Tìnhhìnhđăng kýsángchếv ềvậtliệunanotừở 3quốcgiaM ỹ,TrungQu ốcvà HànQuốc23 III.. chấmlượngtửquantumdot đã đượcnghiêncứurộngrãibởic á c nhàkhoahọcdocáctínhchấtđặcbiệtcủavậtliệunanobándẫnk
Trang 1-1-SỞKHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆTP.HCMTRUNGTÂMTHÔNGTINKHOA HỌCVÀCÔNGNGHỆ
Trang 2-2-TP.HồChíMinh, 12/2014
Trang 3ẬTLIỆUNANOTỪT R Ê N T H ẾGIỚIVÀTẠI VIỆTNAM 3
1 Vậtliệutừ 4
2 Chếtạohạtnano từtính 5
2.1 Phươngphápnghiền 5
2.2 Phươngpháphóahọc 5
3 Lịchsửpháttriểnvàtriển vọngtươnglaicủavậtliệunanotừ 7
4 Tình hìnhnghiêncứu,sảnxuất vàứngdụngvậtliệunanotừ 9
5 Một sốứngdụngcủahạtnanooxítsắttừtrongysinh học 10
II PHÂNTÍCHXUHƯỚNGNGHIÊNCỨUVÀỨNGDỤNGVẬTLIỆUNANOTỪT R ON G N Ô N G N G H I ỆP,THỦYS ẢNV À Y S I N H H ỌCT R Ê N C Ơ SỞS ỐLIỆUSÁNGCHẾ.17 1 Tình hìnhđăngkýsángchếvềvậtliệunanotừtheo thờigian 17
2 Tình hìnhđăngkýsángchếvềvậtliệunanotừtheo quốcgia 18
3 Tình hìnhđăngkýsángchếvềvậtliệunano từtheobảngphânloạisángchếquốctế(IPC) 22
4 Tìnhhìnhđăng kýsángchếv ềvậtliệunanotừở 3quốcgiaM ỹ,TrungQu ốcvà HànQuốc23 III GIỚITHIỆUCÔNGTRÌNHNGHIÊNCỨUẬTLIỆUNANOT ỪTẠIVIỆNKHOAH ỌCVẬ TL I ỆUỨ NGDỤNG/VIỆNVẬTL Ý TP.HỒC H Í MINH 24
1 Tìnhhìnhnghiêncứukhoahọcvàvậtliệunano,nanotừtạiViệnKhoahọcVậtliệuỨngd ụng– ViệnVậtlýTP.HCM 24
2 MộtsốkếtquảnghiêncứutạiphòngthínghiệmcủaViệnKhoahọcVậtliệuỨngdụng– ViệnVậtlýTP.HCM 26
2.1 Tổnghợp CdSe 26
2.2 TổnghợpCdSe/ZnS 27
2.3 Tổnghợp chấm lượngtửcấutrúclõi vỏCdSe/Cds 28
2.4 Chếtạohạtnano Fe 3 O 4v à CdSe/ZnSđượcbọctronglớppolymer 30
2.5 Nghiêncứutổnghợpnano-chitosan 34
2.6 Tổnghợp cáchạt nano oxitsắtphủSiO 2v à Auvớicấutrúclõi vỏ 37
3 Kếtluận 38
TÀI LIỆU THAMKHẢO 39
Trang 4chấmlượngtử(quantumdot) đã đượcnghiêncứurộngrãibởic á c nhàkhoahọcdocáctínhchấtđặcbiệtcủavậtliệunanobándẫnkhácvớivậtliệukhối.Cùngmộtchấtnhưngnhữngchấmlượngtửcókíchthướckhácnhaus ẽphátxạracácmàukhácnhaudướiánhsánghồngngoạihoặctửngoại.Lợidụngtínhchấtnày,mộtloạtcácứngdụngtrongnhiềungànhkhácnhauđãđượcđ ề xuất:Laser,điốtphátquang(đènLed),bộtáchsóngquanghồngngoại,vàđánhdấuhuỳnhquang:hànghóa,chứngtừ,tiềngiấy Ngoàira,cònứngdụngrấtnhiềutrongy–sinhhọc:đánhdấutếbào,mô,dòungthư
Nổibậtgiữabứctranhmuônmàuđược“vẽ”lạidưới“ngòibút”củacơhọclượngtửấy,làvậtliệunanotừtínhvàvậtliệunanobándẫn.VớinhữngđạidiệntiêubiểulàvậtliệunanooxítsắtsiêuthuậntừFe3O4(Superparamagneticironoxidenanoparticle)vớisựtồntại
các“biêngiớimỏngmanh”đô-mentrênđà
cựctiểuhóavàcácmômentừđangquaytheochiềubiếnthiêncủatừtrườngvớimộts ự“nhạycảm”hếtsứctinhtế…
Cùngcácloạichấmlượngtửbándẫn(QuantumDots)với“ràocản”mangtêngiếngthếđãdựngnênnhững“nhàgiamlượngtử”c ầmtùcácelectronvớinhữngtínhchấtquang-điệnưuviệtđãđượcnghiêncứuvàứngdụngngàycàngrộngrãitrongkhoahọc kỹthuật,côngnghệviđiệntử,y-sinhhọccũngnhư cácmặtkháccủađờisống
Cácchấmlượngtửcóthểđượcchếtạobằngnhiềuphươngpháp.Trongđó,phươngpháphóaướtColloid(phươngphápt ổ nghợpt ừnhữnghóac h ấtcầnthiết)l à phươngphápkháphổbiếnvìnhữnglợiíchvềkinht ế,kháđơngiảntrongcáchlàmvàphùhợpvớiđiềukiệnhiệnnaycủaViệtNam
Cónhiềuhợpchấtbándẫn(CdS,ZnS,CdSe,CdTe,ZnO,GaP )trongđóc h ấmlượngtửCdSe,CdSđượcchútrọngnhiều.Trongcácnghiêncứugầnđây,mộtlớpCdSđượcpháttriểnxungquanhCdSeđểtạothànhmộtcấutrúclõi/
vỏđ ể
tăngcườngsựphátsángđồngthờihạnchếcáccặpe-lỗtrốngởxungquanhC d S e vàcáckhuyếttậttrênbềmặtchấmCdSe.Ngoàira,nếucácchấmlượngtửnàycóthểkếthợpvớicáchạtnanotừsẽlàmtăngcôngdụngcủachúnglênrấtnhiều
Trang 5Chúngtaquantâmđếnvấnđềtạorahạtvicầuđachứcnăngchứahạtnanot ừvàchấmlượngtửCdSe/
CdSnhằmrútngắnthờigianvànângcaođộchínhx á c trongcácứngdụngđặcbiệt,nhưlàtrongysinhdùngvàomụcđíchchuẩnđoánkịpthờivàđiềutrịthíchhợp
Nhưmộtvấnđềkháchquanmangtínhtấtyếu,y-sinhhọchàmchứamộtsứmạngtolớnvàquantrọngvớiviệcnghiêncứuvềcácloạibệnh,cáccấutrúctếbào,protein,mãgen…đãđặtrachongànhy-
sinhhọcnhữngbàitoánphứctạpc h ứanhiềuthamsốv à cácẩ nsốvớinhững“giớihạn”v
ô cùngn h ỏ Đểgiảinhữngbàitoánmangtínhthácht hứcấy,khoahọcvậtliệunóichungvàcôngnghệnanonóiriêngđãđượcsửdụngnhưmộtchiếcchìakhóavạnnănggiúphél ộd ầncánhc ửac ủat ạohóađể“chạm”vàonhữngc ấutrúcc ấuthànhnêns ựsống,mởramộtkỷnguyênmớitrongviệcnghiêncứuvàđiềutrịcácloạibệnhnany
Cóthểthấy,vậtliệunanotừcónhucầupháttriểntolớndocácyêucầutrongthựctếvềtiếtkiệmnănglượng,nguyênvậtliệuvànhucầuvềbảovệmôitrường
Nócócácứngdụngcơbảntrongysinhhọc,trongkỹthuậtvàđờisống
1 Vậtliệutừ:
Bấtcứvậtliệunàođềucósựhưởngứngvớitừtrườngngoài(H),thểhiệnbằngđộtừhóa(từđộ-M).Tỷsốχ=M/Hđược gọilàđộcảmtừ.Tùythuộcvàogiátrị,độcảmtừcóthểphânralàmcácloạivậtliệutừkhácnhau.Vậtliệucóχ
<0(~-10-6)đượcgọilàvậtliệunghịchtừ.Vậtliệucóχ>0(~10-6)đượcgọilà
vậtliệuthuậntừ.Vậtliệucóχ>0vớigiátrịrấtlớncóthểlàvậtliệusắttừ,ferritừ.Ở đây,v ậ t liệutừtínhngụý làvậtliệusắttừ,f e rr i t ừhoặcsiêuthuậntừ.Ngoàiđộcảmtừ,mộtsốthôngsốkháccũngrấtquantrọngtrongviệcxácđịnhtínhchấtcủavậtliệu,vídụnhư:từđộbãohòa(từđộđạtcựcđạitạitừtrườnglớn),từ
dư(từđộcòndưsaukhingừngtácđộngcủatừtrườngngoài),lựckhángt ừ(từtrườngngoàicầnthiếtđểmộthệ,saukhiđạttrạngtháibãohòatừ,bịkhửtừ)
Nếukíchthướccủahạtgiảmđếnmộtgiátrịnàođó(thôngthườngtừvàichođếnvàichụcnanômét),phụthuộcvàotừngvậtliệucụthể,tínhsắttừvàf erri từbiếnmất,chuyểnđộngnhiệtsẽthắngthếvàlàmchovậtliệutrởthànhvật liệusiêuthuậntừ.Đốivớivậtliệusiêuthuậntừ,từdưvàlựckhángtừbằngkhông.Điềuđócónghĩalà,khingừngtácđộngcủatừtrườngngoài,vậtliệusẽkhôngcòntừtínhnữa,đâylàmộtđặcđiểmrấtquantrọngkhidùngvậtliệunàychocácứngdụngysinhhọc.Hạtnanôtừtínhdùngtrongysinhhọccầnphảithỏamãnbađiềukiệnsau:tínhđồngnhấtcủacáchạtcao,từđộbãohòalớnvàv ậ t liệucótínhtươnghợpsinhhọc(khôngcóđộctính).Tínhđồngnhấtvềkích
Trang 6thướclàtínhchấtliênquannhiềuđếnphươngphápchếtạocòntừđộbãohòavàtínhtươnghợpsinhhọcliênquanđếnbảnchấtcủavậtliệu.Trongtựnhiên,sắt(Fe)làvậtliệucótừđộbãohòalớnnhấttạinhiệtđộphòng,sắtkhôngđộcđốivớicơthểngườivàtínhổnđịnhkhilàmviệctrongmôitrườngkhôngkhínêncá c vậtliệunhư ô-xítsắtđượcnghiêncứurấtnhiềuđểlàmhạtnanotừtính.
2 Chếtạohạtnanotừtính:
Hạtnanotừtínhcóthểđượcchếtạotheohainguyêntắc:vậtliệukhốiđượcnghiềnnhỏđếnkíchthướcnano(top-
down)v à hìnhthànhhạtnanot ừ c á c nguyêntử(bottomup).Phươngphápthứnhấtgồmcácphươngphápnghiềnvàbiếndạngnhưnghiềnhànhtinh,nghiềnrung.Phươngphápthứhaiđượcphânthànhhailoạilàphươngphápvậtlý(phúnxạ,bốcbay, )vàphươngpháphóahọc(phươngphápkếttủatừdungdịchvàkếttủatừkhíhơi, ).Phầndướiđâyc h ỉ trìnhbàysơlượcnhữngphươngphápphổbiếnnhất
2.1 Phươngphápnghiền:
Phươngphápnghiềnđượcpháttriểnt ừ r ấ t s ớ m đ ể c h ế tạochấtlỏngt ừ dùngcho
c á c ứngdụngvậtlýnhưtruyềnđộngt ừ môitrườngkhôngkhívàobuồngchânkhông,l à
m c h ấ t dẫnnhiệttrongcácloacôngsuấtcao, Trongnhữngnghiêncứuđầutiênvềchấtlỏngtừ,vậtliệutừtínhô-xítsắtFe3O4đượcnghiềncùngvớichấthoạthóabềmặt(a-
xítOleic)vàdungmôi(dầu,hexane).Chấthoạthóabềmặtgiúpchoquátrìnhnghiềnđượcdễdàngvàđồngthờitránhc á c hạtk ế t tụvớinhau.Saukhinghiền,sảnphẩm phảitrảiquamộtquátrìnhphântáchhạtrấtphứctạpđểcóđượccáchạttươngđốiđồngnhất.Phươngphápnghiềncóưuđiểmlàđơngiảnvàchếtạođượcvậtliệuvớikhốilượnglớn.Việct h a y đổichấthoạthóabềmặtvàdungmôikhôngảnhhưởngnhiềuđếnquátrìnhc h ế tạo
Nhượcđiểmcủaphươngphápnàylàtínhđồngnhấtcủacáchạtnanokhôngc a o vìkhócóthểkhốngchếquátrìnhhìnhthànhhạtnano.Chấtlỏngtừchếtạobằngphươngphápnà
y thườngđượcdùngchocác ứngdụngvậtlý
2.2 Phươngpháphóahọc:
Phươngpháphóahọcđểchếtạoc ác hạtnanot ừ cũngđượcpháttriểntừlâu.Phươngpháphóahọccóthểtạoracáchạtnanovớiđộđồngnhấtkhácao,rấtthíchhợpchophầnlớncácứngdụngsinhhọc.Nguyêntắctạohạtnanobằngphươngpháphóahọclàkếttủatừmộtdungdịchđồngnhấtdướicácđiềukiệnnhấtđịnhhoặcpháttriểnhạttừthểhơikhimộthóachấtbanđầubịphânrã
Trongphươngphápkếttủatừdungdịch,khinồngđộcủachấtđạtđếnmộttrạngtháibãohòatớihạn,trongdungdịchsẽxuấthiệnđộtngộtnhữngmầmkết
Trang 7tụ.Cácmầmkếttụđósẽpháttriểnthôngquaquátrìnhkhuyếchtáncủavậtchấtt ừ dungdịchlênbềmặtcủacácmầmchođếnkhimầmtrởthànhhạtnano.Đểthuđượchạtc ó độđồngnhấtcao,ngườit a cầnphântáchhaigiaiđoạnhìnhthànhmầmvàpháttriểnmầm.Trongquátrìnhpháttriểnmầm,cầnhạnchếsựhìnhthànhcủanhữngmầm mới.
Cácphươngphápsauđây
lànhữngphươngphápkếttủatừdungdịch:đồngk ế t tủa,nhũtương,polyol,phânl y nhiệt Phươngphápđồngk ế t tủal à mộttrongnhữngphươngphápthườngđượcdùngđểtạocáchạtô-xítsắt.Hydroxides ắ t bịô-xihóamộtphầnbằngmộtchấtô-xihóakháchoặctạohạttừFe+2v àFe+3trongdungmôinước.Kíchthướchạt(4-
15nm)vàđiệntíchbềmặtđượcđiềukhiểnbằngđộpHvàiontrongdungdịch.Nhũtương(microemulsion)cũnglàmộtphươngphápđượcdùngkháphổbiếnđểtạohạtnano.Cáchạtdungdịchnướcbịbẫybởicácphântửchấthoạthóabềmặttrongdầu(cácmixen).Dosựgiớihạnvềkhônggiancủacácphântửchấthoạthóabềmặt,sựhìnhthành,pháttriểncáchạtnanobịhạnchếvàtạonêncáchạtnanorấtđồngnhất.Kíchthướch ạ t cóthểtừ4-
12nmvớiđộsaikháckhoảng0.2-
0.3nm.Cũngbằngphươngphápnày,ngườitacóthểchếtạohạtô-
xítsắtbaophủbởimộtlớpvàngđểtránhô-xihóavàtăngtínhtươnghợpsinhhọc.Polyollàphươngphápthườngdùngđểt ạ o cáchạtnanokimloạinhưRu,Pd,Au,Co,Ni,Fe, Cáchạtnanokimloạiđượchìnhthànhtrựctiếptừdungdịchmuốikimloạicóchứapolyol.Polyolcót á c dụngnhưmộtdungmôihoặctrongmộtsốtrườnghợpnhưmộtchấtkhửion
kimloại.Dungdịchđượcđiềukhiểnnhiệtđộđểlàmtănggiảmđộnghọccủaquátrìnhkếttủathuđượccáchạtcóhìnhdạngvàkíchthướcrấtxácđịnh.Mộtphươngphápkhácnữalàphânlynhiệt.Sựphânlycủacáchợpchấtchứasắtvớis ự cómặtcủamộtchấthoạthóabềmặtở nhiệtđộcaocảithiệnđángkểchấtlượngcủacáchạtnano
Trongphươngpháptạohạttừthểhơi,sựnhiệtphânbụihơichấtlỏngvàlaserlànhữngkĩthuậtrấttốtđểtạoratrựctiếpvàliêntụccáchạtnanôtừtính.S ự
k h á c biệtgiữanhiệtphânbụihơichấtlỏngvàlaserởtrạngtháicuốicùngcủav ậ t liệu.Ởphươngphápnhiệtphânbụihơi,hạtnanothườngkếttụthànhtừngđ á m cònởphươngphápnhiệtphânlaserthìkhông
Nguyêntắccủaphươngphápnhiệtphânbụihơilàchấtrắnđượchìnhthànhkhichấtlỏngdungdịchđượcphunvàomộtchuỗicácbìnhphảnứng.Ởđó,quátrìnhchấtlỏngbốcbay,chấtrắ nngưngtụ,quátrìnhlàmkhôvànhiệtphânxảyraởmỗihạtchấtlỏng.Kếtquảthuđượclàchấtrắnxốp.PhươngphápnhiệtphânlasersửdụnglaserCO2đểkhởiđộngvàduytrìphảnứnghóahọc.Khiápsuấtvànănglượnglaservượtquángưỡngnhấtđịnh,quátrìnhhìnhthànhhạtnanos ẽ xảyra.Kếtquảlàcáchạtnanocókíchthướcrấtnhỏ,độđồngnhấtcaovàkhôngbịkếttụ
Trang 8Mộtxuhướngkhácvềnghiêncứuứngdụngvậtliệunanocóliênquantớitrạngtháibềmặtchothấycầnthụđộnghóacáctrạngtháinàynhằmlàmgiảmthiểusựtácđộngxấuđếnhiệuquảsửdụng,đóchínhlàứngdụnglàmvậtliệuphátquanghoặcvậtliệuquangđiệntử, quangtửnóichung.
Sựkhônghoànhảo,cácliênkếthởcủanguyêntửtrênbềmặtcáchạtvậtliệunanoc
ó thểt á c độngnhưc á c b ẫ y điệnt ử hoặcl ỗ trống,dướikíchthích
Trang 9(quang,nhiệt,điện)cóthểbiếnđổicáctínhchấtvậtlý(quang,điện)củacáchạtv ậ t liệunano.
Trongrấtnhiềutrườnghợp,cáctrạngtháibềmặttrởthànhcáckênhtiêutánnănglượngkhôngphátquang,làmgiảmhiệusuấthuỳnhquangcủavậtliệuc ấ u trúcnano.Dođó,cầnphảithụđộnghóacáctrạngtháibềmặtlàmhạnchếcáckênhtiêutánnănglượnghoặcmấtmátcáchạttảiđiệnsinhradokíchthích,t ậ p trungchocácchuyểndời/
táihợpphátquang
Sựbaobọccácnguyêntửbềmặtcủahạtvậtliệunanobằngcácchấthoạtđộngbềmặthoặcbằnglớpvỏvậtliệukháccótácdụngtrunghòacácliênkếthở,cácnútkhuyếtnguyêntửtrênbềmặtcủacáchạtvậtliệunano,cótácđộngtíchcựcđếntínhchấtvậtlývàhóahọccủavậtliệu
Lựachọnvậtliệuphùhợpvànghiêncứucôngnghệchophépbọcvỏcáctinhthểnanođãtrởthànhmộthướngquantrọngtrongkhoahọccôngnghệvậtliệunano,bêncạnhviệcnghiêncứuvềchếtạocáctínhchấtquang-điện-điệntửc ủ a cácvậtliệucấutrúcnano.Lớpvậtliệuvỏthườngcócấutrúctinhthểtươngtựnhưngcónănglượngvùngcấmlớnhơn(đểgiamgiữhạttảiđiệntrongtinhthểnanolõi),bềnvớimôitrườngvàítđộchạivới
c ác tácnhânsinhhọchoặcmôitrườnghơnđể cótácdụngtrunghòa/
thụđộnghóacáctrạngtháibềmặt/
liênkếthởcủatinhthểnanovàcóvaitrònhưmộtlớpvỏbọcbảovệ,làmgiảmảnhhưởngcủamôitrườngbênngoàitớivậtliệulõicũngnhưcácquátrìnhliênquantớicá c hạttảiđiệntrongtinhthểnano
Vậtliệunanocấutrúclõi/vỏcủacácchấmlượngtử/
tinhthểnanobándẫnđanglàlĩnhvựcthuhútsựquantâmcủa cácnhànghiêncứuvềkhoahọcvậtliệunóichungvà côngnghệnanonóiriêng,nhằmđiềukhiển/
khốngchếđượccáctrạngtháibềmặtcủavậtliệu,phụcvụtốtchocá c ứngdụng.Đốivớivậtliệuphátquangnano,đểcóthểloạibỏhiệuquảcáctâmtáihợpkhôngbứcxạtạicáctrạngtháibềmặtcũngnhưđểbảotoàntínhchấtphátxạnộitạivàổnđịnhlâud à i chấtlượngcủavậtliệuquantâm,ngườitatiếnhànhbọcmộthoặchailớpvỏbándẫncóhằngsốmạngtinhthểtươngtựvàcóđộrộngvùngcấmlớnhơn(Vídụ:BọcmộtlớpnguyêntửtạocấutrúcvỏCdS,ZnSvàZnSetrênlõiCdSehoặcCdTe, hoặcInP,CuInS2)
Trang 104 Tìnhhình nghiêncứu,sảnxuấtvàứngdụngvậtliệunanotừ:
Hiệnnay,vậtliệunanotừđanghướngtớicácứngdụngtrongnôngnghiệp,thựcphẩm,y-sinhhọcpháthiệnvàchẩnđoánbệnhsớmphụcvụphòngvàchữabệnh
kơnàycóđặ c điểmlàxuấthiệntrongmáuv àvớinồngđộcaokhikhốiuungthưxuấthiệnnênnórấtcógiátrịtrongviệcchẩnđoánungthư.Mộtsốmắc-
kơđiểnhìnhnhưPSAchẩnđoánungthưtuyếntiềnliệt,AFPgiúpchẩnđoánungthưgan,CAgiúpchẩnđoánungthưvú,CEAgiúpchẩnđoánungthưbuồngtrứng.Dođó,mỗikhinghingờbịungthưmộtcơquannàođóvớicácbiểuhiệnlâmsàngchunghoặcđặcthù,bệnhnhânchỉviệcxétnghiệmtìmcácmắc-
kơấy,nếukhôngcóhoặccónhưngnồngđộquáthấpthìc o i n h ư bệnhnhânantoànhoặcvẫncònkhảnăngkiểms o á t v à điềutrịs ớ m đượcbệnh.Hoànhảotrongmôhìnhlýthuyếtlẫncáchướnggiảiquyếtvấnđề,nhưngthựct ế gặpnhiềutr ởngạilà trongc ơ thểcó hàngchụcc ơ quanvà tớihàngchụcmắc-
kơ.Vìthếkhôngthểtiếnhànhcùngmộtlúccácxétnghiệm
hoặcsinhthiếtvìgiáthànhquáđắtvàsốlượngmáu/tếbàolấyralàquánhiều.Dovậy,khinghingờcơquannàocódấuhiệubệnhlýliênquanđếnungthư,bácsĩmớichỉđịnhchobệnhnhânxétnghiệmđặc hiệucơquanđó
Tronglĩnhvựcysinhhọc,việcsửdụnghạtnantừởnhiệtđộphòngcómộtýnghĩaquantrọng
Nhiềuứngdụngtrongysinhhọcnhưchẩnđoánvàđiềutrịykhoa,đòihỏihạtnanotừphảiphântánổnđịnhtrongmôitrườngcóđộpHtrungtínhvàtươnghợpsinhhọc.Hạtnanotừdùngtrongnhữngứngdụngbêntrongvàbênngoàicơthểnhư:x á c địnhv à chiếttácht ế bào,emzym,ADNbằngphươngpháptừchocácnghiêncứubênngoàicơthể;đánhdấu,truyềnvàphânphốithuốcđếntậnmôtếbào,tăngthânnhiệtcụcbộởcácmôtếbàođãxácđịnhđểtiêudiệtcáctếbàoungthư,tăngtínhtươngphảnchoảnhcộnghưởngtừ,…bêntrongcơthể
Trang 11đãđượcxácđịnhchínhxácvàpháhủymàkhônggâyảnhhưởngđếncácmôlànhxungquanh.Quanghiêncứuchothấy,hạtnanotừtồntạitrongchấtlỏngt ừ phảikhôngmangđộct ố
v à đ ả m bảokhảnănglưuthôngdễdàngtrongcơthể.CáchạtnanooxítsắttừFe3O4v àFe2O3đượcdùngphổbiếnnhấttrongnhữngứngdụngnày,vìtuykhảnăngnhạytừ(độtừhóabãohòa)củacáchạtnàychỉđứngởmứctrungbìnhnhưngítbịoxihóahơncácvậtliệut ừcaonhưNi,Co,…
dodễ bịoxyhóavàcókhảnăngmangđộctố.HạtnanooxítsắttừFe3O4cókhảnăngđápứngđượcnhữngyêucầutrênvàđangđượcnghiêncứu,tổnghợpởViệtNam.Hiệnnay,việcchẩnđoánchínhxáccácc ă n bệnhđểcóthểđưaracácbiệnphápđiềutrịkịpthời,nhấtlàcácbệnhnanyn h ư ungthưlàvấnđềquantâmcủatoànxãhội,ngànhytế vàcácnhàkhoahọc
5 Mộtsốứngdụngcủahạtnanooxítsắttừtrongysinhhọc:
Trongnhữngnămgầnđây,việcứngdụngcôngnghệnanochoysinhhọcđượcquantâmmạnhmẽ.Nhiềuứngdụngkhácnhauvềchủđềnanođ ã đượcnghiêncứu,đặcbiệtlànhữngứngdụngdựatrênhạtnanotừnhưhạtnanooxíts ắ t từ.Các ứngdụngtậptrungchủyếutrongviệctáchchiếttếbào,phântíchADN,dẫntruyềnthuốcvàchẩnđoánbệnhbằngảnhcộnghưởngtừ(ởđâycáchạt nanooxítsắttừdùnglàmchấttăngcườngtínhtươngphảntrongảnhcộnghưởngtừ)
Trang 12Trongysinhhọc,ngườitathườngxuyênphảitáchmộtloạithựcthểsinhhọcnàođórakhỏimôitrườngcủachúngđể
làmtăngnồngđộkhiphântíchhoặcchocácmụcđíchkhác.Táchchiết tếbàosửdụngcáchạtnanot ừ tínhlàmộttrongnhữngphươngphápthườngđượcsửdụng
Quátrìnhtáchchiếtđượcchialàmhaigiaiđoạn:Đánhdấuthựcthểsinhhọccầnnghiêncứuvàtáchcácthựcthểđượcđánhdấurakhỏimôitrườngbằngt ừ trường
Việcđánhdấuđượcthựchiệnthôngquac á c hạtnanot ừ tính.H ạ tnanothườngdùnglàhạtô-
xítsắt.Cáchạtnàyđượcbaophủbởimộtloạihóachấtcótínhtươnghợpsinhhọcnhưlàdextran,polyvinylalcohol(PVA), Hóachấtbaophủkhôngnhữngcó
thểtạoliênkếtvớimộtvịtrínàođótrênbềmặttếbàohoặcphântửmàcòngiúpchocáchạtnanophântántốttrongdungmôi,tăngtínhổnđịnhcủachấtlỏngtừ.Giốngnhưtronghệmiễndịch,vịtríliênkếtđặcbiệttrênb ề mặttếbàosẽđượccáckhángthểhoặccácphântửkhácnhưcáchoóc-môn,a-
xítfolictìmthấy.Cáckhángthểsẽliênkếtvớicáckhángnguyên.Đâylàcáchr ấ t hiệuquảvàchínhxácđểđánhdấutếbào.Cáchạttừtínhđượcbaophủbởicácchấthoạthóatươngtựcácphântửtronghệmiễndịchđãcóthểtạoracácliênkếtvớicáctếbàohồngcầu,tếbàoungthưphổi,vikhuẩn,tếbàoungthưđườngtiếtniệuvàthểgolgi.Đốivớicáctếbàolớn,kíchthướccủacáchạttừtínhđôilúccũngcầnphảilớn,cóthểđạtkíchthướcvàitrămnanomét
Quátrìnhphântáchđượcthựchiệnnhờmộtgradienttừtrườngngoài.Từtrườngngoàitạomộtlựchútcáchạttừtínhcómangcáctếbàođượcđánhdấu.C á c tếbàokhôngđượcđánhdấusẽkhôngđượcgiữlạivàthoátrangoài.Lựctácđộnglênhạttừtínhđượcchobởiphươngtrìnhsau:
Trang 13Fd=6πηRΔνTrongđóηlàđộnhớtcủamôitrườngxungquanhtếbào(nước),Rlàbánkínhcủahạttừtính,Δν=νm−ν ν wl à sựkhácbiệtvềvậntốcgiữatếbàovànước.
Sơđồphântáchtếbàođơngiảnnhấtđượctrìnhbàyởhìnhsau:
Hỗnhợptếbàovàchấtđánhdấu(hạttừtínhbaophủbởimộtlớpCHHBM)đượctrộnvớinhauđểcáclênkếthóahọcgiữachấtđánhdấuvàtếbàoxảyra.Sửdụngmộtt ừ trườngngoàilàmộtthanhn a m châmvĩnh cửuđ ể tạor a mộtgradienttừtrườnggiữcáchạttếbàođượcđánhdấu
Nângthânnhiệtcụcbộ(Hyperthermia):
Phươngphápnângthânnhiệtcụcbộcáct ế bàoungt h ư màkhôngảnhhưởngđếncáctếbàobìnhthườnglàmộttrongnhữngứngdụngquantrọngkhácc ủ a hạtnanotừtính.Nguyêntắchoạtđộnglàcáchạtnanotừtínhcókíchthướctừ20-
100nmđượcphântántrongcácmôđãxácđịnh,sauđótácdụngmộttừtrườngxoaychiềubênngoàiđủlớnvềcườngđộvàtầnsốđểlàmchocáchạtnanonàyhưởngứngmàtạoranhiệtnungnóngnhữngmôđãxácđịnh.Nhiệtđộkhoảng42oCtrongkhoảng30phútcóthểđủđểgiếtchếtcáctếbàoungthư
Nghiêncứuvềkĩthuậttăngthânnhiệtcụcbộđượcpháttriểntừrấtlâuvàc ó rấtnhiềucôngtrìnhđềcậpđếnkĩthuậtnàynhưngchưacócôngbốnàothànhcôngtrênngười.Khókhănchủyếuđólàviệcdẫntruyềnlượnghạtnanophùhợpđ ể tạora
đủnhiệtlượngkhicómặtcủatừtrườngngoàimạnhtrongphạmviđiềut r ị chophép.Cácyếutốảnhhưởngđếnquátrìnhnungnóngcụcbộlàlưulượngmáuvàphânbốcủacácmô.Thựcnghiệmvàtínhtoánchobiếttỉsốphátnhiệtvàokhoảng100mW/
cm3làđủtronghầuhếtcáctrườnghợpthựcnghiệm.Tầnsố v àbiênđộcủat ừ trường thườngdùngda ođộngtrongkhoảngf = 0 , 0 5 -
1,2MHz,H<0,02T.Mậtđộhạtnanocầnthiếtvàokhoảng5-10mg/
cm3.Vậtliệudùngđểlàmhạtnanothườnglàmagnetitevàmaghemitevàcóthểcótínhsắtt
Trang 14ừhoặcsiêuthuậntừ.Phầnlớncácthínghiệmđượctiếnhànhvớihạtsiêuthuậntừ.Vìvậy,ởđâyc h ỉ giảithíchcơchếvậtlýchoh ạ t siêuthuậntừ.Vớihạtsiêu
Trang 15Các tế bào ung thư
được đánh dấu bằng hạt nanô từ Thiết bị kiểm soáttừ trường
Hệ thống điều khiển
thuậntừ,khiápdụngmộttừtrườngxoaychiềuthìhạtsẽhưởngứngdướitácdụngcủatừtrườngđó.Sựhưởngứngđượcthểhiệnbằngchuyểnđộngquayvậtl ý vàquaymômentừcủahạt.Haiquátrìnhquaynàyđượcđặctrưngbớihaithôngs ố làthờigianhồiphụcBrown( τB)v à thờigianhồiphụcNéel( τN).Lượngnhiệtthoátrađượcchobởiphươngtrìnhsau:
trongđóμ0l àtừthẩmcủamôitrường,f làtầnsốtừtrườngxoaychiều,χ’’làthànhphầnlệchphacủađộcảmtừphức(độhấpthụ),Hlàcườngđộtừtrường.Nếuchuyểnđộngcủahạtnanotừtínhlệchphasovớitừtrườngthìmộtphầnnănglượngtừchuyểnthànhnộinăngcủahệ.Mộtchấtlỏngtừđượcđặctrưngbởitốcđộhấpthụ.Vớichấtlỏngtừtốtgiátrịnà
y cóthểđạtgiátrị45W/gt ại từtrườngcỡ0,01T
Hình: Mô
tảphươngphápc h ữ abệnhbằngcác hnân g thânnhiệtcụcbộ
Sựdẫntruyềnthuốc:
Mộttrongnhữngnhượcđ i ể m q u a n trọngnhấtc ủ a h ó a t r ị liệuđól à tínhkhôngđặchiệu.Khivàotrongc ơ thể,thuốcchữabệnhsẽ phânb ố khôngtậptrungnêncáctếbàomạnhkhỏebịảnhhưởngdotácdụngphụcủathuốc,cáchđiềutrịnàyđượcxemlàmộtphươngpháptruyềnthống.Chínhvìthếviệcdùng
Trang 16cách ạ t t ừ tínhnhưl à hạtmangthuốcđếnv ị trícầnthiếttrêncơthể(thôngthườngdùngđiềutrịc á c khốiu ungthư)đ ã đượcnghiêncứut ừ nhữngnăm1970,nhữngứngdụngnàyđượcgọilàdẫntruyềnthuốcbằnghạttừtính.Cóhail ợ i íchcơbảnlà:
Thuhẹpphạmviphânbốcủathuốctrongcơthểnênlàmgiảmtácdụngphụcủathuốc
Giảmlượngthuốcđiềutrị
Hạtnanotừtínhcótínhtươnghợpsinhhọcđượcgắnkếtvớithuốcđiềutrị.Lúcnàyhạtnanocótácdụngnhưmộthạtmang.Thôngthườnghệthuốc/
hạttạoramộtchấtlỏngtừvàđivàocơthểthôngquahệtuầnhoàn.Khicáchạtđivàomạchmáu,ngườitadùngmộtgradienttừ
trườngngoàirấtmạnhđểtậptrungcáchạt vàomộtvịtrínàođótrêncơthể.Mộtkhihệthuốc/
hạtđượctậptrungtạivịtrícầnthiếtthìquátrìnhnhảthuốccóthểdiễnrathôngquacơchếhoạtđộngcủac á c enzymhoặccáctínhchấtsinhlýhọcdocáctếbàoungthưgâyranhưđộpH,quátrìnhkhuyếchtánhoặcsựthayđổicủanhiệtđộ.Quátrìnhvậtlýdiễnratrongviệcdẫntruyềnthuốccũngtươngtựnhưtrongphântáchtếbào.Gradientt ừ trườngcótácdụngtậptrunghệthuốc/
hạt.Hiệuquảcủaviệcdẫntruyềnthuốcphụthuộcvàocườngđộtừtrường,gradienttừtrường,
thểtíchvàtínhchấttừcủah ạ t nano.Cácchấtmang(chấtlỏngtừ)thườngđivàocáctĩnhmạnhhoặcđộngmạchnêncácthôngsốthủylựcnhưthônglượngmáu,nồngđộchấtlỏngtừ,thờigiantuầnhoànđóngvaitròquantrọngnhưcácthôngsốsinhlýhọc,điểnhìnhnhư:khoảngcácht ừ v ị trícủathuốcđếnnguồnt ừ t r ư ờ n g , mứcđ ộ liênkếtthuốc/
Trang 17hạt,vàthểtíchcủakhốiu.Cáchạtcókíchthướcmicrômét(tạothànhtừnhữnghạtsiêuthuậntừcókíchthướcnhỏhơn)hoạtđộnghiệuquảhơntronghệ
Trang 18thốngtuầnhoănđặcbiệtlă ởcâcmạchmâulớnvăcâcđộngmạch.NguồntừtrườngthườnglănamchđmNdFeBcóthểtạoramộttừtrườngkhoảng0,2Tvăgradientt ừ t r ư ờ n gkhoảng8 T/mv ớ i độngmạchđùiv ă khoảng100T/
mvớiđộngmạchcổ.Điềunăychothấyquâtrìnhdẫnthuốcbằnghạtnanotừtínhcóhiệuquảởnhữngvùngmâuchảychậmvăgầnnguồntừtrường.Tuynhiín,khic â c hạtnanochuyểnđộngở gầnthănhmạchmâuthìchuyểnđộngc ủ a chúngkhôngtuđntheođịnhluậtStokenínvớimộtgradienttừ trư ờn g nhỏh ơ nquâtrìnhdẫnthuốcvẫncótâcdụng
Fe2O3)baophủxungquanhbởimộthợpchấtcaophđntửcótínhtươnghợpsinhhọcnhưPVA,detranhoặcsilica.Chấtbaophủcótâcdụngchứcnănghóab ề mặtđểcóthểliínkếtvớicâcphđntửkhâcnhưnhóm
Câchạtnanotừtínhthườngdùnglẵ-xítsắt(magnetiteFe3O4,maghemiteα-chứccarboxyl,biotin, Nghiíncứudẫntruyềnthuốcđêđượcthửnghiệmrấtthănhcôngtrínđộngvật,đ ặ c biệtnhấtlădùngđểđiềutrịunêo.Việcdẫntruyềnthuốcđếncâcunêorấtkhókhănvìthuốccầnphảivượtquahăngrăobăngcâchgiữanêovămâu,nhờc ó trợgiúpcủahạtnanot ừ cókíchthước10-
20nm,việcdẫntruyềnthuốccóhiệuquảhơnrấtnhiều.Việcâpdụngphươngphâpnăyđốivớingườituyđêcómộtsốthănhcông,nhưngcònrấtkhiímtốn
Cơ chếdẫntruyềnthuốcnhắmđíchnhằmđiềutrịungthư trongcơthểngườitrínnền tảngvậtliệunanocompostienhạycảmnhiệtđộ
Trang 19Chấttăngtínhtươngphảnchoảnhcộnghưởngtừ(MRI_MagneticResonanc eImaging):
Ảnhcộnghưởngt ừ ( M R I ) dựatrêns ự cộnghưởngt ừ hạtnhâncủacácprôtôntrongphântử,c h ủ yếulànướctồntạitrongmôt ế bào.Vìmôitrườngxungquanhcủamỗimôtếbàothayđổiphụthuộcvàovịtrícủachúngtrongcơthể,nêncóthểdùngMRI
γBB0củaprôtônthìsựh ấ p thụcộngh ư ở n g s ẽ x ả y r a Vớihạtnhânnguyêntửhiđrô1H,tỉsốtừhồichuyểnγB=2.67x108Rad.s-1.T-
1
.TầnsốtuếsaiLarmorsẽtươngứngvớitầnsốsóngvôtuyếnvàcógiátrịlà42,57MHz.Khichỉcómặt
củatừtrườngcốđịnh,prôtônsẽtuếsaixungquanhhướngcủatừtrường.Khitừtrườngxoaychiều đượcphátra,mặcd ù c ư ờ n g độcủat ừ trườngn à y yếuh ơ nnhiềusovớitừtrườngcốđịnhnhưngvìtầnsốcủanóđúngbằngtầnsốtuếsainênmômentừcủaprôtônsẽhướngtheophươngcủatừtrườngxoaychiều,tứcl à vuônggócvớitừtrườngcốđịnh.Khitừtrườngxoaychiềungừngtácđộng,mômentừsẽtrởlạiphươngcủatừtrườngcốđịnh
Quátrìnhhồiphụcphụthuộcvàohaithôngsố,đólà,thờigianhồiphụcdọcT1vàthờigianhồiphụcngangvớip h ư ơ n g t ừ trườngcốđịnhT2chob ở i côngthức:
tlàthờigianvàφlàhằngsốpha.T1đ ặ ctrưngchosựmấtmátnhiệtlượngramôitrườngxungquanh,T2đ ặ ctrưngchosựlệchphacủaprôtônvới
từtrườngxoaychiều.TuynhiênsựlệchphacóthểdosựbấtđồngnhấtcủatừtrườngnêngiátrịT2đ ư ợ cthaythếbằnggiátrịT2*:
ΔB0làs ự biếnthiênc ủ a t ừ t r ư ờ n g c ố địnhcóthểd o s ự biếndạngđịaphươngcủatừtrường hoặcdosựthayđổicủađộcảmtừ
Trang 20xítsắthoặchợpchấtchứaGdthườngđượcsửdụngnhưtácnhânlàmtăngđộtươngphảntrongcộnghưởngtừ.Sựcómặtcủachúngl à m nhiễuloạnt ừ trườngđịaphươngnênl à m t
h a y đ ổ i giátrịT2*rấtnhiều.GiátrịcủaT1cũngthayđổinhưngởmứcđộyếuhơn.Dựatrênđặctínhc ủ a từngmôtrongcơthể,tùyloạimômàđộhấpthụhạtnanomạnhhayyếu.Víd ụ, hạtnanocókíchthước30nmđượcbaophủdextrancóthểnhanhchóngđivàoganvàtìtrongkhinhữngcơquankhácthìchậmhơn.Nhưvậy,mậtđộhạtnanoởcáccơquanlàkhácnhau,dẫnđếnsựnhiễuloạntừtrườngđịaphươngcũngkhácnhaulàmtăngđộtươngphảntrongảnhcộnghưởngtừdothờigianhồiphụcbịthayđổikhiđitừmônàyđếnmôkhác
Đâylàphươngpháptiêntiếnnhấthiệnnayđểchẩnđoánmộtcáchchínhx á c cáccănbệnh,đặcbiệtlànhữngcănbệnhnanynhưungthư.Phươngphápnàycóthểchotaphânbiệtđượccáckhốiulànhtínhhaykhốiuáctính,đãbịdicănchưa,đểcóthểcóbiệnphápđiềutrịthíchhợpvàkịpthời
Trang 21làmộtnhánhnghiêncứurấtđượcquantâmtrongthờigiangầnđâyvìsựcộnghưởngcủa2đặcđiểm:kíchthướcnanovàtừtrường.Chínhnhờnhữngđặcđiểm
nổibậtnàymàvậtliệunanotừđangcótiềmnăngứngdụngtrongnhiềulĩnhvực
TheonguồnCơsởdữliệuWipsglobalmàTrungtâmtiếpcậnđược,từnăm1992đãcósángchếđăngkýbảohộvềvậtliệunanotừ,vàtừđóđếnnayđãcóhơn1000sángchếđăngkýbảohộvềvấnđềnày
97 100