Nghiên cứu chế tạo hạt nano Fe3O4@Ag và thử nghiệm ứng dụng trong y sinh : Luận văn ThS. Khoa học vật chất: 604401
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.25 MB, 85 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
NGUYỄN THỊ THÚY HÀ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4@Ag
VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG TRONG Y SINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2018
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
NGUYỄN THỊ THÚY HÀ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4@Ag
VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG TRONG Y SINH
Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn
Mã số: 60440104
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nguyễn Hoàng Nam
Hà Nội – Năm 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung tôi đã trình bày trong luận văn này là kết
quả nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn
Hoàng Nam. Nội dung của luận văn này không trùng lặp với kết quả nghiên cứu
của các tác giả khác.
Hà Nội, tháng 9 năm 2018
Học viên
Nguyễn Thị Thúy Hà
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn
Hoàng Nam đã định hướng, chỉ bảo để em có thể hoàn thành luận văn này.
Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Vũ và NCS
Chu Tiến Dũng cùng toàn thể các thầy cô, các anh chị và các bạn tại Trung tâm
Khoa Học Vật liệu, Trường ĐHKHTN đã nhiệt tình giúp đỡ cũng như đã tạo điều
kiện về cơ sở vật chất tốt nhất cho em trong quá trình làm thực nghiệm để hoàn
thiện luận văn này.
Kết quả của luận văn này là một trong những nội dung nghiên cứu của đề
tài:" Nghiên cứu phát triển chip sinh học đếm tế bào lympho T CD4+ để đánh giá
mức độ suy giảm miễn dịch sử dụng công nghệ nano và hệ vi lưu" mã số
ĐTĐL.CN-02/18 do PGS.TS. Nguyễn Hoàng Nam chủ nhiệm.
Cuối cùng em xin chúc quý thầy, cô trong Khoa Vật lý nói chung, Trung tâm
Khoa học Vật liệu nói riêng và đặc biệt là thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hoàng Nam
dồi dào sức khỏe, thành công trong cuộc sống.
Trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 9 năm 2018
Học viên
Nguyễn Thị Thúy Hà
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC .................................................................................................................. i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO .............................................4
1.1. Hạt nano từ tính Fe3O4 .................................................................................4
1.1.1. Tổng quan về vật liệu từ ............................................................................4
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của hạt nano từ Fe3O4 ............................................5
1.1.3. Ứng dụng của hạt nano từ Fe3O4 ..............................................................7
1.1.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano sắt từ ..............................................11
1.2. Hạt nano bạc .................................................................................................13
1.2.1. Tổng quan về hạt nano bạc .....................................................................13
1.2.2. Tính chất của hạt nano bạc .....................................................................14
1.2.3.Ứng dụng của hạt nano bạc .....................................................................16
1.2.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc .................................................18
1.3. Hạt nano đa chức năng ................................................................................20
1.3.1. Các dạng cấu trúc hạt nano đa chức năng .............................................20
1.3.2. Ứng dụng của hạt nano đa chức năng ....................................................21
1.3.3. Các phương pháp chế tạo hạt nano đa chức năng .................................25
1.4. Tế bào ung thƣ phổi, aptamer và cơ chế bắt cặp tế bào ung thƣ ............26
1.4.1. Tổng quan về bệnh ung thư .....................................................................26
1.4.2. Aptamer và cơ chế bắt cặp với tế bào ung thư .......................................27
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................29
2.1. Chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag ...............................................30
2.1.1. Chế tạo hạt nano sắt từ Fe3O4 ................................................................30
i
2.1.2. Chế tạo hạt nano sắt từ bọc silica Fe3O4@SiO2 ....................................31
2.1.3. Chế tạo hạt nano sắt từ bọc silica Fe3O4@SiO2 chức năng hóa với
APTES .................................................................................................................. 32
2.1.4. Chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag ........ ................................. 32
2.2. Chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa
APTES khác nhau ...............................................................................................32
2.3. Thử nghiệm ứng dụng hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đính kết
aptamer trong phát hiện tế bào ung thƣ phổi A549.........................................34
2.3.1. Quy trình đính kết hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag với aptamer ......34
2.3.2. Quy trình sử dụng hạt nano Fe3O4@Ag đính kết aptamer để phát hiện tế
bào ung thư phổi A549 ......................................................................................35
2.4. Các phƣơng pháp khảo sát cấu trúc, hình thái và tính chất của vật liệu
nano ......................................................................................................................35
2.4.1. Nhiễu xạ tia X (XRD) ..............................................................................35
2.4.2. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...........................................................37
2.4.3. Tán sắc năng lượng tia X (EDS) .............................................................38
2.4.4. Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) ..............................................38
2.4.5. Phổ biến đổi Fourier hồng ngoại (FTIR)................................................39
2.4.6. Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) ..................................................................41
2.4.7. Tán xạ Raman (Raman Scattering – RS) ................................................41
2.4.8. Chụp ảnh hiển vi trường sáng – trường tối (Dark Field Microscopy) ...42
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................43
3.1. Hạt nano từ Fe3O4, hạt nano Fe3O4@SiO2 và hạt nano đa chức năng
Fe3O4@Ag ...........................................................................................................43
3.1.1. Phổ biến đổi Fourie hồng ngoại của vật liệu nano ................................43
3.1.2. Cấu trúc của vật liệu nano ......................................................................44
3.1.3. Thành phần của vật liệu nano ................................................................ 46
3.1.4. Hình thái của vật liệu nano .....................................................................47
3.1.5. Tính chất từ của vật liệu nano ................................................................49
ii
3.1.6. Tính chất quang của vật liệu nano ..........................................................50
3.2. Hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa APTES
khác nhau ...........................................................................................................51
3.2.1. Cấu trúc của hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa APTES
khác nhau
...................................................................................................51
3.2.2. Thành phần của hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa
APTES khác nhau ..............................................................................................53
3.2.3. Hình thái của hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa APTES
khác nhau
...................................................................................................55
3.2.4. Tính chất từ của hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa
APTES khác nhau ..............................................................................................56
3.2.5. Tính chất quang của hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa
APTES khác nhau ..............................................................................................57
3.3. Thử nghiệm ứng dụng hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đính kết
aptamer trong phát hiện và phân tách tế bào ung thƣ phổi A549 .................59
3.3.1. Hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đính kết aptamer ............................60
3.3.2. Hệ hạt nano đa chức năng đính kết aptamer bắt cặp với tế bào A549 ...63
KẾT LUẬN ..............................................................................................................64
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .............................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................66
iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT
Kí hiệu
1
APTES
2
ĐHKHTN
3
EDS (EDX)
4
FTIR
5
Fe3O4@Ag
6
MF-Apt
7
MRI
Chú thích
3 – Aminopropy triethoxysilane
(C2H5-O)3-Si-(CH2)2-NH2
Đại học Khoa học Tự nhiên
Energy Dispersive X-ray Spectroscopy – Tán xạ năng
lượng tia X
Fourier Transform Infrared Spectroscopy – Quang phổ
hồng ngoại biến đổi Fourier
Hạt nano bạc liên kết trên bề mặt của hạt nano Fe3O4@SiO2
chức năng hóa với –NH2
Hệ hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đính kết aptamer
Magnetic Resonance Imaging – Hình ảnh chụp cộng hưởng
từ
Dung dịch đệm Phosphate Buffered Saline: 950ml Nước
8
PBS
khử ion + 8g NaCl + 0,2g KCl + 1.44g Na2HPO4 + 0,24g
KH2PO4, pH = 7,4
9
RS
Raman Scattering – Tán xạ Raman
Systematic
10
SELEX
Evolution
of
Ligands
by
EXponential
enrichment – Phát triển hệ thống các phối tử bằng phương
pháp làm giàu theo số mũ
Transmission Electron Microscope – Hiển vi điện tử truyền
11
TEM
12
TEOS
13
UV-vis
14
VSM
Vibrating Sample Magnetometer – Từ kế mẫu rung
15
XRD
X-ray Powder Diffration – Nhiễu xạ tia X
qua
Tetraethyl orthosilicate: Si(OC2H5)4
Ultraviolet–vis Spectroscopy – Phổ hấp thụ tử ngoại khả
kiến
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của hạt nano sắt từ Fe3O4. .............................................5
Hình 1.2. Đường cong từ hóa và sự định hướng của moment từ khi có từ trường
ngoài của vật liệu siêu thuận từ (trên), vật liệu sắt từ (dưới) ....................................6
Hình 1.3. Quá trình đánh dấu và tách thực thể sinh học sử dụng hạt nano sắt từ
Fe3O4 ..........................................................................................................................7
Hình 1.4. Quá trình dẫn truyền thuốc hướng đích sử dụng hạt nano từ. ...................8
Hình 1.5. Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân theo dõi hoạt động của hạt nano từ trong
não (trái) và có điểu khiển (phải) .............................................................................11
Hình 1.6. Ảnh TEM của hạt nano bạc có cấu trúc ngũ giác. ...................................14
Hình 1.7. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano bạc.....................15
Hình 1.8. (a) Hình ảnh các vi khuẩn được nuôi cấy có chứa hạt nano bạc; Ảnh
HAADF STEM của hạt nano bạc với (b) vi khuẩn E.Coli, (c) vi khuẩn S.typhus, (d)
vi khuẩn P.Aeruginosa và (e) vi khuẩn V.Choclrae. .................................................16
Hình 1.9. Phổ tán xạ Raman của dung dịch carbamazepine (hợp chất hữu cơ có hại
trong nước thải) không sử dụng hạt nano bạc (trái) và có sử dụng hạt nano bạc
(phải) .........................................................................................................................17
Hình 1.10. Ảnh hiển vi trường tối của tế bào ung thư phổi NCI-H460 được ủ với
Ag-CS (ảnh A, B) và thanh Au-PEG (ảnh C, D) trong thời gian 2 giờ (A, C) và 24
giờ (B, D) ở thang đo 10𝜇𝑚 ......................................................................................18
Hình 1.11. Ảnh TEM của hạt nano Fe3O4 (a); hạt nano SiO2 (b); hạt nano Ag (c);
hạt nano Fe3O4@SiO2 (d); hạt nano SiO2@Ag (e) và hạt nano Fe3O4@SiO2-Ag (f)
...................................................................................................................................21
Hình 1.13. Các ứng dụng của hạt nano sắt từ trong y sinh học...............................23
Hình 1.14. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 (a), siêu cấu trúc Fe3O4@SiO2 (b) và chất xúc
tác 15% Cu/Fe3O4 @ SiO2 (c)...................................................................................24
Hình 1.15. Ảnh hiển vi trường sáng–tối của tế bào ung thư phổi A549. .................27
Hình 1.16. Cơ chế bắt cặp của aptamer với các phân tử mục tiêu [55]. .................27
Hình 1.17. Ảnh hiển vi trường sáng – trường tối của hạt nano và hạt nano/aptamer
bắt cặp với tế bào LNCaP sau 2 giờ (trái) và sau 16 giờ (phải) ..............................29
v
Hình 2.1. Quy trình chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag. ............................30
Hình 2.2. Quy trình chế tạo hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa
APTES khác nhau 10 phút, 45 phút, 90 phút và 120 phút. .......................................33
Hình 2.3. Quy trình thử nghiệm ứng dụng hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đính
kết aptamer trong phát hiện tế bào ung thư phổi A549. ...........................................34
Hình 2.4. Phản xạ Bragg từ các mặt phẳng mạng song song trong nhiễu xạ tia X. 36
Hình 2.5. Hệ đo hiển vi điện tử truyền qua TEM. ....................................................37
Hình 2.6. Sơ đồ mô tả sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch. .....................................39
Hình 2.7. Hệ máy đo phổ biến đổi Fourier hồng ngoại tại khoa Hóa học, trường
ĐHKHTN...................................................................................................................40
Hình 2.8. Sơ đồ mô tả ánh sáng tán xạ Raman. .......................................................42
Hình 3.1. Phổ hấp thụ hồng ngoại Fourier của hạt nano Fe3O4, Fe3O4@SiO2 và
Fe3O4@SiO2-NH2 ở các số sóng khác nhau. ............................................................43
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano Fe3O4 (a), hạt Fe3O4@SiO2 (b) và
hạt Fe3O4@Ag (c). ....................................................................................................45
Hình 3.3. Phổ tán sắc năng lượng của mẫu hạt nano Fe3O4 (a), hạt Fe3O4@SiO2
(b) và hạt nano Fe3O4@Ag (c). .................................................................................46
Hình 3.4. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM của các hạt nano sắt từ Fe3O4 (a),
hạt nano Fe3O4@SiO2 (b) và hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag ở thang đo 20 nm
(c) và 100 nm (d). ......................................................................................................48
Hình 3.5. Biểu đồ phân bố kích thước hạt của hạt nano sắt từ Fe3O4 (a) và hạt nano
sắt từ bọc silica Fe3O4@SiO2 (b). .............................................................................48
Hình 3.6. Đường cong moment từ phụ thuộc vào từ trường ngoài của hạt nano
Fe3O4 (a), Fe3O4@SiO2 (b) và Fe3O4@Ag (c). .........................................................49
Hình 3.7. Phổ hấp thụ UV- Vis của hạt nano Fe3O4@SiO2 (a) và Fe3O4@Ag (b). .50
Hình 3.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các hạt Fe3O4@Ag với thời gian chức năng
hóa APTES khác nhau là 10 phút, 45 phút, 90 phút và 120 phút. ............................51
Hình 3.9. Phổ EDS của các hạt Fe3O4@SiO2-NH2 với thời gian chức năng hóa
APTES khác nhau: 10 phút, 45 phút, 90 phút và 120 phút. ......................................53
vi
Hình 3.10. Phổ EDS của mẫu hạt nano Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa 10
phút (a), 45 phút (b), 90 phút (c) và 120 phút (d). ....................................................53
Hình 3.11. Biểu đồ tỉ lệ phần trăm khối lượng Si/Fe ứng với mẫu Fe3O4@SiO2-NH2
và tỉ lệ Ag/Fe ứng với mẫu Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa APTES khác
nhau. ..........................................................................................................................55
Hình 3.12. Ảnh TEM các hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag với thời gian chức
năng hóa 10 phút (a); 45 phút (b); 90 phút (c). ........................................................56
Hình 3.13. Đường cong từ hóa phụ thuộc vào từ trường ngoài của hạt nano
Fe3O4@SiO2 và hạt Fe3O4@Ag với thời gian chức năng hóa APTES khác nhau: 10
phút, 45 phút, 90 phút và 120 phút. ..........................................................................57
Hình 3.14. Phổ hấp thụ UV - vis của các hạt Fe3O4@Ag với thời gian chức năng
hóa APTES khác nhau: 10 phút, 45 phút, 90 phút và 120 phút. ...............................59
Hình 3.15. Phổ tán xạ Raman của hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag, aptamer và
hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đính kết aptamer. ..............................................60
Hình 3.16. Phổ hấp thụ hồng ngoại Fourier của aptamer, hạt nano đa chức năng
đính kết aptamer, hạt Fe3O4 và dung dịch đệm PBS. ...............................................62
Hình 3.17. Ảnh hiển vi trường sáng – trường tối từ trái sang phải là tế bào A549, tế
bào A549 gắn với hạt nano đa chức năng-aptamer sau 1 giờ và sau 6 giờ. ............63
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Phân loại các vật liệu từ dựa trên hệ số từ hóa .........................................4
Bảng 1.2. Bảng so sánh các phương pháp chế tạo hạt nano từ tính ........................12
Bảng 1.3. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc. .................................................18
Bảng 1.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano đa chức năng ..................................25
Bảng 2.1. Bảng hóa chất sử dụng trong quy trình chế tạo hạt sắt từ Fe3O4. ...........30
Bảng 2.2. Bảng hóa chất sử dụng trong quy trình chế tạo hạt Fe3O4@SiO2. ..........31
Bảng 2.3. Thông tin Aptamer được sử dụng trong quá trình làm thực nghiệm. ......34
Bảng 3.1. Kích thước và hằng số mạng của hạt nano từ Fe3O4 thu được từ phổ
nhiễu xạ tia X. ...........................................................................................................46
Bảng 3.2. Bảng phần trăm khối lượng nguyên tố của các hạt nano Fe3O4,
Fe3O4@SiO2 và Fe3O4@Ag. ......................................................................................47
Bảng 3.3. Bảng kích thước và hằng số mạng của hạt nano Ag tại mặt phẳng nhiễu
xạ (111) trong các hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag chế tạo ở các thời gian chức
năng hóa khác nhau. .................................................................................................52
Bảng 3.4. Phần trăm khối lượng của các mẫu Fe3O4@SiO2-NH2 (FS-NH2) và
Fe3O4@Ag tại các thời gian chức năng hóa khác nhau. ..........................................54
Bảng 3.5. Vị trí các đỉnh dao động trong các mẫu hạt nano đa chức năng
Fe3O4@Ag, Aptamer và hệ hạt Fe3O4@Ag-Aptamer. ..............................................61
Bảng 3.6. Vị trí liên kết đặc trưng bề mặt của aptamer, hạt nano đa chức năng đính
kết aptamer, hạt Fe3O4 và dung dịch đệm PBS.........................................................62
viii
MỞ ĐẦU
Công nghệ nano là một chuyên ngành nghiên cứu về vật liệu có kích thước
từ 1 đến 100 nanomet. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo được các dạng
khác nhau của vật liệu nano như ống nano, dây nano, màng mỏng, nanocomposite
và hạt nano. Trong đó hạt nano đa chức năng – loại hạt kết hợp được đồng thời các
tính chất và khả năng ứng dụng của từng hạt nano riêng lẻ - đang được nghiên cứu
rộng rãi do chúng hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn.
Hạt nano đa chức năng từ tính/kim loại thu hút được sự quan tâm lớn do kết
hợp được hai tính chất ưu việt của hạt nano thành phần là (i) Tính chất siêu thuận từ
của hạt sắt từ Fe3O4 với từ độ bão hòa lớn ở nhiệt độ phòng, tính chất này giúp hạt
nano từ có thể dễ dàng điều khiển bằng từ trường ngoài nhằm ứng dụng trong phân
tách và chọn lọc tế bào, dẫn truyền thuốc hướng đích, tăng độ tương phản trong
chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI); (ii) Tính chất hấp thụ cộng hưởng Plasmon bề mặt,
tán xạ Raman tăng cường bề mặt rất mạnh, khả năng dễ dàng hoạt hóa để gắn với
các phân tử sinh học (amino acid, protein, enzyme, DNA) của hạt nano kim loại quý
(Ag, Au, Pt) nhằm ứng dụng trong quang điện tử, xúc tác và trong y sinh học (phát
hiện và đánh dấu thực thể sinh học, tăng độ tương phản ảnh chụp X-Quang, chẩn
đoán và điều trị ung thư).
Tuy nhiên các hạt nano từ luôn có xu hướng kết tụ lại với nhau làm giảm
đáng kể hiệu quả ứng dụng trong y sinh. Để khắc phục nhược điểm này các nhà
khoa học đã tạo một lớp vỏ silica bên ngoài hạt nano từ [5, 24, 26, 29, 39, 47, 49].
Silica có tác dụng ngăn cản sự kết đám của hạt nano từ trong môi trường lỏng bằng
cách kiểm soát độ lớn lưỡng cực từ giữa các hạt nano.Điều đặc biệt, silica dễ dàng
thay đổi bề mặt do có nhóm silanol tham gia phản ứng silane hóa giúp hạt nano từ
luôn ổn định và tăng tính tương thích sinh học [6]. Nhóm tác giả Mahdavi M. [39]
đã chế tạo hạt nano Fe3O4@SiO2 chức năng hóa với APTES tạo thành hạt nano
Fe3O4@SiO2-NH2 và sử dụng hạt nano đa chức năng này để hấp thụ các ion kim
loại nặng trong dung dịch nhờ tạo phức giữa kim loại nặng với nhóm –NH2 trên bề
mặt hạt. Trong nghiên cứu này, họ đã chỉ ra sự ảnh hưởng của số nhóm NH2 đến sự
1
hấp thụ ion kim loại của hạt nano Fe3O4@SiO2-NH2. Hơn thế nữa, quá trình chức
năng hóa APTES lên bề mặt silica được thực hiện bởi Robert và cộng sự [47] đã chỉ
ra rằng số nhóm amin tạo thành trên bề mặt phụ thuộc trực tiếp vào hai yếu tố là
thời gian chức năng hóa APTES và nồng độ tiền chất APTES. Từ những dẫn chứng
trên chúng tôi đã tiến hành chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag đồng thời
khảo sát yếu tố thời gian chức năng hóa APTES ảnh hưởng đến số nhóm NH2 hình
thành trên nền hạt Fe3O4@SiO2 trước khi đính hạt nano bạc bên ngoài làm đề tài
luận văn của mình.
Y học là một trong những ứng dụng lớn của công nghệ nano. Mục đích chính
của y học từ lâu là chẩn đoán sớm, chính xác các điều kiện lâm sàng và điều trị hiệu
quả cao các bệnh ung thư mà không có tác dụng phụ. Tuy nhiên, mỗi dòng tế bào
ung thư có một dấu hiệu sinh học bên trong nội mô cụ thể, phân biệt nó với các
dòng tế bào bình thường. Do đó, cần có các phương pháp cho phép phát hiện tế bào
ung thư thông qua nhận diện phân tử trong công thức sinh học của chúng một cách
nhanh chóng và hiệu quả. Gần đây, một loại phối tử mới gọi là aptamers có khả
năng nhận ra các mục tiêu với độ chính xác cao. Các aptamer với các trình tự axit
nucleic khác nhau đã được nghiên cứu rộng rãi cho thấy chúng có thể được sử dụng
như các đầu dò sinh học - hứa hẹn trong chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư. Có thể
kể đến như Bamrungsap S. và các cộng sự [7] đã phát triển một máy dò nano từ tính
– aptamer để nhận diện một số tế bào ung thư như tế bào bạch cầu CCRF-CEM và
tế bào ung thư cổ tử cung Hera, nhóm tác giả Chen H.W. [10] đã nhận diện được
các dòng tế bào nhỏ ung thư phổi NCl-H69 và NCl-H661 thông qua phép đo dòng
chảy tế bào bằng aptamer. Với những ưu điểm nổi bật của aptamer nói trên, trong
luận văn này, chúng tôi sẽ chức năng hóa bề mặt hạt nano Fe3O4@Ag bằng cách
đính kết chúng với aptamer và sau đó sẽ thử nghiệm sự bắt cặp của hạt nano
Fe3O4@Ag có đính kết aptamer với dòng tế bào ung thư phổi ở người A549 nhằm
đánh giá khả năng ứng dụng trong y sinh học của hạt nano đa chức năng cũng như
của aptamer. Đó là lí do chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo hạt nano
Fe3O4@Ag và thử nghiệm ứng dụng trong y sinh” làm đề tài luận văn tốt nghiệp.
2
Bố cục của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, danh
mục công trình đã nghiên cứu và mục lục thì gồm có những phần sau:
Chƣơng 1 – Tổng quan: Trình bày sơ lược về hạt nano từ tính, hạt nano
kim loại quý Ag, hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag; sự đính kết của aptamer với
hạt nano đa chức năng Fe3O4, sự bắt cặp của hệ MF-Apt với tế bào ung thư phổi ở
người A549.
Chƣơng 2 – Thực nghiệm: Trình bày quy trình chế tạo hạt nano đa chức
năng Fe3O4@Ag, quy trình khảo sát thời gian chức năng hóa APTES, quy trình gắn
hạt nano với aptamer, quy trình bắt cặp của hệ MF-Apt với tế bào ung thư phổi
A549 và các phương pháp khảo sát thực nghiệm về cấu trúc, hình thái và tính chất
của hệ hạt chế tạo được.
Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận: Trình bày về cấu trúc, hình thái, thành
phần, liên kết, tính chất của vật liệu nano Fe3O4@Ag chế tạo được cho thấy khả
năng ứng dụng của vật liệu nano này trong y sinh học; Đưa ra các kết quả khảo sát
ảnh hưởng thời gian chức năng hóa APTES đến số nhóm amin hình thành trên bề
mặt hạt nano Fe3O4@SiO2 và đánh giá sự bắt cặp của hạt nano đa chức năng đính
kết aptamer MF-Apt với tế bào ung thư phổi ở người A549.
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
Chương này chúng tôi trình bày tổng quan về vật liệu nano từ tính, kim loại,
đa chức năng (kết hợp hạt nano từ tính với hạt nano kim loại quý), các phương pháp
chế tạo và ứng dụng của các vật liệu này trong y sinh học; về aptamer và tế bào ung
thư phổi ở người A549.
1.1. Hạt nano từ tính Fe3O4
1.1.1. Tổng quan về vật liệu từ
Vật liệu từ là loại vật liệu bị từ hóa khi có từ trường ngoài đặt vào. Đại
lượng đặc trưng cho khả năng từ hóa nhiều hay ít của vật liệu được gọi là độ từ hóa
hay từ độ I có đơn vị Wb/m2. Giữa cường độ từ trường ngoài H và độ từ hóa I của
vật liệu có mối liên hệ sau: I = χH trong đó χ gọi là hệ số từ hóa hay độ cảm từ có
đơn vị là H/m.
Bảng 1.1. Phân loại các vật liệu từ dựa trên hệ số từ hóa [3].
STT
Loại
vật liệu
Giá trị χ
1
Nghịch
từ
χ < 0; cỡ
10-5
2
Thuận
từ
χ > 0; cỡ
10-5÷10-3
3
Phản sắt
từ
χ > 0; cỡ
10-4
4
Feri từ
(Ferit)
χ > 0; cỡ
103
5
Sắt từ
χ > 0; cỡ
Đặc điểm cấu trúc
- Không có moment từ nguyên tử
- Khi có từ trường ngoài, độ từ hóa nhỏ và ngược
hướng với từ trường ngoài.
- Moment từ nguyên tử nằm cách xa nhau, tồn tại
độc lập và định hướng hỗn loạn.
- Khi có từ trường ngoài, các moment từ nguyên từ
quay theo từ trường ngoài nhưng chậm nên độ từ
hóa tăng lên nhưng không đáng kể.
- Khi nhiệt độ vật liệu dưới nhiệt độ TN (nhiệt độ
Neel) thì các moment từ nguyên tử định hướng phản
song song.
- Khi nhiệt độ vật liệu trên nhiệt độ TN thì vật liệu
có tính thuận từ.
- Khi không có từ trường ngoài, moment từ nguyên
tử có độ lớn khác nhau và định hướng phản song
song do đó độ cảm từ khác không và gọi là từ độ tự
phát.
- Khi có từ trường ngoài và nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt
độ chuyển pha TC thì vật liệu chuyển sang tính
thuận từ, trật tự từ bị phá vỡ.
- Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ TC, các moment từ
4
103÷105
nguyên tử sắp xếp song song với nhau (do tương tác
nội tại giữa chúng), từ độ từ hóa tự phát lớn ngay cả
khi không có từ trường ngoài.
- Tuy nhiên, khi từ trường H = 0 thì vật liệu bị khử
từ do vật liệu sắt từ có cấu trúc domen làm đường
cong từ hóa phức tạp, phi tuyến và có hiện tượng từ
trễ.
Trong các loại vật liệu từ thì vật liệu sắt từ được chú ý nhiều nhất và khi
kích thước vật liệu giảm xuống đến nanomet thì vật liệu có thể ở trạng thái siêu
thuận từ có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong y sinh học. Công thức xác định kích
thước vật liệu cho sự chuyển pha này là:
(1.1)
𝑘𝑉 < 25𝑘𝐵 𝑇
Với k là hệ số dị hướng từ tinh thể, V là thể tích vật liệu, kB là hằng số
Boltzmann và T là nhiệt độ tuyệt đối. Khi kích thước hạt lớn thì hạt ở trạng thái đa
đômen, cấu tạo bởi nhiều đơn đômen từ. Ở trạng thái siêu thuận từ, khi không có từ
trường ngoài thì từ dư Mr và lực kháng từ Hc của vật liệu bằng không, tức vật liệu
hoàn toàn không có từ tính nhưng khi có từ trường ngoài thì vật liệu bị từ hóa rất
mạnh, các momen từ các hạt nano sẽ định hướng rất nhanh theo hướng của từ
trường ngoài với độ cảm từ lớn.
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của hạt nano từ Fe3O4
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của hạt nano sắt từ Fe3O4 [34].
Các kim loại Sắt, Coban và Niken có trật tự từ tự phát ở nhiệt độ phòng nên
chúng là vật liệu sắt từ có từ độ bão hòa lớn cỡ 92 emu/g. Hạt nano oxit sắt từ Fe3O4
bao gồm FeO.Fe2O3 có cấu trúc spinel đảo dạng tinh thể lập phương tâm mặt xếp
5
chặt, thuộc nhóm đối xứng Fd-3m và có hằng số mạng a = b = c = 0,839 nm. Để
đảm bảo sự cân bằng điện tích, trong mỗi ô cơ sở có 8 phân tử tức 56 nguyên tử
gồm 16 ion Fe3+, 8 ion Fe2+ và 32 ion O2-. Có thể giải thích tính chất dị hướng từ
của hạt nano Fe3O4 thông qua cấu trúc của nó như sau: 16 ion Fe3+ nằm ở hai phân
mạng, trong đó 8 ion Fe3+ nằm ở vị trí phân mạng A được bao quanh bởi 4 ion O2tứ diện và 8 ion Fe3+ còn lại; 8 ion Fe2+ nằm ở vị trí phân mạng B bao quanh bởi 8
ion O2- bát diện. Các ion Fe3+ ở hai phân mạng này sắp xếp ngược chiều nhau và có
độ lớn khác nhau nên độ lớn moment từ của chúng triệt tiêu nhau. Do đó chỉ có các
moment từ của 8 ion Fe2+ nằm ở vị trí bát diện có giá trị khác không, sự định hướng
của các spin này mới quyết định tính chất từ của cả hạt nano.
Hình 1.2. Đường cong từ hóa và sự định hướng của moment từ khi có từ
trường ngoài của vật liệu siêu thuận từ (trên), vật liệu sắt từ
(dưới) [61].
Hạt nano sắt từ có những tính chất đặc trưng hứa hẹn những ứng dụng to lớn
trong y sinh học như (i) Tính siêu thuận từ; (ii) Hiệu ứng nhiệt dưới tác dụng của từ
trường xoay chiều; (iii) Diện tích bề mặt lớn giúp cho các hiệu ứng bề mặt xảy ra
6
mạnh và dễ thao tác; (iv) Có thể tạo được các lớp bọc khác nhau bên ngoài hạt nano
sắt giúp chúng có khả năng tương thích sinh học cao; (vi) ít độc đối với cơ thể và có
thể đưa vào trong cơ thể người với liều lượng, kích thước, hình dạng phù hợp.
1.1.3. Ứng dụng của hạt nano từ Fe3O4
Trong luận văn này, chúng tôi giới thiệu một số ứng dụng của hạt nano sắt từ
trong lĩnh vực y sinh đã và đang được sử dụng hiện nay.
Phân tách và chọn lọc tế bào
Liên kết
Tách từ
đặc biệt
Dung dịch
nonglycoprotei
n
Từ trường
Dung dịch
glycoprotein
Hình 1.3. Quá trình đánh dấu và tách thực thể sinh học sử dụng hạt nano sắt
từ Fe3O4 [36].
Trong y sinh học, để có các mẫu thật sự tinh khiết phục vụ mục đích phân
tích thì cần tách các thực thể sinh học ra khỏi môi trường hỗn hợp (ví dụ tách tế bào
ung thư, tách virut ra khỏi máu). Cơ sở của ứng dụng này sử dụng tính siêu thuận từ
của hạt nano sắt từ Fe3O4. Bước gắn kết được tiến hành như sau: Hạt nano từ được
bọc một lớp chất tương thích sinh học cao vừa có tác dụng liên kết hạt với bề mặt tế
bào vừa giúp các hạt nano từ không bị kết đám và phân tán đều trong dung môi. Sau
đó, các hạt này sẽ được chức năng hóa bằng một nhóm chức nhất định để có thể liên
kết với các vị trí đặc hiệu trên bề mặt tế bào. Khi các hạt nano từ đã được liên kết
với thực thể cần đánh dấu, người ta sử dụng một gradient từ trường bên ngoài để
7
điều khiển đường đi của các thực thể này. Phương pháp phân tách tế bào sử dụng
hạt nano từ giúp tiết kiệm chi phí và có độ tin cậy cao.
Một số nghiên cứu trong ứng dụng phân tách và chọn lọc tế bào bằng hạt
nano từ đã được công bố trên các bài báo khoa học như: Gu H. và các cộng sự [19]
đã sử dụng hạt nano từ tính trong phát hiện vi khuẩn Vancomycin kháng
Enterococci và một số vi khuẩn Gram dương khác ở nồng độ cực thấp; Kang G. và
các cộng sự [31] đã sử dụng hạt nano từ Fe3O4 để phát hiện ion kẽm trong tế bào
sống và khảo sát độc tính của chúng; Lin Z.A. và các cộng sự [36] đã tổng hợp hạt
nano từ tính sau đó cố định axit aminophenyl-boronic để chọn lọc các glycoprotein.
Dẫn truyền thuốc
Trong khi phương pháp hóa trị không phân biệt được tế bào bệnh và tế bào
lành nên gây ra những tác dụng phụ không mong muốn trong điều trị ung thư thì
phương pháp dẫn truyền thuốc thông qua hạt nano từ chỉ tập trung thuốc tại vùng bị
bệnh đã cho phép thu hẹp phạm vi phân bố của thuốc, từ đó giảm tác dụng phụ của
thuốc đối với các tế bào khỏe mạnh và tiết kiệm được lượng thuốc đưa vào cơ thể
mà vẫn có thể tăng nồng độ thuốc tại nơi cần điều trị.
Thuốc
Hạt nano từ
Tế bào
Từ trường
Hình 1.4. Quá trình dẫn truyền thuốc hướng đích sử dụng hạt nano từ.
Quá trình dẫn truyền thuốc bằng hạt nano sắt từ gồm ba giai đoạn: cho hạt
nano (sau khi đã được chức năng hóa với các hợp chất hữu cơ, polymer để tạo các
nhóm chức trên bề mặt như COOH, NH2) liên kết với thuốc cần đưa vào cơ thể; Hệ
8
hạt-thuốc được đưa vào cơ thể qua hệ tuần hoàn, tập trung bằng Gradient từ trường
ngoài; nhả thuốc ở vị trí vùng bệnh cần điều trị thông qua cơ chế hoạt động của
enzyme hoặc do điều kiện sinh lý của khối u. Tuy nhiên sau khi được giải phóng để
đi vào khối u thì hệ hạt-thuốc không còn được điều khiển bằng từ trường ngoài nữa
và có thể tự do đi lại trong cơ thể gây ảnh hướng xấu đến tế bào khỏe mạnh. Do đó
phương pháp này đòi hỏi kích thước và hình dạng của hạt nano đưa vào rất quan
trọng. Haffi và các cộng sự [22] đã phân hủy vi khuẩn Polylactic acid kết hợp hạt
nano từ và chất phóng xa beta-emitter Y90 cho mục đích xạ trị và đã áp dụng thành
công trên các khối u dưới da; Sorin V.P. và các cộng sự [53] đã xác định thành công
vị trí tế bào nội mô bằng các hạt nano từ tính trong ống stents (một ống được đặt tạm
thời bên trong mạch giúp chữa bệnh hoặc làm giảm tắc nghẽn).
Nhiệt từ trị ung thư
Cơ sở của phương pháp này là sử dụng hiệu ứng nhiệt của hạt nano từ, khi
hạt nano nóng lên nó giết chết các tế bào bị bệnh, trong khi các tế bào khỏe không
bị ảnh hưởng do các tế bào ung thư đòi hỏi khả năng trao đổi chất lớn hơn nhiều so
với tế bào bình thường kéo theo chúng dễ bị ảnh hưởng khi nhiệt độ tăng lên đến
42oC [1]. Sử dụng một từ trường xoay chiều bên ngoài tác động lên các hạt nano từ
(đã được tập trung tại vùng bệnh cần điều trị) làm các hạt nano từ này dao động
cưỡng bức hoặc làm quay các momen từ bên trong hạt và phát sinh nhiệt cục bộ
[62]. Một số kết quả nghiên cứu đã công bố như: Johannsen M. và các cộng sự [30]
đã tiến hành tăng thân nhiệt lâm sàng đối với ung thư tuyến tiền liệt bằng cách sử
dụng các hạt nano từ tính Fe3O4; Ito A. và các cộng sự [27] đã kết hợp liệu pháp
Gen TNF–𝛼 với việc tăng thân nhiệt cục bộ sử dụng hạt nano từ cationic liposomes
trong thử nghiệm tiêu diệt tế bào ung thư ở chuột trong 30 ngày; Maier-Hauff K. và
các cộng sự [40] đã có công trình nghiên cứu về hiệu quả và tính an toàn của nhiệt
liệu nội mô bằng cách sử dụng các hạt nano oxit sắt từ kết hợp với chùm bức xạ bên
ngoài trên bệnh nhân tái phát đa u nguyên bào xốp.
Tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ hạt nhân
9
Kĩ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI là kĩ thuật chụp ảnh các đối
tượng y sinh học hiện đại, hiệu quả cao và được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực
chẩn đoán y học, cung cấp hình ảnh giải phẫu của cơ thể bằng cách sử dụng từ
trường và sóng điện từ. Kĩ thuật này có ưu điểm nổi trội là không sử dụng tia X nên
không gây hại cho sức khỏe.
Nguyên lý của phép đo này như sau: Điện tử luôn quay quanh trục của nó
(moment spin) tạo ra một từ trường, do các moment quay của các nguyên tử có
hướng khác nhau nên từ trường tổng cộng sinh ra bằng không. Đặc biệt trong cơ
thể, nguyên tử hydro có một hạt mang điện là proton, tồn tại trong nước, mỡ và các
mô trong cơ thể. Khi có từ trường ngoài, các proton này quay theo hướng của từ
trường ngoài Bo. Trong đó có một số proton sẽ quay cùng hướng với từ trường, một
số khác quay ngược hướng từ trường. Sự chênh lệch số proton (rất nhỏ) quay theo
hai hướng khác nhau này sinh ra một từ trường có độ từ hóa thực Mo. Các proton
này có tần số quay được xác định bằng phương trình Larmor: f = 𝛾Bo (f là tần số
quay của proton, 𝛾 là hằng số Larmor, Bo là độ lớn cảm ứng từ đặt vào). Độ từ hóa
Mo luôn cùng chiều với Bo. Giả sử đặt Bo có phương Oz thì độ từ hóa thực Mo cũng
có hướng Oz thẳng đứng. Ta sử dụng một sóng điện từ quay quanh trục Oz có tần
số đúng bằng 𝛾Bo sẽ tạo ra một từ trường B1 vuông góc với Bo. Dưới tác dụng của
từ trường B1 thì độ từ hóa thực Mo sẽ quay lệch so với trục Oz một góc nào đó trong
một khoảng thời gian. Đến khi Mo quay được một góc bằng 90o thì lúc này độ từ
hóa thực xoay ngang và được gọi là độ từ hóa ngang. Độ từ hóa ngang quay quanh
trục Oz sinh ra một sóng điện từ có tần số có thể đo được, đây chính là tín hiệu cộng
hưởng từ. Khi tắt sóng kích thích, gọi khoảng thời gian để độ từ hóa ngang biến mất
là T2 và thời gian để độ từ hóa thực Mo hồi phục lại như ban đầu là T1. Nguyên lý
của phép chụp ảnh cộng hưởng từ là chụp trong thời gian T1 và T2. Các chất cản
quang có tác dụng làm tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân bằng cách
làm nhiễu loạn từ trường, dẫn đến rút ngắn thời gian T2. Hiện nay các chất cản
quang đang được sử dụng gây độc rất lớn đối với cơ thể do đó các hạt nano từ
Fe3O4 không độc hứa hẹn sẽ là chất thay thế các chất cản quang hiện nay.
10
Nghiên
cứu
của Chertok B. và
các cộng sự [11] đã
cho thấy các hạt nano
oxit sắt từ có thể
đóng vai trò như một
chất
chuyển
thuốc cho các mục
tiêu từ xa trong chụp
ảnh cộng hưởng từ
hạt nhân để giám sát
sự phát triển của các
khối u não. Cụ thể
hạt nano sắt có kích
thước 100 nm và có
từ độ bão hòa 94
emu/g đã được sử
dụng với các khối u ở
chuột có chứa tế bào
gai tuyến giáp.
vận
Hình 1.5. Ảnh
cộng hưởng từ hạt
nhân theo dõi hoạt
động của hạt nano từ
trong não (trái) và có
điểu
khiển (phải) [11].
Zhang Z. và
các cộng sự [67] đã
tiến hành thì nghiệm
cho thấy các hạt nano
oxit sắt từ siêu nhỏ
có đường kính từ 1,9
nm đến 6,5 nm có
khả năng tăng cường
độ tương phản âm
trong
ảnh
cộng
hưởng từ MRI và việc tập trung mục tiêu được điều khiển bởi một nam châm vĩnh
cửu; Hong S. và các cộng sự [25] đã sử dụng hạt nano oxit sắt từ có lớp tương thích
sinh học chitosan như chất làm tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ, trong
đó thời gian dãn T1 và T2 lần lượt là 0,00291 ppm-1.s-1 và 0,0691 ppm-1.s-1 lớn hơn
rất nhiều so với chất cản quang thương mại Gd-DTPA (gadolinium
diethylenetriamine penta-acetic acid).
1.1.4. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano sắt từ
Các phương pháp chế tạo phổ biến hiện nay để chế tạo hạt nano sắt từ có thể
kể đến như: phương pháp Sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp Polyol
và phương pháp vi nhũ tương.
11
Bảng 1.2. Bảng so sánh các phương pháp chế tạo hạt nano từ tính [63].
Phƣơng pháp
Ƣu điểm
Dễ dàng điều khiển
Phƣơng
pháp
vật lý
Chùm điện tử
khoảng cách các mối liên
kết
Lắng đọng pha
khí
Dễ thực hiện
Phương pháp cơ Không cần hóa chất phức
học
Tổng hợp Sol gel
Phương pháp
oxi hóa
Phương pháp
nghiền
Phương pháp
Phƣơng
pháp
hóa ƣớt
đồng kết tủa
tạp
Nhƣợc điểm
Đòi hỏi thiết bị đắt tiền
và rất phức tạp
Khó khăn trong điều
khiển kích thước hạt
Đòi hỏi thiết bị rất phức
tạp và mất thời gian
Điều khiển chính xác kích
thước, tỉ lệ và cấu trúc
bên trong
Liên kết yếu, độ bền
không cao, độ thấm cao
Phân bố kích thước nhỏ
Chất keo ferrit có kích
và đồng đều
thước nhỏ
Đơn giản
Nhiệt độ phản ứng cao
Không phù hợp với chế
Đơn giản và hiệu quả
tạo độ tinh khiết cao và
pha định lượng chính xác
Phản ứng thủy
Dễ dàng điều khiển kích
Nhiệt độ và áp suất phản
nhiệt
thước và hình dạng hạt
ứng cao
Phương pháp
Dễ dàng điều khiển kích
Solvothermal
thước và hình dạng hạt
Phương pháp
Dễ dàng điều khiển kích
Kéo theo nhiều bước và
phân hủy nhiệt
thước và hình dạng hạt
giai đoạn
Tái sản xuất tốt và hỗn
Tổng hợp bơm
dòng chảy
hợp có độ đồng nhất cao
bằng việc điều khiển
chính xác quy trình
12
Nhiệt độ phản ứng cao
Dòng thuốc thử đưa vào
mao mạch cần liên tục
hoặc gián đoạn
Phương pháp
điện hóa
Phản ứng hóa
khử - rung siêu
âm
thước hạt
Tái sản xuất không tốt
Phân bố kích thước hạt
Tính chất cơ học chưa
nhỏ
được hiểu rõ
Phương pháp
Điều khiển kích thước hạt
siêu tới hạn pha
hiệu quả, không sử dụng
lỏng
dung môi phức tạp
Nhiệt độ và áp suất tới
hạn
Thân thiện môi trường, tái
Phƣơng
pháp vi
Dễ dàng điều khiển kích
Ủ vi sinh
khuẩn
sản xuất tốt, hiệu suất cao,
khả năng mở rộng và giá
Mất thời gian
thành thấp
1.2. Hạt nano bạc Ag
Các hạt nano kim loại quý (Au, Ag, Pt) đang thu hút sự nghiên cứu của các
nhà khoa học cơ bản cũng như của các kĩ sư vật liệu do chúng có những ứng dụng
rải khắp các lĩnh vực của đời sống từ hàng hóa, thực phẩm tiêu dùng, sản phẩm
chăm sóc sức khỏe, xử lý môi trường đến y sinh học [46]. Trong các hạt nano kim
loại liên quan đến ứng dụng trong y sinh học thì hạt nano kim loại bạc Ag là một
trong những vật liệu nano quan trọng và hấp dẫn nhất. Hạt nano bạc được quan tâm
nghiên cứu bởi các tính chất đặc biệt như tính chất diệt khuẩn, độ dẫn điện và dẫn
nhiệt tốt, bền về mặt hóa học, hiện tượng cộng hưởng Plasmon, tán xạ Raman tăng
cường bề mặt và khả năng tương thích sinh học tốt [9].
1.2.1. Tổng quan về hạt nano bạc
Hạt nano bạc có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (ngoài ra còn tồn tại ở
dạng cấu trúc lục giác) bán kính ion 0,23 nm, bán kính nguyên tử 0,288 nm và có
cấu hình 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1. Các thông số ô cơ sở là a = b = c = 4,08
Å. Mỗi ô cơ sở có 4 nguyên tử.
Khác với các kim loại nặng khác như chì, thủy ngân… hạt nano bạc có tính
độc với vi khuẩn thông thường, kháng sinh, virut, nấm nhưng không độc với cơ thể
người. Đặc biệt, khả năng kháng khuẩn của hạt nano bạc cao gấp khoảng 5000 lần
13
