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

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.

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.

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.

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–.

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.

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].

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%.

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.

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).

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.

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].

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.

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.

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.

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.

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%.

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).

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.