Chế tạo và nghiên cứu chất lỏng từ tính : Đề tài NCKH. QT.07.10

Các đặc tính của vật liệu nano có thể được chia thành hai loại: các đặc tính có liên quan đến hiệu ứng bề mặt và các hiệu ứng có liên quan đến kích thước.. Chất l ổ n g có từ tính là một

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

CHÊ TẠO VÀ NGHIÊN c ứ u CHAT LỎNG TỪ TÍNH

MỤC LỤC

Báo cáo tóm tắt bằng tiếng V iệ t 4

Báo cáo tóm tắt bằng tiếng A n h 5

Chương 1: M ở đ ầ u 6

Chương 2: Thực n g h iệ m 8

Chương 3: kết quả và Thảo lu ậ n 11

Kết l u ậ n 26

Phụ lụ c 27

9

3

BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TIÊNG VIỆT

CN Cấn Văn Thạch

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Chế tạo và nghiên cứu chất lỏng có từ tính; chức năng hóa bề mặt và thử nghiệm khả năng mang và nhả thuốc kháng sinh; nghiên cứu khả nãng hấp phụ thạch tín và gia tăng tốc độ lắng đọng chất bẩn trong nước

Chloramphenicol Thuốc kháng sinh được mang bởi hạt nano thể hiện khả năng diệt khuẩn lâu dài hơn thuốc kháng sinh đôi chứng

• Hạt nano từ tính còn thể hiện khả năng hấp thụ thạch tín ở trong nước bị nhiễm bẩn

• 04 bài báo và báo cáo khoa học

• Đào tạo một cử nhân

Tình hình kinh phí đề tài

Kinh phí thực hiện đề tài: 20.000.000 đ (Hai mươi triệu đồng)

Đã chi theo dự toán kinh phí đề tài

PGS TS Nguyễn Thê Bình x s N guyễn H oàng Hải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TIÊNG ANH

Name of the Project:

“Preparation and Study on Magntic Fluids”

Objectives

Preparation and properties of magnetic íluids; functionalization of the suríace and drug loading to and releasing from the magnetic nanoparticles; study the ability of arsenic removal and foster sedimentation of the waste in water

• Magnetite nanoparticles show strong arsenic absroption in water

• 04 scientific papers

• Contributed to a undergraduate thesis

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẨU

Khoa học và cồng nghệ nano đang đi vào cuộc sống với tốc độ ngày càng nhanh là nhờ những tính chất đặc biệt của vật liệu nano Các đặc tính của vật liệu nano có thể được chia thành hai loại: các đặc tính có liên quan đến hiệu ứng bề mặt và các hiệu ứng có liên quan đến kích thước Hiệu ứng bề mặt có thể xảy ra ở bất kì kích thước nào, tuy nhiên, tại kích thước nano thì hiệu ứng bề mặt trở nên đáng kể Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng Độ dài đặc trưng của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nm1,2 ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính chất vật lí đã biết Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột

Đối với vật liệu từ, ngoài các tính chất “nội” đặc trưng cho từng loại vật liệu cụ thể như từ độ

bão hòa Ms, dị hường từ tinh thể, cấu trúc tinh thể, các tính chất ngoại như hình dạng và kích

thước tinh thể, sự sắp xếp của các tinh thể trong vật liệu cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất từ Hiệu ứng kích thước nói ở phần trên xảy ra đối với vật liệu từ tính khi mà kích thước của vật liệu nhỏ hơn kích thước đặc trưng Với vật liệu từ, kích thước đặc trưng là độ dày vách

đô men, độ dài tương tác trao đổi, quãng đường tán xạ spin của điện tử, giới hạn siêu thuận từ Vật liệu ứng dụng trong sinh học yêu cầu vật liệu nano thường ở dạng hạt và phải có tính siêu thuận từ Giới hạn siêu thuận từ phụ thuộc vào từ độ bão hòa và dị hướng từ tinh thể, trong đa

số trường hợp giới hạn này từ 5 - 30 nm3 Vật liệu siêu thuận từ có giá trị từ độ tương đối cao

và bị từ hóa mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài và bị khử từ hoàn toàn khi không có từ trường ngoài tác dụng (khổng có từ dư) Hai yếu tố trên là cần thiết đối với các ứng dụng y sinh để tránh sự kết tụ của các hạt từ trong cơ thể Ngoài ra, độc tính, độ tương hợp sinh học (biocompatible), tính đổng nhất của kích thước hạt, ổn định trong môi trường khác nhau cũng

là những vấn đề cần vượt qua4 Vật liệu ô xít sắt là loại vật liệu được ứng dụng nhiều nhất vì

nó thỏa mãn hầu hết các yêu cầu nói trên Trong các ô xít sắt thì magnetite Fe30 4, (M, = 90 emu/g) maghemite Ỵ-Fe20 , (Mv = 60 emu/g) được sử dụng nhiều nhất Các ứng dụng của hạt nano từ tính trong sinh học thường được phân tán trong dung môi nên còn gọi là chất lỏng có

từ tính Chất lỏng có từ tính là một phức hệ gồm các thành phần vô cơ và hữu cơ đan xen với nhau để tạo ra những tính chất mới Hệ như vậy còn gọi là vật liệu lai (hybrid material) hay vật liệu tích hợp (integraíed material) Các ứng dụng của chất lỏng từ bao gồm phân tách và chọn lọc tế bào, dẫn thuốc đến đích nhờ từ trường, nung nóng cục bộ nhờ từ trường ngoài xay chiều, tác nhân tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ hạt nhân

Chất l ổ n g có từ tính là một chất lỏng bao gồm các hat nano từ tính đã được chức năng hóa bề mặt để cho các ứng dụng trong vật lí, hóa học, môi trường5 và sinh học6 Đặc biệt là các ứng

: J s Murday N a n o m a te r ia ỉs - th e d r iv itìg f o r c e , A M P TIA C Nevvsletter 6 (2002) 20-29.

Sellmyer R.s Skomski Kluvver: N ew York (2006).

' s Y ean L C ong c T Y avuz J T M ayo w w Y u, A.T Kan, V L C olvin, M B T om son , E ffect of

* I Saíarik, M Saíarikova M agn etic techm ques for the isolation and p u n íica ú o n o f proteins and peptides,

B iom as R es T ech (2 0 0 4 ): w w w b io m a g r e s.c o m /c o n te n t/2 /l/7

dụng của chất lỏng từ trong sinh học được nghiên cứu rất nhiều trong một vài năm trở lại đây Những ứng dụng phổ biến của chất lỏng từ tính trong sinh học là tách chiết DNA, tách chiết

tế bào, trị nhiệt từ, tác nhân tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt nhân, dung giải thuốc7’* Đối với dung giải thuốc, bằng cách nào đó hạt nano từ tính được gắn kết với thuốc,

khi lưu thông trong cơ thể, dưới tác dụng của từ trường mà phức hệ hạt-thuốc được dản đến vị trí mong muốn trong cơ thể Do đó, hiệu quả của thuốc được tăng lên đáng kể Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình dung giải là tỉ phần thuốc trong phức hệ hạt-thuốc, khả năng phân tán của phức hệ trong dung môi, tính tương hợp sinh học và độ ổn định trong mỏi

trường iàm việc Có nhiều cách để gắn thuốc với hạt nano sử dụng gắn kết hóa học hoặc liên

kết ion9 Tuy nhiên các phương pháp đó phức tạp và bao gồm nhiều bước và khả năng mang thuốc rất hạn chế Các phương pháp khác như bao bọc hạt nano từ tính bằng các polym er tự hủy như poly-D L -lactide-coglicolide hay dendrim er gây ra suy giảm đáng kể từ đ ộ 10 Gần

đây, một phương pháp có thể mang được khoảng 8 % khối lượng thuốc doxorubicin

hydrocloride với hạt nano từ tính đã được nghiên cứ u11 Theo nguyên lí này thì hạt nano được bao bọc bới hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là oleic acid và pluronic acid phân tán trong nước được điền kẽ thuốc vào khoảng giữa hai lớp chất hoạt hóa bề mặt để tạo nên phức hệ hạt- thuốc Phức hệ nói trên có từ tính rất mạnh và có thể phân tán trong nước rất có triển vọng đề điểu trị bệnh ung thư Chúng tôi sử dụng hạt nano từ tính được bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là oleic acid (OA) và oleyl dodecyl sulíate (SDS) và sử dụng nguyên lí tương tự như trên để nhồi thuốc kháng sinh Chloramphenicol vào khoảng giữa hai lớp chất hoạt hóa bề mặt Khả năng mang thuốc, nhả thuốc và thử nghiệm tác dụng của thuốc gây ức chế phát triển

của vi khuẩn E scherichia coìi (E coli) đã được nghiên cứu.

Ngoài những ứng dụng trong sinh học, các hạt nanô từ tính còn được ứng dụng trong xử lí nước bị ồ nhiễm và hấp thụ thạch tín trong nước Đối với hạt ôxít sắt, đã có rất nhiều nghiên cứu cho thấy các hạt này có khả năng hấp phụ ion độc hại trong nước, trong đó có thạch tín

Nguyên lí hấp phụ ở đây là tĩnh điện Hạt nano khi trong môi trường dung dịch phù hợp sẽ có

điện tích bề mặt Với hạt magnetite, ở pH trung tính thì bề mặt của hạt sẽ mang điện tích âm Điện tích âm sẽ hút các ion thạch tín mang điện tích dương lên bề mặt Tuy nhiên, hạt nano không giúp cho việc xử lí các chất thải rắn lơ lửng trong nước Nghiên cứu của chúng tỏi cũng tập trung vào khả năng hấp phụ thạch tín lên bề mặt hạt nano magnetite Tuy nhiên có những điểm khác biệt sau Thứ nhất, magnetite dễ bị ồxi hóa nên từ tính giảm, nếu dùng quá trình tách từ sẽ kém hiệu quả, việc thay thế một phần Fe2+ bằng các ion kim loại khác như Ni hoặc

Co trong magnetite sẽ làm giảm khả năng ô xi hóa mà vẫn không làm thay đổi đến khả năng

hấp thụ Thứ hai ià chúng tôi kết hợp với một phương pháp xử lí nước có từ lâu đời là phèn

chua với hạt nano từ tính để gia tăng quá trinh lắng đọng chất thải rắn lơ ỉửng và xử lí ion độc

hại.

D L Leslie-Pelecky, V Labhasetvvar, and R H Kraus, Jr Nanobiom agnetics, in Advanced M agnetic

Lubbe Cancer Res 6 0 6641 (2 0 0 0 ).

11 T K Jain, M A M orales, s K Sahoo, D L Leslie-Pelecky, and V Labhasetvvar, M o le cu la r Pharmaceutics

2, 194 (2 0 0 5 ).

7

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Chẻ tạo hạt nano từ tính

Chế tạo hạt nano từ tính bằng đồng kết tủa

Hạt nano từ tính có kích thước 10 nm - 15 nm được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa ion Fe3+ (FeClv6H20 ) và Fe2+ (FeCl2.4H20 ) bằng OH tại nhiệt độ phòng trong môi trường không khí Trong các phản ứng, nồng độ của ion Fe2+ được thay đổi là 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02; 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, và 0,25 M/l và nồng độ của ion Fe3+ được thay đổi tương ứng

để sao cho tỉ phần mol Fe3+/Fe2+ luôn được giữ không đổi bằng 2 Trong một thí nghiệm điển hình, lấy 3,98 g FeCl2.4H20 và 10,82 g FeCl3.6H20 hòa tan vào 200 ml nước cất 2 lần Hòa tan 18 ml dung dịch NH4OH 25 % vào 100 ml nước cất để thu được một dung dịch kiềm Nhỏ dung dịch chứa muối sắt vào dung dịch kiềm để tạo kết tủa màu đen của hạt nano magnetite Fe30 4 Sau phản ứng, hạt nano được rửa bằng nước cất và từ trường của một thanh nam châm

5 lần để loại bỏ các hóa chất còn dư ta được các hạt nano từ tính magnetite Fe30 4

Để thực hiện phép đo từ nhiệt, chúng tôi lấy mẫu với nồng độ tiền chất là 0,02 M/l dạng bột trộn với epoxy và để khô trong từ trường 1 T để tạo thành mẫu bột định hướng Đường cong từ hoá cơ bản của mẫu này được đo ở các nhiệt độ khác nhau từ 150 K đến 400 K trong từ trường song song với từ trường dùng để định hướng mẫu Kết quả được sử dụng để tính toán biến thiên entropy từ của mẩu

Để phân tán hạt nano vào dung môi hữu cơ, chúng tôi lấy 0,5 g hạt nano từ tính chứa trong 20

ml nước khuấy mạnh với 10 ml oleic acid (9- Octadecenoic acid CịaH^O^ số đãng kí CAS:112-80-1) trong thời gian 30 phút để tạo một lớp OA bao bọc quanh hạt nano thông qua tương tác của nhóm carboxyl của OA với bề mặt của hạt Sau một thời gian khuấy các hạt nano từ tính sẽ chuyển từ pha nước sang OA làm cho OA ban đầu trong suốt trở nên có màu đen trong khi pha nước có chứa hạt nano có màu đen trở thành trong suốt vì không còn hạt nano nữa Loại bỏ phần nước và rửa OA còn dư bằng n-hexane 5 lần sử dựng phương pháp tách từ để thu được hạt nano bao bọc bởi OA (NP-OA) phân tán trong 20 ml n-hexane

Đế bao bọc hạt nano bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt, khuấy dung dịch có chứa hạt nano nói trên với 40 ml dung dịch có chứa 1 g sodium dodecyl sulíate (Sodium lauryl sulíate C12H2S0 S 0 3Na, số đăng kí CAS: 151-21-3) trong thời gian 2 h Sau khi khuấy, hạt nano ở trong n-hexane sẽ chuyển sang nước Loại bỏ n-hexane, rửa tách từ 5 lần bằng nước cấy ta thu được hạt nano được bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là OA và SDS (NP-OA-SDS) phân tán trong 20 ml nước Để nhồi thuốc kháng sinh Chloramphenicol (Cm) lên hạt nano từ tính, 96 mg Cm được hòa tan trong 2,5 ml ethanol sau đó nhỏ thêm nước cất để thu được 10

ml Đổ 10 ml dung dịch chứa Cm vào 20 ml dung dịch chứa NP-OA-SDS và khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 15 h Sau đó, thuốc kháng sinh còn dư được loại bỏ bằng tách từ và rửa bằng nước cất 5 lần Kết quả cuối cùng là hạt nano từ tính bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa

bề mặt là OA và SDS đã được nhồi thuốc kháng sinh Cm (NP-Cm) phân tán trong 20 mi nước được giữ ớ nhiệt độ 5°c trước khi đưa ra sửa dụng

Chế tạo hạt ncino từ tính bằng hóa siêu âm

p Dung dịch để phản ứng xảy ra dưới tác dụng của hóa siêu âm được chuẩn bị như sau Để tạo

hạt nano F e,04, lấy 0,8 g muối iron (II) acetate (98%, Aldrich) cho vào trong 80 ml nước cất hai lần dể trong một binh 3 cổ 100 ml Nước cất được khử không khí bằng cách sục khí N2 trong 20 phút Chiếu xạ siêu âm bằng một còi Ti thông qua một cổ bình Hai cổ còn lại được dùng như dường dẫn khí N2, một đường vào, một đường ra Như vậy phản ứng sẽ xảy ra dưới khí quyển N2 (hình 2) Công suất siêu âm được điều chinh là 200 w trong thời gian 2 giờ, nhiệt độ được ổn định ớ 70°c Sóng siêu âm được tác dụng dưới dạng xung (bật: 5 s, tắt: 5 s)

để tránh hiện tượng quá nhiệt do siêu âm tạo ra Khi tác dụng siêu âm, trong dung dịch sẽ xuất hiện các chất có tính khử và tính ốxi hóa như H2, hydrogen peroxide (H20 2) Các sản phẩm trung gian năng lượng cao có thể ỉà H 0 2 (superoxide), hydro nguyên tử, hydroxyl và diện tử Các chất này sẽ ôxi hóa muối sắt và biến chúng thành magnetite Fe30 4 Sau khi chiếu

xạ khoảng 5 phút, dung dịch bắt đầu chuyển màu đen do hình thành của các hạt nano magnetite Đối với Feị.,MJO.Fe2Oí trong đó, M là Mn, Co, Ni, Zn, chúng tôi bổ sung muối

acetate của các kim loại tương ứng với tỉ phần X = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 và chiếu xạ siêu âm

giống như đã làm với trường hợp Fe30 4 Sau khi phản ứng xảy ra, đợi dung dịch trở lại nhiệt

độ phòng rồi rửa bằng nước cất kết hợp với li tâm 5 lần để loại bỏ các hóa chất còn dư Sấy khô mẫu tại nhiệt độ 120°c trong 2 giờ

Các phép đo

Cấu trúc của hạt nano từ tính được phân tích bằng máy nhiễu xạ tia X D5005, kích thước hạt được quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) JEOL JEM 1010 Tính chất từ được đo bằng từ kế mẫu rung (VSM) DMS 880 Phép phân tích nhiệt để xác định tỉ phần các chất hoạt hóa bề mặt và thuốc kháng sinh được đo bằng máy SDT 2960 TA Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier có được từ máy đo Nicolet Impact 410 cho biết liên kết của chất hoạt hóa bề mặt lên bề mặt hạt nano từ tính

Để xác định khả năng ức chế sinh trưởng của thuốc kháng sinh lên vi khuẩn E coỉi (chủng

DH 5a), đĩa thủy tinh có đường kính 10 cm chứa 20 ml môi trường đặc Luria-Bertani (LB), với thành phần gồm 1% trypton, 0,5% dịch chiết nấm men, 1% muối NaCl, và 1,6% thạch,

dược dùng để cấy E coli lên bề mặt Sau đó, đĩa thạch LB được đế khô ở nhiệt độ 37 °c và

dược đục những lỗ nhỏ có đường kính khoảng 0.5 cm Hạt nano chứa thuốc NP-Cm hòa tan trong nước được nhỏ vào những lỗ dược đục sẵn Thuốc kháng sinh sẽ khuyếch tán từ trong lỗ

ra xung quanh và ức chế sinh trưởng vi khuẩn E coli Để thuốc khuyếch tán ra xung quanh,

chúng tôi giữ đĩa thạch ở nhiệt độ từ 4 °c đến 10 ° c trong thời gian 2 h, sau đó chúng tôi nâng nhiệt độ lên 37 °c trong vài ngày để ủ cho vi khuẩn phát triển thành các đám khuẩn lạc Nếu thuốc có tác dụng thì sau một thời gian, vi khuẩn sẽ không phát triển ở những vùng xung quanh lỗ thử Ngược lại, nếu thuốc không tác dụng thì vi khuẩn vẩn phát triển như thường Vùng vi khuẩn phát triển và vùng vi khuẩn không phát triển được có thể được nhận biết nhờ màu sắc ở các vùng đó không giống nhau Bằng cách đo đường kính vòng tròn ức chế sinh trưởng của vi khuẩn xung quanh lỗ thử ta có thể xác định được khả năng kháng khuẩn của thuốc kháng sinh được mang bởi hạt nano và so sánh với thuốc kháng sinh đối chứng không

có hạt nano Việc xác định đường kính kháng khuẩn thông qua chụp ảnh và xử lí bằng phần mểm Image J 12

Đê nghiên cứu khả năng hấp phụ thạch tín của hạt nano từ tính thì dung dịch nước có chứa 0,1 mg/1 As'4 được tạo thành một cách nhân tạo Trong mối thí nghiệm về khả nãng hấp phụ asen của hạt nano, 100 ml dung dịch sẽ được khuấy với hạt nano bằng máy khuấy từ trong thời gian từ 1 - 60 phút ớ nhiệt độ phòng HC1 được nhỏ vào trước khi khuấy để điều khiển pH của dung dịch Sau khi khuấy, hạt nano từ tính được tách khỏi dung dịch bằng một thanh nam châm Dung dịch được phân tích thành phần asen bằng phổ kế hấp thụ nguyên tử (AAS) Lí

do nghiên cứu mẫu Ni và Co là khả năng chống ô xi hóa ở mỏi trường làm việc ngoài khôns khí1-

2.2 Chê tạo tiểu phản silic xốp

Sustainable N lagnetic N anoparticles under A m bient C onđitions J Korean Phys Soc (2 0 0 8 ) to be published.

9

Các hạt Si02 có kích thước từ 400 nm - 650 nm được chế tạo bằng phương pháp Stober14: lấy

150 ml ethanol, 12 ml ammonium hydroxide 24 % khối lượng (Biolab), và 9 ml tetraethyl

orthosilicate 98 % (Aldrich) khuấy trong 30 ml nước cất hai lần trong một cái cốc 250 ml tại

nhiệt độ phòng trong 2 giờ Hạt cầu Si02 thu lại bằng máy li tâm (9000 vòng/10 phút, Hettich Ưniversal 32) rửa 5 lần bằng nước cất và sấy khô ở 110°c trong 2 giờ (gọi là mẫu Si02 Stober) Cát lấy từ bãi biến Tel-Aviv của biển Địa Trung Hải cho tác dụng với HNO? để loại

bỏ tạp chất, rửa bằng nước và sấy khô tại 120°c trong 2 giờ Việc khử Si02 thành Si được thực

hiện nhờ Mg trong một khuồn thép không gỉ Swagelok Lấy 0,5 g Si02 hoặc cát biển trộn với 0,42 g Mg và cho vào khuôn thép trong môi trường khí bảo vệ Khuôn thép được đóng kín và

có thể chịu được nhiệt độ và áp suất cao Nung hỗn hợp hóa chất trong ống thép ở nhiệt độ

750°c trong 5 giờ với tốc độ tăng nhiệt là 10°c/phút và hạ nhiệt theo lò Tại nhiệt độ phản ứng và áp suất cao, phản ứng khử Si02 thành Si xảy ra Sản phẩm của phản ứng là Si, MgO và

Mg còn dư Mở khuôn thép để thu được khoảng 0,8 g mẫu (tương đương với khoảng 90 %

khối lượng ban đầu), một ít mẫu bị mất đi do dính vào thành khuôn thép Sau khi tác dụng với dung dịch axít HC1 (37 % khối lượng) trong thời gian 24 giờ để loại bỏ Mg và MgO ta thu được silic xốp Silic xốp tạo thành từ Si02 Stober được gọi là mẫu Sil; Silic xốp tạo thành từ cát biển được gọi là mẫu Si2

Nhiễu xạ tia X (XRD) thu được nhờ máy nhiễu xạ Bruker AXS 5005 với bức xạ CuKa Hình thái học, cấu trúc nano, xác định thành phần nguyên tố được thực hiện trên kính hiển vi điện

tử quét (SEM) độ phân giải cao JEOL-JSM 840 ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) có dược nhờ kính hiển vi JEM-1200EX (80 kV) Diện tích bề mặt của vật liệu được đo bằng phương pháp Brunaur-Emmett-Teller (BET) tại nhiệt độ 77 K sử dụng khí N2 là chất khí được hấp phụ Phân tích thành phần nguyên tố c , H, N, s được thực hiện bằng máy phân tích Eager

200 Sử dụng máy Olympus BX41 (Jobin Yvon Horiba) để đo phổ Raman; máy Perkin-Elmer (model LS50B) để đo phổ huỳnh quang với bước sóng kích thích là 240 nm Phổ quang điện

tử tia X (XPS) thu được từ máy AXIS HS (Kratos analytical) với phổ kế điện tử dùng nguồn tia X đơn sắt AI Ka Năng lượng liên kết được chuẩn hóa bằng Cls là 285,0 eV

9

20 30 40 50 60 70

Hình 3.1: Kết Cịuả nhiễu xạ tia Xcủa hạt nano từ tính magnetiĩe với nồng độ ion Fe2+ là 0,001, 0,002, 0,005, 0,01 và 0,2 MU Các đỉnh nhiễu xạ của các mẫu này trùng khớp với các đỉnh nhiễu xạ của mẫu chuẩn của Fe30 4 (số 1-1111) được thể hiện ở những thanh dọc.

C H Ư Ơ N G 3: K ÊT Q U Ả VÀ T H Ả O L U Ậ N 3.1 Hạt nano từ tính

Hình thái học của hạt nơno từ tính

Kết quả nhiễu xạ tia X của hạt nano từ tính magnetite với một số nồng độ ion Fe2+ là 0,001, 0,002, 0,005, 0,01 và 0,2 M/l được cho trong hình 3.1 Các đỉnh nhiễu xạ của các mẫu này và cúa các mẫu với nồng độ khác tương tự nhau và trùng khớp với các đỉnh nhiễu xạ của mẫu Fe30 4 chuẩn (số 1-1111) Điều này cho thấy mẫu thu được đểu có cấu trúc spinel đảo giống như các mẫu khối Ngoài những đỉnh nhiễu xạ của magnetite, kết quả không cho thấy có nhiễu xạ của những pha lạ Sự mở rộng của các đỉnh nhiễu xạ ở các mẫu có nồng độ thấp là kết quả của sự tổn tại các hạt có kích thước nm trong các mẫu này Khi nồng độ tiền chất tăng, các đỉnh trở nên sắc nét và hẹp hơn Từ độ rộng của đỉnh nhiễu xạ15, kích thước hạt tính dược là 0,5, 8,9, 9,4, 10,3, và 13,8 nm tương ứng với các nồng độ tiền chất như đã nói ở trên Giá trị 0,5 nm đối với mẫu có nồng độ tiền chất 0,001 M/l chưa hẳn là giá trị thực của hạt nano mà có thể cho thấy mức độ tinh thể hóa của các hạt nano khi nồng độ tiền chất loãng rất thấp

Cơ chế hình thành hạt nano từ tính trong quá trinh đồng kết tủa được hiểu như sau16: khi nồng

độ của các ion của tiền chất tham gia phản ứng đạt đến một nồng độ quá bão hòa nhất định thì xuất hiện sự hình thành đột ngột của các mầm tinh thể Các mầm tinh thể này hấp thu vật chất trong dung dịch liên tục để phát triển thành hạt nano hoặc/và kết tụ với nhau để tạo ra những hạt lớn hơn Kích thước hạt nano trong các phản ứng đồng kết tủa phụ thuộc vào độ pH và

* nồng độ ion Khi thay đổi nồng độ ion và cố định pH kích thước của hạt sẽ thay đổi từ nhỏ đến lớn khi nồng độ đi từ loãng đến đặc17 Các hạt nano có kích thước từ 10 nm đến 100 nm

|S B E VVarren X -ray d iữ raction (A ddison-V V esley, R eading M A /D over, M in eola N Y , 1990).

Phys 36, R I 82 (2 0 0 3 ).

11

Hình 3.2: ảnh hiển vi điện tử truyền c/iia của hạt nano từ tính magnetite khi nồng độ ion Feu (c) thay đổi Hình trái nồng độ là 0,005 Mỉ ỉ; hình phải nổng độ là 0,25 MU.

có thể tạo thành từ phương pháp này18, ảnh hiển vi điện tử truyền qua của hạt nano từ tính magnetite khi nồng độ ion Fe2+ thay đổi được cho trên hình 3.2 Khi nồng độ tiền chất thấp sự khuyếch tán của vật chất lên các mầm tinh thể sẽ nhỏ và kết quả là kích thước hạt sẽ nhỏ Từ hình 2 chúng ta thấy kích thước trung bình của hạt nano khi nồng độ 0.05 M/l là 10,0 ± 2,8

nm còn kích thước của hạt nano khi nồng độ 0,25 M/l là 28,6 ± 6,2 nm

Từ tính của hạt nano

Sự phụ thuộc của từ độ (M) vào từ trường ngoài (//) của các mẫu cho thấy tính siêu thuận từ ở

nhiệt độ phòng với từ độ bão hòa thay đổi từ 6 emu/g ở nồng độ loãng cho đến 74 emu/g ở

nồng độ tiền chất đặc Từ độ bão hòa Ms được xác định từ việc làm khớp với đường cong từ hóa ớ vùng từ trường cao theo cồng thức gần bão hòa như sau: M = Ms{\-blH2), với H là íừ trường ngoài, b là một thông số làm khớp19 Siêu thuận từ là một hiện tượng rất thú vị mà chỉ

khi vật liệu sắt từ đạt đến kích thước nm mới có ở đó, chuyển động nhiệt đủ mạnh để có thể phá vỡ trật tự sắt từ Mỗi một hạt nano lúc này giống như một nguyên tử trong trạng thái thuận từ nhưng với mômen từ lớn hơn nhiều mômen từ của một nguyên tử nên gọi là siêu thuận từ Vật liệu có tính siêu thuận từ ở một nhiệt độ nào đó có từ độ bão hòa tương đối cao và không có lực kháng từ, tức là, vật liệu hoàn toàn bị khử từ khi không có từ trường ngoài Để biết vật liệu có tính siêu thuận từ hay không người ta phải xác định từ sự phụ thuộc

của từ độ vào từ trường ngoài ở các nhiệt độ khác nhau M(H) Sau đó so sánh đường cong M(H/T) của các đường cong đó trong vùng nhiệt độ mà vật liệu thể hiện tính siêu thuận từ Nếu các đường cong M(HÍT) trùng nhau và không có lực kháng từ thì vật liệu là siêu thuận từ Môr cách khác để biết vật liệu à trạng thái siêu thuận từ là đo đường cong từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ M(T) ở từ trường thấp khi được làm lạnh trong từ trường bằng không (ZFC) hoặc

khác không (FC) ớ nhiệt độ thấp, vật liệu có tính sắt từ thì hai đường cong FC và ZFC tách rời nhau, ớ nhiệt độ cao vật liệu có tính siêu thuận từ, hai đường cong đó trùng nhau Nhiệt

độ mà tại đó hai đường cong băt đầu tách nhau, thông thường là đỉnh cực đại của đường cong

ZFC, được gọi là nhiệt độ chuyển siêu thuận từ, TB Nhiệt độ chuyển siêu thuận từ được xác dịnh từ công thức 25kHTH = K\ \ trong đó kH là hằng số Boltzman, T là nhiệt độ tuyệt đối, K là

and application o f silica -m a g n etic n an ocom p osites, J M agn M agn M ater., 2 84 (2 0 0 4 ) 145 - 160.

19 s C hikazum i, “ P h ysics o f Fen-om agnetisnrr, Clarendon Press O xíord, 1997.

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của từ độ bão hòa vào nồng độ tiền chất c Hỉnh nhỏ là đường

cong từ hóa cùa các mẫu cố nồng độ tiền chất c = 0,05 MU.

80

6 0

4 0

-D)

20-1 ° -

s -20-

-4 0 -

6 0

-Hình 3.4: Đường cong từ hóa của mẫu có nồng độ tiền chất là 0,001 dược chế tạo trong

môi trường không khí và môi trường khí N2.

hằng số dị hướng từ tinh thể bậc 1 và V là thể tích hạt nano Vế phải là năng lượng dị hướng từ

tinh thể, vế trái là một hằng số đại diện cho thời gian hồi phục của mỏmen từ nhân với năng

lượng nhiệt Với cùng một loại vật liệu thì Tb sẽ tỉ lệ với kích thước hạt nano, hạt càng lớn thì

T h càng lớn Vật liệu siêu thuận từ là lí tướng cho ứng dụng V sinh, tuy nhiên, vật liệu có tính

«0-*o

£5/ - 1 \

/ 0,020 M/l

" 0,010 M/l

0,005 M/l -▼ -0.002 M/l

chất giống siêu thuận từ, tức là về bản chất là chất sắt từ nhưng lực kháng từ rất nhỏ vẫn được

sử dụng nhiều trong y sinh học20

Hình 3.3 cho thấy sự phụ thuộc của từ độ bão hòa vào nồng độ tiền chất Khi nồng độ tiền chất loãng thì từ độ bão hòa rất thấp, đạt 6 emu/g đối với nồng độ tiền chất 0,001 M/l Khi nồng độ tiền chất cao thì từ độ bão hòa cũng cao Giá trị lớn nhất là 74 emu/g đạt được khi nồng độ tiền chất là 0,01 M/l Hình nhỏ ở hình 3.3 cho biết dáng điệu của một đường cong

M{H) với nồng độ tiền chất là 0,05 M/l Hình này cho thấy vật liệu không có lực kháng từ

Các giá trị của từ độ bão hòa nhỏ hơn giá trị của từ độ khối vào khoảng 95 emu/g là do ở kích thước nhỏ các nguyên tử trên bề mặt có từ tính yếu chiếm tỉ phần đáng kể Từ tính yếu của các nguyên tử trên bề mặt có thể ià do sự ôxi hóa trong quá trình phản ứng Để khẳng định điều này, chúng tỏi tiến hành chế tạo mẫu với nồng độ tiền chất 0,001 M/l trong môi trường khí nitơ N2 Kết quả là từ độ bão hòa tăng lên đáng kể Nếu được chế tạo trong không khí, hạt

nano từ chỉ có Mi là 6 emu/g thì khi được chế tạo trong N2 thì M's đạt đến 64 emu/g (hình 3.4)

Điều này khẳng định môi trường rất quan trọng đối với từ tính của hạt nano khi nồng độ tiền

chất thấp Tuy nhiên, với nồng độ tiền chất cao, Ms không khác biệt nhiều khi được chế tạo ở

hai môi trường khác nhau Hình 3.5 là các đường cong FC và ZFC của một số mẫu với nồng

độ tiền chất thấp Nhiệt độ Tfí rút từ cực đại của đường cong ZFC là 205 K, 225 K, 245 K, và

350 K với nồng độ tiền chất là 0,002, 0,005, 0,01, và 0,02 M/l Kết quả này một lần nữa khẳng định nồng độ tiền chất cao ảnh hưởng đến kích thước hạt và do đó làm tăng nhiệt độ chuvển siêu thuận từ

Để tính được biến thiên eniropy từ đoạn nhiệt của mảu bột định hướng, chúng toi do một loạt các đường cong từ hóa ban đầu của mẩu ở nhiệt độ biến thiên từ 150 K đến 400 K và sử dụng công thức21:

H dH

:i L N eel Ann de Phys 3, 137 (1 9 4 8 ).

/+1Trong đó Mị và M l+Ì là các giá trị từ độ tại các nhiệt độ tương ứng là Tị và Ti+1 với biến thiên từ

trường AH Giá trị của biến thiên entropy của mẫu với nồng độ tiền chất là 0,01 MA được cho

trong hình 6 Giá trị cực đại 0,055 J/kg.K đạt được ở nhiệt độ 280 K Giá trị này thấp hơn rất nhiều giá trị biến thiên entropy từ của các vật liệu khác như là các vật liệu perovskite22 hoặc băng từ nano tinh thể23 Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mẫu của chúng tồi là mảu bột định hướng với tỉ phần hạt nano từ tính/epoxy = 1/15 Như vậy, giá trị biến thiên entropy cực đại của hạt nano tinh thể sẽ là 0,825 J/kg.K, giá trị này có thể so sánh được với giá trị của hệ mẫu íerrite Ni,.xZnxFe20 424 Một đạc điểm đáng lưu ý là giá trị biến thiên entropy từ cực đại lớn nhất ở gần nhiệt độ phòng và tương đối sắc nét nên có thể có những ứng dụng trong tương lai

Phán tán hạt nano ĩ rong dung môi và chế tạo phức hệ hạt nano-thưốc kháng sinh

Hạt nano từ tính sau khi được chế tạo chưa là chất lỏng từ ổn định Muốn tạo được một hệ phân tán ổn định (chấĩ lỏng từ), bề mặt hạt nano từ tính cần được bao bọc bằng các chất hoạt hóa bề mật Oleic acid được sử dụng làm chất ổn định để hạt nano phân tán trong dung môi khong phan cực ỉà n-nexane Hình 3.7 là phép do hổng ngoại khai triển Founer (FTIR) của hạt nano từ tính bao bọc OA và so sánh với phép đo tiến hành trên hạt nano không bao bọc và

OA tinh khiết Phổ hấp thụ hồng ngoại của OA tinh khiết cho thấy các đỉnh hấp thụ tương ứng với các dao động của nhóm c = 0 ở 1707 cm'1 và 1280 cm'1; của nhóm O-H ở 3000 cm'1 (đỉnh rộng), 1460 cm'1 (dao động trong mặt phẳng) và 910 cm 1 (dao động ngoài mặt phẳng); của nhóm CH2 ở 2932 cm '1 và 2861 cm'1 Phổ hồng ngoại của hạt nano có bao bọc OA thì ngoài

N Chau, P.Q Thanh, N Q H oa N D The, J M agn M agn Mater 3 0 4 , 36 (2 0 0 6 ).

M agnetic and M agn etocaloric Properties o f N i-Z n Ferrites, J Korean Phys Soc., subm itted (2 0 0 8 ).

15

Hình 3.7: Phổ hồng ngoại biên dổi Fourier của hạt nano từ tính Fe30 4 (dưới), hạt nano từ

tính bao bọc bởi oleic acid (giữa), và oỉeic acid tinh khiết (trên).

Oleic acid

h 3 c

Hình 3.8: Sơ đổ mỏ tấ liên kết giữa hạt nano từ tính với oleic acicl Nhóm carboxyl của OA

gắn kết với bề mặt hạt nano để lại phần đuôi hydrocarbon hướng ra ngoài.

các đỉnh hấp thụ đặc trưng cho Fe30 4 thì thấy tồn tại hai đỉnh hấp thụ đặc trưng cho dao động của nhóm CH2 Các dao động của các nhóm c = 0 và O-H đều không thấy xuất hiện Điều này cho thấy nhóm carboxvl của OA đã biến mất vì phân tử OA đã tạo liên kết hóa học với bề mặt hat nano từ tính25 (hình 3.8) Như vây, đầu phân cực của OA đã liên kết với hạt nano và đuôi khống phân cực hướng vào dung mồi n-hexane Dựa vào hàm lượng OA trong mẫu Fe30 4 bao phú bới OA với giả thiết chi có một lớp phân tử OA bao xung quanh hạt nano và kích thước trung binh của các hạt nanô Fe^04 đã được xác định từ phép đo ảnh hiển vi điện tử truvền qua chúnơ ta có thể đánh giá diên tích bề măt hat nanô chiếm bởi mỗi phân tử OA theo côn£thức:

Hình 3.9: Sơ đồ mô tả hạt nano từ tính được bao bọc bởi một lớp (hình trái) và hai lớp

(hình phải) chất hoạt hóa bề mặt Nếu hạt nano chỉ được một lớp OA bao bọc, chúng sẽ có tính ưa dầu nên có thể phản tán trong n-hexane Nếu hạt nano được hai lớp chất hoạt hóa

bề mặt bao bọc, một lớp OA bên trong và một lớp SDS ở bên ngoài, chúng sẽ cố tính ưa

nước nên cố thể phân tán trong nước Khoảng giữa hai lớp OA và SDS là khoảng trống

thân dầu, ở đó, các thuốc thân dầu như Chloramphenicol có thế khu trú.

với s là diện tích chiếm bởi mỗi phân tử OA (nm2), c là hàm lượng OA trong mẫu (c = 8 % khối lượng), M là khối lượng của một mol OA (M = 282,5 g/mol), D là đường kính trung bình của các hạt nano Fe<04 (20 nm), p là khối lượng riêng của Fe30 4 {p = 5180 kg/m3), N là số

Avogadro Kết quả tính được 5 = 0,31 nm2 kết quả này khá phù hợp với các kết quả đã công

bố26 s = 0,28 nm2, chứng tỏ các hạt Fe30 4 được bao phủ bởi chỉ một lớp OA Sau khi bao học

thêm một lớp SDS, các hạt nano từ tính sẽ được bao phủ bởi hai lớp phân tử gồm OA và SDS như hình 3.9

Phép đo phân tích nhiệt ở vùng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 500 ° c với tốc độ gia nhiệt là

20 °c/phút được cho trong hình 3.10 Trong hình đó, trục tung là tỉ lệ khối lượng mẫu ở các nhiệt độ khác nhau so với khối lượng mẫu ở nhiệt độ phòng Trên đồ thị ta thấy tất cả các mảu

dù đã được sấy khổ nhưng vẫn có độ ẩm nhất định thể hiện ở sự suy giảm khoảng 2 % khối

lượng ngay tại nhiệt độ dưới 100 °c Đối với mẫu Fe30 4 ngoài sự suy giảm khối lượng này thì không còn sự suy giảm nào khác trong toàn dải nhiệt độ được khảo sát, điều này là dễ hiểu bởi vì Fe30 4 có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với dải nhiệt độ khảo sát

Đối với mẫu Fe30 4 bao phủ bới OA có sự suy giảm khoảng 7% khối lượng ở nhiệt độ khoảng 300°c trong vùng nhiệt độ từ 220°c đến 420°c Trong khi đó theo các kết quả đã công bố thi

OA bay hơi mạnh ở nhiệt độ khoảng 250°c trong dải nhiệt độ từ 150°c đến 400°c [Jain] Kết quả này không nhữ"1' cho phép kếĩ luận về sự có mặt OA trong mẫu mà còn cho phép kết luận rằng đã có sự liên kết giữa OA với bề mặt hạt nanô làm cho OA khó bay hơi hơn

Đối với mẫu Fe30 4 bao phủ bởi lóp chất hoạt hoá bề mặt kép NP-OA-SDS ta thấy ngoài sự suy giảm khối lượng do độ ẩm của mẫu còn có thêm hai sự suy giảm khối lượng khác Thứ

nhất đó là sự suy giảm khoảng 3% khối lượng xảy ra trong dải nhiệt độ từ 180°c đến 300°c

Sự suy giảm này chủ yếu là do OA bay hưi mặc dù cũng có một phần SDS bay hơi trong dải nhiệt độ này Thứ hai đó là sự suy giảm khoảng 5% khối lượng chủ yếu là do SDS bay hơi xảy

ra trong dải nhiệt độ từ 300 ° c đến 420 °c Hình 10 cũng cho thấy sự mất mát khối lượng của hạt nano bọc bời hai lớp chất hoạt hóa bề mặt và được nhồi thuốc kháng sinh Cm So sánh với

sự suy giảm khối lượng của hạt nano NP-OA-SDS không nhồi thuốc, hạt nano NP-Cm giảm

khối lượng nhiều hơn, sự khác biệt giữa hai mẫu này là 3 % khối lượng chính là do sự có mặt

của thuốc kháng Cm bay hơi ở nhiệt độ cao Điều đó cho thấy ti phần khối lượng thuốc Cm/NP-Cm là 3 % Bán chất của quá trình nhồi thuốc kháng sinh là nhờ hiện tượng thần dầu

Liliana Patricia R am irez R ios, “Superpara- and param agnetic polym er co llo id s by m im em iilsion p rocesses”

17 Ị PUNG TÁM THÔNG TIN TH'J ViÊNH Ọ C Q U Ọ C G IA h a NO ị

Nhiệt đ ộ (C)

Hình 3.10: Khối lượng của hạt nano Fe30 4, NP-OA, NP-OA-SDS, và NP-Cm ở cấc nhiệt

độ khác nhau.

cúa phân tử thuốc Cm So với một số loại kháng sinh khác như ampicilin, cephalosporin, thì

Cm có tính thân dầu cao hơn Trong quá trình khuấy với hạt NP-OA-SDS, phân tử thuốc kháng sinh không ưa nước sẽ khu trú vào khoảng không gian giữa hai lớp chất hoạt hóa bề mặt Phức hệ NP-Cm có từ tính suy giảm khoảng 10 % so với từ tính của hạt nano không bao

bọc Sự suy giảm này rất nhỏ so với nhiều phương pháp khác, ở đó từ độ suy giảm trên 50 %.

ức chế sinh trưởng vi khuẩn E Coỉi của phức hệ NP-Cm

Để tìm hiểu khả năng giải thuốc của phức hệ NP-Cm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh

hướng của thuốc kháng sinh trong phức hệ nói trên lên quá trình phát triển của vi khuẩn E coli cấy trên đĩa thạch Hình 3.11 là ảnh chụp đĩa thạch được cấy vi khuẩn E colỉ sau 14 h

nhỏ thuốc kháng sinh Cm và phức hộ NP-Cm vào các lỗ được đục trên đĩa thạch Các lổ được

đánh số từ 1 đến 5 là các lổ được nhỏ 50 ịÁÌ NP-Cm với nồng độ NP-Cm tương ứng là 200, 40,

20, 10 và 5 Ị-ig/ml Các lồ được đánh số từ 6 đến 10 là các lỗ được nhỏ 50 \J.\ nước có chứa

thuốc kháng sinh đối chứng Cm tương ứng là 200, 40, 20, 10 và 5 I^g/ml Hình tròn được đánh dấu cho thấy vùng kháng khuẩn do thuốc kháng sinh có tác dụng, ở bên ngoài hình tròn, các vùng có màu sáng và đục hơn là những vùng mà vi khuẩn phát triển thành các đám khuẩn lạc ở bên trong, các vùng có màu sẩm và trong suốt hơn là những vùng mà vi khuẩn không thể phát triển được Điều thú vị ợ chẻ, nếu ta so sánh từng cặp lỗ: 1-6, 2-7, 3-8, 4-9, 5-10 thi sau 14 h, đường kính hình tròn kháng khuẩn của phức hệ NP-Cm luôn lớn hơn đường kính hình tròn kháng khuẩn của thuốc Cm đối chứng mặc dù lượng thuốc kháng sinh Cm trong phức hệ NP-Cm thấp hơn nhiều so với lượng thuốc kháng sinh đối chứng Sở dĩ chúng tồi không thể đo được thời gian ngắn hơn 14 h vì phải có một thời gian đủ dài để thuốc kháng sinh khuyếch tán ra xung quanh Sự khuyếch tán của thuốc Cm đối chứng dễ dàng được hình dung nhưng sự khuyếch tán của thuốc kháng sinh Cm trong phức hệ NP-Cm thì phức tạp hơn Tuy nhiên, sự khuyếch tán xảy ra trong cả hai trường hợp đéu do sự chênh lệch nồng độ Cm giữa vùng có nồng độ Cm cao và những vùng có nồng độ Cm thấp ở xung quanh Sự khuyếch tán này phụ thuộc vào sự chênh lệch nồng độ, độ nhớt của môi trường, khoảng cách, thời gian

và nhiệt độ Mật độ dòng khuyếch tán J được cho bới công thức sau:

Hình 3.1 ì : Đường kính của vòng kháng khuân của các lỗ có chứa phức hệ NP-Cm và Cm

phức hệ NP-Cm với nồng độ tương íữig là 200, 40, 20,10, và 5 /Jg/ml Các ỉỗ được đánh sô

từ 6 đến 10 là các lỗ chứa 5 ///77 dung dịch có thuốc kháng sinh Cm với nồng độ tương ícng

là 200, 40, 20, 10, và 5 ỊUglmỉ để đối chứng Vòng kháng khuẩn được đánh dấu bởi các hỉnh tròn màu trắng phân tách vừng kháng khuân bên trong và vùng vi khuân có thẻ phát

triển ở bên ngoài.

J = D A - AC / Ax

Trong đó D là hệ số khuyếch tán, A là diện tích bề mặt tiếp xúc, AC là sự chênh lệch nồng độ thuốc kháng sinh ở hai vị trí cách nhau một khoảng /Ir Hệ số khuyếch tán D có liên quan đến nhiệt độ T và độ nhớt của môi trường 77 theo công thức Stockes-Einstein:

D ĩ] = kHT / 6nR

kH là hằng số Boltzman, R là bán kính của phân tử thuốc kháng sinh Điều này có nghĩa là nếu

nhiệt độ tăng thì mật độ dòng khuyếch tán tăng lên theo nhiệt độ thống qua sự phụ thuộc tuyến tính của hệ số khuyếch tán vào nhiệt độ và sự phụ thuộc phi tuyến của độ nhớt của môi trường vào nhiệt độ Khi bảo quản phức hệ NP-Cm ở nhiệt độ gần nhiệt độ đóng băng của nước, sự khuyếch tán của Cm từ chổ có nồng độ cao đến chỗ nồng độ thấp bị hạn chế vì lúc

đó độ nhớt của môi trường rất lớn Khi được sử dụng làm thí nghiệm ờ 37 °c thì quá trình khuyếch tán gia tăng mạnh hơn và làm cho thuốc có tác dựng ra xung quanh Phép kiểm tra ánh hưởng của nước đến quá trình phát triển của vi khuẩn cho thấy nước không ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi khuẩn Điều này có nghĩa là thuốc kháng sinh được mang trong phức hệ NP-Cm có tác dụng ức chế vi khuẩn mạnh hơn thuốc kháng sinh đối chứng sau 14 h Thuốc kháng sinh Cm tinh khiết khi tan trong nước rất dễ bị thuỷ phân làm mất hoạt tính sau một thời gian dài Thuốc kháng sinh trong phức hệ NP-Cm được bảo vệ bởi các lớp chất hoạt hóa bề mặt nên sẽ khó bị thuỷ phân hơn trong môi trường nước

Để tìm hiểu sâu hơn quá trình tác dụng của thuốc kháng sinh trong hai trường hợp trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu quá trình ức chế sinh trưởng của vi khuẩn theo thời gian

Quá trình khuyếch tán của thuốc phụ thuộc vào thời gian theo định luật Fick:

Với C{xj) là nồng độ thuốc tại thời điểm t cách nguồn khuyếch tán khoảng cách X Điều này

có nghĩa là, với thời gian đù dài thì thuốc kháng sinh sẽ khuyếch tán ra khắp bề mặt đĩa thạch

và như thế vi khuẩn sẽ không thể sinh trưởng được ở bất kì vị trí nào trẽn đĩa thạch Tuy nhiên, quá trình ức chế sinh trưởng của vi khuẩn bởi thuốc kháng sinh bị hạn chế bởi hai yếu

Hình 3.12: Đường kính của vòng kháng khuẩn của các lỗ chừa NP-Cm và Cm đối chíữig

theo thời gian với nồng độ thuốc kháng sinh cao (trái) và thấp (plỉải).

tố là nồng độ phải đú cao hơn một ngưỡng nhất định và thời gian tác dụng phải đủ lâu Chúng tồi tiến hành nghiên cứu quá trình ức chế sinh trưởng theo thời gian với hai nồng độ khác nhau: cặp lỗ số 2-7 (thí nghiệm A, nồng độ cao) và cặp lỗ số 3-8 (thí nghiệm B, nồng độ

thấp) Trong thí nghiệm trước, lỗ số 2 và 3 được nhỏ 50 \x\ dung dịch có chứa NP-Cm với

nồng độ là 40 và 20 |ig/ml Lỗ số 7 và 8 được nhỏ 50 |il dung dịch có chứa Cm với nồng độ là

40 và 20 ỊHg/ml ở thí nghiệm trước (hình 3.11), chúng ta thấy đường kính kháng khuẩn của lỗ

số 2 luôn lớn hơn lồ số 7 và đường kính của lổ số 3 luôn lớn hơn lổ số 8 Chúng tôi muốn sau

14 h đường kính của hai lỗ phải bằng nhau nên tăng nồng độ thuốc Cm ở lỗ số 7 và 8 trong thí nghiệm theo thời gian tương ứng là 60 và 30 |ag/ml rồi so sánh với lỗ 2 và 3 với nồng độ NP-

Cm giữ nguyên như cũ Hình 3.12 là kết quả của sự phụ thuộc của đường kính vòng kháng khuẩn theo thời gian Chúng ta có thể thấy sau 14 h đường kính vòng kháng khuẩn của hai lổ chứa NP-Cm gần nhau hơn nhưng chúng vẫn luôn lớn hom đường kính vòng kháng khuẩn của các lỗ có thuốc Cm đối chứng Trong hai thí nghiệm so sánh trên, đường kính vòng kháng khuẩn của các lỗ có Cm đối chứng suy giảm liên tục theo thời gian trong khi đường kính vòng kháng khuẩn của NP-Cm đạĩ một cực đại sau đó mới suy giảm, v ề nguyên tắc, theo định luật Fick thì đường kính vòng kháng khuấn phải luôn tăng theo thời gian vì nồng độ tỉ lệ với thời gian khuyếch tán Tuy nhiên chúng ta thấy đường kính vòng kháng khuẩn của các lỗ chứa NP-Cm chỉ tăng đến một giá trị nào đó rồi suy giảm Đường kính vòng kháng khuẩn của các

lỗ chứa NP-Cm đạt cực đại trong khoảng thời gian từ 16 h đến 18 h sau khi cấy Như trên đã lưu ý, giá trị cực đại này là do sự cạnh tranh giữa quá trinh khuyếch tán tãng theo thời gian nhưng quá trình phân huỷ của thuốc kháng sinh cũng tăng theo thời gian Chúng ta không thấy cực đại cửa đường kính của vòng kháng khuẩn của các lỗ chứa thuốc Cm đối chứng vì có thể cực đại đó xảy ra ở thời điểm trước 14 h ở thí nghiệm A, đường kính vòng kháng khuẩn của lỗ có thuốc Cm dối chứng sau 14 h bàng đường kính vòng kháng khuẩn cửa lỗ có chứa NP-Cm sau 36 h Lưu ý rằng nồng độ Cm trong lồ có NP-Cm thấp hơn hàng chục lần nồng độ

Cm trong các lỗ có Cm đối chứng Như vậy ức chế sinh trường của vi khuẩn của thuốc kháng sinh mang bởi hạt nano có tác dụng hơn ức chế sinh trường của thuốc kháng sinh đối chứng lèn rất nhiều lần Điều này được giải thích là do khi ở trong nước, Cm bị thuỷ phân ỉàm mat một phần lớn hoạt tính rất nhanh Khi ở trong phức hệ NP-Cm, thuốc kháng sinh được bảo vệ bới các phân tử chất hoạt hóa bê mặt nên có tác dụng kéo dài hơn thuốc kháng sinh khỏng

Hình 3.13 ảnh SEM (a) và TEM (b) của Silica (trái) và Sil (phải), ảnhcon bên trái có diện

tích 2x2 ỊMíìĩ2, ảnh con bên phải có diện tích I x ì Ị.im2.

được bảo vệ Kết quả này tương tự với nhiều kết quả kéo dài thời gian tác dựng của thuốc bằng các phương pháp bao bọc khác27

Hấp phụ thạch tín trong nước bị nhiễm bẩn

Hạt nano từ tính FelxCoxFe20 4 và Fe,.yNiyFe20 4 được chế tạo tương tự như chế tạo Fe30 4 nhưng muối FeCl2 được thay một phần bằng CoCl2 và NiCl2 Với thành phần X , y > 0,1, khả nãng chống ôxi hóa của mảu Co và Ni được cải thiện đáng kể Trong các nghiên cứu, chúng tôi lấy tiêu chuẩn nồng độ thạch tín cho phép trong nước uống của Việt Nam là 0,01 mg/1 Đối với hạt magnetite, tại pH trung tính, chỉ cần 0,25 g hạt nano cho một lít dung dịch, khuấy trong 3 phút là đủ để giảm nồng độ thạch tín ban đầu à 0,1 mg/1 xuống thấp hơn tiêu chuẩn cho phép Giá trị này tăng hơn một chút khi có sự có mặt của Ni và Co Cụ thể là khối lượng tối ưu cho íerrite Ni và Co là 0,50 với X, y = 0,1 và 0,2 Với nồng độ Ni và Co cao hơn nữa thì khả năng hấp phụ giảm đi rõ rệt Hạt nano sau khi hấp phụ thạch tín ở pH trung tính được cho vào môi trường có pH = 13 thì xuất hiện quá trình giải thoát mạnh mẽ thạch tín khỏi bề mặt hạt nano do bề mặt lúc này tích điện dương Sau khi tách lọc bằng từ trường, hạt nano có thể được tái sử dụng để hấp thụ thạch tín nhiều lần mà hầu như không thấy có sự khác biệt nào so với hạt chưa hấp phụ lần nào Một trong những phương pháp làm sạch nước lâu đời ở Việt Nam là dùng phèn chua (một hỗn hợp muối sulíate nhôm, kali) Sau khi hòa trong nước, muối

bị thủy phân dưới dạng hydroxide dạng keo Keo sẽ giúp quá trình kết tụ chất thải rắn lơ lửng trong nước xảy ra nhanh hơn dưới gia tốc trọng trường Nếu khuấy hạt nano với nước rồi mới cho phèn chưa thì cùng với sự giúp đỡ của một từ trường ngoài, hạt nano từ tính sẽ giúp quá trình gia tăng lắng đọng nhanh gấp 10 lần vì lúc này quá trình lắng đọng diễn ra dưới gia tốc trọng trường và gradient từ trường Chính vì thế việc ứng dụng một thành quả của khoa học hiện đại là vật liệu nano và một phương pháp xử lí nước truyền thống là dùng phèn chua có thể được ứng dụng để hấp phụ io độc hại và lắng đọng chất thải rắn trong nước bị ồ nhièm ớ

nhiều vùng ở Việt Nam.

Hạt nano từ tính tạo bằng phương pháp hóa siêu ám

* Kết quá đo tính chất từ cùa các mẫu cho thấy mẫu magnetite có tính siêu thuận từ với giá trị từ

độ bão hòa rất lớn, 90 emu/g và lực kháng từ không đáng kể, 1 Oe Giá trị từ độ bão hòa lớn xấp xỉ bằng giá trị của vật liệu khối cho thấy vật liệu có thành phần hầu hết là magnetite Trong một cồng bô trước đây về vật liệu magnetite bằng phương pháp hóa siêu âm, giá trị từ

neu roscien ce/b iom aterials in teríace E xpim ental N eu rology 190 (2 0 0 4 ) 1 - 1 6

21

Bảng 1 Từ độ bão hòa (Ms, emu/g) và lực kháng từ(H c, Oe) của Fel_xM xO.Fe2Oỉ.

độ bão hòa chỉ đạt khoảng 1 emu/g được giải thích là do kích thước hạt nano trong nghiên cứu

đó rất nhỏ28 Hạt nano có kích thước nhỏ thì số lượng nguyên tử trên bề mặt lớn Các nguyên tử trên bề mặt có cấu hình mồ men từ mất trật tự hơn trong lòng vật liệu dản đến sự suy giảm của

từ độ bão hòa Giá trị của chúng tôi cao hơn rất nhiều giá trị đã từng công bố cho hạt magnetite chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm nói trên có thể được giải thích bằng kích thước hạt lớn hơn Tuy nhiên theo chúng tôi kích thước hạt chỉ ảnh hưởng một phần đến từ tính của vật liệu Điều quan trọng nữa quyết định đến tính chất từ là quá trình ôxi hóa Fe24 thành Fe3\ nếu tỉ phần giữa hai loại ion sắt này không đạt 0,5 thì sẽ không được trạng thái trật tự từ như mong muốn Quá trình ôxi hóa nói trên phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Trong quá trình tạo mâu, chúng tôi ổn định nhiệt độ ở 70 °c trong khi mẫu ở bài báo nói ở trên được tiến hành ở nhiệt độ phòng Điều này cho gợi ý rằng tốc độ hoặc tỉ phần ôxi hóa có thể được điều khiển bằng nhiệt

độ phản ứng

Bảng 1 là giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của tất cả các mẫu được chế tạo trong nghiên cứu của chúng tôi Không phải tất cả các mẫu đều có tính siêu thuận từ Các mẫu với sự có mặt của Co, Mn thể hiện tính sắt từ trong khi các mẫu chứa Ni, Zn thể hiện tính siêu thuận từ Ngoại từ íerrite Zn, các íerrite còn lại đều có cấu trúc spinel đảo, trong đó, một nửa số Fe1+ định xứ ớ phân mạng A, một nửa còn lại cùng với các ion Fe2\ Ni2\ Co2\ và Mn2+ sẽ định xứ

ở phân mạng B Các ion Feì+ ớ hai phân mạng sẽ triệt tiêu với nhau nên từ độ của vật liệu do các ion trong phân mạng B tạo ra Fe2+ có mô men từ là 5 I^e/nguyên tử nên sẽ có mô men từ lớn hơn các ion kim loại khác Việc thay thể Fe2+ bằng các ion kim loại M2+ làm cho từ độ giảm đi (xem bảng 1) một các tuyến tính theo nồng độ M Tuy nhiên với nồng độ cao, các ion M2+ có thể chiếm các vị trí ở phân mạng A của Fe3+ gây ra sự suy giảm phi tuyến của từ độ theo nồng độ kim loại thay thế

3.2 T iểu p h â n silic xốp

Hình 3.13 (trái) là kết quả SEM (a), TEM (b) của mẫu Si02 Stober Giống như nhiều nghiên cứu trước đó về chế tạo S i02 bằng phương pháp này, hạt Si02 có dạng cầu hoàn hảo, bề mặt trơn nhẵn và cấu trúc đổng nhất Đường kính của các hình cầu này từ 400 nm đến 650 nm Hình 3.13 (phải) là kết quả của hình cầu sau khi phản ứng trong khuôn thép và loại bỏ Mg và MgO Kích thước cưa các hình cầu không thay đổi đáng kể nhưng cấu trúc của các hình cầu sau phản ứng lại hoàn toàn khác Bề mặt trơn nhẵn của Si02 trở nên sần sùi, cấu trúc đồng nhất trở nên xốp với các lõi nano có hình dạng ngẫu nhiên Phần lớn các hạt hình cầu vẫn giữ nguyên hình dạng, tuy nhiên một số hình cầu bị vỡ thành những mảnh nhỏ với kích thước khoảng 10 nm Hình 3.13 (phải) cho thấy cấu trúc có dạng xốp Hiện tượng hạt đồng nhất ban đầu trở nên xốp sau phán ứng cũng xảy ra đối với cát lấy từ bãi biển Trước phản ứng hạt cát đổng nhất, bề mặt tương đối nhẩn, sau phản ứng hạt Si2 trở nên xốp và bề mặt sần sùi (hình 3.14) Kích thước lỗ của hạt Si2 lớn hơn Sil và có giá trị từ vài chục nm đến vài trăm nm v ề màu sắc, màu trắng của SiO: Stober chuyển sang màu vàng đậm của Sil, màu vàng đậm của

:x R Vijayakum ar Y K oltypin I F eln ei\ A G edanken Sonochem ical syn th esis and characterization o f pure

Hình 3.14 ảnh SEM của một hạt cát (trái) trước và sau (phải) phản íữig trong ống thép của

mẫu Si2 Hình (b) và (c) có kích thước 1 ụm

Hình 3.15 Hình trái: XRD của mẫu Si ì trước khi (a) và sau khỉ phản ứng với HCI; Hình phải:

XRD của cát (a), SỈ2 trước (b) và sau (c) phản ícng với tìCl.

cát chuyển sang màu xám của Si2

Kết quả nhiễu xạ tia X trong hình 3.15 cho thấv, Si02 Stober là vật liệu vô định hình Sau phản ứng trong khuôn thép xuất hiện những đỉnh nhiẻu xạ mạnh của MgO và yếu của Si trong mẫu Sil Sau khi tác dụng với HC1, các đỉnh nhiễu xạ của MgO biến mất chỉ còn các đỉnh nhiễu xạ rất rộng của Si và hoàn toàn trùng khớp với dữ liệu chuẩn pdf 00-045-0946 của silic Trường hợp Si2 thì phức tạp hơn một chút, các đỉnh nhiễu xạ của Si02 tinh thể trong cát nhường chỗ cho các đỉnh nhiễu xạ của MgO và Si sau phản ứng trong khuôn thép Sau loại bỏ MgO bằng HC1 thì có các đỉnh của Si Với mẫu Si2, ngoài tinh thể Si thống thường (pdf 00- 027-1402) chúng tôi còn quan sát thấy một pha Si khác được gọi là pha ”allo” do Von Schonering29 tìm ra và được đánh số là pdf 00-041-1111

Chúng tôi tiến hành đo EDS với mẫu Si2 kết quả cho thấy có những đỉnh đặc trưng cho Si, Cu,

c, và o Sự tồn tại cúa Cu là do chúng tôi đã dùng lưới đồng để mang mẫu khi chụp ảnh hiển

vi điện tử quét Nồng độ rất thấp của c và o có thể là do hơi dầu của bơm khưyếch tán đóng góp trong quá trình do dạc Đóng góp dáng kể nhất chính là của Si Phép đo quél Ihành phần nguyên tố (eỉement mapping) cho thấy sự có mặt của Cu bên ngoài hạt và một chút ít bên trong hạt (hình 3.16) Sự có mặt của Si thì chỉ có ở vùng bên trong hạt mà thôi Sự có mặt của

* c và o chỉ thấy lờ mờ do nồng độ rất thấp tuy nhiên ta vẫn có thể nhận ra nồng độ của o ở vùng biên cao hơn ớ vùng bên trong hạt Điều này cho thấy bề mặĩ hạt có bị ôxi hóa một phần mặc dù là rất nhỏ Phép phân tích c, H, N, s cho thấy carbon chiếm 0,116 % nguvẽn tử, xấp

xi bàng lượng Hydro (0,117 % nguyên tử).

:g H.-G V on Schnering M Schaw rz R J N esper, T h e ìith iu m s o d iu m silic id e L ijN ơ S i,, a n d th e fb r m a tio n o f

a llo -silic o tu L ess-C om m on M et 137 (1 9 8 8 ) 2 9 7 -3 1 0

23

Hình 3.16 ảnh CỊiiét theo nồng độ nguyên tố Cu, Si, o, và c của hạt cát ở hình 3.14.

Nâng lượng liên két (eV) só sòng (cm ')

Hình 3.17 Phổ XPS (trái) và phổ Raman (phải) của mẩu Si xốp Sỉ ỉ và Si2.

Phổ XPS được sử dụng để xác định năng lượng liên kết và thành phần bề mặt mẫu Sil và Si2 Phổ XPS (hình 3.17, trái) cho thấy một đỉnh mạnh đặc trưng cho điện tử 2p của Si Trong cả hai mẫu, ta thấy xuất hiện hai đỉnh, một mạnh, một yếu Đỉnh mạnh nằm ở 102,41 eV (Sil) và 102,52 (Si2) đặc trưng cho điện tử của Si ở trạng thái ô xi hóa S i02 Hai đỉnh yếu ở 97,79 eV (Sil) và 97,42 eV (Si2) là của điện tử của Si ở trạng thái nguyên tố Đối với phép đo XRD và

SEM thì điện tử có thể đi sâu vào trong lòng của vật liệu khoảng ịxm nên ta không thấy sự có

mặt của Si02 XPS là phương pháp phân tích bề mặt, tia X chỉ có thể đi sâu vào vật liệu một khoảng cách 10 nm Do hạt Si bị ôxi hóa bề mặt ngoài nên chỉ có phép đo XPS mới thấy sự có mặt của pha này Kết quả cho thấy mẫu Silic xốp bị bao phủ bởi một lớp mỏng Si02 Phân tích

định lượng XPS cho thấy có 96,12 % (với Sil) và 88,40 % (với Si2) nguyên tử Si ở trạng thái

ô xi hóa Tỉ phần cao hơn ở Sil là do diện tích bề mặt của mẫu này cao hơn ờ mẫu Si2

Phép đo diện tích bề mặt BET cho thấy đường đảng nhiệt hấp phụ khí-nhả khí của mẫu Sil và Si2 đều có tính trễ và thể hiện khả năng hấp phụ không giới hạn Điều này cho thấy vật liệu bị kết đám (liên kết các hạt không chặt chẽ) tạo thành từ các hạt có dạng đĩa và giữa chúng là các lõi kiểu khe nứt30 Diện tích bề mặt, thể tích lõi và đường kính lõi của Sil là 200,4 m2/g 0,46 cm3/g, 2 nm - 11 nm: cúa Si2 là 86,3 m2/g, 0,20 cm7g, 4 nm - 9 nm Sản phẩm thu được

từ Si02 Stober xốp hơn sản phẩm từ cát vì kích thước ban đầu của SiO: nhỏ hơn của cát Với mầu Sil trước khi cho phàn ứng với HC1 thì diện tích bề mặt là 15,5 m2/g, so với giá trị 200,4

R eportiM Ị p h y s is o r p tio n d a la f o r g a s ỉs o lid sy s te m s \vith s p e c ia l r e /e re n c e ỉo the d e te r m in a tio n o f su r fa c e a re a

a n d p o r o s ity , Pure Appl C hem 57 (1 9 8 5 ) 6 0 3 -6 2 0

Bước sóng (nm)

Hình 3.18 Phổ huỳnh quang của Si xốp Sil và Si2.

m2/g của Sil sau khi phản ứng với HC1 cho thấy độ xốp của Si xuất hiện sau khi cho phản ứng với HCỈ Nhiệt độ nóng chảy của Mg là 650°c nên khi được nung đến nhiệt độ 750°c trong khuôn thép thì phân tử Mg có thể khuyếch tán vào trong hạt Si02 hoặc cát để khử thành Si và tạo ra MgO Khi HC1 phản ứng với MgO sẽ để lại những lỗ hổng tạo nên độ xốp của sản phấm cuối cùng

Phổ Raman là một công cụ hiệu quả để xác định cấu trúc vật rắn và sự có mặt của tạp chất Phổ Raman của Si tinh thể bao gồm một đỉnh mạnh, sắc nét ở bước sóng 520 cm'1 Trong đó phổ Raman của Si vô định hình là một đỉnh yếu và rộng ở bước sóng 480 cm'1 31 Si có cấu trúc nano sẽ có đỉnh ở giữa hai trường hợp nói trên, cụ thể là bị dịch về bước sóng nhỏ hom

520 cm'1 32 Phổ Raman của Sil trước và sau khi tác dụng với HC1 và của Si2 được cho trong hình 3.17 (phải) Ta quan sát được một đỉnh sắc nhọn ở 521,4 cm'1 đặc trưng cho Si tinh thể Đỉnh này bị dịch về 511,1 cm l, bị trải rộng và trở nên bất đối xứng khi thành Si xốp Bề mặt

xù xì của Si xốp làm tán xạ chùm sáng kích thích kết quả là vạch tán xạ Rayleigh của dịch chuyển Raman bị dịch về phía 0 cm'1 Đuôi của tán xạ Rayleigh đóng góp vào nền của tín hiệu 3'\ Với mẫu Si 1, độ rộng của đỉnh tăng từ 3 cm '1 trước khi phản ứng với HC1 lẽn đến 31

cm 1 sau khi Si trở nên xốp hơn Các tính toán đã cho thấy có mối liên hệ giữa độ rộng đỉnh Raman và sự dịch chuyển về phía số sóng nhỏ đối với hai loại cấu trúc nano là hạt nano hình cầu và nano hình trụ Sự dịch chuyển của đỉnh Raman trong trường hợp hạt hình cầu (giam giữ lượng tử 3 chiều) nhiều gấp đỏi sự dịch chuyển trong trường hợp vật liệu nano hình trụ (giam giữ lượng tử 2 chiều) Chúng ta có thể xác định được hình dạng của tinh thể nano từ mối liên hệ giữa độ rộng của đỉnh Raman và độ dịch chuyển của đỉnh Với mẫu Sil, độ dịch chuyển của đỉnh Raman trước và sau khi phản ứng với HC1 là 10,3 cm 1 và độ rộng cửa đỉnh sau phản ứng nói trên là 31 cm'1 So sánh với lí thuyết thì mẫu Sil trùng với kết quả do tinh thể nano hình cầu đem lại với kích thước tinh thể là 3 nm

R a m a n sp e c tra , C zech J Phys 5 4 (2 0 0 4 ) 7 8 1 -4

S ilico n filn iS ' Pure A ppl Chem 72 (2000) 237-243

K hom enkova, C o m p ìe x n a tu re o f ỉ/ic r e d p h o to lu m in e s c e n c e bcind a n d p e c itlia r iỉie s o f Ỉỉs e x c ita tio n in p o ro u s

Silicon Appl Surf S c i.1 6 7 (2 0 0 0 ) 1 9 7 -2 0 4

Appl Phys Lett 6 0 (1 9 9 2 ) 2 0 8 6 -2 0 8 8

25

Nguyên cứu về huỳnh quang (hình 3.18) thấy có đỉnh đạt cực đại tại 626 nm đối với Sil và

640 nm đối với Si2 Độ rộng của đỉnh huỳnh quang của mẫu Sil là 30 nm rộng hơn của mẫu Si2 là 70 nm Sự sai khác này là do hiện tượng giam giữ lượng tử trong mẫu Sil xảy ra mạnh hơn hiện tượng giam giữ lượng tử trong mẫu Si2 Hiện tượng dịch chuyển đỉnh huỳnh quang

từ vùng hồng ngoại đối với Si khối xuống vùng khả kiến đối với vật liệu nano cũng đã được nhiều tác giả công bố 35 Sự dịch về phía xanh của đỉnh huỳnh quang tỉ lệ nghịch với binh phương kích thước hạt Giá trị đỉnh huỳnh quang của mẫu Sil nhỏ hơn nhiều cồng bố trước đây cho thấy kích thước tinh thể trong mẫu này rất nhỏ do quá trình khử thành Si xảy ra ở quy

mô nguyên tử

Đề tài đã chế tạo thành công hạt chất lỏng từ tính với các hạt có kích thước nm và tiểu phân silic xốp, thử nghiệm dùng hạt nano để đánh dấu tế bào bạch cầu T Hạt nano từ tính có từ tính tốt, dễ chế tạo có nhiều ứng dụng rộng rãi Tiểu phân silic xốp có diện tích bề mặt lớn là một chất mang tốt có tính tương hợp sinh học Việc kết hợp hạt nano từ tính và các tiểu phân silic xốp là một vật liệu rất có triển vọng trong dẫn truyền thuốc

" L T Canham, S ilic o n q u a n tu m \vire a r r a ỵ Ịa b r ic a tio n b y e le c tr o c h e m ic a l a n d c h e m ic a l d is so íu tio n o f\ \'ũ ỉe r s

Appl Phys Lett 57 (1 9 9 0 ) 1 0 4 6 -1 0 4 8

PHỤ LỤC

Kết quả: 03 báo cáo tại Hội nghị Vật lí Chất rắn Toàn quốc lần thứ 5, và 1 bài báo gửi đăng tạp chí K hoa học của Đại học Quốc gia Hà N ội, 1 cử nhân K48 Vậtlí:

Các bài báo:

1 N guyễn H oàng Hải, N guyễn Châu, N guyễn Hoàng Lương, Nguyễn Thị

Vân Anh, Phan Tuấn Nghĩa, M ai Anh Tuấn, ứ n g dụng của hạt nano ô x ít

sắt từ đ ể tách chiết A D N, đếm t ế bào bạch cầu và cải tiến quá trình x ử lí nước bị nhiễm bẩn, báo cáo mời tại Hội nghị Vật lí Chất rắn Toàn quốc

lần thứ 5, Vũng tàu, 11/2007

Tóm tắt:

Hạt nano ôxít sắt từ có kích thước dưới 15 nm được ch ế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa được ứng dụng để: - làm giàu DN A dùng trong xác

định nhanh virus bằng cảm biến sinh học; - lọc lựa tế bào để cải tiến

phương pháp xác định số lượng tế bào bạch cầu CD 4+ T; - gia tăng quá trình lắng đọng chất thải rắn và hấp phụ thạch tín trong nước Hạt nano được chức năng hóa bề mặt để làm giàu DNA của virus Herpes lên hàng trăm lần làm gia tăng khả năng đo nồng độ DNA của cảm biến sinh học xuống đến thang đo nhỏ hơn nM/1 Sau khi chức nãng hóa, hạt nano được bọc bằng kháng thể phát huỳnh quang antiCD4 và được dùng để đếm tế bào bạch cầu CD 4+ T Cường độ huỳnh quang của tế bào CD4+ T gắn với các hạt nano cao gấp 2,6 lần so với trường hợp chỉ dùng kháng thế huỳnh quang thông thường N ghiên cứu này có thể được ứng dụng để điều trị bệnh nhân nhiễm HIV chỉ với một kính hiển vi huỳnh quang đơn giản Hạt nano và phèn chua giúp quá trình lắng đọng chất rắn trong nước lên hàng chục lần và hấp thụ thạch tín Với một lượng nhỏ hạt nano (0,25 g/1)

có thể làm giảm nồng độ thạch tín từ 0,1 mg/1 xuống thấp hơn tiêu chuẩn cho phép 0,01 mgA của nước uống chỉ sau vài phút

2 N guyễn H oàng Hải, Nguyễn Hoàng Lương, N guyễn N gọc Long, N guyễn

Châu, N guyễn Đ ăng Phú, Sriharsha T heerdhala, A haron G edanken, C h ế

tạo hạt nano fc r rỉtc bằng phương pháp hóa siêu âm , báo cáo tại Hội nghị

Vật lí Chất rắn Toàn quốc lần thứ 5, V ũng tàu, 11/2007

Tổm tát:

* Hóa siêu âm là một trong những phương pháp đơn giản để chế tạo hạt

nano Chúng tôi trình bày kết quả của việc dùng phương pháp hóa siêu àm

để ch ế tạo hạt nano ferrite F e l.vM v0 F e 20 3, với M là Mn, Co, Ni, Zn và X

= 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 Hạt nano từ tính có kích thước khoảng 20 nm, đơn pha và có thế có tính từ cứng hoặc siêu thuận từ tại nhiệt độ phòng Từ độ

27

bão hòa đạt đến 75 em u/g, đây là giá trị lớn nhất của hạt nano íerrite từ tính được ch ế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm đã từng công bố.

3 N guyễn H oàng Hải, A haron G edanken, N guyễn N gọc Long, N guyễn

Hoàng Lương, Trần Thị Q uỳnh Hoa, C h ế tạo hạt nano silic xốp tù silica

và cát bằng phương p h á p phản ứng trong ống thép, báo cáo tại Hội nghị

Vật lí C hất rắn Toàn quốc lần thứ 5, Vũng tàu, 11/2007

Tổm tắt:

Báo cáo trình bày m ột phương pháp đơn giản và hiệu quả để ch ế tạo hạt silic xốp từ silica bằng phương pháp Stober và cát lấy từ bãi biển Vật liệu ban đầu S i0 2 và cát được khử bằng M g trong m ột khuôn thép khổng gỉ đóng kín dưới nhiệt độ 750C trong 5 giờ Sau khi loại bỏ một trong những sản phẩm của phản ứng khử nói trên là M gO bằng HC1, silic xốp được tạo thành Silic xốp tạo thành từ silica có diện tích bề mặt là 200 m 2/g còn silic xốp tạo thành từ cát có diện tích bề m ặt là 86 m 2/g Hình thái học vĩ

mô của silic xốp hầu như không thay đổi so với vật liệu ban đầu Silic xốp

ổn định trong không khí do có một lớp ôxít S i0 2 bao phủ bề mặt Hiệu ứng giam hãm lượng tử xuất hiện trong vật liệu này thông qua hiện tượng phát xạ huỳnh quang ở bước sóng 626 nm - 640 nm

4 Nguyễn H oàng Hải, Cấn Văn Thạch, Nguyễn Hoàng Lương, N guyễn

Châu, K huất Thị Nga, N guyễn Thị Vân Anh, Phan Tuấn N ghĩa, s ử dụng

hạt nano từ tính m ang thuốc đ ể tăng cường khả nâng ức c h ế vi khuẩn của thuốc kháng sinh C hloram phenicol, Gửi đăng Tạp chí Khoa học VNU J

Sci.: N atural Sci Tech (2008)

bể m ặt nói trên để tạo ra phức hệ hạt-thuốc Thí nghiệm kiểm tra quá trình

nhả thuốc của phức hệ hạt-thuốc lên vi khuẩn E scherichia coli cho thấy

thuốc kháng sinh được m ang bởi phức hệ có thời gian tác dụng lên vi khuẩn lâu hơn thuốc kháng sinh đối chứng

HÔI NGHỊ VẶT LÝ CHÁT RẮN TOÀN QƯÓC LÀN THÚ 5 - Vũng Tàu 12-14/11/2007

ỨNG DỤNG CÚA HẠT NANO ÔXÍT SẤT TỪĐÉ TÁCH CHIÉT DNA, ĐÉM TÉ BÀO

BẠCH CẦU, VÀ CẢI TIÉN QUÁ TRÌNH x ử LÍ NƯỚC NHIẺM BẢN

Nguyễn Hoàng Hái 1, Nguyễn C h â u 1, Nguyễn Hoàng Lưo n g 1, Nguyễn Thị Vân Anh2, Phan Tuấn Nghĩa2, Mai Anh T u â n 3

334 Nguyễn Trãi, Hà Nội; E-mail: niihai <1 MHi CiliLlll

3 Viện Quốc tế Đào tạo về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Truông Đại học Bách khoa Hà Nội

TÓM TẤT Hạt nano ôxít sất từ có kích thước dưới 15 nm được chế

tạo bầng phương pháp đồng kết tua được ứng dụng đẻ: -

làm giàu DNA dùng trong xác định nhanh virus bẩng cám

biến sinh học: - lọc lựa tế bào đê cai tiến phương pháp xác

dịnh số lượng té bào bạch cẩu CD4* T; - gia tăng quá trinh

lãng đọng chất thai rẳn và hấp phụ thạch tin trong nước

Hạt Iiano dược chức nảng hóa bể mặt đé làm giàu DNA

cua virus Herpes lên hàng trâm lẩn làm gia tăng kha năng

đo nong độ DNA cua cam biến sinh học xuống đèn thang

đo nhó hơn nM/l Sau khi chức năng hóa, hạt nano được

bọc bằng kháng thể phát huỳnh quang antiCD4 và được

dùng đẻ đếm tế bào bạch cẩu CD4* T Cường độ huỳnh

quang cùa té bào CD4’ T gần với các hạt nano cao gấp 2,6

lần so với trường hợp chi dùng kháng thê huỳnh quang

thông thường Nghiên cứu nà) có thê được ứng dụng đê

diều trị bệnh nhân nhiễm HIV chi vái một kinh hiên vi

huỳnh quang dơn gian Hạt nano và phèn chua giúp quá

trinh lãng đọng chẩt răn trong nước lẻn hàng chục lần và

hấp thụ thạch tin Với một lượng nho hạt nano (0,25 g/l)

có thể làm giám nồng độ Asen từ 0,1 mg/l xuống thấp hơn

tiêu chuấn cho phép 0.01 mg/l cua nước uống chi sau vài

phút.

Từ khoá: Li sinh học hạt nano từ tinh, phản tách DNA,

phân tách tẻ báo vật liệu nano

VẠT LI Ẹl NAiNO khoa học và còng nghệ nano đang đi vào cuộc sống

với tốc độ ngã) cáng nhanh là nhờ những tính chất đặc biệt

cùa vật liệu nano Các đặc tính cùa vật liệu nano có thế

được chia thành hai loại: các đặc tính có liên quan đến hiệu

ứng bề mặt và các hiệu ứng có liên quan đén kich thước

Hiệu ứng bể mặt có thẻ xảy ra ơ bât ki kích thước nào tuy

nhiên, tại kich thước nano thì hiệu ứng bẽ mật trơ nên đáng

kc ilicli Ulig kíiiì iiìuỏc Cliã vậi liệu iicMiũ uữ idỉìĩ cho Vại

liệu nảv tro nên ki lạ hơn nhiêu so với các vật liệu truyên

thống Đôi \o i một vật liệu, mồi một tinh chât cua vật liệu

ná) đêu co một độ dài đậc trưng Độ dài đặc trirng cua ràt

nhiều các tinh chất cua vật liệu đêu rơi vào kich thước nm

[I 2] ơ vật liệu khối, kích thirớc vật liệu lớn hon nhiều

lần độ dài độc trưng này dẫn đèn các tinh chât vật lí đã biẻt

Nhưng khi kích thước cua vật liệu có thẻ so sánh được với

độ dài đặc trưng dỏ thi tính chất có liên quan đèn độ dài

đậc trung bị thay đôi đột ngột

VẬT LIỆU NANO Ổ XÍT SẢT T Ừ TÍNH VÀ ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC, MÔI TRƯỜNG Đối với vật liệu từ, ngoài các tính chất “ nội” đặc trưng cho từng loại vật liệu cụ thế như từ độ bão hòa dị hường từ tinh thê cấu trúc tinh thê các tính chât ngoại nhu hình dạng và kich thước tinh thê, sự săp xẻp cua các tinh thé trong vật liệu cùng ánh hướng đáng kê đẻn tính chât từ Hiệu ứng kích thước nói ớ phân trên xay ra đòi với vật liệu

từ tính khi mà kích thước cua vật liệu nhỏ hon kích thước đặc trirng Với vật liệu từ, kích thước đặc trưng là độ dày vách đô men, độ dài tương tác trao đói, quãng đường tán

xạ spin của điện tư, giới hạn siêu thuận từ Giải Nobel về vật lí nãm 2007 vừa đuợc công bố trao cho hai nhà khoa học châu Âu là Albert Fert (Pliáp) và Peter Grunberg (Đức) [3] vì khám phá hiệu ứng từ điện trơ khồng lồ ứng dụng của hiệu ứng này là các đẩu đọc các ô cứng với dung lượng rất lớn có mặt trong các máy tính ngày nay Đây lả một ví dụ đién hình về đặc tính cua vật liệu nano khi mà kích thước cua vật liệu nhó hon quãng dườiig tán xạ spin cua điện tu Vật liệu ứng dụng irong sinh học yêu cẩu vật liệu nano thường ơ dạng hạt và phai có tính siêu thuận từ Giới hạn siêu thuận từ phụ thuộc vào từ độ bão hòa và dị hướng từ tinh thể, trong đa số trường hợp giới hạn này từ 5

- 30 nm [4] Vật liệu siêu thuận từ có giá trị từ độ tương đối cao và bị từ hóa mạnh dưới tác dụng cua từ trường ngoài và bị khư từ hoàn toàn khi không cỏ tử trường ngoài tác dụng (không có từ dư) Hai yếu tố trên là cần thiết đối với các ứng dụng > sinh đế tránh sự kết tụ cua các hạt tử trong cơ thẻ Ngoài ra, độc tính, độ tương hợp sinh học (biocompatible), tính đồng nhất của kích thước hạt, ồn định trong môi trường khác nhau cùng là những vẩn đề cần vượt qua [5] Vật liệu ô xít sắt là loại vật liệu được ứng dụng nhiều nhât vi nó thóa măn hầu hết các yêu cẩu nói trên Trong các ô xít sất thi magnetite Fe3Oj, (A/v = 90 emu/g) maghemite y-Fe20 3 (Ms = 60 emu/g) được sư dụng nhiều nhât Các ứng dụng cua hạt nano từ tinh trong sinh học bao gùni phân tách và chọn iọe lá bào dần thuốc dẻn dich như

từ trường, nung nóng cục bộ nhờ từ truòng ngoài xay chiều, tác nhân tâng độ tương phán cho anh cộng hương từ hạt nhân Chúng tôi quan tâm đẻn hai ứng dụng đẩu tiên nên phân sau sè điêm qua tinh hình nghiên cứu cùa phán tách

và chọn lọc tê bào dẫn thuốc đén đích nhờ lừ trường Trong y sinh học người ta thường xuyên phai tách một loại thực thẻ sinh học nào đó ra khôi mỏi tnrờng cua chúng

đẻ làm tăng nồng độ khi phân tích lioặc cho các mục đích khác [5] Phản tách tẻ bào sư dụng các hạt Iianỏ từ tinh là một trong nlìừng phương pháp được sư dụng Ọuá trinh phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dắu thưc thê

HÒI NGHI VẤT LÝ CHẮT RẮN TOÀN QUÓC LẰN TH Ử 5 - Vũng Tàu 12-14/11/2007

sinh học cẩn nghiên cứu và tách các thực thẻ được đánh

dấu ra khói môi trường bẩng từ trường Việc đánh dâu

được thực hiện thông qua các hạt nano từ tính Hạt nano

ihường dùng lả hạt ỏ-xít sẩt Các hạt này được bao phu bới

một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là

dextran polyvinyl alcohol (PVA) phosopholipids, Hóa

cliảl bao phu không những có thẻ tạo liên kết với một vị trí

nào đó trên bề mật tế bào hoặc phân tứ mà còn giúp cho

các hạt nano phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ôn định

cua chất long từ Giống nlur trong hệ miền dịch, vị trí liên

kết đặc biệt trẽn bề mặt tế bào sẽ được các kháng thế hoặc

các phân tư khác như các hoóc-môn, a-xít folic tim thấy

Các kháng thể sè liên kết với các kháng nguyên Đây là

cách rất hiệu qua và chính xác đê đánh dấu tế bào Các hạt

từ tính được bao phu bởi các chất hoạt hóa tương tự các

phân tư trong hệ miễn dịch đã có thế tạo ra các liên kết với

các tế bào hồng cẩu tế bào ung thư phôi, vi khuán tẻ bào

ung thư đường tiết niệu và thể golgi [6].

Một trong những nhược điềm quan trọng nhất cua hỏa

trị liệu đó là tính không đặc hiệu Khi vào trong cơ thể,

thuốc chừa bệnh sẽ phản bố không tập trung nén các tế bào

mạnh khoe bị ánh hưởng do tác dụng phụ cua thuốc Chính

vì thế việc dùng các hạt từ tính nhu là hạt mang thuốc đán

vị trí cần thiết trên cơ thế (thông thường dùng điều trị các

khối u ung thư) đã được nghiên cửu từ những nâm 1970

[6], những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc

bang hạt từ tính, úng dụng này mang lại hai lại ích cơ bàn:

làm giam tác dụng phụ cua thuốc: - giam lưựng thuốc điều

trị Hạt nanô từ tinh cỏ tinh tương họp sinh học được gẳn

két với thuốc điểu trị Lúc này hạt nanô có tác dụng như

một hạt mang Thông thường hệ thuốc/hạt mang tạo ra một

chất long tù và đi vảo cơ thể thông qua hệ tuần hoàn Khi

các hạt đi vào mạch máu người ta dũng một gradient tìr

trường ngoài rắt mạnh đé tập trung các hạt vào một vị trí

não dó trên co thê Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại

vị tri cần thiết thi quá trinh nha thuốc có thẻ diễn ra thông

qua co chế hoạt động cùa các enzvm hoặc các tính chất

sinh lý học do các tế bào ung thư gâ> ra như độ pH, quá

trinh khuyếch tán hoặc sự thay đòi cua nhiệt độ Quá trình

vật I) diễn ra trong việc dần truyền thuốc cũng tương tự

như trong phân tách tẻ bào Gradient từ trường có tác dụng

tập trung hệ thuốc/hạt Hiệu qua cua việc dẫn truyền thuốc

phụ thuộc vào cưÒTig độ từ trường, gradient từ trường, thê

tích vù tính chất từ cua hạt nanô Các chát mang thường đi

vào cãc tĩnh mạnh hoặc động mạch nên các thông số thúy

lực như thông lượng máu, nồng độ hạt nano từ thời gian

tuần hoàn dỏng voi trò quan trọng như các thông số sinh lý

học như khoang cách từ vị trí cua thuốc đến nguồn từ

iruứng múc dộ iiẻn kẻi liiuỏc/hạl mang, vù Uic lích LUd

khôi u Các hạt có kích thước Jim (tạo thành từ những hạt

siêu thuận từ cỏ kích thước nho hơn) hoạt động hiệu qua

hơn irong hệ thống tuần hoàn đặc biệt là ơ các mạch máu

châm N(JFeB cỏ thê lạo ra một từ trường khoang 0.2 T và

gradient tir trường khoang 8 T/m với động mạch đùi và

khoang 100 T/m Nơi động mạch cô [6] Điêu này cho thây

quá trinh dần thuốc bảng hạt nanô từ tinh cỏ hiệu qua ơ

nlùrng vùng máu chay chậm và gân nguòn từ trường Tuy

nhiên, khi các hạt nanô chuyên động ơ gân thánh mạch

mau thi chuyền độna cua chủng không tuân theo định luật

Stoke nên với một gradient từ trường nho hơn quá trinh dẫn thuốc vẫn có tác dụng Các hạt nanỏ từ tinh thường dùng là ôxít sắt (magnetite Fe50 4, maghemite Y-Fe2Oj) bao phu xung quanh bới một hợp chât cao phân tư có tinh tương hợp sinh học như PVA dextran hoặc silica Chât bao phũ có tác dụng chức năng hóa bề mật đẻ cỏ thẻ liên kết với các phản từ khác như nhỏm chức amino, carboxyl, streptavidin, biotin,

Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lí, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quôc gia Hà Nội đã triên khai nghiên cứu ứng dụng hạt nano từ tính trong y sinh học

và môi trường trong thời gian khoảng hai năm trớ lại đây

và đã thu được một số kết quà về việc bao bọc và dung giai thuốc kháng sinh bằng hạt nano từ tính Fe3Oj [7 8J Hạt nano từ tính Fe30 4 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tua với kích thước 10 nm - 20 nm được chức nặng hóa bẩng một lớp kép gồm hai chất hai chất hoạt hỏa bể mật là oleic acid và sodium dodecyl sulfate Khoảng giữa hai lớp phân tử trên bề mật có tính thân dầu là nơi trú ngụ cua các phán tử thuốc kháng sinh kị nước chloramphenicol Chúng tôi đâ thành công trong việc mang thuôc trẽn bê mặt hạt nano từ tính với hiệu suất nạp thuốc đạt hơn 3 % khối lượng Nghiên cứu ánh hướng cùa quá trinh dung giải thuốc kháng sinh lên vi khuẩn Escherichia coli (chùng DH 5a) cho thấy thuốc được dung giải nhiều nhất sau 14 giờ anh hương kháng khuẩn cùa thuốc táng 1,5 lần so với thuốc đối chứng không được mang bơi hạt nano Kết qua cho thấy thuốc kháng sinh được mang bơi hạt nano từ tính không những có thé được điều khiến bảng từ trường ngoài

mà còn kéo dài thời gian tác dụng kháng sinh nhờ lớp chất hoạt hóa bề mặt báo vệ thuốc khỏi biến tinh trong môi trường nước.

Trong bài báo này, chúng tôi tiếp tục công bố những nghiên cửu mới nhất cúa chúng tôi về sứ dụng hạt nano từ tính đế làm giàu DNA dùng trong xác định nhanh virus bằng càm bién sinh học, lọc lựa tế bào để cải tiến phưomg pháp xác định số lượng tế bào bạch cầu T trong điểu trị bệnh nhiễm HIV Ngoài ra hạt nano còn được sứ dụng đẻ gia tăng quá trình lấng đọng chất thài rẩn và hấp phụ Asen trong nước.

CHÉ TẠO, CHỨC NĂNG HÓA BÈ MẬT Hạt nano từ tinh có kích thước 10 nm - 15 nm được ché tạo bầng phương pháp đồng kết tua ion Fe3* và Fe2* bàng OH' tại nhiệt độ phòng trong môi trường khí N2 đế tránh ô xi hóa Lấ> 4.17 g FeCl3.6H20 và 1.52 g FeCI2.4H20 (tức là ti phản mol Fe’7Fe2* = 2) hòa trong 80

ml nước cất hai lần (nồng độ cua Fe2* là 0.1 M) bàng máy khuáy tư Nho dung dịch nãy vao một dung dịch khac co chứa 6 ml NH4OH 35% với tốc độ nho I một giọơgiây tại nhiệt độ phòng dưới điều kiện khuấy đèu bằng máy khuấ}

từ Kêt tua Fe30 4 màu đen đirợc hinh thành ngay khi hai dung dịch tiếp xúc với nhau Độ lớn kích thước hạt nano

cỏ thẻ được điêu khiên bang tốc độ khuấ), nhiệt độ phan ứng pH cua dung dịch và nông độ chất tham gia phán ứna Tách lọc hạt nano từ tính băng từ trường hoặc máy li tâm lọc rưa san phâm 5 lẩn hẩng nước đẻ loại bo các hỏa chất còn dư ta thu được các hạt nano từ tính lương đối đồng nhàt Fe3Oj với kích thước trung binh 12 nm ± 5 nm [9] Các kết qua nhiễu \ạ tia X cho thấ> khoang 95 % số hạt có

HỘI NGHỊ VẬT LÝ CHÁT RẮN TOÀN QUỎC LẰN TH Ử 5 - Vũng Tàu 12-14/11/2007

Hình / Chức nâng hóa bề mật hạt nano FejO j từ tính

bang nhóm amino (Amino-NP) sư dụng APTS.

cấu trúc Fej04, khoáng 5 % số hạt có cấu trúc Ỵ-Fe20 3 và

không xuất hiện các pha khác Ket quả nghiên cứu phổ tán

xạ Raman cho thấy sau 12 giờ phơi ngoài không khí, hạt

nano Fe;04 bị chuyến hóa một phần trên bể mặt thành

Y-Fe 20 5 rồi ôn định với cấu trúc như vậy trong thời gian

vài tuẩn [9] Phép đo phố kế hồng ngoại (FTIR) cho thấy

trẽn bể một hạt Iiano từ tính trong nirớc có bao phú một lớp

-OH, đây là inột nhỏm chức quan trọng trong việc tạo liên

két với các chất hoạt hóa bề mặt cần thiết cho các ứng

dụng sinh học.

Đẻ ứng dụng trong sinh học các hạt nano cần phái

được chức năng hóa bề mặt đế có thế tiếp hợp với các đối

lượng sinh học như DNA kháng thể, enzyme Các nhóm

chức thưởng gặp lả nhóm amino biotin, steptavidin,

carbonxyl, thiol Dê có dược các nhóm chức ơ bề mặt hạt

Iiano chúng tói sư dụng nguyên tấc thúy phân organosilane

dê lạo một lớp polymer trên bề mật hạt nano Organosilane

là các phân tư có hai nhóm chức có công thức tỏng quát là

X-(C'H 2 )„-SiR„(OR’ )3.,„ trong đó X là nhóm chức cẩn thiết

dê tiếp họp các đổi Urọng sinh học, (CH2)„ là lớp đệm hữu

cơ phụ thuộc vào n mà lớp đệm này có thể dày hay móng,

SiR„ là nhóm liên kết với nhóm hydroxyl cùa bề mặt hạt

Iiano Alkoxysilane với rất nhiều các nhóm chức X khác

nhau dã dirợc tlurcmg mại hóa Nhóm amino được sứ dụng

nhiều nhắt trong các ứng dụng sinh học [10] Trong quá

trình chức nâng hóa bề mặt với phân tư organosilane, xay

ra hai phan úng đổng thời đỏ là quá trinh thủy phân các

nhỏm silane alkoxy n thành các nhóm silanol hoạt tính và

quá trinh hóa rần cua các silanol với nhỏm OH tự do trên

bề mặt hạt nano đê tạo ra các liên kết Si-O-Si bền vừng

Điểu kiện môi trường phan ứng ánh hướng rất nhiều đến

quá trinh chirc nàng hóa bể mật Vi dụ cồn thường gia tăng

quá trinh tliú> pliân và động học hóa rấn do đỏ làm tăng

cường quá trình clúrc năng hóa bề mật Tuy nhiên cồn

cùng cạnh tranh với nhóm silane trên bề mật bầng liên kết

hydro.

Chúng lôi sư dụng 3-aminopropvl triethox>silane

(APTS /7 = 2) dê tạo ra nhỏm amino trên bể mặt hạt nano

Lầy -K)0 111 « hal Iiano từ tinh cho vào 100 ml nước cất hai

lần rồi dũng má} siêu âm phân tán hạt vào dung dịch đẻ

thu dirọc một thê huyền phù ôn định Nho I ml dung dịch

APTS vào trong dung dịch huyền phù nói trẽn và khuấy tìr

trong thời gian 8 giò đè quá trinh chức năng hóa bề mặt

• \av ra hoàn toàn San plìâin thu được sau khi lọc rưa 5 lần

bang nước cắt và lọc từ sè là hạt nano từ tinh Fe:,0 4 có bề

mạt là các nlìóm amino (hình I ) vièt tãt là amino-NP Đến

dâ> hạt nano ttủ sàn sàng tiếp hop với các đoạn DNA của

siêu vi Herpes và kháng thê antiCD4 phát luiỳnh quang vá

không phát huỳnh quang cua tẻ bào bạch câu T Kháng thẻ

antiCD‘1 là kháng thè có kiia náng đòi ứng vơi kháng

hoạt hóa.

nguyên CD4 trẽn bc mặt tế bào bạch cẩu CD4Ỷ T Kha nâng phát huỳnh quang cũa kháng thế giúp việc đếm tế bào bạch cầu CD4* T trong máu bệnh nhân bị nhiễm HIV LÀM G I ẢI ’ DNA CỦA SIÊlỉ VI HERPES Herpes là một siêu vi gây bệnh ngoài da và bệnh đường sinh dục Đoạn mã DNA dò cua siêu vi này được dùng trong nghiên cứu cua chúng tôi là một đoạn mã đặc tnmg 5’-AT CAC CGA c c c GGA GAG GGA C-3’ (Invitrogen) Đoạn mã sẽ lai hóa với đoạn mã đối ứng cua của DNA đích cua dung dịch cẩn làm giàu Đẽ DNA dò có thẻ tiếp họp với amino-NP thi gốc phosphate cùa đẩu 5’ của đoạn

l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC Sigma) làm chất xúc tác cho việc hình thành liên kết giữa nhóm amino trên bé mặt hạt nano và nhóm phosphate cúa đâu 5' cua đoạn DNA dò (hình 2.A) Tuy nhiên, thời gian sông cùa EDC sau khi hoạt hóa DNA trong nước rât ngẩn nên chúng tỏi dùng l-methyllmidazole (M IA) đê phan ứng với EDC hinlì thành lẽn nhóm chức hoạt động khác làm cho quá trình hoạt hỏa DNA trong nước được òn định (hình 2.B) Sau quá trinh này DNA được hoạt hóa (gọi tất

là DNA hoạt hóa) Trộn amino-NP và DNA hoạt hỏa thì DNA dò sẽ tiếp hợp lẻn bề mặt cua hạt nano ta thu được hạt nano từ tính có đoạn DNA dò trên bề mặl (DNA-NP) (hình 2.C) Quá trình tiếp họp DNA và hạt nano được ôn định ớ nhiệt độ 37°c trong 18 giờ San phàm cua quá trình này là hạt nano từ tinh cỏ bé mặt la các DMA dó Các DNA-NP sc được dùng đẻ lảm giàu DNA cua mảu thực Quã trình lam giàu DNA cua siêu vi Herpes bằng hạt nano từ tinh được thực hiện như sau Láy 1 ml dung dịch

HỘI NGHỊ VẶT LÝ CHÁT RẮN TOÀN QUÓC LẰN THỦ 5 - Vũng Tàu 12-14/11/2007

chứa DNA-NP (2 % khối lượng DNA-NP/ml dung dịch)

trộn với 2 mỉ - 20 ml dung dịch 0,1 nM/1 DNA cua siêu vi

Herpes Quá Irinli lai hóa giữa đoạn DNA dò trên bề mặt

hạt nano từ tinh và DNA cùa siêu vi xảy ra tại nhiệt độ

được ôn định là 37°c trong thời gian 1 giờ Sau phàn ứng

lai hóa dùng một nam châm thương mại đế cô đặc hạt

nano từ tính có gẳn cùng các DNA cúa siêu vi Lượng

DNA-NP được ước tính là dư so với số phân tứ DNA có

trong dung dịch Hạt cô đặc trong tất cà các trường hợp

được hòa vào trong 0,1 ml dung dịch và được gia nhiệt tại

nhiệt độ 98°c đê tách DNA cứa siêu vi ra khói hạt nano từ

tính Nếu quá trinh tách lọc từ đạt hiệu suất 100 % thi nồng

độ DNA trong dung dịch cuối cũng sẽ gia tăng tử 20 đến

200 lần Đo nồng độ cua DNA sau khi được làm giàu và

tách klioi hạt nano bàng vi cám biến độ dần.

Vi cam biến độ dẫn đo nồng độ DNA dựa trẽn sự thay

đôi ve độ dẫn ơ khoang cách giữa các điện cực khi có sự

lai hỏa giữa DNA đích và DNA dò [11] Điện cực bàng

đồng giống như hai chiếc lược đan xen với nhau Kích

thước mồi răng lược 70x1000 Ịim2, khoáng cách giữa

chúng lã 30 J.mi Các điện cực đuạc cố định trên đế Si bẩng

phương pháp quang khẳc Khoang trống giữa các điện cực

là Si được tiêp hợp với DNA dò theo một phương pháp

lương tụ nhu plmơng pháp tiếp hợp hạt nano từ tính với

DNA dò Khi cho cam bien vào dung dịch có chứa DNA

Herpes quá trinh lai hóa giìra DNA dò và DNA đích xáy

ra gáy ra sụ thay đòi vè độ dẫn So sánh với tín hiệu cua

một điện cực khác không được chức năng hóa bề mặt bàng

DNA dò ta sè Ihu dược tín hiệu đằu ra Sự chênh lệch độ

dần phụ thuộc vào nồng độ DNA Nhược điẻm cua phương

pháp này là không đo dược khi nồng độ thấp hơn 10 nM/1

Kết họp quá trình làm giàu bẳng từ truờng như trình bày ớ

trên và vi cam biến độ dần có thể xác định dirợc DNA có

nồng độ thấp hon Hinh 3 cho thấy sự phụ thuộc cùa nồng

dộ DNA vào thể tích cùa dung dịch ban đẩu trước và sau

khi làm giàu DNA Nồng độ tàng tuyến tính theo thể tích

cho thấy quá trinh làm giàu DNA bàng từ tính đạt hiệu quà

Giá trị do được bằng vi cam biến độ dần không sai khác

nhiều so với giá trị ước tính từ sự giam thể tích ban đẩu về

0.1 ml cho thấy hầu hết phân tứ DNA trong dung dịch ban

dầu (nồng độ 0.1 nM/l) đểu lai hóa với hạt nano từ tính và

được cô đặc bằng tách lọc từ Đây là một phương pháp có

thê sư dụng dẻ mơ lộng đẻ xác địnli sự có mặt của nhiều

loại siêu vi khác như siêu vi cúm gia cầm.

ĐÉM TÉ BÀO BẠCH CẢI' CD4* T

Quá trinh gần với kháng thế antiCD4 được thục lìiện

bẳng cách lầy 0.4 g amino-NP rứa và tảch từ hai lần bầng 1

mỉ dung dịch dệin 2-(N-ivíorphoiino> ethanesuỉtonic acid

(MES) có pH bàng 6 với nông độ 0.1 M (Sigma) Sau đó

amino-NP dược phân tán trong 0.25 ml dung dịch đệm

cliira MES vả 2 nig EDC' 0 dạng bột bầng cách khuấy đều

tại nhiệt độ phòng trong 15 phút Tách rira bằng từ trường

hai lần trước khi nho I ng - 100 Mg kháng thê đon dòng

antiCDI (antiCD4 Invitrogen) Tách rưa từ 4 lần bàng

lurởc cất la thu dược hạt nano gản khăng thẻ antiCD4 ki

hiệu là anliCD4-NP (lìinh 4) Trong một sô mầu, chúng tôi

sư dụng 20 ụ\ kháng thể antiCD4 phát huỳnh quang (viết

tát là *antiCD‘l birởc sõng kích thích 480 nm birớc sóng

Hình 3 Sự phụ thuộc cua nòng độ DNA vào thê tích cua dung dịch ban đầu trước khi và sau khi làm giàu

DNA.

phát xạ 520 nm cua hãng Exiobio) trộn với antiCD4 có các nồng độ khác nhau Sau 2 giờ các hạt nano được bọc bởi các kháng thế đơn dòng antiCD4 và *antiCD4 được tách rứa từ 3 lẩn bảng I ml dung dịch đệm phosphate saline (PBS) Kết qua cuối cùng ta thu được hạt nano từ bọc bởi hai loại kháng thể đơn dòng antiCD4: một loại thường

(*antiCD4-NP) và được bào quan trong PBS bổ sung thêm

Lấy 200 nl máu cùa người binh thường được li tám trong ống nghiệm Eppendorí 1,5 ml với tốc độ 1000 vòng/phút trong 10 phút đề loại bỏ huyết thanh rồi hòa lại vào 200 nl PBS bồ sung 1% BSA Sau đó các ống được ú với 0,2 mg antiCD4-NP và *antiCD4-NP trong 20 phút tại nhiệt độ phòng Bô sung 1,3 dung dịch đệm nhược trương (5 inM Tris pH 7.0, 10% glycerol) đẻ đột ngột phá tung màng tế bào máu làm tế bào trớ thành dạng không có bào quan và bào tương hay còn gọi là tế bào ma (ghost cell) Giai đoạn này, các antiCD4-NP và *antiCD4-NP trẽn bề mặt hạt nano sẽ gẳn đặc hiệu lên các tế bào bạch cẩu CD4'

T thông qua tirơng tác kháng nguyên-kháng thẻ và được tách lọc bầng từ trường, giup loại bớt các tế bào ma Trong một thí nghiệm đối chứng, chúng tỏi gẳn trực tiếp 20 |il kháng thè đơn dòng antiCD4 phát huỳnh quang với 200 |.il máu đế nhuộm tẻ bào bạch cầu CD4+ T Quá trình xử lý tièp theo cùng tương tự như thí nghiệm với antiCD4-NP và

*antiCD4-NP nhưng không có bước tuyến từ Các té bào sau phan ứng gấn đặc hiệu vói kháng thể được bao quan trong 50 Jil PBS lạnh, bố sung 1% BSA và 10% glycerol 5|il dung dịch chíra tế bào được nho lên một tẩm kính (slide glass) rồi được phu lên bằng một phiến kính mong (cover s!ip) đé quan sát bàng hiếp, vi huỳnh quang Car! Zeiss Axio Cưòng độ huỳnh quang đuợc xứ li bàng phần mẻm Scion Image.

Hình 5 là anh chụp các tế bào trong máu từ kinh hiển vi dirới ánh sáng thường (H 5 A, C) và dưới chế độ phát huỳnh quang (hình 5 B D) (ánh sáng kích thích 480 nm ánh sáng huỳnh quang 520 nm) Với mầu không đươc tuyên từ (H 5 A) dưới ánh sáng thường có thê nhìn thấy

tê bào hòng cáu và nhiều loại tế bào bạclì cầu Sự nhận biét loại tẻ báo cỏ thê thông qua hinh dạng cua chúng Dưới chế

độ huỳnh quang (H 5 B) thi chi nhin thấy tế bào bạch cẩu CD4 T mà không nhin thẩv các té bào hồng cẩu \à bạch

HỘI NGHỊ VẶT LỶ CHẮT RẮN TOÀN QUÓC LẰN THÚ 5 - Vũng Tàu 12-14/11/2007

A ịa

ị HÒÕgcảu tiịeheáu x ® :

c

© nCD4

0

® C04 C04 cưiriCD*

Hình 4 Ouv trình tiếp hợp hạt nano được chức nâng

hóa với kháng thê antiCD4 Phan ứng (A) Hạt nano từ

tinh được chức năng hóa E D C Phan ứng (B)Tiếp hợp

kháng thẻ antiCDA với hạt nano từ tính được bao phu

bơi EDC

câu dạng khác Sớ dĩ như vậy vi hạt nano từ có kháng thể

dơn dòng *anliCD I rất đặc hiệu, chi gẩn với kháng nguyên

CD'I trên bề mặt té bào bạch cảu CD4' T và làm các tá bào

này phát sáng Độ sáng cua tế bào bạch cẩu đo được là

( 137±45)x 10 (đơn vị tùy ý) Dựa trên diện tíclì cùa hình

nghiên cứu vào khoảng 10J J.UĨ 1 2, chúng tôi ước tính số tế

bào bạch cầu CD4* T cùa hai người irướiìg thành là 670 và

810 tá bào/ịil Giá trị này nàm trong khoáng an toàn đối

với ngirời khóe mạnh (600 đến 1200 tế bào/|.il) Với người

mác bệnh HIV số lượng té bào bạch cầu giam đi rất nhiều

(tlìậm chi it hơn 150 tế bào/Ị.il) nên việc lấy thống kê theo

diện tích trên liinlì quan sát cua kính hiên vi không chính

\ãc Chinh vi thế chúng tôi sứ dụng hạt nano từ tính chức

nũng hóa bằng kháng thẻ antiCD4 đê làm giàu tế bào bạch

cầu Inrớc khi đếm bàng hiên vi huỳnh quang Chúng tỏi đã

thư nghiệm với các nồng độ antiCD4 khác nhau từ 1 ng -

100 ng và thấy ràng 20 jag là đu dê chức nãng hóa bề mặt

cua 0,4 g hạt Iiano Hình 5 c cho thấy ánh chụp tế bào

máu sau khi tách từ Không giống như hinh 5.A hình này

klìôiìg có nhiều tế bào hồng cầu, tiêu cầu hoặc các tế bào

bạch cẩu loại khác vói bạch cầu CD4’ T Hon nữa, tín hiệu

thu được dưới chế độ anh chụp huỳnh quang (H 5 D) cho

thầ> cirờiig đò phát huỳnh quang cua tế bào hạch cầu CD4*

r mạnh hon cuông dộ huỳnh quang cua tẻ bào được tiếp

hop với kháng thể huỳnh quang mà không có hạt nano

Cường độ đo đuợc là (356±64)xl0' (đơn vị tùy ý) gấp 2,6

lằn cường đò lẩn tnrỏc Các kál qua trẽn cho thây ràng, quá

trinh tách lọc tế bào sứ dụng tưong tác kháng

nguyên-kháng thế đà thành công Không những thế, cường

độ huỳnh quang cùa các tê bào có hạt nano lại mạnh hom

tnrờng hợp không có hạt nano Điêu này có thẻ giai thích

huỳnh quang hám trên bẻ lĩiặt tê bào nên cưỡng độ huỳnh

quang chi do một lỏp đó phát ra; trong trường hợp cùa hạt

Iiano huvnh quang, hạt Iiano có tác dụng “ thu thập” các

klìáng Ihè huỳnh quang Irirỏc khi tiêp lurp trên bê mậi lê

hào lạo nên nhiều lớp kháng thê huỳnh quang nên độ sáng

lởn lum độ sáng cua một lóp khang thê Ngoài ra việc dèm

Hình 5 Anh chụp các lé bào trong máu từ kinh hién vi dưới ánh sáng thường (A C) và dưới chế độ phát huỳnh quang (B, D) của tế bào không được bao bọc bơi hạt nano tù tinh (A, B) và được bao bọc bới hạt

nano í ừ tính (C, D).

tế bào cùng dễ dàng hơn do không bị lẫn với các tế bào khác loại và có nhiều tá bào trên một đơn vị diện tích nên thống kê chính xác hơn Phương pháp đánh dấu tế bào kết hợp với tuyển từ như thế này rất hiệu quà trong việc đếm tế bào bạch cầu CD4* T cho các bệnh nhân bị nhiễm HỈV.

XƯ LÍ NƯỚC BỊ NH1ẺM BẢN Ngoài những ứng dụng trong sinh học, các hạt nanô từ tính còn được ứng dụng trong xứ lí nước bị ô nhiềm và hấp thụ thạch tín trong nước Đối với hạt ôxít sất, đã có rất nhiều nghiên cửu cho thấy các hạt này có khả năng hấp phụ ion độc hại trong nước, trong đó có thạch tín Nguyên

lí hấp phụ ờ đây là tĩnh điện Hạt nano khi trong mói trường dung dịch phù hợp sẽ có điện tích bể mặt Vởi hạt magnetite ơ pH trung tính thi bề mật cùa hạt sè mang điện tích âm Điện tích âm sẽ hút các ion thạch tin mang điện tích dương lên bề mặt Tuy nhiên, hạt nano không giúp cho việc xừ lí các chất thài rẳn lơ lửng trong nước Nghiên cứu của chúng tôi cũng tập trung vào khả năng hấp phụ thạch tín lên bẽ mặt hạt nano magnetite Tuy nhiên có những điểm khác biệt sau Thứ nhất, magnetite dề bị ôxi hóa nên

từ tính giảm, nếu dùng quá trình tách từ sẽ kém hiệu quá việc thay thế một phân Fe2+ bàng các ion kim loại khác như

Ni hoặc Co trong magnetite sẽ làm giam kha nâng ô xi hóa

mà vần không làm thay đồi đến kha năng hấp thụ Thứ hai

là chúng tôi kết hợp với một phương pháp x ứ lí nước có từ lầu đòi là phèn chua vói hạt nano từ tính đế gia tăng quá trình lảng đọng cliảt thái răn lơ lưng và xử lí ion độc hại.

Fe,.(/N i>Fe 20 4 (mầu N i) (jc, y = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5) được chẻ tạo bàng phương pháp đồng kết tua giống như hạt magnetite Chi khác ơ chỗ, một phẩn muối FeCI: được thay thế tương ứns bẳne N iC l: và C oC k

Dung dịch nước có chứa 0.1 mg/| A s3* được tạo thanh

một cách nhản tạo Trong mồi thi nghiệm về khá nãne liâp phụ asen cua hạt nano 100 ml dung dịch sẽ được khuả> với hạt nano bâng máy khuâ\ từ trong thời tíian