Nghiên cứu quy trình chế tạo và đánh giá hiệu quả tác động của hệ nano đa chức năng (polymer-drug-Fe3O4-folate) lên tế bào ung thư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

LÊ THỊ THU HƢƠNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ TÁC ĐỘNG CỦA HỆ NANO ĐA CHỨC NĂNG
(POLYMER-DRUG- Fe3O4-FOLATE) LÊN TẾ BÀO UNG THƢ

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU

HÀ NỘI – 2018


i

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...............................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................x
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................4
1.1. Khái quát về hệ vật liệu nano y sinh ....................................................................4
1.1.1. Cấu trúc của hệ nano y sinh ......................................................................4
1.1.2. Các chức năng y sinh của hệ .....................................................................6
1.2. Phƣơng pháp tổng hợp hạt nano Fe3O4 ................................................................7

1.2.1. Phƣơng pháp Ďồng kết tủa .........................................................................7
1.2.2. Phƣơng pháp thuỷ nhiệt ............................................................................9
1.2.3. Phƣơng pháp phân huỷ nhiệt .....................................................................9
1.2.4. Sử dụng kĩ thuật vi sóng trong tổng hợp Fe3O4 ......................................10
1.3. Tính chất và ứng dụng của hạt nano Fe3O4 trong y sinh học ............................11
1.3.1. Một số tính chất từ cơ bản của hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 ......................11
1.3.2. Mang thuốc hƣớng Ďích ..........................................................................13
1.3.3. Nhiệt trị và phóng thích thuốc dựa trên hiệu ứng Ďốt nóng cảm ứng từ .15
1.3.4. Tăng cƣờng Ďộ tƣơng phản ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân .......................18
1.3.5. Hệ nano Ďa chức năng .............................................................................20
1.4. Vấn Ďề của hạt nano oxit sắt từ cho các ứng dụng y sinh ..................................23
1.5. Chức năng hoá bề mặt hạt Fe3O4 .......................................................................25
1.5.1. Bền hoá hạt nano Fe3O4 bằng polime tổng hợp ......................................25
1.5.2. Bền hoá hạt nano Fe3O4 bằng polime tự nhiên .......................................26
1.5.3. Kết hợp các thuốc chống ung thƣ ...........................................................29
1.5.4. Yếu tố hƣớng Ďích folate .........................................................................31
Kết luận chƣơng 1 .....................................................................................................33
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................34
2.1. Tổng hợp vật liệu ...............................................................................................34
2.1.1. Nguyên vật liệu .......................................................................................34
2.1.2. Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ bằng phƣơng pháp Ďồng kết tủa ..............34


ii

2.1.3. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 theo phƣơng pháp Ďồng kết tủa sử dụng kĩ
thuật vi sóng ......................................................................................................34
2.1.4. Bọc hạt nano Fe3O4 bằng polime sinh học ..............................................36
2.1.5. Mang thuốc Curcumin và Doxorubicin lên hệ ........................................36
2.1.6. Gắn yếu tố hƣớng Ďích folate ..................................................................37

2.1.7. Kết hợp chấm lƣợng tử CdTe..................................................................38
2.2. Các phƣơng pháp Ďặc trƣng tính chất của hệ.....................................................39
2.2.1. Nhiễu xạ tia X .........................................................................................39
2.2.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại ...........................................................................40
2.2.3. Phổ UV-Vis và huỳnh quang ..................................................................40
2.2.4. Phân tích nhiệt .........................................................................................41
2.2.5. Hiển vi Ďiện tử .........................................................................................42
2.2.6. Các phƣơng pháp Ďo từ ...........................................................................42
2.2.7. Phổ tán xạ ánh sáng Ďộng ........................................................................42
2.2.8. Đốt nóng cảm ứng từ ...............................................................................43
2.2.9. Xác Ďịnh hiệu suất và dung lƣợng mang thuốc .......................................43
2.2.10. Quá trình giải phóng thuốc in vitro .......................................................43
2.2.11. Giải phóng thuốc bằng Ďốt nóng cảm ứng ............................................44
2.3. Thử nghiệm sinh học .........................................................................................44
2.3.1. Thử nghiệm khả năng nhập bào và Ďộc tính tế bào của FOC và FOCF .44
2.3.2. Xác Ďịnh phân bố của hệ nano mang curcumin tại các cơ quan trên chuột
...........................................................................................................................45
2.3.3. Xác Ďịnh Ďộc tính tế bào của FAD, FADF, FAQ và FADQ ...................46
2.3.4. Thí nghiệm xác Ďịnh khả năng Ďiều trị in vivo của các hệ Ďa chức năng
mang Dox kết hợp với Ďốt nóng cảm ứng từ ....................................................46
2.4. Phƣơng pháp xử lí số liệu ..................................................................................48
CHƢƠNG 3: HẠT NANO Fe3O4 BỌC BẰNG OCMCS MANG CURCUMIN ....49
3.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 ...................................................................................49
3.1.1. Hạt nano Fe3O4 tổng hợp theo phƣơng pháp Ďồng kết tủa thông thƣờng
...........................................................................................................................49
3.1.2. Hạt nano Fe3O4 tổng hợp theo phƣơng pháp Ďồng kết tủa có hỗ trợ của vi
sóng ...................................................................................................................50


iii

3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng curcumin lên tính chất các hệ mang Curcumin
(FOC1-FOC5) ...........................................................................................................55
3.3. Hệ nano mang curcumin (FOC) và mang Curcumin gắn folate (FOCF) ..........57
3.3.1. Phổ hồng ngoại ........................................................................................57
3.3.2. Phổ huỳnh quang .....................................................................................58
3.3.3. Ảnh hiển vi Ďiện tử quét (FeSEM) ..........................................................59
3.3.4. Phân tích nhiệt .........................................................................................60
3.3.5. Giản Ďồ nhiễu xạ tia X và Ďƣờng cong từ trễ ..........................................61
3.3.6. Kết quả Ďốt nóng cảm ứng từ ..................................................................62
3.3.7. Độ bền của FOC và FOCF trong môi trƣờng sinh lí...............................64
3.3.8. Quá trình giải phóng thuốc in vitro .........................................................64
3.3.9. Độc tính tế bào ........................................................................................66
3.3.10. Phân bố sinh học ...................................................................................68
Kết luận chƣơng 3:....................................................................................................71
CHƢƠNG 4: HẠT NANO Fe3O4 BỌC BẰNG ALGINATE MANG
DOXORUBICIN .......................................................................................................72
4.1. Ảnh hƣởng của nồng Ďộ alginate Ďến khả năng mang Dox và các tính chất của
hệ nano ......................................................................................................................72
4.1.1. Phổ hồng ngoại và phổ huỳnh quang ......................................................72
4.1.2. Dung lƣợng thuốc và hiệu suất mang thuốc............................................73
4.1.3. Phân bố kích thƣớc và ảnh TEM .............................................................74
4.1.4. Giản Ďồ nhiễu xạ tia X và Ďƣờng cong từ trễ .........................................76
4.1.5. Kết quả Ďốt nóng cảm ứng từ ..................................................................77
4.1.6. Phân tích nhiệt .........................................................................................80
4.1.7. Quá trình giải phóng thuốc in vitro .........................................................81
4.1.8. Độc tính tế bào ........................................................................................83
4.2. Ảnh hƣởng của lõi Fe3O4 tổng hợp vi sóng tới tính chất hệ nano .....................86
4.2.1. Một số Ďặc trƣng vật liệu và kết quả Ďốt nóng cảm ứng từ .....................86
4.2.2. Độc tính tế bào ........................................................................................88

4.3. Hệ nano mang Dox gắn folate (FADF) hoặc CdTe (FADQ) ............................88
4.3.1. Phổ hồng ngoại ........................................................................................89


iv

4.3.2. Phổ huỳnh quang .....................................................................................89
4.3.3. Kích thƣớc hạt và thế Zeta ......................................................................91
4.3.4. Giản Ďồ XRD...........................................................................................91
4.3.5. Tính chất từ và khả năng Ďốt nóng cảm ứng ...........................................92
4.3.6. Quá trình giải phóng Dox thụ Ďộng và chủ Ďộng nhờ hiệu ứng Ďốt nóng
cảm ứng .............................................................................................................93
4.3.7. Độc tính tế bào ........................................................................................96
4.3.8. Độ bền của FAD, FADF và FADQ trong môi trƣờng sinh lí .................99
4.3.9. Kết quả thử nghiệm in vivo ...................................................................100
Kết luận chƣơng 4 ...................................................................................................105
KẾT LUẬN .............................................................................................................107
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .......................................................109
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ....................110
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................112


v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Alg:

alginate

CS% (% cell survival):

chỉ số tế bào sống sót (%)

Cur:

Curcumin

DLS (dynamic light scattering):

tán xạ ánh sáng Ďộng

Dox:

Doxorubicin

Drug:

thuốc

DrTGA:

tốc Ďộ mất khối lƣợng

DTA (differential thermal gravity analysis): phân tích nhiệt vi sai
EE (encapsulating efficiency):

hiệu suất mang thuốc

EPR (enhanced permeability and retention effect):
Hiệu ứng tăng tính thấm và thời gian lƣu

FA:

mẫu Fe3O4 tổng hợp vi sóng bọc bằng alginate
nồng Ďộ 4 mg/ml

FA2D-FA10D:

các mẫu Fe3O4 bọc bằng alginate nồng Ďộ khác
nhau mang doxorubicin

FA2-FA10:

các mẫu Fe3O4 bọc bằng alginate nồng Ďộ khác
nhau

FAD:

mẫu Fe3O4 tổng hợp vi sóng bọc bằng alginate
nồng Ďộ 4 mg/ml mang doxorubicin

FADF:

mẫu Fe3O4 tổng hợp vi sóng bọc bằng alginate
nồng Ďộ 4 mg/ml mang doxorubicin gắn folate

FADQ:

mẫu Fe3O4 tổng hợp vi sóng bọc bằng alginate
nồng Ďộ 4 mg/ml mang doxorubicin gắn CdTe

FeSEM (field emission Scanning electron mỉctoscopy):
hiển vi Ďiện tử quét phát xạ trƣờng
FL:

tế bào ung thƣ cơ vân tim

FOC (hoặc FOC3):

Fe3O4 bọc bằng OCMCS mang curcumin với
lƣợng curcumin tham gia phản ứng là 60 mg

FOC1-FOC5:

Fe3O4 bọc bằng OCMCS mang curcumin với
lƣợng curcumin tham gia phản ứng khác nhau (từ
20-100 mg)


vi

FOCF:

Fe3O4 bọc bằng OCMCS mang curcumin gắn
folate (với lƣợng curcumin tham gia phản ứng là
60 mg)

Fol:

folate

FR (folate receptor):

thụ thể folate

H:

cƣờng Ďộ từ trƣờng

Hc:

lực kháng từ

Hela:

tế bào ung thƣ cổ tử cung

Hep-G2:

tế bào ung thƣ gan

HT-29:

tế bào ung thƣ ruột kết

IC50 (inhibition concentration):

nồng Ďộ ức chế 50% số tế bào

ILP (intrinsic loss power):

công suất tổn hao nội tại

LC (loading content):

dung lƣợng thuốc

LU-1:

tế bào ung thƣ phổi không phải tế bào nhỏ

M (magnetization):

từ Ďộ

Ms (satutation magnetization):

từ Ďộ bão hòa

Mr (magnetic remanance):

từ dƣ

M1-M11:

các mẫu Fe3O4 tổng hợp vi sóng

MIH (magnetic inductive heating): Ďốt nóng cảm ứng từ
MNP (magnetic nanoparticles):

hạt nano từ

MRI (magnetic resonance image): ảnh cộng hƣởng từ
OCMCS:

O- Cacboxylmetyl chitosan

QD (quantum dots):

chấm lƣợng tử

SAR (specific absorption rate):

tốc Ďộ hấp thụ riêng

SD (standard deviation):

Ďộ lệch chuẩn

SLP (specific loss power):

công suất tổn hao riêng

TEM (transmission electron microscopy):
hiển vi Ďiện tử truyền qua
TGA (thermal gravity analysis):

phân tích nhiệt

Vero:

tế bào biểu mô thận khỉ


vii

VSM (vibration sample magnetometry):
từ kế mẫu rung
XRD (X-ray Diffraction):

nhiễu xạ tia X


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Điều kiện thực nghiệm chế tạo Fe3O4 trong lò vi sóng ............................35
Bảng 2.2: Kí hiệu và mô tả mẫu ................................................................................38
Bảng 3.1: Điều kiện phản ứng và thông số từ của các mẫu Fe3O4 tổng hợp bằng kĩ
thuật vi sóng ..............................................................................................................51
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát hàm lƣợng curcumin .....................................................55
Bảng 3.3: Số liệu từ Ďộ bão hoà của lõi Fe3O4 trong 2 hệ nano mang curcumin ......62
Bảng 3.4: Thông số Ďốt nóng cảm ứng của các mẫu mang curcumin ......................63
Bảng 3.5: Thế Zeta (mV) của FOC và FOCF trong các dung dịch nồng Ďộ NaCl 0,2
M và có pH khác nhau ..............................................................................................64
Bảng 3.6: Kết quả giải phóng curcumin theo thời gian ............................................65

Bảng 4.1: Giá trị EE và LC của FA2D-FA10D ........................................................74
Bảng 4.2: Các thông số từ của các mẫu bọc bằng alginate .......................................77
Bảng 4.3: Số liệu Ďốt nóng cảm ứng từ của các mẫu FA4, FA4D, FA8 và Fe3O4 ..79
Bảng 4.4: Từ Ďộ bão hoà của lõi Fe3O4 trong hệ FA4 và FA4D ..............................80

Bảng 4.5: %Dox giải phóng từ FA4 ở pH 7,4 và pH 5 .............................................82
Bảng 4.6: Nhiệt Ďộ bão hoà (oC) trong quá trình Ďốt nóng cảm ứng từ của FA và
FAD ...........................................................................................................................87
Bảng 4.7: IC50 của hệ mẫu vi sóng so với mẫu Ďồng kết tủa thông thƣờng..............88
Bảng 4.8: Tính chất từ và nhiệt Ďộ bão hoà của quá trình Ďốt nóng cảm ứng của
FAD, FADF, FAQ, FADQ ........................................................................................92
Bảng 4.9: Thông số giải phóng Dox khi Ďốt nóng với từ trƣờng khác nhau ............95
Bảng 4.10: Chỉ số tế bào sống sót (CS% ± SD) của các mẫu chứa CdTe trên các
dòng tế bào tại nồng Ďộ khác nhau ............................................................................97
Bảng 4.11: Giá trị IC50 (µg/ml) của các mẫu chứa CdTe trên các dòng tế bào ........98


ix

Bảng 4.12: Thế Zeta (mV) của FAD, FADF và FADQ trong dung dịch có nồng Ďộ
NaCl 0,2 M và các pH khác nhau .............................................................................99
Bảng 4.13: Phân bố Fe trên các cơ quan của chuột (ppm) ......................................101


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ Ďồ cấu tạo hệ nano Ďa chức năng [21]. ..................................................5
Hình 1.2: Cấu trúc Ďơn và Ďa Ďômen của hạt Fe3O4 theo kích thƣớc (a) và Ďƣờng
cong từ hoá của vật liệu sắt từ dạng khối (hình lớn) so với dạng siêu thuận từ (hình
nhỏ) (b) [62] ..............................................................................................................12
Hình 1.3: Sơ Ďồ minh họa cơ chế hƣớng Ďích bằng từ trƣờng ngoài [62] ................14
Hình 1.4: Nồng Ďộ hạt từ ở khối u và mô lành trong não của chuột Ďƣợc hƣớng Ďích
bằng từ (n=4) và chuột Ďối chứng (n=3) [72] ...........................................................15
Hình 1.5: Chuyển Ďộng quay trong hồi phục Néel (a) momen từ quay trong khi hạt

cố Ďịnh; hồi phục Brown (b) momen từ tƣơng ứng với trục tinh thể, không Ďổi khi
hạt quay [79] .............................................................................................................16
Hình 1.6: (a) Sự tăng nhiệt Ďộ theo thời gian của hệ hạt nano từ 20 mg/ml mang
TMX trong từ trƣờng 230 kHz, 100 Oe. (b) Phóng thích thuốc TMX chủ Ďộng bằng
cách bật và tắt từ trƣờng ngoài. (c) Sơ Ďồ minh hoạ quá trình phóng thích thuốc nhờ
áp từ trƣờng xoay chiều [83] .....................................................................................18
Hình 1.7: Nguyên tắc chụp ảnh cộng hƣởng từ [90].................................................19
Hình 1.8: Ảnh MRI chụp ở chế Ďộ T2 (TE=150 ms) các ống 5-mm với nồng Ďộ hạt
từ bọc mantol khác nhau [93]....................................................................................20
Hình 1.9: Ảnh MRI của khối u KB trên chuột nude trƣớc (a, c) và 4h sau khi tiêm
hạt từ (b, d) [95] ........................................................................................................20
Hình 1.10: Hiệu ứng Ďốt nóng cảm ứng của hệ Fe3O4/SiO2 5 mg/ml và Ďồ thị SAR Tmax theo cƣờng Ďộ từ trƣờng [97].............................................................................21
Hình 1.11: Ảnh MR theo nồng Ďộ của hạt nano Fe3O4/BSA–DEX–FA (chế Ďộ chụp
TR¼ 3000 ms, TE¼ 13,2 ms)[99]. ...........................................................................21
Hình 1.12: Phân tích ảnh hiển vi huỳnh quang của mẫu PAAIO-Rh123 và PAAIORh123-FA-PEG với nồng Ďộ 100mg/mL nhập bào vào tế bào FR(+) KB theo các
thời gian khác nhau ở 37oC [11] ...............................................................................23
Hình 1.13: Cấu tạo hoá học của OCMCS .................................................................27
Hình 1.14: Cấu tạo của mạch Alginat và hình ảnh rong nâu ....................................28
Hình 1.15: Các bƣớc tổng hợp hệ nano từ mang curcumin [139] ............................30


xi

Hình 1.16: Cấu trúc hoá học của curcumin (a), Doxorubicin (b) và axit folic (c) ....30
Hình 1.17: (a) Phân tử Doxorubicin, (b) Fe3O4 bọc bằng chitosan, (c) Fe3O4 bọc
bằng chitosan mang Doxorubicin [143]. ...................................................................31
Hình 1.18: Ảnh hiển vi huỳnh quang Ďồng tiêu của tế bào ung thƣ gan HT29 nhuộm
với thuốc nhuộm Hoechst 33342 (màu xanh) và Doxorubicin tự do, hạt nano PLATPGS mang Dox và hạt nano PLA-TPGS mang Dox có gắn folate (màu Ďỏ) [151]
...................................................................................................................................32
Hình 2.1: Sơ Ďồ tổng hợp các hệ dẫn thuốc Ďa chức năng ........................................39

Hình 2.2: Điều kiện nuôi chuột Ďƣợc duy trì ổn Ďịnh và thực nghiệm tiêm thuốc vào
khối u trên chân phải chuột .......................................................................................47
Hình 2.3: Hệ thiết bị Ďốt từ .......................................................................................48
Hình 3.1: Các Ďặc trƣng của hạt nano Fe3O4 tổng hợp bằng phƣơng pháp Ďồng kết
tủa: a) Phổ hồng ngoại, b) Giản Ďồ XRD, c) Đƣờng cong từ hoá, d) Ảnh SEM, e)
Ảnh TEM...................................................................................................................50
Hình 3.2: Đƣờng cong từ hoá của các mẫu (các hình bên phải là hình phóng to của
các Ďƣờng từ hoá tƣơng ứng tại vị trí gần gốc toạ Ďộ) ..............................................52
Hình 3.3: Giản Ďồ XRD của các mẫu Fe3O4 chế tạo bằng vi sóng ...........................53
Hình 3.4: Phổ hồng ngoại của các mẫu Fe3O4 vi sóng .............................................54
Hình 3.5: Ảnh SEM mẫu M5 ....................................................................................54
Hình 3.6: Ảnh TEM và phổ DLS của mẫu Fe3O4 M5 phân tán trong nƣớc .............55
Hình 3.7: Đƣờng cong từ hoá của các mẫu chế tạo với lƣợng curcumin khác nhau 56
Hình 3.8: Thế Zeta của các hệ mang curcumin a) FOC1, b) FOC2, c) FOC3, d)
FOC4 và e) FOC5 .....................................................................................................57
Hình 3.9: Phổ hồng ngoại của (a) Fe3O4, (b) OCMCS, (c) Curcumin, (d) FOC ......58
Hình 3.10: Phổ hồng ngoại của (a) folate, (b) FOC và (c) FOCF.............................58
Hình 3.11: Phổ huỳnh quang của FOC và curcumin ................................................59
Hình 3.12: Ảnh Fe-SEM của (a) Fe3O4, (b) Fe3O4/OCMCS, (c) FOC và (d) FOCF 60


xii

Hình 3.13: Giản Ďồ phân tích nhiệt (a) DrTGA, (b) TGA và (c) DTA của mẫu FOC
(trái) và FOCF (phải) ...............................................................................................61
Hình 3.14: Mô hình cấu trúc hệ FOC và FOCF ........................................................61
Hình 3.15: Giản Ďồ nhiễu xạ tia X của (a) Fe3O4, (b) FOC và (c) FOCF .................62
Hình 3.16: Đƣờng cong từ trễ của (a) Fe3O4,(b) FOC và (c) FOCF .........................62
Hình 3.17: (a) Đƣờng Ďốt nhiệt và (b) Đồ thị tƣơng quan tốc Ďộ tăng nhiệt ban Ďầu
(dT/dt) và nhiệt Ďộ bão hòa Ts theo nồng Ďộ hạt từ của hệ FOC ..............................63

Hình 3.18: (a) Đƣờng Ďốt nhiệt và (b) Đồ thị tƣơng quan tốc Ďộ tăng nhiệt ban Ďầu
(dT/dt) và nhiệt Ďộ bão hòa Ts theo nồng Ďộ hạt từ của hệ FOCF ............................64
Hình 3.19: (a) Phổ UV-vis của các dung dịch curcumin trong dung môi etanol/nƣớc
(1/1) ở các nồng Ďộ khác nhau (1) 0,01 mg/ml; (2) 0,008 mg/ml; (3) 0,06 mg/ml; (4)
0,04 mg/ml; (5) 0,04 mg/ml và (b) Đƣờng chuẩn của curcumin trong dung môi
etanol/nƣớc (1/1) .......................................................................................................65
Hình 3.20: Biểu Ďồ giải phóng curcumin của 2 hệ mẫu tại pH=7,4 và pH=5 ..........66
Hình 3.21: Ảnh huỳnh quang của tế bào HT29 trong Ďiều kiện bình thƣờng (control)
và trong Ďiều kiện ủ 15 giờ với hệ FOC ....................................................................67
Hình 3.22: Đƣờng cong Ďáp ứng liều của tế bào HT29 ủ với curcumin tinh chất (a Ďƣờng phía trên), hệ FOC (a - Ďƣờng phía dƣới) và (b) Fe3O4/OCMCS. .................68
Hình 3.23: Phân bố của FOC và FOCF trên các cơ quan của chuột (hạt từ xuất hiện
dƣới dạng các chấm màu nâu Ďậm) ...........................................................................71
Hình 4.1: Phổ IR của Fe3O4, Alginate, Dox, FA4, FA8 và FA4D ..........................73
Hình 4.2: Phổ huỳnh quang của Dox và FA4D (cùng nồng Ďộ Dox) .......................74
Hình 4.3: Phân bố kích thƣớc của các mẫu FA4, FA8, FA4D, FA8D .....................74
Hình 4.4: Ảnh TEM và phân bố kích thƣớc hạt của FA4D ......................................75
Hình 4.5: Giản Ďồ XRD của FA4D ...........................................................................76
Hình 4.6: Tính chất từ của các hệ hạt........................................................................76
Hình 4.7: Đƣờng cong Ďốt nóng cảm ứng từ (a, b, c) và so sánh nhiệt Ďộ bão hoà,
tốc Ďộ tăng nhiệt ban Ďầu (d) của các mẫu. ...............................................................78


xiii

Hình 4.8: Biểu Ďồ so sánh giá trị SAR các mẫu ở nồng Ďộ 1 và 3 mg/ml ................79
Hình 4.9: Giản Ďồ phân tích nhiệt của FA4 (a) và FA4D (b) ...................................80
Hình 4.10: Sơ Ďồ cấu trúc của FAD và FADF ..........................................................81
Hình 4.11: Quá trình giải phóng thuốc của FA4D ở pH 7,4 và pH 5 .......................82
Hình 4.12: Đƣờng cong Ďáp ứng liều và tƣơng quan giá trị IC50 của hệ FA4D trên
các dòng tế bào Hep-G2, LU-1, RD, FL và Vero. ....................................................83

Hình 4.13: Hình ảnh tế bào LU-1 và Hep-G2 ủ với Dox và FA4D ở các nồng Ďộ
khác nhau...................................................................................................................86
Hình 4.14: Thế Zeta của FA (a) và FAD (b) .............................................................86
Hình 4.15: Đƣờng cong Ďốt nóng cảm ứng từ của FA ở các từ trƣờng khác nhau,
nồng Ďộ 2 mg/ml (a) và ở từ trƣờng 80 Oe, các nồng Ďộ khác nhau (b) và FAD ở
Ďiều kiện tƣơng tự (c), (d) .........................................................................................87
Hình 4.16: Phổ hồng ngoại của FADF so với các thành phần ..................................89
Hình 4.17: Phổ huỳnh quang của FADF so với folate và Dox (a) và các mẫu chứa
chấm lƣợng tử CdTe (b) ............................................................................................90
Hình 4.18: Ảnh TEM và phổ DLS của a) FADF và b) FADQ .................................91
Hình 4.19: Giản Ďồ XRD ..........................................................................................92
Hình 4.20: Tính chất từ (a) và Ďƣờng cong Ďốt nóng cảm ứng của FADF (b), FAQ
(c) và FADQ (d) ........................................................................................................93
Hình 4.21: Kết quả giải phóng Doxorubicin từ FADF .............................................93
Hình 4.22: Khả năng Ďốt nóng cảm ứng từ ở pH 5 và pH 7,4 của mẫu FADF 1
mg/ml ........................................................................................................................94
Hình 4.23: Nhiệt Ďộ và %Dox giải phóng bởi từ trƣờng ..........................................95
Hình 4.24: Độc tính tế bào của các hệ mẫu chứa Doxorubicin ................................96
Hình 4.25: Chỉ số sống sót của tế bào khi ủ với các mẫu chứa CdTe: (a) CdTe, (b)
FAQ, (c) FADQ ........................................................................................................97
Hình 4.26: Độc tính tế bào của các hệ mẫu chứa CdTe (CdTe, FAQ và FADQ) ...99
Hình 4.27: Hình ảnh giải phẫu bệnh khối u có nhiều nhân quái, nhân chia ...........100


xiv

Hình 4.28: Hình ảnh giải phẫu các cơ quan : a - gan, b – lách, c - thận, d – u; trái –
Ďối chứng, giữa – FAD, phải – FADF ....................................................................102
Hình 4.29: Kết quả Ďịnh lƣợng sắt ở các cơ quan sau tiêm tĩnh mạch (G: gan, L:
lách, M: máu, T: thận, U: u) ....................................................................................102

Hình 4.30: Trọng lƣợng của các nhóm chuột trong quá trình Ďiều trị ....................103
Hình 4.31: Sự thay Ďổi kích thƣớc khối u trong quá trình Ďiều trị in vivo .............103
Hình 4.32: (a) Các chuột trong quá trình Ďiều trị và (b) kích thƣớc khối u sau Ďiều
trị lần 8 - Đối chứng (Trái trên), FA (Phải trên), FAD (Trái dƣới) và FADF (Phải
dƣới) ........................................................................................................................104
Hình 4.33: Kích thƣớc khối u giảm ở các nhóm chuột Ďƣợc Ďiều trị .....................105


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, sự phát triển của khoa học và công nghệ Ďã Ďem lại nhiều tiến bộ
vƣợt bậc trong sinh y học nhƣng loài ngƣời vẫn Ďang phải Ďối diện với nhiều loại
bệnh nan y, Ďiển hình nhất là bệnh ung thƣ. Hiện nay có rất nhiều thuốc Ďiều trị ung
thƣ trên thị trƣờng. Tuy nhiên, nhƣợc Ďiểm lớn nhất của các loại thuốc Ďiều trị ung
thƣ là ít tan trong nƣớc hoặc dễ bị Ďào thải, tính Ďịnh hƣớng chọn lọc không cao và
dù ít hay nhiều Ďều ảnh hƣởng không tốt Ďối với sức khỏe bệnh nhân vì có tác dụng
phụ kèm theo nhƣ các triệu chứng buồn nôn, tiêu chảy, gây thiếu máu, giảm miễn
dịch của cơ thể. Nguyên nhân là do phần lớn các phƣơng thức Ďiều trị không chỉ tác
Ďộng cục bộ lên khối u mà còn ảnh hƣởng Ďến một bộ phận lớn các mô và cơ quan
lành của cơ thể [1].
Để khắc phục những nhƣợc Ďiểm của phƣơng pháp nêu trên, các nhà nghiên
cứu Ďã ứng dụng công nghệ nano, sử dụng vật liệu với kích thƣớc nano mét làm
phƣơng tiện dẫn các loại thuốc Ďặc trị ung thƣ nhƣ Curcumin, Paclitaxel,
Doxorubicin… Ďến khối u một cách an toàn [2–4]. Bên cạnh Ďó vật liệu nano từ Ďã
và Ďang Ďƣợc nghiên cứu mạnh mẽ nhằm ứng dụng trong sàng lọc tế bào ung thƣ,
chẩn Ďoán ung thƣ bằng hình ảnh cộng hƣởng từ MRI, nhiệt trị bằng cách làm tăng
nhiệt Ďộ vùng khối u khi Ďƣợc Ďặt trong từ trƣờng, và Ďặc biệt là dẫn truyền thuốc
dƣới ảnh hƣởng của nam châm... [5, 6] Các hạt nano từ và thuốc chống ung thƣ

Ďƣợc bọc bởi các lớp vỏ là các polymer thiên nhiên hoặc polymer tổng hợp nhƣ
dextran, dextran biến tính, chitosan, chitosan biến tính, alginate, PLA-TPGS, PLAPEG…và trên bề mặt có thể Ďƣợc gắn thêm một số yếu tố hƣớng Ďích nhƣ acid folic
(folate), aptamer, tranferin, lectin và kháng thể. Hệ nano Ďa chức năng nhƣ vậy sẽ
tăng hiệu quả tác Ďộng Ďối với các tế bào ung thƣ nhất Ďịnh, giải quyết phần nào yêu
cầu của phƣơng pháp hóa trị là phải có tính chọn lọc cao Ďối với tế bào ung thƣ. Lợi
ích là: Sử dụng vật liệu này cho phép giảm liều thuốc dùng, giúp ngƣời bệnh tránh
Ďƣợc các tác dụng phụ không mong muốn; tập trung thuốc vào vị trí khối u, tránh
tác Ďộng Ďến tế bào lành [7, 8]. Từ những vấn Ďề nêu trên cho thấy hoàn toàn có thể
sử dụng hạt nano lõi Fe3O4, lớp vỏ bọc là các polime nhƣ chitosan biến tính, dextran
biến tính, alginate, copolime…, gắn thêm Ďuôi folate nhƣ một phƣơng tiện chuyên


2

chở thuốc Curcumin (Cur) hoặc Doxorubicin (Dox) Ďến Ďúng Ďích là khối u ung thƣ
một cách an toàn. Trên thế giới, một số nghiên cứu về hệ nano Ďa chức năng dùng
trong y sinh học, Ďặc biệt là trong Ďiều trị ung thƣ Ďã Ďƣợc công bố [9–11], tuy
nhiên, Ďây vẫn là hƣớng nghiên cứu mới với nhiều triển vọng.
Ở Việt Nam, một số nhóm nghiên cứu Ďã công bố các công trình liên quan Ďến
việc tổng hợp hạt nano từ và ứng dụng trong xử lí môi trƣờng [12, 13]. Các nghiên
cứu Ďịnh hƣớng sử dụng hạt nano từ trong y sinh chủ yếu khai thác khả năng nhiệt
từ trị của vật liệu này [14–16]. Tính chất quang và khả năng hƣớng Ďích Ďƣợc
nghiên cứu rất hạn chế.
Trên cơ sở các phân tích kể trên, chúng tôi thực hiện luận án “Nghiên cứu chế
tạo và đánh giá hiệu quả tác động của hệ nano đa chức năng (polymer-drugFe3O4-folate) lên tế bào ung thƣ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu chính của luận án:
Mục tiêu chung của luận án là tạo Ďƣợc các hệ nano Ďa chức năng có thể sử
dụng Ďể chuẩn Ďoán và Ďiều trị ung thƣ. Trong Ďó, mục Ďích Ďặc thù của luận án này
là tạo Ďƣợc các hệ có Ďồng thời các chức năng: mang thuốc - từ - quang và hƣớng
Ďích.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể gồm có:
- Chế tạo Ďƣợc hệ nano Ďa chức năng gồm: vật liệu kích thƣớc nano Fe3O4 (có tính
chất từ) Ďƣợc bọc bởi polyme tƣơng thích sinh học, gắn yếu tố hƣớng Ďích (folate),
mang thuốc (drug) ((Curcumin, Doxorubicin) (tính chất quang)), phân tán tốt trong
nƣớc, có khả năng nhắm Ďích ung thƣ.
- Thử nghiệm và Ďánh giá Ďƣợc hiệu quả tác Ďộng của hệ hạt nano lên các dòng tế
bào ung thƣ nhƣ HT29; HeLa; HepG2... và trên Ďộng vật thực nghiệm.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án:
Luận án thực hiện các nội dung sau:
- Chế tạo các hệ nano Ďa chức năng trên cơ sở hạt nano từ Fe3O4, bọc bởi polime
cacboxylmetyl chitosan hoặc alginate, mang thuốc curcumin hoặc doxorubicin, gắn
folate.
- Xác Ďịnh các Ďặc trƣng về vật liệu: cấu trúc, hình thái, tính chất từ, quang, dung
lƣợng mang thuốc, Ďộ bền, khả năng phân tán cả hệ nano Ďa chức năng Ďã chế tạo.


3

- Xác Ďịnh khả năng ức chế các dòng tế bào ung thƣ in vitro.
- Xác Ďịnh hiệu quả Ďiều trị ung thƣ trên chuột của hệ nano Ďa chức năng.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Điều trị ung thƣ vẫn là một trong những thách thức lớn nhất của toàn nhân
loại. Một trong những nguyên nhân dẫn Ďến sự thất bại của các liệu pháp Ďó là khả
năng hƣớng Ďích kém Ďến các tế bào ung thƣ và sự phát sinh các tác dụng phụ
không mong muốn. Chính vì vậy, việc tạo ra những hệ dẫn tryền thuốc hƣớng Ďích,
Ďiều trị tập trung hiệu quả, giảm lƣợng thuốc cần sử dụng là mục tiêu nghiên cứu
của rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc. Luận án Ďƣợc thực hiện với mục
Ďích chế tạo hệ hạt nano quang từ mang thuốc gắn yếu tố hƣớng Ďích. Đây là hệ
thuốc có nhiều ƣu Ďiểm vƣợt trội nhƣ giúp tăng cƣờng việc hấp thu vào mô, kích cỡ
nanomet phù hợp giúp vận cuyển thuốc thụ Ďộng Ďến khối u, folate dẫn hệ thuốc

Ďến và tập trung tại khối u Ďồng thời tăng cƣờng khả năng Ďƣa thuốc vào tế bào;
doxorubicin tiêu diệt tế bào ung thƣ, curcumin vừa có chức năng Ďánh dấu vừa có
khả năng tiêu diệt tế bào ung thƣ. Do Ďó, việc phát triển hệ nano Ďa chức năng là
một yêu cầu thực tế cấp thiết và có ý nghĩa khoa học.
5. Bố cục luận án:
Luận án bao gồm các phần sau Ďây:
-

Mở Ďầu.

-

Chƣơng 1: Tổng quan

-

Chƣơng 2: Vật liệu và phƣơng pháp nghiên cứu

-

Chƣơng 3: Hạt nano Fe3O4 bọc bằng OCMCS mang Curcumin

-

Chƣơng 4: Hạt nano Fe3O4 bọc bằng alginate mang Doxorubicin

-

Kết luận

4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về hệ vật liệu nano y sinh
1.1.1. Cấu trúc của hệ nano y sinh
Vật liệu nano là thuật ngữ dùng Ďể chỉ các vật liệu trong Ďó chứa các thành
phần với ít nhất một chiều có kích thƣớc nanomet (từ 1 Ďến 100 nm). Trong lĩnh
vực y sinh, vật liệu nano có thể Ďƣợc Ďịnh nghĩa với kích thƣớc lớn hơn (Ďến vài
trăm nanomét), do sự tƣơng Ďồng về kích thƣớc với các cấu trúc nano tự nhiên nhƣ
vi rút [17, 18]. Vật liệu cấu trúc nano có nhiều Ďặc tính nổi trội và khác biệt với vật
liệu dạng khối cũng nhƣ dạng phân tử nhƣ: kích thƣớc Ďặc biệt (<1000 nm), tỷ lệ bề
mặt/thể tích rất lớn, tiềm năng phản ứng cao, tạo ra hiệu ứng cộng hƣởng bề mặt
Plasmon… Những tính chất Ďặc biệt so với vật liệu kích thƣớc lớn là do kích cỡ
nano Ďạt tới kích thƣớc tới hạn của nhiều tính chất hóa lý khác nhau. Nhờ những
tính chất này, vật liệu nano Ďƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, Ďặc biệt là trong y
sinh [19].
1.1.1.1. Kết cấu chung
Nhiều vật liệu hữu cơ và vô cơ Ďã Ďƣợc sử dụng Ďể tạo ra các hệ vật liệu nano
y sinh Ďa chức năng có kiến trúc Ďặc biệt với các chức năng Ďi kèm. Cấu trúc của hệ
thƣờng là kiểu cấu trúc lõi vỏ. Hình 1.1 mô tả kết cấu chung với nhiều chức năng
của hệ vật liệu nano Ďa chức năng.
1.1.1.2. Thành phần vật liệu
Về mặt hoá học, hệ Ďa chức năng có thể Ďƣợc cấu thành từ cả vật liệu vô cơ và
vật liệu hữu cơ. Vật liệu hữu cơ thƣờng gặp gồm có micell, liposome, nanogel và
dendrime. Trong khi Ďó, vật liệu nano vô cơ thƣờng dùng là oxit sắt siêu thuận từ
(SPIO), vàng, chấm lƣợng tử (quantum dot - QD) và hạt nano phát quang chứa các
ion Ďất hiếm [1].
Dựa trên các Ďặc trƣng vật lí, hệ có thể Ďƣợc phân loại thành vật liệu từ, vật
liệu quang học, vật liệu Ďiện. Vật liệu nano từ bao gồm nano kim loại và nano oxit

kim loại. Các kim loại chuyển tiếp (Fe, Co, Ni), các hợp kim 2 kim loại và các vật
liệu từ cứng nhƣ Nd-Fe-Bo, Sm-Co có thể Ďƣợc sử dụng làm hạt từ lõi. Mặc dù các
kim loại tinh khiết (Fe, Co, Ni) có từ Ďộ bão hòa cao nhất, chúng rất Ďộc và rất dễ bị
oxy hóa nên ít Ďƣợc quan tâm. Nd-Fe-B và Sm-Co lại cần có từ trƣờng ngoài lớn


5

mới gây Ďƣợc ảnh hƣởng Ďến các vật liệu này. Ngƣợc lại, các oxit kim loại ít nhạy
hơn với quá trình oxy hóa và có thể dễ dàng phản ứng với từ trƣờng ngoài. Các loại
oxit từ tính Ďƣợc sử dụng rộng rãi nhất là Mn ferrite, Co-ferrite, Ni-ferrite và Fe3O4.
Trong khi các oxit khác Ďều có Ďộc tính nhất Ďịnh với cơ thể sinh vật, oxit sắt từ
Fe3O4 không Ďộc và thể hiện nhiều ƣu Ďiểm. Trên thực tế, các hạt nano sắt oxit Ďã
Ďƣợc ứng dụng trong y sinh học do từ Ďộ bão hòa cao, Ďộ cảm từ cao, bền về mặt
hóa học, không gây ung thƣ, có thể phân huỷ sinh học, khả năng tƣơng thích sinh
học vốn có, dễ tổng hợp và tƣơng Ďối dễ dàng Ďể chức năng hoá. Đặc biệt chúng có
thể dễ dàng biến Ďổi với các lớp phủ tƣơng thích sinh học cũng nhƣ các tác nhân
hƣớng Ďích, tác nhân tạo ảnh hay các phân tử dƣợc chất [20].

Hình 1.1: Sơ Ďồ cấu tạo hệ nano Ďa chức năng [21].

Hình 1.1 mô tả sơ Ďồ cấu tạo chung của các hệ nano Ďa chức năng. Các hệ này
có thể Ďƣợc tạo ra bằng cách kết hợp các tinh thể nano vô cơ với các chức năng
khác nhau hoặc kết hợp các tinh thể nano với các phân tử chức năng thông qua các
kỹ thuật biến Ďổi bề mặt khác nhau. Các lớp phủ Ďiển hình thƣờng Ďƣợc phát triển
cho các tinh thể nano vô cơ là (a) lớp bao gói của liposome hoặc micelle, (b) lớp
silic xốp mesoporous, (c)tự hợp từng lớp, và (d) liên hợp bề mặt


6

1.1.2. Các chức năng y sinh của hệ
1.1.2.1. Chức năng chuẩn đoán (phân tích đặc hiệu, ảnh MRI, ảnh quang..)
Nhiều nghiên cứu Ďã Ďƣợc công bố về việc chế tạo các loại chất tƣơng phản
dựa trên hạt nano Ďể chụp ảnh y sinh học. Chẳng hạn, chấm lƣợng tử Ďƣợc sử dụng
Ďể chụp ảnh huỳnh quang. Các hạt nano vàng với hóa học bề mặt phong phú và khả
năng hấp thu tốt Ďƣợc sử dụng trong chụp cắt lớp vi tính tia X (Computer
tomography – CT). Các hạt nano oxit sắt với kích thƣớc, thành phần chính xác và
các hợp chất nano mới của gadolinium Ďang Ďƣợc nghiên cứu làm tác nhân tƣơng
phản cho chụp ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging - MRI)
[18].
Đối với chức năng chụp ảnh huỳnh quang, Ďể quan sát Ďƣợc Ďộ thâm nhập vào
bên trong tế bào, các phân tử phát huỳnh quang có thể Ďƣợc Ďính kết vào hệ dẫn
thuốc. Việc nối kết các phân tử có khả năng phát huỳnh quang (fluorophore) nhƣ
fluorescein (phát màu xanh lục) hay rhodamine (phát màu Ďỏ) vào các tế bào Ďể
Ďịnh vị và quan sát sự phân bố trong những thí nghiệm sinh học Ďã Ďƣợc thực hiện
từ nhiều năm nay [4]. Tuy nhiên, các phân tử huỳnh quang này có cƣờng Ďộ phát
quang yếu và bị lu mờ sau vài phút hoạt Ďộng. Hơn nữa, việc sử dụng một số 'chất
màu' nhƣ rhodamine thƣờng bị phê phán do Ďộc tính cao của các chất này [11]. Sử
dụng hạt nano với một số chất phát quang thích hợp khác (nhƣ curcumin,
Doxorubicin) giải quyết Ďƣợc những vƣớng mắc nêu trên. Kết hợp chấm lƣợng tử
trên hạt nano từ cũng cho phép thực hiện chức năng quang học tƣơng tự. Trong
cùng một Ďiều kiện kích hoạt, hạt nano có thể tỏa sáng gấp 20 lần phân tử huỳnh
quang và giữ Ďộ sáng liên tục không bị lu mờ theo thời gian. Việc phát quang tạo
ảnh giúp ngƣời quan sát nhìn thấy tế bào ở vùng sâu bên trong cơ thể và ƣớc lƣợng
Ďƣợc mật Ďộ kết tập và phân bố của hệ mang thuốc tại một "Ďịa chỉ" nào Ďó [9].
Khả năng tăng Ďộ tƣơng phản ảnh MRI sẽ Ďƣợc trình bày chi tiết hơn trong
mục 1.3.4.
1.1.2.2. Chức năng điều trị
Chức năng Ďiều trị, Ďặc biệt là Ďiều trị ung thƣ của vật liệu nano Ďƣợc thực

hiện với nhiều Ďặc trƣng:
1. Cải thiện khả năng Ďiều trị của thuốc bằng cách tăng hiệu quả và/hoặc giảm


7

Ďộc tính Ďối với tế bào thƣờng.
2. Đƣa dƣợc chất Ďến mục tiêu là các mô, tế bào hoặc cơ quan cụ thể.
3. Tăng cƣờng các tính chất của dƣợc chất (ví dụ, sự ổn Ďịnh, Ďộ tan, thời gian
lƣu thông trong máu và khả năng tích tụ tại khối u).
4. Kích hoạt sự phóng thích thuốc kéo dài hoặc phóng thích thuốc dƣới tác
Ďộng của môi trƣờng sinh lý khối u.
5. Tạo thuận lợi cho việc mang các dạng thuốc sinh học phân tử (ví dụ DNA,
RNA (siRNA) nhỏ, mRNA và protein) Ďến các Ďiểm hoạt Ďộng nội bào.
6. Đồng phối hợp nhiều thuốc Ďể cải thiện hiệu quả Ďiều trị và chống kháng
thuốc.
7. Vận chuyển thuốc qua các hàng rào sinh học (ví dụ, Ďƣờng tiêu hóa và hàng
rào máu-não).
8. Hiển thị các Ďiểm phân phối thuốc bằng cách kết hợp các tác nhân trị liệu
với chẩn Ďoán hình ảnh và/hoặc các phản hồi thời gian thực về tính hiệu quả của
dƣợc chất.
9. Cung cấp các phƣơng pháp tiếp cận mới cho việc phát triển vắc xin tổng
hợp.
10. Kết hợp tính chất Ďiều trị vốn có của một số vật liệu nano (ví dụ: nano
vàng hoặc nano sắt oxit khi Ďƣợc kích thích phù hợp) [18].
Trong nghiên cứu này, với những phân tích kể trên và kinh nghiệm của nhóm
nghiên cứu, chúng tôi lựa chọn hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 là Ďối tƣợng nghiên cứu
chính. Các hệ nano Ďa chức năng Ďƣợc tổng hợp Ďều trên cơ sở hạt nano Fe3O4.
1.2. Phƣơng pháp tổng hợp hạt nano Fe3O4
Có rất nhiều phƣơng pháp Ďƣợc sử dụng Ďể Ďiều chế hạt nano oxit sắt siêu

thuận từ với kích thƣớc xác Ďịnh và chất lƣợng cao nhƣ Ďồng kết tủa, phân huỷ
nhiệt, thuỷ nhiệt, vi nhũ tƣơng [23], nghiền cơ năng lƣợng cao [24], phản ứng solgel [25] hoặc mới Ďây là sử dụng kĩ thuật vi lƣu [26]. Phần dƣới Ďây chỉ trình bày
một số phƣơng pháp Ďƣợc sử dụng phổ biến.
1.2.1. Phương pháp đồng kết tủa
Đây là phƣơng pháp Ďơn giản và Ďƣợc sử dụng rất rộng rãi Ďể Ďiều chế hạt
nano oxit sắt (Cả oxit sắt từ Fe3O4 và γ-Fe2O3). Phƣơng pháp này dựa trên quá trình


8

thêm từ từ dung dịch bazơ vào hỗn hợp muối Fe2+ và Fe3+ trong khí quyển trơ. Kích
thƣớc, hình dạng và thành phần của hạt nano oxit sắt phụ thuộc vào loại muối sử
dụng (nitrat, clorua, sunfat…), tỉ lệ mol giữa Fe3+/Fe2+, nhiệt Ďộ phản ứng, giá trị
pH và lực ion của môi trƣờng. Phản ứng tạo thành Fe3O4 có thể viết nhƣ sau:
Fe2+ + 2 Fe3+ + 8 OH- → Fe3O4 + 4 H2O
Theo phƣơng trình này, Fe3O4 sẽ hình thành trong Ďiều kiện pH từ 8-14, tỉ lệ
mol Fe3+/Fe2+ = 2/1 và phản ứng Ďƣợc thực hiện trong bình không chứa oxi. Tuy
vậy, Fe3O4 không bền trong Ďiều kiện thƣờng và dễ bị oxi hoá thành γ-Fe2O3 trong
không khí hoặc môi trƣờng axit [27]. Mặc dù γ-Fe2O3 bền hơn Fe3O4 nhƣng Fe3O4
thƣờng Ďƣợc sử dụng nhiều hơn do có từ Ďộ bão hoà cao hơn γ-Fe2O3 [28]. Ƣu Ďiểm
lớn nhất của phƣơng pháp này là có khả năng tổng hợp lƣợng lớn với quy trình tổng
hợp Ďơn giản.
Ƣu Ďiểm này Ďƣợc nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới khai thác và sử dụng
trong nhiều năm [29–32] và vẫn Ďang Ďƣợc sử dụng phổ biến trong vài năm trở lại
Ďây [33–35]. Hạt Fe3O4 thu Ďƣợc thƣờng có kích thƣớc dƣới 20 nm với từ Ďộ bão
hoà trong khoảng từ 20-60 emu/g.
Các nhóm nghiên cứu ở Việt Nam cũng lợi dụng ƣu Ďiểm này Ďể tổng hợp
Fe3O4 cho các ứng dụng khác nhau. Nhóm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Hoàng
Hải Ďã tổng hợp Fe3O4 kích thƣớc khoảng 15 nm và tăng Ďộ bền của Fe3O4 bằng
cách pha tạp vật liệu này với Co(II) hoặc Ni(II) theo phƣơng pháp này Ďể hấp phụ

asen trong nƣớc [36]. Vật liệu tƣơng tự cũng Ďƣợc cùng nhóm tác giả tổng hợp Ďể
làm giàu DNA [37].
Sử dụng phƣơng pháp Ďồng kết tủa nhƣng tổng hợp trong không khí, hạt nano
Fe3O4 có từ Ďộ bão hoà thay Ďổi từ 35-74 emu/g, nhiệt Ďộ khoá khoảng 170 K, tuy
nhiên do sự oxi hoá của oxi không khí nên trong mẫu Ďều có sự xuất hiện của Fe2O3 [38].
Nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Xuân Phúc Ďã sử dụng phƣơng pháp này
Ďể thực hiện nhiều nghiên cứu Ďiều chế Fe3O4 ứng dụng trong y sinh học [39–42].
Luận án của TS. Phạm Hoài Linh Ďã xác Ďịnh một số thông số kĩ thuật tối ƣu (bao
gồm nhiệt Ďộ phản ứng, tốc Ďộ khuấy trộn và nồng Ďộ tiền chất) Ďể chế tạo Ďƣợc sản


9

phẩm Fe3O4 sạch pha và có từ Ďộ bão hoà cao theo phƣơng pháp Ďồng kết tủa [16].
1.2.2. Phương pháp thuỷ nhiệt
Phƣơng pháp thuỷ nhiệt dựa trên phản ứng giữa dung dịch nƣớc chứa ion Fe2+,
Fe3+ với dung dịch kiềm nhƣng Ďiều kiện phản ứng là trong bình kín và Ďặt trong lò
có nhiệt Ďộ và áp suất cao. Các tác giả [43] tổng hợp hạt nano Fe3O4 với kích thƣớc
39±5 nm, sạch pha và có tính siêu thuận từ bằng phản ứng ở nhiệt Ďộ 250oC trong
24 h. Tỉ lệ mol giữa ion Fe2+ và Fe3+ làm thay Ďổi cơ chế của phản ứng. Nếu tỉ lệ
này Ďúng bằng 1:2 (tỉ lệ hợp thức của phƣơng trình phản ứng), Fe3O4 hình thành từ
sắt (II) hidroxit và goetit (FeO(OH)). Sự hình thành mầm tinh thể xảy ra nhanh
chóng trong giai Ďoạn Ďầu của quá trình thuỷ nhiệt, tạo thành các hạt có kích thƣớc
nhỏ hơn và Ďộ tinh thể hoá thấp hơn. Ngƣợc lại, nếu tỉ lệ này cao hơn, kích thƣớc
hạt và Ďộ tinh thể hoá tăng theo tỉ lệ mol do lƣợng dƣ các tinh thể Fe(OH) 2 làm cho
các hạt lớn lên từ từ trong Ďiều kiện thuỷ nhiệt. Mặc dù vậy, hạt nano Fe3O4 thu
Ďƣợc ở các tỉ lệ mol khác nhau vẫn có tính chất từ rất tốt [44].
Các tác giả [45] sử dụng phƣơng pháp này và thay Ďổi nhiệt Ďộ phản ứng từ
120oC-180oC. Kết quả cho thấy, khi nhiệt Ďộ thay Ďổi, các mẫu vật liệu thu Ďƣợc
Ďều Ďơn pha, nhƣng kích thƣớc hạt và từ Ďộ bão hoà của vật liệu Ďều tăng dần theo

nhiệt Ďộ.
1.2.3. Phương pháp phân huỷ nhiệt
Một phƣơng pháp khác Ďƣợc sử dụng Ďể Ďiều chế hạt nano oxit sắt từ Ďơn
phân tán là phƣơng pháp phân huỷ nhiệt các hợp chất cơ kim, phức chất kim loạichất hoạt Ďộng bề mặt hoặc muối kim loại trong các dung môi nhiệt Ďộ sôi cao.
Kích thƣớc và hình thái học của hạt nano có thể Ďiều khiển khá chính xác bằng
nhiệt Ďộ, thời gian phản ứng, nồng Ďộ và tỉ lệ của các chất tham gia phản ứng cũng
nhƣ các chất tạo mầm tinh thể. Phƣơng pháp này Ďƣợc các tác giả Sun và Zeng sử
dụng Ďầu tiên năm 2002 [46]. Nghiên cứu này Ďiều chế Fe3O4 bằng phản ứng phân
huỷ sắt (III) axetylaxetonat ở nhiệt Ďộ cao (~ 300oC) trong dung môi phenol ete
chứa 1,2-hexadecanediol, axit oleic và oleylamin. Hạt nano oxit sắt từ thu Ďƣợc có
khoảng phân bố kích thƣớc rất hẹp, có thể coi nhƣ là Ďơn phân tán. Hạt nano Fe3O4
kích thƣớc lớn hơn (khoảng 20 nm) có thể tổng hợp Ďƣợc bằng cách gây mầm bởi
những hạt Fe3O4 nhỏ hơn. Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ cho phép chế tạo Ďƣợc


10

lƣợng nhỏ (dƣới 1 g), do Ďó thƣờng phải Ďiều chế nhiều lần Ďể có thể sử dụng cho
các ứng dụng của nó. Lƣợng lớn (khoảng vài chục gam) hạt nano Ďơn phân tán (Ďộ
lệch chuẩn về kích thƣớc <5%) với dải kích thƣớc từ 5-22 nm Ďƣợc tổng hợp bằng
cách phân huỷ nhiệt phức chất sắt-oleat ở nhiệt Ďộ không Ďổi là 320oC [47].
Tác giả Vƣơng Thị Kim Oanh Ďã công bố trong luận án của mình [14] và bài
báo [48, 49] việc Ďiều chế Fe3O4 theo phƣơng pháp phân huỷ nhiệt tại các nhiệt Ďộ
thấp hơn hoặc bằng nhiệt Ďộ sôi của dung môi dibenzyl ete. Phƣơng pháp này tạo
Ďƣợc hạt nano Fe3O4 có kích thƣớc từ 8-13 nm, từ Ďộ bão hoà từ 58-77 emu/g.
Hạn chế lớn nhất của phƣơng pháp này chính là phải chuyển hạt Fe3O4 thu
Ďƣợc từ dung môi hữu cơ sang dung môi nƣớc. Quá trình này thƣờng phức tạp với
nhiều công Ďoạn và cần sử dụng nhiều loại hoá chất khác nhau [50, 51].
1.2.4. Sử dụng kĩ thuật vi sóng trong tổng hợp Fe3O4
Sử dụng sự trợ giúp của vi sóng trong quá trình tổng hợp Fe3O4 theo các

phƣơng pháp khác nhau Ďƣợc nhiều tác giả quan tâm do kĩ thuật này có nhiều ƣu
Ďiểm nổi bật. Thiết bị vi sóng cho phép rút ngắn Ďáng kể thời gian phản ứng [52],
hiệu suất phản ứng cao hơn do vi sóng chuyển hoá năng lƣợng hiệu quả hơn và
phân bố nhiệt trong hệ phản ứng Ďồng Ďều hơn Ďiều kiện thƣờng [53]. Đặc biệt, tổng
hợp vi sóng cho phép chế tạo vật liệu nano với lƣợng lớn và theo các quá trình thân
thiện hơn với môi trƣờng [54].
Tác giả báo cáo [55] Ďã tổng hợp hạt nano Fe3O4 theo phƣơng pháp Ďồng kết
tủa hỗn hợp Fe(III) và Fe(II) (với tỉ lệ mol 1,75:1) bằng dung dịch amoniac và già
hoá bằng chiếu vi sóng với tần số 2,45 GHz. Kết quả cho thấy, sử dụng vi sóng cho
phép rút ngắn thời gian già hoá từ 1 tuần xuống 2 h, thêm vào Ďó, mẫu Fe3O4 già
hoá bằng vi sóng có cấu trúc tinh thể hoàn thiện hơn và kích thƣớc nhỏ hơn so với
mẫu không sử dụng vi sóng.
Cùng sử dụng phƣơng pháp này, nhóm tác giả [34] Ďƣa dung dịch hỗn hợp
Fe(II) 0,02 M, Fe(III) 0,04 M và dung dịch bazơ Na2CO3 vào bình chịu áp suất.
Bình phản ứng Ďƣợc Ďƣa vào lò vi sóng, cố Ďịnh nhiệt Ďộ ở 60 oC (bằng công suất vi
sóng 50 hoặc 300W) và thay Ďổi thời gian phản ứng (10 hoặc 60 phút). Kết quả
nghiên cứu cho thấy việc Ďiều chỉnh các Ďiều kiện thí nghiệm cho phép Ďiều khiển
Ďƣợc kích thƣớc hạt, tính chất từ cũng nhƣ tƣơng tác giữa các hạt trong cấu trúc vỏ -