MỞ ĐẦU Ung thƣ là căn bệnh nan y vô cùng nguy hiểm với nhiều thể loại và tiến triển bệnh rất phức tạp. Tổ chức Y tế Thế giới dự báo trong số 18 triệu ngƣời phát hiện mắc ung thƣ tính từ đầu năm 2018 sẽ có 9,6 triệu ngƣời tử vong (thông tin đƣợc Cơ quan Nghiên cứu Ung thƣ Quốc tế (IARC) thuộc Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đƣa ra ngày 12/9/2018) [46]. Cũng theo thống kê của WHO, Việt Nam là quốc gia có tỷ lệ tử vong khi mắc bệnh ung thƣ là tƣơng đối lớn (xếp vị 56/185 quốc gia và vùng lãnh thổ). Hiện nay, các phƣơng pháp điều trị ung thƣ phổ biến là hóa trị, xạ trị, phẫu thuật khối u và liệu pháp hormone, miễn dịch,… đặc biệt phải kể đến là các phƣơng pháp hiện đại ứng dụng sự phát triển của công nghệ nano.
Những phân tử nano đƣợc thiết kế đặc biệt, sử dụng với nhiều mục đích khác nhau nhƣ: đánh dấu huỳnh quang miễn dịch, chụp ảnh tế bào, làm tác nhân tƣơng phản cho ảnh cộng hƣởng từ, phân phối thuốc hƣớng đích và nhiệt trị tiêu diệt các tế bào ung thƣ [19, 33, 42]…. Các ứng dụng này có thể xem nhƣ một bƣớc tiến vƣợt bậc trong lĩnh vực y sinh học vì có thể chẩn đoán chính xác và điều trị có hiệu quả một số bệnh ung thƣ, giảm thời gian cũng nhƣ chi phí trong quá trình điều trị bệnh. Gần đây, các phƣơng pháp tổng hợp hóa học trong dung dịch nhƣ phƣơng pháp khử, phƣơng pháp đồng kết tủa và phƣơng pháp sol-gel đã đƣợc áp dụng thành công trong tổng hợp các nano kim loại và nano tổ hợp đa chức năng. Một số hạt nano đa chức năng đƣợc chế tạo dựa trên cấu trúc lõi-vỏ gồm một lõi từ, lõi vật liệu kim loại quý Au, Ag hay lõi silica đƣợc chức năng hóa bề mặt tích hợp với các vật liệu huỳnh quang nhƣ các chất màu hữu cơ [27] hoặc chấm lƣợng tử [12, 32].
Tuy nhiên, các chất màu hữu cơ thì có độ ổn định quang hóa kém, còn các chấm lƣợng tử thì thƣờng đƣợc chế tạo từ các vật liệu độc hại cao [29]. So với những vật liệu này, các phức chất huỳnh quang đất hiếm có một số ƣu điểm nhƣ khả năng phát xạ huỳnh 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com quang mạnh, dạng phổ phát xạ, thời gian sống huỳnh quang khá dài và khá thân thiện với môi trƣờng [2, 3, 26, 29]… Trong quá trình tổng hợp vật liệu, việc xác định hàm lƣợng các chất ở các giai đoạn chế tạo, đặc biệt là phức chất huỳnh quang, là rất cần thiết nhằm tối ƣu hóa và đánh giá hiệu suất của quá trình chế tạo. Để phân tích đặc trƣng của vật liệu, một số phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng bao gồm: phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis), phƣơng pháp phân tích phổ huỳnh quang, quang phổ hồng ngoại,…Tuy nhiên việc định lƣợng phức chất huỳnh quang trong vật liệu lại chƣa đƣợc đề cập nhiều. Do đó, đề tài “Nghiên cứu xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang europi (III) trong quá trình chế tạo vật liệu nano y sinh đa chức năng” đƣợc thực hiện với mong muốn xác định phức chất huỳnh quang trong vật liệu nano đa chức năng hƣớng đến ứng dụng điều trị các bệnh ung thƣ.
2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1.Vật liệu huỳnh quang chứa ion đất hiếm Europi (III) 1. Cơ chế phát quang Eu3+ Europi (Eu) là nguyên tố đất hiếm thuộc họ Lantanit ở ô thứ 63 trong bảng tuần hoàn và có cấu hình nguyên tử [Xe] 4f7 5s2 5p6 6s2. Ion Eu3+ có cấu hình điện tử dạng: [Xe] 4f6 5s2 5p6. Eu3+ với lớp vỏ 4f6 còn thiếu một electron nữa để đạt trạng thái bán bão hòa nên có xu hƣớng nhận thêm một điện tử.
Khi ion Eu3+ đƣợc kích thích lên mức năng lƣợng cao, nó sẽ hồi phục về mức năng lƣợng thấp hơn và phát xạ các vạch trong vùng khả kiến tƣơng ứng với các dịch chuyển từ mức bị kích thích 5D0 tới các mức 7 Fj (j = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) của cấu hình 4f6. Sự kích thích các ion Eu3+ cho phổ phát quang đặc trƣng của ion Eu3+ trong vùng 610 - 620 nm do mạng nền sẽ truyền năng lƣợng cho tâm kích hoạt làm thay đổi các chuyển dời nội bộ của 4f [11, 23, 27]. Phức chất huỳnh quang đất hiếm Europi (III) Tính chất quang học của các phức chất đất hiếm đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kĩ thuật khác nhau nhƣ: khoa học môi trƣờng, công nghệ quang tử và sinh học tế bào,… Năm 2008, Guo-Jian Duan và nhóm nghiên cứu [21] đã tổng hợp đƣợc các phức chất của Eu(III), Tb(III) với axit (Z)-4-(4- metoxyphenoxy)-4-oxobut-2-enoic, trong đó nhóm cacboxylat phối trí chelat hai càng với các ion đất hiếm. Các phức chất này tạo ra ánh sáng đơn sắc với cƣờng độ phát quang mạnh, có thể quan sát đƣợc các đỉnh phát quang mạnh ở 616 nm đối với Eu(III) và 547 nm đối với Tb(III).
Các phức chất của axit 2-hydroxynicotinic (H2nicO) với các ion đất hiếm Tb3+, Eu3+ đã đƣợc các Paula C. Soares-Santos cùng các cộng sự [37] nghiên cứu thành công. Phối tử HnicO- khi phối trí với các ion đất hiếm Tb3+, Eu3+ đã tạo ra hai phức chất có khả năng phát quang là [Tb(HnicO)2(m-HnicO)(H2O)].1,75H2O và 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Thời gian phát quang của các phức chất Eu(III) và Tb(III) là 0,592 ± 0.007 ms và 0,113 ± 0,002 ms tƣơng ứng với trạng thái phát xạ là 5D0 và 5D4.
Tác giả Nguyễn Thị Hiền Lan đã tổng hợp thành công 2 phức chất của Eu(III) với natri picolinat (năm 2014) [5] và natri 2-thiophenaxetat (năm 2015) [6]. Hai phức chất Na[Eu(Pic)4], Na[Eu(TPA)4] phát huỳnh quang mạnh và rực rỡ với 5 dải phát xạ hẹp ở vùng ánh sáng trông thấy. Harri Harma, Christina Graf, Pekka Hanninen [22] đã chế tạo hạt nano phát quang europium (III) với phối tử hữu cơ naphtoyltrifluoroacetone với cấu trúc lõi là phức chất europium (III) và vỏ là silica. Phức chất europium (III) đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp ngƣng tụ từ dung môi hữu cơ vào nƣớc.
Các hạt nano có đƣờng kính 71 ± 5 nm và độ dày vỏ 11 nm, thể hiện các đỉnh phát xạ hẹp đặc trƣng và phát xạ mạnh nhất ở 614 nm dƣới bƣớc sóng kích thích 334 nm. Thời gian sống huỳnh quang dài là 517 µs. Nhƣ vậy, khả năng phát quang của phức chất europi (III) có thể đƣợc tăng cƣờng khi liên kết phối trí với các phối tử hữu cơ thích hợp. Trong các phối tử hữu cơ thì 2-naphthoyl trifluoacetone (NTA) là một β-dixeton có tác dụng nhƣ một ăng ten hấp thụ ánh sáng sau đó truyền năng lƣợng sang ion Eu3+.
Phức chất đƣợc tạo thành có độ bền quang hóa tốt, khá thân thiên với môi và dễ dàng tƣơng thích sinh học [26]. Bởi vậy, Phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này. Vật liệu nano đa chức năng Trong những năm gần đây, các hạt nano đa chức năng đang dần trở thành những vật liệu hứa hẹn có nhiều ứng dụng hữu ích và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống. Những ứng dụng này bao gồm phân tích môi trƣờng, cảm biến sinh học, chẩn đoán và điều trị bệnh [12]… dựa trên các tính chất từ, quang và điện hóa của các chúng.
4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Yi-Bo Wang cùng các nhà khoa học trong nhóm nghiên cứu [49] đã tổng hợp đƣợc ba phức chất polime đa nhân là [Eu5(m3-OH)(oba)7(H2O)2]n.0,5nH2O và [Yb6(oba)9(H2O)]n (H2oba là axit 4,4'- oxybis(benzoic) bằng các phản ứng thủy nhiệt. Trong đó, phức chất của Eu3+ có khả năng phát quang, còn phức chất của Ho3+ và Yb3+ thì có từ tính. Ipe và cộng sự [14] đã biến tính các hạt nano vàng bằng cách phủ các dẫn xuất monothiol của 2,2-dipyridyl lên bề mặt hạt nano. Phức chất đƣợc hình thành giữa ion Eu3+/Tb3+ với các phối tử xung quanh hạt vàng tạo ra vật liệu nano huỳnh quang.
Các hạt nano AuNP-D-Eu(III) phát huỳnh quang màu đỏ và phức hợp AuNP-D-Tb(III) huỳnh quang xanh lá cây có tuổi thọ lần lƣợt là 0,36ms và 0,7ms. Những vật liệu nano đƣợc sử dụng làm cảm biến cho các cation kim loại thông qua sự ghi nhận về sự giảm cƣờng độ phát quang khi thay thế ion Eu 3+/Tb3+ bằng các ion kim loại nhƣ: Ca2+, Mg2+, Cu2+,… Hiện nay, các hạt nano làm từ oxit đất hiếm đang đƣợc nghiên cứu làm vật liệu mới để gắn nhãn huỳnh quang, bởi quang phổ phát xạ mạnh, tuổi thọ dài,… Các hạt nano pha tạp Gd2O3/Eu3+ với kích thƣớc ~ 4 nm đã đƣợc Ranu K. Dutta và Avinash C. Pandey [39] chế tạo theo phƣơng pháp đồng kết tủa.
Vật liệu thu đƣợc có tính chất siêu thuận từ (với độ từ hóa χ = 6,1.10-4 emu/g) và phát huỳnh quang màu đỏ ở vùng nhìn thấy ở kích thích 395 nm. Kết quả này mở ra những ứng dụng của vật liệu trong chẩn đoán và điều trị bệnh nhƣ: dẫn truyền thuốc, làm tác nhân tƣơng phản trong chụp ảnh cộng hƣởng từ,… Mei-Ling Chen và nhóm nghiên cứu [34] đã kết hợp chấm lƣợng tử CdTe với ống nano cacbon (CNT) chứa oxit sắt từ với mục đích tạo ra một hệ vật liệu phục vụ cho quá trình điều trị ung thƣ. Fe3O4 đƣợc đƣa vào bên trong ống nano cacbon nhằm hạn chế sự oxi hóa của không khí và xu hƣớng kết tụ hạt làm giảm từ tính của vật liệu. Các chấm lƣợng tử (HQD) đƣợc phủ SiO2 gắn trên bề mặt của CNT giúp cho hạt nano phát huỳnh quang tốt khi lớp vỏ SiO2 làm giảm sự tắt dần huỳnh quang do các CNT gây ra.
Ngoài ra, lớp vỏ SiO2 cũng làm giảm thiểu độc tính của các chấm 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com lƣợng tử CdTe. Sau khi phủ transferrin vật liệu có thể tích hợp thuốc doxorubicin hydrochlorit để đƣa chúng đến các tế bào mang bệnh bằng từ trƣờng. Ngoài độ ổn định quang học và khả năng dẫn thuốc hiệu quả, hệ vật liệu Fe3O4@CNT-CdTe còn cho thấy độc tính thấp rất phù hợp trong chẩn đoán và điều trị ung thƣ. Năm 2016, Le Thi Thu Huong và các cộng sự [26] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của axit folic đối với vật liệu nano Fe3O4/OCMC/Cur trong quá trình điều trị ung thƣ.
Thử nghiệm trên chuột mang khối u cho thấy rằng khi folat gắn vào hệ vật liệu nano mang curcumin cho kết quả tốt hơn khi không có folat. Vật liệu không chỉ đóng vai trò dẫn thuốc curcumin đến đúng mục tiêu tế bào mang bệnh mà còn có khả nâng thân nhiệt cục bộ nhằm tiêu diệt tế bào ung thư theo phương pháp nhiệt trị. Vật liệu nano đa chức năng quang từ với cấu trúc lõi-vỏ đang đƣợc nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây, bởi những ứng dụng thiết thực của chúng đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh.