Luận văn Nghiên cứu tổng hợp và biến tính nano silica cấu trúc rỗng với pluronic, định hướng ứng dụng mang thuốc chống ung thư

h ngưng tụ sẽ diễn ra theo hai hướng: - Ngưng tụ nước: -Si-OH + -Si-OH - Ngưng tụ alcol: -Si-OH + -Si-OR Hình 1.11 và 1.12 biểu diễn quá trình ngưng tụ nước và alcol để hình thành nanosilica. Hình 1.11. Quá trình trùng ngưng nước 17 Hình 1.12. Quá trình trùng ngưng alcol Với nhiều điều kiện, sự ngưng tụ có thể bắt đầu trước khi sự thủy phân hoàn tất. Điều kiện như pH, tỉ lệ mol H2O/Si và chất xúc tác có thể làm cho sự thủy phân kết thúc trước khi sự ngưng tụ bắt đầu. Do alkoxide và nước không tan vào nhau, một dung môi trung gian là ancol được dùng như một tác nhân đồng hóa để phản ứng thủy phân xảy ra. Phản ứng ngưng tụ xảy ra sau khi sự polymer hóa vô cơ để tạo ra các hạt SiO2, quá trình này phụ thuộc nhiều vào pH. Vì vậy, điều kiện acid dẫn đến hình thành nhiều lỗ xốp (kích thước lỗ < 2 nm) và điều kiện base sẽ hình thành gel có nhiều lỗ xốp (2 nm < kích thước lỗ < 50 nm). 1.4. PLURONIC F127 Pluronic là polymer nhạy nhiệt và có tính tương hợp sinh học được FDA (Food and Drug Administration) chứng nhận và cho phép sử dụng rộng rãi. Về mặt công thức hoá học, pluronic còn được gọi là poly(ethylene oxide)–poly(propylene oxide)–poly(ethylene oxide) hay gọi tắt là PEO-PPO- PEO có cấu trúc đặc biệt với hai nhóm ưa nước ở ngoài, còn ở giữa là nhóm kỵ nước và nhóm này cũng là thành phần nhạy nhiệt của pluronic. Pluronic được sử dụng trong nghiên cứu có ký hiệu F127 (Poloxamer 407) ở dạng rắn, số nhóm EO ưa nước (x = 95 – 105), số nhóm PO kỵ nước (y = 54 – 60) và khối lượng phân tử khoảng Mw = 9840 – 14600 Da. Hình 1.13. Cấu trúc của phân tử Pluronic 18 1.4.1. Tính chất của pluronic Tất cả các pluronic đều có cấu tạo hóa học giống nhau, chỉ khác nhau ở số lượng tương đối của poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide), chính vì thế mà tính chất, trọng lượng phân tử cũng như đặc tính hoạt động bề mặt của mỗi loại là rất khác nhau. Trong đó, hầu hết các pluronic là các chất rắn có khả năng tan trong nước và chúng hòa tan trong nước lạnh nhiều hơn trong nước nóng, đó là kết quả của việc gia tăng sự solvat hóa và liên kết hydro ở nhiệt độ thấp. Bởi nhiệt độ thấp sẽ tồn tại một lớp hydrat hóa bao quanh các phân tử pluronic trong dung dịch nước, làm phân tán chúng và kết quả là các pluronic được hòa tan vào trong nước. Khi nhiệt độ nâng lên các chuỗi ưa nước của pluronic không solvat hóa nữa do sự đứt gãy các liên kết hydro đã được thiết lập giữa dung môi và các chuỗi này, do đó mà pluronic không tan tốt trong nước có nhiệt độ cao (> 20oC). Pluronic có tính chất rất đặc trưng là biến đổi trạng thái bởi nhiệt độ. Khi ở nhiệt độ thấp (0 – 4oC), dung dịch pluronic với một nồng độ thích hợp sẽ tồn tại ở trạng thái lỏng, nhưng khi tăng nhiệt độ lên nhiệt độ phòng (20 – 25oC) thì lại chuyển sang dạng gel rắn. Nhiệt độ tạo gel là nhiệt độ tới hạn, khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn thì dung dịch polymer đông lại thành gel. Nguyên nhân do nhóm PEO ưa nước còn PPO thì kỵ nước nên khi nâng nhiệt độ lên nó tạo thành dạng micell với nhân là PPO và lớp vỏ ngoài là PEO. Việc tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến sự cắt đứt các liên kết trên mạch PPO và xảy ra quá trình loại nước tại vùng chứa các nhóm kỵ nước, kết quả là các nhóm PPO có xu hướng mất nước tạo thành lõi với vỏ bên ngoài là chuỗi PEO ngậm nước hợp thành hình cầu micell bền nhiệt động polymer và gel được hình thành. 19 Hình 1.14. Sự tạo micell của Pluronic Sự kết hợp của các loại thuốc kém tan vào trong các hạt mixen pluronic có thể làm tăng khả năng hòa tan và tăng sự ổn định của thuốc, có thể cải thiện được dược tính của thuốc và tăng sự phân tán sinh học. Hình 1.15. Cấu trúc lõi vỏ của Pluronic 20 1.4.2. Ứng dụng của pluronic Pluronic được dùng để che phủ vết thương, bỏng mô mềm để góp phần tăng cường quá trình chữa lành vết thương thông qua quá trình kích thích các tế bào tại vùng mô tổn thương trong cơ thể tăng cường sản sinh các nhân tố phát triển mạch máu và thúc đẩy phát triển nguyên bào sợi. Đồng thời với tính chất chuyển pha theo nhiệt độ của pluronic, các dung dịch pluronic có thể được tiêm vào các vị trí cần tái tạo phục hồi mô sụn. Ngoài ra, pluronic còn là chất hoạt động bề mặt được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp như tẩy rửa, tạo bọt bền, nhũ hoá, dầu bôi trơn, mỹ phẩm, mực và một số ứng dụng đặc biệt như trong dược phẩm [25]. Hình 1.16. Cơ chế nang hóa thuốc trong cấu trúc các loại chất mang nano PAMAM-Pluronic 1.5. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.5.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Năm 2004, Kaul và Amiji đã phát triển và xác định đặc tính về thời gian tồn tại trong hệ thống tuần hoàn của gelatin đã biến đổi nhờ PEG. Hạt nano PEG – gelatin có khả năng phân hủy giảm trong sự hiện diện của enzym phân cắt dựa vào lực đẩy trong không gian. Các hạt PEG-Gelatin tạo thành có kích thước trung bình là 300nm [33]. 21 Năm 2008, Jian-Feng Chen et al. đã công bố nghiên cứu về việc tổng hợp và khảo sát tính chất của hạt nano silica cấu trúc rỗng trong việc dẫn truyền thuốc. Trong nghiên cứu này hạt nano silica được tổng hợp bằng cách ngưng tụ natri silicate trên bề mặt hạt nano canxi carbonate ở pH từ 9-10, hỗn hợp được khuấy trong vòng 2 giờ sau đó nung ở 7000C, cuối cùng xử lý hạt bằng HCl để tạo ra lỗ rỗng. Sau khi tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng, nghiên cứu tiến hành khảo sát mang thuốc Cefradine. Thuốc được đưa vào hạt bằng môi trường nước, sau đó tiến hành đông khô sẽ thu được hạt mang thuốc. Hình bên dưới, đây là quá trình load thuốc cơ bản của vật liệu silica [34]. Sơ đồ 1.2. Tổng hợp HMSN Sơ đồ 1.1. Tổng hợp HMSN-PEG-Gelatin 22 Năm 2008, Rajv Kumar và cộng sự đã tiến hành khảo sát khả năng mang Rhodamine-B, bằng cách biến tính bề mặt các hạt nano silica. Đầu tiên, Rhodamine-B được gắn vào tác nhân silane 3-aminopropyltriethoxysilane, sau đó sản phẩm được ngưng tụ bằng các silane khác để tạo ra các cầu nối –SH, - NH2, COOH, và tiến hành khảo sát độ độc đối với tế bào. Qua nghiên cứu này cho thấy khả năng mang thuốc tốt của nano silica với Rhotamine-B cụ thể là 52%, và hoàn toàn không gây độc tế bào. Nghiên cứu còn cho thấy có thể tạo ra được các nhóm hướng đích tốt nhờ các tác nhân cơ silane [35]. Năm 2009, Timo Lebold và cộng sự đã báo cáo nghiên cứu về ứng dụng của nano silica trong việc mang thuốc DOX. Trong nghiên cứu này nhóm tác giả dùng nano silica cấu trúc xốp, nhờ cấu trúc này để chứa DOX, khảo sát quá trình phóng thích thuốc bằng phương pháp UV-VIS [36]. Năm 2011, Xiaoliang Fang và các cộng sự đã tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB để tạo lớp vỏ có cấu trúc mao quản và ăn mòn trực tiếp lõi rắn bên trong bằng môi trường kiềm đề tạo lỗ bên trong. Các giai đoạn tổng hợp bao gồm: - Tổng hợp lõi rắn bên trong theo phương pháp Stober kí hiệu sSiO2. - Phủ lớp vỏ có các lỗ rỗng giống nhau bởi CTAB (HMSS-W): Phân tán hạt rắn sSiO2 trong nước bằng cách dùng siêu âm khoảng 15 phút, sau đó thêm CTAB vào, tiếp đến là dung dịch Na2CO3. Phản ứng được thực hiện tại 35oC trong 24 giờ. - Phủ lớp vỏ cấu trúc mao quản (sSiO2@CTAB/SiO2): Sau khi ly tâm, dung dịch trên được phân tán lại trong nước và môi trường ethanol, NH3, CTAB và tiền chất TEOS. Dung dịch được khuấy 6 giờ tại nhiệt độ phòng. - Tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng (HMSS-O): Phân tán dung dịch sSiO2@CTAB/SiO2 trong nước, sau đó sử dụng dung dịch Na2CO3 để ăn mòn lõi rắn sSiO2 tại 50oC trong 10 giờ. Sản phẩm được ly tâm và rửa bằng ethanol, nước. - Tổng hợp sSiO2@mSiO2: Mẫu HMSS-O được loại bỏ chất hoạt động bề mặt CTAB bằng cách nung tại 550oC trong 6 giờ hoặc chiết trong acetone 23 và hoàn lưu tại 80oC trong 48 giờ. Tuy nhóm đã tổng hợp thành công nhưng quá trình tổng hợp mất nhiều thời gian do phải trải qua nhiều giai đoạn tổng hợp khác nhau và kích thước hạt tạo thành khá lớn (> 200 nm) [10]. Sơ đồ 1.3. Tổng hợp HMSN-W Năm 2011, Tingting Wang và cộng sự đã tổng hợp thành công nano silica rỗng với kích thước < 100 nm. Do đó vật liệu có khả năng mang thuốc một cách hiệu quả và duy trì sự phóng thích thuốc tại các điểm hướng đích. Sau đó vật liệu được chức hóa bề mặt với polyethylene glycol (PEG) để ngăn chặn sự hấp thu không chọn lọc của protein, tăng cường sự lưu thông trong máu và ổn định trong điều kiện sinh lý trong cơ thể. Nanocages PEGylated HMS đã được sử dụng để mang thuốc chống ung thư doxorubicin (DOX) như là phương tiện hiệu quả trong điều trị ung thư gan [37]. Tuy nhiên vật liệu được tổng hợp có dạng khối và lõi rắn được sử dụng là nano PbS, tiền chất sử dụng là Pb(Ac)2 và dùng dung dịch acid HNO3 để ăn mòn lõi rắn, điều này sẽ ảnh hưởng đến tính chất vật liệu rất lớn nếu tinh chế mẫu không sạch và Pb(Ac)2 sử dụng ảnh hưởng đến môi trường. 24 Sơ đồ 1.4. Tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng dạng khối và mang thuốc Doxorubicin Năm 2011, Ziwei Denga và cộng sự đã tạo được hạt SiO2 HNPs đơn phân sau đó được gắn chitosan lên trên bề mặt bằng sử dụng (3- Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane như là tác nhân liên kết, trong đó polysaccharide-chitosan đóng vai trò là lớp nhạy pH. Thuốc điều trị ung thư TNF-α được mang trên CS-SiO2 HNPs, kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu quả mang thuốc đến tế bào ung thư cao, kết hợp khả năng phóng thích thuốc ở pH thấp phù hợp với ứng dụng chữa trị bệnh ung thư [38]. Năm 2012, Zheng và các cộng sự [39] đã nghiên cứu tổng hợp hạt nano silica có phủ các tấm nano Paladium hỗ trợ cho việc hóa trị và xạ trị các tế bào ung thư. Nghiên cứu đã tạo ra hạt silica với kích thướng khoảng 170 nm với độ dày 20 nm. Sau khi biến tính bề mặt, hạt được nạp thuốc và gắn lên các tấm Paladium, sau đó được nghiên cứu khả năng phân rã thuốc, khả năng hấp thụ tia NIR để tiêu diệt tế bào ung thư. - Tổng hợp HMSS tạo lõi silica. - Gắn các nhóm –NH2 bằng cách biến tính bề mặt với APTES. - Tổng hợp Hexagonal Pd Nanosheet. - Gắn các Pd nano sheet lên lõi silica. - Gắn thuốc vào và bắt đầu quá trình phân rã thuốc. 25 Sơ đồ 1.5. Tổng hợp HMSS-NH2/Dox@Pd Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng phân giải thuốc Dox với hạt silica có gắn Pd sẽ tỉ lệ nghịch với độ pH, khả năng phân giải nhanh khi pH giảm, theo đó 60% thuốc Dox phân giải khi pH tại 4,0. Tuy nhiên, với sự có mặt của Pd giúp ích rất nhiều cho việc phân giải thuốc, theo kết quả cho thấy khi có gắn các tấm nano sheet Pd trên bề mặt silica, với chu kì chiếu tia NIR 5 phút 1 lần thì khả năng phân giải thuốc Dox tăng từ 14,5% đến 39% và với 8 giờ thực hiện chiếu tia NIR như thế thì trong vòng 8 giờ, thuốc Dox sẽ phân giải 75,4 % ở pH =5,0. Các số liệu đã chứng minh được rằng sự kết hợp Pd/silica nanoparticle có vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền thuốc và hỗ trợ rất nhiều trong việc xạ trị bệnh ung thư. Năm 2014, Cheng và cộng sự [40] đã tổng hợp được hạt nano cấu trúc rỗng chứa bạc và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của nó. Sử dụng quy trình của “Catonic Surfactant assisted etching” để tổng hợp HMAS, sau đó thay thế ion Na bằng Ag thông qua phương pháp trao đổi ion. Khả năng kháng khuẩn được nghiên cứu trên vi khuẩn Ecoli và khuẩn Bacillus. - Tổng hợp sSiO2 thông qua phương pháp Stober. - Phủ lớp vỏ bên ngoài tạo thành -HMSA-CTAB. - Loại bỏ lớp CTAB. - Thay thế ion Na ion Ag. 26 Năm 2015, Xuezhong Du và cộng sự [7] đã nghiên cứu khả năng nhả thuốc của vật liệu nano cấu trúc rỗng có gắn ZnO với sự ảnh hưởng của pH và tác nhân xúc tác. Theo đó, vật liệu ZnO QDs – HMSS sẽ được tổng hợp và cho thuốc vào, sau đó sẽ được khảo sát quá trình nhả thuốc theo từng mức pH khác nhau, và được khảo sát với sự có mặt của GSH hay DTT. Quy trình như sau: - Tổng hợp lõi rắn sSiO2 và sau đó tổng hợp HMSS. - Chức năng hóa bề mặt HMSS bằng APTMS thành HMSS12-S-S- COOH. - Tổng hợp ZnO QDs và biến tính ZnO QDs bằng APTMS. - Thuốc sẽ được đưa vào HMSS12-S-S-COOH và được gắn ZnO. - Vật liệu được khảo sát sự phóng thích thuốc theo pH và sự có mặt của GSH-DTT. Kết quả nghiên cứu khi sử dụng thêm mẫu vật liệu không được gắn ZnO cho thấy khả năng nhã thuốc của mẫu so sánh không thể kiểm soát được, phần trăm nhã thuốc không có tính chọn lọc theo pH trong khi vật liệu có ZnO QDs có thể kiểm soát lượng thuốc ít hay nhiều tùy theo sự điều chỉnh pH. Năm 2015, Xu Teng và cộng sự đã chế tạo thành công hạt nano HMSN bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản và tiến hành chức hóa bề mặt với PEG, sau đó thử nghiệm mang và phóng thích thuốc Doxorubicin (DOX). Kết quả cho thấy hiệu quả cao của hạt HMSN-PEG so với các hạt MNS về khả năng chứa thuốc, tính tương thích sinh học trong ứng dụng dẫn truyền thuốc. Tuy nhiên, theo kết quả TEM cho thấy hạt nano silica rỗng tạo thành có kích thước lớn, các hạt dính nhau và kích thước không đều [24]. Sơ đồ 1.6. Tổng hợp HMSN-PEG 27 Năm 2016, Siling Wang và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng ứng dụng mang thuốc và kiểm soát thuốc phóng thích. Theo đó, hạt nano silica được tổng hợp từ tiền chất TEOS, sau khi hạt được tổng hợp sẽ được biến tính bề mặt bằng cách gắn các nhóm chức -NH2, -COOH lên trên bề mặt của các hạt. Vật liệu được đánh giá bằng các phương pháp: chụp TEM, đo phổ FTIR, đo diện tích bề mặt, thế zeta, XRD,...Hạt nano tạo thành được mang đi khảo sát ứng dụng hấp phụ methylene blue. Kết quả cho thấy, hạt nano silica tổng hợp được có kích thước khoảng 1100 nm, với kích thước lõi rắn là 530 nm, diện tích bề mặt của vật liệu được xác định là khoảng 1419 m2/g [41] . Hình 1.17. Tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng với lõi rắn bằng vàng Năm 2017, Li, Yanhua và các cộng sự đã tiến hành tổng hợp hệ nano silica cấu trúc rỗng, thông qua phương pháp sol gel và ăn mòn lõi trên mầm nano vàng. → Khả năng mang thuốc của hệ tăng khi giảm độ dày lớp vỏ silica. Hệ phóng thích thuốc nhanh do không được gắn “nắp” bên ngoài [42]. Sơ đồ 1.7. Tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng với lõi rắn bằng vàng 28 Năm 2017, Qinfu Zhao và cộng sự [43] tiến hành tổng hợp các hạt nano CDPEI tích điện dương trên các lỗ hở của HMSN thông qua các liên kết disulfide, sau đó được nạp DOX và ghép với axit hyaluronic (HA) để tạo thành hệ DOX/HMSN-SS-CDPEI@HA. Kết quả cho thấy khả năng mang thuốc hiệu quả của DOX/HMSN-SS-CDPEI@HA là 30,5%, lớn hơn đáng kể so với DOX được tải trong PNS (12,5%). Hiện tượng này được cho là do diện tích bề mặt riêng cao, cấu trúc xốp, và đặc biệt là cấu trúc rỗng của HMSN. Sơ đồ 1.8. Tổng hợp DOX/HMSN-SS-CDPEI@HA Năm 2017, Yuanyuan Zhang và cộng sự tổng hợp các hạt HMSN, sau đó nang hóa Dox và tiến hành đóng gói bằng liên kết với disulfide β- cyclodextrin với thuốc nhuộm indocyanine chức năng hóa adamantane, cho thấy cải thiện hiệu quả chống ung thư thông qua liệu pháp quang nhiệt kết hợp [44]. Sơ đồ 1.9. Tổng hợp HMSN-Dye@Dox 29 Năm 2018, Lin Huang và cộng sự [45]: Trong nghiên cứu này, một hệ thống phân phối thuốc mới (HMSNs-SS-HA) được phát triển để mang thuốc chống ung thư doxorubicin (DOX) cho các tế bào khối u được nhắm mục tiêu bằng cách sử dụng các liên kết disulfide như các liên kết nhạy oxi hóa khử và các phân tử axit hyaluronic (HA) vừa có tác dụng đóng gói thuốc và là tác nhân nhắm mục tiêu. HMSN phân tán tốt được tổng hợp với kích thước khoảng 100 nm. Các thí nghiệm giải phóng thuốc in vitro cho thấy release thuốc của HMSNs-SS-HA/DOX bền với enzyme và tính nhạy oxi hóa khử kép. Ngoài ra, một loạt các đánh giá sinh học chỉ ra rằng các HMSNs-SS-HA được tải DOX này có thể nhắm mục tiêu chính xác các tế bào ung thư biểu mô tuyến vú (4T1) ở chuột để gây ra apoptosis tế bào trong ống nghiệm và ngăn chặn sự phát triển khối u trong cơ thể. Những kết quả này đã chứng minh rằng HMSNsSS-HA được tải DOX phù hợp như một hệ thống nano phân phối thuốc tiềm năng và hiệu quả trong điều trị ung thư. Mojgan Nejabat và cộng sự (2018) [46]: Để cung cấp thuốc hiệu quả và giảm thiểu các tác dụng phụ liên quan, cấu trúc nano lai nhắm mục tiêu dựa trên các hạt nano silica rỗng (HMSNs) đã được chế tạo. Giải phóng thuốc được kiểm soát, duy trì và tăng cường máu lưu thông, Dox được nang hóa bởi HMSNs được đóng gói bằng cách phủ acetyl hóa carboxymethyl cellulose (Ac- CMC), sau đó liên kết cộng hóa trị với aptamer AS1411 để phân phối thuốc đến các tế bào ung thư. Các nghiên cứu hấp thu tế bào in vitro và gây độc tế bào đã xác nhận rằng aptamer AS1411 đặc biệt nhắm mục tiêu nucleolin MCF- 7 và tế bào C26. Hơn nữa, tác dụng ức chế khối u in vivo của công thức kết hợp aptamer AS1411 đã chứng minh hiệu quả điều trị vượt trội so với công thức không nhắm mục tiêu và Dox tự do. 30 Sơ đồ 1.10. Tổng hợp HMSN-acetylate CMC Năm 2019, Mei Shao và cộng sự [47]: Hệ methoxypolyetylen glycol amine (mPEG-NH2) chức năng hóa Polydopamine (PDA) phủ trên các hạt nano silica rỗng (HMSNs-PDA-PEG) được phát triển với nhạy pH. Sau đó nang hóa Dox và quercetin (QUR) để đảo ngược tình trạng đa kháng thuốc (MDR) và cải thiện hiệu ứng chống ung thư trên Taxol (TAX) và dòng tế bào ung thư đại trực tràng kháng nhân đôi DOX HCT-8 (tế bào HCT-8 /TAX). Các đánh giá sinh học đã chứng minh rằng HMSNs-PDA-PEG@QD thể hiện khả năng vượt trội về MDR so với DOX tự do và HMSNsPDA- PEG@DOX. Kết hợp lại với nhau, những kết quả này cho thấy HMSNs-PDA- PEG@QD là thích hợp như một hệ thống nano phân phối thuốc tiềm năng và hiệu quả để vượt qua đa kháng thuốc. 31 Sơ đồ 1.11. Tổng hợp HMSNs-PDA-PEG@QD 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Nguyễn Đại Hải tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về nano silica (nano silica cấu trúc mao quản) ứng dụng mang thuốc như: Tổng hợp nano silica xốp cho hệ dẫn truyền thuốc, điều chế và xác định đặc tính của hạt nano silica phủ chitosan-PEG [48], nano silica biến tính với Hydrazin (hệ - nhạy pH) [49], Heparin-PEG (hệ chất mang nhạy oxi hóa – khử) cho hệ dẫn truyền thuốc có kiểm soát [50] Đây cũng là nhóm duy nhất tại Việt Nam về lĩnh vực tổng hợp tổng nano silica mang thuốc. Hiện nay, nhóm bắt đầu nghiên cứu về nano silica cấu trúc rỗng ứng dụng mang thuốc. 32 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 2.1.1. Dụng cụ Bảng 2.1. Dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm  Cốc 100, 250, 1000 ml  Cá từ  Bình cầu 3 cổ 250 ml  Micropipet 100 μl, 1ml, 5 ml, 10 ml  Bình cầu 250, 500 ml  Màng cellulose 12-14 kDa.  Ống đong 100 ml, 1000 ml 2.1.2. Hóa chất Bảng 2.2. Hóa chất sử dụng trong thí nghiệm STT Tên hóa chất Xuất xứ 1 Ammonia solution (25%) Merck 2 Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) Merck 3 Doxorubicin (DOX) Sigma 4 Ethanol tinh khiết Sharlau 5 Ethanol tuyệt đối Việt Nam 6 Nước deion Việt Nam 7 Sodium carbonate Merck 8 Tetraethyl orthosilicate (TEOS) Sigma 9 Acid Acetic Fisher 10 (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) Sigma 11 Ninhydrin Sigma 12 p-nitrophenyl chloroformate (NPC) Sigma 13 Tetra hydrofuran (THF) Fisher 14 Pluronic F127 Sigma 15 3-amino-1-propanol – Acros organics Sigma 16 Diethyl ether Fisher 17 Dimetyl sunfoxide (DMSO) Fisher 33 2.1.3. Thiết bị Bảng 2.3. Danh sách các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm STT Tên thiết bị Xuất xứ 1 Máy khuấy từ gia nhiệt IKA Ý 2 Cân điện tử 4 số Pioneer Mỹ 3 Cân điện tử 5 số Pioneer Mỹ 4 Máy cô quay BUCHI Nhật Bản 5 Máy đông khô EYELA Nhật Bản 6 Máy ly tâm Hermle Đức 7 Máy đo kích thước hạt DLS Horiba SZ-100 Horiba Nhật Bản 8 Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR/NIR Frotier PerkinElmer Mỹ 9 Máy phân tích nhiệt trọng trường Mettler Toledo TGA-DSC 3+ Mettler Toledo 10 Máy đo phổ hấp thu tử ngoại khả kiến UV-Vis 1800 Shimadzu Nhật Bản 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU Phân tích cấu trúc bề mặt và hình dạng của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, SEM) độ phóng đại 7000, sử dụng nguồn điện áp tăng tốc (15kV) và bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (Tranmission Electron Microscope, TEM). Phân tích cấu trúc, đặc trưng nhóm không gian của vật liệu bằng phổ nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction, XRD). Đánh giá kích thước và sự phân bố kích thước hạt → Phương pháp tán xạ ánh sáng động học (Dynamic Light Scattering, DLS). 34 Phân tích nhóm chức, định danh các hợp chất hữu cơ và nghiên cứu cấu trúc bằng phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier transform infrared spectroscopy , FTIR). Phân tích thành phần cơ bản, trạng thái hóa học, trạng thái điện tử của các nguyên tố trên bề mặt vật liệu bằng phương pháp XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) trên máy escalab MKII sử dụng bức xạ Mg Kα. Diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp vật liệu → Phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ N2. 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng Đề tài chú trọng đi sâu nghiên cứu tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng theo phương pháp hard – template, là phương pháp phổ biến hiện nay vì có thể kiểm soát quá trình tạo hạt và kích thước hạt. Quá trình tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng gồm 3 giai đoạn: Sơ đồ 2.1. Các giai đoạn tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng 2.3.1.1. Tổng hợp lõi nano rắn theo phương pháp Stober Phương pháp Stober được chính nhà khoa học cùng tên Werner Stober và Arthur Fink công bố vào năm 1968. Phương pháp này nhằm tạo ra các hạt nano silica rắn đồng nhất với nhau về kích thước và hình dáng. Phương pháp 35 này gồm ba chất phản ứng chính: alkoxide kim loại, alcohol, ammonia hydroxide. Cơ chế của phương pháp liên quan đến phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ [29]. 2.3.1.2. Phủ lớp vỏ cấu trúc mao quản theo phương pháp sol –gel Sự phát triển của phương pháp sol-gel để tổng hợp silica trong lĩnh vực vật liệu mới được bắt đầu với việc hòa tan các silica alkoxide Si(OR)n trong alcol hoặc các dung môi hữu cơ có khối lượng phân tử thấp, với R là nhóm alkyl (-CxH2x+1). Quá trình này thường liên quan đến những phân tử alkoxide kim loại mà chúng sẽ bị thủy phân trong điều kiện được kiểm soát. Trong khi đó, phản ứng ngưng tụ tạo nên liên kết kim loại – oxide – kim loại, đây là cơ sở cấu trúc cho các màng oxide kim loại. Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên kết kim loại – oxide – kim loại không ngừng tăng lên đến khi tạo ra một mạng lưới kim loại – oxide – kim loại trong khắp dung dịch [32]. Hình 2.1. Phản ứng thủy phân và ngưng tụ của Si(OR)n 2.3.1.3. Tiến hành loại bỏ lõi để tạo thành cấu trúc rỗng trong môi trường base Để tạo thành nano silica cấu trúc rỗng, lõi bên trong cần được xử lý. Do lõi rắn được sử dụng là nano silica nên lõi được xử lý trong môi trường base yếu bằng cách sử dụng dung dịch natri carbonate Na2CO3 kiểm soát để phản ứng ăn mòn được diễn ra từ từ [10, 11, 51]. 36 2.3.2. Biến tính bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng nhóm amine Quá trình biến tính bề mặt vật liệu nano silica cấu trúc rỗng với nhóm NH2 cũng được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sử dụng (3- aminopropyl)triethoxysilane (APTES) như nguồn cung cấp -NH2 cho bề mặt hạt nano silica [52]. Sơ đồ 2.2. Phản ứng chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng nhóm amine Phản ứng có thể được thực hiện trong dung môi toluen hoặc enthanol, tại nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao từ 60 - 80oC. Các chất tham gia phản ứng trong quy trình tổng hợp gồm ethanol, APTES và tiến hành khảo sát lượng amine được biến tính trên bề mặt. Tất cả các phản ứng được thực hiện tại nhiệt độ phòng. Ngoài ra nhóm amine được biến tính trên bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng được định lượng bằng thử nghiệm ninhydrin với APTES được sử dụng làm chất chuẩn. Phương pháp phổ UV – Vis được dùng để định lượng nhóm amine tại bước sóng 570 nm. 2.3.3. Biến tính bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng Pluronic F127 đã hoạt hóa Pluronic được hoạt hóa với 4-Nitrophenyl chloroformate. Trong cấu trúc của Pluronic có hai nhóm –OH ở hai đầu, nên sau khi cả hai đầu được hoạt hóa với NPC thì tiếp tục cho phản ứng với 3-amino-1-propanol để tạo thành một nhóm –OH ở một đầu, sản phẩm tạo thành kí hiệu NPC-F127-OH. Tiếp theo, để biến tính bề mặt nano silica với Pluronic (HMSN-F127), sử dụng mẫu silica trên bề mặt có chứa nhóm amine phản ứng với Pluronic đã hoạt hóa để tạo thành HMSN-F127. 37 Sơ đồ 2.3. Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-OH 2.3.4. Đánh giá khả năng mang thuốc của nano silica cấu trúc rỗng và mẫu biến tính bề mặt Để đánh giá khả năng nang hóa thuốc của nano silica cấu trúc rỗng và mẫu biến tính bề mặt, phương pháp khuếch tán qua màng được sử dụng. Theo phương pháp này hệ chất mang – thuốc được cho vào màng thẩm tách, sau đó đặt vào môi trường trường thích hợp để thuốc được khuếch tán ra. Tại các thời điểm định trước, mẫu được lấy ra để mang đi định lượng lượng thuốc khuếch