Tổng hợp các hạt nano từ tính có đính kháng thể ứng dụng trong chẩn đoán bệnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
PTN CÔNG NGHỆ NANO

TRẦN NGỌC TẠO

TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ TÍNH CÓ ĐÍNH
KHÁNG THỂ ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
PTN CÔNG NGHỆ NANO

TRẦN NGỌC TẠO

TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ TÍNH CÓ ĐÍNH
KHÁNG THỂ ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH
Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nano
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HOÀNG HẢI

Thành phố Hồ Chí Minh – 2015










14

LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần Hoàng Hải đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn
thạc sĩ này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô giảng dạy cao học khóa K19 thuộc Đại
học Công nghệ Hà nội và các anh chị làm việc tại phòng thí nghiệm Công nghệ nano
thuộc Đại học quốc gia Tp.HCM.
Cám ơn các anh chị em ở phòng thí nghiệm vật liệu nano từ tính – Viện vật lý
Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn.
Cám ơn Anh Bùi Trung Thành, em Lê Thụy Thảo đã tận tình giúp đỡ và hỗ trợ
trong quá trình làm thí nghiệm.
Sau cùng, con xin gởi lời cám ơn sâu sắc nhất đến bố mẹ, vợ và các anh chị em
đã luôn động viên con, để con có động lực vượt qua mọi khó khăn nhất.
Tp. Hồ chí minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015

Trần Ngọc Tạo

15

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả
trong luận án là trung thực có trích dẫn nguồn cụ thể, các kết quả trong luận án là kết
quả của quá trình nghiên cứu khoa học của tôi một cách nghiêm túc.
Tác giả luận án

Trần Ngọc Tạo


16


17

Danh mục các chữ viết tắt
Ký hiệu

Tiếng Anh

Nghĩa dịch

APTES

3-Aminopropyltriethoxysilane

FC

Fab
ELISA

Fragment crystallizable
Fragment of antigen binding
Enzyme -linked immunosorbent
assay
Polymerase Chain Reaction
Bovine Serum Albumin
Imunnoglobulin
Tetraethyl orthosilicate
Vibrating Specimen Magnetometer
X-ray diffraction
Fourier Transform Infrared
spectroscopy

3-aminopropyl
triethoxysilane
Đầu hằng định
Đầu biến thiên
Phương pháp xét nghiệm

PCR
BSA
Ig
TEOS
VSM
XRD
FT-IR

Chuỗi polymer hóa
Albumin huyết thanh bò
Kháng thể miễn dịch
Tetraethyl orthosilicat
Từ kế mẫu rung
Nhiễu xạ tia X
Quang phổ hồng ngoại
chuyển đổi Fourier

TEM

Transmission Electron Microscope

OD

Optical Density

Kính hiển vi điện tử truyền
qua
Đo mật độ quang

PBS

Phosphate Buffered Saline

Dung dịch đệm

01

Vibrio Cholerae

Kháng thể 01



Dao động thẳng

δ

Dao động cong

s

Dao động đối xứng

as

Dao động bất đối xứng


18

Danh mục bảng
Bảng 1.1. Các đại lượng và đơn vị từ trong hệ đơn vị SI và CGSError! Bookmark not defined.
Bảng 1.2. Phân loại các loại vật liệu từ ......................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.1. Danh mục các hóa chất ................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.1. Khảo sát hạt nano ôxít sắt ở ba nhiệt độ khác nhau.Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.2. Khảo sát hạt nano ôxít sắt khi lượng NH4OH thay đổi.Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.3 Thay đổi nồng độ Fe2+, Fe3+ ban đầu ............. Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.4. Thay đổi tỷ lệ mol Fe2+ và Fe3+ ..................... Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.5. Mẫu M13 cho lượng NH4OH nhỏ chậm ....... Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.6. Mẫu M14 tạo hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp solvothermalError! Bookmark not de
Bảng 4.7. Kết quả VSM của mẫu hạt nano Fe3O4 ......... Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.8. Bọc hạt nano Fe3O4 bằng SiO2 với ba kích thước khác nhauError! Bookmark not defin

Bảng 4.9 Tương quan giữa các dao động và số sóng của các mẫu: F1, F1S1Error! Bookmark not d
Bảng 4.10 Kết quả VSM của mẫu hạt nano Fe3O4 (F1,F2,F3) và mẫu hạt nano
Fe3O4/SiO2 (F1S1) .......................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.11 Kết quả VSM của mẫu F3S3 ......................... Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.12: Hiệu suất gắn kết BSA với hạt nano có kích thước khác nhau.Error! Bookmark not d

Bảng 4.13 Độ hấp thu ở bước sóng 595 nm của sáu mẫu albumin chuẩnError! Bookmark not def
Bảng 4.14 Kết quả gắn Albumin ................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.15 Kết quả VSM mẫu: hạt nano Fe3O4(F1), hạt nano Fe3O4/SiO2 (F1S1) và mẫu
hạt Fe3O4/SiO2/APTES/Glutaraldehyde (F1S1A1G1) ..... Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.16 Độ hấp thu bước sóng 595nm của mẫu kháng thể Vibrio Cholerae-01Error! Bookmark

Bảng 4.17 Tỷ lệ bám dính kháng thể Vibrio Cholerae-01 trên một số cấu trúc hạt nanoError! Boo


19

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1. Kết quả TEM của hạt nano Fe3O4 từ tài liệu tham khảo:(a)[27]; (b)[8]Error! Bookmark
Hình 1.2. Đồ thị M(H) của chất sắt từ (đường cong liền nét), chất phản sắt từ (đường

chấm), chất thuận từ (đường nét đứt). ........................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3. Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ.Error! Bookmark not defined.
Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể ferit thường gặp. ................. Error! Bookmark not defined.

Hình 1.5. Sự sắp xếp các spin trong một phân tử ôxít sắt từ tính Fe3O4Error! Bookmark not defi
Hình 1.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên diện tích bề mặt và sự biến đổi pha của ôxít sắt.
Mỗi mẫu được chuẩn bị từ magnetite tinh khiết và mỗi khi nung thì được ủ trong 3
giờ. ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.7. Sự định hướng của các hạt siêu thuận từ khi có từ trường và khi từ trường bị
ngắt. ............................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.8. Nguyên lý dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.9. Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.10. Chụp ảnh cộng hưởng từ ............................. Error! Bookmark not defined.

Hình 1.11. Hình dạng điển hình của các tiểu cầu có chứa hạt nanoError! Bookmark not defined.
Hình 1.12. Cấu tạo hạt nano oxít sắt từ có cấu trúc lõi/vỏError! Bookmark not defined.
Hình 1.13. Cấu trúc vô định hình của SiO2 ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.14. Cấu trúc tinh thể của SiO2. .......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.15. Cấu tạo của phân tử APTES. ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.16. Cấu trúc của IgG .......................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.17 Các độc tố của vi khuẩn bên cạnh một tế bào cơ thểError! Bookmark not defined.
Hình 1.18 Các độc tố trên bị trung hòa bởi kháng thể .. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.19 Ái lực giữa kháng thể và kháng nguyên ....... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.20. Kháng thể đơn dòng liên kết với một epitope đặc hiệuError! Bookmark not defined.

Hình 1.21 Mỗi kháng thể đa dòng liên kết với một epitope khác nhauError! Bookmark not defin
Hình 1.22 Khuẩn Vibrio Cholerae gây bệnh tả ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.23 Cơ chế gây bệnh tả ....................................... Error! Bookmark not defined.

Hình 2.1. Cơ chế hình thành các hạt nano: Ba cơ chế phát triển mầmError! Bookmark not define

Hình 2.2. Sơ đồ quá trình thủy phân và ngưng tụ TEOS.Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Mạng lưới silica với sự hình thành nhóm Silanol do TEOS ngưng tụ không
hoàn toàn........................................................................ Error! Bookmark not defined.


20
Hình 2.4 Sơ đồ phản ứng gắn APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5. Sơ đồ mô tả quá trình gắn Protein lên hạt nano từ [8]Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6. Nhiễu xạ tia X trong mạng tinh thể ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.7. Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.8. Kính hiển vi quét trường phát xạ ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9. Máy đo từ kế mẫu rung (VSM) ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10. Máy đo phổ UV-VIS ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 [30]. ....... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.2. Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp solvothermal[28].Error! Bookma
Hình 3.3. Quy trình bọc SiO2 lên hạt nano Fe3O4 ........ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4. Quy trình phủ APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Quy trình gắn albumin lên hạt nano Fe3O4/SiO2Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6. Quy trình gắn kháng thể O1 lên hạt nano Fe3O4/SiO2Error! Bookmark not defined.

Hình 4.1. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 ở nhiệt độ 300C: a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nmError! Bookm

Hình 4.2. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 ở nhiệt độ 500C: a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nmError! Bookm

Hình 4.3. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 ở nhiệt độ 800C: a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nmError! Bookm

Hình 4.4 Ảnh TEM lượng NH4OH là 20 mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nmError! Bookmark no

Hình 4.5 Ảnh TEM lượng NH4OH là 40mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nmError! Bookmark not

Hình 4.6 Ảnh TEM lượng NH4OH là 70mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nmError! Bookmark not

Hình 4.7. Ảnh TEM Nồng độ Fe2+, Fe3+ 440mL, a) 20 nm b) 50 nm, c) 100 nmError! Bookmark

Hình 4.8 Ảnh TEM Nồng độ Fe2+, Fe3+ 260mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nmError! Bookmark

Hình 4.9. Ảnh TEM Nồng độ Fe2+, Fe3+ 200mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nmError! Bookmark
Hình 4.10. Ảnh TEM tỉ lệ mol Fe2+: Fe3+ = 1:1, a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nmError! Bookmark

Hình 4.11 Ảnh TEM tỉ lệ mol Fe2+: Fe3+ = 1:1.5, a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nmError! Bookmark

Hình 4.12. Ảnh TEM tỉ lệ mol Fe2+: Fe3+ = 1:1.75, a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nmError! Bookma

Hình 4.13. Ảnh TEM NH4OH nhỏ chậm, thang đo a) 20 nm; b) 50 nm; c) 200 nmError! Bookma
Hình 4.14 Ảnh TEM phương pháp solvothermal ở thang đo a) 20 nm; b) 50 nm;
c)200nm ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.15 Phổ FT-IR của hạt Fe3O4 kích thước khác nhauError! Bookmark not defined.

Hình 4.16 Phổ XRD của hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhauError! Bookmark not defined

Hình 4.17. Phổ VSM của mẫu hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhauError! Bookmark not d

Hình 4.18. Hạt nano Fe3O4 bọc SiO2 : a) 12,5 nm; b) 26 nm; c) 61,2nmError! Bookmark not defi


21

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt

[1] Thân Đức Hiền, Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học và vật liệu từ, NXB Bách Khoa Hà
Nội, Hà Nội.
[2] Nguyễn Lân Dũng, Vi Sinh vật học. Nhà xuất bản Giáo Dục, 2002: p. 453-458
[3] Nguyễn Phú Thùy (2004), Vật Lý Các Hiện Tượng Từ, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà
Nội.
[4] Lê Thụy Thảo (2013), Tổng hợp hạt nanô ôxít sắt có cấu trúc lõi/vỏ, Luận văn tốt
nghiệp đại học, Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Tp Hồ Chí Minh.
[5] Nguyễn Tăng Ấm. Bệnh Tả. Bách khoa thư bệnh học, Trung tâm quốc gia biên soạn
TĐBKVN. Hà nội, 1991.
[6] Nguyễn Trần Lâm Thanh (2009), Kỹ thuật Elisa trong chẩn đoán virus Gumboro,
Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Nông lâm, Tp.HCM
Tài liệu tiếng Anh
[7] Hasan, N.A., Non-toxigenic Vibrio cholerae non-O1/O139 Isolated from a Gulf
Coast Case of Human Gastroenteritis. Journal of Clinical Microbiology, 2014.
JCM.02187-14.
[8] Chen, J.P., et al., Targeted delivery of tissue plasminogen activator by binding to
silica-coated magnetic nanoparticle. Int J Nanomedicine, 2012. 7: p. 5137-49.
[9] Ligang Gai, et al., Preparation of core–shell Fe3O4/SiO2 microspheres as
adsorbents for purification of DNA. PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, 2010.
43:p. 1-8.
[10] Bradford, M.M., A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram
quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical
Biochemistry, 1976. 72(1–2): p. 248-254.
[11] Fricker, J., Drugs with a magnetic attraction totumours. Drug Discou Today,
2001. 6(8): p. p.387-389.
[12] Kami, D., et al, Application of Magnetic Nanoparticles to Gene Delivery. Int. J.
Mol, 2011(12(6)): p. 3705-3722.


22

[13] Coroiu, I., Relaxivities of different superparamagnetic particles for application in
NMR tomography. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1999. 201(1–3): p.
449-452.
[14] Daisuke Kami 1, Application of Magnetic Nanoparticles to Gene Delivery
Molecular Sciences, 2011. ISSN 1422-0067(Int. J. Mol. Sci.
[15] Liu, X., et al., Preparation and characterization of amino–silane modified
superparamagnetic silica nanospheres. Journal of Magnetism and Magnetic Materials,
2004. 270(1–2): p. 1-6.
[16] Yamaura, M., et al., Preparation and characterization of (3-aminopropyl)
triethoxysilane-coated magnetite nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic
Materials, 2004. 279(2–3): p. 210-217.
[17] Wotschadlo, J., et al., Biocompatible multishell architecture for iron oxide
nanoparticles. Macromol Biosci, 2013. 13(1): p. 93-105.
[18] Ranjbakhsh, E., et al., Enhancement of stability and catalytic activity of
immobilized lipase on silica-coated modified magnetite nanoparticles. Chemical
Engineering Journal, 2012. 179(0): p. 272-276.
[19] Gao, S., et al., Synthesis and Characterization of Fe(10)BO3/Fe3O4/SiO2 and
GdFeO3/Fe3O4/SiO2: Nanocomposites of Biofunctional Materials. ChemistryOpen,
2013. 2(3): p. 88-92.
[20] Sun, H., et al., Synthesis of size-controlled Fe3O4@SiO2 magnetic nanoparticles
for nucleic acid analysis. J Nanosci Nanotechnol, 2012. 12(1): p. 267-73.
[21] Hui, C., et al., Core-shell Fe3O4@SiO2 nanoparticles synthesized with welldispersed hydrophilic Fe3O4 seeds. Nanoscale, 2011. 3(2): p. 701-5.
[22] Chi, Y., et al., Synthesis of Fe3O4@SiO2-Ag magnetic nanocomposite based on
small-sized and highly dispersed silver nanoparticles for catalytic reduction of 4nitrophenol. J Colloid Interface Sci, 2012. 383(1): p. 96-102.
[23] Khatiri R., Reyhani A., Mortazavi S.Z., and Hossainalipour M. (2013).
Immobilization of serum albumin on the synthesized three layers core–shell structures
of super-paramagnetic iron oxide nanoparticles. Journal of Industrial and
Engineering Chemistry, 19: 1642-1647.
[24] BRADFORD M.M. (1976). A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of
Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding.

ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 72: 248-254.


23
[25] Lei, Z., et al., A novel two-step modifying process for preparation of chitosancoated Fe3O4/SiO2 microspheres. Journal of Materials Processing Technology, 2009.
209(7): p. 3218-3225.
[26] Can, K., M. Ozmen, and M. Ersoz, Immobilization of albumin on aminosilane
modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization.
Colloids Surf B Biointerfaces, 2009. 71(1): p. 154-9.
[27] Ranjbakhsh, E., et al., Enhancement of stability and catalytic activity of
immobilized lipase on silica-coated modified magnetite nanoparticles. Chemical
Engineering Journal, 2012. 179(0): p. 272-276.
[28] Han, C., et al., A facile hydrothermal synthesis of porous magnetite microspheres.
Materials Letters, 2012. 70(0): p. 70-72.
[29] Ki Do Kim, et al., Formation and surface Modification of Fe3O4 Nanoparticles by
Co – Precipitation and Sol-gel Method. J. Ind. Eng. Chem, 2007. 13.
[30] Can, K., M. Ozmen, and M. Ersoz, Immobilization of albumin on aminosilane
modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization. Colloids
Surf B Biointerfaces, 2009. 71(1): p. 154-9.
[31] Liu, X., et al., Preparation and characterization of amino–silane modified
superparamagnetic silica nanospheres. Journal of Magnetism and Magnetic Materials,
2004. 270(1–2): p. 1-6.
[32] Charles Janeway, Paul Travers (2001), Immunobiology, Garland Publishing. New York
and London.

[33] Petrere M, A.Gennaro, N.J. Burriesci Mat. Sci (1982), 17,429.
[34] Zai-Gang Chen, Dian-Yong Tang (2007), “Antigen–antibody interaction from
quartz crystal microbalance immunosensors based on magnetic CoFe2O4/SiO2
composite nanoparticle-functionalized biomimetic interface”, Bioprocess
Biosyst Eng 30,243–249