Nghiên Cứu Tổng Hợp Các Phức Chất Của Nguyên Tố Đất Hiếm Với Caffeic Acid Có Khả Năng Phát Quang Và Hoạt Tính Sinh Học

• Tác giả: Trần Văn Quý
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hiền Lan
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Các Phức Chất Của Nguyên Tố Đất Hiếm Với Caffeic Acid: Tính Chất Phát Quang Và Hoạt Tính Sinh Học
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Hóa Học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) và khả năng tạo phức của chúng
• 1.2. Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của caffeic acid
• 1.3. Các carboxylate của lanthanides
• 1.4. Một số phương pháp hóa lí nghiên cứu phức chất
• 1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 1.4.2. Phương pháp phân tích nhiệt
• 1.4.3. Phương pháp phổ khối lượng
• 1.4.4. Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang
• 1.4.5. Phương pháp nghiên cứu hoạt tính của các phức chất
• 2. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Hóa chất và dụng cụ
• 2.2. Chuẩn bị dung dịch LnCl3 (Ln3+: Dy3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+)
• 2.3. Tổng hợp các phức chất
• 2.4. Kết quả phân tích Ln3+ trong các phức chất
• 2.5. Kết quả phổ hồng ngoại của các phức chất và phối tử
• 2.6. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt
• 2.7. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng
• 2.8. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ huỳnh quang
• 2.9. Nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất
• 2.9.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật
• 2.9.2. Hoạt tính kháng tế bào ung thư
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phức Chất Đất Hiếm Caffeic Acid

Nghiên cứu về phức chất đất hiếm kết hợp với caffeic acid đang thu hút sự chú ý bởi tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y sinh. Caffeic acid, một hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học cao, khi kết hợp với nguyên tố đất hiếm (REE), có thể tạo ra những phức chất sở hữu những đặc tính độc đáo như tính chất phát quang và hoạt tính sinh học vượt trội. Điều này mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển các dược phẩm và vật liệu y sinh tiên tiến. Luận văn của Trần Văn Quý (2023) đã đi sâu vào nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các đặc tính này, hứa hẹn đóng góp vào sự phát triển của lĩnh vực phức chất đất hiếm ứng dụng trong y học.

1.1. Giới thiệu về Nguyên Tố Đất Hiếm REE và Ứng Dụng

Nguyên tố đất hiếm (REE) là nhóm các nguyên tố có tính chất hóa học tương đồng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và công nghệ cao. Khả năng tạo phức của chúng với các phối tử hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất có vòng thơm, tạo ra nhiều phức chất có cấu trúc và tính chất đa dạng. Tính chất này là nền tảng cho việc phát triển các vật liệu phát quang, xúc tác và vật liệu y sinh. Theo tài liệu, các nguyên tố đất hiếm có các orbital trống ở phân lớp 5d và 4f nên có khả năng tạo phức rất mạnh với các phối tử vô cơ và hữu cơ.

1.2. Caffeic Acid Nguồn Gốc Cấu Trúc và Hoạt Tính Sinh Học

Caffeic acid, một hợp chất thuộc nhóm hydroxycinnamic acid, có mặt trong nhiều loài thực vật. Cấu trúc phân tử của caffeic acid chứa cả nhóm chức phenolic và acrylic, tạo điều kiện cho việc tạo phức với các ion kim loại. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hoạt tính sinh học của caffeic acid, bao gồm khả năng kháng khuẩn, kháng viêm và ức chế tế bào ung thư. Theo luận văn, caffeic acid có khả năng tạo phức tốt với các kim loại tạo nên phức chất vòng càng nhờ nhóm carboxyl và gốc hydrocarbon của phân tử.

1.3. Tại sao Nghiên Cứu Phức Chất Đất Hiếm với Caffeic Acid

Sự kết hợp giữa nguyên tố đất hiếm (REE) và caffeic acid mang lại tiềm năng to lớn trong việc tạo ra các hợp chất đa chức năng. Phức chất này có thể vừa phát quang, vừa có hoạt tính sinh học, mở ra cơ hội ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh, trị liệu và phát triển các vật liệu y sinh tiên tiến. Arciszewska và cộng sự (2022) đã nghiên cứu sự hình thành phức chất giữa caffeic acid (CFA) và Eu(III), kết quả cho thấy phức chất có khả năng kháng vi sinh vật Escherichia coli, Bacillus subtilis và Candida albicans tốt hơn CFA.

II. Thách Thức Tổng Hợp Ổn Định Phức Chất Đất Hiếm

Việc tổng hợp và ổn định phức chất đất hiếm với caffeic acid đặt ra nhiều thách thức. Tính chất hóa học tương đồng của các nguyên tố đất hiếm (REE) gây khó khăn trong việc tách chiết và tinh chế. Hơn nữa, cấu trúc phức tạp của caffeic acid có thể dẫn đến sự hình thành các phức chất không đồng nhất. Do đó, cần có các phương pháp tổng hợp và phân tích hiện đại để kiểm soát quá trình tạo phức và đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm. Cần giải quyết vấn đề về độ bền của phức chất đất hiếm trong các môi trường khác nhau để đảm bảo hiệu quả ứng dụng.

2.1. Ảnh Hưởng của Cấu Trúc Phối Tử đến Độ Bền Phức Chất

Cấu trúc của caffeic acid, đặc biệt là vị trí và số lượng các nhóm chức hydroxyl, ảnh hưởng đến khả năng phối trí với nguyên tố đất hiếm (REE) và độ bền của phức chất đất hiếm. Các nhóm chức này có thể tạo liên kết phối trí mạnh hoặc yếu, ảnh hưởng đến sự ổn định của cấu trúc phức. Các carboxylate của lanthanides đã được Ramon R. Fonseca và cộng sự [17] điều chế phức chất của của Tb3+ có khả năng phát quang để phát hiện methanol, cho thấy cấu trúc có số phối trí 7 và mỗi ion Tb3+ tạo liên kết với ion Tb3+ khác qua 3 nhóm COO–.

2.2. Điều Kiện Phản Ứng Tối Ưu cho Tổng Hợp Phức Chất

Các yếu tố như pH, nhiệt độ, dung môi và tỷ lệ mol giữa nguyên tố đất hiếm (REE) và caffeic acid có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chọn lọc của quá trình tổng hợp phức chất đất hiếm. Việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng là cần thiết để thu được sản phẩm có chất lượng cao. Theo Luận văn, để phát huy hiệu quả chữa bệnh của các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học tốt trong y học, nhiều hướng nghiên cứu mới đã được phát triển.

2.3. Phương Pháp Phân Tích Đặc Trưng Phức Chất Đất Hiếm

Các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt (TG/DTA), phổ khối lượng (MS) và phổ phát quang (PL) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc, thành phần và tính chất của phức chất đất hiếm. Dữ liệu từ các phương pháp này giúp xác định số lượng phối tử, vị trí liên kết và cơ chế phát quang của phức chất. Trong phổ hồng ngoại của các carboxylate số sóng dao động của nhóm COO– là đặc trưng nhất [2].

III. Giải Pháp Phương Pháp Tổng Hợp Phức Chất Đất Hiếm Hiệu Quả

Nghiên cứu của Trần Văn Quý (2023) đã tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp phức chất đất hiếm với caffeic acid một cách hiệu quả. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các muối nguyên tố đất hiếm (REE) khác nhau, thay đổi tỷ lệ mol giữa các chất phản ứng và điều chỉnh các điều kiện phản ứng để tối ưu hóa hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào tính chất mong muốn của phức chất đất hiếm và mục đích ứng dụng.

3.1. Tổng Hợp Phức Chất bằng Phương Pháp Dung Dịch

Phương pháp dung dịch là một trong những phương pháp phổ biến để tổng hợp phức chất đất hiếm. Phương pháp này bao gồm việc hòa tan nguyên tố đất hiếm (REE) và caffeic acid trong một dung môi phù hợp, sau đó điều chỉnh pH và nhiệt độ để tạo điều kiện cho quá trình tạo phức xảy ra. Theo tài liệu gốc, phức chất của sodium và các lanthanides phát huỳnh quang với hiệu suất lượng tử từ 1% – 8%.

3.2. Phương Pháp Thủy Nhiệt Ưu Điểm và Ứng Dụng

Phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp tổng hợp sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để tăng cường quá trình tạo phức và tạo ra các tinh thể phức chất đất hiếm có kích thước lớn. Phương pháp này có thể tạo ra các phức chất có độ tinh khiết cao và cấu trúc tinh thể tốt. Phương pháp thủy nhiệt có thể điều chỉnh được kích thước và hình dạng tinh thể, rất phù hợp cho các ứng dụng nano. Theo luận văn, giản đồ nhiệt có ba đường T, DTA, TGA để nghiên cứu các phức rắn.

3.3. Sử dụng Phản Ứng Xanh trong Tổng Hợp Phức Chất Đất Hiếm

Việc sử dụng các dung môi thân thiện với môi trường và các chất phản ứng tái tạo là một xu hướng quan trọng trong tổng hợp phức chất đất hiếm. Các phương pháp tổng hợp xanh giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và tạo ra các sản phẩm bền vững. Để giảm thiểu tác động xấu, cần có các phương pháp tổng hợp xanh thay thế để đảm bảo phát triển bền vững. Arciszewska và cộng sự đã nghiên cứu sự hình thành phức chất giữa caffeic acid (CFA), một trong những hợp chất chống oxi hóa tự nhiên với Eu(III).

IV. Kết Quả Tính Chất Phát Quang Hoạt Tính Sinh Học

Nghiên cứu của Trần Văn Quý (2023) đã chỉ ra rằng phức chất đất hiếm với caffeic acid sở hữu những tính chất phát quang và hoạt tính sinh học đáng chú ý. Tính chất phát quang phức chất đất hiếm có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi nguyên tố đất hiếm (REE), nồng độ và các điều kiện kích thích. Hoạt tính sinh học của phức chất đất hiếm bao gồm khả năng kháng khuẩn, kháng viêm và ức chế tế bào ung thư, hứa hẹn ứng dụng trong điều trị bệnh.

4.1. Phân Tích Phổ Phát Xạ của Phức Chất Đất Hiếm

Phân tích phổ phát xạ là phương pháp quan trọng để xác định bước sóng và cường độ phát quang của phức chất đất hiếm. Dữ liệu phổ phát xạ cung cấp thông tin về các trạng thái năng lượng của nguyên tố đất hiếm (REE) và cơ chế phát quang. Bằng phương pháp phủ quay (spin– coating), từ các phức chất (4) và (5) tác giả [10] đã tạo được các màng mỏng Ln2O3 trên đế silic.

4.2. Đánh Giá Hoạt Tính Kháng Khuẩn của Phức Chất

Hoạt tính kháng khuẩn của phức chất đất hiếm có thể được đánh giá bằng các phương pháp thử nghiệm kháng khuẩn in vitro. Các kết quả thử nghiệm cho thấy phức chất đất hiếm có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn gây bệnh. Phức chất Eu(III)/CFA thể hiện hoạt tính chống oxi hóa thấp hơn CFA, nhưng hoạt tính kháng vi sinh vật Escherichia coli, Bacillus subtilis and Candida albicans tốt hơn CFA [24].

4.3. Nghiên Cứu Khả Năng Ức Chế Tế Bào Ung Thư

Nghiên cứu in vitro và in vivo có thể được sử dụng để đánh giá khả năng ức chế tế bào ung thư của phức chất đất hiếm. Các kết quả nghiên cứu cho thấy phức chất đất hiếm có thể làm chậm sự phát triển của các tế bào ung thư và gây ra quá trình apoptosis (tự hủy tế bào). Luận văn cho biết chưa ghi nhận có công bố về việc đánh giá khả năng ức chế tế bào ung thư của phức chất tổng hợp từ caffeic acid và ion kim loại đất hiếm.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng của Phức Chất Đất Hiếm Trong Y Sinh

Với những đặc tính ưu việt, phức chất đất hiếm với caffeic acid hứa hẹn nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực y sinh. Chúng có thể được sử dụng làm chất đánh dấu huỳnh quang trong chẩn đoán hình ảnh, chất mang thuốc trong điều trị bệnh và vật liệu y sinh trong cấy ghép. Việc phát triển các ứng dụng này đòi hỏi những nghiên cứu sâu hơn về độc tính và hiệu quả của phức chất đất hiếm.

5.1. Phức Chất Đất Hiếm trong Chẩn Đoán Hình Ảnh Huỳnh Quang

Tính chất phát quang phức chất đất hiếm cho phép chúng được sử dụng làm chất đánh dấu huỳnh quang trong chẩn đoán hình ảnh. Chúng có thể được gắn vào các phân tử sinh học để phát hiện và theo dõi các quá trình sinh học trong cơ thể. Người ta đã phát hiện ra rằng những phối tử hữu cơ có thể hoạt động như ăng – ten, hấp thụ ánh sáng và chuyển năng lượng hấp thụ được tới ion đất hiếm phối trí với chúng, làm tăng khả năng phát xạ huỳnh quang của ion đất hiếm.

5.2. Chất Mang Thuốc Hướng Đi Mới trong Điều Trị Bệnh

Phức chất đất hiếm có thể được sử dụng làm chất mang thuốc để vận chuyển các dược chất đến các tế bào đích trong cơ thể. Chất mang thuốc giúp tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ. Khả năng phát xạ huỳnh quang của các phức chất được ứng dụng rộng rãi trong đánh dấu huỳnh quang sinh y, trong các đầu dò phát quang của phân tích sinh học, trong vật liệu quang điện.

5.3. Vật Liệu Y Sinh Tiềm Năng trong Cấy Ghép và Tái Tạo Mô

Phức chất đất hiếm có thể được sử dụng làm vật liệu y sinh trong cấy ghép và tái tạo mô. Chúng có thể thúc đẩy sự phát triển của tế bào và mô, giúp phục hồi chức năng của các cơ quan bị tổn thương. Bằng phương pháp phủ quay (spin– coating), từ các phức chất (4) và (5) tác giả [10] đã tạo được các màng mỏng Ln2O3 trên đế silic.

VI. Kết Luận Triển Vọng Nghiên Cứu Phức Chất Đất Hiếm Tương Lai

Nghiên cứu về phức chất đất hiếm với caffeic acid đang mở ra một hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu y sinh tiên tiến. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để hiện thực hóa tiềm năng của chúng. Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện phương pháp tổng hợp, đánh giá độc tính và tối ưu hóa hiệu quả ứng dụng của phức chất đất hiếm. Trần Văn Quý hi vọng các kết quả thu được sẽ góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất carboxylate thơm với các nguyên tố đất hiếm.

6.1. Nghiên Cứu Cấu Trúc và Tính Chất của Phức Chất Đất Hiếm

Việc hiểu rõ cấu trúc và tính chất của phức chất đất hiếm là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả ứng dụng của chúng. Các nghiên cứu về cấu trúc tinh thể, phổ học và tính chất điện hóa có thể cung cấp những thông tin quan trọng về cơ chế hoạt động của phức chất đất hiếm. Trong các dung dịch, phức chất của sodium và các lanthanides phát huỳnh quang với hiệu suất lượng tử từ 1% – 8%.

6.2. Đánh Giá Độc Tính và An Toàn của Phức Chất Đất Hiếm

Trước khi được ứng dụng rộng rãi, phức chất đất hiếm cần được đánh giá độc tính và an toàn một cách kỹ lưỡng. Các nghiên cứu in vitro và in vivo cần được thực hiện để xác định liều lượng an toàn và các tác dụng phụ tiềm ẩn. Arciszewska và cộng sự đã nghiên cứu sự hình thành phức chất giữa caffeic acid (CFA), một trong những hợp chất chống oxi hóa tự nhiên với Eu(III).

6.3. Phát Triển Các Ứng Dụng Thực Tế của Phức Chất Đất Hiếm

Việc phát triển các ứng dụng thực tế của phức chất đất hiếm đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư và các chuyên gia y tế. Các ứng dụng này cần phải được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của ngành y tế và mang lại lợi ích cho bệnh nhân. Năm 2022, Arciszewska và cộng sự đã nghiên cứu sự hình thành phức chất giữa caffeic acid (CFA), một trong những hợp chất chống oxi hóa tự nhiên với Eu(III) và nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của phức chất thu được.

Tổng quan nghiên cứu

Nguyên tố đất hiếm (NTĐH) là nhóm 14 nguyên tố thuộc họ lanthanides, có tính chất hóa học đặc trưng và khả năng tạo phức mạnh với các phối tử hữu cơ. Trong đó, các ion lanthanide như Dy³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺, Tb³⁺ được quan tâm nhờ khả năng phát quang và hoạt tính sinh học tiềm năng. Caffeic acid (3,4-dihydroxycinnamic acid) là hợp chất phenolic carboxylic acid phổ biến trong thực vật, có hoạt tính kháng viêm, kháng khuẩn và ức chế tế bào ung thư. Việc tổng hợp phức chất giữa NTĐH và caffeic acid nhằm khai thác đồng thời khả năng phát quang và hoạt tính sinh học của các phức chất này là hướng nghiên cứu mới, có ý nghĩa ứng dụng trong y sinh và vật liệu phát quang.

Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp và khảo sát tính chất hóa lý, phát quang và hoạt tính sinh học của các phức chất Ln(Caf)₃·4H₂O (Ln = Dy, Sm, Eu, Tb). Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2023 tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên, với phạm vi tập trung vào các phức chất caffeate của bốn ion lanthanide nói trên. Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ cơ chế tạo phức, đặc điểm cấu trúc, tính bền nhiệt, phổ phát quang và tiềm năng ứng dụng sinh học của các phức chất này.

Theo báo cáo, các phức chất tổng hợp có khả năng phát quang mạnh ở nhiệt độ phòng và thể hiện hoạt tính kháng khuẩn, ức chế tế bào ung thư MCF7 vượt trội so với phối tử caffeic acid đơn lẻ. Đây là cơ sở khoa học quan trọng để phát triển các vật liệu phát quang sinh học và dược liệu mới từ phức chất NTĐH – caffeic acid.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết hóa học phối trí của lanthanides: Lanthanides có số oxi hóa chủ yếu +3, bán kính ion giảm dần theo chuỗi (hiện tượng co lanthanide), tạo phức bền với phối tử hữu cơ nhờ liên kết ion và phối trí đa dạng (6–12).
• Cấu trúc và tính chất của caffeic acid: Cấu trúc gồm nhóm carboxyl (–COOH) và nhóm phenolic (–OH), tạo phức vòng càng với kim loại qua liên kết oxy, có khả năng phát quang và hoạt tính sinh học.
• Mô hình phát quang của phức chất lanthanide: Phối tử hữu cơ hấp thụ năng lượng ánh sáng, truyền năng lượng tới ion lanthanide, làm tăng cường phát xạ huỳnh quang đặc trưng của ion.
• Khái niệm hoạt tính sinh học của phức chất: Hoạt tính kháng khuẩn và ức chế tế bào ung thư được đánh giá qua các chỉ số như đường kính vùng ức chế và nồng độ IC50.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Hóa chất tinh khiết phân tích (PA) gồm các oxide đất hiếm Dy₂O₃, Sm₂O₃, Eu₂O₃, Tb₂O₃ và caffeic acid. Dữ liệu thu thập từ phòng thí nghiệm Hóa vô cơ, Vật lý và Sinh học tại Đại học Thái Nguyên và Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
• Phương pháp tổng hợp: Hòa tan oxide lanthanide trong HCl đặc, tạo dung dịch LnCl₃. Tổng hợp phức chất bằng cách trộn dung dịch LnCl₃ với dung dịch caffeic acid trong ethanol, khuấy ở 50°C, pH 4–5, tỉ lệ mol Ln:Caf = 1:3. Thời gian kết tủa từ 2,5 đến 4,5 giờ tùy ion.
• Phân tích cấu trúc và tính chất:
  • Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) xác định liên kết Ln–O và sự hình thành phức.
  • Phân tích nhiệt (TG-DTA) đánh giá độ bền nhiệt và thành phần nước hydrat.
  • Phổ khối lượng (LC/MS) xác định khối lượng phân tử và các ion mảnh.
  • Phổ phát xạ huỳnh quang đo cường độ và thời gian sống phát quang của phức chất.
• Nghiên cứu hoạt tính sinh học:
  • Hoạt tính kháng khuẩn đánh giá bằng phương pháp khuếch tán đĩa với ba chủng vi khuẩn E. coli, S. aureus, P. aeruginosa ở các nồng độ 50, 100, 200 µg/mL.
  • Hoạt tính ức chế tế bào ung thư MCF7 được xác định qua xét nghiệm MTT, tính IC50 bằng phần mềm Graphpad 5.0.
• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và phân tích phức chất trong vòng 6 tháng, đánh giá hoạt tính sinh học trong 3 tháng tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công phức chất Ln(Caf)₃·4H₂O (Ln = Dy, Sm, Eu, Tb) với thành phần ion Ln³⁺ trong phức chất đạt gần 21% theo phân tích chuẩn độ complexon, phù hợp với công thức giả thiết.
2. Phổ FTIR cho thấy sự dịch chuyển dải hấp thụ nhóm COO⁻ từ 1640 cm⁻¹ (phối tử tự do) xuống 1612–1620 cm⁻¹ trong phức chất, chứng tỏ liên kết Ln–O được hình thành. Dải hấp thụ ở 578–594 cm⁻¹ đặc trưng cho dao động liên kết Ln–O.
3. Phân tích nhiệt TG-DTA xác định phức chất chứa 4 phân tử nước hydrat (mất khối lượng 9,3–10,7% ở 106–109°C) và phân hủy phối tử bắt đầu từ 244°C, kết thúc ở 876°C tạo oxide Ln₂O₃.
4. Phổ khối lượng LC/MS ghi nhận ion phân tử [Ln(Caf)₃]⁺ và ion mảnh [Ln(Caf)₂]⁺ với cường độ cao, khẳng định cấu trúc phức chất.
5. Phổ phát xạ huỳnh quang của phức chất Sm(Caf)₃·4H₂O, Eu(Caf)₃·4H₂O, Tb(Caf)₃·4H₂O, Dy(Caf)₃·4H₂O thể hiện các dải phát xạ đặc trưng của ion lanthanide, với cường độ phát xạ mạnh nhất ở các bước sóng tương ứng: 591 nm (Sm), 615 nm (Eu), 544 nm (Tb), 605 nm (Dy). Thời gian sống phát quang dao động khoảng 0,054–0,064 ms.
6. Hoạt tính kháng khuẩn của phức chất Eu(Caf)₃·4H₂O vượt trội nhất với đường kính vùng ức chế lên đến 44 mm ở nồng độ 200 µg/mL, tiếp theo là Dy(Caf)₃·4H₂O và Tb(Caf)₃·4H₂O. Sm(Caf)₃·4H₂O có hoạt tính thấp nhất nhưng vẫn đáng kể.
7. Hoạt tính ức chế tế bào ung thư MCF7 cho thấy phức chất Sm(Caf)₃·4H₂O có IC50 thấp nhất, biểu thị hiệu quả ức chế cao nhất, các phức chất còn lại cũng có khả năng ức chế tốt hơn so với caffeic acid đơn lẻ.

Thảo luận kết quả

Sự dịch chuyển dải hấp thụ COO⁻ trong phổ FTIR và kết quả phân tích nhiệt cho thấy phức chất được hình thành chắc chắn với cấu trúc ổn định chứa nước hydrat. Phổ khối lượng xác nhận cấu trúc monomer phức chất Ln(Caf)₃, phù hợp với mô hình phối trí 6 liên kết oxy từ ba phối tử caffeate.

Phổ phát quang mạnh mẽ của các phức chất chứng minh hiệu quả truyền năng lượng từ caffeic acid tới ion lanthanide, làm tăng cường phát xạ huỳnh quang đặc trưng. Thời gian sống phát quang ngắn cho thấy phức chất có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang sinh học và cảm biến.

Hoạt tính kháng khuẩn vượt trội của phức chất Eu(Caf)₃·4H₂O so với thuốc kháng sinh chuẩn cho thấy khả năng ứng dụng trong điều trị nhiễm khuẩn. Cơ chế kháng khuẩn có thể liên quan đến sự phá hủy màng tế bào vi khuẩn và cản trở chức năng nội bào, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về nguyên tố đất hiếm.

Hoạt tính ức chế tế bào ung thư MCF7 của phức chất Sm(Caf)₃·4H₂O cao hơn caffeic acid đơn lẻ cho thấy sự cộng hưởng tác dụng khi tạo phức với ion kim loại, mở ra hướng phát triển thuốc chống ung thư dựa trên phức chất thiên nhiên.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ FTIR, giản đồ phân tích nhiệt, phổ khối lượng, phổ phát quang và biểu đồ so sánh đường kính vùng ức chế vi khuẩn, IC50 ức chế tế bào ung thư để minh họa rõ ràng các kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng nghiên cứu tổng hợp phức chất với các nguyên tố đất hiếm khác nhằm đánh giá tính đa dạng và tối ưu hóa hoạt tính phát quang, sinh học. Thời gian thực hiện 12 tháng, do các nhóm nghiên cứu hóa vô cơ và vật liệu.
2. Phát triển vật liệu phát quang sinh học dựa trên phức chất Ln(Caf)₃·4H₂O để ứng dụng trong cảm biến sinh học và đánh dấu huỳnh quang, tập trung vào cải thiện hiệu suất phát quang và độ bền. Thời gian 18 tháng, phối hợp khoa Hóa và Vật lý.
3. Nghiên cứu cơ chế tác động sinh học chi tiết của phức chất trên tế bào ung thư và vi khuẩn bằng các phương pháp sinh học phân tử và tế bào, nhằm phát triển thuốc điều trị mới. Thời gian 24 tháng, do khoa Sinh học và Dược học thực hiện.
4. Thử nghiệm tiền lâm sàng và đánh giá độc tính của phức chất trên mô hình động vật để đảm bảo an toàn và hiệu quả trước khi ứng dụng lâm sàng. Thời gian 24–36 tháng, phối hợp với các trung tâm nghiên cứu y sinh.
5. Xây dựng quy trình tổng hợp phức chất quy mô lớn, kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt để phục vụ nghiên cứu ứng dụng và sản xuất. Thời gian 12 tháng, do phòng thí nghiệm công nghệ hóa học đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa học vô cơ và hóa học phối trí: Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và tổng hợp phức chất lanthanide với phối tử hữu cơ, mở rộng kiến thức về hóa học đất hiếm.
2. Chuyên gia vật liệu phát quang sinh học: Tìm hiểu về các phức chất phát quang có khả năng ứng dụng trong cảm biến sinh học, vật liệu quang điện và đánh dấu huỳnh quang.
3. Nhà khoa học y sinh và dược học: Khai thác tiềm năng hoạt tính sinh học của phức chất trong phát triển thuốc kháng khuẩn và chống ung thư, nghiên cứu cơ chế tác động và thử nghiệm tiền lâm sàng.
4. Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học, Vật lý, Sinh học: Tham khảo phương pháp tổng hợp, phân tích phổ và đánh giá hoạt tính sinh học phức chất, nâng cao kỹ năng nghiên cứu khoa học.

Các nhóm đối tượng này có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các đề tài, dự án nghiên cứu mới hoặc ứng dụng trong công nghiệp và y học.

Câu hỏi thường gặp

1. Phức chất Ln(Caf)₃·4H₂O có cấu trúc như thế nào?
   Phức chất có công thức phân tử Ln(Caf)₃·4H₂O, trong đó ion Ln³⁺ phối trí 6 liên kết với ba phối tử caffeate qua nguyên tử oxy, kèm theo 4 phân tử nước hydrat. Cấu trúc này được xác nhận qua phổ FTIR, phổ khối lượng và phân tích nhiệt.

2. Khả năng phát quang của phức chất này ra sao?
   Phức chất phát quang mạnh ở nhiệt độ phòng với các dải phát xạ đặc trưng của ion lanthanide (Sm, Eu, Tb, Dy) khi được kích thích bằng ánh sáng ở bước sóng thích hợp. Thời gian sống phát quang khoảng 0,05–0,06 ms, phù hợp cho ứng dụng vật liệu phát quang sinh học.

3. Phức chất có hoạt tính sinh học như thế nào?
   Các phức chất thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn so với caffeic acid đơn lẻ, đặc biệt phức chất Eu(Caf)₃·4H₂O có hiệu quả cao nhất. Đồng thời, phức chất Sm(Caf)₃·4H₂O có khả năng ức chế tế bào ung thư MCF7 mạnh mẽ với IC50 thấp nhất.

4. Phương pháp tổng hợp phức chất có phức tạp không?
   Quy trình tổng hợp đơn giản, sử dụng dung dịch LnCl₃ và caffeic acid trong ethanol, khuấy ở 50°C, pH 4–5, tỉ lệ mol 1:3. Thời gian kết tủa từ 2,5 đến 4,5 giờ tùy ion, dễ thực hiện trong phòng thí nghiệm hóa học vô cơ.

5. Ứng dụng tiềm năng của các phức chất này là gì?
   Phức chất có thể ứng dụng trong phát triển vật liệu phát quang sinh học, cảm biến sinh học, thuốc kháng khuẩn và chống ung thư. Ngoài ra, còn có thể nghiên cứu mở rộng cho các lĩnh vực y sinh và vật liệu quang điện.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công bốn phức chất Ln(Caf)₃·4H₂O (Ln = Dy, Sm, Eu, Tb) với cấu trúc ổn định và chứa 4 phân tử nước hydrat.
• Phức chất phát quang mạnh ở nhiệt độ phòng với các dải phát xạ đặc trưng của ion lanthanide, thời gian sống phát quang khoảng 0,054–0,064 ms.
• Hoạt tính kháng khuẩn vượt trội, đặc biệt phức chất Eu(Caf)₃·4H₂O có hiệu quả cao nhất chống lại ba chủng vi khuẩn phổ biến.
• Phức chất Sm(Caf)₃·4H₂O có khả năng ức chế tế bào ung thư MCF7 tốt nhất, vượt trội so với caffeic acid đơn lẻ.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu phát quang sinh học và dược liệu mới từ phức chất nguyên tố đất hiếm với caffeic acid.

Next steps: Mở rộng nghiên cứu tổng hợp, đánh giá cơ chế sinh học chi tiết, thử nghiệm tiền lâm sàng và phát triển ứng dụng công nghiệp. Đề nghị các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực hóa học, vật liệu và y sinh tiếp cận và khai thác kết quả này để thúc đẩy ứng dụng thực tiễn.

Hành động ngay: Khuyến khích các phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu phối hợp triển khai các đề tài liên quan nhằm phát huy tiềm năng của phức chất lanthanide – caffeic acid trong khoa học và công nghệ.