KHẢO sát TỔNG hợp NANOCOMPOSITE ĐỒNG TRÊN nền DENDRIMER (PAMAM)

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong

LỜI CẢM ƠN
۝۝


Kính thưa quý thầy cô!
Sau một thời gian thực hiện luận văn để hoàn thành chương trình đào tạo kỹ
sư của trường Đại Học Tôn Đức Thắng. Trong suốt quá trình em đã học tập và tiếp
thu được rất nhiều kiến thức bổ ích cho công việc và cuộc sống sau này. Em xin
cám ơn đến tất cả.
Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, đầu tiên em xin chân thành c
ảm ơn
đến các thầy, cô trong bộ môn Tổng Hợp Hữu Cơ nói riêng và ngành Công Nghệ
Hóa Học nói chung của trường Đại Học Tôn Đức Thắng đã tạo cho em một môi
trường học tập tốt.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các anh chị phòng Hóa Học Hữu
Cơ-Polymer Viện Công Nghệ Hóa Học Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt là thầy TS
Nguyễn Cửu Khoa, cô TS Hoàng Thị Kim Dung và anh ThS Trần Hữu Nghị, chị Lý
Tú Uyên đã luôn tận tình hướ
ng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong thời
gian vừa qua để em hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn quan tâm,
giúp đỡ em cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua để em hoàn thành
luận văn này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Tp, HCM ngày…tháng…năm 2011

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong

MỤC LỤC

Lời cám ơn
Mục lục
Lời mở đầu
Danh mục hình
Danh mục bảng
Lời nói đầu
Trang
CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1
I.1 Khái niệm dendrimer (PAMAM) 1
I.2 Cấu trúc phân tử 2
I.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc Dendrimer 7
I.3.1 Độ pH 7
I.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ 7
I.3.3 Nồng độ muối 8
I.3.4 Dung môi hòa tan 9
I.4 Tính chất Dendrimer 9
I.4.1 Tính mang vác 9
I.4.2 Cấu trúc xác định 10
I.4.3 Tính tương hợp sinh học 11
I.4.4 Tính đơn phân tán 11
I.4.5 Tính đa nhóm chức 11
I.5 Phương pháp tổng hợp 12
I.5.1 Phương pháp divergent 12
I.5.2 Phương pháp convergent 13

I.6 Ứng dụng 14
I.6.1 Dendrimer là một loại vật liệu mới 14
I.6.2 Trong y dược và sinh họ
c 14
I.6.3 Chất mang hạt nano từ tính 16
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong

I.6.4 Trong các lĩnh vực khác 16
I.7 Giới thiệu về nano kim loại và vật liệu nanocomposite 16
I.7.1 Giới thiệu về các hạt nano kim loại 17
I.7.1.1 Hiệu ứng bề mặt 18
I.7.1.2 Hiệu ứng kích thước 19
I.7.2 Tính chất hạt nano kim loại 19
I.7.2.1 Tính chất quang học 19
I.7.2.2 Tính chất điện 20
I.7.2.3 Tính chất từ 20
I.7.2.4 Tính chất nhiệt 21
I.7.3 Phân loại vật liệu nano 21
I.7.3.1 Phân loại theo hình dáng của vật liệu 21
I.7.3.2 Phân loại theo tính chất của vật liệu 22
I.7.4 Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại 23
I.7.4.1 Phương pháp ăn mòn laser 23
I.7.4.2 Phương pháp khử hóa học 23
I.7.4.3 Phương pháp khử vật lý 24
I.7.4.4 Phương pháp khử hóa lý 24
I.7.4.5 Phương pháp khử sinh học 24
I.7.5 Vật liệu nanocomposite 24
I.7.5.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite 25

I.7.5.2 Ứng dụng của vật liệu nanocomposite 26
I.8 Dendrimer-kim loại nanocomposite 27
I.8.1 Phương pháp tổng hợp dendrimer-kim loại nanocomposite . 27
I.8.2 Ưu điểm dendrimer-kim loại nanocomposite 28
I.8.3 Ứng dụng nano đồng 28
I.8.4 Tình hình nghiên cứu tổ
ng hợp nanocomposite Cu-dendrimer 30
I.8.4.1 Nghiên cứu trên thế giới 30
I.8.4.2 Nghiên cứu trong nước 30
CHƯƠNG II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI
32
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong

II.1 Mục tiêu 32
II.2 Nội dung nghiên cứu 32
II.3 Phương pháp nghiên cứu 32
CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 33
III.1 Dụng cụ và thiết bị 33
III.2 Hóa chất 34
III.3 Các phương pháp nghiên cứu 36
III.4 Nội dung tiến hành 37
III.4.1 Quá trình tạo phức của Cu
2+
với

dendrimer (PAMAM) G4.0 37
III.4.2 Tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer 39

III.4.2.1 Phức Cu
2+
/dendrimer không được thẩm tách 39
III.4.2.2 Phức Cu
2+
/dendrimer được thẩm tách 39
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40
IV.1 Quá trình tạo phức Cu
2+
/dendrimer G4.0 40
IV.1.1 Kết quả phổ UV-Vis 41
IV.1.2 Kết quả đo phổ IR 44
IV.2 Khảo sát sự tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer 46
IV.2.1 Kết quả đo phổ UV-Vis 49
IV.2.2 Kết quả ASS của mẫu nanocomposite Cu/dendrimer thẩm tách 51
IV.2.3 Kết quả chụp TEM 53
IV.2.4 Kết quả đo XRD 55
IV.2.5 Độ ổn định của nanocomposite đồng theo thời gian 56
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60
V.1 Kết luận 60
V.2 Kiến nghị 60
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung


SVTH: Lý Ngọc Phong

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1: Lịch sử hình thành dendrimer (PAMAM) 1
Hình 2: Mô hình cấu trúc phân tử dendrimer 2
Hình 3: Cấu trúc dendrimer có dạng hình cầu 3
Hình 4: Dendrimer core ammonia 4
Hình 5: Kích thước dendrimer tăng theo thế hệ 5
Hình 6: Dendrimer poly (glycerol-succinic acid) G4 5
Hình 7: Công thức của phân tử PAMAM core EDA dendrimer 6
Hình 8: Dendrimer với core trimesyl G3.0 6
Hình 9: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi pH 7
Hình 10: Dendrimer ở những nồng độ khác nhau 8
Hình 11: Sự thay đổi hình dạng dendrimer trong môi trường muối 8
Hình 12:Cấu trúc dendrimer trong dung môi có proton và dung môi không
proton 9
Hình 13: Hình dạng dendrimer qua các thế hệ 10
Hình 14: Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể 11
Hình 15: Hai phương pháp tổng h
ợp dendrimer 13
Hình 16: Sơ đồ tổng hợp dendrimer kim loại 28
Hình 17: Tủ hút chân không 33
Hình 18: Máy đo phổ IR 33
Hình 19: Máy khuấy từ 34
Hình 20: Máy pH 34
Hình 21: Sơ đồ tổng hợp phức Cu
2+
/dendrimer G4.0 38
Hình 22: Sơ đổ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer 39
Hình 23: Dung dịch phức Cu
2+

/dendrimer (1) Phức Cu
2+
/dendrimer pH 11, (2)
Phức Cu
2+
/dendrimer pH 7, (3) Phức Cu
2+
/dendrimer pH 5 40
Hình 24: Phổ UV-Vis phức Cu
2+
/dendrimer G4.0 tỉ lệ 20:1 41
Hình 25: Phổ UV-Vis phức Cu
2+
/dendrimer G4.0 tỉ lệ 15:1 41
Hình 26: Phổ UV-Vis Phức Cu
2+
/dendrimer G4.0 tỉ lệ 10:1 42
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung


SVTH: Lý Ngọc Phong

Hình 27: Phức Cu
2+
/dendrimer G 4.0 (1) Phức Cu
2+
/dendrimer 20:1 pH 5, (2)
Phức Cu
2+
/dendrimer 15:1 pH 7, (3) Phức Cu

2+
/dendrimer 15:1 pH 9, (4) Phức
Cu
2+
/dendrimer 15:1 pH 11 43
Hình 28: Phổ IR dendrimer G4.0 44
Hình 29: Phổ IR phức Cu
2+
/dendrimer G4.0 tỉ lệ 15:1 pH 9 44
Hình 30: Phương trình tạo phức Cu
2+
/dendrimer 46
Hình 31: (1) (2) Dung dịch phức Cu2+/Dendrimer G4, (3) (4) Nanocomposite
đồng/G4.0 47
Hình 32: Quy trình tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G4.0 48
Hình 33: Phổ UV-Vis nanocomposite Cu/dendrimer G 4.0 không thẩm tách 49
Hình 34: Phổ UV-Vis nanocomposite Cu/dendrimer G 4.0 đã thẩm tách 50
Hình 35: Tỉ lệ Cu
2+
tạo phức với 1 mol dendrimer theo tỉ lệ mol Cu
2+
:dendrimer
và pH 51
Hình 36: Ảnh TEM (1) Dendrimer G4.0, (2) nanocomposite Cu/Dendrimer 15:1
pH 7, (3) nanocomposite Cu/Dendrimer 15:1 pH 9, (4) nanocomposite
Cu/Dendrimer 15:1 pH 11 53
Hình 37: Ảnh TEM (1) nanocomposite Cu/dendrimer 15:1 pH 7, (3)
nanocomposite Cu/dendrimer 15:1 pH 9, (4) nanocomposite Cu/dendrimer 15:1
pH 11 54
Hình 38: Phổ XRD mẫu Dendrimer G4.0 và nanocomposite Cu/G4.0 56

Hình 39: Mẫu nanocomposite Cu/dendrimer (không thẩm tách) 57
Hình 40: Mẫu nanocomposite Cu/dendrimer (thẩm tách) 59


Luận văn tốt GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1: Khối lượng phân tử và số amine bên ngoài của dendrimer core ammonia
theo các thế hệ 3
Bảng 2: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu 18
Bảng 3: Số liệu về tỉ lệ mol Cu(NO
3
)
2
:dendrimer theo pH 37
Bảng 4: Sự thay đổi màu sắc nanocomposite đồng mẫu không thẩm tách theo thời
gian 56
Bảng 5:
Sự thay đổi màu sắc nanocomposite đồng mẫu đã thẩm tách theo thời gian . 58



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung
SVTH: LÝ NGỌC PHONG
DANH SÁCH VIẾT TẮT
IR: Infrared
TEM: Transmission Electron Microscopy

UV – Vis: Ultraviolet – visible
PAMAM: Polyamidoamine
AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric
XRD: X-Ray Diffraction
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong

LỜI MỞ ĐẦU


Polymer dendritic hay còn gọi là dendrimer là một loại polymer có cấu trúc
hình cầu với nhiều nhánh, như những tán lá xum xuê của cây cổ thụ với những
khoảng trống bên trong. Chính những khoảng trống bên trong này hứa hẹn sẽ có
nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực y học (chất mang nano cho liệu pháp ung thư),
công nghệ sinh học (liệu pháp gene)… Do vậy, dendrimer đã nhận được rất nhiều
sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Những năm gần đây, các hạt nano kim loại ngày càng có nhiều ứng dụng
rộng rãi trong các lĩnh vực như: xúc tác, thiết bị điện tử, quang điện tử, lưu trữ
thông tin…Chính vì vậy mà việc tổng hợp ra các hạt nano có kích thước nhỏ với sự
có mặt của polymer hay chất hoạt động bề mặt như một tác nhân ổn định kích thước
hạt ngày càng được quan tâm. Vật liệu nano đi từ dendrimer vì vậy được quan tâm
rất nhiều do có khả năng tạo ra những tính chất mới đáp ứng được các nhu cầu cho
con người.
Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Khảo sát sự tổng hợp
nanocomposite của Cu

trên nền dendrimer ” làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo
về vật liệu nanocomposite.

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 1


CHƯƠNG I TỔNG QUAN
I.1 KHÁI NIỆM DENDRIMER (PAMAM)
3,4,17,18
Hóa học polymer và kỹ thuật sản xuất chúng đã có từ lâu đời trên nền tảng
chính là sản xuất ra polymer mạch thẳng và nhánh, chúng đã thể hiện được vai trò là
vật liệu quan trọng trong sản xuất và đời sống. Tuy nhiên, vào những năm 1980
Tomalia đã tìm thấy một loại polymer mới có những tính chất khác biệt so với các
polymer mạch thẳng và nhánh truyền thống và có những ưu điểm vượt trội hơn, đó
là dendrimer. Thuật ngữ dendrimer bắt nguồn từ “dendron” theo tiếng Hy Lạp có
nghĩa là “cây”. Cũng trong cùng thời điểm đó, nhóm nghiên cứu của Newkome
cũng tổng hợp thành công phân tử lớn tương tự và được biết đến với tên gọi là
arborol và theo tiếng Latin thì từ “arbor” cũng có nghĩa là “cây”. Ngày nay thuật
ngữ dendrimer được sử dụng phổ biến hơn với khả năng phân tán tốt và đa hóa trị
nên dendrimer được ứng dụ
ng rộng rãi trong ngành hóa học và sinh học, đặc biệt
trong y học dùng làm chất mang thuốc, công nghệ biến đổi gen…


Hình 1: Lịch sử hình thành dendrimer (PAMAM)
15



Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 2

I.2 CẤU TRÚC PHÂN TỬ
4,5
Phân tử dendrimer có cấu tạo bởi 3 phần : lõi, nhánh bên trong, các nhóm bề
mặt bên ngoài.

Hình 2: Mô hình cấu trúc phân tử dendrimer
26

Dendrimer được cấu tạo từ phân tử tâm gọi là core. Phân tử core có thể là ưa
nước hoặc kỵ nước.Tùy thuộc vào cấu trúc của lõi bên trong mà nhánh xuất phát từ
lõi có thể từ 3 đến 8 nhánh (hoặc nhiều hơn), thông thường khoảng từ 3 đến 4
nhánh. Thông thường người ta có thể dùng ammoniac (NH
3
), ethylendiamine
(NH
2
CH
2
CH
2
NH
2
), aniline (C
6
H
5
NH

2
),…
Các nhánh bên trong được lặp đi lặp lại có nhiệm vụ liên kết các nhóm chức
bên ngoài với tâm. Giữa các nhánh có nhiều không gian trống bên trong.
Các nhóm bề mặt bên ngoài thường là các nhóm anion, cation, trung tính,
hay các nhóm ưa nước hay kỵ nước…
Dendrimer ở các thế hệ thấp (G = 0, 1, 2) có khả năng thay thế các nhóm bên
ngoài cao hơn các dendrimer ở các thế hệ cao hơn vì ở thế hệ thấp thì mật độ nhánh
ở bên ngoài còn rất nhỏ, chưa có sự cản trở về mặ
t không gian nên chúng được dao
động tự do. Khi dendrimer phát triển dần lên làm cho các nhánh dài và phát triển
rộng ra, số nhóm ở bên ngoài dendrimer trở nên đông đúc hơn do đó không gian
dao động của chúng bị thu hẹp, mức độ dao động tự do giảm đi làm cho cấu trúc
của dendrimer chặt chẽ hơn và có dạng hình cầu rõ rệt. Khi số lượng các nhánh bên
ngoài quá nhiều thì nó không còn khả năng phát triển nhánh nữa thì các nhóm bên
ngoài như một rào cản không cho các phân tử khác xâm nhập vào không gian trống
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 3

bên trong của dendrimer. Tóm lại, dendrimer ở ba thế hệ đầu có cấu trúc gần giống
lõi bên trong nên chúng có kích thước nhỏ, chưa có dạng cấu trúc hình cầu nhưng ở
các thế hệ càng cao thì các dendrimer có cấu trúc hình cầu càng rõ rệt hơn.

Hình 3: Cấu trúc dendrimer có dạng hình cầu
35
 Cấu trúc của dendrimer core ammonia:
 Core: NH
3

 Các dendrimer PAMAM được tổng hợp bắt đầu từ lõi NH
3
qua phản ứng
amide hóa với Methyl acrylate. Sau đó, sản phẩm là core PAMAM thế hệ G -0.5
được hình thành. Sản phẩm core PAMAM thế hệ G -0.5 sau đó được phản ứng với
Ethylenediamine để tạo thành PAMAM thế hệ G0. Sản phầm PAMAM thế hệ G0
được phản ứng với Methyl acrylate để tạo thành PAMAM thế hệ G 0.5. PAMAM
thế hệ G 0.5 được phản ứng với Ethylenediamine để tạo thành PAMAM thế hệ thứ
nhất (G 1.0). Quá trình cứ như th
ế được lặp đi lặp lại như trên ta sẽ có được các
PAMAM tương ứng theo các thế hệ ( G 1.5, G2.0, G2.5, G3.0…).
 Các thế hệ của PAMAM tương ứng G0.5, G1.5, G2.5… được gọi là các thế
hệ lẻ. Các thế hệ PAMAM tương ứng G0, G1.0, G2.0, G3.0, G4.0… được gọi là các
thế hệ chẵn.

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 4



Hình 4: Dendrimer core ammonia G3
11

Bảng 1: Khối lượng phân tử và số nhóm amine bên ngoài của dendrimer core
ammonia theo các thế hệ
12

Thế hệ G Khối lượng phân tử
Số nhóm amine
bên ngoài
0 359 3
1 1043 6
2 2411 12
3 5147 24
4 10619 48
5 21563 96
6 43451 192
7 87227 384
8 174779 768
9 349883 1536
10 700091 3072
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 5


Hình 5: Kích thước dendrimer tăng theo thế hệ
35

 Một vài cấu trúc phân tử của Dendrimer

Hình 6: Dendrimer poly (glycerol-succinic acid) G4
10

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 6


Hình 7: Dendrimer với core EDA G3.0
15


Hình 8: Dendrimer với core trimesyl G3.0
19


Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 7

I.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CẤU TRÚC DENDRIMER
5,17
I.3.1 Độ pH
Cấu trúc và hình dạng của dendrimer phụ thuộc rất nhiều vào độ pH. Tại pH
thấp ( pH ≤ 4 ) thì các nhánh duỗi ra, các phân tử sắp xếp có trật tự hơn, không gian
trống trong các phân tử dendrimer nhiều hơn. Tại pH trung tính bắt đầu xuất hiện
các khúc cuộn do liên kết hydrogen giữa các nhóm amine bên trong và các nhóm
amine trên bề mặt. Tại pH cao hơn phân tử bắt đầu co lại có hình dạng như một
khối cầu, độ chặt bắt
đầu tăng lên.

Hình 9: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi pH
5,17

I.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ
5,17

Nồng độ của dendrimer cũng ảnh hưởng đến cấu trúc của dendrimer, nồng
độ càng đậm đặc các phân tử dendrimer càng co cuộn lại và chồng khít lên nhau.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 8


Hình 10: Dendrimer ở những nồng độ khác nhau
17

a) Nồng độ rất loãng, các phân tử ở rất xa nhau
b) Nồng độ loãng, các phân tử tiếp xúc với nhau

c) Nồng độ đậm đặc, các phân tử ở dạng sa lắng
d) Nồng độ rất đậm đặc, các phân tử co cuộn và chồng khít lên nhau
I.3.3 Nồng độ muối
Nồng độ muối cũng ảnh hưởng đến cấu trúc và hình dạng của dendrimer.
Cũng giống như
độ pH, khi nồng độ muối thấp các nhánh của dendrimer duỗi ra,
khi nồng độ muối cao làm cho hình dạng của nó co cuộn lại.

Hình 11: Sự thay đổi hình dạng dendrimer trong môi trường muối
5


Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 9

I.3.4 Dung môi hòa tan
Trong dung môi có proton thì các nhánh của dendrimer duỗi thẳng ra tạo liên
kết hydrogen giữa nguyên tử N của nhóm NH bên trong và nhóm bề mặt NH
2
hay
nguyên tử O của nhóm COO
-
với nguyên tử H của dung môi.
Trong dung môi không proton thì nó cuộn lại vì lúc này hình thành liên kết
hydrogen nội phân tử giữa nguyên tử N của nhóm NH
2
bề mặt với nguyên tử H của
nhóm NH bên trong.

Hình 12: Cấu trúc dendrimer trong dung môi có proton và dung môi không
proton
5
I.4 TÍNH CHẤT DENDRIMER
14
I.4.1 Tính mang vác
Từ cấu trúc phân tử cho ta thấy trong phân tử dendrimer có nhiều khoảng
trống nên chúng được sử dụng như một chất mang. Các chất chúng có thể mang là
thuốc trị bệnh, các đoạn DNA, các enzyme, các hormone, các xúc tác kim loại…
Đối với các dendrimer thế hệ thấp (G = 0-3), cấu trúc phân tử chưa có cấu trúc hình
cầu rõ rệt nên chưa thể hiện tốt vai trò mang vác của nhánh bên trong dendrimer.
Với thế hệ cao hơn (G ≥ 4) cấu trúc phân tử bắt đầu có dạ
ng hình cầu rõ rệt và các
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 10

khoảng trống bên trong dendrimer bắt đầu thể hiện tốt hơn vai trò mang vác của
mình trong việc dùng làm chất mang thuốc, hạt nano kim loại nhờ các khoảng trống
bên trong của dendrimer có các nhóm chức như C=O, amine bậc ba…có khả năng
tạo phức với ion kim loại. Năm 1998, dendrimer-kim loại được Crooks
28
và
Tomalia
18
đưa vào sử dụng như một chất xúc tác cho phản ứng hydrogen hóa, ghép
cặp C-C trong môi trường nước, dung môi hữu cơ và CO
2
siêu tới hạn.

Hình 13: Hình dạng dendrimer qua các thế hệ
12
I.4.2 Cấu trúc xác định
Trước đây, trong quá trình tổng hợp các polymer mạch thẳng và mạch nhánh
thì sự sắp xếp các nhánh xảy ra theo một cách ngẫu nhiên và các phân tử có kích
thước khác nhau nên không đồng đều. Nhưng đối với dendrimer ta có thể tổng hợp
chúng với kích thước và khối lượng phân tử như mong muốn bằng cách tổng hợp
theo thế hệ của chúng.
Chính vì cấu trúc đặc biệt này mà các dendrimer có những tính chất tốt hơn
những polymer khác. Khi hòa tan trong dung môi các polymer thông th
ường tồn tại
ở dạng cuộn mềm dẻo dễ thay đổi hình dạng nhưng dendrimer thì tồn tại ở dạng một
trái banh chặt chẽ rất ít hoặc không bị biến dạng. Điều này ảnh hưởng nhiều đến độ
nhớt của dendrimer. Khi khối lượng phân tử của dendrimer tăng thì độ nhớt của nó
tăng đến thế hệ thứ tư và sau đó giảm xuống. Còn các polymer mạch thẳng và
nhánh thì độ nhớt của chúng tăng theo chiều tăng khối lượng phân tử
25
.
Có sự trùng hợp đặc biệt là các thế hệ dendrimer có kích thước chuẩn rất phù
hợp với vật chất trong cơ thể. Chẳng hạn như G4 có kích thước 40 A
0
bằng kích
thước của cytochrome, G5 có kích thước 53 A
0
phù hợp với hemoglobine, G6 có
G 0 G1 G2 G3 G4
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 11

kích thước 67 A
0
phù hợp với phức DNA và histone. Vì sự trùng hợp đó mà
dendrimer đang là vật liệu nano rất được chú trọng trong y học ngày nay
15
.


Hình 14: Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể
15

I.4.3 Tính tương hợp sinh học
Các nhóm bề mặt của dendrimer có khả năng làm tăng tính tan, tính trộn lẫn
và hoạt tính của chúng. Ví dụ như nhóm bề mặt OH, NH
2
…có thể làm tăng tính tan
của dendrimer.
Do có kích thước nhỏ nên chúng có khả năng thẩm thấu sinh học cao, có thể
đi xuyên qua mạch máu hay qua biểu mô. Vì thế chúng có khả năng vận chuyển
carbohydrate, protein, hay oxygen đi khắp các mạch máu trong cơ thể.
Những dendrimer vừa có tính ái nước vừa có tính ái dầu được chú ý tổng
hợp nhiều hơn vì tính ái nước là để chúng có thể hòa tan vào môi trường nước trong
cơ thể đi vào các tế bào, tính ái dầu là để khi đến tế bào chung có th
ể đi qua màng
lipid đi sâu vào bên trong tế bào. Trong lĩnh vực y học thường sử dụng các
dendrimer có độ tan thấp bởi chúng ít tan thì sẽ khó bị nước mang đi khắp cơ thể.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 12

Ngoài ra các dendrimer có tính tương thích với cơ thể rất cao và được đào
thải dần ra khỏi cơ thể nên ít nguy hiểm đối với cơ thể. Những nghiên cứu của
D.A.Tomalia
15
thường đi sâu vào các dendrimer ưa dầu vì chúng có độc tính thấp
hơn thậm chí không độc so với các dendrimer ái nước. Nhiều nghiên cứu cho thấy
khi ta sử dụng phóng xạ Iot-125 được gắn vào dendrimer có lõi là phenolic thì
dendrimer có thể bài tiết qua thận rồi theo đường nước tiểu hay đường phân ra khỏi
cơ thể.
I.4.4 Tính đơn phân tán
Dendrimer là một phân tử đơn phân tán không giống như các polymer mạch
thẳng. Trong suốt quá trình tổng hợp, các polymer mạch thẳng được tạo thành một
cách ngẫu nhiên và tạo nên những phân tử có kích thước khác nhau. Ngược lại, khối
lượng phân tử và kích thước của dendrimer luôn được kiểm soát cụ thể trong suốt
quá trình tổng hợp.
I.4.5 Tính đa nhóm chức
Các nhóm bề mặt của phân tử dendrimer đóng vai trò quan trọng quyết định
khả năng hòa tan, sự trộn lẫn và khả năng phản ứng. Sự hòa tan của dendrimer trong
các dung môi khác nhau được quyết định bởi các nhóm bề mặt. Nếu nhóm bề mặt là
các phân tử ưa nước thì dendrimer sẽ tan được trong dung môi phân cực. Ngược lại,
nếu nhóm bề mặt của dendrimer là nhóm kị nước thì dendrimer sẽ hòa tan trong
dung môi không phân cực.
I.5 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP
9,16,17
Hiện nay dendrimer được tổng hợp bằng hai con đường chính là phương
pháp divergent và convergent. Ngoài ra hiện nay người ta còn công bố phương pháp
khác là tổng hợp dendrimer trên nền silicagel, phương pháp Double-stage, phương
pháp Orthogonal

I.5.1 Phương pháp divergent
Dendrimer được phát triển từ các nhóm chức của phân tử lõi bên trong. Các
lõi phản ứng với các phân tử monomer chứa một loại nhóm chức hoạt động (có khả
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 13

năng phản ứng) và một loại nhóm chức không hoạt động (không có khả năng phản
ứng) và đưa đến việc hình thành thế hệ thứ nhất của dendrimer. Sau đó các nhóm bề
mặt cũng được hoạt hóa để chuẩn bị cho phản ứng với các nhóm monomer khác.
Quy trình trên được lặp đi lặp lại tạo ra các thế hệ dendrimer khác nhau (G), chúng
được xây dựng từ lớp này sang lớp khác.
Nhược điểm l
ớn nhất của phương pháp này là thường xảy ra các phản ứng
phụ và sản phẩm sinh ra có nhiều khuyết tật. Vì vậy để ngăn cản phản ứng phụ và
thúc đẩy phàn ứng chính thì độ tinh khiết của tác chất phản ứng phải ở mức độ cho
phép là một đòi hỏi rất quan trọng. Nếu phản ứng phụ xảy ra nhiều sẽ gây trở ngại
cho việc tinh chế
sản phẩm cuối cùng.
I.5.2 Phương pháp convergent
Phương pháp này ra đời khắc phục được nhiều nhược điểm của phương pháp
divergent. Trong phương pháp này dendrimer được tổng hợp theo dạng bậc thang.
Lớp ngoài cùng của dendrimer được hình thành từ những nhóm hoạt động, tiếp theo
phản ứng hướng vào trung tâm và phát triển. Cuối cùng các nhóm họp lại tạo thành
cấu trúc dendrimer mong muốn. Theo phương pháp này có một số điểm thuận lợi
hơ
n là nó dễ dàng làm sạch sản phẩm và những khuyết tật của sản phẩm cũng được
giảm đến mức tối thiểu. Việc tổng hợp dendrimer đòi hỏi phải có sự sắp xếp thật tỉ
mỉ vị trí các nhóm nguyên tử trong không gian, vì thế khi số nhóm bên ngoài tăng
lên sẽ cản trở không gian cho các nhóm tiếp theo

Hình 15: Hai phương pháp tổng hợp dendrimer
15
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 14

I.6 ỨNG DỤNG
I.6.1 Dendrimer là một vật liệu mới
Vào năm 1985, Tomalia
30
đã sử dụng dendrimer làm chất phá nhũ tương của
dầu và nước, dùng làm chất giữ ẩm cho giấy và có tác dụng làm thay đổi độ nhớt
nên dùng trong sản xuất sơn.
Năm 1987, Tomalia và đồng sự
31
đã phát hiện ra dendrimer có nhiều nhánh
được điều chế từ polyethyleneimine với methylacrylate, ethylendiamine. Họ sử
dụng để chế tạo phân tử composite, làm vật liệu polymer.
Năm 2003, Vijay R Mhetar
32
đã sử dụng dendrimer để làm thay đổi bề mặt
nhựa nhiệt dẻo như độ dẻo, khả năng chịu nhiệt. Khi trộn với dendrimer có thể
khống chế được tính chất mốc của nhựa, chống lại tia tử ngoại, độ mài mòn cao,
chống cháy. Do đó, loại nhựa trên có nhiều ứng dụng như làm kính, đèn treo tường.
đồ trang trí, sơn…
Vào năm 2004, Grinstaff
10
đã phát hiện ra các polyester dendrimer có nguồn
gốc từ các monomer như glycerol, succinic acid được dùng trong vật liệu y tế.

I.6.2 Trong y dược và sinh học
Một trong các khối có cấu trúc nano được quan tâm sử dụng hiện nay là
dendrimer bởi tính chất hướng đích và phát hiện của nó. Các thiết bị nano dùng
dendrimer PAMAM đa chức năng cung cấp một nền tảng nano để chụp ảnh, phân
phối thuốc và điều trị ung thư, giúp tăng hoạt lực của thu
ốc…
Trong lĩnh vực y dược dendrimer được dùng làm chất mang thuốc đến các
vị trí trong cơ thể có hiệu quả cao, nhất là những vị trí chứa các khối u ác tính. Khi
thuốc được gắn vào dendrimer, thuốc có thể phóng thích nhớ quá trình tiếp xúc với
vị trí định sẵn trong cơ thể. Dendrimer có thể sử dụng như tác nhân che phủ bên
ngoài để bảo vệ hay mang thuốc đến các vị trí đặc biệt trong cơ thể hay điều ti
ết
thời gian phóng thích các tá dược một cách hợp lý tránh hiện tượng thuốc chưa đưa
hấp thu mà đã đào thải ra ngoài. Người ta dùng dendrimer làm chất mang những
loại thuốc trong hóa trị liệu có độc tính cao đối với cơ thể, các loại thuốc có tuổi thọ
rất ngắn trong cơ thể. Khi sử dụng chất mang thì thuốc có thể được đưa đến đúng vị
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 15

trí cần điều trị trong cơ thể, lượng thuốc sử dụng ít hơn, dược tính tăng cao. Ngoài
ra nó không độc đối với cơ thể, có tính đào thải tốt. Ngoài ra dendrimer còn có
nhiều ứng dụng trong chẩn đoán và vận chuyển gene nên đã thu hút sự nghiên cứu
của nhiều nhà khoa học.
Vào năm 2001, Lajos Balogn và D.A.Tomalia đã phát hiện ra phức PAMAM
dendrimer với ion bạc
33
. Nó dùng làm dụng cụ băng bó vết thương, kháng khuẩn.
Vào năm 2002, James Baker đã đưa ra ý tưởng ghép PAMAM dendrimer với
chất kháng thể chống ung thư methotrexate, vitamin, acid folic và chất tạo ảnh

huỳnh quang
34
. Chất này khi đưa vào cơ thể sẽ dính chặt và tiêu diệt các tế bào ác
tính mà không gây tổn thương cho các tế bào xung quanh.
Vào năm 2005, Thomas và Majoros cũng sử dụng acid folic tới các tế bào ác
tính để điều trị ung thư não, cổ và ung thư buồng trứng. Họ đã kết hợp PAMAM
dendrimer thế hệ thứ năm với chất chống ung thư methotrexate và taxol sử dụng độ
nhạy pH in vivo để giải phóng thuốc chống ung thư
nằm trong chất mang polymer
nano phân hủy sinh học.
Vào năm 2006, Meredith T Morgan cùng các đồng nghiệp ở trường đại học
Duke đã sử dụng dendrimer G4.5 – PGLSA – COONa như một chất mang thuốc trị
ung thư camptothecin
20
. Kết quả đã gắn được thuốc ung thư vào trong dendrimer và
tiến hành nghiên cứu khả năng hòa tan, thử hoạt tính trên bốn dòng tế bào gây ung
thư ở người như MCF – 7, HT – 29, NCI – H460, SF – 268. Thuốc trị ung thư
camptothecin sau khi được gắn vào dendrimer làm tăng độ hấp thu của tế bào lên 16
lần đồng thời cũng làm tăng thời gian duy trì của thuốc trong tế bào.
Năm 2007, Minglu Ma và các đồng nghiệp đã nghiên cứu sử dụng dendrimer
làm chất mang thuố
c sulfamethoxazole (SMZ)
21
. Với sự có mặt của dendrimer sẽ
giúp cho SMZ có thể tan được trong nước và phân tán chậm hơn giúp làm tăng khả
năng kháng khuẩn của thuốc (tăng gấp 4 đến 8 lần so với việc dùng SMZ hòa tan
trong DMSO hay dung dịch NaOH 0,01M).


Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Thị Kim Dung

SVTH: Lý Ngọc Phong 16

I.6.3 Chất mang hạt nano từ tính
23,25

Năm 2001, Erica Strable đã sử dụng dendrimer như một chất bảo vệ để tổng
hợp hạt nano từ tính sắt oxide. Các hạt nano từ tính được tạo thành có kích thước từ
20-30 nm và tạo được sự ổn định ngăn chặn quá trình kết tụ hạt nano xảy ra trong
dung dịch.
Năm 2010, Hui-Xia Wu cùng các đồng nghiệp đã tổng hợp nano từ tính
cobalt và dendrimer được sử dụng như một chất mang kim loại. K
ết quả đã tổng
hợp ra các hạt nano từ tính có kích thước tương đối nhỏ, đều và giới hạn được quá
trình oxi hóa hạt nano cobalt xảy ra trong quá trình tổng hợp.
I.6.4 Trong các lĩnh vực khác
Bên cạnh những ứng dụng trong các lĩnh vực trên dendrimer còn được dùng
trong các lĩnh vực khác như:
 Trong lĩnh vực xúc tác: nhờ vào diện tích bề mặt lớn và nhiều khe hở bên
trong nên nó có thể dùng làm chất mang chất xúc tác.
 Trong kỹ thuậ
t: dùng làm đầu dò cảm biến hóa học và sinh học, sợi carbon,
phụ gia polymer và nhựa…
 Trong môi trường: dùng để xử lý chất thải, hệ thống siêu lọc…
 Trong điện tử và quang học: dùng làm hệ thống hấp thu ánh sáng, màn hình
tinh thể lỏng, vật liệu quang học 3D…
 Trong công nghiệp: dùng để chế tạo mực in, chất bám dính, tạo ra pin và
chất bôi trơn ở cấp độ nano.
I.7 GIỚI THIỆU VỀ NANO KIM LOẠI VÀ VẬT LIỆU
NANOCOMPOSITE

Khoa học và công nghệ nano là một lĩnh vực mới, phát triển rất nhanh chóng
và được ứng dụng trong nhiều ngành như điện tử, vật lý, hóa học, sinh học, y học,
môi trường…Nó đã tạo ra nhiều loại vật liệu chức năng mới có kích thước trong
khoảng từ 0.1 đến 100 nanomet (nm) trên cơ sở hóa học nano. Bởi nhiều nguyên tố
hóa học có được những tính chất hoàn toàn mới khi được đưa về trạng thái