ĐẶT VẤN ĐỀ Lý do chọn đề tài Bệnh truyền nhiễm đều có khả năng lây từ ngƣời bệnh sang ngƣời lành, nhiều bệnh phát triển thành dịch (thậm chí là đại dịch). Do vậy số lƣợng bệnh nhân truyền nhiễm rất đông và số lƣợng tử vong lớn. Các bệnh truyền nhiễm: bệnh cúm, sốt xuất huyết, lỵ trực khuẩn, lỵ amip, tả, thƣơng hàn, viêm gan vi-rút, viêm màng não mủ, viêm não Nhật Bản B, sởi, quai bị, thuỷ đậu, ho gà, uốn ván, dại, sốt rét, bạch hầu, nhiễm trùng nhiễm độc thức ăn. Hầu hết các bệnh truyền nhiễm chỉ có các biến chứng nhỏ, nhƣng một số bệnh nhiễm trùng - chẳng hạn nhƣ viêm phổi, AIDS hoặc các bệnh viêm màng não - có thể trở nên nguy hiểm tính mạng.
Một số loại bệnh nhiễm trùng có liên quan đến tăng nguy cơ ung thƣ [53]. Ví dụ nhƣ viêm gan B và C làm tăng nguy cơ ung thƣ gan. Có thể nói Dengue là một bệnh do vi-rút lây truyền trung gian muỗi thƣờng gặp nhất ở ngƣời. Trong những năm gần đây bệnh đã trở thành mối quan ngại lớn đối với sức khỏe cộng đồng trên bình diện quốc tế.
Trên toàn thế giới có khoảng 2,5 tỷ ngƣời hiện đang sống trong vùng có lƣu hành bệnh. Sự lan tràn về mặt địa lý của cả vector truyền bệnh là muỗi và vi-rút đã đƣa đến sự tăng cao tỷ lệ bệnh trong vòng 25 năm qua cũng nhƣ khả năng xuất hiện dịch do nhiều loại huyết thanh khác nhau ở các đô thị trong vùng nhiệt đới [11],[54]. Bằng cách sử dụng các hạt nano hoặc các đầu dò nano có gắn kháng thể để tìm kiếm các tế bào ung thƣ, các vi-rút, vi khuẩn gây bệnh ở mức độ nano mét nên cực nhạy nhờ vào phƣơng pháp liên kết đặc hiệu kháng nguyên – kháng thể. Dung dịch chứa các hạt nano từ này sẽ hút các loại vi khuẩn, vi-rút gây bệnh khi đƣợc trộn lẫn với huyết tƣơng, huyết thanh của ngƣời, sau đó sẽ đƣợc tách chiết và phân tích để chẩn đoán bệnh.
Phƣơng pháp này giúp chẩn đoán sớm đƣợc một số bệnh, tiết kiệm đƣợc thời gian và chi phí. Hiện nay chẩn đoán nano bắt đầu đƣợc ứng dụng trong lâm sàng ở một số nƣớc, đem lại nhiều hứa hẹn. Phƣơng pháp đề nghị đó là “Tổng hợp các hạt nano từ tính với các lớp kháng thể trên bề mặt, ứng dụng trong chẩn đoán bệnh truyền nhiễm” Trong đó, vật liệu nano dùng trong y sinh thƣờng ở dạng chất lỏng từ [28], còn gọi là nƣớc từ: hạt nano từ tính, chất hoạt hóa bề mặt và dung môi. Các chất hoạt hóa bề mặt làm hạt nano phân tán nhanh và đều trong dung môi, tránh kết tụ và có tác dụng 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hƣớng dẫn khoa học: PGS.
TS Trần Hoàng Hải che phủ hạt nano khỏi sự phát hiện của hệ thống bảo vệ cơ thể và tránh tạo ra các liên kết hóa học. Việc kiểm nghiệm thành công về ứng dụng của các hạt nano từ tính có phủ với lớp kháng thể trên bề mặt tƣơng ứng với kháng nguyên của các vi-rút gây bệnh rồi sử dụng từ trƣờng ngoài để tập trung làm tăng mật độ vi-rút giúp việc chẩn đoán sớm bệnh truyền nhiễm mở ra hƣớng mới đầy triển vọng trong việc chẩn đoán sớm các bệnh truyền nhiễm với giá thành rẻ. Đây là đề tài mới, đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo vật liệu y sinh có cấu trúc nano, điều này rất có ý nghĩa về mặt khoa học và tính thực tiễn cao. Mục tiêu nghiên cứu 1.
Nghiên cứu hạt nano oxit sắt Fe3O4 có tính siêu thuận từ. Chức năng hóa bề mặt hạt nano oxit sắt với các nhóm chức tƣơng thích sinh học chuẩn bị cho việc gắn kháng thể lên bề mặt hạt. Gắn đồng trị kháng thể lên pha rắn (hạt từ đã đƣợc chức năng hóa và tƣơng thích sinh học). Ứng dụng phức hợp hạt từ - kháng thể trong việc chẩn đoán các bệnh truyền nhiễm bằng phƣơng pháp ELISA có sử dụng hạt nano từ tính.
12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS Trần Hoàng Hải CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Công nghệ nano đến nay vẫn chƣa có một định nghĩa hoàn toàn thống nhất. Theo cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) thì công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị, hệ thống chức năng với kích thƣớc đo bằng nano mét và khai thác những ứng dụng độc đáo của những sản phẩm này [56]. Công nghệ sinh học nano là những ứng dụng của công nghệ nano vào các lĩnh vực nghiên cứu của sinh học, tìm kiếm dƣợc phẩm và dẫn truyền thuốc hƣớng đích các vật liệu nano mới, các thiết bị chẩn đoán trị liệu giúp loại bỏ các thể ngoại lai khỏi cơ thể, sửa chữa mô và tế bào [21]….
Sự giao thoa giữa công nghệ sinh học và công nghệ nano mang lại cho công nghệ sinh học những công cụ mới, trong khi sinh học cho phép công nghệ nano đạt đƣợc các hệ thống chức năng mới [44]. Tổng quan về hạt nano từ 1. Vật liệu từ Bất cứ vật liệu từ nào cũng có sự hƣởng ứng với từ trƣờng bên ngoài H thể hiện bằng độ từ hóa (từ độ –M). Tỷ số χ = M/H đƣợc gọi là độ cảm từ.
Tùy thuộc vào giá trị độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có χ < 0 (~ –10–6) đƣợc gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có χ > 0 (~ –10–6) đƣợc gọi là vật liệu thuận từ. Vật liệu có χ > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ [9].
Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định tính chất vật liệu ví dụ nhƣ từ độ bão hòa (từ độ đạt cực đại tại từ trƣờng lớn), từ dƣ (từ độ còn dƣ sau khi ngừng tác động của từ trƣờng ngoài), lực kháng từ (từ trƣờng ngoài cần thiết để một hệ sau khi đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ). Khi kích thƣớc của hạt giảm đến một giá trị nào đó, thông thƣờng đến vài chục nanomét, tính sắt từ biến mất, chuyển động nhiệt thắng thế làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, thì từ dƣ và lực kháng từ bằng không. Đây là một đặc điểm rất quan trọng cho vật liệu từ cho các ứng dụng y sinh học.
Hạt nano từ trong sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đồng nhất của các hạt cao, độ bão hòa từ lớn và vật liệu có tính tƣơng hợp sinh học (không có độc tính) [22]. Tính đồng nhất về kích thƣớc của hạt nano liên quan đến phƣơng pháp chế tạo, còn độ bão hòa từ và tính tƣơng hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có độ bão hòa từ lớn nhất tại nhiệt độ phòng và tính ổn định trong môi trƣờng không khí nên vật liệu oxit sắt đƣợc nghiên cứu rất nhiều làm hạt nano từ tính. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hƣớng dẫn khoa học: PGS.
TS Trần Hoàng Hải 1. Tính chất của hạt nano oxit sắt từ 1. Tính chất vật liệu nano Vật liệu nano từ có tính chất đặc biệt là do kích thƣớc của nó có thể so sánh đƣợc với kích thƣớc tới hạn vật liệu mà tại đó các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu hoàn toàn bị thay đổi [30]. Một vài tính chất đặc trƣng của vật liệu nano từ: - Độ cứng rất cao: các nhà nghiên cứu cho rằng độ cứng tăng lên là do hai yếu tố: + Do hiệu ứng kích thƣớc nano hạn chế sự lan truyền của các sai lệch mạng trong vật liệu (làm cho vật liệu bị yếu đi).
+ Do hiệu ứng giam hãm lƣợng làm tăng độ cứng riêng của các hạt tinh thể. - Diện tích bề mặt lớn nhờ kích thƣớc ở mức độ nano. - Tính siêu thuận từ hoặc tính thuận từ tùy vào kích thƣớc của vật liệu nano. Vật liệu nano từ Hạt nano từ tính đƣợc chế tạo từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau, từ đơn chất kim loại (Co, Ni, Fe.) đến hợp kim (Pt/Fe, Co-Sm.
Nó đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Với kích thƣớc ở mức độ nano mét (thƣờng nhỏ hơn 10 nm) các hạt nano từ có thể đƣợc xem nhƣ chỉ chức một vùng từ (đô-men), nên với nhiệt độ dƣới nhiệt độ Curie thì dao động nhiệt cũng đủ năng lƣợng để phá vỡ mô-men từ mạng lƣới. Tính chất này giống nhƣ vật liệu thuận từ, chỉ khác nhau là trong vật liệu thuận từ (paramagnetism) thì những momen từ riêng lẻ là của từng nguyên tử, còn trong vật liệu siêu thuận từ (superparamagnetism) là của từng đô-men nên đƣợc gọi là vật liệu siêu thuận từ. Hai đặc trƣng cơ bản của các chất siêu thuận từ là: - Đƣờng cong từ hóa không bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ.
- Không có hiện tƣợng từ trễ, có nghĩa là lực kháng từ bằng 0. Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS Trần Hoàng Hải Hầu hết các hạt nano từ tính ứng dụng trong y sinh học đều đƣợc chế tạo từ nguyên liệu sắt hoặc các loại oxit sắt do tính tƣơng thích sinh học và hoàn toàn vô hại đối với cơ thể khi sử dụng ở hàm lƣợng thấp. Trong đó, những loại hạt oxit sắt từ hoặc nano từ có cấu trúc Fe/FexOy đƣợc dùng rộng rãi nhất nhờ vào tính trơ của lớp oxit có thể bảo vệ hạt tránh các tác nhân ăn mòn.
Bên cạnh đó, lớp hydroxit (–OH) bên ngoài có đƣợc do phản ứng của các ion Fen+ (n = 2,3) bề mặt hạt với các phân tử H2O xung quanh giúp hạt có thể dễ dàng thực hiện các phản ứng gắn kết với các hoạt chất sinh học (protein, DNA, RNA.) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Một nguyên nhân quan trọng khác, đó là tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích (S/V) rất lớn của các hạt nano. Chính nhờ ƣu thế này mà hạt nano trở thành một công cụ hiệu quả sử dụng để trích ly các hợp chất sinh học có hàm lƣợng thấp đến rất thấp với hiệu suất cao. Tính siêu thuận từ của oxit sắt từ Fe3O4 Khi giảm kích thƣớc của các hạt oxit sắt từ Fe3O4 thì chúng sẽ là những hạt đơn đômen, vì với kích thƣớc đó nhỏ hơn rất nhiều độ rộng của vách đômen nên không đủ thời gian để các vách đômen có thể hình thành trong hạt.