TÀI LIỆU VỀ ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANÔ TỪ TÍNH

ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANÔ TỪ TÍNH
Các ứng dụng của hạt nanô từ được chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể và trong cơ
thể. Chúng tôi chỉ trình bày một số ứng dụng tiêu biểu trong rất nhiều ứng dụng đã và
đang được nghiên cứu. Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách
những tế bào cần nghiên cứu ra khỏi các tế bào khác. Các ứng dụng trong cơ thể gồm:
dẫn thuốc, nung nóng cục bộ và tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ…
I Phân tách và chọn lọc tế bào,ADN,tế bào CD làm giàu DNA của siêu vi Herpes

1Phân 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 môi 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
+ tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường.
Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nanô từ tính. Hạt nanô thường dùng là
hạt ô-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 không 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 hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy.
1
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 đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm nanô mét.Quá trình phân
tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài.
2

Hình: tập hợp tế bào cừu liên kết lại với nhau
Hình:cấu trúc của một hạt nano từ có dạng bông hoa
Từ trường ngoài 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 thoát ra ngoài. Lực tác động lên hạt từ
tính được cho bởi phương trình sau:
F = πηRΔν
Trong đó η là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R là bán kính của hạt
từ tính, Δν =ν −ν là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước.
Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản nhất được hình trên. Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu
(hạt từ tính bao phủ bởi một lớp CHHBM) 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.
2. Làm giàu DNA của siêu vi Herpes:
Herpes là một siêu vi gây bệnh ngoài da và bệnh đường sinh dục. Đoạn mã DNA
dò của siêu vi này được dùng trong nghiên cứu của là một đoạn mã đặc trưng 5’-AT CAC
CGA CCC GGA GAG GGA C-3’ (Invitrogen). Đoạn mã sẽ lai hóa với đoạn mã đối ứng
của của DNA đích của dung dịch cần làm giàu. Để DNA dò có thể tiếp hợp với amino-
NP thì gốc phosphate của đầu 5’ của đoạn DNA cần được hoạt hóa. Sử dụng 1-ethyl-3-
(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC, Sigma) làm chất xúc tác cho việc hình
3
Hình:Sơ đồ đơn giản về cơ phân tách tế bào
thành liên kết giữa nhóm amino trên bề mặt hạt nano và nhóm phosphate của đầu 5’ của
đoạn DNA dò.
Tuy nhiên, thời gian sống của EDC sau khi hoạt hóa DNA trong nước rất ngắn nên chúng
tôi dùng 1-methyllmidazole (MIA) để phản ứng với EDC hình thành lên nhóm chức hoạt
động khác làm cho quá trình hoạt hóa DNA trong nước được ổn định (hình B). Sau quá
trình này, DNA được hoạt hóa (gọi tắt là DNA hoạt hóa). Trộn amino-NP và DNA hoạt
hóa thì DNA dò sẽ tiếp hợp lên bề mặt của hạt nano ta thu được hạt nano từ tính có đoạn
DNA dò trên bề mặt (DNA-NP) (hình C). Quá trình tiếp hợp DNA và hạt nano được ổn
định ở nhiệt độ 37°C trong 18 giờ. Sản phẩm của quá trình này là hạt nano từ tính có bề

mặt là các DNA dò. Các DNA-NP sẽ được dùng để làm giàu DNA của mẫu thực.Quá
trình làm giàu DNA của siêu vi Herpes bằng hạt nano từ tính được thực hiện như sau.
Lấy 1 ml dung dịch chứa DNA-NP (2 % khối lượng DNA-NP/ml dung dịch) trộn với 2
ml – 20 ml dung dịch 0,1 nM/l DNA của siêu vi Herpes. Quá trình lai hóa giữa đoạn
4
Hình: Quy trình tiếp hợp hạt nano được chức năng hóa với DNA của siêu vi Herpes.
(A): hoạt hóa DNA bằng EDC.(B): hoạt hóa DNA bằmg MIA do EDC không ổn định
trong nước.(C): tiếp hợp hạt nano từ tính phủ amino với DNA
DNA dò trên bề mặt hạt nano từ tính và DNA của siêu vi xảy ra tại nhiệt độ được ổn định
là 37°C trong thời gian 1 giờ. Sau phản ứng lai hóa, dùng một nam châm thương mại để
cô đặc hạt nano từ tính có gắn cùng các DNA của siêu vi. Lượng DNA-NP được ước tính
là dư so với số phân tử DNA có trong dung dịch. Hạt cô đặc trong tất cả các trường hợp
được hòa vào trong 0,1 ml dung dịch và được gia nhiệt tại nhiệt độ 98°C để tách DNA
của siêu vi ra khỏi hạt nano từ tính. Nếu quá trình tách lọc từ đạt hiệu suất 100 % thì
nồng độ DNA trong dung dịch cuối cùng sẽ gia tăng từ 20 đến 200 lần. Đo nồng độ của
DNA sau khi được làm giàu và tách khỏi hạt nano bằng vi cảm biến độ dẫn.Vi cảm biến
độ dẫn đo nồng độ DNA dựa trên sự thay đổi về độ dẫn ở khoảng cách giữa các điện cực
khi có sự lai hóa giữa DNA đích và DNA dò . Điện cực bằng đồng giống như hai chiếc
lược đan xen với nhau. Kích thước mỗi răng lược 70´1000 mm2, khoảng cách giữa chúng
là 30 mm. Các điện cực được cố định trên đế Si bằng phương pháp quang khắc. Khoảng
trống giữa các điện cực là Si được tiếp hợp với DNA dò theo một phương pháp tương tự
như phương pháp tiếp hợp hạt nano từ tính với DNA dò. Khi cho cảm biến vào dung dịch
có chứa DNA Herpes, quá trình lai hóa giữa DNA dò và DNA đích xảy ra gây ra sự thay
đổi về độ dẫn. So sánh với tín hiệu của một điện cực khác không được chức năng hóa bề
mặt bằng DNA dò ta sẽ thu được tín hiệu đầu ra.
5
Hinh: Quá trình kết hợp AND với nano từ thành ‘AND dây’ phủ
trên đế silic
Sự chênh lệch độ dẫn phụ thuộc vào nồng độ DNA. Nhược điểm của phương pháp này là
không đo được khi nồng độ thấp hơn 10 nM/l. Kết hợp quá trình làm giàu bằng từ trường

như trình bày ở trên và vi cảm biến độ dẫn có thể xác định được DNA có nồng độ thấp
hơn. Hình cho thấy sự phụ thuộc của nồng độ DNA vào thể tích của dung dịch ban đầu
trước và sau khi làm giàu DNA. Nồng độ tăng tuyến tính theo thể tích cho thấy quá trình
làm giàu DNA bằng từ tính đạt hiệu quả. Giá trị đo được bằng vi cảm biến độ dẫn không
sai khác nhiều so với giá trị ước tính từ sự giảm thể tích ban đầu về 0,1 ml cho thấy hầu
hết phân tử DNA trong dung dịch ban đầu (nồng độ 0,1 nM/l) đều lai hóa với hạt nano từ
tính và được cô đặc bằng tách lọc từ. Đây là một phương pháp có thể sử dụng để mở rộng
để xác định sự có mặt của nhiều loại siêu vi khác như siêu vi cúm gia cầm.
3. Đếm tế bào bạch cầu CD4+T
Quá trình gắn với kháng thể antiCD4 được thực hiện bằng cách lấy 0,4 g amino-
NP rửa và tách từ hai lần bằng 1 ml dung dịch đệm 2-(N-Morpholino) ethanesulfonic
acid (MES) có pH bằng 6 với nồng độ 0,1 M (Sigma). Sau đó, amino-NP được phân tán
trong 0,25 ml dung dịch đệm chứa MES và 2 mg EDC ở dạng bột bằng cách khuấy đều
tại nhiệt độ phòng trong 15 phút. Tách rửa bằng từ trường hai lần trước khi nhỏ 1 μg -
100 μg kháng thể đơn dòng antiCD4 (antiCD4, Invitrogen). Tách rửa từ 4 lần bằng nước
6
cất ta thu được hạt nano gắn kháng thể antiCD4, kí hiệu là antiCD4-NP. Trong một số
mẫu, chúng tôi sử dụng 20 μl kháng thể antiCD4 phát huỳnh quang (viết tắt là *antiCD4,
bước sóng kích thích 480 nm, bước sóng phát xạ 520 nm của hãng Exiobio) trộn với
antiCD4 có các nồng độ khác nhau. Sau 2 giờ các hạt nano được bọc bởi các kháng thể
đơn dòng antiCD4 và *antiCD4 được tách rửa từ 3 lần bằng 1 ml dung dịch đệm
phosphate saline (PBS).
Kết quả cuối cùng ta thu được hạt nano từ bọc bởi hai loại kháng thể đơn dòng
antiCD4: một loại thường (antiCD4-NP) và một loại phát huỳnh quang (*antiCD4-NP)
và được bảo quản trong PBS bổ sung thêm albumin huyết thanh bò (BSA). Lấy 200 μl
máu của người bình thường được li tâm trong ống nghiệm Eppendorf 1,5 ml với tốc độ
1000 vòng/phút trong 10 phút để loại bỏ huyết thanh rồi hòa lại vào 200 μl PBS bổ sung
1% BSA. Sau đó các ống được ủ với 0,2 mg antiCD4-NP và *antiCD4-NP trong 20 phút
tại nhiệt độ phòng. Bổ sung 1,3 dung dịch đệm nhược trương (5 mM Tris pH 7.0, 10%
glycerol) để đột

7
Hinh: Sự phụ thuộc của nồng độ DNA vào thể tích của dung dịch ban đầu
trước khi và sau khi làm giàu DNA.
ngột phá tung màng tế bào máu làm tế bào trở thành dạng không có bào quan và bào
tương hay còn gọi là tế bào ma (ghost cell). Giai đoạn này, các antiCD4-NP và
*antiCD4-NP trên bề mặt hạt nano sẽ gắn đặc hiệu lên các tế bào
giúp loại bớt các tế bào ma. Trong một thí nghiệm đối chứng, chúng tôi gắn trực tiếp 20
μl kháng thể đơn dòng antiCD4 phát huỳnh quang với 200 μl máu để nhuộm tế bào bạch
cầu CD4+ T. Quá trình xử lý tiếp theo cũng tương tự như thí nghiệm với antiCD4-NP và
*antiCD4-NP nhưng không có bước tuyển từ. Các tế
bào sau phản ứng gắn đặc hiệu với kháng thể được bảo quản trong 50 μl PBS lạnh, bổ
sung 1% BSA và 10% glycerol. 5μl dung dịch chứa tế bào được nhỏ lên một tấm kính
(slide glass) rồi được phủ lên bằng một phiến kính mỏng (cover slip) để quan sát bằng
8
Hinh Quy trình tiếp hợp hạt nano được chức năng hóa với kháng thể antiCD4. Phản ứng
(A) Hạt nano từ tính được chức năng hóa EDC. Phản ứng (B)Tiếp hợp kháng thể antiCD4
với hạt nano từ tính được bao phủ bởi EDC.
hiển vi huỳnh quang Carl Zeiss Axio. Cường độ huỳnh quang được xử lí bằng phần mềm
Scion Image.là ảnh chụp các tế bào trong máu từ kính hiển vi dưới ánh sáng thường và
dưới chế độ phát huỳnh quang (ánh sáng kích thích 480 nm, ánh sáng huỳnh quang 520
nm). Với mẫu không được tuyển từ, dưới ánh sang thường có thể nhìn thấy tế bào hồng
cầu và nhiều loại tế bào bạch cầu. Sự nhận biết loại tế bào có thể thông qua hình dạng của
chúng. Dưới chế độ huỳnh quang thì chỉ nhìn thấy tế bào bạch cầu CD4+ T mà không
nhìn thấy các tế bào hồng cầu và bạch cầu dạng khác. Sở dĩ như vậy vì hạt nano từ có
kháng thể đơn dòng *antiCD4 rất đặc hiệu, chỉ gắn với kháng nguyên CD4 trên bề mặt tế
bào bạch cầu CD4+ T và làm các tế bào này phát sáng. Độ sáng của tế bào bạch cầu đo
được là (137±45)´103 (đơn vị tùy ý). Dựa trên diện tích của hình nghiên cứu vào khoảng
104 mm2,ước tính số tế bào bạch cầu CD4+ T của hai người trưởng thành là 670 và 810
tế bào/ml. Giá trị này nằm trong khoảng an toàn đối với người khỏe mạnh
(600 đến 1200 tế bào/ml).

9
Hinh Ảnh chụp các tế
bào trong máu từ kính hiển vi dưới ánh sáng thường (A, C) và
dưới chế độ phát huỳnh quang (B, D) của tế bào không được bao bọc bởi hạt nano từ
tính (A, B) và được bao bọc bởi hạt nano từ tính (C, D).
Với người mắc bệnh HIV, số lượng tế bào bạch cầu giảm đi rất nhiều (thậm chí ít hơn
150 tế bào/ml) nên việc lấy thống kê theo diện tích trên hình quan sát của kính hiển vi
không chính xác. Chính vì thế sử dụng hạt nano từ tính chức năng hóa bằng kháng thể
antiCD4 để làm giàu tế bàobạch cầu trước khi đếm bằng hiển vi huỳnh quang. Chúng tôi
đã thử nghiệm với các nồng độ antiCD4 khác nhau từ 1 mg – 100 mg và thấy rằng 20 mg
là đủ để chức năng hóa bề mặt của 0,4 g hạt nano.hình trên cho thấy ảnh chụp tế bào máu
sau khi tách từ. Không giống như hình , hình này không có nhiều tế bào hồng cầu, tiểu
cầu hoặc các tế bào bạch cầu loại khác với bạch cầu CD4+ T. Hơn nữa, tín hiệu thu được
dưới chế độ ảnh chụp huỳnh quang cho thấy cường độ phát huỳnh quang của tế bào bạch
cầu CD4+ T mạnh hơn cường độ huỳnh quang của tế bào được tiếp hợp với kháng thể
huỳnh quang mà không có hạt nano.
Cường độ đo được là (356±64)´103 (đơn vị tùy ý) gấp 2,6 lần cường độ lần trước. Các
kết quả trên cho thấy rằng, quá trình tách lọc tế bào sử dụng tương tác kháng nguyên-
kháng thể đã thành công. Không những thế, cường độ huỳnh quang của các tế bào có hạt
nano lại mạnh hơn trường hợp không có hạt nano. Điều này có thể giải thích như sau: nếu
không có hạt nano, chỉ có một lớp kháng thể huỳnh quang bám trên bề mặt tế bào nên
cường độ huỳnh quang chỉ do một lớp đó phát ra; trong trường hợp của hạt nano huỳnh
quang, hạt nano có tác dụng “thu thập” các kháng thể huỳnh quang trước khi tiếp hợp
trên bề mặt tế bào tạo nên nhiều lớp kháng thể huỳnh quang nên độ sáng lớn hơn độ sáng
của một lớp kháng thể. Ngoài ra việc đếm tế bào cũng dễ dàng hơn do không bị lẫn với
các tế bào khác loại và có nhiều tế bào trên một đơn vị diện tích nên thống kê chính xác
hơn. Phương pháp đánh dấu tế bào kết hợp với tuyển từ như thế này rất hiệu quả trong
việc đếm tế bào bạch cầu CD4+ T cho các bệnh nhân bị nhiễm HIV
II. ỨNG DỤNG BÊN TRONG CƠ THỀ:

1. Phương pháp tăng thân nhiệt (gây sốt) cục bộ
Phương pháp tăng thân nhiệt (gây sốt) cục bộ là một quá trình điều trị sử dụng các hạt
nano từ tính để tăng nhiệt độ của một vùng cơ thể có khối u ác tính hoạc các u khác. Đây
cũng là một phương pháp điều trị ung thư vì tốc độ phát triển ung thư có thể được làm
10
chậm lại , thậm chí có thể bị triệt tiêu ở trong khoảng nhiệt độ từ 42-48
o
, trong khi đó các
tế bào bình thường có thể chịu đựng đến nhiệt độ cao hơn. Các phương pháp tăng thân
nhiệt truyền thống sử dụng phương pháp nung nhiệt tòn bộ cơ thể hoặc một bộ phận cơ
thể từ bên trong hoạc từ bên ngoài bằng cách bơm các dòng chất lỏng (hoặc máu) nóng
vào cơ thể, bằng phương pháp siêu âm hoặc sử dụng trường điện từ.
Nguyên tắc của phương pháp gây sốt cục bộ sử dụng các hat nano từ tính là như sau:
Trước tiên, các hạt nano từ tính có kích thước từ 20-100 nm được phân tán trong các mô
mong muốn. Sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều bên ngoài đủ lớn về cường độ và
tần số để làm cho các hạt nano 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.
Nghiên cứu về kĩ thuật tăng thân nhiệt cục bộ được phát triển từ rất lâu và có rất nhiều
công trình đề cập đến kĩ thuật này nhưng chưa có công bố nào thành công trên người.
Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền lượng hạt nano phù hợp để tạo ra đủ nhiệt lượng
khi có sự có mặt của từ trường ngoài mạnh trong phạm vi điều trị cho phép.
Vật liệu từ với diện tích vòng trễ lớn sẽ được sử dụng rất hiệu quả trong việc đốt
nhiệt. Tuy nhiên, thong thường cường độ từ trường tại vị trí khu trú của các hạt từ (để
11
điều trị bệnh) bị han chế nhiều, nên trong thực tế, ta chỉ sử dụng được các đường từ trễ
riêng phần mà thôi.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung nóng cục bộ là lưu lượng máu và phân bố
của các mô. Thực nghiệm và tính toán 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 nano cần thiết
vào khoảng 5-10 mg/cm
3
. Vật liệu dùng để làm hạt nano thường là magnetite và
maghemite và có thể có tính sắt từ hoặc siêu thuận từ. Phần lớn các thí nghiệm được tiến
hành với hạt siêu thuận từ. Vì vậy, ở seminar này chỉ giải thích cơ chế vật lý cho hạt siêu
thuận từ. Với hạt siêu thuận từ, khi áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng
ứng dưới tác dụng của từ trường đó. Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển động quay
vật lý và quay mô men từ của hạt. Hai quá trình quay này được đặc trưng bới hai thông số
là thời gian hồi phục Brown ( t
B
) và thời gian hồi phục Néel (t
N
). Lượng nhiệt thoát ra
được cho bởi phương trình sau:
P = m
0
pi f c H
2
trong đó m
0
là từ thẩm của môi trường, f là tần số từ trường xoay chiều, c là thành phần
lệch pha của độ cảm từ phức (độ hấp thụ), H là cường độ từ trường. Nếu chuyển động
của hạt nano từ tính lệch pha so với từ trường thì một phần năng lượng từ chuyển thành
nội năng của hệ. Một chất lỏng từ được đặc trưng bởi tốc độ hấp thụ. Với chất lỏng từ tốt
giá trị này có thể đạt giá trị 45 W/g tại từ trường cỡ 0,01 T [7].
Như vậy, phương pháp gây sốt cục bộ có ưu điểm là cho phép chỉ làm nóng trực
tiếp khối u. Để tăng hiệu quả của phương pháp này, người ta còn thường sử dụng các hạt
nano từ đơn domen (kích thước nano mét) mà tránh sử dụng các hạt nano hấp thụ nhiều
năng lượng trong từ trường xoay chiều. Nhiệt năng phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và

12
hình dạng của hạt. Do đó việc lựa chọn các phương pháp chế tạo phù hợpse4 tăng cường
hiệu quả của phương pháp này.
Các hạt sắt từ thường được dử dụng để thực hiện giải pháp gây sốt cục bộ nhất. trong
trường hợp này, nếu kết hợp được cà các yếu tố độc dược và tương thích sinh học, só thể
tạo ra một tính năng tuyệt vời: đối với các mô chỉ chứa 1mg sắt/cm
3
có thể gia nhiệt với
tốc độ cỡ 5 độ/phút khi một bức xạ công suất 1w/cm
3
ở tần số 1MHz. Trong lúc đó nhiệt
độ của các phần mô không chứa oxyt sắt hầu như không thay đổi. Để thực hiện phương
pháp gây sốt cục bộ an toàn (không bị quá nhiệt), có thể sử dụng các vật liệu vô định hình
(hợp kim của Fe, P, C, và Ge có điện trở lớn) có nhiệt độ Curie thấp. Khi nhiệt độ vượt
quá nhiệt độ Curie, từ tính sẽ biến mất, sự gia nhiệt dưới tác dụng của từ trường sẽ giảm
và nhiệt độ luôn ổn định xung quanh giá trị nhiệt độ Curie. Theo hướng này, hiện nay,
các loại vật liệu như Ferit, peroveskit cũng là các vật liệu khá triển vọng. Ngày nay người
ta còn dung các dung dịch vi khuẩn từ tính nồng độ cao để thay thế các hạt nano từ tính
trong việc điều trị các khối u ác tính bằng phương pháp gây sốt cục bộ. Trong trường hợp
này, các vi khuẩn từ tính cũng được làm khu trú xung quanh khối u ác tính nhờ tác dụng
của gradient từ trường. Tiếp đó, dưới tác dụng của một từ trường xoay chiều, các vi
khuẩn từ tính (và cả khối u) được làm nóng lên đến 40
o
C để làm chết ác tế bào trong
khối u.
2. Dẫn truyền thuốc.
Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính không 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. Có thể nêu một ví dụ điển hình như
sau. Hiện nay, hóa học trị liệu đang là một phương pháp rất phổ dụng để điề trị bệnh ung

thư. Tuy nhiên đây cũng là phương pháp chữa bệnh phân tán và gây rất nhiều tác dụng
phụ. Để thực hiện phương pháp này, trước hết người ta phải tính đến liều lượng mức chịu
đụng cho từng bệnh nhân. Điều này có nghĩa là các bệnh nhân có sức khỏe yếu không thể
nhận đủ liều lưởng để chữa trị thành công. Trong trường hợp đó, nếu hướng đích được
13
việc vận chuyển thuốc và có biện pháp giữ cho thuốc không bị nhả ra trước khi đến đích
không những sẽ làm giảm ảnh hưởng đến các tế bào mạnh mà còn tăng được đủ liều
lượng để chữa trị thành công. 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; và
(ii) giảm lượng thuốc điều trị.
Hạt nano từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị. Lúc
này hạt nano có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất
lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. 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 quá 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 nano. Các chất mang (chất lỏng từ) 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 hoàn đóng vai trò 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 micro mét (tạo thành từ những hạt siêu thuận từ

14
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 quá trình dẫn thuốc bằng hạt nano từ tính có hiệu quả ở
những vùng máu chảy chậm và gần nguồn từ trường. Tuy nhiên, khi các hạt nano 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 quá trình dẫn thuốc vẫn có tác dụng.
Các hạt nano từ tính thường dùng là oxyd sắt (magnetite Fe
3
O
4
, maghemite a-
Fe
2
O
3
) 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,
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
nano 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 công, nhưng còn rất khiêm
tốn.
3. Chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI
Felix Bloch thuộc trường đại học Stanford và Edward Purcell thuộc trường đại học
Harvard đã thực hiện đồng thời nhưng độc lập với nhau thí nghiệm về cộng hưởng từ

thành công đầu tiên để nghiên cứu về các hợp chất hóa học vào năm 1946. Bác sĩ Bloch
và bác sĩ Purcell đã được giải Nobel về vật lý vào năm 1952. Vào những năm đầu của
thập kỷ 80 thuộc thế kỷ trước, máy chụp cộng hưởng từ (MRI - magnetic resonance
imaging) dành cho người lần đầu tiên xuất hiện cho ra hình ảnh bên trong của cơ thể
15
người. Máy MRI hiện nay có thể tạo ra hình ảnh 2 chiều và 3 chiều của cấu trúc cơ thể
người với độ chi tiết cao.
MRI tương tự với CT scan ở chỗ nó tạo ra hình ảnh cắt lát của cơ thể. Nhìn vào hình
ảnh cơ thể theo từng lớp cắt có thể giống với việc nhìn vào bên trong ruột ổ bánh mì bằng
cách cắt bánh ra thành từng lát mỏng. Không giống như CT scan, MRI không dùng tia X
mà thay vào đó, nó dùng một từ trường mạnh và sóng radio để tạo ra hình ảnh vi tính hóa
ở bên trong cơ thể rất rõ ràng và chi tiết. MRI thường được dùng để khảo sát não, cột
sống, các khớp, bụng và khung chậu. Một dạng MRI chuyên biệt có tên là cộng hưởng từ
mạch máu (MRA - Magnetic resonance angiography) dùng để khảo sát các mạch máu.
MRI não cho hình ảnh rất chi tiết của não và thường được dùng đối với những bệnh
nhân bị nhức đầu, đột quỵ, yếu ớt, nghe kém và nhìn mờ. Nó cũng có thể được dùng để
khảo sát sâu hơn những bất thường thấy được trên CT scan. Khi chụp MRI não, người ta
đặt một cuộn dây (head coil) xung quanh đầu bệnh nhân để giúp tạo ra hình ảnh chi tiết
của não. Head coil không chạm vào người bệnh nhân và bệnh nhân có thể nhìn thấy mọi
vật xung quanh qua những khoảng trống lớn ở trong cuộn dây.
Ảnh não người chụp bằng MRI
16
3.1 Ứng dụng MRI:
Chụp MRI cột sống thường được dùng để khảo sát thoát vị đĩa đệm hoặc hẹp ống
sống ở những người bị đau cổ, tay, lưng và/hoặc chân. Nó cũng là phương tiện tốt nhất để
kiểm tra thoát vị tái phát ở những người đã từng mổ thoát vị trước đó.
Chụp MRI xương và khớp có thể được dùng để kiểm tra gần như tất cả xương, khớp
và mô mềm. MRI có thể được dùng để xác định các gân cơ, dây chằng, cơ, sụn, và xương
bị tổn thương. Nó cũng có thể được dùng để tìm những chỗ nhiễm trùng hoặc các khối u.
Chụp MRI bụng thường được dùng nhất để khảo sát chi tiết hơn những bất thường

thấy được ở những phương tiện chẩn đoán hình ảnh khác như siêu âm hoặc CT scan.
MRI thường được dùng để khảo sát gan, tụy, hoặc tuyến thượng thận.
Ở phụ nữ, chụp MRI khung chậu cho hình ảnh chi tiết của buồng trứng và tử cung và
thường được dùng để theo dõi những bất thường thấy được trên siêu âm. Nó cũng được
dùng để đánh giá mức độ lan rộng của ung thư tử cung. Ở nam giới, chụp MRI khung
chậu thường được dùng để kiểm tra chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến. Chụp MRI khung
chậu cũng có thể được dùng để khảo sát xương và cơ ở khung chậu.
Chụp MRI mạch máu (MRA) cho ta thấy được hình ảnh của các mạch máu. Các mạch
máu ở cổ (động mạch cảnh và đốt sống) và ở não thường được khảo sát bởi MRA để tìm
chỗ hẹp hoặc dãn. Ở bụng, các động mạch cung cấp máu cho thận cũng thường được
khảo sát bởi kỹ thuật này.
3.2 Nguyên lý tạo ảnh
17
Máy MRI
Mặc dù mômen từ của một proton rất nhỏ (1,5 10
-3
Magneton Bohr) nhưng trong cơ
thể động vật có một lượng rất lớn proton (hạt nhân nguyên tử hydrogen của phân tử nước
(6,6 10
19
) nên có thể tạo ra một hiệu ứng có thể đo được. Nếu tác dụng một từ trường cố
định có cường độ = 1 T cùng với một từ trường xoay chiều vuông góc với từ trường cố
định và có tần số bằng tần số tuế sai Larmor của proton thì sự hấp thụ cộng hưởng sẽ xảy
ra. Với hạt nhân nguyên tử hydrogen 1H, tỉ số từ hồi chuyển Rad.s
-1
.T
-1
.
Tần số tuế sai Larmor sẽ tương ứng với tần số sóng vô tuyến và có giá trị là 42,57
MHz. Khi chỉ có mặt của từ trường cố định, proton 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
mômen từ của proton sẽ hướng theo phương của từ trường xoay chiều, tức là vuông góc
với từ trường cố định. Khi từ trường xoay chiều ngừng tác động, mô men từ sẽ trở lại
phương của từ trường cố định (xem hình 2).
18
Quá trình hồi phục phụ thuộc vào hai thông số, đó là, thời gian hồi phục dọc T1 và
thời gian hồi phục ngang với phương từ trường cố định T2 cho bởi công thức:
mz = m[1-exp(-t/T1)]
mxy = m sin(wt+phi) exp(-t/T2)
t là thời gian và phi là hằng số pha.
T1 đặc trưng cho sự mất mát nhiệt lượng ra môi trường xung quanh, T2 đặc trưng cho sự
lệch pha của proton với từ trường xoay chiều.
Tuy nhiên sự lệch pha có thể do sự bất đồng nhất của từ trường nên giá trị T2
được thay thế bằng giá trị T2*:
19
1/T2* = 1/T2 + g DB/2
DB là sự biến thiên của từ trường cố định có thể do sự biến dạng địa phương của từ
trường hoặc do sự thay đổi của độ cảm từ. Các giá trị T1 và T2* có thể giảm đi khi có
mặt của hạt nano từ tính.
Các hạt nano siêu thuận từ tạo thành từ oxyd 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 thay đổi giá trị rất nhiều. Giá trị của
cũng thay đổi nhưng ở mức độ yếu hơn. Dựa trên đặc tính của từng mô trong cơ thể, tùy
loại mô mà độ hấp thụ hạt nano mạnh hay yếu. Ví dụ, hạt nano có kích thước 30 nm được
bao phủ dextran có thể nhanh chóng đi vào gan và tì trong khi những cơ quan khác thì
chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt nano ở các cơ quan là khác nhau, dẫn đến sự nhiễu loạn
từ trường địa phương cũng khác nhau làm tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ
do thời gian hồi phục bị thay đổi khi đi từ mô này đến mô khác.
Ở phương pháp chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI (Magnetic Resonnance

Imaging), người ta đưa cơ thể bệnh nhân vào vùng có từ trường một chiều rất mạnh, hiện
nay phổ biến là dùng từ trường sinh ra do cuộn dây siêu dẫn có dòng điện rất lớn chạy
qua. Trong cơ thể có những nguyên tử mà hạt nhân có momen từ tương tự như có gắn
một thanh nam châm cực nhỏ. Dưới tác dụng của từ trường ngoài, momen từ của hạt
nhân nguyên tử quay đảo tương tự như con quay dưới tác dụng của trọng trường trên mặt
đất. Nếu hạt nhân đang quay đảo với tần số w mà có thêm sóng vô tuyến cùng tần số w
tác dụng, hạt nhân sẽ quay đảo cực mạnh vì có hiện tượng cộng hưởng. Đó là cộng hưởng
từ hạt nhân. Khi ngừng tác dụng sóng vô tuyến, hạt nhân sẽ từ trạng thái quay đảo cực
mạnh trở về trạng thái quay đảo bình thường. Hạt nhân có momen từ quay như vậy sẽ
sinh ra sóng điện từ phát ra không gian xung quanh, có thể đo được sóng điện từ đó nếu
đặt vào đấy một cuộn dây điện.
20
•
Việc hạt nhân từ trạng thái quay đảo mạnh do cộng hưởng trở về trạng thái quay đảo bình
thường nhanh hay chậm còn tùy thuộc vào các nguyên tử quanh hạt nhân cản trở chuyển
động quay ít hay nhiều. Ví dụ, hạt nhân của nguyên tử H trong phân tử nước (H2O) của
máu, từ trạng thái cộng hưởng quay về trạng thái thường rất nhanh nếu máu đang lưu
thông trong mạch máu, trái lại quay về rất chậm nếu máu chảy thấm ra ngoài thịt, mỡ.
Ở máy MRI, người ta có thể tạo ra cộng hưởng ứng với một loại hạt nhân nào đó
(ví dụ hạt nhân hyđrô) trong từng thể tích cỡ milimet khối của não và theo dõi trạng thái
cộng hưởng. Lần lượt quét thể tích có cộng hưởng này, sẽ có được hình ảnh cộng hưởng
từ hạt nhân ở từng lớp. Có thể theo dõi ảnh để biết được cấu tạo bên trong của não lúc cơ
thể đang sống (biết được có chảy máu trong não hay không, chảy ở chỗ nào). Có thể dùng
MRI để theo dõi hoạt động của não, ví dụ như khu vực nào của não hoạt động, máu đưa
oxy về vùng đó mạnh hay yếu
3.3 Đặc điểm MRI:
Độ phân giải không gian rất cao, còn độ phân giải thời gian vừa phải: Phân giải
không gian: 3 mm và phân giải thời gian: 3 giây
Đây là phương pháp hiệu nghiệm và dễ sử dụng nhất hiện nay để nghiên cứu về
não. Người ta đã phát triển phương pháp chụp ảnh cộng hưởng từ chức năng (FMRI –

Function MRI) để nghiên cứu không chỉ về cấu tạo mà còn về chức năng hoạt động của
21
não. Tuy nhiên, phương pháp này khá tốn kém do phải dùng hêli lỏng để làm lạnh cuộn
dây siêu dẫn.
3.4Nguy cơ
MRI rất an toàn. Từ trường mạnh chính bản thân nó không gây tổn thương cho
người bệnh, trừ phi có một số bộ phận kim loại được cấy vào người. Từ trường có thể
làm cho chúng di chuyển và có khả năng gây tổn thương.
-Những người có các bộ phận kim loại trong cơ thể nên báo với kỹ thuật viên. Hầu
hết những người có vật thể kim loại trong cơ thể sau phẫu thuật có thể chụp MRI. Chẳng
hạn như những người được đặt hông hoặc đầu gối nhân tạo có thể chụp MRI vào khoảng
6 tuần sau mổ. Những thiết bị cấy ghép khác còn có thể chụp sớm hơn.
-Một số thiết bị (như máy tạo nhịp tim, một số máy kích thích bơm, thần kinh cấy
ghép) không bao giờ được tiếp xúc với máy MRI nếu không chúng sẽ gặp trục trặc hoặc
hư hỏng. Một số kẹp phình mạch máu não cũng không được chụp MRI.
-Những người đã từng được phẫu thuật trước đây phải báo với kỹ thuật viên trước
khi chụp. Ngoài ra, nếu có kim loại ở bất kỳ phần nào của cơ thể do những chấn thương
hoặc tai nạn trước đây cũng cần phải báo với kỹ thuật viên trước khi chụp. Một số người
cũng không nên được chụp. Chẳng hạn như ở một trường hợp hiếm gặp, một người bị mù
do chụp MRI vì ông ta có một mảnh kim loại trong mắt do tổn thương khi hàn.
-Một số trường hợp chụp MRI cần phải tiêm thuốc tương phản từ hoặc thuốc
nhuộm. Loại thuốc này rất an toàn là hoàn toàn khác với các thuốc cản quang được dùng
trong những loại chẩn đoán hình ảnh bằng tia X, như chụp X quang bể thận có cản quang
hoặc CT scan. Có thể có phản ứng dị ứng với thuốc nhưng rất hiếm gặp. Bác sĩ và kỹ
thuật viên nên được thông báo sẵn sàng với bất kỳ trường hợp dị ứng nào.
22
-Vẫn không phát hiện ra những tác dụng phụ nào của MRI trên thai kỳ. Hầu hết
các trung tâm sẽ cho chụp MRI các sản phụ vào 3 tháng giữa và 3 tháng cuối thai kỳ.
3.5Các bước chuẩn bị chụp MRI
Thông thường, tất cả những thiết bị kim loại và điện tử (như đồng hồ, trang sức,

điện thoại di động, credit card) phải được tháo ra khỏi người trước khi chụp. Điều này
giúp bảo vệ chúng khỏi những tác dụng của máy MRI.
-Tùy thuộc vào phần nào của cơ thể được chụp, có thể cần mặc áo choàng của
bệnh viện. Quần áo có khóa bằng kim loại hay được gắn kim loại nên được thay thế bằng
áo choàng của bệnh viện.
-Không cần phải chuẩn bị gì cả, trừ khi phải chụp ống mật, cách chụp này có tên là
MRCP (magnetic resonance cholangiopancreatography), khi đó, bệnh nhân không được
ăn hoặc uống trong vòng 2 - 3 giờ trước khi chụp. Trong những trường hợp khác, không
cần phải nhịn ăn hay uống trước khi chụp.
-Thuốc tương phản (hoặc thuốc nhuộm) có thể cần phải tiêm vào tĩnh mạch để
giúp bác sĩ nhìn vào bên trong cơ thể. Thuốc tương phản an toàn và rất ít khi gặp phản
ứng phụ.
3.6 Trong khi chụp
Có 2 kiểu máy chụp là máy chụp hở và máy chụp kín. Đối với máy chụp hở, bệnh
nhân nằm ngửa mặt trên bàn, và bàn sẽ trượt dưới nam châm ở phía bên. Máy chụp kín
trông giống như một cái ống, bệnh nhân nằm ngửa mặt trên bàn và trượt dần vào máy
theo chiều từ đầu đến chân hoặc ngược lại tùy thuộc vào phần nào của cơ thể được chụp.
Việc chụp MRI được thực hiện bên trong một nam châm lớn và bệnh nhân nằm
trên bàn ngay chính giữa. Trong quá trình chụp, máy sẽ scan cơ thể bằng cách bật và tắt
các nam châm nhỏ. Sóng radio sẽ được phóng vào cơ thể. Sau đó, máy sẽ thu nhận những
23
sóng phản hồi trở lại và dùng máy vi tính để tạo ra hình ảnh của phần cơ thể được scan.
Sóng radio dùng trong quá trình này là an toàn và tương tự như sóng ở các máy radio
thông thường.
Máy scan sẽ tạo ra những tiếng động lớn, do đó bệnh nhân sẽ được cho một nút bịt
tai hoặc headphone nghe nhạc. Những tiếng động này là do các nam châm nhỏ bên trong
máy được bật và tắt.
Bệnh nhân sẽ phải giữ bộ phận cần chụp bất động khoảng 30 - 60 phút, đó là
khoảng thời gian chụp MRI thông thường. Nếu bệnh nhân di động trong quá trình chụp,
có thể sẽ phải chụp lại một phần hay hoàn toàn. Quá trình chụp được thực hiện theo nhiều

phần. Kỹ thuật viên sẽ nói chuyện với bệnh nhân giữa mỗi phần để thông báo cho họ biết
mọi việc diễn tiến đến đâu và nhắc nhở người bệnh nằm im.
Đôi khi phải dùng thuốc an thần. Ở trẻ nhũ nhi và trẻ nhỏ thường phải dùng thuốc
an thần hoặc thuốc mê để giữ bất động trong khi chụp. Hầu hết những trẻ lớn và người
trưởng thành không cần phải uống thuốc để thư giãn hoặc cần dùng thuốc an thần. Đôi
khi, những người đang căng thẳng hoặc mắc chứng sợ bị giam giữ cần phải được uống
thuốc an thần, và hiếm gặp hơn là cần phải uống thuốc mê.
Chứng sợ bị giam giữ:
-Chứng sợ bị giam giữ là suy nghĩ thường gặp. Nhiều người tự hỏi rằng họ bị đưa
vào sâu trong máy đến mức nào. Để cho hình ảnh đẹp nhất, phần được khảo sát phải nằm
chính giữa máy scan. Chẳng hạn như, nếu muốn chụp MRI não, đầu bệnh nhân phải nằm
giữa máy scan. Nếu bệnh nhân phải chụp MRI mắt cá chân thì mắt cá chân sẽ nằm giữa
máy scan chứ không phải là đầu.
- Không giống như những loại máy cũ mà bệnh nhân phải nằm vào trong một ống
dài, hiện nay đã có một số loại máy mới có nòng ngắn hơn nhiều và làm cho bệnh nhân bị
chứng sợ giam giữ cảm thấy thoải mái hơn. Đối với những người bị chứng này nặng nề,
24
cần phải cho thuốc uống để thư giãn trong suốt quá trình chụp và cần phải có người chở
về nhà sau khi chụp.
3.6 Sau khi chụp
Nếu phải tiêm thuốc tương phản, đường truyền tĩnh mạch sẽ được lấy ra khỏi tay
trước khi bệnh nhân về nhà. Không có tác dụng phụ nào của quá trình chụp và của thuốc
tương phản.
Trong những trường hợp hiếm gặp khi cần phải dùng thuốc an thần, bệnh nhân sẽ
được đưa về nhà khi tỉnh dậy. Đối với những người phải uống thuốc an thần, cần phải có
người chở về nhà. Không có tác dụng phụ nào sau khi chụp. Cuối cùng, Bác sĩ chẩn đoán
hình ảnh là người được đào tạo để phân tích những hình ảnh chụp được và kết quả phân
tích sẽ được gửi cho bác sĩ. Thời gian chờ kết quả được chuyển đến bác sĩ điều trị tùy
thuộc vào nơi chụp.
III. ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO TỪ TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

Nano từ lỏng được ứng dụng để xử lý nước bị nhiễm bẩn .
Để làm sạch nước bẩn có nhiều phương pháp . Những phương pháp hóa học như
pha hóa chất vào dung dịch nước bẩn để phản ứng với chất bẩn thành những chất kết tủa
lắng đọng rồi tách lọc loại bỏ. Phương pháp vật lý như lọc qua các màng thẩm thấu chỉ
cho nước đi qua , hay chưng cất làm bay hơi nước rồi cho chúng ngưng tụ lai….ta thu
được nước sạch . Các phương pháp này thường phức tạp , tốn kém , mất nhiều thời gian ,
nhưng đôi khi hiệu quả không cao , không tách lọc triệt để các tạp chất trong nước.
Gần đây với việc chế tạo ra chất lỏng từ ferit , người ta đã hướng chúng tới việc ứng
dụng để lắng đọng nước bẩn bằng cơ chế tĩnh điện và hấp phụ , có thể làm sạch nước
triệt để ,nhanh chóng ,hiệu quả .
25