KHOA VÀ CÔNGgust.edu.vn/media/26/uftai-ve-tai-day26803.pdf · làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật.....123 5.2.2. Thử nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ________________________________________________

LÊ THẾ TÂM

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TỪ TRÊN

NỀN OXIT SẮT SIÊU THUẬN TỪ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG

DỤNG CHỤP ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 9.44.01.13

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ________________________________________________

LÊ THẾ TÂM

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TỪ TRÊN

NỀN OXIT SẮT SIÊU THUẬN TỪ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG

DỤNG CHỤP ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 9.44.01.13

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS. TRẦN ĐẠI LÂM

PGS. TS. NGUYỄN HOA DU

Hà Nội - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn

của GS.TS. Trần Đại Lâm và PGS.TS. Nguyễn Hoa Du. Các số liệu, kết quả sử dụng

trong luận án được trích dẫn từ các bài báo đã được sự đồng ý của các đồng tác giả. Các

số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình

nào khác.

Tác giả luận án

Lê Thế Tâm

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất của mình tới

GS.TS. Trần Đại Lâm và PGS.TS. Nguyễn Hoa Du - những người Thầy hướng dẫn và

thầy giáo TS. Lê Trọng Lư vì đã đã dành cho tôi sự động viên, giúp đỡ tận tình và những

định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Bản luận án này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ của các đồng

nghiệp. Tôi xin được cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ đầy hiệu quả của TS. Phạm Hồng

Nam, TS. Vương Thị Kim Oanh, NCS. Nguyễn Thị Ngọc Linh, CN. Lê Thị Thanh Tâm

và các cán bộ Phòng Vật liệu nano y sinh, Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn - Viện

Khoa học vật liệu (VKHVL), Phòng Kỹ thuật điện, Điện tử - Viện Kỹ thuật nhiệt đới

(VKTNĐ) - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VHLKHCNVN), vì sự

giúp đỡ thực hiện các phép đo và sự quan tâm động viên hết sức quý báu với tôi trong

quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ bộ môn Mô phôi và Tế bào thuộc Khoa

Sinh học Trường đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHKHTN) - Đại học Quốc gia Hà Nội

(ĐHQGHN), và Phòng Sinh học thực nghiệm - Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên

(VHHHCTN), VHLKHCNVN vì những hợp tác nghiên cứu trong các ứng dụng y sinh.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới BS. ThS Nguyễn Thị Hường, BS. Nguyễn

Văn Đông và các cán bộ Khoa chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Quốc tế Vinh vì sự giúp

đỡ thực hiện các phép đo và những bàn luận khoa học quý báu.

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của cơ sở đào tạo

là Học viện Khoa học và Công nghệ cùng VKHVL, VKTNĐ - VHLKHCNVN, và Viện

Công nghệ Hóa sinh - Môi trường, trường Đại học Vinh cơ quan mà tôi công tác, trong

quá trình thực hiện luận án.

Luận án được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu cấp nhà nước,

Chương trình nghiên cứu khoa học công nghệ trọng điểm quốc gia phát triển công

nghiệp Hóa dược đến năm 2020 của GS. Trần Đại Lâm, Viện Khoa học vật liệu

(VKHVL) - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, và đề tài nghiên cứu khoa

học cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo với mã số B2019-TDV-03 (Lê Thế Tâm). Luận án được

thực hiện tại Phòng Vật liệu nano y sinh và Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn

(VKHVL, VHLKH NVN); Phòng Kỹ thuật Điện - Điện tử (Viện Kỹ thuật nhiệt đới,

VHLKH NVN) và Viện Công nghệ Hóa sinh - Môi trường, trường Đại học Vinh.

Tôi cũng xin được cảm ơn tới Ban lãnh đạo Viện CNHS-Môi trường, trường Đại

học Vinh, bộ phận quản lý đào tạo Viện Hóa học đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất

cho tôi trong quá trình thực hiện bản luận án.

Sau cùng, tôi muốn gửi tình cảm yêu thương nhất và sự biết ơn tới vợ, con, bố,

mẹ, cũng như tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ, động

viên để tôi vượt qua khó khăn hoàn thành tốt nội dung nghiên cứu trong bản luận án

này.

Hà Nội, ngày 26 tháng 04 năm 2019

Tác giả luận án

Lê Thế Tâm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL VÀ PHƯƠNG PHÁP

CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP MRI ...................................... 5

1.1. Cấu trúc và tính chất của vật liệu ferit spinel .......................................................... 5

1.1.1. Cấu trúc của vật liệu ferit spinel ........................................................................... 5

1.1.2. Tính chất từ của vật liệu ferit spinel ..................................................................... 6

1.1.3. Vật liệu siêu thuận từ ............................................................................................. 8

1.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano từ trong và ngoài nước ................................. 12

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................... 12

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................... 15

1.3. Các phương pháp chế tạo chất lỏng từ .................................................................. 17

1.3.1. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano từ ....................................................... 17

1.3.2. Các công nghệ bọc hạt trong dung môi nước ..................................................... 23

1.3.3. Các quy trình chuyển pha từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước ................. 29

1.4. Các ứng dụng trong y sinh ..................................................................................... 34

Kết luận chương 1 ........................................................................................................ 47

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ............................................................... 48

2.1. Chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt ...... 48

2.1.1. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................. 48

2.1.2. Quy trình chế tạo hạt nano Fe3O4 ....................................................................... 48

2.1.3. Quy trình chế tạo chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan ............................................ 49

2.2. Tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt ........................... 52

2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ................................................................... 57

2.3.1. Quy hoạch thực nghiệm ...................................................................................... 57

2.4. Các phương pháp đặc trưng ................................................................................... 62

2.4.1. Nhiễu xạ tia X ..................................................................................................... 62

2.4.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại ...................................................................................... 63

2.4.3. Phân tích nhiệt .................................................................................................... 63

2.4.4. Hiển vi điện tử .................................................................................................... 64

2.4.5. Phổ tán xạ laze động (DLS) ................................................................................ 67

2.4.6. Phương pháp đánh giá độc tính của chất lỏng từ lên tế bào ung thư và tế bào lành .. 67

2.4.7. Đo và chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) ................................................. 70

Kết luận chương 2 ........................................................................................................ 74

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe TỔNG HỢP BẰNG

PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT ................................................................................. 75

3.1. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu .................................... 76

3.2. Đặc trưng về cấu trúc và hình thái của hạt nano từ tính Fe3O4 bọc chitosan ......... 83

3.3. Đặc trưng về độ bền của hệ chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan ............................... 88

3.4. Thử nghiệm đánh giá độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan ................ 90

Kết luận chương 3 ........................................................................................................ 95

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN OXIT SẮT TỔNG

HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY NHIỆT ................................................... 96

4.1. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi và nhiệt độ lên tính chất của hạt Fe3O4 ......... 96

4.1.1. Đặc trưng cấu trúc, hình thái của hạt nano Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp phân

hủy nhiệt ....................................................................................................................... 97

4.1.2. Tính chất từ ....................................................................................................... 100

4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên tính chất của hạt Fe3O4 ........................ 101

4.2. Chế tạo chất lỏng từ chứa hạt nano từ tính Fe3O4 bọc bằng PMAO ................... 104

4.3. Thử nghiệm đánh giá độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4 chuyển pha và bọc bằng

PMAO ......................................................................................................................... 109

Kết luận chương 4 ...................................................................................................... 113

CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG ĐỘ HỒI PHỤC r1, r2, THỬ NGHIỆM ĐỘC TÍNH VÀ

ĐÁNH GIÁ ĐỘ TƯƠNG PHẢN ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP ẢNH CỘNG

HƯỞNG TỪ MRI ...................................................................................................... 114

5.1. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của các hệ chất lỏng từ chế tạo bằng các phương pháp

khác nhau .................................................................................................................... 114

5.1.1. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của hệ chất lỏng từ ................................................ 114

5.1.2. Đánh giá khả năng tương phản trong các môi trường khác nhau của hệ chất lỏng từ .. 118

5.2. Khảo sát khả năng ứng dụng chất lỏng từ trên động vật thí nghiệm ................... 123

5.2.1. Thử nghiệm in-vivo đánh giá khả năng ứng dụng hệ chất lỏng từ tính nano Fe3O4

làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật .................. 123

5.2.2. Thử nghiệm in-vivo đánh giá khả năng ứng dụng hệ chất lỏng từ tính nano Fe3O4

làm thuốc tương phản trong chẩn mô bệnh ung thư bằng kỹ thuật cộng hưởng từ MRI

trên động vật ............................................................................................................... 130

Kết luận chương 5 ...................................................................................................... 137

KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................. 138

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ .......................................................... 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 142

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thông số bán kính của một số ion kim loại . ................................................. 5

Bảng 1.2. Phân bố ion trong các vị trí của cấu trúc spinel. ............................................ 6

Bảng 1.3. Bảng tổng kết các loại polyme bọc hạt nano từ và các ưu điểm

của chúng ...................................................................................................................... 28

Bảng 1.4. Tín hiệu T1W và T2W của các mô/dịch cơ thể ........................................... 40

Bảng 1.5. Các chất tương phản MRI nền oxit sắt ......................................................... 44

Bảng 1.6. Các chất tương phản MRI nền oxit sắt: đặc trưng kích thước hạt, cơ quan đích,

liều sử dụng và đường truyền thuốc .............................................................................. 44

Bảng 2.1: Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm. ............ 51

Bảng 2.2: Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng từ theo từng thí nghiệm .... 51

Bảng 2.3. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta .............................. 67

Bảng 2.4 a. Chuẩn bị dãy nồng độ của hệ chất lỏng .................................................... 71

Bảng 2.4 b. Chuẩn bị dãy nồng độ của hệ chất lỏng ................................................... 71

Bảng 2.5. Các tham số chuỗi hình ảnh được sử dụng trong chụp ảnh MRI ................. 73

Bảng 3.1. Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm. ............ 76

Bảng 3.2. Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng từ theo từng thí nghiệm ....... 77

Bảng 3.3. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu quá trình tổng hợp các yếu tố. .............. 78

Bảng 3.4. Các giải pháp tối ưu với hàm lượng 3 biến xác định và giá trị hàm mong đợi

tối ưu ............................................................................................................................. 81

Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra giá trị từ độ bão hòa Ms thu được từ mô hình và thực tế ...... 82

Bảng 3.6. Các vị trí hấp thụ chính của các chất ........................................................... 84

Bảng 3.7. Hằng số mạng (a), kích thước tinh thể trung bình (DXRD), kích thước hạt trung bình

(DFESEM) của các mẫu hạt nano Fe3O4 tổng hợp ở các điều kiện phản ứng khác nhau .......... 86

Bảng 4.1. Giá trị từ độ bao gồm cả lớp vỏ và lõi (Fe3O4 +OA+OLA, PMAO), kích thước

hạt trung bình (DTEM) .................................................................................................. 100

Bảng 4.2. Hằng số mạng (a), kích thước tinh thể trung bình (DXRD), kích thước hạt trung

bình (DTEM), từ độ tại 10 kOe (Ms10kOe), lực kháng từ (Hc) của các mẫu hạt nano ...... 102

Bảng 5.1. Kết quả tính toán độ hồi phục r1, r2 và tỷ số r1/r2 cho mẫu Fe3O4@PMAO,

Fe3O4@CS và chất so sánh Resovist ......................................................................... 117

Bảng 5.2. Một số tham số chuỗi hình ảnh được sử dụng trong chụp ảnh MRI .......... 124

sau 15 phút, (d) sau 30 phút. ....................................................................................... 134

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu ferit spinel . ...................................................... 5

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể và sự sắp xếp mômen từ trong vật liệu Fe3O4. ................... 6

Hình 1.4. Đường cong từ trễ đo độ từ hóa của vật liệu siêu thuận từ (superparamagnetic,

SPM) và sắt từ (ferromagnetic, FM) với lực kháng từ Hệ từ độ bão hòa Ms, độ từ dư Mr

. ....................................................................................................................................... 9

Hình 1.5. Sự phụ thuộc lực kháng từ (Hc) của Fe3O4 vào kích thước hạt ................... 10

Hình 1.6. Mô hình thuốc lõi nano đa chức năng .......................................................... 13

Hình 1.7. Minh họa các ứng dụng của hạt siêu thuận từ Fe3O4 trong chẩn đoán ung thư

(hiệu ứng MRI) và điều trị ung thư (hiệu ứng nhiệt trị) ............................................... 14

Hình 1.8. Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp hot injection ..................................... 21

Hình 1.9. Cấu trúc của một vài chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong tổng hợp hạt

nano trong dung môi hữu cơ ......................................................................................... 22

Hình 1.10. Mô hình bọc hạt nano từ .............................................................................. 23

Hình 1.11. Các ảnh TEM: A) Các hạt nano sắt được phủ cacbon chế tạo bằng phương pháp

nổ cảm ứng nhiệt phân của ferrocene; B) Các hạt nano sắt trong một ma trận cacbon chế

tạo bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi; C) Các hạt nano coban được cacbon bảo

vệ chế tạo bằng phương pháp nhiệt phân cồn polyfurfuryl ............................................. 25

Hình 1.12. Sơ đồ minh họa bước thứ nhất của phản ứng xúc tác ngưng tụ

tetraethylorthosilicate (TEOS) ...................................................................................... 26

Hình 1.13. Các ảnh TEM của các hạt nano sắt oxit và sắt với lớp ngoài SiO2: A) Tổ hợp

keo phân tán đơn bao gồm các hạt nano hematite trong khối cầu silic 100 nm; B) Các

hạt nano hematite có dạng bát diện trong lớp vở SiO2 dày 50 nm; C) các hạt nano oxit

sắt từ trong hình cầu silic; D) Các đám nano sắt kẹp trong chất keo SiO2 . ................. 26

Hình 1.14. Các phương pháp chuyển pha hạt nano từ sang môi trường nước .............. 29

Hình 1.15. Minh họa quy trình chuyển pha ligand exchange sử dụng poly với các nhóm

chức COOH ................................................................................................................. 30

Hình 1.16. Ảnh TEM (a) và phổ DLS (b) của hạt nano Fe3O4 bọc bởi phân tử dophamine

sulfonate (DS), và quy trình tổng hợp và cấu trúc phân tử của DS (c). Hình nhỏ bên trong

(hình a) là ảnh chụp các hạt Fe3O4 bọc bởi các phân tử DS phân tán trong nước ............. 31

Hình 1.17. Minh họa quy trình chuyển pha sử dụng các amphiphilic polymer: DSPE-

PEG (phần trên), PMAO (Phần giữa) và Fluronic (phần hình dưới) ............................ 32

Hình 1.18. Mô hình quá trình bọc hệ hạt nano bằng PAA và bọc bằng PMAO ........... 32

Hình 1.19. Mô hình bọc hạt nano Fe3O4 của nhóm tác giả Sun ................................... 33

Hình 1.20. Các ứng dụng của hạt nano từ tính ............................................................. 34

Hình 1.21. Mô hình cấu tạo máy MRI. Radio Frequancy Coil: cuộn phát sóng tần số

radio, Gradient coils: cuộn gradient, Maggnet: Từ trường, Scanner: Bộ phận

quét, Patient: Bệnh nhân. Patient Table: Bàn bệnh nhân. ............................................ 36

Hình 1.22. Nguyên lý của MRI và vai trò của hạt nano từ tính làm thuốc tăng tương

phản (a) spin từ (m) của các proton nước tiến động xung quanh hướng của từ trường bên

ngoài B0; (b) sau khi áp dụng một xung RF, m tiến động công góc với B0; (c) m hồi phục

trở lại trạng thái cân bằng ban đầu của nó thông qua theo chế độ hồi phục chiều dọc (T1)

và (d) ngang (T2); (e) Khi có mặt nano từ tính, các spin của các proton nước bắt đầu tiến

động không đồng nhất dưới tác dụng bổ sung của trường lưỡng cực cục bộ(B1, gây ra

bởi các hạt nano. Do đó các hồi phục xảy ra nhanh hơn và tạo ra một tín hiệu MRI mạnh

hơn ................................................................................................................................ 37

Hình 1.23. Tạo ảnh T2, T1 điều chỉnh .......................................................................... 40

Hình 1.24. Hiệu ứng tương phản của các hạt nano từ tính trong nước ......................... 41

Hạt nano từ tính được chức năng hóa để liên kết với một số mô nhất định sẽ có tác dụng

đánh dấu hiệu quả hơn. Hiện tại có thể chia các chất tương phản làm 3 loại tương ứng

với các cơ chế T1 và theo 1 cơ chế mới phát hiện gần đây là cơ chế trao đổi bão hòa

kèm theo chuyến hóa chất ............................................................................................ 41

Hình 1.25. Cơ chế trao đổi bão hòa kèm theo chuyển hóa chất (CEST) ..................... 42

Hình 1.26. Phân loại các thuốc tăng tương phản tương ứng với các cơ chế Tl, T2 và CEST...... 43

Hình 1.27. Công thức hóa học và sản phẩm OMNISCAN của thuốc tương phản T1 . 43

Hình 1.28. Vai trò ảnh hưởng của kích thước hạt lên hình ảnh trọng T2 MRI của

Fe3O4(4, 6, 9,12 nm) trong từ trường 1,5T ................................................................... 45

Hình 1.29. Giá trị T1 và T2 và hình ảnh MRI của hợp kim nano FeCo/C, so sánh với 2

sản phẩm thương mại là Feridex và Magnevist ............................................................. 46

Hình 1.30. Chế độ chụp MRI nanohybrid, T1, T2 và multimodal ............................... 46

Hình 2.1.Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp thủy nhiệt. .............. 49

Hình 2.2. Quy trình tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4 bọc Chitosan ............................ 50

Hình 2.3. Hệ thiết bị dùng để chế tạo hệ hạt Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt (a)

và (b) sơ đồ quá trình thay đổi nhiệt độ và thời gian tổng hợp hạt nano Fe3O4. .......... 54

Hình 2.4. Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt ...... 54

Hình 2.5. Mô hình quá trình chuyển pha và bọc hệ hạt nano bằng PMAO ................. 56

Hình 2.6. Quy trình chuyển pha và bọc hạt Fe3O4 bằng PMAO .................................. 56

Hình 2.7. Sơ đồ tín hiệu của quy hoạch thực nghiệm .................................................. 58

Hình 2.8. Vùng xác định ABCD các yếu tố yếu tố ảnh hưởng và vùng lân cận .......... 60

Hình 2.9. Vùng xác định A’B’C’D’các yếu tố ảnh hưởng và vùng lân cận ................ 60

Hình 2.10. Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số mặt phẳng hữu hạn ................................... 62

Hình 2.11. Thiết bị nhiễu xạ tia X ................................................................................ 63

Hình 2.12. Sơ đồ mô tả các tín hiệu nhận được từ mẫu trong ảnh SEM ...................... 65

Hình 2.13. Kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800 .............................................. 65

Hình 2.14. Kính hiển vi điện tửtruyền qua JEOL TEM ............................................... 65

Hình 2.15. Hệ đo VSM ................................................................................................. 66

Hình 2.16. Máy đo MalvernZetasizer và Horiba SZ-100 ............................................. 67

Hình 2.17. Xác định giá trị IC50 trực tiếp dựa vào đồ thị đáp ứng liều của các dòng tế

bào khi thử thuốc với các nồng độ khác nhau .............................................................. 68

Hình 2.18. Chuẩn bị đĩa giếng chứa các mẫu chất lỏng từ: Fe3O4@PMAO, Fe3O4@CS,

Resovist và mẫu đối chứng agar 2% (trên) và sơ đồ chụp các bước chụp ảnh bằng kỹ

thuật MRI (dưới) ........................................................................................................... 72

Hình 3.1. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố theo phân tích ANOVA (p<0,05). ......... 78

Hình 3.2: Mô hình (dự đoán) so với giá trị thực nghiệm trong quá trình tổng hợp hạt

nano từ tính (MNPs) ..................................................................................................... 79

Hình 3.3: Đồ thị bề mặt đáp ứng biểu diễn sự tác động của từng cặp yếu tố (AB, AC)

đến giá trị từ độ và mức độ mong muốn theo các cặp tương tác. ................................. 80

Hình 3.4: Đường cong từ độ bão hòa của các mẫu hạt nano Fe3O4 bọc chitosan ở các

điều kiện tổng hợp khác nhau và tại điều kiện tối ưu bằng phương pháp thủy nhiệt ... 80

Hình 3.5. Đường M(H) fit theo hàm Langevin của mẫu tại điều kiện tối ưu ............... 83

Hình 3.6. Mô hình liên kết của hạt nano từ Fe3O4 với chitosan khi phân tán hạt từ trong

mạng lưới chitosan ……………………………………………………………………83

Hình 3.7. Ảnh nhiễu xạ tia X của vật liệu nano Fe3O4 tinh khiết và vật liệu nano ..... 84

Hình 3.8. Phổ FTIR của Chitosan (CS), Fe3O4 và hạt nano từ tính Fe3O4@CS .......... 85

Hình 3.9. Ảnh FESEM của mẫu Fe3O4 tổng hợp ở các điều kiện phản ứng khác nhau. ... 86

Hình 3.10. Ảnh TEM hạt Fe3O4@CS điều chế ở điều kiện khác nhau chế tạo bằng

phương pháp thủy nhiệt. ............................................................................................... 87

Hình 3.11. Ảnh TEM hạt Fe3O4@CS điều chế ở điều kiện tối ưu (nồng độ Fe3+ 0,21M;

nhiệt độ phản ứng 1650C; thời gian ủ mẫu 2 giờ 55 phút) chế tạo bằng phương pháp thủy

nhiệt (a) và giản đồ phân tích nhiệt TGA với lớp vỏ bọc CS (b) ................................. 87

Hình 3.12. Giản đồ phân bố kích thước hạt (DLS) của chất lỏng từ Fe3O4@CS tại các

giá trị pH khác nhau (a) và nồng độ muối NaCl khác nhau (b) ................................... 88

Hình 3.13. Giản đồ phân bố kích thước hạt (DLS) của Fe3O4@CS ở các nồng độ muối

100 mM (a) và 300 mM (b) .......................................................................................... 89

Hình 3.14. Quá trình quét thế Zeta của các hạt nano phân tán trong chất lỏng ở các thời

điểm khác nhau: cho 0 ngày (a), 90 ngày (b), 180 ngày (c), và (d) ảnh của huyền phù

Fe3O4@CS dưới tác động của từ trường trong phòng nhiệt độ trong 90 ngày. ............ 90

Hình 3.15. Đường cong từ hóa của các mẫu Fe3O4@CS sau 90 ngày chế tạo. Đường liền

nét là đường làm khớp theo hàm Langevin. ................................................................. 90

Hình 3.16: Hình thái của tế bào Sarcoma 180 đạt chuẩn trước khi tiến hành thử nghiệm

MTT .............................................................................................................................. 91

Hình 3.17. Phản ứng trong thử nghiêm màu MTT ....................................................... 91

Hình 3.18. Tỷ lệ sống sót của tế bào Sarcoma 180 sau khi ủ trong 48 tiếng với

Fe3O4@CS. Dãy đồng độ thử nghiệm như sau: (C1): 500 µg/ml, (C2): 250 µg/ml, (C3):

125 µg/ml, (C4): 62,5 µg/ml, (C5): 30,25 µg/ml and (C6): 15,125 µg/ml. Các giá trị

được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (SD) .............................. 92

Hình 3.19. Hình thái tế bào Sarcoma 180 quan sát dưới kính hiển vi soi ngược. CA: đối chứng

sinh học. CB: Đối chứng dung môi DMSO. Dải nồng độ chất lỏng từ Fe3O4@CS (C1): 500

µg/ml, (C2): 250 µg/ml, (C3): 125 µg/ml, (C4): 62.5 µg/ml, (C5): 30.25 µg/ml and (C6):

15.125 µg/ml. Hình ảnh quan sát dưới vật kính 20X, độ phóng đại 5.6. ........................... 93

Hình 4.1. Giản đồ XRD của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các nhiệt độ phản ứng khác

nhau trong các dung môi khác nhau ............................................................................. 97

Hình 4.2. Ảnh TEM hạt của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau trong

các dung môi khác nhau trong thời gian 1 giờ ............................................................. 98

Hình 4.3. Ảnh HRTEM hạt của các mẫu Fe3O4 được chế tạo bằng phương pháp phân

hủy nhiệt trong hỗn hợp dung môi dibenzyl ete và 1-octadecene ................................ 99

Hình 4.4. Đường cong từ hóa và đường cong từ hóa phóng đại trong vùng từ trường nhỏ

dùng để xác định Hc của các mẫu ở các nhiệt độ trong các dung môi khác nhau .......... 101

Hình 4.5. Giản đồ XRD của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các thời gian phản ứng khác

nhau trong vùng từ 0,5 đến 2 giờ tại nhiệt độ phản ứng 298 oC. ................................ 101

Hình 4.6. Ảnh TEM hạt của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các thời gian khác nhau ở

nhiệt độ phản ứng 310oC. ........................................................................................... 102

Hình 4.7. Đường cong từ hóa và đường cong từ hóa phóng đại trong vùng từ trường nhỏ

dùng để xác định Hc của các mẫu ở các thời gian khác nhau .................................... 103

Hình 4.8. Ảnh mẫu Fe3O4 trước và sau khi chuyển pha (a) và ảnh HRTEM của hạt Fe3O4

trước khi chuyển pha và bọc PMAO trong dung môi hexane và hạt Fe3O4 bọc bởi PMAO

trong nước (b) ............................................................................................................. 104

Hình 4.9. Ảnh TEM của các mẫu: Fe3O4@PMAO (a) và Fe3O4@PMAO pha loãng ... 105

Hình 4.10. Ảnh HRTEM hạt của các mẫu Fe3O4 sau khi được chuyển pha .............. 105

Hình 4.11. Phổ FTIR của Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp phân hủy nệt với lớp vỏ b bọc OA,

OLA (a), của PMAO (b) và của vật liệu sau khi chuyển pha và bọc bằng PMAO (c) .......... 106

Hình 4.12. Giản đồ TGA của Fe3O4 với lớp vỏ bọc OA, OLA chế tạo bằng phương pháp

phân hủy nhiệt (a) và sau khi bọc PMAO (b) ............................................................. 107

Hình 4.13. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO sau 1 tháng chế

tạo (a) 3 tháng (b) và sau 6 tháng chế tạo (c) ............................................................. 107

Hình 4.14. Đường M(H) ở nhiệt độ phòng của các mẫu Fe3O4, Fe3O4@PMAO ...... 108

Hình 4.15. Hình ảnh mẫu chất lỏng trong các môi trường nồng độ muối khác nhau. .... 108

Hình 4.16. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO ở các nồng độ

muối khác nhau ........................................................................................................... 109

Hình 4.17. Kết quả độc tính của hệ nano từ Fe3O4@PMAO trên ba dòng tế bào ung thư

người Hep-G2, MCF-7 và RD cùng 1 dòng tế bào lành của khỉ Vero. Nồng độ của

Fe3O4@PMAO trong đồ thì này là 25 ug/ml; DMSO được dùng làm đối chứng dung

môi và chất chuẩn pha trong DMSO được dùng làm đối chứng dương. .................... 110

Hình 4.18. Hình ảnh tế bào quan sát dưới kính hiển vi Optika 4083.B1 với vật kính 40X.

Tế bào ung thư gan Hep-G2 trong DMSO (A) và ủ với 25 ug/ml chất lỏng nano từ

Fe3O4@PMAO (B). Tế bào thận khỉ Vero trong DMSO (C) và ủ với 25 ug/ml chất lỏng

nano từ Fe3O4@PMAO (D). ....................................................................................... 110

Hình 5.1. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W, TR=

100 ms (a), TR =200 ms (b), TR =400 ms (c), TE =12 ms đối với các mẫu (A) hệ nano

từ Fe3O4@PMAO trong môi trường agar 2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi

trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3) 10,0

µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5) 25,0 µg/ml và (6) 30,0 µg/ml. .......................................... 115

Hình 5.2. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W, TE =11

ms (a), TE =23 ms (b), TE = 34 ms (c), TE= 57 ms (d), TE =91 ms (e), TE =113 ms (f),

TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO trong môi trường agar

2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong mỗi

giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3) 10,0 µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5) 25,0 µg/ml và

(6) 30,0 µg/ml. ............................................................................................................ 116

Hình 5.3. Đường cong hồi phục T2 (suy giảm về 0) đo cho các mẫu chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO (a) Fe3O4@CS (b) ở các nồng độ khác nhau. ................................... 116

Hình 5.4. Tốc độ hồi phục ngang (a) và hồi phục dọc (b) của mẫu chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO (a) và Fe3O4@CS (b). 116


Fe3O4@CS và chất so sánh Resovist ......................................................................... 117

Hình 5.5. Hình ảnh chụp MRI xác định độ hồi phục r1, r2. ....................................... 118

Hình 5.6. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W trong

môi trường nước, TE= 12 ms (a), TE =25 ms (b), TE =37 ms (c), TE =50 ms (d), TE=

62 ms (e), TE =75 ms (f), TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO

trong môi trường nước, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist) trong môi trường

agar 2%, (C) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường nước, (D) Mẫu đối chứng (không

có hạt từ) trong môi trường nước ............................................................................... 119

Hình 5.7. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W trong môi

trường nước, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =15 ms đối với các mẫu (A) hệ nano

từ Fe3O4@PMAO trong môi trường nước, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist)

trong môi trường nước, (C) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường nước, (D) Mẫu đối

chứng (không có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là .. 119


môi trường pH khác nhau, TE= 11 ms (a), TE = 23 ms (b), TE =34 ms (c), TE =57 ms

(d) đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran

(Resovist). Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong môi trường có ........... 121


môi trường pH khác nhau, TR= 100 ms (a), TR = 200 ms (b), TR =400 ms (c), TE =12

ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran

(Resovist). Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong môi trường có (1) pH =2,

(2) pH =3, (3) pH =7, (4) pH =9, (5) pH =12. ............................................................ 121


môi trường nồng độ muối khác nhau .............................................................................. 122


môi trường nồng độ muối khác nhau, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =12 ms đối

với các mẫu (A) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist), (B) Hệ nano từ Fe3O4@PMAO,

(C) Mẫu đối chứng (không có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi

giếng 45,0 µg/ml trong môi trường có nồng độ muối khác nhau (1) 50 mM, (2) 100 mM,

(3) 150 mM, (4) 200 mM. .......................................................................................... 123

Fe3O4 làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật ........ 123

Hình 5.12. Hình ảnh thỏ trước khi được đưa vào máy chụp MRI. ............................ 125

Hình 5.13. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên thận thỏ của hệ

nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL), TE= 9,2 ms, TR =659 ms đối với (A)

Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ......................... 126

Hình 5.14. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan thỏ của

hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL), TE= 9,2 ms, TR =659 ms đối với

(A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ................... 126

Hình 5.15. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan thỏ của

hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL), TE= 94 ms, TR =3571 ms đối với

(A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ................... 127

Hình 5.16. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên thận thỏ của hệ

nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL), TE= 94 ms, TR =3571 ms đối với (A)

Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ......................... 128

Hình 5.17. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano Fe3O@PMAO

ở chế độ T1W (CORONAL) trên thỏ, TE= 20 ms, TR =550 ms đối với (A) Thỏ trước khi tiêm

chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước tiêm, (b) sau tiêm. .................... 129

Hình 5.18. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano

Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên thỏ, TE= 112 ms, TR =7500 ms đối

với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước

tiêm, (b) sau tiêm 30 phút, (c) sau tiêm 60 phút. ........................................................ 129

Hình 5.19. Chuột nhắt trắng Swiss. ............................................................................ 131

Hình 5.20. Chuột trắng swiss lên u báng ở đùi sau 15 ngày tạo khối u…………….. 131

Hình 5.21. Tiêm tĩnh mạch (a) và tiêm trực tiếp tại khối u (b) trên chuột nhắt trắng.

..................................................................................................................................... 131

Hình 5.22. Một số hình ảnh chuột sau khi gây mê trước khi đưa vào chụp ảnh MRI. ... 133


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên chuột, TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột.

………………………………………………………………………………………………….133


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên khối u chuột sau khi tiêm tiêm trực tiếp

khối u, TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột. (a) không tiêm, (b) ngay sau tiêm, (c) sau

15 phút, (d) sau 30 phút. ............................................................................................. 134


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên khối u chuột sau khi tiêm theo tĩnh mạch, TE=

91 ms, TR =3970 ms trên chuột. (a) không tiêm, (b) sau 2 giờ, (c) sau 12 giờ, (d) sau 24 giờ.

..................................................................................................................................... 135


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên mô gan chuột, TE= 91 ms, TR =3970 ms

trên chuột. (a) không tiêm, (b) tiêm tĩnh mạch. .......................................................... 136

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

I. Danh mục các ký hiệu

A Tỷ số tăng sinh

Aex Hệ số tương tác trao đổi

dSP Kích thước giới hạn siêu thuận từ

EA Năng lượng dị hướng tinh thể

Ec Năng lượng dị hướng hình dạng

Hc Lực kháng từ

Hd Trường khử từ

Hext Từ trường ngoài

IC50 Nồng độ ức chế (Inhibited Concentration)

K Hằng số dị huớng từ tinh thể

K1 và K2 Hằng số dị hướng từ bậc 1 và 2

L(x) Hàm Langevin

MLag Từ độ khớp theo hàm Langevin

N Thừa số khử từ

rc Bán kính đơn đômen tới hạn

TH Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng thử với mẫu

TB Nhiệt độ khóa

Tz Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng nuôi tế bào ở thời

điểm zero lúc bắt đầu tra mẫu để thử

V Thể tích hạt

VH Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng thử với dung

môi

κ Góc giữa từ độ và trục dễ

μ0 Độ từ thẩm chân không

φ Góc giữa trục dễ của hạt nano từ và từ trường ngoài

Ms Từ độ bão hòa

Mco, Msh Từ độ lõi, từ độ vỏ

Tmax Nhiệt độ cực đại

T Nhiệt độ

T1, T1W Thời gian hồi phục spin-mạng (dọc) - Chụp MRI theo chế độ trọng T1

T2, T2W Thời gian hồi phục spin-spin (ngang) - Chụp MRI theo chế độ trọng

T2

R1 Tốc độ hồi phục dọc

R2 Tốc độ hồi phục ngang

r1 Độ hồi phục dọc

r2 Độ hồi phục ngang

B, H Từ trường

f Tần số

C Nồng độ

@ Được bọc bởi

II. Danh mục các chữ viết tắt

Tiếng Anh

AAS Atomic Absorption Spectroscopy (Phổ hấp phụ nguyên tử)

DLS Dynamic Light Scattering (Tán xạ ánh sáng động)

EDS Energy Dispersion Spectroscopy (Phổ phân tán năng lượng tia X)

FT-IR Fourier Transformation Infrared (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier)

ILP Intrinsic Loss Power (Công suất tổn hao riêng)

MIH MNPs Magnetic Inductive Heating (Đốt nóng cảm ứng từ) Magnetice Nano

Particles (Các hạt nano từ)

MRI Magnetic Resonance Imaging (Ảnh cộng hưởng từ)

PPMS Physical Property Measurement System (Hệ đo các tính chất vật lý)

SAR Specific Absorption Rate (Tốc độ hấp phụ riêng)

SEM Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

TGA Thermogrametric Analysis (Phân tích nhiệt vi trọng)

VSM Vibrating Sample Magnetometer (Từ kế mẫu rung)

XRD X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

CS Chitosan

DPA Phân tử dopamine

DSC (Differential Scaning Calorimetry) Phân tích nhiệt lượng quét vi sai

DSPE-PEG 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N [amino

(polyethylene glycol)-2000

DTA Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis)

FA Các axit béo

FC Làm lạnh có từ trường

FE-SEM Field Emission Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử

quét- phát xạ trường)

IO Iron oxide (Hạt nano oxit sắt)

OLA Oleylamine

PAA Axit polyacrylic

PEG Polyethyleneglycol

PMAO Poly (maleic anhydride-alt-1-octadecene)

PMMA Polymethylmethacrylate

SQUID Superconducting quantum interference device (Giao thoa kế lượng tử

siêu dẫn)

TEM Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua)

TOPO Trioctylphosphine oxide

ZFC Làm lạnh không có từ trường

Tiếng Việt

CHTHN Cộng hưởng từ hạt nhân

CNNNUT Công nghệ Nano Ung thư

ĐCSH Đối chứng sinh học

TBUT Tế bào ung thư

D Kích thước hạt nano

1

MỞ ĐẦU

Công nghệ nano đã và đang làm thay đổi đời sống của con người. Các nghiên cứu

từ cơ bản đến ứng dụng trong lĩnh vực này giúp chúng ta hiểu biết tường tận hơn về các

tính chất đặc biệt và lý thú của vật liệu khi ở kích thước nano, qua đó phát huy các ưu

điểm nổi bật, hạn chế và ngăn ngừa các tác hại có thể có để từng bước ứng dụng công

nghệ và vật liệu nano vào phục vụ cuộc sống ngày một tốt hơn. Hạt nano từ tính là một

ví dụ điển hình trong ứng dụng hạt nano vào lĩnh vực y sinh học do đặc điểm dễ chế tạo,

giá thành thấp và tính tương thích cao với cơ thể sống. Gần đây các ứng dụng của hạt

nano từ trong các ứng dụng y sinh, đặc biệt là trong chẩn đoán hình ảnh bằng kỹ thuật

cộng hưởng từ MRI đã thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới [49,

138, 109, 108]. Hiện nay trong chẩn đoán hình ảnh bằng chụp cộng hưởng từ MRI, các

tác nhân tương phản T1 đã trở thành thương phẩm truyền thống, đó là phức của ion

thuận từ có trị số mômen spin lớn như Gd3+ (có 7 điện tử chưa ghép cặp) [65, 111, 29,

15]. Các ion Gd3+ này được kết hợp với các phân tử như DTPA (axit dietylentriamin

penta axetic) và tạo ra các cấu trúc dạng phức vòng chelat Gd-DTPA [33]. Trong quá

trình hồi phục, sự tương tác giữa mômen từ của proton với mômen từ của các ion thuận

từ khiến cho thời gian T1 bị giảm, nhờ vậy tốc độ hồi phục R1 tăng lên. Nồng độ các

tác nhân là khác nhau trong mỗi vùng mô tế bào, do vậy mang lại hiệu quả tương phản

trên ảnh chụp MRI. Trong khoảng gần 20 năm nay, cùng với sự phát triển của công nghệ

nano hạt nano sắt oxit (iron oxide - IO) đang được nghiên cứu mạnh và thực tế đến nay

đã có nhiều dòng sản phẩm thương mại chất tăng mức độ tương phản MRI dùng loại vật

liệu sắt oxit này, chứng minh rằng các sắt oxit-MRI có thể cho chất lượng tăng mức độ

tương phản tốt hơn cả loại Gd-DTPA vì hạt sắt oxit có hệ số cảm từ lớn hơn [143, 40,

154,107, 12]. Các chất IO-MRI có thể làm giảm cả T1 và T2, tăng được tốc độ hồi phục

MRI chụp theo cả 2 chế độ chụp MRI trọng Tl và trọng T2 [96,152, 163, 131, 18]. Các

yêu cầu quan trọng đối với sản phẩm tăng tương phản ảnh MRI là hạt nano từ tính phải

có độ phân bố hạt tương đối đều và từ độ bão hòa đủ lớn, và chất bọc phải có độ tương

hợp sinh học tốt [49,75,116, 61]. Trong khi một số sản phẩm thương mại trên thế giới

như Resovist dùng chất bọc là dextran [103, 135], với hạt lõi cỡ 65nm tạo ra từ độ bão

hòa khoảng 65 emu/g. Các sản phẩm với cỡ hạt trong vùng 20-40nm như AMI-227:

Sinerem/Combidex là thích hợp với bạch huyết và xương [23]. Trong khoảng 10 năm

gần đây người ta đang nghiên cứu để chế tạo các hạt nano siêu thuận từ với cỡ hạt nhỏ

hơn 20 nm (còn được gọi là loại siêu nhỏ nếu cỡ hạt D<10 nm) và đặc biệt là các hạt sắt

oxit có đánh dấu từ nhằm mục đích chụp ảnh MRI hướng đích (targeted imaging) [24,

62, 118, 95, 122]. Tại Việt Nam, cho đến nay việc chế tạo các hạt nano nói chung và hạt

2

nano từ nói riêng đã được tập trung nghiên cứu theo hai phương diện: Nghiên cứu cơ

bản và nghiên cứu định hướng ứng dụng. Các kết quả nghiên cứu sâu sắc được công bố

chủ yếu từ các cơ sở nghiên cứu mạnh như: Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Bách

khoa Hà Nội và Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam [98, 129, 76, 89]. Việc

tổng hợp vật liệu nano từ đa phần được thực hiện trong môi trường nước và bằng các

phương pháp tổng hợp như phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt, phương

pháp vi sóng và phương pháp tổng hợp điện hóa siêu âm. Do tổng hợp trong môi trường

nước nên các hạt nano từ chế tạo được có chất lượng chưa cao, các hạt không đồng đều

về cỡ hạt và không đồng nhất về hình dạng và vì vậy chúng bị hạn chế sử dụng cho các

ứng dụng in vivo trong y sinh như dùng làm thuốc tương phản trong chẩn đoán hình ảnh

bằng kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI, đốt nóng cảm ứng từ v.v, ngoài ra chính sự

không đồng đều đó còn ảnh hưởng ngay cả đến kết quả nghiên cứu các tính chất từ của

chúng. Do đó, cho đến nay việc lựa chọn các điều kiện trong quá trình chế tạo chất lỏng

từ tính nano Fe3O4 nhằm chế tạo ra các hạt có cỡ hạt bé, có sự phân bố đều, đồng nhất

về hình dạng, độ bền cao, từ tính cao và có khả năng tương thích sinh học cao, nhờ đó

có khả năng ứng dụng làm thuốc tương phản trong chẩn đoán hình ảnh bằng kỹ thuật

chụp cộng hưởng từ MRI, tạo ra các trị số tối ưu của các xung TR, TE khi chụp theo chế

độ T1, T2, đồng thời xác định trị số hồi phục r1, r2 để đánh giá chất lượng của chất lỏng

từ làm thuốc tương phản trong chẩn đoán hình ảnh bằng kỹ thuật chụp cộng hưởng từ

MRI vẫn đang đòi hỏi những nghiên cứu tiếp tục một cách toàn diện và có hệ thống.

Xuất phát từ tình hình nghiên cứu về vật liệu nano từ trên thế giới cũng như ở Việt

Nam, căn cứ vào tiềm lực nghiên cứu, đào tạo tiến sĩ của Học viện Khoa học và Công

nghệ, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của tập thể

các nhà khoa học giàu kinh nghiệm, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo chất

lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ định hướng ứng dụng chụp ảnh cộng hưởng

từ MRI” để thực hiện cho nội dung luận án này.

Mục tiêu luận án:

Mục tiêu của luận án nhằm xây dựng được qui trình chế tạo chất lỏng từ tính kích

thước nano trên nền oxit sắt siêu thuận từ (kích thước hạt đồng đều và từ độ bão hòa

cao) với công nghệ ổn định; nghiên cứu đặc trưng các tính chất từ của các hạt nano từ;

đánh giá độc tính và thử nghiệm tác động lên tế bào, hướng tới mục đích làm thuốc tăng

tương phản trong chẩn đoán hình ảnh bằng kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, ứng

dụng trong xác định chính xác mô bệnh ung thư. Các nhóm nội dung chính sau đã được

tiến hành trong luận án:

1. Tổng hợp thành công hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 có kích thước hạt đồng đều

3

và từ độ bão hòa cao bằng phương pháp thủy nhiệt và phân hủy nhiệt.

2. Chế tạo thành công các mẫu chất lỏng từ có độ bền cao trên nền hạt nano siêu

thuận từ Fe3O4 tổng hợp bằng hai phương pháp trên.

3. Nghiên cứu đánh giá độc tính và độ bền của hệ chất lỏng từ.

4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng làm chất tăng cường độ tương phản ảnh trong

kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI.

Nội dung của luận án được trình bày bao gồm:

Chương 1 trình bày tổng quan giới thiệu về cấu trúc, tính chất của vật liệu ferit

spinel, các phương pháp chế tạo hạt nano nói chung và đặc biệt đối với hạt nano từ Fe3O4

nói riêng. Các quy trình bọc hạt cũng như các quá trình chuyển pha trên nền hạt nano từ

Fe3O4 cũng được trình bày tổng quát. Trong chương 2, các quy trình chế tạo hạt Fe3O4,

quy trình chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 và nguyên lý của các phép đo nhằm

phân tích và biện luận các kết quả trong luận án được trình bày chi tiết. Các kết quả thu

nhận được của luận án và các thảo luận liên quan được tập trung trình bày chi tiết trong

chương 3, chương 4 và chương 5. Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu tổng hợp

vật liệu Fe3O4 bằng phương pháp thủy nhiệt cùng các kết quả phân tích về cấu trúc, hình

thái học, và các tính chất từ của chúng. Các kết quả nghiên cứu trong chương 4 liên quan

đến hệ vật liệu Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt cùng các đặc

trưng cấu trúc, hình thái, và tính chất từ được trình bày, phân tích và biện luận chi tiết.

Chương 5 trình bày các kết quả nghiên cứu định hướng ứng dụng trong y sinh bao gồm

các kết quả nghiên cứu độ bền, đánh giá độc tính và thử nghiệm làm chất tăng cường độ

tương phản ảnh trong chụp cộng hưởng từ MRI.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:

Bản thân việc tổ chức thực hiện đề tài đã có ý nghĩa quan trọng đối với phát triển

một hướng khoa học công nghệ đa ngành là công nghệ nano cho Y học. Sẽ có sự trao

đổi học thuật, học hỏi lẫn nhau giữa các nhóm nghiên cứu trong các ngành xưa nay xem

như độc lập với nhau. Về mặt khoa học, từ độ của hệ hạt từ cho ứng dụng y sinh bị ảnh

hưởng rất mạnh bởi nhiều yếu tố mà cơ chế của các ảnh hưởng này vẫn là vấn đề chưa

được nghiên cứu một cách cơ bản. Nhiều hệ hạt nano từ sau khi chế tạo có từ độ bão

hòa bị suy giảm đến 60-70% so với vật liệu khối. Đối với ứng dụng y sinh, việc này lại

càng quan trọng, vì chế tạo được hệ có từ độ cao sẽ giảm được liều lượng chất lỏng từ

cần đưa vào cơ thể sống, đồng nghĩa với giảm được độc hại trong chẩn đoán và điều trị

bệnh.

4

Đối với ứng dụng chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư, công nghệ nano nói chung

đang tạo một kỳ vọng lớn, đó là có thể đóng góp vào việc giải quyết vấn đề chẩn đoán

bệnh sớm và thuốc đưa tới đích hay vùng can thiệp được khu trú tại đích. Đề tài thực

hiện có đặt mục tiêu dùng chất lỏng từ nâng cao được độ tương phản chụp ảnh cộng

hưởng từ hạt nhân (CHTHN), có thể góp phần phân tích mô ung thư giai đoạn sớm. Đối

với nước ta, nếu chế tạo được chất lỏng từ làm chất tăng tương phản cũng sẽ đảm bảo

được một lượng đáng kể nhu cầu thuốc tăng tương phản đang nhập khẩu hiện nay.

Những đóng góp mới của luận án:

Đưa ra được quy trình ổn định chế tạo chất lỏng từ tính và hồ sơ đánh giá chất

lượng độc tính của hệ chất lỏng từ tính để làm thuốc tăng tương phản trong chẩn đoán

chụp ảnh MRI đạt tiêu chuẩn được ứng dụng với các tiêu chí tương đương sản phẩm

nhập ngoại Resovist (Schering AG, CHLB Đức), mở ra định hướng ứng dụng vật liệu

nano này trong y-sinh học nhằm phát hiện, chẩn đoán sớm, chính xác tế bào ung thư,

khối ung thư. Nâng cao được hiểu năng tương phản ảnh MRI nhằm xác định chính xác

xác mô bệnh ung thư, các chất lỏng từ chế tạo được. Thiết lập được hồ sơ thử nghiệm

in-vivo thuốc tăng tương phản.

Phương pháp nghiên cứu:

Đây là đề tài nghiên cứu thực nghiệm, các phương pháp nghiên cứu sử dụng đều

là các phương pháp thực nghiệm. Đề tài đã sử dụng các thiết bị tốt nhất tại phòng thí

nghiệm trọng điểm của Viện Khoa học vật liệu, thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ MRI

hiện đại nhất khu vực Bắc Miền Trung tại bệnh viện Quốc tế Vinh thuộc tập đoàn Hoàn

Mỹ, trung tâm thực hành thí nghiệm trường Đại học Vinh, và một số thiết bị đo đạc đặc

thù tại các Trường và Viện nghiên cứu ở Hà Nội.

Bố cục của luận án:

Luận án có 137 trang (chưa bao gồm tài liệu tham khảo), bao gồm phần mở đầu, 5

chương nội dung và kết luận. Cụ thể như sau:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe3O4 SIÊU THUẬN

TỪ TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe3O4 SIÊU THUẬN

TỪ TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY NHIỆT

CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG ĐỘ HỒI PHỤC r1, r2 và ĐỘC TÍNH, ĐÁNH GIÁ ĐỘ

TƯƠNG PHẢN ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL VÀ PHƯƠNG

PHÁP CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP MRI

1.1. Cấu trúc và tính chất của vật liệu ferit spinel

1.1.1. Cấu trúc của vật liệu ferit spinel

Ferit spinel là thuật ngữ dùng để chỉ loại vật liệu có cấu trúc hai phân mạng mà các

tương tác giữa chúng là phản sắt từ hoặc ferit từ [24]. Một đơn vị ô cơ sở của ferit spinel

(với hằng số mạng tinh thể, a 8,4 nm) được hình thành bởi 32 nguyên tử O2- và 24 cation

(Fe2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Mg2+, Fe3+, Gd3+). Trong một ô cơ sở có 96 vị trí cho các

cation (64 ở vị trí bát diện, 32 ở vị trí tứ diện). Số cation ở vị trí bát diện nhiều hơn ở vị

trí tứ diện (A), cụ thể có 16 cation chiếm ở vị trí bát diện (B) trong khi đó ở vị trí tứ diện

có 8 cation (bao gồm cation hóa trị 2+ hoặc 3+).

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu

ferit spinel [24].

Bảng 1.1. Thông số bán kính của một số

ion kim loại [1, 24].

Ion Bán kính (nm)

Fe2+ 0,083

Fe3+ 0,067

Co2+ 0,072

Mn2+ 0,091

Zn2+ 0,082

Cấu trúc ferit spinel thường có dạng (A)[B2]O4 được mô tả bởi khối lập phương

bao gồm cả các ion oxy (hình 1.1). Với bán kính ion của ôxy là 0,132 nm lớn hơn rất

nhiều so với bán kính ion của các kim loại trong cấu trúc (0,06 ÷ 0,091 nm) (bảng 1.1)

do đó ion này trong mạng hầu như nằm sát nhau và tạo thành một mạng lập phương

tâm mặt xếp chặt [1]. Một ô cơ sở của ferit spinel chứa 8 nguyên tử (A)[B2]O4, các ion

kim loại hóa trị 2+ và 3+ có thể có mặt ở các vị A và B trong cấu trúc ferit spinel. Ở cả

hai ví trí A và B xen kẽ bởi các nút mạng bị chiếm chỗ bởi các cation. Khi tất cả các

cation hóa trị 2+ chiếm ở vị trí A, trong khi tất cả các cation hóa trị 3+ chiếm ở vị trí B,

kiểu sắp sếp cation như vậy được gọi là cấu trúc spinel thuận (A)[B2]O4. Khi tất cả các

cation hóa trị 2+ chiếm ở vị trí B, một nửa cation hóa trị 3+ chiếm ở vị trí A và một nửa

ở vị trí B, gọi là cấu trúc spinel hỗn hợp với dạng sau (B)[AB]O4 (bảng 1.2).

6

Bảng 1.2. Phân bố ion trong các vị trí của cấu trúc spinel [1, 4].

Vị trí Số vị trí có

sẵn

Số được sử

dụng

Kiểu cấu trúc

Spinel thuận Spinel đảo

(A) 64 8 8 Me2+ 8 Fe3+

(B) 32 16 16 Fe3+ 8 Me2+, 8 Fe3+

Fe3O4 (Magnetite) là hợp chất ôxít phổ biến của nguyên tố sắt, vật liệu này thuộc

họ vật liệu ferit spinel. Vật liệu Fe3O4 có cấu trúc spinel đảo. Công thức phân tử:

Fe3O4 = FeO. Fe2O3 = Fe. Fe2O4. Mô hình ion: [Fe3+]A[ Fe3+Fe2+]B O42-

Các ion O2- hình thành nên mạng lập phương tâm mặt với hằng số mạng

a = 0,8398 nm. Các ion Fe3+, Fe2+ có bán kính ion nhỏ hơn nên sẽ phân bố trong khoảng

trống giữa các ion O2-. Vì ion Fe2+ chiếm 1/4 ở vị trí bát diện và ion Fe3+ thì được chia

bằng nhau: 1/8 ở vị trí tứ diện và 1/4 ở vị trí bát diện nên magnetite có cấu trúc spinel

đảo. Cấu trúc này được mô tả như hình 1.2, trong đó một ô cơ bản bao gồm 8 ô đơn vị

và có công thức Fe24O32 phân bố như sau [21]:

Fe3+8A[ Fe2+

8 Fe3+8 ] BO32

Trong đó A là vị trí bát diện còn B là vị trí tứ diện. Trong spinel đảo Fe3O4, ion Fe3+

có mặt ở cả hai phân mạng nhưng vì momen từ của ion này sắp xếp đối song nên mômen

từ tổng cộng chỉ do ion Fe2+ quyết định, tính chất này được mô tả như hình 1.2.

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể và sự sắp xếp mômen từ trong vật liệu Fe3O4.

1.1.2. Tính chất từ của vật liệu ferit spinel

Các vật liệu khi hưởng ứng với từ trường thì sẽ có tính chất từ. Đặc trưng tính chất

từ của các vật liệu là độ từ hóa và độ từ cảm:

- Độ từ hóa là momen từ trung bình của mẫu vật (hoặc trong một đơn vị thể tích

của mẫu vật). Nếu từ trường không quá lớn thì độ từ hòa M tỷ lệ với cường độ từ trường

H: M = χ H

- Độ từ cảm χ, là tỷ số của độ từ hóa và từ trường, biểu hiện sự hưởng ứng của vật

liệu với từ trường ngoài: χ =𝑀

𝐻 (độ từ cảm này có thể âm hoặc dương, thường được tính

theo đơn vị thích hợp sao cho độ từ cảm không có thứ nguyên).

7

Dưới tác dụng của một từ trường bên ngoài, phụ thuộc vào hưởng ứng của từ trường

ngoài mà người ta phân vật liệu thành các dạng như sau: nghịch từ (DM), thuận từ (PM),

sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM).

a) Thuận từ

Các chất có χ >0 gọi là chất thuận từ. Tính thuận từ thường thể hiện khá yếu và

phụ thuộc vào nhiệt độ. Chẳng hạn ở nhiệt độ phòng thì χ ~ 10-4.

Vật liệu thuận từ là những vật liệu mà khi không có từ trường ngoài tác dụng thì

các moment từ nguyên tử định hướng hỗn loạn, điều này dẫn đến moemnt từ trung bình

bằng không, độ từ hóa bằng không. Khi có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ

nguyên tử sẽ định hướng theo từ trường ngoài và xuất hiện độ từ hóa cùng chiều với từ

trường ngoài.

b) Nghịch từ

Các chất có χ < 0 gọi là chất nghịch từ. Thông thường tính nghịch từ thể hiện rất

yếu |𝜒|~ 10-6.

Chất nghịch từ là chất bị từ hóa ngược chiều từ trường ngoài. Khi từ trường không

thật lớn, ta có M = χ H với χ < 0. Tính nghịch từ có liên quan với xu hướng của các điện

tích muốn chắn phần trong của vật thể khỏi từ trường ngoài (tuân theo định luật Lentz

của hiện tượng cảm ứng điện từ).

c) Sắt từ

Vật liệu sắt từ là các chất có tính từ mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác

dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe), và tên gọi “sắt từ” được đặt cho nhóm

các chất có tính chất giống với sắt. Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất

thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài. Đặc trưng của chúng là ở

dưới nhiệt độ nào đó (tùy từng chất) tồn tại momen từ trung bình một cách tự phát (gọi

là độ từ hóa tự phát) ngay khi không có từ trường ngoài. Ở 0 K, các momen từ nguyên

tử sắp xếp trật tự ngày khi không có từ trường ngoài. Giá trị của độ từ cảm χ của các

chất từ trật tự này lớn hơn nhiều so với chất thuận từ và chất nghịch từ.

Các thông số xác định tính chất của vật liệu từ, ngoài độ cảm từ còn có từ độ bão

hòa (từ độ đạt cực đại từ trường lớn, MS), độ từ dư (từ độ còn dư sau khi ngừng tác động

của từ trường ngoài MR), lực kháng từ (từ trường ngoài cần thiết để một hệ sau khi đạt

được trạng thái bão hòa từ, bị khử từ, HC).

d) Siêu thuận từ

Siêu thuận từ là trạng thái từ tính xảy ra ở các vật liệu từ, mà ở đó vật liệu biểu

hiện cá tính chất giống như các chất thuận từ, ngay ở dưới nhiệt độ Curie (TC, nhiệt độ

chuyển pha sắt từ - thuận từ) hay nhiệt độ Neel (TN, nhiệt độ chuyển pha sắt từ- thuận

từ). Đây là một hiệu ứng kích thước, về mặt bản chất là sự thắng thế của năng lượng

nhiệt so với năng lượng định hướng khi kích thước của hạt quá nhỏ. Các thảo luận chi

tiết về vật liệu siêu thuận từ sẽ được trình bày chi tiết dưới đây.

8

1.1.3. Vật liệu siêu thuận từ

1.1.3.1. Đômen từ

Trong vật liệu từ, ở dưới nhiệt độ Curie (hay nhiệt độ Neel) có tồn tại từ độ từ hóa

tự phát của vật liệu, nghĩa là độ từ hóa tồn tại ngày cả khi không có từ trường. Với vật

liệu có kích thước thông thường, momen từ của các vật thường bằng không (trạng thái

khử từ). Điều này được Weiss giải thích rằng vật liệu được chia thành các đômen. Trong

mỗi đômen vecto từ hóa tự phát có hướng xác định. Nhưng các đômen khác nhau thì

vecto từ hóa tự phát sẽ có hướng khác nhau. Các đômen lân cận phân cách nhau bởi

vách đômen. Qua vách đômen, hướng của momen từ dần thay đổi.

Thông thường các đômen có kích thước vi mô và trong đa tinh thể, mỗi hạt có thể

chứa một số đômen đơn. Do đó, một vật rắn sẽ có một số lượng lớn các đômen với

những hướng từ hóa khác nhau. Momen từ hóa M của vật rắn sẽ là tổng vecto từ hóa

của tất cả các đômen. Phần đóng góp của mỗi đômen phụ thuộc vào thể tích của nó. Nếu

không có từ trường ngoài, năng lượng nhiệt làm cho momen từ của các đômen trong

toàn khối sẽ sắp xếp hỗn độn, do đó độ từ hóa của vật rắn vẫn bằng).

Hình 1.3. Sự phân chia thành đômen, vách đômen trong vật liệu khối

Khi có từ trường ngoài tác dụng, các đômen thay đổi hình dạng và kích thước nhờ

sự dịch chuyển các vách đômen. Những đômen nào có momen từ gần với hướng của từ

trường sẽ được mở rộng, còn những đômen nào có momen từ có hướng với từ trường sẽ

bị thu hẹp lại. Qua đó sẽ làm tăng năng lượng của hệ, độ từ hóa của vật liệu sẽ tăng dần

đến một giới hạn gọi là từ độ bão hòa. Tại đó hướng của momen từ trùng với hướng của

từ trường.

1.1.3.2. Tính chất siêu thuận từ

Một vật liệu sắt từ được cấu tạo bởi một hệ các hạt (thể tích V), các hạt này tương

tác và liên kết với nhau. Giả sử nếu ta giảm dần kích thước các hạt thì năng lượng dị

hướng KV giảm dần, nếu ta tiếp tục giảm thì đến một lúc nào đó KV<< kT, năng lượng

nhiệt sẽ thắng năng lượng dị hướng và vật sẽ mang đặc trưng của một chất thuận từ.

Thông thường, lực liên kết bên trong vật liệu sắt từ làm cho các momen từ trong nguyên

9

tử sắp xếp song song với nhau, tạo nên một từ trường bên trong rất lớn. Đó cũng là điểm

khác biệt giữa vật liệu sắt từ và vật liệu thuận từ. Khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt đọ Curie

(hay nhiệt độ Neel đối với vật liệu phản sắt từ), dao động nhiệt đủ lớn để thắng lại các

lực liên kết bên trong, làm cho các momen từ nguyên tử dao động tự do. Do đó không

còn từ trường bên trong nữa, và vật liệu thể hiện tính thuận từ. Trong một vật liệu không

đồng nhất, người ta có thể quan sát được cả tính sắt từ và thuận từ của các phân tử ở

cùng một nhiệt độ, tức là xảy ra hiện tượng sắt thuận từ.

Hình 1.4. Đường cong từ trễ đo độ từ hóa của vật liệu siêu thuận từ

(superparamagnetic, SPM) và sắt từ (ferromagnetic, FM) với lực kháng từ Hệ từ độ

bão hòa Ms, độ từ dư Mr [32].

Hệ là siêu thuận từ khi lực kháng từ, HC→ 0 và các momen từ m của các hạt sắp

xếp hỗn loạn khi từ trường ngoài bị tắt. Điều này thể hiện bằng sự trùng khít nhau của

đường cong M(H) nạp từ (đo khi H tăng) và khử từ (đo khi H giảm qua điểm 0).

Tính siêu thuận từ có được đối với các chất sắt từ có cấu tạo bởi các hạt tinh thể

nhỏ. Khi kích thước hạt lớn, hệ sẽ ở trạng thái đa đômen (tức là mỗi hạt sẽ cấu tạo bởi

nhiều đômen từ). Khi kích thước hạt giảm dần, chất sẽ chuyển sang trạng thái đơn

đômen, có nghĩa là mỗi hạt sẽ là một đômen. Khi kích thước hạt giảm quá nhỏ, năng

lượng định hướng (mà chi phối chủ yếu ở đây là năng lượng dị hướng từ tinh thể) nhỏ

hơn nhiều so với năng lượng nhiệt, khi đó năng lượng nhiệt sẽ phá vỡ sự định hướng

song song của momen từ, và khi đó momen từ của hệ hạt sẽ định hướng hỗn loạn như

trong chất thuận từ [24]. Giới hạn siêu thuận từ xảy ra khi năng lượng định hướng nhỏ

hơn năng lượng nhiệt, khi:

K1Vo<<kB T (1.1)

10

Với K1, V0 lần lượt là hằng số dị hướng từ tinh thể bậc 1 của vật liệu, thể tích của

hạt, kB, T là hằng số Boltzmann, nhiệt độ của môi trường xung quanh.

Khi xảy ra hiện tượng siêu thuận từ, chất vẫn có momen từ lớn của chất sắt từ,

nhưng lại thể hiện các hành vi của chất thuận từ, có nghĩa là momen từ biến đổi theo

Langevin [24]:

0 0

0 0

H k TNI cth

V k T H

= −

(1.2)

Với N/V là mật độ hạt, H là từ trường.

Hai đặc trưng cơ bản của các chất siêu thuận từ là:

- Đường cong từ hóa không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

- Không có hiện tượng từ trễ, có nghĩa là lực kháng từ HC bằng 0

Hình 1.5. Sự phụ thuộc lực kháng từ (Hc) của Fe3O4 vào kích thước hạt [66]

Có hai vùng kích thước đặc trưng cho tính chất từ của hệ MNPs là kích thước

đơn đômen, Dc, và kích thước siêu thuận từ, Dsp. Kích thước tới hạn Dc được liên hệ

với dị hướng hiệu dụng Keff, hằng số tương tác trao đổi A, từ độ bão hòa M bởi công

thức:

Dc 2

0

.18

effA K

M (1.3)

Ở đây 0 là độ thẩm từ chân không. Giá trị Dc phụ thuộc mạnh vào loại vật liệu, ví

dụ như Dc = 7, 15,55 và 128mm tương ứng cho các hạt nano Co(fcc), Fe, Ni và Fe3O4

[73]. Kích thước siêu thuận từ bé hơn kích thước đơn đômen, chẳng hạn với hạt

magnetite, Fe3O4, Dsp 9nm.

Một đặc tính quan trọng khác của siêu thuận từ là ngay khi có từ trường

ngoài, các momen từ m của các hạt không phải định hướng cố định theo hướng từ

trường ngoài mà có thể dao động theo cơ chế hồi phục gọi là hồi phục Neel. Thời

11

gian hồi phục Neel, τ, phụ thuộc vào tương quan giữa rào thế Keff.V và nhiệt năng

kB.T:

0 expeff

B

K V

k T

=

(1.4)

ở đây Keff là hằng số dị hướng từ của vật liệu, V là thể tích của hạt, T là nhiệt độ

của hệ τo = 10-9s.

1.1.3.3. Chất lỏng từ và hiệu ứng nhiệt trị

Các chất siêu thuận từ đang được quan tâm nghiên cứu rất mạnh, nhờ khả năng hồi

đáp nhanh với sự tác dụng của từ trường bên ngoài được sử dụng trong các hạt nano từ

tính. Do đó dùng để chế tạo các chất lỏng từ (magnetic fluid) trong các ứng dụng y sinh.

Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng không, có tính chất như vật

liệu thuận từ, nhưng chúng lại nhạy với từ trường hơn, có từ độ lớn như của chất sắt từ.

Điều đó có nghĩa là, vật liệu sẽ hưởng ứng dưới tác động của từ trường ngoài nhưng khi

ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa, đây là một đặc

điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học. Các vật liệu siêu

thuận từ, hạt nano từ tính dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính

đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và vật liệu có tính tương hợp sinh họ (không

có độc tính). Tính đồng nhất về kích thước là tính chất liên quan nhiều đến phương pháp

chế tạo còn từ độ bão hòa và tính tương hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật

liệu.

Các hạt nano từ được chức năng hóa bề mặt có thể phân tán đồng nhất trong dung

môi gọi là chất lỏng từ (còn gọi là nước từ). Một chất lỏng từ gồm ba thành phần: hạt

nano từ tính, chất chức hóa bề mặt và dung môi. Hạt nano từ tính là thành phần quyết

định đến tính chất từ của chất lỏng từ. Chất chức năng hóa bề mặt có tác dụng làm cho

hạt nano phân tán trong dung môi, tránh các hạt kết tụ lại với nhau ngay cả khi có mặt

của từ trường ngoài. Ngoài ra nó còn có tác dụng “che phủ” hạt nano khỏi sự đào thải

của hệ thống bảo vệ cơ thể sống và tạo các mối liên kết hóa học với các phân tử khác.

Các chất chức hóa bề mặt thường gặp như polyme hữu cơ, kim loại Au, các oxit vô cơ

(như SiO2, Al2O3) và xa hơn nữa là sử dụng các phân tử có hoạt tính sinh học. Dung môi

là chất lỏng mang toàn bộ hệ.

Một hệ vận tải thuốc đa chức năng với hạt lõi là hạt nano từ tính (nano vecto) có

thể “đảm đương” thêm ba chức năng đó là: (i) chức năng tăng độ tương phản (contrast

agent), (ii) chức năng hướng đích (targeting) và (iii) chức năng chữa trị (therapy). Cơ sở

cho việc thiết kế các chức năng này là nhờ hạt nano từ có momen từ M, mà khi tương

12

tác với một từ trường ngoài H, hệ sẽ gây nên sự thay đổi tín hiệu của cộng hưởng từ hạt

nhân MRI của vùng mô nơi hạt từ khu trú (ứng dụng cho trường hợp (i)), được lôi kéo

và hoặc neo đậu tại địa điểm mong muốn (ứng dụng cho trường hợp (ii)) và gây gia

nhiệt cục bộ (ứng dụng cho trường hợp (iii)). Các ứng dụng của hạt siêu thuận từ Fe3O4

trong chẩn đoán (hiệu ứng MRI) và điều trị ung thư (hiệu ứng nhiệt trị) được trình bày

ở hình 1.6 và 1.7.

1.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano từ trong và ngoài nước

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Các kết quả nghiên cứu KH-CN Nano cho tới đầu những năm 2000 trên thế giới

đã sớm chứng tỏ triển vọng tiềm tàng của ứng dụng công nghệ và vật liệu nano cho y

học, thể hiện ở chỗ đã hình thành một lĩnh vực khoa học liên ngành mới đang được hết

sức quan tâm là Nano Y học (Nanomedicine) mà ngành chuyên sâu hơn là Công nghệ

Nano Ung thư-CNNNUT (Cancer nanotechnology) [31, 26, 20, 153]. Đối với

CNNNUT, người ta đã có thể chế tạo một số hệ nanovector dẫn thuốc bằng con đường

tiêm ví dụ như: các liposome dùng cho chữa ung thư vú, các chất từ tính tăng tương

phản trong chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI kích thước nano và hướng đích sinh

học và các phương pháp phân tích mới dựa trên hạt nano cho việc phát hiện với tính đặc

hiệu cao các thực thể sinh học như DNA và protein. Theo quan điểm của nhiều chuyên

gia thuộc Viện Ung thư Quốc gia (NCI) Hoa Kỳ thì các đặc tính định hình cho lĩnh vực

CNNNUT chính là tiềm năng mang tính đột phá (breakthrough) cho việc chẩn đoán,

điều trị và ngăn ngừa ung thư thể hiện qua vài ví dụ nêu trên. Nói là tính đột phá vì trong

suốt gần 40 năm qua mặc dù các nước phát triển đã đầu tư khá nhiều nguồn lực nghiên

cứu nhưng các phương pháp chữa trị ung thư hiện nay hầu như chưa có được sự tiến bộ

gì đáng kể. Người ta vẫn sử dụng 3 phương pháp truyền thống là giải phẫu, xạ trị và hóa

trị. Các phương pháp này thực chất chỉ mới tác động ở cấp độ “vĩ mô” (kích thước trên

milimet), do vậy khi điều trị thường gây hiệu ứng phụ (giết chết cả vùng tế bào hoặc mô

lành, gây rụng tóc v.v..), và hiệu quả, trung bình, chỉ có thể cứu sống được chưa tới 10%

các ca đã điều trị. Trong khi đó, dự báo của tổ chức y tế thế giới (WHO) cho thấy tỷ lệ

mắc bệnh ung thư trên toàn cầu từ năm 2005 đến 2020 có thể tăng gần 50% và sẽ có

thêm khoảng 15 triệu ca mắc bệnh mới, trong đó tại châu Á sẽ tăng 60% với số bệnh

nhân mới khoảng 7,1 triệu người. Ở Việt Nam, số ca mắc bệnh ung thư hàng năm ước

tính cũng đến khoảng 120.000 người, còn số bệnh nhân tử vong hàng năm vì căn bệnh

này là khoảng 70.000. Đứng trước nhu cầu và tiềm năng dự báo nói trên, nhiều quốc gia

13

trên thế giới, không chỉ các nước đã phát triển như Hoa Kỳ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc

mà các nước mới nổi khác như Ấn Độ, Trung Quốc, Đài Loan (TQ), Singapore, Nga,

Úc, v.v.. đang đầu tư nguồn lực cho nghiên cứu lĩnh vực nano y sinh và cụ thể là

CNNNUT.

Hình 1.6. Mô hình thuốc lõi nano đa chức năng

Để thiết kế được một hệ tải thuốc đa chức năng nanovector, người ta thường dùng

một nhân là hạt nano, mà vật liệu có thể thuộc các loại khác nhau như chấm lượng từ

(bán dẫn), các oxit kim loại (bán dẫn, điện môi), các hạt nano polymer và hạt nano từ.

Trong các loại hạt lõi nói trên hạt nano từ tính (MNP) chiếm vị trí khá quan trọng, đó là

nhờ ngoài các đặc tính chung về bề mặt của hạt nano loại hạt từ tính còn có thể “đảm

đương” thêm 3 chức năng của hệ tải thuốc đa chức năng đề cập trên hình 1a, đó là: (i)

chức năng tăng độ tương phản (contrast agent, là nội dung chính của đề tài này), (ii)

chức năng hướng đích (targeting) và chức năng chữa trị (therapy). Bảo đảm cho việc

thiết kế các chức năng này là nhờ hạt nano từ có mô men từ m, mà khi tương tác với

một từ trường ngoài H, hệ sẽ gây nên sự thay đổi tín hiệu ảnh cộng hưởng từ hạt nhân

MRI cửa vùng mô nơi MNP khu trú (ứng dụng cho trường hợp (i)), được lôi kéo và hoặc

neo đậu tại địa điểm mong muốn (ứng dụng cho trường hợp (ii) và gây gia nhiệt cục bộ

(ứng dụng cho trường hợp (iii). Các ứng dụng của hạt siêu thuận từ Fe3O4 trong chẩn

đoán ung thư (hiệu ứng MRI) và điều trị ung thư (hiệu ứng nhiệt trị) được trình bày ở

hình dưới.

H

14

Hình 1.7. Minh họa các ứng dụng của hạt siêu thuận từ Fe3O4 trong chẩn

đoán ung thư (hiệu ứng MRI) và điều trị ung thư (hiệu ứng nhiệt trị)

Về các phương pháp chế tạo: Các hệ nanovector lõi hạt từ, các tổng quan [36, 37,

13, 50] cho thấy, cho đến nay người ta đã sử dụng khá đa dạng các phương pháp hóa-lý

để chế tạo các hệ vật liệu có thành phần lõi và vỏ khác nhau như:

Phương pháp đồng kết tủa (Co-precipitation): Là phương pháp hóa học dễ và thuận

tiện. Phương pháp cho đến nay đã được sử dụng chủ yếu là tổng hợp hạt nano ôxit sắt

(cả Fe3O4 và γ-Fe2O3), kích thước của hạt nằm trong khoảng 5-20nm, và từ độ bão hòa

phổ biến đạt được cỡ 30-50 chung, còn bé hơn rất nhiều so với từ độ của mẫu khối,

90emu/g [100,123 114].

Phương pháp phân hủy nhiệt (Thermal Decomposition): Phương pháp này sử dụng

các tiền chất cơ kim, dùng nhiệt độ (từ 150 - 350C) để phân hủy và có thể chế tạo các

nano tinh thể từ tính như các ôxit sắt từ dịch thước có thể từ 5-50nm), hoặc các hạt nano

từ kim loại hợp kim (Co, CoPt, FePt, FeP…)[129, 48, 28].

Phương pháp vi nhũ tương (Microemulsion): Đây là phương pháp phân tán 2 chất

lỏng có độ ưa kỵ nước rất khác nhau, từ đó tạo phản ứng (cơ chế đồng kết tủa hoặc sol-

gel) tổng hợp các oxit đơn hoặc đa kim loại [5, 82]. Ưu điểm của phương pháp này là

thu được các hạt mịn với độ phân bố rất đều. Người ta đã sử dụng phương pháp này để

chế tạo các hạt nano ferrit spinel MFe2O4 và hoặc oxit sắt.

Phương pháp nhiệt thủy nhiệt (Hydrothermal synthesis): Sử dụng điều kiện thủy

phân đã chế tạo hàng loạt các oxit sắt từ, như Fe3O4, CoFe2O4 kích thước khá đồng đều

trong vùng 9-12nm, và khi dùng thêm một số hóa chất phụ trợ (như ethylene glycol)

kết hợp ủ nhiệt tại 2000C một vài ngày có thể thu được hệ hạt oxit sắt kích thước 200-

800nm khá đều [134, 73, 142].

Phương pháp hóa siêu âm (Sonochemical): Sử dụng phương pháp hóa siêu âm có

thể chế tạo được hệ oxit sắt bọc chitosan, kích thước như của phương pháp đồng kết tủa

15

(cỡ 15nm) nhưng nhờ có độ tinh thể tốt hơn nên từ độ bão hòa đạt trên 80emu/g. Phương

pháp này còn cho ưu điểm là có thể sử dụng chất hoạt hóa bề mặt loại phổ biến như axit

oleic kết hợp trong quá trình chế tạo và bọc hạt nano.

Các hệ hạt nano từ khi tổng hợp phải được tiến hành ổn định bằng cách bọc một

lớp bảo vệ (hình 1.7). Quá trình này có thể tiến hành đồng thời với quá trình tổng hợp

hoặc sau khi hệ hạt nano đã tổng hợp xong. Lớp bọc bảo vệ có thể là chất vô cơ và hoặc

hữu cơ. Với các hạt lõi là kim loại sắt từ người ta có thể tạo lớp bảo vệ bằng cách thụ

động hóa bề mặt bằng một lớp oxit, ví dụ như Co@CoO. Rất nhiều trường hợp người ta

sử dụng các polymer để bền hóa các hạt nano từ (như đối với Fe3O4, MnFe2O4...). Gần

đây nhằm ứng dụng cho y sinh nhiều hệ hạt nano từ đã được nghiên cứu bao bọc bởi

kim loại như Au, cacbon. Quá trình bọc ổn định có thể ảnh hưởng mạnh đến tính chất

từ của các hạt trong lõi. Đối với trường hợp vật liệu bọc là hữu cơ (như polymer chẳng

hạn) hoặc vô cơ phi từ hoặc phi kim loại (silica) tính chất từ chỉ phụ thuộc tính tương

tác dipole giữa các hạt. Đối với các hệ hạt đa lớp từ tính khác như lõi kim loại từ, vỏ

ferrit từ hoặc lõi kim loại từ vỏ kim loại Au hoặc C, các đặc trưng từ tính sẽ trở nên phức

tạp hơn nhiều. Do vì các hệ cấu trúc nano dị tính chất này có thể cho một số tính chất

mới khả dụng nên mấy năm gần đây được giới nghiên cứu rất quan tâm. Gần đây (2011)

nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc vừa công bố kết quả nghiên cứu hệ hạt nano lõi là

CoFe2O4 vỏ là MnFe2O4 có kích thước khoảng 15nm cho tính chất từ ghép tương tác

(exchange-coupling) lợi dụng được cả tính từ cứng (Hc lớn) của hạt lõi với từ mềm (Hc

nhỏ) của vỏ, nâng được hiệu suất gia nhiệt (sẽ trình bày ở dưới) lên trên 10 lần, áp dụng

cho nhiệt trị chữa lành khối u trên chuột thí nghiệm với liều chất lỏng từ tiêm vào giảm

được một bậc.

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, một số nhóm nghiên cứu ở Viện Khoa học vật liệu, Trung tâm Đào

tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu - Trường ĐH Bách khoa Hà nội và ĐH Quốc gia Hà

nội (ĐHQGHN) cũng đã có công bố về chế tạo các hạt nano từ cho ứng dụng y sinh và

cho các nghiên cứu cơ bản. Đi tiên phong trong việc chế tạo các hạt nano từ cho các ứng

dụng y sinh nói chung và đặc biệt là cho các ứng dụng đốt từ nói riêng là nhóm của GS.

Nguyễn Xuân Phúc ở Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ

Việt Nam. Phòng thí nghiệm Vật liệu nano y sinh hiện nay và trước đây là phòng Vật lý

vật liệu từ và siêu dẫn của Viện Khoa học vật liệu đã bắt đầu nghiên cứu về hạt nano từ

thông qua đề tài NCCB “Nghiên cứu một số phương pháp chế tạo, các tính chất của một

số vậtliệu hạt nano từ tính”, thực hiện trong giai đoạn 2006-2007. Kết quả chính của đề

tài cấp Bộ này là đã thử nghiệm thành công việc bọc hệ hạt nano Fe3O4 bằng tinh bột

16

(starch), từ đó thử nghiệm in-vitro chất lỏng từ này cho thấy hiệu ứng diệt tế bào ung

thư dưới tác động nhiệt từ. Tuy nhiên, chất lỏng hạt từ magnetit bọc tinh bột,

Fe3O4@starch, đã không thể đưa vào cơ thể chuột thí nghiệm được. Viện Khoa học vật

liệu, sau đó được Viện KHCNVN tài trợ một đề tài độc lập giai đoạn 2009-2010 với đầu

đề 'Nghiên cứu công nghệ chế tạo một số vật liệu hạt nano Fe3O4 theo định hướng ứng

dụng trong y sinh”, với mục tiêu là tập hợp đội ngũ liên ngành, phối hợp công nghệ vật

liệu với công nghệ sinh học. Kết quả đã chế tạo được chất lỏng từ lõi là hạt Fe3O4 đồng

kết tủa, bọc bằng một loại co-polyme (styreile-axit acrylic), đính với kháng

nguyên/kháng thể virus viêm gan B để nhằm tăng độ nhạy phân tích vi khuẩn bệnh có

đánh dấu và làm giàu từ. Các đề tài này đã ở giai đoạn kết thúc với một số kết quả nghiên

cứu đối về hạt nano từ cho y sinh đáng chú ý như: đã bước đầu thử nghiệm in-vitro và

in-vivo với loại Fe3O4@ copolymer (styrene-axit acrylic) diệt được tế bào và u báng

(Sarcoma 180). Tuy nhiên vấn đề độc tính của copolymer (styrene-axit acrylic) cũng

như hiệu ứng làm tăng độ tương phản cho MRI của hạt từ là những vấn đề chưa được

giải quyết sau đề tài này.

Hiện tại nhóm của GS. Nguyễn Xuân Phúc kết hợp với nhóm của TS. Lê Trọng

Lư (Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện KHCNVN) đã bắt đầu chuyển hướng sang tổng hợp

bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ với các hệ vật liệu như: Fe3O4,

CoFe2O4 hoặc các cấu trúc lõi vỏ trên nền hợp kim CoFe có chất lượng cao cho ứng

dụng nhiệt từ trị tế bào ung thư và làm chất tương phản trong kỹ thuật chụp ảnh cộng

hưởng từ MRI [98, 125, 75, 84].

Hạt nano từ được một số nhà Vật lý ở Đại học Bách khoa Hà Nội (do GS. TSKH

Thân Đức Hiền chủ trì) quan tâm nghiên cứu từ năm 2004-2005 và đến nay tập thể này

định hướng mục tiêu ứng dụng là cho điện tử và cơ khí. Nhóm nghiên cứu Ở Đại học

KHTN-ĐHQG Hà Nội do GS. TSKH. Nguyễn Hoàng Lương và PGS. TS. Nguyễn

Hoàng Hải chủ trì đã và đang tiến hành một vài đề tài nghiên cứu chế tạo các hạt nano

từ tính và định hướng ứng dụng cho xử lý môi trường hoặc phân tích DNA. Tại đây

hàng loạt các hệ vật liệu nano từ như: ôxít sắt từ (Fe2O3, Fe3O4), ferit (CoFe2O4,

NiFe2O4) hoặc hợp kim FePt và CoPt đã được chế tạo cho mục đích nghiên cứu cơ bản

[126, 101, 78,43]. Việc tổng hợp vật liệu đa phần được thực hiện trong môi trường nước

và hoàng loạt các phương pháp tổng hợp như: phương pháp đồng kết tủa, phương pháp

tổng hợp với sự hỗ trợ của sóng microwave hoặc phương pháp tổng hợp điện hóa siêu

âm. Trong hầu hết các công trình đã công bố của nhóm tác giả này, các hạt nano từ chế

tạo ra có chất lượng thấp, các hạt không đồng đều về kích thước và không đồng nhất về

hình dạng và vì vậy hạn chế khả năng sử dụng cho các ứng dụng in vivo trong y sinh

như MRI, đốt từ.

17

Việc nghiên cứu chế tạo hạt nano Fe3O4 làm chất tăng tương phản chụp ảnh (MRI)

đã được nhóm của PGS.TS Trần Hoàng Hải (Viện Vật lý Tp HCM) tiến hành trong các

năm 2007-2010 với sự tài trợ của một đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam

và một đề tài NCCB của Quỹ NAFOSTED, tuy nhiên kết quả chỉ dừng lại ở mức thử

nghiệm ban đầu. Hiện trong nước chưa có một công bố nào về việc tổng hợp các hạt

nano từ cho phép điều khiển tốt về hình dạng, kích thước, độ đồng nhất và có tính lặp

lại cao. Ngoài ra, trong nước cũng thiếu các nghiên cứu có tính hệ thống về vai trò của

các phân tử hữu cơ (surfactants, ligands...) đến hình thái, tính chất từ, xúc tác, khả năng

phân tán và độ bền của các hạt trong môi trường nước.

1.3. Các phương pháp chế tạo chất lỏng từ

1.3.1. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano từ

Có rất nhiều phương pháp chế tạo hạt nano nói chung và hạt nano từ nói riêng như

phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Song có thể chia làm 2 nguyên tắc chính

đó là, nghiền nhỏ vật liệu khối đến kích thước nano (top-down) và hình thành hạt nano

từ việc kết hợp các nguyên tử (bottom-up). Nguyên tắc thứ nhất bao gồm các phương

pháp nghiền và biến dạng như nghiền hành tinh và nghiền rung. Nguyên tắc thứ 2 bao

gồm phương pháp vật lý và phương pháp hoá học. Phương pháp nghiền có ưu điểm là

đơn giản và chế tạo được vật liệu có khối lượng lớn, tuy nhiên nhược điểm là cho sản

phẩm có tính đồng nhất không cao vì không khống chế được quá trình hình thành hạt

nano. Với các ứng dụng trong y sinh, vật liệu thường được chế tạo bằng một số phương

pháp hoá học như phương pháp đồng kết tủa, solgel, vi nhũ tương, thủy nhiệt, phân hủy

nhiệt, vi lưu, v.v... Các phương pháp hóa học có thể tạo ra các hạt nano với độ đồng nhất

khá cao và tạo môi trường thuận lợi để có thể bọc hạt và chuyển pha các hạt từ môi

trường dầu sang môi trường nước. Mỗi phương pháp nêu trên đều có những đặc điểm

khác nhau. Sau đây, chúng tôi sẽ trình bày một số phương pháp thường được sử dụng

trong tổng hợp vật liệu nano từ tính.

1.3.1.1. Phương pháp đồng kết tủa

Trong số các phương pháp hóa học để tổng hợp hạt nano từ, phương pháp đồng

kết tủa được sử dụng phổ biến nhất do kỹ thuật đơn giản, không đòi hỏi các trang thiết

bị và các tiền chất đắt tiền. Với phương pháp này hạt thường được tổng hợp trong dung

môi là nước dưới điều kiện kiềm (thu được bằng cách thêm hydroxit (NaOH) hoặc amoni

hydroxit (NH4OH)). Quá trình này thường được dùng để tổng hợp các hạt nano ôxit và

ferit. Phương trình phản ứng hóa học dùng tổng hợp các hạt ferit có thể được biểu diễn

như sau:

M2+ +2Fe3+ + 8OH- → MFe2O4 + 4H2O (1)

Trong đó M là: Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Mg.

18

Một trong những nhóm nghiên cứu đầu tiên về phương pháp đồng kết tủa phải kể

đến nhóm của tác giả Massart đã sử dụng phương pháp đồng kết tủa để chế tạo hạt nano

oxit sắt vào năm 1981. Theo nhóm tác giả này, các hạt nano Fe3O4 được tạo ra bằng

cách kết tủa dung dịch muối FeCl2 và FeCl3 trong môi trường kiềm. Kích thước, hình

dạng và độ phân tán của hạt phụ thuộc nhiều tới các yếu tố như: môi trường kiềm, độ

pH, tốc độ nhỏ giọt, tốc độ khuấy và tỷ lệ Fe2+/Fe3+. Tùy vào từng điều kiện phản ứng

có thể thu được hạt có kích thước từ 4,2 - 16,6 nm. Nhóm tác giả này cũng tiến hành

nghiên cứu ảnh hưởng của chất hữu cơ (ion citrate) lên kích thước hạt nano Fe3O4. Khi

tăng lượng ion citrate, các hạt nano bọc citrate giảm từ 8nm xuống 3nm. Trong phương

pháp đồng kết tủa, tỷ lệ Fe2+/Fe3+là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hình thành

hạt nano từ Fe3O4. Jolivet đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ x= Fe2+/Fe3+ lên thành

phần, kích thước, hình dáng cũng như tính chất từ của hạt nano kết tủa. Khi tỷ lệ

Fe2+/Fe3+ nhỏ sản phẩm tạo ra có dạng oxit sắt ngậm nước. Với x = 0.3 ngoài pha Fe3O4

còn tồn tại pha hydroxit của sắt. Với x = 0.5 các hạt tạo ra đơn pha Fe3O4 và tương đối

đồng nhất.

Một số nhóm tác giả khác cũng cho rằng, việc kiểm soát hình dạng, kích thước, độ

đồng nhất và cấu trúc của hạt có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ pH, bản

chất của các tiền chất ban đầu, nhiệt độ cũng như nồng độ của chất phản ứng. Ví dụ như,

Chinnasamy đã tiến hành một loạt các nghiên cứu tổng hợp hạt CoFe2O4 sử dụng các

tiền chất là CoCl2 và FeCl3 ở điều kiện nhiệt độ và độ pH khác nhau. Kết quả đã chỉ ra

rằng khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 70 lến 98oC, kích thước hạt sẽ tăng từ 14 - 18 nm.

Trong khi thay đổi nồng độ NaOH trong dải từ 0,7 - 1,3 M, kích thước hạt CoFe2O4 có

thể điều khiển trong khoảng từ 6 -19 nm.

Nhìn chung, phương pháp đồng kết tủa chế tạo khá đơn giản vì sử dụng ngay nước

làm dung môi và không cần phải sử dụng đến chất hoạt động bề mặt, chính điều này đã

làm cho các hạt từ tạo thành thường có co cụm lại với nhau. Để ngăn chặn sự kết đám

của các hạt nano, các tác giả đã nghiên cứu ra một “ligand’’ làm ổn định hạt (dùng bọc

hạt) thường được đưa vào trong thời gian tổng hợp. Trong nhiều trường hợp sự kết tủa

của hạt có thể tránh bằng cách hấp thụ các ion như H+ hay OH- lên bề mặt hạt trong các

điều kiện pH khác nhau.

Việc thêm các ligand với mục đích làm ổn định hạt (chống kết đám, khống chế

kích thước hạt) như polyme hoặc các chất hoạt động bề mặt vào trong quá trình tổng

hợp hạt nano từ bằng phương pháp đồng kết tủa là rất quan trọng. Sự có mặt của ligand

không chỉ giúp các hạt phân tán tốt trong dung môi tổng hợp mà còn góp phần điều

khiển kích thước hạt. Ngoài ra các nhóm chức của các ligand còn cho phép liên kết các

hạt nano với các phân tử sinh học cho mục đích ứng dụng trong lĩnh vực y sinh như đã

nêu ở trên. Bergemam và các cộng sự đã công bố kết quả tổng hợp hạt nano Fe3O4 phân

19

tán trong nước bằng cách đồng kết tủa muối sắt cacbonat (FeCO3) trong dung dịch

hydroxit (NaOH). Kích thước hạt thu được có thể khống chế từ vài chục nanomet đến

hơn 1 micromet đơn giản chỉ bằng cách tăng nhiệt độ từ 5 oC đến 100 oC dưới sự có mặt

của các ligand khác nhau như tinh bột, polysaccharit, polyacrylic hoặc polyvinyl alcohol

polyme. Li và các cộng sự đã công bố nghiên cứu tổng hợp hạt nano Fe3O4 bền trong

nước bằng cách đồng kết tủa Fe3+ và Fe2+ trong dung dịch amoni đậm đặc có mặt poly

methacrylic acid- pentaerythritol tetrakis (PMAA-PTTM) polyme. Theo đó, kích thước

của hạt có thể thay đổi từ 4,5 - 6,1 nm bằng cách giảm số lượng của nhóm COOH trên

polyme (giảm trọng lượng phân tử polyme). Bề mặt của hạt nano chế tạo được sau đó

có thể được gắn với các phân tử axit glumic để tạo ra các hạt nano phát quang. Sử dụng

cách tổng hợp tương tự để tổng hợp các hạt Fe3O4 bọc bởi dextran, Paul và các đồng

nghiệp đã cho thấy rằng bằng cách thay đổi trọng lượng phân tử của polyme, không chỉ

kích thước hạt mà cả tính chất từ của hạt có thể điều khiển được. Tăng trọng lượng phân

tử polyme từ 1.000 đến 70.000 g mol-1 làm giảm kích thước hạt từ 2,7 µm đến 21 nm.

Mặc dù có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền và ít gây tác động đến môi trường do sử

dụng dung môi là nước. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là tạo ra các hạt nano

có chất lượng kém, các hạt tạo ra thường không đồng đều về kích thước (với sai số

kích thước > 30%), không đồng nhất về hình dạng và thường có mức độ tinh thể hoá

thấp.

1.3.1.2. Phương pháp vi nhũ tương

Phương pháp vi nhũ tương là phương pháp tạo hạt nano nhờ vào các phản ứng bên

trong các hạt micen của các hệ vi nhũ tương. Có thể hiểu hệ vi nhũ tương là sự phân tán

cân bằng nhiệt động của hai pha lỏng (nước - dầu) không tan lẫn nhau khi có chất hoạt

động bề mặt đồng thời các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ hình thành một đơn lớp tại

bề mặt tiếp giáp giữa dầu - nước. Trong cấu trúc này, pha nước phân tán thành các giọt

nước nhỏ được bao xung quanh bởi một đơn lớp phân tử chất hoạt động bề mặt gọi là

các hạt micen. Kích thước của hạt micelle được xác định bằng tỷ lệ nước trên chất hoạt

động bề mặt. Khi trộn hai hệ vi nhũ tương chứa các chất phản ứng, các hạt micelle sẽ

kết tụ vào nhau và tạo phản ứng trong hạt micelle. Sản phẩm sau phản ứng được thu hồi

khi thêm một số dung môi vào hệ nhũ tương như: cồn, axeton. Các hạt nano từ được chế

tạo bằng phương pháp vi nhũ tương thường có dạng hình cầu hoặc ống với phân bố kích

thước hạt hẹp.

1.3.1.3. Phương pháp sol-gel

Một phương pháp thông dụng khác hiện đang được sử dụng phổ biến để tổng hợp

các vật liệu nano nói chung và các hệ nano ferit nói riêng là phương pháp sol-gel. Kỹ

thuật sol-gel liên quan đến quá trình phản ứng thuỷ phân (hydrolysis) và phản ứng hoá

đặc (condensation) của các muối vô cơ hoà tan trong dung môi thông thường là nước

20

hoặc cồn (sol) dưới điều kiện axít hoặc kiềm. Tiếp theo của các phản ứng này là quá

trình polyme hoá hay là các phản ứng tạo gel để tạo thành một mạng không gian 3 chiều

các liên kết metal-oxide. Sản phẩm cuối cùng của quá trình thu được bằng cách loại bỏ

dung môi thông qua việc xử lý nhiệt. Các thông số của phản ứng như bản chất của dung

môi, nhiệt độ, độ pH và nồng độ của các các tiền chất ban đầu cũng như tốc độ khuấy

ảnh hưởng đến cấu trúc và hình thái của các hạt ferit thu được. Ví dụ như, bản chất dung

môi và độ pH của dung dịch ảnh hưởng tới động học của các phản ứng thuỷ phân và hoá

đặc cũng như điểm trung tính và độ bền của các sol, do đó có vai trò quyết định đến kích

thước và sự kết đám của các hạt ferit tạo thành. Tương tự như phương pháp đồng kết

tủa, phương pháp sol-gel có ưu điểm là rẻ tiền, tương đối thân thiện môi trường và cho

phép tổng hợp được các hạt nano với khối lượng lớn. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất

của phương pháp này là tạo ra sản phẩm chủ yếu ở dạng vô định hình, ngoài ra các hạt

nano tạo thành thường bị kết đám và rất khó điều khiển hình dạng và độ đồng đều.

1.3.1.4. Phương pháp thủy nhiệt

Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp thủy nhiệt được thực hiện dựa trên khả năng

thủy phân và khử nước của các muối ở áp suất và nhiệt độ cao. Phản ứng hóa học luôn

được thực hiện trong các hệ kín (nồi hấp hoặc autoclave) ở áp suất cao. Ở nhiệt độ cao,

sự hòa tan và khả năng phản ứng của các chất tăng lên. Nhiều tiền chất không tan trong

nước ở điều kiện bình thường có thể được sử dụng trong phương pháp thủy nhiệt. Hiện

nay quá trình thủy nhiệt đang được sử dụng rộng rãi để tổng hợp các hạt nano từ tính

như ôxít, ferit hoặc hợp kim. Các thông số như áp suất, nhiệt độ, thời gian phản ứng,

nồng độ tiền chất và độ pH có thể được sử dụng để điều khiển kích thước, hình dạng và

độ kết tinh của sản phẩm. Có hai cơ chế để hình thành hạt nano từ dưới các điều kiện

thủy nhiệt là có sử dụng chất hoạt động hoặc không dùng chất hoạt động bề mặt. Wang

và cộng sự đã sử dụng phương pháp này để chế tạo hạt nano Fe3O4 có độ tinh thể hóa

cao mà không sử dụng chất hoạt động bề mặt. Mẫu hạt thu được có kích thước 40 nm

và mômen từ bão hòa 85 emu/g. Khi sử dụng chất hoạt động bề mặt sodium bis (2-

ethylhexyl) sulfosuccinate (AOT), Zheng và cộng sự thu được hạt có kích thước 27 nm

và hạt thể hiện tính siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng...

Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp thủy nhiệt có ưu điểm là thân thiện với môi

trường vì nó không sử dụng đến bất kỳ dung môi hữu cơ nào cũng như không yêu cầu

bất kỳ công đoạn xử lý nhiệt nào sau khi tổng hợp mà vẫn cho ra các sản phẩm có mức

độ tinh thể hóa cao. Phương pháp này còn có thể chế tạo ra các hạt nano với khả năng

điều khiển về kích thước và hình dạng. Ngoài ra, các hạt nano nhiều thành phần (các

loại vật liệu gốm kích thước nano) không phải luôn dễ dàng tổng hợp bằng phương pháp

hóa ướt khác, có thể được tổng hợp bởi phương pháp thủy nhiệt. Nhược điểm của

21

phương pháp này là việc sử dụng nồi hấp hoặc lò phản ứng áp suất cao để tổng hợp mẫu

và điều này có thể gây nên rủi ro cháy nổ.

1.3.1.5. Phương pháp phân hủy nhiệt

Trong số các phương pháp tổng hợp hạt nano đã nói ở trên, mỗi phương pháp đều

đem đến những ưu nhược điểm riêng và cho phép kiểm soát kích thước, hình dạng, tính

chất của hạt nano theo cách riêng. Nhưng trong một số ứng dụng chẳng hạn như ứng

dụng đốt từ trong y sinh thì yêu cầu độ đồng nhất về hình dạng, đồng đều về kích thước

cũng như khả năng điều khiển tốt kích thước hạt được đặt lên hàng đầu, thì hầu như các

phương pháp nói trên chưa cho hiệu quả cao. Trong những năm gần đây, một phương

pháp tổng hợp mới liên quan đến sự phân hủy nhiệt các tiền chất trong dung môi hữu cơ

ở nhiệt độ cao để tạo ra các hạt nano từ được các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt

quan tâm. Với phương pháp này, các hạt nano từ thường được tạo thành bằng cách phun

nhanh các tiền chất là các hợp chất hữu cơ của nguyên tố kim loại cần tổng hợp vào

trong dung môi hữu cơ đang sôi với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt (phương pháp

hot injection) [93] hoặc bằng cách đun nóng từ từ hỗn hợp phản ứng từ nhiệt độ phòng

lên nhiệt độ sôi của dung môi (phương pháp heating up)) [121, 33, 77,137]. Hình 1.8

minh họa kỹ thuật tổng hợp hạt nano bằng phương pháp hot injection.

Hình 1.8. Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp hot injection [93]

Các hợp chất hữu cơ của các kim loại như cacbonyl, hoặc các hợp chất

acetylacetonat là các tiền chất phổ biến nhất được sử dụng trong phương pháp này. Mặc

dù muối kim loại vô cơ sulphat hoặc chlorua cũng thường được sử dụng. Các axit béo

(FA), oleylamin (OLA), trioctylphosphin oxit (TOPO) hoặc hỗn hợp của chúng được sử

dụng rộng rãi như là các chất hoạt động bề mặt [148]. Cấu trúc của một vài chất hoạt

động bề mặt thông dụng dùng để tổng hợp hạt nano trong dung môi hữu cơ được chỉ ra

trên hình 1.9. Để điều chỉnh hình thái và độ đồng đều của hạt, các thông số phản ứng

như: tỉ lệ nồng độ của tiền chất/chất hoạt động bề mặt, nồng độ của các chất hoặc thời

gian phản ứng thường được sử dụng [22, 128]. Ngoài ra, các yếu tố thực nghiệm khác

như nhiệt độ phản ứng, tốc độ gia nhiệt hoặc loại dung môi sử dụng cũng đóng một vai

22

trò quan trọng trong việc quyết định hình dạng, kích thước và độ đồng đều của các hạt

nano [149-151, 44].

Hình 1.9. Cấu trúc của một vài chất hoạt động bề mặt được sử dụng

trong tổng hợp hạt nano trong dung môi hữu cơ

Tổng hợp hạt nano trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao mang đến nhiều ưu điểm

vượt trội hơn các phương pháp khác. Thứ nhất, hạt thu được ở nhiệt độ cao có mức độ

tinh thể hóa cao. Thứ hai, tốc độ tạo mầm (nucleation) và phát triển (growth) của hạt

nano có thể dễ dàng điều khiển được bằng cách thay đổi nhiệt độ phản ứng. Sự phát

triển của các hạt nano có thể được dừng lại bất kỳ thời điểm nào bằng cách làm nguội

phản ứng, điều đó là rất quan trọng và nó quyết định không chỉ kích thước, độ đồng đều

hạt mà còn ảnh hưởng đến cả hình dạng hoặc cấu trúc pha tinh thể của sản phẩm. Ví dụ

như, Puntes và các cộng sự đã tổng hợp các hạt nano Co bằng cách phun nhanh Co2(CO)8

vào dung dịch dichlorobenzene có chứa hỗn hợp chất hoạt động bề mặt acid oleic (OA)

và trioctylphosphine oxide (TOPO) ở nhiệt độ 182oC. Phản ứng được làm nguội nhanh

tại các thời điểm khác nhau dẫn đến sự hình thành các hình dạng khác nhau. Ban đầu

tác giả thu được các đĩa nano (nanodisk) Co với kích thước từ 4x25 đến 4x75 nm. Khi

tăng thời gian phản ứng, các đĩa nano chuyển sang dạng hình cầu rất đồng đều với kích

thước 8 nm. Ngoài ra tác giả cũng quan sát thấy rằng cấu trúc pha tinh thể của sản phẩm

thu được chuyển từ dạng sáu phương xếp chặt hcp-Co với các đĩa nano ở thời gian phản

ứng ngắn sang thành dạng ε-Co của các hạt nano hình cầu khi kéo dài thời gian phản

ứng. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng sử dụng các hợp chất cacbonyl có ưu

điểm là tạo ra các sản phẩm chất lượng cao, tuy nhiên các tiền chất này rất độc hại, tác

động xấu đối với môi trường và không bền ở điều kiện thông thường (nhiệt độ phòng và

môi trường không khí). Việc cân đo các hóa chất cũng như tổng hợp mẫu cần thực hiện

dưới điều kiện khí trơ (N2 hoặc Ar).

23

Với ưu điểm vượt trội hơn các phương pháp khác, chúng tôi sử dụng phương pháp

này để chế tạo hạt nano oxit sắt trong luận án, việc tổng hợp mẫu được thực hiện bằng

phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ. Ở đây, thay vì sử dụng các tiền

chất là các muối cacbonyl (Co2(CO)8 và Fe(CO)5) độc hại và không bền, chúng tôi đã

sử dụng hợp chất acetylacetonate của sắt Fe(acac)3. Các hợp chất này không độc hại và

bền ở điều kiện thường do đó cho phép tiến hành các thí nghiệm một cách tiện lợi hơn.

Các chất hoạt động bề mặt sử dụng là axit oleic (OA) và oleylamine (OLA), OLA được

sử dụng với mục đích vừa là chất hoạt động bề mặt vừa là tác nhân khử. Dibenzyl ether

được sử dụng làm dung môi để tổng hợp mẫu [89, 129].

1.3.2. Các công nghệ bọc hạt trong dung môi nước

Đối với các hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong dung môi

nước thì việc bọc hạt hay chức năng hóa bề mặt hạt nano sau khi chế tạo là một yếu tố

rất quan trọng để có thể vừa đảm bảo được tính chất từ cũng như tính tương hợp sinh

học. Khi bề mặt được bọc và chức năng hóa, các hạt nano dễ dàng phân tán trong một

dung môi phù hợp và trở thành những hạt keo đồng nhất gọi là chất lỏng từ. Thông

thường các hạt nano thường được bọc bởi các nhóm vật liệu sau: nhóm vật liệu vô cơ,

nhóm vật liệu hữu cơ và nhóm các phân tử sinh học. Nếu giả thuyết các hạt nano từ là

lõi, vật liệu bọc là vỏ thì mô hình bọc hạt được chia thành ba loại: Lõi - vỏ, ma trận

(Mosaic-bọc một đám hạt, vỏ - lõi), vỏ - lõi - vỏ (hình 1.10). Trong mô hình lõi vỏ các

hạt nano từ được bọc đơn hạt bởi các vật liệu bọc, với mô hình ma trận vật liệu bọc có

thể bọc một đám các hạt nano từ hoặc các hạt nano từ bao xung quanh vật liệu bọc. Khi

một lớp vỏ các phân tử hữu cơ bọc lên một cấu trúc vỏ - lõi của các hạt nano từ chúng

ta sẽ có mô hình bọc vỏ -lõi -vỏ.

Hình 1.10. Mô hình bọc hạt nano từ [46]

24

Các hạt keo từ ổn định trong chất lỏng nhờ sự cân bằng giữa các lực tác dụng lên

hạt bao gồm lực hút và lực đẩy giữa các hạt. Việc sử dụng vật liệu bọc phụ thuộc vào

mục đích ứng dụng của hạt nano từ, sao cho tương tác đẩy giữa các hạt là lớn nhất để

tránh sự kết đám các hạt cũng như thu được chất keo ổn định.

1.3.2.1. Bọc hạt bằng lớp vỏ vô cơ

Ngoài các vật liệu hữu cơ, một số kim loại hay vật liệu vô cơ phi kim cũng được

dùng để bọc hạt oxit sắt như: vàng, bạc, platin, palladium, cacbon hay silica. Tùy vào

từng mục đích ứng dụng để lựa chọn vật liệu kim loại bọc phù hợp. Với các ứng dụng

trong y sinh và ứng dụng làm chất xúc tác các hạt nano từ có thể bọc bằng vàng, bạc hay

cacbon để tránh oxi hóa và giảm giá trị mô men từ của chúng theo thời gian. Thông

thường, có hai phương pháp để bọc hạt nano từ bằng vật liệu đơn kim loại sạch. Phương

pháp thứ nhất là khử trực tiếp các ion kim loại này lên bề mặt hạt nano từ. Theo phương

pháp này, Mandal và cộng sự đã tiến hành khử trực tiếp Au+ và Ag+ lên bề mặt hạt nano

Fe3O4 và thu được hạt có kích thước từ 18 đến 30 nm có tính chất từ ổn định trong thời

gian dài. Phương pháp thứ hai là phương pháp phổ biến, với phương pháp này các hạt

nao từ thường được bọc bằng một lớp vỏ hữu cơ và sau đó các ion đơn kim loại được

khử trực tiếp lên bề mặt của hệ hạt bọc hữu cơ - nano từ. Với phương pháp này một số

tác giả nghiên cứu bọc vật liệu vàng lên hạt nano từ, lớp vỏ bọc vàng không những làm

tăng tính ổn định của hạt nano từ trong dung dịch mà nó còn giúp gắn các thực thể sinh

học có nhóm -SH trên bề mặt hạt cho các ứng dụng y sinh. Theo nghiên cứu của nhóm

tác giả Wei Wu, hạt nano từ hoàn toàn được bọc bởi kim loại vàng với kích thước sau

bọc là 30 nm và giá trị mô men từ khá cao cỡ 63 emu/g. Trong ứng dụng ghi từ và làm

mực in, các hạt nano từ thường được bọc bằng cacbon. Lớp cacbon không những bảo

vệ hạt nano từ khỏi bị oxi hóa mà chúng còn tạo ra lực đẩy Van der waal ngăn các hạt

kết đám. Mặc dù vật liệu bọc C có làm giảm giá trị mô men từ của hạt nano từ nhưng

chúng có nhiều ưu điểm hơn một số vật liệu vô cơ khác như: tính bền cơ học cao, khả

năng chịu nhiệt lớn có hoạt tính hóa học mạnh và tương hợp sinh học. Có nhiều cách để

bọc C lên bề mặt hạt nano từ, theo phương pháp của Wang và cộng sự họ tiến hành bọc

cacbon lên hạt nano từ Fe3O4 bằng cách đốt nóng dung dịch chứa hạt nano Fe3O4 bọc

glucose và axit oleic. Mặc dù lớp vỏ bọc C có rất nhiều ưu điểm nhưng hạn chế của

phương pháp là rất khó khăn về mặt thực nghiệm và khó tránh khỏi việc tạo ra các liên

kết cacbon từ phản ứng ở nhiệt độ cao. Hơn nữa, các hạt thu được thường có sự phân bố

rộng. Hình 1.11 miêu tả ba mẫu hạt nano từ được phủ graphite. Từ hình ảnh HR-TEM

ta quan sát thấy lớp vỏ bọc bao quanh hạt nano sắt và coban chứng tỏ có hình thành lớp

vỏ graphite.

25

Hình 1.11. Các ảnh TEM: A) Các hạt nano sắt được phủ cacbon chế tạo bằng phương

pháp nổ cảm ứng nhiệt phân của ferrocene; B) Các hạt nano sắt trong một ma trận cacbon

chế tạo bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi; C) Các hạt nano coban được cacbon

bảo vệ chế tạo bằng phương pháp nhiệt phân cồn polyfurfuryl [79].

Tuy nhiên, phụ thuộc vào mỗi phương pháp tổng hợp, các hạt thường bị kẹp trong

ma trận cacbon, cho nên sản phẩm có diện tích bề mặt chế tạo thường thấp hơn, giới hạn

tính năng đặc biệt từ tính của chúng, như sự phục hồi Brown, và làm cho phân tán không

đồng nhất trong pha lỏng. Tuy vậy, việc phủ các hạt nano kim loại bằng graphite được

các nhà khoa học nghiên cứu khá nhiều, do những đặc tính độc đáo của chúng như khả

năng ổn định trong môi trường axit và bazơ.

Ngoài các vật liệu như vàng, bạc, cacbon thì silica cũng là vật liệu phổ biến được

dùng để bọc hạt nano từ. Ưu điểm nổi trội của vật liệu này là: Tính bền cơ học cao, ổn

định các hạt nano oxit sắt trong dung dịch tránh tương tác giữa các hạt ngăn chúng kết

đám; hệ hạt Silic bọc nano oxit sắt có tính tương hợp sinh học và tính tan trong nước;

dễ dàng chế tạo và điều khiển được độ dày lớp vỏ bọc. Hơn nữa, bề mặt SiO2 cho phép

chức năng hóa dễ dàng với tác nhân cặp cùng silan, điều đó làm cho nó có tính hấp dẫn

lớn cho xúc tác, dẫn thuốc và mục đích chiết tách. Hầu hết các ứng dụng thông thường

sử dụng cách tiếp cận là bọc silica lên các hạt nano Fe3O4 trong phòng thí nghiệm bằng

phương pháp sol - gel, phun nhiệt phân, vi nhũ tương, và kỹ thuật nhúng tẩm. Đặc biệt

bằng con đường sol - gel, việc phủ lớp được lặp lại trên kim loại hoặc oxit kim loại bằng

lớp vỏ silica có thể điều chỉnh được độ dày đã được báo cáo trong nhiều công trình. Điều

khiển quá trình lớn lên của tinh thể silic được Koble và cộng sự phát minh năm 1956.

Mười hai năm sau, Stober và Fink có cách tiếp cận đơn giản hơn theo hướng tổng hợp

đơn phân tán các hạt keo silic hình cầu.

26

Hình 1.12. Sơ đồ minh họa bước thứ nhất của phản ứng xúc tác ngưng tụ

tetraethylorthosilicate (TEOS) [45].

Quy trình trên cơ sở thủy phân silic ankoxides trong dung môi cồn vừa phải với

pH có giá trị lớn. Trên hình 1.12 trình bày bước đầu tiên của sự thủy phân xúc tác và

ngưng tụ; sử dụng tiến trình này để chế tạo cấu trúc có tính chất lõi/vỏ, tính tương thích

giữa bề mặt các hạt lõi và dung dịch silica ban đầu cần được biết chắc chắn.

Có nhiều bề mặt phủ trực tiếp được silica do tính chất hóa học hòa tan vô hạn của

silica ban đầu. Ví dụ, chất keo bao gồm magnetite, khoáng đất sét và titania có thể liên

kết chặt chẽ với các hạt silica hình cầu. Về chế tạo, đơn thuần ta phải tạo được sự phân

bố đồng nhất của chất keo trong suốt quá trình phản ứng. Có nhiều loại các hạt keo được

phủ theo phương thức hoạt tính bề mặt, chất ổn định, hoặc tác nhân cặp silane bằng các

tiến trình tương tự nhau. Quá trình chế tạo được điều khiển dễ dàng bởi sự tập trung của

silicon alkoxides, lượng dung môi hữu cơ, tính kiềm hoặc lượng nước trộn trong quá

trình phản ứng. Trong hình 1.13 miêu tả bốn hợp tử lõi/vỏ với lõi là các hạt nano -

Fe2O3, Fe3O4 và -Fe.

Hình 1.13. Các ảnh TEM của các hạt nano sắt oxit và sắt với lớp ngoài SiO2: A) Tổ hợp

keo phân tán đơn bao gồm các hạt nano hematite trong khối cầu silic 100 nm; B) Các

hạt nano hematite có dạng bát diện trong lớp vở SiO2 dày 50 nm; C) các hạt nano oxit

sắt từ trong hình cầu silic; D) Các đám nano sắt kẹp trong chất keo SiO2 [140].

Tính chất của các tổ hợp có thể được điều chỉnh tốt hơn nữa bằng phương pháp tạo

xốp. Bằng phương pháp này, các cấu trúc lỗ mịn sẽ được chế tạo với lớp vỏ bọc silic,

nó dẫn đến sự gia tăng diện tích bề mặt dễ dàng. Nếu như, lớp lõi được làm thành hệ

rỗng, chúng có thể được sử dụng là các tâm trong xúc tác dị thể nhiệt độ cao. Tuy nhiên,

27

cho đến hiện nay, một số đặc trưng của lớp phủ silica như kìm hãm ảnh hưởng nung,

nhưng nó không đủ hấp dẫn để khai thác trong lĩnh vực xúc tác hay khoa học vật liệu.

Bên cạnh các thuận lợi này, sự bảo vệ của keo với lớp vỏ silica không hòa tan hết trong

các dung dịch cho các mục đích sử dụng khác nhau. Ví dụ, các mẩu silica thể hiện tính

chất thông thường là điện trở thấp khi giá trị pH cao. Hơn nữa, lớp vỏ không thể ngăn

chặn vật liệu lõi khỏi bị oxi hóa hoặc quá trình khử. Do đó, lớp bọc silica trên các hạt

nano nền sắt không thích hợp cho các ứng dụng trong môi trường axit mạnh hoặc trong

môi trường khí oxi hóa.

1.3.2.2. Bọc hạt bằng lớp vỏ hữu cơ

Hiện nay, các polyme có phân tử lớn thu hút được nhiều quan tâm của các nhà

khoa học bởi lớp vỏ bọc này tạo ra lực đẩy lớn, cân bằng với các lực hút tác động lên

hạt nano như lực từ hay lực Van Der Waals. Ngoài ra các hạt nano khi chức năng hóa

bằng polymer có các tính chất vật lý và hóa học khá lý thú. Vật liệu bọc polymer được

chia thành hai loại: polyme tổng hợp và polymer tự nhiên (bảng 1.3). Để bọc hạt nano

từ bằng lớp vỏ bọc polyme người ta thường dựa trên hai hướng chính. Một là theo từng

mục đích ứng dụng của hạt nano từ, hai là theo mục đích chế tạo hạt nano từ với hình

dạng và thành phần đã xác định. Gupta và cộng sự đã sử dụng phương pháp vi nhũ tương

để tổng hợp hệ hạt nano từ bọc PEG có kích thước khoảng 40-50 nm và lớp vỏ polyme

tan trong nước [40]. Phép phân tích 3-(4,5-dimethehylthiazol-2-yl)-2,5-

diphenyltetrazolium bromine cho thấy rằng hệ hạt bọc không gây độc với cơ thể con

người và có thể ứng dụng trong một số thí nghiệm invivo và invitro. Phương pháp

polyme hóa và phương pháp tổng hợp in-situ được sử dụng trong quá trình bọc hạt sẽ

cho hạt đồng đều và nồng độ hạt từ cao. Nhóm nghiên cứu Zhang sử dụng các phân tử

polyme dạng gel trong quá trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 [161]. Đầu tiên các muối kim

loại được đính với hạt gel axit N-isopropyl acrylamide - acrylic gắn với N, N’-

methylene bisacrylamine (BIS), sau đó các hạt nano Fe3O4 được tổng hợp in-situ trong

hạt gel bằng phương pháp đồng kết tủa. Cách tổng hợp này tạo ra hạt nano có kích thước

8.1nm và nồng độ cao 0,724g/1g polyme đồng thời cho tính chất từ tốt. Ngoài các nghiên

cứu trên, cách bọc hạt nano từ bằng các phân tử polyme có độ ổn định cao và tương hợp

sinh học tốt hiện nay vẫn còn là thử thách lớn đối với các nhà khoa học.

Bảng 1.3. Bảng tổng kết các loại polyme bọc hạt nano từ và các ưu điểm

của chúng [141].

Polyme Tên Ưu điểm

Tự nhiên Dextran

Tạo ra trên bề mặt hạt nano các tương tác phân cực,

thời gian sống trong mạch máu lâu, ổn định và

tương hợp sinh học.

28

Starch Tương hợp sinh học, ứng dụng trong MRI và dẫn

thuốc.

Gelatin Sử dụng như chất tạo gel, có tính tan trong nước,

tương hợp sinh học.

Chitosan Không độc, tan trong nước, sử dụng rộng rãi trong

phân phối gene.

Tổng hợp

Poly(ethyleneglycol

) (PEG)

Có tính tan trong nước, tương hợp sinh học, tồn tại

trong mạch máu.

Polyvinyllcohol

(PVA) Ngăn kết đám, phân tán tốt.

Poly lactide axit Tăng đặc tính sinh học, không độc, dễ dàng tương

tác thực thể sinh học.

Sodium Alginate

(Bán tổng hợp) Tăng tính ổn định và tương hợp sinh học.

Polymethylmethacr

ylate (PMMA) Ứng dụng trong dẫn thuốc và tách chiết.

Polyacrylic acid

(PAA) Tăng tính ổn định và tương hợp sinh học.

1.3.2.3. Bọc hạt bằng các phân tử sinh học

Một số phân tử sinh học như protein, polypeptit, kháng nguyên và biotin có thể

bao quanh các hạt nano từ trực tiếp hoặc gián tiếp bởi các nhóm chức hóa học. Với các

ứng dụng trong y sinh thì việc sử dụng các phân tử sinh học để chức năng hóa bề mặt

hạt nano từ là một lợi thế rất lớn. Các phân tử này làm tăng tính tương hợp sinh học của

các hạt nano từ và ngụy trang hạt nano giống như những thực thể sinh học. Bằng phương

pháp vi nhũ tương Zhang và cộng sự đã dùng serum albumin của người (HAS) bọc hạt

nano Fe3O4 [159]. Họ sử dụng hệ hạt bọc này như một chất mang đồng vị phóng xạ của

nguyên tố 188Re và thấy rằng hệ hạt có thể gắn với nguyên tố 188Re ứng dụng trong xạ

trị.

Các bước bọc hạt nano từ bằng các phân tử sinh học thường tiến hành hai bước:

Đầu tiên là tổng hợp hệ hạt nano từ có lớp vỏ bọc bằng các chất hữu cơ phân tử nhỏ

hoặc polyme, sau đó gắn các phân tử sinh học lên hệ hạt bọc thông qua các liên kết hóa

học hoặc hấp phụ vật lý. Một nghiên cứu điển hình cho cách tổng hợp này là nghiên cứu

của Lee và cộng sự [63]. Nghiên cứu của họ tập trung vào gắn γ-Fe3O4 bằng các chuỗi

oligonucleotit đơn. Đầu tiên họ tạo hệ hạt nano bọc bởi phân tử chứa nhóm cacboxylic

tan trong nước, sau đó họ sử dụng chất: 1-Ethyl-3- (3- dimethylaminopropyl)

carbodiimide (EDC) như thuốc thử, họ thành công khi gắn protein, streptavidin lên bề

mặt hạt nano. Hệ hạt bọc bởi Streptavidin có thể dễ dàng đính với phân tử biotin nối với

chuỗi oligonucleotide đơn. Các hạt nano từ khi gắn với phân tử sinh học có khả năng

29

ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sinh học đặc biệt trong tách chiết hay trong chụp

ảnh cộng hưởng từ.

1.3.3. Các quy trình chuyển pha từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước

Trong các ứng dụng y sinh, ngoài đòi hỏi về chất lượng hạt nhỏ, đồng đều và từ

tính mạnh, thì một yêu cầu không thể thiếu được với các hạt nano từ là khả năng phân

tán tốt, bền trong môi trường nước và dưới điều kiện sinh học (tương thích sinh học)

[161]. Để thu được các hạt nano từ có chất lượng cao, việc chế tạo mẫu thường được

tiến hành trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao [110, 146] như: benzyl ther, phenyl

ether, octadecen… Do đó, trước khi có thể sử dụng trong y sinh, các hạt nano từ này cần

phải được chuyển từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước thông qua các quy trình

chuyển pha (phase transfer process). Hiện nay trên thế giới có 3 xu thế để chuyển các

hạt nano từ từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước đó là: Thay thế các phân tử hữu cơ

kị nước (hydrophobic) trên bề mặt hạt nano từ bằng các phân tử ưa nước (ligand

exchange methods), bọc các hạt nano từ bằng 1 lớp vỏ ưa nước sử dụng các amphiphilic

polyme (encapsulation methods) và quy trình chuyển pha liên quan đến phản ứng silica

hóa (silanisation methods). Hình 1.14 miêu tả 3 phương pháp phổ biến dùng để chuyển

hạt các nano từ từ dung môi hữu cơ sang môi trường nước.

Hình 1.14. Các phương pháp chuyển pha hạt nano từ sang môi trường nước [158]

1.3.3.1. Phản ứng chuyển pha ligand exchange

Ligand exchange là một trong những quá trình được sử dụng phổ biến nhất để

chuyển các hạt nano tổng hợp trong dung môi hữu cơ sang dung môi nước. Với quá

trình này, các phân tử ligand kỵ nước (hydrophobic ligands) trên bề mặt hạt được thay

thế bởi các ligands ưa nước (hydrophilic ligand) và giúp cho các hạt phân tán tốt trong

nước cũng như mang đến các tính chất và nhóm chức mới trên bề mặt hạt.

30

Về mặt nguyên tắc, các phân tử hydrophilic ligand cần phải mang những nhóm

chức giúp nó bám vào bề mặt hạt nano chắc hơn so với các ligand kỵ nước. Hàng loạt

các hydrophilic ligands với các nhóm chức khác nhau như: COOH, NH2 hoặc OH

thường xuyên được sử dụng trong quá trình chuyển pha ligand exchange này. Ví dụ,

Ying và các cộng sự đã phát triển một quy trình chuyển pha để phân tán các hạt nano

Fe2O3 sang nước sử dụng poly (acrylic acid) PAA polyme [158]. Các hạt nano Fe2O3

ban đầu được tổng hợp trong dung môi hữu cơ và bọc oleic acid được làm phân tán trong

nước thông qua việc thay thế các OA trên bề mặt của chúng bởi các phân tử PAA. PAA

có mang đồng thời nhiều nhóm chức COOH do đó tạo ra liên kết rất mạnh với bề mặt

hạt. Kết quả là các hạt thu được phân tán tốt và bền trong nước. Hình 1.15 minh họa quy

trình ligand exchange thay thế các phân tử OA bởi PAA trên bề mặt hạt nano Fe2O3.

Hình 1.15. Minh họa quy trình chuyển pha ligand exchange sử dụng poly [acrylic

acid] (PAA) với các nhóm chức COOH [95]

Các hydrophilic ligand có mang phân tử dophamine (DPA), chẳng hạn như PEG-

DPA hoặc sulfonate-DPA, cũng được sử dụng phổ biến trong các phản ứng ligand

exchange do liên kết mạnh giữa 2 nhóm chức OH trên phân tử DPA và bề mặt hạt [143].

Sun và các đồng nghiệp đã phát triển hạt nano Fe3O4 bọc bởi PEG với khả năng giảm

thiểu đáng kể các hạt bị hấp thụ bởi tế bào macrophage của hệ thống miễn dịch [144].

Các hạt nano oxide sắt ban đầu được tổng hợp trong dung môi hữu cơ thông qua phản

ứng phân hủy muối Fe (III) acetylacetonate ở nhiệt độ cao dưới sự có mặt của chất hoạt

động bề mặt OA. Quá trình phân tán các hạt thu được trong nước được thực hiện nhờ

phản ứng ligand exchange thay thế phân tử OA bằng phân tử PEG-DPA [156]. Nghiên

cứu của nhóm tác giả này cho thấy rằng các hạt nano Fe3O4 bọc bởi PEG-DPA hầu như

không bị hấp thụ bởi tế bào Macrophage Cells khi tăng trọng lượng phân tử của PEG.

Điều này được các tác giả giải thích là do sự hình thành một lớp chặt khít (dense coating)

các phân tử PEG trên bề mặt hạt ở khối lượng phân tử PEG lớn (Mw = 3.000-20.000

g/ml).

31

.

Hình 1.16. Ảnh TEM (a) và phổ DLS (b) của hạt nano Fe3O4 bọc bởi phân tử dophamine

sulfonate (DS), và quy trình tổng hợp và cấu trúc phân tử của DS (c). Hình nhỏ bên trong

(hình a) là ảnh chụp các hạt Fe3O4 bọc bởi các phân tử DS phân tán trong nước [137]

Sử dụng DPA như những nhóm chức, Hyeon và các đồng nghiệp đã tổng hợp thành

công các phân tử dopamine sulfonate (DS) và sử dụng chúng như tác nhân chuyển pha

giúp phân tán các hạt Fe3O4 trong nước hình 1.16 [69, 137].

1.3.3.2. Quy trình bọc các hạt nano từ bằng các polyme lưỡng tính (amphiphilic polyme)

Phản ứng chuyển pha (ligand exchange) cho dù được sử dụng rất phổ biến cho các

quá trình chuyển pha hạt nano từ dung môi hữu cơ sang nước tuy nhiên nó có nhược

điểm là phụ thuộc vào liên kết hóa học giữa bề mặt của hạt nano và nhóm chức của

ligand sử dụng. Như chúng ta đã biết, các loại hạt nano khác nhau có liên kết mạnh yếu

khác nhau với các nhóm chức của các ligand. Ví dụ các hạt nano kim loại như: Au, Pt

hoặc Ag liên kết mạnh với các nhóm chức thiol (SH) hoặc amine (NH2). Các hạt nano

từ như Fe3O4 hoặc CoFe2O4,…tạo ra liên kết mạnh với nhóm chức cacboxylic hoặc

phosphat. Do đó với mỗi một hệ vật liệu cụ thể đòi hỏi một nhóm chức tương ứng và

điều này dẫn tới một quy trình ligand exchange chỉ có thể áp dụng cho một loại vật liệu

cụ thể. Thời gian gần đây một số nghiên cứu quan tâm phát triển quy trình chuyển pha

mang tính tổng quát (có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu) sử dụng polyme lưỡng tính

(amphiphilic polymer) [156, 88]. Các polyme thường được sử dụng gồm có Fluronic

127, 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethylene

glycol)-2000] viết tắt là (DSPE-PEG) hoặc poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene)

viết tắt là (PMAO-PEG) [85]. Ưu điểm của phương pháp này là có thể áp dụng cho hầu

hết các loại hạt nano tổng hợp trong dung môi hữu cơ.

32

Hình 1.17. Minh họa quy trình chuyển pha sử dụng các amphiphilic polymer: DSPE-

PEG (phần trên), PMAO (Phần giữa) và Fluronic (phần hình dưới) [85]

Hình 1.17 minh họa các quy trình chuyển pha sử dụng DSPE-PEG, PMAO và

Furonic 127. Theo quy trình này, phần kỵ nước (hydrophobic) của các polyme sẽ bám

vào bề mặt của hạt nano thông qua tương tác hydrophobic-hydrophobic với các phân tử

(thường là axit oleic hoặc oleylamine) trên bề mặt hạt trong khi đó phần ưa nước

(hydrophilic) có thể là các nhóm chức hoặc các chuỗi polyme ưa nước sẽ hướng ra ngoài

và giúp cho các hạt sau khi bọc phân tán tốt trong nước.

Hình 1.18. Mô hình quá trình bọc hệ hạt nano bằng PAA (a)

và bọc bằng PMAO (b) [70]

33

Sun và cộng sự đã tổng hợp các hạt nano Fe3O4 có kích thước từ 3 đến 20 nm bằng

phản ứng của dung dịch Fe(acac)3 và 1,2-hexandecanediol trong axit oleic và oleylamine

ở nhiệt độ cao (hình 1.18). Theo cách này các hạt nano với bề mặt kị nước được biến

đổi thành hạt có bề mặt ưa nước bằng cách thêm chất hoạt động bề mặt lưỡng cực như

tetramethylammonium11-aminoundecanoate. Với phương pháp chế tạo tương tự, Fan

và cộng sự đã chế tạo hạt nano γ-Fe2O3 phân tán trong nước có phân bố hạt hẹp (13±2

nm) thông qua phản ứng trao đổi phối tử. Các hạt nano siêu thuận từ phân tán ổn định

không kết đám trong môi trường pH từ 3-9, đồng thời các hạt này có thể gắn thêm phân

tử chức năng biotin với hiệu suất 96 %. Mặc dù phương pháp này có nhiều lợi thế trong

chế tạo chất lỏng từ nhưng các phản ứng trao đổi phối tử diễn ra phức tạp và khó khống

chế tốc độ trao đổi do đó khó khăn của phương pháp này là điều khiển quá trình trao đổi

phối tử.

Hình 1.19. Mô hình bọc hạt nano Fe3O4 của nhóm tác giả Sun [147].

1.3.3.3. Quy trình bọc các hạt nano từ bằng các phân tử silane

Một quy trình chuyển pha khác liên quan đến việc sử dụng các phân tử silane để

bọc các hạt nano nói riêng và hạt nano từ nói chung cho mục tiêu phân tán trong nước

hiện nay cũng đang được quan tâm nghiên cứu. Sử dụng các phân tử silane như

Tetraethyl orthosilicate (thường là TEOS) [45] làm tác nhân chuyển pha có một số ưu

điểm như: Tính tương thích sinh học cao của lớp vỏ silica tạo thành, liên kết vững chắc

giữa nhóm chức silanol của phân tử silica với bề mặt hạt cùng với liên kết ngang giữa

chúng cho phép tạo ra một lớp vỏ vững chắc bao bọc xung quanh hạt. Ngoài ra khả năng

chức năng hóa dễ dàng bề mặt hạt nano sau khi bọc silica mang lại tiềm năng ứng dụng

lớn của hệ hạt sau khi bọc trong lĩnh vực y sinh.

34

1.4. Các ứng dụng trong y sinh

Các hạt nano từ có tiềm năng ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như

công nghệ thông tin [102, 139], xử lý môi trường [91, 160], chất xúc tác [17, 51] và đặc

biệt là trong lĩnh vực y sinh [76, 109]. Trong y sinh, các hạt nano từ có thể được sử dụng

để tách chiết các phân tử sinh học dùng từ trường [113], các chất dẫn thuốc hướng đích

[7], các chất làm tăng độ tương phản trong kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) [76,

94, 63, 138] và ứng dụng đốt từ bằng từ trường trong điều trị bệnh ung thư [99, 106].

Tuy nhiên, luận án này tập trung nghiên cứu định hướng ứng dụng hạt nano từ Fe3O4

làm chất tăng cường ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI). Ứng dụng này được trình bày

chi tiết dưới đây.

Hình 1.20. Các ứng dụng của hạt nano từ tính

Chất lỏng từ làm thuốc tương phản ảnh (contrast agent) MRI

Chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) là một phương pháp thu nhận hình ảnh của

các cơ quan trong cơ thể sống và quan sát lượng nước bên trong các cấu trúc của các cơ

quan. Giữa thập niên 1940, Felix Block và Edward Furcell nghiên cứu tác động từ trường

và hạt nhân; hiện tượng hấp thụ năng lượng sóng của hạt nhân; cấu trúc và chuyển động

phân tử qua phân tích phổ tần số. Năm 1971, Raymond Damadian nhận xét có sự khác

biệt thông số cộng hưởng từ hạt nhân của mô gan bình thường và mô gan bệnh lý ở

chuột. Điều này, thúc đẩy việc nghiên cứu cộng hưởng từ trong ứng dụng phát hiện

bệnh. Năm 1972, Hounsfield giới thiệu máy cắt lớp điện toán (CT). Năm 1973, Paul C

35

Lauterbur cho xuất bản bài báo đầu tiên gợi ý khảo sát hình ảnh bằng cộng hưởng từ.

Sau đó ông đã tạo được hình ảnh cắt ngang cộng hưởng từ hạt nhân đầu tiên (của mẫu

nước). Năm 1977, Damadian thu được hình ánh cộng hưởng từ hạt nhân của cơ thể và

Peter Mansfield phát triển kỹ thuật tạo ảnh nhanh: echo-planar (EPI). Máy MRI đầu tiên

ra đời vào 1977 và hình MRI đầu tiên thu được vào ngày 03/07/1977. Năm 1987, kỹ

thuật tạo ảnh nhanh (EPI) dùng khảo sát hoạt động tim. Năm 1993, kỹ thuật MRI chức

năng (functional MRI) phát triển, cho phép nghiên cứu chức năng các vùng khác nhau

của não người. Từ khi ra đời, kỹ thuật chụp cộng hưởng từ được xem là một phát minh

tối quan trọng trong lĩnh vực chẩn đoán và điều trị bệnh. Nó giúp ghi lại hình ảnh của

tất cả các bộ phận cơ thể, đặc biệt là não bộ và tủy sống. Về cơ bản, kỹ thuật này đã biến

các nguyên tử hydro trong mô cơ thể thành những bộ máy truyền sóng radio siêu việt.

Chúng hiện diện ở mọi ngóc ngách trong cơ thể, do nguyên tử hydro có trong vô số phân

tử nước ở khắp các nội tạng. Bằng việc truy tìm vị trí của các nguyên tử hydro, máy

chụp MRI có thể ghi lại hình ảnh của tất cả các cơ quan. Hiện tượng này gần giống như

khi ta bay qua một thành phố vào ban đêm và thấy rõ đường nét ranh giới của mọi công

trình trong thành phố qua việc xác định vị trí của các ánh đèn. Ngày 6-10-2003, Hội

đồng Nobel đã công bố giải Nobel y học năm 2003 về tay hai tác giả lý thuyết cộng

hưởng từ, là các ông Paul C. Lauterbur, 74 tuổi, người Mỹ và ông Peter Mansfield, người

Anh, do đã có công phát triển kỹ thuật MRI (cộng hưởng từ ảnh) đạt đến đỉnh cao như

ngày nay, cho phép ghi lại những hình ảnh ngoạn mục về não bộ và toàn bộ nội tạng cơ

thể mà không cần phẫu thuật, đã chứng minh được những tín hiệu phát ra từ cơ thể nhằm

đáp lại từ trường có thể được phân tích bằng toán học. Hội đồng giải Nobel khẳng định,

kỹ thuật MRI là bước đột phá trong lĩnh vực chẩn đoán và nghiên cứu y học. Hiện nay,

thế giới có hơn 60 triệu ca bệnh được xác định chính xác nhờ MRI hằng năm.

Nguyên lý MRI

Chụp ảnh cộng hưởng từ MRI dựa trên tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân của các

proton khi có tác dụng kết hợp giữa một từ trường một chiều mạnh và một trường sóng

điện từ ngang (5 100 MHz). Các nguyên tử có số proton và neutron là số chẵn thì

không tạo ra tín hiệu trong khảo sát cộng hưởng từ (như12C, 16O). Nhiều nguyên tử có

số proton và neutron là số lẻ trong cơ thể đều có thể tham gia vào quá trình tạo ảnh trong

cộng hưởng từ như: 1H, 13C, 19F, 23Na, 31P. Tuy nhiên, proton 1H là được sử dụng rộng

rãi nhất trong quá trình khảo sát cộng hưởng từ do proton này có trong hầu hết các cấu

trúc cơ thể (chiếm đến 63%) và cho tín hiệu tốt nhất so với các nguyên tố khác trong cơ

thể.

36

Hình 1.21. Mô hình cấu tạo máy MRI. Radio Frequancy Coil: cuộn phát sóng tần số

radio, Gradient coils: cuộn gradient, Maggnet: Từ trường, Scanner: Bộ phận

quét, Patient: Bệnh nhân. Patient Table: Bàn bệnh nhân.

Khi cơ thể ở ngoài từ trường và không có từ trường mạnh bên ngoài, các momen

từ của các proton hydro sắp xếp phân tán, không theo hướng nhất định, tổng các vectơ

từ bị triệt tiêu. Khi đặt cơ thể vào từ trường, dưới tác động từ trường ngoài, do khác biệt

mức năng lượng, các proton sắp xếp theo 2 hướng: cùng hướng và nghịch hướng với từ

trường ngoài (parallel và antiparallel). Các proton sẽ dao động cộng hưởng nếu như tần

số của từ trường trùng với tần số Larmor của proton, ω0 = B0( là hệ số từ cơ của

proton). Mặc dù momen từ của một proton rất nhỏ (bằng 1,5 x 10-3 mô men từ của điện

tử) nhưng vì trong cơ thể động vật có một lượng rất lớn proton (khoảng 6 x1019

proton/mm3 nước) nên có thể tạo ra một hiệu ứng có thể đo được. Nếu tác dụng một từ

trường tĩnh cố định có cường độ B0 = 1 T thì sẽ có ba phần triệu (3 x 10-6) proton (tương

đương với 6 x1019 x 3 x10-6 = l,8 x 1014 proton) định hướng theo phương của từ trường

ngoài B0. Tín hiệu này có thể đo được bằng hấp thụ cộng hưởng như sau: tác dụng một

từ trường xoay chiều vuông góc với từ trường cố định B0 và có tần số bằng tần số tuế

sai Larmor ω0 = B0của proton thì sự hấp thụ cộng hưởng sẽ xảy ra. Với hạt nhân nguyên

tử hiđrô 1H, tỉ số từ cơ 2,67 x 108 rad s-l Tl): Tần số tuế sai Larmor sẽ tương ứng với tần

số sóng vô tuyến và có giá trị là 42,57 MHz. Khi chỉ có từ trường cố định, proton sẽ tuế

sai xung quanh hướng của từ trường. Khi từ trường xoay chiều được phát ra, mặc dù

cường độ của từ trường này yếu hơn nhiều so với từ trường cố định nhưng vì tần số của

nó đúng bằng tần số tuế sai nên momen từ của proton sẽ hướng theo phương của từ

trường xoay chiều, tức là vuông góc với từ trường cố định. Thực tế người ta tác dụng từ

trường xoay chiều theo từng xung, độ dài của xung đủ lớn để tạo hưởng ứng liên kết của

37

mômen từ mà máy đo có thể đo được. Khi từ trường xoay chiều ngừng tác động, mômen

từ sẽ trở lại phương của từ trường cố định. Một cuộn dây thu tín hiệu sẽ thu lại thời gian

hồi phục cả mômen từ của proton trở lại phương của từ trường Bo sau khi được khuyếch

đại 50 - 100 lần.

Hình 1.22. Nguyên lý của MRI và vai trò của hạt nano từ tính làm thuốc tăng tương

phản (a) spin từ (m) của các proton nước tiến động xung quanh hướng của từ trường

bên ngoài B0; (b) sau khi áp dụng một xung RF, m tiến động công góc với B0; (c) m

hồi phục trở lại trạng thái cân bằng ban đầu của nó thông qua theo chế độ hồi phục

chiều dọc (T1) và (d) ngang (T2); (e) Khi có mặt nano từ tính, các spin của các proton

nước bắt đầu tiến động không đồng nhất dưới tác dụng bổ sung của trường lưỡng cực

cục bộ(B1, gây ra bởi các hạt nano. Do đó các hồi phục xảy ra nhanh hơn và tạo ra

một tín hiệu MRI mạnh hơn [145].

Theo hình 1.22, B0 song song với trục z tín hiệu hồi phục cho bởi:

)2

exp()sin(T

tmM xy

−+=

Trong đó thời gian hồi phục dọc T1 (spin-mạng) và thời gian hồi phục ngang T2

(spin-spin), t là thời gian và là hằng số pha. T1 đặc trưng cho sự mất mát nhiệt lượng ra

môi trường xung quanh và là phép đo thể hiện liên kết từ giữa spin và môi trường. Hồi

phục theo phương x, y tương đối nhanh và được điều khiển bởi sự lệch liên kết pha của

proton tuế sai do tương tác từ giữa các proton với nhau và với các mô men thăng giáng

ở trong các mô T2 đặc trưng cho sự lệch pha của prôtôn với từ trường xoay chiều. Tuy

)exp(11T

mM Z

−−=

38

nhiên sự lệch pha có thể do sự bất đồng nhất của từ trường nên giá trị T2 được thay thế

bằng giá trị T2:

1/T*2 = 1 /T2 + B0/2

B0 là sự biến thiên của từ trường cố định có thể do sự biến dạng địa phương của từ

trường hoặc do sự thay đổi của độ cảm từ.

Các giá trị T1 và T2* có thể giảm đi khi có mặt của hạt nano từ tính. Sự có mặt của

chứng làm nhiễu loạn tù trường địa phương nên làm T2 thay đổi giá trị rất nhiều. Giá trị

của T1 cũng thay đổi nhưng ở mức độ yếu hơn. Dựa trên đặc tính của từng mô trong cơ

thể, tùy loại mô mà độ hấp thụ hạt năng mạnh hay yếu. Từ trường xoay chiều tác dụng

thường được khởi động theo từ xung. Các thông số quan trọng là chu kì của xung (thời

gian giữa hai xung liên tiếp) và thời gian trễ (thời gian khi bật xung đến khi đo tín hiệu).

Chu kì ngắn sẽ tăng hiệu ứng T1, chu kì dài làm cho các proton đạt được trạng thái hồi

phục dọc hoàn toàn nên làm giảm T1. Thời gian trễ ngắn làm giảm T2, thời gian trễ dài

làm tăng T2. Như vậy ta có thể thu tín hiệu dựa trên T1 (tối ưu hóa chu kì và giảm thời

gian trễ) hoặc T2 (chu kì và thời gian trễ dài).

Chụp ảnh MRI gồm 4 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Các hạt nhân đều sắp xếp một cách ngẫu nhiên và từ trường của

chúng triệt tiêu lẫn nhau do đó không có từ trường dư ra để ghi nhận được. Khi có một

từ trường mạnh tác động từ bên ngoài các mô men từ của hạt nhân sẽ sắp hàng song

song cùng hướng hoặc ngược hướng của từ trường, ngoài ra chúng còn chuyển động

dần chung quanh hướng của từ trường bên ngoài nó. Các vectơ từ hạt nhân sắp hàng

song song cùng chiều với hướng từ trường bên ngoài có số lượng lớn hơn các vectơ từ

hạt nhân sắp nhân sắp hàng ngược chiểu và chúng không thể triệt tiêu hết, do đó có

mạng lưới từ hoá theo hướng của tử trường bên ngoài. Các vectơ tạo ra hiện tượng từ

hoá chủ yếu theo hướng của từ trường bên ngoài; đó là trạng thái cân bằng. Trong trạng

thái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi nhận. Khi trạng thái cân bằng

đó bị xáo trộn sẽ có tín hiệu được hình thành.

+ Giai đoạn 2 (Kích thích hạt nhân): Hiện tượng sắp hàng hạt nhân kết thúc thì các

hạt nhân phôton hydro sẽ phóng thích năng lượng dùng để sắp hàng chúng để trở về vị

trí ban đầu. Tốc độ phóng thích các phôton này dựa vào năng lượng được phóng thích.

Thời gian cần thiết cho 63% vectơ khôi phục theo chiều dọc gọi là T1. Thời gian cần

thiết để cho 63% vectơ khôi phục theo chiều ngang gọi là T2.

+ Giai đoạn 3 (Ghi nhận tín hiệu): Khi các phôton trở lại sắp hàng như cũ do ảnh

hưởng từtrường bên ngoài chúng phóng thích năng lượng dưới dạng tín hiệu tần số vô

tuyến. Cường độ phát ra từ một đơn vị khối lượng mô được thể hiện trên một thang màu

từ trắng đến đen, trên đó màu trắng là cường độ tín hiệu cao, màu đen là không có tín

39

hiệu. Cường độ tín hiệu của một loại mô phụ thuộc vào thời gian khôi phục lại từ tính

T1 và T2, mật độ phô ton của nó.

+ Giai đoạn 4 (Tạo hình ảnh): T1 tạo ra tín hiệu MRI mạnh và cho thấy hình ảnh

các cấu trúc giải phẫu với T1 dịch não tuỷ, lớp vỏ xương, không khí và máu lưu thông

với tốc độ cao tạo ra những tín hiệu không đáng kể và thể hiện màu sẫm. Chất trắng và

chất xám biểu hiện bằng màu xám khác nhau và chất xám đậm hơn. Với T1 thì mô mỡ

có màu sáng đó là lợi thế lớn nhất để ghi hình mô mỡ trong hốc mắt, ngoài màng cứng

tuỷ xương và cột sống. Máu tụ mạn tính có hình ảnh tín hiệu cao vả thể hiện ảnh màu

trắng. Tuy nhiên sự khác biệt giữa hàm lượng nước trong mô không lớn thì độ nhạy hình

ảnh T1 không cao. Do đó không thể ghi hình được ở những tổn thương nhỏ không đè

đẩy cấu trúc giải phẫu.

Chế độ chụp T1W, T2W và PDW

Như đã biết ở trên cường độ tín hiệu tăng dần từ 0 đến cực đại trong thời gian T1

và giảm dần từ cực đại trở về 0 trong thời gian T2. Nhằm tạo ra sự tương phản tốt nhất

về hình ảnh của các mô, người ta phải chọn thời điểm T1 và T2 thích hợp để thu nhận

các tín hiệu bức xạ cung cấp cho quá trình tạo ảnh.

TR (Time of Repetition) là khoảng thời gian từ khi bắt đầu giãn dọc đến khi mức

độ từ hoá của mô được đo để tạo ra tương phản ảnh. Xác định giá trị TR là xác định thời

điềm chụp ảnh.

TE (Time of E cho event) là khoảng thời gian từ khi bất đầu giãn ngang đến khi

mức độ từ hoá của mô được đo đề rạo ra tương phản ảnh. Các giá trị kết hợp giữa TE và

TR được chọn qua các bảng tuỳ thuộc vào từng loại mô.

Bằng cách điều chỉnh các giá trị TR và TE của T1 và T2, ta thu được các tương

phản ảnh tương ứng ảnh của T1 và T2 trong trường hợp này gọi là T1 điều chỉnh (T1-

weighted: T1W) và T2 điều chỉnh (T2-weighted: T2W). Nhằm tạo ảnh T1 điều chỉnh,

người ta cần chọn một giá trị TR tương ứng với thời gian mà tại đó tương phản T1 lớn

nhất giữa hai loại mô. Nếu lựa chọn TR dài hơn sẽ tạo ra cường độ tín hiệu lớn hơn

nhưng tương phản T1 ít hơn. Việc lựa chọn TR thích hợp với các giá trị T1 của mô rất

có ý nghĩa trong chẩn đoán lâm sàng, đặc biệt khi phân biệt giữa mô lành và mô bệnh

lý. Nếu giá trị TR được chọn bằng giá trị T1 của mô, đó là ảnh được chụp khi mô trở lại

63% sự nhiễm từ mô của nó.

Nhằm tạo ảnh T2 điều chỉnh, người ta cần chọn một giá trị TE tương ứng với thời

gian mà tại đó tương phản T2 lớn nhất giữa hai loại mô. Tương phản T2 cực đại thu

được bằng cách dùng TE tương đối dài. Tuy nhiên, nếu dùng TE quá dài thì sự nhiễm

từ và tín hiệu RF lại quá thấp để hình thành một ảnh.

40

Một kỹ thuật tạo ảnh hay gặp nữa là PD (Proton Density), là ảnh khảo sát mật độ

proton. Khi sự nhiễm từ dọc đạt giá từ cực đại thì tương phản theo thời gian T1 sẽ kém

đi. Lúc này tương phản ảnh do mật độ proton của mô quyết định. Do vậy, nếu ta chọn

giá trị TR tương đối dài để tạo ảnh tương phản mật độ proton thì gọi là ảnh mật độ proton

điều chỉnh (muốn Density-weighted: PDW).

Hình 1.23. Tạo ảnh T2, T1 điều chỉnh [42]

Tín hiệu các mô/dịch cơ thể

Nguyên tử Hydro trong cơ thể dưới tác động từ trường và sóng radio, hấp thụ và

phóng thích năng lượng sóng RF. Các mô cơ thể khác nhau sẽ hấp thụ và phóng thích

năng lượng khác nhau. Quá trình phóng thích năng lượng được máy thu nhận, xử lý,

chuyển đổi thành các tín hiệu hình ảnh. Hình ảnh MRI có độ tương phản cao, chi tiết

giải phẫu tốt, khả năng tái tạo 3D, không có tác dụng phụ như X quang nên ngày càng

được chỉ định rộng rãi không chỉ cho thần kinh mà còn cho nhiều lĩnh vực khác: cơ

xương khớp, tim mạch, bụng.

Bảng 1.4. Tín hiệu T1W và T2W của các mô/dịch cơ thể

Mô/dịch cơ thể Ví dụ T1W T2W

Khí Phổi, ruột Không Không

Mô giàu chất khoáng Xương, sỏi Không Không

Mô Collagen Dây chằng, gân, mô xơ Thấp Thấp

Mỡ Mỡ, tủy xương Cao Cao

Nước tự do Thận, phù, dịch não tủy Thấp Cao

Dịch protein Kén, áp-xe, dịch khớp Trung gian Cao

Tương phản ảnh MRI thường được tăng cường tự nhiên bởi sự có mặt của các hợp

chất thuận từ trong cơ thể. Các hợp chất này có khả năng làm tăng tốc độ hồi phục sớm

của các proton trong phân tử nước và được đặc trưng bằng các tham số R1 = 1/T1 hoặc

R2 = 1/T2. Ví dụ, hạt nano ôxít sắt được bao phủ dextran có tính tương hợp sinh học và

41

có thể được đào thải qua gan sau khi sử dụng. Các hạt nano này được phát hiện bởi màng

lưới nội mô của cơ thể. Độ tương phản dựa trên hiện tượng các mô khác nhau sẽ hấp thu

khác nhau. Ví dụ các hạt nano có đường kính 30nm có thể nhanh chóng đi vào gan và

ty trong khi những cơ quan khác thì chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt nano ở các cơ quan

là khác nhau, dẫn đến sự nhiễu loạn từ trường địa phương cũng khác nhau làm tăng độ

tương phản trong ảnh cộng hưởng từ do thời gian hồi phục bị thay đổi khi đi từ mô này

đến mô khác. Những hạt có kích thước nhỏ sẽ có thời gian tồn tại trong cơ thể lâu hơn

vì màng lưới nội mô nhận biết chúng khó hơn. Các hạt nano như là một chất tương phản

MRI có thể đi đến tủy xương, mạch máu, hệ thần kinh. Chú ý rằng màng lưới nội mô

của các tế bào ung thư hoạt động không hiệu quả như các tế bào khỏe mạnh thông

thường. Do đó, thời gian hồi phục của các proton trong các tế bào ung không bị ảnh

hưởng nhiều. Dựa trên điều này người ta xác định được các hạch bạch huyết, ung thư

gan và ung thư não.

Các cơ chế T1, T2 và CEST

Trong nhiều trường hợp chẩn đoán, sự khác nhau của R1 (hoặc R2) giữa các mô

tế bào là nhỏ và việc sử dụng các chất tương phản bổ sung từ bên ngoài là cần thiết để

nâng cao giá trị chẩn đoán của MRI.

Hình 1.24. Hiệu ứng tương phản của các hạt nano từ tính trong nước [54]

Hạt nano từ tính được chức năng hóa để liên kết với một số mô nhất định sẽ có

tác dụng đánh dấu hiệu quả hơn. Hiện tại có thể chia các chất tương phản làm 3 loại

tương ứng với các cơ chế T1 [33, 152, 135], T2 [104, 135] và theo 1 cơ chế mới phát

hiện gần đây là cơ chế trao đổi bão hòa kèm theo chuyến hóa chất (CEST: Chemical

Exchange Saturation Transfer) [19].

42

Hình 1.25. Cơ chế trao đổi bão hòa kèm theo chuyển hóa chất (CEST)[19]

Bằng cách bão hòa chọn lọc một tín hiệu proton cụ thể (liên kết với một phân tử

cụ thể hoặc chất tăng tương phản CEST) trong trao đổi với các phân tử nước xung quanh,

các tín hiệu MRI từ các phân tử nước với số lượng lớn xung quanh cũng bị suy giảm.

Hình ảnh thu được có và không có RF bão hòa xung tiết lộ vị trí của chất tăng tương

phản CEST. Trao đổi hóa học phải có trong chế độ trung gian nơi trao đổi là đủ nhanh

để làm bão hòa một cách hiệu quả các tín hiệu nước với số lượng lớn nhưng đủ chậm để

có một sự khác biệt giữa độ dịch chuyển giữa các proton trao đổi và proton nước cộng

hưởng. Độ lớn của hiệu ứng CEST do đó phụ thuộc vào cả vận tốc trao đổi và số proton

trao đổi. Cơ chế của T1, T2 và CEST cũng như các hợp chất sử dụng được minh họa

dưới đây:

43

Hình 1.26. Phân loại các thuốc tăng tương phản tương ứng với các cơ chế Tl, T2 và CEST [59]

Thuốc tăng tương phản theo cơ chế T1

Các tác nhân tương phản Tl đã thành thương phẩm truyền thống là phức của ion

thuận từ có giá trị mômen spin lớn như Gd3+ (có 7 điện tử chưa ghép cặp). Các ion Gd3+

này được kết hợp với các phân tử như DTPA (diethylenetriaminepentaacetic axit) và tạo

thành các cấu trúc dạng phức “càng cua” Gd-DTPA [33]. Trong quá trình hồi phục, sự

tương tác giữa mômen từ của proton với mômen từ của các ion thuận từ khiến thời gian

T1 bị suy giảm, nhờ vậy tốc độ hồi phục R1 tăng lên [47, 33]. Nồng độ các tác nhân là

khác nhau ở mỗi vùng mô tế bào, do vậy mang lại hiệu quả tương phản trên ảnh chụp

MRI.

Hình 1.27. Công thức hóa học và sản phẩm OMNISCAN của thuốc tương phản T1

Thuốc tăng tương phản theo cơ chế T2

Trong khoảng gần 20 năm nay, cùng với sự phát triển của công nghệ nano hạt nano

oxit sắt IO) đang được nghiên cứu mạnh [135, 103, 35] và thực tế đến nay đã có nhiều

dòng sản phẩm thương mại chất tăng tương phản MRI dùng loại vật liệu IO này, chứng

minh rằng các IO-MRI có thể cho chất lượng tăng tương phản tốt hơn cả loại Gd-DTPA

do vì hạt oxit sắt có hệ số cảm cảm từ lớn hơn [135, 163]. Các chất IO-MRI có thể làm

giảm cả T1 và T2, tăng được tốc độ hồi phục MRI chụp theo cả 2 chế độ chụp MRI

trọng Tl và trọng T2 [162, 163]. Các đặc trưng vật liệu, kích thước hệ hạt tương phản

IO-MRI, hiệu dụng và tình trạng sử dụng được trình bày trong bảng 1.10 và bảng 1.11.

Kích thước hạt IO trải trong vùng rất rộng (từ 20nm đến hàng trăm và thậm chí 1000nm),

do đó có thể ảnh hưởng đến các tính chất hóa lý và động dược học cũng như ứng dụng

lâm sàng của chúng. Các hạt to với kích thước từ 50-300nm.

44

Bảng 1.5. Các chất tương phản MRI nền oxit sắt [105,136]

Tác nhân Phân loại Tên tổng quát Tên thương

mại Công ty Trạng thái

AMI-121

Oral SPIO

(Oxit sắt

siêu thuận

từ)

Ferumoxsil Lumirem

Gastromark

Guerbet

Advanced

Magnetics

Đã chấp thuận

Đã chấp thuận

OMP Oral SPIO Abdoscan Nycomed Đã chấp thuận

AMI-25 SSPIO Ferumoxide Endorem

Feridex IV

Guerbet

Berlex

Laboratories

Đã chấp thuận

Đã chấp thuận

SHU

555A SSPIO Resovist Schering

Hoàn thành thử

nghiệm lâm

sàng pha 3

AMI-227 USPIO Ferumoxtran Sinerem

Combidexa

Guerbet

Advanced

Magnetics

Nghiên cứu lâm

sàng pha 3

Nghiên cứu lâm

sàng pha 3

NC100150 USPIO Clariscan Nycomed Nghiên cứu lâm

sàng pha 3

Bảng 1.6. Các chất tương phản MRI nền oxit sắt: đặc trưng kích thước hạt, cơ quan

đích, liều sử dụng và đường truyền thuốc [136,103]

Tác nhân Kích

thước hạt Cơ quan đích Liều dùng Cách dùng

AMI-121 300nm Ruột/dạ dày 1.5-3.9 mmol-1l Fe

400-600 ml Uống

OMP 35µm Ruột/dạ dày 0.5 g/l 400-600 ml Uống

AMI-25 80-150

nm Gan/lá lách 15 µmol Fe/kg

Truyền tĩnh mạch

chậm

SHU 555A 62 nm

Gan/lá lách

Tĩnh mạch

Chụp hình mạch máu

bằng cộng hưởng từ

mạch máu

8 µmol Fe/kg

4-16 µmol Fe/kg

10 µmol Fe/kg


nhanh


nhanh


nhanh

AMI-227 20-40 nm

Hạch bạch huyết



mạch máu

30-45 µmol Fe/kg

14-30µmol Fe/kg


chậm


chậm

NC100150 20 nm

Tĩnh mạch



mạch máu

7 µmol Fe/kg

50-100 µmol Fe/kg


nhanh


nhanh

45

Các yêu cầu quan trọng đối với sản phẩm tăng tương phản ảnh MRI là hạt nano từ

tính phải có độ phân bố kích thước hạt tương đối đều và từ độ bão hòa đủ lớnvà chất

bọc phải có độ tương hợp sinh học tốt. Trong khi Resovist dùng chất bọc là dextran, với

hạt lõi cỡ 65 nm cho từ độ bão hòa cỡ 65 emu/g [103, 135]. Các sản phẩm với kích thước

hạt trong vùng 20-40nm như AMI-227: Sinerem/Combidex thì thích hợp với bạch huyết

và xương [136]. Trong khoảng 10 năm cuối đây người ta đang nghiên cứu để chế tạo

các hạt nano siêu thuận từ với kích thước bé hơn 20nm (còn gọi là loại siêu bé nếu kích

thước D<10nm) [35,115] và đặc biệt là các hạt oxit sắt có đánh dấu từ mục đích chụp

ảnh MRI định đích (targeted imaging) [41, 155]. Một số nghiên cứu mới đây tìm cách

nâng từ độ bão hòa Ms, chẳng hạn như các tác giả Eun và CS đã sử dụng phương pháp

hóa siêu âm, chế tạo được hệ hạt nano Fe3O4 kích thước khoảng 50nm, được bọc

chitosan và cho từ độ bão hòa đạt khoảng 80emu/g với chất lượng ảnh MRI tương đương

của Resovist [90]. Rất mới đây, năm 2009, các tác giả Thoeny và CS [124] đã sử dụng

chất tương phản IO siêu mịn để có thể phát hiện bạch huyết di căn ung thư tại đốt xương

chậu của bệnh nhân ung thư tiền liệt tuyến dùng kỹ thuật phối hợp trọng khuyếch tán

với MRI (DW-MRI). Cũng đã có một số thành công trong việc sử dụng chất tương phản

nền Fe/oxit sắt để chẩn đoán ung thư trực tràng [57].

Hình 1.28. Vai trò ảnh hưởng của kích thước hạt lên hình ảnh trọng T2 MRI

của Fe3O4(4, 6, 9,12 nm) trong từ trường 1,5T [64]

Các hạt nano ferrit spinel cũng không độc và tương thích sinh học, nhưng mô men

từ riêng của nó không được cao (khoảng 80 emu/g tại nhiệt độ phòng cho mẫu khối).

Tuy nhiên mới đây, nhóm nghiên cứu Lee và CS [60] đã thành công trong việc nâng

được gần 110emu/g (tính theo lượng ion sắt từ) khi tạo được hệ lõi vỏ

CoFe2O4@MnFe2O4 kích thước 15nm nhờ khai thác được hiệu ứng ghép trao đổi. Các

46

hạt nano lõi kim loại sắt từ có từ độ bão hòa cao, nhưng dễ bị oxy hóa nên cần tìm giải

pháp bao bọc bảo vệ. Loại lõi FePt bọc Fe2O3 cũng cho tiềm năng tăng tương phản MRI

tốt. Người ta dự đoán rằng, các hệ hạt nano lõi thuần sắt với từ độ bão hòa trên 110

emu/g rất có thể sẽ làm tăng mạnh tương phản ảnh MRI [120].

Hình 1.29. Giá trị T1 và T2 và hình ảnh MRI của hợp kim nano FeCo/C, so sánh với 2

sản phẩm thương mại là Feridex và Magnevist (TE= 60 ms, TR = 3000 ms) [109].

So với các thuốc tương phản ảnh MRI thông thường, các thuốc cấu trúc nano có

nhiều ưu điểm quan trọng. Đầu tiên, thông qua biến tính và chức năng hóa bề mặt, tính

ổn định và có mang các nhóm chức năng phù hợp cho các mục đích sinh học khác nhau

có thể đạt được. Thứ hai, thông qua hình dạng, kích thước và thành phần điều chỉnh,

mức độ tương phản khác nhau của hình ảnh MRI có thể được thay đổi. Thứ ba, các cấu

trúc nano có thể tạo các hybrid với các kháng thể hoặc các phân tử sinh học khác và

thông qua liên hợp với các đầu dò phân tử này tính chất hình ảnh có thể cho phép nhận

hình ảnh MRI đa phương thức (multimodal).

Hình 1.30. Chế độ chụp MRI nanohybrid, T1, T2 và multimodal [27]

47

Kết luận chương 1

Trong chương này, chúng tôi đã trình bày tóm tắt một vài khái niệm cơ bản của

vật liệu từ nói chung và Fe3O4 nói riêng. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước đã

được tổng quan chi tiết về các phương pháp chế tạo hạt nano từ, chất lỏng từ trên nền

hạt Fe3O4 cho một số ứng dụng y sinh, đặc biệt trong chụp cộng hưởng từ MRI. Các cơ

chế tạo hình ảnh của hạt nano từ trong từ trường làm sáng tỏ khả năng ứng dụng của hạt

nano từ trong chụp ảnh cộng hưởng từ MRI và cho thấy tiềm năng ứng dụng của hạt

nano từ trong phương pháp chẩn đoán hình ảnh xác định chính xác mô bệnh ung thư.

Ngoài ra ứng dụng của hạt nano từ trong tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ

cũng được đánh giá qua tín hiệu của 2 kiểu hồi phục khác nhau: hồi phục dọc và hồi

phục ngang được đặc trưng bởi T1 - thời gian hồi phục dọc và T2 - thời gian hồi phục

ngang hay các đại lượng nghịch đảo R1 và R2 của các thời gian hồi phục đặc trưng này.

Việc nghiên cứu tính chất từ và các hiện tượng vật lý liên quan của các hạt nano từ cho

đến hiện nay vẫn là một vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Đặc biệt là các nghiên cứu ứng

dụng hạt nano vào thực tiễn vẫn đang là tâm điểm thu hút các nhà khoa học không chỉ

ở ngành vật lý mà còn ở nhiều ngành khác như hoá, lý, sinh.

48

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

Trong nghiên cứu vật liệu, việc thiết kế chế tạo thành công các mẫu nghiên cứu là

một yêu cầu hết sức quan trọng. Thực tế hiện nay, hạt nano từ tính có thể được chế tạo

theo hai nguyên tắc: Nghiền nhỏ vật liêu khối đến kích thước nano (top-down) và hình

thành hạt nano từ việc kết hợp các nguyên tử (bottom-up). Để có thể chế tạo ra các mẫu

hạt nano có tính chất siêu thuận từ và ứng dụng được trong y sinh thì phương pháp hóa

học được sử dụng phổ biến hơn cả. Chương này sẽ giới thiệu quy trình chế tạo mẫu hạt

nano Fe3O4 bằng hai phương pháp thủy nhiệt và phân hủy nhiệt. Với mục đích chế tạo

chất lỏng từ, các quy trình bọc và quy trình chuyển pha trên nền hạt Fe3O4 được chế tạo

bằng 2 phương pháp kể trên cũng được trình bày chi tiết. Ngoài ra, các phương pháp đo

đạc, phân tích tính chất liên quan trực tiếp đến các vật liệu chế tạo được cũng được trình

bày khái quát trong chương này.

2.1. Chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt thường được thực hiện trong nồi hấp (autoclave), các phản

ứng diễn ra trong điều kiện áp suất và nhiệt độ được điều chỉnh theo mong muốn, phản

ứng xảy ra trong dung dịch. Nhiệt độ được đặt trên điểm sôi của nước, đạt đến áp suất

hơi bão hòa. Ở điều kiện siêu tới hạn này, nước hoạt động như một chất phản ứng để gia

tốc động học của phản ứng thủy phân. Chất kiềm hoặc axit đóng vai trò như là chất giả

xúc tác cho phản ứng. Khống chế kích thước và hình thái sản phẩm của phản ứng thủy

nhiệt bằng cách thay đổi các điều kiện của dung dịch như là: pH, lực ion, nồng độ chất

hoạt động bề mặt, nồng độ cation, anion, dung môi; và các điều kiện xử lý như: nhiệt

độ, thời gian và khuấy. Hạt nano từ Fe3O4 được chế tạo bằng phương pháp thuỷ nhiệt

theo cách tiến hành thực nghiệm của các nhóm tác giả [169, 170] với hóa chất và thiết

bị như sau:

2.1.1. Hóa chất và thiết bị

Các hóa chất dùng để tổng hợp mẫu là các sản phẩm thương mại của các hãng

Sigma - Aldrich và Merck, với độ sạch 99,99%. Trong đó các hóa chất dùng để tổng

hợp mẫu bao gồm: FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, NaOH và HCl. Các thiết bị dùng để hỗ trợ

trong quá trình chế tạo và thu rửa mẫu bao gồm: Bình Teflon, bình autoclave, máy khuấy

từ, máy rung siêu âm, máy ly tâm và tủ sấy mẫu.

2.1.2. Quy trình chế tạo hạt nano Fe3O4

Hòa tan x (g) Fe3+ trong 10ml nước khử ion và y (g) Fe2+ trong 10 ml nước đề ion

trộn đều với nhau sao cho tỷ lệ ion Fe2+ /Fe3+ là ½ (với x, y tùy thuộc vào từng thí

nghiệm). Khuấy liên tục đến khi dung dịch đồng nhất (dung dịch A). Tiến hành phản

49

ứng tạo hạt bằng cách nhỏ từ từ dung dịch A xuống bình cầu chứa sẵn dung dịch NaOH

2M trong môi trường khí N2, dung dịch chuyển từ màu nâu đỏ sang màu đen lúc này

mầm kết tủa Fe3O4 bắt đầu hình thành. Tốc độ khuấy từ được giữ cố định trong suốt quá

trình phản ứng. Lượng NaOH dư để sự tạo thành lượng Fe3O4 là lớn nhất và đảm bảo

rằng giá trị pH= 10-12.

Toàn bộ dung dịch này được chuyển vào bình thủy nhiệt (autoclave) và được gia

nhiệt ở nhiệt độ 120oC - 180oC, thời gian phản ứng khảo sát từ 2giờ đến 4giờ với nồng

độ muối Fe3+ từ 0,1-0,25M. Sản phẩm sau phản ứng được làm nguội tự nhiên, dùng nam

châm đất hiếm lắng các hạt Fe3O4 xuống dưới đáy, và rửa bằng nước cất đề ion 5-7 lần

sao cho pH=7. Sau đó tiếp tục rửa bằng axeton 2- 3 lần với mục đích loại bỏ các tạp chất

còn dư thừa trong quá trình phản ứng.

Hạt Fe3O4 thu được chia làm 2 phần: một phần được sấy đông khô, phần còn lại

chuẩn bị cho quá trình bọc bằng Chitosan. Quá trình chế tạo hạt nano từ tính Fe3O4 bằng

phương pháp thủy nhiệt có thể tóm tắt như trong hình 2.1.

Hình 2.1.Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp thủy nhiệt.

2.1.3. Quy trình chế tạo chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan

Hạt nano Fe3O4 thu được từ các phương pháp trên được lọc rửa bằng nước cất đến

pH=7. Sau đó các hạt nano Fe3O4 được hòa tan trong 10 ml nước cất đề ion và rung siêu

âm trong vòng 1 giờđể cho các hạt phân tán đều.

Hòa tan 0,1g chitosan trong 100ml dung dịch axit axetic 2%, khuấy từ trong 2giờ

và lọc trên phễu Buchner. Sau đó nhỏ từ từ dung dịch chitosan vào bình cầu chứa hạt

nano từ tính Fe3O4 thu được ở trên, đồng thời sục khí N2 liên tục và rung siêu âm 45

50

phút. Sau khi phản ứng kết thúc gạn rửa kết tủa và đưa đi sấy đông khô trong môi trường

chân không ở nhiệt độ -86oC khoảng 8-10giờ, hạt nano từ thu được được đem đi đo cấu

trúc, hình thái và tính chất từ.

Quy trình chế tạo hạt nano Fe3O4 bọc Chitosan có thể tóm tắt như sau (Hình 2.2):

Hình 2.2. Quy trình tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4 bọc Chitosan

Dựa vào các yêu cầu của phương pháp thủy nhiệt, trong phạm vi nghiên cứu đề tài

chúng tôi tiến hành khảo sát một số điều kiện ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha

và kích thước hạt nano Fe3O4 như: nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất tham gia phản ứng,

nhiệt độ bọc...

Chọn các yếu tố ảnh hưởng:

Giá trị từ độ bão hòa và kích thước hạt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố công nghệ

như: thời gian, nhiệt độ, giá trị pH, nồng độ muối ban đầu, tốc độ khấy từ… Tùy vào

phương pháp chế tạo và điều kiện, thiết bị thí nghiệm mà chúng tôi lựa chọn nhân tố ảnh

hưởng khác nhau. Ở đây trong phương pháp thủy nhiệt, các yếu tố được lựa chọn:

A: Nhiệt độ ủ mẫu B: Thời gian phản ứng

C: Nồng độ Fe3+ Hàm mục tiêu Y: giá trị từ độ bão hòa mong đợi

Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu:

Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn miền khảo sát của ba yếu tố nhiệt độ, thời gian

và nồng độ để có thể chế tạo ra những hạt nano có kích thước nhỏ và độ từ tính cao như

sau: nhiệt độ ủ mẫu 120oC-180oC, thời gian phản ứng từ 2 đến 4 giờ, nồng độ Fe3+ 0,1M

đến 0,2M với hàm mục tiêu là từ độ bão hòa Ms (emu/g). Tương tự phương pháp đồng

kết tủa số liệu được xử lí bằng phần mềm thống kê Design-Expert 7.1 để phân tích các hệ

51

số hồi quy, bề mặt đáp ứng và tối ưu hóa với hàm mong đợi và lựa chọn phương án quy

hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu với k là các yếu tố ảnh hưởng.

Phương trình hồi quy có dạng:

Y = b0+ b1A + b2B + b3C + b12AB +b13AC + b23BC +b11A2 +b22B2 +b33C2

Trong đó: b0 là hệ số hồi quy

b1, b2, b3: hệ số tuyến tính b12, b13, b23, b11, b22, b33: hệ số tương tác đôi

Mối tương quan giữa giá trị mã hóa và giá trị thực được chỉ ra ở bảng 2.1.

Bảng 2.1: Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm.

Biến số Ký hiệu Đơn vị Ký hiệu giá trị mã hóa Mức anpha*

(+/- 1.414) -1 0 +1

Nhiệt độ ủ

mẫu (A) X1

oC 120 150 180 192,426

107,574

Thời gian

(B) X2 h (giờ) 2 3 4

4,41

1,59

Nồng độ

Fe3+ (C) X3 M(mol/l) 0.1 0.17 0.25

0,28

0,17

Quy hoạch thực nghiệm đưa ra bảng ma trận thực nghiệm gồm 13 thí nghiệm,

trong đó có 2k-1 thí nghiệm ở biên, 2k thí nghiệm ở điểm sao và 3 thí nghiệm tại tâm (n0)

với hàm mục tiêu là từ độ bão hòa (emu/g). Để hạn chế rủi ro bất ngờ, thứ tự của thí

nghiệm được chọn ngẫu nhiên. Giá trị mã hóa và kết quả thiết kế với ma trận thực

nghiệm được trình bày ở bảng 2.2.

Bảng 2.2: Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng từ theo từng thí nghiệm

STT Mức độ Nhiệt độ ủ

mẫu (A)

Thời

gian (B)

Nồng độ

Fe3+ (C) A B C

1 + + - 180 4,00 0,1

2 + - + 180 2,00 0,25

3 - + + 120 4,00 0,25

4 - - - 120 2,00 0,10

5 -1,414 0 0 107,57 3,00 0,17

6 1,414 0 0 192,43 3,00 0,17

7 0 -1,414 0 150 1,59 0,17

8 0 1,414 0 150 4,41 0,17

9 0 0 -1,414 150 3,00 0,07

10 0 0 1,414 150 3,00 0,28

11 0 0 0 150 3,00 0,17

12 0 0 0 150 3,00 0,17

13 0 0 0 150 3,00 0,17

52

2.2. Tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt

Khi chế tạo hạt nano oxit sắt rất nhiều công trình sử dụng các phương pháp hóa

ướt dùng dung môi là nước, như phương pháp đồng kết tủa, thủy nhiệt, phương pháp vi

sóng hay phương pháp hóa siêu âm. Các phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tuy

nhiên hạn chế của các phương pháp này là từ độ bão hòa thấp và kích thước hạt không

đồng đều. Phương pháp phân hủy nhiệt (tổng hợp hạt trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ

sôi cao) có thể giải quyết được các tồn tại nêu trên, tức là cho phép chế tạo ra các hạt có

kích thước bé, đồng đều nhưng từ độ bão hòa cao. Công trình khởi xướng cho tổng hợp

hạt nano sắt từ bằng con đường phân hủy nhiệt là của Sun và CS vào năm 2004. Nguyên

lý chung của phương pháp này là: dùng tiền chất là phức chất cơ kim chứa ion từ + chất

hoạt động bề mặt và trong dung môi hữu cơ, với quy trình gia tăng nhiệt độ thích hợp

để khống chế quá trình tạo mầm và phát triển hạt trong không gian giới hạn vùng kích

thước nano. Yếu tố nhiệt độ cao (đến khoảng 300oC) có thể giúp cho quá trình tạo tinh

thể được hoàn hảo, nhờ vậy mà từ độ của hạt nano sản phẩm được nâng cao.

Để chế tạo hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt, đã sử dụng các hóa

chất có độ tinhkhiết cao thuộc hãng Sigma- Aldrich (Singapore) bao gồm:

Fe (III) acetylacetonate (Fe(acac)3) 99,99%, Fe (II) acetylacetonate (Fe(acac)2)

99,99%.

Dung môi sử dụng tổng hợp và rửa mẫu: Dibenzyl ether 99%, Octadecene 90%,

n-Hexane 99%, chloroform trên 99%.

Chất hoạt động bề mặt và chất khử: Axit Oleic (OA) 99%, Oleylamine (OLA)99%,

Octadecanol (OCD-ol) 95%.

Polymer dùng để chuyển pha các hạt từ dung môi hữu cơ sang nước: poly (maleic

anhydride-alt-1-octadecene) (PMAO).

Chất lượng của mẫu (đồng đều của kích thước hạt, độ hoàn hảo tinh thể) tổng hợp

bằng phương pháp phân hủy nhiệt thường phụ thuộc vào các tham số thực nghiệm như

nồng độ tiền chất, tỉ lệ nồng độ chất hoạt bề mặt, bản chất của dung môi cũng như là các

thông số về thời gian và nhiệt độ phản ứng [51-53]. Trong số các yếu tố thực nghiệm

trên thì các tham số thời gian, nhiệt độ phản ứng và bản chất dung môi có ảnh hưởng

lớn đến tính chất của hạt nano từ. Ảnh hưởng của ba tham số này được tập trung khảo

sát và trình bày dưới đây nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu, chế tạo ra các hạt nano từ

Fe3O4 có từ độ bão hòa cao mà kích thước hạt nằm trong vùng siêu thuận từ để có thể

ứng dụng tốt hơn trong tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI.

Nội dung nghiên cứu bao gồm: (i) Khảo sát ảnh hưởng của các tham số công nghệ

như bản chất dung môi, thời gian và nhiệt độ phản ứng lên sự hình thành pha, hình thái

53

và từ độ bão hòa của các hạt nano Fe3O4. (ii) Khảo sát các đặc trưng vật lý của các hạt

nano từ Fe3O4 ở các vùng kích thước khác nhau với mục đích lựa chọn ra mẫu có chất

lượng tốt nhất để nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ. Mục đích cuối cùng là tìm ra được

quy trình công nghệ thích hợp để chế tạo được hạt nano Fe3O4 theo yêu cầu đề ra.

➢ Hệ mẫu thứ nhất chế tạo theo sự thay đổi dung môi kết hợp thay đổi nhiệt độ

tổng hợp. Các mẫu được ký hiệu lần lượt là: DIO, OIO, và OIO-DIO tương ứng với

dung môi là: dibenzyl ete, octadencen và hỗn hợp dibenzyl ete + octadecnene (tỉ lệ 1:1:

về thể tích). Thời gian phản ứng được chọn là 1 giờ tại nhiệt độ sôi của các dung môi.

Các mẫu được ký hiệu lần lượt là: DIO1, DIO2 và DIO3 với nhiệt độ phản ứng cao nhất

tăng là 265oC, 285 oC, 298oC (đối với dung môi dibenzyl ete); OIO1, OIO2, OIO3 với

nhiệt độ phản ứng cao nhất tương ứng là 270oC, 300oC, 320oC (đối với dung môi

octadecene) và OIO-DIO1, OIO-DIO2 và OIO-DIO3 với nhiệt độ phản ứng cao nhất

tương ứng là 270oC, 295oC, 310oC với hỗn hợp của hai dung môi.

➢ Hệ mẫu thứ hai chế tạo trong dung môi hỗn hợp dibenzyl ether và octadencene,

các hạt nano từ Fe3O4 được chế tạo với các thời gian phản ứng khác nhau trong cùng

một nhiệt độ 310oC (nhiệt độ sôi của dung môi). Các mẫu được ký hiệu lần lượt là: OIO-

DIO4, OIO-DIO5 và OIO-DIO6 tương ứng với thời gian phản ứng tăng dần từ: 0,5; 1,0

và 2 giờ.

Các công việc nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm thực hành thí nghiệm

trường Đại học Vinh, Viện Kỹ thuật nhiệt đới và Viện Khoa học vật liệu trên thiết bị

tổng hợp mẫu tự xây dựng. Quy trình chế tạo hạt Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy

nhiệt được miêu tả trong hình 2.3 và hình 2.4.

54

Hình 2.3. Hệ thiết bị dùng để chế tạo hệ hạt Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt

(a) và (b) sơ đồ quá trình thay đổi nhiệt độ và thời gian tổng hợp hạt nano Fe3O4.

Hình 2.4. Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt

55

Quy trình tổng hợp mẫu được thể hiện trên hình 2.4. Tùy theo yêu cầu của thí

nghiệm, các tiền chất ban đầu, Fe(acac)3, Fe(acac)2 (có thể bổ sung) và Octadecanol

được cho vàobình 3 cổ dung tích 100 ml cùng một lượng chất hoạt động bề mặt OA,

OLA và hai dung môi Octadecene, Dibenzyl ether với tổng là 40 ml. Đặt bình chứa hỗn

hợp phản ứng trên lên bếp nhiệt có khuấy từ, bộ gia nhiệt phụ trợ cùng hệ thống làm

mátvà cấp khí nitơ. Bật máy khuấy từ, giữ dung dịch ở nhiệt độ phòng trong thời gian

30 phút. Sau đó tăng dần nhiệt độ lên 100oC để loại bỏ hơi nước có trong dung dịch phản

ứng, giữ ở nhiệt độ này 30 phút. Tiếp tục tăng đến 200oC và duy trì trong 30 phút. Cuối

cùng tăng nhiệt độ lên 298-320oC (tùy thuộc vào dung môi), giữ ở thời gian 60 phút.

Tốc độ tăng nhiệt cho các giai đoạn là 7oC/phút. Trong quá trình thực hiện khí nitơ được

cấp liên tục để tạo môi trường trơ cho quá trình tổng hợp. Sau đó, dung dịch được làm

nguội tự nhiên đến nhiệt độ trong phòng và rửa bằng etanol kết hợp ly tâm trước khi

phân tán trong dung môi n-hexan hoặc clorofom ta thu được hạt nano từ Fe3O4. Các mẫu

được sấy khô trước khi khảo sát các đặc trưng cấu trúc, kích thước hạt và tính chất từ.

Chi tiết các bước nâng nhiệt được thể hiện ở hình 2.3c.

Hệ hạt nano Fe3O4 được tổng hợp trên thiết bị gia nhiệt với nhiệt độ lên đến 450oC

và độ chính xác 1oC (hình 2.3a). Bộ điều khiển nhiệt độ có 4 chế độ nâng nhiệt khác

nhau, tùy từng yêu cầu của thí nghiệm. Hệ còn có một máy khuấy từ gia nhiệt với tốc

độ có thể điều chỉnh từ 0-1000 vòng/phút. Ngoài ra, mẫu và một sốvật dụng khác được

rửa bằng hệ cung cấp khí N2, máy ly tâm, máy rung siêu âm.

Chế tạo chất lỏng từ chứa hạt nano từ tính Fe3O4 bọc bằng PMAO

Để ứng dụng trong y sinh, đối với các mẫu chế tạo bằng phương pháp phân hủy

nhiệt, do các hạt nano thu được bị phủ bởi một lớp mỏng chất hoạt động bề mặt hòa tan

trong dung môi hữu cơ nhưng khó phân tán trong môi trường nước. Do vậy, để tạo được

chất lỏng từ dung môi nước, cần tiến hành một công đoạn gọi là quá trình chuyển pha

(phase transfer process). Trong khuôn khổ luận án này, chúng tôi đã nghiên cứu quá

trình chuyển pha bằng cách trao đổi ligan và bọc hạt bằng poly (maleic anhydride-alt-1-

octadecene) (PMAO). Đây là một polyme có giá thành rẻ và sẵn có nên đã được sử dụng

như một tác nhân chuyển pha sang môi trường nước đối với vật liệu nano nghiên cứu

gần đây [68-69]. PMAO là polyme với cấu trúc phân tử gồm 2 phần chính như được

chỉ ra trên hình 2.5. Phần kỵ nước là chuỗi hydrocacbon có chức năng giúp các phân tử

PMAO bám vào hạt thông qua liên kết hydrophobic-hydrophobic (kỵ nước - kỵ nước)

với các phân tử OA và OLA trên bề mặt hạt. Phần ưu nước chứa gốc anhydrit có vai trò

giúp các hạt phân tán trong môi trường nước. Trong quá trình rung siêu âm các phân tử

PMAO sẽ bám vào bề mặt hạt thông qua tương tác giữa phần kỵ nước với các phân tử

56

OA, OLA trên bề mặt. Các hạt Fe3O4 sau khi được bọc PMAO trở thành hydrophilic và

có khả năng phân tán trong nước.

F e 3 O 4

F e 3 O 4

F e 3 O 4

Hình 2.5. Mô hình quá trình chuyển pha và bọc hệ hạt nano bằng PMAO

Quy trình chuyển pha và bọc hạt nano từ Fe3O4 bằng poly (maleic anhydride-alt-

1-octadecene) (PMAO) thể hiện ở Hình 2.6.

Hình 2.6. Quy trình chuyển pha và bọc hạt Fe3O4 bằng PMAO

Các hạt nano sau khi tổng hợp được rửa nhằm loại bỏ tạp chất là các chất dư và

sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp. Sau đó cân lấy một lượng chính xác hạt nano từ

Fe3O4 rồi phân tán trong clorofom (theo tỉ lệ cứ 50 mg hạt từ phân tán trong 1 ml

clorofom), xử lý bằng siêu âm 10 phút để đảm bảo các hạt phân tán đều. Lấy một lượng

poly (anhydrit-alt-1-octadexenmaleic) (PMAO) và phân tán trong clorofom (theo tỉ lệ

cứ 100 mg PMAO trong 1 ml clorofom), xử lý bằng siêu âm từ 3 đến 5 phút cho tan

đều. Trộn 2 dung dịch này lại với nhau và xử lý bằng siêu âm khoảng 30 phút đảm bảo

57

dung dịch được trộn đều, không lắng cặn. Sản phẩm thu được được khuấy đều ở nhiệt

độ trong phòng cho đến khi clorofom (khoảng thời gian 3-4 giờ) bay hết ta thu được

chất rắn dạng sệt, tiếp tục cho dung dịch NaOH 1M vào, khuấy từ cho đến khi phân tán

đều (khoảng 10-12 giờ), sau đó tiến hành rửa bằng nước cất cho đến khi thu được dung

dịch màu đen, thu được các hạt Fe3O4 phân tán trong nước.

2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

2.3.1. Quy hoạch thực nghiệm

Trong các nghiên cứu thực nghiệm hoá học và công nghệ hoá học, có rất nhiều các

bài toán thực nghiệm được mô tả thành bài toán cực trị: xác định điều kiện tối ưu của quá

trình, thành phần tối ưu của hỗn hợp… Sự phân bố thích hợp của các điểm trong không

gian nhân tố và phép biến đổi tuyến tính toạ độ đã khắc phục được những nhược điểm của

phương pháp cổ điển và chỉ ra sự tương quan giữa các hệ số của phương trình hồi quy

[15,16]. Việc chọn kế hoạch thực nghiệm dựa vào nhiệm vụ nghiên cứu và đặc tính của

đối tượng. Quá trình nghiên cứu thường được tiến hành theo từng giai đoạn. Như vậy, khả

năng điều khiển tối ưu bằng thực nghiệm được hình thành.

Quy hoạch hoá thực nghiệm cho phép thay đổi đồng thời tất cả các yếu tố ảnh

hưởng đến quá trình đồng thời cho phép đánh giá định lượng các hiệu ứng cơ bản và các

hiệu ứng tương hỗ với số lần thí nghiệm là ít nhất nhưng sai số tối thiểu so với phương

pháp nghiên cứu cổ điển. Để xác lập mô tả thống kê đối tượng hoá học và công nghệ

hoá học, cần thực hiện các bước sau: xác định các thông số của mô hình mô tả hệ, xác

lập cấu trúc hệ; xác định hàm toán mô tả; xác định các tham số của hàm toán; kiểm tra

tính tương hợp mô tả đó.

2.3.1.1. Xác định hệ

Số các yếu tố độc lập tối đa ảnh hưởng lên hệ xác định theo công thức:

F = Fđk + Fh

Fđk: bậc tự do điều khiển Fh: bậc tự do hình học của hệ

Tuỳ theo yêu cầu nghiên cứu ta chỉ cần chọn k yếu tố (k ≤ F) ảnh hưởng lên hàm

mục tiêu y nào đó. Việc lựa chọn này cần căn cứ vào các yếu tố sau:

- Đặc điểm của hệ cần nghiên cứu: ở đây ta cần phải tìm xem những yếu tố nào

ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới hệ mà ta nghiên cứu rồi liệt kê chúng ra.

- Đặc điểm thiết bị sử dụng khi nghiên cứu và thực nghiệm: ở đây chủ yếu là các

yếu tố đặc trưng cho tính chất hình học của thiết bị, loại thiết bị.

- Những đặc điểm gây ra bởi quá trình: gồm các yếu tố có ảnh hưởng đặc biệt đến

hiệu suất của quá trình hoặc đến các yếu tố mục tiêu mà ta đang cần nghiên cứu.

Như vậy, sau khi liệt kê được tất cả những yếu tố ảnh hưởng trên ta mới chọn ra một

số các yếu tố quan trọng nhất nhưng cần chú ý là các yếu tố này phải độc lập với nhau.

58

2.3.1.2. Xác định cấu trúc của hệ

Hệ chỉ là một phần tử mà ta không biết rõ cấu trúc và tính chất bên trong. Do đối

tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm thường dùng là những hệ phức tạp, với

cơ chế chưa được hiểu biết đầy đủ nhờ các mô hình lý thuyết, nên có thể hình dung

chúng như “hộp đen” trong hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào và đầu ra (hình

2.7).

Hình 2.7. Sơ đồ tín hiệu của quy hoạch thực nghiệm

Các tín hiệu đầu vào được chia thành các nhóm:

- Các biến kiểm tra được và điều khiển được, mà người nghiên cứu có thể điều

chỉnh theo dự định, biểu diễn bằng véctơ: X = [x1, x2, …, xn] thường là các biến thay

đổi theo thời gian một cách đơn điệu.

- Các biến kiểm tra được, nhưng không điều khiển được, biểu diễn bằng véctơ:

Z = [z1, z2, …, zk] là các biến ngẫu nhiên, có tính hệ thống nào đó.

- Các biến không kiểm tra và không điều khiển được, biểu diễn bằng véctơ:

E = [e1,e2, …, ef] thuộc loại ngẫu nhiên, thường được gọi là “nhiễu” trong các

thực nghiệm.

Véctơ Y = [y1, y2, …, yh] gồm các chỉ tiêu đầu ra dùng để đánh giá đối tượng

nghiên cứu, nó phụ thuộc vào các thông số ảnh hưởng.

2.3.1.3. Xác định hàm toán mô tả hệ

Hàm toán mô tả hệ có dạng y = (xj) là hàm nhiều biến (j = 1÷ k). Việc chọn biến

ra y dựa trên cơ sở:

- Kết quả quan sát ở những đại lượng ra y1, …, yq là những đại lượng ngẫu nhiên

có phân bố chuẩn độc lập.

- Hàm mục tiêu có thể là những chỉ tiêu công nghệ hay chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật…

- Kết quả của hàm mục tiêu mong đợi nghĩa là khi lặp lại nhiều lần cùng một thí

nghiệm thì giá trị thu được không sai lệch lớn.

Hàm nhiều biến này có thể khai triển thành dạng tổng quát:

Yq = βo +1

k

j

j jx=

+ , 1

k

j uj

ju j u

u

x x=

+ 2

1

k

j

jj jx=

+…

Trong đó:

59

y: hàm hồi quy lý thuyết với q chỉ tiêu.

β0: hệ số hằng lý thuyết;

βuj: hệ số tương hỗ kép lý thuyết;

βj: hệ số tuyến tính lý thuyết;

βjj: hệ số bình phương (hệ số phi tuyến tính) lý thuyết.

2.3.1.4. Xác định các tham số của mô hình thống kê

Xác định các hệ số của phương trình hồi quy phải dùng thực nghiệm. Số thực

nghiệm phải lớn hơn hoặc bằng số tham số của mô hình N ≥ l (giá trị bằng khi bão hoà),

trong đó l là số tham số của mô hình.

Các hệ số của phương trình trên được xác định theo phương pháp bình phương tối

thiểu, nghĩa là tổng sai số bình phương của hàm thực nghiệm và lý thuyết phải bé nhất:

1

2

( )N

i i

i

yy

=

= − → min

iY

: giá trị tính từ hàm hồi quy lý thuyết.

1 1 , 1

2

2

1

( ... i o j j ju j u

N k k k

i j j u jj i

jj jY b x b x x bb x= = = =

= − + + + +

→ min

Tức là phải thoả mãn điều kiện: 0jb

=

với j= 0,k

0ujb

=

với u,j= 0,k , u j; 0

jjb

=

với j =1,k

Hệ trên sẽ hình thành hệ phương trình chuẩn.

Căn cứ trên hệ phương trình chuẩn sẽ xác định được các hệ số b.

Viết dưới dạng ma trận: X*X*B = X*Y

B = [X*X]-1 *X*Y

X: ma trận các yếu tố thực nghiệm độc lập (biến số)

x: biến mã hoá được xác định như sau:

0

j j

j

j

zx

z

z

−= (j=1,2,…k) ; zj giá trị thực của biến xj.

Zj0: giá trị trung bình của biến Zj (hay mức cơ sở) được tính theo công thức:

0

2

max min

j j

j

Z ZZ

+=

Zjmax: mức cao của biến Zj

Zjmin: mức thấp của biến Zj

60

2

max min

j j

j

Z ZZ

−=

Điểm có toạ độ (z1o, z2

o, …, zko) gọi là tâm kế hoạch, z j: là khoảng thay đổi theo

trục zj.Từ hệ toạ độ (z1, z2, …, zk) ta chuyển sang hệ toạ độ không thứ nguyên mới (x1,

x2, …, xk) nhờ biểu thức biến đổi là:

o

j j

j

j

z zx

z

−=

(j=1, 2,..,k)

Trong hệ không thứ nguyên toạ độ mức trên là +1, toạ độ mức dưới là -1, toạ độ

tâm kế hoạch bằng 0 và trùng với gốc toạ độ.

2.3.1.5. Cơ sở chọn tâm thí nghiệm

Trước hết cần xác định phạm vi biến thiên trong của các yếu tố trong vùng lân cận

nhờ thông tin từ tài liệu và thực nghiệm. Sau đó sẽ chọn được mức cơ bản của từng yếu

tố (tức là toạ độ điểm M) và phạm vi thay đổi của nó. Điểm M được coi là mức cơ sở

(mức trung bình). Sau khi có mức cơ sở tiếp tục chọn các mức đối xứng (với điểm M)

để tiến hành thực nghiệm.

Hình dưới đây biểu diễn khoảng biến thiên hai yếu tố x1 và x2 xác định bằng hình

chữ nhật ABCD của khoảng xác định các yếu tố. Không gian các yếu tố ảnh hưởng trùng

với mặt phẳng x1Ox2. Ứng với từng điểm của khoảng xác định các yếu tố thì có một

điểm trong bề mặt tối ưu. Với trục toạ độ dưới đây mặt tối ưu nằm trong phạm vi ABCD.

Sau khi chọn mức cơ sở của từng yếu tố, ta chọn mức biến thiên của chúng. Số lượng

mức phụ thuộc vào số thí nghiệm và phải chọn thế nào để tìm được hệ số phương trình

hồi quy và xác định được sự tương thích của mô hình đó. Trong mô hình tuyến tính, số

mức biến thiên thường lấy là 2. Hai mức đó chọn đối xứng nhau qua mức cơ sở, thường

được gọi là mức trên, mức dưới.

Hình 2.8. Vùng xác định ABCD các yếu

tố yếu tố ảnh hưởng và vùng lân cận

Hình 2.9. Vùng xác định A’B’C’D’các

yếu tố ảnh hưởng và vùng lân cận

Khoảng cách từ mức cơ sở đến mức trên hoặc mức dưới gọi là khoảng biến thiên

của các yếu tố. Khoảng biến thiên phải đảm bảo giới hạn cần thiết không nhỏ hơn độ sai

61

lệch cho phép. Khi nghiên cứu các hiện tượng, quá trình có độ chính xác cao cần chọn

khoảng biến thiên hẹp. Khoảng biến thiên hẹp của các yếu tố không được lớn hơn 10%

khoảng xác định của yếu tố đó. Với khoảng biến thiên trung bình thì độ lớn của nó trong

khoảng 30%.

Ma trận X* là ma trận chuyển vị của ma trận X

X = (Xij) với i = 1÷N và j = 1÷k

Ma trận (X*X)-1 gọi là ma trận tương quan (nêu lên tương quan biến và hàm

hồi quy).

2.2.1.6. Kiểm tra tính có nghĩa của hệ số hồi quy

Sau khi xác định các hệ số b của phương trình hồi quy theo N thí nghiệm, phải

kiểm tra tính có nghĩa của hệ số hồi quy nhờ chuẩn số Student tbj. Theo tiêu chuẩn

Student ta có:

j

bj

bj

bt

s=

Sbj độ lệch tiêu chuẩn của hệ số bj, được tính như sau:

1

2

2

llb Nj

i

ij

SS

x=

=

Sll2: là phương sai lặp được tính theo công thức:

2

20

1

1

1

m

l

i

l oi ysm

y−

=

= −

−

yoi là giá trị hàm mục tiêu ở thực nghiệm i tại tâm kế hoạch.

0Y là giá trị trung bình của m thực nghiệm tại tâm kế hoạch

1

0 1o

m

i

iY yim =

= =

2

1

N

i

jix=

là tổng các số hạng bình phương của véctơ cột xi của ma trận thực nghiệm.

m: số thực nghiệm phải lặp tại tâm kế hoạch.

Tra bảng tiêu chuẩn Student ứng với mức ý nghĩa p và bậc tự do lặp f2 = m-1 và

thường chọn p = 0,05÷0,01.

Nếu tb ≥ tp (f2) thì b tồn tại với mức ý nghĩa tương ứng như ta mong muốn.

Nếu không, b sẽ không tồn tại và ta loại bỏ b khỏi phương trình hồi quy.

Nếu ma trận X trực giao (tức là tích vô hướng của mọi véctơ cột là bằng 0) thì khi

bỏ b ta vẫn dùng phương trình hồi quy đã tìm.

Nếu ma trận X không trực giao, phải tính toán lại tất cả hệ số b có nghĩa.

62

2.3.1.7. Kiểm tra tính tương hợp của mô hình thống kê

Dùng tiêu chuẩn Fisher:

2

2

du

ll

Fs

s=

Phương sai dư: 2 1

N

i i

idu

y Y

sN l

=

=

−

−

l: số hệ số có nghĩa trong phương trình hồi quy

f1= N-l là bậc tự do của phương sai dư.

f2= m-1 là số bậc tự do của phương sai lặp.

Tra bảng giá trị Fp, f1, f2 nếu F< Fp, f1, f2 thì mô hình tương hợp.

2.4. Các phương pháp đặc trưng

2.4.1. Nhiễu xạ tia X

Phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) là sử dụng phổ nhiễu xạ Rơnghen để xác

định thành phần cấu trúc mạng tinh thể của mẫu cần nghiên cứu với độ tin cậy cao.

Nguyên lý chung của phương pháp nhiễu xạ tia X: dựa trên hiện tượng nhiễu xạ

tia X của các vật liệu kết tinh mà xác định kích thước tinh thể dựa vào ảnh hưởng khác

nhau của kích thước tinh thể lên phổ nhiễu xạ. Do cấu tạo mạng tinh thể của nguyên tử

hay ion được phân bố đều đặn trong không gian theo một qui luật nhất định, khoảng

cách giữa các nút mạng vào khoảng vài Å tức là xấp xỉ với bước sóng tia Rơnghen (tia

X). Do đó khi chiếu chùm tia X có bước sóng λ vào mặt tinh thể của vật liệu thì mạng

tinh thể này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ (hình 2.10)

Hình 2.10. Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số mặt phẳng hữu hạn

Kích thước trung bình của tinh thể được xác định theo phương trình

0,89

cosr

= (nm)

Trong đó:

r: kích thước tinh thể (nm).

λ: bước sóng tia X của Cu (nm).

β: radian bán độ rộng của vạch quang phổ.

: vị trí góc xuất hiện nhiễu xạ cực đại.

63

Phương pháp này cho phép xác định pha cấu trúc, phân tích định tính, định lượng

các pha tinh thể, hằng số mạng, mức độ biến dạng mạng, so sánh xác định tương đối

hàm lượng pha tạp, từ đó cho phép điều chỉnh quy trình chế tạo vật liệu và góp phần lý

giải các hiện tượng vật lý.

Hình 2.11. Thiết bị nhiễu xạ tia X

Các phép đo và phân tích pha tinh thể của mẫu được khảo sát trên thiết bị nhiễu xạ

kế tia X D8 Advance Bruker (Đức) sử dụng bức xạ Cu-kα (λ= 1,5406 Å) tại phòng thí

nghiệm Hóa vô cơ, Đại học KHTN, Đại học Quốc gia Hà Nội.

2.4.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại

Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh

không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp. Phổ hồng ngoại (FT - IR) là một

trong những kĩ thuật được sử dụng nhiều nhất để khẳng định hạt nano từ đã được chức

năng hoá do tính đơn giản và sẵn có của phép đo này. Phổ hồng ngoại cho biết về trạng

thái kích thích của các dao động hoặc trạng thái quay của phân tử. Trong hạt từ, các dao

động này liên quan đến sự kéo căng liên kết giữa nguyên tử sắt và các phân tử khác.

Dựa vào tần số đặc trưng, cường độ đỉnh trong phổ hồng ngoại, người ta có thể phán

đoán trực tiếp về sự có mặt của các nhóm chức, các liên kết xác định trong phân tử

nghiên cứu, từ đó xác định được cấu trúc của chất nghiên cứu. Các phép đo và phân tích

phổ hồng ngoại trong luận án được thực hiện trên máy Nicolet 6700 trong vùng 4000 -

400 cm-1 tại phòng thí nghiệm Hóa vô cơ, Đại học KHTN, Đại học Quốc gia Hà Nội.

2.4.3. Phân tích nhiệt

Phương pháp phân tích nhiệt là phương pháp hóa lý thường dùng để phân tích cấu

trúc vật liệu, cung cấp những thông tin về tính chất nhiệt của vật liệu và xác định nhiệt

độ nung khi tiến hành khảo sát nhiệt độ nung mẫu. Bản chất của phương pháp nhiệt là

64

dựa vào hiệu ứng nhiệt để nghiên cứu những quá trình phát sinh khi đun nóng hoặc làm

nguội chất. Từ trên giản đồ nhiệt với các đường DTA (Differential Thermal Analysis)

và TGA (Thermo Gravimetric Analysis) thu được từ kết quả phân tích nhiệt ta có thể

giải thích được các quá trình lý hóa xảy ra khi tiến hành nung mẫu. Trên giản đồ phân

tích nhiệt gồm các đường cơ bản sau:

- Đường TG (Thermogram): ghi lại sự biến đổi đơn thuần về nhiệt độ của mẫu theo

thời gian. Cho biết nhiệt độ xảy ra sự biến đổi của mẫu.

- Đường TGA (Thermo Gravimetric Analysis): khảo sát sự biến đổi khối lượng

của mẫu trong quá trình đun nóng. Cho phép xác định sự thay đổi thành phần của mẫu

khi xảy ra hiệu ứng nhiệt.

- Đường DTA (Differential Thermal Analysis): cho phép phát hiện sự chênh lệch

nhiệt độ của mẫu nghiên cứu với mẫu chuẩn trong quá trình nâng nhiệt. Nhờ đó có thể

xác định được các hiệu ứng nhiệt xảy ra là tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

Từ các giản đồ nhiệt với các đường DTA, DTG, TG thu được từ bộ phận xử lý

thông tin ta giải thích được các quá trình hóa lí xảy ra khi tiến hành nung mẫu có chứa

từ một đến nhiều cấu tử. Đó là quá trình chuyển hoá thù hình (qua DTA), các quá trình

phân huỷ nhiệt, các quá trình phản ứng xảy ra giữa chất nghiên cứu và khí quyển trong

lò nung. Các thông tin thu được từ giản đồ nhiệt không những cho phép giải thích cơ

chế của quá trình mà còn cho phép xác định thành phần định tính và định lượng của các

pha có trong mẫu, cho phép tiến hành tính toán các giá trị nhiệt động và động học của

quá trình xảy ra trong mẫu. Các phép đo phân tích nhiệt trong luận án được thực hiện

trên hệ máy Labsys 18TG/DSC Setaram (Pháp) với tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút trong

môi trường không khí từ 30oC đến 800oC tại phòng thí nghiệm Hóa vô cơ, Đại học

KHTN, Đại học Quốc gia Hà Nội.

2.4.4. Hiển vi điện tử

2.4.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Kỹ thuật hiển vi điện tử quét cho phép quan sát và đánh giá các đặc trưng của các

vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ trong khoảng kích thước từ nm tới µm. Tính thông dụng

của SEM bắt nguồn từ khả năng thu nhận các ảnh ba chiều từ các bề mặt của các loại

vật liệu khác nhau. Trong ảnh SEM, vùng được khảo sát và phân tích được chiếu xạ bởi

chùm điện tử có kích thước nhỏ. Tương tác của chùm điện tử và mẫu tạo ra các loại tín

hiệu: Secondary electron (-SE), điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons - BSE),

các tia X đặc trưng (hình 2.12).

65

Hình 2.12. Sơ đồ mô tả các tín hiệu nhận được từ mẫu trong ảnh SEM

Hình 2.13. Kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800

Các phép đo và phân tích ảnh SEM được xác định trên kính hiển vi điện tử quét

phát xạ trường Hitachi S-4800 (Nhật Bản) độ phóng đại 800.000 lần tại tại Viện Khoa

học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.4.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Hiển vi điện tử truyền qua là phương pháp hiển vi điện tử được phát triển với thiết

kế mô phỏng phương pháp hiển vi quang học truyền qua. Phương pháp này sử dụng một

chùm điện tử thay thế chùm sáng chiếu xuyên qua mẫu và thu được những thông tin về

cấu trúc và thành phần của nó giống như cách sử dụng hiển vi quang học.

Hình 2.14. Kính hiển vi điện tửtruyền qua JEOL TEM

66

Các phép đo và phân tích ảnh TEM của vật liệu được chụp trên kính hiển vi điện

tửtruyền qua TEM JEOL1010 (hình 2.14), đặt tại Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương với

hiệu điện thế từ 40 đến 100 kV, độ phân giải đối với điểm ảnh là 0,2 nm.

Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) là một chế độ ghi ảnh của kính

hiển vi điện tử truyền qua cho phép quan sát hình ảnh vi cấu trúc của vật rắn với độ phân

giải cao đến đến cấp độ từng lớp nguyên tử. Trong đó, ảnh HRTEM nhận được dựa trên

nguyên lý tương phản pha nhờ sự giao thoa giữa chùm điện tử truyền qua mẫu thẳng

góc và chùm điện tử tán xạ (có thể đạt được độ phân giải đến 0,05 nm). Nhờ đó, ảnh

HRTEM cho biết được các thông tin về vi cấu trúc, vị trí nguyên tử, hướng phát triển

tinh thể, kích tinh thước tinh thể, hình dáng, kích thước của vật liệu.

Nhiễu xạ điển tử lựa chọn vùng (SAED) là kỹ thuật tinh thể học được kết hợp trong

kính hiển vi TEM hoặc HRTEM để xác định cấu trúc ở các vùng lựa chọn khác nhau

của hệ vật liệu. Ảnh HRTEM và SAED trong luận án được khảo sát trên hệ kính hiển vi

điện tử phân giải cao Zeiss Libra 200 HTFE MC với gia tốc điện tử ở 200 kV Phòng thí

nghiệm Địa chất, Địa kỹ thuật, Địa môi trường và Ứng phó biến đổi khí hậu, Khoa Địa

chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN (Geology, Geoengineering,

Geoenvironment and Climate Change Labs - Faculty of Geology - Hanoi University of

Science - Vietnam National University, Hanoi).

2.4.4.3. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM)

Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ đo từ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi

mẫu được rung, từ thông qua cuộn dây thu biến thiên và làm xuất hiện một hiệu điện thế

xoay chiều ở hai đầu cuộn dây. Hiệu điện thế này được khuếch đại bằng một máy khuếch

đại lọc lựa tần số nhạy pha trước khi đi đến bộ xử lý để hiển thị kết quả.

Hình 2.15. Hệ đo VSM

Các phép đo tính chất từ đối với các mẫu sử dụng trong luận án được thực hiện

trên hệ từ kế mẫu rung (VSM - Vibrating Sample Magnetometer) tại phòng Vật lý vật

67

liệu Từ và Siêu dẫn - Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam.

2.4.5. Phổ tán xạ laze động (DLS)

Phân bố kích thước hạt và phân bố thế zeta của các mẫu trong luận án được xác

định bằng phương pháp tán xạ laser động trên thiết bị Zetasizer - Nano ZS của hãng

Malvern - UK được đặt tại Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam và

thiết bị Horiba SZ-100 tại Khoa Y dược, Đại học Quốc gia Hà Nội. Đại lượng đặc trưng

cho độ ổn định của hệ phân tán keo là thế Zeta (ζ). Nguyên lý của máy đo dựa trên mối

liên hệ giữa kích thước hạt keo trong chất lỏng và tốc độ chuyển động Brown của chúng.

Tốc độ chuyển động Brown của các hạt lơ lửng trong chất lỏng được đo đạc thông qua

việc phân tích cường độ tán xạ (dynamic light scattering - DLS) của chùm tia laser khi

chiếu vào mẫu dung dịch có chứa các hạt có kích thước nhỏ hơn bước sóng ánh sáng

chiếu tới.

Hình 2.16. Máy đo MalvernZetasizer và Horiba SZ-100

Thế Zeta thể hiện mức độ đẩy giữa các hạt tích điện cùng dấu gần nhau trong hệ

phân tán. Đối với các phân tử và các hạt đủ nhỏ, thế Zeta cao (âm hoặc dương) sẽ cho

độ ổn định cao, hệ phân tán sẽ chống lại sự keo tụ.

Bảng 2.3. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta

Thế zeta (mV) Độ ổn định của hệ keo

0 - ± 5 Kết tụ hay tập hợp thành từng đám rất nhanh

±10 - ± 30 Bắt đầu không ổn định

±30 - ± 40 Độ ổn định trung bình

±40 - ± 60 Độ ổn định rất tốt

≥ 61 Độ ổn định rất tốt

2.4.6. Phương pháp đánh giá độc tính của chất lỏng từ lên tế bào ung thư và tế bào lành

Các phương pháp đánh giá độc tính của chất lỏng từ lên các dòng tế bào sinh học

Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và Phòng Sinh học thực nghiệm, Viện

Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam.

68

Để thử độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4@CS trên dòng tế bào ung thư

Sarcoma180 nuôi cấy, bộ kit CellTiter 96® Non-Radioactive CellProliferation Assay

của hãng Promega (gọi tắt là phương pháp MTT) được sử dụng. Phương pháp MTT có

ưu điểm là độ nhạy và độ chính xác cao, các bước thực hiện đơn giản, trong thời gian

ngắn, do đó thường sử dụng kiểm tra độc tính để sàng lọc thuốc với số lượng lớn, trên

nhiều nồng độ thuốc khác nhau. Kết quả thu được cho ra giá trị IC50, từ đó đánh giá

được độ độc của thuốc cần nghiên cứu.

Dựa vào giá trị mật độ quang học, ta xác định được % tỷ số tăng sinh (A) của

tế bào, từ đó đánh giá được độ độc đối với tế bào của chế phẩm. A được tính theo

công thức:

𝐴% =𝑇𝐻 − 𝑇𝑍

𝑉𝐻 − 𝑇𝑍

Trong đó: VH Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng thử với dung môi

TH: Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng thử với mẫu

Tz: Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng nuôi tế bào ở thời

điểm zero lúc bắt đầu tra mẫu để thử.

Dựa vào giá trị A (%) ứng với dải nồng độ ta sẽ vẽ được đồ thị theo logarit và thu

được phương trình của A (%) (trục y) theo nồng độ (trục x): y = f(x) gọi là đường cong

đáp ứng liều. Khi y = 50% thì x = IC50 (Inhibited Concentration) là nồng độ gây ức chế

sự sinh trưởng 50%. Hầu hết các nghiên cứu độc tính của thuốc đối với tế bào đều sử

dụng giá trị IC50 để đánh giá. IC50 là giá trị tại 1 điểm trên trục x tương ứng với giao

điểm của đường thẳng P và đường cong đáp ứng liều. Nếu A = 50% tương đương với

việc chế phẩm đem thử đã ức chế tăng sinh tế bào 50% so với đối chứng IC50%

(inhibitory concentration). Nếu A = 0% (T =Tz) tương đương với việc chế phẩm đã ức

chế toàn bộ quá trình tăng sinh tế bào. Nếu A < 0% (T < Tz) tương đương với việc chế

phẩm thử gây độc và làm chết tế bào. Liều mà tại đó giá trị A= - 50% được gọi là liều

gây độc và làm chết 50 % tế bào ban đầu, kí hiệu là IC50% (cytotoxicity Index).

Hình 2.17. Xác định giá trị IC50 trực tiếp dựa vào đồ thị đáp ứng liều của các dòng tế

bào khi thử thuốc với các nồng độ khác nhau

69

Theo phương pháp của Skehan &cs. (1990) và Likhitwitayawuid&cs. (1993) được

áp dụng tại Viện nghiên cứu ung thư Quốc gia của Mỹ (NCI) và trường đại học Dược,

đại học Tổng hợp Illinois, Chicago, Mỹ. Hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO được thử

nghiệm đánh giá độc tính trên các dòng tế bào lành và tế bào ung thư khác nhau.

Dòng tế bào (cell lines)

+ Dòng Hep-G2 (Human hepatocellular carcinoma - Ung thư gan)

+ Dòng RD (Human rhabdomyosarcoma - Ung thư mô liên kết)

+ Dòng MCF-7 (Human breast adenocarcinoma - Ung thư vú)

+ Dòng Vero (Vero cells - Tế bào biểu mô thận khỉ)

Môi trường và các dụng cụ, hóa chất:

Môi trường DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle Medium) hoặc MEME

(Minimum Essential Medium with Eagle’s salt) có bổ sung L- glutamine, Sodium

piruvat, NaHCO3, PSF (Penicillin- Streptomycin sulfate - Fungizone); NAA (Non-

Essential Amino Acids); 10% BCS (Bovine Calf Serum); Tripsin-EDTA 0,05%; DMSO

(Dimethyl Sulfoside); TCA (Trichloro Acetic acid); Tris Base; PBS (Phosphate

Buffered Saline); SRB (Sulfo Rhodamine B); Acid Acetic.

Các dụng cụ dùng 1 lần: Bình nuôi cấy tế bào, phiến vi lượng 96 giếng, pipet

pasteur, các đầu týp cho micropipet…

Chất chuẩn chứng dương tính:

+ Dùng chất chuẩn có khả năng diệt tế bào: Ellipticine, Vinblastine hoặc Taxol

pha trong DMSO

Tính kết quả:

- Kết quả được đọc trên máy ELISA ở bước sóng 495 - 515nm.

- Giá trị CS (Cell Survival): là khả năng sống sót của tế bào ở nồng độ nào đó của chất

thử tính theo % so với đối chứng. Dựa trên kết quả đo được của chứng OD (ngày 0), DMSO

10% và so sánh với giá trị OD khi trộn mẫu để tìm giá trị CS (%) theo công thức:

𝐶𝑆% =OD (mẫu) − OD (ngày 0)

OD (DMSO) − OD (ngày 0) 𝑥 100

- Giá trị CS% sau khi tính theo công thức trên, đựơc đưa vào tính toán Excel để

tìm ra % trung bình ± độ lệch tiêu chuẩn của phép thử được lặp lại 3 lần theo công thức

của Ducan như sau: Độ lệch tiêu chuẩn σ

𝜎 = √(∑(𝑥𝑖 − �̅�)^2)/(𝑛 − 1)

- Các mẫu có biểu hiện hoạt tính (CS < 50%) sẽ được chọn ra để thử nghiệm tiếp

để tìm giá trị IC50.

70

Giá trị IC50 (50% Inhibitory Concentration) là nồng độ của mẫu thử mà tại đó ức

chế được 50% số lượng tế bào nghiên cứu. Dùng giá trị CS của 10 thang nồng độ, dựa

vào chương trình Table curve theo thang gía trị logarit của đường cong phát triển tế bào

và nồng độ chất thửđể tính giá trị IC50.

1/y = a + blnX

Trong đó Y: nồng độ chất thử; X: Giá trị CS (%)

2.4.7. Đo và chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)

Các phép đo và chụp ảnh MRI trên các mẫu chất lỏng từ Fe3O4@CS và

Fe3O4@PMAO ở các nồng độ khác nhau được thực hiện trên thiết bị cộng hưởng từ

Siemens (Model: MAGNETOM Avanto 1.5 T), tần số từ trường xoay chiều 64 MHz, từ

trường 1,5 tesla tại Bệnh viện Quốc tế Vinh, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An. Bằng thử

nghiệm này, khả năng tăng độ tương phản của hệ chất lỏng từ được khảo sát. Từ đó tính

được r1, r2 (độ hồi phục dọc và độ hồi phục ngang) của hệ chất lỏng từ.

Toàn bộ các dụng cụ, thiết bị và hóa chất gồm:

- Vật liệu nano lõi sắt từ Fe3O4 bọc polymer CS (Chitosan), nồng độ lõi sắt từ 5

mg/ml (hệ nano Fe3O4 @CS).

- Vật liệu nano lõi sắt từ Fe3O4 bọc polymer PMAO (poly maleic anhydride-alt-1-

octadecene), nồng độ lõi sắt từ 5 mg/ml, (hệ nano Fe3O4@PMAO).

- Vật liệu nano lõi sắt từ Fe3O4 bọc dextran (sản phẩm thương mại Resovist của

Schering, Đức) làm chất đối chứng so sánh.

- Thỏ trắng trọng lượng 2 kg. Thỏ, chuột được tiêm theo đường tĩnh mạch và tiêm

trực tiếp khối u.

- Đĩa nuôi cấy tế bào 24 giếng. Pipet man 1000µl, đầu corning, Agar, bếp nhiệt từ.

- Hệ thống thiết bị cộng hưởng từ Siemens, tần số từ trường xoay chiều 64 MHz,

từ trường 1,5 tesla

Chuẩn bị mẫu:

Pha 500ml agar 2%: đun nóng và khuấy đều trong 10-15 phút (nếu sử dụng lò vi

sóng thì chú ý tắt lò ngay khi thấy sôi).

Chuẩn bị đĩa 24 giếng: Ghi rõ kí hiệu lên cả nắp lẫn cạnh giếng để tránh nhầm lẫn.

Bước 1: Tra dung dịch hệ nano từ.

Hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO có nồng độ pha loãng trong vùng từ 0 - 0,3 mmol

(tính cho nguyên tố Fe) với các nồng độ: 0,025 mM; 0,05 mM; 0,1 mM; 0,15 mM; 0,25

mM và 0,3 mM tương ứng với các nồng độ 2,5 µg/ml; 5,0 µg/ml; 10,0 µg/ml, 15,0 µg/ml,

25,0 µg/ml và 30,0 µg/ml (tính theo chất lỏng từ Fe3O4@PMAO) được cho vào trong các

giếng có dung tích 2 ml (với 1 lớp dưới có chứa 0,3 ml agar 2%) của đĩa giếng, sau đó

cho tiếp 0,7 ml agar 2% lên ở phía trên của giếng (Bảng 2.4 và Hình 2.18).

71

Dãy đĩa giếng cuối cùng được pha dung dịch agar 2% được dùng làm mẫu đối

chứng. Chuẩn bị các hệ hạt nano từ, tính toán thể tích sẽ tra và mỗi giếng của mỗi hệ.

Bảng 2.4 a. Chuẩn bị dãy nồng độ của hệ chất lỏng từ Fe3O4 @CS, Fe3O4@PMAO

Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6

Hệ chất lỏng

từ Fe3O4

@PMAO (A)

2,5

µg/mlFe3O

4@PMAO

+ 700 µl

agar

5,0

µg/mlFe3O4

@PMAO +

700 µl agar

10,0

µg/mlFe3O4@

PMAO + 700

µl agar

15,0

µg/mlFe3O4@

PMAO + 700

µl agar

25,0

µg/mlFe3O4@

PMAO + 700

µl agar

30,0 µg/ml

agar

Fe3O4@PMA

O + 700 µl

agar

Hệ chất lỏng

từ Fe3O4 @CS

(B)

2,5

µg/mlFe3O

4@CS +

700 µl agar

5,0

µg/mlFe3O4

@CS + 700

µl agar

10,0

µg/mlFe3O4@

CS + 700 µl

agar

15,0

µg/mlFe3O4@

CS + 700 µl

agar

25,0

µg/mlFe3O4@

CS + 700 µl

agar

30,0 µg/ml

agar

Fe3O4@CS +

700 µl agar

Bảng 2.4 b. Chuẩn bị dãy nồng độ của hệ chất lỏng từ Fe3O4 @CS,

Fe3O4@PMAO,Resovist

Mẫu M1 M2 M3 M4 M5

Mẫu

đối

chứng

agar

2%

(D)

Hệ chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO

(A)

5,0

µg/mlFe3O4@PMAO

+ 700 µl agar

10,0

µg/mlFe3O4@PMAO

+ 700 µl agar

15,0

µg/mlFe3O4@PMAO

+ 700 µl agar

30,0

µg/mlFe3O4@PMAO

+ 700 µl agar

45,0

µg/mlFe3O4@PMAO

+ 700 µl agar

700 µl

agar


Resovist

(B)

5,0 µg/mlResovist +

700 µl agar


700 µl agar


700 µl agar


700 µl agar


700 µl agar

700 µl

agar


Fe3O4@CS

(C)

5,0 µg/mlFe3O4@CS

+ 700 µl agar

10,0

µg/mlFe3O4@CS +

700 µl agar

15,0

µg/mlFe3O4@CS +

700 µl agar

30,0

µg/mlFe3O4@CS +

700 µl agar

45,0

µg/mlFe3O4@CS +

700 µl agar

700 µl

agar

Bước 2: Tra vào mỗi giếng 700 µl agar 2% (có thể thay đổi sao cho phù hợp nhưng

phải đảm bảo cột dung dịch cuối cùng đủ cao để tiến hành cắt lớp chụp MRI).

Lưu ý: Tra agar nhẹ nhàng, tuyệt đối tránh tạo bọt khí (có thể tra dọc theo thành

giếng hoặc tra thẳng vào giữa đáy giếng khi đã quen tay). Nếu xuất hiện bọt khí thì phải

dùng đầu corn để chọc vỡ.

72

Hình 2.18. Chuẩn bị đĩa giếng chứa các mẫu chất lỏng từ: Fe3O4@PMAO,

Fe3O4@CS, Resovist và mẫu đối chứng agar 2% (trên) và sơ đồ chụp các bước chụp

ảnh bằng kỹ thuật MRI (dưới)

Phương pháp đo

Chụp ảnh:

Hệ số r1 (độ hồi phục dọc) được đo theo trình tự spin-echo (SE) biến thiên TR,

còn r2 (độ hồi phục ngang) đo theo trình tự xung Multi-Slice Multi-Echo (MSME) giữ

TR cố định. Sử dụng phầm mềm syngofastView (syngo is a registered trademark

owned by Siemens Healthcare GmbH) và EFilm Workstation (Merge Healthcare) xác

định cường độ tín hiệu trên diện tích vùng quan tâm (region of interest - ROIs) (cm2).

Phương trình đơn exponential được sử dụng để tính độ tăng trở lại giá trị cực đại T1:

𝑦 = 𝐴 + 𝐶 (1 − 𝑒−𝑇𝑅

𝑇1 ) (1)

Đường cong suy giảm tín hiệu được fit bởi phương trình suy giảm đơn

exponential để tính T2 theo biểu thức sau: 𝑦 = 𝐴 + 𝐶𝑒−𝑇𝐸

𝑇2 (2)

Trình tự xung Multi-Slice Multi-Echo (MSME) để xác định đường cong suy giảm

và phục hồi được thực hiện với các tham số sau: TE hiệu dụng với 09 tiếng vọng trong

vùng 4,25-138 ms, TR = 3500 ms, từ trường quan sát (FOV) x-y 208x230 mm2, chiều

dày lát cắt 3 mm, kích thước ma trận 343x512 cho độ phân giải x-y 200 µm2, số các lần

lấy trung bình bằng 2, tổng thời gian ghi dữ liệu là 46 phút 09 giây. Các mẫu đo T1 được

thực hiện với việc dùng trình tự xung spin-echo (SE) biến thiên TR, với các tham số sau:

TE = 15 ms, TRs trải từ 50 đến 3500 ms, FOV x-y 208x230 mm2, độ dày lớp cắt 10

73

mm, kích thước ma trận 174x320 cho độ phân giải x-y 200 µm2, số lần lấy trung bình

bằng 2, toàn bộ thời gian lấy mẫu là 01 giờ 21 phút.

Bảng 2.5. Các tham số chuỗi hình ảnh được sử dụng trong chụp ảnh MRI

Parameter (Thông số) Value (Gía trị) T1 Value (Gía trị) T2

Scanning sequence (Chuỗi hình ảnh) SE MSME

MR Acquisition Type 2D 2D

Slide thickness (Độ dày lát cắt) 3 3

Repetition time (Thời gian lặp lại - TR) 50 đến 3500 ms 3970

Echo time (Thời gian vọng - TE) 15 ms 4,25 đến 139 ms

Average (Trung bình) 2 2

FOV (Trường quan sát) 208x230 mm2 208x230 mm2

Acquisition Matrix (Ma trận) 174x320 343x512

Slide direction (Hướng chụp) Axial Axial

Slide number (Số lát cắt) 8 đến 10 ảnh 8 đến 10 ảnh

Flip angle (Góc lật) 150 150

Image resolution (Độ phân giải ảnh) 256x140 pixels 256x140 pixels

Scan duration (Thời gian quét) Khoảng 1 giờ 21 phút Khoảng 46 phút

Từ các phép làm khớp các đường hồi phục bằng các hàm đơn exponential, đã thu

được các giá trị thời gian hồi phục T1, T2 theo biểu thức (1), (2) (Hình 2.18). Nghịch

đảo của các thời gian hồi phục T1, T2 là các giá trị tốc độ hồi phục R1, R2 tương ứng

cho mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO. Đường phụ thuộc R1 và R2 vào nồng độ được xây

dựng để tính toán các giá trị độ hồi phục dọc và ngang r1 và r2 cho mẫu chất lỏng này.

74


Trong chương này, chúng tôi đã trình bày các phương pháp thực nghiệm chế tạo

mẫu vật liệu, đo đạc, phân tích các đặc trưng và tính chất từ của các hạt nano Fe3O4 được

chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt và phương pháp phân hủy nhiệt. Các quy trình chế

tạo chất lỏng từ dùng CS trên nền hạt Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt và các

quy trình chế tạo chất lỏng từ bằng cách chuyển pha và bọc bằng PMAO trên nền hạt

Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt cũng được đề cập. Các thiết bị sử

dụng trong đề tài là các thiết bị hiện đại có độ chính xác và độ tin cậy cao. Đa số các

phép đo đạc và phân tích được tiến hành trên các thiết bị tại Phòng thí nghiệm Trọng

điểm Quốc gia thuộc Viện khoa học vật liệu. Ngoài ra một số phép đo đạc và nghiên

cứu tại các cơ sở nghiên cứu khác như: Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học

Quốc gia Hà Nội, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hóa

học các hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bệnh

viện Quốc tế Vinh, Nghệ An. Các kết quả thực nghiệm sẽ được phân tích và bàn luận

trong các chương 3, chương 4 và chương 5.

75

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe

TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT

Như đã đề cập ở trên, để ứng dụng trong lĩnh vực y sinh các hạt nano từ cần đáp ứng

các tiêu chuẩn về kích thước hạt đồng đều nằm trong vùng siêu thuận từ, từ độ bão hòa

cao và đặc biệt chất lỏng từ có độ bền theo thời gian và có tính tương thích sinh học cao.

Nhằm đáp ứng các yêu cầu này, cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu tập trung vào các hạt

nano từ như: Fe3O4, CoFe2O4, MnFe2O4. Tuy nhiên hạt nano từ Fe3O4 vẫn là vật liệu được

quan tâm nghiên cứu nhiều nhất vì chúng có nhiều ưu điểm vượt bậc so với các vật liệu

khác ở các khía cạnh như độ bền hóa học, dễ khống chế kích thước và từ độ cao tại nhiệt

độ phòng. Chính vì thế, nhiều phương pháp chế tạo hạt nano từ Fe3O4 đã được thực hiện

nhằm tạo ra các hạt nano có độ đồng nhất cao và tạo môi trường thuận lợi để có thể bọc

hạt trong các môi trường khác nhau. Có thể kể đến các phương pháp sau: đồng kết tủa,

solgel, vi nhũ tương, thủy nhiệt và phân hủy nhiệt v.v.. Phương pháp thủy nhiệt là phương

pháp tổng hợp vật liệu trong hệ kín với việc đưa nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng lên cao

hơn nhiệt độ sôi của dung môi tương ứng. Điều này đạt được bằng cách đặt hỗn hợp tiền

chất bên trong bình phản ứng (autoclave). Ưu điểm của phương pháp thủy nhiệt so với

các phương pháp khác như đồng kết tủa, sol-gel là tạo được vật liệu có độ tinh thể tốt

[142, 73]. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến để chế tạo hạt nano từ cho các ứng

dụng trong y sinh. Tuy nhiên, chất lượng và kích thước của hạt nano tạo ra phụ thuộc

nhiều vào các yếu tố thực nghiệm như: độ pH, nhiệt độ, nồng độ và tỷ lệ các chất tham

gia phản ứng [132]. Nếu không khống chế tốt các điều kiện thực nghiệm hạt nano thu

được thường có phân bố kích thước rộng đồng thời độ tinh thể kém, ngoài pha Fe3O4 có

thể tồn tại các pha khác như α-Fe2O3 hay các hydroxit vô định hình. Điều này dẫn đến sự

suy giảm của từ tính và hạn chế khả năng ứng dụng của hạt nano Fe3O4. Bên cạnh đó, để

có thể đưa vào ứng dụng trong y sinh thì hạt nano Fe3O4 kích thước hạt đủ nhỏ, mômen

từ bão hòa cao và đặc biệt phải thể hiện đặc tính siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng [73]. Các

kết quả nghiên cứu cho thấy trạng thái từ trong các hạt nano Fe3O4 phụ thuộc nhiều vào

kích thước hạt, hình dạng và điều kiện tổng hợp [68, 149]. Nhiệt độ, thời gian phản ứng

và nồng độ tiền chất là các tham số chính ở phương pháp này. Với dung môi là nước thông

thường nhiệt độ sử dụng để tổng hợp vật liệu ở 200oC trong thời gian từ 8 đến 72 giờ thì

kích thước hạt nano thu được thường lớn khoảng 200 nm - 800 nm [67]. Trong khi đó với

một số ứng dụng trong y sinh, yêu cầu kích thước hạt nano từ 10 nm - 20 nm [74]. Do đó,

với mỗi hệ mẫu khác nhau đòi hỏi phải có những nghiên cứu cụ thể. Trong chương này,

chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu những điều kiện tối ưu ảnh hưởng tới kích thước hạt và

76

momen từ bão hòa của vật liệu nano từ tính Fe3O4 bọc chitosan tổng hợp bằng phương

pháp thủy nhiệt.

Các nghiên cứu tối ưu hóa trước đây được thực hiện bằng phương pháp tối ưu đơn

yếu tố không phản ánh được sự tương tác lẫn nhau giữa các yếu tố và phương pháp tối ưu

này không hiển thị ảnh hưởng thực của các yếu tố lên tính chất từ của vật liệu. Để khắc

phục vấn đề này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM với phương án

cấu trúc có tâm (CCD) để tối ưu hóa giá trị các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất từ của vật

liệu. Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) là một phương pháp sử dụng toán học và thống

kê được áp dụng rộng rãi để xác định ảnh hưởng của các yếu tố và để tối ưu hóa quá trình

tổng hợp vật liệu. Để phân tích mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố ảnh hưởng (tham số

thực nghiệm), cũng như sự tác động đồng thời của các yếu tố lên hàm mục tiêu, chúng tôi

sử dụng phần mềm Design-Expert 7.1 (Stat-Ease, Inc, Minneapolis, USA) để thiết lập một

kế hoạch (ma trận) thực nghiệm nhằm tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp. Từ đó đưa ra

mô hình toán học thống kê thực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê, đánh giá được sai

số của quá trình thực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê cho phép xét ảnh hưởng của

các yếu tố, đánh giá được vai trò qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm

mục tiêu với mức độ tin cậy cần thiết.

3.1. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu

Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn miền khảo sát của ba yếu tố nhiệt độ, thời

gian và nồng độ để có thể chế tạo ra những hạt nano có kích thước nhỏ và từ độ bão hòa

cao như sau: nhiệt độ ủ mẫu 120oC-180oC, thời gian phản ứng 2 giờ đến 4 giờ, nồng độ

Fe3+ 0,1M - 0,2M với hàm mục tiêu là từ độ bão hòa (emu/g). Mối tương quan giữa giá

trị mã hóa và giá trị thực được chỉ ra ở bảng 3.1 (Chương 3)

Bảng 3.1. Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm.

Biến số Ký

hiệu Đơn vị

Ký hiệu giá trị mã hóa Mức anpha*

(+/- 1.414) -1 0 +1

Nhiệt độ ủ mẫu (A) X1 oC 120 150 180

192,426

107,574

Thời gian (B) X2 h (giờ) 2 3 4 4,41

1,59

Nồng độ Fe3+ (C) X3 M(mol/l) 0,1 0,17 0.25 0,28

0,17

Sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt với phương án cấu trúc có tâm (RSM-CCD),

số liệu được xử lí bằng phần mềm thống kê Design-Expert 7.1 để phân tích các hệ số

hồi quy, bề mặt đáp ứng và tối ưu hóa với hàm mong đợi và lựa chọn phương án quy

77

hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu với k là các yếu tố ảnh hưởng.

Phương trình hồi quy có dạng:

Y = b0+ b1A + b2B + b3C + b12AB +b13AC + b23BC +b11A2 +b22B2 +b33C2

Trong đó: b0 là hệ số hồi quy

b1, b2, b3: hệ số tuyến tính b12, b13, b23, b11, b22, b33: hệ số tương tác đôi

Quy hoạch thực nghiệm đưa ra bảng ma trận thực nghiệm gồm 13 thí nghiệm,

trong đó có 2k-1 thí nghiệm ở biên, 2k thí nghiệm ở điểm sao và 3 thí nghiệm tại tâm (n0)

với hàm mục tiêu là từ độ bão hòa (emu/g). Để hạn chế rủi ro bất ngờ, thứ tự của thí

nghiệm được chọn ngẫu nhiên. Giá trị mã hóa và kết quả thiết kế với ma trận thực

nghiệm được trình bày ở bảng 3.2.

Bảng 3.2. Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng từ theo từng thí nghiệm

STT

Mức độ Nhiệt độ ủ

mẫu (A)

Thời

gian (B)

Nồng độ

Fe3+ (C)

Từ độ bão

hòa (emu/g) A B C

1 + + - 180 4,00 0,1 34,73

2 + - + 180 2,00 0,25 53,22

3 - + + 120 4,00 0,25 61,89

4 - - - 120 2,00 0,10 57,26

5 -1,414 0 0 107,57 3,00 0,17 55,38

6 1,414 0 0 192,43 3,00 0,17 63,21

7 0 -1,414 0 150 1,59 0,17 61,4

8 0 1,414 0 150 4,41 0,17 60,07

9 0 0 -1,414 150 3,00 0,07 46,67

10 0 0 1,414 150 3,00 0,28 59,96

11 0 0 0 150 3,00 0,17 66,67

12 0 0 0 150 3,00 0,17 63,32

13 0 0 0 150 3,00 0,17 64,68

Phân tích sự có ý nghĩa của mô hình với thực nghiệm

Phân tích sự phù hợp của mô hình và sự có ý nghĩa của mô hình được đánh giá qua

phân tích ANOVA (bảng 3.3) và các chỉ số tương quan. Sự có ý nghĩa của các hệ số hồi

quy được kiểm định bởi chuẩn F, với các giá trị p < 0,05 cho biết các hệ số hồi quy có

ý nghĩa. Như vậy, ở bảng 3.3 cho thấy giá trị “Model- F-value” là 35,75, mô hình hoàn

toàn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 99,08%. Với tất cả các yếu tố nhiệt độ ủ mẫu,

thời gian, nồng độ Fe3+ và từng cặp các yếu tố này đều có giá trị p < 0,05 cho biết từng

yếu tố này cũng tương tác với nhau và đều có ý nghĩa (bảng 3.3) điều này được minh

họa rõ hơn khi quan sát bề mặt đáp ứng ở hình 3.2. Chuẩn F cho “sự không tương thích

78

Lack of fit” của mô hình là 6,38 (p=0,1275), điều đó chứng tỏ mô hình có 12,17% không

tương thích với thực nghiệm (hình 3.2). Kết quả thu được cho thấy, các yếu tố nhiệt độ

ủ mẫu, thời gian, nồng độ Fe3+ đều có ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt nano Fe3O4 (hình

3.1)

Hình 3.1. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố theo phân tích ANOVA (p<0,05).

Bảng 3.3. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu quá trình tổng hợp các yếu tố.

Yếu tố

Tổng

bình

phương

Bậc

tự do

Trung bình

bình

phương

Giá trị F Giá trị p

prob > F

Mô hình 927,16 9 103,02 35,75 0,0068a Tin cậy

A-Nhiệt độ ủ mẫu 30,65 1 30,65 10,64 0,0038a

B- Thời gian 12,90 1 18,90 7,31 0,0457b

C- nồng độ Fe3+ 88,31 1 88,31 30,64 0,0116b

AB 25,09 1 35,09 9,27 0,0308b

AC 221,80 1 221,80 76,96 0,0031a

BC 16,81 1 23,81 5,83 0,0346b

A2 96,44 1 96,44 33,46 0,0103b

B2 62,98 1 62,98 21,85 0,0185b

C2 310,37 1 310,37 107,69 0,0019a

Sự không tương thích 6,58 1 6,58 6,38 0,1275 Không

tin cậy

R2=0,9908 R2 hiệu chỉnh=0,9630

a có ý nghĩa độ tin cậy α= 0,01; bcó ý nghĩa độ tin cậy α = 0,05.

79

Bảng 3.3 cũng chỉ ra kết quả phân tích sự phù hợp và có ý nghĩa của mô hình với

thực nghiệm. Kết quả phân tích ANOVA cho thấy giá trị R2 là 0,9908 và giá trị R2 hiệu

chỉnh là 0,9630 chứng tỏ giá trị từ độ thu được từ thực nghiệm gần với dự đoán của mô

hình (hình 3.2).

Hình 3.2: Mô hình (dự đoán) so với giá trị thực nghiệm trong quá trình

tổng hợp hạt nano từ tính (MNPs)

Từ các giá trị phân tích có nghĩa trên, giá trị hàm mong đợi được phần mềm DX7

đưa ra được biểu diễn theo phương trình cụ thể sau:

Y= 66,06 + 2,77A- 0,47B + 4,70C - 1,17AB + 2,90AC+ 10,53BC - 3,77A2 - 3,04B2 - 6,76C2.

Trong đó Y là giá trị từ độ bão hòa mong đợi A, B, C là giá trị nhiệt độ ủ mẫu, thời

gian, nồng độ Fe3+.

Mô hình hóa dạng 3D và 2D giá trị từ độ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nhiệt độ ủ

mẫu, thời gian ủ mẫu, nồng độ muối Fe3+ được thể hiện ở hình 3.3 và 3.4 (sử dụng phần

mềm Design expert 7.1). Bề mặt đáp ứng thể hiện sự tương tác của từng cặp yếu tố và

từ biểu đồ này có thể xác định được giá trị tối ưu của từng yếu tố làm cho hàm đáp ứng

cực đại. Mô hình đã dự đoán giá trị từ độ bão hòa (emu/g) tối đa đạt được 67,91(emu/g)

ở giá trị các yếu tố: Nhiệt độ ủ mẫu 1650C, thời gian ủ mẫu 2 giờ 55 phút và nồng độ

muối sắt 0,21M, và kết quả thực nghiệm thu được là 68,12 (emu/g) (mẫu M_opt) (hình

3.4).

80

Hình 3.3: Đồ thị bề mặt đáp ứng biểu diễn sự tác động của từng cặp yếu tố (AB, AC)

đến giá trị từ độ và mức độ mong muốn theo các cặp tương tác.

Hình 3.4: Đường cong từ độ bão hòa của các mẫu hạt nano Fe3O4 bọc chitosan ở các

điều kiện tổng hợp khác nhau và tại điều kiện tối ưu bằng phương pháp thủy nhiệt

Hình 3.4 là các đường cong từ hóa của các mẫu Fe3O4 chế tạo với các điều

kiện phản ứng khác nhau.

81

Tiến hành kiểm tra tính đúng đắn của các giải pháp tối ưu, tiến hành các thí nghiệm

kiểm chứng tại điểm tối ưu mô hình đưa ra, từ đó chọn cặp biến cho kết quả hàm mong

đợi tối ưu nhất. 20 giải pháp tối ưu với hàm lượng 3 biến xác định là nhiệt độ phản ứng

(A), thời gian phản ứng (B), nồng độ muối Fe3+ (C) từ sử dụng thuật toàn hàm mong đợi

bằng phương pháp đáp ứng bề mặt cũng được đưa ra ở đây, kết hợp với phương trình

hàm mong đã được tìm ra ở trên, giá trị từ độ bão hòa Ms tính được tương ứng với 3

biến xác định được trình bày ở bảng 3.4.

Bảng 3.4. Các giải pháp tối ưu với hàm lượng 3 biến xác định và giá trị

hàm mong đợi tối ưu

STT Nhiệt độ tổng hợp, 0C Thời gian

nung, giờ

Nồng độ ban đầu

Ion Fe3+ (mol/l) Ms (emu/g)

1 171,92 3,94 0,20 67,50

2 147,60 3,75 0,24 69,46

3 178,09 3,84 0,23 69,89

4 151,69 3,96 0,22 69,36

5 170,83 3,10 0,20 67,92

6 168,33 3,04 0,23 67,73

7 167,77 2,87 0,19 67,12

8 171,66 3,63 0,20 67,64

9 171,45 3,36 0,22 69,11

10 142,95 3,61 0,23 67,93

11 169,68 2,94 0,20 66,80

12 166,45 2,70 0,20 67,62

13 163,41 2,85 0,18 66,88

14 152,25 3,44 0,21 68,44

15 167,53 3,21 0,21 68,76

16 173,21 2,81 0,20 67,01

17 154,36 3,31 0,20 67,95

18 165,58 2,78 0,20 67,07

19 152,48 2,98 0,21 66,99

20 164,09 2,72 0,18 66,83

Bảng kết quả tối ưu cho thấy với 3 cặp giá trị biến nhiệt độ phản ứng (A), thời gian

phản ứng (B), nồng độ muối Fe3+ (C) khác nhau các giá trị hàm mong đợi thu được là

khác nhau không đáng kể. Điều đó cho thấy tính đúng đắn của mô hình tối ưu. Bảng 3.4

cho thấy, 5 tổ hợp thành phần nhiệt độ phản ứng (A), thời gian phản ứng (B), nồng độ

muối Fe3+ (C) tại các điểm có số thứ tự là 7, 11, 12, 13, 14 cho giá trị từ độ bão hòa Ms

82

mong đợi cao và tương đương nhau tại các điều kiện tối ưu thuận lợi nhất cho quá trình

tổng hợp vật liệu. Tiến hành các thí nghiệm kiểm chứng tại 5 điểm tối ưu mô hình đưa ra

ở bảng 3.4 từ đó chọn cặp biến cho kết quả hàm mong đợi tối ưu nhất (bảng 3.5).

Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra giá trị từ độ bão hòa Ms thu được từ mô hình và thực tế

STT Nhiệt độ tổng

hợp, 0C

Thời gian

nung, giờ

Nồng độ ban

đầu Ion Fe3+

(mol/l)

Ms (emu/g)

(Mô hình)

Ms

(Thực tế)

7 167,77 2,87 0,19 67,1269 65,21

11 169,68 2,94 0,20 66,8039 66,92

12 166,45 2,70 0,20 67,6287 68,12

13 163,41 2,85 0,18 66,8807 64,06

14 152,25 3,44 0,21 68,446 67,01

Từ kết quả kiểm tra thực nghiệm ở bảng 3.5, giá trị tối ưu cho 3 biến được xác định

như sau: nhiệt độ phản ứng 165-1700C, thời gian phản ứng 2 giờ 50 phút, nồng độ Fe3+

là 0.2 M, giá trị từ độ bão hòa thu được là 68,12 emu/g. Bằng phép chụp kính hiển vi

điện tử truyền qua cho thấy hình dạng của các hạt nano từ Fe3O4@CS là hình cầu và

tương đối đồng đều với kích thước trung bình là 13,43 nm (hình 3.11)

Như vậy, bằng việc thay đổi các thông số thực nghiệm như thời gian, nồng độ tiền

chất và nhiệt độ phản ứng, các mẫu có kích thước hạt khác nhau đã được chế tạo và

chính sự thay đổi kích thước hạt này dẫn đến sự thay đổi các giá trị từ độ. Nhằm mục

đích tìm ra được các mẫu có kích thước đồng đều và từ độ bão hòa cao để có thể ứng

dụng được trong y sinh, mẫu chế tạo được ở vùng kích thước được coi là giới hạn về

kích thước siêu thuận từ của hạt Fe3O4 đã được lựa chọn để khảo sát đặc tính siêu thuận

từ của chúng [16]. Đường từ hóa của mẫu được coi là siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng

phải tuân theo hàm Langevin theo biểu thức (3.1).

M = nμL (μH

kT) = nμ [coth (

μH

kT) −

kT

μH] (3.1)

Hình 3.5 mô tả đường fit theo hàm Langevin của các mẫu ở điều kiện tối ưu M11

- M13 tại từ trường 10 kOe. Từ hình này cho thấy số liệu thực nghiệm trên đường đo

M(H) của tất cả các mẫu được đo ở nhiệt độ 300 K gần trùng khớp theo hàm Langevin

với độ chính xác cao (R2 > 0,998). Sự không hoàn toàn trùng khít của đường thực nghiệm

với đường lý thuyết cho chất thuận từ (mô tả bởi hàm Langevin) có thể được giải thích

là do vẫn còn lực tương tác nhỏ giữa các hạt từ và có thể do từ trường 10 kOe là chưa

đủ để từ hóa bão hòa mẫu.

83

Hình 3.5. Đường M(H) fit theo hàm Langevin của mẫu tại điều kiện tối ưu

3.2. Đặc trưng về cấu trúc và hình thái của hạt nano từ tính Fe3O4 bọc chitosan

Dưới tác nhân kiềm các hạt nano từ tính Fe3O4 được hình thành phân tán trong

mạng lưới CS tạo liên kết phối trí với các nhóm -NH2 và -OH.

Hình 3.6. Mô hình liên kết của hạt nano từ Fe3O4 với chitosan khi phân tán hạt từ

trong mạng lưới chitosan

Để xem xét ảnh hưởng của lớp vỏ bọc đến cấu trúc của vật liệu, các mẫu chất lỏng

từ sau khi đã sấy khô được chụp phổ nhiễu xạ tia X và so sánh với mẫu chưa bọc. Kết

quả đo giãn đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu nano từ tính Fe3O4 trước khi bọc và vật liệu

nano Fe3O4 bọc CS được thể hiện ở hình 3.7.

Hình 3.7 cho thấy tất cả các vạch nhiễu xạ của các mẫu đều trùng vạch chuẩn của

Fe3O4 với cấu trúc spinel. Cụ thể các đỉnh pic với cường độ đáng kể tương ứng phù hợp

với giá trị dhkl của Fe3O4 tại (220), (311), (222), (400), (422), (511), và (440). Việc kết

hợp với chitosan làm các pic của mẫu nano Fe3O4@CS có độ nhiễu hơn các pic của mẫu

84

Fe3O4 tuy nhiên không làm thay đổi cấu trúc tinh thể. Lý do có thể từ sự đóng góp của

lớp vỏ bọc, kết quả tương tự cũng được công bố bởi nhóm tác giả [68, 58].

Hình 3.7. Ảnh nhiễu xạ tia X của vật liệu nano Fe3O4 tinh khiết

và vật liệu nano Fe3O4@CS

Để thấy rõ hơn sự liên kết giữa lớp vỏ bọc và bề mặt hạt nano từ, phổ hồng ngoại

của các mẫu CS, Fe3O4 và mẫu Fe3O4 bọc CS đã được đo và phân tích. Hình 3.8 trình bày

phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR của các mẫu CS, Fe3O4, và Fe3O4@CS. Các vị trí pic hấp

thụ chính của các chất tham gia và tạo thành của phản ứng thể hiện trong bảng 3.6

Bảng 3.6. Các vị trí hấp thụ chính của các chất

Mẫu ν OH ν NH2 ν CH ν NH2 ν CH ν C-O-C ν C-OH

CS 3442 2921 1635 1384 1153 1043

Fe3O4@CS 3452 3425 2922 1630 1384 1153 1043

Hình 3.8 (a) cho thấy, trên phổ hồng ngoại của mẫu Fe3O4@CS xuất hiện các dao

động đặc trưng liên quan đến các nhóm chức của hạt Fe3O4 và lớp vỏ bọc CS. Từ phổ

hồng ngoại của mẫu này có xuất hiện đỉnh tại vị trí 500-550 cm-1 là đỉnh đặc trưng của

liên kết Fe-O-Fe trong Fe3O4. Sự có mặt của các đỉnh xuất hiện trên phổ của mẫu

Fe3O4@CS đều đặc trưng cho các nhóm chức của CS. Điều này chứng tỏ rằng các hạt

nano Fe3O4 đã được bọc bởi CS. Các đỉnh tương ứng với các dao động đặc trưng của

các liên kết có trong CS trong nghiên cứu này cũng được công bố bởi nhóm tác giả [ 10,

100]. Như vậy, kết quả nghiên cứu phổ hồng ngoại các mẫu Fe3O4@CS cho thấy hạt

nano từ Fe3O4 đã được bọc bởi CS.

85

Hình 3.8. Phổ FTIR của Chitosan (CS), Fe3O4 và hạt nano từ tính Fe3O4@CS

Để có thông tin chính xác hơn về hình dạng và kích thước hạt ảnh hiển vi điện tử

quét phát xạ trường (FESEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua TEM đã được thực

hiện. Hình 3.9 trình bày ảnh FESEM của các mẫu vật liệu nano Fe3O4 được tổng hợp ở

các điều kiện khác nhau, kết quả cho thấy tất cả các mẫu đều có dạng cầu với kích thước

tương đối đồng đều.

86

Hình 3.9. Ảnh FESEM của mẫu Fe3O4 tổng hợp ở các điều kiện phản ứng khác nhau.

Từ giản đồ XR ở hình 3.9, chúng tôi đã xác định kích thước tinh thể của các hệ

mẫu bằng cách sử dụng công thức Scherrer [83].

DXRD = 0.89λ

βcosθ

Trong đó =1,5406 Å là bước sóng của bức xạ uK, là độ bán rộng vạch nhiễu

xạ. Các kết quả tính toán kích thước hạt nano Fe3O4 từ phổ nhiễu xạ XRD được khẳng

định khi sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (Bảng 3.7)


bình (DFESEM) của các mẫu hạt nano Fe3O4 tổng hợp ở các điều kiện phản ứng khác nhau

Tên mẫu M4 M8 M11 Mopt

Thời gian phản ứng 2 giờ 4 giờ 25 phút 3 giờ 2 giờ 55 phút

Nhiệt độ ủ mẫu 1200C 1500C 1500C 1650C

Nồng độ Fe3+ (M) 0,1 0,17 0,17 0,21

a (Å) 8,371 8,381 8,378 8,379

DXRD (nm) 9,6 12,7 10,3 11,1

DTEM (nm) 11,6±1,2 14,03±0,7 13,15±0,8 13,43±0,5

Trên ảnh TEM (hình 3.10 và 3.11), các hạt có dạng hình cầu với kích thước nhỏ từ

12-18 nm và tương đối đồng đều, các hạt sau khi bọc Fe3O4@CS có kích thước lớn hơn

so với hạt Fe3O4 trước khi bọc. Tuy nhiên các hạt khi phân tán trong nước chưa được

dạng đơn phân tán, các nhóm có hiện tượng co nhóm lại với phần lớp vỏ hữu cơ chitosan

khoảng 21,5% (hình 3.11b). Đồ thị phân bố kích thước hạt của mẫu xác định từ ảnh

TEM, được trình bày bên phải trên hình 3.10

87

Hình 3.10. Ảnh TEM hạt Fe3O4@CS điều chế ở điều kiện khác nhau chế tạo bằng

phương pháp thủy nhiệt.

(a)

(b)

Hình 3.11. Ảnh TEM hạt Fe3O4@CS điều chế ở điều kiện tối ưu (nồng độ Fe3+

0,21M; nhiệt độ phản ứng 1650C; thời gian ủ mẫu 2 giờ 55 phút) chế tạo bằng phương

pháp thủy nhiệt (a) và giản đồ phân tích nhiệt TGA với lớp vỏ bọc CS (b)

Ta thấy sự phân bố kích thước hạt của các mẫu là tương đối hẹp giá trị kích thước

trung bình của các mẫu hạt Fe3O4 bọc chitosan tăng dần trong khoảng từ 12 nm đến

18nm tương ứng với nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng tăng dần. Phân bố kích thước

hạt của các mẫu là phân bố Gauss, chứng tỏ các hạt được hình thành trong trạng thái gần

như cân bằng, các phân bố tương đối hẹp và phù hợp với các kết quả nghiên cứu khác

trên thế giới [11, 55, 117]. Như vậy, khi nhiệt độ, thời gian phản ứng tăng kích thước

tinh thể cũng như kích thước hạt thực tăng theo nguyên nhân là do nhiệt độ, thời gian

phản ứng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phát triển mầm hạt trong dung dịch, khi

nhiệt độ, thời gian phản ứng tăng sẽ làm tăng quá trình khuếch tán và kết tụ mầm hạt,

do đó sẽ thu được hạt có kích thước lớn hơn [121, 6, 133]. Khi so sánh giá trị kích thước

88

tinh thể và kích thước hạt thực, thấy có sự chênh lệch giữa hai giá trị này. Kích thước

hạt thực của các mẫu được xác định từ ảnh TEM lớn hơn kích thước tinh thể xác định

từ nhiễu xạ tia X. Sự sai khác giữa hai phương pháp là do việc xác định kích thước tinh

thể bằng nhiễu xạ tia X là phương pháp gián tiếp và phương pháp hiển vi điện tử quét là

trực tiếp. Hai phương pháp này có tính thống kê khác nhau, phương pháp nhiễu xạ tia X

ghi nhận kết quả trên tập hợp có số lượng hạt lớn hơn rất nhiều so với các phương pháp

hiển vi điện tử [39, 71].

3.3. Đặc trưng về độ bền của hệ chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan

Trong điều kiện sinh học, các hạt nano bị tác động bởi rất nhiều các yếu tố như sự

thay đổi độ pH, nồng độ muối, sự tương tác với các protein và đặc biệt là tác động của

các enzyme. Sự tương tác giữa các hạt nano với các thực thể sinh học rất phức tạp do đó

rất khó đánh giá, tuy nhiên trên thực tế người ta thường đánh giá độ bền của các hạt

trong điều kiện y sinh thông qua sự tác động của nồng độ muối và độ pH. Để đánh giá

độ bền của các mẫu chất lỏng, đại lượng đặc trưng cho độ ổn định của hệ phân tán keo

là thế Zeta và sự phân bố kích thước hạt (DLS).

Trong phần này độ bền của mẫu Fe3O4@CS được kiểm tra bằng cách thay đổi độ

pH và nồng độ muối, được đánh giá thông qua việc quan sát trực tiếp bằng mắt thường

và đo kích thước hạt trong môi trường chất lỏng bằng phương pháp phổ tán xạ laze động

(dynamic light scattering - DLS). Hình 3.12 là hình ảnh mẫu chất lỏng trong các môi

trường pH và nồng độ muối khác nhau.

(a) (b)

Hình 3.12. Giản đồ phân bố kích thước hạt (DLS) của chất lỏng từ Fe3O4@CS tại các

giá trị pH khác nhau (a) và nồng độ muối NaCl khác nhau (b)

Quan sát hình 3.12 ta thấy, mẫu chất lỏng Fe3O4 @CS phân tán tốt trong nước,

không có hiện tượng kết đám khi giá trị pH thay đổi trong phạm vi rộng từ 2 cho đến

12. Kết quả trên phổ DLS chỉ ra một đỉnh duy nhất ở vị trí khoảng 30 - 35 nm đối với

các mẫu mẫu ở pH từ 2 đến 10. Ở pH 11.5 và 12 có sự tăng về kích thước hạt nhưng

89

không đáng kể với giá trị DLS thu được 40 nm và 50 nm tương ứng. Điều này cho thấy,

khi thay đổi pH trong dải từ 2 - 12 thì các hạt vẫn bền trong dung dịch chất lỏng.

Ngoài yếu tố về pH thì nồng độ muối của dung dịch là một trong những yếu tố ảnh

hưởng rất mạnh đến độ bền của hạt, trong điều kiện y sinh (nồng độ NaCl ≈ 158 mM).

Quan sát hình 3.12 ta thấy, khi thay đổi nồng độ muối từ 50 mM đến 300 mM, mẫu phân

tán tốt trong nước khi nồng độ muối lên đến 300 mM, với sự phân bố kích thước 30 đến

40 nm tương ứng. Kích thước hạt trong môi trường chất lỏng của mẫu Fe3O4 @CS được

đo cho các mẫu tiêu biểu ở nồng độ muối 100 mM và 300 mM được thể hiện trên hình

3.13.

(a) (b)

Hình 3.13. Giản đồ phân bố kích thước hạt (DLS) của Fe3O4@CS ở các nồng độ muối

100 mM (a) và 300 mM (b)

Để đánh giá độ bền của các mẫu theo thời gian, mẫu chất lỏng Fe3O4@CS được

xác định lại thế zeta trong các khoảng thời gian khác nhau: 3 tháng và 6 tháng (Hình

3.14). Kết quả cho thấy sau 3 và 6 tháng mẫu chất lỏng từ vẫn phân tán tốt, không bị kết

tủa và thế zeta có giá trị lớn +44 mV và +28 mV tương ứng nằm trong trong giới hạn có

độ ổn định tốt so với thời điểm chế tạo mẫu là +45 mV. Như vậy bằng việc xác định độ

bền của mẫu chất lỏng Fe3O4@CS trong môi trường trường sinh lý cho thấy mẫu chất

lỏng có độ bền cao trong dải pH rộng, thời gian dài và có độ bền khi nồng độ muối lên

tới 300 mM. Điều này cho thấy, mẫu chất lỏng Fe3O4@CS có tính chất đáp ứng được

trong điều kiện y sinh.

(a) (b)

90

(c) (d)

Hình 3.14. Gía trị thế Zeta của mẫu chất lỏng từ ở các thời điểm khác nhau: cho 0

ngày (a), 90 ngày (b), 180 ngày (c), và (d) ảnh của huyền phù Fe3O4@CS dưới tác

động của từ trường trong phòng nhiệt độ trong 90 ngày.

Hình 3.15. Đường cong từ hóa của các mẫu Fe3O4@CS sau 90 ngày chế tạo. Đường

liền nét là đường làm khớp theo hàm Langevin.

3.4. Thử nghiệm đánh giá độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan

Đánh giá độc tính tế bào in vitro được thực hiện dựa trên thử nghiệm màu MTT sử

dụng bộ kit CellTiter 96® Non-Radioactive Cell Proliferation của hãng Promega. Tiến

hành nạp 5x103 tế bào Sarcoma 180 trong 180ul môi trường vào các giếng của đĩa nuôi

cấy 96 giếng và ủ trong 24 giờ trước khi tiến hành thử thuốc. Tiếp đó bổ sung 20 µl dung

dịch nano để đạt dải nồng độ lần lượt là 15.125 µg/ml, 30.25 µg/ml, 62.5 µg/ml, 125

µg/ml, 250 µg/ml, 500 µg/mlvà 1000 µg/ml. Sau khi tiến hành ủ 48 tiếng trong tủ ấm nuôi

cấy, tiến hành hút bỏ 100ul môi trường ở mỗi giếng và bổ sung vào 20ul dung dịch nhuộm

MTT rồi ủ trong bóng tối trong 4 giờ. Phản ứng bị dừng hoàn toàn bằng cách ủ 100ul

dung dịch hòa tan trong 1 tiếng đồng hồ, dung dịch này được cung cấp sẵn trong bộ kit.

Sử dụng máy đo Microplate Reader để đo mật độ quang học của dung dịch trong các

giếng ở bước sóng 490nm. Dựa vào mật độ quang học, ta xác định được % tỷ lệ tăng sinh

của tế bào, từ đó đánh giá được độ độc của dung dịch nano đối với tế bào qua giá trị IC50

được tính toán bằng công cụ Microsoft Excel.Tế bào Sarcoma 180 được bảo quản đông

91

lạnh trong bình nito lỏng tại -196°C; tiến hành rã đông ở 37°C trong 3-5 phút và ly tâm

với tốc độ 1300rpm trong 5 phút rồi thu lấy phần tế bào lắng đọng đem đi nuôi cấy trong

môi trường RPMI 1640 (Roswell Park Memorial Institute) với 10% huyết thanh FBS và

1% hỗn hợp kháng sinh gồm penicillin và streptomycin. Kết quả nhân nuôi thể hiện trong

hình 1 cho thấy tế bào có hình thái tròn đều với tỷ lệ sống trên 95%, đạt điều kiện để tiếp

tục tiến hành thử nghiệm MTT.

Hình 3.16: Hình thái của tế bào Sarcoma 180 đạt chuẩn

trước khi tiến hành thử nghiệm MTT

Hình 3.17. Phản ứng trong thử nghiêm màu MTT

Phân tích đo màu MTT được tiến hành với dòng tế bào ung thư mô liên kết

Sarcoma 180 để đánh giá độ độc của vật liệu nano Fe3O4@CS trên tế bào động vật có

vú. Phương pháp này được đưa ra bởi Tim Mosmann lần đầu tiên trên tạp chí

Immunological Methods vào năm 1983 [86], dựa trên sự khác biệt giữa tế bào sống và

tế bào chết khi chỉ các tế bào sống có thể tiến hành trao đổi chất qua hoạt động của ty

thể. Trong thử nghiệm này, dưới tác dụng của enzyme succinate dehydrogenase trong

ty thể, hợp chất muối hòa tan 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)- 2,5-diphenyl tetrazolium

bromide có màu vàng sẽ bị phân cắt thành hợp chất formazan có màu tím và kết tủa

(hình 3.17). Nồng đồ tinh thể formazan tỷ lệ thuận với số lượng tế bào sống sót ở mỗi

giếng trong khoảng thời gian phân tích. Phương pháp MTT có ưu điểm là độ chính xác

và độ nhạy cao do vậy được xem là một trong những kỹ thuật định lượng tiện lợi và

đáng tin cậy để đánh giá độc tính để sàng lọc thuốc. Ngoài ra giá trị IC50 (the half-

maximum inhibitory concentration - liều ức chế tối đa một nửa) được định nghĩa là nồng

92

độ chất thử nghiệm mà tại đó có khả năng ức chế quá trình chuyển hóa sinh học của

50% tế bào (Pharmacology 2009), đây là một giá trị điển hình để đánh giá khả năng ức

chế tăng trưởng mạnh yếu và độc tính của một chất lên tế bào.

Hình 3.18. Tỷ lệ sống sót của tế bào Sarcoma 180 sau khi ủ trong 48 tiếng với

Fe3O4@CS. Dãy đồng độ thử nghiệm như sau: (C1): 500 µg/ml, (C2): 250 µg/ml,

(C3): 125 µg/ml, (C4): 62,5 µg/ml, (C5): 30,25 µg/ml and (C6): 15,125 µg/ml. Các

giá trị được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (SD)

Kết quả của thử nghiệm MTT được thể hiện trong hình 3.18, qua đó, chất lỏng

nano từ Fe3O4@CS không gây độc cho tế bào Sarcoma 180 với 83% - 106% tế bào sống

sót sau khi ủ 48 tiếng với chất lỏng nano từ với các nồng độ 15.125 µg/ml và 30.25

µg/ml. Khi tiến hành tăng nồng độ hạt nano lên tới 62.5 µg/ml, 125 µg/ml, 250 và 500

µg/ml, tỷ lệ tế bào sống sót giảm xuống tương ứng là 66.1%, 38.4%, 17.8% và 2.8135%.

Theo đó, độc tính của chế phẩm nano từ Fe3O4@CS có tính chất tuyến tính với nồng độ

khi sự gia tăng nồng độ chất lỏng từ dẫn tới việc làm giảm sự sinh trưởng của tế bào.

Giá trị IC50 được tính bằng công cụ Microsoft Excel cho thấy chất lỏng nano từ

Fe3O4@CS trên dòng tế bào Sar180 sau 48 giờ có IC50 là 178.5 ± 22 µg/ml. Có thể kết

luận rằng, chất lỏng nano từ Fe3O4@CS có IC50 khá cao và không gây độc đối với tế

bào.

Tác động độc tính của một chất lên tế bào không chỉ thể hiện ở tỷ lệ tăng sinh mà

còn có ảnh hưởng tới hình thái của tế bào. Chính vì vậy theo dõi sự thay đổi hình dạng

đặc trưng của tế bào cũng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tác động và độc tính

của vật liệu thử nghiệm lên các dòng tế bào.

93

Hình 3.19. Hình thái tế bào Sarcoma 180 quan sát dưới kính hiển vi soi ngược. CA: đối

chứng sinh học. CB: Đối chứng dung môi DMSO. Dải nồng độ chất lỏng từ Fe3O4@CS

(C1): 500 µg/ml, (C2): 250 µg/ml, (C3): 125 µg/ml, (C4): 62.5 µg/ml, (C5): 30.25

µg/ml and (C6): 15.125 µg/ml. Hình ảnh quan sát dưới vật kính 20X, độ phóng đại 5.6.

Kết quả quan sát hình thái tế bào qua kính hiển vi ánh sang ngược cho thấy kết

luận trên là phù hợp. Hình ảnh ở các nồng độ thấp (hình 3.19.C3-C6) cho thấy không có

sự khác biệt về hình thái tế bào và trạng thái môi trường đối với hai giếng đối chứng.

Trong hình 3.19.C1, tại nồng độ chất lỏng từ cao nhất (500ug/ml), các hạt nano từ bám

dính tạo thành khối và phủ một lớp lên về mặt tế bào, tuy nhiên, hình dạng cầu tròn của

tế bào vẫn được duy trì và không có khác biệt so với đối chứng, đồng thời không phát

hiện xác tế bào chết bất thường trong môi trường. Do đó, tỷ lệ tế bào sống ở hai giếng

thử với nồng độ chất lỏng từ 250 ug/ml và 500 ug/ml thấp hơn nhiều so với đối chứng

có thể giải thích do mật độ có mặt của hạt nano từ trong môi trường quá cao dẫn tới sự

ức chế sinh trưởng của tế bào Sarcoma 180.

Các công trình nghiên cứu đã công bố trước đây cũng cho thấy kết luận tương tự về

độc tính của chất lỏng nano từ phụ thuộc tuyến tính với nồng độ thử nghiệm. Tuy nhiên,

kết quả IC50 thu được khi thử nghiệm độc tính hạt nano từ bọc chitosan trên dòng tế bào

của người như ung thư gan HepG2 [72], ung thư cổ tử cung HeLa [112] và ung thư phổi

A549 đều thu được giá trị cao hơn so với chất lỏng từ Fe3O4@CS được tổng hợp trong

nghiên cứu này. Một điều không thể so sánh đó là các dòng tế bào ung thư của người và

chuột có những đặc tính sinh học khác nhau nhất định dẫn tới sự sai biệt trong phản ứng

với cùng một loại chất thử nghiệm. Bên cạnh đó, đây là kết quả so sánh các mẫu thử

nghiệm thu được ở ba nghiên cứu độc lập, vì vậy quá trình tổng hợp vật liệu cũng như

kích thước, cấu trúc khác nhau của ba loại hạt nano từ cũng ảnh hưởng rất lớn tới độc tính

của chúng lên tế bào. Trong đó độ đề acetyl hóa DD của vỏ chitosan là một tác nhân quan

trọng ảnh hưởng tới sự hấp thụ tế bào và độc tính của vật liệu [53]. Hạt nano từ bọc

94

chitosan trong nghiên cứu này có kích thước nhỏ (13.43nm) và giá trị DD cao (>75%)

nên có thể xuyên qua lớp màng tế bào dựa trên tương tác giữa vùng tích điện âm trên

màng tế bào và nhóm amino của vỏ chitosan [97], sau khi xâm nhập vào tế bào các hạt

nano từ này có thể gây tổn thương lên ty thể [80] tiêu thể (lysosome) và tăng sự hình thành

các gốc tự do có oxy (ROS) dẫn tới sự mất cân bằng oxi hóa trong tế bào. Điều này có thể

dẫn tới lo ngại rằng phương pháp MTT có thể không phản ánh chính xác độc tính của vật

liệu khi hoạt động của ty thể có thể bị ảnh hưởng bởi sự xâm nhập của hạt nano từ vào tế

bào. Tuy nhiên, các nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra rằng vật liệu nano từ bọc chitosan

không gây độc mạnh lên dòng tế bào ung thư (giá trị IC50 thu được đều lớn hơn 100

ug/ml), do đó có thể thấy vật liệu được tổng hợp trong nghiên cứu này không gây tổn

thương lớn đối với ty thể. Bên cạnh đó, nghiên cứu [80] cũng chỉ ra rằng vỏ bọc

oligosaccharide chitosan có thể làm giảm đáng kể độc tính của vật liệu nano từ lên tế bào

và hạn chế ROS.

Từ kết quả thử nghiệm in vitro thu được cũng như so sánh với các công bố gần

đây, có thể kết luận rằng vật liệu nano từ bọc chitosan Fe3O4@CS không gây độc lên

dòng tế bào ung thư chuột Sarcoma 180. Bên cạnh đó, cần thực hiện các đánh giá sinh

học khác trong tương lai nhằm tối ưu hóa cấu trúc vật liệu nano từ Fe3O4@CS cho các

ứng dụng riêng biệt trong chẩn đoán và điều trị ung thư lâm sàng.

95


- Đã chế tạo thành công chất lỏng từ trên nền hạt nano từ Fe3O4 tổng hợp bằng

phương pháp thủy nhiệt bằng cách bọc chitosan (CS) có kích thước từ 10 - 20 nm tương

ứng, đã tối ưu hóa các điều kiện ảnh hưởng đến tính chất từ với các giá trị từ độ thu được

là 68 emu/g tại điều kiện tối ưu. Các hạt nano với DTEM <15 nm thể hiện tính chất siêu

thuận từ ở nhiệt độ phòng.

- Phân tích phổ hồng ngoại cho thấy sự liên kết giữa lớp vỏ bọc và hạt từ. Kích thước

hạt và độ bền của mẫu chất lỏng từ Fe3O4 bọc CS được khảo sát bằng phương pháp phổ

tán xạ laze động. Kết quả cho thấy mẫu chất lỏng Fe3O4 bọc CS có kích thước động nằm

trong khoảng 30-40 nm, và có độ bền cao trong các điều kiện khác nhau.

- Thử nghiệm khả năng gây độc trên tế bào, kết quả cho thấy mẫu chất lỏng có độc

tính thấp, không gây độc tính trên dòng tế bào ung thư mô liên kết Sar.180 ngay ở cả

nồng độ cao 125 µg/ml, với giá trị IC50 của chế phẩm chất lỏng từ Fe3O4@CS là

176,74±25,2 µg/ml.

Các kết quả thu nhận được từ phương pháp thủy nhiệt là tương đối khả quan. Tuy

nhiên, do tổng hợp mẫu trong dung môi nước nên sản phẩm tạo ra có chất lượng chưa

cao (kích thước hạt chưa đồng đều, có hiện tượng kết đám, các hạt chưa đơn phân tán).

Để khắc phục những hạn chế này, phương pháp phân hủy nhiệt được tổng hợp trong

dung môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao đã được sử dụng và kết quả sẽ được trình bày trong

chương 4.

96

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN OXIT SẮT

TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY NHIỆT

Khi chế tạo hạt nano oxit sắt rất nhiều công trình sử dụng các phương pháp hóa

ướt dùng dung môi là nước, như phương pháp đồng kết tủa, thủy nhiệt, phương pháp vi

sóng hay phương pháp hóa siêu âm. Các phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tuy

nhiên hạn chế của các phương pháp này là từ độ bão hòa thấp, kích thước hạt không

đồng đều và không đơn phân tán. Phương pháp phân hủy nhiệt (tổng hợp hạt trong dung

môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao) có thể giải quyết được các tồn tại nêu trên, tức là cho

phép chế tạo ra các hạt có kích thước bé, đồng đều và đơn phân tán nhưng từ độ bão hòa

cao [129, 119]. Công trình khởi xướng cho tổng hợp hạt nano sắt từ bằng con đường

phân hủy nhiệt là của Sun và CS vào năm 2004 [129, 92]. Nguyên lý chung của phương

pháp này là: dùng tiền chất là phức chất cơ kim chứa ion từ + chất hoạt động bề mặt và

trong dung môi hữu cơ, với quy trình gia tăng nhiệt độ thích hợp để khống chế quá trình

tạo mầm và phát triển hạt trong không gian giới hạn vùng kích thước nano. Yếu tố nhiệt

độ cao (đến khoảng 300oC) có thể giúp cho quá trình tạo tinh thể được hoàn hảo, nhờ

vậy mà từ độ của hạt nano sản phẩm được nâng cao [151, 44]. Chất lượng của mẫu (đồng

đều của kích thước hạt, đơn phân tán và độ hoàn hảo tinh thể) tổng hợp bằng phương

pháp phân hủy nhiệt thường phụ thuộc vào các tham số thực nghiệm như nồng độ tiền

chất, tỉ lệ nồng độ chất hoạt bề mặt, bản chất của dung môi cũng như là các thông số về

thời gian và nhiệt độ phản ứng. Trong số các yếu tố thực nghiệm trên thì các tham số

bản chất dung môi, thời gian và nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của

hạt nano từ [148, 110]. Ảnh hưởng của ba tham số này được tập trung khảo sát và trình

bày dưới đây nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu, chế tạo ra các hạt nano từ Fe3O4 có từ độ

bão hòa cao mà kích thước hạt nằm trong vùng siêu thuận từ để có thể ứng dụng tốt hơn

trong tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI.

4.1. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi và nhiệt độ lên tính chất của hạt Fe3O4

Thông thường sự hình thành và phát triển hạt nano từ trong quá trình chế tạo mẫu

bằng phương pháp phân hủy nhiệt phụ thuộc vào yếu tố như nhiệt độ và thời gian phản

ứng. Tuy nhiên, bản chất dung môi cũng là một yếu tố rất cần thiết trong quá trình hình

thành và phát triển hạt. Một số tác giả cho rằng nếu không chú ý đến bản chất dung môi

mà chỉ chú ý đến yếu tố chất hoạt động bề mặt, tỉ lệ các chất hoạt động bề mặt, thời gian

và nhiệt độ thì rất khó điều khiển được kích thước hạt và hình dạng của hạt [22, 128,

34]. Vì vậy, trong phần này dung môi ảnh hưởng đến tính chất của hạt từ, hình dạng và

sự đơn phân tán được tập trung khảo sát để tìm ra dung môi tốt nhất cho các khảo sát

tiếp theo. Thông thường phương pháp phân hủy nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ sôi của

dung môi để thu được hạt có chất lượng tốt nhất. Trong luận án, ngoài việc sử dụng

97

dung môi dibenzyl ether, octadecene còn sử dụng chất hoạt động bề mặt như axit oleic,

olaylamine và octadecanol.

Các mẫu được ký hiệu lần lượt là: DIO, OIO, và OIO-DIO tương ứng với dung

môi là: dibenzyl ete, octadencen và hỗn hợp dibenzyl ete + octadecnene (tỉ lệ 1:1: về thể

tích). Thời gian phản ứng được chọn là 1 giờ tại nhiệt độ sôi của các dung môi. Các mẫu

được ký hiệu lần lượt là: DIO1, DIO2 và DIO3 với nhiệt độ phản ứng cao nhất tăng là

265oC, 285oC, 298oC (đối với dung môi dibenzyl ete); OIO1, OIO2, OIO3 với nhiệt độ

phản ứng cao nhất tương ứng là 270oC, 300oC, 320oC (đối với dung môi octadecene)

và OIO-DIO1, OIO-DIO2 và OIO-DIO3 với nhiệt độ phản ứng cao nhất tương ứng là

270oC, 295oC, 310oC với hỗn hợp của hai dung môi.

4.1.1. Đặc trưng cấu trúc, hình thái của hạt nano Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp

phân hủy nhiệt

Hình 4.1 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu chế tạo ở các nhiệt độ phản

ứng khác nhau trong các dung môi khác nhau. Nhìn chung, các giản đồ này có các đỉnh

nhiễu xạ đặc trưng cho vật liệu có cấu trúc ferrit spinel giống như các giản đồ nhiễu xạ

tia X của các mẫu chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt đã trình bày trong chương 3

mục 3.2. Tuy nhiên mỗi phương pháp lại cho các đỉnh nhiễu xạ trên giản đồ XRD của

hạt nano từ Fe3O4 có độ rõ nét khác nhau. Trong phương pháp phân hủy nhiệt do tổng

hợp trong dung môi hữu cơ và sử dụng chất hoạt động bề mặt (axit oleic, olaylamine và

octadecanol) vì vậy các hạt Fe3O4 tạo thành có một lớp vỏ bọc bên ngoài (bọc in-situ).

Chính lớp vỏ bọc này đã làm cho giản đồ nhiễu xạ bị nhiễu nền, các đỉnh thể hiện không

rõ nét bằng giản đồ nhiễu xạ tia X tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Mặt khác các

hạt hình thành theo phương pháp phân hủy nhiệt có kích thước bé hơn nhiều so với

phương pháp thủy nhiệt, điều này cũng làm cho tín hiệu của giãn đồ nhiễu xạ tia X

không rõ nét bằng tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Các kết quả này cũng tương

tự như kết quả công bố của một số nhóm tác giả khác về giản đồ nhiễu xạ tia X [157].

Hình 4.1. Giản đồ XRD của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các nhiệt độ phản

ứng khác nhau trong các dung môi khác nhau

98

Hình 4.2 trình bày ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của các mẫu được chế

tạo ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau.

Hình 4.2. Ảnh TEM hạt của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau

trong các dung môi khác nhau trong thời gian 1 giờ

Kết quả thu được từ ảnh TEM cho thấy, đối với các mẫu DIO3 được tổng hợp ở

nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung môi thu được kích thước hạt trung bình nhỏ từ

4,0 nm đến 8 nm. Các hạt phát triển với kích thước không đồng đều, biên hạt không rõ

99

nét. Với mẫu DIO được chế tạo ở nhiệt độ sôi của dung môi dibenzyl ether (298oC) có

kích thước hạt trung bình là 12,6 nm, quan sát ảnh TEM nhận thấy phân bố kích thước

hạt không đồng đều, phân bố rộng, biên hạt trở nên rõ nét hơn so với 2 mẫu được tổng

hợp ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên hình dạng các hạt không đồng nhất. Trong khi đó đối với

mẫu tổng hợp trong dung môi octadecene và hỗn hợp hai dung môi octadecene và

dibenzyl ether thì dù ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung môi nhưng các hạt thu

được khá đồng nhất về hình dạng, đơn phân tán và kích thước bé và đồng đều từ 6,0 đến

10 nm. Đặc biệt ở nhiệt độ sôi cao trên 300oC của dung môi, các hạt thu được có dạng

đồng nhất hình cầu, biên hạt rõ nét, với kích thước hạt đồng đều có giá trị trung bình

10,2 nm (hình 4.2). Sự phân bố kích thước hạt của các mẫu tổng hợp bằng phương p háp

phân hủy nhiệt là tương đối hẹp, đơn phân tán hơn so với phương pháp thủy nhiệt và

phù hợp với các nghiên cứu khác trên thế giới [117, 55, 11, 81].

Hình 4.3. Ảnh HRTEM hạt của các mẫu Fe3O4 được chế tạo bằng phương pháp

phân hủy nhiệt trong hỗn hợp dung môi dibenzyl ete và 1-octadecene

Để thấy rõ được cấu trúc của mẫu hạt nano Fe3O4, chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh

hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) kết hợp với đo nhiễu xạ điện tử lựa

chọn vùng (SEAD - selected are electron diffraction) trên hình 4.3. Kết quả ảnh SEAD

trên hình 4.3 xuất hiện đồng thời các điểm sáng (spot light) trên các vòng tròn đồng tâm

với bán kính tương ứng với các mặt phẳng nhiễu xạ của pha tinh thể Fe3O4. Đây là minh

chứng rõ ràng cho thấy sự hình thành cấu trúc của pha tinh thể của vật liệu Fe3O4. Phân

tích ảnh HRTEM thông qua phần mềm Digital-Micrograph GMS-3 thu được ảnh vùng

lựa chọn trên ảnh HRTEM như hình 4.3, tương ứng cho khoảng cách d giữa các mặt

phẳng tinh thể của vật liệu trên hình 4.3. Khoảng cách d giữa các mặt phẳng tinh thể của

100

vật liệu xác định được có giá trị lần lượt là 2,61 Aº tương ứng với mặt phẳng (311) của

tinh thể nano Fe3O4 phù hợp với các kết quả đã được công bố [161].

Hơn nữa, hình 4.3 cho thấy tinh thể nano Fe3O4 đều có cấu trúc lập phương phù

hợp với kết quả số liệu thu được trên giản đồ XRD.

Như vậy, bằng việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhận thấy mẫu được chế tạo

ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ dung môi cho các hạt có kích thước nhỏ, không đồng đều,

biên hạt không rõ nét. Dung môi dibenzyl ether cho các hạt không đồng nhất về hình

dạng, kích thước không đồng đều so với dung môi octadecene. Các hạt có kích thước

đồng đều với biên hạt rõ nét hơn khi nhiệt độ phản ứng được tăng lên 300 đến 310oC và

320oC. Điều này cho thấy nhiệt độ và bản chất của dung môi là yếu tố quan trọng trong

quá trình hình thành và phát triển hạt. Tổng hợp mẫu bằng cả 2 phương pháp thủy nhiệt

và phân hủy nhiệt đều có xu hướng chung là khi tăng nhiệt độ phản ứng thì kích thước

hạt tăng lên và đồng đều hơn [6, 133].

4.1.2. Tính chất từ

Hình 4.4 là các đường cong từ hóa của các mẫu Fe3O4 ở các nhiệt độ trong các

dung môi phản ứng khác nhau. Từ độ của các mẫu xác định tại từ trường đo cực đại 10

kOe ở nhiệt độ phòng. Cụ thể, giá trị M10kOe của các mẫu thu được có giá trị 48 emu/g,

51 emu/g, 56 emu/g tương ứng với các mẫu OIO1, OIO2 và OIO3 (bảng 4.1). Các kết

quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả chụp TEM, kích thước hạt tăng và từ độ tăng

theo nhiệt độ phản ứng [149, 133].

Bảng 4.1. Giá trị từ độ bao gồm cả lớp vỏ và lõi (Fe3O4 +OA+OLA, PMAO),

kích thước hạt trung bình (DTEM)

Tên mẫu Ms (11kOe)

(emu/g)

Hc

(Oe)

a

(Å)

DXRD

(nm)

DTEM

(nm)

OIO

M1 48 3 8,362 6,8 8,6±1,6

M2 51 6 8,363 7,9 9,2±0,6

M3 56 8 8,371 8,8 10,2±0,5

DIO

M1 45 8 8,362 6,7 8,2±1,5

M2 58 23 8,371 10,2 11,2±2,1

M3 63 32 8,378 11,5 13,6±3,2

OIO-DIO

M1 51 2 8,363 7,1 8,5±1,2

M2 59 8 8,370 8,2 10,3±0,5

M3 62 12 8,371 9,1 11,1±0,2

101

Từ hình 4.4 quan sát đường từ hóa của các mẫu trong vùng từ trường nhỏ cho thấy

lực kháng từ của các OIO1 đến OIO3 đều nhỏ hơn 10 Oe (bảng 4.1). Ảnh hưởng của

kích thước hạt lên độ kháng từ của vật liệu đã được giải thích chi tiết trong mục 1.1.3.1

chương 1.

Hình 4.4. Đường cong từ hóa và đường cong từ hóa phóng đại trong vùng từ trường

nhỏ dùng để xác định Hc của các mẫu ở các nhiệt độ trong các dung môi khác nhau

4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên tính chất của hạt Fe3O4

Trong dung môi hỗn hợp dibenzyl ether và octadencene, các hạt nano từ Fe3O4

được chế tạo với các thời gian phản ứng khác nhau trong cùng một nhiệt độ 310 oC (nhiệt

độ sôi của dung môi). Các mẫu được ký hiệu lần lượt là: OIO-DIO4, OIO-DIO5 và OIO-

DIO6 tương ứng với thời gian phản ứng tăng dần từ: 0,5; 1,0 và 2 giờ.

Hình 4.5 là giản đồ XRD của các mẫu bột Fe3O4 được tổng hợp ở các thời gian

phản ứng khác nhau. Nhìn chung, các giản đồ này có các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho

vật liệu có cấu trúc ferrit spinel giống như các giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu chế

tạo bằng phương pháp thủy nhiệt đã trình bày trong chương 3. Trong phương pháp phân

hủy nhiệt do tổng hợp trong dung môi hữu cơ và sử dụng chất hoạt động bề mặt (axit

oleic và olaylamine) vì vậy các hạt Fe3O4 tạo thành có một lớp vỏ bọc bên ngoài. Chính

lớp vỏ bọc này đã làm cho giản đồ nhiễu xạ bị nhiễu nền, các đỉnh thể hiện không rõ nét

bằng giản đồ nhiễu xạ tia X tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt [157].

Hình 4.5. Giản đồ XRD của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các thời gian phản ứng

khác nhau trong vùng từ 0,5 đến 2 giờ tại nhiệt độ phản ứng 298 oC.

102

Kích thước hạt của các mẫu cũng được đánh giá một cách định tính thông qua việc

so sánh độ rộng vạch nhiễu xạ trên giản đồ XRD của các mẫu trên hình 4.5. Từ hình này

có thể thấy rằng, khi tăng thời gian phản ứng thì độ rộng vạch phổ thu hẹp lại chứng tỏ

kích thước tinh thể đã tăng lên và kết tinh tốt hơn. Kết quả cho thấy kích thước tinh thể

trung bình (DXRD) tăng theo thời gian phản ứng với các giá trị lần lượt là 5,2; 9,6 và 11,2

nm (các kết quả được thể hiện chi tiết trong bảng 4.2).


bình (DTEM), từ độ tại 10 kOe (Ms10kOe), lực kháng từ (Hc) của các mẫu hạt nano Fe3O4

Tên mẫu OIO-DIO4 OIO-DIO5 OIO-DIO6

Thời gian phản ứng 30 phút 60 phút 120 phút

a (Å) 8,362 8,365 8,376

DXRD (nm) 5,2 9,6 11,2

DTEM (nm) 7,52±1,1 11,03±0,5 13,15±0,8

Ms10kOe (emu/g) 53 63 65

Hc (Oe) 7,5 9,4 14,1

Hình 4.6. Ảnh TEM hạt của các mẫu Fe3O4 được chế tạo ở các thời gian khác nhau ở

nhiệt độ phản ứng 310oC.

Hình 4.6 trình bày ảnh TEM của các mẫu vật liệu nano Fe3O4. Hình 4.6 cho thấy

trong tất cả các mẫu đều có mặt các hạt hình cubic và hình cầu với kích thước tương đối

đồng đều. Đồ thị phân bố kích thước hạt của các mẫu được thể hiện trong cột bên phải

của hình 4.4. Sự phân bố kích thước hạt của các mẫu là tương đối hẹp và phù hợp với

các kết quả nghiên cứu khác trên thế giới [11, 55]. Kích thước hạt trung bình (DTEM) của

các mẫu tăng từ 75,2 nm đến 13,15 nm tương ứng với thời gian phản ứng tăng từ: 0,5

giờ đến 2 giờ. Nhìn vào ảnh TEM chúng ta nhận thấy biên hạt trở nên rõ nét hơn khi

thời gian phản ứng tăng.

Như vậy khi tăng thời gian phản ứng thì kích thước hạt tăng giống như đã quan

sát thấy khi chế tạo hạt dùng phương pháp thủy nhiệt nhưng độ đồng đều của các hạt

thu nhận được tốt hơn. Bản chất nâng cao sự đồng đều hạt của phương pháp phân hủy

103

nhiệt là do quá trình tổng hợp hạt được tiến hành trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao

và sử dụng chất hoạt động bề mặt (axit oleic và olaylamine). Do dung môi hữu cơ có

nhiệt độ sôi cao hơn dung môi nước nên quá trình tổng hợp mẫu xảy ra ở nhiệt độ cao

đã làm cho các hạt phát triển hoàn thiện về cấu trúc tinh thể và làm cho biên hạt trở nên

rõ nét hơn. Mặt khác, chất hoạt động bề mặt tạo lớp bao có sức căng bề mặt lớn trên bề

mặt của các hạt giảm sự kết đám khiến các hạt phát triển đồng đều hơn. Kết quả nghiên

cứu của chúng tôi phù hợp với kết quả nghiên cứu của các tác giả [52, 81, 22]. Khi so

sánh kích thước tinh thể được xác định từ phổ nhiễu xạ tia X và kích thước hạt thực từ

ảnh TEM cho thấy kích thước tinh thể nhỏ hơn kích thước hạt thực. Sự sai khác giữa hai

phương pháp này đã được giải thích trong mục 3.1.1.2 ở chương 3 [121].

Hình 4.7 là các đường cong từ hóa của các mẫu Fe3O4 chế tạo với các thời gian

phản ứng khác nhau. Từ độ lớn nhất của các mẫu được xác định tại từ trường đo cực

đại 10 kOe ở nhiệt độ phòng. Từ hình này có thể thấy từ độ lớn nhất tăng theo thời gian

phản ứng và đạt giá trị cao nhất 65 emu/g khi thời gian phản ứng kéo dài đến 2 giờ (chi

tiết xem trong bảng 4.2). Cũng giống như phương pháp thủy nhiệt, khi tăng thời gian

phản ứng dẫn đến sự lớn lên về kích thước hạt và dẫn đến tăng từ tính của hạt nano

Fe3O4 [133, 149]. Nhìn vào kết quả bảng 4.2 ta thấy mẫu ở thời gian phản ứng 1,0 giờ

(mẫu OIO-DIO5), giá trị từ độ đã đạt giá trị 63 emu/g. Khi kéo dài thời gian phản ứng

lên 2 giờ (mẫu OIO- DIO6) thì giá trị này gần như không thay đổi chỉ đạt 65 emu/g.

Điều này chứng tỏ thời gian phản ứng 2 giờ đã tạo ra trạng thái bão hòa của từ độ. Tuy

nhiên, thời gian kéo dài có thể dẫn đến kích thước hạt lớn do đó giá trị lực kháng từ lớn

và có thể không đạt được trạng thái siêu thuận từ [16, 30]. Do vậy, thời gian phản ứng

cho các thí nghiệm tiếp theo được giữ tại 1 giờ, vừa tiết kiệm được thời gian chế tạo

mẫu cũng như hạn chế được quá trình bay hơi trong dung dịch phản ứng mà vẫn đảm

bảo được chất lượng của vật liệu chế tạo được.

Hình 4.7. Đường cong từ hóa và đường cong từ hóa phóng đại trong vùng từ trường

nhỏ dùng để xác định Hc của các mẫu ở các thời gian khác nhau

104

Như vậy, bằng việc thay đổi thời gian phản ứng, các mẫu hạt nano Fe3O4 đơn pha

có kích thước từ 7,52 nm đến 13,15 nm tương ứng với giá trị từ độ tăng từ 53 emu/g đến

65 emu/g đã được chế tạo. Kết quả trong bảng 4.2 cho thấy, mẫu OIO-DIO6 được chế

tạo ở thời gian phản ứng 1 giờ cho kích thước hạt đồng đều và từ độ cao nhất đồng thời

giá trị Hc thu nhận được là nhỏ hơn 10Oe được lựa chọn làm điều kiện tối ưu để tiếp tục

khảo sát thử nghiệm ứng dụng trong chụp cổng hưởng từ MRI.

4.2. Chế tạo chất lỏng từ chứa hạt nano từ tính Fe3O4 bọc bằng PMAO

Để ứng dụng trong y sinh, đối với các mẫu chế tạo bằng phương pháp phân hủy

nhiệt, do các hạt nano thu được bị phủ bởi một lớp mỏng chất hoạt động bề mặt hòa tan

trong dung môi hữu cơ nhưng khó phân tán trong môi trường nước. Do vậy, để tạo được

chất lỏng từ dung môi nước, cần tiến hành một công đoạn gọi là quá trình chuyển pha

(phase transfer process). Hiện nay, có 3 cách thực hiện chuyển pha: (i) thay đổi ligan -

thay phân tử hữu cơ kỵ nước (chất hoạt hóa bề mặt) bằng phân tử ưa nước, (ii) bọc phủ

bằng polyme lưỡng tính, (iii) silica hóa lớp vỏ. Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi đã

nghiên cứu quá trình chuyển pha bằng cách trao đổi ligan và bọc hạt bằng poly (maleic

anhydride-alt-1-octadecene) (PMAO). Đây là một polyme có giá thành rẻ và sẵn có nên

đã được sử dụng như một tác nhân chuyển pha sang môi trường nước đối với vật liệu nano

nghiên cứu gần đây [16, 147]. PMAO là polyme với cấu trúc phân tử gồm 2 phần chính

như được chỉ ra trên hình 1.20. Phần kỵ nước là chuỗi hydrocacbon có chức năng giúp

các phân tử PMAO bám vào hạt thông qua liên kết hydrophobic-hydrophobic (kỵ nước -

kỵ nước) với các phân tử OA và OLA trên bề mặt hạt. Phần ưu nước chứa gốc anhydrit

có vai trò giúp các hạt phân tán trong môi trường nước. Trong quá trình rung siêu âm các

phân tử PMAO sẽ bám vào bề mặt hạt thông qua tương tác giữa phần kỵ nước với các

phân tử OA, OLA trên bề mặt. Các hạt Fe3O4 sau khi được bọc PMAO trở thành

hydrophilic và có khả năng phân tán trong nước.

Hình 4.8 là ảnh chụp của mẫu trước và sau khi chuyển pha bằng PMAO trong dung

môi n-hexane và nước. Có thể thấy mẫu trước khi bọc PMAO phân tán rất tốt trong

hexane và hoàn toàn không phân tán trong nước (hình 4.8a). Sau khi bọc PMAO, bề mặt

của các hạt Fe3O4 trở thành hydrophilic và phân tán tốt trong nước, không phân tán trong

hexane (hình 4.8b). Như vậy, có thể nhận định rằng lớp polyme đã bao phủ lên bề mặt

các hạt và giúp chúng ổn định, phân tán tốt trong nước.

(a) (b)

Hình 4.8. Ảnh mẫu Fe3O4 trước và sau khi chuyển pha (a) và ảnh HRTEM của hạt Fe3O4

trước khi chuyển pha và bọc PMAO trong dung môi hexane và hạt Fe3O4 bọc bởi PMAO

trong nước (b)

F e 3 O 4

F e 3 O 4

F e 3 O 4

105

Các mẫu chế tạo được đặc trưng các tính chất bằng các phép đo: Nhiễu xạ tia X

(XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), và kính hiển vi điển tử phân giải cao HRTEM

đường cong từ trễ tại nhiệt độ phòng bằng từ kế mẫu rung (VSM).

Sự thay đổi về kích thước và hình dạng của các hạt nano từ Fe3O4 trước và sau khi

bọc hình thái học của các mẫu được nghiên trên ảnh TEM của chúng và trình bày trên

hình 4.9.

(a) (b)

Hình 4.9. Ảnh TEM của các mẫu: Fe3O4@PMAO (a) và Fe3O4@PMAO pha loãng

Quan sát ảnh TEM trên hình 4.9 cho thấy các mẫu sau khi bọc vẫn có cả dạng hình

cầu, với kích thước hạt phân bố đồng đều. Kích thước hạt của các mẫu sau khi bọc đều

lớn hơn so với kích thước hạt của mẫu ban đầu, tương ứng với kích thước trung bình là

9,6 nm và 12,1 nm.

Hình 4.10. Ảnh HRTEM hạt của các mẫu Fe3O4 sau khi được chuyển pha

Trong phương pháp phân huỷ nhiệt, do tổng hợp trong dung môi hữu cơ và sử

dụng chất hoạt động bề mặt (axit oleic và oleylamin) nên các hạt Fe3O4 tạo thành có một

lớp vỏ bọc bên ngoài, giữ cho các hạt tinh thể có kích thước nhỏ. Để biết các hạt tạo

106

thành có được bọc bởi các chất hoạt động bề mặt hay không, mẫu chứa hạt nano từ sau

khi chế tạo được đo phổ hấp thụ hồng ngoại và giãn đồ phân tích nhiệt TGA (hình 4.11).

Kết quả hình 4.11 cho thấy, phổ hồng ngoại và giãn đồ phân tán tích có các dải hấp thụ

đặc trưng của các dao động nhóm chức của OA, OLA và của Fe3O4 [ 81]. Các dải ở

2915cm-1 và 2849cm-1 là dao động hóa trị của liên kết C-H [81]. Hai dải tại 1520cm-1

và 1400cm-1 lần lượt được quy gán cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của

nhóm chức cacboxylat (COO-). Các đỉnh này xuất hiện là do trên bề mặt hạt vật liệu

xuất hiện lớp vỏ bọc của OA và OLA. Dải hấp thụ mạnh tại vị trí 573 cm-1 của nhóm

Fe-O đặc trưng cho hạt nano từ Fe3O4 [81].

Trên phổ hồng ngoại của mẫu Fe3O4@PMAO hình 4.11, sự xuất hiện các dải hấp

thụ ở 1536 cm-1 và 1414 cm-1 tương ứng với dao động hoá trị đối xứng và bất đối xứng

của nhóm cacboxylat trong axit oleic chứng tỏ có liên kết giữa nguyên tử Fe và nhóm

COO- trên bề mặt hạt. Hai dải tại 1856 cm-1 và 1780 cm-1 trong phổ IR của PMAO là

do sự đóng góp của vòng anhyđrit. Sau khi bọc bằng PMAO, sự dịch chuyển của hai dải

này đến 1562 cm-1 và 1402 cm-1 chứng tỏ sự mở vòng anhyđrit của PMAO thành các

nhóm COO. Điều này cho thấy có sự tương tác giữa hạt từ với PMAO, và tương tác này

giúp hạt Fe3O4 bọc bằng PMAO tan được trong nước [56]. Dải hấp thụ mạnh tại vị trí

556 cm-1 của nhóm Fe-O đặc trưng cho hạt nano từ Fe3O4. Như vậy, phổ hồng ngoại đã

chứng minh được sự tạo thành các hạt nano từ Fe3O4@OA, OLA và Fe3O4@PMAO sau

khi hạt nano từ được chuyển pha và bọc bởi polyme nói trên.

Hình 4.11. Phổ FTIR của Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp phân hủy nệt với lớp vỏ b bọc

OA, OLA (a), của PMAO (b) và của vật liệu sau khi chuyển pha và bọc bằng PMAO (c)

Để xác định tỉ phần đóng góp của lớp vỏ hữu cơ, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng

đến sự suy giảm giá trị từ độ bão hòa, thành phần của mẫu OIO-IOI3 chứa hạt nano từ

Fe3O4@OA, OLA được khảo sát bằng phương pháp phân tích nhiệt TGA. Giản đồ phân

107

tích nhiệt của mẫu Fe3O4@ OA, OLA (hình 4.12a) cho thấy mẫu có sự mất khối ở 4 giai

đoạn. Giai đoạn mất khối đầu tiên khoảng 0,96% ở nhiệt độ 25 - 200oC do lượng nước

ẩm. Giai đoạn thứ 2 giảm khối lượng 3,52% trong khoảng 200 - 3000C kèm theo đỉnh

thu nhiệt ở 236oC được cho là sự thoát dung môi hữu cơ hấp phụ trên bề mặt hạt. Giai

đoạn thứ 3 giảm 8,44% xảy ra trong khoảng 300 - 500oC ứng với đỉnh thu nhiệt ở nhiệt

độ 389oC. Sự mất khối này có thể do sự phân hủy một phần các hợp chất hữu cơ (OA

và OLA) để loại bỏ nhóm chức như NH2. Giai đoạn thứ 4 từ 500 - 800 oC, mẫu mất khối

khoảng 2,81 % điều này có thể cho rằng do mẫu được đo trong không khí nên xảy ra sự

phân hủy một phần nhỏ các hạt nano Fe3O4 [161]. Như vậy, dựa vào quá trình mất khối

trên đường TGA ở giai đoạn (25- 450oC) ta có thể xác định được giá trị khối lượng thực

của lõi Fe3O4. Kết quả tính toán cho thấy: lớp vỏ bọc in-situ OA, OLA trong mẫu chế

tạo bằng phương pháp phân hủy nhiệt chiếm 12,92 %.

Hình 4.12. Giản đồ TGA của Fe3O4 với lớp vỏ bọc OA, OLA chế tạo bằng phương

pháp phân hủy nhiệt (a) và sau khi bọc PMAO (b)

Để đánh giá độ bền của các mẫu chất lỏng, đại lượng đặc trưng cho độ ổn định của hệ

phân tán keo là thế Zeta [164]. Độ bền của các mẫu chất lỏng được thể hiện qua thế zeta

trên hình 4.13. Từ hình này ta thấy, mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO có thế zeta cao, sau

một thời gian chế tạo với các giá trị tương ứng 1 tháng, 3 tháng, 6 tháng là -40,1 mV, -

38,2 mV, -34mV. Dựa theo tiêu chuẩn đánh giá độ bền cho thấy 2 mẫu chất lỏng

Fe3O4@PMAO đều được đánh giá là có độ bền cao [14, 161, 164].

Hình 4.13. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO sau 1 tháng

chế tạo (a) 3 tháng (b) và sau 6 tháng chế tạo (c)

108

Hình 4.14. Đường M(H) ở nhiệt độ phòng của các mẫu Fe3O4, Fe3O4@PMAO

Từ hình 4.14 có thể thấy, số liệu thực nghiệm trên đường đo M(H) của mẫu chưa

bọc (Fe3O4) và mẫu chất lỏng chứa hạt Fe3O4@PMAO khớp hoàn toàn theo hàm

Langevin, có thể cho rằng các mẫu chất lỏng từ này có tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ

phòng. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của lớp vỏ bọc lên tính chất từ cũng đã được nghiên cứu

khi so sánh giữa mẫu chưa bọc (Fe3O4) và mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO (hình 4.14). Mẫu

chất lỏng còn lại chuyển pha và bọc bằng PMAO đã làm giảm từ độ so với mẫu ban đầu.

Mômen từ của mẫu Fe3O4@PMAO bị giảm nhiều hơn từ 63 emu/g xuống 60 emu/g (giảm

khoảng 4,76% so với mẫu chưa bọc). Sự suy giảm từ độ của mẫu sau khi bọc so với mẫu

ban đầu được giả thiết là do ảnh hưởng phi từ của lớp vỏ bọc.

Trước khi làm ứng dụng trong tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt

nhân, ngoài việc xác định độ bền trong môi trường nước, độ bền của mẫu chất lỏng này

trong môi trường sinh lý (ở các nồng độ muối và môi trường pH khác nhau) được khảo

sát [89, 9, 87]. Hình 4.15 là hình ảnh mẫu chất lỏng trong các môi trường nồng độ muối

khác nhau.

Hình 4.15. Hình ảnh mẫu chất lỏng trong các môi trường nồng độ muối khác nhau.

Quan sát hình 4.15 ta thấy, mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO phân tán tốt trong nước,

không có hiện tượng kết đám khi giá trị nồng độ muối thay đổi trong phạm vi rộng từ

50 cho đến 250 mM. Độ bền thế zeta trong môi trường chất lỏng của mẫu Fe3O4@PMAO

được đo cho 2 mẫu tiêu biểu ở 200 mM và 250 mM trên hình 4.16.

109

Hình 4.16. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO

ở các nồng độ muối khác nhau

Như vậy, qua việc khảo sát độ bền của các mẫu chất lỏng ở các giá trị nồng độ

muối khác nhau cho thấy, mẫu chất lỏng bền ở điều niện nồng độ muối rộng, với giá trị

từ 0-250 mM, các mẫu chất lỏng này hoàn toàn có thể ứng dụng được trong điều kiện y

sinh.

4.3. Thử nghiệm đánh giá độc tính của hệ chất lỏng từ Fe3O4 chuyển pha và bọc

bằng PMAO

Độc tính trên tế bào của hệ vật liệu nano từ PMAO được đánh giá trên ba dòng tế

bào ung thư người Hep-G2, MCF-7, RD và một dòng tế bào lành từ khỉ Vero bằng

phương pháp Sulforhodamine B (SRB). Đối chứng dương tính sử dụng chất chuẩn có

khả năng gây độc tế bào như Ellipticine, Vinblastine hoặc Taxol pha trong DMSO. Theo

đó 5 x 10^3 tế bào mỗi loại sẽ được nạp vào các giếng có chứa 180ul môi trường tương

thích của đĩa nuôi cấy 96 giếng và ủ trong 24 giờ trước khi tiến hành thử thuốc với dải

nồng độ 5 ug/ml, 10 ug/ml và 25 ug/ml. Sau 72 giờ, tiến hành loại bỏ môi trường, rửa

bằng dung dịch PBS Ca2+Mg2+ và cố định tế bào bằng dung dịch TCA (Trichloroacetic

acid) trong 1 tiếng hoặc qua đêm. Sau khi đĩa hoàn toàn khô ráo, Bổ sung 100ul dung

dịch SRB vào mỗi giếng và ủ trong 1 giờ tại nhiệt độ phòng. Các mẫu nhuộm không tạo

liên kết sẽ bị rửa trôi bằng dung dịch acid acetic 1%. Thêm vào 100ul dung dịch Tris-

base 20mM để hòa tan chất nhuộm trước khi tiến hành đo OD bằng máy đo Microplate

Reader tại bước sóng 495-515 nm để tìm ra tỷ lệ tăng sinh tế bào. Đồ thị và giá trị IC50

được tính toán, biểu diễn bằng công cụ Microsoft Excel.

Đối với các dòng tế bào Hep-G2, MCF-7, RD và Vero, kết quả kiểm tra ban đầu

cho thấy tất cả đều đạt tiêu chuẩn để tiến hành thử nghiệm SRB. Thử nghiệm SRB được

phát triển nào năm 1990 bởi Skehan cùng cộng sự [211] và cũng là một trong các phương

pháp sàng lọc độc tính tế bào in vitro phổ biến hiện nay. Phương pháp này dựa trên việc

SRB có khả năng bám vào thành phần protein của tế bào đã được cố định bằng hợp chất

TCA trước đó. SRB là một chất nhuộm aminoxanthene có màu hồng nhạt, trong môi

trường axit nhẹ, hai nhóm sulfonic trong cấu trúc của chất này sẽ liên kết với gốc amino

acid và ngược lại, mất liên kết trong môi trường bazo. Lượng chất nhuộm chiết ra từ tế

bào bị nhuộm tỉ lệ thuận với lượng tế bào. Phương pháp này đo được kết quả kể cả khi

110

tỷ lệ che phủ bề mặt đĩa của tế bào chỉ 1% hay thậm chí là 200% chứng tỏ phổ nhạy

rộng và có thể đánh giá tăng trưởng của tế bào trong thời gian dài [38].

Hình 4.17. Kết quả độc tính của hệ nano từ Fe3O4@PMAO trên ba dòng tế bào ung

thư người Hep-G2, MCF-7 và RD cùng 1 dòng tế bào lành của khỉ Vero. Nồng độ của

Fe3O4@PMAO trong đồ thì này là 25 ug/ml; DMSO được dùng làm đối chứng dung

môi và chất chuẩn pha trong DMSO được dùng làm đối chứng dương.

Kết quả phân tích SRB trên bốn dòng tế bào được biểu diễn trong hình 4.18 cho thấy

DMSO tại nồng độ thử nghiệm không có tác động gây độc trên tế bào với 100% tế bào tăng

sinh trong khi chất chuẩn ở mẫu đối chứng dương lại gần như diệt toàn bộ tế bào ung thư

chỉ sau 72h và gây ức chế tăng sinh mạnh đối với tế bào lành. So sánh với kết quả của đĩa

ủ với hệ chất lỏng nano từ Fe3O4@PMAO, nhận thấy các giá trị gần như không thay đổi

nhiều so với đối chứng dung môi với tỷ lệ tế bào tăng sinh trên dòng tế bào Hep-G2, MCF-

7, RD và Vero lần lượt là 95.45%, 99.64%, 99.63% vào 100%. Qua đó kết luận rằng hệ vật

liệu Fe3O4@PMAO hoàn toàn không có tác dụng gây độc lên bốn dòng tế bào này. Một

điều đáng lưu ý là tác động của Fe3O4@PMAO lên dòng tế bào lành Vero tương tự đối với

ba dòng tế bào ung thư trong khi vẫn có sự khác biệt đáng kể khi so sánh độc tính của chất

chuẩn trên dòng tế bào ung thư và tế bào thường.

Hình 4.18. Hình ảnh tế bào quan sát dưới kính hiển vi Optika 4083.B1 với vật kính

40X. Tế bào ung thư gan Hep-G2 trong DMSO (A) và ủ với 25 ug/ml chất lỏng nano

từ Fe3O4@PMAO (B). Tế bào thận khỉ Vero trong DMSO (C) và ủ với 25 ug/ml chất

lỏng nano từ Fe3O4@PMAO (D).

111

Hình 4.18 cho thấy tuy có sự khác biệt về độ che phủ tế bào nhưng không đáng kể,

đặc biệt, không có sự thay đổi về hình thái giữa mẫu đối chứng và mẫu ủ với vật liệu

nano.

Các công trình nghiên cứu đã công bố trước đây cũng cho thấy kết luận tương tự về

sự phụ thuộc tuyến tính của độc tính của chất lỏng nano từ với nồng độ thử nghiệm. Tuy

nhiên, kết quả IC50 thu được khi thử nghiệm độc tính hạt nano từ bọc chitosan trên dòng

tế bào của người như ung thư gan HepG2 [127], ung thư cổ tử cung HeLa [86] và ung thư

phổi A549 đều thu được giá trị cao hơn so với chất lỏng từ Fe3O4@CS được tổng hợp

trong nghiên cứu này. Một điều không thể so sánh đó là các dòng tế bào ung thư của người

và chuột có những đặc tính sinh học khác nhau nhất định dẫn tới sự sai biệt trong phản

ứng với cùng một loại chất thử nghiệm. Bên cạnh đó, đây là kết quả so sánh các mẫu thử

nghiệm thu được ở ba nghiên cứu độc lập, vì vậy quá trình tổng hợp vật liệu cũng như

kích thước, cấu trúc khác nhau của ba loại hạt nano từ cũng ảnh hưởng rất lớn tới độc tính

của chúng lên tế bào. Trong đó độ đề acetyl hóa DD của vỏ chitosan là một tác nhân quan

trọng ảnh hưởng tới sự hấp thụ tế bào và độc tính của vật liệu [53]. Hạt nano từ bọc

chitosan trong nghiên cứu này có kích thước nhỏ (13.43nm) và giá trị DD cao (>75%)

nên có thể xuyên qua lớp màng tế bào dựa trên tương tác giữa vùng tích điện âm trên

màng tế bào và nhóm amino của vỏ chitosan [112] sau khi xâm nhập vào tế bào các hạt

nano từ này có thể gây tổn thương lên ty thể [80] tiêu thể (lysosome) và tăng sự hình thành

các gốc tự do có oxy (ROS) dẫn tới sự mất cân bằng oxi hóa trong tế bào. Điều này có thể

dẫn tới lo ngại rằng phương pháp MTT có thể không phản ánh chính xác độc tính của vật

liệu khi hoạt động của ty thể có thể bị ảnh hưởng bởi sự xâm nhập của hạt nano từ vào tế

bào. Tuy nhiên, các nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra rằng vật liệu nano từ bọc chitosan

không gây độc mạnh lên dòng tế bào ung thư (giá trị IC50 thu được đều lớn hơn 100

ug/ml), do đó có thể thấy vật liệu được tổng hợp trong nghiên cứu này không gây tổn

thương lớn đối với ty thể. Bên cạnh đó, nghiên cứu của [38] cũng chỉ ra rằng vỏ bọc

oligosaccharide chitosan có thể làm giảm đáng kể độc tính của vật liệu nano từ lên tế bào

và hạn chế ROS.

Trong khi đó, các nghiên cứu về độc tính của các hệ nano vỏ bọc PMAO với tính chất

lõi khác nhau trên nhiều dòng tế bào cho thấy hệ nano sắt từ Fe3O4@PMAO tổng hợp được

trong đề tài này có sự tương thích cao với cả tế bào ung thư và tế bào thường. Hiện nay

chưa có nhiều nghiên cứu được công bố về độc tính hoặc tính tương thích sinh học của hệ

nano từ bọc PMAO trên các dòng tế bào, mở ra một cơ hội lớn trong nghiên cứu và phát

triển hệ vật liệu này cho các ứng dụng trong y - sinh học.

Từ kết quả thử nghiệm in vitro thu được cũng như so sánh với các công bố gần

đây, có thể kết luận rằng vật liệu nano từ bọc chitosan Fe3O4@CS không gây độc lên

dòng tế bào ung thư chuột Sarcoma 180 và vật liệu nano từ bọc PMAO không gây độc

112

lên ba dòng tế bào ung thư người Hep-G2, MCF-7, RD và dòng tế bào lành của khỉ

Vero. Có thể thấy, việc đánh giá độc tính in vitro của cả hai hệ vật liệu trên đã bước đầu

đưa ra kết quả khá khá quan. Điều này cho thấy vật liệu Fe3O4@CS và Fe3O4@PMAO

có tiềm năng lớn trong ứng dụng chẩn đoán hình ảnh và điều trị ung thư bằng phương

pháp nhiệt từ trị hoặc là yếu tố vận chuyển trong điều trị hướng đích bởi các ứng dụng

này đòi hỏi việc tìm ra một tác nhân có khả năng xâm nhập vào tế bào ung thư nhưng

không gây độc tới các tế bào thường. Tuy nhiên cần thực hiện các đánh giá sinh học

khác trong tương lai nhằm tối ưu hóa cấu trúc vật liệu nano từ Fe3O4@CS và

Fe3O4@PMAO cũng như tìm hiểu rõ con đường, cơ chế tác động của nano từ khi tiến

vào cơ thể; đồng thời tiến hành thử nghiệm trên mô hình động vật in vivo để có được

những đánh giá sát sao về hiệu quả ứng dụng của hai hệ nano từ Fe3O4@CS và

Fe3O4@PMAO trong chẩn đoán và điều trị ung thư lâm sàng.

113


Trong chương này, chúng tôi đã trình bày chi tiết về quy trình công nghệ và kết

kết quả chế tạo hạt nano từ Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt. Các quy trình chế

tạo chất lỏng từ chuyển pha và bọc bằng PMAO trên nền hạt Fe3O4 tổng hợp bằng

phương pháp phân hủy nhiệt đã được đề cập.

Đã chế tạo thành công hạt nano từ Fe3O4 có cấu trúc spinel với kích thước hạt trung

bình từ 5,2 - 11,2 nm tương ứng với các giá trị từ độ thay đổi từ 54 - 65 emu/g. Đã chế

tạo thành công chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp phân hủy

nhiệt bằng cách bọc PMAO. Độ bền của các mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO được xác

định bằng phương pháp đo thế zeta. Kết quả cho thấy mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO có

độ bền cao, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong y sinh.

114

CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG ĐỘ HỒI PHỤC r1, r2, THỬ NGHIỆM ĐỘC TÍNH

VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TƯƠNG PHẢN ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP ẢNH

CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

5.1. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của các hệ chất lỏng từ chế tạo bằng các phương

pháp khác nhau

Ứng dụng của hạt nano từ trong tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ

cũng được đánh giá qua tín hiệu của 2 kiểu hồi phục khác nhau: hồi phục dọc và hồi

phục ngang được đặc trưng bởi T1 - thời gian hồi phục dọc và T2 - thời gian hồi phục

ngang hay các đại lượng nghịch đảo R1 và R2 của các thời gian hồi phục đặc trưng này.

Cuối cùng, các thử nghiệm so sánh đánh giá khả năng tương phản của hệ chất lỏng từ

chế tạo được với sản phẩm thương mại Resovist trong các môi trường khác nhau, điều

đó đã chứng minh rằng các nano oxit sắt có thể được dùng làm chất tăng tương phản

ảnh cộng hưởng từ tốt hơn cả loại Gd-DTPA (T1W) do hạt oxit sắt có hệ số cảm từ lớn

hơn.

5.1.1. Đánh giá độ hồi phục r1, r2 của hệ chất lỏng từ

Bằng thử nghiệm này, khả năng tăng độ tương phản của hệ chất lỏng từ được khảo

sát. Từ đó tính được r1, r2 (độ hồi phục dọc và độ hồi phục ngang) của hệ chất lỏng từ.

Hình 5.1 và hình 5.2 là ảnh cộng hưởng từ của mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO ở

các nồng độ: 2,5 µg/ml, 5,0 µg/ml, 10 µg/ml, 15 µg/ml, 25 µg/ml và 30 µg/ml theo chế

độ trọng T1, T2 ở các điều kiện chụp giá trị TR, TE khác nhau.

Từ hình 5.1 và hình 5.2 ta thấy, mẫu đối chứng agar 2% có ảnh mầu trắng là mẫu

có nồng độ C = 0 µg/ml (không có nồng độ của mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO). Sáu ảnh

thứ tự từ trắng đến đen đặt trong các giếng theo chiều từ trái sang phải là của các mẫu

có nồng độ tương ứng: 2,5; 5; 10; 15; 25; và 30 µg/ml. Sự tương phản thay đổi rất rõ

ràng khi thay đổi một lượng nhỏ nồng độ của mẫu Fe3O4@PMAO. Các chất tương phản

ảnh MRI có tác động giống nhau là làm tăng giá trị tín hiệu chế độ chụp ảnh trọng T1

(tăng tốc độ hồi phục dọc R1) và làm giảm tín hiệu chế độ chụp trọng T2 (giảm tốc độ

hồi phục ngang R2). Nghịch đảo của các thời gian hồi phục T1, T2 là tốc độ hồi phục

R1, R2. Tuy vậy, khả năng tăng hay giảm tín hiệu này lại phụ thuộc vào độ hồi phục ri

(i = 1,2, tương ứng cho hồi phục dọc và hồi phục ngang) của từng chất lỏng từ cụ thể.

Độ hồi phục ri của các chất lỏng từ có thể xác định từ quan hệ tuyến tính giữa tốc độ hồi

phục Rx với nồng độ Cx của ion từ trong chất lỏng pha loãng (hình 5.2).

R1,2 = 1/T1,2 = Ro1,2 + r1,2.C (5.1)

115

Trong đó: R1,2 - tốc độ hồi phục, Ro1,2 - tốc độ hồi phục khi không có chất tương

phản, r1,2 - hằng số độ hồi phục tính theo đơn vị (mM.s)-1, C - nồng độ chất tương phản

tính theo đơn vị milimol (1mM = 10-3M/lit).

TE = 12; TR = 100 TE = 12; TR = 200

TE = 12; TR = 400

Hình 5.1. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W, TR=

100 ms (a), TR =200 ms (b), TR =400 ms (c), TE =12 ms đối với các mẫu (A) hệ nano

từ Fe3O4@PMAO trong môi trường agar 2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi

trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3) 10,0

µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5) 25,0 µg/ml và (6) 30,0 µg/ml.

TE = 11; TR = 3970 TE = 23; TR = 3970

TE = 34; TR = 3970 TE = 57; TR = 3970

TE = 91; TR = 3970 TE=113; TR=3970

116

TE = 91; TR = 3970

Hình 5.2. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W, TE

=11 ms (a), TE =23 ms (b), TE = 34 ms (c), TE= 57 ms (d), TE =91 ms (e), TE =113

ms (f), TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO trong môi trường

agar 2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong

mỗi giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3) 10,0 µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5) 25,0

µg/ml và (6) 30,0 µg/ml.

Hình 5.3. Đường cong hồi phục T2 (suy giảm về 0) đo cho các mẫu chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO (a) Fe3O4@CS (b) ở các nồng độ khác nhau.

(a) (b)

Hình 5.4. Tốc độ hồi phục ngang (a) và hồi phục dọc (b) của mẫu chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO (a) và Fe3O4@CS (b).

117


Fe3O4@CS và chất so sánh Resovist [105, 135]

Tên gọi Thành phần,

Cấu trúc

Kích

thước

thủy động

(nm)

Độ thư giản r2

(mM-1 s-1)/Tesla

(T)

Hướng đích Công ty

Magnevist Gd-DTPA - T1 agent Toàn bộ cơ thể

Bayer Schering

(Đức)

Omniscan Gd-DTPA-

BMA

- T1 agent Toàn bộ cơ thể

GE-Healthcare

(Mỹ) và

Nycomed

(Nauy)

Ferumoxides

(Feridex IV,

Endorem)

Dextran-

coated SPIOs

80-150 nm T2 agent

120, 1.5T

Hệ thống nội mô

(RES),

Gan

Đánh dấu tế bào

Advanced

Magnetics (Mỹ)

AMI-25,

Feridex

Dextran-

coated SPIOs

58 nm T2 agent,

107, 0.47 T

Sinerem

(AMI-227)

Dextran-

coated

USPIOs

15-30 nm T2 agent

65, 1.5T

U máu Guerbet

(France)

Ferumoxytol Carboxylmet

hyl-dextran

coated

USPIOs

30 nm T2 agent

89, 1.5T

Đại thực bào

U máu

Advanced

Magnetics

(U.S.A)

VSOP-C184

Ferropharm

Citrate-

coated SPIOs

7 nm

T2 agent

33.4, 1.5T

- Guerbet,

Advanced

Magnetics

Ferucarbotran

(SHU-555A),

Resovist

Carboxydextr

an-coated

USPIOsa

60 nm T2 agent,

189, 1.5 T

Gan Bayer Schering

(Germany)

MION-46L Dextran-

coated

USPIO

18-24 nm T2 agent,

35, 0.47T

Gan

SHU-555C

Ferucarbotran,

Supravist

Dextran-

coated

USPIO

20 nm T2 agent,

90, 1.5 T

U máu Bayer Schering

(Germany)

Fe3O4@CS Chitosan-

coated SPIOs

50 nm T2 agent,

130.32, 1.5 T

- -

Fe3O4@PMA

O

PMAO-

coated SPIOs

30 nm T2 agent,

151.99, 1.5 T

- -

Việc làm khớp hàm phụ thuộc của R1 và R2 vào nồng độ mẫu chất lỏng theo biểu

thức (3) cho thấy sự phụ thuộc này là tuyến tính. Từ bảng 5.1, ta thấy rằng mẫu chất

lỏng từ chuyển pha, bọc bằng PMAO và bọc bằng CS của chúng tôi cho độ hồi phục

ngang cao hơn hẳn giá trị của chất thương phẩm Resovist. Như vậy, đúng như mong

muốn, chất lỏng từ hạt siêu thuận từ trên nền Fe3O4 của chúng tôi có thể sử dụng làm

chất tăng tương phản chụp ảnh MRI theo chế độ trọng T2 tốt được.

https://www.mr-tip.com/serv1.php?type=db1&dbs=Supravist%E2%84%A2

118

5.1.2. Đánh giá khả năng tương phản trong các môi trường khác nhau của hệ chất lỏng từ

Hình 5.5. Hình ảnh chụp MRI xác định độ hồi phục r1, r2.

5.1.2.1. Đánh giá khả năng tương phản trong môi trường nước của hệ chất lỏng từ và

sản phẩm thương mại Resovist

Xét về bản chất, Fe3O4 bọc polyme và Resovist đều có bản chất giống nhau, đều

là các chất siêu thuận từ. Do đó, chúng sẽ tác động trực tiếp tới thời gian hồi phục T2,

làm tăng độ tương phản của hình ảnh trong hình trọng T2. Để xác nhận lại một lần nữa,

chúng tôi thực hiện đánh giá khả năng gây tương phản hình ảnh của hai hệ hạt nano này

trên môi trường nước, môi trường pH và nồng độ muối khác nhau. Kết quả được thể

hiện trên hình 5.7 đến hình 5.12.

TE=12; TR=4000 (a) TE=25; TR=4000 (b)

TE=37; TR=4000 (c) TE=50; TR=4000 (d)

119

TE=62; TR=4000 (e) TE=75; TR=4000 (f)


môi trường nước, TE= 12 ms (a), TE =25 ms (b), TE =37 ms (c), TE =50 ms (d), TE=

62 ms (e), TE =75 ms (f), TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO

trong môi trường nước, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist) trong môi trường

agar 2%, (C) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường nước, (D) Mẫu đối chứng (không

có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là (1) 5,0 µg/ml, (2)

10,0 µg/ml, (3) 15,0 µg/ml, (4) 30,0 µg/ml, (5) 45,0 µg/ml.

Khi loại bỏ ảnh hưởng của những yếu tố như protein và lipid từ tế bào, hình ảnh

MRI trên môi trường nước cho thấy Fe3O4 bọc polyme PMAO cho độ tương phản tốt

hơn ở T2, resovist cho độ tương phản tốt hơn ở T1.

TE=15; TR=100 (a) TE=15; TR=400 (b)


môi trường nước, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =15 ms đối với các mẫu (A) hệ

nano từ Fe3O4@PMAO trong môi trường nước, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran

(Resovist) trong môi trường nước, (C) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường nước, (D)

Mẫu đối chứng (không có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng

là (1) 5,0 µg/ml, (2) 10,0 µg/ml, (3) 15,0 µg/ml, (4) 30,0 µg/ml, (5) 45,0 µg/ml.

Từ hình 5.6 ta thấy, mẫu đối chứng nước cất ở dãy giếng (cột dọc) cuối cùng có

ảnh màu trắng là mẫu có nồng độ C=0 µg/mL (không có nồng độ của mẫu chất lỏng

Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO, Resovit). 3 dãy giếng ngang từ trên xuống được chuẩn bị

ứng với nồng độ của các mẫu Fe3O4@PMAO, Resovist và mẫu Fe3O4@CS thủy nhiệt

có nồng độ tương ứng: 5, 10, 15, 30 và 45 µg /ml. Sự tương phản thay đổi rất rõ ràng

khi thay đổi một lượng nhỏ nồng độ của các mẫu Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO cũng như

sản phẩm thương mại Resovist.

120

Khi có mặt nano từ tính, các spin của các proton nước bắt đầu tiến động không

đồng nhất dưới tác dụng bổ sung của trường lưỡng cực cục bộ (B1), gây ra bởi các hạt

nano. Do đó các hồi phục xảy ra nhanh hơn và tạo ra một tín hiệu MRI mạnh hơn.

Như đã biết ở trên cường độ tín hiệu tăng dần từ 0 đến cực đại trong thời gian T1

và giảm dần từ cực đại trở về 0 trong thời gian T2. Nhằm tạo ra sự tương phàn tốt nhất

về hình ảnh của các mô, người ta phải chọn thời điểm Tl và T2 thích hợp để thu nhận

các tín hiệu bức xạ cung cấp cho quá trình tạo ảnh. Bằng cách điều chỉnh các giá trị TR

và TE của T1 và T2, ta thu được các tương phản ánh tương ứng ảnh của T1 và T2 trong

trường hợp này gọi là T1 điều chỉnh (T1-weighted: T1W) và T2 điều chỉnh (T2-

weighted: T2W).

Sự khác biệt trong tương phản ảnh ở chế độ chụp T2W (Hình 5.6) được thể hiện

rất rõ ràng. Có thể thấy rõ tín hiệu tối tăng dần theo nồng độ vật liệu nano có trong các

giếng so với đối chứng sinh học (giếng 6) cũng như so sánh giữa các mẫu khác nhau. Ở

những nồng độ cao như 30 µg/ml của mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO tín hiệu tối gần

như chiếm toàn bộ giếng, thậm chí không còn thấy tín hiệu màu sáng (giếng số 4) khi

chụp ở chế độ TE, TR thích hợp, điều đó cho thấy hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO có giá

trị từ độ bão hòa cao hơn sẽ cho cường độ tương phản ảnh tốt hơn. Giữa hai mẫu

Fe3O4@CS chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt và Resovist thì khi chụp ở chế độ T2W

thì đều cho sự tương phản so với mẫu đối chứng, hình ảnh tương phản tương đương

nhau. Tuy nhiên đối với mẫu Fe3O4@CS và Resovist thì hình ảnh có cường độ tương

phản cao đòi hỏi phải ở nồng độ cao hơn ở 45 µg /ml và ở giá trị TE, TR dài hơn so với

khi chụp đối với mẫu Fe3O4@PMAO. Điều này có thể giải thích do mẫu chế tạo theo

phương pháp phân hủy nhiệt thực hiện ở nhiệt độ cao nên độ tinh thể hóa của Fe3O4 cao,

dẫn đến giá trị từ độ bão hòa cao hơn so với mẫu Fe3O4@CS và Resovist chế tạo theo

phương pháp thủy nhiệt và phương pháp đồng kết tủa. Đối với chế độ chụp T1W thể

hiện qua hình 5.8, quy luật trên vẫn đúng tuy nhiên tín hiệu cộng hưởng cũng như sự

tương phản trong hình ảnh kém hơn và không phân biệt rõ khi thay đổi nồng độ và khi

thay đổi chế độ chụp ở các giá trị TR, TE khác nhau.

5.1.2.2. Đánh giá khả năng tương phản trong môi trường pH thay đổi của hệ chất lỏng

từ và sản phẩm thương mại Resovist

TE=11; TR=3970 (a) TE=23; TR=3970 (b)

121

TE=34; TR=3970 (c) TE=57; TR=3970 (d)


môi trường pH khác nhau, TE= 11 ms (a), TE = 23 ms (b), TE =34 ms (c), TE =57 ms

(d) đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran


(2) pH =3, (3) pH =7, (4) pH =9, (5) pH =12.

Hình ảnh MRI trên môi trường pH khác nhau cho thấy Fe3O4 bọc polyme cho độ

tương phản tốt hơn ở T2 và cường độ tín hiệu giảm mạnh tại pH=7, mẫu resovist cho độ

tương phản tốt ở T2, cường độ tín hiệu thấp hơn (giếng số 3).

TE=12; TR=100 (a) TE=12; TR=200 (b)

TE=12; TR=400 (c)


môi trường pH khác nhau, TR= 100 ms (a), TR = 200 ms (b), TR =400 ms (c), TE =12

ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (B) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran


(2) pH =3, (3) pH =7, (4) pH =9, (5) pH =12.

Sự khác biệt trong tương phản ảnh ở chế độ chụp T2W (Hình 5.8) được thể hiện

rõ ràng hơn so với ở chế độ trọng T1 (T1W) (Hình 5.9). Có thể thấy rõ tín hiệu hầu như

không thay đổi khí tăng giá trị pH của môi trường từ 2 đến 12. Ở môi trường sinh lý của

mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO tín hiệu tối gần như chiếm toàn bộ giếng, thậm chí

không còn thấy tín hiệu mầu sáng (giếng số 3) khi chụp ở chế độ TE, TR thích hợp, điều

122

đó cho thấy hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO cho cường độ tương phản ảnh tốt, tương

đương với sản phẩm thương mại Resovist phù hợp trong ứng dụng MRI.

5.1.2.3. Đánh giá khả năng tương phản trong môi trường có nồng độ muối thay đổi của

hệ chất lỏng từ và sản phẩm thương mại Resovist.

Ngoài yếu tố về pH thì nồng độ muối của dung dịch là một trong những yếu tố ảnh

hưởng rất mạnh đến độ bền của hạt, trong điều kiện y sinh (nồng độ NaCl ≈ 156 mM)

[73]. Khi thay đổi nồng độ muối từ 50 mM đến 400 mM, mẫu phân tán tốt trong nước

khi nồng độ muối lên đến 200 mM và ở nồng độ cao hơn thì mẫu đã có hiện tượng bị

kết tủa. Do đó chúng tôi tiến hành chụp ảnh cộng hưởng từ trong điều kiện nồng độ muối

thay đổi từ 50 mM đến 200 mM.

TE=11; TR=3970 (a) TE=23; TR=3970 (b)

TE=57; TR=3970 (c) TE=75; TR=3970 (d)

TE=87; TR=3970 (e)


môi trường nồng độ muối khác nhau, TE= 11 ms (a), TE =23 ms (b), TE =57 ms (c),

TE=75ms (d), TE 87 ms (e), TR =3970 ms đối với các mẫu (A) Hệ nano từ

Fe3O4@Dextran (Resovist), (B) Hệ nano từ Fe3O4@PMAO, (C) Mẫu đối chứng (không

có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng 45,0 µg/ml trong môi

trường có nồng độ muối khác nhau (1) 50 mM, (2) 100 mM, (3) 150 mM, (4) 200 mM.

Hình ảnh MRI trên môi trường có nồng độ muối khác nhau cho thấy Fe3O4 bọc

polyme và mẫu mẫu resovist đều cho độ tương phản tốt hơn ở T2 và cường độ tín hiệu

tốt ngay tại môi trường có nồng độ muối cao (200 Mm). Điều này cho thấy, mẫu chất

lỏng Fe3O4@PMAO có tính chất phù hợp trong điều kiện y sinh [74].

123

TE=12; TR=100 (a) TE=12; TR=400 (b)


môi trường nồng độ muối khác nhau, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =12 ms đối

với các mẫu (A) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist), (B) Hệ nano từ Fe3O4@PMAO,

(C) Mẫu đối chứng (không có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi

giếng 45,0 µg/ml trong môi trường có nồng độ muối khác nhau (1) 50 mM, (2) 100 mM,

(3) 150 mM, (4) 200 mM.

5.2. Khảo sát khả năng ứng dụng chất lỏng từ trên động vật thí nghiệm

5.2.1. Thử nghiệm in-vivo đánh giá khả năng ứng dụng hệ chất lỏng từ tính nano

Fe3O4 làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật

Như đã giới thiệu trong phần mở đầu, các đại lượng thời gian đặc trưng cho 2 quá

trình hồi phục T1 và T2 phụ thuộc vào môi trường xung quang proton, do vậy phản ánh

cấu trúc vi mô của mô sinh học. Các thời gian T1 và T2 chính là đại lượng thể hiện

cường độ điểm ảnh MRI. Tác động của chất tương phản từ là làm thay đổi môi trường

từ do đó thay đổi các giá trị T này. Trong các thiết bị thương mại ứng dụng trong bệnh

viện, bác sĩ thường chỉ chú ý lấy tín hiệu đầu ra là ảnh nên việc nghiên cứu một cách

định lượng phẩm chất của sản phẩm chất tăng tương phản là không thực hiện được. Đấy

chính là lý do một vài nghiên cứu trước đây (của ĐT PGS. Trần Hoàng Hải) chỉ dừng ở

giá trị định tính, minh họa tiềm năng.

Trong đề tài này, sau khi tiến hành các nghiên cứu đo đạc độ hồi phục của chất

tăng tương phản trên thiết bị Siemens 1,5T, tần số từ trường 64 MHz, từ trường B1=1,5T

(đã trình bày trong Mục 5.1), chúng tôi đã tiến hành các nghiên cứu in-vivo và ex-vivo

cho các mẫu u chuột và thỏ thí nghiệm trên thiết bị cộng hưởng từ Siemens, tần số từ

trường xoay chiều 64 MHz, từ trường 1,5 tesla tại Bệnh viện Quốc tế Vinh, thành phố

Vinh, Tỉnh Nghệ An. Hình ảnh trọng T1 (hồi phục dọc) được đo theo trình tự spin-echo

(SE) biến thiên TR, TE cố định (TE<50 ms), còn T2 (hồi phục ngang) đo theo trình tự

xung Turbo spin-Echo (TSE) giữ TR cố định (TR>3500 ms), từ trường quan sát (FOV)

x-y 290x290 mm2, chiều dày lát cắt 5 mm, kích thước ma trận 298x320 cho độ phân

giải x-y 200 µm2, số các lần lấy trung bình bằng 3 (đối với thỏ). Đối với chuột vì kích

thước bé hơn nên các thông số chụp ảnh như sau: từ trường quan sát (FOV) x-y 172x190

124

mm2, chiều dày lát cắt 3,5 mm, kích thước ma trận 343x512 cho độ phân giải x-y 200

µm2, số các lần lấy trung bình bằng 2. Sử dụng phầm mềm syngofastView (syngo

is a registered trademark owned by Siemens Healthcare GmbH) và EFilm Workstation

(Merge Healthcare) xác định cường độ tín hiệu trên diện tích vùng quan tâm (region of

interest - ROIs) (cm2).

Bảng 5.2. Một số tham số chuỗi hình ảnh được sử dụng trong chụp ảnh MRI

Parameter (Thông số) Value (Gía trị) T1 Value (Gía trị) T2

Scanning sequence (Chuỗi hình ảnh) SE TSE

MR Acquisition Type 2D 2D

Slide thickness (Độ dày lát cắt) 3,5/5 mm 3,5/5 mm

Repetition time (Thời gian lặp lại - TR) <1000 ms >3500 ms

Echo time (Thời gian vọng - TE) <50 ms >50 ms

Average (Trung bình) 2 hoặc 3 2 hoặc 3

FOV (Trường quan sát) 310x310/290x290 172x190/290x290

Acquisition Matrix (Ma trận) 298x320 343x512

Slide direction (Hướng chụp) Coronal/Sagital/Axial Coronal/Sagital/Axial

Slide number (Số lát cắt) 16 đến 25 ảnh 16 đến 25 ảnh

Flip angle (Góc lật) 160 150

Image resolution (Độ phân giải ảnh) 256x140 pixels 256x140 pixels

Scan duration (Thời gian quét) Khoảng 15 phút Khoảng 26 phút

Nhằm tạo ảnh T1 điều chỉnh, người ta cần chọn một giá trị TR tương ứng với thời

gian mà tại đó tương phản T1 lớn nhất giữa hai loại mô. Nếu lựa chọn TR dài hơn sẽ tạo

ra cường độ tín hiệu lớn hơn nhưng tương phản T1 ít hơn. Việc lựa chọn TR thích hợp

với các giá trị T1 của mô rất có ý nghĩa trong chẩn đoán lâm sàng, đặc biệt khi phân biệt

giữa mô lành và mô bệnh lý. Nếu giá trị TR được chọn bằng giá trị T1 của mô, đó là ảnh

được chụp khi mô trở lại 63% sự nhiễm từ mô của nó.

Nhằm tạo ảnh T2 điều chỉnh, người ta cần chọn một giá trị TE tương ứng với thời

gian mà tại đó tương phản T2 lớn nhất giữa hai loại mô. Tương phản T2 cực đại thu

được bằng cách dùng TE tương đối dài. Tuy nhiên, nếu dùng TE quá dài thì sự nhiễm

từ và tín hiệu RF lại quá thấp đê hình thành một ảnh.

Các chất lỏng hạt nano từ tác động thay đổi mạnh giá trị T2 nên sự nhiễu loạn từ

trường làm tín hiệu cộng hưởng từ tại vùng có hạt nano siêu thuận từ kém hơn hơn so

với các vùng xung quanh, cũng có nghĩa là hình ảnh sẽ tối hơn. Do vậy, để đánh giá khả

năng tăng tương phản của vật liệu này chúng tôi sẽ chú trọng đánh giá khả năng gây tối

hình ảnh của nó theo chế độ chụp trọng T2 (T2W) hơn là tác động tương phản theo chế

độ chụp trọng T1 (T1W) mà ảnh hưởng là tăng độ sáng ảnh.

Các hình ảnh MRI trên mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO thử nghiệm trên thỏ được

sử dụng trên máy đo cộng hưởng từ hãng Siemens có từ trường 1,5 Tesla. Thỏ được

125

tiêm theo đường tĩnh mạch với 5 ml hạt từ có nồng độ là 3 mg/ml (tương ứng với 0,16

mM Fe).

Gây tê: Sau khi tiêm chất lỏng từ thỏ sẽ được gây mê dạng hít (isoflurane)

hoặc tiêm thuốc mê Ketamine với xylazine * 22 - 50 mg/kg với 2,5 - 10 mg/kg

xylazine. Ở đây thỏ sẽ được tiêm thuốc mê 45 mg ketamine với 5mg xylazine, bằng

cách tiêm tĩnh mạch ở tai với con thỏ có trọng lượng 1,5 kg.

Tần số hình ảnh: Thỏ được chụp trước và sau khi tiêm chất lỏng từ để so sánh tín

hiệu hình ảnh. Quá trình chụp MRI quét kéo dài từ giữa 15 phút và 2 giờ (nếu dùng gây

mê isoflurane thì sẽ cho các buổi chụp ảnh lâu hơn, và khi các động vật đang được chụp

ảnh tại các khoảng thường xuyên).

Hình 5.12. Hình ảnh thỏ trước khi được đưa vào máy chụp MRI.

Các hình ảnh MRI trên thỏ trước và sau khi tiêm chất lỏng từ được chụp ở 2 chế

độ khác nhau, chụp theo chế độ T1 (hồi phục dọc) và chụp theo chế tộ T2 (hồi phục

ngang) thể hiện qua hình 5.13 đến hình 5.16.

126

Hình 5.13. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên thận thỏ của

hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL), TE= 9,2 ms, TR =659 ms đối với (A)

Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ.

Hình 5.14. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan thỏ

của hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL), TE= 9,2 ms, TR =659 ms đối

với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ.

127

Hình 5.13 và 5.14 cho thấy hình ảnh các bộ phận của thọ trước khi tiêm hầu như

đều có một màu xám, không phân biệt rõ được vùng ranh giới của các bộ phân nội quan

của Thỏ. Cụ thể phải chụp với các góc và lát cắt khác nhau mới thấy rõ hình ảnh Thận

trái và Thận phải của Thỏ. Trong khi đó hình 5.13 sau khi tiêm chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO cho thấy hình ảnh theo chế độ trọng T1 có sự thay đổi cường độ tương

phản không đáng kể nhưng vẫn có thể thấy rõ vị trị Thận trái và Thận phải cũng như

hình ảnh Gan (Hình 5.13a, hình 5.14) của Thọ tại cùng một góc và lát cắt khi chụp.

Hình 5.15. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan thỏ

của hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL), TE= 94 ms, TR =3571 ms đối

với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ.

128

Hình 5.16. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên thận thỏ của

hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL), TE= 94 ms, TR =3571 ms đối với

(A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ.

Kết quả cho thấy, sau thời gian 10 phút tiêm thuốc (mẫu chất lỏng từ

Fe3O4@PMAO) các cơ quan nội tạng của thỏ trên ảnh MRI đã thể hiện rõ ràng hơn so

với ảnh MRI trước khi tiêm thuốc. So với ảnh MRI chụp theo chế độ T1 thì ảnh MRI

chụp theo chế độ T2 cho độ tương phản rõ nét hơn nhiều. Tại vị trí mô gan (Hình 5.13),

khi chụp theo chế độ ảnh trọng T1 với TR=659 ms, TE=9,2 ms với xung spin-echo thì

độ sáng tối hình ảnh tại mô gan hầu như không thay đổi với tỉ lệ cường độ tín hiệu trước

khi tiêm Ia=325 và cường độ tín hiệu sau khi tiêm Ib=369. Trong khi khi chụp ảnh theo

trọng T2 (TR=3571 ms, TE=94 ms với trình tự xung turbo spin echo) thì độ sáng tối

hình ảnh tại mô gan thay đổi với tỉ lệ cường độ tín hiệu giảm Ia/Ib=2,3 lần. Từ kết quả

hình 5.15 và hình 5.16 cho thấy hình ảnh Thận và Gan của Thỏ sau khi tiêm chất lỏng

từ đã giảm cường độ tín hiệu rất đáng kể so với trước khi tiêm, sự xuất hiện vùng tối

màu rõ rệt, ta có thể thấy rõ độ tương phản ở vùng Thận và thấy được vành của Thận

cũng như kích thước của Thận (chỗ mũi tên đỏ).

129


Fe3O@PMAO ở chế độ T1W (CORONAL) trên thỏ, TE= 20 ms, TR =550 ms đối với (A) Thỏ

trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước tiêm, (b) sau tiêm.


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên thỏ, TE= 112 ms, TR =7500 ms đối với

(A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước tiêm,

(b) sau tiêm 30 phút, (c) sau tiêm 60 phút.

130

Từ hình 5.17 và hình 5.18 cho thấy, sau thời gian 30 phút tiêm thuốc (mẫu chất

lỏng từ Fe3O4@PMAO) hình (b), các cơ quan nội tạng của thỏ trên ảnh MRI đã thể hiện

rõ ràng hơn hơn so với ảnh MRI trước khi tiêm thuốc (hình a). Cụ thể khi lấy một diện

tích tại mô gan trước và sau khi tiêm tương ứng là 2,1 cm2 thì cường độ tín hiệu thay

đổi từ 180,7 xuống 32 (tương ứng thay đổi 5,65 lần so với trước khi tiêm). Điều đó cho

thấy chất lỏng từ có khả năng làm thay đổi độ tương phản rất mạnh. Với các ảnh MRI

được chụp ở thời gian 60 phút (c) cũng cho ảnh rõ nét như ảnh MRI ở thời gian 30 phút

(a). Tuy nhiên nhìn kỹ vào hình ảnh Thận, ta có thể thấy cường độ giảm rõ rệt, điều đó

cho thấy thuốc bắt đầu được thải trừ ra khỏi cơ thể và cũng tương tự như phần trên chúng

tôi nhận định rằng sau thời gian 60 phút thuốc bắt đào thải ra khỏi cơ thể thỏ. So với ảnh

MRI chụp theo chế độ T1 (hình 5.17) thì ảnh MRI chụp theo chế độ T2 cho độ tương

phản rõ nét hơn nhiều. Ảnh MRI chụp theo chế độ T2 rõ hơn chế độ T1 có thể được giải

thích như sau:

Khi chụp tác nhân tăng tương phản theo cơ chế T1 về bản chất hóa học, các tác

nhân tương phản T1 là phức của ion thuận từ có giá trị mômen spin lớn như Gd3+. Trong

quá trình hồi phục, sự tương tác giữa các mômen từ của các ion thuận từ khiến thời gian

T1 bị suy giảm nhờ vậy tốc độ hồi phục R1 tăng lên. Trong khi các tác nhân tăng tương

phản theo chế độ T2 là dòng sản phẩm thương mại sử dụng hạt nano oxit sắt làm chất

tương phản MRI, về mặt lý thuyết hạt nano oxit sắt có thể cho chất lượng tăng tương

phản tốt hơn cả loại Gd - DTPA vì hạt oxit sắt có hệ số cảm từ lớn đây chính là lý do

chụp ảnh theo chế độ T2 cho ảnh rõ nét hơn so với chụp ảnh ở chế độ T1 [65].

Kết quả thu được trên ảnh MRI đối với mẫu Fe3O4@PMAO được thử nghiệm ở

các nồng độ khác nhau và thử nghiệm trên thỏ cho thấy hệ vật liệu được nghiên cứu có

chất lượng tốt (với kích thước hạt đồng đều, từ tính mạnh, phân tán tốt và có độ bền

cao). Đặc biệt, mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO có giá trị r2 cao hơn so với mẫu thương

phẩm Resovist. Các kết quả thử nghiệm này cho thấy, mẫu chất lỏng Fe3O4@PMAO có

tính chất hoàn toàn phù hợp trong ứng dụng MRI.

5.2.2. Thử nghiệm in-vivo đánh giá khả năng ứng dụng hệ chất lỏng từ tính nano

Fe3O4 làm thuốc tương phản trong chẩn mô bệnh ung thư bằng kỹ thuật cộng hưởng

từ MRI trên động vật

Chuột nhắt trắng Swiss 8 tuần tuổi (trọng lượng 18-20g) dùng để gây u, được Viện

vệ sinh dịch tễ Trung ương cung cấp. Chuột được nuôi trong điều kiện nhiệt độ ổn định

25 - 27ºC, được cung cấp thức ăn và nước uống đầy đủ, đảm bảo khỏe mạnh khi bắt đầu

thí nghiệm.

131

Hình 5.19. Chuột nhắt trắng Swiss.

Phương pháp tạo u rắn dưới da cho chuột nhắt trắng Swiss bằng cấy ghép dòng tế

bào Sarcoma 180. Tế bào ung thư Sarcoma 180 là dòng tế bào ung thư mô liên kết được

phân tách từ chuột S. Webster. Dòng tế bào sử dụng trong nghiên cứu này được cung

cấp bởi nhóm nghiên cứu Ung thư học thực nghiệm, Bộ môn Tế bào, Trường Đại học

Khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội. Hằng ngày theo dõi sự phát triển của khối

u bằng cách quan sát và đo kích thước, tính thể tích u. Tiến hành đo chiều dài và chiều

rộng của khối u bằng thước kẹp hoặc thước dây.

Hình 5.20. Chuột trắng swiss lên u báng ở đùi sau 15 ngày tạo khối u.

Để khảo sát khả năng tạo tương phản ảnh của các chất lỏng từ bằng kỹ thuật chụp

cộng hưởng từ hạt nhân, chúng tôi làm thí nghiệm trên chuột Swiss mang u rắn dưới da.

Đưa chất lỏng từ vào chuột bằng tiêm tĩnh mạch chuột hoặc tiêm trực tiếp tại vị trí khối

u, chụp ảnh MRI, quan sát và so sánh với hình ảnh chuột ở nhóm đối chứng. Từ đó kết

luận là hạt từ có khả năng gây tương phản ảnh hay không?

Hình 5.21. Tiêm tĩnh mạch (a) và tiêm trực tiếp tại khối u (b) trên chuột nhắt trắng.

132

Ở chuột thì có một số tĩnh mạch lớn có thể sử dụng để tiêm như: tĩnh mạch đuôi,

tĩnh mạch bàn chân. Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng tĩnh mạch đuôi để truyền

chất lỏng từ vào cơ thể chuột. Cách tiêm trực tiếp chất lỏng từ vào khối u khá đơn giản

và không đòi hỏi nhiều kỹ thuật như tiêm tĩnh mạch. Ưu điểm của cách tiêm này chính

là chất lỏng từ được đưa trực tiếp vào vị trí khối u, tránh sự thất thoát khi lưu thông trong

cơ thể hay mạch máu. Tuy nhiên cần phải xác định thể tích tiêm chất lỏng từ phù hợp

để phù hợp giữa thể tích khối u và thể tích tiêm, đảm bảo chất lỏng không bị trào ngược

lại sau khi rút tiêm hoặc tràn sang các vị trí lân cận.

Sau khi gây u rắn dưới da thành công trên chuột, chọn 6 chuột có kích thước u

tương đương nhau và 1 chuột bình thường:

Chuột A: Đối chứng sinh học (không có khối u).

Chuột B: Đối chứng ung thư.

Chuột C: Tiêm 30 µl hạt từ Fe3O4@PMAO tương ứng 0,27 mg hạt từ

Fe3O4@PMAO vào tĩnh mạch đuôi chuột trước khi chụp 2 giờ.

Chuột D: Tiêm 30 µl hạt từ Fe3O4@PMAO tương ứng 0,27 mg hạt từ


Chuột E: Tiêm 30 µl hạt từ Fe3O4@PMAO tương ứng 0,27 mg hạt từ


Chuột F: Tiêm 20 µl Fe3O4@PMAO tương ứng 0,18 mg hạt từ Fe3O4@PMAO

trực tiếp vào khối u, chụp ngay sau khi tiêm

Chuột G: Tiêm 20 µl Fe3O4@PMAO tương ứng 0,18 mg hạt từ Fe3O4@PMAO

trực tiếp vào khối u, chụp 30 phút sau khi tiêm

Gây tê: Ở đây chuột sẽ được tiêm 100 µl thuốc mê gồm diazepam + ketamine (tỉ lệ

thể tích 1:2), bằng cách tiêm dưới ổ bụng (kỹ thuật IP - Intraperitoneal injection) với chuột

có trọng lượng 50 g. Chúng tôi đã tiến hành các nghiên cứu in-vivo và ex-vivo cho các

mẫu u chuột trên thiết bị cộng hưởng từ Siemens, tần số từ trường xoay chiều 64 MHz, từ

trường 1,5 tesla tại Bệnh viện Quốc tế Vinh, thành phố Vinh, Tỉnh Nghệ An. Hình ảnh

trọng T1 (hồi phục dọc) được đo theo trình tự spin-echo (SE) biến thiên TR, TE cố định

(TE<50 ms), còn T2 (hồi phục ngang) đo theo trình tự xung Multi-Slice Multi-Echo

(MSME) giữ TR cố định (TR>3500 ms), từ trường quan sát (FOV) x-y 172x190 mm2,

chiều dày lát cắt 50 mm, kích thước ma trận 343x512 cho độ phân giải x-y 200 µm2, số

các lần lấy trung bình bằng 2. Sử dụng phần mềm syngofastView (syngo is a

registered trademark owned by Siemens Healthcare GmbH) xác định cường độ tín hiệu

trên diện tích vùng quan tâm (region of interest - ROIs) (cm2). Chúng tôi tiến hành chụp

liên tiếp ở các thời điểm 0; 15 phút và 30 phút sau khi tiêm hạt từ vào khối u và sau 2 giờ,

6 giờ và 12 giờ sau khi tiêm theo tĩnh mạch đuôi.

133

Hình 5.22. Một số hình ảnh chuột sau khi gây mê trước khi đưa vào chụp ảnh MRI.

Chúng tôi tiến hành chụp MRI và thu được hình ảnh chụp ở thời điểm ngay sau

khi tiêm trực tiếp hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO vào khối u chuột và tiêm theo tĩnh

mạch (Hình 5.23 và hình 5.24). Sự phân bố đồng đều trong toàn bộ khối u của hệ nano

Fe3O4@PMAO liên quan trực tiếp đến hiệu quả của vật liệu trong ứng dụng vào chụp

cộng hưởng từ (MRI) vì nó cho phép xây dựng hình ảnh khối u một cách thực tế. Để

đánh giá sự phân bố của hệ nano Fe3O4@PMAO trong khối u rắn dưới da chuột, khối u

sau khi được tiêm hệ nano từ sẽ được theo dõi theo thời gian dưới góc chụp 90o theo

kiểu Axial và Coronal.

Ở Hình 5.23, thấy rõ được khối u của chuột C, F, G. Khối u của chuột C, E, F, G

có độ tương phản cao hơn nhiều (tối hơn) so với khối u của chuột B. Cường độ tín hiệu

tại khối u thay đổi từ 284,6 xuống 249 tương ứng với chuột F và G. Điều đó cho thấy

chất lỏng từ đã bắt đầu lan đều trên khắp khối u và đã làm thay đổi cường độ tín hiệu.

Trong khi đối với chuột C, mặc dù đưa chất lỏng từ theo tĩnh mạch những cũng đã có

sự thay đổi tín hiệu tại khối u rõ ràng, cụ thể cường độ tín hiệu tại chuột đối chứng ung

thư B là 296,5 giảm xuống 226,8. Điều này cho thấy hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO có

khả năng làm thuốc tương phản trong chẩn doán hình ảnh mô bệnh.


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên chuột, TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột.

134

Với kích thước hai chiều trung bình khoảng 15x10 mm, trong điều kiện bình

thường, gần như không quan sát được sự có mặt của khối u trên cơ thể chuột. Tuy nhiên,

sau khi tiêm hệ nano từ Fe3O4@PMAO, có thể nhận thấy một vùng tối màu có hình dạng

tương tự khối u xuất hiện trên ảnh chụp (Hình 5.23). Như vậy, sự có mặt của hạt nano

từ đã hỗ trợ hệ thống chụp cộng hưởng từ 1,5T phát hiện được khối u ngay ở nồng độ

vật liệu thấp (0,18 mg hạt từ). (Hình 5.24). Như vậy lượng tiêm 0,18 mg hạt từ cho phép

phát hiện khối u trên hình ảnh nhưng chưa đủ để hệ nano có thể phát tán ra toàn bộ khối

u trong thời gian 15 phút, tín hiệu chụp cho thấy vật liệu nano gần như bao phủ toàn bộ

khối u vào thời điểm 30 phút sau khi tiêm và duy trì liên tục trong gần 1h sau đó (Hình

5.24).


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên khối u chuột sau khi tiêm tiêm trực tiếp

khối u, TE= 91 ms, TR =3970 ms trên chuột. (a) không tiêm, (b) ngay sau tiêm,

(c) sau 15 phút, (d) sau 30 phút.

Khảo sát các thời điểm khác nhau sau khi tiêm trực tiếp hạt nano từ vào khối u

chuột cho thấy độ tương phản trên hình ảnh MRI tăng dần theo thời gian. Với lượng hạt

nano từ tiêm vào khối u, hình ảnh cho thấy có sự lan rộng của vật liệu theo thời gian

(Hình 5.24). Kết quả thu được trên ảnh MRI cho thấy sau khi tiêm trực tiếp chất lỏng từ

135

vào khối u thì xuất hiện vùng tối màu rõ rệt, khác biệt so với chuột đối chứng ung thư

không tiêm, đồng thời thấy rõ độ tương phản vùng khối u, vành khối u, kích thước khối

u sau khi tiêm 30 phút. Để chứng minh cho sự tập trung của hạt từ tại khối u, hình 5.23

và hình 5.24 dạng bảng màu sắc cho thấy sự xuất hiện màu tím ứng với cường độ tín

hiệu giảm [14]→ điều này cho phép sử dụng hệ chất lỏng từ ứng dụng trong việc chuẩn

đoán ung thư và hỗ trợ trong điều trị. Sau 30 phút tiêm hạt từ vào khối u, vùng đen trong

khối u của chuột D, F rộng hơn nhiều so với thời điểm ngay sau khi tiêm (Hình 5.24)→

Các hạt nano từ sau khi được tiêm vào khối u thì có xu hướng lan rộng ra toàn khối u →

Giúp độ tương phản trong ảnh chụp MRI khối u của chuột không ngừng tăng lên cho tới

khi hạt từ phân tán bão hòa trong khối u→ hệ chất lỏng từ Fe3O4@PMAO chế tạo được

có khả năng làm tăng độ tương phản hình ảnh trong chụp MRI khối u của chuột ở giai

đoạn u muộn.

Khi đưa chất lỏng từ vào khối u chuột qua tiêm tĩnh mạch chuột.


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên khối u chuột sau khi tiêm theo tĩnh mạch, TE= 91

ms, TR =3970 ms trên chuột. (a) không tiêm, (b) sau 2 giờ, (c) sau 12 giờ, (d) sau 24 giờ.

Qua hình 5.25, ta thấy độ tương phản của hình ảnh khi chụp MRI khối u ở các

chuột chưa có sự khác biệt nhiều. Kết quả thu được trên ảnh MRI cho thấy sau khi tiêm

chất lỏng từ vào chuột theo tĩnh mạch đuôi thì sau 2 giờ vẫn chưa quan sát được những

vùng tối màu rõ, điều đó cho thấy lượng hạt nano đến được với khối u rắn rất ít sau khi

tiêm tĩnh mạch sau một thời gian ngắn. Điều này có thể giải thích do khi tiêm theo tĩnh

mạch các hạt nano từ sẽ theo hệ tuần hoàn đến các cơ quan được coi là đích đến của sắt

trong cơ thể là gan, thận, lách và bạch huyết, cụ thể tại vị trí các mô này cho thấy sự

giảm tín hiệu rõ rệt sau khi tiêm chất lỏng từ (hình 5.26 và hình 5.27), còn các mô và cơ

quan khác như khối u nếu không có gắn phân tử hướng đích thì sẽ cần thời gian lâu hơn

để chất lỏng từ tuần hoàn theo máu tới.

136

Tuy nhiên, sau thời gian 12 giờ sau khi tiêm thấy xuất hiện các điểm đen trong

vùng khối u ở chuột D, và gần như tối đen vùng khối u ở chuột E sau 24 giờ. Điều đó

cho thấy có một lượng rất ít hạt từ đến được vị trí khối u chuột sau khi tiêm một thời

gian ngắn hạt từ qua tĩnh mạch chuột. Vùng đen ở khối u thu được sau 12 giờ trở đi cho

phép xác định rõ vùng khối u, vành của khối u và cấu trúc chiều sâu của khối u→ điều

này cho phép sử dụng hệ chất lỏng từ ứng dụng trong việc chuẩn đoán ung thư và hỗ trợ

trong điều trị. Tuy nhiên khi đưa chất lỏng từ vào trực tiếp khối u cho độ tương phản

của khối u trong ảnh chụp MRI cao hơn so với đưa chất lỏng từ vào tĩnh mạch chuột

trong thời gian ngắn.


Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (AXIAL) trên mô gan chuột, TE= 91 ms, TR =3970 ms

trên chuột. (a) không tiêm, (b) tiêm tĩnh mạch.

Khi đưa chất lỏng từ vào tĩnh mạch chuột, hình ảnh khối u khi chụp MRI cũng

được tăng độ tương phản. Tuy nhiên khi đưa chất lỏng từ vào trực tiếp khối u cho độ

tương phản của khối u trong ảnh chụp MRI cao hơn so với đưa chất lỏng từ vào tĩnh

mạch chuột trong thời gian ngắn. Điều này mở ra tiềm năng lớn trong việc chuẩn đoán

sớm cũng như hỗ trợ điều trị ung thư.

137


Kết quả xác định sự tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ trên mẫu

Fe3O4@CS và Fe3O4@PMAO với các nồng độ khác nhau có độ tương phản tốt tăng dần

theo nồng độ. Độ hồi phục của mẫu chất lỏng này có giá trị r2 tương ứng 127,15 và

151,99 mM-1s-1 cao hơn so với mẫu thương phẩm Resovist.

Chúng tôi thực hiện đánh giá khả năng tăng độ tương phản hình ảnh của hệ hạt

nano chế tạo được trong môi trường nước, môi trường pH và nồng độ muối khác nhau.

Hình ảnh MRI trên môi trường có nồng độ muối khác nhau cho thấy Fe3O4 bọc polyme

cho độ tương phản tốt hơn ở T2 và cường độ tín hiệu tốt ngay tại môi trường có nồng

độ muối cao (200 mM). Tín hiệu hầu như không thay đổi khí tăng giá trị pH của môi

trường từ 2 đến 12. Ở môi trường sinh lý của mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO cho tín

hiệu hình ảnh MRI cao.

Trong chương này, chúng tôi đã nghiên cứu khả năng ứng dụng mẫu chất lỏng từ

trong y sinh dựa trên các thí nghiệm in-vitro và in-vivo. Mẫu Fe3O4@PMAO có độ bền

cao trong môi trường sinh lý và hoàn toàn không gây độc tính trên dòng tế bào ung thư

mô liên kết Sar.180. Nghiên cứu in-vitro, ex-vivo và in-vivo khả năng tăng tương phản

MRI cho thấy nhiều chất lỏng từ của nhóm đề tài chế tạo đều thể hiện tính tăng tương

phản tốt. Áp dụng hệ Fe3O4@PMAO cho khối u rắn dưới da, cho thấy tiềm năng cho

phép quan sát hình dáng và cấu trúc chi tiết khối u ở các giai đoạn, hỗ trợ cho chẩn đoán

và điều trị.

138

KẾT LUẬN CHUNG

Từ các kết quả nghiên cứu chi tiết và các thảo luận thích hợp, một số kết luận

chính được rút ra như sau:

1. Đã chế tạo thành công chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 bằng phương pháp thủy

nhiệt bằng polyme tự nhiên chitosan (CS). Đã tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến tính

chất từ. Mẫu chất lỏng Fe3O4@CS có độ bền cao trong môi trường sinh lý.

2. Đã chế tạo thành công chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 bằng phương pháp phân

hủy nhiệt bằng cách chuyển pha và bọc bằng polyme PMAO. Mẫu chất lỏng

Fe3O4@PMAO có độ bền cao trong các điều kiện khác nhau, các hạt đơn phân tán, kích

thước đồng đều.

3. Khảo sát độc tính cho thấy các hệ Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO đều cho chỉ số

IC50 tốt. Mẫu chất lỏng chế tạo không có khả năng gây độc tế bào.

4. Đã xác định độ hồi phục CHTHN của 2 hệ Fe3O4@CS, Fe3O4@PMAO cho thấy

các hệ chế tạo đều cho giá trị r2 cao đạt trên 150 mM-1s-1 đối với mẫu Fe3O4@PMAO,

cao hơn cả chất thương phẩm Resovist. Các chất này, khi đưa thử nghiệm chụp ảnh MRI

đều thể hiện tiềm năng tốt cho ứng dụng làm tăng độ tương phản.

5. Nghiên cứu in-vitro, ex-vivo và in-vivo khả năng tăng tương phản MRI cho

thấy nhiều chất lỏng từ của nhóm đề tài chế tạo đều thể hiện tính tăng tương phản tốt.

Áp dụng hệ Fe3O4@PMAO cho khối u rắn dưới da và u gan, cho thấy tiềm năng cho

phép quan sát hình dáng và cấu trúc chi tiết khối u ở các giai đoạn, hỗ trợ cho chẩn đoán

và điều trị.

139

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ

A. CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

1. Vu Thi Thu, An Ngoc Mai, Le The Tam, Hoang Van Trung, Phung Thi Thu, Bui

Quang Tien, Nguyen Tran Thuat, Tran Dai Lam. Fabrication of PDMS-Based

microfluidic devices: Appliaction for synthesis of magnetic nanoparticles. Journal of

electronic materials (SCI), Q2, IF2017 1.579. Vol 45, Issue 5, 2016, pp 2576-2581.

DOI 10.1007/s11664-016-4424-6.

2. Le The Tam, Nguyen Hoa Du, Le Trong Lu, Phan Thi Hong Tuyet, Nguyen Quoc

Thang, Nguyen Thi Ngoc Linh, Nguyen Thi Hai Hoa, Tran Dai Lam. Magnetic Fe3O4

nanoparticle imaging T2 contrast agent synthesized by optimized hydrothermal

method. Submited to Royal Society of Chemistry Advances (SCI) 2019, Q1,

IF2017 2.936 (Under Review).

3. Trần Đại Lâm, Lê Thế Tâm, Lê Trọng Lư, Vương Thị Kim Oanh, Đỗ Hùng Mạnh,

Nguyễn Xuân Phúc, Phạm Hồng Nam, Trần Đại Lâm. Quy trình chế tạo hệ chất lỏng

từ tính nano Fe3O4 để làm thuốc tương phản trong chẩn đoán hình ảnh bằng kỹ thuật

cộng hưởng từ MRI. Sở hữu trí tuệ (Sáng chế). Số đơn SC 1-2018-01215. Đã chấp

nhận đơn hợp lệ và đã công bố trên công báo sở hữu công nghiệp số 365/T8, tập A:

58762

4. Le The Tam, Nguyen Hoa Du, Tran Dai Lam, Le Thi Nhan, Nguyen Van Toan. Study

on some factor of magnetic fluid chitosan-coated Fe3O4 nanoparticles fabrication via

hydrothermal method for Biomedicine, 2016. Viet Nam Journal of science and

technology, Vol 54, 2C, 2016, pp 341-347.

5. Le The Tam, Vuong Thi Kim Oanh, Nguyen Hoa Du, Tran Dai Lam. Optimization

of co-precipitation reaction involving main experimental factors on crystallite size of

chitosan-coated magnetic nanoparticles Fe3O4 by response surface method with

central composite designs. Vietnam Journal of Chemistry, No 5e1,2 (54), 2016,

207-211.

6. Nguyen Hoa Du, Le The Tam, Tran Dai Lam, Phan Thi Hong Tuyet, Tran Thi Huong.

Optimization factors affected saturation Magnetic fluid Chitosan-coated Fe3O4 in co-

precipitation reaction by Response surface method with central composite designs,

2016. Viet Nam Journal of science and technology, Vol 54, 2B, 2016, pp 142-148.

7. Le The Tam, Vuong Thi Kim Oanh, Nguyen Hoa Du, Le Trong Lu, Le Hai Dang,

Nguyen Thi Hai Hoa, Le Ngoc Tu, Tran Dai Lam. Magnetic resonance imaging (MRI)

application of Fe3O4 based ferrofluid synthesized by thermal decomposition using

140

poly (maleic anhydride -alt-1-octadecene) (PMAO). Viet Nam Journal of Science

and Technology, Vol 56, 1A, 2018, pp 174-182.

8. Le The Tam, Tran Dai Lam, Nguyen Hoa Du, Phan Thi Hong Tuyet, Nguyen Quoc

Thang. Synthesis, characterization and MRI application of Fe3O4 liquid was

synthesized by hydrothermal with using Sodium Alginate. Proceedings of the the

Scientific Conference Chemical, Material and Environmental Engineering for

Sustainable Development (CME2018), in Quy Nhon City Vietnam, pp 49-56.

9. Lê Thế Tâm, Nguyễn Hoa Du, Nguyễn Quốc Thắng, Phan Thị Hồng Tuyết, Lê Trọng

Lư, Nguyễn Thị Ngọc Linh, Võ Kiều Anh, Phạm Hồng Nam, Trần Đại Lâm. Chế tạo

chất lỏng từ tính chứa Fe3O4@PMAO cho ứng dụng MRI điều chế bằng phương pháp

phân hủy nhiệt. Tạp chí Hóa học, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam (2018). Vol

56(6e2), pp 63-69.

B. CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1. Vuong Thi Kim Oanh, Tran Dai Lam, Vu Thi Thu, Le Trong Lu, Le The Tam, Pham

Hong Nam, Do Hung Manh, Nguyen Xuan Phuc. A novel route for making highly

stable Fe3O4 fluid with poly-acrylic acid as phase transfer ligand, 2016. Journal of

electronic materials (SCI), Q2, IF2017 1.579. Vol 45, Issue 8, 2016, pp 4010-4017.

DOI: 10.1007/s11664-016-4650-y.

2. Le The Tam, Nguyen Thi Thanh Huong, Nguyen Thien Vuong, Nguyen Tuan Anh,

Le Trong Lu, Tran Dai Lam, Thai Hoang, Nguyen Thi Mai, Dinh Duc Anh. Effect of

SiO2-Ag nanocomposites on the thermal, mechanical and antibacterial properties of

water-based acrylic coating. Journal Materials Chemistry and Physics (2019),

(SCI), Q2, IF2017 2.210. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.05.001.

3. Nguyen Thien Vuong, Xuan Thang Dam; Truc Vy Do; The Tam Le; Thi Ngoc Linh

Nguyen; Dai Lam Tran; Trong Lu Le; Duc Anh Dinh; Quoc Trung Vu; Tran Chien

Dang; Phuong Nguyen-Tri. Crosslinking process and characteristics of UV-curable

acrylate/Fe3O4-Ag nanocomposite coating. Submited to Journal Polyme (SCI), Q1.

4. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Lê Thị Thanh Tâm, Lê Thế Tâm, Ngô Thanh Dung, Phạm

Hồng Nam, Nguyễn Văn Đàm Thiên, Nguyễn Hoa Du, Phan Ngọc Hồng, Trần Đại

Lâm. Nghiên cứu chế tạo và khảo sát độ bền của chất lỏng từ mangan ferit trong nước.

Tạp chí Hóa học, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam (2018). Vol 56(6e2), pp 214-219.

5. Vuong Thi Kim Oanh, Le The Tam, Do Hai Doan, Nguyen Xuan Truong, Tran Dai

Lam. Study of improving application ability of ferrofluid based on Fe3O4 magnetic

nanoparticles in hyperthermia and MRI contrast enhancement. Submited to

Materials Chemistry and Physics (SCI). Q2, IF2017 2.210.

https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.05.001

141

6. Vuong Thi Kim Oanh, Do Hai Doan, Nguyen Xuan Truong, Le The Tam, Le Trong

Lu, Tran Dai Lam. Effect of size and shape on magnetic properties of Fe3O4

nanoparticles. Proceedings: The 9th International Workshop on Advanced

Materials Science and Nanotechnology, IWAMSN 2018, pp 121-127.

7. Vuong Thi Kim Oanh, Do Hai Doan, Nguyen Xuan Truong, Le The Tam, Le Trong

Lu, Tran Dai Lam. Study on preparation of magnetic fluid based on synthesized Fe3O4

magnetic nanoparticles in water and organic solvents. Journal of Science and

Technology, Thai Nguyen University, 190(14) pp 91-96.

8. Trần Đại Lâm, Lê Thế Tâm, Nguyễn Xuân Phúc. Quy trình công nghệ chế tạo hệ dẫn

thuốc (Cur) nano Ag/CS, (Cur) Fe3O4/CS. Sở hữu trí tuệ (GPHI). Số đơn SC 2-

2018-00351. Đã chấp nhận đơn hợp lệ và đã được công bố trên công báo sở hữu công

nghiệp số 369/T12, tập A:3977.

9. Le The Tam, Nguyen Hoa Du, Le Thi Hong Nhung, Duong Thi Ngoc Hang, Ngo

Minh Duc, Tran Thi Phuong Thu. Synthesis, characterization of cobalt ferrite

(CoFe2O4) nanoparticles by co-precipitation and hydrothermal methods. Vinh

University Journal of Science, Vol 46-2A, 2017, pp 58-65.

10. Le The Tam, Nguyen Hoa Du, Phan Thi Hong Tuyet, Tran Dai Lam, Le Hai Dang,

Le Thi Hong Nhung, Pham Hong Nam, Nguyen Thi Hai Hoa, Nguyen Quoc Thang,

Nguyen Thanh Binh. Hydrothermal synthesis of PEG-coated CoFe2O4 nanoparticles:

structural properties and hyperthemia application (2017). The 6th Asian

Symposium on Advanced Materials: Chemistry, Physics & Biomedicine of

Functional and Novel Materials (ASAM-6) in Hanoi, Vietnam, pp 445-451.

11. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Lê Thế Tâm, Lê Thị Thanh Tâm, Ngô Thanh Dung, Phạm

Hồng Na, Đoàn Thanh Tùng, Phan Ngọc Hồng, Trần Đại Lâm, Lê Trọng Lư. Ảnh

hưởng của tiền chất vô cơ đến kích thước, độ đồng đều và tính chất từ của hạt nano

Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp phân hủy nhiệt. Tạp chí Hóa học, Viện Hàn lâm

KHCN Việt Nam (2019), Tập 57, 2E1,2, pp 22-26.

12. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Lê Thế Tâm, Trịnh Đình Khá, Ngô Thanh Dung, Lê Thị

Thanh Tâm, Võ Kiều Anh, Hoàng Yến Nhi, Lê Trọng Lư. Nghiên cứu chế tạo và hoạt

tính kháng khuẩn của hệ nano lai Fe3O4@Ag. Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh

học, 2019 (Đã chấp nhận đăng).

142

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Nguyễn Hữu Đức, (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano và điện tử học spin, Nhà xuất

bản Đại học Quốc gia Hà Nội.

2. Trần Đại Lâm, (2015), Vật liệu Nano sinh học, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và

Công nghệ.

3. Phạm Hoài Linh, (2013), Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ nền hạt nano Fe3O4 ứng

dụng trong y sinh, Luận án tiến sĩ Khoa học vật liệu.

4. Nguyễn Phú Thùy, (2003), Vật lý các hiện tượng từ, Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia Hà Nội.

Tiếng Anh

5. Abollino, O., Stura, I., Argenziano, M., Ansari, S., Ficiarà, E., Ruffinatti, F., Guiot,

C., Cavalli, R., D’Agata, F. (2019). Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis,

Characterization and Functionalization for Biomedical Applications in the Central

Nervous System. Materials (Basel). 12: 465.

6. 6. Ahmadi, S., Chia, C.H., Zakaria, S., Saeedfar, K., Asim, N. (2012). Synthesis of

Fe3O4nanocrystals using hydrothermal approach. J. Magn. Magn. Mater. 324:

4147-4150.

7. Alexiou, C., Arnold, W., Klein, R.J., Parak, F.G., Hulin, P., Bergemann, C.,

Erhardt, W., Wagenpfeil, S., Lu, A.S. (2000). Locoregional Cancer Treatment with

Magnetic Drug Targeting 1.: 6641-6648.

8. Alexiou, C., Jurgons, R., Schmid, R.J., Bergemann, C., Henke, J., Erhardt, W.,

Huenges, E., Parak, F. (2003). Magnetic drug targeting - Biodistribution of the

magnetic carrier and the chemotherapeutic agent mitoxantrone after locoregional

cancer treatment. J. Drug Target. 11: 139-149.

9. Article, R. (2012). Superparamagnetic iron oxide based MRI contrast agents:

Current status of clinical applic ... Page 1 of 5 Superparamagnetic iron oxide

based MRI contrast agents: current status of clinical application

Superparamagnetic iron oxide based MRI contrast agen. Imaging: 1-5.

10. Arum, Y., Oh, Y.O., Kang, H.W., Ahn, S.H., Oh, J. (2015). Chitosan-coated Fe3O4

magnetic nanoparticles as carrier of cisplatin for drug delivery. Fish. Aquat. Sci.

18: 89-98.

11. Behdadfar, B., Kermanpur, A., Sadeghi-aliabadi, H., Morales, P. (2012). Journal

of Solid State Chemistry Synthesis of high intrinsic loss power aqueous ferrofluids

of iron oxide nanoparticles by citric acid-assisted hydrothermal-reduction route.

J. Solid State Chem. 187: 20-26.

12. Biehl, P., von der Lühe, M., Dutz, S., và Schacher, F.H. (2018). Synthesis,

characterization, and applications of magnetic nanoparticles featuring

polyzwitterionic coatings. Polymers (Basel). 10.

13. Book Review (2001).: 2001.

143

14. Brien, R.W.O., Midmore, B.R., Lamb, A., Hunter, R.J. (2006). Electroacoustic

Studies of Moderately Concentrated Colloidal Suspensions.: 301-312.

15. Caravan, P., Ellison, J.J., McMurry, T.J., Lauffer, R.B. (1999). Gadolinium(III)

Chelates as MRI Contrast Agents: Structure, Dynamics, and Applications. Chem.

Rev. 99: 2293-352.

16. Caruntu, D., Caruntu, G., Connor, C.J.O. (2007). Magnetic Properties of Variable-

sized Fe3O4 Nanoparticles Synthesized from Non-aqueous Homogeneous Solutions

of Polyols. 40: 5801-5809.

17. Catalysts, C.N., Nishino, H., Yasuda, S., Namai, T., Futaba, D.N., Yamada, T.,

Yumura, M., Iijima, S., Hata, K. (2007). Water-Assisted Highly Efficient Synthesis

of Single-Walled Carbon Nanotubes Forests from.: 17961-17965.

18. Cha, R., Li, J., Liu, Y., Zhang, Y., Xie, Q., Zhang, M. (2017). Fe3O4nanoparticles

modified by CD-containing star polymer for MRI and drug delivery. Colloids

Surfaces B Biointerfaces 158: 213-221.

19. Chan, K.W.Y., Bulte, J.W.M., Mcmahon, M.T. (2014). Diamagnetic chemical

exchange saturation transfer (diaCEST) liposomes: Physicochemical properties

and imaging applications. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomedicine

Nanobiotechnology 6: 111-124.

20. Chaturvedi, V.K., Singh, A., Singh, V.K., Singh, M.P. (2018). Cancer

Nanotechnology : A New Revolution for Cancer Diagnosis and Therapy Cancer

Nanotechnology : A New Revolution for Cancer Diagnosis and Therapy.

21. Chem, J.M., Liu, X.L., Fan, M., Yi, B., Yang, Y., Guang, S., Xue, M., Fan, D.

(2012). Optimization of surface coating on Fe3O4 nanoparticles for high

performance magnetic hyperthermia agents †.: 8235-8244.

22. Chin, S.F., Pang, S.C., Tan, C.H. (2011). Green Synthesis of Magnetite

Nanoparticles (via Thermal Decomposition Method ) with Controllable Size and

Shape. 2: 299-302.

23. Comments, A. (2003). Ferumoxtran-10. 4: 52-54.

24. Corot, C. Warlin, D. (2013). Superparamagnetic iron oxide nanoparticles for MRI:

Contrast media pharmaceutical company R&D perspective. Wiley Interdiscip.

Rev. Nanomedicine Nanobiotechnology 5: 411-422.

25. Cuenca, A.G., Hochwald, S.N., Delano, M., Cance, W.G., Grobmyer, S.R. (2006).

Emerging Implications of Nanotechnology on Cancer Diagnostics and

Therapeutics.

26. Cullity, B.D. Graham, C.D. Introduction to magnetic materials.

27. De, M., Chou, S.S., Joshi, H.M., Dravid, V.P. (2011). Hybrid magnetic

nanostructures (MNS) for magnetic resonance imaging applications. Adv. Drug

Deliv. Rev. 63: 1282-1299.

28. Dung, N.T., Long, N.V., Tam, L.T.T., Nam, P.H., Tung, L.D., Phuc, N.X., Lu,

L.T., Kim Thanh, N.T. (2017). High magnetisation, monodisperse and water-

144

dispersible CoFe@Pt core/shell nanoparticles. Nanoscale 9: 8952-8961.

29. Estelrich, J., Sánchez-Martín, M.J., và Busquets, M.A. (2015). Nanoparticles in

magnetic resonance imaging: From simple to dual contrast agents. Int. J.

Nanomedicine 10: 1727-1741.

30. Feng, J., Mao, J., Wen, X., Tu, M. (2011). Ultrasonic-assisted in situ synthesis and

characterization of superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles. J. Alloys Compd.

509: 9093-9097.

31. Ferrari, M. (2005). CANCER NANOTECHNOLOGY : 5.

32. Figuerola, A., Manna, L., George, C., Morello, G., Krahne, R., Deka, S. (2013).

Catalytic Properties of Nanorods.

33. Gao, L. và c.s. (2017). A Novel Gd-DTPA-conjugated Poly(L-ϒ 3-glutamyl-

glutamine)-paclitaxel Polymeric Delivery System for Tumor Theranostics. Sci.

Rep. 7: 1-13.

34. Gao, S., Xu, Z., Hou, Y., Xing, R., Hao, R., Sun, S. (2010). Synthesis,

Functionalization, and Biomedical Applications of Multifunctional Magnetic

Nanoparticles. Adv. Mater. 22: 2729-2742.

35. Gkagkanasiou, M., Ploussi, A., Gazouli, M., Efstathopoulos, E.P. (2016). USPIO-

Enhanced MRI Neuroimaging: A Review. J. Neuroimaging 26: 161-168.

36. Gubin, S. (2009a). Magnetic Nanoparticles. Wiley-VCH.

37. Gubin, S.P. (2009b). Magnetic Nanoparticles. Wiley-VCH.

38. Guller, A.E., Generalova, A.N., Petersen, E. V, Nechaev, A. V, Trusova, I.A.,

Landyshev, N., Nadort, A., Grebenik, E.A., Deyev, S.M., Shekhter, A.B., Zvyagin,

A. V Cytotoxicity and non-specific cellular uptake of bare and surface-modified

upconversion nanoparticles in human skin cells.

39. Guo, S., Wu, H., Gao, G., Zhou, X., Zhang, Y. (2012). Control on the formation of

Fe3O4 nanoparticles on chemically reduced graphene oxide surfaces.

CrystEngComm 14: 499-504.

40. Gupta, A.K. Gupta, M. (2005). Synthesis and surface engineering of iron oxide

nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 26: 3995-4021.

41. De Haas, H.J., Arbustini, E., Fuster, V., Kramer, C.M., Narula, J. (2014).

Molecular imaging of the cardiac extracellular matrix. Circ. Res. 114: 903-915.

42. Hahn1950a Spin Echoes.pdf.

43. Tran Hoang Hai, Le Hong Phuc , Le Khanh Vinh , Bui Duc Long , Truong Thuy

Kieu. (2013). Immobilising of anti-HPV18 and E . coli O157 : H7 antibodies on

magnetic silica-coated Fe3O4 for early diagnosis of cervical cancer and diarrhoea

,. IJNT 8 (3-5 ) Paper 208.

44. Hao Zeng, Philip M. Rice, Shan X. Wang, and S.S. (2004). Shape-Controlled

Synthesis and Shape-Induced Texture of MnFe2O4 Nanoparticles. J. AM. CHEM.

SOC. 126: 11458-11459.

45. He, Y.P., Wang, S.Q., Li, C.R., Miao, Y.M., Wu, Z.Y., Zou, B.S. (2005). Synthesis

145

and characterization of functionalized silica-coated Fe 3O4 superparamagnetic

nanocrystals for biological applications. J. Phys. D. Appl. Phys. 38: 1342-1350.

46. Hedayatnasab, Z., Abnisa, F., Wan Daud, W.M.A. (2018). Investigation properties

of superparamagnetic nanoparticles and magnetic field-dependent hyperthermia

therapy. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 334.

47. Hermann, P., Kotek, J., Kubíček, V., Lukeš, I. (2008). Gadolinium(III) complexes

as MRI contrast agents: Ligand design and properties of the complexes. Dalt.

Trans. 9226: 3027-3047.

48. Ho, D., Sun, X., Sun, S. (2011). Monodisperse magnetic nanoparticles for

theranostic applications. Acc. Chem. Res. 44: 875-882.

49. Hola, K., Markova, Z., Zoppellaro, G., Tucek, J., Zboril, R. (2015). Tailored

functionalization of iron oxide nanoparticles for MRI, drug delivery, magnetic

separation and immobilization of biosubstances. Biotechnol. Adv. 33: 1162-1176.

50. Horµk, D., Babic, M., Beneð, M.J. (2007). Review Preparation and properties of

magnetic nano- and microsized particles for biological and environmental

separations.: 1751-1772.

51. Hu, L., Peng, Q., Li, Y. (2008). Selective Synthesis of Co3O4 Nanocrystal with

Different Shape and Crystal.: 16136-16137.

52. Huang, J.-H., Parab, H.J., Liu, R., Lai, T., Hsiao, M., Chen, C., Sheu, H., Chen, J.,

Tsai, D., Hwu, Y. (2008). Investigation of the Growth Mechanism of Iron Oxide

Nanoparticles via a Seed-Mediated Method and Its Cytotoxicity Studies.: 15684-

15690.

53. Huang, M., Khor, E., Lim, L.Y. (2004). Uptake and Cytotoxicity of Chitosan

Molecules and Nanoparticles: Effects of Molecular Weight and Degree of

Deacetylation. Pharm. Res. 21: 344-353.

54. Huang, S.H. Juang, R.S. (2011). Biochemical and biomedical applications of

multifunctional magnetic nanoparticles: A review. J. Nanoparticle Res. 13: 4411-

4430.

55. Iida, H., Takayanagi, K., Nakanishi, T., Osaka, T. (2007). Synthesis of Fe3O4

nanoparticles with various sizes and magnetic properties by controlled hydrolysis.

314: 274-280.

56. Insausti, M., Salado, J., Castellanos, I., Lezama, L., Gil de Muro, I., de la Fuente,

J.M., Garaio, E., Plazaola, F., Rojo, T. (2012). Tailoring biocompatible Fe3O4

nanoparticles for applications to magnetic hyperthermia. 8232: 823210.

57. Jhaveri, K.S. Hosseini-Nik, H. (2015). MRI of rectal cancer: An overview and

update on recent advances. Am. J. Roentgenol. 205: W42-W55.

58. Jie, Z., Ying, X., Nian, B., Wu, C. (2008). Hydrothermal synthesis and self-

assembly of magnetite (Fe3O4 ) nanoparticles with the magnetic and

electrochemical properties. 310: 5453-5457.

59. Khemtong, C., Kessinger, C.W., Gao, J. (2009). Polymeric nanomedicine for

146

cancer MR imaging and drug delivery. Chem. Commun. 7345: 3497-3510.

60. Kim, D., Kim, S.-J., Park, B., Choi, H., Rhee, C., Son, J., Lee, S., Sim, I. (2016).

Characterization of the CoFe2O4@MnFe2O4 Magnetic Particles Using

Differential Phase Contrast in STEM. Microsc. Microanal. 22: 1712-1713.

61. Kumar, S., Kumar, B.S.H., Khushu, S. (2016). Increased transverse relaxivity in

ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles used as MRI contrast

agent for biomedical imaging.

62. Laurent, S., Dutz, S., Häfeli, U.O., Mahmoudi, M. (2011). Magnetic fluid

hyperthermia: Focus on superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Adv.

Colloid Interface Sci. 166: 8-23.

63. Lee, J.H., Huh, Y.M., Jun, Y.W., Seo, J.W., Jang, J.T., Song, H.T., Kim, S., Cho,

E.J., Yoon, H.G., Suh, J.S., Cheon, J. (2007). Artificially engineered magnetic

nanoparticles for ultra-sensitive molecular imaging. Nat. Med. 13: 95-99.

64. Lee, N. Hyeon, T. (2012). Designed synthesis of uniformly sized iron oxide

nanoparticles for efficient magnetic resonance imaging contrast agents. Chem.

Soc. Rev. 41: 2575-2589.

65. Li, F., Zhi, D., Luo, Y., Zhang, J., Nan, X., Zhang, Y., Zhou, W., Qiu, B., Wen, L.,

Liang, G. (2016). Core/shell Fe3O4 /Gd2O3 nanocubes as T 1 -T 2 dual modal MRI

contrast agents. Nanoscale 8: 12826-12833.

66. Li, Q., Kartikowati, C.W., Horie, S., Ogi, T., Iwaki, T., và Okuyama, K. (2017).

Correlation between particle size / domain structure and magnetic properties of

highly crystalline Fe3O4 nanoparticles. Sci. Rep.: 1-4.

67. Li, Y., Chen, J., Li, X., Deng, H., Wang, X., Peng, Q. (2005). Monodisperse

Magnetic Single-Crystal Ferrite Microspheres. Angew. Chemie Int. Ed. 44: 2782-

2785.

68. Liang, J., Li, L., Luo, M., Fang, J., Hu, Y. (2010). Synthesis and properties of

magnetite Fe3O4 via a simple hydrothermal route. 12: 1422-1425.

69. Ling, D. Hyeon, T. (2013). Chemical design of biocompatible iron oxide

nanoparticles for medical applications. Small 9: 1450-1466.

70. Liu, C., Wang, Z., Wang, X., Li, Z. (2011a). Surface modification of hydrophobic

NaYF4:Yb,Er upconversion nanophosphors and their applications for

immunoassay. Sci. China Chem. 54: 1292-1297.

71. Liu, X., Shi, H., Yang, Y., Jia, X., Liang, X. (2011b). Dispersibility, Shape and

Magnetic Properties of Nano-Fe3O4 Particles. Mater. Sci. Appl. 02: 1644-1653.

72. Loutfy, S.A., El-din, H.M.A., Elberry, M., Allam, N.G., Hasanin, M.T.M.,

Abdellah, A.M. (2016). Synthesis , characterization and cytotoxic evaluation of

chitosan nanoparticles : in vitro liver cancer model. Adv. Nat. Sci. Nanosci.

Nanotechnol.: 0.

73. Lu, A.H., Salabas, E.L., và Schüth, F. (2007). Magnetic nanoparticles: Synthesis,

protection, functionalization, and application. Angew. Chemie - Int. Ed. 46: 1222-

147

1244.

74. Lu, L.T., Dung, N.T., Tung, L.D., Thanh, C.T., Quy, O.K., Chuc, N. V.,

Maenosono, S., Thanh, N.T.K. (2015). Synthesis of magnetic cobalt ferrite

nanoparticles with controlled morphology, monodispersity and composition: The

influence of solvent, surfactant, reductant and synthetic conditions. Nanoscale 7:

19596-19610.

75. Lu, L.T., Tung, D., Robinson, I., Ung, D., Tan, B., Long, J., Cooper, I., De, D.G.F.,

Thi, N., Thanh, K. (2008a). Size and shape control for water-soluble magnetic

cobalt nanoparticles using polymer ligands.: 2453-2458.

76. Lu, L.T., Tung, L.D., Long, J., Fernig, D.G., Thanh, N.T.K. (2009). Facile

synthesis of stable, water-soluble magnetic CoPt hollow nanostructures assisted

by multi-thiol ligands. J. Mater. Chem. 19: 6023-6028.

77. Lu, Y., Lu, X., Mayers, B.T., Herricks, T., Xia, Y. (2008b). Synthesis and

characterization of magnetic Co nanoparticles: A comparison study of three

different capping surfactants. J. Solid State Chem. 181: 1530-1538.

78. Luong, N.H., Phu, N.D., Hai, N.H., Thi, N., Thuy, D. (2011). Conference -

IWAMN2009 - Surface Modification of SiO2 -Coated FePt Nanoparticles with

Amino Groups. 9: 536-538.

79. Lyubutin, I.S., Egorova, T.B., Baskakov, A.O., Starchikov, S.S., Davydov, V.A.,

Kulikova, L.F., Agafonov, V.N. (2018). Mechanism of Transformation of

Ferrocene into Carbon-Encapsulated Iron Carbide Nanoparticles at High

Pressures and Temperatures. Inorg. Chem. 57: 14895-14903.

80. Mahmoudi, M., Laurent, S., Shokrgozar, M.A., Hosseinkhani, M. (2011). Toxicity

Evaluations of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles: Cell “Vision”

versus Physicochemical Properties of Nanoparticles. ACS Nano 5: 7263-7276.

81. Maity, D., Choo, S.G., Yi, J., Ding, J., Xue, J.M. (2009). Synthesis of magnetite

nanoparticles via a solvent-free thermal decomposition route. J. Magn. Magn.

Mater. 321: 1256-1259.

82. Malik, M.A., Wani, M.Y., Hashim, M.A. (2012). Microemulsion method: A novel

route to synthesize organic and inorganic nanomaterials. 1st Nano Update. Arab.

J. Chem. 5: 397-417.

83. Maqsood, A., Gul, I.H., Abbasi, A.Z., Amin, F., Anis-ur-Rehman, M. (2006).

Structural, magnetic and electrical properties of Co1−xZnxFe2O4 synthesized by

co-precipitation method. J. Magn. Magn. Mater. 311: 494-499.

84. Meng, X., Seton, H.C., Lu, L.T., Prior, I.A., Thanh, N.T.K., Song, B. (2011).

Magnetic CoPt nanoparticles as MRI contrast agent for transplanted neural stem

cells detection. Nanoscale 3: 977-984.

85. Michalska, M., Florczak, A., Dams-Kozlowska, H., Gapinski, J., Jurga, S., và

Schneider, R. (2016). Peptide-functionalized ZCIS QDs as fluorescent nanoprobe

for targeted HER2-positive breast cancer cells imaging. Acta Biomater. 35: 293-

148

304.

86. Mosmann, T. (1983). Rapid Colorimetric Assay for Cellular Growth and Survival :

Application to Proliferation and Cytotoxicity Assays. 65: 55-63.

87. Nam, P.H., Lu, L.T., Linh, P.H., Manh, D.H., Thanh Tam, L.T., Phuc, N.X., Phong,

P.T., Lee, I.J. (2018). Polymer-coated cobalt ferrite nanoparticles: Synthesis,

characterization, and toxicity for hyperthermia applications. New J. Chem. 42:

14530-14541.

88. Ni, D., Bu, W., Ehlerding, E.B., Cai, W. (2017). Chem Soc Rev Engineering of

inorganic nanoparticles as. Chem. Soc. Rev. 46: 7438-7468.

89. Oanh, V.T.K., Lam, T.D., Thu, V.T., Lu, L.T., Nam, P.H., Tam, L.T., Manh, D.H.,

và Phuc, N.X. (2016). A Novel Route for Preparing Highly Stable Fe3O4 Fluid with

Poly(Acrylic Acid) as Phase Transfer Ligand. J. Electron. Mater. 45: 4010-4017.

90. Oh, M., Lee, K.S., Chung, E.J., Eun, C.K., Bae, J.S., Kim, E.G., Kim, S.J. (2014).

Usefulness of Diffusion-Weighted MRI for Differentiation between Parkinson’s

Disease and Parkinson Variant of Multiple System Atrophy. J. Mov. Disord. 2: 64-

68.

91. Oliveira, A.A.S., Tristão, J.C., Ardisson, J.D., Dias, A., Lago, R.M., Mud, R.

(2011). Applied Catalysis B : Environmental Production of nanostructured

magnetic composites based on Fe0 nuclei coated with carbon nanofibers and

nanotubes from red mud waste and ethanol.Applied Catal. B, Environ. 105: 163-

170.

92. Park, J., An, K., Hwang, Y., Park, J., Noh, H., Kim, J., Park, J., Hwang, N., Hyeon,

T. (2004). monodisperse nanocrystals. 3: 891-895.

93. Park, J., Joo, J., Kwon, S.G., Jang, Y., Hyeon, T. (2007). Synthesis of

Monodisperse Spherical Nanocrystals Angewandte.: 4630-4660.

94. Parkes, L.M., Hodgson, R., Lu, L.T., Tung, L.D., Robinson, I., Fernig, D.G.,

Thanh, N.T.K. (2008). Cobalt nanoparticles as a novel magnetic resonance

contrast agent — relaxivities at 1 . 5 and 3 Tesla.: 1-7.

95. Peng, E., Wang, F., Xue, J.M. (2015). Nanostructured magnetic nanocomposites

as MRI. J. Mater. Chem. B Mater. Biol. Med. 00: 1-36.

96. Peng, Y.K., Tsang, S.C.E., và Chou, P.T. (2016). Chemical design of nanoprobes

for T1-weighted magnetic resonance imaging. Mater. Today 19: 336-348.

97. Petri-Fink, A., Chastellain, M., Juillerat-Jeanneret, L., Ferrari, A., Hofmann, H.

(2005). Development of functionalized superparamagnetic iron oxide

nanoparticles for interaction with human cancer cells. Biomaterials 26: 2685-

2694.

98. Pham, H.N., Pham, T.H.G., Nguyen, D.T., Phan, Q.T., Le, T.T.H., Ha, P.T., Do,

H.M., Hoang, T.M.N., Nguyen, X.P. (2017a). Magnetic inductive heating of

organs of mouse models treated by copolymer coated Fe3O4 nanoparticles. Adv.

Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. 8.

149

99. Pham, H.N., Pham, T.H.G., Nguyen, D.T., Phan, Q.T., Le, T.T.H., Ha, P.T., Do,

H.M., Hoang, T.M.N., Nguyen, X.P. (2017b). Magnetic inductive heating of

organs of mouse models treated by copolymer coated Fe3O4 nanoparticles. Adv.

Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. 8 (2017) 025013 (10pp).

100. Pham, L., Manh, D.H., Thanh, P.P. (2014). Magnetic Properties of Fe3O4

Nanoparticles Synthesized by Coprecipitation Method. Journal of

Superconductivity and Novel Magnetism, 27(9), 2111-2115.

101. Phong, P.C., Hoang, L.H., Chau, N., Phu, N.D., Luong, N.H., Hai, N.H. (2009).

Arsenic removal from water by magnetic Fe 1− x Cox Fe2O4 and Fe1− y NiyFe2O4

nanoparticles . J. Exp. Nanosci. 4: 253-258.

102. Pillai, V. S, D.O. (1996). of mnad gneucm magnetic ~ i materials Synthesis of high-

coercivity cobalt ferrite particles using water-in-oil microemulsions. 163: 243-

248.

103. Reimer, P. (2003). Ferucarbotran (Resovist ): a new clinically approved RES-

specific contrast agent for contrast-enhanced MRI of the liver : properties , clinical

development , and applications.: 1266-1276.

104. Rezayan, A.H., Mosavi, M., Kheirjou, S., Amoabediny, G., Ardestani, M.S.,

Mohammadnejad, J. (2016). Monodisperse magnetite (Fe3O4) nanoparticles

modified with water soluble polymers for the diagnosis of breast cancer by MRI

method. J. Magn. Magn. Mater. 420: 210-217.

105. Rohrer, M., Bauer, H., Mintorovitch, J., Requardt, M., Weinmann, H.J. (2005).

Comparison of magnetic properties of MRI contrast media solutions at different

magnetic field strengths. Invest. Radiol. 40: 715-724.

106. Salunkhe, A.B., Khot, V.M., Ruso, J.M., Patil, S.I. (2016). Water dispersible

superparamagnetic Cobalt iron oxide nanoparticles for magnetic fluid

hyperthermia. J. Magn. Magn. Mater. 419: 533-542.

107. Schmieder, A.H., Caruthers, S.D., Keupp, J., Wickline, S.A., Lanza, G.M. (2015).

Pharmaceutical Engineering — Review Recent Advances in 19 Fluorine Magnetic

Resonance Imaging with Perfl uorocarbon Emulsions. 1: 475-489.

108. Sebastiani, G. và Gilbert, G. (2016). Liver Fibrosis : Review of Current Imaging

and MRI Quantification Techniques.

109. Seo, W.S., Lee, J.H., Sun, X., Suzuki, Y., Mann, D., Liu, Z., Terashima, M., Yang,

P.C., McConnell, M. V., Nishimura, D.G., Dai, H. (2006). FeCo/graphitic-shell

nanocrystals as advanced magnetic-resonance-imaging and near-infrared agents.

Nat. Mater. 5: 971-976.

110. Seo, W.S., Shim, J.H., Oh, S.J., Lee, E.K., Hur, N.H., Park, J.T. (2005). Phase-

and size-controlled synthesis of hexagonal and cubic CoO nanocrystals. J. Am.

Chem. Soc. 127: 6188-6189.

111. Shokrollahi, H. (2013). Contrast agents for MRI. Mater. Sci. Eng. C 33: 4485-

4497.

150

112. Shukla, S., Jadaun, A., Arora, V., Sinha, R.K., Biyani, N., Jain, V.K. (2015). In

vitro toxicity assessment of chitosan oligosaccharide coated iron oxide

nanoparticles. Toxicol. Reports 2: 27-39.

113. Siemann-herzberg, M.F.M., Hobley, T.J., Thomas, O.R.T. (2006). Protein

purification using magnetic adsorbent particles.: 505-516.

114. Singh, A.K., Srivastava, O.N., và Singh, K. (2017). Shape and Size-Dependent

Magnetic Properties of Fe3O4 Nanoparticles Synthesized Using Piperidine.

Nanoscale Res. Lett. 12: 298.

115. Smits, L.P., Zheng, K.H., Nederveen, A.J., Coolen, B.F., Tiessens, F., Stroes, E.S.

(2017). Evaluation of ultrasmall superparamagnetic iron-oxide (USPIO)

enhanced MRI with ferumoxytol to quantify arterial wall inflammation.

Atherosclerosis 263: 211-218.

116. Song, Q., Ding, Y., Wang, Z.L., Zhang, Z.J. (2006). Formation of orientation-

ordered superlattices of magnetite magnetic nanocrystals from shape-segregated

self-assemblies. J. Phys. Chem. B 110: 25547-25550.

117. Srivastava, M., Singh, J., Yashpal, M., Kumar, D., Mishra, R.K., Tripathi, S., Ojha,

A.K. (2012). Synthesis of superparamagnetic bare Fe3O4 nanostructures and core

/ shell (Fe3O4 / alginate ) nanocomposites. Carbohydr. Polym. 89: 821-829.

118. Stephen, Z.R., Kievit, F.M., Zhang, M. (2011). Magnetite nanoparticles for

medical MR imaging. Mater. Today 14: 330-338.

119. Sun, S., Zeng, H., Robinson, D.B., Raoux, S., Rice, P.M., Wang, S.X., Li, G.

(2004). Monodisperse MFe2O4 (M ) Fe , Co , Mn ) Nanoparticles. 4: 126-132.

120. Takahashi, M., Koymen, A., Mohanty, S., Kangasniemi, K., Chaudhary, R. (2017).

Fe Core-Carbon Shell Nanoparticles as Advanced MRI Contrast Enhancer. J.

Funct. Biomater. 8: 46.

121. Taylor, P., Dung, T.T., Danh, T.M., Hoa, L.T.M., Chien, D.M., Duc, N.H.

Structural and magnetic properties of starch-coated magnetite nanoparticles.: 37-

41.

122. Thangavel, K. Saritaş, E.Ü. (2017). Aqueous paramagnetic solutions for MRI

phantoms at 3 T: A detailed study on relaxivities. Turkish J. Electr. Eng. Comput.

Sci. 25: 2108-2121.

123. Thien, T., Phuong, T., Dai, L., Hung, M., Thu, T. (2011). Colloids and Surfaces

A : Physicochemical and Engineering Aspects Design of carboxylated Fe3O4 / poly

(styrene-co-acrylic acid ) ferrofluids with highly efficient magnetic heating effect.

Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 384: 23-30.

124. Thoeny, H.C. Ross, B.D. (2010). Predicting and monitoring cancer treatment

response with diffusion-weighted MRI. J. Magn. Reson. Imaging 32: 2-16.

125. Thu, T., Mai, T., Ha, P.T., Pham, H.N. (2012). Chitosan and O-carboxymethyl

chitosan modified Fe3O4 for hyperthermic treatment. 015006.

126. Tuan, M.A. Hai, N.H. (2009). DNA enrichment by functionalized magnetic

151

nanoparticles for on-site and fast detection of virus in biomedical application. J.

Phys. Conf. Ser. 187: 4-10.

127. Vichai, V. Kirtikara, K. (2006). Sulforhodamine B colorimetric assay for

cytotoxicity screening. 1: 1112-1116.

128. Vreeland, E.C. và c.s. (2015). Enhanced Nanoparticle Size Control by Extending

LaMer ’ s Mechanism.

129. Vuong, T.K.O., Tran, D.L., Le, T.L., Pham, D.V., Pham, H.N., Ngo, T.H. Le, Do,

H.M., Nguyen, X.P. (2015). Synthesis of high-magnetization and monodisperse

Fe3O4nanoparticles via thermal decomposition. Mater. Chem. Phys. 163: 537-544.

130. Wang, C., Peng, S., Lacroix, L., Sun, S. (2009). Synthesis of High Magnetic

Moment CoFe Nanoparticles via Interfacial Diffusion in Core / Shell Structured

Co / Fe Nanoparticles.: 380-385.

131. Wang, G., Gao, W., Zhang, X., Mei, X. (2016). Au Nanocage Functionalized with

Ultra-small Fe3O4Nanoparticles for Targeting T1-T2Dual MRI and CT Imaging of

Tumor. Sci. Rep. 6: 1-10.

132. Wang, J., Chen, Q., Hou, B., Peng, Z. (2004a). Synthesis and Magnetic Properties

of Single-Crystals of MnFe2O4 Nanorods. Eur. J. Inorg. Chem. 2004: 1165-1168.

133. Wang, J., Sun, J., Sun, Q., Chen, Q. (2003). One-step hydrothermal process to

prepare highly crystalline Fe3O4nanoparticles with improved magnetic properties.

Mater. Res. Bull. 38: 1113-1118.

134. Wang, J., Zeng, C., Peng, Z., Chen, Q. (2004b). Synthesis and magnetic properties

of Zn1-xMnxFe2O4 nanoparticles. Phys. B Condens. Matter 349: 124-128.

135. Wang, Y.-X.J. (2011). Superparamagnetic iron oxide based MRI contrast agents:

Current status of clinical application. Quant Imaging Med Surg 1: 35-44.

136. Wang, Y.J. (2015). Current status of superparamagnetic iron oxide contrast

agents for liver magnetic resonance imaging. 21: 13400-13402.

137. Wei, H., Insin, N., Lee, J., Han, H., Cordero, J.M., Liu, W., Bawendi, M.G. (2012).

Compact Zwitterion-Coated Iron Oxide Nanoparticles for Biological

Applications.: 20-23.

138. Weis, C. (2014). Labeling of cancer cells with magnetic nanoparticles for magnetic

resonance imaging. Magn. Reson. Med. 71: 1896-1905.

139. Weller, D., Moser, A., Folks, L., Best, M.E., Lee, W., Toney, M.F., Schwickert,

M., Thiele, J., và Doerner, M.F. (2000). High K u Materials Approach to 100 Gbits

/ in 2.

140. Wu, S.H., Lin, C.Y., Hung, Y., Chen, W., Chang, C., Mou, C.Y. (2011). PEGylated

silica nanoparticles encapsulating multiple magnetite nanocrystals for high-

performance microscopic magnetic resonance angiography. J. Biomed. Mater.

Res. - Part B Appl. Biomater. 99 B: 81-88.

141. Wu, W., He, Q., Jiang, C. (2008). Magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis

and surface functionalization strategies. Nanoscale Res. Lett. 3: 397-415.

152

142. Xiao, L., Zhou, T., Meng, J. (2009). Hydrothermal synthesis of Mn-Zn ferrites from

spent alkaline Zn-Mn batteries. Particuology 7: 491-495.

143. Xie, B.J., Xu, C., Kohler, N., Hou, Y., Sun, S. (2007a). Controlled PEGylation of

Monodisperse Fe3O4 Nanoparticles for Reduced Non-Specific Uptake by

Macrophage Cells: 3163-3166.

144. Xie, J., Xu, C., Kohler, N., Hou, Y., Sun, S. (2007b). Controlled PEGylation of

monodisperse Fe3O4 nanoparticles for reduced non-specific uptake by

macrophage cells. Adv. Mater. 19: 3163-3166.

145. Xu, C., Mu, L., Roes, I., Miranda-Nieves, D., Nahrendorf, M., Ankrum, J.A., Zhao,

W., Karp, J.M. (2011a). Nanoparticle-based monitoring of cell therapy.

Nanotechnology 22.

146. Xu, S.T., Ma, Y.Q., Zheng, G.H., Dai, Z.X. (2015). Simultaneous effects of surface

spins: Rarely large coercivity, high remanence magnetization and jumps in the

hysteresis loops observed in CoFe2O4 nanoparticles. Nanoscale 7: 6520-6526.

147. Xu, Y., Qin, Y., Palchoudhury, S., Bao, Y. (2011b). Water-Soluble Iron Oxide

Nanoparticles with High Stability and Selective Surface Functionality.: 8990-

8997.

148. Xu, Z., Shen, C., Hou, Y., Gao, H., Sun, S. (2009). Oleylamine as both reducing

agent and stabilizer in a facile synthesis of magnetite nanoparticles. Chem. Mater.

21: 1778-1780.

149. Yan, A., Liu, X., Qiu, G., Wu, H. (2008). Solvothermal synthesis and

characterization of size-controlled Fe3O4 nanoparticles. 458: 487-491.

150. Yang, H., Ogawa, T., Hasegawa, D., Takahashi, M. Synthesis and magnetic

properties of monodisperse magnetite nanocubes.: 1-4.

151. Yang, H., Ogawa, T., Hasegawa, D., Takahashi, M. (2008). Synthesis and magnetic

properties of monodisperse magnetite nanocubes. J. Appl. Phys. 103: 1-4.

152. Yang, M., Gao, L., Liu, K., Luo, C., Wang, Y., Yu, L., Peng, H., Zhang, W. (2015).

Characterization of Fe3O4/SiO2/Gd2O(CO3)2core/shell/shell nanoparticles as T1

and T2 dual mode MRI contrast agent. Talanta 131: 661-665.

153. Ye, F., Zhao, Y., El-sayed, R., Muhammed, M. (2018). Nano Today Advances in

nanotechnology for cancer biomarkers. Nano Today 18: 103-123.

154. You, J., Shi, M., Dong, L., Xu, K. (2018). T 1 - T 2 molecular magnetic resonance

imaging of renal carcinoma cells based on nano-contrast agents.: 4607-4625.

155. Zeng, C., Tian, J., Shang, W., Liang, X., Chen, Q., Liang, X., Fang, C., Yang, J.,

Wang, K., Chi, C. (2017). Theranostic imaging of liver cancer using targeted

optical/MRI dual-modal probes. Oncotarget 8: 32741-32751.

156. Zhai, J., Scoble, J.A., Li, N., Lovrecz, G., Waddington, L.J., Tran, N., Muir, B.W.,

Coia, G., Kirby, N., Drummond, C.J., Mulet, X. (2015). Epidermal growth factor

receptor-targeted lipid nanoparticles retain self-assembled nanostructures and

provide high specificity. Nanoscale 7: 2905-2913.

153

157. Zhang, L., He, R., Gu, H.C. (2006). Oleic acid coating on the monodisperse

magnetite nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 253: 2611-2617.

158. Zhang, T., Ge, J., Hu, Y., Yin, Y. (2007). A general approach for transferring

hydrophobic nanocrystals into water. Nano Lett. 7: 3203-3207.

159. Zhang, W., Xu, C., Yin, G.-Q., Zhang, X.-E., Wang, Q., Li, F. (2017).

Encapsulation of Inorganic Nanomaterials inside Virus-Based Nanoparticles for

Bioimaging. Nanotheranostics 1: 358-368.

160. Zhang, X., Niu, H., Pan, Y., Shi, Y., Cai, Y. (2010). Magnetite Nanoparticles :

Preparation and Application in Extraction of Trace Pollutants from Environmental

Water Samples. 82: 2363-2371.

161. Zhang, Z. Feng, S.S. (2006). Nanoparticles of poly(lactide)/vitamin E TPGS

copolymer for cancer chemotherapy: Synthesis, formulation, characterization and

in vitro drug release. Biomaterials 27: 262-270.

162. Zhu, D., Liu, F., Ma, L., Liu, D., Wang, Z. (2013). Nanoparticle-based systems for

T1-weighted magnetic resonance imaging contrast agents. Int. J. Mol. Sci. 14:

10591-10607.

163. Zhu, H., Zhang, L., Liu, Y., Zhou, Y., Wang, K., Xie, X., Song, L., Wang, D., Han,

C., Chen, Q. (2016). Aptamer-PEG-modified Fe3O4@Mn as a novel T1-and T2-

dual-model MRI contrast agent targeting hypoxia-induced cancer stem cells. Sci.

Rep. 6: 1-12.

164. M.I. Ltd, (April 2013). Zetasizer nano user manual.

Documents

KHOA VÀ CÔNGgust.edu.vn/media/26/uftai-ve-tai-day26803.pdf · làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật.....123 5.2.2. Thử nghiệm