Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cấu trúc lai ferit từ - Kim loại (ag, au) kích thước nano định hướng ứng dụng trong y sinh

rên hạt ferit từ đã tổng hợp trước. 1.4.1. Tổng hợp vật liệu nano ferit từ 1.4.2. Tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý 1.4.2.1. Phương pháp nuôi mầm 1.4.2.2. Tổng hợp một số hệ nano lai ferit từ - kim loại quý bằng phương pháp nuôi mầm 1.4.3. Biến tính bề mặt vật liệu nano lai 1.4.3.1. Phương pháp trao đổi phối tử 1.4.3.2. Bọc hạt lai bằng các polyme lưỡng cực 5 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu và hóa chất 2.2. Tổng hợp vật liệu 2.2.1. Tổng hợp hạt nano ferit từ 2.2.1.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 với tiền chất ở nồng độ thấp 2.2.1.2. Tổng hợp nano ferit từ với tiền chất ở nồng độ cao 2.2.2. Tổng hợp các hệ nano lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) 2.2.2.1. Hệ nano lai Fe3O4/Ag Các hạt nano lai Fe3O4/Ag được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm (sử dụng hạt mầm là Fe3O4) trong dung môi ODE. Phản ứng được thực hiện trong điều kiện  = [Ag]/[Fe] thay đổi trong khoảng 0,5 ÷ 13,6. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình thái cấu trúc lai. 2.2.2.2. Hệ nano lai Fe3O4/Au a) Hệ nano lai Fe3O4/Au đặc Vật liệu nano lai Fe3O4/Au đặc được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm tương tự hệ lai Fe3O4/Ag (mục 2.2.2.1) chỉ thay AgNO3 bằng HAuCl4.3H2O. b) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng được tổng hợp bằng phương pháp thế Galvanic sử dụng Fe3O4/Ag (mục 2.2.2.1) làm khuôn. Khảo sát ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng. 2.2.3. Chuyển pha hạt nano sang môi trường nước Các hạt nano sau khi tổng hợp được chuyển pha sang môi trường nước sử dụng PMAO. 2.3. Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu 2.3.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua 6 2.3.2. Nhiễu xạ tia X 2.3.3. Từ kế mẫu rung 2.3.4. Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 2.3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại 2.3.6. Phổ tán sắc năng lượng tia X 2.3.7. Phân tích nhiệt khối lượng 2.3.8. Phương pháp tán xạ ánh sáng động 2.4. Phƣơng pháp đánh giá độc tính của vật liệu Độc tính hệ vật liệu nano lai trên các dòng tế bào AGS và MKN45 được đánh giá bằng phương pháp MTT. 2.5. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Thí nghiệm đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch. Các loài vi khuẩn kiểm định: + Gram dương: Bacillus subtilis (viết tắt: B. subtilis), Lactobacillus plantarum (L.plantarum), Sarcina lutea (S. lutea). + Gram âm: Serratia marcescens (S. marcescens), Escherichia coli (E. coli). 2.6. Phƣơng pháp xác định hiệu ứng quang/từ - nhiệt Hiệu ứng quang/từ - nhiệt của vật liệu được thực hiện trong ba điều kiện: (i) hiệu ứng từ - nhiệt (MHT) tại từ trường có cường độ 100 – 300 Oe và tần số 450 kHz, (ii) hiệu ứng quang - nhiệt (PTT) tại laze 808 nm, mật độ công suất 0,2 - 0,65 W/cm2 và (iii) hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp (MHT + PTT) được thực hiện bằng cách tác dụng đồng thời cả từ trường và laze với điều kiện như trong từng hệ riêng rẽ. 2.7. Phƣơng pháp chụp ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân Hình ảnh MRI ở các nồng độ vật liệu khác nhau được thực hiện trên thiết bị cộng hưởng từ Siemens (Model: MAGNETOM Avanto 1.5 T), với từ trường xoay chiều có tần số 64 MHz, từ trường 1,5 tesla. 7 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hạt nano ferit từ 3.1.1. Hình thái học 3.1.1.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 với tiền chất ở nồng độ thấp Quá trình tổng hợp nano Fe3O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt thường được tiến hành trong dung môi dibenzyl ete, đây là loại dung môi hữu cơ có độc tính cao. Trong luận án này, chúng tôi thử nghiệm sử dụng 1-octadecen là loại dung môi có độc tính thấp hơn nhiều. Ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp (thời gian, nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất hoạt động bề mặt và nồng độ tiền chất vô cơ) đến kích thước hạt nano Fe3O4, được xác định bằng phương pháp phân tích TEM, kết quả trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng đến kích thước hạt nano Fe3O4. Nồng độ tiền chất (mM) Nồng độ chất HĐBM (mM) Nhiệt độ phản ứng (oC) Thời gian phản ứng (ph t) Ký hiệu mẫu dTEM (nm) Fe(acac)3 FeSO4 .7H2O FeCl2. 4H2O OA OLA 190 0 0 372 372 295 30 F1 3,6 ± 0,7 60 F2 4,5 ± 0,7 120 F3 7,2 ± 1,0 190 0 0 558 558 295 10 F4 3,2 ± 0,5 30 F5 4,1 ± 0,6 60 F6 6,3 ± 0,9 120 F7 10,7 ± 1,4 190 0 0 744 744 295 10 F8 3,4 ± 0,5 30 F9 6,7 ± 0,7 60 F10 8,1 ± 0,7 120 F11 13,9 ± 1,1 190 0 0 930 930 295 10 F12 5,8 ± 0,9 30 F13 11,3 ± 1,2 60 F14 14,7 ± 1,3 126,7 0 63,3 558 558 270 60 F15 4,8 ± 1,0 295 F16 8,4 ± 1,5 315 F17 10,2 ± 0,5 126,7 63,3 0 558 558 315 F18 10,8 ± 2,4 8 a) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Hình 3.1. Ảnh TEM của các mẫu F8 (a), F9 (b), F10 (c), F11(d) và biểu đồ phân bố kích thước hạt tương ứng (e). Các hạt Fe3O4 thu được đều có dạng hình cầu, đơn phân tán, kích thước đồng đều. Khi thời gian phản ứng tăng từ 10 ÷ 120 phút, kích thước hạt tăng và nằm trong khoảng 3,2 ÷ 14,7 nm. b) Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt Hình 3.2. Ảnh TEM của các mẫu F2 (a), F6 (b), F10 (c) và F14 (d) và biểu đồ phân bố kích thước hạt tương ứng (e). Các hạt thu được ở dạng hình cầu, đồng đều, đơn phân tán, kích thước hạt trung bình tăng khi nồng độ OA và OLA tăng. c) Ảnh hưởng của tiền chất vô cơ Chúng tôi thay thế một phần Fe(acac)3 bằng muối sắt (II) vô cơ có giá rẻ hơn nhiều, để giảm giá thành sản phẩm, mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu. 9 Hình 3.3. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của mẫu F17 (a, b) và F18 (c,d). Trong hai loại muối vô cơ được sử dụng, FeCl2 cho sản phẩm hạt nano Fe3O4 đồng đều tương tự như trường hợp chỉ sử dụng Fe(acac)3. d) Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Tại 270 oC và 295 oC, hạt Fe3O4 thu được không đồng đều, biên hạt không rõ nét. Tại 315 oC (nhiệt độ sôi của dung môi), hạt Fe3O4 có kích thước trung bình 10,2 ± 0,5 nm, sự phân bố kích thước hạt đồng đều, biên hạt rõ nét hơn. Hình 3.4. Ảnh TEM của mẫu F15 (a), F16 (b), F17 (c) và biểu đồ phân bố kích thước hạt tương ứng (d). 3.1.1.2. Tổng hợp nano ferit từ với tiền chất ở nồng độ cao Hình 3.5. Ảnh TEM các mẫu Fe3O4 (a1, a2), CoFe2O4 (b1, b2) và MnFe2O4 (c1, c2) tổng hợp với nồng độ cao tiền chất. Tổng hợp ở nồng độ cao tiền chất các hạt ferit từ thu được vẫn duy trì sự đồng đều và đơn phân tán. 3.1.2. Cấu trúc pha tinh thể Vật liệu tổng hợp được có các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc ferit spinel, gồm các pic điển hình tương ứng với các mặt phẳng mạng (220), (311), (222), (400), (422), (511) và (440). 10 3.1.3. Tính chất từ Kích thước hạt Fe3O4 tăng 3,2 ÷ 14,7 nm, từ độ bão hòa (Ms) tăng 40,0 ÷ 66,5 emu/g và giá trị lực kháng từ (Hc) tăng 0 ÷ 57 Oe. Với các mẫu có kích thước  10 nm, lực kháng từ đều nhỏ hơn 6 Oe. Mặt khác, với cùng kích thước hạt, từ độ bão hòa của các ferit từ giảm dần theo thứ tự CoFe2O4, Fe3O4 và MnFe2O4. 3.1.4. Cấu trúc lớp vỏ bọc hạt nano ferit Phổ FT-IR của các ferit từ có các đỉnh hấp thụ tương đối giống nhau, đặc trưng cho các dao động của các liên kết trong chất hoạt động bề mặt (OA/OLA). Dựa vào quá trình mất khối trên đường TGA xác định được giá trị khối lượng thực của lõi từ khoảng 90%. Tóm tắt kết quả phần 3.1: 1. Các hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) được chế tạo thành công bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi ODE. Vật liệu thu được có độ đồng đều cao, cấu trúc spinel, đơn phân tán. Bằng việc thay đổi các điều kiện tổng hợp (thời gian, nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất hoạt động bề mặt và nồng độ tiền chất) kích thước hạt được điều khiển tốt trong phạm vi 3,2 ÷ 14,7 nm. Việc thay thế một phần tiền chất Fe(acac)3 bằng muối FeCl2, và tổng hợp ở nồng độ tiền chất cao vẫn thu được các hạt ferit từ có độ đồng đều cao, đơn phân tán. 2. Giá trị từ độ bão hòa của vật liệu Fe3O4 tăng từ 40,0 đến 66,5 emu/g khi kích thước hạt tăng từ 3,2 đến 14,7 nm. Ở nhiệt độ phòng vật liệu thu được có lực kháng từ rất nhỏ, có thể coi là siêu thuận từ, đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng y sinh. 3. Các hạt nano ferit từ MFe2O4 được bao bọc bởi lớp chất hoạt động bề mặt (OA/OLA) với khối lượng 10%. 3.2. Hạt nano lai Fe3O4-(Ag, Au) Từ kết quả nghiên cứu về tổng hợp hạt nano ferit từ chúng tôi lựa chọn 4 mẫu Fe3O4 có kích thước khác nhau: 6,7 ± 0,7 nm (F9); 8,1 ± 0,7 nm (F10); 10,2 ± 0,5 nm (F17) và 13,9 ± 1,1 nm (F11) làm hạt mầm cho quá trình tổng hợp hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au). 3.2.1. Hình thái học 3.2.1.1. Hệ nano lai Fe3O4/Ag Hệ nano lai Fe3O4/Ag được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm trong dung môi ODE. Các thông số: tỷ lệ mol [Ag]/[Fe] và thời gian phản ứng ảnh hưởng đến cấu trúc lai Fe3O4/Ag được trình bày trong bảng 3.5. 11 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc lai Fe3O4/Ag.  = [Ag]/[Fe] Thời gian phản ứng (phút) Cấu tr c ai 3O4/Ag 0,5 30 Lõi - vỏ 60 Lõi - vỏ 1,4 30 Lõi - vỏ 60 Lõi - vỏ 2,3 30 Lõi - vỏ 60 Lõi - vỏ 3,2 30 Lõi - vỏ 60 Lõi - vỏ 4,5 30 Lõi - vỏ 60 Lõi - vỏ 120 Lõi - vỏ 6,8 30 Lõi - vỏ 60 Lõi - vỏ 120 Lõi - vỏ 9,0 30 Dumbbell, lõi - vỏ 60 Dumbbell, lõi - vỏ 120 Dumbbell, lõi - vỏ 11,4 30 Dumbbell 60 Dumbbell 120 Dumbbell 13,6 30 Dumbbell 60 Dumbbell 120 Dumbbell a) Ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa tiền chất và hạt mầm ([Ag]/[Fe]) Hình 3.10. Ảnh TEM (a - g) và biểu đồ phân bố kích thước hạt (h) của Fe3O4 (hạt mầm) và hạt nano lai Fe3O4/Ag với  = [Ag]/[Fe] thay đổi. 12 Giá trị   6,8 các hạt lai thu được có cấu trúc dạng lõi - vỏ, khi tăng giá trị này đến 9 thì cấu trúc dumbbell được hình thành. Như vậy, khi giá trị  = [Ag]/[Fe] tăng, hình thái hạt lai Fe3O4/Ag chuyển từ dạng lõi - vỏ sang dumbbell. b) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Trong trường hợp thời gian phản ứng là 30 và 60 phút, các hạt thu được tương đối đồng đều. Khi kéo dài thời gian phản ứng đến 120 phút bắt đầu xuất hiện sự trùng chập của hai hoặc nhiều hạt nano. Xu hướng này xảy ra tương tự với các trường hợp sử dụng hạt mầm Fe3O4 có kích thước khác nhau. Hình 3.12. Ảnh cấu tr c lai Fe3O4/Ag được tổng hợp với thời gian phản ứng khác nhau: a1,b1) 30 phút, a2, b2) 60 phút, a3,b3)120 phút. Kích thước của lớp vỏ Ag trong cấu trúc lõi - vỏ và hạt Ag trong cấu trúc dumbbell tăng khi thời gian phản ứng tăng. Từ những kết quả phân tích ở trên chúng tôi có thể tóm tắt sơ đồ mô tả sự hình thành cấu trúc lai Fe3O4/Ag như hình 3.13. Hình 3.13. Sơ đồ thể hiện sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Ag. 13 3.2.1.2. Hệ nano lai Fe3O4/Au a) Hệ nano lai Fe3O4/Au đặc Các hạt nano lai Fe3O4/Au lõi - vỏ ở dạng đặc được hình thành với tỉ lệ mol [Au]/[Fe] = 6,8. b) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng được tổng hợp bằng cách sử dụng các hạt nano lai Fe3O4@Ag (lõi - vỏ) làm khuôn (template) thông qua phản ứng thế galvanic giữa Ag và Au3+ trong dung môi ODE: 3Ag 0 + Au 3+  Au0 + 3Ag+ *) Ảnh hưởng của khuôn nano Fe3O4@Ag đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng: Khuôn Fe3O4@Ag có kích thước 12,8 nm không thu được hạt lai Fe3O4/Au rỗng. Khuôn kích thước 16,0 nm, trên ảnh TEM xuất hiện những lỗ trống nhỏ ở giữa hạt nano lai, đồng thời dung dịch thu được có màu xanh đặc trưng, chứng tỏ sự hình thành hạt nano lai Fe3O4/Au cấu trúc rỗng. Hình 3.15. Ảnh TEM và ảnh dung dịch tương ứng của các khuôn nano Fe3O4@Ag (a1, a2) và hệ nano lai Fe3O4/Au (b1, b2). Như vậy, sự hình thành hệ lai Fe3O4/Au rỗng phụ thuộc vào khuôn nano Fe3O4@Ag theo cơ chế được giả thiết như trên hình 3.16. Hình 3.16. Sơ đồ mô tả cơ chế hình thành hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng. *) Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng Khi thể tích dung dịch H[AuCl4] sử dụng là 0,5 mL cấu trúc rỗng chưa được hình thành. Tăng thể tích dung dịch H[AuCl4] từ 1,0 ÷ 2,0 14 mL hệ lai thu được có dạng hình cầu rỗng giống như lồng nano với kích thước lỗ trống tăng dần, tại 2,0 mL vật liệu có kích thước lớn nhất đạt 17,0 nm. Tăng tiếp thể tích H[AuCl4] thì các hình cầu rỗng dần bị phá vỡ, ở mẫu 3,5 mL cấu trúc Fe3O4/Au rỗng bị phá vỡ hoàn toàn. Hình 3.17. Ảnh TEM của Fe3O4@Ag (a), hệ nano lai Fe3O4/Au (b-i) được tổng hợp với lượng dung dịch H[AuCl4] khác nhau và sự phân bố kích thước hạt (k) của (a và e). Sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Au phụ thuộc vào lượng dung dịch H[AuCl4] sử dụng. Mối quan hệ này có thể tóm tắt theo sơ đồ hình 3.18: Hình 3.18. Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Au. 15 3.2.2. Cấu trúc pha tinh thể Cấu trúc Fe3O4@Ag lõi – vỏ, không quan sát thấy các pic của Fe3O4, chỉ xuất hiện các pic đặc trưng cho Ag cấu trúc lập phương tâm mặt. Trong khi đó, cấu trúc Fe3O4-Ag dumbbell xuất hiện các pic đặc trưng cho Fe3O4 spinel với cường độ giảm mạnh, ngoài ra còn xuất hiện các pic của Ag với cường độ mạnh. 3.2.3. Tính chất quang Trong vùng bước sóng từ 300 - 900 nm hạt nano từ Fe3O4 không xuất hiện đỉnh hấp thụ, hạt nano Ag xuất hiện một đỉnh SPR tại vị trí 405 nm, hạt nano lai Fe3O4/Ag xuất hiện đỉnh SPR tại 410 nm với cấu trúc lõi - vỏ (mẫu F10@A60; 16,0 nm) và 420 nm với cấu trúc dumbbell (mẫu F10-A60; 8,1 – 16,3 nm). Nhìn chung, đỉnh SPR các hạt nano lai Fe3O4/Ag nhỏ hơn 450 nm. Hình 3.20. Phổ UV-Vis của các hạt nano trong dung môi n-hexan: a) Fe3O4, Ag và hệ nano lai Fe3O4/Ag, b) Fe3O4 và hệ nano lai Fe3O4/Au. Tính chất quang của Fe3O4/Au phụ thuộc vào hình thái và cấu trúc của vật liệu. Hệ Fe3O4/Au đặc có đỉnh SPR tại 530 nm, trong khi đó hệ Fe3O4/Au rỗng có đỉnh SPR tại 707 nm (mẫu 2 mL Au 3+ ). Vị trí SPR của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng phụ thuộc vào lượng dung dịch H[AuCl4] (bảng 3.10). Bảng 3.10. Ảnh hưởng của lượng H[AuCl4] đến vị trí SPR của Fe3O4/Au. H[AuCl4] (mL) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Đỉnh SPR Fe3O4/Au (nm) 410 587 627 645 707 592 585 565 Hình 3.19. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano Fe3O4, Ag và hệ nano lai Fe3O4/Ag. 16 3.2.4. Tính chất từ Giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của mẫu lai Fe3O4/Ag thấp hơn mẫu hạt từ tinh khiết, tuy nhiên khả năng đáp ứng từ của các mẫu lai đều tương đối tốt. Hình 3.21. a) Đường cong từ trễ của Fe3O4 và Fe3O4/Ag; b) Dung dịch hạt Fe3O4/Ag phân tán trong n-hexan khi không có và có nam châm. Sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng không làm thay đổi tính chất siêu thuận từ so với vật liệu khuôn Fe3O4@Ag nhưng giá trị từ độ bão hòa tăng nhẹ (hình 3.22). Hình 3.22. Đường cong từ trễ của khuôn nano Fe3O4@Ag và Fe3O4/Au rỗng, ảnh lồng bên trong là hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng trong n-hexan khi không có và có nam châm. 3.2.5. Thành phần hóa học Thành phần cấu trúc lai Fe3O4/Ag gồm các nguyên tố chính là Fe, Ag và O và Fe3O4/Au rỗng gồm Fe, Ag, Au và O. Bằng phương pháp mapping EDS-SEM với mẫu Fe3O4/Au rỗng (mẫu 2 mL Au 3+ ) cho thấy tính đồng nhất của các nguyên tử trong hệ (hình 3.25). Hình 3.25. Sự phân bố các nguyên tử trong hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng theo phương pháp mapping DS-SEM. 17 Tóm tắt kết quả phần 3.2: 1. Hệ vật liệu nano lai Fe3O4/Ag được chế tạo thành công bằng phương pháp nuôi mầm trong dung môi ODE, có thể điều khiển hình thái cấu trúc lai thông qua việc thay đổi tỷ lệ  = [Ag]/[Fe] và thời gian phản ứng: Với   6,8 các hạt lai thu được có cấu trúc dạng lõi - vỏ Fe3O4@Ag (giá trị  xác định từ kết quả EDS là 2,1), khi  tăng đến 9,0 thì cấu trúc dumbbell Fe3O4-Ag được hình thành (giá trị  xác định từ kết quả EDS là 4,5); Khi thời gian phản ứng tăng kích thước của lớp vỏ Ag trong cấu trúc lõi - vỏ và hạt Ag trong cấu trúc dumbbell tăng. 2. Hệ vật liệu nano lai Fe3O4/Au hình cầu rỗng được chế tạo thành công sử dụng khuôn nano Fe3O4/Ag thông qua phản ứng thế galvanic giữa Ag và Au3+. Vật liệu thu được có kích thước trung bình 17 nm với đỉnh SPR được điều khiển đến 707 nm. Với tỉ lệ [Au]/[Ag] = 0,83 vật liệu Fe3O4/Au rỗng có kích thước lỗ trống lớn nhất và các nguyên tố phân bố đồng đều. 3. Hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au) chế tạo được có tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng, giá trị từ độ bão hòa trong khoảng 7 ÷ 27 emu/g, thấp hơn so với mẫu hạt mầm Fe3O4 (50 ÷ 64 emu/g). 3.3. Hạt nano bọc PMAO 3.3.1. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO Các hạt nano lai trước khi bọc PMAO phân tán tốt trong n-hexan và sau khi bọc PMAO thì chúng phân tán tốt trong nước (hình 3.26). Hình 3.26. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO (a), dung dịch hạt Fe3O4@Ag (b), Fe3O4-Ag (c) và Fe3O4/Au rỗng (d) trước (1) và sau khi chuyển pha (2). 3.3.2. Tính chất quang của vật liệu Sự thay đổi màu sắc của dung dịch hạt lai cũng được thể hiện bằng sự dịch chuyển đỉnh SPR của vật liệu (hình 3.27). Trong số các 18 dung dịch Fe3O4/Au rỗng bọc PMAO, mẫu 2,0 mL Au 3+ có vị trí SPR dịch chuyển mạnh nhất về vùng hồng ngoại gần. Do đó, chúng tôi lựa chọn mẫu này đại diện cho hệ Fe3O4/Au rỗng thực hiện các nghiên cứu tiếp theo. Hình 3.27. Dung dịch (a) và phổ UV-Vis (b) của Fe3O4@Ag@PMAO và hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO với lượng Au 3+ khác nhau. 3.3.3. Cấu trúc lớp vỏ bọc của vật liệu Phổ FT - IR xác nhận việc bọc thành công các hạt nano lai bằng PMAO. Giản đồ TGA xác nhận tổng khối lượng lớp vỏ sau khi bọc PMAO chiếm 58% và khối lượng thực của hạt lai Fe3O4/Au rỗng chiếm 42% khối lượng mẫu. Hình 3.28. Phổ FT-IR của Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha. Hình 3.29. Giản đồ TGA của Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha. Kích thước động (DLS) của hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO tương ứng là 25,85 nm và 28,84 nm. Thế Zeta của dung dịch hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO trong nước tương ứng là -42,5 mV và -40,0 mV. Ngoài ra, các hạt nano lai bền trong môi trường có nồng độ muối NaCl từ 150 ÷ 250 mM và pH từ 2 ÷ 11. Các kết quả này chứng minh dung dịch hạt nano lai chế tạo được có độ bền và ổn định cao trong điều kiện khảo sát. 3.3.5. Đánh giá độc tính của vật liệu Độc tính của dung dịch hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO được đánh giá trên hai dòng tế bào ung thư dạ dày AGS và MKN45 bằng phương pháp MTT. 19 *) Hệ nano lai Fe3O4@Ag@PMAO: Ở nồng độ Fe3O4@Ag@PMAO NPs dưới 20 µg/mL, các tế bào AGS và MKN45 phát triển bình thường, không có sự khác biệt so với mẫu đối chứng. Ở nồng độ mẫu cao hơn (20 ÷ 100 µg/mL) hình thái tế bào và nhân tế bào bị thay đổi. Giá trị IC50 xác định được cho dòng tế bào AGS và MKN45 lần lượt là 42 µg/mL và 58 µg/mL. Hình 3.33. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b) sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO. Hình 3.34 . Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào AGS (b) sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO. Hình 3.35. Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào MKN45 (b) sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4@Ag@PMAO. *) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO: Hình 3.36. Tỉ lệ tăng sinh của tế bào AGS (a) và MKN45 (b) sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO. 20 Hình 3.37. Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào MKN45 (b) sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO. Hình 3.38. Hình thái tế bào (a) và nhân tế bào MKN45 (b) sau 48 h xử lý với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO. Hệ vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO không gây độc trên tế bào AGS và MKN45 trong phạm vi nồng độ thử nghiệm 10 ÷ 100 g/mL. Tóm tắt kết quả phần 3.3: 1. Hạt nano lai được chuyển pha thành công sang môi trường nước bằng PMAO, tính chất quang của vật liệu trong nước không bị thay đổi so với môi trường hữu cơ. Hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO có vị trí SPR nằm trong vùng NIR, có thể đạt tới 707 nm. Các hạt nano lai sau khi chuyển pha có độ bền và ổn định trong 12 tháng, với giá trị thế Zeta đạt trên 37 mV. Hệ nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO bền trong môi trường có nồng độ muối từ 150 ÷ 250 mM và pH từ 2 ÷ 11. 2. Hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO thể hiện độc tính với dòng tế bào AGS và MKN45 phụ thuộc vào nồng độ vật liệu, giá trị IC50 xác định được cho dòng tế bào AGS và MKN45 lần lượt là 42 µg/mL và 58 µg/mL. Vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO không thể hiện độc tính trên tế bào AGS và MKN45 trong phạm vi nồng độ 10 ÷ 100 g/mL. 3.4. Khả năng ứng dụng của vật liệu nano lai trong y sinh + Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano lai Fe3O4/Ag bọc PMAO với hai cấu trúc: lõi – vỏ Fe3O4@Ag@PMAO (mẫu F10@A60@PMAO) và dumbbell Fe3O4-Ag@PMAO (mẫu F10- A60@PMAO), so sánh với các hệ riêng lẻ Fe3O4@PMAO (mẫu F10@PMAO) và Ag@PMAO. 21 + Nghiên cứu hiệu ứng chuyển đổi quang/từ - nhiệt và tương phản ảnh MRI với vật liệu Fe3O4/Au rỗng@PMAO (mẫu 2 mL Au 3+ ]). 3.4.1. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Fe3O4@PMAO Ag@PMAO Fe3O4@Ag@PMAO Fe3O4-Ag@PMAO Hình 3.39. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Fe3O4@PMAO, Ag@PMAO và Fe3O4/Ag@PMAO. Dung dịch hạt nano Ag@PMAO có khả năng ức chế vi khuẩn, tuy nhiên các vòng tròn kháng khuẩn thu được không rõ nét với các vi khuẩn thử nghiệm. Mặc dù hạt nano Fe3O4@PMAO (hạt mầm) không có tác dụng kháng khuẩn tuy nhiên khi chúng kết hợp với nano bạc cho cấu trúc lai Fe3O4/Ag@PMAO thì hoạt tính kháng khuẩn của hệ lai tăng. 3.4.2. Hiệu ứng chuyển đổi quang/từ - nhiệt của vật liệu 3.4.2.1. Hiệu ứng từ - nhiệt Hình 3.40a cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt độ vào cường độ của từ trường ngoài và chúng đều có xu hướng tăng khi cường độ từ trường tăng. Giá trị tối đa của SLP ~ 310 W/g đạt được khi áp dụng từ trường có cường độ 300 Oe, tần số 450 kHz. Để đạt nhiệt độ đến 22 vùng cửa sổ nhiệt trị (42 ÷ 46 oC) cần phải áp dụng từ trường với cường độ tối thiểu là 150 Oe. Hình 3.40. Hiệu ứng MHT của hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại từ trường 100 ÷ 300 Oe, tần số 450 kHz (a) và giá trị SLP tương ứng (b). 3.4.2.2. Hiệu ứng quang - nhiệt Hình 3.41. Hiệu ứng PTT của hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại laze 808 nm với mật độ công suất 0,2 ÷ 0,65 W/cm 2 và giá trị SLP tương ứng (b). Khi chiếu laze có công suất 0,2 ÷ 0,35 W/cm2 nhiệt độ cao nhất đạt được dưới 40 oC sau 1200 s chiếu xạ. Để đạt đến cửa sổ nhiệt độ trị liệu, cần phải chiếu laze có công suất tối thiểu là 0,50 W/cm2. Khi mật độ công suất laze tăng 0,2 ÷ 0,65 W/cm2, giá trị SLP tăng 152,70 ÷ 1074,62 W/g. 3.4.2.3. Hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp Hình 3.42. Đường đốt quang/từ (a) và giá trị SLP (b) của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO và H2O dưới tác dụng của từ trường và laze. 23 Tốc độ gia nhiệt trong trường hợp (MHT + PTT) và PTT xảy ra nhanh hơn trường hợp MHT: độ biến thiên nhiệt độ (T) sau 300 s của phương thức gia nhiệt kép (MHT + PTT) là 36 oC, lớn hơn 6 lần so với trường hợp MHT (6 oC) và PTT (21 oC) lớn hơn 3,5 lần so với MHT. Sau 1200 s xử lý, nhiệt độ thay đổi đáng kể ở tất cả các điều kiện thí nghiệm. Nhiệt độ cao nhất đạt được theo ba phương thức gia nhiệt MHT, PTT và (MHT + PTT) tương ứng là 52,0; 55,0 và 68,5 o C, ứng với độ biến thiên nhiệt độ T là 38,5; 25,0 và 22,0 oC. Với mẫu đối chứng (nước cất) cho thấy mức tăng nhiệt độ rất thấp (1,0 ÷ 2,5 o C) với cả ba phương thức thí nghiệm. *) Ảnh hưởng của cường độ từ trường (H): Hình 3.43. Hiệu ứng (MHT + PTT) của hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại từ trường 100 ÷ 250 Oe (a), giá trị SLP tương ứng của a (b), nhiệt độ đốt cao nhất Tmax (sau 1200 s) (c) và giá trị SLP tương ứng (d) trong điều kiện MHT và (MHT + PTT). Khi cường độ từ trường tăng 100 ÷ 250 Oe nhiệt độ cao nhất (Tmax) thu được tăng 47 ÷ 68 o C. Để đạt được nhiệt độ trị liệu với phương thức MHT cần áp dụng từ trường tối thiểu H = 150 Oe, trong khi đó kỹ thuật (MHT + PTT) thì H = 100 Oe (tại laze có P = 0,5 W/cm 2). Như vậy, bằng phương pháp kết hợp hai phương thức gia nhiệt (MHT + PTT), cường độ từ trường đã giảm 1,5 lần so với trường hợp chỉ áp dụng MHT mà vẫn đạt được nhiệt độ trị liệu. * Ảnh hưởng của mật độ công suất laze (P): Khi chiếu laze với mật độ công suất tăng 0,2 ÷ 0,65 W/cm2, nhiệt độ cao nhất (Tmax) thu được tăng 46 ÷ 68,5 o C. Giá trị SLP lớn nhất thu được trong trường hợp này là 1082,75 W/g ứng với laze 0,65 W/cm2. 24 Để đạt đến cửa sổ nhiệt độ trị liệu với phương thức PTT cần phải chiếu laze có mật độ công suất tối thiểu là 0,5 W/cm2, trong khi đó kỹ thuật (MHT + PTT) thì cần chiếu laze có P = 0,2 W/cm2 (tại từ trường 200 Oe). Như vậy, sau khi kết hợp hai phương thức gia nhiệt (MHT + PTT), mật độ công suất laze đã giảm 2,5 lần so với phương pháp PTT mà vẫn đạt được nhiệt độ trong vùng cửa sổ nhiệt trị. Hình 3.44. Hiệu ứng (MHT + PTT) của hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO tại laze 0,2 ÷ 0,65 W/cm2 (a), giá trị SLP tương ứng của a (b), nhiệt độ đốt cao nhất Tmax (sau 1200 s) (c) và giá trị SLP tương ứng (d) trong điều kiện PTT và (MHT + PTT). *) Ảnh hưởng của nồng độ hạt lai: Hình 3.45. Ảnh hưởng của nồng độ hạt lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO đến hiệu ứng (MHT + PTT) (a) và giá trị SLP tương ứng của a (b). Khi nồng độ hạt lai tăng từ 1,0 ÷ 3,0 mg/m