Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong cơ thể sinh vật, các gốc tự do được sản sinh liên tục qua các quá trình chuyển hóa nội sinh và có xu hướng gia tăng mạnh do tác động của ô nhiễm môi trường, thực phẩm không an toàn và lối sống thiếu lành mạnh. Sự tích tụ quá mức của các gốc tự do dẫn đến trạng thái stress oxy hóa (reactive oxygen species - ROS), gây tổn thương cấu trúc tế bào, đẩy nhanh quá trình lão hóa và là căn nguyên của nhiều bệnh lý mạn tính như xơ vữa động mạch, tăng huyết áp, Alzheimer và ung thư.
Selen ($Se$) là nguyên tố vi lượng thiết yếu đóng vai trò trung tâm trong hệ thống chống oxy hóa ngoại sinh của cơ thể. Tuy nhiên, các dạng selen vô cơ ($Se^{4+}$, $Se^{6+}$) và selen hữu cơ truyền thống có ngưỡng an toàn hẹp, dễ gây độc tính khi sử dụng quá liều (ngưỡng khuyến cáo của FNB là $55\ \mu\text{g/ngày}$, tối đa $400\ \mu\text{g/ngày}$). Để khắc phục nhược điểm này, nano selen ($SeNPs$ / $Se^0$) được nghiên cứu phát triển nhờ hoạt tính sinh học cao, độc tính thấp và ngưỡng an toàn rộng hơn. Mặc dù vậy, các hạt nano selen tự do trong dung dịch thường có xu hướng kết tụ do năng lượng bề mặt cao, làm tăng kích thước hạt và suy giảm hoạt tính sinh học.
Để duy trì độ phân tán và tính ổn định của hệ keo nano selen, các polymer sinh học thường được ứng dụng làm chất bao bọc. Fucoidan – một polysaccharide sulfate hóa có nguồn gốc từ rong nâu – sở hữu nhiều hoạt tính sinh học giá trị như kháng viêm, chống đông máu, điều hòa miễn dịch và kháng oxy hóa, là chất ổn định tiềm năng. Các phương pháp chế tạo $SeNPs$ truyền thống (khử hóa học, khử sinh học) thường tồn tại nhược điểm như dư lượng chất khử hóa học độc hại, khó kiểm soát kích thước hạt hoặc quy trình tinh sạch phức tạp. Phương pháp chiếu xạ gamma $Co\text{-}60$ là kỹ thuật tổng hợp vật liệu nano sạch, không cần dùng tác nhân khử hóa học, dễ kiểm soát kích thước hạt và có khả năng triển khai ở quy mô lớn.
Khóa luận được thực hiện nhằm giải quyết mục tiêu và các nhiệm vụ cụ thể:
- Mục tiêu tổng quát: Chế tạo thành công chế phẩm nano selen ổn định trong fucoidan ($SeNPs/\text{Fucoidan}$) có hoạt tính kháng oxy hóa cao bằng phương pháp chiếu xạ gamma $Co\text{-}60$.
- Nhiệm vụ nghiên cứu (3 nội dung):
- Nghiên cứu chế tạo hệ keo $SeNPs/\text{Fucoidan}$ bằng phương pháp chiếu xạ gamma $Co\text{-}60$ và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (nồng độ $Se^{4+}$, nồng độ fucoidan, pH).
- Phân tích đặc trưng cấu trúc, kích thước hạt và thế zeta của chế phẩm $SeNPs/\text{Fucoidan}$ sau chiếu xạ.
- Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của chế phẩm $SeNPs/\text{Fucoidan}$ bằng phương pháp bắt gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ keo nano selen ổn định trong fucoidan ($SeNPs/\text{Fucoidan}$) được khử từ tiền chất $SeO_2$.
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 08/2022 đến tháng 11/2022.
- Địa điểm thực hiện: Phòng Công nghệ Sinh học Vật liệu và Nano, Trung tâm Công nghệ Sinh học TP. Hồ Chí Minh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và cơ chế bức xạ
Phương pháp tổng hợp $SeNPs$ bằng bức xạ gamma $Co\text{-}60$ dựa trên hiện tượng xạ ly nước. Dưới tác động của tia gamma năng lượng cao, các phân tử nước bị phân cắt tạo ra các gốc tự do có tính khử mạnh, bao gồm electron hydrat hóa ($e^-_{aq}$) và nguyên tử hydro ($H^\bullet$):
$$\text{H}2\text{O} \xrightarrow{\gamma} e^-{aq},\ \text{H}^\bullet,\ ^\bullet\text{OH},\ \text{H}_2\text{O}_2,\ \text{H}_2,\ \text{H}_3\text{O}^+$$
Các gốc khử ($e^-_{aq}$, $H^\bullet$) nhanh chóng khử các ion selenite ($Se^{4+}$) từng bước về dạng selen nguyên tử ($Se^0$):
$$\text{Se}^{4+} + \text{gốc khử } (e^-_{aq},\ \text{H}^\bullet) \rightarrow \text{Se}^{3+} \rightarrow \text{Se}^{2+} \rightarrow \text{Se}^{1+} \rightarrow \text{Se}^0$$
Các nguyên tử $Se^0$ liên kết lại thành mầm tinh thể nano selen. Chuỗi phân tử fucoidan trong dung dịch đóng vai trò chất phân tán và ổn định, bao bọc bề mặt hạt $SeNPs$ thông qua tương tác phối trí và lực cản không gian, ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano.
Hóa chất và thiết bị sử dụng
- Hóa chất: Selen dioxide ($SeO_2$, Scharlau - Tây Ban Nha); Fucoidan chiết xuất từ rong nâu (Yaizu Suisankagaku Industry Co., Ltd - Nhật Bản); $ABTS$, $K_2S_2O_8$, thuốc thử Azure B, KI, HCl, NaOH, EDTA, Ascorbic acid.
- Thiết bị: Nguồn chiếu xạ gamma $Co\text{-}60$ GC 5000 (BRIT - Ấn Độ); Thiết bị đo tán xạ ánh sáng động và thế zeta Zetasizer Nano ZSP (Malvern - Anh); Kính quang phổ Raman (LabRAM HR Evolution, Horiba - Nhật Bản); Máy quang phổ hồng ngoại FTIR-4700 (Jasco - Nhật Bản).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định liều xạ chuyển hóa bão hòa: Khảo sát các dải nồng độ $Se^{4+}$ ($25 - 150\ \mu\text{g/mL}$) trong fucoidan 2% ở các dải liều xạ từ $0,5$ đến $17,5\text{ kGy}$. Sau chiếu xạ, mẫu được ly tâm tốc độ cao ($50.000\text{ vòng/phút}$, 1 giờ) để tách hạt $Se^0$. Lượng $Se^{4+}$ dư chưa chuyển hóa trong dung dịch được định lượng bằng phản ứng tạo màu với thuốc thử Azure B và KI, đo độ hấp thu quang học tại bước sóng $644\text{ nm}$ trên đường chuẩn selen.
- Khảo sát các yếu tố công nghệ ảnh hưởng:
- Nồng độ tiền chất $Se^{4+}$ ($25, 50, 75, 100, 125, 150\ \mu\text{g/mL}$) tại nồng độ fucoidan cố định 2%, pH 7.
- Giá trị pH dung dịch chiếu xạ (pH 3, 5, 7, 9, 11) tại nồng độ $Se^{4+}$ cố định $100\ \mu\text{g/mL}$, fucoidan 2%.
- Nồng độ chất ổn định Fucoidan (1%, 2%, 3%, 4%) tại nồng độ $Se^{4+}$ cố định $100\ \mu\text{g/mL}$, pH 7.
- Phân tích đặc trưng hóa lý:
- Kích thước hạt thủy động: Đo bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) tại bước sóng laser $632\text{ nm}$, góc tán xạ $173^\circ$, nhiệt độ $25^\circ\text{C}$.
- Độ bền phân tán hệ keo: Xác định qua thế zeta bằng phương pháp điện di vi mao quản trên máy Zetasizer Nano ZSP.
- Chuyển dịch trạng thái cấu trúc: Phân tích phổ tán xạ Raman trong dải sóng $100 - 500\text{ cm}^{-1}$ (nguồn laser $785\text{ nm}$) để xác nhận sự chuyển hóa từ $Se^{4+}$ sang $Se^0$.
- Tương tác liên kết bề mặt: Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) ép viên KBr trong dải số sóng $4000 - 500\text{ cm}^{-1}$ (128 lần quét, độ phân giải $2\text{ cm}^{-1}$).
- Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa:
- Phương pháp bắt gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$ (chuẩn bị từ $ABTS\ 7\text{ mM}$ và $K_2S_2O_8\ 2,45\text{ mM}$, ủ tối, đo độ hấp thu ở $\lambda = 734\text{ nm}$).
- Đánh giá chỉ số $IC_{50}$ của các mẫu $SeNPs/\text{Fucoidan}$ với kích thước hạt khác nhau, đối chứng với acid ascorbic.
- Khảo sát động học bắt gốc tự do theo thời gian phản ứng ($24, 30, 36, 42, 48\text{ giờ}$) tại nồng độ thử nghiệm $1\ \mu\text{g/mL}$ so sánh với mẫu nano selen không chất ổn định (ASeNPs) và dung dịch fucoidan chiếu xạ đơn thuần.
- Xử lý số liệu: Thống kê trên phần mềm Excel, phân tích phương sai ANOVA một nhân tố và kiểm định đa khoảng Tukey ($p < 0,05$) bằng phần mềm Minitab 16.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Mở đầu
Chương này nêu bật tính cấp thiết của việc tìm kiếm các chế phẩm chống oxy hóa an toàn, hiệu quả nhằm trung hòa gốc tự do và giảm thiểu nguy cơ bệnh lý do stress oxy hóa. Tác giả chỉ ra hạn chế về độc tính của selen vô cơ/hữu cơ và sự cần thiết của việc chế tạo nano selen bọc bởi polysaccharide tự nhiên. Xác lập 1 mục tiêu tổng quát và 3 nội dung nghiên cứu thực nghiệm chính.
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Tác giả hệ thống hóa các kiến thức nền tảng và y văn chuyên ngành:
- Đặc điểm của Selen: Lịch sử phát hiện, cấu hình hóa học, vai trò sinh học (tăng cường miễn dịch, kích hoạt tế bào T, hỗ trợ giảm nguy cơ ung thư biểu mô tuyến tiền liệt, vú, gan), độc tính cấp/mạn tính của selen khi quá ngưỡng $400\ \mu\text{g/ngày}$.
- Đặc tính của Fucoidan: Cấu trúc sulfated polysaccharide phân lập từ rong nâu, cơ chế tác dụng chống đông máu (phụ thuộc hàm lượng nhóm sulfate), chống đái tháo đường qua ức chế $\alpha$-amylase, $\alpha$-glucosidase và khả năng bắt gốc superoxide.
- Các phương pháp chế tạo nano selen: Đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp khử hóa học (dùng acid ascorbic, acid citric), khử sinh học (dùng dịch chiết thực vật, nấm men Saccharomyces cerevisiae, vi khuẩn) và phương pháp vật lý (vi sóng, chùm laser, bức xạ gamma).
- Công nghệ bức xạ gamma $Co\text{-}60$: Cơ chế xạ ly dung dịch nước tạo gốc khử và nguyên lý tạo mầm $SeNPs$.
- Tổng quan nghiên cứu liên quan: Tổng hợp các công trình trong nước (chế tạo $SeNPs$ trên chất mang dextran của Nguyễn Quốc Hiến và ctv năm 2018; oligochitosan của Nguyễn Thị Mỹ Lan và ctv năm 2019; $\beta$-glucan của Dung và ctv năm 2021) và quốc tế (SeNPs bọc glutathione của El-Batal và ctv năm 2021; sodium alginate của Alhawiti năm 2022; Konjac glucomannan của Song và ctv năm 2022).
Chương 3. Vật liệu và phương pháp
Trình bày chi tiết danh mục hóa chất tinh khiết, thông số kỹ thuật của 4 hệ thống máy đo chuẩn, sơ đồ khối quy trình thực nghiệm và các bảng bố trí thí nghiệm:
- Bảng nồng độ tiền chất và dải liều xạ xác định liều bão hòa ($25 - 150\ \mu\text{g/mL}$; $0,5 - 17,5\text{ kGy}$).
- Bảng khảo sát ảnh hưởng của nồng độ $Se^{4+}$, pH ($3 - 11$) và nồng độ Fucoidan ($1 - 4%$).
- Quy trình dựng đường chuẩn định lượng selen bằng phản ứng Azure B và quy trình đo quang phổ $ABTS^{\bullet+}$.
Chương 4. Kết quả và thảo luận
1. Liều xạ chuyển hóa bão hòa
Nghiên cứu xác định liều xạ tối thiểu cần thiết để khử hoàn toàn ion $Se^{4+}$ thành selen nguyên tử $Se^0$. Khi nồng độ $Se^{4+}$ tăng, liều xạ chuyển hóa bão hòa tăng tuyến tính.
| Nồng độ $Se^{4+}$ ($\mu\text{g/mL}$) |
Liều xạ chuyển hóa bão hòa ($\text{kGy}$) |
| 25 |
2,5 |
| 50 |
5,0 |
| 75 |
7,5 |
| 100 |
10,0 |
| 125 |
12,5 |
| 150 |
15,0 |
Ghi chú: Để khử hoàn toàn $1\text{ mM } Se^{4+}$ khi có mặt chất ổn định fucoidan cần liều xạ $8\text{ kGy}$, cao hơn mức tính toán lý thuyết ($\sim 1,67\text{ kGy}$) do các phân tử fucoidan cạnh tranh phản ứng với các gốc xạ ly ($e^-_{aq}, H^\bullet, ^\bullet OH$).
2. Ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo đến đặc tính hệ keo $SeNPs/\text{Fucoidan}$
- Ảnh hưởng của nồng độ tiền chất $Se^{4+}$: Nồng độ $Se^{4+}$ tăng từ 25 đến $150\ \mu\text{g/mL}$ làm màu sắc dung dịch chuyển từ vàng cam sang đỏ cam đậm; kích thước hạt trung bình tăng từ $22,23\text{ nm}$ lên $64,71\text{ nm}$ (tăng mạnh trong khoảng $25 - 100\ \mu\text{g/mL}$ do mật độ hạt cao làm tăng tần số va chạm và kết tụ); thế zeta dao động từ $|-44,70|\text{ mV}$ xuống $|-38,20|\text{ mV}$ (vẫn đảm bảo $> |+30|\text{ mV}$).
- Ảnh hưởng của pH dung dịch chiếu xạ: Khi pH tăng từ 3 lên 11 (tại $Se^{4+}\ 100\ \mu\text{g/mL}$, Fucoidan 2%), kích thước hạt giảm mạnh từ $117,40\text{ nm}$ (pH 3) xuống $57,31\text{ nm}$ (pH 7) và đạt $56,55\text{ nm}$ (pH 9). Độ âm của thế zeta tăng từ $|-35,30|\text{ mV}$ (pH 3) lên $|-42,50|\text{ mV}$ (pH 11). Nghiệm thức pH 7 được xác định là tối ưu nhờ kích thước hạt nhỏ và dải phân bố hạt hẹp, đồng đều.
- Ảnh hưởng của nồng độ Fucoidan: Nồng độ fucoidan tăng từ 1% đến 4% làm kích thước hạt giảm từ $67,41\text{ nm}$ xuống $53,31\text{ nm}$, thế zeta tăng từ $|-35,80|\text{ mV}$ lên $|-48,30|\text{ mV}$. Nồng độ fucoidan 2% được lựa chọn làm thông số tối ưu vì kích thước hạt đạt $57,31\text{ nm}$, khi tăng lên 3% và 4% kích thước hạt chỉ giảm thêm không đáng kể ($\sim 4\text{ nm}$) nhưng tiêu tốn thêm lượng chất mang.
| Yếu tố khảo sát |
Thông số biến thiên |
Kích thước hạt DLS ($\text{nm}$) |
Thế Zeta ($\text{mV}$) |
Nồng độ $Se^{4+}$
(Fucoidan 2%, pH 7) |
$25\ \mu\text{g/mL}$
$50\ \mu\text{g/mL}$
$75\ \mu\text{g/mL}$
$100\ \mu\text{g/mL}$
$125\ \mu\text{g/mL}$
$150\ \mu\text{g/mL}$ |
22,23
33,55
49,78
57,31
60,92
64,71 |
-44,70
-41,90
-41,00
-40,06
-39,70
-38,20 |
pH dung dịch
($Se^{4+}\ 100\ \mu\text{g/mL}$, Fucoidan 2%) |
pH 3
pH 5
pH 7
pH 9
pH 11 |
117,40
82,85
57,31
56,55
Phân bố rộng |
-35,30
-36,90
-40,60
-41,10
-42,50 |
Nồng độ Fucoidan
($Se^{4+}\ 100\ \mu\text{g/mL}$, pH 7) |
1%
2%
3%
4% |
67,41
57,31
55,76
53,31 |
-35,80
-40,06
-45,10
-48,30 |
3. Đặc trưng cấu trúc của $SeNPs/\text{Fucoidan}$
- Quang phổ Raman: Mẫu $Se^{4+}/\text{Fucoidan}$ trước chiếu xạ có hai đỉnh hấp thu đặc trưng tại $141\text{ cm}^{-1}$ và $237\text{ cm}^{-1}$ (dạng selen trigonal $Se^{4+}$). Khi chiếu xạ ở liều $7,5\text{ kGy}$ (chưa bão hòa), phổ xuất hiện đồng thời đỉnh $236\text{ cm}^{-1}$ và $251\text{ cm}^{-1}$. Khi chiếu xạ ở liều bão hòa $10\text{ kGy}$, phổ chỉ còn duy nhất một đỉnh cực đại tại $251\text{ cm}^{-1}$, chứng minh toàn bộ $Se^{4+}$ đã bị khử thành selen nguyên tử nano ($Se^0$).
- Quang phổ hồng ngoại FTIR: So sánh giữa mẫu fucoidan 2% chiếu xạ và mẫu $SeNPs/\text{Fucoidan}$ ($100\ \mu\text{g/mL}$, $10\text{ kGy}$), có sự dịch chuyển số sóng của các nhóm chức đặc trưng:
- Nhóm hydroxyl ($-\text{OH}$): dịch chuyển từ $3443\text{ cm}^{-1}$ sang $3426\text{ cm}^{-1}$.
- Nhóm carbonyl ($\text{C}=\text{O}$): dịch chuyển từ $1731\text{ cm}^{-1}$ sang $1734\text{ cm}^{-1}$.
- Nhóm carboxylat ($-\text{COO}^-$): dịch chuyển từ $1420\text{ cm}^{-1}$ sang $1418\text{ cm}^{-1}$.
Sự dịch chuyển này xác nhận các nguyên tử oxy mang điện tích âm trong cấu trúc fucoidan đã tham gia tương tác phối trí/tĩnh điện để bọc và giữ ổn định hạt nano $Se^0$.
4. Khả năng kháng oxy hóa của chế phẩm
- Theo giá trị $IC_{50}$: Mẫu đối chứng acid ascorbic có giá trị $IC_{50}$ là $19,71\ \mu\text{g/mL}$. Các mẫu $SeNPs/\text{Fucoidan}$ có kích thước hạt $< 60\text{ nm}$ thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa vượt trội hơn acid ascorbic:
- Mẫu kích thước $22,23\text{ nm}$ ($Se^{4+}\ 25\ \mu\text{g/mL}$): $IC_{50} = 3,74\ \mu\text{g/mL}$ (hoạt tính cao gấp 5,27 lần acid ascorbic).
- Mẫu kích thước $33,55\text{ nm}$ ($Se^{4+}\ 50\ \mu\text{g/mL}$): $IC_{50} = 3,88\ \mu\text{g/mL}$ (hoạt tính cao gấp 5,07 lần acid ascorbic).
- Mẫu kích thước $49,78\text{ nm}$ và $57,31\text{ nm}$: $IC_{50}$ thấp hơn đối chứng lần lượt 1,39 và 1,10 lần.
- Mẫu kích thước $> 60\text{ nm}$ ($Se^{4+}\ 125$ và $150\ \mu\text{g/mL}$): $IC_{50}$ cao hơn acid ascorbic (1,09 và 1,13 lần).
- Theo thời gian phản ứng (tại nồng độ $1\ \mu\text{g/mL}$): Hoạt tính bắt gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$ của $SeNPs/\text{Fucoidan}$ tăng dần từ 24 đến 48 giờ và tỷ lệ nghịch với kích thước hạt. Mẫu $SeNPs$ kích thước càng nhỏ cho khả năng kháng oxy hóa càng cao, đồng thời vượt trội hoàn toàn so với mẫu đối chứng fucoidan đơn thuần và nano selen không có chất ổn định (ASeNPs).
| Kích thước hạt $SeNPs/\text{Fucoidan}$ |
Tỷ lệ bắt gốc $ABTS^{\bullet+}$ sau 24h (%) |
Tỷ lệ bắt gốc $ABTS^{\bullet+}$ sau 36h (%) |
Tỷ lệ bắt gốc $ABTS^{\bullet+}$ sau 48h (%) |
| $d \sim 33,55\text{ nm}$ |
35,44 |
58,15 |
72,16 |
| $d \sim 57,31\text{ nm}$ |
26,36 |
45,69 |
55,47 |
| $d \sim 64,71\text{ nm}$ |
12,35 |
23,65 |
26,77 |
| Mẫu đối chứng Fucoidan (5 kGy) |
23,35 |
25,54 |
25,69 |
| Mẫu đối chứng ASeNPs ($d \sim 202,50\text{ nm}$) |
2,17 |
7,81 |
15,43 |
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
- Xác định chính xác liều xạ chuyển hóa bão hòa ion $Se^{4+}$ thành $Se^0$ tương ứng với từng nồng độ từ 25 đến $150\ \mu\text{g/mL}$ là từ 2,5 đến $15\text{ kGy}$.
- Chế tạo thành công hệ keo nano selen bọc trong fucoidan có kích thước hạt dao động từ $22,23\text{ nm}$ đến $64,71\text{ nm}$, độ ổn định hệ keo cao với thế zeta luôn nằm trong khoảng $|-35,30|\text{ mV}$ đến $|-48,30|\text{ mV}$ ($> |+30|\text{ mV}$).
- Xác lập điều kiện chế tạo tối ưu cho hệ keo ở nồng độ $Se^{4+}\ 100\ \mu\text{g/mL}$, nồng độ Fucoidan 2%, pH 7, liều xạ $10\text{ kGy}$ (kích thước hạt đạt $57,31\text{ nm}$, thế zeta $-40,60\text{ mV}$).
- Chứng minh cơ chế phối trí ổn định bề mặt hạt nano $Se^0$ thông qua các nguyên tử oxy của các nhóm chức ($-\text{OH}$, $\text{C}=\text{O}$, $-\text{COO}^-$) trên mạch fucoidan bằng phổ FTIR và khẳng định sự chuyển pha hoàn toàn sang $Se^0$ qua đỉnh Raman duy nhất tại $251\text{ cm}^{-1}$.
- Khẳng định hoạt tính kháng oxy hóa vượt trội của $SeNPs/\text{Fucoidan}$ so với acid ascorbic ở kích thước hạt nhỏ ($IC_{50} = 3,74\ \mu\text{g/mL}$ tại hạt $22,23\text{ nm}$, thấp hơn 5,27 lần so với acid ascorbic có $IC_{50} = 19,71\ \mu\text{g/mL}$), đồng thời hoạt tính tiếp tục tăng theo thời gian tiếp xúc (đạt $72,16%$ sau 48 giờ ở mẫu $33,55\text{ nm}$).
Đóng góp học thuật và thực tiễn
- Đây là công trình đầu tiên ứng dụng polysaccharide fucoidan làm chất ổn định để chế tạo nano selen bằng phương pháp chiếu xạ gamma $Co\text{-}60$.
- Cung cấp quy trình chế tạo vật liệu nano sinh học bằng kỹ thuật bức xạ "xanh", sạch, không tạo phụ phẩm độc hại hay tồn dư hóa chất khử, mở ra hướng ứng dụng chế phẩm $SeNPs/\text{Fucoidan}$ làm nguyên liệu trong thực phẩm bảo vệ sức khỏe và hỗ trợ trị liệu.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (thể tích mẫu $100\text{ mL}$); phạm vi đánh giá hoạt tính sinh học chỉ mới tập trung vào khả năng bắt gốc tự do in vitro ($ABTS^{\bullet+}$), chưa tiến hành thử nghiệm độc tính tế bào và ức chế các dòng tế bào ung thư in vitro hoặc thử nghiệm in vivo trên mô hình động vật.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Đánh giá hoạt tính gây độc và ức chế tế bào ung thư in vitro (như ung thư gan HepG2, ung thư vú MCF7, ung thư ruột Caco-2) của chế phẩm $SeNPs/\text{Fucoidan}$.
- Khảo sát độ ổn định và thời gian bảo quản của hệ keo ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau (nhiệt độ phòng và $4^\circ\text{C}$).
- Mở rộng quy mô chế tạo và thử nghiệm tiền lâm sàng trên động vật.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo chuyên sâu dành cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các ngành Công nghệ Sinh học, Hóa học Vật liệu, Công nghệ Thực phẩm và Dược học. Các phần có giá trị tham khảo cao gồm:
- Quy trình thực nghiệm xác định liều xạ chuyển hóa bão hòa hạt nano kim loại/phi kim bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Azure B.
- Phương pháp luận phân tích cấu trúc phối trí bề mặt hạt nano bằng quang phổ FTIR và nhận diện chuyển pha tinh thể selen bằng quang phổ Raman.
- Bố trí thí nghiệm đánh giá động học kháng oxy hóa in vitro ($IC_{50}$ và theo thời gian) trên gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$.
Câu hỏi thường gặp
1. Liều xạ chuyển hóa bão hòa để khử hoàn toàn ion $Se^{4+}$ thành $Se^0$ ở nồng độ $100\ \mu\text{g/mL}$ là bao nhiêu?
Theo kết quả thực nghiệm, liều xạ chuyển hóa bão hòa cho mẫu $Se^{4+}/\text{Fucoidan}$ nồng độ $100\ \mu\text{g/mL}$ là $10\text{ kGy}$. Đối với toàn bộ dải nồng độ $25, 50, 75, 100, 125\text{ và } 150\ \mu\text{g/mL}$, liều xạ bão hòa xác định được lần lượt là $2,5;\ 5;\ 7,5;\ 10;\ 12,5\text{ và } 15\text{ kGy}$.
2. Sự thay đổi pH và nồng độ Fucoidan ảnh hưởng như thế nào đến kích thước hạt nano selen?
Kích thước hạt $SeNPs$ tỷ lệ nghịch với cả giá trị pH và nồng độ fucoidan:
- Khi tăng pH từ 3 lên 7, kích thước hạt giảm mạnh từ $117,40\text{ nm}$ xuống $57,31\text{ nm}$.
- Khi tăng nồng độ fucoidan từ 1% lên 4%, kích thước hạt giảm từ $67,41\text{ nm}$ xuống $53,31\text{ nm}$.
3. Phổ Raman và FTIR chứng minh điều gì về cấu trúc của chế phẩm $SeNPs/\text{Fucoidan}$?
- Phổ Raman chứng minh sự biến đổi hóa học từ $Se^{4+}$ (đỉnh đặc trưng $141\text{ cm}^{-1}$ và $237\text{ cm}^{-1}$) thành selen nguyên tử $Se^0$ dạng nano (xuất hiện đỉnh cực đại duy nhất tại $251\text{ cm}^{-1}$ ở liều chiếu xạ bão hòa $10\text{ kGy}$).
- Phổ FTIR chỉ ra sự dịch chuyển số sóng của các nhóm chức hydroxyl ($3443 \rightarrow 3426\text{ cm}^{-1}$), carbonyl ($1731 \rightarrow 1734\text{ cm}^{-1}$) và carboxylat ($1420 \rightarrow 1418\text{ cm}^{-1}$), chứng minh các nguyên tử oxy của fucoidan tham gia liên kết phối trí bao bọc và ổn định hạt nano selen.
4. Hoạt tính kháng oxy hóa của $SeNPs/\text{Fucoidan}$ so với acid ascorbic như thế nào?
Chế phẩm $SeNPs/\text{Fucoidan}$ có kích thước hạt nhỏ thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa mạnh hơn nhiều so với acid ascorbic. Mẫu hạt $22,23\text{ nm}$ có chỉ số $IC_{50}$ đạt $3,74\ \mu\text{g/mL}$ (hoạt tính cao gấp 5,27 lần so với acid ascorbic có $IC_{50} = 19,71\ \mu\text{g/mL}$) và mẫu hạt $33,55\text{ nm}$ có $IC_{50} = 3,88\ \mu\text{g/mL}$ (cao gấp 5,07 lần).
Kết luận
Khóa luận đã chế tạo thành công dung dịch keo nano selen ổn định trong fucoidan ($SeNPs/\text{Fucoidan}$) có kích thước hạt từ $22,23\text{ nm}$ đến $64,71\text{ nm}$ và thế zeta ổn định ($< -35\text{ mV}$) bằng phương pháp chiếu xạ gamma $Co\text{-}60$. Cấu trúc hạt $Se^0$ và vai trò ổn định của các nhóm chức chứa oxy trên fucoidan đã được chứng minh tường minh qua quang phổ Raman và FTIR. Chế phẩm thu được sở hữu hoạt tính kháng oxy hóa in vitro vượt trội so với acid ascorbic và có xu hướng gia tăng theo thời gian, cho thấy tiềm năng ứng dụng làm thành phần hoạt chất trong thực phẩm bảo vệ sức khỏe.
