Sử dụng nguồn tetraethyl orthosilicate (TEOS) phủ lên các hạt nano từ tính nhằm tăng diện tích bề mặt của hạt nano từ tính (fe3o4) sử dụng làm vật liệu truyền dẫn thuốc curcumin

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu
và kết quả được đưa ra trong luận án là trung thực, được các đồng giả cho
phép sử dụng và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Lương Văn Sơn


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i
MỤC LỤC ..................................................................................................... ii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài ................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 3
4. Nội dung nghiên cứu............................................................................... 3
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................. 4
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 6
1.1. Vật liệu nano curcumin ........................................................................ 6
1.1.1. Nguồn gốc ........................................................................... 6
1.1.2. Ứng dụng trong đời sống ..................................................... 6
1.1.3. Ứng dụng của curcumin trong y học.................................... 7
1.2. Vật liệu nano từ tính sử dụng làm chất mang truyền dẫn thuốc ............ 8
1.2.1. Vật liệu nano oxit sắt từ....................................................... 8

1.2.1.1. Cấu trúc tinh thể ............................................................... 8
1.2.1.2. Tính chất từ ...................................................................... 9
a. Momen từ ................................................................................ 10
b. Tính chất từ của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ ..................... 11
c.Tính chất từ liên quan đến hiệu ứng kích thước ........................ 11


iii

d. Tính chất liên quan đến hiệu ứng bề mặt ................................. 13
1.2.1.3. Tương tác giữa các hạt sắt từ .......................................... 14
1.2.1.4. Phương pháp chế tạo hạt nano sắt từ............................... 15
1.2.1.4. Ứng dụng của vật liệu..................................................... 17
a. Phân tách và chọn lọc tế bào.................................................... 17
b. Dẫn truyền thuốc ..................................................................... 18
c. Nhiệt từ trị ung thư .................................................................. 19
1.2.1.5. Ưu và nhược điểm của vật liệu oxit sắt từ trong ứng dụng
làm vật liệu truyền dẫn thuốc ................................................................ 19
1.2.2. Vật liệu nano silica-oxit sắt từ cấu trúc nhân vỏ ................ 20
1.3. Mơ hình In-vitro và phương pháp xác định tính độc tế bào ung thư ... 20
1.3.1. Mơ hình In-vitro ................................................................ 20
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM22
2.1. Hóa chất............................................................................................. 22
2.2. Thực nghiệm ...................................................................................... 22
2.2.1. Tổng hợp nano oxit sắt từ .................................................. 22
2.2.2. Tổng hợp vật liệu silica phủ lên nano Fe3O4 ...................... 26
2.2.3. Phủ chitosan lên vật liệu nano SiO2-Fe3O4 ........................ 27
2.2.4. Hấp phụ curcumin lên vật liệu CS/SiO2-Fe3O4 .................. 28
2.2.5. Nhả curcumin theo mơ hình In-vitro.................................. 29
2.2.6. Thử sinh học xác định tính độc trên tế bào ung thư phổi

A549 ..................................................................................................... 30
2.2.6.1. Nuôi cấy tế bào ung thư A549 ........................................ 30


iv

2.2.6.2. Xác định tính độc tế bào ung thư .................................... 30
2.3. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................. 32
2.3.1. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ............................ 32
2.3.2. Phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier (FTIR) ..................... 33
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)........................... 34
2.3.4. Phương pháp phổ hấp phụ electon (UV-VIS) .................... 35
2.3.5. Phương pháp phép đo từ (VSM) ........................................ 36
3.2.6. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 (BET) .. 37
2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA) .................................. 39
2.3.8. Phép đo tính độc tế bào ung thư ........................................ 40
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 41
3.1. Cơ chế phản ứng ................................................................................ 41
3.1.1. Quá trình tạo hạt nano Fe3O4 ............................................. 41
3.1.2. Quá trình phủ chitosan lên hạt nano SiO2-Fe3O4 ................ 42
3.1.3. Quá trình gắn curcumin lên các hạt CS/SiO2-Fe3O4 ........... 43
3.2. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................... 43
3.3. Kết quả phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier (FT-IR)........................ 46
3.4. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ nitơ (BET) .............................................. 47
3.5. Kết quả phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .............................. 48
3.6. Kết quả phép đo từ (VSM) ................................................................. 49
3.7. Kết quả phân tích nhiệt (TGA) ........................................................... 51
3.8. Kết quả phương pháp phổ hấp phụ electon (UV-Vis)......................... 53
3.8.1. Kết quả quá trình hấp phụ curcumin .................................. 53

v

3.8.2. Kết quả quá trình nhả hấp phụcurcumin ............................ 54
3.9. Kết quả thử sinh học xác định tính độc trên tế bào ung thư phổi A549
................................................................................................................. 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 57
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN VĂN ................................................................................................. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 60
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 1


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BET: Brunauer-Emmett-Teller (Hấp phụ và khử hấp phụ Nitơ)
SEM: Scanning Electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét)
FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại chuyển dịch
Fourier)
UV-Vis:Ultraviolet–visible spectroscopy (Phổ tử ngoại-khả kiến)
XRD: X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X)
TGA:Thermal gravimetric analysis(Phương pháp phân tích nhiệt)
VSM:Vibrating sample magnetometer analysis(Phương phápđo từ trường)
SiO2@Fe3O4: Các hạt nano oxit sắt từ được phủ silica lên mặt tạo cấu trúc
dạng lõi–vỏ
CS/SiO2-Fe3O4: Các hạt nano SiO2-Fe3O4 được gắn kết các cầu nối chitosan
trên bề mặt
CUR/CS/SiO2-Fe3O4: curcumin hấp phụ lên bề mặt vật liệu CS/SiO2-Fe3O4
CTAB: Cetyltrimethylammonium bromide, C19H42BrN

TEOS: Tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4
Abs: Độ hấp thụ quang


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Kích thước các hạt nano từ tính .................................................... 45
Bảng 3.2. Phần trăm ức chế sự phát triển của tế bào ung thư A549 .............. 55


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của curcuminoids curcumin, demethoxy
curcumin và bis-demethoxy curcumin. ........................................................... 7
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của vật liệu nano Fe3O4 [30] ................................ 9
Hình 1.3. Mơ hình momen từ ....................................................................... 11
Hình 1.4. Đồ thị mơ tả sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước hạt [28]
..................................................................................................................... 13
Hình 1.5. Mơ hình với cấu trúc vỏ-lõi của một hạt nano oxit sắt từ [29] ....... 13
Hình 2.1. Sơ đồ khối quá trình tổng hợp nano Fe3O4 .................................... 24
Hình 2.2. Hệ thiết bị phản ứng tổng hợp nano Fe3O4 trong phịng thí nghiệm
..................................................................................................................... 25
Hình 2.3. Các hạt nano Fe3O4 sau khi được sấy khơ ..................................... 25
Hình 2.4. Sơ đồ khối quá trình phủ silica lên vật liệu nano Fe3O4................. 27
Hình 2.5. Sơ đồ khối quá trình phủ chitosan lên vật liệu SiO2-Fe3O4 ............ 28
Hình 2.6. Sơ đồ khối quá trình tổng hợp CUR/CS/SiO2-Fe3O4 ..................... 29
Hình 2.7. Máy sử dụng đo UV-Vis lỏng tại Viện hóa Học ........................... 30
Hình 2.8. Đường đi của tia Rơnghen ............................................................ 32

Hình 2.9. Các bước chuyển năng lượng ........................................................ 35
Hình 2.10. Hệ thiết bị đo từ tính ................................................................... 37
Hình 3.1. Sơ đồ q trình tổng hợp nano SiO2-Fe3O4 ................................... 42
Hình 3.2. Các hạt nano SiO2-Fe3O4 phân tán trong môi trường chất hoạt động
bề mặt CTAB ............................................................................................... 42
Hình 3.3. Q trình chức năng hóa bề mặt hạt nano sắt từ với chitosan ........ 43
Hình 3.4. Kết quả chụp nhiễu xạ tia X mẫu (a) nano Fe3O4, (b) SiO2-Fe3O4 và
(c) CUR/CS/SiO2-Fe3O4 ............................................................................... 44
Hình 3.5. Kết quả phổ FT-IR của mẫu (a) nano Fe3O4, (b) nano SiO2-Fe3O4,
(c) CS/SiO2-Fe3O4 và (d) CUR/CS/SiO2-Fe3O4............................................. 46


ix

Hình 3.6. Kết quả BET của mẫu (a) nano Fe3O4 và (b) SiO2-Fe3O4 .............. 48
Hình 3.7. Ảnh SEM của các mẫu (a) nano Fe3O4, (b) SiO2-Fe3O4, (c)
CS/SiO2-Fe3O4 và (d) CUR/CS/SiO2-Fe3O4.................................................. 49
Hình 3.8. Đường cong từ hóa của mẫu (a) nano Fe3O4, (b) SiO2-Fe3O4, (c)
CS/SiO2-Fe3O4 và (d) CUR/CS/SiO2-Fe3O4.................................................. 50
Hình 3.9. Hình ảnh mẫu sản phẩm (a) nano Fe3O4 và (d) CUR/CS/SiO2-Fe3O4
..................................................................................................................... 51
Hình 3.10. Kết quả phân tích TGA của các mẫu (b) nano SiO2-Fe3O4, (c)
CS/SiO2-Fe3O4 và (d) CUR/CS/SiO2-Fe3O4.................................................. 52
Hình 3.11. Phổ UV-vis hấp phụ curcumin theo thời gian ............................. 54
Hình 3.12. Phổ UV-vis nhả hấp phụ curcumin theo thời gian ....................... 54


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Thực tế hiện nay, tỉ lệ số bệnh nhân mắc bệnh ung thư đang diễn biến
theo chiều hướng tăng đáng kể không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới.
Cũng như các nước trên thế giới, số người mắc bệnh ung thư ở Việt
Nam đang có xu hướng ngày một gia tăng. Bệnh gặp ở mọi tầng lớp xã hội,
mọi lứa tuổi, mọi ngành nghề khác nhau.
Bệnh ung thư và sức khoẻ cộng đồng là những vấn đề ngày càng được
quan tâm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Theo ước tính và thống kê của
Tổ chức y tế thế giới (WHO) thì hàng năm trên tồn cầu có khoảng 9-10 triệu
người mới mắc bệnh ung thư và một nửa trong số đó chết vì căn bệnh này [2].
Thực sự, ung thư đang là gánh nặng cho xã hội, cho ngành y tế và cho
ngành ung thư. Số lượng mắc ung thư hàng năm tại Việt Nam là 150 nghìn
người, tử vong là 75 nghìn người. Chỉ tính riêng 5 loại ung thư ở nam giới là
phổi, gan, đại trực tràng, dạ dày, vòm hầu chiếm 57,1%. Riêng 5 loại ung thư
ở nữ giới là vú, cổ tử cung, đại trực tràng, phổi, tuyến giáp chiếm 61,6% [2].
Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu khơng chỉ trong y
dược và cả trong lĩnh vực vật liệu với mong muốn và hi vọng tìm ra giải pháp
cho điều trị bệnh ung thư, một trong những nghiên cứu đó là nghiên cứu về
nano curcumin đang tạo nên một cuộc cách mạng mới trong phòng và hỗ trợ
điều trị bệnh với các tác dụng: Chống ung thư mạnh do ngăn chặn cả 3 quá
trình hình thành, phát triển và di căn của ung thư mà khơng hề làm hại gì cho
các tế bào khỏe mạnh, khơng có các tác dụng phụ, đồng thời cịn làm giảm
độc tính của hóa trị, xạ trị [3].
Curcumin được sử dụng như một loại thuốc phòng chống ung thư, vì nó
làm giảm cholesterol trong máu, ngăn ngừa q trình oxy hóa LDL (Lowdensity lipoprotein), ức chế sự kết tụ các tiểu cầu, ngăn chặn huyết khối và


2

ngăn ngừa ung thư [4]. Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy curcumin có khả

năng ngăn ngừa ung thư và tác dụng trị liệu hóa học [3, 7].
Bên cạnh đó, đã có nhiều sự quan tâm và nghiên cứu về hạt nano sắt từ
không chỉ trong lĩnh vực ghi âm bằng từ tính mà cịn trong các lĩnh vực chăm
sóc y tế và cảm biến từ. Đặc biệt, các hạt siêu nano sắt từ (Fe3O4 và γ-Fe2O3)
đã biến tính bề mặt hóa học đã được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng y
sinh học trong cơ thể như hệ thống phân phối thuốc (DDS - drug delivery
systems), chụp cộng hưởng từ (MRI - magnetic resonance imaging), điều trị
ung thư, sửa chữa mô, xét nghiệm miễn dịch, giải độc của dịch sinh học, tăng
thân nhiệt, phân phối thuốc và tách tế bào [6, 5].
Việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống dẫn thuốc được mang trên các
hạt nano từ tính, được định hướng bởi một môi trường từ từ bên ngồi là một
hướng nghiên nghiên cứu mới và có nhiều triển vọng trong việc tránh các vấn
đề liên quan tới việc phải hóa trị liệu thơng thường [5].
Nhóm nghiên cứu khoa học trước đó đã thực hiện tổng hợp và đặc
trưng của chitosan phủ trực tiếp lên các hạt nano từ tính cho q trình
truyền dẫn thuốc curcumin. Đề tài này tiếp tục nghiên cứu và tiến hành sử
dụng nguồn tetraethyl orthosilicate (TEOS) phủ lên các hạt nano từ tính
nhằm tăng diện tích bề mặt của hạt nano từ tính (Fe3O4) sử dụng làm vật
liệu truyền dẫn thuốc curcumin. Với mong muốn đề tài nghiên cứu này sẽ
góp một phần nhỏ, bổ sung thêm kiến thức về vật liệu nano từ tính, nano
silica phủ lên Fe3O4 dạng cấu trúc nhân vỏ và curcumin hấp phụ lên vật liệu
trên.
2. Mục đích của đề tài
- Tổng hợp, đặc trưng vật liệu curcumin thương mại gắn trên vật liệu
nano CS/SiO2-Fe3O4, CS/SiO2-Fe3O4, SiO2-Fe3O4, và nano Fe3O4 tổng hợp
theo phương pháp vi nhũ tương nghịch.


3

- Khảo sát lượng curcumin hấp phụ và nhả trên vật liệu nano CS/SiO2Fe3O4 theo mơ hình In-vitro.
- Khảo sát khả hoạt tính gây độc tế bào ung thư trên dòng tế bào ung
thư phổi A549 của vật liệu curcumin thương mại và CUR/CS/SiO2-Fe3O4.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các vật liệu dùng cho cho việc truyền dẫn
thuốc, đi từ nguồn nguyên liệu đơn giản, dễ kiếm và có nguồn gốc tự nhiên.
- Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu, xác định hoạt tính gây độc tế
bào ung thư trên dịng tế bào ung thư phổi A549.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Thu thập và tổng quan tài liệu về Curcumin, chitosan,
SiO2-Fe3O4 dạng nhân vỏ và nano Fe3O4.
- Nội dung 2: Tổng hợp, đặc trưng các mẫu vật liệuCUR/CS/SiO2Fe3O4, CS/SiO2-Fe3O4, SiO2-Fe3O4, và nano Fe3O4.
- Nội dung 3: Khảo sát lượng curcumin gắn và nhả trên vật liệu nano
Fe3O4.
- Nội dung 4: Khảo sát khả hoạt tính gây độc tế bào ung thư trên dòng
tế bào ung thư phổi A549 của vật liệu curcumin thương mại và
CUR/CS/SiO2-Fe3O4.
5. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp hóa - lí truyền thống và hiện đại như:
- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) để xác định cấu trúc pha của
các mẫu tổng hợp được.
- Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) để xác định các nhóm chức của
các mẫu nano CUR/CS/SiO2-Fe3O4, CS/SiO2-Fe3O4, SiO2-Fe3O4, và nano
Fe3O4.


4

- Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định hình thái bề mặt
vật liệu.

- Phương pháp phổ hấp phụ electon (UV-Vis) nhằm xác định nồng độ
trước và sau khi gắn curcumin trong dung dịch.
- Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) để xác định tính chất từ của vật
liệu tổng hợp.
- Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ (BET) nhằm xác định diện tích bề
mặt của vật liệu.
- Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA là đánh giá sự biến đổi
khối lượng mẫu khi tăng nhiệt độ để suy ra q trình lý hóa xảy ra khi nung
mẫu.
- Phương pháp xác định tính độc tế bào ung thư (cytotoxic assay) là
phép thử độ độc tế bào chuẩn nhằm sàng lọc, phát hiện các chất có khả năng
kìm hãm sự phát triển hoặc diệt tế bào ung thư ở điều kiện In-vitro.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Tổng hợp và đặc trưng vật liệu các mẫu CUR/CS/SiO2-Fe3O4,
CS/SiO2-Fe3O4, SiO2-Fe3O4, và nano Fe3O4.
- Khảo sát lượng Curcumin gắn và nhả trên vật liệu nano Fe3O4.
- Khảo sát khả hoạt tính gây độc tế bào ung thư trên dòng tế bào ung
thư phổi A549 của vật liệu curcumin thương mại và CUR/CS/SiO2-Fe3O4.


5

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện luận văn này là một sự nỗ lực lớn đối với tơi và khơng
thể hồn thành nếu khơng có sự giúp đỡ quan trọng của rất nhiều người.
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS Phạm
Xuân Núi là người đã hướng dẫn tận tình cho tơi trong suốt thời gian thực
hiện luận văn này. Thầy đã cung cấp cho tôi rất nhiều hiểu biết về một lĩnh
vực mới khi tôi bắt đầu bước vào thực hiện luận văn. Trong suốt q trình
thực hiện thầy ln là người định hướng, góp ý và sửa chữa để tơi có thể hồn

thành tốt luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cơ trong Bộ mơn Lọc-Hóa dầu,
trường Đai học Mỏ - Địa chất đã cung cấp cho tôi những ý kiến đóng góp và
tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực tập tại Phịng thí nghiệm của Bộ
mơn để thực hiện các nội dung trong luận văn.
Những lời cảm ơn sau cùng xin dành cho ba, mẹ những người luôn ở
bên cạnh chia sẻ, bảo ban cũng như động viên tôi trong suốt thời gian qua, và
tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến những người thân đã hết lòng quan tâm và
tạo điều kiện tốt nhất để tơi hồn thành luận văn này.

Hà Nội, 08 tháng 03 năm 2017
Học viên thực hiện

Lương Văn Sơn


6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu nano curcumin
1.1.1. Nguồn gốc
Curcumin được chiết xuất hoàn toàn từ tự nhiên, curcumin hay bột
nghệ, tinh bột nghệ là tinh chất của nghệ chỉ chiếm 2÷5 % trong củ nghệ [8, 3,
7]. Nghệ cịn có tên là uất kim, khương hồng. Tên khoa học Curcuma loga L
(Curcuma domestica Lour). Thuộc họ gừng Zigiberaceae, thân rễ gọi là
khương hoàng (Rhizoma Curcumae longa) và rễ gọi là uất kim (Radix
Curcumae longae) [7].
Nghệ vàng phân bố rộng rãi trên khắp các nước nhiệt đới và cận nhiệt
đới, tại Châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam. Việt Nam là một nước
nơng nghiệp nhiệt đới nóng ẩm ở vùng Đơng Nam Châu Á, chính điều kiện

trên phù hợp với loại cây lấy củ như: Gừng, nghệ, tỏi, hành,... Trong đó cây
nghệ được trồng rộng rãi, ở nước ta cây nghệ được trồng khá phổ biến với
nhiều chủng loại đa dạng và phong phú. Có thể nói Việt Nam là quốc gia có
nguồn nguyên liệu dồi dào và phong phú cho việc chiết xuất curcumin.
1.1.2. Ứng dụng trong đời sống
Curcumin là một chất trong củ nghệ được sử dụng như một gia vị phổ
biến ở Ấn Độ. Có 2 loại curcuminoit khác là desmethoxycurcumin và bisdesmethoxycurcumin. Cáccurcuminoit là các polyphenol và là chất tạo màu
vàng cho củ nghệ. Curcumin có thể tồn tại ít nhất ở hai dạng tautome là keto
và enol. Cấu trúc dạng enol ổn định hơn về mặt năng lượng ở pha rắn và dạng
dung dịch [5, 6].
Curcumin là phẩm màu thực phẩm tự nhiên có ký hiệu E100(i) [8] và
được dùng để nhuộm màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau như dầu, mỡ,
nhũ tương mỡ, kem, sản phẩm rau quả, bánh kẹo, bánh mì, thịt, cá, trứng và


7

các sản phẩm từ thịt, cá, trứng, gia vị, súp, nước sốt, đồ uống, đồ ăn tráng
miệng [1].
Củ nghệ là phần thân rễ của loài này được sử dụng trong các món ăn
dân tộc, các loại bột carry và súp như là một loại phẩm màu thực phẩm và gia
vị chính. Trong y học dân tộc Phương Đơng, tính chất làm giảm đau, chống
viêm và diệt trừ khối u của Nghệ vàng đã được phát hiện và áp dụng trong các
bài thuốc dân gian nhằm trị viêm loét nội tạng và ung bướu. Trong củ Nghệ
vàng có hoạt chất rất quý đó là curcumin, nó có khả năng tiêu diệt tế bào ung
thư rất mạnh và có hoạt tính chống oxi hóa cao gấp 8 lần Vitamin E [8].
Trong những năm gần đây curcumin được ứng dụng và nghiên cứu tạo
ra các nano curcumin thương mại được bán rộng rãi trên thị trường.

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của curcuminoids curcumin, demethoxy

curcumin và bis-demethoxy curcumin.

1.1.3. Ứng dụng của curcumin trong y học
Củ nghệ bắt đầu được sử dụng trong y học Ayurveda tại Ấn Độ từ
khoảng năm 1900 TCN để chữa trị một loạt các loại bệnh tật [10]. Nghiên cứu
của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ 20 đã xác định curcumin đóng vai trị


8

quan trọng trong các hoạt tính sinh học của củ nghệ [10]. Dựa trên những
nghiên cứu trong ống nghiệm (In-vitro) và trên động vật, các nhà khoa học
đưa ra giả thuyết khả năng chữa bệnh hoặc ngăn ngừa bệnh của curcumin.
Hiện tại, các tác động này chưa được xác nhận trên người. Tuy nhiên, cho tới
năm 2008, rất nhiều thử nghiệm lâm sàng ở người đang được thử nghiệm để
nghiên cứu về tác dụng của curcumin trong việc điều trị các bệnh như: Viêm
tủy, ung thư tụy, hội chứng loạn sản tủy, ung thư ruột kết, bệnh vẩy nến, bệnh
alzheimer [11].
Theo nghiên cứu cũng cho thấy curcumin có tính chất chống ung thư
[12, 13], chống oxi hóa, chống viêm khớp, chống thối hóa, chống thiếu máu
cục bộ [14] và kháng viêm [15]. Khả năng kháng viêm có thể là do sự ngăn
chặn tổng hợp sinh học của eicosanoit [16]. Curcumin là một chất có triển
vọng lớn trong điều trị viêm gan B, C và nhiễm HIV [17]. Theo quan điểm
của các nhà khoa học, và một con số rất lớn các nghiên cứu cho thấy
curcumin có tác dụng tốt cho não, các notron, giảm stress, trầm cảm, trạng
thái lo âu [3].
Đặc biệt, khả năng chống ung thư do curcumin ngăn chặn cả 3 quá
trình hình thành, phát triển và di căn của ung thư mà không làm ảnh hưởng
đến các tế bào lành tính bên cạnh, khơng có các tác dụng phụ, đồng thời cịn
làm giảm độc tính của hóa trị, xạ trị [17].

1.2. Vật liệu nano từ tính sử dụng làm chất mang truyền dẫn thuốc
1.2.1. Vật liệu nano oxit sắt từ
1.2.1.1. Cấu trúc tinh thể
Nano Fe3O4 là hợp chất oxit phổ biến của nguyên tố sắt, vật liệu này
thuộc họ ferrite spinel có hai phân mạng từ khơng tương đương và tương tác
giữa các phân mạng là phản sắt từ, vật liệu Fe3O4 có cấu trúc spinel đảo.


9

Cơng thức phân tử: FeO.Fe2O3 = Fe.Fe2O4
Mơ hình ion: [Fe3+]A[Fe3+Fe2+]BO42Các ion O2- hình thành nên mạng lập phương tâm mặt với hằng số
mạng a= 0,8398 nm. Các ion Fe3+, Fe2+ có bán kính ion nhỏ hơn sẽ phân bố
trong khoảng trống giữa các ion O2-. Ion Fe2+ chiếm 1/4 ở vị trí bát diện và
ion Fe3+ chiếm 1/8 ở vị trí tứ diện và 1/4 ở vị trí bát diện. Cấu trúc này được
mơ tả như hình 1.2, trong đó một ô cơ bản bao gồm 8 ô đơn vị và cơng thức
Fe24O32 phân bố như sau: Fe3+8A[Fe2+8Fe3+8]BO32, trong đó A là vị trí tứ diện,
B là vị trí bát diện [18]

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của vật liệu nano Fe3O4 [30]
1.2.1.2. Tính chất từ
Do lớp vỏ 3d của sắt từ có 4 electron chưa ghép đơi nên ngun tử sắt
có lực từ mạnh. Ion Fe2+ có 4 electron chưa ghép đơi ở lớp vỏ 3d và Fe3+ có 5
electron chưa ghép đôi ở lớp vỏ 3d. Do vậy, khi tinh thể oxit sắt từ hình thành
từ nguyên tử Fe2+ và Fe3+ chúng có thể ở trạng thái sắt từ, phản từ hoặc cộng
hưởng từ [19].
Khi kích thước vật liệu từ tính giảm xuống nano mét thì cấu trúc đa
momen ở thể khối được thay thế bởi cấu trúc đơn momen trong mỗi hạt và tỷ
lệ các nguyên tử bề mặt có thể so sánh được với nguyên tử khối [19].
Lúc này, các tính chất của vật liệu từ xuất hiện nhiều hiện tượng mới

khác biệt so với vật liệu khối như: Đặc tính siêu thuận từ, dị hướng bề mặt


10

hay cấu trúc vỏ lõi với lớp vỏ spin nghiêng. Có thể nói từ tính trong vật liệu
nano phần lớn do sự đóng góp của hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước.
a. Momen từ
Momen từ, hay momen lưỡng cực từ là đại lượng vật lý, đặc trưng cho
độ mạnh yếu của nguồn từ. Trong trường hợp đơn giản là một dịng điện kín,
momen lưỡng cực từ được định nghĩa bởi:
m = I ∫∫ da

(1.1)

S

Với da= r2sinθ.dr.dθ là vi phân véctơ diện tích (có độ lớn là diện tích,
chiều là véctơ pháp tuyến của mặt đó, xác định từ quy tắc bàn tay phải, I là
cường độ dòng điện. Trong trường hợp một điện tích chuyển động quay,
momen từ sẽ được cho bởi biểu thức:
m=

1
r.J .r 2 .sinθ drdθ dφ (1.2)
2 ∫∫∫
v

Với J là mật độ dòng điện.
Trong vật lý nguyên tử, vật lý hạt nhân, người ta dùng khái niệm

momen từ của các hạt, có đơn vị là magneton Bohr (hay Bohr magneton, ký
hiệu là µB). Momen từ của các hạt liên quan đến chuyển động nội tại của các
hạt (chuyển động spin) hoặc momen từ của nguyên tử được tạo ra từ momen
từ tổng cộng của các hạt (chuyển động spin) và chuyển động trên quỹ đạo của
các hạt. Trong một hệ hạt, momen từ được xác định bởi tổng momen từ của
các hạt thành phần [20].


11

Hình 1.3. Mơ hình momen từ
b. Tính chất từ của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ
Từ độ của vật liệu ferrite khơng chỉ phụ thuộc vào từ trường ngồi mà
còn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Mặc dù tương tác trao đổi giữa các momen
từ trong vật liệu ferrite là lớn, nhưng vật liệu sắt từ và cộng hưởng từ trở nên
rối loạn và mất từ hóa của chúng khi vượt quá nhiệt độ Curie “TC” (850 K),
tại nhiệt độ này momen từ bằng không và phản sắt từ vật liệu bị mất từ hóa
của chúng khi vượt quá nhiệt độ Néel “TN”. Các oxit sắt từ ổn định ở nhiệt độ
phịng, khơng ổn định ở nhiệt độ cao và có thể mất đi từ tính của chúng theo
thời gian [19].
Nhiệt độ Curie thể hiện tính chất nội tại của vật liệu và được khảo sát
đo đạc thông qua đường đo từ độ theo nhiệt độ. Ở vùng nhiệt độ thấp, sự phụ
thuộc của từ độ theo nhiệt độ được lý giải theo lý thuyết sóng spin được đưa
ra bởi Bloch vào năm 1930 [21].
c.Tính chất từ liên quan đến hiệu ứng kích thước
Cũng như các vật liệu từ khác, ở kích thước nano mét tính chất từ của
hạt nano Fe3O4 cũng chịu ảnh hưởng bởi các hiệu ứng kích thước và cả hiệu
ứng bề mặt.
Động thái siêu thuận từ của các hạt nano oxit sắt có thể là do kích
thước của chúng. Các hiệu ứng kích thước được nghiên cứu nhiều nhất trong

12

các hạt nano từ là giới hạn đơn momen và giới hạn siêu thuận từ. Thông
thường trạng thái từ của vật liệu từ được quyết định bởi sự cạnh tranh của các
dạng năng lượng như: Năng lượng dị hướng, năng lượng tĩnh từ, năng lượng
Zeman, năng lượng trao đổi. Các dạng năng lượng này cạnh tranh với nhau
theo xu hướng làm cực tiểu năng lượng toàn hệ, do vậy cấu hình của vật liệu
từ thường được chia thành các cấu trúc momen từ. Khi kích thước của khối
vật liệu giảm tới một giá trị tới hạn nào đó, sự hình thành vách momen sẽ trở
nên không thuận lợi về mặt năng lượng và vật liệu sẽ có cấu trúc đơn momen.
Trong hạt đơn momen các spin được sắp xếp theo cùng một hướng. Kích
thước tới hạn của đơn momen lần đầu tiên được đưa ra bởi Frenkel và
Dorfman [22].
Bằng thực nghiệm, Morrish và cộng sự đã tính tốn giới hạn đơn
momen của hạt nano Fe3O4 là 50 nm [23]. Trong khi đó nghiên cứu của nhóm
tác giả Batlle đưa ra kích thước giới hạn đơn đơ men của hạt nano Fe3O4 là
128 nm [24]. Nghiên cứu của nhóm tác giả Krishnan đưa ra kích thước tới
hạn đơn momen của hạt Fe3O4 cỡ 83 nm [25].
Theo tính tốn lý thuyết, kích thước lớn nhất cho trạng thái siêu thuận
từ của hạt nano Fe3O4 là 26 nm và nhiệt độ Blocking ở kích thước này là 300
K [25]. Tuy nhiên, nhiều cơng bố dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm
cho thấy giá trị kích thước giới hạn siêu thuận từ ở nhiệt độ phịng hạt nano
Fe3O4 khơng thống nhất. Dunlop cơng bố kích thước siêu thuận từ của hạt
nano Fe3O4 là 30 nm [26].
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy dưới kích thước giới hạn
siêu thuận từ giá trị nhiệt độ Blocking phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt.
Nhóm tác giả Caruntu nghiên cứu khá chi tiết về tính chất từ của hạt nano
Fe3O4 ở các kích thước khác nhau. Nghiên cứu cho thấy giá trị nhiệt độ

Blocking tăng lên khi tăng kích thước hạt [27].


13

Hình 1.4 mơ tả sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước hạt. Dưới
kích thước giới hạn của trạng thái siêu thuận từ, rõ ràng các hạt không nhớ
được trạng thái từ dư sau khi tắt từ trường và chúng khơng có tính từ trễ.

Hình 1.4. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước hạt [28]
d. Tính chất liên quan đến hiệu ứng bề mặt
Khi kích thước vật liệu từ giảm đến cỡ nanomét thì số nguyên tử trên
bềmặt là tương đối lớn so với tổng số nguyên tử của vật liệu, do đó hiệu ứng
bề mặt đóng vai trị quan trọng và ảnh hưởng nhiều đến tính chất từ. Hiệu ứng
bề mặt làm giảm momen từ bão hòa và là nguyên nhân chính tạo ra dị hướng
trong các hạt nano Fe3O4.
Sự suy giảm của từ độ bão hòa được quan sát bằng thực nghiệm trong
nhiều hệ hạt nhỏ và được giải thích bằng sự tồn tại của lớp vỏ khơng từ (lớp
chết từhoặc lớp spin nghiêng) trên bề mặt hạt [29].

Hình 1.5. Mơ hình với cấu trúc vỏ-lõi của một hạt nano oxit sắt từ [29]


14

Theo tác giả Gangopadhyay và cộng sự, sự suy giảm momen từ bão
hịa theo kích thước trong các hạt từ nano có liên quan tới tỷ lệ đáng kể của
diện tích bề mặt so với khối. Các hạt được xem như các quả cầu với phần lõi
có cấu trúc spin định hướng song song và từ độ bão hòa tương tự như của
mẫu khối đơn tinh thể lý tưởng (hình 1.5). Trong khi đó phần vỏ có cấu trúc

spin bất trật tự do các sai lệch về cấu trúc tinh thể và sự khuyết thiếu các ion,
do đó có thể coi từ độ phần vỏ bé hơn nhiều so với phần lõi. Khi kích thước
hạt giảm, phần vỏ khơng từ đóng góp đáng kể vào tồn bộ thể tích của hạt do
đó mơ men từ giảm [30].
Tác giả Coey và cộng sự khi nghiên cứu các hạt ferrite từ γ-Fe2O3 đưa
ra nhận định rằng: Sự xếp nghiêng một cách hỗn loạn của các spin bề mặt tạo
nên các tương tác phản sắt từ cạnh tranh giữa các phân mạng đã làm giảm
MS. Do đó giá trị momen từ bão hịa trong các hạt nano oxit sắt thường nhỏ
hơn trong vật liệu khối [31].
Khi giảm kích thước hạt, năng lượng dị hướng bề mặt sẽ chiếm ưu thế
so với năng lượng dị hướng từ tinh thể và năng lượng tĩnh từ do tỷ số các
nguyên tử trên bề mặt hạt so với bên trong hạt tăng lên. Do đó dị hướng bề
mặt ảnh hưởng đến momen từ và lực kháng từ.
1.2.1.3. Tương tác giữa các hạt sắt từ
Tương tác giữa các hạt nano từ phụ thuộc vào tính chất nội tại, khoảng
cách và môi trường giữa các hạt. Trong các hệ hạt nano từ thường bao gồm
hai loại tương tác là tương tác lưỡng cực giữa các hạt và tương tác trao đổi
qua bề mặt của các hạt gần nhau. Tuy nhiên tương tác trao đổi qua bề mặt các
hạt gần nhau thường xuất hiện trong các vật liệu nano phản sắt từ. Trong hệ
hạt nano sắt từ và ferrite từ tương tác lưỡng cực đóng vai trị chủ yếu.
Các hạt đơn momen từ được xem như có một momen từ khổng lồ (so
với momen từ của một spin đơn lẻ) và tạo ra quanh nó một từ trường khá lớn


15

tại các vị trí lân cận. Do đó khi xét đến trạng thái của hạt nano từ thì tương tác
lưỡng cực giữa các hạt là yếu tố không thể bỏ qua. Năng lượng tương tác
lưỡng cực giữa các hạt trong một hệ hạt nano từ được tính theo biểu thức:
Ed ≈

µ0 µ 2
(1.3)
4π d 3

Trong đó µ0 là độ từ thẩm chân khơng, µ là momen từ riêng của một
hạt và d là khoảng cách giữa hai hạt. Tuy nhiên khi so sánh với tương tác trao
đổi trong vật liệu khối thì tương tác lưỡng cực giữa các hạt nano là yếu.
Nhiều công bố cho rằng trong các hệ hạt đơn momen thì tương tác giữa
các hạt có thể thay đổi trạng thái khóa của từng hạt đơn lẻ và dẫn tới hiện
tuợng đóng băng tập thể. Trong các ứng dụng y sinh, năng lượng tương tác
lưỡng cực giữa các hạt phải thỏa mãn đủ nhỏ để tránh hiện tượng kết đám
trong dung dịch. Trên thực tế năng lượng tương tác lưỡng cực giữa các hạt
trong dung dịch không thể bỏ qua [32].
1.2.1.4. Phương pháp chế tạo hạt nano sắt từ
Tùy theo từng yêu cầu ứng dụng người ta có thể điều chế các hạt nano
từ tính trong vùng kích thước siêu nhỏ (untrasmall size), siêu thuận từ
(superparamagnetic size), vùng kích thước lớn hàng chục nano mét bằng
nhiều phương pháp vật lý hóa học khác nhau.
Một số phương pháp hiện nay đang được sử dụng trong các phịng thí
nghiệm của Việt Nam cũng như trên thế giới có thể kể đến như sau: Phương
pháp đồng kết tủa [33], sol-gel [34], nhiệt phân [35], thủy phân [36]... Để ứng
dụng trong y sinh, hạt nano từ thường được chế tạo theo các phương pháp hóa
học.
Trong các phương pháp trên, phương pháp sol-gen (vi nhũ tương) là
phương pháp khá đơn giản, chi phí thấp. Hạt nano Fe3O4 khi được chế tạo
bằng phương pháp này có kích thước nhỏ và đồng đều, bề mặt của chúng có


16

bao phủ một lớp –OH, đây là một nhóm chức quan trọng trong việc tạo liên
kết với các chất hoạt hóa bề mặt.
Thuật ngữ sol-gel được đề cập đến bởi Schulman và Friend trong thập
niên 40. Từ thời gian này, vi nhũ có một lĩnh vực ứng dụng rộng lớn, từ hoàn
nguyên dầu tới tổng hợp vật liệu nano. Phương pháp sol-gel có nhiều ứng
dụng rộng rãi từ thu hồi dầu (oil recovery) tới tổng hợp vật liệu hạt có kích
thước nano (nanoparticles). Việc thực hành đầy đủ đầu tiên của hệ vi nhũ
nước trong dầu để tổng hợp vật liệu nano được giới thiệu năm 1982. Từ đó,
phương pháp này có một ứng dụng được mở rất rộng trong lĩnh vực xúc tác,
từ các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phịng như isome hóa butan tới các phản
ứng nhiệt độ cao như phản ứng cháy có xúc tác metan [37].
Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai chất lỏng mà thơng thường
khơng hịa tan được với nhau. Thể trong (thể được phân tán) là các giọt nhỏ
được phân tán trong thể ngoài (chất phân tán). Tùy theo mơi trường chất phân
tán mà người ta gọi ví dụ như là nhũ tương nước trong dầu hay nhũ tương dầu
trong nước.
Hệ nhũ tương nước trong dầu là phổ biến hơn để tổng hợp nhiều loại
hạt nano kích thước khác nhau. Để tạo độ bền cho nhũ tương có thể cho thêm
các chất hoạt tính bề mặt. Việc làm giảm sức căng bệ mặt giữa nước và dầu sẽ
làm dung dịch trong hơn [38].
Hệ vi nhũ tương có thể tạo ra những ngăn rất nhỏ gọi là droplet, được
tạo nên nhờ tính lưỡng cực của chất hoạt động bề mặt, được làm đầy bằng
nước. Trong droplet này, một lượng chất hịa tan được trong nước có thể phân
tán. Kích thước của các hạt nano sẽ phụ thuộc vào kích thước của các droplet
này. Do đó, kích thước các hạt nano có thể được thay đổi và điều chỉnh bằng
cách thay đổi kích thước các droplet [39].