Các vật liệu nano được biết đến với khả năng ứng dụng trong ysinh học, hãy nêu một ví dụ cụ thể về ứng dụng của vật liệu nano trong ysinh học (mô tả chi tiết về cấu trúc, tính chất, thiết kế và cách đưa vật liệu nano đó vào ứng dụng)?

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA VẬT LÝ

VẬT LÝ VẬT LIỆU NANO
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM THÀNH HUY
HỌC VIÊN
: ĐỖ VY PHƯƠNG UYÊN
LỚP
: VẬT LÝ CHẤT RẮN K19
Chuyên đề: Các vật liệu nano được biết đến với khả năng ứng dụng trong y-sinh học,
hãy nêu một ví dụ cụ thể về ứng dụng của vật liệu nano trong y-sinh học (mơ tả chi
tiết về cấu trúc, tính chất, thiết kế và cách đưa vật liệu nano đó vào ứng dụng)?
I. VẬT LIỆU NANO
1. Vật liệu nano là gì?
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet, chia
thành 3 trạng thái là rắn, lỏng và khí. Hiện nay, chúng ta đang chủ yếu tập trung
nghiên cứu vật liệu nano ở trạng thái rắn, sau đó mới đến các chất lỏng và khí.
Hình dáng vật liệu Nano được phân ra thành 3 loại chính gồm:
+ Vật liệu nano khơng chiều: cả 3 chiều đều có kích thước nano, khơng cịn
chiều tự do điện tử (ví dụ: hạt nano, đám nano).
+ Vật liệu nano một chiều: hai chiều có kích thước nano, một chiều tự do cho
điện tử (hai chiều cầm tù, ví dụ: ống nano, dây nano).
+ Vật liệu hai chiều: một chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên 2
chiều (ví dụ: màng mỏng).
Ngồi ra, hình dáng vật liệu nano cịn có loại vật liệu có cấu trúc nano hay
nanocomposite (trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm) hoặc cấu
trúc của nó có nano khơng chiều, 1 chiều và 2 chiều đan xen lẫn nhau.
2. Tính chất của vật liệu nano
Vật liệu nano có rất nhiều tính chất thú vị. Tuy nhiên có thể tạm chia các tính
chất đến từ hai nguồn gốc: diện tích bề mặt của vật liệu nano rất lớn và kích thước
của vật liệu nhỏ hơn một kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu. Do vật liệu

có kích thước nanomét nên số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so
với tổng số nguyên tử, vì vậy diện tích bề mặt của vật liệu nano rất lớn. Khi đó các
hiệu ứng lien quan đến bề mặt gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm
cho tính chất của vật liệu nano khác với vật liệu khối. Các tính chất vật lý, hóa học
của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước, gọi là kích thước tới hạn. Vì kích


thước của vật liệu nano nhỏ hơn độ dài kích thước tới hạn của một tính chất nào đó
mang lại cho vật liệu nano các tính chất hóa, lí khác hẳn vật liệu khối thơng thường.
Do đặc điểm của kích thước, tính chất của vật liệu nano nằm giữa tính chất
lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Có nhiều ngun nhân để giải
thích hiện tượng này và tùy thuộc vào kiểu vật liệu. Trong các chất bán dẫn nó có
được do sự hạn chế chuyển động của electron trong một không gian nhỏ hơn so với
dạng khối. Với những kim loại quý khi kích thước hạt giảm đến khoảng vài chục
nanomét có một sự hấp thụ mới, rất mạnh từ sự dao động cộng hưởng của electron
trong vùng dẫn từ bề mặt của hạt này đến bề mặt của hạt khác. Sự dao động này có
một tần số tương ứng với vùng khả biến. Điều này gọi là sự hấp thụ plasmon bề mặt.
Với nhiều kim loại chuyển tiếp, việc giảm kích thước hạt sẽ làm tăng tỉ lệ diện tích bề
mặt trên thể tích hạt. Điều này làm cho chúng có nhiều ứng dụng và khả năng hơn
trong việc ứng dụng làm chất xúc tác và hấp phụ.
II. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO
Vật liệu nano là đối tượng nghiên cứu của khoa học và công nghệ nano. Khoa
học, công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ mới, phát triển rất nhanh
chóng. Khoa học và cơng nghệ nano trên cơ sở kết hợp đa ngành đã tạo nên cuộc
cách mạng về khoa học kỹ thuật. Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới xem công
nghệ nano là mục tiêu mũi nhọn để đầu tư phát triển, đã có hàng trăm sản phẩm của
công nghệ nano được thương mại, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, hóa
học, y sinh, môi trường…
Sự kết hợp giữa công nghệ nano và từ tính đã tạo ra một cơng nghệ đặc biệt, có
tiềm năng ứng dụng cao trong y học được gọi là công nghệ nano từ. Cốt lõi của công

nghệ này là dung dịch nano từ. Thành phần của một dung dịch nano từ thường bao
gồm 5% hạt nano từ , 10% chất hoạt động bề mặt và 85% chất mang. Các hạt nanơ từ
tính có kích thước tương ứng với kích thước của các phân tử nhỏ (1-10 nm) hoặc kích
thước của các vi rút (10-100 nm). Chính vì thế mà hạt nanơ có thể thâm nhập vào hầu
hết các cơ quan trong cơ thể và giúp cho chúng ta có thể thao tác ở qui mô phân tử và
tế bào. Từ trường khơng có hại đối với con người nên các hạt nanơ từ tính được quan
tâm sử dụng rất nhiều vào mục đích chẩn đốn và chữa bệnh. Ngồi ra, dung dịch
nano từ cịn mang các tính chất của vật liệu rắn (từ bản chất của các hạt nano từ) nên
có thể tạo ra nhiệt độ cao để phá hủy các tế bào hay vật cản không mong muốn.
Trong các loại hạt nano từ, hạt nano từ Fe3O4 có từ tính tương đối tốt, rất than
thiện với mơi trường và có tính tương hợp sinh học cao. Ở bài tiểu luận này em sẽ mô
tả chi tiết về cấu trúc, tính chất, thiết kế và cách đưa vật liệu nano Fe3O4 vào ứng
dụng trong y-sinh học.
1. Cấu trúc của hạt nano Fe3O4
Fe3O4 là một ơxit hỗn hợp FeO.Fe2O3 có cấu trúc tinh thể spinel ngược, thuộc
nhóm ceramit từ, được gọi là ferit (cơng thức chung là MO.Fe2O3, trong đó M có thể


là Fe, Ni, Co, Mn...). Các ferit có cấu trúc spinel thường (thuận) hoặc spinel ngược.
Trong mỗi ô đơn vị của cấu trúc spinel thường, những ion hóa trị 3 chiếm các vị trí
bát diện cịn những ion hóa trị 2 chiếm các vị trí tứ diện. Cấu trúc spinel ngược được
sắp xếp sao cho một nửa số ion Fe3+ ở vị trí tứ diện, một nửa số ion Fe3+ cịn lại và tất
cả số ion Fe2+ ở vị trí bát diện. Mỗi vị trí bát diện có 6 ion O 2- lân cận gần nhất sắp
xếp trên các góc của khối bát diện, trong khi đó ở vị trí tứ diện có 4 ion O 2- lân cận
gần nhất sắp xếp trên các góc của khối tứ diện.

Oxy
B-Vị trí bát diện
C-Vị trí tứ diện

Hình 1: Cấu trúc tinh thể ferit thường gặp
Ơxit sắt từ Fe3O4 có cấu trúc tinh thể spinel nghịch với ô đơn vị lập phương tâm
mặt. Ô đơn vị gầm 56 nguyên tử: 32 anion O 2-, 16 cation Fe3+, 8 cation Fe2+. Dựa vào
cấu trúc Fe3O4, các spin của 8 ion Fe3+ chiếm các vị trí tứ diện, sắp xếp ngược chiều
và khác nhau về độ lớn so với các spin của 8 ion Fe3+ và 8 ion Fe2+ ở vị trí bát diện.
Các ion Fe3+ ở vị trí bát diện này ngược chiều với các ion Fe3+ ở vị trí tứ diện nên
chúng triệt tiêu nhau. Do đó mơmen từ tổng cộng là do tổng mơmen từ của các ion
Fe2+ ở vị trí bát diện gây ra. Vậy mỗi phân tử Fe3O4 vẫn có mơmen từ của các spin
trong ion Fe2+ ở vị trí bát diện gấy ra và có độ lớn là 4µB (Bohr magneton). Vì vậy
tinh thể Fe3O4 tồn tại tính dị hướng từ ( tính chất từ theo các phương khác nhau). Vật
liệu thể hiện tính chất siêu thuận từ khi vật liệu có kích thước nano đủ nhỏ và ta xem
mỗi hạt Fe3O4 như hạt đơn đơmen.
Tinh thể Fe3O4 có cấu trúc lâp phương, có độ từ hóa bão hịa MS ~ 92 A.m2.kg-1
và nhiệt độ Curie khoảng 5800C.
Ôxit sắt từ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Đặc biệt khi ở kích
thước nano, hạt Fe3O4 được xem như các hạt đơn mơmen và có tính siêu thuận từ
phục vụ chủ yếu cho lĩnh vực y sinh học, như là làm tác nhân tăng độ tương phản cho
ảnh cộng hưởng từ, làm phương tiện truyền dẫn thuốc...
2. Tính chất của hạt nano Fe3O4


Các hạt ơxit sắt từ ở kích thước nano là một loại vật liệu quan trọng. Vật liệu
nano Fe3O4 cho thấy một tiềm năng y sinh do tính chất đáng chú ý như siêu thuận từ
và tương thích sinh học. Ngoài ra việc dễ tổng hợp, tạo lớp phủ tiếp theo, chức năng
hóa và tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích cao của hạt nano Fe3O4 cho thấy sự linh hoạt vơ
song.
Hạt nano Fe3O4 với lõi đơn cầu có đường kính nhỏ hơn 20-30 nm, thể hiện tính
chất siêu thuận từ khi chúng dễ bị từ hóa khi tiếp xúc với một từ trường và khơng bị
từ hóa khi từ trường này bị tắt. Một tính chất thú vị khác của hạt nano Fe 3O4 là khả
năng đặc biệt trở nên nóng khi chịu tác động của một trường từ AC bên ngồi. Nguồn

gốc của hiện tượng nhiệt này có thể được bắt nguồn từ sự mất năng lượng trong q
trình khử (cụ thể là mất điện năng). Tính chất đặc biệt này đã được khám phá như
một phương tiện để điều trị ung thư, thông qua sự tăng than nhiệt. Một số nghiên cứu
tập trung vào nỗ lực phát triển các chiến lược hóa và lý cho sự tổng hợp hạt Fe3O4 với
kích thước, hình dạng, hình thái và tính chất từ có thể kiểm sốt. Đây là những thông
số quan trọng để đưa hạt nano Fe3O4 vào các ứng dụng khác nhau.
Các phương thức tổng hợp oxit sắt từ cho thấy tính linh hoạt cao. Thay đổi chiến
lược chế tạo oxit sắt từ liên quan đến vi khuẩn hoặc sử dụng các dung môi xanh. Tuy
nhiên, do bề mặt kị nước của chúng và diện tích bề mặt lớn, oxit sắt từ có xu hướng
tập hớp trong mơi trường sinh học và từ trường, tạo ra các mẫu phân bố kích thước
khơng đồng nhất. Ví dụ, đối với sự tập hợp trong các ứng dụng trong cơ thể có thể
dẫn đến việc giải phóng nhanh khỏi vịng tuần hồn và phản ứng khơng mong đợi.
Nói chung, cần các oxit sắt từ phân tán vào dung môi phù hợp hoặc phủ chúng với
với những phân tử polymer nhất định để tạo nên các dung dịch gọi là chất lỏng từ.
Một loạt monome, polyme và các vật liệu vô cơ có thể được sử dụng cho múc đích ổn
định này, sự cân bằng giữa không gian và lực đẩy tĩnh điện là rất quan trọng. Vì điểm
đẳng điện của oxit sắt từ khoảng pH ~ 6,8, bề mặt của magnetit có thể trở thành
dương hay âm phụ thuộc vào pH thực tế của dung dịch. Do đó, dưới điểm đẳng điện,
sự proton hóa bề mặt hạt dẫn đến sự hình thành các gốc ≡Fe-OH2+. Sự khử proton
xảy ra trên điểm đẳng điện làm tăng các gốc ≡Fe-O- trên bề mặt, ảnh hưởng đến sự
gắn kết tĩnh điện của các polyme trong bề mặt của oxit sắt từ. Ngoài việc cho phép ổn
đinh và cải thiện sự phân tán, oxit sắt từ cũng được phủ với các phân tử khác nhau để
cải thiện tính tương thích sinh học và chức năng bề mặt tăng, mở ra khả năng tạo ra
hạt oxit sắt từ đa phương thức, đa chức năng. Các hạt nano oxit sắt từ khác với các
loại hạt khác như những hạt dựa trên coban và niken ở chỗ có xu hướng tương thích
sinh học hơn.
Do sự lưu trữ, bài tiết sắt còn lại sẽ bị loại khỏi cơ thể một cách hiệu quả hơn.
Tuy nhiên do các đặc tính của hạt oxit sắt từ (kính thước, điện tích, hình thái, lớp phủ
polyme và các ligand khác) rất quan trọng trong việc xác định số phận của chúng
trong cơ thể. Nói chung, các hạt có kích cỡ nhỏ hơn 10nm nhanh chóng bị loại bỏ.

Hạt trong phạm vi 10-100nm cung cấp các kích thước tối ưu về thời gian lưu thông
trong cơ thể dài hơn.
3 Ứng dụng trong y sinh học
3.1. Trong phân tách và chọn lọc tế bào
Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học
nào đó ra khỏi mơi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các
mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những
phương pháp thường được sử dụng.
Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần
nghiên cứu; và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường.
Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nanơ từ tính. Hạt nanơ thường
dùng là hạt ơ xít sắt. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương
hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA),... Hóa chất bao phủ khơng
những có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn
giúp cho các hạt nanô phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ.
Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được
các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hc-mơn, a-xít folic tìm thấy. Các
kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để
đánh dấu tế bào. Các hạt từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các
phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế
bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi. Đối với các tế
bào lớn, kích thước của các hạt từ tính đơi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích
thước vài trăm nanơ mét.
Q trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ
trường ngồi tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các
tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thốt ra ngồi.

Hình 2: Ngun tắc phân tách tế bào bằng từ trường

Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu được trộn với nhau để các lên kết hóa học giữa
chất đánh dấu và tế bào xảy ra. Sử dụng một từ trường ngoài là một thanh nam châm
vĩnh cửu để tạo ra một gradient từ trường giữ các hạt tế bào được đánh dấu lại. Hạn
chế của phương pháp này là hiệu quả tách từ không cao.
Một phương pháp khác được sử dụng đó là dùng một gradient từ trường xuyên
tâm tạo bởi bốn thanh nam châm như hình 3. Gradient từ trường xuyên tâm làm các
tế bào đánh dấu từ bị hút về phía thành ống rất nhanh.Một cải tiến của mơ hình này là
áp dụng độ linh động từ tính của các tế bào đánh dấu từ khác nhau mà tách các tế bào
ra khỏi dung dịch. Trong ứng dụng này dung dịch không chuyển động mà gradient từ
trường chuyển động so với dung dịch đứng yên. Phụ thuộc vào độ linh động từ tính
của tế bào đánh dấu từ tính mà các tế bào sẽ được tách ra khỏi dung dịch và được thu
thập bằng một nam châm vĩnh cửu.

Hình 3: Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường sử dụng bốn thanh nam châm
3.2. Dẫn truyền thuốc
Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính khơng
đặc hiệu. Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các
tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì thế việc dùng
các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường
dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm 1970 những ứng
dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính.
Có hai lợi ích cơ bản là:
(i) Thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng
phụ của thuốc
(ii) Giảm lượng thuốc điều trị.
Hạt nanơ từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị. Lúc
này hạt nanơ có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một
chất lỏng từ và đi vào cơ thể thơng qua hệ tuần hồn. Khi các hạt đi vào mạch máu,

người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị
trí nào đó trên cơ thể. Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì q
trình nhả thuốc có thể diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các
tính chất sinh lý học do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuyếch tán
hoặc sự thay đổi của nhiệt độ. Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc
cũng tương tự như trong phân tách tế bào. Gradient từ trường có tác dụng tập trung
hệ thuốc/hạt. Hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường độ từ trường,
gradient từ trường, thể tích và tính chất từ của hạt nanô. Các chất mang thường đi vào
các tĩnh mạnh hoặc động mạch nên các thông số thủy lực như thông lượng máu, nồng
độ chất lỏng từ, thời gian tuần hồn đóng vai trị quan trọng như các thống số sinh lý
học như khoảng cách từ vị trí của thuốc đến nguồn từ trường, mức độ liên kết
thuốc/hạt, và thể tích của khối u. Các hạt có kích thước micrơ mét (tạo thành từ
những hạt siêu thuận từ có kích thước nhỏ hơn) hoạt động hiệu quả hơn trong hệ
thống tuần hoàn đặc biệt là ở các mạch máu lớn và các động mạch. Nguồn từ trường
thường là nam châm NdFeB có thể tạo ra một từ trường khoảng 0,2 T và gradient từ
trường khoảng 8 T/m với động mạch đùi và khoảng 100 T/m với động mạch cổ. Điều
này cho thấy q trình dẫn thuốc bằng hạt nanơ từ tính có hiệu quả ở những vùng
máu chảy chậm và gần nguồn từ trường. Tuy nhiên, khi các hạt nanô chuyển động ở
gần thành mạch máu thì chuyển động của chúng không tuân theo định luật Stoke nên
với một gradient từ trường nhỏ hơn q trình dẫn thuốc vẫn có tác dụng .

Hình 4: Nguyên lý dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính
Các hạt nanơ từ tính thường dùng là ô-xít sắt (magnetite Fe3O4, maghemite aFe2O3) bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học
như PVA, detran hoặc silica. Chất bao phủ có tác dụng chức năng hóa bề mặt để có
thể liên kết với các phân tử khác như nhóm chức carboxyl, biotin, avidin,
carbodiimide,… (Hình 9)[22-24] Nghiên cứu dẫn truyền thuốc đã được thử nghiệm
rất thành công trên động vật, đặc biệt nhất là dùng để điều trị u não. Việc dẫn truyền

thuốc đến các u não rất khó khăn vì thuốc cần phải vượt qua hàng rào băng cách giữa
não và máu, nhờ có trợ giúp của hạt nanơ từ có kích thước 10-20 nm, việc dẫn truyền
thuốc có hiệu quả hơn rất nhiều. Việc áp dụng phương pháp này đối với người tuy đã
có một số thành cơng, nhưng cịn rất khiêm tốn.
3.3. Đốt nhiệt từ
Phương pháp đốt các tế bào ung thư bằng từ trường ngồi mà khơng ảnh hưởng
đến các tế bào bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng khác của hạt
nanơ từ tính.
Một trong những nghiên cứu đầu tiên về đốt nhiệt từ xuất hiện từ năm 1957.
Nguyên tắc hoạt động là các hạt nanơ từ tính có kích thước từ 20-100 nm được phân
tán trong các mơ mong muốn sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều với tần số 1,2
MHz bên ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho các hạt nanô hưởng ứng mà
tạo ra nhiệt nung nóng những vùng xung quanh. Nhiệt độ khoảng 42 °C trong khoảng
30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư trong khi các tế bào thường vẫn an
toàn.
Nghiên cứu về kĩ thuật tăng thân nhiệt cục bộ được phát triển từ rất lâu và có rất
nhiều cơng trình đề cập đến kĩ thuật này nhưng chưa có cơng bố nào thành cơng trên
người. Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền lượng hạt nanơ phù hợp để tạo ra đủ
nhiệt lượng khi có sự có mặt của từ trường ngồi mạnh trong phạm vi điều trị cho
phép. Thực nghiệm và tính tốn cho biết tỉ số phát nhiệt vào khoảng 100 mW/cm3 là
đủ trong hầu hết các trường hợp thực nghiệm. Tần số và biên độ của từ trường
thường dùng dao động trong khoảng f = 0,05-1,2 MHz, H < 0,02 T. Mật độ hạt nanô
cần thiết vào khoảng 5-10 mg/cm3. Vật liệu dùng để làm hạt nanơ thường là
magnetite và maghemite và có thể có tính sắt từ hoặc siêu thuận từ.
3.4. Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ
Mặc dù mômen từ của một prôtôn rất nhỏ (bằng 1,510-3 mômen từ của điện tử)
nhưng trong cơ thể động vật có một lượng rất lớn prôtôn (hạt nhân nguyên tử hiđrô
của phân tử nước, vào khoảng 6,61019 proton/mm3 nước) nên có thể tạo ra một hiệu
ứng có thể đo được.

Nếu tác dụng một từ trường tĩnh cố định có cường độ B0 = 1 T thì sẽ có ba phần
triệu proton (tương đương với 21014 proton) sẽ định hướng theo phương của từ
trường ngồi B0. Tín hiệu này có thể đo được bằng hấp thụ cộng hưởng như sau: tác
dụng một từ trường xoay chiều vng góc với từ trường cố định B0 và có tần số bằng
tần số tuế sai Larmor 0 = B0 ( là hệ số từ cơ của proton) của prơtơn thì sự hấp thụ
cộng hưởng sẽ xảy ra. Với hạt nhân nguyên tử hiđrô 1H, tỉ số từ cơ 2,67108 rad s-1 T1
). Tần số tuế sai Larmor sẽ tương ứng với tần số sóng vơ tuyến và có giá trị là 42,57
MHz. Khi chỉ có mặt của từ trường cố định, prôtôn sẽ tuế sai xung quanh hướng của
từ trường. Khi từ trường xoay chiều được phát ra, mặc dù cường độ của từ trường này
yếu hơn nhiều so với từ trường cố định nhưng vì tần số của nó đúng bằng tần số tuế


sai nên mô mentừ của prôtôn sẽ hướng theo phương của từ trường xoay chiều, tức là
vng góc với từ trường cố định. Thực tế người ta tác dụng từ trường xoay chiều theo
từng xung, độ dài của xung đủ lớn để tạo hưởng ứng liên kết của mô men từ mà máy
đo có thể đo được. Khi từ trường xoay chiều ngừng tác động, mô men từ sẽ trở lại
phương của từ trường cố định. Một cuộn dây thu tín hiệu sẽ thu lại thời gian hồi phục
cả mơ men từ của proton trở lại phương của từ trường B0 sau khi được khuyếch đại
50 – 100 lần.
Các hạt nanơ siêu thuận từ tạo thành từ ơ xít sắt hoặc hợp chất chứa Gd thường
được sử dụng như tác nhân làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ. Sự có mặt
của chúng làm nhiễu loạn từ trường địa phương nên làm T2 (thời gian hồi phục
ngang) thay đổi giá trị rất nhiều. Giá trị của T1 (thời gian hồi phục dọc) cũng thay đổi
nhưng ở mức độ yếu hơn. Dựa trên đặc tính của từng mơ trong cơ thể, tùy loại mô mà
độ hấp thụ hạt nanô mạnh hay yếu. Từ trường xoay chiều tác dụng thường được khởi
động theo từ xung. Các thông số quan trọng là chu kì của xung (thời gian giữa hai
xung liên tiếp) và thời gian trễ (thời gian khi bật xung đến khi đo tín hiệu). Chu kì
ngắn sẽ tăng hiệu ứng T1, chu kì dài làm cho các proton đạt được trạng thái hồi phục
dọc hoàn toàn nên làm giảm T1. Thời gian trễ ngắn làm giảm T2, thời gian trễ dài làm
tăng T2. Như vậy ta có thể thu tín hiệu dựa trên T1 (tối ưu hóa chu kì và giảm thời

gian trễ) hoặc T2 (chu kì và thời gian trễ dài).

Hình 5: Thời gian hồi phục khi có mặt của hạt nano từ tính
và khi khơng có hạt nano từ tính