Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lịch sử phát triển khoa học kỹ thuật kể từ bài giảng khởi xướng của Richard Feynman năm 1959, công nghệ nano và khoa học vật liệu cấu trúc xốp đã trở thành một trong những hướng nghiên cứu trọng điểm, cung cấp các giải pháp ứng dụng đa dạng trong y sinh học, xúc tác hóa học và phân phối thuốc. Trong số các hệ vật liệu xốp rỗng, vật liệu silic hữu cơ siêu xốp cấu trúc tuần hoàn (Periodic Mesoporous Organosilica - PMO) nổi lên như một hệ vật liệu lai vô cơ - hữu cơ với các nhóm chức hữu cơ được phân bố đồng nhất và liên kết cộng hóa trị trực tiếp trên thành mao quản ở cấp độ phân tử. Nhờ diện tích bề mặt riêng lớn, kích thước mao quản mesopore có thể kiểm soát linh hoạt và khả năng biến tính hóa học bề mặt, PMO thể hiện tính tương thích sinh học cao và mở ra tiềm năng lớn trong việc cố định enzym, làm giàu chọn lọc các peptide/protein kích thước nhỏ và dẫn truyền thuốc hướng đích.

Tuy nhiên, đến thời điểm năm 2022, tại Việt Nam chưa có công trình nào công bố về việc tổng hợp hoàn chỉnh các dạng vật liệu silic hữu cơ siêu xốp rỗng cũng như ứng dụng cụ thể của chúng trong lĩnh vực y sinh dược. Đề tài được thực hiện nhằm xây dựng và làm chủ quy trình chế tạo vật liệu trong nước, gắn liền với định hướng của nhiệm vụ nghiên cứu khoa học “Hợp tác nghiên cứu kỹ thuật định lượng một số biomarker ở bệnh nhân bị bệnh võng mạc mắt do đái tháo đường” (mã số NĐT.69/CHN/19) tại Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Khóa luận xác định 2 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Tối ưu quy trình tổng hợp vật liệu silic hữu cơ siêu xốp rỗng kích thước micromet và nanomet.
  2. Khảo sát khả năng tương tác của albumin huyết thanh bò (BSA) lên các vật liệu đã tổng hợp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu silic hữu cơ siêu xốp PMO ở hai dải kích thước nanomet và micromet, bao gồm dạng bề mặt trung tính và dạng biến tính chức năng hóa nhóm amin (-NH₂); protein mô hình Albumin huyết thanh bò (Bovine Serum Albumin - BSA, khối lượng phân tử 66.400 Da, kích thước 4 nm × 4 nm × 14 nm, điểm đẳng điện pI = 4,7).
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Bộ môn Y Dược học cơ sở (Trường Đại học Y Dược - ĐHQGHN), Khoa Công nghệ Nông nghiệp (Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN), Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Khoa Hóa học (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội), hoàn thành vào tháng 06 năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình nghiên cứu

  • Nguyên lý sol-gel và tạo khuôn định hướng: Quá trình tổng hợp PMO dựa trên phản ứng thủy phân và ngưng tụ của các tiền chất organosilane [(R₁O)₃Si]ₙ-R dưới điều kiện xúc tác bazơ để hình thành mạng lưới khung silsesquioxane ($O_{1,5}Si-R-SiO_{1,5}$). Chất hoạt động bề mặt cation Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) được sử dụng làm chất định hướng cấu trúc (khuôn micelle). Khi nồng độ CTAB vượt nồng độ micelle tới hạn (CMC), các micelle hình cầu, hình que hoặc hình lục giác tích điện dương $[-N^+(CH_3)_3]$ sẽ hút tĩnh điện với các gốc silanolate tích điện âm $[-Si-O^-]$, định hình hệ thống mao quản trung bình (mesopore 2–50 nm theo phân loại IUPAC).
  • Chức năng hóa bề mặt: Đưa nhóm chức amin ($-NH_2$) vào khung vật liệu thông qua phương pháp đồng ngưng tụ (co-condensation) với tiền chất 3-(Aminopropyl)triethoxysilane (APTES).
  • Cơ chế hấp phụ protein: Cố định protein lên bề mặt vật liệu bằng phương pháp hấp phụ vật lý thuận nghịch (lực tĩnh điện, tương tác kỵ nước, liên kết hydro, lực Van der Waals). Lượng hấp phụ chịu chi phối bởi kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, kích thước mao quản và tương quan giữa pH dung dịch đệm với điểm đẳng điện (pI) của protein.

Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật phân tích

  • Tổng hợp hóa học:
    • NanoPMO: Sử dụng tiền chất 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethane (BTEE), chất hoạt động bề mặt CTAB trong môi trường dung dịch $NH_3$ 20% ở 40°C trong 3 giờ. Biến tính amin bằng cách bổ sung APTES tại các mốc thời gian 0 giờ (NPA1), 1 giờ (NPA2) và 2 giờ (NPA3).
    • MicroPMO: Sử dụng tiền chất 1,2-Bis(trimethoxysilyl)ethane (BTME), chất hoạt động bề mặt CTAB, xúc tác NaOH trong môi trường nước cất ở 25°C trong 24 giờ, sau đó xử lý nhiệt tĩnh ở 95°C trong các khoảng thời gian 8 giờ (MPT1), 16 giờ (MPT2) và 24 giờ (MPT3). Biến tính amin microPMO (MPA3) bằng cách bổ sung đồng thời BTME và APTES và duy trì chu trình nhiệt 3 lần.
    • Quy trình tinh sạch: Đun hồi lưu chất rắn thu được trong hỗn hợp ethanol 96% và HCl 37% trong 8 giờ để loại bỏ hoàn toàn khuôn CTAB.
  • Kỹ thuật phân tích đặc trưng hóa lý:
    • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) trên máy IR Prestige-21 (Shimadzu) trong dải sóng 4000–400 cm⁻¹ nhằm xác định liên kết hóa học và kiểm tra độ sạch của khuôn CTAB.
    • Kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) trên thiết bị Hitachi S4800 để phân tích hình thái học và kích thước hạt.
    • Phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ đẳng nhiệt khí nitơ ở 77,4 K theo mô hình Brunauer - Emmett - Teller (BET) trên thiết bị 3Flex Phiên bản 3.02 (Micromeritics) để xác định diện tích bề mặt riêng, tổng thể tích lỗ rỗng và kích thước mao quản.
    • Quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) trên máy Nanodrop ND 8000 (Thermo Scientific) tại bước sóng 280 nm để định lượng BSA trong dung dịch đệm PBS 1x (pH = 6,82).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về vật liệu silica siêu xốp và lịch sử phát triển của PMO từ năm 1999. Tác giả trình bày chi tiết phân loại kích thước mao quản theo tiêu chuẩn IUPAC, bản chất của quá trình sol-gel, các dạng cầu nối hữu cơ (methylene, ethylene, ethenylene, phenylene) ảnh hưởng đến hình học mao quản, và cơ chế tạo khuôn của chất hoạt động bề mặt CTAB. Chương này cũng phân tích sâu 3 phương pháp cố định phân tử sinh học (liên kết cộng hóa trị, hấp phụ, vi bao/nhốt giữ) và các yếu tố quyết định hiệu suất hấp phụ protein (hình thái hạt, kích thước mao quản, pH môi trường). Cuối cùng, tác giả tổng kết các ứng dụng y sinh tiêu biểu của PMO: làm chất xúc tác sinh học (cố định enzym Lipase ROL, Peroxidase củ cải ngựa HRP), làm giàu chọn lọc peptide/biomarker có kích thước nhỏ và đóng vai trò hệ mang phân phối thuốc có kiểm soát giải phóng.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất (CTAB, BTEE, BTME, APTES, $NH_3$, NaOH, ethanol, HCl, BSA), hệ thống thiết bị phân tích và các bước thực nghiệm. Tác giả trình bày sơ đồ quy trình chế tạo 8 mẫu vật liệu:

  • Nhóm nanoPMO: NPT (trung tính), NPA1 (bổ sung APTES tại 0 giờ), NPA2 (bổ sung APTES sau 1 giờ), NPA3 (bổ sung APTES sau 2 giờ).
  • Nhóm microPMO: MPT1 (nhiệt tĩnh 8 giờ), MPT2 (nhiệt tĩnh 16 giờ), MPT3 (nhiệt tĩnh 24 giờ) và MPA3 (micro amin xử lý nhiệt 3 chu kỳ).

Chương này cũng thiết lập phương pháp khảo sát tương tác BSA:

  • Đo quang học trên hệ giọt Nanodrop ND 8000 tại bước sóng 280 nm.
  • Khảo sát động học hấp phụ theo thời gian (10, 15, 20, 30, 45, 60 phút) tại nồng độ cố định 5 mg/mL trong đệm PBS 1x (pH = 6,82).
  • Khảo sát dung lượng hấp phụ theo nồng độ ban đầu (0,5; 2,5; 5; 10 mg/mL) tại thời điểm 20 phút.
  • Công thức tính dung lượng hấp phụ: $$q_t = \frac{(C_0 - C_t) \cdot V}{W}$$ Trong đó $q_t$ là khối lượng BSA bị hấp phụ trên 1 gam vật liệu (mg/g), $C_0$ và $C_t$ là nồng độ BSA ban đầu và tại thời điểm $t$ (mg/mL), $V$ là thể tích dung dịch (mL), $W$ là khối lượng vật liệu hấp phụ (g).

Chương 3: Kết quả

Chương 3 công bố đầy đủ dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình tổng hợp và khảo sát tính chất vật liệu:

  • Khối lượng và cảm quan: Thu được sản phẩm dạng bột mịn màu trắng đối với mẫu trung tính và bột xốp mịn màu trắng đối với mẫu amin. Khối lượng sản phẩm dao động từ 171 mg đến 320 mg.
  • Phân tích nhóm chức (FTIR): Không còn xuất hiện các vân hấp thụ đặc trưng của CTAB (1470, 1402, 1626, 2850, 2918 cm⁻¹), chứng minh khuôn đã được loại bỏ hoàn toàn. Các mẫu đều có dao động của $Si-CH_2$ (1412, 1270 cm⁻¹), $Si-OH$ (910 cm⁻¹), $Si-O-Si$ (444, 1033–1044, 1095 cm⁻¹). Đỉnh 1516 cm⁻¹ đặc trưng cho nhóm $-NH_2$ xuất hiện rõ trên các mẫu amin (NPA1, NPA2, NPA3, MPA3), trong đó cường độ đỉnh tăng dần theo thời gian thủy phân APTES ($NPA3 < NPA2 < NPA1$).
  • Hình thái học (FESEM): NPT có dạng hình lục giác (200–500 nm); NPA1 có dạng hình cầu đồng đều (200–400 nm); NPA2 và NPA3 có dạng lục giác gần cầu (400–500 nm). MPT1 cấu trúc hạt mới khởi tạo; MPT2 hình cầu tăng về số lượng; MPT3 đạt cấu trúc hình cầu hoàn chỉnh và đồng đều (2–4 µm). Mẫu MPA3 có dạng đa diện không đồng đều (200 nm – 1 µm).
  • Thông số cấu trúc xốp (BET): Tất cả mẫu đều thể hiện đường đẳng nhiệt hấp phụ $N_2$ dạng vật liệu mesopore.
Nhóm mẫu Ký hiệu mẫu Diện tích bề mặt riêng ($m^2/g$) Thể tích lỗ rỗng ($cm^3/g$) Kích thước lỗ rỗng ($nm$)
NanoPMO NPT 1423 1,055 2,97
NPA1 872 0,580 2,42
NPA2 602 0,365 2,43
NPA3 1002 0,644 2,46
MicroPMO MPT1 802 0,755 3,80
MPT2 739 0,783 4,20
MPT3 844 0,960 4,60
MPA3 769 0,979 5,10
  • Khảo sát hấp phụ BSA:
    • Phương trình đường chuẩn BSA: $y = 0,6296x - 0,0232$ với hệ số tương quan tuyến tính $R^2 = 0,9999$.
    • Động học hấp phụ: Lượng BSA hấp phụ tăng mạnh trong 5–10 phút đầu và đạt trạng thái bão hòa sau khoảng 15–20 phút trên cả 4 mẫu đại diện (MPT3, MPA3, NPT, NPA1).
    • Tương quan hấp phụ: Mẫu amin hấp phụ mạnh hơn mẫu trung tính ($MPA3 > MPT3$; $NPA1 > NPT$); mẫu kích thước nano hấp phụ mạnh hơn mẫu micro ($NPA1 > MPA3$; $NPT > MPT3$). Lượng BSA hấp phụ tăng tỷ lệ thuận với nồng độ BSA ban đầu (từ 0,5 đến 10 mg/mL).

Chương 4: Bàn luận

Chương 4 tập trung biện luận các kết quả thực nghiệm và so sánh với y văn quốc tế:

  • Tối ưu hóa quy trình tổng hợp: Thời gian tinh sạch loại bỏ CTAB được rút ngắn từ 16 giờ (theo quy trình của Qian) xuống 8 giờ đun hồi lưu trong dung môi $EtOH/HCl$ mà vẫn loại sạch hoàn toàn chất hoạt động bề mặt. Thời điểm bổ sung APTES tối ưu nhất để tạo nhiều nhóm amin bề mặt là bổ sung đồng thời cùng BTEE ngay từ đầu phản ứng (mẫu NPA1). Đối với microPMO trung tính, thời gian xử lý nhiệt tĩnh 95°C cần thiết để hoàn thiện cấu trúc hình cầu đồng nhất là 24 giờ (mẫu MPT3).
  • So sánh đặc trưng với các nghiên cứu tiền bối:
Nghiên cứu Mẫu vật liệu Hình thái Kích thước hạt Diện tích bề mặt ($m^2/g$) Thể tích lỗ ($cm^3/g$) Kích thước lỗ ($nm$)
Qian (2018) PMON Cầu 200–750 nm 976 0,740 2,80
PMOM Cầu 2000–5000 nm 612 0,560 3,10
Zhu (2014) PMOT Que 1500 × 100–200 nm 710 0,750 5,70
PMO-NH₂ Que 1500 × 100–200 nm 677 0,550 5,50
Khóa luận NPT Lục giác 200–500 nm 1423 1,055 2,97
NPA1 Cầu 200–400 nm 872 0,580 2,42
MPT3 Cầu 2000–4000 nm 844 0,960 4,60
MPA3 Đa diện 200–1000 nm 769 0,979 5,10
  • Cơ chế tương tác và hấp phụ protein: Ở điều kiện đệm PBS (pH = 6,82), do pI của BSA là 4,7 ($pH > pI$) nên phân tử BSA tích điện âm (điện thế bề mặt khoảng -18 mV). Vật liệu PMO mang nhóm amin chứa các nhóm $-NH_3^+$ tích điện dương, tạo lực hút tĩnh điện mạnh với BSA, giải thích vì sao NPA1 và MPA3 có dung lượng hấp phụ vượt trội so với NPT và MPT3.
  • Ý nghĩa về hiệu ứng loại trừ kích thước: Phân tử BSA có kích thước $4 \times 4 \times 14\text{ nm}$, lớn hơn đường kính mao quản của NPT (2,97 nm) và NPA1 (2,42 nm), do đó BSA không thể khuếch tán vào lòng lỗ xốp mà chỉ hấp phụ không đặc hiệu trên bề mặt ngoài của hạt. Vì nanoPMO có diện tích bề mặt riêng lớn hơn microPMO nên dung lượng hấp phụ BSA trên nanoPMO cao hơn. Phát hiện này chỉ ra rằng microPMO ít hấp phụ protein kích thước lớn ở bề mặt ngoài, tạo ưu thế thuận lợi để phân tách các peptide nhỏ đi vào bên trong hệ mao quản mesopore mà không bị cản trở bởi protein phân tử lượng lớn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Đã tổng hợp thành công 8 mẫu vật liệu silic hữu cơ siêu xốp PMO thuộc cả hai dải kích thước nanomet (200–500 nm) và micromet (2–4 µm) ở cả hai trạng thái bề mặt trung tính và chức năng hóa nhóm amin.
  • Xác định được các thông số cấu trúc tối ưu: Mẫu nanoPMO trung tính NPT đạt diện tích bề mặt riêng lên tới $1423\text{ m}^2/\text{g}$, thể tích lỗ rỗng $1,055\text{ cm}^3/\text{g}$, đường kính mao quản $2,97\text{ nm}$; mẫu microPMO trung tính MPT3 đạt diện tích bề mặt $844\text{ m}^2/\text{g}$, thể tích lỗ rỗng $0,960\text{ cm}^3/\text{g}$, đường kính mao quản $4,60\text{ nm}$.
  • Xác lập động học hấp phụ BSA trên các vật liệu PMO: Quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng nhanh chóng sau 15–20 phút tiếp xúc; dung lượng hấp phụ tăng tỷ lệ thuận với nồng độ protein ban đầu (0,5–10 mg/mL); tương tác hút tĩnh điện giữa nhóm amin tích điện dương và protein tích điện âm đóng vai trò chủ đạo.

Giải pháp và cải tiến quy trình

  • Rút ngắn thời gian tinh sạch chiết tách khuôn CTAB bằng hỗn hợp $EtOH/HCl$ từ 16 giờ xuống 8 giờ, giảm thiểu tiêu hao năng lượng và thời gian thực nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tinh sạch cấu trúc (được kiểm chứng qua phổ FTIR).
  • Xác định điều kiện tối ưu để tổng hợp hạt nano đồng đều gắn amin (mẫu NPA1) bằng cách phối trộn APTES đồng thời với BTEE ngay từ giai đoạn đầu, và điều kiện tổng hợp microPMO hình cầu hoàn chỉnh (mẫu MPT3) với thời gian xử lý nhiệt 24 giờ ở 95°C.

Đóng góp học thuật so với y văn

  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm đầu tiên tại Việt Nam về quy trình tổng hợp và đặc trưng hóa vật liệu PMO định hướng ứng dụng y sinh dược.
  • Vật liệu NPT và MPT3 tổng hợp được có diện tích bề mặt riêng và thể tích mao quản cao hơn rõ rệt so với sản phẩm tương ứng trong nghiên cứu của Qian (2018).
  • Thời gian đạt bão hòa hấp phụ protein BSA của các mẫu PMO trong nghiên cứu đạt được sau 20 phút, nhanh hơn đáng kể so với thời gian cân bằng trong công bố của Qian (12 giờ) và Zhu (3 giờ).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi tối ưu hóa mới chỉ tập trung vào yếu tố thời gian phản ứng và thời điểm bổ sung chất, chưa khảo sát toàn diện ảnh hưởng của nồng độ và tỷ lệ mol giữa các tiền chất phản ứng.
  • Quy trình tổng hợp microPMO gắn nhóm amin (mẫu MPA3) chưa đạt độ đồng đều tối ưu về mặt hình thái học (sản phẩm dạng đa diện không đồng nhất, kích thước phân tán từ 200 nm đến 1 µm).
  • Thực nghiệm tương tác sinh học mới dừng lại ở việc khảo sát trên một loại protein mô hình đơn lẻ (BSA) trong dung dịch đệm chuẩn, chưa tiến hành thử nghiệm trên hệ đa thành phần chứa đồng thời protein và peptide hoặc mẫu bệnh phẩm sinh học thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Tiếp tục tối ưu hóa các thông số công nghệ (tỷ lệ tiền chất, pH, chất hoạt động bề mặt) để hoàn thiện quy trình chế tạo microPMO amin có hình thái đồng nhất.
  • Mở rộng đánh giá khả năng phân tách và làm giàu chọn lọc trên các peptide nhỏ và các biomarker mục tiêu trong huyết thanh thực tế (hướng tới định lượng biomarker cho bệnh võng mạc đái tháo đường theo mục tiêu của nhiệm vụ NĐT.69/CHN/19).
  • Đánh giá độ ổn định cơ học, khả năng tái sử dụng chất mang sau nhiều chu kỳ giải hấp và thử nghiệm nạp/phóng thích hoạt chất thuốc.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh và các nhóm nghiên cứu thuộc chuyên ngành Dược học, Hóa dược, Công nghệ Vật liệu Y sinh, Công nghệ Nano và Kỹ thuật Hóa học.
  • Nội dung tham khảo trọng tâm:
    • Quy trình chi tiết tổng hợp vật liệu sol-gel hữu cơ - vô cơ lai hóa ở quy mô phòng thí nghiệm và phương pháp tinh sạch rút ngắn thời gian.
    • Bộ thông số đối sánh thực nghiệm về phổ hồng ngoại FTIR, ảnh FESEM và số liệu đẳng nhiệt hấp phụ BET của các hệ vật liệu PMO trung tính và amin.
    • Phương pháp luận và quy trình thực nghiệm định lượng protein vi lượng bằng hệ quang phổ giọt Nanodrop ND 8000 trong nghiên cứu tương tác bề mặt vật liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tiền chất và chất hoạt động bề mặt được sử dụng để tổng hợp nanoPMO và microPMO trong khóa luận là gì?

Khóa luận sử dụng tiền chất silic hữu cơ 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethane (BTEE) để tổng hợp nanoPMO và 1,2-Bis(trimethoxysilyl)ethane (BTME) để tổng hợp microPMO. Chất hoạt động bề mặt làm khuôn cấu trúc cho cả hai hệ vật liệu là Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), và tác nhân biến tính nhóm amin là (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES).

2. Cải tiến cụ thể của tác giả về thời gian tinh sạch so với quy trình gốc của Qian là gì?

Trong quy trình gốc của tác giả Qian, thời gian đun hồi lưu để tinh sạch loại bỏ chất định hướng cấu trúc CTAB khỏi vật liệu PMO bằng hỗn hợp ethanol 96% và acid clohydric 37% kéo dài 16 giờ. Tác giả khóa luận đã tối ưu và rút ngắn thời gian này xuống còn 8 giờ. Kết quả quang phổ FTIR xác nhận tất cả các đỉnh hấp thụ đặc trưng của CTAB (1470, 1402, 1626, 2850, 2918 cm⁻¹) đều đã biến mất hoàn toàn trên sản phẩm sau 8 giờ tinh sạch.

3. Tại sao vật liệu PMO amin (NPA1, MPA3) lại có khả năng hấp phụ BSA mạnh hơn vật liệu trung tính (NPT, MPT3)?

Khả năng hấp phụ này xuất phát từ tương tác lực hút tĩnh điện giữa bề mặt mang điện tích trái dấu. Trong dung dịch đệm PBS 1x có pH = 6,82, do điểm đẳng điện của BSA là pI = 4,7 ($pH > pI$) nên phân tử BSA mang điện tích âm (khoảng -18 mV). Trong khi đó, các vật liệu PMO amin mang nhóm chức $-NH_2$ bị proton hóa thành dạng $-NH_3^+$ mang điện tích dương, tạo ra lực hút tĩnh điện mạnh với phân tử BSA, dẫn đến dung lượng hấp phụ cao hơn rõ rệt so với các mẫu PMO trung tính.

4. Mối tương quan giữa kích thước mao quản của PMO và kích thước phân tử BSA có ý nghĩa gì đối với cơ chế hấp phụ?

Phân tử BSA có kích thước hình học khoảng $4\text{ nm} \times 4\text{ nm} \times 14\text{ nm}$, trong khi kích thước mao quản của nanoPMO chỉ dao động từ 2,42 đến 2,97 nm. Do kích thước phân tử lớn hơn đường kính mao quản, BSA không thể lọt vào bên trong lỗ rỗng mà chỉ hấp phụ không đặc hiệu trên bề mặt bên ngoài của hạt vật liệu. Nhờ đó, nanoPMO (có diện tích bề mặt riêng ngoài lớn) hấp phụ BSA nhiều hơn microPMO, đồng thời gợi ý rằng microPMO có khả năng loại trừ protein lớn để cho phép các peptide kích thước nhỏ khuếch tán vào trong lòng mao quản.

5. Điểm khác biệt chính giữa kết quả hấp phụ BSA của nghiên cứu này so với công bố của Zhu và cộng sự là gì?

Trong nghiên cứu của Zhu và cộng sự (2014), các vật liệu PMO có cấu trúc dạng hình que (tổng hợp bằng chất làm khuôn P123) và cần khoảng thời gian 3 giờ để đạt trạng thái cân bằng hấp phụ BSA. Trong nghiên cứu này, các vật liệu PMO (tổng hợp bằng khuôn CTAB) có cấu trúc dạng hạt hình cầu hoặc lục giác và đạt trạng thái bão hòa hấp phụ BSA nhanh hơn rất nhiều, chỉ sau 15–20 phút tiếp xúc.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Trà Giang đã nghiên cứu và làm chủ thành công quy trình tổng hợp vật liệu silic hữu cơ siêu xốp rỗng (PMO) kích thước nanomet và micromet với diện tích bề mặt riêng lớn và cấu trúc mao quản ổn định. Nghiên cứu đã tối ưu hóa hiệu quả thời gian tinh sạch loại bỏ khuôn CTAB xuống 8 giờ và xác lập các điều kiện biến tính gắn nhóm amin bề mặt thích hợp. Kết quả khảo sát tương tác với protein BSA đã làm sáng tỏ động học hấp phụ nhanh đạt bão hòa sau 20 phút cùng cơ chế tương tác tĩnh điện và hiệu ứng loại trừ kích thước mao quản, đặt cơ sở thực nghiệm vững chắc cho các định hướng ứng dụng PMO trong phân tách, làm giàu biomarker và phân phối thuốc trong y sinh dược học.