CHƯƠNG I.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước - Tình hình Nghiên cứu trên thế giới: Gần đây, trên Thế giới đang ngày càng gia tăng sự bùng phát dịch bệnh truyền nhiễm gây ra bởi virút và vi khuẩn như: Ebola, A/H5N1, A/H7N9, tay-chân-miệng, bệnh sởi, tiêu chảy cấp, dịch tả, sốt xuất huyết vv …Sự bùng nổ này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng mà còn ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế - xã hội. Sự phát hiện nhanh chóng và chính xác của các tác nhân gây bệnh là rất quan trọng trong việc kiểm soát các dịch bệnh và phòng ngừa lây lan trong cộng đồng. Ngày nay, với khoa học phát triển việc ứng dụng hạt nano từ tính trong y sinh học được nhiều nhà khoa học trên Thế giới quan tâm. Hạt nano thường được chức năng hóa bề mặt bởi các lớp vỏ vô cơ và các lớp polymer.
Những lớp vỏ vô cơ được dùng là SiO2 vì tính ổn định hóa học, tương thích sinh học, dễ dàng gắn kết với lớp polyme khác[8]. Nhiều tác giả trên Thế giới đã bao bọc hạt nano từ tính Fe3O4 bằng SiO2 (Fe3O4/SiO2) để ứng dụng trong y sinh học đã được công bố[8-9]. Kết quả TEM của hạt nano Fe3O4 từ tài liệu tham khảo:(a)[27]; (b)[8] - Tình hình Nghiên cứu trong nước: Nhiều tác giả trong nước rất quan tâm đến việc tổng hợp các hạt nano từ tính để phục vụ cho việc ứng dụng trong y – sinh học như : 1. Nghiên cứu tổng hợp các hạt nanô từ phục vụ cho việc nghiên cứu chẩn đoán và điều trị bệnh tronglĩnh vực y sinh học.Chủ nhiệm đề tài TS.
Trần Hoàng Hải. Cơ quan chủ trì: Phân viện Vật lý TP HCM, 2008. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nghiên cứu một số phương pháp chế tạo và các tính chất của một số vật liệu hạt nano từ tính.
Chủ nhiệmđề tài GS.TSKH Nguyễn Xuân Phúc. Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học Vật liệu, 2008. Sử dụng hạt nano từ tính mang thuốc để tăng cường khả năng ức chế vi khuẩn của thuốc kháng sinhChloramphenicol. Tác giả Nguyễn Hoàng Hải, Cấn Văn Thạch, Nguyễn Hoàng Lương,… Nguồn: Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ, 2008.
Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu oxit sắt nano và phức nhằm ứng dụng trong chẩn đoánvà điều trị ung thư. Chủ nhiệm đề tài GS. Nguyễn Công Hào. Cơ quan chủ trì: Phân viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên tại TP.
Điều khiển các tính chất từ của các hạt nano ferit spinel dùng trong các ứng dụng dẫn thuốc và nhiệt trị.Tác giả Thân Đức Hiền. Nguồn: Hội nghị Khoa học lần thứ 20 - Kỷ niệm 50 năm thành lập trường Đại học Bách khoa Hà Nội1956 – 2006 6. Công nghệ nano với những khả năng mới trong việc phát hiện, chẩn đoán ung thư Ở giai đoạn sớm. Lê Văn Thảo*, Tống Duy Hiển*, Lê Hoàng Minh**, Phạm Xuân Dũng**, Nguyễn Hoàng Hải***, Đặng Mậu Chiến* Trong luận văn này, chúng tôi trình bày quá trình nghiên cứu tổng hợp các hạt nano Fe3O4/SiO2 cấu trúc lõi vỏ và chức năng các hạt với APTES, Glutaradehyde, gắn thử nghiệm với albumin.
Đặc biệt, chúng tôi thử nghiệm đầu tiên gắn kháng thể khuẩn tảVibrio cholerae- O1 lên hạt nano từ tính tại Việt nam.2 Lý thuyết về từ học 1.1 Các khái niệm cơ bản[3] Khi một vật liệu được đặt vào trong một từ trường, thì cảm ứng từ hoặc từ thông xuyên qua tiết diện của vật liệu được xác định bởi biểu thức: B = µ0 (H+M) (Hệ SI) (1.1) Trong đó: B là cảm ứng từ ; H là từ trường ngoài ; M là độ từ hóa hưởng ứng với từ trường ngoài ;µ0 là độ từ thẩm của chân không. Trong hệ Gauss: B = H+4πM (Hệ CGS) (1.2) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 Cảm ứng từ và hệ số từ thẩm là một nhân tố quan trọng cho ta biết các thông tin liên quan đến các loại vật liệu từ (thuận từ, nghịch từ.) và độ mạnh, yếu của các vật liệu từ riêng biệt.Về bản chất, độ cảm từ là tỉ số giữa độ từ hóa và từ trường ngoài: χ =M/H (1.3) Độ từ thẩm của vật liệu µ cho bởi công thức:µ = B / H (1.4) Độ cảm từ và độ từ thẩm liên hệ nhau qua biểu thức: µ = µ0 (1 + χ) (Hệ SI) (1.6) Trong nghiên cứu về tính chất từ, độ từ thẩm là thông số chính đặc trưng để mô tả các vật liệu từ tương ứng khi có từ trường ngoài. Do từ học liên quan đến hóa học, vật lý và khoa học vật liệu nên có hai hệ thống đơn vị được thừa nhận hiện nay[3]. Các đại lượng và đơn vị từ trong hệ đơn vị SI và CGS Các hệ số Kí Hệ đơn vị Đại lượng Hệ đơn vị SI chuyển từ hệ hiệu Gauss (CGS) CGS sang hệ SI Tesla (T) Cảm ứng từ B G 2 10-4 Wb/m Từ trường H Oe A/m 103/4π Độ từ hoá M emu/cm3 A/m 103 Không thứ Độ từ thẩm μ H/m 4π x 107 nguyên Độ cảm từ χ emu/g.Oe Không thứ nguyên 4π 1.2 Phân loại các vật liệu từ[1] Các loại vật liệu bị từ hóa nhiều hay ít trong từ trường ngoài được gọi là các vật liệu từ.
Từ tính của chúng khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc, biểu hiện bởi đại lượng χ (độ cảm từ) được phân loại chúng thành các vật liệu từ chính sau: nghịch từ, thuận từ, sắt từ, phản sắt từ, feri từ[1]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phân loại các loại vật liệu từ Loại vật Độ cảm từ Sự sắp xếp các mômen từ Ví dụ liệu từ (χ) nguyên tử Nghịch Nhỏ và âm Au (χ ~ 2,74.10-6) Các nguyên tử không có mômen từ.10-6) Thuận Nhỏ và dương Pt (χ ~ 21,04.10-6) Các nguyên tử có mômen từ định hướng tùy ý. Lớn và dương, là hàm theo từ trường ngoài, Sắt từ Fe (χ ~ 100000) phụ thuộc vi cấu trúc Các nguyên tử có mômen từ (cỡ 102 ÷104 ) sắp xếp song song Phản sắt Nhỏ và dương Cr (χ ~ 3,6.10-6) từ (cỡ 10-3÷10-5 ) Các nguyên tử có các mômen từ song song và đối song xen lẫn với nhau.
Lớn và dương, là hàm theo từ trường ngoài, Feri từ Ba (χ ~ 3) phụ thuộc vi cấu trúc Các nguyên tử có các mômen (cỡ 102 ÷104 ) từ sắp xếp đối song.3 Chu trình từ trễ và đường cong từ trễ Ở trạng thái ban đầu, khi chưa có từ trường ngoài tác dụng, các mômen từ trong vật liệu được phân bố đều theo phương từ hóa dễ, năng lượng của mẫu ở trạng thái cực tiểu và tổng mômen từ của vật liệu bằng không. Nếu ta áp một từ trường ngoài H tăng dần vào một khối vật liệu sắt từ, hoặc feri từ, vật liệu từ sẽ bị từ hóa, mômen từ của mẫu từ tính phụ thuộc phi tuyến tính vào từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 18 trường ngoài tác dụng. Khi từ hóa mẫu từ tính ở từ trường ngoài với cường độ H có độ lớn nhất định thì giá trị từ độ M được duy trì không đổi dù H tiếp tục tăng. Ta nói giá trị này là độ từ hóa bão hòa Ms.
Sau đó giảm từ trường về không, ta có giá trị độ từ dư Mr. Tiếp tục ta áp một từ trường theo hướng ngược lại, M bằng không tại H=HC. Đó là độ kháng từ HC. Tiếp tục tăng từ trường (theo hướng ngược lại) và tăng theo chiều ban đầu.
Ta thu được đường từ trễ khép kín. Hiện tượng mômen từ thay đổi không đồng bộ với từ trường ngoài tác dụng gọi là hiện tượng từ trễ. Hiện tượng từ trễ của vật liệu sắt từ và feri từ có liên quan tới quá trình từ hóa không thuận nghịch. Một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng này là do việc ngăn cản sự dịch chuyển các vách đômen của cấu trúc đômen[1].4 Bản chất đơn đômen và tính chất siêu thuận từ Dưới nhiệt độ Curie, các chất sắt từ, feri từ có trật tự từ tự phát.
Nghĩa là, các mômen từ định hướng song song (đối với chất sắt từ) và đối song song nhưng không bù trừ nhau (đối với chất feri từ). Thực tế cho thấy, các mômen từ tự phát chỉ tồn tại ở một vùng nhỏ nhất định của vật liệu từ. Ở trạng thái khử từ, mômen từ ở các vùng nhỏ định hướng khác nhau (tùy theo vật liệu), tổng mômen từ của mẫu bằng không. Vùng nhỏ ấy được gọi là đômen từ (magnetic domain).
Việc phân chia thành các đômen là để năng lượng của vật liệu (bao gồm năng lượng dị hướng từ, năng lượng tương tác trao đổi, năng lượng đàn hồi từ và đặc biệt là năng lượng trường khử từ) có giá trị cực tiểu. Tuy nhiên, sự phân chia đômen không thể tiếp tục vì xuất hiện một dạng năng lượng mới. Đó là vách ngăn cách các đômen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 19 với hướng các mômen từ ngược nhau. Vách ngăn cách dự trữ một năng lượng gọi là năng lượng vách.
Việc phân chia thành các đômen tiếp tục diễn ra cho đến khi năng lượng tạo nên các vách đômen không lớn hơn việc giảm năng lượng của mẫu. Trong những hạt có kích thước đủ nhỏ thì sự phân chia thành đômen lại làm tăng năng lượng tự do của hệ. Vì vậy, khi kích thước hạt được thu nhỏ dần thì số lượng các đômen từ cũng giảm theo. Đến một giới hạn nào đó thì không còn thích hợp để tồn tại nhiều vách đômen nữa.
Mỗi hạt là một đômen duy nhất, gọi là hạt đơn đômen. Lúc này, sự sắp xếp của các mômen từ khi có từ trường ngoài không còn bị cản trở bởi các vách đômen, nên thực hiện dễ dàng hơn. Vậy siêu thuận từ là hiện tượng các vật liệu từ có biểu hiện tính thuận từ khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Curie (hay nhiệt độ Néel). Hiện tượng này xảy ra ở các hạt có kích thước rất nhỏ, khi mà năng lượng cần để thay đổi hướng của các mômen từ nhỏ hơn năng lượng dao động nhiệt.
Năng lượng cần để thay đổi hướng của các mômen từ trong tinh thể gọi là năng lượng dị hướng của tinh thể và phụ thuộc vào tính chất của vật liệu cũng như kích thước của tinh thể. Kích thước của tinh thể giảm thì năng lượng đó cũng giảm. Hai đặc trưng cơ bản của các chất siêu thuận từ là: Đường cong từ hóa không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Không có hiện tượng từ trễ, có nghĩa là lực kháng từ HC bằng 0.
Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ.