Luận án Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền Oxit sắt siêu thuận từ định hướng ứng dụng chụp ảnh cộng hưởng từ MRI

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 .753.1. 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

pdf170 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 433 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án 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 xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
g 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 u j 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 j j i jj jY b x b x x bb x = = = =     = − + + + +          → min Tức là phải thoả mãn điều kiện: 0 jb  =  với j= 0,k 0 ujb  =  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 z x 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 Z Z + = Zjmax: mức cao của biến Zj Zjmin: mức thấp của biến Zj 60 2 max min j j j Z Z Z − = Điểm có toạ độ (z1o, z2o, , 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 z x 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 b t s = Sbj độ lệch tiêu chuẩn của hệ số bj, được tính như sau: 1 2 2 ll b Nj i ij S S x = =  Sll2: là phương sai lặp được tính theo công thức: 2 2 0 1 1 1 m l i l oi ys m 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 1 o m i iY yi m = = = 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 F s s = Phương sai dư: 2 1 N i i i du y Y s N 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 cos r    = (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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_che_tao_chat_long_tu_tren_nen_oxit_sat_si.pdf
Tài liệu liên quan