Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong lĩnh vực y sinh học hiện đại, các hệ thống dẫn truyền thuốc đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa hiệu quả điều trị và hạn chế các tác động bất lợi đối với cơ thể người bệnh. Các phương pháp cấp phát thuốc truyền thống chủ yếu qua đường uống hoặc đường tiêm thường bộc lộ nhiều hạn chế đối với những dược chất kém tan trong nước, hoạt chất không ổn định hoặc các phân tử sinh học nhạy cảm. Việc sử dụng thuốc không được kiểm soát liều lượng và thời gian phóng thích có thể dẫn đến hiện tượng bùng phát nồng độ gây độc tính, hoặc suy giảm nồng độ xuống dưới ngưỡng điều trị; đồng thời, việc lạm dụng các nhóm thuốc kháng sinh hay thuốc kháng viêm còn gia tăng nguy cơ kháng thuốc của vi sinh vật gây bệnh. Để giải quyết những thách thức này, sự phát triển của công nghệ nano mang đến giải pháp chế tạo các hệ mang thuốc thông minh, có khả năng nạp lượng lớn hoạt chất và kiểm soát tốc độ giải phóng theo thời gian.
Vật liệu silica cấu trúc xốp có trật tự (Ordered Mesoporous Silica – OMS) là một trong những chất mang vô cơ nổi bật nhờ sở hữu diện tích bề mặt riêng lớn, thể tích lỗ xốp cao, kích thước mao quản có thể điều chỉnh và tính tương thích sinh học tốt. Tuy nhiên, việc theo dõi đường đi và vị trí của hạt mang thuốc trong các mô sinh học đòi hỏi vật liệu phải được tích hợp thêm chức năng quang học. Chấm lượng tử carbon (Carbon Quantum Dots – CQDs) là nhóm vật liệu nano carbon huỳnh quang có kích thước dưới 10 nm, độc tính thấp, độ bền quang cao và khả năng hòa tan tốt trong môi trường nước. Do đó, việc tổng hợp vật liệu nanocomposite kết hợp giữa hạt nano silica cấu trúc xốp và chấm lượng tử carbon (OMS@CQDs) tạo ra một hệ chất mang đa chức năng, vừa có khả năng tải các loại dược chất kém tan như ibuprofen, vừa phát quang huỳnh quang hỗ trợ định vị và theo dõi quá trình phân phối thuốc.
Đề tài khóa luận tốt nghiệp xác định 5 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp bằng phương pháp vi nhũ tương.
- Tổng hợp vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon bằng phương pháp gia nhiệt.
- Khảo sát hình thái và cấu trúc của vật liệu OMS@CQDs.
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt tới khả năng phát quang của vật liệu OMS@CQDs.
- Khảo sát khả năng nạp và giải phóng thuốc ibuprofen của vật liệu OMS@CQDs (sau khi biến tính bề mặt bằng nhóm amin).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano silica cấu trúc xốp (OMS), chấm lượng tử carbon (CQDs), vật liệu tổ hợp OMS@CQDs, tác nhân chức năng hóa bề mặt 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) và thuốc mô hình chống viêm không steroid Ibuprofen (IBU, C13H18O2).
- Phạm vi nghiên cứu: Khóa luận tập trung vào quy trình thực nghiệm tổng hợp hóa học, phân tích đặc trưng lý hóa – cấu trúc hạt, khảo sát đặc tính quang học, đánh giá hiệu suất nạp và động học giải phóng thuốc in vitro trong dung dịch đệm phosphat (PBS) ở pH = 7.4 qua màng thẩm tách 3.5 kDa, cùng thử nghiệm độc tính tế bào tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và các đơn vị phối hợp phân tích (năm 2024).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm
Khung lý thuyết và mô hình hóa học
- Hạt nano silica cấu trúc xốp (MSN/OMS): Silica có cấu trúc tứ diện $[SiO_4]^{4-}$, liên kết Si–O bền vững tạo nên độ ổn định hóa học cao. Quá trình tạo hạt trải qua phản ứng thủy phân tiền chất tetraethyl orthosilicate (TEOS) tạo nhóm silanol ($Si-OH$) và phản ứng ngưng tụ hình thành mạng liên kết siloxane ($Si-O-Si$):
- Thủy phân: $Si(OC_2H_5)_4 + H_2O \leftrightarrow Si(OH)_4 + C_2H_5OH$
- Ngưng tụ nước: $Si-O-H + H-O-Si \rightarrow Si-O-Si + H_2O$
- Ngưng tụ rượu: $Si-OC_2H_5 + H-O-Si \rightarrow Si-O-Si + C_2H_5OH$
- Chấm lượng tử carbon (CQDs): Thuộc nhóm vật liệu carbon huỳnh quang kích thước $\le 10\text{ nm}$, chứa các nhóm chức oxy hóa trên bề mặt ($-OH, -COOH, -CO$). Phương pháp tiếp cận "bottom-up" sử dụng tiền chất hữu cơ phân tử nhỏ (citric acid) được áp dụng để nhiệt phân tạo CQDs tại chỗ trong các mao quản của silica.
- Thuốc Ibuprofen (IBU): Hoạt chất chống viêm không steroid (C13H18O2, khối lượng mol 206.28 g/mol), mang tính acid yếu, độ tan trong nước rất kém nhưng tan tốt trong cồn và dung môi hữu cơ. Cơ chế lưu giữ thuốc dựa trên sự tương tác liên kết hydro và tương tác tĩnh điện giữa nhóm carboxyl ($-COOH$) của IBU với các nhóm silanol hoặc nhóm chức amin ($-NH_2$) gắn trên bề mặt chất mang.
- Phương trình Kubelka-Munk: Xác định độ rộng vùng cấm quang học ($E_g$) từ phổ phản xạ khuếch tán (DRS):
$$(F(R)h\nu)^m = A(E_g - h\nu)$$
Trong đó, $F(R) = \frac{(1-R)^2}{2R}$, với $R$ là phần trăm phản xạ khuếch tán, $h\nu$ là năng lượng photon kích thích.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Tổng hợp silica xốp (OMS): Áp dụng phương pháp vi nhũ tương thuận (micelle dầu trong nước O/W). Chất hoạt động bề mặt cation Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) đóng vai trò chất định hướng cấu trúc, TEOS làm tiền chất nguồn silic và NaOH làm chất xúc tác kiềm hóa ở 80 °C; nung ở 550 °C trong 3 giờ để loại bỏ khuôn mẫu hữu cơ.
- Tổng hợp nanocomposite OMS@CQDs: Gia nhiệt trực tiếp hỗn hợp OMS và citric acid ở nhiệt độ 200 °C trong các mốc thời gian 15 phút, 30 phút và 60 phút.
- Biến tính bề mặt bằng amin: Phản ứng silane hóa bề mặt OMS@CQDs bằng APTES trong môi trường ethanol ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ nhằm tạo nhóm $-NH_2$ hỗ trợ tương tác với thuốc.
- Đánh giá tải và giải phóng thuốc: Phân tán chất mang trong dung dịch đệm PBS (pH = 7.4) chứa IBU, khuấy 24 giờ trong bóng tối. Đánh giá sự phóng thích thuốc qua màng thẩm tách 3.5 kDa vào 50 mL đệm PBS ở các khoảng thời gian 2, 4, 6 và 24 giờ; nồng độ thuốc được xác định thông qua phổ hấp thụ quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis).
- Thử nghiệm độc tính tế bào: Đo mật độ quang (OD) của các giếng nuôi cấy tại bước sóng 565 nm sau 24 giờ để xác định tỷ lệ tế bào sống sót.
| Hóa chất sử dụng |
Độ tinh khiết / Xuất xứ |
Thiết bị phân tích chính |
Model / Xuất xứ |
| CTAB ($C_{19}H_{42}BrN$) |
100%, Trung Quốc |
Nhiễu xạ tia X (XRD) |
Bruker D8 Advance, Hoa Kỳ |
| TEOS ($C_8H_{20}O_4Si$) |
98%, Thermo Mỹ |
Quang phổ hồng ngoại (FTIR) |
Agilent FTIR 5500 Series |
| NaOH |
96%, Xilong Trung Quốc |
Kính hiển vi điện tử FE-SEM |
HITACHI S-4800, Nhật Bản |
| APTES ($C_9H_{23}NO_3Si$) |
99%, Thermo Mỹ |
Kính hiển vi điện tử TEM |
Phân tích tại Viện VSDTTW |
| Citric acid ($C_6H_8O_7$) |
99.5%, Trung Quốc |
Hấp phụ đẳng nhiệt BET |
Nova Station D |
| Ibuprofen ($C_{13}H_{18}O_2$) |
98%, Trung Quốc |
Tán xạ ánh sáng động (DLS) |
Malvern Zetasizer Lab, Anh |
| Ethanol tuyệt đối |
99.5%, Chemsol VN |
Quang phổ quang điện tử (XPS) |
Phi 5000 Versaprobe II, Mỹ |
| Đệm PBS (pH = 7.4) |
Chuẩn sinh học, VN |
Quang phổ UV-Vis |
Hitachi UH3500, Nhật Bản |
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về vật liệu nano silica và chấm lượng tử carbon cùng các ứng dụng trong y dược học:
- Phân tích cấu trúc vô định hình của hạt silica, các dạng cấu trúc mao quản gồm microporous ($<2\text{ nm}$), mesoporous ($2\text{--}50\text{ nm}$) và macroporous ($>50\text{ nm}$). Trình bày các phương pháp chế tạo silica kinh điển: phương pháp Stober, phương pháp sol-gel và phương pháp vi nhũ tương (micelle thuận và đảo).
- Trình bày cấu trúc, tính chất phát quang và phân loại các chấm carbon: graphene quantum dots (GQDs), carbon quantum dots (CQDs), polymer dots (PDs), carbon nanodots (CNDs). Đánh giá ưu điểm của phương pháp tổng hợp "bottom-up" sử dụng các tiền chất hữu cơ thân thiện môi trường.
- Tổng quan hệ dẫn truyền thuốc qua ba giai đoạn lịch sử (1950–1980: dạng uống/tiêm/thấm qua da; 1980–2010: công nghệ nano và polymer nhả chậm; từ 2010 đến nay: hệ dẫn truyền thông minh đáp ứng kích thích). Phân tích đặc tính dược học và cấu trúc của hoạt chất ibuprofen.
- Điểm luận tình hình nghiên cứu: Nhóm tác giả trong nước (Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - VAST) đã chế tạo nano silica rỗng nạp Doxorubicin đạt hiệu suất $13.40% \pm 0.37%$ và vật liệu MCM-41 có diện tích bề mặt $986.68\text{ m}^2/\text{g}$ hấp phụ Rhodamine B đạt $299.69\text{ mg/g}$. Trên thế giới, các công trình của Yufei Dong và cộng sự đã phát triển hệ CQDs@OMS định lượng ion $Fe^{3+}$ trong khoảng nồng độ $25\text{--}750\ \mu\text{M}$, Wang và cộng sự tổng hợp hạt nano carbon rỗng nạp Doxorubicin nhả thuốc theo pH ($4%$ ở pH 7.4 và $70%$ ở pH 5.0).
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
Chương 2 mô tả chi tiết các bước tiến hành thực nghiệm và hệ thống trang thiết bị phân tích:
- Quy trình tổng hợp OMS: Hòa tan 0.16 g CTAB trong 70 mL nước cất có bổ sung NaOH, gia nhiệt đến 80 °C trong 15 phút. Nhỏ từ từ 1.0 mL TEOS, khuấy đẳng nhiệt ở 80 °C trong 2 giờ đến khi xuất hiện kết tủa trắng đục. Lọc chân không, rửa bằng nước và cồn, sấy ở 60 °C, nghiền mịn rồi nung ở 550 °C trong 3 giờ để loại bỏ hoàn toàn khuôn CTAB.
- Quy trình tổng hợp OMS@CQDs: Trộn 0.35 g hạt silica xốp OMS đã nung với 3.0 g citric acid trong cốc becher. Đặt trên máy khuấy từ gia nhiệt ở 200 °C trong 30 phút (khảo sát thêm các mốc 15 phút và 60 phút). Sản phẩm sau phản ứng được phân tán trong nước, đánh siêu âm, lọc chân không, rửa nhiều lần với nước và cồn, sau đó sấy khô ở nhiệt độ phòng.
- Quy trình chức năng hóa OMS@CQDs@APTES: Phân tán 50 mg OMS@CQDs trong 20 mL ethanol tuyệt đối, đánh siêu âm 5 phút, thêm 0.5 mL APTES và khuấy từ trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Lọc chân không, rửa bằng nước và cồn, sấy khô để thu sản phẩm biến tính amin.
- Quy trình nạp và giải phóng Ibuprofen: Phân tán 20 mg OMS@CQDs@APTES vào 20 mL dung dịch đệm PBS pH = 7.4 chứa ibuprofen nồng độ 0.05 mg/mL, khuấy 24 giờ trong bóng tối. Tách phần rắn để chuẩn bị thử nghiệm giải phóng; phần dịch lọc cho vào màng thẩm tách 3.5 kDa đặt trong 50 mL đệm PBS để xác định lượng thuốc tự do bằng UV-Vis. Quá trình giải phóng thuốc thực hiện với 5 mg phức hợp mang thuốc trong 5 mL PBS, thẩm tách vào 50 mL PBS ngoài màng; lấy 5 mL mẫu dịch tại các thời điểm 2, 4, 6, 24 giờ (bù lại 5 mL PBS tươi) để đo quang phổ UV-Vis.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Chương 3 trình bày các kết quả phân tích cấu trúc, hình thái, tính chất quang và hiệu năng tải thuốc của hệ vật liệu:
- Đặc trưng hình thái và cấu trúc:
- XRD: Giản đồ XRD của cả OMS và OMS@CQDs đều chỉ xuất hiện dải nhiễu xạ rộng vô định hình đặc trưng của silica tại góc $2\theta \approx 20\text{--}25^\circ$, khẳng định quá trình gia nhiệt đính CQDs không làm phá hủy mạng cấu trúc silica nền.
- FTIR: Phổ hồng ngoại của OMS@CQDs ghi nhận các liên kết đặc trưng của khung silica $Si-O-Si$ và $Si-O$, đồng thời xuất hiện thêm các dải hấp thụ của nhóm carboxyl và liên kết carbon như $C=O$ và $C=C$ từ các chấm lượng tử carbon.
- XPS: Phổ quang điện tử tia X xác nhận sự hiện diện của các nguyên tố Si, O và C. Tỷ lệ phần trăm nguyên tử carbon trong OMS@CQDs tăng rõ rệt so với mẫu OMS thuần, chứng minh CQDs đã được đính kết thành công trên bề mặt và trong mao quản hạt silica.
- FE-SEM và TEM: Ảnh hiển vi điện tử cho thấy các hạt nano OMS@CQDs có dạng hình cầu đồng đều với các góc cạnh mờ, phân bố kích thước hạt tập trung với giá trị kích thước hạt trung bình là $134 \pm 13\text{ nm}$.
- BET: Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp $N_2$ khẳng định cấu trúc mao quản xốp trật tự của vật liệu với diện tích bề mặt riêng đạt $863.1\text{ m}^2/\text{g}$ và kích thước lỗ rỗng trung bình là $2.2\text{ nm}$.
- Thế Zeta: Sự biến đổi thế Zeta từ âm sang dương sau khi xử lý với APTES khẳng định các nhóm amin ($-NH_2$) đã gắn kết thành công lên bề mặt ngoài của OMS@CQDs.
- Tính chất phát quang (PL và DRS):
- Dưới ánh sáng đèn cực tím bước sóng 395 nm, các mẫu OMS@CQDs phát quang huỳnh quang rõ rệt. Phổ phát quang (PL) cho thấy khi tăng thời gian gia nhiệt (từ 15 phút, 30 phút đến 1 giờ), cường độ phát quang có xu hướng suy giảm dần. Mẫu gia nhiệt 30 phút được lựa chọn vì đạt độ ổn định về cấu trúc và cường độ phát quang tối ưu cho ứng dụng dẫn truyền.
- Phổ phản xạ khuếch tán (DRS) và đồ thị Kubelka-Munk xác định được sự dịch chuyển của bờ hấp thụ và độ rộng vùng cấm năng lượng ($E_g$) của vật liệu sau khi đính chấm lượng tử carbon.
- Hiệu suất nạp và giải phóng Ibuprofen:
- Thiết lập phương trình đường chuẩn tuyến tính giữa nồng độ IBU và độ hấp thu quang phổ UV-Vis.
- Hiệu suất nạp thuốc của hệ vật liệu OMS@CQDs sau khi biến tính bề mặt bằng nhóm amin (OMS@CQDs@APTES) đạt mức $23%$.
- Khảo sát giải phóng thuốc in vitro cho thấy IBU được giải phóng chậm rãi và liên tục theo cơ chế khuếch tán qua hệ mao quản trong suốt 24 giờ.
- Kết quả thử nghiệm độc tính tế bào tại bước sóng 565 nm cho thấy tỷ lệ tế bào sống sót duy trì ở mức cao sau 24 giờ nuôi cấy ở các nồng độ khảo sát, chứng minh vật liệu an toàn sinh học.
Kết quả và đóng góp
Kết quả nghiên cứu chính
- Chế tạo thành công vật liệu nano silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon (OMS@CQDs) bằng phương pháp nhiệt phân tại chỗ citric acid trong khuôn mạng silica xốp tổng hợp từ hệ vi nhũ tương CTAB/TEOS/NaOH.
- Hạt nanocomposite thu được có dạng hình cầu đồng đều, kích thước hạt trung bình xác định qua ảnh FE-SEM/TEM là $134 \pm 13\text{ nm}$.
- Vật liệu duy trì cấu trúc xốp có trật tự với diện tích bề mặt riêng lớn đạt $863.1\text{ m}^2/\text{g}$ và đường kính lỗ xốp trung bình đạt $2.2\text{ nm}$.
- Phân tích phổ FTIR và XPS xác nhận sự hiện diện đồng thời của khung vô cơ ($Si-O-Si, Si-O$) và các liên kết hữu cơ huỳnh quang ($C=C, C=O$).
- Xác định được ảnh hưởng của thời gian phản ứng nhiệt: thời gian gia nhiệt 30 phút ở 200 °C cho sản phẩm có tính chất phát quang thích hợp nhất dưới bức xạ UV 395 nm.
- Biến tính thành công bề mặt vật liệu bằng nhóm chức amin từ APTES, nâng hiệu suất nạp hoạt chất Ibuprofen đạt $23%$, đồng thời kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc kéo dài trong môi trường đệm sinh lý PBS pH = 7.4.
| Thông số đặc trưng vật liệu |
Giá trị đo đạc thực nghiệm |
Phương pháp phân tích |
| Kích thước hạt trung bình |
$134 \pm 13\text{ nm}$ |
Kính hiển vi FE-SEM / TEM |
| Diện tích bề mặt riêng |
$863.1\text{ m}^2/\text{g}$ |
Đẳng nhiệt BET ($N_2$ ở 77 K) |
| Đường kính mao quản trung bình |
$2.2\text{ nm}$ |
Mô hình BJH |
| Cấu trúc tinh thể |
Vô định hình (Amorphous) |
Nhiễu xạ tia X (XRD) |
| Nhóm chức bề mặt |
$Si-O-Si, Si-O, C=O, C=C, -NH_2$ |
Phổ FTIR và XPS |
| Thời gian gia nhiệt tối ưu |
30 phút (tại 200 °C) |
Phổ huỳnh quang (PL) / UV-Vis DRS |
| Hiệu suất nạp thuốc Ibuprofen |
$23%$ |
Phổ hấp thụ tử ngoại UV-Vis |
| Độc tính tế bào |
An toàn, độ sống sót tế bào cao |
Đo OD tại bước sóng 565 nm (24 giờ) |
Giải pháp và đóng góp khoa học
- Giải pháp kỹ thuật: Đề xuất quy trình tổng hợp "xanh" kết hợp giữa phương pháp vi nhũ tương thuận tạo hạt silica và kỹ thuật nhiệt phân pha rắn đơn giản tạo chấm lượng tử CQDs từ nguồn acid hữu cơ sẵn có (citric acid), không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại trong giai đoạn tạo tâm phát quang.
- Đóng góp mới: Tích hợp thành công chức năng quang học (phát huỳnh quang) vào hệ mang thuốc silica xốp có trật tự, giúp vật liệu vừa thực hiện chức năng tải và giải phóng thuốc có kiểm soát đối với dược chất kém tan, vừa có tiềm năng đánh dấu và theo dõi quang học trong chẩn đoán y sinh học.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế của đề tài:
- Các thử nghiệm nạp và giải phóng thuốc mới chỉ được thực hiện trên một loại thuốc mô hình duy nhất là Ibuprofen và khảo sát in vitro trong dung dịch đệm PBS ở một điều kiện pH cố định (pH = 7.4).
- Đánh giá độc tính tế bào mới dừng lại ở mốc thời gian nuôi cấy 24 giờ trên môi trường thử nghiệm in vitro, chưa khảo sát độc tính dài ngày hay trên mô hình sinh vật sống (in vivo).
- Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Mở rộng đánh giá động học giải phóng thuốc tại các dải pH sinh lý khác nhau (pH = 1.2 mô phỏng dịch vị dạ dày, pH = 5.5 mô phỏng vi môi trường khối u hoặc lysosome, và pH = 6.8 mô phỏng ruột).
- Khảo sát khả năng nạp và dẫn truyền các nhóm hoạt chất trị liệu khác như thuốc chống ung thư (Doxorubicin, Paclitaxel), kháng sinh hoặc phân tử sinh học (protein, DNA).
- Tiến hành các thử nghiệm hình ảnh huỳnh quang tế bào (cellular imaging) và đánh giá tương thích sinh học, chuyển hóa đào thải in vivo trên mô hình động vật thực nghiệm.
Giá trị tham khảo
Tài liệu khóa luận tốt nghiệp là nguồn tư liệu học thuật giá trị cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học (đặc biệt là chuyên ngành Hóa Vô cơ - Silicat), Khoa học Vật liệu, Công nghệ Nano và Kỹ thuật Y sinh:
- Tham khảo về quy trình thực nghiệm: Cung cấp thông số vận hành chi tiết về tỷ lệ chất hoạt động bề mặt CTAB, tiền chất TEOS, chế độ nhiệt nung và kỹ thuật biến tính phối tử silane APTES.
- Tham khảo về phương pháp phân tích: Trình bày đầy đủ phương pháp luận phân tích cấu trúc vật liệu xốp và quang học thông qua tổ hợp kỹ thuật XRD, FTIR, XPS, FE-SEM, TEM, BET-BJH, PL, UV-Vis DRS và UV-Vis.
- Tham khảo về mô hình dẫn truyền thuốc: Quy trình thử nghiệm nạp thuốc kém tan và kỹ thuật thẩm tách qua màng bán thấm 3.5 kDa trong môi trường đệm sinh học.
Câu hỏi thường gặp
1. Hạt nano silica xốp (OMS) và vật liệu composite OMS@CQDs được tổng hợp bằng những phương pháp nào?
Hạt nano silica cấu trúc xốp (OMS) được tổng hợp bằng phương pháp vi nhũ tương thuận sử dụng chất định hướng cấu trúc CTAB và tiền chất TEOS trong môi trường kiềm NaOH ở 80 °C, sau đó nung ở 550 °C trong 3 giờ. Vật liệu OMS@CQDs được chế tạo bằng phương pháp gia nhiệt pha rắn trực tiếp hỗn hợp OMS và citric acid ở 200 °C trong 30 phút để hình thành chấm lượng tử carbon tại chỗ trong các mao quản xốp.
2. Kích thước hạt và diện tích bề mặt riêng của vật liệu OMS@CQDs đạt bao nhiêu?
Theo kết quả phân tích hiển vi điện tử FE-SEM và TEM, hạt nanocomposite OMS@CQDs có dạng hình cầu tương đối đồng đều với kích thước trung bình là $134 \pm 13\text{ nm}$. Phép đo đẳng nhiệt hấp phụ $N_2$ (BET) xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu đạt $863.1\text{ m}^2/\text{g}$ và kích thước lỗ rỗng trung bình đạt $2.2\text{ nm}$.
3. Thời gian gia nhiệt ảnh hưởng như thế nào đến tính chất phát quang của OMS@CQDs và mẫu nào được chọn để tải thuốc?
Khảo sát phổ huỳnh quang (PL) cho thấy khi thời gian gia nhiệt tăng từ 15 phút, 30 phút đến 1 giờ, cường độ phát quang huỳnh quang của mẫu có xu hướng giảm dần. Tác giả đã lựa chọn mẫu gia nhiệt ở mốc 30 phút tại 200 °C để thực hiện các nghiên cứu tải thuốc do mẫu này đảm bảo sự hình thành hoàn chỉnh của chấm lượng tử và duy trì cường độ quang phát quang ổn định.
4. Hiệu suất nạp thuốc Ibuprofen của vật liệu OMS@CQDs sau khi biến tính amin đạt bao nhiêu phần trăm?
Sau khi được chức năng hóa bề mặt bằng tác nhân silane APTES để gắn nhóm amin ($-NH_2$), hiệu suất nạp thuốc kháng viêm Ibuprofen của vật liệu OMS@CQDs@APTES đạt mức $23%$, thuốc được giữ trong các lỗ xốp nhờ tương tác liên kết hydro và tương tác tĩnh điện.
5. Độc tính tế bào của vật liệu được đánh giá ra sao?
Độc tính tế bào được đánh giá thông qua phép đo mật độ quang (OD) tại bước sóng 565 nm sau 24 giờ nuôi cấy tế bào cùng với vật liệu ở các nồng độ khác nhau. Kết quả cho thấy tỷ lệ tế bào sống sót đạt mức cao, khẳng định vật liệu OMS@CQDs có độ tương thích sinh học tốt và an toàn cho các ứng dụng y sinh.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đỗ Thị Hương đã tổng hợp thành công hệ vật liệu nanocomposite silica cấu trúc xốp đính chấm lượng tử carbon (OMS@CQDs) có kích thước hạt trung bình $134 \pm 13\text{ nm}$, diện tích bề mặt riêng lớn đạt $863.1\text{ m}^2/\text{g}$ và kích thước mao quản $2.2\text{ nm}$. Việc kết hợp phương pháp vi nhũ tương và kỹ thuật gia nhiệt citric acid tại chỗ ở 200 °C trong 30 phút giúp vật liệu sở hữu đồng thời khả năng phát quang huỳnh quang rõ rệt và độ ổn định cấu trúc cao. Sau khi biến tính bề mặt bằng nhóm amin (APTES), vật liệu OMS@CQDs@APTES đạt hiệu suất nạp thuốc Ibuprofen $23%$, giải phóng thuốc có kiểm soát liên tục trong môi trường đệm PBS pH = 7.4 và thể hiện độc tính tế bào thấp. Công trình đã chứng minh tiềm năng ứng dụng thực tiễn của vật liệu nano silica đính chấm lượng tử carbon trong các hệ dẫn truyền thuốc thông minh kết hợp theo dõi y sinh học.
