MỞ ĐẦU Trong y học điện đại, việc điều trị bệnh bằng các loại thuốc uống theo phương pháp truyền thống gặp phải nhiều hạn chế và bất lợi. Một trong những vấn đề chính là giảm hiệu quả điều trị do chỉ một phần nhỏ thuốc thực sự đến được vị trí mục tiêu trong cơ thể, gây ra các tác dụng phụ không mong muốn lên các mô và cơ quan không liên quan. Vật liệu nano đã nổi lên như một giải pháp tiên tiến để khắc phục các nhược điểm của phương pháp dẫn truyền thuốc truyền thống. Nói chung, kích thước nhỏ của các vật liệu nano cho phép chúng vượt qua các rào cản sinh học khác nhau và đạt được hiệu quả cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc dẫn truyền thuốc độc quyền đến các mô dự định mà không gây ra phản ứng bất lợi cho cơ thể[1].
Cho đến nay, các nghiên cứu về vật liệu nano trong hệ thống phân phối thuốc đã có những phát triển nhanh chóng trong quá trình tổng hợp. Trên thực tế, các vật liệu dẫn truyền thuốc đã có mặt trên thị trường trong hơn một thập kỷ, nhưng việc sử dụng những vật liệu này tại các phòng khám đặt ra một số thách thức, bao gồm cả chi phí sản xuất và hiệu quả chưa cao. Một trong những khó khăn lớn nhất là chi phí liên quan đến sản xuất các vật liệu nano với tính chất kiểm soát và độ chính xác cao. Bên cạnh đó, việc tối ưu hóa hiệu quả dẫn truyền thuốc để đảm bảo thuốc được phân phối chính xác đến mô mục tiêu mà không gây ra tác dụng phụ cũng là một thách thức lớn.
Để giải quyết những vấn đề này, các nhà khoa học đã phát minh và nghiên cứu phương pháp tổng hợp vật liệu nanosilica cấu trúc xốp[2]. Những vật liệu này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn cải thiện hiệu quả dẫn truyền thuốc. Cấu trúc rỗng của nanosilica cho phép tải lượng thuốc cao và kiểm soát tốt hơn việc giải phóng thuốc, giúp tối ưu hóa liệu pháp điều trị[3]. Đề tài “Chế tạo và khảo sát vật liệu nanosilica từ tính ứng dụng trong tải thuốc” được chọn làm đề tài nghiên cứu dựa trên cơ sở của những nghiên cứu trước đó[4].
Trong nghiên cứu này, vật liệu được tổng hợp bởi cấu trúc lõi là các hạt nano sắt từ được phủ silica và được biến tính bề mặt với nhóm amin. Cuối cùng, vật liệu nanosilica từ tính được đánh giá khả năng nạp và tải thuốc. Nanosilica Nanosilica là một vật liệu vô cơ phổ biến và tính chất bề mặt hóa học thuận lợi. Các hạt nanosilica thường có kích thước nằm trong khoảng từ 10 nm đến 1 µm.
Các đặc tính độc đáo của nanosilica như tính ưa nước, phương pháp tổng hợp đơn giản, chi phí tổng hợp thấp, khả năng tương thích sinh học cao, diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng kiểm soát kích thước hạt đã góp phần vào việc ứng dụng rộng rãi của vật liệu này trong các lĩnh vực khác nhau. Tính chất bề mặt của nanosilica mang lại nhiều ưu điểm, cho phép vật liệu được sử dụng hiệu quả trong các ứng dụng như xúc tác, vật liệu composite, dược phẩm và y tế, công nghệ nano,. Khả năng kiểm soát các thông số như kích thước hạt, thể tích rỗng và diện tích bề mặt riêng cũng góp phần mở rộng phạm vi ứng dụng của nanosilica [5]. Hạt nanosilica có thể tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp vi nhũ tương ngược, tổng hợp bằng lửa nhiệt độ cao, phương pháp Stober, phương pháp sol-gel[6].
Đa phần, các hạt nanosilica được tổng hợp theo phương pháp hóa học do quy trình đơn giản và có thể tinh chỉnh các thông số khác nhau của hạt nanosilica. Ngoài ra, còn có thể sử dụng một số phương pháp mới để tổng hợp hạt nanosilica theo hướng sinh học, thân thiện với môi trường[7]. Hạt nanosilica trong nghiên cứu này được điều chế bằng phương pháp Stober. Phương pháp tổng hợp này bao gồm quá trình thủy phân và ngưng tụ tetraethyl orthosilicate (TEOS) trong dung dịch ethanol với sự xuất hiện của nước và chất xúc tác là ammonia, để tạo ra các hạt đơn phân tán, hình cầu và ổn định tĩnh điện, có kích thước hạt từ 50 nm-1 µm[8].
Tính đến hiện tại, quá trình tổng hợp này bao gồm hai giai đoạn phản ứng: (i) các nhóm silanol được hình thành bằng phản ứng thủy phân TEOS, (ii) phản ứng ngưng tụ tạo các cầu nối siloxan[9]: Thủy phân: Si–(OC2H5)4 + H2O ↔ Si(OH)4 + C2H5OH Ngưng tụ: 2 Si–(OH)4 → 2 (Si–O–Si) + 4H2O Tốc độ ngưng tụ phụ thuộc vào các điều kiện phản ứng và có thể ảnh hưởng đến sự hình thành mạng ba chiều hoặc hình thành các hạt đơn phân tán[10].Hạt nanosilica đơn phân tán được tổng hợp theo phương pháp Stober cung cấp diện tích bề mặt riêng lớn, 1 kích thước hạt nano được kiểm soát và dễ dàng chức năng hóa bề mặt với các nhóm chức khác nhau. Đó cũng chính là lý do chọn các hạt nanosilica được chế tạo theo phương pháp Stober làm lớp phủ cho quá trình chế tạo các hạt nanosilica từ tính với cấu trúc lõi-vỏ[9]. Nanosilica cấu trúc xốp 1. Giới thiệu nano silica cấu trúc xốp Nanosilica cấu trúc xốp là một loại vật liệu nano với cấu trúc đặc biệt bao gồm mạng lưới các lỗ nhỏ phân bố đồng đều trên bề mặt hoặc bên trong của hạt.
Cấu trúc này tạo ra một không gian rỗng bên trong vật liệu, làm tăng diện tích bề mặt so với thể tích của hạt, giúp tăng cường các thuộc tính hóa học và vật lý của vật liệu, nhờ vào diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác cao[11]. Cấu trúc của nanosilica cấu trúc xốp bao gồm lớp vỏ rỗng được hình thành từ các lỗ nhỏ có kích thước từ vài nanomet đến vài chục nanomet. Những lỗ này có thể được điều chỉnh về kích thước và mật độ trong quá trình tổng hợp để phù hợp với những yêu cầu cụ thể của ứng dụng khác nhau[12]. Các lỗ rỗng tạo ra diện tích bề mặt riêng lớn làm tăng khả năng hấp phụ và tương tác của vật liệu với các phân tử khác, đồng thời cũng làm giảm trọng lượng của vật liệu.
Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng liên quan đến lưu trữ, phân phối và cảm biến. Bên cạnh đó, nanosilica cấu trúc xốp cũng có tính kháng hóa học tốt, giúp duy trì ổn định trong nhiều môi trường khác nhau[13]. Những đặc tính này làm cho vật liệu cấu trúc xốp trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong lọc và tách, chất xúc tác, lưu trữ và phân phối, cảm biến, và công nghệ sinh học. Phương pháp tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng Việc tổng hợp nano silica cấu trúc xốp đã thu hút nhiều sự quan tâm trong những năm gần đây nhờ khả năng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực như xúc tác, điện tử, quang học và dược phẩm.
Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp nanosilica cấu trúc xốp, các phương pháp tổng hợp phổ biến nhất bao gồm phương pháp lõi-vỏ, phương pháp khuôn mẫu và phương pháp tách lớp. Phương pháp lõi-vỏ là một kỹ thuật tổng hợp tinh vi, cho phép tạo ra các hạt với cấu trúc lõi-vỏ, trong đó một lớp lõi được bao phủ bằng một lớp vỏ khác[14]. Quy trình 2 này bắt đầu bằng việc tổng hợp lõi là các hạt nano, có thể là từ tính, bán dẫn, hoặc kim loại, tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Sau khi lớp lõi đã được hình thành, lớp vỏ được lắng đọng quanh lõi thông qua các phương pháp như sol-gel, lắng đọng hóa học hơi (CVD), hoặc các kỹ thuật hóa học khác.
Lớp vỏ, thường là silica hoặc polymer, được lựa chọn để cải thiện tính chất của lớp lõi hoặc bảo vệ nó khỏi môi trường bên ngoài[15]. Quy trình kết thúc bằng việc xử lý vật liệu để tạo ra các lỗ xốp, đảm bảo lớp vỏ đồng nhất và ổn định. Phương pháp lõi-vỏ không chỉ nâng cao tính bền và khả năng tương thích của vật liệu lõi, mà còn mở rộng các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như cảm biến, vật liệu chức năng, và giải phóng thuốc[16]. Phương pháp khuôn mẫu là một kỹ thuật hiệu quả trong việc tạo ra các cấu trúc rỗng bằng cách sử dụng khuôn mẫu để định hình vật liệu.
Quy trình bắt đầu với việc tạo ra khuôn mẫu có hình dạng và kích thước mong muốn, khuôn mẫu này có thể là các hạt polystyrene, silica, hoặc các cấu trúc khác. Sau đó, chẳng hạn như silica, được lắng đọng xung quanh khuôn mẫu thông qua các phương pháp như sol-gel hoặc lắng đọng hóa học. Sau khi vật liệu đã đông tụ, khuôn mẫu được loại bỏ bằng các phương pháp hóa học hoặc nhiệt, để lại cấu trúc rỗng bên trong[17]. Phương pháp này cho phép tạo ra các cấu trúc rỗng với hình dạng và kích thước chính xác, có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như lọc nước, cảm biến, và hệ thống giải phóng thuốc.
Phương pháp tách lớp là một kỹ thuật tổng hợp cho phép xây dựng các cấu trúc đa lớp qua việc lắng đọng tuần tự các lớp vật liệu lên bề mặt nền tảng. Quy trình bắt đầu với việc lắng đọng lớp đầu tiên lên nền tảng, sau đó tiếp tục lắng đọng các lớp tiếp theo theo cách tương tự, với mỗi lớp có thể là polyme, silica, hoặc các chất khác. Các lớp này được lắng đọng bằng các phương pháp như lắng đọng điện hóa hoặc hấp thụ hóa học. Sau khi các lớp đã được hoàn tất, lớp bên trong có thể được loại bỏ bằng các phương pháp hóa học hoặc cơ học, tạo ra cấu trúc rỗng[18].
Phương pháp tách lớp cho phép điều chỉnh chính xác độ dày và tính chất của các lớp, và thường được sử dụng trong các ứng dụng như cảm biến, vật liệu chức năng, và hệ thống giải phóng thuốc Các phương pháp trên cho phép kiểm soát chặt chẽ kích thước, hình dạng và cấu trúc rỗng nanosilica, từ đó điều chỉnh các tính chất như diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ rỗng và phân bố kích thước lỗ rỗng. Điều này mở ra nhiều khả năng ứng dụng cho nanosilica rỗng trong các lĩnh vực như xúc tác, lưu trữ và phân phối dược chất, cảm biến và quang điện tử. Ứng dụng của nano silica cấu trúc xốp Nanosilica cấu trúc xốp đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ nhờ vào cấu trúc độc đáo, khả năng điều chỉnh kích thước lỗ rỗng, và tính chất bề mặt linh hoạt. Trong lĩnh vực cảm biến, nanosilica cấu trúc xốp được sử dụng làm vật liệu nền cho các cảm biến hóa học và sinh học nhờ vào diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác với các phân tử mục tiêu.