phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, danh mục công trình đã nghiên cứu và mục lục thì gồm có những phần sau: Chƣơng 1 – Tổng quan: Trình bày sơ lược về hạt nano từ tính, hạt nano kim loại quý Ag, hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag; sự đính kết của aptamer với hạt nano đa chức năng Fe3O4, sự bắt cặp của hệ MF-Apt với tế bào ung thư phổi ở người A549. Chƣơng 2 – Thực nghiệm: Trình bày quy trình chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4@Ag, quy trình khảo sát thời gian chức năng hóa APTES, quy trình gắn hạt nano với aptamer, quy trình bắt cặp của hệ MF-Apt với tế bào ung thư phổi A549 và các phương pháp khảo sát thực nghiệm về cấu trúc, hình thái và tính chất của hệ hạt chế tạo được. Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận: Trình bày về cấu trúc, hình thái, thành phần, liên kết, tính chất của vật liệu nano Fe3O4@Ag chế tạo được cho thấy khả năng ứng dụng của vật liệu nano này trong y sinh học; Đưa ra các kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian chức năng hóa APTES đến số nhóm amin hình thành trên bề mặt hạt nano Fe3O4@SiO2 và đánh giá sự bắt cặp của hạt nano đa chức năng đính kết aptamer MF-Apt với tế bào ung thư phổi ở người A549. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO Chương này chúng tôi trình bày tổng quan về vật liệu nano từ tính, kim loại, đa chức năng (kết hợp hạt nano từ tính với hạt nano kim loại quý), các phương pháp chế tạo và ứng dụng của các vật liệu này trong y sinh học; về aptamer và tế bào ung thư phổi ở người A549.
Hạt nano từ tính Fe3O4 1. Tổng quan về vật liệu từ Vật liệu từ là loại vật liệu bị từ hóa khi có từ trường ngoài đặt vào. Đại lượng đặc trưng cho khả năng từ hóa nhiều hay ít của vật liệu được gọi là độ từ hóa hay từ độ I có đơn vị Wb/m2. Giữa cường độ từ trường ngoài H và độ từ hóa I của vật liệu có mối liên hệ sau: I = χH trong đó χ gọi là hệ số từ hóa hay độ cảm từ có đơn vị là H/m.
Phân loại các vật liệu từ dựa trên hệ số từ hóa [3]. Loại STT Giá trị χ Đặc điểm cấu trúc vật liệu - Không có moment từ nguyên tử Nghịch χ < 0; cỡ 1 - Khi có từ trường ngoài, độ từ hóa nhỏ và ngược từ 10-5 hướng với từ trường ngoài. - Moment từ nguyên tử nằm cách xa nhau, tồn tại độc lập và định hướng hỗn loạn. Thuận χ > 0; cỡ 2 - Khi có từ trường ngoài, các moment từ nguyên từ từ 10-5÷10-3 quay theo từ trường ngoài nhưng chậm nên độ từ hóa tăng lên nhưng không đáng kể.
- Khi nhiệt độ vật liệu dưới nhiệt độ TN (nhiệt độ Neel) thì các moment từ nguyên tử định hướng phản Phản sắt χ > 0; cỡ 3 song song. từ 10-4 - Khi nhiệt độ vật liệu trên nhiệt độ TN thì vật liệu có tính thuận từ. - Khi không có từ trường ngoài, moment từ nguyên tử có độ lớn khác nhau và định hướng phản song song do đó độ cảm từ khác không và gọi là từ độ tự Feri từ χ > 0; cỡ 4 phát. (Ferit) 103 - Khi có từ trường ngoài và nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ chuyển pha TC thì vật liệu chuyển sang tính thuận từ, trật tự từ bị phá vỡ.
5 Sắt từ χ > 0; cỡ - Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ TC, các moment từ 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 103÷105 nguyên tử sắp xếp song song với nhau (do tương tác nội tại giữa chúng), từ độ từ hóa tự phát lớn ngay cả khi không có từ trường ngoài. - Tuy nhiên, khi từ trường H = 0 thì vật liệu bị khử từ do vật liệu sắt từ có cấu trúc domen làm đường cong từ hóa phức tạp, phi tuyến và có hiện tượng từ trễ. Trong các loại vật liệu từ thì vật liệu sắt từ được chú ý nhiều nhất và khi kích thước vật liệu giảm xuống đến nanomet thì vật liệu có thể ở trạng thái siêu thuận từ có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong y sinh học. Công thức xác định kích thước vật liệu cho sự chuyển pha này là: 𝑘𝑉 < 25𝑘𝐵 𝑇 (1.1) Với k là hệ số dị hướng từ tinh thể, V là thể tích vật liệu, kB là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ tuyệt đối.
Khi kích thước hạt lớn thì hạt ở trạng thái đa đômen, cấu tạo bởi nhiều đơn đômen từ. Ở trạng thái siêu thuận từ, khi không có từ trường ngoài thì từ dư Mr và lực kháng từ Hc của vật liệu bằng không, tức vật liệu hoàn toàn không có từ tính nhưng khi có từ trường ngoài thì vật liệu bị từ hóa rất mạnh, các momen từ các hạt nano sẽ định hướng rất nhanh theo hướng của từ trường ngoài với độ cảm từ lớn. Cấu trúc và tính chất của hạt nano từ Fe3O4 Hình 1. Cấu trúc tinh thể của hạt nano sắt từ Fe3O4 [34].
Các kim loại Sắt, Coban và Niken có trật tự từ tự phát ở nhiệt độ phòng nên chúng là vật liệu sắt từ có từ độ bão hòa lớn cỡ 92 emu/g. Hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 bao gồm FeO.Fe2O3 có cấu trúc spinel đảo dạng tinh thể lập phương tâm mặt xếp 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chặt, thuộc nhóm đối xứng Fd-3m và có hằng số mạng a = b = c = 0,839 nm. Để đảm bảo sự cân bằng điện tích, trong mỗi ô cơ sở có 8 phân tử tức 56 nguyên tử gồm 16 ion Fe3+, 8 ion Fe2+ và 32 ion O2-. Có thể giải thích tính chất dị hướng từ của hạt nano Fe3O4 thông qua cấu trúc của nó như sau: 16 ion Fe3+ nằm ở hai phân mạng, trong đó 8 ion Fe3+ nằm ở vị trí phân mạng A được bao quanh bởi 4 ion O2- tứ diện và 8 ion Fe3+ còn lại; 8 ion Fe2+ nằm ở vị trí phân mạng B bao quanh bởi 8 ion O2- bát diện.
Các ion Fe3+ ở hai phân mạng này sắp xếp ngược chiều nhau và có độ lớn khác nhau nên độ lớn moment từ của chúng triệt tiêu nhau. Do đó chỉ có các moment từ của 8 ion Fe2+ nằm ở vị trí bát diện có giá trị khác không, sự định hướng của các spin này mới quyết định tính chất từ của cả hạt nano. Đường cong từ hóa và sự định hướng của moment từ khi có từ trường ngoài của vật liệu siêu thuận từ (trên), vật liệu sắt từ (dưới) [61]. Hạt nano sắt từ có những tính chất đặc trưng hứa hẹn những ứng dụng to lớn trong y sinh học như (i) Tính siêu thuận từ; (ii) Hiệu ứng nhiệt dưới tác dụng của từ trường xoay chiều; (iii) Diện tích bề mặt lớn giúp cho các hiệu ứng bề mặt xảy ra 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mạnh và dễ thao tác; (iv) Có thể tạo được các lớp bọc khác nhau bên ngoài hạt nano sắt giúp chúng có khả năng tương thích sinh học cao; (vi) ít độc đối với cơ thể và có thể đưa vào trong cơ thể người với liều lượng, kích thước, hình dạng phù hợp.
Ứng dụng của hạt nano từ Fe3O4 Trong luận văn này, chúng tôi giới thiệu một số ứng dụng của hạt nano sắt từ trong lĩnh vực y sinh đã và đang được sử dụng hiện nay. Phân tách và chọn lọc tế bào Liên kết Tách từ đặc biệt Dung dịch nonglycoprotei n Từ trường Dung dịch glycoprotein Hình 1. Quá trình đánh dấu và tách thực thể sinh học sử dụng hạt nano sắt từ Fe3O4 [36]. Trong y sinh học, để có các mẫu thật sự tinh khiết phục vụ mục đích phân tích thì cần tách các thực thể sinh học ra khỏi môi trường hỗn hợp (ví dụ tách tế bào ung thư, tách virut ra khỏi máu).
Cơ sở của ứng dụng này sử dụng tính siêu thuận từ của hạt nano sắt từ Fe3O4. Bước gắn kết được tiến hành như sau: Hạt nano từ được bọc một lớp chất tương thích sinh học cao vừa có tác dụng liên kết hạt với bề mặt tế bào vừa giúp các hạt nano từ không bị kết đám và phân tán đều trong dung môi. Sau đó, các hạt này sẽ được chức năng hóa bằng một nhóm chức nhất định để có thể liên kết với các vị trí đặc hiệu trên bề mặt tế bào. Khi các hạt nano từ đã được liên kết với thực thể cần đánh dấu, người ta sử dụng một gradient từ trường bên ngoài để 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com điều khiển đường đi của các thực thể này.
Phương pháp phân tách tế bào sử dụng hạt nano từ giúp tiết kiệm chi phí và có độ tin cậy cao. Một số nghiên cứu trong ứng dụng phân tách và chọn lọc tế bào bằng hạt nano từ đã được công bố trên các bài báo khoa học như: Gu H. và các cộng sự [19] đã sử dụng hạt nano từ tính trong phát hiện vi khuẩn Vancomycin kháng Enterococci và một số vi khuẩn Gram dương khác ở nồng độ cực thấp; Kang G. và các cộng sự [31] đã sử dụng hạt nano từ Fe3O4 để phát hiện ion kẽm trong tế bào sống và khảo sát độc tính của chúng; Lin Z.
và các cộng sự [36] đã tổng hợp hạt nano từ tính sau đó cố định axit aminophenyl-boronic để chọn lọc các glycoprotein. Dẫn truyền thuốc Trong khi phương pháp hóa trị không phân biệt được tế bào bệnh và tế bào lành nên gây ra những tác dụng phụ không mong muốn trong điều trị ung thư thì phương pháp dẫn truyền thuốc thông qua hạt nano từ chỉ tập trung thuốc tại vùng bị bệnh đã cho phép thu hẹp phạm vi phân bố của thuốc, từ đó giảm tác dụng phụ của thuốc đối với các tế bào khỏe mạnh và tiết kiệm được lượng thuốc đưa vào cơ thể mà vẫn có thể tăng nồng độ thuốc tại nơi cần điều trị. Thuốc Hạt nano từ Tế bào Từ trường Hình 1. Quá trình dẫn truyền thuốc hướng đích sử dụng hạt nano từ.
Quá trình dẫn truyền thuốc bằng hạt nano sắt từ gồm ba giai đoạn: cho hạt nano (sau khi đã được chức năng hóa với các hợp chất hữu cơ, polymer để tạo các nhóm chức trên bề mặt như COOH, NH2) liên kết với thuốc cần đưa vào cơ thể; Hệ 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.