au (a, b) [39] và Fe3O4@Au rỗng (c, d) [18].

Ở Việt Nam, một số nghiên cứu về chế tạo và ứng dụng các hạt nano từ và

nano kim loại quý đã và đang được tiến hành chủ yếu ở Viện Khoa học Vật liệu,

Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN; Trường Đại

học Quốc gia Hà Nội và Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. Nhóm nghiên

cứu của GS. Nguyễn Xuân Phúc ở Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm

KHCNVN là một trong những nhóm đầu tiên chế tạo các hạt nano từ cho ứng dụng y

sinh, đặc biệt là ứng dụng đốt từ trong điều trị bệnh ung thư [40–42]. Các nhóm

nghiên cứu của GS. Nguyễn Hoàng Lương (Trường Đại học Quốc gia Hà Nội) và

PGS. Lê Anh Tuấn (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) có quan tâm đặc biệt đến

chế tạo các hạt nano từ và nano bạc cho mục đích y sinh. Nhóm nghiên cứu của

PGS. Trần Hồng Nhung thuộc Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KHCNVN là những người

đi đầu trong việc chế tạo nano vàng làm tác nhân quang - nhiệt trị [43, 44]. Các

13

nghiên cứu nói trên chủ yếu tập trung vào chế tạo các hạt nano từ hoặc nano kim loại

quý riêng rẽ vì vậy sẽ hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng. Thời gian gần đây,

nhóm nghiên cứu của TS. Lê Trọng Lư ở Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm

KHCNVN đã phát triển các loại vật liệu nano lai giữa nano từ và nano kim loại quý

tạo ra vật liệu đa chức năng cho ứng dụng y sinh [45, 46]. Kết quả bước đầu cho thấy

hệ vật liệu lai ferit từ - kim loại quý đã khắc phục những hạn chế của các vật liệu

riêng rẽ.

1.2. Tính chất vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý

1.2.1. Tính chất từ

Để ứng dụng trong y sinh, vật liệu chế tạo được phải siêu thuận từ (lực kháng

từ và từ dư bằng không). Nếu không, các hạt sẽ kết tụ thành khối, gây ra tác dụng

không mong muốn như hiện tượng tắc mạch máu. Tính chất từ của các hạt lai ferit

từ - kim loại quý chủ yếu được điều khiển bởi thành phần từ tính của chúng, nó phụ

thuộc vào kích thước, thành phần và cấu trúc của lõi từ [15].

Hình 1.7. Đường cong từ trễ của một số nano ferit từ và hệ lai ferit từ - kim loại

quý: a) MnFe2O4 và MnFe2O4/Ag [47], b) Fe3O4 và Fe3O4/Au [48].

Nghiên cứu của Dinh và cộng sự cho thấy từ độ của các hạt lai Fe3O4/Ag

giảm đáng kể so với các hạt nano từ Fe3O4 [8]. Huy và cộng sự cũng chỉ ra rằng sự

có mặt của nano Ag trong cấu trúc lai MnFe2O4/Ag dẫn đến giảm mạnh giá trị từ độ

của hệ lai [47] (hình 1.7a). Sự giảm từ độ bão hòa của Fe3O4/Au HNPs cũng được

Pascuala báo cáo trong một nghiên cứu khác [48] (hình 1.7b). Giá trị từ độ của hệ

lai ferit từ - kim loại quý giảm so với các ferit từ tinh khiết được giải thích bằng sự

tồn tại của thành phần kim loại quý (như Au, Ag) là những thành phần phi từ. Ngoài

14

ra, tương tác lưỡng cực từ giữa các hạt ferit từ trong hệ lai giảm, dẫn đến các giá trị

từ độ bão hòa (Ms), lực kháng từ (Hc) và từ dư (Mr) của hạt lai cũng giảm so với

các ferit từ tinh khiết. Bên cạnh đó, sự thay đổi cấu trúc và hiệu ứng chuyển điện tử

(tại giao diện của thành phần ferit từ và kim loại quý) cũng làm thay đổi đáng kể

các mômen từ và tính dị hướng từ của vật liệu [49].

1.2.2. Tính chất quang

Tính chất quang của cấu trúc lai ferit từ - kim loại quý gây ra bởi sự hoạt

động của các điện tử trên bề mặt lớp vỏ kim loại quý khi được kích thích bởi sóng

điện từ (hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt). Hệ lai Fe3O4/Au có đỉnh SPR được

mở rộng và dịch chuyển về phía bước sóng dài trong phạm vi 530 ÷ 600 nm với các

cấu trúc đặc có kích thước dưới 20 nm [16] hoặc 650 ÷ 950 nm với các cấu trúc

rỗng [17] (hình 1.8), trong khi các hạt nano Au tinh khiết có vị trí SPR thường là

520 nm (dạng hình cầu đặc) [30]. Nghiên cứu tính chất quang trên các hệ lai ferit từ

- kim loại quý khác cũng cho thấy đỉnh SPR của vật liệu được mở rộng và dịch

chuyển về phía bước sóng dài so với các hạt kim loại quý riêng rẽ [50].

Hình 1.8. a) Ảnh và phổ UV-Vis của dung dịch chứa các hạt Au rỗng và hạt lai

Fe3O4 – Au rỗng: mẫu Au rỗng (mẫu 1 ÷ 4, với tỷ lệ (Ag, Au) tăng dần) và các hạt

lai Fe3O4 – Au rỗng (mẫu 5 ÷ 8, với tỉ lệ kích thước khoang trống/vỏ Au tăng dần);

b) Ảnh TEM của các hạt lai Fe3O4 – Au rỗng tương ứng (thang chuẩn 20 nm) [17].

Cường độ hấp thụ plasmon bề mặt cũng được coi là một tiêu chí quan trọng

cho hiệu quả ứng dụng của các hạt nano lai ferit từ - kim loại quý trong lĩnh vực y

15

sinh [51]. Sự thay đổi cường độ và vị trí SPR của hạt nano lai phụ thuộc vào tính

chất điện tử bề mặt của vật liệu [52]. Nếu các điện tử trên bề mặt hạt nano kim loại

quý bị dư thừa dẫn đến sự dịch chuyển vị trí SPR sang vùng bước sóng ngắn, trong

khi thiếu điện tử gây ra sự dịch chuyển sang vùng bước sóng dài [30]. Các hạt nano

ferit từ là thành phần thiếu điện tử so với các hạt kim loại quý (Ag, Au), trong hệ lai

các điện tử sẽ được chuyển từ kim loại quý sang ferit từ gây ra sự thiếu hụt điện tử

trên bề mặt của nano kim loại quý [50]. Do đó, đỉnh SPR của các hạt nano lai ferit

từ - kim loại quý bị dịch chuyển về phía bước sóng dài so với các hạt nano kim loại

quý tinh khiết.

Theo Mie tính chất quang của các hạt Fe3O4-(Ag, Au) cấu trúc lõi - vỏ được

giải thích dựa trên mô hình lai, chúng có thể được xem như sự tương tác giữa một

hạt nano cầu đặc (Fe3O4) và một hạt nano cầu rỗng (Ag, Au). Độ lớn của lực tương

tác giữa các hạt nano đặc và hạt nano rỗng phụ thuộc vào độ dày của lớp vỏ. Tương

tác là yếu trong trường hợp lớp vỏ dày và tương tác mạnh trong trường hợp lớp vỏ

mỏng. Vì tồn tại hai plasmon cộng hưởng của các quả cầu đặc và rỗng nên có thể

xem hiệu ứng plasmon cộng hưởng của hạt lai là kết quả của sự tương tác giữa 2

nguyên tử, lai với nhau tạo thành hai mode: mode liên kết với năng lượng thấp hơn

và phản liên kết với năng lượng cao hơn (hình 1.9).

Hình 1.9. Mô hình lai mô tả sự tương tác giữa hạt nano cầu đặc và rỗng [53].

16

Các tần số cộng hưởng plasmon được xác định như sau:

2n+1

p2 1n±

2

ω R1ω = 1 ± 1 + 4n(n + 1)

2 2n + 1 R

(1.13)

Trong đó: R1 là bán kính lõi, R2 là bán kính vỏ, n là thứ tự của sóng hình cầu,

p tần số plasmon khối, + là tần số cộng hưởng plasmon ứng với mode phản liên

kết, - là tần số cộng hưởng plasmon ứng với mode liên kết.

Ta thấy tần số cộng hưởng plasmon n phụ thuộc vào tỷ lệ lõi - vỏ của hạt.

Vì vậy, muốn tạo ra được bước sóng hấp thụ plasmon nằm trong vùng hồng ngoại

gần ta phải điều chỉnh n chính là điều chỉnh tỷ lệ lõi - vỏ của hạt.

Xue và cộng sự đã áp dụng lý thuyết Mie để tính toán sự hấp thụ quang của

cấu trúc lõi - vỏ Fe3O4@Au cho hai kích thước hạt khác nhau 60 và 100 nm với các

tỷ lệ khác nhau giữa độ dày vỏ và bán kính lõi là 10%, 20%, 30% và 40%. Phổ thu

được cho thấy đỉnh SPR bị dịch chuyển sang vùng hồng ngoại gần khi tỷ lệ giữa độ

dày vỏ và bán kính lõi giảm [54]. Lin và cộng sự đã chỉ ra rằng cực đại hấp thụ của

các hạt lõi - vỏ Fe3O4@Au dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn so với các hạt

nano Au tinh khiết và cường độ của sự dịch chuyển tăng cùng với sự gia tăng kích

thước lõi Fe3O4. Khi tỷ lệ thể tích Au/Fe3O4 tăng, đỉnh hấp thụ bị dịch chuyển về

phía bước sóng ngắn hướng tới vị trí của các hạt nano Au tinh khiết [30].

1.2.3. Tính tương thích sinh học và ổn định hóa lý

Để sử dụng thành công các vật liệu nano khác nhau trong các ứng dụng y

sinh, tính tương thích sinh học là yếu tố rất cần thiết. Khả năng tương thích sinh học

của hạt nano được đánh giá bằng cách sử dụng các phân tích in vitro, thử nghiệm

mô hình động vật và cuối cùng là thử nghiệm lâm sàng trước khi sử dụng trong các

ứng dụng y sinh. Bên cạnh tính tương thích sinh học, tính ổn định hóa lý cũng là

một trong những đặc điểm quan trọng của các hạt nano cho mục đích y sinh. Sự ổn

định hóa lý của các hạt nano không chỉ ngăn chặn sự biến đổi pha, mà còn hỗ trợ

việc kiểm soát các tính chất của vật liệu.

Các nghiên cứu cho thấy thành phần ferit từ thường thể hiện tính tương thích

sinh học trong đó Fe3O4 thể hiện khả năng tương thích sinh học cao [55, 56]. Thành

phần kim loại quý như Au và Ag có tính ổn định hóa học cao, chúng được sử dụng

để bảo vệ các hạt nano ferit từ khỏi quá trình oxy hóa và thay đổi trạng thái điện tử

17

của chúng [57]. Sự kết hợp giữa thành phần ferit từ và kim loại quý tạo ra cấu trúc

nano lai với tính tương thích sinh học và ổn định hóa lý cao hơn khi chúng ở dạng

tinh khiết [4]. Dinh và cộng sự đã nghiên cứu độc tính của vật liệu nano Ag và

Fe3O4/Ag HNPs trên dòng tế bào ung thư gan (SMMC-7721) và dòng tế bào gan

bình thường (L02) ở người. Kết quả cho thấy độc tính của nano Ag thể hiện rõ ở

nồng độ Ag lớn hơn 10,35 g/mL trong khi Fe3O4/Ag HNPs không gây độc trên hai

dòng tế bào ở nồng độ Ag lên tới 24,83 g/mL. Như vậy, cấu trúc lai Fe3O4/Ag thể

hiện khả năng tương thích sinh học cao hơn so với Ag NPs riêng lẻ [8]. Hoskins và

cộng sự đã nghiên cứu độc tính của các hạt nano lai Fe3O4/Au trên các tế bào ung thư

sắc tố da, kết quả cho thấy không có sự suy giảm tỉ lệ sống của tế bào sau 7 ngày xử

lý trong phạm vi nồng độ 25 ÷ 50 g/mL [58]. Gần đây, Lee và cộng sự báo cáo việc

sử dụng lớp phủ polyetylen glycol (PEG) trên các hạt lai MnFe2O4@SiO2@Au lõi -

vỏ để tăng tính ổn định keo và hiệu quả liên hợp kháng thể [59]. Việc tạo một lớp

tương thích sinh học trên bề mặt hạt lai là phương pháp rất hiệu quả để giảm độc tính.

Như vậy, sự kết hợp giữa thành phần ferit từ và kim loại quý trên một cấu

trúc nano duy nhất đã ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất từ và tính chất quang

cũng như tính tương thích sinh học và ổn định hóa lý, từ đó có thể sử dụng để điều

chỉnh các đặc tính cho các ứng dụng khác nhau.

1.3. Ứng dụng của vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý trong y sinh

Tính chất siêu thuận từ của thành phần ferit từ cho phép các ứng dụng như từ

- nhiệt trị, chất tương phản ảnh MRI, tách từ và phân phối thuốc hướng đích. Ngoài

ra, tính chất quang của nano kim loại quý (Ag, Au) cho phép các ứng dụng như

quang – nhiệt trị, chụp ảnh quang, sensor sinh học. Sự kết hợp của thành phần ferit

từ và kim loại quý tạo ra các ứng dụng đa dạng hơn so với các hạt nano riêng lẻ.

Hiệu quả ứng dụng của các hạt lai ferit từ - kim loại quý phụ thuộc vào thành phần,

cấu trúc, tính chất bề mặt, kích thước và hình thái hạt lai. Một số định hướng ứng

dụng chính của hạt nano lai ferit từ - kim loại quý trong lĩnh vực y sinh được trình

bày trong các phần dưới đây.

1.3.1. Ứng dụng nhiệt trị trong điều trị ung thư

Phương pháp nhiệt trị (hay tăng thân nhiệt) trong điều trị ung thư dựa trên

nguyên tắc: các tế bào ung thư nhạy cảm với nhiệt độ, chúng bị tổn thương hoặc bị

18

tiêu diệt trong một phạm vi nhiệt độ cho phép, trong khi tế bào lành không bị ảnh

hưởng trong khoảng nhiệt độ đó.

Phản ứng của các tế bào ung

thư khi tiếp xúc với nhiệt độ phụ thuộc

vào thời gian tiếp xúc và độ cao của

nhiệt độ. Sự tác động của nhiệt độ lên

tế bào ung thư được trình bày trên hình

1.10. Các nghiên cứu cho thấy khi

nhiệt độ tế bào lớn hơn 39 oC, quá

trình biến tính protein bắt đầu xảy ra

[60, 61]. Kết quả của sự biến tính là

các protein dễ bị kết tụ và sau đó có

thể gây ra sự tổn thương hoặc sự hủy

diệt tế bào. Khi nhiệt độ của tế bào đạt 40 ÷ 41 oC, không chỉ gây biến tính protein

mà còn làm cho tế bào mất hoạt động tạm thời, quá trình này có thể kéo dài trong

vài giờ. Các tế bào sống sót xuất hiện đề kháng khi được tiếp xúc thêm với khoảng

nhiệt độ này do tạo ra khả năng chịu nhiệt tạm thời (còn gọi là khả năng chịu nhiệt)

[62]. Ap dụng nhiệt độ cao hơn khoảng 41÷ 42 oC trong thời gian vài giờ, sẽ làm

mất khả năng chịu nhiệt tạm thời của tế bào. Khi nhiệt độ tế bào đạt 43 ÷ 45 oC,

các tế bào bị mất hoạt động lâu dài [63]. Trong phạm vi nhiệt độ này, tốc độ của

các phản ứng sinh hóa tăng lên đáng kể dẫn đến sự xuất hiện “hiệu ứng oxy hóa” do

sự gia tăng mật độ tế bào dạng oxy phản ứng. Những dạng tế bào này có thể gây

tổn thương oxy hóa cho protein, lipit và axit nucleic [64]. Trong khoảng nhiệt độ

45 ÷ 48 oC gây ra sự chết tế bào ung thư rất nhanh [65]. Các nghiên cứu cho thấy

khoảng nhiệt độ phù hợp nhất sử dụng trong nhiệt trị là 42 ÷ 46 oC (vùng cửa sổ

nhiệt độ trị liệu) [9].

Cho đến nay, đa số các kỹ thuật nhiệt trị trong điều trị ung thư được thực

hiện bằng việc đưa một thiết bị vào vị trí khối u để làm nóng và tiêu diệt các tế bào

ung thư. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này liên quan đến việc

phẫu thuật để đưa thiết bị vào trong cơ thể nên dễ làm tổn thương thậm chí tiêu diệt

các mô khỏe mạnh xung quanh. Ngoài ra, trong một số trường hợp như ung thư di

căn, phương pháp này sẽ không có tác dụng do các tế bào ung thư phân tán khắp cơ

Hình 1.10. Sự tác động của nhiệt độ lên

tế bào ung thư [25].

19

thể. Việc sử dụng các hạt nano lai ferit từ - kim loại quý để tăng thân nhiệt cục bộ

trong điều trị ung thư là một giải pháp tiềm năng cho vấn đề này.

1.3.1.1. Từ - nhiệt trị

Là phương pháp điều trị ung thư dựa vào hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ, tức là

hiện tượng nhiệt độ của các hạt nano từ tăng lên khi chúng hấp thụ năng lượng của từ

trường ngoài [66].

Hai cơ chế chính đóng góp vào

quá trình sinh nhiệt của chất lỏng từ

trong từ trường xoay chiều là tổn hao

từ trễ và tổn hao hồi phục. Với các hạt

nano từ được sử dụng trong y sinh đòi

hỏi phải siêu thuận từ nên đóng góp

chính vào quá trình sinh nhiệt là cơ chế

hồi phục (bao gồm hồi phục Néel và

hồi phục Brown) và đóng góp của cơ

chế từ trễ là không đáng kể [67–69].

Khi các hạt nano từ được đưa đến vị trí khối u (bằng cách tiêm trực tiếp hoặc

dẫn thuốc hướng đích), dưới tác dụng của từ trường xoay chiều có cường độ và tần số

đủ lớn, các hạt nano sẽ tham gia vào hai quá trình chuyển động là chuyển động quay

của các mômen từ bên trong hạt (chuyển động Néel) và chuyển động quay của toàn

bộ hạt bên trong khối u (chuyển động Brown) gây ra nhiệt ma sát (hình 1.11). Hai

quá trình này sinh nhiệt làm nóng môi trường xung quanh các hạt. Khó khăn chủ

yếu đối với phương pháp từ - nhiệt trị là việc đưa một lượng hạt nano phù hợp để tạo

ra lượng nhiệt đủ lớn dưới tác dụng của từ trường ngoài trong khi phải duy trì tần số

(f) và cường độ (H) nằm trong phạm vi an toàn cho phép đối với cơ thể (H.f = 5.109

A/ms) [70].

Phương pháp nhiệt trị dựa trên các hạt nano Fe3O4 và các ferit từ tương thích

sinh học khác là một phương pháp đầy hứa hẹn trong điều trị ung thư [71, 72]. Nhược

điểm chính của các vật liệu này là hiệu suất truyền nhiệt thấp nên hiệu quả nhiệt trị

không cao. Để khắc phục hạn chế này, trong những năm gần đây các hệ lai ferit từ -

kim loại quý đã được chế tạo [50]. Vai trò quan trọng của kim loại quý trong cấu trúc

Hình 1.11. Minh họa chuyển động Néel

và Brown ảnh hưởng đến tính chất gia

nhiệt của hạt nano từ [67].

20

lai đối với phương pháp từ - nhiệt trị là làm tăng độ “nhạy nhiệt” của tế bào ung thư

và chúng nhanh chóng bị tiêu diệt trong cả môi trường in vitro và in vivo. Như đã đề

cập trong phần 1.2.1, các kim loại quý như Au, Ag đều làm giảm từ độ bão hòa của

hệ lai, nhưng chúng có tác dụng đáng kể đối với việc truyền nhiệt nên có thể cải thiện

hiệu suất tăng nhiệt tổng cộng của cả hệ. Gần đây, Ding và cộng sự đã nghiên cứu

phương pháp từ - nhiệt trị của các hạt nano lai Fe3O4/Ag với các mô hình in vitro và

in vivo [8]. Phương pháp này đã ngăn chặn sự phát triển nhanh của khối u SMMC-

7721 trên chuột và hiệu suất chuyển đổi từ - nhiệt trị của hạt nano lai cao hơn nhiều

so với hạt nano Fe3O4 tinh khiết. Bằng cách sử dụng các hạt nano lai Fe3O4/Ag cho

hiệu ứng từ - nhiệt trị, các khối u ngừng phát triển trong thời gian 7 ngày. Ngoài ra,

kết quả mô bệnh học của các mẫu cho thấy hiện tượng hoại tử và xơ hóa của các mô

ung thư đã xảy ra, điều đó chứng minh tính hiệu quả của các hạt nano lai Fe3O4/Ag

trong phương pháp từ - nhiệt trị.

1.3.1.2. Quang - nhiệt trị

Phương pháp quang - nhiệt trị được áp dụng để tiêu diệt các tế bào ung thư

thông qua nhiệt được tạo ra bởi các hạt nano có tính chất quang khi được chiếu xạ

bởi các photon có bước sóng và năng lượng phù hợp [57].

Hình 1.12. Sơ đồ biểu diễn các quá trình khác nhau xảy ra trên hạt nano

khi được chiếu sáng [25].

Cơ chế sinh nhiệt của hạt nano khi được chiếu sáng có thể mô tả như sau:

Khi một hạt nano được chiếu sáng bởi một chùm ánh sáng, một số photon tới sẽ bị

hấp thụ hoặc tán xạ bởi các hạt nano. Các photon bị hấp thụ đóng vai trò sinh nhiệt

21

(phát ra các phonon) và phát quang (phát ra các photon có năng lượng khác nhau)

như được minh họa trên hình 1.12 [25].

Tổng số các photon tương tác với hạt nano được xác định bởi tiết diện dập tắt

(ext). Giá trị này bằng tổng tiết diện hấp thụ (abs) và tiết diện tán xạ (sct) của các

hạt nano:

ext = abs + sct (1.14)

Hiệu suất hấp thụ (abs) của một hạt nano được tính bằng tổng số photon hấp

thụ (abs) chia cho tổng số photon tới (ext) tương tác với hạt nano:

absabs

ext

αΦ =

α

(1.15)

Năng lượng hấp thụ bởi hạt nano (tính bằng năng lượng của các photon tới

nhân với tổng số photon bị hấp thụ) được giải phóng dưới hai dạng: 1) phát ra các

photon có năng lượng khác với năng lượng của photon tới (sự phát quang) hoặc

2) bằng sự phát ra các phonon (tức là bằng cách tạo ra nhiệt) (hình 1.12) [25]. Để trị

liệu bằng phương pháp quang – nhiệt hiệu quả, các hạt nano phải có hiệu suất hấp

thụ lớn và hiệu suất lượng tử phát quang phải thấp.

Bên cạnh đó, nguồn chiếu sáng

cũng đóng vai trò quan trọng trong

việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi

quang - nhiệt. Như đã đề cập, ánh sáng

NIR với độ sâu thâm nhập tối đa trong

mô, với hai vùng bước sóng: cửa sổ

đầu tiên nằm giữa 650 ÷ 950 nm, với

giá trị tối ưu ở khoảng 808 nm và cửa

sổ thứ hai 1000 ÷ 1350 nm với giá trị

tối ưu khoảng 1064 nm [73]. Giới hạn

cho cửa sổ sinh học NIR chủ yếu được xác định bởi các hệ số hấp thụ của máu và

nước (hình 1.13).

Các hạt nano lai ferit từ - (Ag, Au) sau khi được chiếu sáng sẽ chuyển đổi

năng lượng quang thành năng lượng nhiệt cho phép phá hủy và tiêu diệt có chọn lọc

các tế bào ung thư trong phạm vi nhiệt độ 42 ÷ 46 oC [50]. Do vậy, các hệ lai ferit

Hình 1.13. Độ hấp thụ quang của mô

người đối với ánh sáng [25].

22

từ - (Ag, Au) có tiềm năng trong điều trị ung thư bằng phương pháp quang - nhiệt trị.

Nghiên cứu của Multari và cộng sự cho thấy sự kết hợp của thành phần Au và Fe3O4

trên một cấu trúc nano duy nhất đã tăng cường hiệu suất chuyển đổi quang – nhiệt so

với các hệ đơn lẻ [9]. Với nồng độ hạt lai 50 μg/mL, sau khi được chiếu sáng các tế bào

ung thư biểu mô vảy (HO-1-N-1) đã bị tiêu diệt trong khi đó các tế bào lành nguyên

bào sợi ở người (Human Gingivalis Fibroblast - HGF) không bị ảnh hưởng do các

hạt lai được định vị trực tiếp trên khối u nhờ tác dụng của từ trường ngoài.

1.3.1.3. Kết hợp quang/từ - nhiệt trị

Để đạt được nhiệt độ trị liệu bằng các kỹ thuật từ - nhiệt hoặc quang - nhiệt

như đã đề cập ở trên đòi hỏi phải sử dụng một lượng mẫu đủ lớn. Mặt khác, các kỹ

thuật này cũng gặp phải một số hạn chế trong các thử nghiệm lâm sàng như: việc sử

dụng từ trường với tần số và cường độ lớn hoặc laze có công suất cao sẽ gây thiệt

hại cho các mô sinh học khỏe mạnh [74]. Sử dụng phương pháp quang/từ - nhiệt kết

hợp dựa trên cấu trúc lai ferit từ - (Ag, Au) nhằm khắc phục đáng kể những hạn chế

của các phương pháp nhiệt trị riêng rẽ. Quá trình nhiệt trị bằng phương pháp kết

hợp có thể mô tả tóm tắt theo sơ đồ hình 1.14.

Hình 1.14. Minh họa phương pháp quang/từ - nhiệt trị [75]

a) Thuốc được tiêm vào chuột, dưới tác dụng của từ trường và laze các tế

bào khối u bị tiêu diệt. b) Tăng nhiệt độ cục bộ trong quá trình nhiệt trị

được theo dõi bằng nhiệt hồng ngoại.

Espinosa và cộng sự đã nghiên cứu hiệu ứng quang/từ - nhiệt của hệ lai

Fe3O4@Au (cấu trúc đa lõi từ và lớp vỏ Au). Kết quả cho thấy sự gia tăng nhiệt độ

23

khi áp dụng đồng thời cả từ trường và laze cao gấp 2 lần so với các kỹ thuật riêng rẽ

[11]. Das và cộng sự đã tổng hợp các sợi nano lai Fe3O4-Ag cho các liệu pháp

quang/từ - nhiệt kết hợp. Kết quả cho thấy giá trị SLP tăng dưới tác dụng đồng thời

của từ trường và laze NIR [74]. Sự tăng cường đáng kể hiệu quả sinh nhiệt của các

hạt nano oxit sắt-Au khi bị kích thích đồng thời từ trường và laze cũng được báo

cáo bởi Ovejero và cộng sự [76]. Như vậy, phương pháp nhiệt trị dựa trên kỹ thuật

quang/từ - nhiệt kết hợp là phương pháp đầy hứa hẹn trong điều trị ung thư [50].

Để đánh giá khả năng sinh nhiệt

của vật liệu nano người ta thường sử

dụng đại lượng công suất tổn hao riêng

(specific loss power - SLP). Giá trị này

đặc trưng cho khả năng sinh nhiệt của

hệ hạt nano trên một đơn vị khối lượng

và được xác định theo công thức [57,

77]:

s

n

m .C dTSLP =

m dt

(1.16)

Trong đó: ms là tổng khối lượng của mẫu (g), C là nhiệt dung riêng của mẫu

(với Cnước = 4,185 J/gK), mn là khối lượng của vật liệu sinh nhiệt có trong mẫu (g)

và dT/dt là tốc độ tăng nhiệt ban đầu được xác định từ đường cong nhiệt độ theo

thời gian (hình 1.15).

1.3.2. Chẩn đoán hình ảnh

Hình ảnh sinh học đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật chẩn đoán y sinh, nó

là công cụ đắc lực giúp cho việc chẩn đoán và điều trị bệnh được hiệu quả. Hiện nay

nhiều hệ nano lai ferit từ - kim loại quý được sử dụng làm chất tương phản ảnh cho các

kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh khác nhau: hệ lai Fe3O4/Au, Fe3O4/Ag được sử dụng làm

chất tương phản ảnh trong các kỹ thuật MRI, chụp cắt lớp vi tính (computed

tomography - CT) hay chụp ảnh quang âm (photoacoustic - PA) [78]. Hiệu quả của hầu

hết các kỹ thuật hình ảnh bị ảnh hưởng bởi tính chất từ và quang của vật liệu nano lai

được sử dụng làm chất tương phản. Trong phần này, chúng tôi tập trung nghiên cứu

định hướng ứng dụng hạt nano lai ferit từ - (Ag, Au) làm chất tăng tương phản ảnh

trong kỹ thuật MRI.

Hình 1.15. Cách tính tốc độ tăng nhiệt

ban đầu [67].

24

Phƣơng pháp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI):

Cộng hưởng từ hạt nhân là một kỹ thuật chẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh

giải phẫu chi tiết của cơ thể nhờ sử dụng từ trường và sóng radio. Phương pháp này

cho phép quan sát hình ảnh lớp cắt của các bộ phận cơ thể từ nhiều góc độ trong

một khoảng thời gian ngắn. Ảnh MRI có độ tương phản cao, rõ ràng, chi tiết, giải

phẫu tốt và có khả năng tái tạo 3D mang lại hiệu quả chẩn đoán cho bác sĩ đối với

bệnh lý của bệnh nhân.

Cơ thể người cấu tạo chủ yếu từ nước (60 ÷ 70%). Trong thành phần của

phân tử nước luôn có nguyên tử hydro. Về mặt từ tính, nguyên tử hydro là một

nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton. Mặc dù mômen từ của

1 proton rất nhỏ (bằng 1,5x10-3 mômen từ của điện tử) nhưng trong cơ thể người có

một lượng rất lớn proton (khoảng 6 x1019

proton/mm3

nước) nên có thể tạo ra một

hiệu ứng có thể đo được [69]. Điều đó dẫn đến một hệ quả là: nếu ta dựa vào hoạt

động từ của các nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của các

mô trong cơ thể thì có thể ghi hình và phân biệt được các mô đó. Mặt khác, trong

cùng một cơ quan, các tổn thương bệnh lý đều dẫn đến thay đổi sự phân bố của các

phân tử nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động từ tại đó sẽ thay đổi so với mô

lành, nên ta cũng ghi hình được các thương tổn.

Như vậy, nguyên lý của phương pháp MRI là dựa trên tín hiệu hồi phục spin

của các proton có trong phân tử nước của các khối mô sinh học khi bị kích thích bởi

các chuỗi xung tần số radio (Radio Frequency - RF) dưới tác dụng của từ trường

ngoài cố định (Bo) [20]. Các proton sẽ dao động cộng hưởng nếu như tần số của từ

trường trùng với tần số Larmor của proton:

ω0 = B0 (1.17)

Trong đó: 0: là tần số Larmor, B0: cường độ từ trường ngoài, : là hệ số từ

cơ của proton.

Bằng cách áp dụng một từ trường xoay chiều có tần số radio theo phương

vuông góc với Bo (hình 1.16a), spin của các proton sẽ bị kích thích và dẫn đến lệch

khỏi hướng ban đầu (hình chiếu của mômen từ lên phương của từ trường cố định Mz

giảm xuống trong khi hình chiếu của nó lên mặt phẳng vuông góc với từ trường

ngoài cố định Mzy tăng lên) (hình 1.16b). Sau khi ngắt từ trường xoay chiều, các

proton sẽ trở về trạng thái ban đầu thông qua việc giải phóng năng lượng kích thích

25

qua hai quá trình trao đổi spin-mạng và spin-spin được xác định bởi thời gian hồi

phục T1 và T2 tương ứng (hình 1.16c, d). Bằng cách sử dụng các chất tương phản

dẫn đến thay đổi thời gian hồi phục T1 và T2 của spin của các proton và do đó làm

thay đổi độ tương phản ảnh MRI. Hiệu quả của một tác nhân tương phản thường

được biểu thị bằng độ hồi phục r1 hoặc r2. Đối với các tác nhân tương phản T1

(tương phản dương), chúng có giá trị r1 cao và tỷ lệ r2/r1 nhỏ, trong khi các tác nhân

tương phản T2 (tương phản âm) cho giá trị r2 cao hơn nhiều so với r1 [20].

Hình 1.16. Nguyên lý của chụp ảnh cộng hưởng từ

a) spin của các proton của phân tử nước quay tròn dưới sự tác dụng của từ trường

ngoài B0 với tần số Larmor (ω0). b) sau khi áp dụng từ trường xoay chiều tần số

radio (RF) có hướng vuông góc với B0 spin proton sẽ bị kích thích và lệch khỏi

hướng ban đầu. Khi ngắt từ trường xoay chiều, spin trở lại trạng thái ban đầu và

giải phóng năng lượng thông qua 2 quá trình gọi là hồi phục dọc (tương tác spin-

mạng) với thời gian hồi phục T1 và quá trình hồi phục ngang (tương tác giữa các

spin-spin với nhau) với thời gian hồi phục T2. c) thời gian hồi phục dọc T1. d) thời

gian phục hồi ngang T2 [20].

Cho đến nay, các tác nhân tương phản T1 và T2 đã được sử dụng rộng rãi

trong lâm sàng [69]. Tác nhân tương phản dương T1 thường sử dụng là các phức của

Gd3+

thuận từ có trị số mômen spin lớn như gadopentetat (tên thương mại là

Magnevist), gadobenat (Multihance), gadodiamit (Omniscan), gadoteridol

(Prohance) hoặc gadobutrol (Gadovist). Trong quá trình hồi phục, sự tương tác giữa

mômen từ của proton với mômen từ của các ion thuận từ làm cho thời gian T1 giảm,

nhờ vậy tốc độ hồi phục r1 tăng lên. Hạn chế lớn nhất của các phức chất Gd3+

là thời

26

gian lưu thông trong cơ thể ngắn do chúng bị bài tiết nhanh qua nước tiểu, làm hạn

chế hình ảnh độ phân giải cao nên đòi hỏi thời gian quét dài [79]. Ngoài ra, các chất

tương phản dựa trên Gd3+

không được sử dụng cho các bệnh nhân bị bệnh thận [79].

Để khắc phục nhược điểm trên, các nghiên cứu gần đây trên thế giới tập trung phát

triển các chất tương phản T2, là những vật liệu nano từ sử dụng oxit và ferit của các

kim loại chuyển tiếp nhóm 3d (Fe, Co hoặc Mn) và bọc chúng bằng các polyme sinh

học để tạo ra chất lỏng từ [80]. So với các phức của Gd3+

, vật liệu nano từ nêu trên

có khả năng tương thích sinh học tốt và có thể được phát hiện ở nồng độ nhỏ hơn

trong sử dụng lâm sàng [56, 81]. Tuy nhiên, tín hiệu tối được tạo ra bởi các chất

tương phản T2 đôi khi bị nhầm lẫn với một số điều kiện nội sinh như vôi hóa, không

khí, xuất huyết và đông máu. Hơn nữa, từ tính cao của các chất tương phản T2 gây

ra sự nhiễu loạn của từ trường cục bộ, có thể phóng đại kích thước của vùng được

đánh dấu và làm mờ hình ảnh [81].

Hình 1.17. a) Ảnh MRI trọng T1 và T2 của hệ lai F-AuNC@Fe3O4 (b, c) đồ thị 1/T1

và 1/T2 theo nồng độ Fe của các hạt lai F-AuNC@Fe3O4 [82].

Để khắc phục nhược điểm của các chất tương phản đơn phương phức nói trên

(chỉ T1 hoặc T2), hiện nay các nhà khoa học đã thiết kế các hệ lai ferit từ - kim loại quý

có khả năng tương phản kép (rút ngắn cả T1 và T2) nhằm nâng cao hiệu quả trong chẩn

đoán MRI [82]. Trong số các hệ lai ferit từ - kim loại quý cho mục đích MRI, các hạt

nano lai Fe3O4-(Ag, Au) được quan tâm nhiều hơn cả do chúng ổn định về mặt hóa

học, khả năng tương thích sinh học cao và có tính chất siêu thuận từ [83, 84]. Wang và

27

cộng sự đã nghiên cứu chế tạo hệ lai gồm hạt nano Au rỗng với các hạt Fe3O4 rất

nhỏ (2,2 nm) được chức năng hóa bằng axit folic (F-AuNC@Fe3O4) với kích

thước hạt trung bình 70 nm cho hiệu quả tương phản ảnh MRI với cả hai chế độ

chụp trọng T1 và trọng T2 (r1 = 6,263 mM-1

s-1

, r2 = 28,117 mM-1

s-1

) (hình 1.17). Các

nghiên cứu in vivo cho thấy hệ lai F-AuNC@Fe3O4 tương thích sinh học và có khả

năng tích lũy chọn lọc trong các mô khối u. Kết quả chụp MRI phương thức T1 và

T2 trên chuột ở các khoảng thời gian khác nhau cho thấy hiệu quả tăng cường độ

tương phản ảnh MRI sau khi tiêm dung dịch chứa các hạt lai F-AuNC@Fe3O4 được

thể hiện rất rõ [82]. Tín hiệu tăng cường độ tương phản ảnh có thể được duy trì hơn

6 giờ, dài hơn nhiều so với các phức chất của Gd3+

với tốc độ bài tiết cao (khoảng

vài phút ở động vật nhỏ) [85]. Kết quả này đã mở ra tiềm năng ứng dụng của hệ lai

ferit từ - kim loại quý trong chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân theo phương thức kép.

1.3.3. Ứng dụng kháng khuẩn

Hiện nay, sự xuất hiện các chủng vi khuẩn mới kháng thuốc đã trở thành một

vấn đề nghiêm trọng trong chăm sóc sức khỏe cộng đồng [86]. Ở Anh, vi khuẩn

MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) giết chết 5000 bệnh nhân mỗi

năm [87]. Do đó, việc tìm ra các vật liệu mới có khả năng tiêu diệt các chủng vi

khuẩn kháng thuốc là vấn đề cấp thiết hiện nay.

Các nghiên cứu gần đây cho thấy các hạt nano Ag, Au, CuO, TiO2 và ZnO

đều có hoạt tính kháng khuẩn [88–90], trong đó Ag NPs được chứng minh là chất

kháng khuẩn mạnh, chúng có khả năng chống lại các loài vi khuẩn, vi rút và các vi

sinh vật nhân thực khác [91]. Ưu điểm của nano Ag trong vai trò kháng khuẩn là

khả năng tiêu diệt mạnh các vi khuẩn gây bệnh trong khi các chủng vi khuẩn này

không có khả năng kháng lại bạc. Do đó, nano bạc được sử dụng rộng rãi trong

nhiều ứng dụng kháng khuẩn.

Theo Qing và cộng sự, hoạt tính kháng khuẩn của nano Ag diễn ra theo 2 cơ

chế [92]: (1) Cơ chế kháng khuẩn thông qua tiếp xúc trực tiếp của Ag NPs với vi

sinh vật và (2) Cơ chế kháng khuẩn thông qua sự giải phóng các ion bạc từ Ag NPs.

Ở cơ chế thứ nhất, nano Ag có thể bám dính vào thành tế bào vi khuẩn và

thâm nhập vào màng tế bào, gây ra những thay đổi vật lý trong màng tế bào, như

tổn thương màng, thay đổi tính chất của tế bào (hình 1.18a) [93]. Khi hệ Ag NPs

thâm nhập vào bên trong tế bào vi khuẩn, nó có thể tương tác với các cấu trúc tế bào

28

và các phân tử sinh học như protein, lipit và DNA dẫn đến rối loạn các chức năng

của vi khuẩn và sau đó tử vong. Đặc biệt, sự tương tác của nano Ag với ribosom sẽ

ức chế quá trình dịch mã tổng hợp protein (hình 1.18b). Các hạt nano Ag tương tác

với các nhóm cacboxyl và thiol, ức chế chức năng sinh học nội bào và dẫn đến chết

tế bào. Hơn nữa, cơ chế kháng khuẩn của nano Ag cũng được giải thích do khả năng

tạo ra các dạng gốc tự do oxy hóa (reactive oxygen species - ROS) làm phá vỡ

màng tế bào hoặc thành tế bào của vi khuẩn [94].

Hình 1.18. Cơ chế kháng khuẩn của các hạt nano Ag [92]

(a) Ag NPs dính lên màng, gây tổn thương màng và dò rỉ nội chất của tế bào (cơ chế 1).

(b) Ag NPs xâm nhập sâu, tương tác với các cấu trúc tế bào và các phân tử sinh học

như protein, lipit và DNA làm rối loạn các chức năng và làm chết vi khuẩn (cơ chế 1).

(c) Ag NPs có thể giải phóng Ag+ trong và ngoài vi khuẩn sau đó chúng tương tác

với protein và enzym (cơ chế 2).

Ở cơ chế thứ hai, các hạt nano Ag có thể giải phóng Ag+ ở trong và ngoài tế

bào vi khuẩn. Nồng độ Ag+ được giải phóng cao nhất trong trường hợp Ag NPs có

kích thước nhỏ nhất. Ion Ag+ (mang điện tích dương) tương tác với thành tế bào vi

29

khuẩn (mang điện tích âm) làm biến đổi hình thái tế bào và tăng tính thấm màng hoặc

rò rỉ tế bào gây chết tế bào. Ag+ có ái lực lớn với photpho và các phân tử sinh học có

chứa lưu huỳnh có trong ngoại bào và các thành phần nội bào (DNA, protein), những

phân tử sinh học này ảnh hưởng đến sự phân chia, sự hô hấp và sự sống của tế bào

[95, 96]. Ngoài ra, sự tương tác của Ag+ với nhóm thiol có thể là nguyên nhân gây ra

các dạng ROS, dẫn đến ức chế enzym hô hấp và gây chết tế bào (hình 1.18c). Ion bạc

hoạt động như một chất kháng khuẩn bằng cách tương tác với thành tế bào

peptidoglycan và màng sinh chất, ngăn cản sự sao chép DNA của vi khuẩn bằng cách

can thiệp vào các nhóm thiol trong protein [97]:

Mặc dù nano Ag có thể tiêu diệt vi khuẩn thông qua hai phương thức hoạt động

khác nhau được đề cập ở trên, nhưng cơ chế kháng khuẩn thường được coi là tác dụng

đồng thời của Ag NPs và Ag+. Quá trình này có thể mô tả theo sơ đồ hình 1.19:

Hình 1.19. Sơ đồ mô tả tương tác của Ag NPs lên vi khuẩn theo thời gian [97].

Để cải thiện khả năng kháng khuẩn của Ag NPs, hiện nay các nghiên cứu tập

trung vào các hệ nano lai giữa Ag với các ferit từ như Fe3O4/Ag, MnFe2O4/Ag [98].

Nghiên cứu của Chudasama và cộng sự trên hệ lai Fe3O4@Ag cấu trúc lõi - vỏ cho

thấy hoạt tính kháng khuẩn của các hạt lai chống lại vi khuẩn Gram âm Escherichia

coli và Proteus vulgaris tốt hơn so với các hạt nano Ag tự do [87]. Gong và cộng sự

đã chỉ ra rằng các hạt nano Fe3O4@Ag có khả năng kháng lại nhiều chủng vi khuẩn

khác nhau trong đó có Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis và Bacillus

subtilis [99]. Đặc tính nổi bật của các hạt nano lai ferit từ - bạc so với các hạt Ag đơn

30

lẻ có cùng kích thước là hoạt tính kháng khuẩn trong cấu trúc lai được tăng cường do

đó sẽ nâng cao hiệu quả điều trị cũng như giảm thiểu tình trạng kháng kháng sinh

[100]. Vấn đề này có thể được giải thích như sau: i) tốc độ giải phóng Ag+ ở cấu trúc

lai nhanh hơn ở các hạt nano Ag đơn lẻ do sự chuyển điện tử từ thành phần Ag sang

Fe3O4 và ii) quá trình ion hóa hạt nano Ag được tăng tốc bởi các ion Fe3+

trong cấu

trúc lai.

Ngoài ra, sự kết hợp của các hạt lai ferit từ - bạc với thuốc kháng sinh cũng

làm tăng hoạt lực của thuốc. Ivashchenko và cộng sự đã nghiên cứu khả năng diệt

khuẩn của hệ Fe3O4/Ag gắn kháng sinh rifampicin (hệ thuốc Fe3O4/Ag-rifampicin) trên

các chủng vi khuẩn khác nhau, kết quả cho thấy hệ Fe3O4/Ag-rifampicin có hoạt tính

diệt khuẩn cao hơn so với trường hợp chỉ sử dụng thuốc kháng sinh [101].

1.3.4. Dẫn thuốc hướng đích

Phương pháp hóa trị và xạ trị trong điều trị ung thư hiện nay bị hạn chế bởi

độc tính liên quan đến liều lượng và tác dụng phụ mà chúng gây ra cho các mô lành

[102, 103]. Do đó việc điều trị hướng đích nhằm làm tăng nồng độ của thuốc tại vị

trí khối u mà không bị phân tán ở những vùng mô khoẻ mạnh được nhiều nhà khoa

học quan tâm nghiên cứu [104]. Ưu điểm của phương pháp này là: (i) thu hẹp phạm

vi phân bố của thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc và (ii) giảm

lượng thuốc điều trị.

Các tác nhân hướng đích hiện nay thường là các vật liệu có tính chất từ như

các ferit từ và hệ lai ferit từ - (Ag, Au). Li và đồng tác giả đã chế tạo hệ lai

Fe3O4@Au với lớp phủ silica tương thích sinh học cho phép vận chuyển hướng đích

thuốc chống ung thư doxorubicin (DOX) [105]. Các oligonucleotit liên kết

(dsDNA) đã được sử dụng làm chất chặn mao quản, lớp vỏ silica chứa DOX cho

phép giải phóng thuốc có kiểm soát. Việc dẫn thuốc hướng đích và giải phóng thuốc

được điều khiển từ xa bằng từ trường ngoài và chiếu xạ laze trong vùng NIR (hình

1.20). Phương pháp này cũng chứng minh việc tăng hiệu quả điều trị khối u nhờ sự

kết hợp giữa quang/từ - nhiệt trị và hóa trị liệu thông qua từ trường và laze NIR

[105]. Việc dẫn thuốc hướng đích cũng được Sun và cộng sự nghiên cứu trên hệ

nano lai Au-Fe3O4 cấu trúc dumbbell [106]. Theo nghiên cứu này các hạt lai Au-

Fe3O4 có khả năng dẫn phức platin hướng đích đến tế bào ung thư vú Sk-Br3 ở

người (hình 1.21). So với các hạt nano Fe3O4 đơn lẻ được sử dụng cho các ứng dụng

y sinh [107], các hạt nano Au-Fe3O4 dumbbell có nhiều ưu điểm hơn: (1) sự có mặt

31

của cả hai thành phần Fe3O4 và Au trên một cấu trúc nano tạo điều kiện thuận lợi

cho sự gắn kết HER2 (kháng thể herceptin) và phức platin lên cấu trúc lai và (2) cấu

trúc lai có thể đóng vai trò như đầu dò từ tính và quang học để theo dõi phức platin

trong tế bào và hệ thống sinh học.

Hình 1.20. Minh họa quá trình điều trị kết hợp quang – nhiệt trị và hóa trị liệu tế

bào ung thư in vivo theo phương pháp nhắm mục tiêu từ tính [105].

Hình 1.21. Minh họa các hạt nano Au-Fe3O4 cấu trúc dumbbell kết hợp với

Herceptin và phức platin để nhắm mục tiêu tế bào và phân phối thuốc [106].

1.4. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý

Với mục đích tổng hợp các hạt lai nhằm hướng tới ứng dụng y sinh, đòi hỏi

các hạt phải phân tán tốt, độ đồng đều cao. Hiện nay, có nhiều phương pháp tổng

hợp hệ lai ferit từ - kim loại quý (Ag, Au), thông thường quy trình tổng hợp gồm hai

bước cơ bản sau [15]:

1) Tổng hợp hạt mầm: có thể là hạt nano ferit từ hoặc nano kim loại quý (Ag, Au).

2) Phát triển thành phần còn lại (kim loại quý hoặc ferit từ) trên hạt mầm đã

tổng hợp trước.

Luận án này tập trung vào phương pháp tổng hợp hạt mầm là nano ferit từ,

sau đó phát triển thành phần kim loại quý (Ag, Au) trên hạt ferit từ đã tổng hợp trước.

32

1.4.1. Tổng hợp vật liệu nano ferit từ

Vật liệu ferit từ thường được chế tạo bằng một số phương pháp hoá học như

phương pháp đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt và phân hủy nhiệt. Trong đó, phương

pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ đã được chứng minh là một trong những

phương pháp kiểm soát tốt kích thước và hình dạng của các hạt nano từ [108].

Có hai kỹ thuật được sử dụng để tổng hợp các hạt nano bằng phương pháp

phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ [109]: i) quá trình tổng hợp hạt nano được

thực hiện bằng cách phun nhanh các tiền chất là các hợp chất hữu cơ của nguyên tố

kim loại cần tổng hợp vào dung môi hữu cơ đang sôi với sự có mặt của chất hoạt

động bề mặt (phương pháp hot - injection) hoặc ii) đun nóng từ từ hỗn hợp phản

ứng từ nhiệt độ phòng lên nhiệt độ sôi của dung môi (phương pháp heating - up).

Phương pháp heating - up được sử dụng rộng rãi hơn, nó cho phép tạo ra các hạt

nano đồng đều với sự phân bố kích thước hẹp. Quá trình hình thành các hạt nano

theo phương pháp heating - up có thể được mô tả như hình 1.22.

Hình 1.22. Minh họa sự hình thành NPs theo phương pháp heating – up [110].

Các tiền chất phổ biến nhất được sử dụng trong phương pháp này là các phức

chất cacbonyl, axetylaxetonat và oleat của kim loại chuyển tiếp. Ngoài ra, một số

muối vô cơ như sunphat hoặc clorua cũng được sử dụng. Các axit béo (axit oleic -

OA, axit lauric - LA), các amin (oleylamin - OLA, hexadexylamin - HDA),

trioctylphotphin oxit (TOPO) hoặc hỗn hợp của chúng được sử dụng như các chất

hoạt động bề mặt. Các thông số phản ứng như: tỉ lệ nồng độ của tiền chất/chất hoạt

33

động bề mặt, nồng độ của các chất tham gia phản ứng và loại dung môi thường

được sử dụng để điều khiển hình thái và độ đồng đều của hạt nano. Ngoài ra, các

yếu tố thực nghiệm khác như nhiệt độ phản ứng, tốc độ gia nhiệt và thời gian phản

ứng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định hình dạng, kích thước và độ

đồng đều của các hạt nano [108].

Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ

ở nhiệt độ cao có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác. Thứ nhất, sản phẩm

thu được ở nhiệt độ cao có mức độ tinh thể hóa cao. Thứ hai, tốc độ tạo mầm và

phát triển mầm có thể điều khiển dễ dàng bằng cách thay đổi nhiệt độ phản ứng. Sự

phát triển của các hạt nano có thể được dừng lại ở bất kỳ thời điểm nào bằng cách

làm nguội phản ứng, điều đó là rất quan trọng và nó quyết định không chỉ kích

thước, độ đồng đều hạt mà còn ảnh hưởng đến hình dạng, cấu trúc pha tinh thể và

tính chất của sản phẩm. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là sản phẩm

sau khi tổng hợp không tan trong nước, để ứng dụng trong y sinh thì phải chuyển

pha các hạt nano sang dạng ưa nước, đây là một quy trình tương đối khó khăn và

phức tạp. Dung môi sử dụng là các dung môi hữu cơ nên trước khi thải ra ngoài môi

trường phải được xử lý triệt để, tránh gây ô nhiễm môi trường.

1.4.2. Tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý

1.4.2.1. Phương pháp nuôi mầm

Đây là phương pháp tạo mầm không đồng nhất, trong đó các hạt mầm được

tạo hình trước và đưa vào dung dịch phản ứng. Sự phát triển của các hạt mầm được

thực hiện bằng cách chúng hấp phụ các chất tan và sau đó hình thành các monome

trên bề mặt. Phương pháp này có thể được sử dụng để tổng hợp các hạt nano đơn

pha [111] hoặc các hạt nano lai [112].

Gần đây có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc tổng hợp cấu trúc nano lai

với hình thái khác nhau chúng đều bắt nguồn từ quá trình tạo mầm không đồng

nhất, tuy nhiên cơ chế phát triển của chúng không giống nhau. Để tìm ra cơ chế chi

tiết, việc hiểu rõ vai trò của sự không phù hợp mạng tinh thể (F) tồn tại giữa vật liệu

lắng đọng và các hạt mầm là rất quan trọng. Vì kích thước của các nguyên tử và tinh

thể của hai vật liệu này thường khác nhau, dẫn đến sự sắp xếp theo hướng ưu tiên

đặc trưng cho mỗi vật liệu cũng khác nhau. Ví dụ, các nguyên tử A hình thành trên

34

bề mặt hạt mầm B, sự không phù hợp mạng tinh thể F giữa hai vật liệu A và B có

thể được xác định qua biểu thức 1.18 [113]:

A B

B

a - aF =

a (1.18)

Trong đó: aA và aB là các hằng số mạng của vật liệu A và B tương ứng.

Sự không phù hợp này tạo ra một năng lượng biến dạng dương (γstrain), tăng

nhanh với sự phát triển của hạt nhân. Sự không phù hợp càng lớn, năng lượng biến

dạng càng lớn. Phần bề mặt chung được hình thành giữa các vật liệu A và B tạo ra

một năng lượng mới được gọi là năng lượng bề mặt chung (γi). Sự tương tác giữa

năng lượng bề mặt chung và năng lượng bề mặt riêng của hai vật liệu này (γA và γB)

có thể quyết định kết quả của quá trình phát triển. Năng lượng dư tổng thể (Δγ) của

hệ được tạo ra bao gồm sự đóng góp của bốn dạng năng lượng trên như thể hiện

trong phương trình 1.19 [113]:

= A + i + γstrain - B (1.19)

Dựa vào các giá trị năng lượng dư tổng thể , ba mô hình phát triển khác

nhau của vật liệu A trên hạt mầm B được mô tả như hình 1.23.

Hình 1.23. Mô hình thể hiện sự phát triển khác nhau của vật liệu A trên hạt mầm B [113].

35

+ Nếu tổng năng lượng bề mặt của vật liệu lắng đọng A, năng lượng biến dạng

và năng lượng bề mặt chung nhỏ hơn năng lượng bề mặt của vật liệu mầm B dẫn đến

giá trị âm trong quá trình phát triển. Trong trường hợp này, vật liệu A sẽ lắng đọng

trên bề mặt vật liệu B theo kiểu từng lớp hình thành cấu trúc lõi - vỏ. Mô hình phát

triển này gọi là Frank - van der Merwe (FM) hay phát triển dạng lớp (hình 1.23a).

+ Nếu tổng năng lượng bề mặt của vật liệu lắng đọng A, năng lượng biến

dạng và năng lượng bề mặt chung lớn hơn năng lượng bề mặt của vật liệu hạt mầm

B dẫn đến giá trị dương trong quá trình tăng trưởng. Điều đó có nghĩa là sự lắng

đọng sẽ làm tăng năng lượng bề mặt của cấu trúc, các lớp có thể giảm năng lượng

tổng của nó bằng cách hình thành các nhánh 3D dày bị cô lập và có thể làm giảm

năng lượng biến dạng bằng cách tạo ra những khuyết tật về cấu trúc giữa hai bề mặt

hình thành giao diện chung. Mô hình phát triển này gọi là Volmer - Weber (VW)

hay phát triển dạng nhánh (hình 1.23c).

+ Mô hình phát triển thứ ba xảy ra trong các hệ có sự không phù hợp mạng tinh

thể giữa các mặt phẳng đang phát triển của hai vật liệu nhưng giá trị âm ở giai đoạn

phát triển ban đầu, vì vậy sự phát triển từng lớp của vật liệu A trên hạt mầm B là phù

hợp hơn. Tuy nhiên, năng lượng biến dạng tăng tuyến tính với số lớp của nguyên tử A

lắng đọng và đạt đến một giá trị ngưỡng khi đó trở nên dương dẫn đến sự phát triển

thay đổi từ mô hình FM sang VW, tức là các nhánh 3D phát triển trên các lớp 2D (đã

hình thành trước đó) để giảm năng lượng biến dạng. Mô hình phát triển này gọi là

Stranski - Krastanov (SK) hay phát triển dạng nhánh trên lớp (hình 1.23b).

Ba mô hình trên rất hữu ích để dự đoán và điều chỉnh kết quả phát triển của

cấu trúc nano đa thành phần. Ví dụ, để thu được cấu trúc dumbbell, sự phát triển

phải đáp ứng các điều kiện áp dụng trong mô hình VW. Bằng cách đó, sự phát triển

sẽ hình thành nhánh 3D bị cô lập thu được cấu trúc dumbbell thay vì hình thành các

lớp tạo cấu trúc lõi - vỏ. Trong sự phát triển của cấu trúc nano đa thành phần, ngoài

năng lượng bề mặt và sự không phù hợp mạng tinh thể, các yếu tố khác như năng

lượng liên kết kim loại, nhiệt độ, tốc độ khuấy cũng ảnh hưởng đến hình thái và cấu

trúc của hệ lai thu được [114].

36

1.4.2.2. Tổng hợp một số hệ nano lai ferit từ-(Ag, Au) bằng phương pháp nuôi mầm

a) Cấu trúc ferit từ-(Ag, Au)

Lin và cộng sự [30] đã tổng hợp hệ lai Fe3O4@Au cấu trúc lõi - vỏ dạng hình

cầu bằng phương pháp nuôi mầm với sự kiểm soát kích thước lõi Fe3O4 (6 ÷ 20 nm)

và độ dày vỏ Au (5 ÷ 18 nm) dựa vào các copolyme khối. Sun và đồng tác giả [28]

đã chế tạo hệ Fe3O4-Au dumbbell thông qua việc điều khiển sự phát triển của nano

Fe3O4 trên bề mặt hạt nano Au (hạt mầm). Kích thước của thành phần Fe3O4 và Au

trong hệ lai được điều khiển bằng sự thay đổi tỉ lệ giữa Fe(CO)5 và Au (hạt mầm).

Như vậy, với phương pháp này nano kim loại quý như Ag và Au được lắng đọng

trực tiếp trên bề mặt các hạt nano ferit từ MFe2O4 (hạt mầm) thông qua việc khử

các tiền chất Ag+ hoặc Au

3+ sử dụng các chất khử phù hợp. Bằng việc điều khiển

các thông số phản ứng như: tỷ lệ tiền chất/hạt mầm, chất hoạt động bề mặt, chất

khử, dung môi và nhiệt độ phản ứng có thể thu được các cấu trúc lai khác nhau

(hình 1.24).

Hình 1.24. Sự hình thành hệ lai ferit từ-(Ag, Au) [15, 115, 116].

37

b) Cấu trúc ferit từ@silica/polyme -(Ag, Au)

Nhóm nghiên cứu của Baoliang đã chế tạo thành công hệ lai Fe3O4@SiO2-Ag

với cấu trúc lõi - vệ tinh [117]. Đầu tiên lớp SiO2 được hình thành trên bề mặt các

hạt nano từ Fe3O4 tạo cấu trúc Fe3O4@SiO2 bằng phương pháp sol-gel, sau đó nano

Ag được lắng đọng trên bề mặt các hạt Fe3O4@SiO2 bằng cách sử dụng Sn2+

làm

chất khử. Các hạt nano lai Fe3O4@SiO2@Au cũng được chế tạo thành công bởi Xue

và cộng sự [118]. Sau khi hình thành lớp SiO2 trên bề mặt hạt nano từ bằng phương

pháp sol-gel sử dụng TEOS và dung dịch amoniac, các hạt Fe3O4@SiO2 được chức

năng hóa bằng hợp chất chứa nhóm amin (N-[3-(trimethoxysilyl)propyl] etylen

điamin) để thu hút hạt nano vàng thông qua tương tác điện tích – điện tích, một

lượng nhỏ mầm tinh thể nano Au được thêm vào hệ, chúng hoạt động như những

tâm phản ứng cho sự phát triển lớp vỏ Au liên tục nhờ phản ứng của dung dịch Au3+

với fomandehit [118].

Hình 1.25. Sự hình thành hệ lai ferit từ@silica-(Ag, Au) [15].

Các giai đoạn chính của quá trình chế tạo hệ lai ferit từ@silica-(Ag, Au) bao

gồm: i) phủ một lớp silica lên các hạt nano ferit từ (thường sử dụng phương pháp

sol - gel với tiền chất là tetraetyl orthosilicat (TEOS)), ii) lắng đọng thành phần kim

loại quý lên bề mặt lớp silica (hình 1.25). Việc lựa chọn chất khử đóng vai trò quan

trọng trong việc phát triển hình thái lớp phủ Au cuối cùng. Sử dụng các chất khử

như hydroquinon [119] và N,N-dimetyl formamit (DMF) [120] thường tạo ra vỏ

38

vàng phân nhánh, khi đó hệ lai thu được thể hiện sự hấp thụ mạnh ánh sáng trong

vùng hồng ngoại gần.

Ngoài phương pháp tạo lớp silica ở giữa lõi từ và lớp vỏ kim loại quý (Ag,

Au), các hệ lai ferit từ@polyme-(Ag, Au) cũng được quan tâm nghiên cứu do khả

năng hấp thụ mạnh ánh sáng trong vùng NIR. Jin và cộng sự đã mô tả các bước

chính trong phương pháp chế tạo hệ lai ferit từ@polyme@Au như hình 1.26 [39].

Các hạt ferit từ đơn phân tán với bề mặt được bao phủ bởi các phân tử axit oleic

(OA) kỵ nước được hòa tan vào nước sử dụng photpholipit-polyetylen glycol tận

cùng với nhóm chức axit cacboxylic (PL-PEG-COOH). Gốc PL kỵ nước liên kết

với axit oleic thông qua các tương tác kỵ nước – kỵ nước, trong khi đó khối PEG

hướng ra ngoài làm cho hạt ferit từ tan trong nước và tích điện âm do có nhóm

chức axit cacboxylic tận cùng. Để tạo “điểm neo” cho sự phát triển vỏ vàng, một

lớp peptit tích điện dương, poly-L-histidin (PLH), được hấp phụ lên bề mặt ngoài

của cấu trúc ferit-PEG thông qua tương tác điện tích – điện tích ở pH 5 - 6. Các

phân tử hữu cơ đa lớp (OA, PL-PEG và PLH) được phủ trên bề mặt các hạt ferit từ

có chức năng như một hàng rào hiệu quả ngăn chặn các ion vàng phát triển trực

tiếp trên lõi ferit từ. Việc khử thêm Au3+

bằng các chất khử dẫn đến hình thành các

hạt lai đa chức năng với vỏ vàng và lõi ferit từ được ngăn cách nhau bởi các phân

tử hữu cơ [39].

Hình 1.26. Sự hình thành hệ lai ferit từ@polyme@Au [39].

Ưu điểm nổi bật của hệ vật liệu ferit từ@silica (polyme) - (Ag, Au) là khả

năng hấp thụ mạnh bức xạ quang trong vùng NIR. Tuy nhiên, nhược điểm chính của

hệ này là kích thước hạt lai tương đối lớn (> 60 nm), do đó dễ gây hiện tượng kết

đám khi phân tán chúng trong nước nên ảnh hưởng đến việc ứng dụng thực tế.

c) Cấu trúc ferit từ - Au rỗng

Lin và cộng sự [18] đã chế tạo hệ lai Fe3O4@Au rỗng gồm các giai đoạn như

thể hiện trên hình 1.27a. Các hạt nano từ Fe3O4 với lớp phủ OA có đường kính 15 nm

39

được sử dụng làm lõi từ (hình 1.27b). Sau đó, lớp SiO2 (≈ 18 nm) được phủ trực

tiếp trên bề mặt các hạt nano Fe3O4 kỵ nước bằng phương pháp mixen đảo hình

thành cấu trúc Fe3O4@SiO2 (hình 1.27c). Sau khi phủ lớp SiO2, các hạt Fe3O4@SiO2

có thể được phân tán trong nước mà không bị kết tụ. Sau đó, các hạt Fe3O4@SiO2

được chức năng hóa với 3-aminopropyl triethoxysilan để gắn hạt mầm nano Au

(hình 1.27d). Các mầm tinh thể nano Au được thêm vào hệ, chúng hoạt động như

những tâm phản ứng cho sự phát triển lớp vỏ Au liên tục thông qua phương pháp

nuôi mầm, sản phẩm thu được các hạt lai Fe3O4@SiO2@Aushell (hình 1.27e), lớp vỏ

Au hình thành dày và liên tục hơn khi lượng tiền chất Au tăng. Sau khi thêm dung

dịch NaOH, lớp SiO2 dần bị hòa tan cho sản phẩm là Fe3O4@Au với khoang rỗng

phía trong và lớp vỏ Au tương đối xốp (hình 1.27f). Với phương pháp này, cấu trúc

lai ferit từ - Au rỗng thu được hấp thụ ánh sáng trong vùng NIR, tuy nhiên kích

thước của vật liệu lớn (65 ÷ 100 nm). Ngoài ra, quá trình tổng hợp gồm nhiều bước

thường đòi hỏi các điều kiện công nghệ phức tạp.

Hình 1.27. Minh họa các giai đoạn hình thành hệ lai Fe3O4@Au rỗng (a)

và ảnh TEM các hạt nano Fe3O4 (b), Fe3O4@SiO2 (c), Fe3O4@SiO2@Auhạt mầm (d),

Fe3O4@SiO2@Aushell (e), Fe3O4@Au rỗng (f) [18].

40

Phương pháp mới chế tạo cấu trúc nano rỗng hiện nay là sử dụng phản ứng

thế Galvanic dựa vào sự khác nhau về thế điện cực giữa các cặp oxi hóa – khử. Với

phương pháp này các lỗ trống được tạo thành do quá trình oxi hóa của tinh thể kim

loại, các tinh thể này sau đó hoạt động như những khuôn nano cho sự hình thành

cấu trúc rỗng. Các bước chế tạo hạt nano lai ferit từ - Au rỗng bằng phương pháp

thế Galvanic có thể mô tả tóm tắt như sau: đầu tiên chế tạo hệ nano lai ferit từ - Ag

bằng phương pháp nuôi mầm, sau đó sử dụng các hạt nano lai ferit từ - Ag làm

khuôn cho quá trình tổng hợp cấu trúc rỗng thông qua phản ứng thế Galvanic giữa

Ag (trên hạt lai) và dung dịch H[AuCl4] theo phương trình [17]:

3Ag0 + Au

3+ Au

0 + 3Ag

+

Các nguyên tử Au tạo thành được lắng đọng trên bề mặt khuôn nano, do đó

hình dạng và kích thước của cấu trúc rỗng được quyết định bởi hình thái của vật liệu

làm khuôn. So với các phương pháp trên, phương pháp thế Galvanic thu được các

hạt nano lai, cấu trúc rỗng với kích thước nhỏ hơn rất nhiều do đó có thể dễ dàng

phân tán chúng trong môi trường nước, đồng thời đây là phương pháp tương đối

đơn giản và tiết kiệm chi phí do chỉ sử dụng một lượng nhỏ tiền chất Au.

1.4.3. Biến tính bề mặt vật liệu nano lai

Để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, một trong những yêu cầu cơ bản đối với

các hạt nano lai ferit từ - kim loại quý là chúng phân tán ổn định trong cả môi

trường nước và môi trường sinh lý. Với những mục đích này, người ta thường sử

dụng phương pháp biến tính bề mặt các hạt nano lai sau khi tổng hợp. Việc biến

tính bề mặt hạt nano lai ferit từ - kim loại quý đòi hỏi phải đảm bảo tính chất từ,

tính chất quang cũng như tính tương thích sinh học. Hiện nay một số phương pháp

thường được sử dụng để biến tính bề mặt các hạt nano lai như phương pháp trao đổi

phối tử và phương pháp bọc hạt bằng các polyme lưỡng cực. Việc sử dụng vật liệu

để biến tính bề mặt hạt lai phụ thuộc vào mục đích ứng dụng của chúng đồng thời

đảm bảo tương tác đẩy giữa các hạt là lớn nhất để tránh sự kết đám cũng như thu

được chất keo ổn định.

1.4.3.1. Phương pháp trao đổi phối tử

Với phương pháp này các phối tử trên bề mặt hạt nano lai ferit từ - kim loại

quý như polyme hoặc chất hoạt động bề mặt sử dụng trong quá trình tổng hợp sẽ

được thay thế bằng các phối tử mới nên được gọi là phương pháp trao đổi phối tử.

Việc lựa chọn phối tử để trao đổi phải phù hợp với từng loại vật liệu và mục đích sử

41

dụng [20]. Các nghiên cứu cho thấy các nhóm cacboxylat, photphat liên kết mạnh

với bề mặt của nano ferit từ trong khi đó, nhóm thiol có ái lực cao với bề mặt của

các kim loại quý như Au, Ag và Pt [121, 122]. Jishkariani và cộng sự đã phát triển

phương pháp trao đổi phối tử để thay thế lớp phủ axit oleic trên bề mặt các hạt nano

Fe3O4-Au dumbbell bằng các phối tử mới gồm hai bước: bước trao đổi phối tử đầu

tiên được thực hiện với lượng dư phối tử chứa nhóm chức axit photphorơ không

phân cực trong cloroform ở 35 °C trong 12 giờ để phủ lên phần Fe3O4. Sau đó, các

hạt được tinh chế bằng cách kết tủa với ancol rồi ly tâm và phân tán lại trong

cloroform. Bước trao đổi phối tử thứ hai được thực hiện trong các điều kiện tương

tự bằng cách sử dụng các đisunfit phân cực hoặc không phân cực. Bước này chức

năng hóa phần kim loại Au của hạt lai. Bằng phương pháp này có thể tạo ra các hạt

lai với tính chất ưa nước hoặc kỵ nước, sơ đồ mô tả quá trình trao đổi phối tử như

thể hiện trên hình 1.28 [123].

Hình 1.28. Quá trình trao đổi phối tử hai bước của các hạt Fe3O4-Au dumbbell [123].

Đây là phương pháp đơn giản để biến tính bề mặt vật liệu, nhưng có nhược

điểm là phụ thuộc vào liên kết hóa học giữa bề mặt của hạt nano lai và nhóm chức

của phối tử sử dụng. Các phân tử phối tử phải có khả năng liên kết mạnh với bề mặt

hạt nano lai. Điều này có nghĩa là mỗi phối tử với một nhóm chức cụ thể phải được

chọn riêng cho từng vật liệu nano. Vì vậy, không có phương pháp chung để áp dụng

cho tất cả các vật liệu. Ngoài ra, một số vật liệu không có phối tử nào phù hợp cho

việc trao đổi [20].

1.4.3.2. Bọc hạt lai bằng các polyme lưỡng cực

Phương pháp “bọc hạt” dựa trên việc thêm một lớp phụ xung quanh lớp chất

hoạt động bề mặt kỵ nước hình thành trong quá trình tổng hợp. Ưu điểm chính của

phương pháp này là có thể áp dụng cho hầu hết các loại hạt nano tổng hợp trong dung

môi hữu cơ. Để bọc các hạt nano sau khi tổng hợp, các phân tử polyme lưỡng cực

(amphiphilic polyme) thường được sử dụng như poly(maleic anhydrit-alt-1-octadecen)

42

(PMAO), polyetylen glycol (PEG), fluronic 127, 1,2-đistearoyl-sn-glycero-3-

photphoetanolamin-N-[amino(polyetylen glycol)-2000] (DSPE-PEG), axit

poly(acrylic) (PAA) [124]. Các polyme này với cấu trúc phân tử gồm 2 phần chính:

phần kỵ nước của phân tử polyme liên kết với lớp chất hoạt động bề mặt kỵ nước

trên các hạt nano lai thông qua các tương tác kỵ nước – kỵ nước trong khi phần ưa

nước của chúng hướng ra ngoài tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân tán trong nước.

Minh họa liên kết giữa polyme lưỡng cực với hạt nano trước và sau khi bọc được

thể hiện trên hình 1.29.

Hình 1.29. Minh họa liên kết giữa DSPE-PEG-COOH với NPs trước và sau khi bọc [125].

Nhận xét:

Ưu điểm chính của việc kết hợp thành phần ferit từ và kim loại quý là tạo ra

một hệ vật liệu đa chức năng: vừa chẩn đoán, vừa điều trị bệnh. Xuất phát từ mục

tiêu nghiên cứu của đề tài, từ việc nghiên cứu tình hình trong và ngoài nước, tổng

quan chi tiết về tính chất và các phương pháp chế tạo vật liệu nano lai ferit từ - kim

loại quý (Ag, Au) cho ứng dụng y sinh, chúng tôi xây dựng nội dung nghiên cứu

của luận án bao gồm:

1. Tổng hợp hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) kích thước hạt đồng

đều, đơn phân tán và từ độ bão hòa cao bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong

dung môi hữu cơ.

2. Tổng hợp hệ vật liệu lai Fe3O4/Ag kích thước nhỏ (dưới 20 nm) bằng phương

pháp nuôi mầm. Tổng hợp hệ lai Fe3O4/Au rỗng, kích thước nhỏ (dưới 20 nm), hấp

thụ ánh sáng NIR, sử dụng khuôn nano Fe3O4/Ag bằng phương pháp thế Galvanic

trong dung môi hữu cơ.

3. Chuyển pha các mẫu tổng hợp được từ dung môi hữu cơ sang dung môi

nước. Nghiên cứu đánh giá độc tính và độ bền của dung dịch hạt nano lai trong nước.

4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của dung dịch hạt nano lai trong y sinh: hoạt

tính kháng khuẩn, khả năng chuyển đổi quang/từ - nhiệt, khả năng tương phản ảnh MRI.

43

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu và hóa chất

*) Các hóa chất dùng để tổng hợp vật liệu:

Các hóa chất sử dụng trong luận án đều là hóa chất tinh khiết của hãng

Sigma-Aldrich, với độ sạch 99,9%:

- Các tiền chất: sắt (III) axetylaxetonat (Fe(acac)3), sắt (II) sunfat heptahiđrat

(FeSO4.7H2O), sắt (II) clorua tetrahiđrat (FeCl2.4H2O), mangan (II) axetylaxetonat

(Mn(acac)2), coban (II) axetylaxetonat (Co(acac)2), bạc nitrat (AgNO3), axit

tetracloro auric (III) (H[AuCl4].3H2O).

- Dung môi sử dụng trong tổng hợp và rửa mẫu: 1-octadecen (ODE), etanol,

n-hexan, cloroform.

- Chất hoạt động bề mặt và chất khử: axit oleic (OA), oleylamin (OLA),

1-octadecanol (OCD-ol).

- Hóa chất dùng trong quá trình chuyển pha các hạt nano từ dung môi hữu cơ

sang nước: poly(maleic anhydrit-alt-1-octadecen) (PMAO), natri hiđroxit (NaOH).

*) Nguyên liệu sử dụng để đánh giá độc tính:

- Dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến dạ dày AGS và MKN45 có nguồn gốc

từ hãng RIKEN, BRC Cell Engineering Division (Nhật Bản) được nuôi cấy trong

môi trường chứa: 89% môi trường cơ bản RPMI 1640, 10% huyết thanh bò có chửa

và 1% kháng sinh penicillin/streptomycin.

- Các hóa chất: DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindol), MTT (3-(4,5-

dimetylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromit), PBS 1X (Photphat Buffered

Salin), DMSO (dimetyl sunfoxit) của hãng Thermo Fisher Scientific.

*) Nguyên liệu sử dụng để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn:

Các loài vi khuẩn kiểm định:

+ Gram dương: Bacillus subtilis (viết tắt: B. subtilis), Lactobacillus

plantarum (L.plantarum), Sarcina lutea (S. lutea).

+ Gram âm: Serratia marcescens (S. marcescens), Escherichia coli (E. coli).

44

Môi trường nuôi cấy vi khuẩn kiểm định: Môi trường LB (Luria Bertani) có

thành phần gồm cao nấm men 0,5%; NaCl 1,0%; pepton 1,0%. Môi trường LB đặc

bổ sung 2,0% thạch agar.

2.2. Tổng hợp vật liệu

2.2.1. Tổng hợp hạt nano ferit từ

2.2.1.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 với

tiền chất ở nồng độ thấp

Trong luận án này hạt nano

Fe3O4 được tổng hợp bằng phương

pháp phân hủy nhiệt [108]. Lấy một

lượng tiền chất sắt (Fe(acac)3 hoặc

hỗn hợp Fe(acac)3 và muối sắt (II) vô

cơ (với Fe(III)/Fe(II) = 2/1) cho vào

bình cầu 3 cổ dung tích 100 mL. Cho

thêm một lượng chất hoạt động bề

mặt OA/OLA và chất khử OCD-ol trong 40 mL dung môi ODE. Tỷ lệ các thành

phần được thay đổi như trong bảng 2.1. Bình phản ứng được đặt lên bếp gia nhiệt có

khuấy từ và hệ sinh hàn hồi lưu (hình 2.1). Khuấy hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ

phòng trong 30 phút, sau đó tăng dần nhiệt độ lên 100 oC và duy trì trong 30 phút để

loại bỏ hơi nước có mặt trong dung dịch phản ứng. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 200 oC,

hồi lưu trong 30 phút. Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 270 ÷ 315 oC duy trì trong một

khoảng thời gian nhất định (bảng 2.1). Toàn bộ quá trình được thực hiện trong điều

kiện cấp khí nitơ liên tục.

Các thông số điều kiện tổng hợp như thời gian, nhiệt độ phản ứng, nồng độ

chất hoạt động bề mặt và tiền chất vô cơ được thay đổi như trong bảng 2.1.

Hình 2.1. Hệ thiết bị tổng hợp hạt nano.

45

Bảng 2.1. Điều kiện tổng hợp hạt nano Fe3O4.

Nồng độ tiền chất (mM)

Nồng độ chất

HĐBM

(mM)

OCD-

ol

(mM)

Nhiệt

độ

phản

ứng

(oC)

Thời

gian

phản

ứng

(ph t)

Ký

hiệu

mẫu Fe(acac)3

FeSO4.

7H2O

FeCl2.

4H2O OA OLA

190 0 0 372 372 300 295

30 F1

60 F2

120 F3

190 0 0 558 558 300 295

10 F4

30 F5

60 F6

120 F7

190 0 0 744 744 300 295

10 F8

30 F9

60 F10

120 F11

190 0 0 930 930 300 295

10 F12

30 F13

60 F14

126,7 0 63,3 558 558 300

270

60

F15

295 F16

315 F17

126,7 63,3 0 558 558 300 315 F18

Sau khi tổng hợp, vật liệu được thu hồi và rửa sạch theo quy trình như sau:

lấy 0,2 mL dung dịch mẫu trộn đều với 0,5 mL etanol để tạo ra sự kết đám giữa các

hạt, sau đó quay ly tâm với tốc độ 8000 ÷ 12000 (vòng/phút) trong thời gian 5 ÷ 8

phút. Thu hồi phần kết tủa và đem phân tán trong 0,5 mL n-hexan, kết tủa lại bằng

etanol, sau đó sử dụng thanh từ để thu hạt nano. Quy trình rửa mẫu được lặp lại từ

3 ÷ 5 lần.

46

2.2.1.2. Tổng hợp nano ferit từ với tiền chất ở nồng độ cao

Trong phần nghiên cứu này các hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn)

được chế tạo theo quy trình tương tự như phần 2.2.1.1, nhưng sử dụng nồng độ

tiền chất lớn gấp 3,5 ÷ 5 lần (bảng 2.2). Nồng độ OA và OLA sử dụng bằng nhau

là 744 mM, nồng độ OCD-ol là 300 mM. Phản ứng được thực hiện ở 295 oC trong

30 phút. Ký hiệu các mẫu được thể hiện trong bảng 2.2.

Bảng 2.2. Mẫu nano ferit từ tổng hợp với nồng độ cao tiền chất.

Ký hiệu mẫu Công thức

hóa học

Nồng độ tiền chất (mM)

Fe(acac)3 Co(acac)2 Mn(acac)2

F-673 Fe3O4 673 0 0

F-920 Fe3O4 920 0 0

CF-673 CoFe2O4 448,67 224,33 0

CF-920 CoFe2O4 613,33 306,67 0

MF-673 MnFe2O4 448,67 0 224,33

MF-920 MnFe2O4 613,33 0 306,67

2.2.2. Tổng hợp các hệ nano lai ferit từ - kim loại (Ag, Au)

2.2.2.1. Hệ nano lai Fe3O4/Ag

Các hạt nano lai Fe3O4/Ag được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm

[126] với quy trình như sau:

Hòa tan 6 mL OLA và 0,3 g OCD-ol trong 40 mL ODE trong bình cầu 3 cổ.

Cho thêm 0,1 g Fe3O4 phân tán trước trong 5 mL n-hexan. Tiếp tục cho vào một

lượng bạc nitrat sao cho tỉ lệ mol = [Ag]/[Fe] thay đổi trong khoảng 0,5 ÷ 13,6.

Lắp đặt bình vào hệ phản ứng như hình 2.1. Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở nhiệt

độ phòng trong 30 phút. Sau đó tăng nhiệt độ lên 80 0C, giữ trong 30 phút. Tiếp tục

tăng nhiệt độ đến 200 0C, hồi lưu trong thời gian từ 30 ÷ 120 phút. Toàn bộ quá

trình được thực hiện trong điều kiện cấp khí nitơ liên tục. Các hạt nano lai Fe3O4/Ag

sau khi tổng hợp được rửa sạch tương tự như mục 2.2.1.1. Hạt nano Ag (đối chứng)

được tổng hợp tương tự nhưng không sử dụng hạt mầm Fe3O4.

47

2.2.2.2. Hệ nano lai Fe3O4/Au

a) Hệ nano lai Fe3O4/Au đặc

Vật liệu nano lai Fe3O4/Au đặc được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm

sử dụng hạt mầm Fe3O4. Quy trình tổng hợp và rửa mẫu tương tự hệ lai Fe3O4/Ag

(mục 2.2.2.1) chỉ thay AgNO3 bằng H[AuCl4].3H2O.

b) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng

Hạt nano Fe3O4/Ag sau khi tổng hợp (mục 2.2.2.1) được sử dụng làm khuôn

cho quá trình hình thành hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng, quy trình tổng hợp được thể

hiện trên hình 2.2:

Hình 2.2. Quy trình tổng hợp hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng.

Phân tán 3 mg hạt Fe3O4/Ag trong 10 mL dung môi ODE thu được dung dịch A.

Hòa tan 15 mg H[AuCl4].3H2O và 0,5 mL OLA trong 15 mL ODE thu được dung

dịch H[AuCl4] (dung dịch B). Dung dịch B với lượng thay đổi từ 0,5 ÷ 3,5 mL được

thêm từ từ vào dung dịch A. Phản ứng diễn ra tại nhiệt độ phòng và khuấy liên tục

trong 60 phút. Sản phẩm được rửa với etanol và n-hexan, sử dụng thanh từ để thu

hạt, sau đó thêm một lượng dư dung dịch amoniac bão hòa để loại bỏ AgCl dư. Thu

hồi sản phẩm hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng bằng thanh từ, sau đó rửa sạch bằng nước

cất để loại bỏ [Ag(NH3)2]Cl và amoniac dư.

48

2.2.3. Chuyển pha hạt nano sang môi trường nước

Hạt nano tổng hợp trong dung môi hữu cơ bị bao phủ một lớp chất hoạt động

bề mặt OA và OLA do đó chúng phân tán được trong dung môi hữu cơ không phân

cực. Để ứng dụng trong y sinh thì chúng phải phân tán được trong nước. Do đó các

hạt nano sau khi tổng hợp được chuyển pha sang môi trường nước sử dụng PMAO.

Quy trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO được thực hiện như đã công bố [46]

(hình 2.3):

Hình 2.3. Quy trình chuyển pha hạt nano sang môi trường nước bằng PMAO.

Phân tán 50 mg hạt nano trong 1 mL cloroform, rung siêu âm 3 ÷ 5 phút để

các hạt phân tán đều (dung dịch A). Cho 1 g PMAO vào 10 mL cloroform, rung

siêu âm 3 ÷ 5 phút để hòa tan hết PMAO (dung dịch B). Cho từ từ dung dịch A vào

dung dịch B và rung siêu âm 5 ÷ 10 phút đảm bảo dung dịch được trộn đều, không

lắng cặn. Sản phẩm thu được để ở nhiệt độ phòng và khuấy từ đến khi cloroform

bay hết. Sau đó thêm 12 mL dung dịch NaOH 1M, tiếp tục khuấy ta thu được các

mẫu có khả năng phân tán trong nước. Sản phẩm sau khi chuyển pha được rửa sạch

bằng nước cất, sau đó sử dụng để nghiên cứu một số ứng dụng trong y sinh.

2.3. Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu

2.3.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua

Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission điện tử microscopy - TEM) là

một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao

chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ

49

phóng đại lớn (tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, film

quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số [127].

Độ tương phản trong TEM liên quan đến khối lượng và chiều dày mẫu cũng

như số nguyên tố Z được sử dụng trong kỹ thuật ảnh TEM. Các mẫu dày và có

mật độ khối cao hơn sẽ tán xạ chùm điện tử mạnh hơn so với các mẫu mỏng và

mật độ khối thấp hơn. Các mẫu chứa các nguyên tố có Z lớn sẽ tán xạ mạnh hơn

so với các mẫu có chứa các nguyên tố có Z nhỏ hơn, do đó nó sẽ xuất hiện ảnh tối

hơn trên màn hình. Với kỹ thuật chụp ảnh TEM sử dụng cho các hạt nano có Z lớn

(ví dụ hạt nano Au, Ag hoặc Pt) thường cho chất lượng ảnh tốt hơn nhiều so với

các mẫu chứa các nguyên tố có Z nhỏ (ví dụ hạt nano Al2O3, MnO...). Tuy nhiên

để thu được ảnh TEM có chất lượng cao, các hạt nano phải được phân tán trong

dung dịch với nồng độ rất loãng và chỉ sử dụng 1 ÷ 2 giọt dung dịch mẫu để đo

(khoảng 0,01 ÷ 0,02 mL) [127].

Ảnh TEM của vật liệu trong luận án được chụp trên kính hiển vi điện tử

truyền qua JEM JEOL - 1010 tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương với hiệu điện thế

từ 40 ÷ 100 kV, độ phân giải đối với điểm ảnh là 0,2 nm.

2.3.2. Nhiễu xạ tia X

Nhiễu xạ tia X (XRD) là hiện tượng chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể

của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu

nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ được sử dụng phổ biến để phân tích cấu trúc pha của vật

liệu. Đối với các tinh thể có cấu trúc nano, ngoài việc cho biết pha cấu trúc của tinh

thể, kỹ thuật này còn cho phép tính kích thước hạt tinh thể của mẫu [127].

Theo Wulf – Bragg , điều kiện để có cực đại nhiễu xạ tia X là các tia phản xạ

từ các mặt phẳng liên tiếp phải cùng pha hay hiệu đường đi phải bằng số nguyên lần

bước sóng. Phương trình Bragg xác định điều kiện nhiễu xạ:

2dhkl sin = n (2.1)

Trong đó: dhkl là khoảng cách giữa hai mặt phẳng mạng (hkl) liên tiếp, là

bước sóng bức xạ tia X tới, là góc tới, n là bậc phản xạ (n = 1, 2, 3,…)

Như vậy, việc đo các cực đại nhiễu xạ tia X theo góc khác nhau sẽ cho

phép xác định khoảng cách giữa hai mặt phẳng mạng (hkl) liên tiếp (dhkl), từ đó cho

50

phép xác định hằng số mạng (a) của tinh thể thu được thông qua biểu thức:

2 2 2

hkla = d h + k + l (2.2)

Kích thước tinh thể trong mẫu được tính theo công thức Debye - Scherrer với

điều kiện các hạt tinh thể đủ nhỏ để xảy ra hiệu ứng mở rộng vạch phổ nhiễu xạ:

XRD

0,89d

cos

(2.3)

Trong đó: dXRD là kích thước tinh thể trung bình (nm), λ là bước sóng tia X

(nm), β là độ rộng nửa vạch phổ của pic cực đại (rad), là vị trí góc xuất hiện nhiễu

xạ cực đại.

Phương pháp này cho phép xác định pha cấu trúc, phân tích định tính, định

lượng các pha tinh thể, hằng số mạng, mức độ biến dạng mạng, so sánh xác định

tương đối hàm lượng pha tạp, từ đó cho phép điều chỉnh quy trình chế tạo vật liệu

và góp phần lý giải các hiện tượng vật lý [127].

Trong luận án, cấu trúc tinh thể của vật liệu được phân tích nhiễu xạ tia X

trên thiết bị Siemens D5005 sử dụng bức xạ Cu-kα (λ = 1,5406 Å) tại khoa Vật lý,

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

2.3.3. Từ kế mẫu rung

Từ kế mẫu rung (vibrating sample magnetometer - VSM) là một trong những

kỹ thuật thông dụng nhất dùng để đo các tính chất từ của vật liệu. VSM là phương

pháp có thể sử dụng để đo đường cong từ trễ và đường cong từ nhiệt. Đường cong từ

trễ cho phép xác định lực kháng từ, từ dư và từ độ bão hòa. Để đo đường cong từ trễ

ta tăng từ trường ngoài từ giá trị bằng 0 đến từ trường cực đại dương của máy sau đó

giảm từ trường về giá trị cực đại âm. Đường cong từ - nhiệt (ZFC - FC) thường được

sử dụng để xác định nhiệt độ chuyển pha của mẫu, ngoài ra còn cho phép xác định

trạng thái đơn pha hay đa pha của vật liệu [127].

Phép đo tính chất từ đối với các mẫu sử dụng trong luận án được thực hiện

trên hệ từ kế mẫu rung thuộc Viện khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.

2.3.4. Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (ultra violet - visible) được sử dụng

để nghiên cứu sự tương tác của vật liệu với ánh sáng chiếu vào, qua đó có thể biết

51

được thông tin về các quá trình hấp thụ xảy ra tương ứng với các chuyển dời quang

học, từ đó xác định được bước sóng kích thích hiệu quả với từng vật liệu. Do các

thuộc tính quang học của dung dịch chứa hạt nano lai ferit từ - kim loại quý (Ag, Au)

phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và nồng độ của vật liệu, nên ta có thể sử dụng

phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để xác định các thuộc tính trên [127].

Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis tuân theo định luật Bughe – Lambert – Beer:

A = - lgT = lg (I0/It) = εbC với T = It/I0 (2.4)

Trong đó: T là độ truyền qua của môi trường, I0 là cường độ của chùm tia

chiếu tới mẫu, It là cường độ của chùm tia truyền qua môi trường. Đại lượng lg(I0/It)

gọi là mật độ quang hay độ hấp thụ (A), ε là hệ số hấp thụ mol có giá trị bằng mật

độ quang của dung dịch khi nồng độ chất hấp thụ C và độ dày chất hấp thụ b

bằng một đơn vị. Mỗi chất đều hấp thụ lọc lựa những tần số hay bước sóng khác

nhau [127].

Phổ hấp thụ UV-Vis của vật liệu trong luận án được ghi trên máy quang phổ

Jasco V-670 (Nhật Bản) tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Hàn lâm KHCNVN.

2.3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại

Phương pháp quang phổ hồng ngoại (fourrier transformation infrared, FT-IR)

là một trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả cấu trúc vật liệu dựa trên việc ghi

nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Phương

pháp này cho phép phân tích với hàm lượng mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu

trúc, định tính và cả định lượng với độ nhạy cao [127].

Các phép đo phổ hồng ngoại trong luận án được thực hiện trên máy FTIR

NEXUS 670 của hãng Nicolet tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm

KHCNVN.

2.3.6. Phổ tán sắc năng lượng tia X

Phổ tán sắc năng lượng tia X (energy dispersive X-ray spectroscopy - EDX

hoặc EDS) là một kỹ thuật xác định thành phần hóa học của vật liệu bằng việc ghi

lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ.

Phân tích thành phần hóa học của vật liệu trong luận án được thực hiện trên

kính hiển vi điện tử quét SEM-EDX (Jeol 6490 – JED 2300) tại Viện Khoa học Vật

liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.

52

2.3.7. Phân tích nhiệt khối lượng

Phân tích nhiệt khối lượng (TGA) là phương pháp hóa lý thường dùng để

phân tích cấu trúc vật liệu, cung cấp những thông tin về tính chất nhiệt của vật liệu.

Phương pháp này dựa trên cơ sở xác định khối lượng của mẫu vật chất bị mất đi

(hoặc nhận vào) trong quá trình chuyển pha như là một hàm của nhiệt độ [127].

Tính chất nhiệt của mẫu được khảo sát bằng phương pháp phân tích nhiệt

TGA trên thiết bị SETRM Labsys Evo 1600 tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn

lâm KHCNVN. Mẫu được đo trong môi trường khí trơ, tốc độ quét 20 °C/phút.

2.3.8. Phương pháp tán xạ ánh sáng động

Phương pháp tán xạ ánh sáng động (dynamic light scattering - DLS) được sử

dụng để phân tích kích thước hạt keo trong chất lỏng (kích thước thủy động). Phương

pháp này dựa vào phép đo cường độ dao động của tán xạ ánh sáng bởi các hạt trong

dung dịch. Trong hệ keo, các hạt chuyển động liên tục và ngẫu nhiên do sự tương tác

của chúng với phân tử dung môi bao quanh. Đây được gọi là chuyển động Brown.

Tốc độ của chuyển động Brown hoặc sự phân tán của các hạt có liên quan tới kích

thước của chúng (các hạt lớn di chuyển chậm và ngược lại). Khi mẫu được chiếu sáng

bởi một chùm tia laze thì các hạt tán xạ ánh sáng. Do sự chuyển động Brown, quan hệ

của tán xạ ánh sáng từ các hạt khác nhau và số lượng hạt trong một thể tích tán xạ sẽ

bị biến đổi liên tục, dẫn đến một dao động về cường độ tán xạ ánh sáng. Phân tích

cường độ dao động cho biết thông tin về quá trình phân tán, do đó có thể tính được

kích thước hạt [127].

Điện tích trên bề mặt hạt được xác định bằng phương pháp đo thế Zeta trong

mẫu huyền phù. Thế Zeta là đại lượng đặc trưng cho sự ổn định của hệ phân tán các

hạt rắn trong chất lỏng (còn gọi là hệ keo). Các hạt với điện tích bề mặt nhất định sẽ

hấp thụ những ion có điện tích trái dấu từ trong dung dịch để tạo thành một lớp điện

tích bao quanh hạt. Những ion trên lớp điện tích này lại hấp thụ các ion trái dấu với

chúng trong dung dịch hình thành nên một lớp điện tích kép: lớp trong (lớp Sterm)

gồm các ion liên kết mạnh với bề mặt hạt và lớp ngoài (lớp khuếch tán) liên kết yếu

hơn với bề mặt hạt. Giá trị thế Zeta lớn chỉ ra rằng các hạt tích điện lớn và hệ có xu

hướng bền vững. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta được thể

hiện trong bảng 2.3 [127].

53

Bảng 2.3. 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

±10 ± 30 Bắt đầu không ổn định

±30 ± 40 Độ ổn định trung bình

±40 ± 60 Độ ổn định tốt

≥ ± 61 Độ ổn định rất tốt

Kích thước thủy động và giá trị thế Zeta của hạt nano lai ferit từ - kim loại

quý được xác định trên thiết bị Malvern Zetasizer version 6.0 tại Viện Khoa học Vật

liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.

2.4. Phƣơng pháp đánh giá độc tính của vật liệu

Độc tính của hệ vật liệu nano lai lên các dòng tế bào sinh học được nghiên cứu

tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Khoa học, Đại học

Thái Nguyên.

*) Quy trình nuôi cấy tế bào và xử lý với vật liệu nano lai:

1. Thu tế bào từ hộp nuôi cấy.

2. Chuyển 20.000 tế bào/giếng nuôi cấy, nuôi cấy ở điều kiện 37 oC, 5% CO2

trong 24h để các tế bào bám dính hoàn toàn trên bề mặt giếng nuôi cấy. Thể tích

môi trường cho mỗi giếng nuôi cấy là 100 μL.

3. Sau 24h, các tế bào được xử lý với vật liệu nano lai ở các nồng độ khác

nhau bằng cách loại bỏ môi trường trên mỗi giếng nuôi cấy và bổ sung môi trường

mới chứa nồng độ vật liệu nano tương ứng. Lặp lại 3 giếng nuôi cấy với mỗi nồng độ.

4. Tiếp tục nuôi cấy ở điều kiện 37 oC, 5% CO2 và quan sát, đánh giá hình

thái tế bào sau 48 h.

*) Phương pháp MTT [128]:

Đây là phương pháp đánh giá mức độ phân chia và sống sót của tế bào in vitro

thông qua quá trình oxy hóa – khử của MTT có màu vàng thành formazan có màu

tím nhờ hoạt động của enzym dehydrogenase trong quá trình hô hấp tế bào xảy ra ở

ti thể. Do vậy, sự khác biệt về tần số tín hiệu màu thu được ở bước sóng thích hợp

(570 nm) sẽ phản ánh tỉ lệ tế bào sống/chết giữa các mẫu thí nghiệm.

54

Độc tính hệ vật liệu nano lai trên các dòng tế bào AGS và MKN45 được

đánh giá bằng phương pháp MTT. Các thí nghiệm được lặp lại ba lần cho mỗi điều

kiện thí nghiệm trong các đĩa 96 giếng (100 μL/giếng) với nồng độ 5x103 tế

bào/cm2. Các tế bào được xử lý với các nồng độ khác nhau của hạt nano lai phân tán

trong dung môi nước, ở đây nước cất được sử dụng làm đối chứng với cùng lượng

nước như trong mẫu chứa hạt lai.

Quy trình xử lý tế bào với MTT:

1. Loại bỏ môi trường nuôi cấy tế bào.

2. Bổ sung 100 μL môi trường nuôi cấy mới chứa 20 μL dung dịch MTT (5

mg/mL) trên mỗi giếng.

3. Ủ 4 h ở điều kiện 37 oC, 5% CO2, độ ẩm 95%.

4. Loại bỏ môi trường nuôi cấy và rửa bề mặt đĩa với dung dịch PBS 1X.

5. Bổ sung dung dịch chứa 100 μL DMSO và 12 μL đệm Sorensen (0,1M

NaCl, 0,1M Glyxin, pH = 10,5), ủ 15 phút ở 37oC.

6. Đưa đĩa nuôi cấy tế bào 96 giếng vào máy đọc ở bước sóng 570 nm. Tỉ lệ

sống sót của tế bào được tính theo công thức:

% tế bào sống = (tần số thu được/tần số mẫu đối chứng)*100 (2.5)

*) Phương pháp nhuộm nhân tế bào bằng thuốc nhuộm DAPI [129]

DAPI là mẫu dò huỳnh quang có khả năng gắn chủ yếu vào vùng giàu A-T

thuộc nhánh nhỏ của chuỗi xoắn kép DNA (axit deoxiribonucleic), tần số huỳnh

quang tại đây có thể cao gấp 20 lần so với các vị trí khác.

Quá trình chết của tế bào theo chương trình (apoptosis) là một quá trình khác

với hoại tử (necrosis). Trong khi necrosis xảy ra hiện tượng các tế bào tổn thương

sưng phồng và vỡ vụn thì apoptosis là chuỗi các giai đoạn đặc trưng dẫn đến phá

hủy dần các bào quan bên trong tế bào. Ở giai đoạn đầu của apoptosis, DNA tách

rời nhau ở vùng rìa của nhân và thể tích tế bào chất giảm dần. Sau đó, tế bào tạo ra

những khoảng nhỏ dạng bóng khí, nhân và các bào quan phân mảnh. DNA bị cắt

nhỏ bởi các enzym tạo ra các đoạn DNA ngắn chứa trình tự khoảng 20 nucleotit.

Cuối cùng, tế bào bị phân nhỏ thành các thể apoptosis.

55

Hình ảnh huỳnh quang của tế bào được nhuộm với thuốc nhuộm DAPI thể

hiện hình thái nhân bình thường và hình thái nhân đang ở trong quá trình apoptosis

với sự phân mảnh DNA tạo thành vùng nhỏ thay vì một khoảng nhân đều màu.

Quy trình nhuộm nhân tế bào với DAPI:

1. Loại bỏ môi trường nuôi cấy.

2. Rửa bề mặt đĩa nuôi cấy với 50 µL PBS 1X.

3. Loại bỏ PBS 1X và bổ sung 50 µL dung dịch paraformandehit 4%, để ở

nhiệt độ phòng 10 phút.

4. Loại bỏ paraformandehit và rửa bề mặt đĩa nuôi cấy 2 lần với PBS 1X.

5. Bổ sung 70 µL dung dịch nhuộm nhân tế bào DAPI (0,1 μg/mL).

6. Quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang soi ngược (Eclipe Ts2, NIKON)

và ghi nhận hình ảnh bằng phần mềm chuyên dụng được cài đặt kèm theo.

2.5. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu

Thí nghiệm đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu bằng phương pháp

khuếch tán giếng thạch [130] được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Sinh học,

Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên.

*) Phƣơng pháp tiến hành:

(1) Chuẩn bị các đĩa petri chứa môi trường LB đặc. (2) Hút 30 µL dịch nuôi

mỗi loài vi khuẩn trong môi trường LB lỏng (đã được hoạt hóa bằng nuôi từ 4 ÷ 8 h

trong môi trường LB lỏng ở 28 oC, lắc 200 vòng/phút) lên đĩa môi trường LB đặc và

trải đều trên mặt thạch cho đến khi khô. (3) Dùng khoan nút chai vô trùng có đường

kính 1 cm đục 5 giếng trên đĩa thạch và nhỏ 100 µL dung dịch hạt nano lai vào 4

giếng ở các nồng độ 0,1; 0,3; 0,5 và 1,0 mg/mL, giếng đối chứng bổ sung nước cất

khử trùng. (4) Đặt các đĩa petri đã bổ sung dung dịch hạt nano lai vào tủ lạnh 4 °C

khoảng 1 ÷ 2 h cho dung dịch nano lai khuếch tán đều vào môi trường và đặt vào tủ

ấm nuôi ở 30 °C, từ 18 ÷ 24 h. (5) Đo đường kính vòng kháng khuẩn, chụp hình và

ghi lại kết quả. Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Đường kính vòng kháng khuẩn (D) được xác định theo công thức:

D = D2 – D1 (mm) (2.6)

Trong đó: D2 là đường kính vòng kháng khuẩn tính từ tâm đục lỗ (mm);

D1 là đường kính đục lỗ thạch (mm).

56

Quy ước:

(D2 – D1): ≤ 15 mm: Vật liệu có hoạt tính kháng khuẩn yếu.

(D2 – D1): 15 ÷ 20 mm: Vật liệu có hoạt tính kháng khuẩn trung bình.

(D2 – D1): 20 ÷ 25 mm: Vật liệu có hoạt tính kháng khuẩn mạnh.

(D2 – D1): ≥ 25 mm: Vật liệu có hoạt tính kháng khuẩn rất mạnh.

2.6. Phƣơng pháp xác định hiệu ứng quang/từ - nhiệt

Hiệu ứng quang/từ - nhiệt của vật liệu được thực hiện trong ba điều kiện:

(i) hiệu ứng từ - nhiệt (MHT) tại từ trường có cường độ 100 ÷ 300 Oe và tần số

450 kHz, (ii) hiệu ứng quang - nhiệt (PTT) tại laze 808 nm, mật độ công suất 0,2 ÷

0,65 W/cm2 và (iii) hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp (MHT + PTT) được thực hiện

bằng cách tác dụng đồng thời cả từ trường và laze với điều kiện như trong từng hệ

riêng rẽ. Nhiệt độ của các mẫu được đo bằng cảm biến nhiệt độ PT100 và được kết

nối với máy tính qua cổng USB. Giá trị công suất tổn hao riêng (SLP) được xác

định từ công thức 1.16. Các thí nghiệm đánh giá hiệu suất gia nhiệt của vật liệu

được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN.

*) Hiệu ứng từ - nhiệt (MHT):

Hiệu ứng từ - nhiệt của các hạt nano lai được thực hiện trong từ trường xoay

chiều với từ trường được tạo ra bởi hai cuộn dây cảm ứng của một máy phát thương

mại cải tiến có công suất lối ra 20 kW. Cường độ từ trường được tính theo công thức:

H = nI (2.7)

Trong đó: n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài, I là biên độ của cường

độ dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây.

Hình 2.4. Thiết bị xác định hiệu ứng từ - nhiệt của vật liệu.

57

Các mẫu hạt nano lai được phân tán trong nước và được đặt cách nhiệt với

môi trường ngoài bằng một vỏ bình thuỷ tinh được hút chân không 10-3

÷ 10-4

Torr.

Thí nghiệm xác định hiệu ứng từ - nhiệt của hệ nano lai được trình bày trên hình 2.4.

*) Hiệu ứng quang - nhiệt (PTT)

Hiệu ứng quang - nhiệt của các mẫu nano lai được thực hiện dưới bức xạ laze

808 nm, mật độ công suất 0,2 ÷ 0,65 W/cm2. Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian

chiếu laze được ghi lại bằng máy tính. Sơ đồ mô tả cấu tạo của hệ đo hiệu ứng

quang - nhiệt được thể hiện trên hình 2.5:

Hình 2.5. Thiết bị laze diode quang sợi 2W (a) và sơ đồ cấu tạo hệ đo

hiệu ứng quang - nhiệt (b).

*) Hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp (MHT + PTT)

Hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp (MHT + PTT) được thực hiện bằng cách

tác dụng đồng thời cả từ trường và laze với điều kiện như trong từng hệ riêng rẽ.

Sơ đồ mô tả hệ đo hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp được thể hiện trên hình 2.6:

Hình 2.6. Sơ đồ thí nghiệm hệ đo hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp.

58

2.7. Phƣơng pháp chụp ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân

Hình ảnh MRI ở các nồng độ vật liệu khác nhau được thực hiện trên thiết bị

cộng hưởng từ Siemens (Model: MAGNETOM Avanto 1.5 T), với từ trường xoay

chiều có tần số 64 MHz, từ trường 1,5 tesla tại Bệnh viện Quốc tế Vinh, thành phố

Vinh, tỉnh Nghệ An. Bằng thử nghiệm này, khả năng tăng độ tương phản của dung

dịch hạt nano lai được khảo sát.

*) Chuẩn bị mẫu:

Pha 500 mL agar 2%, đun nóng và khuấy đều trong 10 ÷ 15 phút.

Chuẩn bị đĩa 24 giếng, ghi rõ kí hiệu lên cả nắp lẫn cạnh giếng để tránh

nhầm lẫn.

Dung dịch hạt nano lai được pha loãng với nồng độ Fe lần lượt là 0,03 mM;

0,09 mM; 0,18 mM; 0,3 mM và 0,45 mM và cho vào các giếng có dung tích 2 mL

với 1 lớp dưới có chứa 0,3 mL agar 2%. Cho tiếp 0,7 mL agar 2% lên phía trên của

giếng (có thể thay đổi sao cho phù hợp nhưng phải đảm bảo cột dung dịch cuối cùng

đủ cao để tiến hành cắt lớp chụp MRI). Dãy đĩa giếng cuối cùng được cho dung

dịch agar 2% dùng làm mẫu đối chứng.

*) Phƣơng pháp đo:

Dung dịch hạt lai được pha loãng với nồng độ Fe lần lượt là 0,03 mM; 0,09 mM;

0,18 mM; 0,3 mM; 0,45 mM và đặt trong các lọ 2 mL. Hệ số r1 (độ hồi phục dọc) được

đo bằng chuỗi Turbo Spin-Echo với TR thay đổi, còn r2 (độ hồi phục ngang) được

đo bằng chuỗi Spin-Echo với TR cố định.

Phương trình xác định thời gian hồi phục T1 và T2:

(

) (2.8)

(2.9)

Tốc độ hồi phục dọc và hồi phục ngang (1/Ti hoặc Ri, i = 1,2; s-1

) được biểu

diễn là một hàm của nồng độ sắt (biểu thị bằng mM của sắt).

Đường cong phân rã được gắn với phương trình phân rã theo cấp số mũ để

tính toán T2, trong đó A là độ lệch tuyệt đối và C là cường độ tín hiệu T2 của các mẫu,

được đo bằng cách sử dụng chuỗi xung Spin-Echo (SE) với các tham số sau: thời

gian vọng (TE) với 07 tiếng vọng trong vùng từ 11 đến 91 ms, thời gian lặp lại (TR)

59

cố định là 4000 ms, trường quan sát (FOV) 208 x 230 mm2, độ dày lát cắt (Slide

thickness) 4 mm, số lần lấy trung bình = 1. Thời gian hồi phục dọc T1 của mẫu được

đo bằng cách sử dụng xung Turbo Spin-Echos (TSE) với chuỗi xung TR biến thiên,

với các tham số sau: TE cố định là 11 ms, TR từ 300 ÷ 700 ms, trường quan sát

(FOV) 200 mm x 200 mm, độ dày lát cắt 4 mm, kích thước ma trận 192 × 320 cho độ

phân giải x-y 200 µm2, số lần lấy trung bình bằng 1.

Từ các phép làm khớp các đường hồi phục bằng các hàm mũ thu được giá trị

thời gian hồi phục T1, T2 theo biểu thức (2.8) và (2.9). Nghịch đảo của thời gian hồi

phục T1, T2 là các giá trị tốc độ hồi phục R1, R2 tương ứng cho mẫu nano lai. Tuy

vậy, khả năng tăng hay giảm tín hiệu lại phụ thuộc vào độ hồi phục r i (i = 1; 2

tương ứng cho hồi phục dọc và hồi phục ngang) của mẫu nghiên cứu. Độ hồi phục

ri có thể xác định từ quan hệ tuyến tính giữa tốc độ hồi phục Rx với nồng độ Cx

của chất tương phản trong dung dịch pha loãng [127]:

R1,2 = 1/T1,2 = Ro1,2 + r1,2.C (2.10)

Trong đó: R1,2 - tốc độ hồi phục, Ro1,2 - tốc độ hồi phục khi không có chất

tương phản, r1,2 - hằng số độ hồi phục tính theo đơn vị mM-1

s-1

, C - nồng độ chất

tương phản tính theo đơn vị mM (1 mM = 10-3

mol/L).

60

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hạt nano ferit từ

3.1.1. Hình thái học

3.1.1.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 với tiền chất ở nồng độ thấp

Quá trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt thường

được tiến hành trong dung môi dibenzyl ete [131], đây là loại dung môi hữu cơ có

độc tính cao. Trong luận án này, chúng tôi thử nghiệm sử dụng 1-octadecen là loại

dung môi có độc tính thấp hơn nhiều. Quy trình tổng hợp được trình bày trong mục

2.2.1.1. Ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp (thời gian, nhiệt độ phản ứng,

nồng độ chất hoạt động bề mặt và nồng độ tiền chất vô cơ) đến kích thước hạt nano

Fe3O4, được xác định bằng phương pháp phân tích TEM, kết quả trình bày trong

bảng 3.1.

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng đến kích thước hạt nano Fe3O4.

Nồng độ tiền chất (mM)

Nồng độ

chất HĐBM

(mM)

Nhiệt

độ

phản

ứng

(oC)

Thời

gian

phản

ứng

(ph t)

Mẫu dTEM

(nm)

Fe(acac)3 FeSO4.

7H2O

FeCl2.

4H2O OA OLA

190 0 0 372 372 295

30 F1 3,6 ± 0,7

60 F2 4,5 ± 0,7

120 F3 7,2 ± 1,0

190 0 0 558 558 295

10 F4 3,2 ± 0,5

30 F5 4,1 ± 0,6

60 F6 6,3 ± 0,9

120 F7 10,7 ± 1,4

190 0 0 744 744 295

10 F8 3,4 ± 0,5

30 F9 6,7 ± 0,7

60 F10 8,1 ± 0,7

120 F11 13,9 ± 1,1

190 0 0 930 930 295

10 F12 5,8 ± 0,9

30 F13 11,3 ± 1,2

60 F14 14,7 ± 1,3

126,7 0 63,3 558 558

270

60

F15 4,8 ± 1,0

295 F16 8,4 ± 1,5

315 F17 10,2 ± 0,5

126,7 63,3 0 558 558 315 F18 10,8 ± 2,4

61

a) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Hình 3.1 trình bày ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của các mẫu

đại diện F8, F9, F10 và F11, tổng hợp với thời gian phản ứng khác nhau trong

trường hợp nồng độ chất hoạt động bề mặt là 744 mM.

Hình 3.1. Ảnh TEM của các mẫu F8 (a), F9 (b), F10 (c), F11(d) và biểu đồ phân bố

kích thước hạt tương ứng (e).

Kết quả cho thấy các hạt Fe3O4 thu được đều có dạng hình cầu, đơn phân

tán, phân bố đồng đều với kích thước trung bình tăng dần: 3,4; 6,7; 8,1 và 13,9 nm

tương ứng với thời gian phản ứng 10; 30; 60 và 120 phút. Trường hợp sử dụng

nồng độ chất hoạt động bề mặt là 372, 558 và 930 mM, hiện tượng cũng xảy ra

tương tự (bảng 3.1). Khi thời gian phản ứng tăng từ 10 ÷ 120 phút, kích thước hạt

tăng và nằm trong khoảng 3,2 ÷ 14,7 nm. Điều này cũng phù hợp với kết quả

nghiên cứu về hạt coban ferit trong tài liệu [108]. Kết quả này có thể được giải thích

như sau: khi thời gian phản ứng tăng, các tinh thể nano lớn hơn thu được bằng sự

hòa tan của các hạt nhỏ hơn để giảm tổng năng lượng bề mặt của các hạt trong hệ

phản ứng (hiệu ứng Ostwald) [132].

62

b) Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt

Hình 3.2 trình bày ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt Fe3O4 của

các mẫu F2, F6, F10 và F14, được tổng hợp với thời gian phản ứng 60 phút, nồng

độ OA và OLA thay đổi lần lượt là 372, 558, 744 và 930 mM.

Hình 3.2. Ảnh TEM của các mẫu F2 (a), F6 (b), F10 (c) và F14 (d) và biểu đồ phân

bố kích thước hạt tương ứng (e).

Kết quả cho thấy các hạt thu được ở dạng hình cầu, đồng đều, đơn phân tán,

kích thước hạt trung bình tăng khi nồng độ OA và OLA tăng: với nồng độ chất

hoạt động bề mặt là 558; 744 mM, kích thước hạt trung bình tăng tương ứng là 1,4

và 1,8 lần so với trường hợp nồng độ 372 mM; khi nồng độ chất hoạt động bề mặt

đạt 930 mM, kích thước hạt tăng 3,3 lần. Như vậy, chất hoạt động bề mặt đóng vai

trò quan trọng trong việc điều khiển kích thước cũng như độ đồng đều của hạt

nano từ. Kết quả này cũng phù hợp với công bố về nghiên cứu tổng hợp hạt coban

ferit [108] và mangan ferit [133]. Sự tăng kích thước hạt Fe3O4 khi nồng độ chất

hoạt động bề mặt tăng có thể là do sự hình thành một phần phức oleat của sắt

trong quá trình tổng hợp. Sắt (III) axetylaxetonat bắt đầu bị phân hủy ở khoảng

190 °C [134], tuy nhiên nếu chúng tạo phức với OA cho các oleat kim loại, thì

nhiệt độ phân hủy của chúng tăng lên gần 300 oC [135]. Khi nồng độ OA và OLA

thấp, nguồn sắt chủ yếu dưới dạng phức axetylaxetonat sẽ bị phân hủy hoàn toàn ở

63

khoảng nhiệt độ 230 ÷ 250 oC tạo thành các mầm tinh thể. Khi đó sẽ giảm nguồn

sắt để nuôi giai đoạn sinh trưởng của các mầm tinh thể này, do đó các hạt nano

Fe3O4 thu được sẽ nhỏ hơn. Khi nồng độ OLA và OA cao, sắt (III) chủ yếu tạo phức

với OA tạo thành các phức oleat. Ở nhiệt độ phân hủy cao của phức oleat, nguồn sắt

là có sẵn trong dung dịch tạo điều kiện cho sự phát triển các mầm tinh thể. Kết quả

thu được các hạt nano Fe3O4 có kích thước lớn hơn.

c) Ảnh hưởng của tiền chất vô cơ

Trong các nghiên cứu trước đây, tiền chất Fe(acac)3 thường được sử dụng

trong quá trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt. Trong

luận án này chúng tôi thử nghiệm thay thế một phần Fe(acac)3 bằng muối sắt (II) vô

cơ có giá rẻ hơn nhiều, để giảm giá thành sản phẩm, mở rộng phạm vi ứng dụng của

vật liệu.

Hợp chất muối sắt (II) vô cơ được lựa chọn khảo sát gồm: FeSO4.7H2O và

FeCl2.4H2O. Thí nghiệm được tiến hành ở 315 oC với tổng nồng độ Fe là 190 mM,

trong đó tỷ lệ mol Fe(III)/Fe(II) = 2/1, điều kiện phản ứng như trình bày ở bảng 3.1

(mẫu F17 và F18).

Hình 3.3. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của mẫu F17 (a, b) và F18 (c, d).

64

Kết quả hình 3.3 cho thấy hình dạng và kích thước hạt nano Fe3O4 phụ thuộc

vào bản chất muối sắt (II) vô cơ trong hỗn hợp phản ứng. Khi sử dụng hỗn hợp tiền

chất gồm Fe(acac)3 và FeSO4 các hạt thu được không có hình dạng xác định, biên hạt

không rõ ràng, kích thước hạt trung bình đạt 10,8 ± 2,4 nm, sai số kích thước hạt 22%

(hình 3.3a, b). Với hỗn hợp tiền chất gồm Fe(acac)3 và FeCl2 các hạt thu được phần

lớn là hình cầu, tương đối đồng đều, biên hạt rõ ràng, kích thước hạt trung bình là

10,2 ± 0,5 nm, sai số kích thước hạt trong trường hợp này gần 5% (hình 3.3c, d). Như

vậy, trong hai loại muối vô cơ được sử dụng, tiền chất FeCl2 hình thành hạt nano

Fe3O4 đồng đều tương tự như trường hợp chỉ sử dụng tiền chất Fe(acac)3, sự khác

nhau này có thể là do kích thước ion Cl- nhỏ hơn SO4

2-. Kết quả này mở ra hướng

mới trong việc tổng hợp nano ferit từ bằng phương pháp phân hủy nhiệt có sử dụng

tiền chất vô cơ.

d) Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sự hình thành hạt nano Fe3O4 được

khảo sát với hỗn hợp tiền chất gồm Fe(acac)3 và FeCl2, tại các nhiệt độ 270, 295 và

315 oC, tương ứng với các mẫu F15, F16 và F17 (bảng 3.1). Hình 3.4 trình bày kết

quả phân tích TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt thu được.

Hình 3.4. Ảnh TEM của mẫu F15 (a), F16 (b), F17 (c) và biểu đồ phân bố kích

thước hạt tương ứng (d).

65

Quan sát hình 3.4 ta thấy, đối với hai mẫu tổng hợp tại 270 oC và 295

oC, hạt

Fe3O4 thu được không đồng đều, biên hạt không rõ nét, kích thước hạt tương ứng là

4,8 ± 1,0 nm và 8,4 ± 1,5 nm, sai số kích thước hạt trong hai trường hợp này tương

ứng là 20% và 18%. Với mẫu chế tạo ở 315 oC (nhiệt độ sôi của dung môi), hạt

Fe3O4 có kích thước trung bình 10,2 ± 0,5 nm, sự phân bố kích thước hạt đồng đều,

biên hạt rõ nét hơn. Như vậy nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình

hình thành và phát triển các mầm tinh thể. Trong trường hợp này do sử dụng tiền

chất FeCl2 nên ở giai đoạn trung gian của quá trình phản ứng đã hình thành phức

oleat có nhiệt độ phân hủy ( 300 oC), cao hơn phức axetylaxetonat (230 ÷ 250

oC).

Do đó, phản ứng thực hiện ở nhiệt độ sôi của dung môi sẽ cho các hạt có kích thước

đồng đều hơn. Mặt khác khi tăng nhiệt độ phản ứng đã làm tăng chuyển động nhiệt

của các tiểu phân Fe3O4, dẫn đến năng lượng bề mặt của các tiểu phân tăng, do đó

chúng sẽ kết hợp với nhau để giảm năng lượng bề mặt, kết quả thu được các hạt có

kích thước lớn hơn.

3.1.1.2. Tổng hợp nano ferit từ với tiền chất ở nồng độ cao

Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng tổng hợp theo phương pháp phân hủy

nhiệt đến hình thái cấu trúc của các hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) tương

tự nhau và đã được chỉ ra trong các nghiên cứu trước đây [108, 133]. Tuy nhiên, các

nghiên cứu này đều được thực hiện ở điều kiện sử dụng nồng độ tiền chất thấp, dưới

100 mM. Với mục đích nâng cao công suất tổng hợp vật liệu, chúng tôi khảo sát

trường hợp sử dụng nồng độ tiền chất cao hơn, 673 và 920 mM, với các điều kiện

như trình bày trong mục 2.2.1.2. Kết quả phân tích TEM và xác định kích trước hạt

trung bình được trình bày trên hình 3.5 và bảng 3.2. Ta thấy trường hợp mẫu F-673,

tổng hợp với nồng độ tiền chất là 673 mM (cao gấp 3,5 lần so với mẫu F9), các hạt

Fe3O4 thu được vẫn duy trì sự đồng đều và đơn phân tán, kích thước hạt trung

bình tăng nhẹ và đạt 7,2 ± 0,9 nm (hình 3.5a1). Trường hợp nồng độ tiền chất lớn

gấp 5 lần (mẫu F-920) kích thước hạt đạt 14,3 ± 1,5 nm (hình 3.5a2), tăng 2,1 lần so

với mẫu F9. Xu hướng biến đổi hình thái, kích thước hạt CoFe2O4 (hình 3.5b1, 2) và

MnFe2O4 (hình 3.5c1, 2) cũng xảy ra tương tự Fe3O4. Việc chế tạo được các hạt ferit

từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) với nồng độ tiền chất cao vẫn đạt được độ đồng đều

cao và có khả năng điều khiển tốt kích thước hạt mang một ý nghĩa thực tế lớn, có

thể tiết kiệm thời gian chế tạo, giảm chi phí sản xuất.

66

Hình 3.5. Ảnh TEM các mẫu Fe3O4 (a1, a2), CoFe2O4 (b1, b2) và MnFe2O4 (c1, c2)

tổng hợp với nồng độ cao tiền chất.

Bảng 3.2. Kích thước hạt ferit từ thu được khi tổng hợp với nồng độ cao tiền chất.

Mẫu Công thức

hóa học

Nồng độ tiền chất (mM) dTEM (nm)

Fe(acac)3 Co(acac)2 Mn(acac)2

F-673 Fe3O4 673 0 0 7,2 ± 0,9

F-920 Fe3O4 920 0 0 14,3 ± 1,5

CF-673 CoFe2O4 448,67 224,33 0 7,5 ± 1,2

CF-920 CoFe2O4 613,33 306,67 0 14,5 ± 1,3

MF-673 MnFe2O4 448,67 0 224,33 7,6 ± 1,1

MF-920 MnFe2O4 613,33 0 306,67 13,8 ± 1,2

3.1.2. Cấu trúc pha tinh thể

Độ kết tinh và cấu trúc tinh thể của các ferit từ được phân tích bằng phương

pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Hình 3.6 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của một số mẫu

đại diện Fe3O4 tổng hợp ở nồng độ tiền chất 190 mM: mẫu F4, F10, F14, F17 và các

mẫu ferit từ tổng hợp ở nồng độ tiền chất 673 mM: mẫu F-673, CF-673 và MF-673.

Kết quả cho thấy mẫu tổng hợp được có các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc ferit

spinel, gồm các pic điển hình tương ứng với các mặt phẳng mạng (220), (311), (222),

(400), (422), (511) và (440). Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy các mẫu ferit từ thu

được là đơn pha, khớp với các thẻ PDF chuẩn của các hệ mẫu Fe3O4 (JCPDS 19-

0629), CoFe2O4 (JCPDS 00-022-1086) và MnFe2O4 (JCPDS 01-075-0035) [136].

67

Hình 3.6a cho thấy độ rộng các vạch nhiễu xạ giảm dần theo thứ tự mẫu F4, F10,

F17 và F14 chứng tỏ kích thước tinh thể tăng. Dấu hiệu này thể hiện rõ hơn khi

quan sát đỉnh nhiễu xạ (222) của các mẫu: đỉnh nhiễu xạ (222) khá rõ nét ở mẫu F14

và F17 nhưng mờ dần ở mẫu F10 và hầu như không quan sát được ở mẫu F4.

Giá trị hằng số mạng (a) và kích thước tinh thể trung bình (dXRD) của các

mẫu vật liệu (tính theo công thức Debye-Scherrer với pic tại góc 2θ = 35,0o) được

xác định và trình bày trong bảng 3.3. Có thể thấy rằng kích thước tinh thể trung

bình xác định được từ giản đồ nhiễu xạ tia X phù hợp với kết quả thu được từ ảnh

TEM (dTEM).

Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4 được tổng hợp tại nồng độ tiền chất

190 mM (a) và MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) tại nồng độ tiền chất 673 mM (b).

Bảng 3.3. Hằng số mạng và kích thước hạt của một số ferit từ.

Mẫu Công thức

hóa học a (Å) dTEM (nm) dXRD (nm)

F4

Fe3O4

8,360 3,2 ± 0,5 3,0

F9 8,362 6,7 ± 0,7 6,2

F10 8,364 8,1 ± 0,7 7,4

F17 8,365 10,2 ± 0,5 9,1

F11 8,374 13,9 ± 1,1 12,6

F14 8,376 14,7 ± 1,3 14,0

F-673 Fe3O4

8,361 7,2 ± 0,9 6,7

F-920 8,374 14,3 ± 1,5 13,5

CF-673 CoFe2O4

8,391 7,5 ± 1,2 6,2

CF-920 8,393 14,5 ± 1,3 13,8

MF-673 MnFe2O4

8,521 7,6 ± 1,1 7,0

MF-920 8,525 13,8 ± 1,2 12,6

68

3.1.3. Tính chất từ

Tính chất từ của các mẫu nano ferit được khảo sát bằng phương pháp từ kế mẫu

rung VSM. Hình 3.7 trình bày đường cong từ trễ của một số mẫu nano Fe3O4 kích

thước khác nhau, từ 3,2 ÷ 14,7 nm, và MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) kích thước 7 nm.

Hình 3.7. Đường cong từ trễ của vật liệu Fe3O4 kích thước 3,2 ÷ 14,7 nm (a)

và MFe2O4 kích thước 7 nm (b).

Từ kết quả đo đường cong từ trễ có thể xác định giá trị từ độ bão hòa (Ms) và

lực kháng từ (Hc) như thể hiện trên bảng 3.4.

Bảng 3.4. Từ độ bão hòa và lực kháng từ của các mẫu ferit từ kích thước khác nhau.

Mẫu Công thức

hóa học dTEM (nm) Ms (emu/g) Hc (Oe)

F4

Fe3O4

3,2 ± 0,5 40,0 0

F9 6,7 ± 0,7 50,3 3,0

F10 8,1 ± 0,7 57,1 6,0

F17 10,2 ± 0,5 59,0 5,0

F11 13,9 ± 1,1 64,3 25,0

F14 14,7 ± 1,3 66,5 60,0

F-673 Fe3O4

7,2 ± 0,9 52,3 1,0

F-920 14,3 ± 1,5 60,2 54,0

CF-673 CoFe2O4

7,5 ± 1,2 55,8 2,0

CF-920 14,5 ± 1,3 73,5 74,0

MF-673 MnFe2O4

7,6 ± 1,1 46,0 4,0

MF-920 13,8 ± 1,2 50,3 28,0

69

Kết quả cho thấy khi kích thước hạt Fe3O4 tăng từ 3,2 đến 14,7 nm, giá

trị Ms tăng từ 40,0 đến 66,5 emu/g, giá trị này nhỏ hơn so với Ms của mẫu khối

( 90 emu/g) [19]. Ngoài ra, kết quả đo đường từ trễ của các mẫu ở từ trường

thấp cho thấy giá trị lực kháng từ tăng từ 0 lên tới 57 Oe. Với các mẫu có kích

thước 10 nm, lực kháng từ đều nhỏ hơn 6 Oe. Xu hướng biến đổi này cũng được

thể hiện rõ với các ferit từ tổng hợp ở nồng độ cao của tiền chất. Mặt khác, kết quả

nghiên cứu cũng cho thấy với cùng kích thước hạt, từ độ bão hòa của các ferit từ giảm

dần theo thứ tự CoFe2O4, Fe3O4 và MnFe2O4.

Sự giảm từ độ bão hòa ở kích thước nano so với mẫu khối của các ferit từ

được lý giải như sau: Từ độ của một vật liệu là tổng số các mômen từ trên một đơn

vị thể tích của vật liệu đó. Khi kích thước của vật liệu từ giảm đến cỡ nm, sự cạnh

tranh giữa hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước là nguyên nhân dẫn đến sự khác

nhau giữa từ độ hạt nano so với từ độ của vật liệu khối tương ứng. Đối với vật liệu

khối, có thể coi từ độ phần vỏ bé hơn nhiều so với phần lõi. Đối với vật liệu ở kích

thước nm, tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích là rất lớn, dẫn đến phần vỏ không

từ đóng góp đáng kể vào toàn bộ thể tích của hạt. Nói cách khác, sự giảm của từ độ

bão hòa chính là do sự tồn tại của lớp vỏ không từ (lớp chết từ) trên bề mặt hạt. Do

vậy, từ độ của hạt nano từ thường nhỏ hơn từ độ của mẫu khối tương ứng và giá trị

từ độ của hạt nano từ giảm theo kích thước hạt.

3.1.4. Cấu trúc lớp vỏ bọc hạt nano ferit

Các chất hoạt động bề mặt OA và OLA đóng vai trò quan trọng trong việc

kiểm soát hình thái cũng như kích thước hạt nano ferit từ. Để đặc trưng cấu trúc lớp

vỏ bọc xung quanh các hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn), các mẫu sau khi

chế tạo được phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại (FT-IR) bằng cách ép viên với KBr.

Kết quả hình 3.8 cho thấy phổ hấp thụ hồng ngoại của cả ba mẫu có các đỉnh

hấp thụ tương đối giống nhau. Một băng rộng nằm giữa 3600 và 3000 cm-1

được gán

cho dao động hóa trị của liên kết O-H trong nhóm chức axit (COOH) của OA. Các

đỉnh hấp thụ tại số sóng 2923 cm-1

và 2852 cm-1

tương ứng với các dao động hóa trị

bất đối xứng và đối xứng của liên kết C - H trong nhóm CH2 của chất hoạt động bề

mặt OA và OLA. Đỉnh hấp thụ xuất hiện tại số sóng 1630 cm-1

đặc trưng cho liên

kết N - H của phân tử OLA. Hai đỉnh hấp thụ tại 1450 cm-1

và 1384 cm-1

lần lượt gán

70

cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm chức cacboxylat (COO-)

của phân tử OA. Kết quả này chứng minh OA và OLA đã phủ trên bề mặt các hạt

nano ferit từ [137].

Hình 3.8. Phổ FT-IR của mẫu F10, CF-673 và MF-673.

Để xác định hàm lượng của lớp vỏ hữu cơ chúng tôi sử dụng phương pháp

phân tích nhiệt TGA với mẫu Fe3O4 đại diện (F10), kết quả trình bày trên hình 3.9.

Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của mẫu F10.

71

Quan sát hình 3.9 ta thấy có hai giai đoạn mất khối lượng: (i) giai đoạn thứ

nhất trong khoảng nhiệt độ 50 ÷ 240 oC, khối lượng giảm 3 %, đây là quá trình

bay hơi của dung môi hữu cơ hấp phụ trên bề mặt hạt; (ii) giai đoạn thứ hai trong

khoảng nhiệt độ 240 ÷ 550 oC, khối lượng giảm 7 %, do sự phân hủy của các phân

tử chất hoạt động bề mặt OA/OLA. Như vậy, dựa vào quá trình mất khối trên đường

TGA ta có thể xác định được giá trị khối lượng thực của lõi Fe3O4 90%.

Tóm tắt kết quả phần 3.1:

1. Các hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) được chế tạo thành công

bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi ODE. Vật liệu thu được có độ

đồng đều cao, cấu trúc spinel, đơn phân tán. Bằng việc thay đổi các điều kiện tổng

hợp (thời gian, nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất hoạt động bề mặt và nồng độ tiền

chất) kích thước hạt được điều khiển tốt trong phạm vi 3,2 ÷ 14,7 nm. Việc thay thế

một phần tiền chất Fe(acac)3 bằng muối FeCl2 và tổng hợp ở nồng độ tiền chất cao

vẫn thu được các hạt ferit từ có độ đồng đều cao, đơn phân tán.

2. Giá trị từ độ bão hòa của vật liệu Fe3O4 tăng từ 40,0 đến 66,5 emu/g khi

kích thước hạt tăng từ 3,2 đến 14,7 nm. Ở nhiệt độ phòng vật liệu thu được có lực

kháng từ rất nhỏ, có thể coi là siêu thuận từ, đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng y sinh.

3. Các hạt nano ferit từ MFe2O4 được bao bọc bởi lớp chất hoạt động bề mặt

(OA/OLA) với khối lượng 10%.

3.2. Hạt nano lai Fe3O4-(Ag, Au)

Từ kết quả nghiên cứu về tổng hợp hạt nano ferit từ chúng tôi lựa chọn 4

mẫu Fe3O4 có kích thước khác nhau: 6,7 ± 0,7 nm (F9); 8,1 ± 0,7 nm (F10); 10,2 ±

0,5 nm (F17) và 13,9 ± 1,1 nm (F11) làm hạt mầm cho quá trình tổng hợp hệ nano

lai Fe3O4-(Ag, Au). Phần này của luận án trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng

của điều kiện tổng hợp đến hình thái, cấu trúc và tính chất của hạt lai.

3.2.1. Hình thái học

3.2.1.1. Hệ nano lai Fe3O4/Ag

Trong luận án này, hệ nano lai Fe3O4/Ag được tổng hợp bằng phương pháp

nuôi mầm trong dung môi ODE. Hạt nano Fe3O4 được phân tán trong dung dịch có

chứa AgNO3. Ở nhiệt độ cao, các ion Ag+ bị khử ngay trên bề mặt hạt Fe3O4 tạo

thành các mầm tinh thể nano bạc, các mầm hạt này sẽ phát triển và hình thành hệ

72

nano lai Fe3O4/Ag. Các thông số: tỷ lệ mol [Ag]/[Fe] và thời gian phản ứng được

thay đổi như mô tả trong mục 2.2.2.1. Hình thái cấu trúc lai được phân tích bằng

phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM và trình bày trên bảng 3.5.

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc lai Fe3O4/Ag.

= [Ag]/[Fe] Thời gian phản ứng (ph t) Cấu tr c lai Fe3O4/Ag

0,5 30 Lõi - vỏ

60 Lõi - vỏ

1,4 30 Lõi - vỏ

60 Lõi - vỏ

2,3 30 Lõi - vỏ

60 Lõi - vỏ

3,2 30 Lõi - vỏ

60 Lõi - vỏ

4,5

30 Lõi - vỏ

60 Lõi - vỏ

120 Lõi - vỏ

6,8

30 Lõi - vỏ

60 Lõi - vỏ

120 Lõi - vỏ

9,0

30 Dumbbell, lõi - vỏ

60 Dumbbell, lõi - vỏ

120 Dumbbell, lõi - vỏ

11,4

30 Dumbbell

60 Dumbbell

120 Dumbbell

13,6

30 Dumbbell

60 Dumbbell

120 Dumbbell

73

a) Ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa tiền chất và hạt mầm ([Ag]/[Fe])

Hình 3.10 trình bày ảnh TEM một số mẫu đại diện của cấu trúc lai Fe3O4/Ag,

sử dụng hạt mầm Fe3O4 kích thước 8,1 nm, tỉ lệ [Ag]/[Fe] thay đổi, phản ứng được

thực hiện trong 60 phút.

Hình 3.10. Ảnh TEM (a - g) và biểu đồ phân bố kích thước hạt (h) của Fe3O4 (hạt

mầm) và cấu trúc lai Fe3O4/Ag với = [Ag]/[Fe] thay đổi.

Kết quả cho thấy, khi = 1,4 (hình 3.10b) trên ảnh TEM xuất hiện những hạt

cầu nhỏ, có màu nhạt, cùng với các hạt cầu lớn, màu đậm hơn. Các hạt nano nhỏ này

là Fe3O4 không được phủ hoặc được phủ một lớp vỏ Ag rất mỏng, kích thước thay

74

đổi không nhiều so với ban đầu. Các hạt lớn kích thước 12,5 ± 1,9 nm là hạt lai có

cấu trúc lõi - vỏ, với lõi là Fe3O4 và lớp vỏ là Ag (Fe3O4@Ag). Tuy nhiên, lớp vỏ

này được hình thành với độ dày không đều có thể do nồng độ AgNO3 trong tiền chất

sử dụng còn thấp. Do vật liệu sau khi tổng hợp được thu hồi bằng nam châm, nên

trên ảnh TEM không thể hiện các hạt nano Ag tự do. Khi tăng giá trị = 3,2 ÷ 6,8,

cấu trúc lõi - vỏ được hình thành đồng đều hơn, hầu như không còn các hạt Fe3O4 tự

do (hình 3.10c, d). Đặc biệt, mẫu vật liệu tổng hợp với = 6,8 có hình thái khá đồng

đều, kích thước hạt lai đạt 16,0 ± 0,8 nm, sự phân bố kích thước hẹp với sai số kích

thước 5%.

Sự hình thành cấu trúc lõi – vỏ phụ thuộc vào = [Ag]/[Fe] có thể được giải

thích bằng mô hình La Mer [138]. Trong phản ứng trung gian tạo lớp vỏ Ag, các

nguyên tử Ag sinh ra sẽ lắng đọng trên bề mặt Fe3O4 NPs. Khi trên lõi Fe3O4 đã có

các nguyên tử Ag thì những vị trí đó trở nên hoạt động và một lượng lớn Ag bị lắng

đọng tiếp theo. Từ đó lớp vỏ Ag được hình thành liên tục thông qua việc tạo ra các

tinh thể nano Ag. Tuy nhiên khi lượng tiền chất của Ag thấp, lúc này trên lõi từ sẽ có

những vị trí hoạt động có nhiều Ag và những vị trí trống, khi đó hiệu ứng Ostwald bắt

đầu cạnh trạnh và chiếm ưu thế hơn phản ứng lắng đọng [139]. Dẫn đến quá trình

hình thành vỏ Ag diễn ra không đồng đều. Vì vậy, khi giá trị < 3,2, sẽ hình thành

hỗn hợp các hạt nano bao gồm các hạt nano Fe3O4@Ag có lớp vỏ Ag dày và các hạt

nano Fe3O4 không có lớp vỏ hoặc chỉ có lớp vỏ Ag rất mỏng. Trong trường hợp =

6,8 nồng độ tiền chất Ag đủ cao để ngăn chặn quá trình Ostwald do đó lớp vỏ Ag

phát triển một cách đồng nhất, các hạt lai Fe3O4@Ag cấu trúc lõi - vỏ thu được tương

đối đồng đều.

Khi = 9, ngoài các hạt lai có cấu trúc lõi - vỏ (chiếm khoảng 20 ÷ 25%) còn

xuất hiện các hạt lai có cấu trúc dạng dumbbell (Fe3O4 – Ag) gồm một hạt nano từ

được gắn với một hạt nano Ag (hình 3.10e). Phần nhỏ hơn và có màu nhạt hơn là

hạt nano từ Fe3O4 với kích thước 8,1 ± 0,7 nm (không thay đổi so với kích thước

ban đầu) hạt to và đậm hơn là nano Ag với kích thước 16,3 ± 0,9 nm. Khi = 13,6

các hạt lai thu được hầu hết có cấu trúc dumbbell (hình 3.10g), ở đây kích thước hạt

Ag thay đổi không nhiều so với trường hợp = 9 nhưng sự phân bố kích thước trong

trường hợp này lớn hơn. Có thể thấy rằng, kích thước và hình dạng hạt nano Ag

75

trong cấu trúc dumbbell tương đương với hạt nano Ag tự do (15,0 ± 1,2 nm) được

tổng hợp trong điều kiện tương tự (hình 3.11). Sự hình thành cấu trúc dumbbell khi

9 có thể được giải thích theo mô hình Volmer - Weber (VW) [113]: Khi tăng

nồng độ tiền chất Ag dẫn đến tổng năng lượng bề mặt của các mầm tinh thể Ag,

năng lượng biến dạng và năng lượng bề mặt chung (giữa Ag và Fe3O4) lớn hơn

năng lượng bề mặt của hạt mầm (Fe3O4) làm cho giá trị năng lượng dư tổng thể ()

dương trong quá trình phát triển hạt lai. Nghĩa là sự lắng đọng sẽ làm tăng năng

lượng bề mặt của cấu trúc, chúng có thể giảm năng lượng tổng bằng cách hình

thành các nhánh 3D dày bị cô lập và cũng có thể làm giảm năng lượng biến dạng

bằng cách tạo ra những khuyết tật về cấu trúc giữa hai bề mặt hình thành giao diện

chung, kết quả thu được cấu trúc dumbbell.

Hình 3.11. Ảnh TEM (a) và biểu đồ phân bố kích thước hạt (b) của nano Ag.

Sự phụ thuộc hình thái cấu trúc lai vào giá trị = [Ag]/[Fe] cũng xảy ra tương

tự với trường hợp các hạt mầm Fe3O4 có kích thước khác nhau, kết quả được trình

bày trong bảng 3.5. Kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị 6,8 các hạt lai thu được có

cấu trúc dạng lõi - vỏ, khi tăng giá trị này đến 9 thì cấu trúc dumbbell được hình

thành. Như vậy, khi giá trị = [Ag]/[Fe] tăng, hình thái hạt lai Fe3O4/Ag chuyển từ

dạng lõi - vỏ sang dumbbell.

b) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Hình 3.12 trình bày ảnh TEM của các mẫu đại diện cho hệ lai cấu trúc lõi - vỏ

( = 6,8) và dumbbell ( = 9,0) tổng hợp với thời gian phản ứng khác nhau: 30, 60 và

120 phút, sử dụng hạt mầm Fe3O4 kích thước 8,1 nm. Kết quả cho thấy với cấu trúc

lõi - vỏ Fe3O4@Ag (hình 3.12 a1 - a3), kích thước hạt lai tăng 12,8 ÷ 18,5 nm, tương

ứng với lớp vỏ Ag tăng 4,7 ÷ 10,4 nm khi thời gian phản ứng tăng từ 30 ÷ 120 phút.

76

Với cấu trúc dumbbell Fe3O4 – Ag (hình 3.12 b1 - b3), kích thước hạt Ag tăng

14,1 ÷ 19,2 nm khi thời gian phản ứng tăng từ 30 ÷ 120 phút. Trong trường hợp

thời gian phản ứng là 30 và 60 phút, các hạt thu được tương đối đồng đều. Khi kéo

dài thời gian phản ứng đến 120 phút bắt đầu xuất hiện sự trùng chập của hai hoặc

nhiều hạt nano (hình 3.12 a3 và b3). Xu hướng này xảy ra tương tự với các trường

hợp sử dụng hạt mầm Fe3O4 có kích thước khác nhau (bảng 3.6 và 3.7).

Hình 3.12. Ảnh TEM cấu trúc lai Fe3O4/Ag được tổng hợp với thời gian phản ứng

khác nhau: a1,b1) 30 phút, a2,b2) 60 phút, a3,b3) 120 phút.

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ dày lớp vỏ Ag trong cấu trúc Fe3O4@Ag.

3 4Fe Od

(nm)

Độ dày lớp vỏ Ag (dsAg) (nm)

30 phút 60 phút 120 phút

Mẫu dsAg Mẫu dsAg Mẫu dsAg

6,7 ± 0,7 F9@A30 3,3 ± 0,4 F9@A60 5,6 ± 0,6 F9@A120 7,8 ± 1,0

8,1 ± 0,7 F10@A30 4,7± 0,6 F10@A60 7,9 ± 0,8 F10@A120 10,4 ± 1,2

10,2 ± 0,5 F17@A30 6,2 ± 0,6 F17@A60 8,4 ± 0,9 F17@A120 13,7 ± 1,8

13,9 ± 1,1 F11@A30 7,8 ± 1,1 F11@A60 12,5 ± 1,3 F11@A120 17,3 ± 2,0

77

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến kích thước hạt Ag trong cấu trúc Fe3O4-Ag.

3 4Fe Od

(nm)

Kích thƣớc hạt Ag (dAg) (nm)

30 phút 60 phút 120 phút

Mẫu dAg Mẫu dAg Mẫu dAg

6,7 ± 0,7 F9-A30 11,5 ± 0,5 F9-A60 13,8 ± 0,7 F9-A120 15,8 ± 1,2

8,1 ± 0,7 F10-A30 14,1 ± 0,6 F10-A60 16,3 ± 0,9 F10-A120 19,2 ± 1,4

10,2 ± 0,5 F17-A30 18,2 ± 0,8 F17-A60 19,5 ± 1,0 F17-A120 24,7 ± 2,1

13,9± 1,1 F11-A30 23,4± 1,2 F11-A60 27,1 ± 2,2 F11-A120 33,0 ± 2,4

Trong phạm vi khảo sát, kích thước của lớp vỏ Ag (dsAg) trong cấu trúc lõi - vỏ

và hạt Ag (dAg) trong cấu trúc dumbbell tăng khi thời gian phản ứng tăng. Từ những

kết quả phân tích ở trên chúng tôi có thể tóm tắt sơ đồ mô tả sự hình thành cấu trúc

lai Fe3O4/Ag như hình 3.13.

Hình 3.13. Sơ đồ thể hiện sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Ag.

78

3.2.1.2. Hệ nano lai Fe3O4/Au

a) Hệ nano lai Fe3O4/Au đặc

Tương tự phương pháp tổng hợp hệ nano lai Fe3O4/Ag, các hạt nano lai

Fe3O4/Au đặc được hình thành bằng cách khử Au3+

trên bề mặt các hạt mầm

Fe3O4 kích thước 8,1 nm với sự có mặt của OLA và OCD-ol trong dung môi

ODE. Hình 3.14 trình bày ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của hệ nano

lai Fe3O4/Au. Kết quả nghiên cứu cho thấy các hạt nano lai Fe3O4/Au cấu trúc lõi -

vỏ ở dạng đặc được hình thành với tỉ lệ mol [Au]/[Fe] trong hỗn hợp phản ứng là

6,8. Các hạt lai thu được có kích thước đồng đều, không thấy các hạt Fe3O4 tự do,

kích thước hạt lai đạt 15,7 ± 0,9 nm, sự phân bố kích thước hẹp với sai số 5,7%.

Như vậy, trong cùng điều kiện phản ứng các hạt nano lai Fe3O4/Au đặc có hình

dạng và kích thước tương đương Fe3O4/Ag.

Hình 3.14. Ảnh TEM (a) và biểu đồ phân bố kích thước hạt (b) của hệ lai Fe3O4/Au đặc.

b) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng

Trong nghiên cứu này, hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng được tổng hợp bằng cách

sử dụng các hạt nano lai Fe3O4@Ag (lõi - vỏ ) làm khuôn (template) thông qua phản

ứng thế Galvanic giữa Ag và Au3+

trong dung môi ODE:

3Ag0 + Au

3+ Au

0 + 3Ag

+

*) Ảnh hưởng của khuôn nano Fe3O4@Ag đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng:

Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của cấu trúc khuôn Fe3O4@Ag đến quá trình

hình thành cấu trúc lai Fe3O4/Au rỗng, chúng tôi lựa chọn hai mẫu Fe3O4@Ag có

kích thước hạt 12,8 nm (mẫu F10@A30) và 16,0 nm (mẫu F10@A60) với độ dày

lớp vỏ Ag tương ứng là 4,7 nm và 7,9 nm, thể tích dung dịch H[AuCl4] sử dụng là

1,5 mL, sản phẩm thu được với ký hiệu tương ứng là F10@A30/Au và F10@A60/Au.

79

Hình 3.15 trình bày kết quả phân tích TEM và ảnh dung dịch khuôn nano

Fe3O4@Ag và hệ lai Fe3O4/Au thu được.

Hình 3.15. Ảnh TEM và ảnh dung dịch tương ứng của các khuôn nano Fe3O4@Ag

(a1, a2) và hệ nano lai Fe3O4/Au (b1, b2).

Dựa vào ảnh TEM và màu sắc của dung dịch hạt lai ta thấy, trường hợp sử

dụng khuôn có kích thước 12,8 nm không thu được hạt lai Fe3O4/Au rỗng (hình

3.15 b1). Trong trường hợp khuôn Fe3O4@Ag kích thước 16,0 nm, trên ảnh TEM

xuất hiện những lỗ trống nhỏ ở giữa hạt nano lai, đồng thời dung dịch thu được có

màu xanh đặc trưng, chứng tỏ sự hình thành hạt nano lai Fe3O4/Au cấu trúc rỗng

(hình 3.15 b2). Như vậy, sự hình thành hệ lai Fe3O4/Au rỗng phụ thuộc vào khuôn

nano Fe3O4@Ag, theo cơ chế được giả thiết như trên hình 3.16.

Hình 3.16. Sơ đồ mô tả cơ chế hình thành hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng.

80

*) Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng

Để có thêm thông tin về sự hình thành cấu trúc nano lai Fe3O4/Au rỗng, chúng

tôi nghiên cứu sự ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] sử dụng trong phản ứng

với Fe3O4@Ag kích thước 16,0 nm (mẫu F10@A60). Hình 3.17 trình bày ảnh TEM

của khuôn nano Fe3O4@Ag và hệ lai Fe3O4/Au được tổng hợp với thể tích dung

dịch H[AuCl4] khác nhau. Kết quả cho thấy: khi thể tích dung dịch H[AuCl4] sử dụng

trong phản ứng là 0,5 mL cấu trúc rỗng chưa được hình thành (hình 3.17b). Tăng thể

tích dung dịch H[AuCl4] từ 1,0 ÷ 2,0 mL hệ lai thu được có dạng hình cầu rỗng với

kích thước lỗ trống tăng dần, tại 2,0 mL vật liệu có kích thước lớn nhất đạt 17,0 nm

(tăng nhẹ so với khuôn nano Fe3O4@Ag hình 3.17k). Kết quả này chứng minh các

nguyên tử Au sinh ra lắng đọng bên ngoài bề mặt của hạt lai. Tăng tiếp thể tích

H[AuCl4] thì cấu trúc rỗng dần bị phá vỡ, ở mẫu 2,5 mL H[AuCl4] ngoài những hạt

cầu rỗng còn thu được những hạt nano bị phân mảnh hoặc dạng đặc (hình 3.17g).

Cấu trúc Fe3O4/Au rỗng bị phá vỡ hoàn toàn khi lượng dung dịch H[AuCl4] là 3,5 mL

(hình 3.17i). Như vậy, kích thước và hình thái của hệ lai Fe3O4/Au thu được phụ

thuộc vào lượng dung dịch H[AuCl4] sử dụng trong quá trình tổng hợp (bảng 3.8),

kết quả này xảy ra tương tự trường hợp cấu trúc Au rỗng (phụ lục 1).

Hình 3.17. Ảnh TEM của Fe3O4@Ag (a), hệ lai Fe3O4/Au (b-i) được tổng hợp với

lượng dung dịch H[AuCl4] khác nhau và sự phân bố kích thước hạt (k) của (a và e).

81

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến kích thước và hình thái

vật liệu lai Fe3O4/Au.

Lƣợng dung dịch

H[AuCl4] (mL) Kích thƣớc hạt lai (nm)

Hình thái vật liệu

lai Fe3O4/Au

0 16,0 ± 0,8 Hình cầu đặc

(khuôn nano)

0,5 16,1 ± 0,8 Hình cầu đặc

1,0 16,4 ± 0,9 Hình cầu rỗng

1,5 16,6 ± 1,0 Hình cầu rỗng

2,0 17,0 ± 1,1 Hình cầu rỗng

2,5 18,8 ± 2,1 Hình cầu rỗng và đặc

3,0 26,3 ± 3,4 Hình cầu rỗng và đặc

3,5 33,2 ± 5,7 Hình cầu đặc

Sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Au phụ thuộc vào lượng dung dịch

H[AuCl4] sử dụng hay tỉ lệ mol [Au]/[Ag]. Mối quan hệ này có thể tóm tắt theo sơ

đồ hình 3.18:

Hình 3.18. Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Au.

82

3.2.2. Cấu trúc pha tinh thể

Sự hình thành cấu trúc lai Fe3O4/Ag cũng được chứng minh bằng phương

pháp nhiễu xạ tia X. Hình 3.19 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của một số mẫu đại

diện cho vật liệu: Fe3O4 (mẫu F10), Ag, Fe3O4@Ag (mẫu F10@A60) và Fe3O4-Ag

(mẫu F10-A60). Kết quả phân tích cho thấy các hạt Fe3O4 (hạt mầm) có các đỉnh

nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc spinel của Fe3O4, gồm các pic điển hình tương ứng

với các mặt phẳng mạng (220), (311), (400), (511) và (440) tại các vị trí 30,0o;

35,0o; 43,0

o; 57,0

o và 62,5° (JCPDS 19-0629). Với cấu trúc lõi - vỏ Fe3O4@Ag,

không quan sát thấy các pic của Fe3O4, chỉ xuất hiện các pic đặc trưng cho Ag cấu

trúc lập phương tâm mặt tại các vị trí 2 = 38,21o; 43,61

o và 64,21

o tương ứng với

mặt phẳng mạng tinh thể (111), (200) và (220) (JCPDS 004-0783) [98]. Điều này có

thể giải thích là do hạt Fe3O4 đã được bọc hoàn toàn bởi lớp vỏ Ag như quan sát ảnh

TEM hình 3.12 a2. Trong khi đó, cấu trúc dumbbell Fe3O4-Ag xuất hiện các pic đặc

trưng cho Fe3O4 spinel với cường độ giảm mạnh, một số đỉnh như (222) và (422)

không quan sát thấy trên giản đồ; ngoài ra còn xuất hiện các đỉnh của Ag với cường

độ mạnh. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả phân tích ảnh TEM đã chỉ ra ở hình

3.12 b2.

Hình 3.19. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano Fe3O4, Ag và hệ nano lai Fe3O4/Ag.

3.2.3. Tính chất quang

Để xác nhận sự hình thành cấu trúc lai chúng tôi tiến hành đo phổ UV-Vis của vật

liệu chế tạo được trong dải bước sóng 300 ÷ 900 nm. Hình 3.20a trình bày phổ UV-Vis

83

của một số mẫu đại diện cho vật liệu: Fe3O4 (mẫu F10, 8,1 nm), Ag (15,0 nm),

Fe3O4@Ag (mẫu F10@A60; 16,0 nm) và Fe3O4-Ag (mẫu F10-A60; 8,1 – 16,3 nm).

Trong vùng bước sóng 300 ÷ 900 nm, hạt nano Fe3O4 không xuất hiện đỉnh hấp thụ.

Điều này là hoàn toàn hợp lý vì Fe3O4 không có hiệu ứng plasmon bề mặt hay các

cơ chế quang học khác. Với mẫu Ag, do hiệu ứng plasmon bề mặt nên trên phổ hấp

thụ xuất hiện một đỉnh tại vị trí 405 nm, với độ bán rộng của đỉnh hấp thụ plasmon

khá hẹp. Với các hạt nano lai Fe3O4/Ag, xuất hiện vị trí cực đại SPR ở bước sóng

410 nm với cấu trúc lõi - vỏ và 420 nm với cấu trúc dumbbell. Sự hình thành cấu

trúc lai giữa Ag và Fe3O4 dẫn đến sự mở rộng và dịch chuyển đáng kể đỉnh SPR so

với các hạt nano Ag riêng lẻ. Sự tăng cường tính chất cộng hưởng plasmon bề mặt

của các hạt lai được giải thích dựa vào sự thay đổi tính chất điện tử bề mặt của các

thành phần trong hệ lai. Các hạt nano Fe3O4 là thành phần thiếu điện tử so với các

hạt nano Ag, nên trong hệ lai các điện tử sẽ được chuyển từ Ag sang Fe3O4 gây ra

sự thiếu hụt điện tử trên bề mặt của các hạt nano Ag [50]. Yang và cộng sự đã chỉ ra

rằng, nếu các điện tử trên bề mặt hạt nano kim loại quý bị dư thừa có thể dẫn đến sự

dịch chuyển vị trí SPR sang vùng bước sóng ngắn, trong khi sự thiếu điện tử gây ra

sự dịch chuyển sang vùng bước sóng dài hơn [30]. Trong nghiên cứu này, cấu trúc

dumbbell có sự dịch chuyển đỉnh SPR mạnh hơn do tính chất dị hướng cũng như

kích thước tổng thể của hạt dumbbell lớn hơn lõi - vỏ.

Hình 3.20. Phổ UV-Vis của các hạt nano trong dung môi n-hexan:

a) Fe3O4, Ag và hệ nano lai Fe3O4/Ag, b) Fe3O4 và hệ nano lai Fe3O4/Au (đặc và rỗng).

Tính chất quang của các hạt nano lai Fe3O4/Ag cũng được nghiên cứu với

các mẫu có kích thước khác nhau. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.9.

84

Bảng 3.9. Cực đại hấp thụ SPR của hệ nano lai Fe3O4/Ag.

Fe3O4@Ag Fe3O4-Ag

Mẫu dhạt lai (nm)

Vị trí

SPR

(nm)

Mẫu dAg (nm)

Vị trí

SPR

(nm)

F10@A30 12,8 ± 0,6 415 F10-A30 14,1 ± 0,6 417

F10@A60 16,0 ± 0,8 410 F10-A60 16,3 ± 0,9 420

F10@A120 18,5 ± 1,2 407 F10-A120 19,2 ± 1,4 425

F17@A30 16,4 ± 0,6 421 F17-A30 18,2 ± 0,8 428

F17@A60 18,6 ± 0,9 418 F17-A60 19,5 ± 1,0 430

F17@A120 23,9 ± 1,8 415 F17-A120 24,7 ± 2,1 434

Từ bảng 3.9 cho thấy: với cấu trúc lõi - vỏ, nếu cùng kích thước lõi Fe3O4 độ

dày lớp vỏ Ag tăng thì vị trí SPR dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hướng tới vị

trí của các hạt nano Ag tinh khiết. Vấn đề này đã được Mie giải thích cho hệ lai cấu

trúc lõi – vỏ như đã trình bày trong mục 1.2.2. Với cấu trúc dumbbell, cực đại hấp

thụ SPR dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn khi kích thước hạt Ag tăng do ảnh

hưởng của tính chất dị hướng và hiệu ứng kích thước. Nhìn chung kết quả phân tích

phổ UV – Vis với các hạt nano lai Fe3O4/Ag cho thấy cực đại hấp thụ SPR của

chúng nhỏ hơn 450 nm. Các kết quả nghiên cứu tính chất quang của hệ nano lai

Fe3O4/Ag trong luận án hoàn toàn phù hợp với nhận định của thuyết Mie [140].

Tương tự hệ nano lai Fe3O4/Ag, tính chất quang của Fe3O4/Au NPs cũng phụ

thuộc vào hình thái và cấu trúc của vật liệu (hình 3.20b). Kết quả nghiên cứu cho

thấy hệ nano lai Fe3O4/Au đặc có cực đại hấp thụ tại 530 nm trong khi đó hệ

Fe3O4/Au rỗng có cực đại hấp thụ tại 707 nm (mẫu 2 mL Au3+

). Như vậy, với cùng

lõi từ và kích thước hạt lai tương đương nhau (ảnh TEM hình 3.14 và 3.17e) nhưng

cấu trúc Fe3O4/Au rỗng có vị trí SPR dịch chuyển mạnh về vùng bước sóng dài

đồng thời sự mở rộng đỉnh SPR khá lớn so với cấu trúc Fe3O4/Au đặc.

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến vị trí SPR của hệ Fe3O4/Au.

H[AuCl4] (mL) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Vị trí SPR

Fe3O4/Au (nm) 410 587 627 645 707 592 585 565

85

Bảng 3.10 trình bày sự ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến vị trí

SPR của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng. Kết quả cho thấy khi tăng thể tích dung dịch

H[AuCl4] từ 0 ÷ 2 mL, đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt của vật liệu dịch

chuyển từ 410 ÷ 707 nm. Sự dịch chuyển mạnh cực đại hấp thụ của vật liệu về

vùng hồng ngoại gần là do kích thước lỗ trống trong vật liệu tăng khi tăng thể tích

dung dịch H[AuCl4] (ảnh TEM hình 3.17). Tính chất này cũng được chỉ ra trong hệ

Au rỗng: khi thể tích dung dịch H[AuCl4] tăng từ 0 ÷ 2 mL thì đỉnh SPR dịch

chuyển từ 405 ÷ 700 nm (phụ lục 1). Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng lượng dung dịch

H[AuCl4] đỉnh SPR dịch chuyển dần về vùng bước sóng ngắn: mẫu 2,5; 3,0 và 3,5 mL

H[AuCl4] vị trí SPR tương ứng là 592; 585 và 565 nm. Như vậy, vị trí SPR của hệ

nano lai Fe3O4/Au phụ thuộc vào lượng dung dịch H[AuCl4] sử dụng.

3.2.4. Tính chất từ

Tính chất từ của vật liệu được khảo sát bằng phương pháp từ kế mẫu rung

VSM. Hình 3.21a trình bày đường cong từ trễ của vật liệu: Fe3O4 (mẫu F10; 8,1 nm),

Fe3O4@Ag (mẫu F10@A60; 16,0 nm) và Fe3O4-Ag (mẫu F10-A60; 8,1 - 16,3 nm).

Kết quả cho thấy các mẫu đều đạt tới trạng thái bão hòa và giá trị từ độ bão hòa của

Fe3O4, Fe3O4@Ag và Fe3O4-Ag tương ứng là 57,1 emu/g, 16,5 emu/g và 15,1 emu/g.

Phân tích đường từ trễ trong vùng từ trường thấp (hình nhỏ bên trong hình 3.21a)

cho thấy giá trị lực kháng từ ở mẫu lai đều bằng 0 trong khi ở mẫu hạt mầm Fe3O4

là 6 Oe.

Hình 3.21. a) Đường cong từ trễ của vật liệu Fe3O4 và Fe3O4/Ag. b) Dung dịch hạt

nano lai Fe3O4/Ag phân tán trong n-hexan khi không có và có nam châm.

86

Bảng 3.11. Từ độ bão hòa và lực kháng từ của vật liệu Fe3O4 và Fe3O4/Ag.

Fe3O4 (hạt mầm) Fe3O4@Ag Fe3O4-Ag

Mẫu Ms

(emu/g) Mẫu

Ms

(emu/g)

Hc

(Oe) Mẫu

Ms

(emu/g)

Hc

(Oe)

F9 50,3 F9@A30 14,6 0 F9-A30 12,8 0

F9@A120 9,3 0 F9-A120 7,3 0

F10 57,1 F10@A60 16,5 0 F10-A60 15,1 0

F10@A120 13,5 0 F10-A120 10,6 0

F11 64,3 F11@A30 26,9 1 F11-A30 22,9 3

F11@A120 12,8 0,5 F11-A120 11,6 2

Bảng 3.11 trình bày giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của một số hệ lai

Fe3O4/Ag được chế tạo với kích thước hạt mầm khác nhau. Kết quả cho thấy phần

lớn các hệ lai Fe3O4/Ag chế tạo được có tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng.

Giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của mẫu lai thấp hơn so với mẫu hạt từ tinh

khiết (hạt mầm). Kết quả này có thể được giải thích bằng sự tồn tại của thành phần

Ag phi từ trong cấu trúc lai. Ngoài ra, các mẫu lai có cùng kích thước hạt mầm Fe3O4,

nếu tăng thời gian phản ứng thì từ độ bão hòa của chúng giảm do sự tăng độ dày lớp

vỏ Ag trong cấu trúc lõi - vỏ và tăng kích thước hạt Ag trong cấu trúc dumbbell (ảnh

TEM hình 3.12). Mặc dù từ độ bão hòa giảm mạnh ở cấu trúc lai nhưng khả năng đáp

ứng từ của các mẫu lai đều tương đối tốt (hình 3.21b).

Hình 3.22. Đường cong từ trễ của khuôn nano Fe3O4@Ag và Fe3O4/Au rỗng, ảnh lồng

bên trong là hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng trong n-hexan khi không có và có nam châm.

87

Hình 3.22 trình bày đường cong từ trễ của khuôn nano Fe3O4@Ag (mẫu

F10@A60) và các hạt lai Fe3O4/Au rỗng. Kết quả cho thấy từ độ bão hòa của

Fe3O4@Ag là 16,5 emu/g và mẫu Fe3O4/Au rỗng tăng 17,1 ÷ 22,2 emu/g tương ứng

với thể tích dung dịch H[AuCl4] tăng 1,0 ÷ 2,0 mL. Vật liệu đều thể hiện tính chất

siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng. Như vậy, sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng

không làm thay đổi tính chất siêu thuận từ so với vật liệu Fe3O4@Ag sử dụng làm

khuôn, nhưng giá trị từ độ bão hòa tăng nhẹ. Điều này có thể được giải thích bằng

sự thay thế của 3 nguyên tử Ag trên khuôn nano Fe3O4@Ag bằng 1 nguyên tử Au

trong quá trình hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng. Quá trình đó làm giảm % khối

lượng của thành phần phi từ và tăng % khối lượng của thành phần từ tính (phương

pháp EDS - bảng 3.12). Mặc dù từ độ bão hòa của các hạt nano Fe3O4/Au rỗng

không cao nhưng chúng thể hiện khả năng đáp ứng từ tương đối tốt (hình nhỏ trong

hình 3.22).

3.2.5. Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của hạt nano lai được kiểm tra bằng phương pháp phổ

tán sắc năng lượng EDS. Hình 3.23 trình bày phổ EDS và thành phần nguyên tố của

hệ lai Fe3O4/Ag với hai mẫu đại diện: F10@A60 và F10-A60. Kết quả cho thấy

thành phần cấu trúc lai gồm các nguyên tố chính là Fe, Ag và O. Giá trị =

[Ag]/[Fe] thực tế thu được từ kết quả EDS với mẫu Fe3O4@Ag và Fe3O4-Ag tương

ứng là 2,1 và 4,5 trong khi giá trị tính theo lý thuyết lần lượt là 6,8 và 9,0. Kết quả

này được giải thích bằng sự hình thành các hạt Ag tự do và chúng bị loại bỏ trong

quá trình rửa mẫu. Kết quả phân tích EDS cũng chỉ ra rằng giá trị = [Ag]/[Fe] của

cấu trúc lõi – vỏ Fe3O4@Ag nhỏ hơn của cấu trúc dumbbell Fe3O4-Ag.

Hình 3.23. Phổ EDS của vật liệu Fe3O4/Ag: mẫu F10@A60 (a) và F10-A60 (b).

88

Hình 3.24. Phổ EDS của vật liệu Fe3O4/Au được tổng hợp với thể tích dung dịch

H[AuCl4] khác nhau: 0 mL (a), 1,5 mL (b), 2,0 mL (c) và 2,5 mL (d).

Hình 3.24 trình bày phổ EDS của vật liệu lai Fe3O4/Au được tổng hợp với

thể tích dung dịch H[AuCl4] khác nhau (0 ÷ 2,5 mL). Kết quả cho thấy tất cả các

mẫu nghiên cứu đều xuất hiện các đỉnh đặc trưng của nguyên tố chính gồm Fe, Ag,

Au và O. Ngoài ra, trên phổ còn xuất hiện các đỉnh với cường độ thấp của các

nguyên tố C và N là do sự đóng góp của chất hoạt động bề mặt. Khi tăng lượng dung

dịch H[AuCl4], hàm lượng của nguyên tố Au trong mẫu lai Fe3O4/Au tăng và hàm

lượng Ag giảm (bảng 3.12). Với thể tích dung dịch H[AuCl4] là 2,0 mL ứng với tỉ lệ

[Au]/[Ag] = 0,83 thì kích thước lỗ trống của hệ lai thu được lớn nhất. Khi thể tích

dung dịch H[AuCl4] lớn hơn 2,0 mL ứng với tỉ lệ [Au]/[Ag] > 0,83 cấu trúc rỗng bị

phá vỡ (ảnh TEM hình 3.17).

Bảng 3.12. Thành phần hóa học của vật liệu Fe3O4/Au được tổng hợp với thể tích

dung dịch H[AuCl4] khác nhau.

Thể tích dung dịch

H[AuCl4] (mL)

% Nguyên tử (EDS) Tỉ lệ

[Au]/[Ag] Fe Ag Au O

0 16,18 34,41 0 31,54 0

1,5 18,59 17,51 7,20 34,85 0,41

2,0 19,35 11,34 9,46 38,74 0,83

2,5 20,42 6,71 13,33 39,88 1,98

89

Hình 3.25. Sự phân bố của các nguyên tử trong hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng theo

phương pháp mapping EDS-SEM.

Tính đồng nhất của các nguyên tử trong hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng (mẫu 2 mL

H[AuCl4]) được phân tích bằng phương pháp mapping EDS-SEM (hình 3.25). Kết

quả cho thấy sự phân bố đồng đều của tất cả các nguyên tử trong hệ nano lai

Fe3O4/Au rỗng. Như vậy, bằng phương pháp chế tạo đơn giản, có thể thu được các

hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng với thành phần và cấu trúc được kiểm soát.

Tóm tắt kết quả phần 3.2:

1. Hệ vật liệu nano lai Fe3O4/Ag được chế tạo thành công bằng phương pháp

nuôi mầm trong dung môi ODE, có thể điều khiển hình thái cấu trúc lai thông qua

việc thay đổi tỷ lệ = [Ag]/[Fe] và thời gian phản ứng:

- Với 6,8 các hạt lai có cấu trúc dạng lõi - vỏ Fe3O4@Ag (giá trị xác định

từ kết quả EDS là 2,1), khi tăng đến 9,0 thì cấu trúc dumbbell Fe3O4-Ag được hình

thành (giá trị xác định từ kết quả EDS là 4,5);

- Khi thời gian phản ứng tăng kích thước của lớp vỏ Ag trong cấu trúc lõi - vỏ

và hạt Ag trong cấu trúc dumbbell tăng.

2. Hệ vật liệu nano lai Fe3O4/Au hình cầu rỗng được chế tạo thành công sử dụng

khuôn nano Fe3O4/Ag thông qua phản ứng thế Galvanic giữa Ag và Au3+

. Vật liệu thu

được có kích thước trung bình 17 nm với đỉnh SPR được điều khiển đến 707 nm. Với

tỉ lệ [Au]/[Ag] = 0,83 vật liệu Fe3O4/Au rỗng có kích thước lỗ trống lớn nhất và các

nguyên tố phân bố đồng đều.

3. Hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au) chế tạo được có tính chất siêu thuận từ ở nhiệt

độ phòng, giá trị từ độ bão hòa trong khoảng 7 ÷ 27 emu/g, thấp hơn so với mẫu hạt

mầm Fe3O4 (50 ÷ 64 emu/g).

90

3.3. Hạt nano bọc PMAO

Yêu cầu quan trọng đối với vật liệu nano ứng dụng y sinh là khả năng phân

tán trong nước. Trong luận án này chúng tôi nghiên cứu khả năng chuyển pha các

hạt nano chế tạo được từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước bằng PMAO. Từ kết

quả nghiên cứu thu được chúng tôi lựa chọn một số mẫu để chuyển pha sử dụng cho

các nghiên cứu tiếp theo:

+ Hạt nano đơn lẻ: Ag kích thước 15,0 nm và Fe3O4 (mẫu F10) kích thước

hạt 8,1 nm, từ độ bão hòa Ms = 57,1 emu/g.

+ Hạt nano lai:

Hệ Fe3O4/Ag: cấu trúc lõi - vỏ Fe3O4@Ag (mẫu F10@A60), kích

thước hạt 16 nm, từ độ bão hòa Ms = 16,5 emu/g và cấu trúc dumbbell

Fe3O4-Ag (mẫu F10-A60) kích thước hạt 8,1 ÷ 16,3 nm, từ độ bão hòa

Ms = 15,1 emu/g.

Hệ Fe3O4/Au rỗng: các mẫu Fe3O4/Au rỗng được chuẩn bị trong trường

hợp sử dụng dung dịch H[AuCl4] từ 0,5 ÷ 2 mL. Kích thước hạt 16 ÷ 17 nm.

Từ độ bão hòa 17,1 ÷ 22,2 emu/g.

3.3.1. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO

Hình 3.26. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO (a), dung dịch hạt nano lai

Fe3O4@Ag (b), Fe3O4-Ag (c) và Fe3O4/Au rỗng (d) trước (1) và sau khi chuyển pha (2).

91

Quá trình chuyển pha các hạt nano từ kỵ nước sang ưa nước bằng PMAO có

thể được mô tả như sau: PMAO là một polyme gồm có hai phần, phần kỵ nước là

chuỗi hydrocacbon có chức năng giúp các phân tử PMAO bám vào hạt thông qua

liên kết kỵ nước – kỵ nước với các phân tử OA/OLA trên bề mặt hạt, phần ưa nước

chứa gốc anhydrit có vai trò giúp các hạt phân tán trong môi trường nước (hình

3.26a). Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, các hạt nano lai trước khi bọc PMAO

phân tán tốt trong n-hexan và sau khi bọc PMAO thì chúng phân tán tốt trong nước

(hình 3.26b, c, d). Như vậy, có thể nhận định rằng lớp polyme đã bao phủ trên bề

mặt hạt nano lai giúp chúng ổn định và phân tán tốt trong nước.

3.3.2. Tính chất quang của vật liệu

Tính chất quang của dung dịch hạt nano lai sau khi chuyển pha sang môi

trường nước được nghiên cứu bằng phương pháp phổ UV-Vis, kết quả được trình

bày trên hình 3.27:

Hình 3.27. Dung dịch (a) và phổ UV-Vis (b) của Fe3O4@Ag@PMAO và hệ nano lai

Fe3O4/Au rỗng@PMAO với lượng Au3+

khác nhau.

Hình 3.27a là hình ảnh các hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng bọc PMAO phân tán

ổn định trong dung môi nước, màu sắc của dung dịch thay đổi khi lượng dung dịch

H[AuCl4] sử dụng trong phản ứng tăng. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch hạt lai

cũng được thể hiện bằng sự dịch chuyển đỉnh SPR của vật liệu (hình 3.27b). Kết

quả khảo sát cũng cho thấy vị trí SPR của các hạt lai trước (bảng 3.10) và sau khi

bọc PMAO (hình 3.27b) không có sự dịch chuyển, như vậy lớp PMAO bao bọc trên

bề mặt hạt lai không ảnh hưởng tới tính chất quang của vật liệu. Với khả năng hấp

thụ mạnh ánh sáng trong vùng NIR, vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO có nhiều tiềm

năng cho ứng dụng y sinh.

92

Trong số các dung dịch Fe3O4/Au rỗng bọc PMAO, mẫu 2,0 mL Au3+

có vị trí

SPR dịch chuyển mạnh nhất về vùng hồng ngoại gần. Do đó, chúng tôi lựa chọn mẫu

này đại diện cho hệ Fe3O4/Au rỗng thực hiện các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.3. Cấu trúc lớp vỏ bọc của vật liệu

Để đặc trưng cấu trúc lớp vỏ bọc xung quanh các hạt nano lai trước và sau

khi chuyển pha bằng PMAO chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ

hồng ngoại (FT-IR) bằng cách ép viên với KBr. Mẫu Fe3O4/Au rỗng trước và sau

khi chuyển pha được sử dụng để nghiên cứu, kết quả được trình bày trên hình 3.28.

Hình 3.28. Phổ FT-IR của nano lai Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha.

Kết quả cho thấy, trên mẫu trước khi chuyển pha có một đỉnh hấp thụ tại số

sóng 3456 cm-1

, đỉnh này được gán cho dao động của nhóm OH trong phân tử OA.

Đỉnh 3442 cm-1

trên mẫu sau khi chuyển pha được gán cho dao động của nhóm OH

của các phân tử nước hấp phụ trên lớp vỏ PMAO. Cả hai mẫu đều xuất hiện các đỉnh

hấp thụ tại số sóng 2923 cm−1

và 2853 cm−1

tương ứng với các dao động hóa trị bất

đối xứng và đối xứng của liên kết C - H trong nhóm CH2. Trong mẫu trước khi

chuyển pha, xuất hiện hai đỉnh hấp thụ tại 1450 cm-1

và 1384 cm-1

lần lượt gán cho

dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm chức cacboxylat (COO-) của

phân tử OA. Ngoài ra, trên phổ còn xuất hiện một đỉnh tại 1630 cm-1

đặc trưng cho

liên kết N - H của phân tử OLA. Sự có mặt của các phân tử PMAO trên bề mặt hạt lai

sau khi chuyển pha được khẳng định thông qua sự xuất hiện một đỉnh rất mạnh ở số

93

sóng 1570 cm-1

đặc trưng cho nhóm COO- được hình thành do sự mở vòng

anhydrit của các phân tử PMAO trong môi trường kiềm [46]. Sự có mặt của các

nhóm cacboxylat giúp cho các hạt lai sau khi bọc PMAO phân tán tốt trong nước.

Phổ FT - IR xác nhận việc chức năng hóa thành công các hạt nano lai bằng PMAO.

Hình 3.29. Giản đồ TGA của nano lai Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha.

Để xác định hàm lượng của lớp vỏ hữu cơ chúng tôi sử dụng phương pháp

phân tích nhiệt TGA với mẫu Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha. Kết quả

hình 3.29 cho thấy, trước khi chuyển pha xuất hiện sự mất khối lượng 10% trong

khoảng nhiệt độ 100 ÷ 550 oC do sự thoát dung môi hữu cơ hấp phụ trên bề mặt hạt

và sự phân hủy của các phân tử chất hoạt động bề mặt OA/OLA. Như vậy, khối

lượng thực của hạt lai trước khi chuyển pha chiếm 90%. Sau khi chuyển pha, sự suy

giảm khối lượng lớn hơn (58%) trong khoảng nhiệt độ từ 70 ÷ 550 oC. Quá trình

này được gán cho sự mất nước hấp phụ trên bề mặt hạt trong quá trình lưu trữ mẫu

( 10%), sự phân hủy OA/OLA (≈ 10%) và PMAO (≈ 38 %). Như vậy, khối lượng

thực của hạt lai Fe3O4/Au rỗng chiếm 42% khối lượng mẫu.

3.3.4. Độ bền của vật liệu

Để ứng dụng trong y sinh, vật liệu cần phải phân tán tốt và ổn định trong môi

trường nước. Đánh giá sự phân bố kích thước hạt cũng như độ bền của hệ nano lai

trong nước chúng tôi sử dụng phương pháp phổ tán xạ ánh sáng động (DLS) trên

máy đo thế Zetasizer.

94

Hình 3.30. Giản đồ phân bố kích thước hạt và thế Zeta tương ứng của dung dịch hạt

lai Fe3O4@Ag@PMAO (a, b) và Fe3O4/Au rỗng@PMAO (c, d).

Hình 3.30 là giản đồ phân bố kích thước hạt và thế Zeta của dung dịch các hạt

lai Fe3O4@Ag và Fe3O4/Au rỗng bọc PMAO. Kết quả cho thấy, kích thước động

(DLS) của hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO tương ứng là

25,85 nm là 28,84 nm. Như vậy, sau khi bọc PMAO kích thước hạt lai tăng so với

trước khi bọc (đã được xác định bằng phương pháp TEM). Kết quả này được giải

thích bằng sự liên kết của PMAO với các hạt nano lai làm cho kích thước động

của chúng tăng. Thế Zeta của dung dịch hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và

Fe3O4/Au rỗng@PMAO trong nước tương ứng là -42,5 mV và -40,0 mV. Theo tiêu

chuẩn sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta [127] (mục 2.3.8) cho

thấy dung dịch các hạt lai chế tạo được trong nghiên cứu này bền trong môi trường

nước. Thế Zeta của dung dịch hạt lai sau 12 tháng chế tạo giảm nhẹ ( 38 mV)

(hình 3.31). Các kết quả này chứng minh dung dịch hạt nano lai chế tạo được có độ

bền và ổn định cao.

95

Hình 3.31. Thế Zeta của dung dịch hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO (a)

và Fe3O4/Au rỗng@PMAO (b) sau 12 tháng chế tạo.

Bên cạnh đó, khả năng đáp ứng về độ bền trong môi trường sinh lý cơ thể

cũng là một trong những yêu cầu đối với hạt nano lai cho ứng dụng y sinh. Do nồng

độ muối trong cơ thể duy trì trong khoảng 165 ÷ 180 mM với độ pH ≈ 7,5, nên

chúng tôi tiến hành khảo sát độ bền của hệ nano lai trong khoảng nồng độ muối

150 ÷ 275 mM và pH từ 1 ÷ 11.

Hình 3.32. Dung dịch hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO (a, c)

và Fe3O4/Au rỗng@PMAO (b, d) với nồng độ muối NaCl và pH khác nhau.

NaCl:

pH:

96

Kết quả hình 3.32 cho thấy trong môi trường có nồng độ muối NaCl từ 150 ÷

250 mM, hệ nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO duy trì khả

năng phân tán tốt trong nước và tương đối ổn định. Khi nồng độ muối đạt 275 mM,

xuất hiện sự kết đám giữa các hạt (hình 3.32a, b). Ngoài ra, pH cũng ảnh hưởng rõ rệt

đến độ bền của dung dịch hạt nano lai trong nước, tại pH = 1 các hạt lai không bền,

chúng bị kết đám và sa lắng. Trong khoảng pH từ 2 ÷ 11 các hạt phân tán tốt và bền

trong nước, không có sự sa lắng (hình 3.32c, d). Như vậy, sự ảnh hưởng của nồng độ

muối NaCl và pH đến độ bền dung dịch các hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và

Fe3O4/Au rỗng@PMAO tương đối giống nhau. Sự phụ thuộc độ bền của vật liệu lai

vào nồng độ muối NaCl và pH trong nghiên cứu này tương tự với kết quả công bố

trước đây của nhóm trên hệ CoFe@Pt@PMAO [46]. Kết quả nghiên cứu cũng cho

thấy dung dịch hạt nano lai bền ở khoảng nồng độ muối và pH rộng do đó chúng có

thể ứng dụng được trong điều kiện y sinh.

3.3.5. Đánh giá độc tính của vật liệu

Độc tính của dung dịch hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au

rỗng@PMAO được đánh giá trên hai dòng tế bào ung thư dạ dày AGS và MKN45

bằng phương pháp MTT. Các tế bào được xử lý với nồng độ 10 ÷ 100 μg/mL hạt

nano lai phân tán trong nước, ở đây nước cất được sử dụng làm đối chứng với thể

tích như trong mẫu chứa hạt lai. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào, hình thái và nhân tế bào

sau khi xử lý ở nồng độ vật liệu khác nhau được đánh giá sau 48 h.

*) Hệ nano lai Fe3O4@Ag@PMAO:

Hình 3.33 trình bày tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b) sau

48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO. Kết quả cho thấy trong cả hai trường

hợp, độc tính tế bào phụ thuộc vào nồng độ vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO. Trong

trường hợp nồng độ vật liệu dưới 20 µg/mL, tốc độ phân chia các tế bào ung thư

dạ dày AGS và MKN45 không thay đổi nhiều so với mẫu đối chứng. Tuy nhiên, ở

nồng độ vật liệu cao hơn (20 ÷ 100 µg/mL) xảy ra sự ức chế tế bào. Độc tính của

vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO lên dòng tế bào AGS cao hơn MKN45, điều này

được chứng minh bằng sự giảm đáng kể số lượng tế bào AGS khi tăng nồng độ hạt

lai từ 40 ÷ 100 µg/mL (hình 3.33a). Giá trị IC50 xác định được cho dòng tế bào

AGS và MKN45 lần lượt là 42 µg/mL và 58 µg/mL.

97

Hình 3.33. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b)

sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO.

Hình 3.34 . Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào AGS (b)

sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO.

98

Hình 3.35. Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào MKN45 (b)

sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO.

Các phân tích định lượng trong hình 3.33 được xác nhận bằng đặc tính hình thái

và nhân tế bào AGS (hình 3.34) và MKN45 (hình 3.35) sau khi xử lý với nồng độ

Fe3O4@Ag@PMAO khác nhau trong 48 giờ. Ở nồng độ mẫu dưới 20 µg/mL, quan sát

thấy các tế bào AGS và MKN45 phát triển bình thường, không có sự khác biệt so với

mẫu đối chứng. Ở nồng độ mẫu cao hơn (20 ÷ 100 µg/mL) hình thái tế bào bị thay

đổi (hình 3.34a và 3.35a). Quan sát hình thái nhân tế bào AGS và MKN45 (hình

3.34b và 3.35b) nhận thấy: ở mẫu xử lý với nồng độ vật liệu dưới 20 µg/mL, hình thái

nhân tế bào không có nhiều khác biệt so với mẫu đối chứng. Tuy nhiên, ở mẫu xử lý

với nồng độ vật liệu 20 ÷ 100 µg/mL, nhân tế bào to hơn so với mẫu đối chứng. Sự

tăng kích thước nhân tế bào được thể hiện rõ nhất ở mẫu 60 và 100 µg/mL. Điều đó

chứng tỏ vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO đã ảnh hưởng đến hình thái và kích thước của

99

nhân tế bào. Độc tính của vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO lên các tế bào AGS và

MKN45 có thể được giải thích như sau: thành phần Ag trong hệ lai có thể tương tác

với các tế bào, dẫn đến tổn thương màng tế bào. Ngoài ra, các hạt lai có thể xâm nhập

vào tế bào gây rối loạn chức năng ty thể, tạo ra các loại oxy phản ứng (ROS), làm

thay đổi protein và axit nucleic bên trong tế bào và do đó ức chế sự tăng sinh tế bào.

Như vậy, vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO thể hiện độc tính với dòng tế bào

AGS và MKN45 phụ thuộc vào nồng độ vật liệu. Do đó, chúng có nhiều tiềm năng

ứng dụng trong điều trị khối u hướng đích nhờ sử dụng từ trường ngoài. Phương

pháp này làm giảm tác dụng phụ của thuốc thường gặp trong phương pháp hóa trị

liệu thông thường. Ngoài ra, độc tính của vật liệu có thể được cải thiện thông qua sự

kết hợp với các thuốc điều trị khối u khác, như doxorubicin, cisplatin. Vấn đề này

chúng tôi sẽ nghiên cứu tiếp trong tương lai.

*) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO:

Hình 3.36 trình bày tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b) sau 48 h

xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO. Kết quả cho thấy ở nồng độ vật liệu dưới

60 g/mL tốc độ phân chia của tế bào AGS và MKN45 tăng nhẹ so với mẫu đối

chứng. Khi nồng độ vật liệu 60 ÷ 100 g/mL nhận thấy tỉ lệ tăng sinh gần như không

thay đổi so với đối chứng (94 ÷ 96%). Như vậy, hệ vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO

không gây độc trên tế bào AGS và MKN45 trong phạm vi nồng độ thử nghiệm

10 ÷ 100 g/mL.

Hình 3.36. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b)

sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO.

100

Hình 3.37. Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào MKN45 (b)

sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO.

Bên cạnh đó, hình thái tế bào được chỉ ra ở hình 3.37a và 3.38a cho thấy các

tế bào AGS và MKN45 phát triển bình thường giữa các điều kiện xử lý so với mẫu

đối chứng. Ngoài ra, không quan sát thấy sự xuất hiện của các tế bào apoptosis (tức

là các tế bào chết theo chương trình) điều này được chứng minh bằng phương pháp

nhuộm DAPI (hình 3.37b và 3.38b). Ở cả hai dòng tế bào, hình ảnh nhân tế bào bắt

màu với thuốc nhuộm DAPI cho thấy hình thái nhân điển hình của các tế bào sống.

Hình thái nhân tế bào không có sự khác biệt rõ ràng so với mẫu đối chứng tại các

nồng độ khảo sát.

101

Hình 3.38. Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào MKN45 (b)

sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO.

Như vậy, các hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO không ảnh hưởng đến khả

năng phân chia, sống sót và hình thái của cả hai dòng tế bào ung thư dạ dày AGS và

MKN45 tại các nồng độ khảo sát. Đây là cơ sở để tiến hành nghiên cứu các hiệu ứng

quang/từ - nhiệt và khả năng tăng độ tương phản ảnh MRI sẽ được trình bày trong

phần sau.

Tóm tắt kết quả phần 3.3:

1. Hạt nano lai được chuyển pha thành công sang môi trường nước bằng PMAO,

tính chất quang của vật liệu trong nước không bị thay đổi so với môi trường hữu cơ. Hệ

lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO có vị trí SPR nằm trong vùng NIR, có thể đạt tới 707 nm.

Các hạt nano lai sau khi chuyển pha có độ bền và ổn định trong 12 tháng, với giá trị thế

102

Zeta đạt trên 37 mV. Hệ nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO bền

trong môi trường có nồng độ muối từ 150 ÷ 250 mM và pH từ 2 ÷ 11.

2. Hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO thể hiện độc tính với dòng tế bào AGS và

MKN45 phụ thuộc vào nồng độ vật liệu, giá trị IC50 xác định được cho dòng tế bào

AGS và MKN45 lần lượt là 42 µg/mL và 58 µg/mL. Vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO

không thể hiện độc tính trên tế bào AGS và MKN45 trong phạm vi nồng độ 10 ÷

100 g/mL.

3.4. Khả năng ứng dụng của vật liệu nano lai trong y sinh

Trong luận án này, chúng tôi nghiên cứu khả năng ứng dụng của hệ nano lai với

các mẫu đại diện:

+ Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch hạt nano lai Fe3O4/Ag

bọc PMAO với hai cấu trúc: lõi - vỏ Fe3O4@Ag@PMAO (mẫu F10@A60@PMAO)

và dumbbell Fe3O4-Ag@PMAO (mẫu F10-A60@PMAO), so sánh với các hệ riêng

lẻ Fe3O4@PMAO (mẫu F10@PMAO) và Ag@PMAO.

+ Nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang/từ - nhiệt và tương phản ảnh MRI với

vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO (mẫu 2 mL Au3+

).

3.4.1. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu

Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu được đánh giá bằng phương pháp khuếch

tán giếng thạch. Kết quả hình 3.39 cho thấy dung dịch hạt nano Ag@PMAO có khả

năng ức chế vi khuẩn, tuy nhiên các vòng tròn kháng khuẩn thu được không rõ nét

với tất cả các vi khuẩn thử nghiệm. Mặc dù các hạt nano Fe3O4@PMAO (hạt mầm)

không có tác dụng kháng khuẩn tuy nhiên khi chúng kết hợp với nano bạc cho cấu

trúc lai Fe3O4/Ag@PMAO thì hoạt tính kháng khuẩn của hệ lai tăng.

Dựa vào kích thước vòng kháng khuẩn bảng 3.13 chúng tôi thấy rằng khi

nồng độ hạt là 0,1 mg/mL dung dịch Ag@PMAO chỉ thể hiện hoạt tính kháng khuẩn

yếu với E.coli, không thể hiện hoạt tính kháng khuẩn với các chủng còn lại, trong khi

các mẫu lai Fe3O4/Ag@PMAO đều thể hiện hoạt tính kháng khuẩn từ yếu (S. lutea)

đến trung bình (S. marcessens), mạnh (L. plantarum và E. coli) và rất mạnh

(B. subtilis). Khi nồng độ mẫu tăng từ 0,3 ÷ 1,0 mg/mL, dung dịch Ag@PMAO thể

hiện hoạt tính kháng khuẩn từ yếu (S. marcescens) đến trung bình (L. plantarum và

B. subtilis), trong khi các dung dịch hạt nano lai Fe3O4/Ag@PMAO ức chế vi khuẩn

từ trung bình (S. lutea và S. marcescens) đến mạnh (L. plantarum) và rất mạnh (B.

subtilis, và E. coli). Khi nồng độ hạt lai tăng 0,1 ÷ 1,0 mg/mL, kích thước vòng

103

kháng khuẩn tăng nhẹ điều này có thể được giải thích bằng sự tăng số lượng các tâm

hoạt động, tuy nhiên do ảnh hưởng của lớp vỏ bọc PMAO nên khả năng khuếch tán

của chúng ra môi trường bị cản trở. Hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch hạt lai tăng

so với hạt nano Ag@PMAO có kích thước tương đương, điều này được giải thích

bằng tốc độ giải phóng Ag+ trong hệ nano lai nhanh hơn ở nano Ag tự do [89].

Fe3O4@PMAO Ag@PMAO Fe3O4@Ag@PMAO Fe3O4-Ag@PMAO

Hình 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Fe3O4@PMAO, Ag@PMAO

và Fe3O4/Ag@PMAO.

104

Bảng 3.13. Kích thước vòng kháng khuẩn của vật liệu Fe3O4@PMAO, Ag@PMAO

và Fe3O4/Ag@PMAO.

Vi khuẩn

Nồng độ

vật liệu

(mg/mL)

Kích thƣớc vòng kháng khuẩn (mm)

Fe3O4@PMAO Ag@PMAO Fe3O4@Ag

@PMAO

Fe3O4-Ag

@PMAO

L. plantarum

0 0 0 0 0

0,1 0 0 23 21

0,3 0 19 23 21

0,5 0 19 23 21

1,0 0 16 23 20

B. subtilis

0 0 0 0 0

0,1 0 0 25 28

0,3 0 15 28 29

0,5 0 19 29 29

1,0 0 16 28 28

S. lutea

0 0 0 0 0

0,1 0 0 15 0

0,3 0 0 14 19

0,5 0 14 24 19

1,0 0 16 25 24

S.marcessens

0 0 0 0 0

0,1 0 0 14 9

0,3 0 10 15 14

0,5 0 12 15 14

1,0 0 10 16 14

E. coli

0 0 0 0 0

0,1 0 12 24 25

0,3 0 12 25 25

0,5 0 16 28 27

1,0 0 15 28 28

105

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy cấu trúc lõi - vỏ và dumbbell thể hiện hoạt

tính kháng khuẩn không khác nhau nhiều đối với cùng một chủng vi khuẩn thử

nghiệm do kích thước hạt bạc trong hai trường hợp này là tương đương nhau (theo

phân tích ảnh TEM mục 3.2.1.1). Trong số 5 chủng vi khuẩn thử nghiệm, hệ lai

Fe3O4/Ag@PMAO thể hiện hoạt tính kháng khuẩn mạnh với E.coli (Gram âm) là

hại khuẩn và L. plantarum, B. subtilis (Gram dương) là những lợi khuẩn, các

chủng vi khuẩn này sống ký sinh trong đường ruột của người và các loài động vật

máu nóng. Hoạt tính kháng khuẩn ở mức trung bình với các vi khuẩn S. lutea (Gram

dương) và S. marcescens (Gram âm). Vi khuẩn S. lutea có thể gây bệnh nhiễm trùng

da và S. marcescens có thể gây nên bệnh viêm phổi, nhiễm trùng huyết, viêm màng

não, áp xe não và nhiễm trùng mắt. Như vậy, kết quả khác nhau giữa các chủng

vi khuẩn cho thấy hệ nano lai Fe3O4/Ag@PMAO tác động lên vi khuẩn một cách

chọn lọc.

Trong nghiên cứu này, hệ nano lai Fe3O4/Ag tổng hợp trong dung môi hữu cơ

có hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn hệ lai tương tự được tổng hợp trong dung môi nước

như công bố trong các tài liệu [98, 100]. Điều này có thể được giải thích bằng sự hình

thành các hạt nano lai Fe3O4/Ag trong dung môi hữu cơ cho độ đồng đều cao, đơn

phân tán trong khi các hạt lai tổng hợp trong dung môi nước thường không đồng đều và

xuất hiện sự kết đám giữa các hạt. Như vậy, dung dịch hạt nano lai Fe3O4/Ag@PMAO

chế tạo được có thể sử dụng để chống lại các mầm bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn

gây ra.

3.4.2. Hiệu ứng chuyển đổi quang/từ - nhiệt của vật liệu

Đánh giá khả năng sinh nhiệt của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO trong ba

điều kiện: (i) hiệu ứng từ - nhiệt (MHT) tại từ trường có cường độ H = 100 ÷ 300 Oe

và tần số f = 450 kHz, (ii) hiệu ứng quang - nhiệt (PTT) thực hiện dưới laser 808 nm,

mật độ công suất P = 0,2 ÷ 0,65 W/cm2 và (iii) hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp

(MHT + PTT) được thực hiện bằng cách tác dụng đồng thời từ trường và laser với

điều kiện như trong từng hệ riêng rẽ. Trong các phép đo, 200 µL dung dịch hạt nano

lai và đối chứng nước cất được sử dụng. Phần này của luận án trình bày kết quả

nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang/từ - nhiệt của vật liệu.

106

3.4.2.1. Hiệu ứng từ - nhiệt

Hiệu ứng MHT của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO, nồng độ 3,0 mg/mL

thực hiện tại từ trường 100 ÷ 300 Oe, tần số 450 kHz, kết quả được trình bày trên

hình 3.40.

Hình 3.40. Hiệu ứng MHT của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại từ trường

khác nhau (100 ÷ 300 Oe), tần số 450 kHz (a) và giá trị SLP tương ứng (b).

Hình 3.40a cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt độ vào cường độ của từ trường

ngoài và chúng đều có xu hướng tăng khi cường độ từ trường tăng. Nhiệt độ tăng tuyến

tính ở giai đoạn đầu (300 s), sau đó tăng chậm và gần như bão hòa ở 1200 s. Để đạt

nhiệt độ đến vùng cửa sổ nhiệt trị cần phải áp dụng từ trường với cường độ tối thiểu là

150 Oe. Nguồn gốc của quá trình sinh nhiệt của hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO

dưới tác dụng của từ trường ngoài là do sự đóng góp của cơ chế tổn hao hồi phục

(Néel, Brown) [141] vì hệ nano lai hoàn toàn siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng (mục

3.2.4).

Hình 3.40b cho thấy giá trị SLP tăng khi cường độ từ trường tăng. Giá trị

SLP tăng chậm khi áp dụng từ trường có cường độ nhỏ hơn 200 Oe, điều này có thể

được giải thích như sau: ở cường độ từ trường thấp sẽ hạn chế sự định hướng của

các mômen từ dọc theo hướng của từ trường ngoài. Các quá trình sinh nhiệt xảy ra

chậm cho đến khi cường độ từ trường được áp dụng đủ cao để tất cả các mômen từ

quay theo hướng của từ trường ngoài. Giá trị tối đa của SLP ~ 310 W/g đạt được

khi áp dụng từ trường có cường độ 300 Oe, tần số 450 kHz. Kết quả này cao hơn

đáng kể so với giá trị SLP thu được với vật liệu Fe3O4 trong nghiên cứu trước đây

của nhóm chúng tôi [41].

107

3.4.2.2. Hiệu ứng quang - nhiệt

Hiệu ứng PTT của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO, nồng độ 3,0 mg/mL

tại laze 808 nm, mật độ công suất 0,2 ÷ 0,65 W/cm2, kết quả được trình bày trên

hình 3.41.

Hình 3.41. Hiệu ứng PTT của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại laze 808 nm với

mật độ công suất khác nhau (0,2 ÷ 0,65 W/cm2) và giá trị SLP tương ứng (b).

Từ hình 3.41a cho thấy khi chiếu laze có công suất 0,2 ÷ 0,35 W/cm2 nhiệt

độ cao nhất đạt được dưới 40 oC sau 1200 s chiếu xạ. Để đạt đến cửa sổ nhiệt độ trị

liệu (42 ÷ 46 oC), cần phải chiếu laze có công suất tối thiểu là 0,50 W/cm

2. Tại mật

độ công suất laze 0,65 W/cm2, nhiệt độ cao nhất đạt giá trị 55

oC. Như vậy, sự tăng

nhiệt độ của mẫu phụ thuộc nhiều vào mật độ công suất laze và chúng có xu hướng

tăng khi mật độ công suất laze tăng. So với hiệu ứng từ - nhiệt, hiệu ứng quang -

nhiệt xảy ra với tốc độ nhanh hơn trong 300 s đầu của quá trình xử lý, nhiệt độ gần

như đạt đến trạng thái bão hòa sau 900 s. Kết quả cũng cho thấy khả năng chuyển

đổi quang – nhiệt và ổn định nhiệt cao trong suốt quá trình gia nhiệt. Xu hướng biến

đổi này xảy ra tương tự với các hạt nano Au rỗng khi khảo sát ở mật độ công suất

laze 0,35 ÷ 1,6 W/cm2 (phụ lục 1).

Hình 3.41b trình bày sự phụ thuộc của giá trị SLP vào mật độ công suất laze. Khi

mật độ công suất laze tăng 0,2 ÷ 0,65 W/cm2, giá trị SLP tăng 152,70 ÷ 1074,62 W/g.

Xu hướng biến đổi này cũng tương tự với báo cáo của Chen-Sheng Yeh và cộng sự

với các thanh nano Au [73].

108

3.4.2.3. Hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp

So sánh hiệu suất gia nhiệt của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO theo ba

phương thức khác nhau: hiệu ứng MHT tại từ trường có cường độ 200 Oe, tần số

450 kHz, hiệu ứng PTT sử dụng laze 808 nm, mật độ công suất P = 0,65 W/cm2 và

hiệu ứng (MHT + PTT), sử dụng đối chứng nước cất. Kết quả được trình bày trên

hình 3.42.

Hình 3.42. Đường đốt quang/từ (a) và giá trị SLP (b) của hệ nano lai

Fe3O4/Au rỗng@PMAO và H2O dưới tác dụng của từ trường và laze.

Hình 3.42a cho thấy với hệ lai trong 300 s đầu của quá trình xử lý, tốc độ gia

nhiệt trong trường hợp (MHT + PTT) và PTT xảy ra nhanh hơn trường hợp MHT:

độ biến thiên nhiệt độ (T) sau 300 s của phương thức gia nhiệt kép (MHT + PTT)

là 36 oC, lớn hơn 6 lần so với trường hợp MHT (6

oC) và PTT (21

oC) lớn hơn 3,5

lần so với MHT. Sau 1200 s xử lý, nhiệt độ thay đổi đáng kể ở tất cả các điều kiện

thí nghiệm. Nhiệt độ cao nhất đạt được theo ba phương thức gia nhiệt MHT, PTT và

(MHT + PTT) tương ứng là 52,0; 55,0 và 68,5 oC, ứng với độ biến thiên nhiệt độ

T là 38,5; 25,0 và 22,0 oC. Với mẫu đối chứng (nước cất) cho thấy mức tăng nhiệt

độ rất thấp (1,0 ÷ 2,5 oC) với cả ba phương thức thí nghiệm. Kết quả hình 3.42b cho

thấy giá trị SLP của mẫu lai thu được từ thực nghiệm trong các điều kiện MHT,

PTT và (MHT + PTT) tương ứng là 84,75 W/g, 1074,62 W/g và 1082,75 W/g. Như

vậy, việc áp dụng đồng thời các tác nhân gia nhiệt quang/từ (MHT + PTT) đã làm

tăng đáng kể hiệu suất gia nhiệt của vật liệu nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO.

109

*) Ảnh hưởng của cường độ từ trường (H):

Ảnh hưởng của cường độ từ trường H đến quá trình sinh nhiệt của hệ nano

lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO trong trường hợp (MHT + PTT) cũng được khảo sát.

Kết quả được trình bày trên hình 3.43.

Hình 3.43. Hiệu ứng (MHT + PTT) của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại từ

trường 100 ÷ 250 Oe (a), giá trị SLP tương ứng của a (b), nhiệt độ đốt cao nhất Tmax

(sau 1200 s) (c) và giá trị SLP tương ứng (d) trong điều kiện MHT và (MHT + PTT).

Hình 3.43a biểu diễn đường cong gia nhiệt của vật liệu nano lai

Fe3O4/Au rỗng@PMAO nồng độ 3,0 mg/mL trong điều kiện (MHT + PTT) với mật

độ công suất laze không đổi 0,5 W/cm2 và từ trường có tần số 450 kHz, cường độ thay

đổi 100 ÷ 250 Oe. Nhận thấy, độ biến thiên nhiệt độ (T) tăng nhanh trong 300 s

đầu của quá trình đốt nóng. Nhiệt độ gần như đạt trạng thái bão hòa sau 900 s. Khi

cường độ từ trường tăng 100 ÷ 250 Oe nhiệt độ cao nhất (Tmax) thu được tăng 47 ÷

68 oC. Từ kết quả hình 3.43b cho thấy giá trị SLP có sự thay đổi khi áp dụng từ

trường có cường độ khác nhau. Giá trị SLP cao nhất thu được trong trường hợp này

là 748,02 W/g ứng với từ trường có cường độ 250 Oe và tần số 450 kHz.

So sánh phương thức gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) với MHT kết quả được

trình bày trên hình 3.43c, d và bảng 3.14. Nhận thấy, tại từ trường H = 100 Oe nhiệt

110

độ đốt cao nhất thu được với MHT là 34,6 oC, trong khi phương thức (MHT + PTT)

nhiệt độ thu được là 47 o

C và giá trị SLP trong điều kiện kết hợp tăng 6 lần so với

MHT. Đặc biệt, để đạt được nhiệt độ trị liệu với phương thức MHT cần áp dụng từ

trường tối thiểu H = 150 Oe, trong khi đó kỹ thuật (MHT + PTT) thì H = 100 Oe (tại

laze có P = 0,5 W/cm2). Như vậy, bằng phương pháp kết hợp hai phương thức gia

nhiệt (MHT + PTT), cường độ từ trường đã giảm 1,5 lần so với trường hợp chỉ áp

dụng MHT mà vẫn đạt được nhiệt độ trị liệu. Nhìn chung, nhiệt độ đốt và giá trị

SLP trong điều kiện kết hợp (MHT + PTT) tăng đáng kể so với trường hợp MHT.

Bảng 3.14. So sánh phương thức gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) với MHT

H (Oe) 100 150 200 250

MHT

(f = 450 kHz, P = 0)

Tmax (oC) 34,6 42,3 52,0 56,0

T(oC) 4,6 12,3 22,0 26,0

SLP (W/g) 42,09 83,02 84,75 139,52

MHT + PTT

(f = 450 kHz,

P = 0,5 W/cm2)

Tmax (oC) 47,0 50,5 57,4 68,0

T(oC) 17,0 20,5 27,4 38,0

SLP (W/g) 254,17 304,15 349,51 748,02

* Ảnh hưởng của mật độ công suất laze (P):

Hình 3.44. Hiệu ứng (MHT + PTT) của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại laze

0,2 ÷ 0,65 W/cm2 (a), giá trị SLP tương ứng của a (b), nhiệt độ đốt cao nhất Tmax

(sau 1200 s) (c) và giá trị SLP tương ứng (d) trong điều kiện PTT và (MHT + PTT).

111

Ảnh hưởng của mật độ công suất laze P đến quá trình sinh nhiệt của hệ nano lai

Fe3O4/Au rỗng@PMAO trong điều kiện (MHT + PTT) cũng được khảo sát tại từ trường

không đổi (f = 450 kHz, H = 200 Oe) và laze có mật độ công suất 0,2 ÷ 0,65 W/cm2.

Kết quả hình 3.44a cho thấy nhiệt độ của mẫu lai có sự thay đổi đáng kể trong suốt

quá trình đo. Khi chiếu laze với mật độ công suất tăng 0,2 ÷ 0,65 W/cm2, nhiệt độ

cao nhất (Tmax) thu được tăng 46 ÷ 68,5 oC. Từ kết quả hình 3.44b cho thấy giá trị

SLP có sự thay đổi khi áp dụng laze có mật độ công suất khác nhau. Giá trị SLP

lớn nhất thu được trong trường hợp này là 1082,75 W/g ứng với laze 0,65 W/cm2.

Sự tăng cường hiệu suất gia nhiệt của vật liệu nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO

trong trường hợp (MHT + PTT) so với trường hợp PTT cũng được thể hiện trong

hình 3.44c, d và bảng 3.15. Để đạt đến cửa sổ nhiệt độ trị liệu với phương thức PTT

cần phải chiếu laze có mật độ công suất tối thiểu là 0,5 W/cm2, trong khi đó kỹ thuật

(MHT + PTT) cần chiếu laze có P = 0,2 W/cm2 (tại từ trường 200 Oe) (hình 3.44c).

Như vậy, sau khi kết hợp hai phương thức gia nhiệt (MHT + PTT), mật độ công

suất laze đã giảm 2,5 lần so với phương pháp PTT mà vẫn đạt được nhiệt độ trong

vùng cửa sổ nhiệt trị.

Bảng 3.15. So sánh phương thức gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) với PTT

P (W/cm2) 0,2 0,35 0,50 0,65

PTT

(H = 0)

Tmax (oC) 32,5 39,5 43,3 55,0

T(oC) 2,5 9,5 13,3 25,0

SLP (W/g) 152,70 304,73 344,20 1074,62

MHT + PTT

(H = 200 Oe,

f = 450 kHz)

Tmax (oC) 46,0 52,3 57,4 68,5

T(oC) 16,0 22,3 27,4 38,5

SLP (W/g) 246,41 332,71 349,51 1082,75

*) Ảnh hưởng của nồng độ hạt lai:

Để đạt được nhiệt độ trị liệu (42 ÷ 46 oC) ngoài việc áp dụng đồng thời hai

phương thức gia nhiệt quang/từ (MHT + PTT) thì vai trò của nồng độ hạt lai trong

dung dịch cũng rất quan trọng. Ảnh hưởng của nồng độ hạt lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO

đến hiệu ứng gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) được thể hiện trên hình 3.45. Thí

112

nghiệm được thực hiện tại từ trường có cường độ 200 Oe, tần số 450 kHz và laze

808 nm với mật độ công suất 0,65 W/cm2.

Hình 3.45. Ảnh hưởng của nồng độ hạt lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO đến hiệu ứng

gia nhiệt kết hợp (MHT + PTT) (a) và giá trị SLP tương ứng của a (b).

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ hạt lai tăng từ 1,0 ÷ 3,0 mg/mL thì

nhiệt độ đốt bão hòa của mẫu tăng 46,7 ÷ 68,5 oC và giá trị SLP tương ứng tăng

391,37 ÷ 1082,75 W/g. Như vậy, hiệu suất chuyển đổi năng lượng quang/từ thành

năng lượng nhiệt tăng khi nồng độ hạt lai trong mẫu tăng. Trong luận án của TS.

Phạm Hồng Nam cho thấy hiệu ứng từ - nhiệt với các mẫu ferit từ có giá trị SLP

giảm khi nồng độ hạt tăng 1 ÷ 10 mg/mL [142]. Điều này có thể được giải thích

như sau: khi nồng độ hạt từ tăng làm tăng khả năng kết đám của các hạt trong môi

trường chất lỏng, do đó tương tác lưỡng cực tăng lên đáng kể và quá trình sinh nhiệt

ra môi trường giảm. Với vật liệu lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO chúng tôi chế tạo được

trong luận án này có giá trị SLP tăng khi nồng độ hạt lai tăng có thể do vật liệu chúng

tôi chế tạo được là đơn phân tán, mặt khác sự hình thành lớp vỏ Au phi từ bên ngoài

hạt Fe3O4 làm giảm tương tác lưỡng cực giữa chúng do đó giá trị SLP tăng.

Kết quả khảo sát cũng cho thấy để đạt được nhiệt độ sử dụng trong nhiệt trị

tế bào ung thư theo phương thức kép (MHT + PTT) thì nồng độ hạt lai tối thiểu cần

dùng là 1,0 mg/mL. Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu

tác dụng phụ của thuốc đối với cơ thể. Việc áp dụng kỹ thuật (MHT + PTT) trong

nhiệt trị tế bào ung thư hứa hẹn nhiều tiềm năng cho các thử nghiệm lâm sàng.

113

3.4.3. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của vật liệu

Hình ảnh MRI trọng T1 và T2 của vật liệu nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO

với nồng độ Fe khác nhau lần lượt là 0,03 mM, 0,09 mM, 0,18 mM, 0,3 mM và

0,45 mM được trình bày trên hình 3.46 và 3.47.

Hình 3.46. Hình ảnh MRI trọng T2 (a) và đường tuyến tính 1/T2 (b) của vật liệu

Fe3O4/Au rỗng@PMAO với nồng độ [Fe] khác nhau.

Hình 3.47. Hình ảnh MRI trọng T1 (a) và đường tuyến tính 1/T1 (b) của vật liệu

Fe3O4/Au rỗng@PMAO với nồng độ [Fe] khác nhau; Hình ảnh MRI trọng T1 (c) và

cường độ của H2O, Dotarem và Fe3O4/Au rỗng@PMAO ở các giá trị TR khác nhau (d).

Kết quả hình 3.46a và 3.47a cho thấy ảnh MRI chụp theo chế độ trọng T1 và

T2 của vật liệu lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO có sự tương phản ảnh thay đổi rõ ràng

khi thay đổi một giá trị nhỏ nồng độ của vật liệu. Để xác định độ hồi phục r1, r2

chúng tôi tiến hành chụp ở các xung TE và TR khác nhau theo cả hai chế độ chụp

trọng T1 và T2. Kết quả được trình bày trên hình 3.48.

114

Hình 3.48. Hình ảnh MRI trọng T1 tại giá trị TR khác nhau (a) và trọng T2

tại giá trị TE khác nhau của vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO.

Từ hình 3.48 ta thấy, mẫu nước cất có ảnh màu đen khi chụp theo cơ chế

trọng T1 và màu trắng khi chụp theo cơ chế trọng T2. Năm ảnh theo thứ tự từ đen tới

trắng (ảnh trọng T1) và từ trắng đến đen (ảnh trọng T2) theo thứ tự từ trái sang

phải là của các mẫu lai có [Fe] tương ứng: 0,03 mM, 0,09 mM, 0,18 mM, 0,3 mM

và 0,45 mM. Sự tương phản ảnh thay đổi rõ ràng khi thay đổi một lượng nhỏ nồng

độ của vật liệu lai. Ngoài ra, cường độ tín hiệu ảnh MRI cũng thay đổi khi các giá trị

TE và TR thay đổi.

Việc làm khớp hàm phụ thuộc của R1 và R2 vào nồng độ vật liệu trên hình

3.46b và 3.47b cho thấy sự phụ thuộc này là tuyến tính. Các giá trị độ hồi phục dọc r1

và độ hồi phục ngang r2 được tính theo công thức 2.10 thu được tương ứng là 8,47 và

74,45 mM-1

s-1

. Hình 3.47c và d cho thấy vật liệu lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO có

cường độ tín hiệu tương phản dương cao hơn các sản phẩm thương mại Dotarem

(chất tương phản dựa trên Gd) với các giá trị TR khác nhau.

Để đánh giá vật liệu nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO là tác nhân tương

phản kép (T1 và T2), chúng tôi đã so sánh các giá trị r1 và r2 của vật liệu chế tạo

được với các tác nhân tương phản MRI được công bố trong các tài liệu như thể

hiện trong bảng 3.16.

115

Bảng 3.16. Độ hồi phục r1, r2 của một số chất tương phản MRI.

Tên gọi

Lớp vỏ

bọc/thành

phần

Kích

thƣớc

lõi

(nm)

Kích

thƣớc

thủy

động

(nm)

r1

(mM-1

s-1)

r2

(mM-1

s-1)

r1/r2 Công ty

Fe3O4/Au

rỗng@PMAO

PMAO

(Fe3O4/Au) 17,0 28,84 8,47 74,45 0,113

Kết quả

nghiên cứu

của luận án

Dotarem®

Gadoterat

meglumin

(Gd-DOTA)

- -

3,6

(3,4-

3,8)

4,3

(3,4-

5,2)

0,837 Guerbet

[143]

Magnevist®

Gadopentetat

dimeglumin

(Gd-DTPA)

- -

4,1

(3,9–

4,3)

4,6

(3,8–

5,4)

0,956 Bayer

[143]

MultiHance®

Gadobenat

dimeglumin

(Gd-

BOPTA)

- -

6,3

(6,0–

6,6)

8,7

(7,8–

9,6)

0,724 Bracco

[143]

Omniscan®

Gadodiamit

(Gd-DTPA-

BMA)

- -

4,3

(4,0–

4,6)

5,2

(4,2–

6,2)

0,827

GE

Healthcare

[143]

ProHance®

Gadoteridol

(Gd-HP-

DO3A)

- -

4,1

(3,9–

4,3)

5,0

(4,2–

5,8)

0,88 Bracco

[143]

Gadovist® Gadobutrol

(Gd-DO3A) - - 5,2 6,1 0,852

Bayer

[143]

VSOP-C184 Citrat

(Fe3O4) 8,6 19 8,0 34 0,235 [144]

Ferumoxtran

(Sinerem)

Dextran,

citrat (Fe3O4) 4,5 34 5,0 66,0 0,075 [145]

Ferumoxytol®

Dextran

(C7228)

(Fe3O4)

6,7 35 7,5 92 0,081

AMAG

Pharmaceu

ticals [146]

Resovist® Dextran

(Fe3O4) 60 7,4 151 0,05

Schering

[143]

116

Feridex®

(AMI-25)

Dextran

(Fe3O4)

4,5 160 10,1 120 0,084 Berlex/Gue

rbet [147]

ESION

PEG-

photphin oxit

(γ-Fe2O3)

2.2 15 4,8 29,2 0,164 [148]

USPIO

PEG-

photphin oxit

(Fe3O4)

12 - 2,37 58,8 0,040 [148]

GdIO

Dopamin

sunfonat

(Fe3O4 ,

Gd2O3)

4,8

6,50

7,85 41,14 0,191 [149]

F-

AuNC@Fe3O4

Axit folic

Au@Fe3O4

2,2 110 6,26 28,11 0,222 [82]

Từ kết quả bảng 3.16 ta thấy, độ hồi phục r1 của vật liệu chế tạo được

(8,47 mM−1

s−1

) lớn hơn so với các chất tương phản dựa trên nền Gd, điều đó cho

thấy chúng có tiềm năng là tác nhân tương phản dương hiệu quả. So sánh giá trị r2

với các chất tương phản âm (như Ferumoxtran, Ferumoxytol®

) cho thấy giá trị r2

trong nghiên cứu của chúng tôi cũng đủ lớn để cho tín hiệu tương phản âm tốt. Hơn

nữa, tỷ lệ r1/r2 cũng là một tham số quan trọng để đánh giá hiệu quả các chất tương

phản T1 và T2. Tỷ lệ r1/r2 của mẫu lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO là 0,11, cao hơn 1,4 và

2,26 lần so với r1/r2 của Ferumoxytol® và Resovist

® tương ứng (được sử dụng chủ yếu

làm tác nhân tương phản T2). Tỷ lệ r1/r2 của vật liệu nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO

thấp hơn so với VSOP (là chất tương phản T1 dựa trên các hạt nano oxit sắt rất nhỏ

với lớp bề mặt được biến tính bằng citrat) [144]. Như vậy, cấu trúc lai chế tạo được

có thể sử dụng như chất tương phản MRI theo cả hai chế độ chụp trọng T1 và trọng

T2 (phương thức kép).

Kết quả nghiên cứu trong luận án của TS. Lê Thế Tâm [150] cho thấy các hạt

nano trên nền Fe3O4 siêu thuận từ là tác nhân tương phản âm T2 có thể sử dụng

thay thế cho tác nhân tương phản dương T1 (trên nền Gd). Tuy nhiên, giá trị độ hồi

phục ngang r2 quá cao (r2 = 150 mM−1

s−1

) (gây ra do hiện tượng từ hóa mạnh của

các hạt nano oxit sắt) làm cho chúng không được sử dụng như các chất tương phản

dương T1. Một số chất tương phản như Resovist®

, Feridex® có giá trị r1 lần lượt là

117

7,4 và 10,1 mM−1

s−1

, nhưng trong thực tế nó thường được sử dụng làm tác nhân

tương phản T2 vì giá trị r2 cao (lần lượt là 151 và 120 mM−1

s−1

) [143, 147]. Tuy

nhiên, tỷ lệ r1/r2 có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh kích thước, trạng thái

bề mặt và thành phần của các hạt nano [69]. Trong nghiên cứu này, hiệu ứng

tương phản T1 có thể được tăng cường nhờ thành phần kim loại quý tích hợp trên các

hạt nano oxit sắt (trong hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO). Sử dụng các tác nhân tương

phản kép (trọng T1 và T2) không chỉ tích hợp ưu điểm của cả hai phương thức mà

còn có thể xác minh những gì chúng ta thấy trong cả hai đầu dò với nhau.

Tóm tắt kết quả phần 3.4:

1. Hoạt tính kháng khuẩn của hệ nano lai Fe3O4/Ag@PMAO được tăng

cường so với vật liệu nano Ag@PMAO đơn lẻ có cùng kích thước. Vật liệu lai thể

hiện hoạt tính kháng khuẩn mạnh với các chủng E. coli, L. plantarum, B. subtilis và

ở mức trung bình với các chủng S. lutea, S. marcescens.

2. Ap dụng kỹ thuật kết hợp (MHT + PTT) đã làm tăng đáng kể hiệu suất gia

nhiệt của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO. Nhiệt độ cao nhất có thể đạt được là

68,5 oC với giá trị SLP là 1082,75 W/g tại nồng độ mẫu 3 mg/mL sau 1200 s xử lý.

Để đạt được nhiệt độ trị liệu (42 ÷ 46 oC) bằng phương thức kết hợp có thể giảm

nồng độ hạt nano lai hoặc giảm cường độ từ trường và mật độ công suất laze so với

phương pháp sử dụng các kỹ thuật riêng rẽ.

3. Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO cho tín hiệu tương phản ảnh tốt và tăng

dần theo nồng độ với cả hai chế độ chụp trọng T1 và T2 với r1 = 8,47 mM-1

s-1

và r2 =

74,45 mM-1

s-1

.

118

KẾT LUẬN

1. Chế tạo thành công hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn), hệ nano lai

Fe3O4/Ag và Fe3O4/Au rỗng, kích thước trung bình dưới 20 nm có khả năng

hấp thụ các bức xạ trong vùng hồng ngoại gần.

2. Các hạt nano lai Fe3O4-(Ag, Au) sau khi bọc PMAO cho dung dịch có độ bền

và ổn định cao. Hệ vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO thể hiện độc tính với dòng tế

bào AGS và MKN45 phụ thuộc vào nồng độ vật liệu, giá trị IC50 xác định

được cho dòng tế bào AGS và MKN45 tương ứng là 42 µg/mL và 58 µg/mL.

Hệ vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO không thể hiện độc tính trên tế bào AGS

và MKN45 trong phạm vi nồng độ 10 ÷ 100 g/mL.

3. Hệ vật liệu Fe3O4/Ag@PMAO thể hiện hoạt tính kháng khuẩn cao hơn so với

vật liệu nano Ag@PMAO riêng rẽ có cùng kích thước với cả vi khuẩn Gram

dương và Gram âm.

4. Hiệu suất gia nhiệt của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO được tăng cường khi

kết hợp đồng thời cả từ trường và laze (MHT + PTT). Trong phạm vi khảo sát, hệ

lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO đạt giá trị SLP lớn nhất là 1082,75 W/g.

5. Hệ vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO làm tăng khả năng tương phản ảnh cộng

hưởng từ hạt nhân với cả hai chế độ chụp trọng T1 và T2 với r1 = 8,47 mM-1

s-1

và r2 = 74,45 mM-1

s-1

.

6. Hệ vật liệu lai chế tạo được thể hiện tính chất đa chức năng: tính chất từ, quang

và kháng khuẩn. Nghiên cứu này cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của cấu trúc

nano lai Fe3O4-(Ag, Au) trong chẩn đoán và điều trị ung thư.

119

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Tổng hợp thành công hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) với kích

thước đồng đều, đơn phân tán bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung

môi 1-octadecen. Vật liệu được chế tạo ở nồng độ cao tiền chất nhằm tiết kiệm

chi phí.

2. Tổng hợp thành công vật liệu nano lai Fe3O4/Ag với khả năng điều khiển cấu

trúc (lõi - vỏ hoặc dumbbell), kích thước, thành phần và độ đồng đều thông

qua việc thay đổi điều kiện thực nghiệm (nồng độ tiền chất Ag sử dụng).

3. Tổng hợp thành công vật liệu nano lai Fe3O4/Au rỗng, kích thước nhỏ (dưới

20 nm) với vị trí cộng hưởng plasmon bề mặt được điều khiển đến vùng hồng

ngoại gần (trên 700 nm). Hệ lai Fe3O4/Au rỗng bọc PMAO có thể chuyển đổi

năng lượng điện từ và năng lượng ánh sáng thành nhiệt với hiệu suất cao

(SLP = 1082,75 W/g) khi kết hợp đồng thời cả từ trường và laze. Bên cạnh đó

chúng còn thể hiện khả năng tăng tính tương phản đồng thời với cả T1 và T2,

và có thể sử dụng làm chất tương phản kép cho kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng

từ hạt nhân.

120

ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

+ Tiếp tục nghiên cứu tổng hợp hệ nano lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) với các

ferit từ khác nhau (CoFe2O4, MnFe2O4) ở quy mô lớn.

+ Tiếp tục nghiên cứu hiệu suất chuyển đổi quang/từ - nhiệt với các hệ nano

lai khác nhau.

+ Nghiên cứu đánh giá khả năng tăng độ tương phản của các hệ nano lai khác

nhau trong chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) và chụp cắt lớp vi tính (CT).

+ Nghiên cứu thử nghiệm (in vivo) trên động vật (chuột, thỏ).

121

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1. Thi Ngoc Linh Nguyen, Truc Vy Do, Thien Vuong Nguyen, Phi Hung Dao,

Van Thanh Trinh, Van Phuc Mac, Anh Hiep Nguyen, Duc Anh Dinh, Tuan Anh

Nguyen, Thi Kieu Anh Vo, Dai Lam Tran, Trong Lu Le, “Antimicrobial activity

of acrylic polyurethane/Fe3O4-Ag nanocomposite coating”, Progress in Organic

Coatings, 132,15-20, 2019, (SCI, Q1, IF2020 3.73).

2. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Lê Thị Thanh Tâm, Lê Thế Tâm, Ngô Thanh Dung,

Phạm Hồng Nam, Nguyễn Văn Đàm Thiên, Nguyễn Hoa Du, Phan Ngọc Hồng,

Trần Đại Lâm, Lê Trọng Lư, “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát độ bền của chất

lỏng từ mangan ferit trong nước”, Tạp chí hóa học, 56(6e2), 214-219, 2018

3. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Ngô Thanh Dung, Lê Thế Tâm, Lê Thị Thanh Tâm,

Đào Thị Thu Hà, Trần Đại Lâm, Lê Trọng Lư, “Nghiên cứu chế tạo hạt nano Ag

đơn phân tán trong dung môi hữu cơ”, Tạp chí hóa học, 57(2E1,2), 11-15, 2019.

4. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Lê Thế Tâm, Lê Thị Thanh Tâm, Ngô Thanh Dung,

Phạm Hồng Nam, Đoàn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Đàm Thiên, Phan Ngọc

Hồng, Trần Đại Lâm, Lê Trọng Lư, “Ảnh hưởng của tiền chất vô cơ đến kích

thước, độ đồng đều và tính chất của hạt nano Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp

phân hủy nhiệt”, Tạp chí hóa học, 57(2E1,2), 22-26, 2019.

5. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Trịnh Đình Khá, Lê Thị Thanh Tâm, Lê Trọng Lư, Lê

Thế Tâm, Ngô Thanh Dung, Võ Kiều Anh, “Hoạt tính kháng khuẩn của dung

dịch nano Ag được tổng hợp trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ thấp”, Tạp chí

Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 24(4A), 106-111, 2019.

6. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Trịnh Đình Khá, Lê Thị Thanh Tâm, Lê Thế Tâm,

Hoàng Yến Nhi, Ngô Thanh Dung, Võ Kiều Anh, Lê Trọng Lư, “Nghiên cứu

chế tạo và hoạt tính kháng khuẩn của hệ nano lai Fe3O4@Ag”, Tạp chí Phân

tích Hóa, Lý và Sinh học, 24(4A), 112-116, 2019.

7. Nguyen T. N. Linh, Ngo T. Dung, Le T. T. Tam, Tran D. Lam, Nguyen

X.Phuc, Nguyen T. K. Thanh and Le T. Lu, “New insight into the synthesis and

property of hollow Fe3O4-(Ag, Au) hybrid nanostructures for T1-T2 dual mode

MRI imaging and dual magnetic/photo heating”, Proceedings of Nanomaterials

for Healthcare conference, Da Nang, 2019.

122

8. Lê Trọng Lư, Nguyễn Thị Ngọc Linh, Ngô Thanh Dung, Lê Thị Thanh Tâm, Lê

Thế Tâm, Đinh Lan Chi, Hoàng Đức Minh, Trần Trung Kiên, Hoàng Thu Hà,

Phạm Hồng Nam, Nguyễn Văn Đăng, Trần Đại Lâm, Nguyễn Xuân Phúc, “Quy

trình chế tạo hệ vật liệu lai từ-quang có cấu trúc rỗng cho ứng dụng tăng cường

hiệu ứng đốt nóng từ/quang và ảnh cộng hưởng từ T1-T2”, Sở hữu trí tuệ, số đơn

SC 1-2020-00238 (Đã chấp nhận đơn hợp lệ và công bố trên công báo sở hữu

công nghiệp số 384/T3, tập A: 69199 A, 2020).

123

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Y. Zhang, S. H. Kim, C. K. Jeong, et al., Progresses in lead-free piezoelectric

nanofiller materials and related composite nanogenerator devices, Nanoscale

Adv., 2020, 2 (45), 1-20.

2. S. Najafishirtari, P. Guardia a, M. Colombo, et al., The effect of Au domain

size on the CO oxidation catalytic activity of colloidal Au-FeOx dumbbell-like

heterodimers, J. Catal., 2016, 338, 115–123.

3. S. A. S. Tali and W. Zhou, Multiresonant plasmonics with spatial mode

overlap: Overview and outlook, Nanophotonics, 2019, 7, 1199–1225.

4. S. Shams, M. R. Ghazanfari, and C. S. Antoniak, Magnetic-plasmonic

heterodimer nanoparticles: designing contemporarily features for emerging

biomedical diagnosis and treatments, Nanomaterials, 2019, 9 (1), 97 - 47.

5. R. D. Corato, C. Menager, C. Wilhelm, et al., Combining magnetic

hyperthermia and photodynamic therapy for tumor ablation with

photoresponsive magnetic liposomes, ACS Nano, 2015, 9 (3), 2904–2916.

6. H. Wang, J. Shen, S. Zhou, et al., Multifunctional PEG encapsulated

Fe3O4@silver hybrid nanoparticles: antibacterial activity, cell imaging and

combined photothermo/chemo- therapy, J. Mater. Chem. B, 2013, 1 (45),

6225–6234.

7. Y. Han, S. L. Lei, X. Zhou, et al., Potential use of SERS-assisted theranostic

strategy based on Fe3O4/Au cluster/shell nanocomposites for bio-detection,

MRI, and magnetic hyperthermia, Mater. Sci. Eng. C, 2016, 64, 199–207.

8. Q. Ding, D. Liu, D. Guo, et al., Shape-controlled fabrication of magnetite

silver hybrid nanoparticles with high performance magnetic hyperthermia,

Biomaterials, 2017, 124, 35–46.

9. C. Multari, M. Miola, F. Laviano, et al., Magneto-plasmonic nanoparticles for

photothermal therapy, Nanotechnology, 2019, 30 (25), 255705 - 255727.

10. Q. Lu, X. Dai, Y. Li, et al., Fe3O4@Au composite magnetic nanoparticles

modified with cetuximab for targeted magneto-photothermal therapy of

glioma cells, Int. J. Nanomedicine, 2018, 13, 2491–2505.

11. A. Espinosa, C. Wilhelm, A. A.Hassan, et al., Can magneto-plasmonic

124

nanohybrids efficiently combine photothermia with magnetic hyperthermia?,

Nanoscale, 2015, 7 (45), pp. 18872–18877.

12. S. Chandra, N. A. F. Huls, M. H. Phan, et al., Exchange bias effect in Au-

Fe3O4 nanocomposites, Nanotechnology, 2014, 25 (5), 055702 - 055711.

13. S. Liu, S. Sun, X. Z. You, et al., Dumbbell-like Au-Fe3O4 nanoparticles: A

new nanostructure for supercapacitors, Nanoscale, 2015, 7 (11) 4890–4893.

14. E. Fantechi, A. G. Roca, B. Sepulveda, et al., Seeded growth synthesis of Au-

Fe3O4 heterostructured nanocrystals: Rational design and mechanistic

insights, Chem. Mater., 2017, 29 (9), 4022–4035.

15. N. T. Thuy, F. Mammeri, and S. Ammar, Iron oxide and gold based magneto-

plasmonic nanostructures for medical applications: A review, Nanomaterials,

2018, 8 (3), 149–177.

16. Z. Xu, Y. Hou, and S. Sun, Magnetic core/shell Fe3O4/Au and Fe3O4/Ag/Au

nanoparticles with tunable plasmonic properties, J. Am. Chem. Soc., 2007,

129 (28), 8698–8699.

17. J. Zeng, M. Gong, Yadong Yin, et al., Direct synthesis of water-dispersible

magnetic/plasmonic hetero-nanostructures for multimodality biomedical

imaging, Nano Lett., 2019, 19 (5), 3011–3018.

18. L.S. Lin, X. Yang, X. Chen, et al., Yolk–shell nanostructure: An ideal

architecture to achieve harmonious integration of magnetic–plasmonic hybrid

theranostic platform, Adv. Mater., 2017, 29 (21), 1606681 - 1606689.

19. K. H. J. Buschow and F. R. de Boer, Physics of magnetism and magnetic

materials, Springer, 2003, Amsterdam-Netherlands.

20. Le Trong Lu, Water-dispersible magnetic nanoparticles for biomedical

applications : Synthesis and characterisation, Doctor thesis, 2011, University

of Liverpool.

21. B. K. Sodipo and A. A. Aziz, Recent advances in synthesis and surface

modification of superparamagnetic iron oxide nanoparticles with silica, J.

Magn. Magn. Mater., 2016, 416, 275–291.

22. J. O. Banska, M. Waszkielewicz, M. Samoc, et al., Two-photon absorption

and photoluminescence of colloidal gold nanoparticles and nanoclusters,

Chem. Soc. Rev., 2019, 48 (15), 4087–4117.

125

23. V. Amendola, R. Pilot, M. Frasconi, et al., Surface plasmon resonance in gold

nanoparticles: A review, J. Phys. Condens. Matter, 2017, 29 (20), 203002 -

203049.

24. Y. Tang, Yu, S. Zhang, et al., Noble Metal-Metal Oxide Hybrid Nanoparticles,

Chapter 20 - Applications of hybrid nanoparticles in biosensors: Simulation

studies, Micro and nano technologies, 2019, 431–455, Elsevier.

25. D. Jaque, L. M. Maestro, B. Rosal, et al., Nanoparticles for photothermal

therapies, Nanoscale, 2014, 6 (16), 9494–9530.

26. A. Amarjargal, L. D. Tijing, C. S. Kim, et al., Simultaneous preparation of

Ag/Fe3O4 core-shell nanocomposites with enhanced magnetic moment and

strong antibacterial and catalytic properties, Chem. Eng. J., 2013, 226, 243–

254.

27. Yazdani, M. Ghazanfari, and F. Johar, Light trapping effect in plasmonic

blockade at the interface of Fe3O4@Ag core/shell, RSC Adv., 2015, 5 (51),

40989–40996.

28. H. Yu, M. Chen, S. Sun, et al., Dumbbell-like bifunctional Au−Fe3O4

nanoparticles, Nano Lett., 2005, 5 (2) 379–382.

29. J. Reguera, D. J. Aberasturi, N. Winckelmans, et al., Synthesis of janus

plasmonic-magnetic, star-sphere nanoparticles, and their application in SERS

detection, Faraday Discuss., 2016, 191, 47–59.

30. D. Yang, X. Pang, Z. Lin, et al., Precisely size-tunable magnetic/plasmonic

core/shell nanoparticles with controlled optical properties, Angew. Chemie -

Int. Ed., 2015, 127 (41), 12259–12264.

31. M. J. Bradley, A. J. Biacchi, and R. E. Schaak, Chemical transformation of

Pt−Fe3O4 colloidal hybrid nanoparticles into PtPb−Fe3O4 and Pt3Sn−Fe3O4

heterodimers and (PtPb−Fe3O4)n nanoflowers, Chem. Mater., 2013, 25 (9),

1886–1892.

32. Y. Jang, B. M. Kim, T. Hyeon, et al., Simple synthesis of Pd-Fe3O4

heterodimer nanocrystals and their application as a magnetically recyclable

catalyst for suzuki cross-coupling reactions, Phys. Chem. Chem. Phys., 2011,

13 (7), 2512–2516.

33. Z. Yang, X. Lu and C. Wanga, et al., Palladium nanoparticles modified

126

electrospun CoFe2O4 nanotubes with enhanced peroxidase-like activity for

colorimetric detection of hydrogen peroxide, RSC Adv., 2016, 6 (40), 33636–

33642.

34. M. Kooti, S. Saiahi, and H. Motamedi, Fabrication of silver-coated cobalt

ferrite nanocomposite and the study of its antibacterial activity, J. Magn.

Magn. Mater., 2013, 333, 138–143.

35. A. Mikalauskaite, R. Kondrotas, A. Jagminas, et al., Gold-coated cobalt ferrite

nanoparticles via methionine-induced reduction, J. Phys. Chem. C, 2015, 119

(30), 17398–17407.

36. M. R. Ghazanfari, M. Kashefi, M. R. Jaafari, et al., Perspective of Fe3O4

nanoparticles role in biomedical applications, Biochem. Res. Int., 2016, 2016,

7840161 - 7840193.

37. P. Miao, Y. Tang, and L. Wang, DNA modified Fe3O4@Au magnetic

nanoparticles as selective probes for simultaneous detection of heavy metal

ions, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9 (4), 3940–3947.

38. H. Y. Zhao, Y. Ding, Y. Hu, et al., Synthesis and application of strawberry-

like Fe3O4-Au nanoparticles as CT-MR dual-modality contrast agents in

accurate detection of the progressive liver disease, Biomaterials, 2015, 51,

194–207.

39. Y. Jin, C. Jia, S. W. Huang, et al., Multifunctional nanoparticles as coupled

contrast agents, Nat. Commun., 2010, 1 (4), 1–8.

40. M. T. T. Trang, H. P. Thu, N. X. Phuc, et al., Chitosan and O-carboxymethyl

chitosan modified Fe3O4 for hyperthermic treatment, Adv. Nat. Sci. Nanosci.

Nanotechnol., 2012, 3 (1), 015006 - 015010.

41. V. T. K. Oanh, T. D. Lam, N. X. Phuc, et al., Synthesis of high-magnetization

and monodisperse Fe3O4 nanoparticles via thermal decomposition, Mater.

Chem. Phys., 2015, 163, 537–544.

42. L. T. T. Huong, N. H. Nam, N. X. Phuc, et al., Folate attached, curcumin

loaded Fe3O4 nanoparticles: A novel multifunctional drug delivery system for

cancer treatment, Mater. Chem. Phys., 2016, 172, 98–104.

43. L. T. H. Nghiem, L.T. Ngan, T. H. Nhung, et al., Preparation and

characterization of silica-gold core-shell nanoparticles, J. Nanoparticle Res.,

127

2013, 15 (11), 2091 - 2099.

44. V. X. Hoa, M. Levy, T. H. Nhung, et al., Gold nanocrescents for remotely

measuring and controlling local temperature, Nanotechnology, 2013, 24 (32),

325501 - 325506.

45. N. T. Dung, L. T. M. Hanh, L. T. Lu, et al., Antibacterial nanocomposites based

on Fe3O4-Ag hybrid nanoparticles and natural rubber-polyethylene blends, Int.

J. Polym. Sci., 2016, 2016, 7478161 - 7478169.

46. N. T. Dung, L. T. Lu, N. T. K. Thanh, et al., High magnetisation, monodisperse

and water-dispersible CoFe@Pt core/shell nanoparticles, Nanoscale, 2017, 9

(26), 8952–8961.

47. L. T. Huy, L. T. Tam, L. A. Tuan, et al., Effect of synthesis parameters on the

structure and magnetic properties of magnetic manganese ferrite/silver

composite nanoparticles synthesized by wet chemistry method, J. Nanosci.

Nanotechnol., 2016, 16 (8), 7919–7928.

48. A. A. Pascuala, S. Velumanid, R. Esparza, et al., Structure, magnetic and

cytotoxic behaviour of solvothermally grown Fe3O4@Au core-shell

nanoparticles, Mater. Charact., 2018, 142, 237–244.

49. C. Antoniak, M. E. Grune, M. Spasova, et al., A guideline for atomistic design

and understanding of ultrahard nanomagnets, Nat. Commun., 2011, 2 (1), 528 -

534.

50. M. Takahashi, R. Kitaura, S. Maenosono, et al., Nanomaterials for magnetic

and optical hyperthermia applications, Chapter 3 - Synthesis and

characterization of magnetic–plasmonic hybrid nanoparticles, Micro and

Nano Technologies, 2019, 61–82, Elsevier.

51. C. W. Chen, M. Y. Liao, P. S. Lai, et al., Encapsulation of Au/Fe3O4

nanoparticles into a polymer nanoarchitecture with combined near infrared-

triggered chemo-photothermal therapy based on intracellular secondary

protein understanding, J. Mater. Chem. B, 2017, 5 (29), 5774–5782.

52. J. Wu, Y. Hou, and S. Gao, Controlled synthesis and multifunctional

properties of FePt-Au heterostructures, Nano Res., 2011, 4 (9), 836–848.

53. S. Kalele, S. W. Gosavi, S. K. Kulkarni, et al., Nanoshell particles: synthesis,

properties and applications. Current science, 2006, 91 (8), 1038-1052.

128

54. X. Xue, V. Sukhotskiy, and E. P. Furlani, Optimization of optical absorption

of colloids of SiO2@Au and Fe3O4@Au nanoparticles with constraints, Sci.

Rep., 2016, 6, 35911.

55. S. Laurent, S. Dutz, M. Mahmoudi, et al., Magnetic fluid hyperthermia: Focus

on superparamagnetic iron oxide nanoparticles, Adv. Colloid Interface Sci.,

2011, 166 (1–2), 8–23.

56. Z. Li , P. W. Yi , Q. Sun, et al., Ultrasmall water-soluble and biocompatible

magnetic iron oxide nanoparticles as positive and negative dual contrast

agents, Adv. Funct. Mater., 2012, 22 (11), 2387–2393.

57. Y. Hernández and B. C. Galarreta, Nanomaterials for magnetic and optical

hyperthermia applications, Chapter 4 - Noble metal-based plasmonic

nanoparticles for SERS imaging and photothermal therapy, Micro and Nano

Technologies, 2019, 83-109, Elsevier.

58. C. Hoskins, Y. Min, L. Wang , et al., Hybrid gold-iron oxide nanoparticles as

a multifunctional platform for biomedical application, J. Nanobiotechnology,

2012, 10 (1), 1-12.

59. J. Lee, J. Yang, H. Ko, et al., Multifunctional magnetic gold nanocomposites:

Human epithelial cancer detection via magnetic resonance imaging and

localized synchronous therapy, Adv. Funct. Mater., 2008, 18 (2), 258–264.

60. J. R. Lepock, K. H. Cheng, J. Kruuv, et al., Hyperthermia-induced inhibition

of respiration and mitochondrial protein denaturation in CHL cells, Int. J.

Hyperth., 1987, 3 (2), 123–132.

61. J. R. Lepock, H. E. Frey, J. Kruuv, et al., Thermal analysis of CHL V79 cells

using differential scanning calorimetry: Implications for hyperthermic cell

killing and the heat shock response, J. Cell. Physiol., 1988, 137 (1), 14–24.

62. A. E. Caccamo, S. Desenzani, A. F. Borghetti, et al., Nuclear clusterin

accumulation during heat shock response: implications for cell survival and

thermo-tolerance induction in immortalized and prostate cancer cells, J. Cell.

Physiol., 2006, 207 (1), 208–219.

63. S. A. Sapareto and W. C. Dewey, Thermal dose determination in cancer

therapy, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 1984, 10 (6), 787–800.

64. M. Ahmed and S. N. Goldberg, Combination radiofrequency thermal ablation

129

and adjuvant IV liposomal doxorubicin increases tissue coagulation and

intratumoural drug accumulation, Int. J. Hyperth., 2004, 20 (7), 781–802.

65. V. K. Pustovalov, L. G. Astafyeva, and W. Fritzsche, Selection of thermo-

optical parameter of nanoparticles for achievement of their maximal thermal

energy under optical irradiation, Nano Energy, 2013, 2 (6), 1137–1141.

66. B. Thiesen and A. Jordan, Clinical applications of magnetic nanoparticles for

hyperthermia, Int. J. Hyperth., 2008, 24 (6), 467–474.

67. E. C. Abenojar, S. Wickramasinghe, A. C. S. Samia, et al., Structural effects

on the magnetic hyperthermia properties of iron oxide nanoparticles, Prog.

Nat. Sci. Mater. Int., 2016, 26 (5), 440–448.

68. R. Hergt, S. Dutz, M. Zeisberger, et al., Magnetic particle hyperthermia:

nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy, J.

Phys., 2006, 18, S2919–S2934.

69. N. Lee, D. Yoo, J. Cheon, et al., Iron oxide based nanoparticles for

multimodal imaging and magnetoresponsive therapy, Chem. Rev., 2015, 115

(19), 10637–10689.

70. F. Yang, F. Vetrone, D. Ma, et al., Multifunctional self-assembled

supernanoparticles for deep-tissue bimodal imaging and amplified dual-mode

heating treatment, ACS Nano, 2019, 13 (1), 408–420.

71. A.K Bhunia and S. Saha, Biomedical response and different applications of

magnetic nanomaterials, Curr. Trends Biomed. Eng. Biosci., 2018, 16 (2),

555934 –555938.

72. S. Y. Srinivasan, K. M. Paknikar, V. Gajbhiye, et al., Applications of cobalt

ferrite nanoparticles in biomedical nanotechnology, Nanomedicine, 2018, 13

(10), 1221–1238.

73. M. F. Tsai, S. H. G. Chang, C. S. Yeh, et al., Au nanorod design as light-

absorber in the first and second biological near-infrared windows for in vivo

photothermal therapy, ACS Nano, 2013, 7 (6), 5330–5342.

74. R. Das, N. R. Montes, H. Srikanth, et al., Boosted hyperthermia therapy by

combined AC magnetic and photothermal exposures in Ag/Fe3O4 nanoflowers,

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (38), 25162–25169.

75. R. D. Corato, C. Menager, C. Wilhelm, et al., Combining magnetic

130

hyperthermia and photodynamic therapy for tumor ablation with

photoresponsive magnetic liposomes, ACS Nano, 2015, 9 (3), 2904–2916.

76. J. G. Ovejero, I. Morales, P. Herrastie, et al., Hybrid nanoparticles for

magnetic and plasmonic hyperthermia, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20

(37), 24065–24073.

77. M. G. Weimuller, M. Zeisberger, and K. M. Krishnan, Size-dependant heating

rates of iron oxide nanoparticles for magnetic fluid hyperthermia, J. Magn.

Magn. Mater., 2009, 321 (13), 1947–1950.

78. J. Cai, Y. Q. Miao, H. M. Fan, et al., Facile preparation of gold-decorated

Fe3O4 nanoparticles for CT and MR dual-modal imaging, Int. J. Mol. Sci.,

2018, 19, 4049 – 4058.

79. J. G. Penfield and R. F. Reilly, What nephrologists need to know about

gadolinium, Nature Clinical Practice Nephrology, 2007, 3 (12), 654–668.

80. E. Peng, F. Wang and J. M. Xue, Nanostructured magnetic nanocomposites as

MRI contrast agents, J. Mater. Chem. B, 2015, 3, 2241–2276.

81. G. Wang, X. Zhang, K. Uvdal, et al., One-step synthesis of water-dispersible

ultra-small Fe3O4 nanoparticles as contrast agents for T1 and T2 magnetic

resonance imaging, Nanoscale, 2014, 6, 2953–2963.

82. G. Wang, W. Gao, X. Zhang, et al., Au nanocage functionalized with ultra-

small Fe3O4 nanoparticles for targeting T1-T2 dual MRI and CT imaging of

tumor, Sci. Rep., 2016, 6, 28258 (1–10).

83. J. Zhu, Y. Lu, H. Gu, et al., Synthesis of Au-Fe3O4 heterostructured

nanoparticles for in vivo computed tomography and magnetic resonance dual

model imaging, Nanoscale, 2014, 6 (1), 199–202.

84. J. Li, G. Zhang, X. Shi, et al., Hyaluronic acid-modified Fe3O4@Au core/shell

nanostars for multimodal imaging and photothermal therapy of tumors,

Biomaterials, 2015, 38, 10–21.

85. Y. Feng, Y. Zong, Z. R. Lu, et al., Pharmacokinetics, biodistribution and

contrast enhanced MR blood pool imaging of Gd-DTPA cystine copolymers

and Gd-DTPA cystine diethyl ester copolymers in a rat model, Pharm. Res.,

2006, 23 (8), 1736–1742.

86. S. Liao, Y. Zhang, L. Chen, et al., Antibacterial activity and mechanism of

131

silver nanoparticles against multidrug-resistant pseudomonas aeruginosa, Int.

J. Nanomedicine, 2019, 14, 1469–1487.

87. B. Chudasama, A. K. Vala, N. Andhariya, et al., Enhanced antibacterial

activity of bifunctional Fe3O4-Ag core-shell nanostructures, Nano Res., 2009,

2 (12), 955–965.

88. J. T. Seil and T. J. Webster, Antimicrobial applications of nanotechnology:

methods and literature, Int. J. Nanomedicine, 2012, 7, 2767–2781.

89. K. S. Siddiqi, A. ur Rahman, A. Husen, et al., Properties of zinc oxide

nanoparticles and their activity against microbes, Nanoscale Res. Lett., 2018,

13 (1), 141-153.

90. H. N. Pantaroto, A. P. R. Filho, C. Sukotjoe, et al., Antibacterial

photocatalytic activity of different crystalline TiO2 phases in oral multispecies

biofilm, Dent. Mater., 2018, 34 (7), e182–e195.

91. J. Kusnetsov, E. Iivanainen, P. J. Martikainen, et al., Copper and silver ions

more effective against legionellae than against mycobacteria in a hospital

warm water system, Water Res., 2001, 35 (17), 4217–4225.

92. Y. Qing, L. Cheng, R. Li, et al., Potential antibacterial mechanism of silver

nanoparticles and the optimization of orthopedic implants by advanced

modification technologies, Int. J. Nanomedicine, 2018, 13, 3311–3327.

93. M. Seong and D. G. Lee, Silver nanoparticles against salmonella enterica

serotype typhimurium: Role of inner membrane dysfunction, Curr. Microbiol.,

2017, 74 (6), 661–670.

94. R. Zhao, H.Song, R. Hao, et al., Stable nanocomposite based on PEGylated

and silver nanoparticles loaded graphene oxide for long-term antibacterial

activity, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9 (18), 15328–15341.

95. S. S. R. Chandrasekaran, S. Gnanasekar, W. Arockiaswamy, et al., Formulation

of carica papaya latex-functionalized silver nanoparticles for its improved

antibacterial and anticancer applications, J. Mol. Liq., 2016, 219, 231–238.

96. Y. N. Slavin, J. Asnis, H. Bach, et al., Metal nanoparticles: Understanding the

mechanisms behind antibacterial activity, J. Nanobiotechnology, 2017, 15 (1),

65-84.

97. P. Siritongsuk, N. Hongsing, R. Patramanon, et al., Two-phase bactericidal

132

mechanism of silver nanoparticles against burkholderia pseudomallei, PLoS

One, 2016, 11 (12), 0168098-0168119.

98. L. M. Tung, N. X. Cong, L. T. Huy, et al., Synthesis, characterizations of

superparamagnetic Fe3O4-Ag hybrid nanoparticles and their application for

highly effective bacteria inactivation, J. Nanosci. Nanotechnol., 2016, 16 (6),

5902–5912.

99. P. Gong, H. Li, X. He, et al,. Preparation and antibacterial activity of

Fe3O4@Ag nanoparticles, Nanotechnology, 2007, 18 (28), 285604 (1–7).

100. S. Venkateswarlu, B. N. Kumar, B. Prathima, et al., A novel green synthesis of

Fe3O4-Ag core shell recyclable nanoparticles using vitis vinifera stem extract

and its enhanced antibacterial performance, Phys. B Condens. Matter, 2015,

457, 30–35.

101. O. Ivashchenko, E. Coy, B. Peplinska, et al., Influence of silver content on

rifampicin adsorptivity for magnetite/Ag/rifampicin nanoparticles,

Nanotechnology, 2017, 28 (5), 055603 (1–11).

102. A. Albini, G. Pennesi, F. Donatelli, et al., Cardiotoxicity of anticancer drugs:

The need for cardio-oncology and cardio-oncological prevention, J. Natl.

Cancer Inst., 2010, 102 (1), 14–25.

103. V. Pavet, M. M. Portal, J. C. Moulin, et al., Towards novel paradigms for

cancer therapy, Oncogene, 2011, 30 (1),1–20.

104. V. V. Mody, A. Cox, H. Parihar, et al., Magnetic nanoparticle drug delivery

systems for targeting tumor, Appl. Nanosci., 2014, 4 (4), 385–392.

105. W. P. Li, P. Liao, C. S. Yeh, et al., Formation of oligonucleotides-gated silica

shell-coated Fe3O4-Au core-shell nanotrisoctahedra for magnetically targeted

and near-infrared light responsive theranostic platform, J. Am. Chem. Soc.,

2014, 136 (28), 10062–10075.

106. C. Xu, B. Wang, and S. Sun, Dumbbell-like Au-Fe3O4 nanoparticles for

target-specific platin delivery, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (12), 4216–4217.

107. C. Sun, J. S. H. Lee, and M. Zhang, Magnetic nanoparticles in MR imaging

and drug delivery, Adv. Drug Deliv. Rev., 2008, 60 (11), 1252–1265.

108. L. T. Lu , N. T. Dung, N. T. K. Thanh, et al., Synthesis of magnetic cobalt

ferrite nanoparticles with controlled morphology, monodispersity and

133

composition: The influence of solvent, surfactant, reductant and synthetic

conditions, Nanoscale, 2015, 7 (46), 19596–19610.

109. J. Park, J. Joo, T. Hyeon, et al., Synthesis of monodisperse spherical

nanocrystals, Angew. Chemie Int. Ed., 2007, 46 (25), 4630–4660.

110. C. Y. Han and H. Yang, Development of colloidal quantum dots for

electrically driven light-emitting devices, J. Korean Ceram. Soc., 2017, 54 (6),

449–469.

111. S. Sun and H. Zeng, Size-controlled synthesis of magnetite nanoparticles, J.

Am. Chem. Soc., 2002, 124 (28), 8204–8205.

112. K. C. F. Leung, S. Xuan, X. Zhu, et al., Gold and iron oxide hybrid

nanocomposite materials, Chem. Soc. Rev., 2012, 41 (5), 1911–1928.

113. Z. Peng and H. Yang, Designer platinum nanoparticles: Control of shape,

composition in alloy, nanostructure and electrocatalytic property, Nano

Today, 2009, 4 (2), 143–164.

114. J. Zeng, X. Wang and J. G. Hou, Nanocrystal, Part 1 - Synthesis and design of

Nanocrystal, Chapter 3 - Colloidal hybrid nanocrystals: synthesis, properties,

and perspectives, InTech 2011, 85-110, China.

115. L. Wang, J. Luo, C. J. Zhong, et al., Monodispersed core-shell Fe3O4@Au

nanoparticles, J. Phys. Chem. B., 2005, 109, 21593–21601.

116. K. Kamei, Y. Mukai, S. Nakagawa, et al., Direct cell entry of gold/iron-oxide

magnetic nanoparticles in adenovirus mediated gene delivery, Biomaterials,

2009, 30 (9), 1809–1814.

117. L. Baoliang , Y. Xu, H. Tian, et al., Synthesis of Fe3O4/SiO2/Ag nanoparticles

and its application in surface-enhanced Raman scattering, J. Solid State

Chem., 2010, 183 (12), 2968–2973.

118. F. Li, Z. Yu, T. Xue, et al., Synthesis and application of homogeneous Fe3O4

core/Au shell nanoparticles with strong SERS effect, RSC Adv., 2016, 6 (13)

10352–10357.

119. C. Li , C. Z. Huang, W. Tan, et al., Gold-Coated Fe3O4 nanoroses with five

unique functions for cancer cell targeting, imaging, and therapy, Adv. Funct.

Mater., 2014, 24 (12), 1772–1780.

120. P. Quaresma, I. P. Santos, E. Pereira, et al., Star-shaped magnetite@gold

134

nanoparticles for protein magnetic separation and SERS detection, RSC Adv.,

2014, 4 (8), 3659–3667.

121. S. Fleutot, G. L. Nealon, S. B. Colin, et al., Spacing-dependent dipolar

interactions in dendronized magnetic iron oxide nanoparticle 2D arrays and

powders, Nanoscale, 2013, 5 (4), 1507–1516.

122. K. Davis, B. Qi, O. T. Mefford, et al., Quantitative measurement of ligand

exchange on iron oxides via radiolabeled oleic acid, Langmuir, 2014, 30 (36),

10918–10925.

123. D. Jishkariani, Y. Wu, C. B. Murray, et al., Preparation and self-assembly of

dendronized Janus Fe3O4-Pt and Fe3O4-Au heterodimers, ACS Nano, 2017,

11 (8), 7958–7966.

124. P. Biehl, S. Dutz, F. H. Schacher, et al., Synthesis, characterization, and

applications of magnetic nanoparticles featuring polyzwitterionic coatings,

Polymers, 2018, 10 (1), 91 - 118.

125. L. Chen, J. Xie, Y. Zhang, et al., Improving sensitivity of magnetic resonance

imaging by using a dual-targeted magnetic iron oxide nanoprobe, Colloids

Surfaces B Biointerfaces, 2018, 161, 339–346.

126. J. Jiang, H. Gu, J. Y. Ying, et al., Bifunctional Fe3O4-Ag heterodimer

nanoparticles for two-photon fluorescence imaging and magnetic

manipulation, Adv. Mater., 2008, 20 (23), 4403–4407.

127. Trần Đại Lâm, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Lê Huy, Lê Viết Hải, Các

phương pháp phân tích hoá lý vật liệu. Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và

Công nghệ, 2017, Hà Nội, Việt Nam.

128. A. Bahuguna, I. Khan, V. K. Bajpai, et al., MTT assay to evaluate the

cytotoxic potential of a drug, Bangladesh J. Pharmacol., 2017, 12 (2), 115–

118.

129. H. S. Lotter, S. Leuko, S. Fendrihan, et al., The assessment of the viability of

halophilic microorganisms in natural communities, Methods Microbiol., 2006,

35 (05), 569–584.

130. Mai Thị Hằng, Đinh Thị Kim Nhung, Vương Trọng Hào, Thực hành vi sinh

vật học, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm, 2011, Hà Nội, Việt Nam.

131. Vương Thị Kim Oanh, Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt nano

135

Fe3O4 chất lượng cao định hướng cho một số ứng dụng y sinh, Luận án Tiến sĩ

Khoa học vật liệu, 2016, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm

KHCNVN.

132. Y. Yamashita, R. Miyahara, and K. Sakamoto, Emulsion and emulsification

technology, Cosmetic science and technology: theoretical principles and

applications, 2017, Elsevier.

133. Lê Thị Thanh Tâm, Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng của hệ vật liệu lai nano

trên cơ sở mangan ferit MnFe2O4, Luận văn thạc sĩ hóa học, 2019, Học viện

Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCNVN.

134. R. G. Charles and M. A. Pawlikowski, Comparative heat stabilities of some

metal acetylacetonate chelates, J. Phys. Chem., 1958, 62 (4), 440–444.

135. N. Bao, L. Shen, A. Gupta, et al., A facile thermolysis route to monodisperse

ferrite nanocrystals, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129 (41), 12374–12375.

136. S. Y. Vilar, M. S. Andújar, S. C. García, et al., A simple solvothermal

synthesis of MFe2O4 (M = Mn, Co and Ni) nanoparticles, J. Solid State

Chem., 2009, 182 (10), 2685–2690.

137. D. Maity, S. G. Choo, J. M. Xue, et al., Synthesis of magnetite nanoparticles

via a solvent-free thermal decomposition route, J. Magn. Magn. Mater., 2009,

321 (9), 1256–1259.

138. V. K. LaMer and R. H. Dinegar, Theory, production and mechanism of

formation of monodispersed hydrosols, J Am Chem Soc, 1950, 72 (11), 4847–

4854.

139. N. T. T. Trang, T. T. Thuy, S. Maenosono, et al., Magnetic–plasmonic

FePt@Ag core–shell nanoparticles and their magnetic and SERS properties,

Plasmonics, 2013, 8 (2), 1177–1184.

140. P. Singh and C. Upadhyay, Size selectivity of magnetite core- (Ag/Au) shell

nanoparticles for multimodal imaging applications, Mater. Res. Express,

2017, 4 (10), 105401 - 105410.

141. P. T. Phong, P. H. Nam, N. X. Phuc, et al., Studies of the magnetic properties

and specific absorption of Mn0.3Zn0.7Fe2O4 nanoparticles, J. Electron. Mater.,

2015, 44 (1), 287–294.

142. Phạm Hồng Nam, Nghiên cứu các cơ chế đốt nóng từ trong hệ hạt nano ferit

136

spinel M1-xZnxFe2O4 (M = Mn, Co), Luận án tiến sĩ Khoa học vật liệu, 2018,

Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCNVN.

143. M. Rohrer, H. Bauer, J. Mintorovitch, et al., Comparison of magnetic

properties of MRI contrast media solutions at different magnetic field

strengths, Invest. Radiol., 2005, 40 (11), 715–724.

144. L. Sandiford, A. Phinikaridou, A. Protti, et al., Bisphosphonate-anchored

pegylation and radiolabeling of superparamagnetic iron oxide: Long-

circulating nanoparticles for in vivo multimodal (T1 MRI-SPECT) imaging,

ACS Nano, 2013, 7 (1), 500–512.

145. M. F. Casula, P. Floris, C. Innocenti, et al., Magnetic resonance imaging

contrast agents based on iron oxide superparamagnetic ferrofluids, Chem.

Mater., 2010, 22 (5), 1739–1748.

146. W. Li, S. Tutton, A. T. Vu, et al., First-pass contrast-enhanced magnetic

resonance angiography in humans using ferumoxytol, a novel ultrasmall

superparamagnetic iron oxide (USPIO)-based blood pool agent, J. Magn.

Reson. Imaging, 2005, 21 (1), 46–52.

147. D. L. J. Thorek, A. K. Chen, A. Tsourkas, et al., Superparamagnetic iron

oxide nanoparticle probes for molecular imaging, Ann. Biomed. Eng., 2006,

34 (1), 23–38.

148. B. H. Kim, N. Lee, T. Hyeon, et al., Large-scale synthesis of uniform and

extremely small-sized iron oxide nanoparticles for high-resolution T1

magnetic resonance imaging contrast agents, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133

(32), 12624–12631.

149. Z. Zhou, L. Wang, J. Gao, et al., Engineered iron-oxide-based nanoparticles as

enhanced T1 contrast agents for efficient tumor imaging, ACS Nano, 2013, 7

(4), 3287–3296.

150. Lê Thế Tâm, Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ

định hướng ứng dụng chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, Luận án tiến sĩ hóa học,

2019, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCNVN.

137

PHỤ LỤC

Danh mục các bài báo đang phản biện

1. Ngo T. Dung, Nguyen T. N. Linh and Le T. Lu, Optical properties and sta

bilities of small hollow gold nanoparticles, Royal society of chemistry, 2020.

2. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Ngô Đại Quang, Lê Thế Tâm, Ngô Thanh Dung,

Lê Thị Thanh Tâm, Phạm Hồng Nam, Nguyễn Hữu Quân, Lê Trọng Lư, Hoạt tính

kháng khuẩn của vật liệu nano lai Fe3O4@Ag được chế tạo bằng phương pháp nuôi

mầm, Tạp chí hóa học, 2020.

3. Nguyen Thi Ngoc Linh, Le The Tam, Ha Minh Nguyet, Ngo Thanh Dung,

Le Thi Thanh Tam, Pham Hong Nam, Nguyen Dinh Vinh, Nguyen Thien Vuong,

Ngo Dai Quang, Le Trong Lu, Fabrication of Fe3O4@Ag hybrid nanoparticles for

the combination of photothermia and magnetic hyperthermia, Vietnam Journal of

Chemistry, 2020.