ÔN tập ỨNG DỤNG SIÊU âm và từ TRƯỜNG TRONG KT

Ứng dụng hạt nano từ trong y sinh: Dẫn truyền thuốc , phân tích chất, nâng cao đồng bộ, nâng cao chất lượng hình ảnh trong MRI, tăng nhiệt độ cục bộ , thăm dò cấu trúc AND, mạ bề mặt ch

ÔN TẬP ỨNG DỤNG SIÊU ÂM VÀ TỪ TRƯỜNG TRONG KT&YH

1 Spintronics nghiên cứu bản chất và ứng dụng của:

Vận chuyển spin vận chuyển electron

2 Từ trường có tác động nguy hại đến cơ thể là vì:

Từ trường chỉ tác dụng lên cơ thể khi rất lớn

3 Ứng dụng hạt nano từ trong y sinh:

Dẫn truyền thuốc , phân tích chất, nâng cao đồng bộ, nâng cao chất lượng hình ảnh trong MRI, tăng nhiệt độ cục bộ , thăm dò cấu trúc AND, mạ bề mặt cho các vật liệu y sinh vd: xương giả,…, tách và tinh chế các phân tử sinh học và tế bào, phagokinetic ( phát hiện chỗ lõm trên cấu trúc vi tinh thể)

4 HIFU là phương pháp: điều trị ung thư, khối u tuyến tiền liệt, u xơ tử cung, rối loạn thần kinh…… Các khối u rắn của xương, não , vú , gan, tụy, trực tràng , tinh hoàn, thận , tuyến tiền liệt…… , thẩm mỹ

5 Các nguyên tố hóa học có tính sắt từ là: Fe, Co, Ni

6 Ưu thế đầu dò siêu âm dạng dãy điều chỉnh pha là: khác với 2 loại Linear Array, Curved Array, Phase Array làm việc nhờ kiểm soát thời gian quét của các chấn tử, ta có thể tạo ra những góc quét khác nhau dùng để khảo sát tim, gan, lách, những vùng khó có thể đưa đầu

dò vào

7 Các tinh thể áp điện trong đầu dò siêu âm dạng xung đóng vai trò:

Nguyên tắc dựa vào tinh thể áp điện (piezoelectric crystals) tinh thể áp điện biến các tín hiệu điện thành tín hiệu dao động sóng và ngược lại biến các dao động cơ học thành tín hiệu điện

8 Xác định tỷ lệ giảm cường độ của siêu âm 5Mhz khi đi vào độ sâu 4cm của gan và phản xạ lại khi gặp một túi không khí cho biết hệ số tắt dần của siêu âm là 0,5dB/cm.MHz

 Khi một xung siêu âm không hội tụ có tần số f truyền qua một lớp vật chất đồng nhất dày x, cường độ của nó giảm theo hàm mũ của độ dày x và tần số f

I(x) = Ioe-afx

 Trong đó Io là cường độ ban đầu, I(x) là cường độ ở độ sâu x, a là một hệ số tỉ lệ, có độ lớn chỉ phụ thuộc cấu tạo của môi trường

9 A-mode và B-mode của máy siêu âm chẩn đoán vật liệu là gì?

- A- mode( Amplitude mode)

Tín hiệu hồi âm được thể hiện bằng xung hình gai trên dạo động ký qua hệ thống trục tung và trục hoành, chiều cao của xung thể hiện độ lớn của biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí của xung thể hiện khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi Loại hìnht hể hiện này thường được dùng trong đo đạc vì có độ chính xác cao

- B-Mode( Brightness mode)

Tín hiệu hồi âm được thể hiện bởi những chấm sáng, độ sáng của các chấm này thể hiện biên

độ tín hiệu hồi âm, vị trí các chấm sáng xác định khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi

10 Hiệu ứng Doppler được sử dụng trong máy siêu âm màu là:

Máy siêu âm màu Doppler

Thông tin Doppler thu nhận được từ mỗi vị trí đặt cửa sổ được phân tích để xác định hướng dòng chảy và tốc độ trung bình

Dòng chảy hướng về đầu dò được mã hóa màu đỏ; ngược lại, chạy xa đầu dò được mã hóa màu xanh

11 Xác định cường độ còn lại của siêu âm 150mW khi nó suy giảm 30dB trong quá trình đi qua mô

Cường độ tương đối (dB) = 10.log (I2 /I1)

12 Để ước lượng độ suy giảm của siêu âm đi qua mô đại lượng nào sau đây không cần phải biết

-Tần số

13 Thay đổi đầu dò siêu âm 2MHz thành 10MHz, hệ quả sẽ xảy ra là :

-Độ phân giải tăng, độ xuyên sâu giảm

14 Tính chất của mô mà siêu âm đi qua sẽ không ảnh hưởng lên đặc trưng sau của xung siêu âm :

15 Khi sử dụng siêu âm Doppler để đo vận tốc dòng chảy, người sử dụng nhất thiết phải điều chỉnh xác định:

-Xác định góc đặt đầu dò

16 Xác định câu đúng về ý nghĩa các đại lượng đặc trưng từ trường B, H, M, J:

B: cảm ứng từ

H: cường độ Từ trường

M: Trường vector từ hóa(độ từ hóa), đơn vị theo hệ SI là A/m

J : từ cảm

17 Henry là đơn vị của

Henry, kí hiệu H, đơn vị đo độ từ cảm L trong hệ SI,

Một henry là độ lớn cảm ứng điện của một cuộn dây, khi suất điện động của cuộn dây là

1 vôn được tạo ra bởi sự thay đổi đều của dòng điện 1 ămpe trong 1 giây.

1 H = 1 V.s.A −1 = 1 Ω.s = 1 m 2 ·kg·s −2 ·A −2 = 1 Wb.A −1

18 Ở trạng thái siêu dẫn, vật liệu kim loại có tính:

Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 ,dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner)

Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử Trạng thái vật chất này không nên nhầm với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển, ví dụ từ thủy động lực học.

19 Đầu dò tử trường rất nhỏ (10-10 – 10-15T) hoạt động trên cơ sở hiệu ứng:

-Hall, meissener,……

20 MSI là phương pháp chẩn đoán hình ảnh dựa vào

MSI(Magnetic source imaging)

-Hình ảnh nguồn từ

-MSI kết hợp với kết quả MEG và MRI để tạo bản đồ chức năng hoạt động của não Những bản đồ có thể chỉ ra những khu vực bình thường và bất thường

-MSI tăng khả năng định vị các hoạt động đỉnh trong bệnh nhân với những vùng đầy máu -MSI có thể xem hoạt động sâu hơn trong não so với phương pháp EEG riêng lẻ

-MSI cũng có thể vẽ bản đồ chức năng(ngôn ngữ, nghe, chạm, di chuyển, vv ) trong tiền phẫu bệnh

-Vẽ bản đồ thông tin định vị đỉnh và chức năng là khả năng mặc định thường dùng trước khi phẫu thuật với mục đích lập kế hoạch và cũng như trong suốt quá trình phẫu thuật hệ thống định phẫu thuật

CÂU HỎI PHẦN TỰ LUẬN

1. Trình bày một số ứng dụng của kỹ thuật từ trường trong lĩnh vực phân tích y sinh

a) Phương pháp khối phổ ( Mass spectrometry - MS) là kĩ thuật dùng để đo đạc tỉ lệ khối lượng trên điện tích của ion thiết bị chuyên dụng là khối phổ kế

Ứng dụng, bao gồm:

Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng

Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất

Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó

Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí

Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với nhiều hướng tiếp cận khác nhau

b) Công hưởng từ hạt nhân(MRI) :

Chụp cộng hưởng từ (MRI - Magnetic resonance imaging) là phương pháp thu hình ảnh của các cơ quan và quan sát lượng nước của các cơ quan trong cơ thể sống dựa trên một hiện tượng vật lý là hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân

Khác nhau:năng lượng dùng trong chụp X quang là năng lượng phóng xạ tia X còn trong chụp cộng hưởng từ là năng lượng vô tuyến điện

Cơ sở vật lý

Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân

- Các hạt nhân sắp xếp ngẫu nhiên và từ trường của chúng triệt tiêu lẫn nhau do đó không có từ trường dư ra để ghi nhận số lượng vec tơ từ hạt nhân song song cùng chiều Bngoài > số lượng các vectơ từ hạt nhân ngược chiều => mạng lưới từ hoá theo hướng của từ trường bên ngoài => trạng thái cân bằng

- Trong trạng thái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi nhận Khi bị xáo trộn sẽ có tín hiệu được hình thành

Giai đoạn 2: Kích thích hạt nhân

Hiện tượng sắp hàng hạt nhân kết thúc thì các proton sẽ phóng thích năng lượng dùng để sắp hàng chúng để trở về vị trí ban đầu Tốc độ phóng thích các phôton này dựa vào năng lượng được phóng thích

Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu

Khi các phôton trở lại sắp hàng như cũ do ảnh hưởng từ trường bên ngoài chúng phóng thích năng lượng dưới dạng tín hiệu tần số vô tuyến Cường độ phát ra thể hiện trên một thang màu từ trắng đến đen, màu trắng là cường độ tín hiệu cao, màu đen là không có tín hiệu Cường độ tín hiệu của một loại mô phụ thuộc vào thời gian khôi phục lại từ tính T1 và T2, mật độ phôton của nó

Giai đoạn 4: Tạo hình ảnh

Cấu tạo

- Nam châm

- Các cuộn chênh từ

- Bộ phận phát sóng radio

- Bộ phận thu nhận tín hiệu

- Hệ thống xử lý dữ liệu

2. SONAR là gì? Tóm tắt cơ sở vật lý của hiện tượng Phân loại và ứng dụng Phân biệt SONAR với LIDAR và RADAR

a) Sonar là gì:

Sonar (tiếng Anh: sound navigation and ranging) là một kỹ thuật sử dụng sự lan truyền âm

thanh (thường là dưới nước) để tìm đường di chuyển, liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng khác ở trên mặt, trong lòng nước hoặc dưới đáy nước

b) Cơ sở lý thuyết

c) Phân loại:

- Sonar chủ động dùng đầu phát (Transmitter) phát xung sóng và nghe tiếng vọng lại ở

đầu thu (Receiver) Có nhiều cách bố trí:

• Nếu phát và thu ở cùng một chỗ đơn tĩnh (monostatic).

• Nếu phát và thu tách biệt song tĩnh (bistatic).

• Nếu có nhiều đầu phát (hoặc nhiều đầu thu) ở vị trí tách biệt

đa tĩnh(multistatic).

Hầu hết sonar là đơn tĩnh

Sonar thụ động lắng nghe mà không phát tín hiệu sử dụng trong quân sự, các ứng dụng khoa

học, ví dụ :phát hiện cá trong nghiên cứu biển hoặc đánh cá, nổ mìn ở đảo, nghe các vụ rung chấn hay phun trào đáy biển…… (phân tích liên quan đến âm thanh phát ra từ xa nhằm tới xác định vị trí và bản chất nguồn phát)

d) ứng dụng:

Quân sự: Phát hiện tàu ngầm, vũ khí dưới nước…

Dân sự: Dò tìm cá, đo độ sâu đáy biển…

Khoa học: Đo địa hình đáy biển

e) phân biệt SONAR, LIDAR, RADAR

- Sonar (Sound navigation and ranging) Dò tìm định vị bằng sóng âm

- Lidar (Light Dectection and Ranging) Dò tìm và nhận biết bằng ánh sáng

- Radar: phiên âm từ tiếng Pháp , viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Radio Detection and Ranging định vị và đo khoảng cách và lập bản đồ các vật thể như máy bay hay mưa Được sử dụng phổ biển trong hang không

3. Trình bày về ứng dụng siêu âm trong trị liệu y học

a) Tác dụng cơ học:

do sự lan truyền của sóng siêu âm gây nên những thay đổi áp lực tương ứng với tần số siêu

âm, tạo nên hiện tượng gọi là “xoa bóp vi thể” sự thay đổi áp lực với tần số càng lớn (3MHz) nhanh hơn so với tần số thấp (1MHz), phụ thuộc vào cường độ siêu âm (W/cm2) và chế độ liên tục hay xung Sự thay đổi áp lực gây ra:

- Thay đổi thể tích tế bào

- Thay đổi tính thấm màng tế bào

- Tăng chuyển hóa

b)Tác dụng nhiệt:

- do hiện tượng cọ xát chuyển từ năng lượng cơ học sang năng lượng nhiệt có thể tác động tới độ sâu từ 3-5cm độ sâu >8cm, I> 1,5W/cm2. ở độ sâu< 8cm ,I= 1W/cm2

- So với các tác nhân vật lý khác, siêu âm có thể làm tăng nhiệt độ ở mô sâu hơn và phạm vi chống chỉ định hẹp hơn

- Nhiệt độ tăng nhiều tại ranh giới giữa các tổ chức có trị số phản xạ âm khác nhau

- Siêu âm liên tục làm tăng nhiệt độ nhiều hơn siêu âm chế độ xung, điều này cần chú ý khi điều trị các tổ chức như khớp, vùng xương gần sát da, vì vậy nên sử dụng siêu âm xung

c) Tác dụng sinh học:

Từ tác dụng cơ học và tác dụng sinh nhiệt dẫn đến hàng loạt tác dụng sinh học tạo nên hiệu quả siêu âm điều trị là:

- Tăng tuần hoàn và dinh dưỡng do tăng nhiệt độ, tăng tính thấm của mạch máu và tổ chức

- Giãn cơ do kích thích trực tiếp của siêu âm lên các thụ cảm thể thần kinh

- Tăng tính thấm của màng tế bào

- Kích thích quá trình tái sinh tổ chức

- Tác dụng lên hệ thần kinh ngoại vi

- Giảm đau

Liều điều trị:phụ thuộc vào các yếu tố :

- Tần số càng cao thì năng lượng càng lớn

- Cùng một thời gian, chế độ liên tục thì liều sẽ lớn hơn chế độ xung

- Thời gian điều trị càng lâu thì liều càng lớn

Thực hành điều trị.

- Siêu âm trực tiếp qua da: đặt đầu siêu âm tiếp xúc với da thông qua một môi trường trung gian để dẫn truyền siêu âm (thường dùng chất gel, dầu, mỡ thuốc, vaselin…)

- Siêu âm qua nước: nước dùng làm môi trường trung gian truyền âm: cả đầu phát và bộ phận

cơ thể đều ngập trong nước, hướng đầu phát vuông góc với da và cách da khoảng 1-5cm Thường dùng cho những vùng cơ thể lồi lõm dùng kỹ thuật qua da khó khăn

- Siêu âm dẫn thuốc: lợi dụng hiệu ứng cơ học người ta pha thuốc vào môi trường trung gian

để siêu âm đẩy thuốc vào cơ thể

kỹ thuật phát siêu âm

+ Cố định đầu phát siêu âm: thường dùng với vùng điều trị nhỏ

+ Di động đầu phát: di động chậm theo vòng xoáy, hoặc theo chiều dọc ngang trên vùng da điều trị, luôn đảm bảo đầu phát tiếp xúc với da

4. Trình bày khái quát cơ sở vật lý của spintronics và lĩnh vực ứng dụng?

công nghệ Spintronics là một ngành nghiên cứu mới nhằm tạo ra các linh kiện mới dựa trên việc điều khiển và thao tác spin của điện tử

Mục tiêu :là hiểu về cơ chế tương tác giữa spin của các hạt và môi trường chất rắn, từ đó có thể điền khiển cả về mật độ cũng như sự chuyển vận của dòng spin trong vật liệu

- Độ lớn của spin điện tử (chỉ định hướng theo 2 chiều lên và xuống): S= ½ ћ

- Mô men từ spin của điện tử: = -gS

, g (thừa số Landé) = 2.0023 cho đt tự do

Nguyên lý hoạt động của spintronics:

- đơn vị điều khiển của spintronics đó là dòng spin Nếu linh kiện điện tử điều khiển dòng điện tích để tạo ra tín hiệu, thì ở linh kiện spintronics sẽ điều khiển bằng dòng spin để tạo

tín hiệu Dòng spin chuyển động không mang yếu tố cơ học (đơn thuần là các mômen spin chuyển động theo dạng sóng): Không bị nhiễu bởi điện từ trường ngoài, tốc độ

nhanh và trên nguyên tắc là năng lượng tiêu tốn rất thấp

- Các thiết bị lưu trữ thông tin sử dụng công nghệ spintronics có thông tin spin gần như vĩnh cửu bởi spin chỉ có định hướng theo hai chiều, do đó nó lưu lại theo kiểu tương tự như nam châm vĩnh cửu Spintronics khi kết hợp với công nghệ nano sẽ tạo ra những linh kiện ở thang nano, và do đó tăng mật độ linh kiện

=> điều khiển dòng spin chính là then chốt của công nghệ spintronics

Một số khái niệm về điều khiển dòng spin

- Dòng spin: là dòng chuyển động của các spin Đại lượng đặc trưng cho dòng spin là “độ

phân cực spin”, là đại lượng được xác định bằng mức độ định hướng theo một chiều nhất định của spin trong các hạt cơ bản, được xác định là phần trăm sai khác giữa nồng độ các spin định hướng theo hai phương lên hoặc xuống

- Truyền spin: khả năng truyền spin từ các dòng spin tới các nguyên tử vật liệu, từ khu vực

này tới khu vực khác Chú ý là vấn đề truyền spin trong các vật liệu phi từ tính là một vấn đề rất khó, đó cũng là một lý do mà đến nay hầu hết spintronics vẫn chưa thể nhảy ra ngoài thị trường Một trong những cơ chế truyền spin là spin-transfer torque – “Khi dòng điện tử phân cực spin truyền qua một vách đômen từ (là một kết cấu biến đổi liên tục của các mômen từ từ chiều này qua chiều khác), nó làm cho các mômen từ trong vách bị quay dần theo chiều của đômen từ đã phân cực spin điện tử, có nghĩa là làm cho vách đômen bị dịch chuyển dần theo chiều của dòng điện”

- Tiêm spin, bơm spin: khả năng đưa spin vào các vùng không có spin bằng các nguồn bên

ngoài

- Tích lũy spin: khả năng tích lũy spin tại các khu vực theo ý muốn.

- Điều khiển spin bằng ánh sáng.

Phân loại các thế hệ linh kiện spintronics: Một cách tương đối, có thể chia các linh kiện

spintronics thành 3 thế hệ:

- Thế hệ thứ nhất: Gồm các linh kiện dựa trên các hiệu ứng từ điện trở như GMR, TMR,

trong các màng mỏng từ tiếp xúc dị thể kim loại-kim loại hoặc kim loại-điện môi…, ví dụ như các cảm biến, đầu đọc từ trở trong các đĩa cứng, các bộ nhớ RAM từ điện trở (MRAM), các transitor kim loại (hay transitor lưỡng cực), transitor valse spin, công tắc/khoá đóng mở spin, …

- Thế hệ thứ hai: Bao gồm các linh kiện hoạt động dựa trên việc tiêm hoặc bơm dòng phân

cực spin qua tiếp xúc dị thể bán dẫn-sắt từ hay bán dẫn từ-bán dẫn (điều này giúp cho việc tận dụng được các kỹ thuật vi điện tử hiện nay) Đó là các mạch khoá siêu nhanh, các bộ vi xử lý spin và mạch logic lập trình được,… Các linh kiện này sử dụng các vật liệu bán dẫn pha loãng từ, bán dẫn sắt từ hay các bán kim, các linh kiện vận chuyển đạn đạo (ballistic electron transport) sử dụng hiệu ứng từ điện trở xung kích, và các loại transistor spin như ở thế hệ thứ nhất Một thế hệ linh kiện spin mới đang được phát triển mạnh và rất có triển vọng hiện nay

là các bộ nhớ từ và các cổng lôgic dựa trên điều khiển vách đômen trong các cấu trúc nano từ tính

- Thế hệ thứ ba: Là các linh kiện sử dụng các cấu trúc nano (dạng chấm lượng tử, dây và sợi

nano) và sử dụng các trạng thái spin điện tử đơn lẻ như cổng logic lượng tử (là cơ sở cho máy tính lượng tử), các transistor đơn spin (SSET), …

5.Trình bày một số ứng dụng của hạt nano từ trong y sinh học?

■ Vật liệu nano: vật liệu có kích thước khoảng 1 – 100 nm (ít nhất 1 chiều), thường gồm

vài trăm đến 105 nguyên tử

■ Tính chất của vật liệu nano:

- Kích thước tới hạn => chuyển tiếp từ tính chất vật lý cổ điển đến tính chất vật lý lượng tử

- Hiệu ứng bề mặt

■ Phương pháp chế tạo:

- Top-down

- Bottom-up

■ Phân loại vật liệu nano:

- Theo hình dáng vật liệu:

 Vật liệu nano không chiều: là vật liệu trong đó cả ba chiều đều có kích thước nano, không

còn chiều tự do nào cho điện tử, ví dụ: đám nano, hạt nano

 Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự

do trên một chiều, ví dụ: dây nano, ống nano

 Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự

do, ví dụ: màng mỏng

 Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay composite trong đó một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

- Theo trạng thái vật liệu: rắn, lỏng và khí

■ Hạt nano từ: hạt nano có phản ứng với từ trường ngoài, có tính siêu thuận từ

■ Hạt nano từ có 2 thành phần: vật liệu từ (Fe, Ni, Co) và thành phần hoá học

■ Phân loại:

 Hạt nano ferrite

 Hạt nano ferrite có vỏ

 Hạt nano kim loại: phù hợp ứng dụng trong y học

 Hạt nano kim loại có vỏ

 Ứng dụng của hạt nanô từ trong y học được chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể và

trong cơ thể

- Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu

ra khỏi các tế bào khác

- Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn truyền thuốc, tăng nhiệt cục bộ nhằm điều trị ung thư và tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ

Phân tách và chọn lọc tế bào:

- Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác Phân tách

tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường

- Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi phương trình sau

F = 6 *pi*n*R*Dn

Trong đó n là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R là bán kính của hạt từ tính, Dn

là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước

Tăng thân nhiệt cục bộ trong điều trị ung thư:

- Phương pháp tăng thân nhiệt cục bộ các tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng khác của hạt nanô từ tính Nguyên tắc hoạt động là các hạt nanô từ tính có kích thước từ 20 - 100 nm được phân tán trong các mô mong muốn sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều bên ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho các hạt nanô hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng những vùng xung quanh Nhiệt độ khoảng 42°C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư

Tăng thân nhiệt cục bộ trong điều trị ung thư:

- Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền lượng hạt nanô phù hợp để tạo ra đủ nhiệt lượng khi có

sự có mặt của từ trường ngoài mạnh trong phạm vi điều trị cho phép Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung nóng cục bộ là lưu lượng máu và phân bố của các mô

- Vật liệu dùng để làm hạt nanô thường là magnetite và maghemite và có thể có tính sắt từ hoặc siêu thuận từ Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với hạt siêu thuận từ Vì vậy, ở đây chúng tôi chỉ giải thích cơ chế vật lý cho hạt siêu thuận từ Với hạt siêu thuận từ, khi áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng ứng dưới tác dụng của từ trường đó Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển động quay vật lý và quay mô men từ của hạt

Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ:

Các hạt nanô siêu thuận từ tạo thành từ ô-xít sắt hoặc hợp chất chứa Gd thường được sử dụng như tác nhân làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ Sự có mặt của chúng làm nhiễu loạn từ trường địa phương nên làm thay đổi giá trị rất nhiều Giá trị của cũng thay đổi nhưng ở mức độ yếu hơn Dựa trên đặc tính của từng mô trong cơ thể, tùy loại mô mà độ hấp thụ hạt nanô mạnh hay yếu Ví dụ, hạt nanô có kích thước 30 nm được bao phủ dextran có thể nhanh chóng đi vào gan và tì trong khi những cơ quan khác thì chậm hơn Như vậy, mật độ hạt nanô ở các cơ quan là khác nhau, dẫn đến sự nhiễu loạn từ trường địa phương cũng khác nhau làm tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ do thời gian hồi phục bị thay đổi khi đi từ mô này đến mô khác

Hạt nanô từ mang các chất phát quang:

Khi đi vào cơ thể, các hạt mang loại này sẽ khu trú tập trung tại các vùng bệnh Kết hợp với kỹ thuật thu nhận tín hiệu phản xạ quang, dựa vào cường độ phản xạ ra bên ngoài chúng ta có thể đóan nhận được vị trí của các mầm bệnh và có các biện pháp điều trị kịp thời Đề tài đang được thực hiện trên cơ sở gợi ý của một số công ty khoa học Để giải quyết bài toán này, ngoài việc nghiên cứu quá trình sinh hóa trong cơ thể, các phương pháp tăng hiệu quả dẫn truyền hạt nanô, còn phải tìm ra các vật liệu phát quang tốt có khả năng kết hợp với các hạt nanô từ

6. Sonochemistry là gì? Tóm tắt cơ sở vật lý của hiện tượng Nêu vài ví dụ điển hình và giải thích nguyên lý ứng dụng

a) Sonochemistry là gì:

Sonochemistry – (siêu âm trong hóa học ) gây ra hiện tượng xâm thực khí (cavittion) trong lòng một chất lỏng tạo ra năng lượng cho các phản ứng trong hóa học và tác dụng cơ học Cavitation là hiện tượng hình thành, phát triển và sụp đổ của bọt khí trong thời gian ngắn phát ra năng lượng cực kì lớn Xảy ra tại hàng triệu địa điểm trong chất lỏng

b) Cơ sở vật lý:

- Khi sóng siêu âm truyền vào môi trường chất lỏng, các chu kì kéo và nén liên tiếp đc

tạo thành Nửa chu kì đầu là Chu kì kéo tác động áp suất dương lên chất lỏng đẩy các phân tử chất lỏng lại gần nhau , không khí đi từ ngoài vào trong, nửa chu kì sau là chu kì nén tác động áp suất âm kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau không khí đi từ trong ra bên ngoài Nhưng chưa kịp ra hết thì nửa chu kì kéo lại đẩy khí lại vào trong

cứ thế qua nhiều chu kì như vậy làm bọt khí lớn dần lên đến một giới hạn sẽ vỡ tung,

đồng thời giải phóng một năng lượng cực lớn ra môi trường xung quanh lên đến (2000at, 5000oC).Tuy nhiên giữa các phân tử chất lỏng liên kết với nhau nhờ lực liên kết giữa các phân tử, nên sóng siêu âm cần có cường độ đủ lớn để phá vỡ các liên kết này (hiện tượng cavitation mới tạo thành) các hạt nhân bọt khí ban đầu được tạo thành được gọi là bọt khí hạt nhân Một bọt khí hạt nhân qua nhiều chu kì kéo, nén có thể tạo ra vô số bọt khí khác Có hai loại bọt khí: Transient (bọt khí tạm thời): kích

cỡ thay đổi nhanh chóng, một vài chu kì đã vỡ.Stable ( bọt khí ổn định): kích thước của chúng dao động nhẹ trong mỗi chu kì kéo nén Có thể chuyển thành bọt khí tạm thời , một vài chu kì thay đổi kích thước

Các thông số ảnh hưởng :

- Âm thanh (tần số, cường độ, xung),

- Dung môi (độ nhớt, sức căng bề mặt, áp suất hơi, nhiệt độ dẫn điện, độ nén, vận tốc âm thanh, chất hòa tan)

- Bên ngoài (các bọt khí, nhiệt độ, áp suất)

c) ứng dụng điển hình:

Trong lĩnh vực polymer và nguyên liệu sinh học: Sự giảm cấp polymer trong dung dịch

chiếu xạ siêu âm cũng được thực hiện Cơ chế giảm cấp xảy ra do sóng âm tạo ra bởi sự vỡ bọt trong môi trường lỏng có siêu âm Sản phẩm của sự giảm cấp này là những mạch polymer

có chiều dài ngắn hơn với độ phân bố đồng đều, sự giảm cấp thường xảy ra ở giữa mạch polymer

điều chế kim loại dạng vô định hình Siêu âm có thể làm lạnh nhanh kim loại nóng chảy,

làm kim loại chuyển từ lỏng sang rắn trước khi nó chuyển sang dạng kết tinh Kim loại vô định hình có những đặc tính khác thường về dẫn điện, từ tính và kháng ăn mòn Tuy nhiên trở ngại lớn là muốn tạo được kim loại vô định hình thì tốc độ làm lạnh phải cực kỳ nhanh, tốc

độ đòi hỏi là xấp xỉ 1000 000K/giây Tốc độ làm lạnh khi ngâm thanh sắt nóng đỏ vào bồn nước chỉ 2500K/giây Và siêu âm là giải pháp cho vấn đề này, đã sử dụng siêu âm để tổng hợp bột kim loại vô định hình bằng cách phân hủy hợp chất hữu cơ kim loại dễ bay hơi Ví

dụ, pentacarbonyl sắt phân hủy với siêu âm cho ra sắt vô định hình gần như tinh chất

7 Trình bày một số phương pháp kiểm tra không phá hủy liên quan đến siêu âm

Phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng chùm sóng âm có tần số trên ngưỡng con người nghe được (siêu âm) đập vào vùng cần kiểm tra Nếu không có khuyết tật, chùm siêu âm sẽ đi thẳng, còn nếu gặp khuyết tật, chùm siêu âm sẽ phản xạ trở lại, tương tự như tiếng vọng ta nghe được từ vách núi Thiết bị siêu âm có thể giúp ta thấy được sóng âm phản hồi và từ đó

có thể biết được khuyết tật năm ở đâu trong vật kiểm tra Dựa vào mức độ mạnh yếu của chùm âm vọng, có thể đánh giá được kích thước của khuyết tật

Ưu điểm :là nhanh, chính xác, thiết bị tương đối rẻ, cho biết cả chiều sâu của khuyết tật hạn chế: bỏ sót nhiều khuyết tật có mặt phẳng định hướng song song với chùm siêu âm, kết quả kiểm tra phụ thuộc nhiều vào kỹ năng của kỹ thuật viên và số liệu không lưu trữ, kiểm chứng được

siêu âm phased array( siêu âm đầu dò dãy điều pha, siêu âm màu 3 chiều.

thay vì sử dụng một đầu dò có một biến tử, góc và hình dạng chùm siêu âm phát ra được xác định bằng các nêm cố đinh, người ta sử dụng một đầu dò có tới hàng trăm biến tử nhỏ sắp