Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ trong y sinh

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM

1.1. Giới thiệu về vật liệu nano phát quang. Vật liệu phát quang chứa ion đất hiếm

1.2. Đặc tính phát quang của hợp chất đất hiếm

1.3. Một số đặc trưng của ion Gd3+

1.4. Một số đặc trưng của ion Tb3+

1.5. Một số đặc trưng của ion Eu2+, Eu3+

1.6. Các chuyển dời cho phép trong các ion RE3+

1.7. Quá trình truyền năng lượng

1.8. Tính chất đặc trưng và ứng dụng của vật liệu chứa Gadolini

1.9. Vật liệu Gadolini

1.10. Vật liệu phát quang nền Gd2O3

1.11. Vật liệu nano phát quang nền GdPO4

1.12. Đặc điểm tính chất của kháng nguyên nọc rắn và CEA

1.13. Đặc điểm của kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra

1.14. Đặc điểm của kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Các phương pháp hóa học chế tạo vật liệu

2.2. Phương pháp thủy nhiệt

2.2.1. Giới thiệu về phương pháp thủy nhiệt

2.3. Quy trình tổng hợp vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+

2.4. Phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước

2.4.1. Giới thiệu về phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước

2.5. Quy trình tổng hợp vật liệu Gd2O3:Eu3+

2.6. Chế tạo phức hợp nano y sinh của GdPO4:Tb3+; Gd2O3:Eu3+

2.7. Xử lý bề mặt vật liệu

2.7.1. Chức năng hóa bề mặt vật liệu và liên hợp hóa giữa vật liệu nano phát quang với phần tử hoạt động sinh học

2.7.2. Bọc vỏ vật liệu thanh nano GdPO4:Tb3+ bằng silica

2.7.3. Chức năng hóa thanh nano GdPO4:Tb3+@silica bằng nhóm NH2

2.7.4. Chế tạo phức nano của GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể kháng nọc rắn (IgG)

2.7.5. Bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica

2.7.6. Chức năng hóa vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica bằng nhóm NH2

2.7.7. Chế tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng CEA (IgG)

2.8. Các phương pháp phân tích vật liệu

2.8.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

2.8.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

2.8.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X

2.8.4. Phương pháp quang phổ huỳnh quang

2.8.5. Phương pháp quang phổ hồng ngoại

2.8.6. Phép đo tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung

2.8.7. Đốt nóng cảm ứng từ

2.8.8. Phương pháp phân tích huỳnh quang miễn dịch

2.8.9. Kính hiển vi huỳnh quang

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

3. CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO GdPO4:Tb3+ VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA GdPO4:Tb3+ PHÁT HIỆN KHÁNG NGUYÊN NỌC ĐỘC RẮN HỔ MANG

3.1. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu

3.2. Kết quả phân tích FESEM của vật liệu

3.3. Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4

3.4. Ảnh FESEM của vật liệu GdPO4:Tb3+

3.5. Kết quả phân tích TEM của vật liệu GdPO4:Tb3+@silica

3.6. Kết quả nhiễu xạ tia X

3.7. Kết quả phân tích huỳnh quang

3.8. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4

3.9. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+

3.10. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdPO4:Tb3+ bọc silica, gắn nhóm chức amin và kháng thể IgG

3.11. Kết quả đo phổ hồng ngoại

3.12. Tính chất từ của hệ vật liệu GdPO4, GdPO4:Tb3+

3.13. Ứng dụng của phức hợp nano của GdPO4:Tb3+ phát hiện kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra

3.14. Đánh giá kết quả gắn vật liệu nano-kháng thể IgG bằng quang phổ hồng ngoại

3.15. Đánh giá khả năng của phức hợp GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG trong phát hiện kháng nguyên nọc độc rắn hổ mang Naja atra

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

4. CÁC KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO Gd2O3:Eu3+ VÀ ỨNG DỤNG PHỨC HỢP NANO CỦA Gd2O3:Eu3+ PHÁT HIỆN KHÁNG NGUYÊN CEA CỦA TẾ BÀO UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG

4.1. Các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang, từ của vật liệu

4.2. Kết quả đo FESEM

4.3. Kết quả đo TGA

4.4. Kết quả đo TEM của vật liệu Gd2O3:6%Eu3+

4.5. Kết quả đo nhiễu xạ tia X

4.6. Kết quả phân tích EDX

4.7. Kết quả đo phổ hồng ngoại của vật liệu

4.8. Kết quả đo huỳnh quang

4.9. Phổ kích thích huỳnh quang

4.10. Phổ huỳnh quang của vật liệu Gd2O3:X%Eu3+

4.11. Phổ huỳnh quang của vật liệu khi bọc silica

4.12. Ứng dụng phức hợp nano của Gd2O3:Eu3+ phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng

4.13. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA tinh khiết bằng phức hợp nano

4.14. Đánh giá khả năng phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng HT-29 bằng phức hợp nano

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Vật liệu nano và ứng dụng trong y sinh

Vật liệu nano đã trở thành công cụ quan trọng trong lĩnh vực y sinh, đặc biệt là trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Các vật liệu nano phát quang như GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng phát quang mạnh, ổn định và tương thích sinh học. Những vật liệu này có thể được sử dụng trong các phương pháp chẩn đoán như chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và kính hiển vi huỳnh quang, giúp theo dõi các quá trình sinh học ở cấp độ phân tử và tế bào. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng trong các phương pháp điều trị như quang động, quang nhiệt, và quang từ, mang lại hiệu quả cao trong cận lâm sàng.

1.1. Vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm

Các vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm (RE-NP) như GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ được ưa chuộng nhờ hiệu suất phát quang cao và ổn định trong môi trường nước. Chúng có phổ phát quang hẹp, độ dịch chuyển Stockes lớn, và thời gian sống huỳnh quang dài. Những đặc tính này làm cho chúng trở thành công cụ lý tưởng trong ứng dụng y sinh, đặc biệt là trong chẩn đoán y tế và đánh dấu sinh học. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh khả năng của RE-NP trong việc nhận dạng các phân tử sinh học, protein, ADN, và tế bào, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong y học.

1.2. Chế tạo vật liệu nano

Quá trình chế tạo vật liệu nano như GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ thường sử dụng các phương pháp như thủy nhiệt và tổng hợp hóa học nhiều bước. Các phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước, hình dạng và tính chất quang học của vật liệu. Ví dụ, phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để tổng hợp nano GdPO4:Tb3+ với cấu trúc dạng thanh, trong khi phương pháp tổng hợp hóa học nhiều bước được áp dụng để tạo ra nano Gd2O3:Eu3+ với kích thước và hình thái đồng đều. Những kết quả này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình chế tạo để ứng dụng trong y sinh.

II. Ứng dụng của vật liệu nano trong y sinh

Ứng dụng y sinh của vật liệu nano như GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu. Chúng được sử dụng làm đầu dò phát quang trong các phương pháp chẩn đoán như phát hiện kháng nguyên nọc rắn và kháng nguyên CEA trong tế bào ung thư đại trực tràng. Các phức hợp nano được tạo ra bằng cách gắn kết vật liệu nano với kháng thể IgG, giúp tăng cường độ nhạy và độ chính xác trong phát hiện bệnh. Ngoài ra, vật liệu nano còn được ứng dụng trong kính hiển vi huỳnh quang, cho phép quan sát và phân tích các quá trình sinh học ở cấp độ tế bào.

2.1. Phát hiện kháng nguyên nọc rắn

Phức hợp nano của GdPO4:Tb3+ được sử dụng để phát hiện kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja atra. Quá trình này bao gồm việc gắn kết vật liệu nano với kháng thể IgG thông qua các phản ứng hóa học. Kết quả cho thấy khả năng phát hiện kháng nguyên với độ nhạy cao, mở ra tiềm năng ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến nọc độc. Phương pháp này cũng được đánh giá là an toàn và hiệu quả, nhờ vào tính tương thích sinh học của vật liệu nano.

2.2. Phát hiện kháng nguyên CEA

Gd2O3:Eu3+ được ứng dụng trong phát hiện kháng nguyên CEA của tế bào ung thư đại trực tràng. Các phức hợp nano được tạo ra bằng cách gắn kết vật liệu nano với kháng thể IgG, giúp tăng cường độ nhạy và độ chính xác trong phát hiện bệnh. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng phát hiện kháng nguyên CEA với độ chính xác cao, mở ra tiềm năng ứng dụng trong chẩn đoán sớm và điều trị ung thư. Phương pháp này cũng được đánh giá là an toàn và hiệu quả, nhờ vào tính tương thích sinh học của vật liệu nano.

III. Kết luận và triển vọng

Nghiên cứu về chế tạo và ứng dụng vật liệu nano như GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ trong y sinh đã đạt được nhiều kết quả đáng kể. Những vật liệu này không chỉ có tính chất quang học và từ tính ưu việt mà còn tương thích sinh học, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Các phức hợp nano được tạo ra từ những vật liệu này đã chứng minh hiệu quả trong phát hiện kháng nguyên nọc rắn và kháng nguyên CEA, mang lại hy vọng mới trong việc cải thiện chất lượng chẩn đoán và điều trị bệnh. Trong tương lai, việc tối ưu hóa quy trình chế tạo và mở rộng ứng dụng của các vật liệu nano này sẽ tiếp tục là hướng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực y sinh.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu nano GdPO4:Tb3+ và Gd2O3:Eu3+ ứng dụng trong y sinh