Luận văn thạc sĩ hus 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

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang europi iii trong quá trình chế tạo vật liệu, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Bùi Minh Thắng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Ánh Hƣờng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu xác định hàm lƣợng phức chất huỳnh quang Europi (III) trong quá trình chế tạo vật liệu nano y sinh đa chức năng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Vật liệu huỳnh quang chứa ion đất hiếm Europi (III)
• 1.1. Cơ chế phát quang Eu3+
• 1.2. Phức chất huỳnh quang đất hiếm Europi (III)
• 1.3. Vật liệu nano đa chức năng
• 1.4. Ứng dụng hình ảnh y sinh
• 1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu
• 1.5.1. Phương pháp nghiền
• 1.5.2. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.5.3. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.5.4. Phương pháp vi nhũ tương
• 1.5.5. Phương pháp khử
• 1.5.6. Phương pháp sinh học
• 1.5.7. Phương pháp sol-gel
• 1.6. Các phương pháp phân tích định lượng Europi và phức chất
• 1.6.1. Phương pháp phân tích dòng chảy (FIA)
• 1.6.2. Phương pháp điện hóa
• 1.6.3. Phương pháp điện di mao quản
• 1.6.4. Phương pháp sắc kí
• 1.6.5. Các phương pháp quang phổ
• 2. CHƯƠNG 2: Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2.3. Quy trình chế tạo vật liệu
• 2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu
• 2.2.4.1. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
• 2.2.4.2. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 2.2.4.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.2.4.4. Quang phổ hồng ngoại Fourier (FT-IR)
• 2.2.4.5. Phương pháp phân tích phổ huỳnh quang
• 2.2.4.6. Phân tích định lượng phức chất huỳnh quang Europi (III) trong vật liệu nano đa chức năng
• 2.2.4.7. Phương pháp xây dựng đường chuẩn
• 2.2.4.8. Xác định giới hạn phát hiện – Giới hạn định lượng
• 2.2.5. Đánh giá phương pháp phân tích
• 2.2.5.1. Độ đúng của phương pháp
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá phương pháp phân tích
• 3.1.1. Khảo sát độ tuyến tính
• 3.1.2. Xây dựng đường chuẩn
• 3.1.3. Kiểm tra sai số hệ thống của phương pháp
• 3.1.4. Giới hạn phát hiện – Giới hạn định lượng
• 3.1.5. Độ đúng của phương pháp
• 3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chế tạo vật liệu nano đa chức năng
• 3.2.1. Kết quả đánh giá chất lượng vật liệu chế tạo
• 3.2.2. Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét phát trường (FESEM)
• 3.2.3. Kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X (X-Ray)
• 3.2.4. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại Fourier (FT-IR)
• 3.2.5. Kết quả phân tích phổ huỳnh quang
• 3.2.6. Kết quả phân tích thành phần nguyên tố EDX
• 3.2.7. Kết quả phân tích định lượng xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi (III) trong vật liệu chế tạo
• 3.2.8. Khảo sát độ tuyến tính trên nền mẫu vật liệu chế tạo
• 3.2.9. Xây dựng đường chuẩn trên nền mẫu vật liệu chế tạo
• 3.2.10. Giới hạn phát hiện – Giới hạn định lượng của phương pháp trên nền mẫu
• 3.2.11. Xác định hàm lượng Eu(NTA)3 trong vật liệu chế tạo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III

Nghiên cứu về hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III trong vật liệu nano y sinh đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Phức chất này không chỉ có khả năng phát quang mạnh mà còn có ứng dụng tiềm năng trong y sinh. Việc xác định hàm lượng của chúng trong các vật liệu nano là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình chế tạo và nâng cao hiệu quả ứng dụng trong điều trị bệnh.

1.1. Phức chất huỳnh quang Europi III là gì

Phức chất huỳnh quang Europi III (Eu(III)) là một trong những hợp chất quan trọng trong lĩnh vực quang học. Chúng có khả năng phát xạ ánh sáng mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh như chẩn đoán và điều trị bệnh.

1.2. Tại sao nghiên cứu hàm lượng phức chất này lại quan trọng

Việc xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III trong vật liệu nano giúp đánh giá hiệu suất của quá trình chế tạo. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng y sinh.

II. Thách thức trong việc xác định hàm lượng Europi III

Mặc dù có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức. Các phương pháp hiện tại có thể gặp khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác và độ nhạy cao. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm ra các giải pháp mới để cải thiện quy trình phân tích.

2.1. Độ chính xác của các phương pháp phân tích hiện tại

Nhiều phương pháp phân tích như quang phổ hấp thụ và quang phổ huỳnh quang có thể không đạt được độ chính xác cao trong việc xác định hàm lượng Europi III. Việc cải thiện độ chính xác là một thách thức lớn trong nghiên cứu này.

2.2. Khó khăn trong việc phát hiện hàm lượng thấp

Việc phát hiện hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III ở nồng độ thấp trong vật liệu nano là một thách thức lớn. Các phương pháp hiện tại thường không đủ nhạy để phát hiện các nồng độ này, dẫn đến việc cần thiết phải phát triển các phương pháp mới.

III. Phương pháp nghiên cứu hàm lượng Europi III hiệu quả

Để xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định chính xác hàm lượng mà còn tối ưu hóa quy trình chế tạo vật liệu nano y sinh.

3.1. Phương pháp quang phổ huỳnh quang

Phương pháp quang phổ huỳnh quang là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để xác định hàm lượng Europi III. Phương pháp này cho phép phát hiện các tín hiệu phát quang mạnh mẽ từ phức chất, giúp xác định chính xác hàm lượng trong mẫu.

3.2. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC

HPLC là một phương pháp phân tích mạnh mẽ, cho phép tách biệt và xác định các hợp chất trong mẫu. Phương pháp này có thể được áp dụng để xác định hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III với độ chính xác cao.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phức chất huỳnh quang Europi III

Phức chất huỳnh quang Europi III có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, đặc biệt trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu nano chứa phức chất này mở ra nhiều cơ hội mới trong y học.

4.1. Ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh

Phức chất huỳnh quang Europi III có thể được sử dụng trong các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh như kính hiển vi huỳnh quang và chụp ảnh cộng hưởng từ. Chúng giúp cải thiện độ chính xác và độ nhạy của các phương pháp chẩn đoán.

4.2. Ứng dụng trong điều trị ung thư

Các vật liệu nano chứa phức chất huỳnh quang Europi III có thể được sử dụng để phát hiện và điều trị các tế bào ung thư. Chúng có khả năng phát quang mạnh mẽ, giúp theo dõi quá trình điều trị và đánh giá hiệu quả.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về hàm lượng phức chất huỳnh quang Europi III trong vật liệu nano y sinh đang mở ra nhiều triển vọng mới. Việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác và hiệu quả sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và ứng dụng trong y sinh.

5.1. Tương lai của nghiên cứu phức chất huỳnh quang

Nghiên cứu về phức chất huỳnh quang Europi III sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều ứng dụng mới trong y sinh. Các nhà khoa học sẽ tìm kiếm các phương pháp mới để tối ưu hóa quy trình chế tạo và nâng cao hiệu quả ứng dụng.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phát triển các vật liệu nano mới chứa phức chất huỳnh quang Europi III, nhằm cải thiện hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Điều này sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế thuộc Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), căn bệnh ung thư đang là gánh nặng y tế toàn cầu với ước tính khoảng 18 triệu ca mắc mới và 9,6 triệu trường hợp tử vong mỗi năm. Tại Việt Nam, tỷ lệ tử vong do ung thư đứng ở mức đáng báo động khi xếp thứ 56 trên tổng số 185 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các phương pháp điều trị truyền thống như hóa trị, xạ trị hay phẫu thuật thường gây ra nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng do thiếu tính chọn lọc tế bào. Để giải quyết thách thức này, sự phát triển của công nghệ nano y sinh đã mở ra hướng đi đột phá trong việc chế tạo các hạt nano đa chức năng tích hợp đồng thời khả năng dẫn truyền thuốc hướng đích, nhiệt trị và chẩn đoán hình ảnh thông qua cộng hưởng từ (MRI) kết hợp đánh dấu huỳnh quang quang học.

Tuy nhiên, rào cản lớn trong quy trình tổng hợp vật liệu nano lai hóa quang từ là việc thiếu hụt các quy trình phân tích định lượng chuẩn xác nhằm kiểm soát hàm lượng phức chất phát quang ở từng giai đoạn phản ứng. Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Hóa phân tích thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tập trung giải quyết trọn vẹn bài toán này. Mục tiêu nghiên cứu cốt lõi là chế tạo thành công hệ vật liệu nano đa chức năng cấu trúc lõi - vỏ Fe3O4/Eu(NTA)3 và xây dựng quy trình phân tích quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis có độ tin cậy cao để định lượng phức chất đất hiếm Europi (III). Ý nghĩa của nghiên cứu được minh chứng qua các chỉ số đo lường thực nghiệm vượt trội: phương pháp phân tích đạt độ lặp lại cao với hệ số biến thiên RSD dưới 0,25% và hiệu suất thu hồi thực tế đạt từ 94,62% đến 99,23%, đảm bảo khả năng ứng dụng thực tế trong sản xuất vật liệu y sinh quy mô chuẩn hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng kết hợp giữa hóa học phức chất, vật lý chất rắn và hóa phân tích hiện đại. Cơ sở lý thuyết đầu tiên là cơ chế phát quang của ion đất hiếm Europi (Eu3+) thuộc họ Lantanit với cấu hình điện tử đặc trưng 4f6. Khi được kích thích, các điện tử chuyển dời từ mức năng lượng 5D0 về các phân mức 7Fj (với j từ 0 đến 6), tạo ra bức xạ huỳnh quang đơn sắc màu đỏ rực rỡ tại vùng bước sóng 610 - 620 nm. Để khắc phục hiện tượng hấp thụ yếu của chuyển dời nội bộ 4f, lý thuyết hiệu ứng ăng-ten quang học được khai thác thông qua việc phối trí Eu3+ với phối tử hữu cơ 1-(2-naphthoyl)-3,3,3-trifluoroaxeton (NTA) và Tri-n-octylphosphineoxit (TOPO), giúp tăng cường hiệu suất phát quang lên gấp nhiều lần.

Bên cạnh đó, lý thuyết vật liệu siêu thuận từ của oxit sắt từ Fe3O4 được ứng dụng làm cấu trúc lõi nhằm cung cấp tính năng định hướng bằng từ trường ngoài và tăng độ tương phản hình ảnh cộng hưởng từ MRI. Cấu trúc lõi - vỏ được hình thành dựa trên cơ chế phản ứng Sol-Gel Stöber với chất liên kết silane 3-aminopropyltriethoxysilane (TESPA). Nguyên lý định lượng phân tích dựa trên định luật quang phổ hấp thụ Bughe - Lambert - Beer, biểu diễn mối tương quan tuyến tính giữa mật độ quang Abs và nồng độ chất phân tích tại bước sóng hấp thụ cực đại.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình chế tạo đa bước có kiểm soát chặt chẽ. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 8 lần đo lặp lại song song độc lập (n = 8) cho mỗi mức nồng độ, trải rộng trên 3 dải nồng độ thấp, trung bình và cao từ 0,3.10^-5 M đến 3,0.10^-5 M, cùng sự tham gia đánh giá chéo của 3 kỹ thuật viên phân tích độc lập. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng hệ thống ở từng giai đoạn: mẫu dung dịch gốc, mẫu phản ứng tạo phức và mẫu huyền phù nano sau bọc vỏ.

Lý do lựa chọn phương pháp quang phổ UV-Vis là nhờ độ nhạy quang học cao, thao tác nhanh chóng, chi phí tối ưu và khả năng định lượng trực tiếp không phá hủy mẫu so với các kỹ thuật sắc ký HPLC hay phổ khối ICP-MS đắt đỏ. Quy trình chế tạo hạt Fe3O4 sử dụng phương pháp đồng kết tủa muối sắt FeCl3 và FeCl2 theo tỷ lệ mol 2:1 trong môi trường kiềm NaOH 5% ở 80 độ C dưới dòng khí N2 bảo vệ trong 30 phút. Tiếp đó, phức chất Eu(NTA)3 được liên kết lên bề mặt lõi từ bằng kỹ thuật Sol-Gel tại pH 8,5 trong 6 giờ. Đặc trưng vật liệu được giải đoán toàn diện thông qua kính hiển vi điện tử quét phát trường FESEM Hitachi S-4800, nhiễu xạ tia X Bruker D8 Advance, quang phổ hồng ngoại FT-IR Nexus 670 và phổ huỳnh quang Fluoromax-4 trong giai đoạn thực nghiệm từ năm 2018 đến năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thẩm định phương pháp phân tích UV-Vis tại bước sóng cực đại 337 nm đã mang lại những phát hiện quan trọng có giá trị khoa học cao:

Thứ nhất, đường chuẩn định lượng phức chất Eu(NTA)3 biểu diễn độ tuyến tính lý tưởng trong khoảng nồng độ từ 0,3.10^-5 M đến 3,0.10^-5 M với phương trình hồi quy y = 0,01730 + 0,8378x và hệ số tương quan R đạt 0,9994. Giới hạn phát hiện (LOD) được xác định ở mức 0,0738.10^-5 M và giới hạn định lượng (LOQ) đạt 0,246.10^-5 M, cho phép nhận biết lượng vết phức chất với độ tin cậy 95%.

Thứ hai, phương pháp đạt độ chụm và độ lặp lại xuất sắc. Độ lệch chuẩn tương đối khi đo lặp 8 lần tại mức nồng độ 1,5.10^-5 M chỉ đạt RSD = 0,165%. Khi đánh giá độ tái lặp giữa 3 kỹ thuật viên khác nhau, giá trị sai số tương đối tổng thể RSDR duy trì ở mức rất thấp là 0,2410%.

Thứ ba, độ đúng của quy trình được khẳng định qua hiệu suất thu hồi thực nghiệm đạt từ 94,62% ở nồng độ thấp đến 99,23% ở nồng độ cao, chứng minh dung môi etanol và nền mẫu nano không gây ra sai số cản trở phép đo.

Thứ tư, ảnh chụp hiển vi FESEM khẳng định hạt nano Fe3O4 ban đầu có dạng hình cầu đồng đều với kích thước 10 - 15 nm. Sau khi bọc vỏ tích hợp phức chất huỳnh quang, kích thước hạt tổ hợp Fe3O4/Eu(NTA)3 tăng lên khoảng 30 - 35 nm, phân tán tốt trong môi trường nước. Nồng độ phức chất Eu(NTA)3 tối ưu đưa vào chế tạo được xác lập là 5 mM, giúp cân bằng hoàn hảo giữa cường độ huỳnh quang cực đại và độ từ hóa của lõi sắt từ.

Thảo luận kết quả

Khi phân tích thống kê sai số hệ thống, phép kiểm định chuẩn Fisher cho giá trị F thực nghiệm tính toán là 2,955, nhỏ hơn giá trị giới hạn tra bảng F(0,95; 6; 7) = 3,866. Kết quả này chứng minh hằng số chặn trong phương trình đường chuẩn không có sai khác mang ý nghĩa thống kê so với điểm gốc tọa độ 0, khẳng định phương pháp không mắc sai số hệ thống. Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy đỉnh hấp thụ tại 337 nm xuất phát từ quá trình chuyển dời điện tử của phối tử NTA đóng vai trò hấp thụ năng lượng và truyền sang tâm phát quang Eu3+.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu được mô hình hóa sinh động thông qua hệ thống biểu đồ đường chuẩn hồi quy tuyến tính với dải phân tán hẹp, đồ thị chồng phổ hấp thụ UV-Vis phân biệt rõ rệt giữa mẫu nano từ tính đơn thuần và mẫu nano đa chức năng, cùng bảng phân tích phương sai hai nhân tố. So với các công bố trước đây sử dụng phương pháp phân tích dòng chảy FIA có sai số RSD khoảng 1,1% đến 4,32%, phương pháp quang phổ UV-Vis trực tiếp trong luận văn cho độ chính xác cao hơn gấp nhiều lần với RSD dưới 0,25%. Việc tăng nồng độ phức chất vượt ngưỡng 5 mM (như mức 7,5 mM hay 10 mM) tuy làm tăng nhẹ mật độ quang nhưng lại gây suy giảm đáng kể từ tính do độ dày lớp vỏ phi từ tính tăng lên, cản trở khả năng điều hướng trong môi trường sinh học.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp mang tính ứng dụng cao:

1. Chuẩn hóa quy trình kiểm soát chất lượng trực tuyến bằng phương pháp UV-Vis trong quy mô pilot. Mục tiêu hành động là rút ngắn thời gian phân tích mẫu xuống dưới 15 phút mỗi mẻ với độ lệch chuẩn kiểm soát chất lượng dưới 0,5%, hoàn thành triển khai trong vòng 6 tháng do các phòng kiểm nghiệm R&D dược - vật liệu chủ trì thực hiện.

2. Tối ưu hóa chức năng hóa bề mặt nano bằng phối tử hướng đích sinh học như Axit Folic hoặc kháng thể đơn dòng. Mục tiêu nâng cao hiệu suất gắn kết chọn lọc tế bào ung thư đạt trên 85%, cải thiện tỷ lệ tế bào hấp thụ thuốc lên 40% trong thời gian 12 tháng, do các nhóm nghiên cứu công nghệ nano y sinh thực hiện.

3. Triển khai thử nghiệm độc tính tế bào in-vitro và chụp ảnh tương phản MRI trên mô hình động vật sống in-vivo. Mục tiêu xác lập ngưỡng an toàn sinh học IC50 trên 500 ug/ml và thời gian bán thải lưu thông máu trên 4 giờ trong lộ trình 18 tháng, do phòng thí nghiệm Dược lý tiền lâm sàng phối hợp cùng các viện y học hạt nhân thực hiện.

4. Xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ sở đạt chuẩn ISO 17025 cho phương pháp định lượng phức chất đất hiếm trong dược phẩm nano. Mục tiêu đạt 100% mức độ tương thích với quy chuẩn Dược điển và giảm thiểu tỷ lệ biến thiên giữa các lô sản xuất xuống dưới 2% trong vòng 24 tháng, do Viện Kiểm nghiệm Thuốc phối hợp cùng các trường đại học triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn sâu rộng cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

1. Nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Hóa phân tích, Khoa học vật liệu và Hóa vô cơ: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình thẩm định phương pháp phân tích quang phổ học theo chuẩn quốc tế, cách xử lý số liệu thống kê F-test và quy trình tổng hợp vật liệu nano phát quang đất hiếm.

2. Kỹ sư phát triển dược phẩm và công nghệ nano y sinh: Sử dụng luận văn như cẩm nang thiết kế hạt mang thuốc đa chức năng cấu trúc lõi - vỏ kích thước 30 - 35 nm, tối ưu hóa tỷ lệ quang - từ phục vụ kỹ thuật theranostics hiện đại.

3. Chuyên viên quản lý chất lượng (QA/QC) tại các trung tâm kiểm nghiệm: Ứng dụng quy trình đo UV-Vis với độ tin cậy cao để xây dựng tiêu chuẩn kiểm tra độ tinh khiết và hàm lượng hoạt chất của các chế phẩm chứa nguyên tố lantanit.

4. Giảng viên và sinh viên các trường đại học chuyên ngành Hóa học, Sinh học, Vật lý và Dược học: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuyên đề về hóa học vật liệu nano, tương tác bức xạ - vật chất và cơ chế huỳnh quang ion Eu3+ trong phức chất hữu cơ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phức chất Eu(NTA)3 lại được ưu tiên sử dụng thay vì chất màu hữu cơ hay chấm lượng tử? Phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 sở hữu độ bền quang học vượt trội, dải phát xạ hẹp tại bước sóng 614 nm, thời gian sống huỳnh quang dài đạt khoảng 517 µs và đặc biệt an toàn, thân thiện sinh học hơn nhiều so với các chấm lượng tử chứa kim loại nặng độc hại như Cadmi.

2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp phân tích UV-Vis trong nghiên cứu đạt bao nhiêu? Phương pháp xây dựng trên máy quang phổ UV-Vis tại bước sóng 337 nm đạt giá trị giới hạn phát hiện LOD là 0,0738.10^-5 M và giới hạn định lượng LOQ là 0,246.10^-5 M, đáp ứng hoàn hảo yêu cầu phân tích lượng vết phức chất trong vật liệu nano y sinh.

3. Tại sao nồng độ pha tạp 5 mM Eu(NTA)3 được xác định là điều kiện tối ưu nhất? Tại nồng độ 5 mM, vật liệu đạt cường độ phát quang mạnh mẽ đồng thời duy trì được độ từ hóa siêu thuận từ của lõi Fe3O4. Nếu tăng nồng độ lên 7,5 mM hoặc 10 mM, lớp vỏ dày sẽ làm suy giảm từ tính, gây khó khăn cho việc định hướng hạt bằng từ trường.

4. Kích thước hạt nano Fe3O4/Eu(NTA)3 khoảng 30 - 35 nm mang lại lợi ích gì trong y sinh? Kích thước hạt 30 - 35 nm là kích thước lý tưởng giúp vật liệu nano dễ dàng thâm nhập sâu vào các khối u thông qua hiệu ứng tăng cường tính thấm và lưu giữ (EPR), đồng thời hạn chế tối đa việc bị hệ thống miễn dịch đào thải sớm khỏi tuần hoàn máu.

5. Căn cứ khoa học nào chứng minh phương pháp phân tích không mắc sai số hệ thống? Nghiên cứu sử dụng phép kiểm định F-test với giá trị Ftính = 2,955 nhỏ hơn giá trị Ftra bảng = 3,866 ở độ tin cậy 95%, chứng minh sự sai khác của hệ số tự do trong phương trình hồi quy so với điểm 0 không có ý nghĩa thống kê, khẳng định phép đo hoàn toàn không có sai số hệ thống.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết xuất sắc mục tiêu nghiên cứu với 5 kết quả đóng góp khoa học nổi bật:

• Tổng hợp thành công hệ hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 kích thước 10 - 15 nm và nano lai hóa đa chức năng Fe3O4/Eu(NTA)3 kích thước đồng đều 30 - 35 nm bằng phương pháp Sol-Gel Stöber cải tiến.
• Thiết lập quy trình phân tích quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis tại bước sóng 337 nm với dải tuyến tính rộng và giới hạn phát hiện nhạy bén đạt LOD = 0,0738.10^-5 M.
• Chứng minh độ tin cậy cao của phương pháp với độ lệch chuẩn lặp lại RSD chỉ 0,165%, độ tái lặp RSDR đạt 0,2410% và hiệu suất thu hồi thực tế đạt 94,62% - 99,23%.
• Xác định chính xác thông số công nghệ tối ưu với nồng độ phức chất 5 mM, dung hòa hoàn hảo giữa khả năng phát xạ quang học màu đỏ và đặc tính siêu thuận từ.
• Xây dựng phương pháp luận khoa học vững chắc phục vụ kiểm soát chất lượng vật liệu nano y sinh thế hệ mới trong các ứng dụng chẩn đoán hình ảnh và nhiệt trị ung thư.

Trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới, các nghiên cứu tiếp nối cần tập trung thử nghiệm tiền lâm sàng trên mô hình khối u in-vivo. Hãy kết nối và tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu để tiếp cận chi tiết quy trình thực nghiệm và cùng thúc đẩy ứng dụng công nghệ nano trong y học hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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.