Luận văn tính chất quang từ của nano Ag - CoFe2O4 nhiệt trị ung thư tại ĐH Khoa học - ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang từ của nano tổ hợp Ag - CoFe2O4, định hướng ứng dụng hiệu quả trong chuyển đổi quang từ nhiệt trị ung thư.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hương Loan
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Hồng Nam
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quang học
• Đề tài: Chế tạo và khảo sát các tính chất quang - từ của tổ hợp vật liệu nano Ag - CoFe2O4 định hướng ứng dụng cho nhiệt trị ung thư
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan nano Ag CoFe2O4 nhiệt trị ung thư tại ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu vật liệu nano y sinh đang mở ra bước tiến lớn trong điều trị ung thư hiện đại. Tại Trường Đại học Khoa học thuộc Đại học Thái Nguyên, các nhà khoa học đã tập trung phát triển tổ hợp nano Ag - CoFe2O4. Đề tài luận văn thạc sĩ vật lý này giải quyết bài toán nâng cao hiệu quả sinh nhiệt cục bộ. Liệu pháp nhiệt trị truyền thống thường gặp hạn chế về tính chọn lọc mô bệnh. Sự kết hợp giữa hạt kim loại quý và hạt từ ferrite mang lại giải pháp đột phá. Hạt nano bạc sở hữu tính chất cộng hưởng plasmon bề mặt vượt trội. Trong khi đó, hạt spinel ferrite coban thể hiện đặc tính từ hóa cao cùng độ kháng từ lý tưởng. Hai pha vật liệu tích hợp trong cùng một cấu trúc nano đem lại hiệu ứng cộng hưởng kép. Quá trình tác động đồng thời của ánh sáng khả kiến và từ trường ngoài làm tăng nhiệt độ vùng mô đích. Tế bào ung thư bị ức chế phát triển ở ngưỡng nhiệt từ 42 đến 45 độ C. Mô lành xung quanh vẫn được bảo vệ an toàn. Công trình mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế phong phú cho ngành y học chính xác tại Việt Nam.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu quang từ tại Đại học Thái Nguyên

Nghiên cứu được triển khai tại Trường Đại học Khoa học thuộc Đại học Thái Nguyên phối hợp Viện Khoa học vật liệu. Mục tiêu trọng tâm là chế tạo vật liệu nano tiên tiến phục vụ y sinh học. Các nhà khoa học hướng tới việc kết hợp liệu pháp quang nhiệt và từ nhiệt trên cùng một hệ hạt. Phương pháp này giảm thiểu tác dụng phụ độc hại so với hóa trị hay xạ trị thông thường. Nguồn kinh phí hỗ trợ từ Chương trình phát triển vật lý cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Luận văn thạc sĩ vật lý đã hoàn thành các mục tiêu thử nghiệm bài bản. Đây là đóng góp khoa học thiết thực của đội ngũ nghiên cứu Thái Nguyên vào lĩnh vực y học hạt nhân hiện đại.

1.2. Khái niệm tổ hợp nano Ag CoFe2O4 trong y sinh

Tổ hợp nano Ag - CoFe2O4 là vật liệu lai cấu thành từ hai thành phần chính. Thành phần thứ nhất là hạt bạc Ag với hoạt tính plasmon mạnh mẽ. Thành phần thứ hai là hạt spinel ferrite CoFe2O4 sở hữu mômen từ lớn. Sự gắn kết giữa Ag và CoFe2O4 tạo nên cấu trúc dị thể vững chắc. Vật liệu mang trọn vẹn cả hai ưu điểm quang học và từ tính. Trong môi trường sinh học, hạt bạc giúp hấp thụ chùm tia laser chọn lọc. Lõi ferrite coban phản ứng nhanh trước từ trường xoay chiều bên ngoài. Hệ thống lưỡng hợp này tạo ra cơ chế sinh nhiệt kép vô cùng mạnh mẽ. Công nghệ này hứa hẹn nâng cao tỷ lệ tiêu diệt tế bào ung thư an toàn.

II. Phân tích tính chất quang từ nano Ag CoFe2O4 nhiệt trị ung thư

Phân tích cơ chế vật lý giúp làm sáng tỏ tiềm năng nhiệt trị của tổ hợp nano Ag - CoFe2O4. Khả năng sinh nhiệt của hệ vật liệu đến từ hai hiện tượng độc lập nhưng bổ trợ lẫn nhau. Trước hết, hạt nano bạc đóng vai trò tác nhân hấp thụ quang học. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ chuyển hóa năng lượng photon thành dao động nhiệt mạng tinh thể. Tiếp theo, hạt CoFe2O4 tạo ra nhiệt lượng khi đặt trong từ trường xoay chiều tần số cao. Hai cơ chế hồi phục Néel và Brown đóng vai trò chủ chốt đối với các hạt đơn đômen từ. Tổn hao từ trễ bổ sung lượng nhiệt đáng kể đối với hệ hạt có độ kháng từ lớn. Quá trình phân tích thực nghiệm chỉ ra sự phụ thuộc chặt chẽ vào kích thước hạt. Kích thước tinh thể tăng giúp nâng cao từ độ bão hòa từ 21,8 emu/g lên 56 emu/g. Giá trị lực kháng từ cũng tăng tương ứng từ 98 Oe lên 724 Oe. Sự kết hợp hai pha vật liệu bảo toàn được các thông số từ tính ưu việt. Hệ hạt đảm bảo hiệu năng chuyển đổi năng lượng vượt trội cho điều trị y sinh.

2.1. Cơ chế cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano Ag

Hạt nano bạc thể hiện tính chất quang học đặc biệt nhờ hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR). Khi bức xạ ánh sáng tương tác với hạt Ag, đám mây điện tử tự do dao động tập thể. Hiện tượng này tạo nên đỉnh hấp thụ quang học mạnh tại vùng khả kiến. Năng lượng ánh sáng hấp thụ không phát xạ mà chuyển hóa nhanh thành nhiệt năng thông qua tương tác electron - phonon. Nhiệt lượng tỏa ra truyền trực tiếp tới môi trường vi mô xung quanh hạt nano. Hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt phụ thuộc chặt chẽ vào kích thước và hình thái hạt nano Ag. Kích thước hạt trong khoảng từ 13,5 nm đến 16,5 nm cho thấy khả năng hấp thụ quang học tối ưu. Cơ chế mang lại nguồn nhiệt cục bộ giúp tiêu diệt tế bào ác tính.

2.2. Đặc tính từ nhiệt và tổn hao trễ của CoFe2O4

Hạt nano CoFe2O4 đóng vai trò máy phát nhiệt từ trường nhờ đặc tính gốm ferrite spinel. Khi đặt hạt dưới từ trường xoay chiều, hai cơ chế hồi phục Néel và Brown xuất hiện đồng thời. Đối với hạt có đường kính nhỏ dưới 15 nm, cơ chế Néel đóng vai trò chi phối. Ngược lại, tổn hao từ trễ trở thành nguồn sinh nhiệt chính ở các hạt có tính chất sắt từ rõ nét. Diện tích vòng từ trễ quyết định trực tiếp đến năng lượng tổn hao trong mỗi chu trình đảo từ. Mẫu T4 đạt từ độ bão hòa 56 emu/g cùng lực kháng từ 724 Oe. Tỷ lệ từ dư trên từ độ bão hòa đạt 0,34 chứng minh khả năng lưu giữ từ trường ấn tượng. Tổn hao trễ lớn bảo đảm hiệu năng phát nhiệt từ trường mạnh mẽ cho mục tiêu nhiệt trị.

III. Phương pháp chế tạo tổ hợp nano Ag CoFe2O4 nhiệt trị ung thư

Quy trình tổng hợp hệ hạt nano Ag - CoFe2O4 được thiết kế theo phương pháp hóa học hai giai đoạn nghiêm ngặt. Giai đoạn thứ nhất thực hiện chế tạo hệ hạt nano ferit coban CoFe2O4 bằng phương pháp đồng kết tủa hoặc thủy nhiệt. Nhóm nghiên cứu khảo sát bốn mẫu từ T1 đến T4 với các điều kiện nhiệt độ và nồng độ khác nhau. Mẫu T4 bộc lộ các phẩm chất từ tính vượt trội nhất được lựa chọn làm mầm phát triển. Giai đoạn tiếp theo tiến hành khử ion bạc Ag+ thành hạt nano Ag bám phủ trực tiếp lên bề mặt CoFe2O4. Tác nhân khử thân thiện môi trường giúp kiểm soát kích thước hạt kim loại đồng đều. Kỹ thuật này ngăn chặn hiện tượng kết tụ hạt vốn làm suy giảm hoạt tính sinh học. Các tỷ lệ mol giữa Ag và CoFe2O4 được tinh chỉnh từ C0 đến C4 nhằm tối ưu hóa sự tương tác pha. Mọi bước thực nghiệm đều được kiểm soát khắt khe về độ pH, thời gian phản ứng và tốc độ khuấy. Kết quả thu được hệ tổ hợp nano phân tán ổn định trong dung dịch nước.

3.1. Quy trình tổng hợp hệ hạt nano Ag CoFe2O4

Quá trình tổng hợp mẫu vật liệu bắt đầu với việc điều chế hệ hạt nền CoFe2O4. Muối tiền chất sắt và coban được hòa tan hoàn toàn trong môi trường nước khử ion. Tác nhân kiềm hóa đưa độ pH của dung dịch lên mức kiềm tối ưu để tạo kết tủa hydroxide. Quá trình xử lý nhiệt tạo ra cấu trúc spinel ferrite đồng nhất. Hệ mẫu T4 hình thành tinh thể kích thước trung bình khoảng 10,7 nm trên phổ XRD và 12 nm trên ảnh TEM. Sau đó, bạc nitrat AgNO3 được bổ sung vào hệ huyền phù chứa hạt T4 đã phân tán đều. Phản ứng khử ion bạc diễn ra có kiểm soát giúp các hạt nano bạc tạo mầm trực tiếp trên bề mặt ferit. Các mẫu tổ hợp từ C1 đến C4 thu được đều bảo toàn tính toàn vẹn cấu trúc.

3.2. Kỹ thuật đặc trưng cấu trúc nhiễu xạ tia X và TEM

Đặc trưng cấu trúc tinh thể của hệ vật liệu được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Giản đồ XRD của mẫu T4 xuất hiện đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của pha ferrite tại mặt phẳng (311). Khi tổ hợp cùng nano bạc, phổ ghi nhận thêm đỉnh nhiễu xạ ứng với mặt mạng (111) của tinh thể Ag. Kích thước hạt nano bạc dao động từ 13,5 nm đến 16,5 nm. Hình thái học được quan sát qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Ảnh TEM xác nhận hạt nano dạng cầu đồng đều kích thước 12 đến 14 nm. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) khẳng định sự hiện diện đầy đủ của các nguyên tố Ag, Co, Fe và O. Kết quả kiểm nghiệm minh chứng quá trình chế tạo tổ hợp dị thể đạt độ tinh khiết cao.

IV. Đánh giá ứng dụng nano Ag CoFe2O4 nhiệt trị ung thư thực nghiệm

Thử nghiệm tiền lâm sàng đánh giá độc tính tế bào và hiệu quả nhiệt trị mang lại nhiều kết luận giá trị. Vật liệu tổ hợp Ag - CoFe2O4 thể hiện tính tương thích sinh học cao trong điều kiện không bị kích thích. Nồng độ vật liệu khảo sát không gây độc tính đáng kể lên các dòng tế bào bình thường. Khi chiếu xạ laser hồng ngoại gần, hạt Ag hấp thu photon nhanh chóng và giải phóng nhiệt quang học. Đồng thời, nguồn từ trường ngoài xoay chiều kích thích lõi CoFe2O4 phát sinh nhiệt từ. Sự kết hợp song song hai tác nhân nâng nhiệt độ dung dịch huyền phù lên trên 43 độ C chỉ sau vài phút. Tế bào ung thư chịu tổn thương nhiệt dẫn đến hiện tượng chết rụng tế bào theo chương trình. Ngược lại, mô lành được bảo tồn nguyên vẹn do thời gian tác động nhiệt ngắn và có chọn lọc. Luận văn tại Đại học Khoa học thuộc Đại học Thái Nguyên khẳng định tính khả thi của giải pháp. Đây là bước đệm then chốt mở đường cho các thử nghiệm điều trị ung thư chuyên sâu hơn.

4.1. Hiệu quả chuyển đổi quang từ nhiệt diệt tế bào ung thư

Hiệu quả chuyển đổi nhiệt trị được xác nhận qua thực nghiệm chiếu xạ kết hợp phát từ trường. Khi sử dụng riêng lẻ quang nhiệt hoặc từ nhiệt, nhiệt độ tăng chậm và cần liều lượng vật liệu lớn. Trái lại, cơ chế hiệp đồng quang - từ kích hoạt đồng thời giúp rút ngắn một nửa thời gian đạt nhiệt độ tiêu chuẩn. Dung dịch chứa tổ hợp nano Ag - CoFe2O4 nhanh chóng vượt ngưỡng nhiệt 43 độ C. Mức nhiệt cục bộ duy trì ổn định đủ làm biến tính protein của tế bào ung thư. Kết quả kiểm tra sinh học chứng minh tỷ lệ tế bào ung thư bị ức chế đạt mức rất cao. Độc tính tối thiểu đối với tế bào lành chứng tỏ độ an toàn vượt trội của hệ vật liệu.

4.2. Tiềm năng lâm sàng của vật liệu nano tổ hợp mới

Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi đầy triển vọng trong y học chính xác. Hạt nano tổ hợp Ag - CoFe2O4 có khả năng định vị khối u dưới hướng dẫn của từ trường ngoài. Sau khi tập trung tại vị trí khối u, hạt thực hiện chức năng trị liệu kép thông qua nhiệt độ. Điều này khắc phục triệt để nhược điểm phát tán thuốc tự do gây độc toàn thân. Ngoài ra, tính chất quang học của hạt nano bạc còn cho phép ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh sinh học. Sự kết hợp giữa chẩn đoán và điều trị (theranostics) là xu hướng y học tiên tiến trên thế giới. Đề tài tại Đại học Thái Nguyên tạo cơ sở khoa học quan trọng cho các nghiên cứu in vivo tiếp theo trên mô hình động vật trước khi thử nghiệm lâm sàng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay, bệnh ung thƣ vẫn là một mối đe dọa lớn đối với sức khỏe loài ngƣời bất chấp sự tiến bộ của công nghệ y tế hiện đại. Về mặt lâm sàng, các phƣơng pháp điều trị truyền thống (phẫu thuật, xạ trị, hóa trị, liệu pháp miễn dịch) không thể chiến thắng hiệu quả căn bệnh này do hiệu quả điều trị thấp và các tác dụng phụ nghiêm trọng. Đến nay, khoa học và công nghệ nano đã cung cấp một số phƣơng thức để chống lại bệnh ung thƣ một cách hiệu quả. Phƣơng pháp tăng thân nhiệt từ tính và phƣơng pháp trị liệu quang nhiệt là những chủ đề nghiên cứu trọng tâm giữa các nhóm khác nhau trên thế giới trong những năm gần đây.

Bằng cách sử dụng các đặc tính từ, và quang học của các hạt nano riêng biệt hoặc tổ hợp đƣợc gọi là phƣơng pháp nhiệt trị ung thƣ. Đến nay, các phƣơng pháp điều trị truyền thống để điều trị ung thƣ vẫn không hiệu quả đối với các khối u rắn. Ngoài ra, một số hạn chế nhƣ: xâm lấn, không chọn lọc, và các tác dụng phụ không mong muốn vẫn còn tồn tại [5]. Vì vậy, điều này cần thiết là phải cải thiện phƣơng pháp điều trị ung thƣ hoặc tìm kiếm các phƣơng pháp điều trị khác hiệu quả hơn.

Nhiệt trị với các tác động tiêu diệt tế bào ung thƣ bằng nhiệt là phƣơng pháp thứ 5 đƣợc đề xuất nhằm khắc phục những hạn chế của các phƣơng pháp điều trị hiện nay, với việc nâng nhiệt độ khối u lên đến nhiệt độ trong khoảng giữa 41 – 46 oC bởi các thiết bị bên ngoài mà vẫn không ảnh hƣởng đến các tế bào xung quanh khối u. Nó có thể đƣợc áp dụng tại một vị trí hoặc nhiều vị trí phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của bệnh ung thƣ. Đây đƣợc coi là một phƣơng pháp điều trị có nhiều tiềm năng, lấp đầy những hạn chế của các phƣơng pháp điều trị đang sử dụng hiện nay và mang lại những hiệu quả mong muốn là hạn chế gây ra các tác dụng phụ và không ảnh hƣởng đến tế bào lành [6]. Để sử dụng cho phƣơng pháp nhiệt trị ung thƣ nêu trên, vật liệu nano riêng biệt hoặc tổ hợp từ-quang đang thu hút nhiều sự chú ý trong các nghiên 2 cứu dụng y sinh.

Hiện nay, khoa học và công nghệ nano đã cung cấp hai cách tiếp cận phƣơng pháp nhiệt trị dựa trên khả năng sinh nhiệt của các hạt nano từ: nhiệt từ trị (hạt nano từ) hoặc quang nhiệt trị (hạt nano quang). Gần đây, các vật liệu nano tổ hợp quang - từ sở hữu đồng thời các tính chất quang, và tính chất từ cho phép ứng dụng trong các phƣơng pháp nhiệt trị ung thƣ, chuẩn đoán hình ảnh, dẫn truyền thuốc [9]. Phƣơng pháp nhiệt trị ung thƣ trên cơ sở các hạt nano dựa trên khả năng sinh nhiệt của hạt nano dƣới tác động của nguồn kích thích ngoài nhƣ: từ trƣờng, laser, hồng ngoại. Sự kết hợp hiệu ứng quang nhiệt và từ nhiệt trong vật liệu tổ hợp quang – từ góp phần khắc phục nhƣợc điểm riêng của từng cách tiếp cận và khai thác thế mạnh của mỗi hê hạt nano riêng biệt trong nhiệt trị ung thƣ.

Nhiệt độ cục bộ tại vùng khối u ung thƣ phải đƣợc kiểm soát tốt trong khoảng từ 42-46oC nhằm tối đa hóa hiệu quả tiêu diệt tế bào ung thƣ và hạn chế tác động tới các tế bào lành. Các vật liệu nano từ hiện nay đƣợc quan tâm nghiên cứu trong lĩnh vực y sinh chủ yếu từ ôxit đa kim loại (manganites) hoặc ferrít (MFe2O4, M= Fe, Co, Zn, Mn) do tính tƣơng thích sinh học cao, ít độc, bền hóa học và phƣơng pháp chế tạo đơn giản [8, 26]. Tuy nhiên, các hệ vật liệu này lại có từ độ bão hòa tƣơng đối thấp nên để đạt đƣợc nhiệt độ hiệu quả cho việc tiêu diệt tế bào ung thƣ đòi hỏi nồng độ hạt phải đủ cao, do đó có thể gây độc cho các tế bào lành, điều này gây ra những hạn chế trong ứng dụng nhiệt từ trị ung thƣ. Để khắc phục hạn chế này, một vài giải pháp đƣợc đề xuất nhƣ tìm kiếm công nghệ chế tạo để có các hạt nano từ ở vùng kích thƣớc đạt giá trị công suất tổn hao cao nhất, hệ tổ hợp hai pha từ cứng-từ mềm…[31, 34].

Ƣu điểm của các hệ vật liệu này là chúng có giá trị từ độ bão hòa hoặc lực kháng từ cao nên hiệu suất chuyển đổi từ nhiệt lớn và do đó có thể sử dụng chúng với nồng độ thấp trong giới hạn y sinh nhƣng vẫn bảo đảm đƣợc nhiệt độ bão hòa đủ để tiêu diệt tế bào ung thƣ. Cách tiếp cận khác là tăng cƣờng độ và tần số của từ trƣờng đốt, tuy nhiên điều này là không kinh tế 3 và dễ tạo ra những tác dụng phụ không mong muốn khi cơ thể tiếp xúc với từ trƣờng cao trong thời gian dài. Giải pháp đƣợc cho là tối ƣu nhất là tạo ra vật liệu tổ hợp hai thành phần từ - quang nhằm khắc phục những nhƣợc điểm khi sử dụng từng hệ vật liệu (từ hoặc quang) riêng rẽ, điều này cho phép kết hợp đồng thời cả sinh nhiệt do từ và sinh nhiệt do cảm ứng quang. Khi các vật liệu nano quang và từ tích hợp với nhau thành một cấu trúc nano, chúng sẽ thể hiện các ƣu thế riêng vốn có của từng thành phần và các tính chất vật lý mới do sự tƣơng tác giữa hai loại vật liệu tạo nên.

Epinosa và cộng sự đã kết hợp đồng thời cả hai hiệu ứng quang và từ để gia nhiệt hạt nano sắt từ Fe3O4 dạng lập phƣơng và thu đƣợc giá trị công suất tổn hao (Specific absorption rate – SAR) của mẫu lên đến 5000 W/g, gấp 2-15 lần so với khi chỉ sử dụng từ trƣờng riêng rẽ [15]. Abdulla-Al-Mamum và các cộng sự đã nghiên cứu khả năng tiêu diệt tế bào ung thƣ (Hela cell) bằng hiệu ứng nhiệt trị của hệ lai Fe3O4@Au có cấu trúc lõi/vỏ. Kết quả cho thấy bằng cách kích thích đồng thời cả từ trƣờng và tia laser cho các hạt Fe3O4@Au với nồng độ 100 μg/mL thì 100% tế bào ung thƣ bị tiêu diệt chỉ sau 5 phút. Hiệu quả tiêu diệt tế bào ung thƣ cao hơn 2 lần khi sử dụng riêng từ trƣờng để đốt nóng [3].

Do đó, sử dụng hệ nano tổ hợp quang- từ hứa hẹn tiềm năng rất lớn trong định hƣớng ứng dụng nhiệt trị ung thƣ. Từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là: Chế tạo và khảo sát các tính chất quang - từ của tổ hợp vật liệu nano Ag - CoFe2O4 định hƣớng ứng dụng cho nhiệt trị ung thƣ. Bố cục luận văn gồm 3 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng I: Tổng quan Chƣơng II: Kỹ thuật thực nghiệm Chƣơng III: Kết quả và thảo luận 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1. Quang nhiệt trị Tăng thân nhiệt bằng cách sử dụng các nguồn chiếu xạ để gây tăng thân nhiệt đã đƣợc nghiên cứu để điều trị các tổn thƣơng bề mặt và khối u bắt đầu từ thế kỷ XX.

Các phƣơng pháp điều trị bằng chiếu xạ ban đầu là dựa trên đèn hồng ngoại (infrared -IR) và bộ cảm quang để gây ra nhiệt hoặc oxy hoá trên các khu vực bị ảnh hƣởng của bệnh nhân, nhƣng chúng cũng có thể đƣợc áp dụng trên toàn bộ các phần của cơ thể và do đó nó làm tăng đáng kể cơ hội khỏi bệnh. Tuy nhiên vẫn gây tổn thƣơng trên các mô khỏe mạnh và gây căng thẳng cho bệnh nhân. Kỹ thuật này còn đƣợc gọi là tăng thân nhiệt quang học hoặc đôi khi, theo khía cạnh hiện đại, có thể đƣợc gọi là “tăng thân nhiệt bằng laser”, đƣợc mô tả nhƣ hình 1. Mô tả tế bào ung thư chiếu ánh sáng laser [21].

Việc sử dụng các hạt nano làm nguồn nhiệt cục bộ khắc phục đƣợc vấn đề nói trên. Tại đây, các hạt nano có thể đƣợc điều chỉnh để hấp thụ tích cực các bƣớc sóng IR, nơi các mô sinh học có khả năng hấp thụ hạn chế, mở rộng lĩnh vực ứng dụng của quá trình tăng nhiệt do quang cho các mô bên trong và khối u thay vì các ứng dụng trên bề mặt [36]. Sự hấp thụ mạnh mẽ của các loại hạt này so với chất mầu và chất cảm quang và dải hấp thụ sắc nét của chúng cho phép hiệu quả cao hơn trong việc chuyển đổi năng lƣợng của các 5 hạt, bằng cách cộng hƣởng plasmon bề mặt (surface plasmon resonance - SPR), giảm lƣợng năng lƣợng cần thiết để kích hoạt hiệu ứng tăng thân nhiệt và do đó hạn chế gây tổn thƣơng các mô khỏe mạnh xung quanh khối u. Việc sử dụng các hạt nano quang có hấp thụ sóng IR sẽ tạo ra các điểm nhỏ có nhiệt độ cao tiếp xúc trực tiếp với khối u, trong khu vực bị tia laser chiếu vào, tập trung hiệu ứng tăng thân nhiệt vào vùng chứa khối u thay vì dựa vào sự khuếch tán nhiệt của mô xung quanh khối u.

Cộng hưởng Plasmon bề mặt Plasmon là dao động tập thể của các điện tử tự do. Khi một số kim loại giảm đến kích thƣớc xuống tƣơng đƣơng với khoảng dịch chuyển đi tự do của các điện tử trong vùng dẫn của chúng, ví dụ: 40–50 nm đối với Au, chúng sẽ hấp thụ mạnh ở một khoảng bƣớc sóng cụ thể nào đó. Hiện tƣợng này là do điện tử bề mặt của vật liệu cộng hƣởng trên toàn bộ chiều dài của vật liệu nano tạo ra một chuyển động kết hợp đƣợc gọi là cộng hƣởng plasmon bề mặt (SPR). Hay nói cách khác là sự kích thích tập thể đồng thời của tất cả các điện tử dẫn thành một dao động đồng pha [18].

Minh họa dao động plasmon bề mặt hạt kim loại và (b) Cơ chế phân rã của kích thích plasmon [46].2 minh họa sự hình thành của dao động plasmon bề mặt. Khi ánh sáng tƣơng tác với bề mặt kim loại, nó kích thích các electron lớp ngoài 6 cùng của kim loại làm cho các electron này dao động, toàn bộ khối điện tử dịch chuyển về một phía, sẽ để lại các ion nút mạng trong tinh thể, khi đó khối kim loại sẽ bị phân cực. Sự chênh lệch điện tích thực tế ở các biên của hạt nano về phần mình hoạt động nhƣ lực hồi phục. Bằng cách đó, một dao động lƣỡng cực của các điện tử với một chu kỳ đã đƣợc tạo nên [39].