xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu oxit sắt nono và phức nhằm khảo sát khả năng ứng dụng trong y sinh học

1
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH









BÁO CÁO NGHIỆM THU

ĐỀ TÀI NGHỊÊN CỨU KHCN CẤP SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
TP HỒ CHÍ MINH 2006-2008



Tên đề tài:

XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
VẬT LIỆU OXIT SẮT NANÔ VÀ PHỨC NHẰM
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG Y
SINH HỌC

Chủ nhiệm đề tài:
GS. TSKH NGUYỄN CÔNG HÀO
Cơ quan chủ trì: Phân viện Hóa học các HCTN tại TP HCM








TP HỒ CHÍ MINH 2008

2
BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC& CÔNG
NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

1. Tên đề tài: Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo vật liệu oxit sắt
nano và phức nhằm khảo sát khả năng ứng dụng trong y sinh học
2. Chủ nhiệm đề tài: GS.TSKH Nguyễn Công Hào
3. Cơ quan chủ trì đề tài: Phân Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên
tại TP Hồ Chí Minh
4. Cơ quan quản lý đề tài: Sở Khoa học và Công nghệ TP H
ồ Chí Minh
5. Danh sách các cán bộ tham gia chính trong đề tài:


TT Họ và tên Học
vị/chức
danh

KH
Ngành
chuyên
môn
Đơn vị
công tác
1
Nguyễn Cửu Thị
Hương Giang
TS Sinh học
phân tử
Phân viện Hóa HCTN

2
Trần Hòang Hải TS, PGS Vật lý vật
liệu y sinh

Phân viện Vật lý
3
Đòan thị Kim Dung ThS


Vật liệu nanô Phân viện Vật lý
4
Phạm Đình Hùng TS,PGS Hóa học
hữu`cơ

PTN nanô
ĐH QG TP HCM
5

Lê Quốc Minh TS,PGS
Giám đốc
Vật liệu công
nghệ nanô và
ứng dụng
Liên Hi
ệp KHSX
IMAG
6
Phạm Ngọc Hoa TS,
Trưởng
Khoa
Bác sỹ Bệnh viện Chơ Rẫy TP
HCM
7
Nguyễn Phương
Dung

TS Dược sỹ ĐH Y dược TP HCM

8
Nguyễn Phương
Nam

ThS Tin Sinh học ĐH KHTN
PV HH CHCTN

3

MUC LUC

Trang
PHẦN TỔNG QUAN 1
PHẦN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT SẮT KÍCH THƯƠC NANÔ
ỨNG DỤNG LÀM TĂNG ĐỘ NÉT HÌNH ẢNH TRONG CỘNG HƯƠNG TỪ 5
I.1. Mở đầu
I.2. Tổng hợp các hạt nanô oxit sắt Fe
3
O
4
6
I.2.1. Các thiết bị thực nghiệm 6
I.2.2. Hóa chất 6
I.2.3. Qui trình tổng hợp hạt 6
I.3. Kết quả thực nghiệm 8
I.3.1. Phổ nhiễu xạ tia X 8
I.3.2. Đường cong từ hóa 9
I.3.3. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 11
I.4. Tổng hợp chất lỏng từ 14
I.4.1. Thiết bị thực nghiệm 14
I.4.2. Hóa chất 14
I.4.3. Quy trình tổng hợp 15
I.4.4. Kết quả đo tính chất từ và phân tích cấu trúc 17
I.4.5. Phân tích cấu trúc hạt 17
I.4.6. Khảo sát tính chất từ 18

I.4.7. Dạng hình học và kích thước 19
I.5. Ứng dụng và kiểm nghiệm 20
I.5.1. Thử nghiệm độc tính cấp 21
I.5.2. Kiểm nghiệm chất sinh nhiệt 23
I.5.3. Chụp ảnh cộng hưở
ng từ 26
I.6. Kết luận phần I 28
Phần II: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GLUCONAT MỘT SỐ MUỐI KIM LOẠI
ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG BỆNH THIẾU MÁU DO THIẾU SẮT 29
II.1. Nội dung nghiên cứu 29
II.2. Phương pháp nghiên cứu 29
II.3. Nghiên cứu tổng hợp canxi gluconat 30
II.3.1. Tổng hợp canxi gluconat bằng phương pháp khuấy từ 30
II.3.2. Tổng hợp canxi gluconat bằng phương pháp vi sóng 34
II.3.3. Tổng hợp canxi gluconat b
ằng kỹ thuật siêu âm 37
II.3.4. Một số hằng số vật lý và phân tích phổ của canxi gluconat 39
II.4. Nghiên cứu tổng hợp sắt gluconat 41
II.4.1. Tổng hợp Sắt (II) gluconat 41
II.4.2. Tổng hợp Sắt (III) gluconat 44
II.5. Nghiên cứu tổng hợp Đồng (II) gluconat 46
II 6. Nghiên cứu tổng hợp Mangan (II) gluconat 48
II.7. Nghiên cứu tác dụng bổ huyết của BM1, BM2, BM3 và BM4 52
II.7.1. Phương pháp, phương tiện 52
II.7.2. Kết quả
thử nghiệm BM1,BM2 54

4
II.7.3. Kết luận phần thử nghiệm BM1 và BM2 57
II.7.5. Kết quả thực nghiệm khảo sát tác dụng BM3 và BM4 58

II.7.6. Kết luận thử nghiệm BM3 và BM4 61
II.8. Qui trình pha chế thuốc bổ máu phục vụ cho thử nghiệm sinh học 62
II.9. Kết luận phần II 64
Phần III:
PHẦN KẾT LUẬN 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
PHỤ LỤC 68

5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Các mẫu hạt Fe3O4 được đưa đi khảo sát 07
Bảng 1.2. Các mẫu đã tiến hành thực nghiệm 16
Bảng 1.3. Kết quả theo dõi thân nhiệt trong 03 ngày 25
Bảng 1.4. Kết quả thử nghiệm chất sinh nhiệt 25
Bảng 2.1. Các nhân tố phản ứng trong tổng hợp canxi gluconat 31
Bảng 2.2. Kềt quả tối ưu hóa tổng hợp canxi gluconat b
ằng
phương pháp leo dốc 31
Bảng 2.3. Bảng biến thiên của hiệu suất canxi gluconat theo nhiệt độ 33
Bảng 2.4. Bảng biến thiên của hiệu suất canxi gluconat theo

thời gian phản ứng 34
Bảng 2.5. Khảo sát tổng hợp canxi gluconat bằng vi sóng theo
thời gian phản ứng 35
Bảng 2.6. Khảo sát phản ứng tổng hợp canxi gluconat bằng thanh
Siêu âm theo thời gian phản ứng 37
Bảng 2.7. Khả
o sát phản ứng tổng hợp canxi gluconat bằng bồn siêu âm theo
thời gian phản ứng 38
Bảng 2.8. Kết quả phân tích
13
C NMR canci gluconat 39
Bảng 2.9. Kết quả phân tích phổ
1
H NMR 40
Bảng 2.10. Biến thiên của hiệu suất phản ứng tổng hợp sắt (II) theo
nhiệt độ và thời gian phản ứng 42
Bàng 2.11. Biến thiên của hiệu suất phản ứng tổng hợp Sắt (II) gluconat
theo nhiệt độ và thời gian phản ứng. 45
Bang 2.12. Biến thiên của hiệu suất phản ứng tổng hợp Sắt (III) gluconat
theo nhiệt độ và thời gian phản ứng. 45
Bảng 2.13 Kh
ảo sát phản ứng tổng hợp Mangan(II) gluconat theo nhiệt độ 49
Bảng 2.14. Khảo sát phản ứng tổng hợp Mangan (II) gluconat theo thời gian 50
Bảng 2.15. Số lượng hồng cầu(triệu/mm
3
) chuột nhắt trước và sau điều trị 54
Bảng 2.16. Trị số Hct(%) của chuột nhắt trước và sau điều trị 55
Bảng 2.17. Trị số Hb(%) của chột nhắt trước và sau khi tiêm APH 56
Bảng 2.18. Trọng lượng lách (g) chuột nhắt trước và sau điều trị 14 ngày 57
Bảng 2.19. Số lượng hồng cầu (triệu/mm

3
) chuột nhắt trước và sau điều trị 58
Bảng 2.20. Trị số Hct(%) của chuột nhắt trước và sau điều trị 59
Bảng 2.21. Trị số Hb(%) của chột nhắt trước và sau khi tiêm APH 60
Bảng 2.22. Trọng lượng lách (g) chuột nhắt sau điều trị 14 ngày 61









6
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ

Đồ thị 2.1. Biến thiên hiệu suất tổng hợp canxi gluconat
theo nhiệt độ phản ứng 33
Đồ thị 2.2. Biến thiên hiệu suất tổng hợp canxi gluconat
theo thời gian phản ứng 34
Đồ thị 2.3. Biến thiên hiệu suất tổng hợp mangan(II) gluconat
theo nhiệt độ phản ứng 49
Đổ thị 2.4. Biểu diễn hiệu suất tổng hợp mangan (II) gluconat
theo th
ời gian phản ứng 50
Đồ thị 2.5. Số lượng hồng cầu (triệu/mm
3
) chuột nhắt trước và sau điều trị 54
Đồ thị 2.6. Trị số Hct(%) của chuột nhắt trước và sau điều trị 55

Đồ thị 2.7. Trị số Hb(%) của chuột nhắt trước và sau khi tiêm APH 56
Đồ thị 2.8. Trọng lượng lách (g) chuột nhắt sau điều trị 56
Đồ thị 2.9. Số lượng hồng cầu (triệu/mm
3
) chuột nhắt trước và sau điều trị 58
Đồ thị 2.10. Trị số Hct(%) của chuột nhắt trước và sau điều trị 59
Đồ thị 2.11. Trị số Hb(%) của chột nhắt trước và sau khi tiêm APH 60
Đồ thị 2.12. Trọng lượng lách (g) chuột nhắt sau điều trị 61

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp hạt nano bằng phương pháp đồng kết tủa 7
Hình 1.2. Ph
ổ nhiễu xạ của mẫu hạt C15 8
Hình 1.3. Phổ nhiễu xạ của mẫu hạt C 65 8
Hình 1.4. So sánh đường cong từ hóa của C9 và C10 9
Hình 1.5. Đường cong từ hóa của hai mẫu C9 và C42 10
Hình 1.6. Các đường cong từ hóa của các mẫu C55, C65, C75 10
Hình 1.7. Ảnh SEM của các mẫu C19 và C15 11
Hình 1.8. Ảnh SEM của các mẫu C9 và C42 11
Hình 1.9. Ảnh SEM của các mẫu C55, C65 và C75 12
Hình 1.10. Ảnh TEM của các mẫu có kích cỡ khác nhau 13
Hình 1.11. Phổ nhiễu xạ
tia X của các mẫu H4,H8,H9,H11,H12 17
Hình 1.12. Ảnh TEM của mẫu H4 đã phủ starch 20
Hình 1.13. Ảnh FESEM của mẫu H4 đã phủ starch 20
Hình 1.14. Lấy thân nhiệt của Thỏ 26
Hình 1.15. Gan Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ 26
Hình 1.16. Gan Thỏ sau khi tiêm 2 phút 27
Hình 1.17. Gan Thỏ sau khi tiêm 15 phút 27

Hình 1.18. Xương sống Thỏ khi chưa tiêm chất lỏng từ 27
Hình 1.19. Xương sống Thỏ sau khi tiêm 18 phút 27



1
PHẦN TỔNG QUAN


Trong những năm gần đây công nghệ nanô đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới,
nhiều thành tựu đã được ứng dụng trong các ngành kinh tế và trong đời sống. Một
trong những lĩnh vực đang được thế giới quan tâm và được các nhà khoa học cũng
như chính phủ các nước đầu tư cho nghiên cứu ứng dụng là phục vụ cho lĩnh vực y
sinh học nhằm bảo vệ sức kh
ỏe con người [1].
Các hạt nano từ đã được quan tâm nghiên cứu vì các ứng dụng của chúng trong
nhiều lĩnh vực như làm bộ nhớ dung lượng cao, …từ tính, chất hấp thụ sóng
viba…đặc biệt là trong lĩnh vực sinh y học như chẩn đoán và điều trị các bệnh nan y
như ung thư, các phép tách chiết tế bào, DNA, protein, phân phối thuôc đến đúng
các mô bệnh, nâng nhiệt cục bộ tại các mô bệnh để diệt t
ế bào ung thư và trươc hết
là chẩn đoán chính xác căn bệnh ung thư khi còn sơ khai nhờ chụp ảnh cộng hưởng
từ nhờ các chất tương phản nano từ.
Giới thiệu về cộng hưởng từ (MR)và ảnh cộng hưởng từ (MRI):

Tạo ảnh cộng hưởng từ là một kỹ thuật hiện đại, cho ta thấy hình ảnh của cơ thể dưạ
trên nguyên lý của cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Đó là sự khác nhau về cường độ
của tín hiệu mà mỗi mô trong cơ thể tạo ra tương ứng với xung của tần số vô tuyến.
Nếu ta đặt một từ trường mạnh B
0

không thay đổi lên một tập hợp các proton
như hạt nhân hydrogen trong phân tử nước, thì mômen từ spin của proton sẽ chuyển
động tuế sai xung quanh trục z của từ trường với tần số Larmor :

00
B
γ
ω
=

Sau đó ta đặt thêm một từ trường xung biến thiên với tần số vô tuyến vuông góc với
từ trường ngoài đúng bằng với tần số larmor thì sẽ có sự hấp thụ cộng hưởng xảy ra,
Các proton sẽ chuyển lên các mức năng lượng cao hơn. Khi ngắt xung tần số vô
tuyến thì có sự hồi phục của proton về trạng thái ban đầu và phát ra một lượng nhỏ
của bức xạ
điện từ được các cuộn dò phát hiện và chuyển thành hình ảnh. Hai tác
nhân ảnh hưởng đến ảnh của cộng hưởng từ là mật độ proton và các hằng số thời
gian hồi phục từ dọc (T1) và ngang (T2).
Trong 1 mm
3
có gần 6.6 x 10
19
proton. Khi có hiện tượng cộng hưởng xảy ra thì
chỉ cần có 2 x 10
14
proton trên 1 mm
3
nước tham gia quá trình này thì tín hiệu do
chúng gây ra cũng đủ để nhận biết trên ảnh cộng hưởng từ.
Nếu từ trường ngoài hướng dọc theo trục z thì các thời gian hồi phục dọc ( hay

spin- mạng) và hồi phục ngang (hay spin-spin) lên hệ với các tín hiệu hồi phục có
dạng:
m
z
= m
(
)
1
/-
1
Tt
e−
m
x,y
= m sin
()
2
/
0
Tt
et
−
+
φω

t- thời gian, ( hằng số pha).
T1 đặc trưng cho sự mất mát nhiệt cho môi trường xung quanh.
T2 đặc trưng cho sự lệch pha của proton với từ trường xoay chiều.
Chất lượng của ảnh cộng hưởng từ có thể tăng cường bằng các chất tương phản.
Nguyên lý về chất tương phản là làm sao để thay đổi được các hằng số T1 và T2.

Bằng cách giảm T1 là ta đã tăng độ khuếch
đại của tín hiệu lên. Bằng cách giảm T2
là ta đã tăng tính tương phản của ảnh. Bằng cách dùng các chất tương phản từ tính
thì ta có thể làm giảm được các hằng số T1 và T2.


2
Ferrit kích thước hạt nanô được quan tâm đến từ lâu bởi khả năng gắn kết với các
chất có hoạt tính sinh học như enzym, kháng nguyên, DNA. Đây cũng là hướng có
nhiều triển vọng ứng dụng trong y sinh học.
Trong các vật liệu nanô có từ tính, chúng ta thấy rất nhiều tác dụng trên có thể
thu được với ôxit sắt hai (II) và ba (III). Các ôxit sắt có những ứng dụng rất có triển
vọng như: dùng ôxit sắt nanô để đánh dấu và phân lập tế bào, chữa bệnh theo
phương thức nâng nhiệt cục bộ bởi từ trường, phân phối thuốc và đặc biệt, nâng cao
chất lượng hình ảnh của cộng hưởng từ hạt nhân MRI [2]. Đượ
c tập trung nghiên
cứu ứng dụng trong y sinh học như vậy, có lẽ vì ôxit sắt rất thân thiện với thế giới
sinh học, trong đó có con người. Sắt có trong thành phần của máu, vì vậy từ lâu khi
bị thiếu máu người ta phải uống thuốc chứa sắt để khỏi bệnh! Gần đây đã có những
thông báo tổng hợp hạt ôxit sắt nanô và xử lí bề mặt của chúng nhằm sử dụng làm
vật liệu sinh học và các loại “thuốc” trị bệnh khác nhau [3].


• Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trước đây có nhiều tác giả nghiên cứu tổng hợp ferrit kích thước nanô trong các
điều kiện khác nhau như điều chế từ Fe(OH)
2
ở 90
o
C [4], hay tổng hợp ở nhiệt độ

phòng [5]. Cả hai công trình trên đều tiến hành trong mội trường kiềm mạnh
pH=10-12. Gần đây có tác giả đã công bố phương pháp tổng hợp ferrit kích thước
nanô ở trong khoảng 3-20
o
C, pH=7-9, với điều kiện này phù hợp với các phân tử
sinh học nhạy cảm như trypsin, avidin. Tuy nhiên với kích thước của ferrit cở 10
nm thì từ lực quá nhỏ khó tách chúng ra khỏi nước do đó cần điều chế kích thước
lớn hơn. Tác giả Tada M. và cộng sự [6] đã thành công trong việc điều chế ferrit
kích thước 30 nm khá phù hợp với việc nghiên cứu gắn kết với các chất có hoạt tính
sinh học. Hatanaka và cộ
ng sự cũng đã thành công trong việc gắn kết FITC-avidin
lên hạt ferrit nanô kích thước nhỏ 10 nm [7]. Một số tác giả khác lại đưa ra phương
pháp tổng hợp ferrit kích thước nanô nhờ phản ứng đồng kết tủa giưa hai dung dịch
FeCl
2
và FeCl
3
bằng pipet nhỏ giọt 0,04 ml/giây và vòi phun áp điện kích cỡ 50 µm,
tốc độ 0,01 ml/giây[8]. Kích thược hạt thu được khi dùng pipet nhỏ giọt là 5-8 nm,
khi dùng vòi phun áp điện là từ 3 đến 5 nm. Một công trình nghiên cứu đáng chú ý
nữa là tổng hợp ferrit kích thước nanô có điều chỉnh kích cỡ trong các dung dịch
điện ly khác nhau [9].
Hầu hết các chất tương phản đều là các chất thuận từ. Chất tăng cường
tương phản đầu tiên được đưa ra thị trường là chromium-EDTA, nhưng do tính bền
trong thời gian quá dài, nên đã hạn chế sử dụng trong lâm sàng. Hiện nay trên thị
trường đang lưu hành chất axit gadolium-diethylenetriamine pentaacetic ( Gd-
DTPA) với tên gọi là Magnetvist, cũng là chất thuận từ ( PM). Một loại khác của
chất tương phản được quan tâm rấ
t nhiều là các hạt nanô siêu thuận từ. Bởi vì các
chất siêu thuận từ không có độ từ hóa còn dư khi ngắt từ trường ngoài. Khi sử dụng

các chất này thì các hằng số thời gian hồi phục được rút ngắn rất nhiều so với chất
tương phản thuận từ như Gd-DTPA. Các chất tăng cường tính tương phản cho ảnh
của cộng hưởng từ là các hạt nano ôxyt sắt siêu thuận từ hiện
đang được quan tâm.
Chẳng hạn các chất FeridexI.V, được hãng Advance Magnetics tung ra thị trường,
đã đựơc sử dụng chụp ảnh gan, rối loạn túi mật. Một chất tương phản ôxít sắt khác
có tên Resovit được sủ dụng chụp các khối u.[10,11]
Các chất tương phản ôxit sắt siêu thuận từ có một sức hấp dẫn đối với các nghiên

3
cứu và điều trị bệnh vì chúng ít gây độc hại khi hoạt động trong cơ thể, sau khi điều
trị thì chúng sẽ tự phân hủy qua đường gan. Độ từ hóa bão hòa của chúng lớn nên
dễ diều khiển bằng từ trường ngoài.
Tùy theo từng bộ phận trong cơ thể mà người ta sử dụng các hạt có kích thước
khác nhau. Chẳng hạn, chụp ảnh ruột: đường kính trung bình của hạt không nhỏ
hơ
n 300 nm, chụp ảnh gan, lách: đường kính từ 80 – 150 nm, ảnh u bạch huyết: 20
– 40 nm, ảnh tủy xương : 20 nm…
Kích thước của các hạt phụ thuộc vào các phương pháp tổng hợp: phương pháp
vật lý , phương pháp hóa học và chiều dày lớp phủ bên ngoài. Lớp phủ bên ngoài
phải có tính thích nghi sinh học, Chẳng hạn: Polyethylene glycol (PEG), Dextran,
Polyvinylpyrrolidone (PVP), Fatty acids, Polyvinyl alcohol (PVA) , Polyacrylic
acid, …
Các chất tương phản ảnh cộng hưởng từ được sử dụng qua đường uống, tiêm vào
tĩnh mạch ho
ặc tiêm thẳng vào bộ phân cần chụp, tùy theo từng bộ phận trong cơ
thể[12].
Người ta cũng đã nghiên cứu khả năng gắn kết các chất có hoạt tính sinh học như
enzym, kháng nguyên, DNA lên các hạt ferrit kích thước nanô [13].
Tuy nhiên công trình nghiên cứu sự gắn kết của aptamer lên ferrit kích thước nanô

còn chưa được khảo sát. Đây chính là nội dung chúng tôi thấy cần tiếp tục nghiên
cứu. Việc chế tạo ra các tổ hợp vật liệu nanô có gắ
n kết các chất mang hoạt tính
sinh học cao có rất nhiều ý nghĩa. Một số công trình nghiên cứu nghiên cứu theo
hướng sử dụng vật liệu cấu trúc nanô trong chẩn đoán nhanh dịch bệnh. Trong đó
có đề cập đến khả năng tận dụng các tính chất của các hạt ferrit kích thước nanô
dước tác động của các chất có hoạt tính sinh học như axit nucleic hay protein và
virus [14]. Khi tạo ra được các tổ hợp aptamer với ferrit kích thước nanô chẳng
nh
ững có khả năng góp phần chẩn đoán sớm ung thư và các bệnh do virus gây ra
mà aptamer còn có khả năng dẫn các hạt sắt từ nhỏ đến gần tế bào ung thư để tiêu
diệt chúng. Hơn thế nữa nếu như gắn kết được các thuốc chữa ung thư hiên đang
dùng như taxol lên đó có khả năng tạo ra thuốc hoá trị liệu đặc hiệu chỉ tấn công lên
tế bào ung thư
.Đây là các nội dung đã chuyển sang NCCB[15].
Nghiên cứu nâng cao thể lực cũng có liên quan mật thiết đến sự gia tăng hồng huyết
cầu trong máu. Từ lâu những chứng bệnh thiếu máu do thiếu sắt đã được điều trị
bằng các viên thuốc chứa sắt. Trong danh mục các biệt dược điều trị căn bệnh này
có trên 10 lọai khác nhau nhưng họat chất chính vẫn là muối của sắt nh
ư Sắt
sunphat, Sắt fumarat, Sắt gluconat. Thời gian cuối người ta nghiên cứu sử dụng
nhiều hợp chất phức sắt khác nhau trong đó có Sắt gluconat, sản phẩm điều chế từ
muối sắt với gluconic acid. Theo nghiên cứu của bệnh viện Massachusetts General
Hospital tại Boston trong các năm 1999-2002 cho thấy sử dụng sắt gluconat an tòan
hơn là dùng Sắt dextran [16]. Việc nghiên cứu tiếp tục đang được triển khai và
trong đó công nghệ ch
ế tạo sắt gluconat hiệu suất cao chất lượng tốt cũng là một nội
dung đáng quan tâm trong đề tài nghiên cứu về oxitsắt nanô. Gần đây có một số
công trình nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học của các muối gluconat Sắt,
Đồng, Mangan, đặc biệt là khả năng phòng trị bệnh ung thư [23]

4
• Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong một số năm qua, nhất là từ khi chương trình khoa học cơ bản trọng điểm
về khoa học và công nghệ nanô do Giáo sư Viện sỹ Nguyễn Văn Hiệu đề xuất và
được nhà nước phê duyệt cho triển khai năm 2004-2005, hàng loạt các nghiên cứu
vật liệu nanô và ứng dụng đã xuất hiện. Trong lĩnh vực Vật lý và Khoa học Vật liệu,
tại hội nghị Vật lý toàn quốc, họ
p vào đầu tháng 11 năm 2005, Hà Nội, chúng ta
thấy có khá nhiều báo cáo của các tập thể khoa học lớn liên quan đến vật liệu ôxit
sắt dạng hạt nanô và ứng dụng. Như các báo cáo của nhóm nghiên cứu của GS
Thân Đức Hiền, ITIMS, ĐH Bách Khoa Hà nội về chất lỏng từ, GS Nguyễn Hữu
Đức, ĐH Công nghệ, PGS Trần Hoàng Hải, Phân Viện Vật lý, TP HCM, TS
Nguyễn Hoàng Hải, ĐHKHTN, ĐHQG Hà nội về chế tạo dịch keo c
ủa ôxit sắt
dạng hạt nanô và triển vọng ứng dụng trong y sinh học [17]. Theo hướng tổng hợp
vật liệu gắn liền với kĩ thuật tương thích sinh học, gần đây còn có công trình của GS
Nguyễn Công Hào và TS Nguyễn Cửu Thị Hương Giang nghiên cứu chế tạo tổ hợp
ôxit sắt nanô được bao bọc bằng phân tử ADN, tạo nên một siêu phân tử (vật liệu
lai hữu cơ - vô cơ cấu trúc nanô), có kh
ả năng tương thích sinh học cao[18]. Từ vài
năm trước đây, tập thể khoa học của PGS Lê Quốc Minh và GS.TSKH Nguyễn Phú
Thuỳ, đã tổng hợp thành công nanocomposite của ôxit sắt trong nền solgel, từ đấy
có thể chế tạo màng mỏng chứa hạt sắt (kim loại) nanô, trong mạng silica [19]. Thời
gian qua, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Côngnghệ Việt nam, đã tổ chức
một số khảo sát ban đầu v
ề khả năng tổng hợp dung dịch keo (dịch keo huyền phù)

nanô của ôxit sắt và bari sunphat định hướng ứng dụng trong công nghệ chuẩn
đoán và điều trị [20].
Phân Viện Vật lý tại Tp. Hồ Chí Minh trong hơn hai năm nay đã bắt đầu vào
việc nghiên cứu công nghệ nanô, đặc biệt đi sâu vào việc tổng hợp các hạt nanô siêu
thuận từ ôxit sắt: các loại hạt nanô ferit spinel: M Fe2O4 ( M= Fe, Co, Ni, Zn,
Chúng tôi đã thi
ết lập quy trình công nghệ tổng hợp các hạt nanô siêu thuận từ oxit
sắt với sự phân bố kích thước hạt theo các yêu cầu . Bước đầu đã phủ một số hợp
chất có tính thích nghi sinh học để phục vụ cho các công việc nghiên cứu trong y
sinh học, đặc biệt trong việc chẩn đóan chính xác và điều trị các bệnh nan y như ung
thư.[21,22].
Nắm bắt nhu cầu cấp thiêt của ngành y tế của nước ta trong chu
ẩn đoán và điều trị
bệnh , cụ thể trong lĩnh vực chuẩn đoán hình ảnh cộng hưởng từ, hiện tại phải nhập
ngoại hoàn toàn hoá phẩm dịch tương phản các loại ( khoảng 50.000 liều /năm
2005) phục vụ cho tất cả các cơ sở y tế có thi
ết bị MRI. Trong đề tài nghiên cứu
này, đầu tiên chúng tôi sẽ tâp trung tổng hợp các hợp chất tăng cường tính tương
phản ảnh cộng hưởng từ nhằm mục đích thay thế cho các chất phải nhập từ nước
ngoài.
Tiếp đến chúng tôi nghiên cứu khả năng gắn kết giữa ferrit kích thước nanô với
DNA và nucleotid khác nhau nhằm tạo ra các chất mang thuốc đến tế bào đích,
phục vụ phương pháp hoá trị liệu đặ
c hiệu trong điều trị bệnh nan y. Đồng thời triển
khai ứng dụng phức Sắt với các ligan khác nhau như Sắt gluconat, Sắt dextran (nhu
cầu 200.000 liều/năm 2005)v.v đã được nghiên cứu nhằm sớm đưa vào sản xuất
thử dược phẩm “ chống thiếu máu” ở Việt nam.


5

PHẦN I
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT SẮT KÍCH THƯỚC NANO ỨNG
DỤNG LÀM TĂNG ĐỘ NÉT HÌNH ẢNH TRONG CỘNG HƯƠNG TỪ

I.1. Mở đầu:
Bắt đầu từ thập kỷ 80 của thế kỷ trước nền khoa học và công nghệ thế giới đã đặt
biệt chú ý tới một hướng nghiên cứu và phát triển đặc biệt kỳ lạ và lý thú mà ngày nay
được gọi là khoa học và công nghệ nano. Tên gọi nano có ý nghĩa là hướng nghiên cứu
này liên quan đến các vật thể, cấu trúc có kích thước khoảng từ 1 đến 100 nanomét
(nm), mà một nanomét bằng một phần t
ỷ của mét.Các vật liệu có kích thước nano thể
hiện những thuộc tính không giống với vật liệu khối tương ứng, đồng thời kích thước
và bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của vật liệu [1].
Đặc biệt , công nghệ nanô đã và đang có nhiều ứng dụng quan trọng trong khoa
học đời sống và chăm sóc sức khỏe con người. Các nhà khoa học ngày càng bị cu
ốn
hút khi nghiên cứu hạt nano từ đặc biệt trong lĩnh vực y – sinh học. Bởi vì hạt nano từ
được coi là kẻ dẫn đường chỉ điểm lợi hại trong y – sinh như sử dụng hạt nano từ để
tách từ, làm tăng tính tương phản ở ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, làm chất dẫn thuốc,
làm cảm biến thông minh . Các ứng dụng này có thể xem như một cuộc cách mạng
về y sinh học vì có thể chuẩn đoán chính xác và điều trị hoàn toàn một số bệnh ung thư
mà trước đây không thể chữa khỏi, các khối u ở các cơ quan của cơ thể người như:
gan, phổi, ruột và não… đã được xác định chính xác và phá hủy mà không gây ảnh
hưởng đến các mô lành xung quanh.
Qua nghiên cứu cho thấy, hạt nanô từ tồn tại trong chất lỏng từ phải không mang
độc tố và đảm bảo kh
ả năng lưu thông dễ dàng trong cơ thể. Hạt nanô oxít sắt từ Fe
3
O

4

có khả năng đáp ứng được những yêu cầu trên và đang được nghiên cứu, tổng hợp ở
Việt Nam. Hiện nay phương pháp chẩn đóan bệnh băng chup ảnh cộng hưởng từ là
phương pháp tiên tiến nhất trên thế giới và đã được sử dụng phổ biến ở các nươc phát
triễn trên thế giới. Việc sử dụng các chất tăng độ tương phản trong
ảnh chụp cộng
hưởng từ như ôxit sắt siêu thuận từ đã giúp cho các bác sĩ phân biệt và chẩn đóan được
các bênh tật của người bênh. Đặc biệt trong những căn bệnh nan y như ung thư, thi
người bác sĩ có thể phát hiện từ rất sớm, như khối u lành tính hay ác tính, đã bị di căn
chưa…giúp cho các bác sĩ đưa ra các phát đồ và phương pháp chữa trị kip thời và có
thể chữa trị kh
ỏi căn bệnh.
Với tính ưu việt như vây , nhưng giá thành rất đắt, nên ở Việt Nam vẫn chưa sử
dụng đại trà được. Vì vậy trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi hy vọng sẽ tổng hợp
được các chất tăng tính tương phản cho ảnh chụp cộng hưởng từ dự trên cơ sở của các
hạt nanô ôxít sắt siêu thuân từ với các vỏ bọc có tính thích nghi sinh học để có thể đưa
vào trong cơ thể con người
Tham khảo các tài liệu của nước ngoài thì muốn đạt được tiêu chuẩn là chất tăng
tính tương phản trong ảnh chụp công hưởng từ thì các chất lỏng từ dựa trên cơ sở của
ôxit sắt phải đáp ứng các điều kiện sau đây:
Tính đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và mang tính siêu thuận từ và vật
liệu có tính thích hợp sinh học (không có độ
c tính), nghĩa là:

6
- Tính đồng nhất về kích thước liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo.
- Từ độ bão hòa liên quan đến bản chất của vật liệu.
- Tính thích hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu phủ bên ngoài.
Để thực hiện các điều kiện trên chúng tôi phải tổng hợp được các hạt có kích thước

nanô và khống chế được kích thức của các hạt , các hạt tạo ra phải mang tính chất siêu
thuận từ, có nghĩa là : các hạt không có độ từ hóa còn dư khi cắt từ trường ngoài, nghĩa
là lực khử từ bằng không và khi có từ trường ngoài thi nhanh chóng đạt giá trị bão hòa
và có độ lớn để có thể sử dụng trong y sinh học.
Để thực hiện điều kiện các hạt không độc hại và có tính thích nghi sinh học thì phải
bọc các hạt bằng các lớp phủ polymer từ các chất hữu cơ hay vô cơ không độc h
ại và
có tính thích nghi sinh học mà các nhà sản xuất trên thế giới đã lưu hành trên thị
trường.Các quy trình tạo hạt ôxit sắt có kích thước nanô khác nhau :
I.2. Tổng hợp các hạt nanô ôxit sắt Fe
3
O
4
.
I.2.1. Các thiết bị thực nghiệm :
- Máy khuấy siêu âm.
- Dụng cụ nâng nhiệt và nhiệt kế.
- Nam châm vĩnh cửu.
- Thiết bị đo pH.
- Máy sấy chân không.
I.2.2. Hóa chất :
- Muối Ferric chloride hexahydrate ( FeCl
3
.6H
2
O, 99% ).
- Muối Ferro chloride tetrahydrate ( FeCl
2
.4H
2

O, 99% ).
- Natrihydroxit (NaOH, 97%).
- Khí Nitơ tinh khiết (N
2
, 99%).
I.2.3. Quy trình tổng hợp hạt :
Đầu tiên cho khuấy dung dịch NaOH bằng máy khuấy siêu âm đồng thời
đun nóng dung dịch lên theo nhiệt độ cần khảo sát và giữ một thời gian đủ lâu để
ổn định nhiệt độ, sau đó cho khí N
2
để loại oxy. Tiếp theo nhỏ từ từ dung dịch
0.1M FeCl
2
.4H
2
O và 0.2M FeCl
3
.6H
2
O (tỉ lệ Fe
2+
:Fe
3+
=1:2) mà đã được khuấy
từ và được khử oxy bằng khí N
2
tinh khiết trước đó.
Phương trình phản ứng :
2FeCl
3

.6H
2
O + FeCl
2
.4H
2
O + 8NaOH = Fe
3
O
4
+ 8NaCl + 20H
2
O
Hỗn hợp trên tiếp tục được khuấy siêu âm trong vòng 10 phút và tiếp tục
khử oxy bằng khí N
2
. Sản phẩm hạt nanô từ Fe
3
O
4
có màu đen được lắng bằng
nam châm vĩnh cửu và rửa từ 3-5 lần bằng nước cất để loại bỏ các cặn bẩn. Sản
phẩm cuối cùng đem sấy khô ở 70
O
C


7
Sơ đồ tổng hợp :

Hình 1.1: Sơ đồ tổng hợp hạt nanô Fe
3
O
4
bằng phương pháp đồng kết tủa.

Một số mẫu hạt Fe
3
O
4
được tổng hợp

Bảng 1.1. Các mẫu hạt Fe
3
O
4
được đưa đi khảo sát


Mẫu Nồng độ
Fe
3+
:Fe
2+

Nồng độ OH
-
Nhiệt độ Điều kiện thí
nghiệm
C9 0.1 M: 0.2M 0.1 M 80

o
C Không sục N2
C15 0.1 M: 0.2 M 0.3 M 80
o
C Không sục N2
C42 0.1 M: 0.2 M 0.1 M 80
o
C Sục N2
C55 0.1 M: 0.2 M 0.4 M 80
o
C Sục N2
C65 0.1 M: 0.2 M 0.4 M 80
o
C Sục N2
C75 0.1 M: 0.2 M 0.4 M 80
o
C Sục N2




8
I.3. Kết quả thực nghiệm :
Bẳng phương pháp đồng kết tủa hóa học, nhiều mẫu hạt Fe
3
O
4
đã được tổng hợp.
Tuy nhiên do kinh phí eo hẹp nên chúng tôi chỉ khảo sát ở một số mẫu. Các mẫu hạt
được khảo sát về cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, dạng hình học và độ từ hóabão hòa

thông qua ảnh chụp từ các thiết bị như : nhiễu xạ tia X (XRD), Kính hiển vi điện tử
quét (SEM), Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) nhằm kiểm tra quá trình tạo hạt
Fe
3
O
4
. Từ đó rút ra các nhận xét và đánh giá các kết quả thu được.
I.3.1. Phổ nhiễu xạ tia X
Các mẫu phân tích XRD ở dạng bột mịn. Sau khi lọc bằng nước cất và lắng bằng nam
châm vĩnh cữu vài lần, các mẫu hạt được đem sấy trong tủ chân không ở 70
o
C trong
khoảng 48 giờ để thu được mẫu hạt khô Fe
3
O
4
. Hai mẫu C15 và C16 được đem khảo
sát X-Ray.
Phổ XRD được khảo sát với điện cực Cu-Kα, bước sóng λ = 1.5405 A
o
, góc nhiễu xạ
2θ từ 15
o
– 17
o
, hiệu điện thế 40 kV và cường độ dòng điện 50 mA.

Phổ nhiễu xạ của mẫu hạt Fe
3
O
4
C15


Hình 1.2: Phổ nhiễu xạ của mẫu hạt C 15











Hình 1.3: Phổ nhiễu xạ của mẫu hạt C 65

9
Các mẫu được khảo sát ngẫu nhiên, có các đỉnh phổ chính tương đối trùng khớp với
phổ chuẩn của hạt Fe
3
O
4
. Các hình nhiễu xạ tia X của các mẫu C15 và C65 trên cho ta

thấy các đỉnh phổ tương đối trùng nhau ở các góc 2θ, chỉ sai lệch nhau về độ bán rộng
của phổ. Mẫu C15 có độ bán rộng nhỏ hơn so với mẫu C65 cho thấy kích thước hạt ở
mẫu C65 nhỏ hơn kích thước hạt ở mẫu C15. Qua đó cho thấy các yếu tố trong quá
trình thực nghiệm ảnh hưởng đến kích thước hạt tạo thành.
Dựa vào độ rộng ở ½ đỉnh phổ cực đại tính theo 2θ của các đỉnh phổ chính trong
phổ XRD của các mẫu phân tích và thông qua công thức Scherrer , ta có thể tính được
kích thướctrung bình của mẫu hạt C15 vào khoảng 16 – 18 nm trong khi mẫu C65 có
đường kính trung bình vào khoảng 13 – 15 nm.
Như vậy , bằng phổ nhiễu xạ tia X, ta có thể khẳng định phương pháp đồng kết tủa
tạo ra được sảnn phẩm hạt chủ yếu nằm ở
pha Fe
3
O
4
.
I.3.2. Đường cong từ hóa.
Như ta đã biết , độ từ hóa là một trong những yếu tố quan trọng của hạt Fe
3
O
4
để
phục vụ cho các ứng dụng trong y sinh học. Do đó các mẫu đã được khảo sát tính chất
từ bằng từ kế mẫu rung (VSM). Từ các số liệu thu được với phần mềm Origin ta có
thể vẽ được đường cong từ hóa của các mẫu hạt .
Ta nhận thấy các mẫu khảo sát đều cho ta đường cong từ hóa có dạng như nhau là
không có lực kháng từ cũng như độ từ hóa còn dư
. Điều này chứng tỏ rằng các sản
phẩm hạt tạo thành đều có tính siêu thuận từ.
Qua các kết quả thu được ta nhận thấy rằng có một só yếu tố ảnh hưởng lên độ từ
hóa bão hòa của các hạt tạo thành.

Trước hết ta xét đến nồng độ OH
-
ban đầu trong dung dịch phản ứng. Với hai mẫu
khảo sát là C9 (0.1M) và C15 (0.3M), các số liệu thu được cho ta đường cong từ hóa
sau :













Hình 1.4: So sánh các đường cong từ hóa của các mẫu C9 và C15


Hình trên cho ta thấy độ từ hóa bão hòa thay đổi khi ta thay đổi nồng độ OH- ban đầu .
Khi OH- thay đổi từ 0.1M đến 0.3M thì độ bão hòa tăng từ 59.11 emu/g đến 64.18

10
emu/g. Như vậy, mặc dù nồng độ OH- ban đầu thay đổi không đáng kể, nhưng cũng có
ảnh hưởng đến độ từ hóa bão hòa Ms.
Tiếp tục phân tích đường cong từ hóa của hai mẫu hạt C9 và C42

Đây là hai mẫu hạt có chung các thông số thực nghiệm : cùng nồng độ muối sắt
cũng như OH- ban đầu, phản ứng xảy ra ở 80
o
C. Tuy nhiên , phản ứng tổng hợp mẫu
C9 được thực hiện trong điều kiện bình thường , không sục khí ni tơ N
2
, còn mẫu C42
được sục khí N
2
trong quá trình phản ứng.
Kết quả nhận được khá rõ ràng. Khi được sục khí N
2
trong quá trình phản ứng, sản
phẩm hạt tạo thành có độ từ hóa cao hơn hẳn so với phản ứng thông thường không
được sục khí N2 : từ 59.11 emu/g ở mẫu hạt C9, độ từ hóa bão hòa đã nhảy vọt lên đến
70.73 emu/g ở mẫu C42. Kết quả này cho thấy việc sử dụng khí N
2
vào quá trình phản

ứng có ảnh hưởng rõ rệt đến kết quả đạt được.
Yếu tố khảo sát cuối cùng là nhiệt độ phản ứng. Nhiệt độ được thay đổi từ 65
o
C đến
45
o
C cho các phản ứng giống nhau, và đều được sục khí N
2
. Kết quả nhận được là
đường cong từ hóa như hình sau :













Hình 1.6: Các đường
cong từ hóa của các
mẫu hạt C55, C65 và
C75
Hình 1.5: Đường cong từ
hóa của hai mẫu C9 và C42

11
Như vậy , nồng độ OH- ban đầu cũng như nhiệt độ không ảnh hưởng mạnh mẽ đến
độ từ hóa của sản phẩm hạt tạo thành như điều kiện sục khí N
2
trong quá trình thực
hiện phản ứng.
I. 3. 3. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Các hạt được khảo sát có dạng hình học và kích thước trung dựa trên các ảnh SEM.
Quan sát ảnh SEM của các mẫu hạt , ta có thể nhận thấy sự thay đổi trong kích thước
hạt trung bình của các mẫu khảo sát. Từ đó có thể phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến
kích thước hạt như nồng độ OH- ban đầu, điều ki
ện phản ứng… có hay không sục khí
N
2
trong quá trình thực nghiệm, nhiệt độ phản ứng , cũng như đã phân tích ở phần độ
từ hóa bão hòa trước đây.
Trước hết , ta quan sát ảnh chụp SEM của hai mẫu hạt C19 và C15 là hai mẫu có
điều kiện phản ứng giống nhau, chỉ khác nhau về nồng độ OH- ban đầu










Ảnh SEM của các mẫu hạt C9 và C15

Hình 1.7: Ảnh SEM của các mẫu C19 và C15
Ta có thể dễ dàng thấy mẫu hạt C15 (0.3M) có đường kính trung bình của hạt vào
khoảng 17 – 20 nm. Kích thước này khá gần với kết quả nhân được từ phổ tia X
(XRD). Trong khi đó , đường kính hạt của mẫu C9 (0.1M) có kích thước hạt trung
bình nhỏ hơn, khoảng 8 – 10 nm. Như vậy khi tăng nồng độ OH- sẽ làm kích thước hạt
tăng lên.
Tiếp theo ta cũng khảo sát ả
nh hưởng các điều kiện phản ứng đến kích thước hạt
Fe
3
O
4
. Yếu tố khảo sát đầu tiên là dung dịch phản ứng được sục khí trơ trong quá trình
phản ứng.













Hình
1.8:
Ảnh

SEM
của các
mẫu C9
và C42

12
Ảnh SEM của hai mẫu C9 và C42 cho ta thấy kích thước trung bình của hạt nhỏ hơn
và phân bố đồng đều hơn khi quá trìnhphản ứng được sục khí N
2
; mẫu C42 có kích
thước hạt trung bình chỉ vào khoảng 5 – 8 nm so với mẫu C9 ( 8 – 12 nm).
Yếu tố còn lại là nhiệt độ phản ứng. Trong quá trình thực nghiệm này, các thông số
phản ứng được giữ nguyên, chỉ có nhiệt độ phản ứng thay đổi từ 45
o
C đến 65
o
C.

Hình 1.9: Ảnh SEM các mẫu C55, C65 và C75

Khi nhiệt độ phản ứng thay đổi, kích thước hạt Fe
3
O
4
tạo thành cũng bị ảnh hưởng
theo. Các ảnh SEM từ hình trên cho thấy kích thước hạt tăng khi nhiệt độ phản ứng
giảm. Ở mẫu C55, nhiệt độ phản ứng cao nhất trong 3 mẫu, nhưng kích thước hạt khá
nhỏ. Các mẫu C65, C75, nhiệt độ phản ứng giảm đi thì kích thước hạt trung bình lại
tăng lên. Tuy nhiên, sự thay đổi kích thước này không đáng kể, nên có thể nói , yếu tố
nhiệ
t độ không ảnh hưởng nhiều đến kích thước hạt tạo thành.

Mẫu C55
Mẫu C65
Mẫu C75
Mẫu C55

Mẫu C65
Mẫu C75


13
) Mẫu MH- C15 80 KV
¾
KTTB: 16- 20 nm
9 MẫuMH-C9 thế 60, 80 KV
¾ Hạtnhỏ, rấtkhóxácđịnh,
dường như bị cluster
¾ Hình ảnh mẫu khi invert lạimàu
¾ KTTB: 9- 12 nm





9 MẫuMH-C42 thế 60, 80 KV
¾
KTTB: 5- 8 nm
¾ Hạtkháđồng đều

Hình 1.10: Ảnh TEM các mẫu có kích cỡ khác nhau

14
I.4. Tổng hợp chất lỏng từ
Một chất lỏng từ gồm có ba thành phần: hạt nano từ tính, chất hoạt hoá bề mặt
và dung môi. Trong đó hạt nano từ tính là thành phần duy nhất quyết định tính chất từ
của chất lỏng. Chất hoạt hoá bề mặt có tác dụng làm cho hạt nano phân tán trong dung

môi, tránh các hạt kết tụ lại với nhau ngay cả khi có mặt của từ trường. Chất hoạt hoá
bề mặt còn có tác dụng “che phủ” hạt nano khỏi s
ự phát hiện của hệ thống bảo vệ cơ
thể và tạo mối liên kết hoá học với các phân tử khác. Dung môi là chất lỏng mang toàn
bộ hệ . Mục tiêu phần thực nghiệm là tạo ra chất lỏng từ bằng phương pháp đồng kết
tủa nhằm sử dụng cho các nghiên cứu y sinh học, cụ thể là làm chất tăng tính tương
phản cho ảnh cộng hưởng từ. Ở đ
ây tôi chọn starch làm chất phủ hoạt hoá bề mặt,bởi
vì starch có tính tương thích sinh học, chi phí thấp . Các tính chất cơ bản mà mẫu chất
lỏng từ tạo thành cần phải có là thể hiện tính siêu thuận từ, không bị kết tụ, ở trạng thái
huyền phù: lơ lững và phân bố đều trong môi trường dung dịch.
I.4.1. Thiết bị thực nghiệm
- Máy khuấy bằng sóng siêu âm (công suất 750W).
-Một số cốc thí nghi
ệm, ống đong.
-Dụng cụ nâng nhiệt và nhiệt kế. -Nam châm vĩnh cửu.
-Thiết bị đo độ pH - Máy sấy chân không
I.4.2. Hóa chất
- Ferric chloride hexahydrate {FeCl
3
.6H
2
O,99%}
-Ferrous chloride tetrahydrate {FeCl
2
.4H
2
O,99%}
-Natri hydroxit {NaOH }
-Khí Nitơ tinh khiết {N

2
,99%}
- H
2
O
2
- Starch
Tính chất đặc trưng

+ Thành phần hóa học: nguồn gốc từ khoai tây với hai loại phân tử chính là
Cấu trúc phân tử của Amylose

15
Amylose (20-30%) và Amylopectin (70-80%).

+ Tính chất vật lý: dạng bột màu trắng, không tan trong nước, cấu trúc mạch bị
thay đổi theo nhiệt độ: polyme mạch vòng (nhiệt độ phòng), tạo hệ thống mạch có
dạng mạng lưới (nhiệt độ 90
0
C).
+ Tính thích nghi sinh học: không có độc tố, có khả năng hấp thụ và đào thải
một cách tự nhiên trong mô tế bào.
I.4.3. Quy trình tổng hợp
-Hòa tan 1,08g (0,1M) FeCl
2
.4H
2
O và 2,94g (0,2M) FeCl
3
.6H

2
O (tỉ số mol Fe
2+
/
Fe
3+
là 1:2) với 50ml H
2
O (hỗn hợp 1). Cho hỗn hợp 1 máy khuấy siêu âm để đưa
nhiệt độ của hỗn hợp 1 lên 60
0
C.
- Nung 70ml H
2
O lên 90
0
C và cho 6g Starch vào khuấy tan ta được hỗn hợp 2.
Sau đó hạ ngay hỗn hợp 2 xuống 60
0
C.
- Cho từ từ hỗn hợp 1 vào hỗn hợp 2 (cả hai hỗn hợp đều ở 60
0
C) ta được hỗn
hợp 3.
- Hoà tan 18g NaOH ( 1,5M ) vào 300ml H
2
O (hỗn hợp 4). Cho hỗn hợp 4 vào
đầu khuấy siêu âm (với công suất của thiết bị siêu âm là 40%) và sục khí Nitơ liên tục,
đồng thời nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 60
0

C.
- Cho từ từ hỗn hợp 3 vào hỗn hợp 4 mỗi lần 5ml cách nhau 5 phút, thời gian
thực hiện công đoạn này khoảng 2 giờ (nhiệt độ của hỗn hợp khoảng 65
0
C). Giữ hỗn
hợp ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút.
Cấu trúc phân tử của Amylopectin

16
- Tăng nhiệt độ của hỗn hợp từ từ trong thời gian 60 phút để nhiệt độ đạt được
khoảng 86-90
0
C và giữ nhiệt độ này trong thờì gian 30 phút.
- Hạ nhanh nhiệt độ của dung dịch xuống 8-10
0
C và để qua đêm.
- Rửa mẫu bằng 5 lít nước cất (15
0
C )
- Xử lý mẫu thu được bằng H
2
O
2
, cho vào máy ly tâm để lọc bỏ cặn, cuối cùng
sản phẩm ta thu được là chất lỏng từ.
Quy trình tổng hợp được mô tả bởi sơ đồ sau:

Bảng 1.2: Các mẫu đã tiến hành thực nghiệm

Mẫu

FeCl
2
(g)

FeCl
3

(g)


NaOH

C
M
(mol/l)
V=300ml

Starch
(g)

Công
suất
(W)

Nhiệt độ
H
1

1,08 2,94 1,50 6 300 60-90
0
C
H
2

1,08 2,94 1,75 6 300 60-90
0
C
H
3

1,08 2,94 2,00 6 300 60-90
0

C
H
4

1,08 2,94 2,25 6 300


60-90
0
C

Chất lỏng từ

Hỗn hợp 1, t= 60
0
C
Hỗn hợp 2, t= 90
0
C

Hỗn hợp 3, t= 60
0
C

Hỗn hợp 4, t= 60
0
C, N
2

Mẫu, t= 60- 90

0
C

FeCl
2
, FeCl
3

H
2
O
Starch

H
2
O
NaOH

Xử lý mẫu
Khấy siêu âm,
côn
g
suất 300W

17
H
5

1,08 2,94 1,50 7 300 60-90
0

C
H
6

1,08 2,94 1,75 7 300 60-90
0
C
H
7

1,08 2,94 2,00 7 300 60-90
0
C
H
8

1,08 2,94 2,25 7 300 60-90
0
C
H
9

1,08 2,94 1,50 8 300 60-90
0
C
H
10

1,08 2,94 1,75 8 300 60-90
0

C
H
11

1,08 2,94 2,00 8 300 60-90
0
C
H
12

1,08 2,94 2,25 8 300 60-90
0
C
I.4.4. Kết quả đo tính chất từ và phân tích cấu trúc.
Trong phần thực nghiệm chúng tôi đã chọn và sử dụng chất xúc tác là NaOH
với lượng vừa đủ bởi vì sau phản ứng sản phẩm phụ tạo thành chủ yếu là muối NaCl.
Với lớp phủ starch, lượng starch thừa sau phản ứng sẽ được lọc rửa bằng nước cất, sau
đó xử lý mẫu với H
2
O
2
thu được sản phẩm là chất lỏng từ. Sau đó chúng tôi tiến hành
khảo sát cấu trúc, kích thước, dạng hình học và độ từ hóa của các hạt thông qua các
thiết bị như TEM, FESEM, XRD và VMS nhằm đưa ra nhận xét và đánh giá kết quả ở
phần thực nghiệm
I.4.5. Phân tích cấu trúc hạt
Các mẫu phân tích nhiễu xạ X-ray được sấy chân không dưới dạng bột mịn,phổ XRD
được khảo sát với đ
iện cực Cu-Kα, bước sóng λ=1.54056 A
0

, góc nhiễu xạ 2θ (từ15-
70
0
, điện thế U= 35KV, cường độ I= 45mA). Từ hình cho thấy vị trí các đỉnh phổ đều
tương ứng nhau và trùng với mẫu chuẩn của hạt Fe
3
O
4
. Điều này chứng tỏ các mẫu
này có pha Fe
3
O
4
được tạo thành và lớp phủ starch không làm thay đổi cấu trúc tinh
thể của hạt. Từ đỉnh XRD, kích thước của các hạt Fe
3
O
4
có thể được tính theo công
thức 5-7. Dựa vào công thức này, chúng tôi xác định được kích thước trung bình của
các hạt được tạo ra trong quá trình thực nghiệm là 4-5nm.

Hình 1.11:
Phổ nhiễu xạ tia X
Của các mẫu H4,
H8,H9,H11, H12



Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu H

4
, H
8
, H
9
, H
11
, H
12
.

Mẫu H
9

Mẫu H
12

MẫuH
11

Mẫu H
8

Mẫu H
4


18
I. 4. 5. Kho sỏt tớnh cht t
Tớnh cht t ca cỏc mu c kho sỏt bng t k mu rung VMS ti Trung tõm

Khoa hc vt liu- i hc Khoa hc t nhiờn H Ni.
Khi t trng ngoi thay i, ng dc ban u ca ng cong t húa tng lờn
tng i nhanh, ng cong t húa ca cỏc mu cha thc s t n giỏ tr bóo hũa,
nhng lc khỏng t H
C
rt nh v gn nh khụng xut hin t d. iu ny chng
t cỏc mu th hin tớnh siờu thun t.
So sỏnh cỏc mu H
9
, H
11
, H
12
cú cựng khi lng starch l 8g, vi nng
NaOH thay i tng ng l 1,5mol/l; 2mol/l; 2,25mol/l thỡ mu H
9
cú t húa cao
nht. Vy khi khi lng starch khụng i thỡ t húa ph thuc vo nng NaOH
(hỡnh 3.2).
So sỏnh H
4
, H
8
, H
12
cú cựng nng NaOH l 2,25mol/l ; vi khi lng starch
thay i tng ng l 6g, 7g, 8g thỡ mu H
8
cú t húa l cao nht. iu ny cho
thy khi nng NaOH khụng i thỡ t húa ph thuc vo khi lng starch (hỡnh

3.3).




























-10000 -5000 0 5000 10000

-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25


ẹoọ tửứ hoựa (emu/g)
Tửứ trửụứng

(Oe)
M9
M12
M11
Hỡnh 3.2. ng cong t húa ca cỏc mu H
9
, H
11
, H
12
.
-10000 -5000 0 5000 10000
-25
-20

-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25


ẹoọ tửứ hoựa (emu/g)
Tửứ trửụứng

(Oe)
M4
M8
M11
Hỡnh 3.3. ng cong t húa ca cỏc mu H
4
, H
8
, H
11
.

19
Từ các kết quả trên cho thấy, độ từ hóa của mẫu phụ thuộc vào nồng độ của
NaOH và khối lượng của starch. So sánh giữa các mẫu đã khảo sát thì mẫu H
8

với khối
lượng của muối Fe
2+
là 1,08g , muối Fe
3+
là 2,94g; nồng độ của NaOH là 2,25 và khối
lượng của starch là 7g với nhiệt độ phản ứng 60-90
0
C, công suất máy siêu âm là 300W
thì mẫu đạt được độ từ hóa cao nhất là 21 emu/g.



















So sánh với kết quả từ bài báo “Characterization and MRI study of surfactant-

coated superparamagnetic nanoparticles administered into the rat brain” của các tác
giả D.K. Kim, Y. Zhang, J. Kehr, T. Klason, B. Bjelke, M. Muhammed trên Tạp chí
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 225 (2001)
256-261. Ta nhận thấy, độ từ hóa của các mẫu tổng hợp (kích thước trung bình của hạt
từ 4-5nm) và được phủ Starch so với độ từ hóa của các mẫu từ bài báo (kích thước
trung bình của h
ạt từ 2-6nm) và được phủ polyoxyethylene (10) oleyl ether là cao hơn
rất nhiều. Đây chỉ là sự so sánh tương đối vì 2 lớp phủ là khác nhau, tuy nhiên nếu xét
về mặt kích thước thì vẫn có thể so sánh được.
I.4.6. Dạng hình học và kích thước
Sau khi phân tích cấu trúc và khảo sát tính chất từ của hạt chúng tôi tiến hành
khảo sát dạng hình học và kích thước trung bình của mẫu chất lỏng dựa vào ảnh TEM
(hình 1.12) và ảnh FESEM (hình 1.13).
Khảo sát bằng ảnh TEM và FESEM cho thấ
y các hạt magnetite phần lớn có
dạng hình cầu, có kích thước tương đối đồng đều, đường kính trung bình cỡ 4-5nm đối
với hạt phủ starch.
Các hạt magnetite có màu đen với độ phân tán của các hạt khá đồng đều. Kích
Hình 3.4. Đường cong từ hóa của mẫu Fe
3
O
4
phủ
ol
y
ox
y
eth
y
lene

(
10
)
ole
y
l ethe
r
[
44
]
.
Từ trường (Oe)




Độ
từ
hóa
(emu/g)