Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ định hướng ứng dụng chụp ảnh cộng hưởng từ MRI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
_________________________________________

LÊ THẾ TÂM

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TỪ TRÊN
NỀN OXIT SẮT SIÊU THUẬN TỪ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG
DỤNG CHỤP ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

Chun ngành: Hóa vơ cơ
Mã số: 9 44 01 13

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2019


Luận án được hồn thành tại:
Phịng Vật liệu Nano y sinh, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và
Cơng nghệ Việt Nam.
Phịng Kỹ thuật Điện-Điện tử, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam.
Trung tâm thực hành thí nghiệm trường Đại học Vinh.

Người hướng dẫn khoa học:

Phản biện 1: .....................................................

Phản biện 2: .....................................................

Phản biện 3: .....................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện
tổ chức tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi giờ ngày tháng năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia Hà Nội, Thư viện Học viện
Khoa học và Công nghệ, Thư viện Viện Khoa học vật liệu, Thư viện Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.


MỞ ĐẦU
Gần đây các ứng dụng của hạt nano từ trong các ứng dụng y sinh, đặc biệt là trong
chẩn đốn hình ảnh bằng kỹ thuật cộng hưởng từ MRI đã thu hút được sự quan tâm
của các nhà khoa học trên thế giới. Hiện nay trong chẩn đốn hình ảnh bằng chụp cộng
hưởng từ MRI, các tác nhân tương phản Tl đã trở thành thương phẩm truyền thống, đó
là phức của ion thuận từ có trị số mơmen spin lớn như Gd3+ (có 7 điện tử chưa ghép
cặp). Các ion Gd3+ này được kết hợp với các phân tử như DTPA (axit dietylentriamin
penta axetic) và tạo ra các cấu trúc dạng phức vịng chelat Gd-DTPA. Trong q trình
hồi phục, sự tương tác giữa mômen từ của proton với mômen từ của các ion thuận từ
khiến cho thời gian T1 bị giảm, nhờ vậy tốc độ hồi phục R1 tăng lên. Nồng độ các tác
nhân là khác nhau trong mỗi vùng mô tế bào, do vậy mang lại hiệu quả tương phản trên
ảnh chụp MRI. Trong khoảng gần 20 năm nay, cùng với sự phát triển của công nghệ
nano hạt nano sắt oxit (iron oxide - IO) đang được nghiên cứu mạnh và thực tế đến nay
đã có nhiều dịng sản phẩm thương mại chất tăng mức độ tương phản MRI dùng loại
vật liệu sắt oxit này, chứng minh rằng các sắt oxit-MRI có thể cho chất lượng tăng mức

độ tương phản tốt hơn cả loại Gd-DTPA vì hạt sắt oxit có hệ số cảm từ lớn hơn. Các
chất IO-MRI có thể làm giảm cả T1 và T2, tăng được tốc độ hồi phục MRI chụp theo
cả 2 chế độ chụp MRI trọng Tl và trọng T2. Các yêu cầu quan trọng đối với sản phẩm
tăng tương phản ảnh MRI là hạt nano từ tính phải có độ phân bố hạt tương đối đều và
từ độ bão hòa đủ lớn, và chất bọc phải có độ tương hợp sinh học tốt. Trong khi một số
sản phẩm thương mại trên thế giới như Resovist dùng chất bọc là dextran, với hạt lõi
cỡ 65 nm tạo ra từ độ bão hòa khoảng 65 emu/g. Các sản phẩm với cỡ hạt trong vùng
20-40nm như AMI-227: Sinerem/Combidex là thích hợp với bạch huyết và xương.
Trong khoảng 10 năm gần đây người ta đang nghiên cứu để chế tạo các hạt nano siêu
thuận từ với cỡ hạt nhỏ hơn 20 nm (còn được gọi là loại siêu nhỏ nếu cỡ hạt D<10 nm)
và đặc biệt là các hạt sắt oxit có đánh dấu từ nhằm mục đích chụp ảnh MRI hướng đích
(targeted imaging).
Tại Việt Nam, cho đến nay việc chế tạo các hạt nano nói chung và hạt nano từ nói
riêng đã được tập trung nghiên cứu theo hai phương diện: Nghiên cứu cơ bản và nghiên
cứu định hướng ứng dụng. Các kết quả nghiên cứu sâu sắc được công bố chủ yếu từ
các cơ sở nghiên cứu mạnh như: Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Bách khoa
Hà Nội và Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam. Việc tổng hợp vật liệu
nano từ đa phần được thực hiện trong môi trường nước và bằng các phương pháp tổng
hợp như phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt, phương pháp vi sóng và
phương pháp tổng hợp điện hóa siêu âm. Do tổng hợp trong môi trường nước nên các
hạt nano từ chế tạo được có chất lượng chưa cao, các hạt không đồng đều về cỡ hạt và
không đồng nhất về hình dạng và vì vậy chúng bị hạn chế sử dụng cho các ứng dụng
in vivo trong y sinh như dùng làm thuốc tương phản trong chẩn đoán hình ảnh bằng kỹ
thuật chụp cộng hưởng từ MRI, đốt nóng cảm ứng từ v.v, ngồi ra chính sự khơng đồng
đều đó cịn ảnh hưởng ngay cả đến kết quả nghiên cứu các tính chất từ của chúng. Do
đó, cho đến nay việc lựa chọn các điều kiện trong quá trình chế tạo chất lỏng từ tính
nano Fe3O4 nhằm chế tạo ra các hạt có cỡ hạt bé, có sự phân bố đều, đồng nhất về hình
1

dạng, độ bền cao, từ tính cao và có khả năng tương thích sinh học cao, nhờ đó có khả
năng ứng dụng làm thuốc tương phản trong chẩn đốn hình ảnh bằng kỹ thuật chụp
cộng hưởng từ MRI, tạo ra các trị số tối ưu của các xung TR, TE khi chụp theo chế độ
T1, T2, đồng thời xác định trị số hồi phục r1, r2 để đánh giá chất lượng của chất lỏng
từ làm thuốc tương phản trong chẩn đốn hình ảnh bằng kỹ thuật chụp cộng hưởng từ
MRI vẫn đang đòi hỏi những nghiên cứu tiếp tục một cách tồn diện và có hệ thống.
Xuất phát từ tình hình nghiên cứu về vật liệu nano từ trên thế giới cũng như ở Việt
Nam, căn cứ vào tiềm lực nghiên cứu, đào tạo tiến sĩ của Học viện Khoa học và Công
nghệ, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của tập thể
các nhà khoa học giàu kinh nghiệm, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo
chất lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ định hướng ứng dụng chụp ảnh cộng
hưởng từ MRI” để thực hiện cho nội dung luận án này.
Đối tượng nghiên cứu của luận án:
Hệ chất lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Mục tiêu của luận án nhằm xây dựng được qui trình chế tạo chất lỏng từ tính kích
thước nano trên nền oxit sắt (kích thước hạt đồng đều và từ độ bão hịa cao) với cơng
nghệ ổn định; nghiên cứu đặc trưng các tính chất từ của các hạt nano từ; đánh giá độc
tính và thử nghiệm tác động lên tế bào, hướng tới mục đích làm thuốc tăng tương phản
trong chẩn đốn hình ảnh bằng kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, ứng dụng trong
xác định chính xác mơ bệnh ung thư.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Bản thân việc tổ chức thực hiện đề tài đã có ý nghĩa quan trọng đối với phát triển
một hướng khoa học công nghệ đa ngành là Công nghệ nano cho Y học. Sẽ có sự trao
đổi học thuật, học hỏi lẫn nhau giữa các nhóm nghiên cứu trong các ngành xưa nay
xem như độc lập với nhau. Về mặt khoa học, từ độ của hệ hạt từ cho ứng dụng y sinh
bị ảnh hưởng rất mạnh bởi nhiều yếu tố mà cơ chế của các ảnh hưởng này vẫn là vấn
đề chưa được nghiên cứu một cách cơ bản.
Đối với ứng dụng chẩn đốn và điều trị bệnh ung thư, cơng nghệ nano nói chung
đang tạo một kỳ vọng lớn, đó là có thể đóng góp vào việc giải quyết vấn đề chẩn đốn

bệnh sớm và thuốc đưa tới đích hay vùng can thiệp được khu trú tại đích. Đề tài thực
hiện có đặt mục tiêu dùng chất lỏng từ nâng cao được độ tương phản chụp ảnh cộng
hưởng từ hạt nhân (CHTHN), có thể góp phần phân tích mơ ung thư giai đoạn sớm.
Phương pháp nghiên cứu:
Luận án được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với kỹ thuật tính
tốn bằng số. Mẫu nghiên cứu được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt và phân hủy
nhiệt. Nghiên cứu cấu trúc của mẫu bằng các kỹ thuật nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi
điện tử (FESEM, TEM và HRTEM). Tính chất từ của vật liệu được khảo sát bằng các
phép đo từ trên hệ từ kế mẫu dung (VSM). Sử dụng phương pháp phổ hấp thụ hồng
ngoại (FTIR), phân tích trọng lượng (TGA) để đánh giá sự có mặt của các nhóm chức
trên bề mặt hạt và sự suy giảm khối lượng của lớp polymer bọc hạt từ. Kỹ thuật tán xạ
laze động (DLS) xác định kích thước thủy động và độ bền của chất lỏng từ. Thực
nghiệm đánh giá độc tính qua thí nghiệm in-vitro. Phương pháp chụp ảnh MRI trọng
2


T1, trọng T2 dùng cho các nghiên cứu tăng độ tương phản ảnh các mẫu vật liệu chế tạo
(trên máy 1.5T MRI scanner, SIEMENS MAGNETOM, Germany).
Nội dung nghiên cứu của luận án:
1. Tổng hợp thành công hạt nano từ Fe3O4 có kích thước hạt đồng đều và từ độ
bão hịa cao bằng phương pháp thủy nhiệt và phân hủy nhiệt.
2. Chế tạo thành cơng các mẫu chất lỏng từ có độ bền cao trên nền hạt Fe3O4 tổng
hợp bằng hai phương pháp trên.
3. Nghiên cứu đánh giá độc tính và độ bền của hệ chất lỏng từ.
4. Nghiên cứu khả năng ứng dụnglàm chất tăng cường độ tương phản ảnh trong
kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI.
Bố cục của luận án:
Luận án có 137 trang (chưa bao gồm tài liệu tham khảo, phụ lục), bao gồm phần
mở đầu, 5 chương nội dung và kết luận.
Các kết quả chính của luận án được cơng bố trong 09 cơng trình được cơng bố,

trong đó gồm có 01 bài báo thuộc danh sách SCI đã được đăng, 01 bài thuộc danh sách
SCI đã gửi và đang phản biện, 05 bài báo trên tạp chí Quốc gia, 01 bài báo đăng trong
kỷ yếu hội nghị Khoa học Quốc gia, và đã đăng kí 01 sở hữu trí tuệ (SC) đã được cơng
bố trên tập A Cơng báo sở hữu cơng nghiệp.
Kết quả chính của luận án:
Đã khảo sát ảnh hưởng và tối ưu hóa các điều kiện cơng nghệ lên cấu trúc và tính
chất từ của hệ hạt nano Fe3O4 bọc chitosan (CS) chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt.
Đã chế tạo thành công chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 bằng phương pháp phân
hủy nhiệt bằng cách chuyển pha và bọc bằng polyme PMAO. Mẫu chất lỏng
Fe3O4@PMAO có độ bền cao trong các điều kiện khác nhau, các hạt đơn phân tán,
kích thước đồng đều.
Đã đánh giá độc tính của chất lỏng từ trên mẫu tiêu biểu với các dòng tế bào khác
nhau, kết quả đều cho chỉ số IC50 tốt. Mẫu chất lỏng chế tạo khơng có khả năng gây
độc tế bào, đây là cơ sở để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo trên động vật.
Đã xác định độ hồi phục CHTHN của 2 hệ Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO cho thấy các
hệ chế tạo đều cho giá trị r2 cao đạt trên 150 mM-1s-1 đối với mẫu Fe3O4@PMAO, cao
hơn cả chất thương phẩm Resovist. Các chất này, khi đưa thử nghiệm chụp ảnh MRI đều
thể hiện tiềm năng tốt cho ứng dụng làm tăng độ tương phản.
Đã nghiên cứu in-vitro, ex-vivo và in-vivo khả năng tăng tương phản MRI cho
thấy nhiều chất lỏng từ của nhóm đề tài chế tạo đều thể hiện tính tăng tương phản tốt.
Áp dụng hệ Fe3O4@PMAO cho khối u rắn dưới da và u gan, cho thấy tiềm năng cho
phép quan sát hình dáng và cấu trúc chi tiết khối u, hỗ trợ cho chẩn đoán và điều trị.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL VÀ PHƯƠNG
PHÁP CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP MRI
1.1. Cấu trúc và tính chất từ của vật liệu ferit spinel
1.1.1. Cấu trúc của vật liệu ferit spinel

Ferit spinel là thuật ngữ dùng để chỉ loại vật liệu có cấu trúc hai phân mạng mà
các tương tác giữa chúng là phản sắt từ hoặc ferit từ. Một đơn vị ô cơ sở của ferit spinel
(với hằng số mạng tinh thể a  8,4 nm) được hình thành bởi 32 nguyên tử O2- và 24
cation (Fe2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Mg2+, Fe3+ và Gd3+). Trong một ơ cơ sở có 96 vị
trí cho các cation (64 ở vị trí bát diện, 32 ở vị trí tứ diện). Số cation ở vị trí bát diện
nhiều hơn ở vị trí tứ diện (A), cụ thể có 16 cation chiếm ở vị trí bát diện (B) trong khi
đó ở vị trí tứ diện chỉ có 8 cation (bao gồm cation hóa trị 2+ hoặc 3+).
1.1.2. Tính chất từ của vật liệu ferit spinel
Theo lý thuyết trường phân tử, nguồn gốc từ tính trong vật liệu ferit spinel là do
tương tác trao đổi gián tiếp giữa các ion kim loại (ion từ tính) trong hai phân mạng A
và B thông qua các ion ôxy.
1.1.3. Từ tính của vật liệu từ dạng hạt kích thước nano mét
Hiện tượng (hay trạng thái) siêu thuận từ xảy ra đối với các chất sắt từ có cấu tạo
bởi các hạt tinh thể nhỏ. Khi kích thước hạt lớn, hệ sẽ ở trạng thái đa đômen (tức là
mỗi hạt sẽ cấu tạo bởi nhiều đơmen từ). Khi kích thước hạt giảm dần, chất sẽ chuyển
sang trạng thái đơn đơmen, có nghĩa là mỗi hạt sẽ là một đơmen. Khi kích thước hạt
giảm quá nhỏ, năng lượng định hướng (mà chi phối chủ yếu ở đây là năng lượng dị
hướng từ tinh thể nhỏ hơn nhiều so với năng lượng nhiệt, khi đó năng lượng nhiệt sẽ
phá vỡ sự định hướng song song của các momen từ) và khi đó momen từ của hệ hạt sẽ
định hướng hỗn loạn như trong chất thuận từ.
1.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano từ trong và ngồi nước
Tại Việt nam, một số nhóm nghiên cứu ở Viện Khoa học vật liệu, Trung tâm Đào
tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu - Trường ĐH Bách khoa Hà nội và ĐH Quốc gia Hà
nội (ĐHQGHN) cũng đã có cơng bố về chế tạo các hạt nano từ cho ứng dụng y sinh và
cho các nghiên cứu cơ bản.
1.3 . Các phương pháp chế tạo chất lỏng từ
1.3.1. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano từ
Với các ứng dụng trong y sinh, vật liệu thường được chế tạo bằng một số phương
pháp hoá học như phương pháp đồng kết tủa, solgel, vi nhũ tương, thủy nhiệt, phân
hủy nhiệt, vi lưu, v.v.. Các phương pháp hóa học có thể tạo ra các hạt nano với độ đồng

nhất khá cao và tạo môi trường thuận lợi để có thể bọc hạt và chuyển pha các hạt từ
môi trường dầu sang môi trường nước. Mỗi phương pháp nêu trên đều có những đặc
điểm khác nhau.
4


1.3.2. Các công nghệ bọc hạt trong dung môi nước
Đối với các hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong dung mơi
nước thì việc bọc hạt hay chức năng hóa bề mặt hạt nano sau khi chế tạo là một yếu
tố rất quan trọng để có thể vừa đảm bảo được tính chất từ cũng như tính tương hợp
sinh học. Khi bề mặt được bọc và chức năng hóa, các hạt nano dễ dàng phân tán
trong một dung môi phù hợp và trở thành những hạt keo đồng nhất gọi là chất lỏng
từ.
1.3.3. Các quy trình chuyển pha từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước
Để thu được các hạt nano từ có chất lượng cao, việc chế tạo mẫu thường được tiến
hành trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao như: benzyl ther, phenyl ether,
octadecene… Do đó, trước khi có thể sử dụng trong y sinh, các hạt nano từ này cần
phải được chuyển từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước thơng qua các quy trình
chuyển pha (phase transfer process).
1.4. Ứng dụng của hệ hạt nano từ trong y sinh
Các hạt nano từ có tiềm năng ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau.
Trong y sinh, các hạt nano từ có thể được sử dụng để tách chiết các phân tử sinh học
dùng từ trường, các chất dẫn thuốc hướng đích, các chất làm tăng độ tương phản trong
kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và ứng dụng đốt từ bằng từ trường trong điều
trị bệnh ung thư. Tuy nhiên, luận án này tập trung nghiên cứu định hướng ứng dụng
hạt nano từ Fe3O4 làm chất tăng cường ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI).
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.1. Tổng hợp hệ chất lỏng từ Fe3O4@CS tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt
Hệ hạt nano chất lỏng từ Fe3O4@CS được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt
theo sơ đồ hình 2.1.

Hình 2.1. Quy trình tổng hợp hệ chất lỏng từ Fe3O4@CS.
5


2.2. Tổng hợp hệ hạt nano Fe3O4@OA/OLA bằng phương pháp phân hủy nhiệt
Hệ hạt nano Fe3O4@OA/OLA được tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt
theo sơ đồ hình 2.2.

Hình 2.2. Quy trình chế tạo hạt nano Fe3O4@OA/OLA.
2.3. Chuyển pha hạt nano từ từ dung mơi hữu cơ sang nước
Q trình chuyển pha hạt nano từ từ dung môi hữu cơ sang nước được thực hiện
theo sơ đồ hình 2.3.

F e 3O 4

F e 3O 4

F e 3O 4

Hình 2.3. Quy trình bọc và chuyển pha bằng PMAO.
2.4. Các phương pháp đặc trưng
Nghiên cứu cấu trúc của mẫu bằng các kỹ thuật nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử.
Tính chất từ được khảo sát bằng các phép đo từ trên hệ từ kế mẫu rung. Sử dụng phổ
6


hấp thụ hồng ngoại, phân tích trọng lượng để đánh giá sự có mặt của các nhóm chức
trên bề mặt hạt và sự suy giảm khối lượng của lớp polymer bọc hạt từ. Kỹ thuật tán xạ
laze động xác định kích thước thủy động và độ bền của chất lỏng từ.

2.5. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Trong các nghiên cứu thực nghiệm hố học và cơng nghệ hố học, có rất nhiều
các bài tốn thực nghiệm được mơ tả thành bài toán cực trị: xác định điều kiện tối ưu
của quá trình, thành phần tối ưu của hỗn hợp… Quy hoạch hoá thực nghiệm cho phép
thay đổi đồng thời tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng thời cho phép đánh
giá định lượng các hiệu ứng cơ bản và các hiệu ứng tương tác đồng thời của các yếu
tố, từ đó tối ưu hóa được các yếu tố cơng nghệ.
2.6. Đánh giá độc tính của chất lỏng từ lên tế bào ung thư
Đánh giá khả năng gây chết tế bào ung thư và tế bào lành của chất lỏng từ chế tạo.
2.7. Thử nghiệm khả năng làm chất tương phản trong kỹ thuật chụp anh MRI
Thực nghiệm chụp ảnh MRI trọng T1, trọng T2 dùng cho các nghiên cứu tăng độ
tương phản ảnh các mẫu vật liệu chế tạo (trên máy 1.5T MRI scanner, SIEMENS
MAGNETOM, Germany).
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN OXIT SẮT
TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT
3.1. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu
Bảng 3.1. Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng
từ theo từng thí nghiệm
Nhiệt
Mức độ
STT
Thời Nồng độ Từ độ bão
độ ủ
hòa
gian
Fe3+
A
B
C
mẫu

(emu/g)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

+
+
-1,414
1,414
0
0
0
0
0
0
0

+
+
0

0
-1,414
1,414
0
0
0
0
0

+
+
0
0
0
0
-1,414
1,414
0
0
0

180
180
120
120
107,57
192,43
150
150
150

150
150
150
150

7

4,00
2,00
4,00
2,00
3,00
3,00
1,59
4,41
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00

0,1
0,25
0,25
0,10
0,17
0,17
0,17
0,17
0,07

0,28
0,17
0,17
0,17

34,73
53,22
61,89
57,26
55,38
63,21
61,4
60,07
46,67
59,96
66,67
63,32
64,68


0.05

Yếu tố

p-value

0.04
0.03
0.02
0.01

C2

BC

A

A2

C

B2

AB

AC

B

0

Mơ hình
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2

C2

Giá trị p
prob > F
35.75
0,0068a
10.64
0,0038a
7.31
0,0457b
30.64
0,0116b
9.27
0,0308b
76,96
0,0031a
5,83
0,0346b
33,46
0,0103b
21,85
0,0185b
107,69
0,0019a
2
R =0,9908

Giá trị F

Variable

Hình 3.2. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu q trình tổng hợp các yếu tố (a có ý
nghĩa độ tin cậy α= 0,01; bcó ý nghĩa độ tin cậy α=0,05)

Hình 3.3. Đồ thị bề mặt đáp ứng biểu diễn sự tác động của từng cặp yếu tố (AB, AC)
đến giá trị từ độ và mức độ mong muốn theo các cặp tương tác.
Phân tích sự phù hợp của mơ hình và sự có ý nghĩa của mơ hình được đánh giá
qua phân tích ANOVA (hình 3.2) và các chỉ số tương quan. Sự có ý nghĩa của các hệ
số hồi quy được kiểm định bởi chuẩn F, với các giá trị p< 0,05 cho biết các hệ số hồi
quy có ý nghĩa. Như vậy, ở hình 3.2 cho thấy giá trị “Model- F-value” là 35,75, mơ
hình hồn tồn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 99,08%. Với tất cả các yếu tố nhiệt
độ ủ mẫu, thời gian, nồng độ Fe3+ và từng cặp các yếu tố này đều có giá trị p<0,05 cho
biết từng yếu tố này cũng tương tác với nhau và đều có ý nghĩa (hình 3.2) điều này
được minh họa rõ hơn khi quan sát bề mặt đáp ứng ở hình 3.3.
Hình 3.4 mơ tả đường fit theo hàm Langevin của các mẫu ở điều kiện tối ưu M11
- M13 tại từ trường 10 kOe. Từ hình này cho thấy số liệu thực nghiệm trên đường đo
8


M(H) của tất cả các mẫu được đo ở nhiệt độ 300K gần trùng khớp theo hàm Langevin
với độ chính xác cao (R2 > 0,998).

Hình 3.4. Đường M(H) fit theo hàm Langevin của mẫu tại điều kiện tối ưu
3.2. Đặc trưng về cấu trúc và hình thái của hạt nano từ tính Fe3O4@CS

(a)

(b)

(c)

Hình 3.5. Ảnh nhiễu xạ tia X (a) và phổ FTIR (b) và giãn đồ TGA của vật liệu nano
Fe3O4, CS và vật liệu nano Fe3O4@CS (c)
Hình 3.5a cho thấy tất cả các vạch nhiễu xạ của các mẫu đều trùng vạch chuẩn của
Fe3O4 với cấu trúc spinel. Việc kết hợp với Chitosan làm các pic của mẫu nano
Fe3O4@CS có độ nhiễu hơn các pic của mẫu Fe3O4 tinh khiết tuy nhiên không làm thay
đổi cấu trúc tinh thể. Hình 3.5b (a) cho thấy, trên phổ hồng ngoại của mẫu Fe3O4@CS
xuất hiện các dao động đặc trưng liên quan đến các nhóm chức của hạt Fe3O4 và lớp vỏ
bọc CS. Điều này chứng tỏ rằng các hạt nano Fe3O4 đã được bọc bởi CS.
Trên ảnh TEM (hình 3.6), các hạt có dạng hình cầu với kích thước nhỏ từ 12-18
nm và tương đối đồng đều, các hạt sau khi bọc Fe3O4@CS có kích thước lớn hơn so
với hạt Fe3O4 trước khi bọc. Tuy nhiên các hạt khi phân tán trong nước chưa được dạng
đơn phân tán, các nhóm có hiện tượng co nhóm lại với phần lớp vỏ hữu cơ chitosan
khoảng 21,5% (hình 3.5c).

9


Hình 3.6. Ảnh TEM hạt Fe3O4@CS điều chế ở điều kiện tối ưu chế tạo bằng phương
pháp thủy nhiệt.
3.3. Đặc trưng về độ bền của hệ chất lỏng từ Fe3O4@CS

Hình 3.7. Giản đồ phân bố kích thước hạt (DLS) của chất lỏng từ Fe 3O4@CS tại các
giá trị pH (a) và nồng độ muối NaCl khác nhau (b)
Bằng việc xác định độ bền của mẫu chất lỏng Fe3O4@CS trong môi trường trường
sinh lý cho thấy mẫu chất lỏng có độ bền cao trong dải pH rộng, thời gian dài và có độ
bền khi nồng độ muối lên tới 300 mM. Điều này cho thấy, mẫu chất lỏng Fe3O4@CS
có tính chất phù hợp trong điều kiện y sinh.
3.4. Thử nghiệm đánh giá độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan

Hình 3.8. Tỷ lệ sống sót của tế bào Sarcoma 180 sau khi ủ trong 48 tiếng với
Fe3O4@CS. Dãy đồng độ thử nghiệm: (C1): 500 µg/ml, (C2): 250 µg/ml, (C3): 125
µg/ml, (C4): 62,5 µg/ml, (C5): 30,25 µg/ml and (C6): 15,125 µg/ml. Các giá trị được
biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (SD) (a); Hình thái tế bào
Sarcoma 180 quan sát dưới kính hiển vi soi ngược. CA: đối chứng sinh học. CB: Đối
chứng dung môi DMSO
10


Kết quả của thử nghiệm MTT được thể hiện trong hình 3.8, qua đó, chất lỏng nano
từ Fe3O4@CS khơng gây độc cho tế bào Sarcoma 180 với 83% - 106% tế bào sống sót
sau khi ủ 48 tiếng với chất lỏng nano từ với các nồng độ 15.125 µg/ml và 30.25 µg/ml.
Khi tiến hành tăng nồng độ hạt nano lên tới 62.5 µg/ml, 125 µg/ml, 250 và 500 µg/ml,
tỷ lệ tế bào sống sót giảm xuống tương ứng là 66.1%, 38.4%, 17.8% và 2.8135%. Theo
đó, độc tính của chế phẩm nano từ Fe3O4@CS có tính chất tuyến tính với nồng độ khi
sự gia tăng nồng độ chất lỏng từ dẫn tới việc làm giảm sự sinh trưởng của tế bào. Từ
kết quả thử nghiệm in vitro thu được cũng như so sánh với các cơng bố gần đây, có thể
kết luận rằng vật liệu nano từ bọc chitosan Fe3O4@CS không gây độc lên dòng tế bào
ung thư chuột Sarcoma 180.
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN OXIT SẮT
TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY NHIỆT
4.1. Ảnh hưởng của dung mơi và nhiệt độ lên tính chất của hạt Fe3O4

Hình 4.1. Giản đồ XRD của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các nhiệt độ phản
ứng khác nhau trong các dung môi khác nhau
Bằng việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhận thấy mẫu được chế tạo ở nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ dung môi cho các hạt có kích thước nhỏ, khơng đồng đều, biên
hạt khơng rõ nét. Dung môi dibenzyl ether cho các hạt không đồng nhất về hình dạng,
kích thước khơng đồng đều so với dung mơi octadecene. Các hạt có kích thước đồng
đều với biên hạt rõ nét hơn khi nhiệt độ phản ứng được tăng lên 300 đến 310 oC và 320

o
C. Điều này cho thấy nhiệt độ và bản chất của dung mơi là yếu tố quan trọng trong
q trình hình thành và phát triển hạt.
11


Hình 4.1. Đường cong từ hóa và đường cong từ hóa phóng đại trong vùng từ trường
nhỏ dùng để xác định Hc của các mẫu ở các nhiệt độ trong các dung mơi khác nhau
Giá trị từ độ bão hịa Ms tăng từ 51 emu/g (OIO-DIO1) đến 59 emu/g (OIO-DIO2)
và 62 emu/g (OIO-DIO3) khi thay đổi nhiệt độ phản ứng từ 270oC đến 310oC (hình
4.1c).
4.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên cấu trúc và tính chất từ

Hình 4.2. Ảnh TEM của các hạt mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các thời gian khác nhau
ở nhiệt độ phản ứng 310 oC
Hình 4.2 cho thấy trong tất cả các
mẫu đều có mặt các hạt hình cubic và
hình cầu với kích thước tương đối đồng
đều. Kích thước hạt trung bình (DXRD)
của các mẫu tăng từ 5,2 nm đến 11,2 nm
tương ứng với thời gian phản ứng tăng
từ: 0,5 giờ đến 2 giờ. Nhìn vào ảnh TEM
chúng ta nhận thấy biên hạt trở nên rõ nét
hơn khi thời gian phản ứng tăng.
Hình 4.3 là các đường cong từ hóa
của các mẫu Fe3O4 chế tạo với các thời Hình 4.3. Đường cong từ hóa và đường
gian phản ứng khác nhau. Như vậy, bằng
cong từ hóa phóng đại trong vùng từ
việc thay đổi thời gian phản ứng, các
mẫu hạt nano Fe3O4 đơn pha có kích trường nhỏ dùng để xác định Hc của các

mẫu ở các thời gian khác nhau
thước từ 7,52 nm đến 13,15 nm tương
ứng với giá

12


trị từ độ tăng từ 53 emu/g đến 65 emu/g đã được chế tạo. Tuy nhiên, thời gian kéo dài
có thể dẫn đến kích thước hạt lớn do đó giá trị lực kháng từ lớn và có thể khơng đạt
được trạng thái siêu thuận từ.
4.3. Chế tạo chất lỏng từ chứa hạt nano từ tính Fe3O4 bọc bằng PMAO

F e 3O 4

F e 3O 4

F e 3O 4

(a)
(b)
Hình 4.4. Ảnh mẫu Fe3O4 trước và sau khi chuyển pha trong (a) và ảnh HRTEM của
hạt Fe3O4 trước khi bọc PMAO trong dung môi hexane và hạt Fe3O4 bọc bởi PMAO
trong nước (b)
Hình 4.4a là ảnh chụp của mẫu trước và sau khi chuyển pha bằng PMAO trong
dung môi n-hexane và nước. Có thể thấy mẫu trước khi bọc PMAO phân tán rất tốt
trong hexane và hồn tồn khơng phân tán trong nước. Sau khi bọc PMAO, bề mặt của
các hạt Fe3O4 trở thành hydrophilic và phân tán tốt trong nước, không phân tán trong
hexane. Như vậy, có thể nhận định rằng lớp polyme đã bao phủ lên bề mặt các hạt và
giúp chúng ổn định, phân tán tốt trong nước.

Hình 4.5. Ảnh TEM của các mẫu Fe3O4@PMAO pha loãng ở các nồng độ khác nhau
Quan sát ảnh TEM và HR-TEM trên hình 4.4 và hình 4.5 cho thấy các mẫu sau
khi bọc vẫn có cả dạng hình cầu, với kích thước hạt phân bố đồng đều. Kích thước hạt
của các mẫu sau khi bọc đều lớn hơn so với kích thước hạt của mẫu ban đầu, tương
ứng với kích thước trung bình là 9,6 nm và 12,1 nm.

Hình 4.6. Đường M(H) ở nhiệt độ phòng của các mẫu Fe3O4, Fe3O4@PMAO (a) và
phổ FTIR của Fe3O4 với lớp vỏ bọc OA, OLA và PMAO (b)
13


Từ hình 4.6 có thể thấy, số liệu thực nghiệm trên đường đo M(H) của mẫu chưa
bọc (Fe3O4) và mẫu chất lỏng chứa hạt Fe3O4@PMAO khớp hoàn toàn theo hàm
Langevin, có thể cho rằng các mẫu chất lỏng từ này có tính chất siêu thuận từ ở nhiệt
độ phịng.

Hình 4.7. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO sau 1
tháng chế tạo (a) 3 tháng (b) và sau 6 tháng chế tạo (c)
Khả năng đáp ứng về độ bền trong môi trường sinh lý cơ thể cũng là một trong
những yêu cầu đối với hạt nano từ cho ứng dụng y sinh. Như chúng ta đã biết nồng độ
muối trong cơ thể duy trì trong khoảng 165 ÷ 180 mM, độ pH  7,5. Vì vậy, chúng tôi
đã tiến hành khảo sát độ bền của mẫu chuyển pha trong môi trường muối sinh lý với
nồng độ lần lượt là 100 mM, 200 mM, 250 mM và 300 mM với pH là 7,5. Kết quả
khảo sát cho thấy các hạt bọc PMAO tổng hợp được hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về độ
bền cho mục đích y sinh.

Hình 4.8. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO ở các nồng
độ muối khác nhau
4.4. Thử nghiệm đánh giá độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4 chuyển pha và bọc
bằng PMAO

Hình 4.9. Kết quả độc tính của hệ nano từ Fe3O4@PMAO trên ba dịng tế bào ung
thư người Hep-G2, MCF-7 và RD cùng 1 dòng tế bào lành của khỉ Vero. Nồng độ
của Fe3O4@PMAO trong đồ thì này là 25 ug/ml; DMSO được dùng làm đối chứng
dung môi và chất chuẩn pha trong DMSO được dùng làm đối chứng dương. Hình ảnh
tế bào quan sát dưới kính hiển vi Optika 4083.B1 với vật kính 40X.
14


Độc tính trên tế bào của hệ vật liệu nano từ PMAO được đánh giá trên ba dòng tế
bào ung thư người Hep-G2, MCF-7, RD và một dòng tế bào lành từ khỉ Vero bằng
phương pháp Sulforhodamine B (SRB). Kết quả phân tích SRB trên bốn dịng tế bào
được biểu diễn trong hình 4.9 cho thấy DMSO tại nồng độ thử nghiệm khơng có tác
động gây độc trên tế bào với 100% tế bào tăng sinh trong khi chất chuẩn ở mẫu đối
chứng dương lại gần như diệt toàn bộ tế bào ung thư chỉ sau 72h và gây ức chế tăng
sinh mạnh đối với tế bào lành. So sánh với kết quả của đĩa ủ với hệ chất lỏng nano từ
Fe3O4@PMAO, nhận thấy các giá trị gần như không thay đổi nhiều so với đối chứng
dung môi với tỷ lệ tế bào tăng sinh trên dòng tế bào Hep-G2, MCF-7, RD và Vero lần
lượt là 95.45%, 99.64%, 99.63% vào 100%. Qua đó kết luận rằng hệ vật liệu
Fe3O4@PMAO hồn tồn khơng có tác dụng gây độc lên bốn dịng tế bào này. Điều
này cho thấy vật liệu Fe3O4@PMAO có tiềm năng lớn trong ứng dụng chẩn đốn hình
ảnh và điều trị ung thư.
CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG ĐỘ HỒI PHỤC R1, R2, THỬ NGHIỆM ĐỢC
TÍNH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỢ TƯƠNG PHẢN ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP
ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI
5.1. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của hệ chất lỏng từ
Hình 5.1 và hình 5.2 là ảnh cộng hưởng từ của mẫu chất lỏng từ Fe 3O4@PMAO
ở các nồng độ: 2,5 µg/ml, 5,0 µg/ml, 10 µg/ml, 15 µg/ml, 25 µg/ml và 30 µg/ml theo
chế độ trọng T1, T2 ở các điều kiện chụp giá trị TR, TE khác nhau.

TE = 12; TR = 100
TE = 12; TR = 200
TE = 12; TR = 400
Hình 5.1. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W, TR=
100 ms (a), TR =200 ms (b), TR =400 ms (c), TE =12 ms đối với các mẫu (A) hệ nano
từ Fe3O4@PMAO trong môi trường agar 2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi
trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3)
10,0 µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5) 25,0 µg/ml và (6) 30,0 µg/ml.

TE = 11; TR = 3970

TE = 57; TR = 3970

TE = 23; TR = 3970

TE = 91; TR = 3970
15

TE = 34; TR = 3970

TE=113;


TR=3970

TE = 91; TR = 3970
Hình 5.2. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W, TE
=11 ms (a), TE =23 ms (b), TE = 34 ms (c), TE= 57 ms (d), TE =91 ms (e), TE =113
ms (f), TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO trong môi
trường agar 2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường agar 2%. Nồng độ sắt

từ trong mỗi giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3) 10,0 µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5)
25,0 µg/ml và (6) 30,0 µg/ml.
Từ hình 5.1 và hình 5.2 ta thấy, mẫu đối chứng agar 2% có ảnh mầu trắng là mẫu
có nồng độ C = 0 µg/ml (khơng có nồng độ của mẫu chất lỏng Fe 3O4@PMAO). Sáu
ảnh thứ tự từ trắng đến đen đặt trong các giếng theo chiều từ trái sang phải là của các
mẫu có nồng độ tương ứng: 2,5; 5; 10; 15; 25; và 30 µg/ml. Sự tương phản thay đổi rất
rõ ràng khi thay đổi một lượng nhỏ nồng độ của mẫu Fe 3O4@PMAO. Các chất tương
phản ảnh MRI có tác động giống nhau là làm tăng giá trị tín hiệu chế độ chụp ảnh trọng
T1 (tăng tốc độ hồi phục dọc R1) và làm giảm tín hiệu chế độ chụp trọng T2 (giảm tốc
độ hồi phục ngang R2). Nghịch đảo của các thời gian hồi phục T1, T2 là tốc độ hồi
phục R1, R2. Tuy vậy, khả năng tăng hay giảm tín hiệu này lại phụ thuộc vào độ hồi
phục ri (i = 1,2, tương ứng cho hồi phục dọc và hồi phục ngang) của từng chất lỏng từ
cụ thể. Độ hồi phục ri của các chất lỏng từ có thể xác định từ quan hệ tuyến tính giữa
tốc độ hồi phục Rx:
R1,2 = 1/T1,2 = Ro1,2 + r1,2.C
(5.1)

Hình 5.3. Đường cong hồi phục T2 (suy giảm về 0) đo cho các mẫu chất lỏng
từ Fe3O4@PMAO (a) Fe3O4@CS (b) ở các nồng độ khác nhau.

16


(a)

(b)

Hình 5.4. Tốc độ hồi phục ngang (a) và hồi phục dọc (b) của mẫu chất lỏng từ
Fe3O4@PMAO (a) và Fe3O4@CS (b).
Bảng 5.1. .Việc làm khớp hàm phụ thuộc của R1 và R2 vào nồng độ mẫu chất

lỏng theo biểu thức (5.1) cho thấy sự phụ thuộc này là tuyến tính. Từ bảng 5.1, ta thấy
rằng mẫu chất lỏng từ chuyển pha, bọc bằng PMAO và bọc bằng CS của chúng tôi cho
độ hồi phục ngang cao hơn hẳn giá trị của chất thương phẩm Resovist và một số sản
phầm thương mại. Như vậy, đúng như mong muốn, chất lỏng từ hạt siêu thuận từ trên
nền Fe3O4 của chúng tôi có thể sử dụng làm chất tăng tương phản chụp ảnh MRI theo
chế độ trọng T2 tốt được.
5.2. Đánh giá khả năng tăng tương phản ảnh chụp cộng hưởng từ in vitro trong
các môi trường khác nhau
5.2.1. Đánh giá khả năng tương phản trong môi trường nước của hệ chất lỏng từ và
sản phẩm thương mại Resovist.

(a)
(b)
Hình 5.5. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W, TE=
62 ms (a), TE =75 ms (b), TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ
Fe3O4@PMAO trong môi trường nước, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist)
trong môi trường nước, (C) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong mơi trường agar 2%, (D)
Mẫu đối chứng (khơng có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi
giếng là (1) 5,0 µg/ml, (2) 10,0 µg/ml, (3) 15,0 µg/ml, (4) 30,0 µg/ml, (5) 45,0 µg/ml.
Khi loại bỏ ảnh hưởng của những yếu tố như protein và lipid từ tế bào, hình ảnh
MRI trên mơi trường nước cho thấy Fe3O4 bọc polyme PMAO cho độ tương phản tốt
hơn ở T2, resovist cho độ tương phản tốt hơn ở T1.
17


TE=15; TR=100 (a)
TE=15; TR=400 (b)
Hình 5.6. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W trong
môi trường nước, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =15 ms đối với các mẫu (A) hệ
nano từ Fe3O4@PMAO trong môi trường nước, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran

(Resovist) trong môi trường nước, (C) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường nước,
(D) Mẫu đối chứng (không có hạt từ) trong mơi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi
giếng là (1) 5,0 µg/ml, (2) 10,0 µg/ml, (3) 15,0 µg/ml, (4) 30,0 µg/ml, (5) 45,0 µg/ml.
Từ hình 5.5 ta thấy, mẫu đối chứng nước cất ở dãy giếng (cột dọc) cuối cùng có
ảnh màu trắng là mẫu có nồng độ C=0 µg/mL (khơng có nồng độ của mẫu chất lỏng
Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO, Resovit). 3 dãy giếng ngang từ trên xuống được chuẩn bị
ứng với nồng độ của các mẫu Fe3O4@PMAO, Resovist và mẫu Fe3O4@CS thủy nhiệt
có nồng độ tương ứng: 5, 10, 15, 30 và 45 µg /ml. Sự tương phản thay đổi rất rõ ràng
khi thay đổi một lượng nhỏ nồng độ của các mẫu Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO cũng như
sản phẩm thương mại Resovist.
Sự khác biệt trong tương phản ảnh ở chế độ chụp T2W (Hình 5.5) được thể hiện rất rõ
ràng. Có thể thấy rõ tín hiệu tối tăng dần theo nồng độ vật liệu nano có trong các giếng
so với đối chứng sinh học (giếng 6) cũng như so sánh giữa các mẫu khác nhau. Ở những
nồng độ cao như 30 µg/ml của mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO tín hiệu tối gần như
chiếm tồn bộ giếng, thậm chí khơng cịn thấy tín hiệu màu sáng (giếng số 4) khi chụp
ở chế độ TE, TR thích hợp, điều đó cho thấy hệ chất lỏng từ Fe 3O4@PMAO có giá trị
từ độ bão hịa cao hơn sẽ cho cường độ tương phản ảnh tốt hơn. Giữa hai mẫu
Fe3O4@CS chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt và Resovist thì khi chụp ở chế độ
T2W thì đều cho sự tương phản so với mẫu đối chứng, hình ảnh tương phản tương
đương nhau.
5.2.2. Đánh giá khả năng tương phản trong môi trường pH thay đổi của hệ chất
lỏng từ và sản phẩm thương mại Resovist.

TE=34; TR=3970 (c)
TE=57; TR=3970 (d)
Hình 5.7. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W trong
môi trường pH khác nhau, TE= 11 ms (a), TE = 23 ms (b), TE =34 ms (c), TE =57
ms (d) đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (B) Hệ nano từ
Fe3O4@Dextran (Resovist). Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong mơi
trường có (1) pH =2, (2) pH =3, (3) pH =7, (4) pH =9, (5) pH =12.

18


Hình ảnh MRI trên mơi trường pH khác nhau cho thấy Fe3O4 bọc polyme cho độ
tương phản tốt hơn ở T2 và cường độ tín hiệu giảm mạnh tại pH=7, mẫu resovist cho
độ tương phản tốt ở T2, cường độ tín hiệu thấp hơn (giếng số 3).

TE=12; TR=100 (a)
TE=12; TR=200 (b)
TE=12; TR=400 (c)
Hình 5.8. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W trong
môi trường pH khác nhau, TR= 100 ms (a), TR = 200 ms (b), TR =400 ms (c), TE
=12 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (B) Hệ nano từ
Fe3O4@Dextran (Resovist). Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong mơi
trường có (1) pH =2, (2) pH =3, (3) pH =7, (4) pH =9, (5) pH =12.
Sự khác biệt trong tương phản ảnh ở chế độ chụp T2W (Hình 5.7) được thể hiện rõ
ràng hơn so với ở chế độ trọng T1 (T1W) (Hình 5.8). Có thể thấy rõ tín hiệu hầu như
khơng thay đổi khí tăng giá trị pH của môi trường từ 2 đến 12. Ở môi trường sinh lý của
mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO tín hiệu tối gần như chiếm tồn bộ giếng, thậm chí
khơng cịn thấy tín hiệu mầu sáng (giếng số 3) khi chụp ở chế độ TE, TR thích hợp, điều
đó cho thấy hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO cho cường độ tương phản ảnh tốt, tương
đương với sản phẩm thương mại Resovist phù hợp trong ứng dụng MRI.
5.2.3. Đánh giá khả năng tương phản trong mơi trường có nồng độ muối thay đổi
của hệ chất lỏng từ và sản phẩm thương mại Resovist.

TE=57; TR=3970 (a)
TE=75; TR=3970 (b)
TE=87; TR=3970 (c)
Hình 5.9. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W trong
môi trường nồng độ muối khác nhau, TE =57 ms (a), TE =75 ms (b), TE 87 ms (c),

TR =3970 ms đối với các mẫu (A) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist), (B) Hệ
nano từ Fe3O4@PMAO, (C) Mẫu đối chứng (khơng có hạt từ) trong môi trường
nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong mơi trường có nồng độ muối
khác nhau (1) 50 mM, (2) 100 mM, (3) 150 mM, (4) 200 mM.
Hình ảnh MRI trên mơi trường có nồng độ muối khác nhau cho thấy Fe 3O4 bọc
polyme và mẫu mẫu resovist đều cho độ tương phản tốt hơn ở T2 và cường độ tín hiệu
tốt ngay tại mơi trường có nồng độ muối cao (200 Mm). Điều này cho thấy, mẫu chất
lỏng Fe3O4@PMAO có tính chất phù hợp trong điều kiện y sinh.

19


TE=12; TR=100 (a)
TE=12; TR=400 (b)
Hình 5.10. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W
trong môi trường nồng độ muối khác nhau, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =12
ms đối với các mẫu (A) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist), (B) Hệ nano từ
Fe3O4@PMAO, (C) Mẫu đối chứng (khơng có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng
độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong mơi trường có nồng độ muối khác nhau
(1) 50 mM, (2) 100 mM, (3) 150 mM, (4) 200 mM.
5.3. Khảo sát khả năng ứng dụng chất lỏng từ trên động vật thí nghiệm
5.3.1. Thử nghiệm in-vivo đánh giá khả năng ứng dụng hệ chất lỏng từ tính nano
Fe3O4 làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật
Các hình ảnh MRI trên thỏ trước và sau khi tiêm chất lỏng từ được chụp ở các
kiểu chụp khác nhau (SAGITAL và CORONAL), chụp theo chế độ T1 (hồi phục dọc)
và chụp theo chế tộ T2 (hồi phục ngang) thể hiện qua hình 5.11 đến hình 5.12.

Hình 5.11. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan của
hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL) trên thỏ, TE= 9,2 ms, TR =659 ms
đối với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ.

Hình 5.11 và hình 5.12 cho thấy hình ảnh các bộ phân của thọ trước khi tiêm hầu
như đều có một màu xám, không phân biệt rõ được vùng ranh giới của các bộ phân nội
quan của Thỏ. Sau khi tiêm chất lỏng từ Fe3O4@PMAO cho thấy hình ảnh theo chế độ
trọng T1 có sự thay đổi cường độ tương phản khơng đáng kể.

Hình 5.12. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mơ gan của
hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL) trên thỏ, TE= 94 ms, TR =3571 ms
đối với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ.
20


Kết quả cho thấy, sau thời gian 10 phút tiêm thuốc (mẫu chất lỏng từ
Fe3O4@PMAO) các cơ quan nội tạng của thỏ trên ảnh MRI đã thể hiện rõ ràng hơn so
với ảnh MRI trước khi tiêm thuốc. So với ảnh MRI chụp theo chế độ T1 thì ảnh MRI
chụp theo chế độ T2 cho độ tương phản rõ nét hơn nhiều. Tại vị trí mơ gan, khi chụp
theo chế độ ảnh trọng T1 với TR=659 ms, TE=9,2 ms với xung spin-echo thì độ sáng
tối hình ảnh tại mơ gan hầu như không thay đổi với tỉ lệ cường độ tín hiệu trước khi
tiêm Ia=325 và cường độ tín hiệu sau khi tiêm Ib=369. Trong khi khi chụp ảnh theo
trọng T2 (TR=3571 ms, TE=94 ms với trình tự xung turbo spin echo - TSE) thì độ sáng
tối hình ảnh tại mơ gan thay đổi với tỉ lệ cường độ tín hiệu giảm Ia/Ib=2,3 lần.

Hình 5.13. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano
Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên thỏ, TE= 112 ms, TR =7500 ms đối
với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước
tiêm, (b) sau tiêm 30 phút, (c) sau tiêm 60 phút.
Từ hình 5.13 cho thấy, sau thời gian 30 phút tiêm thuốc (mẫu chất lỏng từ
Fe3O4@PMAO) hình (B), các cơ quan nội tạng của thỏ trên ảnh MRI đã thể hiện rõ
ràng hơn hơn so với ảnh MRI trước khi tiêm thuốc (hình A) Cụ thể khi lấy một diện
tích tại mô gan trước và sau khi tiêm tương ứng là 1,6 -1,8 cm2 thì cường độ tín hiệu
giảm từ 88,1 xuống 35,8 (tương ứng giảm 2,46 lần so với trước khi tiêm). Điều đó cho

thấy chất lỏng từ có khả năng làm thay đổi độ tương phản rất mạnh. Với các ảnh MRI
được chụp ở thời gian 60 phút (C) cũng cho ảnh rõ nét như ảnh MRI ở thời gian 30
phút (B).
5.3.2. Thử nghiệm in-vivo đánh giá khả năng ứng dụng hệ chất lỏng từ tính nano
Fe3O4 làm thuốc tương phản trong chẩn mô bệnh ung thư bằng kỹ thuật cộng hưởng
từ MRI trên động vật
Khối u rắn dưới da 15 ngày tuổi ở đùi của chuột. Khối u đặc, chưa hoại tử và có
cấu trúc tương đối đồng nhất. Chúng tôi tiến hành chụp MRI và thu được hình ảnh chụp
ở thời điểm ngay sau khi tiêm trực tiếp hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO vào khối u chuột
và tiêm theo tĩnh mạch (Hình 5.14 và hình 5.15). Để đánh giá sự phân bố của hệ nano
Fe3O4@PMAO trong khối u rắn dưới da chuột, khối u sau khi được tiêm hệ nano từ sẽ
được theo dõi theo thời gian dưới góc chụp 90o theo kiểu Axial và Coronal.
Ở Hình 3.9, thấy rõ được khối u của chuột C, F, G. Khối u của chuột C, E, F, G
có độ tương phản cao hơn nhiều (tối hơn) so với khối u của chuột B. Cường độ tín hiệu
tại khối u thay đổi từ 284,6 xuống 249 tương ứng với chuột F và G. Điều đó cho thấy
chất lỏng từ đã bắt đầu lan đều trên khắp khối u và đã làm thay đổi cường độ tín hiệu.
Trong khi đối với chuột C, mặc dù đưa chất lỏng từ theo tĩnh mạch những cũng đã có
sự thay đổi tín hiệu tại khối u rõ ràng, cụ thể cường độ tín hiệu tại chuột đối chứng ung
thư B là 296,5 giảm xuống 226,8.
21


Hình 5.14. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano
Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên chuột, TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột.
Với kích thước hai chiều trung bình khoảng 15x10 mm, trong điều kiện bình
thường, gần như khơng quan sát được sự có mặt của khối u trên cơ thể chuột. Tuy
nhiên, sau khi tiêm hệ nano từ Fe3O4@PMAO, có thể nhận thấy một vùng tối màu có
hình dạng tương tự khối u xuất hiện trên ảnh chụp (Hình 3.9). Như vậy, sự có mặt của
hạt nano từ đã hỗ trợ hệ thống chụp cộng hưởng từ 1,5T phát hiện được khối u ngay ở
nồng độ vật liệu thấp (0,18 mg hạt từ). (Hình 3.10). Như vậy lượng tiêm 0,18 mg hạt

từ cho phép phát hiện khối u trên hình ảnh nhưng chưa đủ để hệ nano có thể phát tán
ra tồn bộ khối u trong thời gian 15 phút, tín hiệu chụp cho thấy vật liệu nano gần như
bao phủ toàn bộ khối u vào thời điểm 30 phút sau khi tiêm và duy trì liên tục trong gần
1h sau đó (Hình 3.10).

22


Hình 5.15. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano
Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên khối u chuột sau khi tiêm tiêm trực tiếp
khối u, TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột. (a) không tiêm, (b) ngay sau tiêm, (c) sau
15 phút, (d) sau 30 phút.
Với lượng hạt nano từ tiêm vào khối u, hình ảnh cho thấy có sự lan rộng của vật
liệu theo thời gian (Hình 5.15). Kết quả thu được trên ảnh MRI cho thấy sau khi tiêm
trực tiếp chất lỏng từ vào khối u thì xuất hiện vùng tối màu rõ rệt, khác biệt so với
chuột đối chứng ung thư không tiêm, đồng thời thấy rõ độ tương phản vùng khối u,
vành khối u, kích thước khối u sau khi tiêm 30 phút. Để chứng minh cho sự tập trung
của hạt từ tại khối u, hình 3.9 và hình 5.15 dạng bảng màu sắc cho thấy sự xuất hiện
màu tím ứng với cường độ tín hiệu giảm→ điều này cho phép sử dụng hệ chất lỏng từ
ứng dụng trong việc chuẩn đoán ung thư và hỗ trợ trong điều trị. Sau 30 phút tiêm hạt
từ vào khối u, vùng đen trong khối u của chuột D, F rộng hơn nhiều so với thời điểm
ngay sau khi tiêm (Hình 5.15)→ Các hạt nano từ sau khi được tiêm vào khối u thì có
xu hướng lan rộng ra tồn khối u.
Khi đưa chất lỏng từ vào khối u chuột qua tiêm tĩnh mạch chuột.

Hình 5.16. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano
Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên khối u chuột sau khi tiêm theo tĩnh mạch,
TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột. (a) không tiêm, (b) sau 2 giờ, (c) sau 12 giờ, (d)
sau 24 giờ.
Qua hình 5.16, ta thấy độ tương phản của hình ảnh khi chụp MRI khối u ở các

chuột chưa có sự khác biệt nhiều. Kết quả thu được trên ảnh MRI cho thấy sau khi tiêm
chất lỏng từ vào chuột theo tĩnh mạch đi thì sau 2 giờ vẫn chưa quan sát được những
vùng tối màu rõ, điều đó cho thấy lượng hạt nano đến được với khối u rắn rất ít sau khi
tiêm tĩnh mạch sau một thời gian ngắn. Điều này có thể giải thích do khi tiêm theo tĩnh
mạch các hạt nano từ sẽ theo hệ tuần hoàn đến các cơ quan được coi là đích đến của
sắt trong cơ thể là gan, thận, lách và bạch huyết, cụ thể tại vị trí các mơ này cho thấy
sự giảm tín hiệu rõ rệt sau khi tiêm chất lỏng từ (hình 5.16), cịn các mơ và cơ quan
khác như khối u nếu khơng có gắn phân tử hướng đích thì sẽ cần thời gian lâu hơn để
chất lỏng từ tuần hoàn theo máu tới.

23