Nghiên cứu chế tạo tính chất hạt nano GD2O3 định hướng làm chất tương phản cho kỹ thuật chụp cộng hưởng từ

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019

Kỷ yếu khoa học

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TÍNH CHẤT HẠT NANO GD2O3 ĐỊNH HƯỚNG LÀM
CHẤT TƯƠNG PHẢN CHO KỸ THUẬT CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ
Vũ Thị Hằng*
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG Hà Nội
*Tác giả liên hệ:
TÓM TẮT
Vật liệu Nano đã được sử dụng nhiều trong lĩnh vực y sinh. Trong nghiên cứu này, chúng tơi
trình bày về phương pháp tổng hợp và ứng dụng tiềm năng của Gd2O3 NPs như một tác nhân
định hướng làm chất tương phản cho kỹ thuật chụp cộng hưởng từ. Các Gd2O3 NPs đã được
tổng hợp thành công bằng cách phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ. Các hạt nano thu được
sau đó được chuyển vào bằng PMAO polymer. Các kỹ thuật phân tích như TGA, DLS, VSM,...
đã được sử dụng để làm sạch các mẫu. Các Gd2O3 NPs phân tán tốt trong dung môi nước, ổn
định trong phạm vi pH rộng (pH = 2-14) và nồng độ chất điện phân cao như NaCl 450mM. Kết
quả cho thấy rằng các hạt nano Gd2O3 định hướng làm chất tương phản cho kỹ thuật chụp cộng
hưởng từ là có triển vọng.
Từ khóa: Chất tương phản, phân hủy nhiệt, chụp cộng hưởng từ (MRI),.
SYNTHESIS AND PROPERTIES OF Gd2O3 NANOPARTICLES FOR MRI
POSITIVE CONTRAST AGENTS
Vu Thi Hang*
University of Science – VNU Hanoi
*Corresponding Author:
ABSTRACT
Nanomaterials have attracted a great deal of attentions for biomedical applications including
magnetic induced heating, targeted drug delivety and contrast agents. In this work, we present
our study in synthesis, cheracterization and potential application of Gd2O3 NPs as an MRI
positive contrast agent. Gd2O3 NPs was successfully synthesized by thermal decomposition in
organic solvent. The obtained nanoparticles were then transfered into water encapsulating with

amphiphilic polymer PMAO. Analytic techniques, such as TGA, DLS, VSM,… have been used
to cheracterize the samples. The PMAO capped Gd2O3 NPs was good disperstion in water
solvent, stable in wide range of pH (pH=2-14) and electrolyte concentration as high as NaCl
450mM, safe for vero cell. The initial MRI data showed that the PMAO encapsoluted Gd2O3
NPs process good relaxation properties with a clear T1 effect. The results suggest that The
PMAO capped Gd2O3 nanoparticles be promising for MRI positive contrast agent.
Keywords: Contrast agent, thermal decomposition, Magnetic Resonance Imaging (MRI).
hại và gây nên tác dụng phụ không mong
muốn ảnh hưởng đến sức khỏe bệnh nhân, ví
dụ như các báo cáo về phá hủy, làm xơ hóa hệ
thống thận, tích tụ trong não, trong cơ xương
có thể gây các bệnh nguy hiểm. Các nhà khoa
học trên thế giới như Byung Hyo Kim và các
cộng sự đã nghiên cứu loại hợp chất tương
phản sử dụng các hạt nano sắt từ Fe3O4 so với
phức chất của Gd, kết quả nghiên cứu về các
hệ hạt nano Fe3O4 có thể làm tăng tốc độ hồi
phục r1 cho kĩ thuật chụp cộng hưởng từ. Hiện
nay đã có sản phẩm thương mại của hạt nano
Fe3O4 như là chất tương phản âm, tuy nhiên
thực tế lại không được sử dụng trong lâm sàng

TỔNG QUAN
Vật liệu nano từ tính đã được nghiên cứu từ
lâu tuy nhiên vẫn là hướng nghiên cứu tiềm
năng với các nhà khoa học trên tồn thế giới
vì những ứng dụng to lớn của nó nhất là trong
y sinh như: đốt từ, dẫn thuốc, chụp cộng
hưởng từ (MRI). Kỹ thuật chụp cộng hưởng từ
hiện đang sử dụng các loại phức của Gd3+ như

là chất tương phản làm tăng độ hồi phục của
momen từ trong phân tử nước. Việc nghiên
cứu các loại vật liệu từ định hướng làm chất
tương phản trong kĩ thuật chụp cộng hưởng từ
MRI trong nhiều năm gần đây cho thấy các ion
giải phóng ra trong q trình sử dụng rất độc
10


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019

do các chất tương phản âm cho tín hiệu tối
màu rất dễ gây nhầm lẫn giữa cục máu đơng
và xương. Vì vậy, các nghiên cứu về vật liệu
từ định hướng làm chất tương phản trong kĩ
thuật chụp cộng hưởng từ MRI gần đây cho
thấy các hạt từ Gd2O3 có từ độ bão hịa nhỏ,
một số nghiên cứu như của Ja Yoong Park và
các cộng sự chế tạo vật liệu Gd2O3 kích thước
nano nhằm thay thế các phức Gadolinium làm
chất tương phản dương cho kĩ thuật chụp cộng
hưởng từ MRI. Vật liệu nano Gd2O3 mới này
một mặt cải thiện tốc độ hồi phục r1 mặt khác
có thể làm giảm độc tính do chúng được bọc
một lớp vỏ ligand có tác dụng hạn chế q
trình giải phóng ra các ion Gd3+ ra cơ thể. Hiện
nay ở Việt Nam chưa có nhóm nào nghiên cứu
về hệ hạt này, do đó tôi đã lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu chế tạo và tính chất của các hạt
từ định hướng làm chất tương phản cho kĩ

thuật chụp ảnh cộng hưởng từ”. Đây có thể
coi là đề tài mới, tiềm năng trong lĩnh vực
nghiên cứu vật liệu ứng dụng y sinh.

Kỷ yếu khoa học

Gd2O3 khi các nghiên cứu trước đây trên thế
giới sử dụng phương pháp polyol để tổng hợp
hạt. Tiền chất, chất hoạt động bề mặt và dung
mơi được cho vào bình cổ 3 và thực hiện tăng
nhiệt độ lên 100ºC, 200ºC, 295ºC và lưu 30
phút ở mỗi nhiệt độ. Sau khi chế tạo, hạt nano
được rửa sạch bằng etanol, hexane sau đó
được bọc bởi một lớp poly(maleicanhydritalt-1-octadecen)(PMAO).
Kỹ thuật phân tích vật liệu
Phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng để
nghiên cứu cấu trúc tinh thể và thành phần pha
của hạt nano Gd2O3. Từ độ của mẫu được xác
định bằng phương pháp từ kết mẫu rung VSM.
Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR và phân
tích nhiệt TGA để xác định sự có mặt và hàm
lượng của lớp vỏ hữu cơ bên ngoài bề mặt hạt
nano. Phương pháp đo thế zeta và đo đường
kính động DLS để khảo sát sự phân bố và độ
bền của hạt nano Gd2O3@PMAO trong môi
trường nước. Đánh giá độc tính của chất lỏng
từ bằng phương pháp thử độ độc của tế bào
SRB và phương pháp chụp cộng hưởng từ để
khảo sát khả năng làm tăng độ tương phản của
chất lỏng từ.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Hóa chất
Gadolini(III) clorua (99,99%), octadecanol
(OCD-ol), oleic acid (90%), oleyamin(70%),
octadexene(90%), poly(maleicanhydrit-alt-1octadecen etanol, n-hexane, cloroform. Các
hóa chất phục vụ cho nghiên cứu này là các
sản phẩm thương mại có sẵn và được mua từ
hãng sigma-Aldrich( Singapore).
Quy trình
Trong nghiên cứu này sử dụng phương pháp
phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ ở nhiệt
độ cao để tổng hợp hạt nano Gd2O3. Đây được
coi là phương pháp mới để tổng hợp hạt nano

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả tổng hợp hạt nano Gd2O3
Kết quả nhiễu xạ tia X Hình 1A cho thấy mẫu
có các đỉnh đặc trưng của cấu trúc tinh thể
dạng lập phương tâm mặt của Gd2O3:
(222);(400);(440);(622).
Kết quả đo từ độ Hình 1B cho thấy hạt nano
Gd2O3 có từ độ rất nhỏ (cỡ 1emu/g) và đường
cong từ trễ đi qua gốc tọa độ, điều này chứng
tỏ hạt nano chế tạo được từ đề tài nghiên cứu
là vật liệu thuận từ.

Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X (A) và từ độ (B) của hạt nano Gd2O3
11

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019

Kỷ yếu khoa học

Kết quả sau khi chuyển pha và bọc

Hình 2. Hình ảnh trước(B) và sau chuyển pha(A), Giản đồ đường kính động học và phổ phân
bố kích (C), giản đồ thế Zeta(D) của hạt nano Gd2O3@PMAO phân tán trong nước
Sự phân tán của hạt nano Gd2O3@PMAO sự tương phản rất tốt ngay ở nồng độ 0.253
trong nước khá tốt được thể hiện ở Hình 2A mM, các nồng độ sau hầu như độ tương phản
so với hạt chưa bọc Hình 2B. Từ kết quả đo thay đổi khơng đáng kể có thể do độ tương
đường kính động học, phổ phân bố kích thước phản của mẫu đã đạt cực đại. Nồng độ nhỏ
của hạt sau bọc Hình 2C và thế zeta của hạt 0,253mM đã cho độ tương phản tốt hơn so với
trong nước Hình 2D cho thấy hạt nano Gd2O3 độ tương phản của mẫu thương mại Gd-DTPA
sau khi bọc PMAO có kích thước khoảng ở nồng độ lớn gấp 3,16 lần. Ảnh thu được
97nm, phân tán tương đối đều trong nước.
trắng hơn rất nhiều so với 2 sản phẩm chất
Từ kết quả phân tích phổ hồng ngoại cho thấy, tương phản thương mại đang được ứng dụng
các đỉnh 3465cm-1 là dao động của nhóm là Gd-DTPA và Gd-DOTA ở nồng độ cao
chức N-H của phân tử oleyamine trên bề mặt hơn.
hạt, 2728cm-1 là do đóng góp dao động của
liên kết C-H. Tại vị trí 1640cm-1 là dao động KẾT LUẬN
của nhóm C=O. Tại các đỉnh 1480cm-1 và Hạt nano Gd2O3 chế tạo được từ phương pháp
1400cm-1 là dao động co duỗi đối xứng bất phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ sử dụng
đối xứng của nhóm chức (COO-) của axit oleic axit và oleamine làm chất hoạt động bề
oleic chứng tỏ có lớp chất hoạt động bề mặt mặt và chất khử tại nhiệt độ cao có thành phần
trên bề mặt hạt. Sau khi bọc PMAO, các đỉnh cấu trúc của Gd2O3 ( theo phổ X-ray) và từ độ
này chuyển thàng 1498cm-1 và 1353cm-1. thấp của vật liệu thuận từ. Trên bề mặt hạt
Đặc biệt là sự dịch chuyển của đỉnh 1765cm- nano Gd2O3 được bọc bởi chất hoạt động bề

1 thành đỉnh 1700cm-1 trên phổ của mặt oleic acid(OA) và oleylamine(OLA), hạt
Gd2O3@PMAO chứng tỏ có sự mở vịng Gd2O3@PMAO phân tán khá tốt trong nước
alhydit của PMAO để liên kết với bề mặt hạt cỡ 97nm. Chất lỏng từ điều chế được có độ
nano, giúp hạt nano phân tán tốt trong nước và bền tốt tại môi trường pH và nồng độ muối
trong cơ thể người.
tạo ra điện tích âm (do nhóm chức COO-).
Hạt nano Gd2O3@PMAO có tính an tồn cao
Kết quả chụp cộng hưởng từ MRI
Mẫu hạt nano Gd2O3@PMAO_NPs được thử với tế bào biểu mô khỉ. Đặc biệt là kết quả
nghiệm cho kĩ thuật chụp cộng hưởng từ và chụp cộng hưởng từ cho thấy chất lượng ảnh
của sản phẩm thương mại hóa Gd-DTPA đang rất rõ, hơn hẳn các phức gadolinium thương
sử dụng cho thấy: tác dụng tăng độ hồi phục mại đang dùng.
r1 của mẫu chế tạo được cao hơn rất nhiều so Vì là chất tương phản dương nên ảnh thu
với mẫu thương mại. Cụ thể, chỉ với nồng độ được rất sáng, tác dụng chuẩn đốn cũng tốt
0,18 (mM) đã cho tín hiệu tương phản và có hơn hẳn các chất tương phản âm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PARK J. Y, ET AL., ACS NANO.2009 Nov 24;3(11):3663-9.
KIM B. H, ET AL., J. AM. CHEM. SOC.2011,133,32,12624-12631.
JOEL GARCIA, ET AL., PHILOS TRANS A MATH PHYS ENG SCI. 2017 Nov
28; 375(2107): 20170180.
12


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ 21 năm 2019

Kỷ yếu khoa học

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE ĐỂ TĂNG HIỆU SUẤT
HẤP THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ỨNG DỤNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ SẢN
XUẤT NƯỚC NGỌT TỪ NƯỚC MẶN

Lê Thị Nguyện*, Lê Quốc Anh
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
*Tác giả liên hệ:
TĨM TẮT
Trong cơng trình này, hệ vật liệu nanocomposite có từ tính trên cơ sở graphene oxit (Al2O3/GO,
Fe3O4/GO, Fe3O4 – Al2O3/GO) đã được tổng hợp và đặc trưng bằng các phương pháp X-ray,
phổ hồng ngoại, SEM và EDX. Graphene oxide (GO) được tổng hợp từ graphite bằng phương
pháp Hummers cải tiến và các vật liệu composite được tổng hợp bằng phương pháp trộn huyền
phù. Sau khi tổng hợp và đặc trưng, dãy vật liệu cơ sở GO và được phân tán vào nước mặn và
đo khả năng hấp thu nhiệt. Kết quả cho thấy khi dùng phối hợp các vật liệu thì hiệu quả hấp
thu nhiệt hơn khi dùng đơn lẻ. Fe3O4-Al2O3/GO cho hiệu quả hấp thu cao nhất (chênh lệch
nhiệt độ giữa mẫu trắng và mẫu có phân tán vật liệu nồng độ 5mg/mL là 6oC). Ảnh hưởng của
hàm lượng vật liệu đến khả năng hấp thu nhiệt đã được khảo sát và lựa chọn được nồng độ phù
hợp là 5mg/mL, khi tăng nồng độ cao hơn 1.5 mg/mL và thời gian dài thì khả năng hấp thu
giảm. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến khả năng hấp thu nhiệt của vật liệu cũng được
khảo sát, khi dùng 2 bóng đèn thì chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu trắng và mẫu có phân tán vật
liệu tăng lên nhiều so với dùng một bóng.
Từ khóa: Vật liệu nanocomposite, cường độ ánh sáng, nước mặn.
STUDY ON CREATING NANOCOMPOSITE MATERIALS TO INCREASE THE
SOLUTION OF SOLAR ENERGY APPLICATION TO IMPROVE THE
EFFICIENCY OF WATER PRODUCTION FROM SALT WATER
Le Thi Nguyen*, Le Quoc Anh
Hanoi University of Mining and Geology
*Corresponding Author:
ABSTRACT
Research, nanocomposite materials are magnetically based on graphene oxide (Al2O3/GO,
Fe3O4/GO, Fe3O4 – Al2O3/GO) synthesized and characterized by X-ray methods, infrared
spectroscopy, SEM and EDX. Graphene oxide (GO) is synthesized from graphite by means of
an improved Hummers method and composite materials are synthesized by suspension
blending. After synthesis and characterization, the range of GO base materials is dispersed into

saline water and measured for heat absorption. Results show that when used in combination
with materials, the effect of heat absorption is greater than when used alone. Fe3O4-Al2O3/GO
gives the highest absorption efficiency (the temperature difference between the blank sample
and the material dispersion material with a concentration of 5 mg/mL is 6°C). The effect of the
material content on the heat absorption capacity was investigated and selected the appropriate
concentration is 5 mg/mL, the increase in concentration is higher than 1.5 mg/mL and the
longer time the absorption capacity decreases. The effect of light intensity on the material's
ability to absorb heat was also investigated; when using two bulbs, the temperature difference
between the blank sample and the material dispersed sample increased significantly compared
to using a light bulb.
Keywords: Nanocomposite material, light intensity, salt water.
lượng mặt trời cho các mục đích khác nhau.
Một phương pháp hiệu quả là phân tán các vật
liệu nano có khả năng nâng cao hiệu suất hấp
thu nhiệt vào trong môi trường chất lỏng:

GIỚI THIỆU
Các nhà khoa học đang quan tâm nghiên cứu
công nghệ để nâng cao hiệu suất hấp thu nhiệt
và bay hơi nước của các hệ thống hấp thu năng

13