Nghiên cứu, tổng hợp hạt nano ôxit sắt từ fe3o4 phủ sio2 cấy kháng thể đơn dòng hpv18 nhằm chuẩn đoán bệnh ung thư cổ tử cung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH


NGUYỄN THỊ THANH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU, TỔNG HỢP HẠT NANO ÔXIT SẮT
TỪ Fe3O4 PHỦ SiO2 CẤY KHÁNG THỂ ĐƠN DÒNG
HPV18 NHẰM CHUẨN ĐOÁN BỆNH UNG THƯ CỔ
TỬ CUNG

Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH – NĂM 2014

Trang i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thanh Phương ............................ MSHV: 12120802...........
Ngày, tháng, năm sinh: 05/04/1982 ........................................... Nơi sinh: Đồng Nai .........
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật ................................................... Mã số : 604417 ...............
I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 phủ SiO2 cấy các

kháng thể đơn dòng HPV18 lên các hạt nano từ tính nhằm chẩn đốn bệnh Ung thư
cổ tử cung.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan về các hạt nanô ôxit sắt siêu thuận từ Fe3O4 và chất lỏng từ.
- Đại cương về kháng thể và kháng nguyên và Ung thư cổ tử cung
- Thực nghiệm tổng hợp các hạt nanô từ Fe3O4 và bước đầu đã cấy các kháng thể
đơn dòng HPV18 lên các hạt nano từ tính nhằm chẩn đốn bệnh ung thư cổ tử cung
- Kết quả và biện luận. ................................................................................................
- Kết luận và hướng phát triển của đề tài trong tương lai.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2014 ..................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2014 ..................................................
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI .........................................

Tp. HCM, ngày 30 tháng 08 năm 2014
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS Trần Hoàng Hải
TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

(Họ tên và chữ ký)

Trang ii

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. Trần Hoàng Hải ..................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Huỳnh Quang Linh ............................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Phạm Thị Hải Miền ...........................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 30 tháng 08 năm 2014

Trang iii


Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc đến
thầy hướng dẫn PGS.TS Trần Hoàng Hải _ Viện Vật lý Tp HCM_ đã
tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều
kiện thuận lợi khi làm việc tại phịng thí nghiệm Vật liệu mới và Công
nghệ nano đã giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Thầy TS Huỳnh Quang Linh động viên tôi thực hiện lại luận văn.
Quý thầy, cô giảng dạy tôi trong thời gian học tập đã truyền đạt
kiến thức hữu ích làm nền tảng cho tơi.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn các anh, chị, em phịng thí
nghiệm Vật liệu mới và Công nghệ nano đã giúp đỡ và chia xẻ những
kinh nghiệm quý báu cho tôi trong q trình tiến hành thực nghiệm.
Cuối cùng tơi xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè
- những người ln bên cạnh động viên, khuyến khích, ủng hộ và giúp
đỡ trong suốt quá trình học tập.

HVTH Nguyễn Thị Thanh Phương

Trang iv


TÓM TẮT
Đề tài đưa ra một phương pháp mới để chẩn đoán sớm các căn bệnh liên quan
đến bệnh ung thư bằng các thiết bị phân tích thơng thường như phương pháp ELISA.
Dựa trên sự tương tác giữa kháng thể và kháng nguyên cùng loại tương ứng với
mỗi loạ i tế bào ung thư và dựa trên tính chất của các hạt nano siêu thuận từ nhằm
tăng mật độ các tế bào ung thư. Đề tài nghiên cứu đính các kháng thể lên bề mặt
các hạt nano từ tí nh có các lớp phủ có tính năng tăng cường sự gắn kết của các
kháng thể lên bề mặt các hạt nano từ tính.

Trang v


MỤC LỤC
Bìa 1 ............................................................................................................................................. i
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ ........................................................................................................ ii
Cơng trình ................................................................................................................................. iii
Lời cảm ơn ................................................................................................................................ iv
Tóm tắt luận văn ....................................................................................................................... v
Mục lục ...................................................................................................................................... vi
Danh sách hình vẽ .................................................................................................................... ix
Danh sách bảng biểu ............................................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1
PHẦN 1. TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT VỀ TỪ HỌC, VẬT LIỆU TỪ VÀ CÁC HẠT NANÔ ÔXIT
SẮT SIÊU THUẬN TỪ Fe3O4 ............................................................................................... 4

1.1. CƠ SỞ TỪ TÍNH TRONG CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ ............................................ 4
1.1.1. Mômen từ quỹ đạo của điện tử ........................................................................... 4
1.1.2. Mômen từ spin của điện tử .................................................................................. 6
1.1.3. Mômen từ nguyên tử ............................................................................................. 6
1.1.4. Các khái niệm cơ bản ............................................................................................ 5
1.2. Đường cong từ trễ và phân loại các vật liệu từ ........................................................... 7
1.2.1. Chu trình từ trễ trong vật liệu sắt từ và feri từ .................................................. 7
1.2.2. Vật liệu thuận từ .................................................................................................... 9
1.2.3. Vật liệu nghịch từ .................................................................................................. 9
1.2.4. Vật liệu sắt từ ....................................................................................................... 10
1.2.5. Vật liệu phản sắt từ ............................................................................................. 10
1.2.6. Vật liệu feri từ (ferit) ........................................................................................... 10
1.3. Tính chất siêu thuận từ ............................................................................................... 11
1.3.1. Bản chất đơn đơmen và tính chất siêu thuận từ .............................................. 11
1.3.2. Siêu thuận từ ....................................................................................................... 13

Trang vi


1.3.3. Hạt nanơ Ơxit sắt từ Fe3O4 ............................................................................... 14
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG TỪ ............................................................ 18
2.1. KHÁI NIỆM ................................................................................................................. 18
2.2. ĐẶC TRƯNG CỦA CHẤT LỎNG TỪ...................................................................... 18
2.2.1. Sự cân bằng nồng độ hạt từ ................................................................................ 18
2.2.2. Độ ổn định ............................................................................................................ 19
2.2.3. Từ độ của chất lỏng từ ........................................................................................ 19
2.2.4. Khối lượng riêng của chất lỏng từ ..................................................................... 20
2.2.5. Độ nhớt của chất lỏng từ..................................................................................... 20
2.3. TƯƠNG TÁC TRONG CHẤT LỎNG TỪ................................................................ 21
2.3.1. Tương tác giữa những hạt từ - sự hình thành chuỗi ........................................ 21

2.3.2. Tương tác giữa các thành phần của chất lỏng từ ............................................. 22
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANÔ ÔXIT SẮT TỪ Fe3O4 VÀ CHẤT LỎNG
TỪ TRONG LĨNH VỰC Y SINH HỌC ............................................................................... 24
3.1. Tăng tính tương phản cho ảnh cộng hưởng từ .................................................... 24
3.2. Phân tách và chọn lọc tế bào ................................................................................ 27
3.3. Dẫn truyền thuốc .................................................................................................... 29
3.4. Nâng thân nhiệt cục bộ ......................................................................................... 31
3.5. Dùng hạt nanô từ để khử độc ............................................................................... 32
CHƯƠNG 4. ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG THỂ VÀ KHÁNG NGUYÊN ........................... 33
4.1. Định nghĩa ..................................................................................................................... 33
4.2. Cấu trúc điển hình ....................................................................................................... 33
4.3. Lớp Immunoglobulin (Ig) ........................................................................................... 34
4.4. Vai trò của kháng thể .................................................................................................. 35
4.5. Ái lực của kháng thể với kháng nguyên ................................................................... 36
4.6. Kháng thể đa dòng và đơn dòng ................................................................................ 37
CHƯƠNG 5. UNG THƯ CỔ TỬ CUNG .............................................................................. 39
5.1. Bệnh Ung thư cổ tử cung ............................................................................................. 39
5.1.1 Ung thư cổ tử cung .............................................................................................. 39
5.1.2. Công nghệ và thiết bị chẩn đốn bệnh hiện nay gồm có ................................ 40

5.1.2.1. Các phương pháp tế bào học ..................................................................... 40
5.1.2.2. Phương pháp sinh học phân tử .................................................................. 41

Trang vii


5.2. Phương pháp xét nghiệm miễn dịch ELISA ........................................................... 41
5.2.1. Định nghĩa............................................................................................................ 41

5.2.2. Nguyên lý của ELISA ............................................................................... 41

5.2.3. Các phương pháp ELISA................................................................................... 43
5.2.3.1. Phương pháp Sanwich ELISA .............................................................. 43
5.2.3.2. Phương pháp gián tiếp (Indirect ELISA) ............................................. 44
5.2.3.3. Phương pháp trực tiếp (Direct ELISA) ................................................ 46
5.2.3.4. Phương pháp cạnh tranh ........................................................................ 46
5.2.4. Khả năng ứng dụng của ELISA ........................................................................ 47
5.2.5. Máy đọc ELISA .................................................................................................. 47
PHẦN 2. THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ .............................................................................. 48
CHƯƠNG 6. THỰC NGHIỆM.............................................................................................. 48
6.1. MỤC ĐÍCH ................................................................................................................... 48
6.2. NỘI DUNG THỰC NGHIỆM..................................................................................... 48
6.2.1. Tổng hợp hạt nano oxít sắt từ Fe3O4 bọc bởi silica oxide ............................... 48
6.2.1.1. Dụng cụ và hố chất................................................................................. 48
6.2.1.2. Tiến hành thí nghiệm .............................................................................. 49
6.2.2. Chức năng hoá bề mặt hạt nano Fe3O4@SiO2 ................................................. 49
6.2.2.1. Dụng cụ và hoá chất ................................................................................. 49
6.2.2.2. Tiến hành thí nghiệm .............................................................................. 50
6.2.3. Thực nghiệm gắn các kháng thể lên các hạt nano từ tính ............................. 52
6.2.3.1. Gắn các kháng thể ứng với tế bào ung thư cổ tử cung ........................ 52
6.2.3.1.1. Thiết bị và hóa chất ........................................................................ 52
6.2.3.1.2. Quá trình thực nghiệm ................................................................... 53
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN ............................................ 56
7.1. Khảo sát cấu trúc pha và kích thước hạt của các hạt nanơ ôxit sắt từ.................... 56
7.2. Kết quả phủ silica lên hạt nano từ ............................................................................. 58
7.2.1. Phân tích cấu trúc pha ....................................................................................... 58
7.2.2. Tính chất từ của các hạt nano Fe3O4 phủ SiO2 ............................................... 59

7.2.3. Phân tích các liên kết ................................................................................ 59
Trang viii

7.2.4. Phân tích hình thái và kích thước các hạt nano từ Fe 3O4 phủ SiO2 ..... 60
7.3. Kết quả cấy kháng thể tế bào ung thư cổ tử cung HPV18 ........................................ 63
PHẦN 3. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 67

Trang ix


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1

Quĩ đạo chuyển động của điện tử xung quanh hạt nhân

Trang 6

Hình 1.2

Chu trình từ trễ của vật liệu sắt từ

Trang 10

Hình 1.3

Mơ hình về cấu trúc mơmen từ của chất thuận từ

Trang 11

Hình 1.4

Cấu trúc từ của vật liệu phản sắt từ

Trang 12

Hình 1.5

Trật tự mômen từ của các chất (a) nghịch từ, (b) thuận từ, (c)

Trang 13

sắt từ, (d) phản sắt từ, (e) feri từ
Hình 1.6

Bảng phân loại từ tính theo các ngun tố

Trang 13

Hình 1.7

Đường biểu diễn lực kháng từ HC theo kích thước hạt.

Trang 15

Hình 1.8

Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ

Trang 16

Hình 1.9

Cấu trúc tinh thể ferit thường gặp

Trang 17

Hình 1.10 Sự sắp xếp các spin trong một phân tử sắt từ Fe3O4

Trang 18

Hình 1.11 Sự định hướng của các hạt siêu thuận từ khi có từ trường và

Trang 20

khi từ trường bị ngắt
Hình 3.1

Ảnh MRI trong gan khi chưa có chất SPION và khi được tăng

Trang 27

cường chất SPION
Hình 3.2

Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản

Trang 29

Hình 3.3

Việc phân phối thuốc trong cơ thể theo phương pháp truyền

Trang 30
Trang x


thống và khi sử dụng các hạt nano từ khi có từ trường ngồi
Hình 3.4

Thuốc được định vị tại nơi cần điều trị

Trang 31

Hình 3.5

Ứng dụng chất lỏng từ để phá hủy khối u bằng phương pháp

Trang 32

tăng thân nhiệt cục bộ
Hình 4.1

Cấu trúc điển hình của kháng thể

Trang 35

Hình 4.2

Cấu trúc của các lớpphụ IgG là monomer (7S Ig)

Trang 35

Hình 4.3

Các độc tố của vi khuẩn bên cạnh một tế bào cơ thể

Trang 36

Hình 4.4

Các độc tố trên bị trung hịa bởi kháng thể

Trang 36

Hình 4.5

Ái lực giữa kháng thể và kháng ngun

Trang 37

Hình 4.6

Kháng thể đơn dịng, liên kết với một epitope đặc hiệu

Trang 37

Hình 4.7

Mỗi kháng thể đa dịng liên kết với một epitope khác nhau

Trang 38

Hình 5.1

Ung thư cổ tử cung

Trang 39

Hình 5.2

Nguyên lý của ELISA

Trang 42

Hình 5.3

Đĩa chứa 96 giếng

Trang 43

Hình 5.4

Các bước thực hiện của phương pháp Sanwich ELISA

Trang 44

Hình 5.5

ELISA gián tiếp

Trang 45

Hình 5.6

Các bước thực hiện của phương pháp trực tiếp

Trang 46

Hình 5.7

Đầu đọc ELISA

Trang 47

Hình 6.1

Một số dụng cụ thí nghiệm.

Trang 48

Trang xi


Hình 6.2
Hình 6.3

Sơ đồ mơ tả sự liên kết y sinh
của Anti-HPV18/GPMS/( Fe3O4 /SiO2)
Quy trình gắn kháng thể HPV18 lên hạt Fe3O4/SiO2

Trang 53

Trang 54

Hình 6.4

Các hạt Anti- HPV18/(Fe3O4/SiO2) được tập trung bằng
nam châm vĩnh cửu

Trang 55

Hình 7.1

Giản đồ nhiễu xạ tia X chuẩn của Fe3O4

Trang 55

Hình 7.2

Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu hạt trần Fe3O4

Trang 56

Hình 7.4

Các đường cong từ hóa của mẫu Si1, Si8, Si9, Si10, Si11 và

Trang 59

Si12
Hình 7.5

Phổ hấp thụ hồng ngoại của các mẫu F2 –7, SiO2 và Si10

Trang 60

Hình 7.6

Ảnh FESEM của mẫu Si12

Trang 60

Hình 7.7

Ảnh TEM cua mẫ:u Si I (a), Si8(b), Si9(c), Si I 0(d), Si II (e),

Trang 62

Si12(f)
Hình 7.8

Nhiệt vi sai trọng lượng TG/DTA của (Fe 3O4/SiO2)

Trang 63

Hình 7.9

Nhiệt vi sai trọng lượng TG/DTA của mẫu NH1

Trang 64

Hình 7.10 Nhiệt vi sai trọng lượng TG/DTA của mẫu NH3

Trang 65

Trang xii


DANH SÁCH BIỂU BẢNG
Bảng 1.1
Bảng 6.1
Bảng 6.2

Các đại lượng từ và các hệ số chuyển đổi
giữa 2 hệ SI và CGS
Các thơng số thí nghiệm tổng hợp hạt
nano từ Fe 3O4@SiO2
Các thơng số thí nghiệm tổng hợp hạt nano từ

Trang 07
Trang 49
Trang 52

Fe 3O4@SiO2 – amine
Bảng 6.3

Các thơng số thí nghiệm tối ưu quá trình tạo mẫu FSA

Trang 52

Bảng 6.4

Định lượng dung dịch kháng thể cho mẫu thử nghiệm

Trang 54

Bảng 7.1

Kích thước hạt tính theo cơng thức Scherrer của các

Trang 58

mẫu hạt trần Fe3O4
Bảng 7.2

Kích thước và độ từ hóa của các mẫu hạt Fe 3O4/SiO2

Trang 61

Trang xiii


Trang xiv


MỞ ĐẦU
Vật liệu nano là gì? Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái
niệm có liên quan là khoa học nano (nanoscience) và cơng nghệ nano
(nanotechnology). Theo Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh quốc thì:
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp
(manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các
quy mơ đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn

hơn.
Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc,
thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mơ nano
mét.
Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và cơng nghệ nano, nó
liên kết hai lĩnh vực trên với nhau.
Khoa học và công nghệ vật liệu nanô với những đặc tính kì lạ đã và đang thâm
nhập vào toàn bộ lĩnh vực đời sống và kinh tế của thế giới. Với kích thước nano các
loại vật liệu này có thể can thiệp đến từng phân tử -nguyên tử, điều này đặc biệt quan
trọng trong ứng dụng y-sinh học.
Theo định nghĩa thì vật liệu nanơ là vật liệu có cấu trúc khoảng từ 1nm đến dưới
100nm. Ở kích thước đó, nhiều tính chất về sinh học, hố học và vật lý được tăng
cường, thay đổi hoặc khác hoàn toàn so với vật liệu khối tương ứng. Nhờ vậy mà
chúng có những tính chất kỳ diệu mà ở vật liệu khối khơng có được. Do đó vật liệu
nano từ tính ngày nay có một ý nghĩa hết sức quan trọng trong lĩnh vực y-sinh học để
dùng trong việc chẩn đóan cũng như điều trị những căn bệnh ung thư và bệnh nan y ở
người.
Như chúng ta đã biết thì đối với các bệnh ung thư hay nan y, việc chẩn đốn chính
xác bệnh có tính chất quyết định đến sự sống cịn của bệnh nhân và vì vậy con người
khơng ngừng cải thiện các phương pháp chẩn đốn bệnh. Hiện nay thực trạng tỷ lệ
người dân mắc các bệnh ung thư trong nước ngày càng gia tăng. Theo các nhà nghiên
Trang 1


cứu, sự gia tăng này liên quan đến chế độ ăn uống, sự thay đổi của khí hậu, mơi trường
sống. Như vậy bệnh ung thư đã và đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho sức
khỏe người bệnh và có tỉ lệ tử vong rất cao trong khi những khối u ác tính thường tiến
triển chậm và biểu hiện của bệnh thường diễn ra âm thầm trong thời gian dài trước khi
được phát hiện bằng những chẩn đoán lâm sàng. Hầu hết các loại bệnh ung thư đều có
khả năng được chữa lành với xác suất lớn nếu như bệnh được phát hiện sớm. Nếu có

các triệu chứng của bệnh rồi mới đi tìm bệnh thì có thể khối u đã lớn và di căn sang
chỗ khác, và việc chữa trị bằng thuốc men hay giải phẫu sẽ không dứt hẳn bệnh. Do đó
tất cả cố gắng của y học là làm thế nào chẩn đoán bệnh càng sớm thì khả năng trị dứt
hẳn bệnh càng cao.
Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO): Ung thư cổ tử cung là
nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trong các loại ung thư của phụ nữ ở Việt Nam, trên
thế giới Ung thư cổ tử cung là nguyên nhân gây tử vong đứng thứ hai sau Ung thư vú ở
phụ nữ . Tuy nhiên, nếu phát hiện sớm, bệnh có thể chữa khỏi với tỷ lệ gần 100%.
Trong khi đó, các dấu hiệu bệnh lại khá âm thầm, không rõ ràng nên nếu không kiểm
tra sức khoẻ định kỳ hay phát hiện một cách tình cờ, đa số người bệnh đều để bệnh ở
giai đoạn muộn mới đến bệnh viện, việc chữa trị rất khó khăn mà chưa chắc đã thành
cơng.
Từ những địi hỏi cấp thiết như vậy, và so sánh các nghiên cứu về các lớp phủ
khác nhau như starch, dextran, PCL (poly-ε-caprolactone), PLA (poly lactide),
copolymer của PCL và PLA, chitosan, albumin.... Nghiên cứu của chúng tôi mang tên
“Nghiên cứu, tổng hợp hạt Nanô ôxit sắt từ Fe3O4 phủ SiO2 và bước đầu đã cấy
các kháng thể đơn dịng HPV 18 lên các hạt nano từ tính nhằm chẩn đoán
bệnh ung thư cổ tử cung”. Đây là một đề tài mới, vừa có ý nghĩa khoa học vừa mang
tính thực tiễn cao.
Đề tài là một giải pháp hữu hiệu trong việc nâng cao hiệu quả chẩn đoán các bệnh
ung thư với giá thành hợp lý, rất phù hợp với điều kiện trong nước hiện nay.

Trang 2


Mục đích của đề tài là:
1. Nghiên cứu về vật liệu siêu thuận từ (đặc trưng ,tính chất ...), cơng nghệ tổng
hợp các hạt nanô từ và các ứng dụng của chúng trong y sinh học.
2.

Nghiên cứu về kháng thể, kháng nguyên và Ung thư cổ tử cung

3.

Chế tạo các hạt ơxít sắt từ Fe3O4 có kích thước nano với độ tinh khiết cao.

4.

Tổng hợp hạt Nanô ôxit sắt từ Fe3O4 phủ SiO2 và bước đầu đã cấy các

kháng thể đơn dịng HPV18 lên các hạt nano từ tính nhằm chẩn đoán bệnh ung thư
cổ tử cung
Nội dung của đề tài này gồm có các phần chính:

 Tổng quan về các hạt nanô ôxit sắt siêu thuận từ Fe3O4 và chất lỏng từ.
 Đại cương về kháng thể và kháng nguyên
 Thế nào là Ung thư cổ tử cung
 Thực nghiệm tổng hợp các hạt nanô từ Fe3O4 và bước đầu đã cấy các kháng
thể đơn dòng HPV18 lên các hạt nano từ tính nhằm chẩn đốn bệnh ung thư cổ tử
cung

 Kết quả và biện luận.
 Kết luận và hướng phát triển của đề tài trong tương lai.

Trang 3


PHẦN 1. TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT VỀ TỪ HỌC, VẬT LIỆU TỪ VÀ CÁC

HẠT NANÔ ÔXIT SẮT SIÊU THUẬN TỪ Fe3O4

1.1.CƠ SỞ TỪ TÍNH TRONG CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
Nguồn gốc cơ bản của hiện tượng từ ở trong vật liệu là do chuyển động quĩ đạo và chuyển
động spin của các điện tử. Tương ứng với hai kiểu chuyển động này sẽ có hai loại mơmen từ
tương ứng là mômen từ quĩ đạo và mômen từ spin.
1.1.1. Mômen từ quĩ đạo của điện tử [3]
Chuyển động của điện tử trên quĩ đạo trịn bán kính r với vận tốc dài v và vận tốc góc ω
xung quanh hạt nhân (Hình 1.1) có mơmen cơ (mơmen động lượng):
Ll = me ω r2uz = me vr uz

(1.1)

trong đó me là khối lượng của điện tử
Chuyển động quĩ đạo của điện tử có thể xem như một dịng điện chạy trong vịng dây
khơng có điện trở. Dịng điện này sinh ra một từ trường quĩ đạo:
ml = -IS uz = -e (

w
ewr 2
) (π r2) uz = uz
2
2

(1.2)

Nhận thấy rằng mômen từ quĩ đạo và mơmen cơ có hướng ngược nhau và liên hệ với nhau
bằng hệ thức
ml
e

= = γ1
Ll
2me

trong đó γ1 là hệ số từ hồi chuyển quĩ đạo (khi sử dụng đơn v�đó bề rộng đỉnh ứng với góc 2θ = 230chỉ ra sự tồn tại của
cấu trúc vô định hình.

GVHD: PGS. TS TRẦN HỒNG HẢI


Luận Văn Thạc Sĩ

Trang 59

7.2.2. Tính chất từ của các hạt nano Fe3O4 phủ SiO2

Hình 7.4. Các đường cong từ hóa của mẫu Si1,Si8, Si9, Si10, Si11 và Si12

Hình 7.4 cho thấy chu trình từ trễ của các hạt nano từ phủ SiO 2 ở nhiệt độ phòng.
Đường cong từ hóa trình bày độ từ dư bằng 0 và khơng có lực kháng từ, chứng minh
rằng các hạt này có tính chất siêu thuận từ. Siêu t huận từ cho phép các hạt nano phản ứng
từ truờng áp vào, và phân tán nhanh chóng khi từ truờng mất đi. Độ từ hóa bão hịa của
các hạt nano phủ SiO 2 thu đuợc có giá trị từ 7,8 – 42,5 emu/g rất nhạy với từ truờng, vì
vậy làm cho các pha rắn và lỏng dễ dàng bị phân tách.
7.2.3. Phân tích các liên kết
Sau khi SiO2 được phủ trên bề mặt các hạt nano Fe3O4, Các bước sóng hấp thụ đặc
trưng của các dao động co dãn Si–O–Si, dao động uốn Si–O–Si, và O–Si–O có bước sóng
tương ứng là 1045 và 447 cm-1chứng minh rằng, có sự tạo thành mạng SiO 2. Dãy hấp thụ
tại bước sóng 554 cm -1 là liên kết Si–O–Fe, điều đó cho biết sự tương tác giữa ion Fe 3+ và
ma trận SiO2, ta thấy rằng khi mật độ SiO 2 càng nhiều thì đỉnh hấp thụ này càng yếu.Liên

kết O –H bị kéo căng ra tại 1542 và 3252 cm–1 trong phổ Fe 3O4 trở nên yếu hơn nhiều so
với phổ của Fe 3O4/SiO2, lí do liên quan đến phản ứng hóa học giữa hydroxyl tại bề mặt
của Fe 3O4 và SiO2. Từ những đỉnh hấp thụ trên, cho ta biết SiO2 phủ thành công trên bề
mặt của các hạt nano Fe3O4.
GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI


Luận Văn Thạc Sĩ

Trang 60

Hình 7.5 Phổ hấp thụ hồng ngoại của các mẫu F2 –7, SiO2 và Si10
7.2.4. Phân tích hình thái và kích thước các hạt nano từ Fe 3O4 phủ SiO2
Các mẫu bột được đem đi chụp ả nh FESEM (tại Viện Khoa Học Vật Liệu – Viện
Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam) và ảnh T EM (tại Đại Học Bách Khoa Tp.HCM).
Dựa vào ảnh FESEM hình 7.6 ta thấy các hạt Fe 3O4 phủ SiO 2 phần lớn có dạng hình
cầu, tương đối đồng đều, kích thước trung bình từ 35 –40 nm.

Hình 7.6. Ảnh FESEM của mẫu Si12
Quan sát ảnh TEM của các mẫu phủ SiO 2 trong hình , phổ XRD trong hình
chứng tỏ rằng các mẫu đã được phủ. Bên cạnh đó ảnh TEM cho thấy mẫu được phủ với
lớp vỏ SiO2 dày mỏng và sự keo tụ xảy ra khác nhau. Mẫu Si8_1 lớp phủ đồng đều và
phân tán tốt, Mẫu Si11 và Si12 thì có lớp phủ tươ ng đối mỏng và khá đồng đều nhưng sự
keo xảy ra tăng dần.
GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI


Luận Văn Thạc Sĩ

Trang 61

Bảng 7.2. Kích thước và độ từ hóa của các mẫu hạt Fe 3O4/SiO2
Mẫu

Kích thước hạt (nm)

Độ từ hóa (emu/g)

Si1

23360

7,8

Si8

197  33

37,6

Si9

29  7

42,5

Si10

120  7

15,8

Si11

46  12

21

Si12

40  4

27

GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI


Luận Văn Thạc Sĩ

Hinh 7.7. Ảnh TEM cua mẫ:u Si I (a), Si8(b), Si9(c), Si I 0(d), Si II (e), Si12(f)

GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI

Trang 62


Luận Văn Thạc Sĩ

Trang 63

7.3. Kết quả cấy kháng thể tế bào ung thư cổ tử cung HPV18
 Dưới đây ta phân tích đường cong hệ TG/DTA của mẫu hạt nano từ (Fe3O4/SiO2)
vi sai nhiệt đến 9000C.

Hình 7.8. Nhiệt vi sai trọng lượng TG/DTA của (Fe 3O4/SiO2)
Ta thấy hiệu ứng nhiệt của mẫu hạt hình 3.28 đường cong (1) màu đỏ nằm phía dưới đường
chuẩn T = 0 và có hai nhánh parabol cân đối, đỉnh nhọn đặc trưng cho q trình biến đổi có
cường độ tăng liên tục, đạt tới cực đại tại đỉnh và sau đó cường độ giảm dần cho đến kết thúc.
Chứng tỏ mẫu thu nhiệt và hao hụt khối lượng (đường màu xanh) trong suốt quá trình gia nhiệt:
khối lượng nước ion (chiếm 10.05%) ở nhiệt độ từ 0 0C – 900C,
khối lượng dung môi PBS (chiếm 74.98%) phản ứng nhiệt ở 90.1 0C và kết thúc mãnh liệt
nhiệt độ ở 137.1 0C, khối lượng hạt (Fe 3O4/SiO2) (chiếm 14.97%) nhưng rất bền chỉ bắt đầu
phản ứng nhiệt ở 900 0C (chiếm 9.63%) còn lại (chiếm 5.32%).
 Phân tích đường cong hệ TG/DTA của mẫu NH1 gắn kháng thể HPV18 (nồng độ
kháng thể 10 g) được vi sai nhiệt đến 700 0C.

GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI


Luận Văn Thạc Sĩ

Trang 64

Đường cong vi phân bậc 1

Hình 7.9. Nhiệt vi sai trọng lượng TG/DTA của mẫu NH1
Ta thấy hiệu ứng nhiệt của mẫu NH1 hình 3.29 đường cong và các đỉnh nhọn giống
hình 3.28 . Chứng tỏ mẫu thu nhiệt và hao hụt khối lượng trong suốt quá trình gia nhiệt: khối
lượng nước ion (chiếm 26.45%) ở nhiệt độ từ 0 0C – 1370C, khối lượng dung môi PBS (chiếm
35.98%) phản ứng nhiệt ở 137.1 0C và kết thúc mãnh liệt ở nhiệt độ

184.30C, khối lượn g hạt (Fe 3O4/SiO2) còn lại (chiếm 35.96%) nhưng rất bền chỉ phản ứng
nhiệt ở 900 0C.
Ngoài ra, trên đường cong vi phân bậc 1 cho thấy hiệu ứng nhiệt chồng chập lên nhau:
0
dấu hiệu nhận biết là nhánh bên trái xuất hiện các điểm uốn tại nhiệt độ 140.1 C và
1610C xảy ra phản ứng tức thời và kết thúc tại thời điểm đó. Điều này cho thấy có hiện
diện nhưng rất ít kháng thể HPV18 gắn kết trên hạt (Fe 3O4/SiO2).
 Phân tích đường cong hệ TG/DTA của mẫu NH3 gắn kháng thể HPV18 (nồng độ
kháng thể 30 g) được vi sai nhiệt đến 700 0C.

GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI


Luận Văn Thạc Sĩ

Trang 65

Đường cong vi phân bậc 1

Hình 7.10 Nhiệt vi sai trọng lượng TG/DTA của mẫu NH3
Ta thấy hiệu ứng nhiệt của mẫu NH3 hình 7.10 đường cong (1) và các đỉnh nhọn
giống hình 7.9. Chứng tỏ mẫu thu nhiệt và hao hụt khối lượng trong suốt quá trình gia nhiệt:
khối lư ợng nước ion (chiếm 19.58%) ở nhiệt độ đến 137 0C, khối lượng dung môi PBS
(chiếm 32.04%) phản ứng nhiệt chủ yếu ở 137 0C – 140.10C và phản ứng chồng chập rất ít
ở nhiệt độ từ 140.1 0C – 161.70C, khối lượng hạt (Fe 3O4/SiO2) (chiếm 16.63%)
nhưng rất bền chỉ bắ t đầu phản ứng nhiệt ở 9000C.
Ngoài ra, trên đường cong vi phân bậc 1 cho thấy hiệu ứng nhiệt chồng chập lên
nhau bên trái xuất hiện các điểm uốn bắt đầu tại nhiệt độ 137 0C – 140.10C hao hụt khối
lượng rất ít không đáng kể và phản ứng mãnh liệt ở nhiệt độ1 40.10C – 161.70C hao hụt
0

khối lượng (chiếm 31.81%) sau đó giảm dần đến nhiệt độ 238 C mới kết thúc. Điều này
chứng minh rằng sự hiện diện của kháng thể HPV18 gắn kết trên hạt (Fe 3O4/SiO2) rất
nhiều trong mẫu NH3.
Tương tự, các mẫu còn lại NH2, NH4, NH5 có sự bám dính kháng thể trên hạt nano
(Fe3O4/SiO2) nhưng hiệu quả chưa cao. Nguyên nhân do ảnh hưởng thời gian ủ mẫu,
kháng thể liên kết không đủ mạnh trên bề mặt hạt (Fe 3O4/SiO2),.....

GVHD: PGS. TS TRẦN HOÀNG HẢI