intTypePromotion=1
ADSENSE

Báo cáo " Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của các hạt Nanô Fe3O4 ứng dụng trong y sinh học "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

214
lượt xem
46
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hạt nanô ôxit sắt siêu thuận từ Fe3O4 có nhiều ứng dụng quan trọng trong y sinh học như làm tác nhân tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, phân tách và chọn lọc tế bào, hiệu ứng đốt nhiệt và phân phát thuốc, vv... Tất cả các ứng dụng trong y sinh đòi hỏi các hạt nanô từ phải có từ độ bão hoà lớn, kích thước hạt dưới 100 nm với phân bố kích thước hạt nhỏ. Hệ hạt nanô từ Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa, có kích thước...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo " Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của các hạt Nanô Fe3O4 ứng dụng trong y sinh học "

  1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 Ch t o và nghiên c u tính ch t t c a các h t Nanô Fe3O4 ng d ng trong y sinh h c Nguy n H u ð c, Tr n M u Danh, Tr n Th Dung* Khoa V t lý K thu t và Công ngh Nanô, Trư ng ð i h c Công Ngh , ðHQGHN Nh n ngày 10 tháng 4 năm 2007 Tóm t t. H t nanô ôxit s t siêu thu n t Fe3O4 có nhi u ng d ng quan tr ng trong y sinh h c như làm tác nhân tăng ñ tương ph n trong nh c ng hư ng t h t nhân, phân tách và ch n l c t bào, hi u ng ñ t nhi t và phân phát thu c, vv... T t c các n g d ng trong y sinh ñòi h i các h t nanô t ph i có t ñ bão hoà l n, kích thư c h t dư i 100 nm v i phân b kích thư c h t nh . H h t nanô t Fe3O4 ñư c t n g h p b n g phương pháp ñ n g k t t a, có kích thư c ñi u khi n ñư c b n g n ng ñ các mu i tham gia ph n ng. Kích thư c trung bình c a các h t ñư c xác ñ nh b ng nh TEM, trong kho ng t 10 ñ n 15 nm. Phép phân tích thành ph n hoá h c ñã ch ra s t n t i c a pha γ - Fe2O3 trong các m u h t nano. Tính ch t t c a các m u ñư c nghiên c u trên máy ño t k m u rung (VSM). nhi t ñ phòng, các m u ñ u th hi n tính siêu thu n t . Nhi t ñ Blocking (TB) c a các m u kho n g 170 K. T ñ bão hoà trong kho ng t 35 ñ n 74 emu/g, nh hơn so v i mômen t bão hòa c a m u kh i là 90 emu/g. 1. Gi i thi u∗ magnetite là v t li u ñ ư c dùng ph bi n nh t. Magnetite có c u trúc spinel ñ o thu c nhóm Cu i th p niên 80, công ngh nanô b t ñ u ñ i x ng Fd3m, h ng s m ng a = b = c = 0.8396 nm, s phân t trong m t ô cơ s là 8. C u trúc phát tri n và thu ñ ư c nhi u thành qu to l n spinel có th xem như ñư c t o ra t m t ph ng không ch trong nghiên c u mà còn m r ng x p ch t c a các ion O2- v i các l tr ng t di n ph m vi ng d ng trong nhi u lĩnh v c. các (nhóm A) và bát di n (nhóm B) ñ ư c l p ñ y v t li u và linh ki n nanô xu t hi n nhi u hi n b ng các ion kim lo i Fe2+ và Fe3+. Trong ñó, tư ng, tính ch t v t lý và hoá h c m i m các ion Fe3+ ñư c phân b m t n a nhóm A không có trong các lo i v t li u kh i [1]. Vi c và m t n a nhóm B, còn các ion Fe2+ ñ u ng d ng các h t nanô ôxit s t siêu thu n t vào n m nhóm B. Các h t nanô t ñư c b c m t chu n ñ oán và tr b nh ñã thu ñư c nhi u thành l p ch t ho t ñ ng b m t có th p hân tán trong qu có tri n v ng cao. Hai lo i ô xit s t ng d ng nhi u trong y sinh h c là maghemite (γ - dung môi ñ ng nh t g i là ch t l ng t [2]. Nh ng hi u ng lư ng t do gi m kích thư c Fe2O3) và magnetite (Fe3O4), trong ñó và di n tích b m t l n c a các h t nanô t ñã _______ làm thay ñ i m t vài ñ c tính t ñ c trưng c a ∗ Tác gi liên h . ð T: 84-4-7549332. v t li u, bi u l hi n tư ng siêu thu n t và E-mail: dungtt.dp07@coltech.vnu.vn 231
  2. 232 N.H. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 ñư c sau ph n ng g m k t t a màu ñ en xuyên h m lư ng t c a ñ t hóa b i vì m i (Fe3 O4) và các ch t hoà tan. L c và r a k t t a h t có th ñ ư c coi như m t ñơn domain t . b ng nư c b y l n thu ñư c s n ph m là ch t D a trên nh ng ñ c tính v t lý, hóa h c, nhi t r n ñ c s t màu ñen. ð thu ñư c b t nanô, h c và cơ h c, các h t nano siêu thu n t m r a ñem k t t a s y nhi t ñ 400C trong th i gian ti m năng l n cho nh ng ng d ng y sinh: làm 20 gi . ð thu ñư c ch t l ng t , phân tán h t tác nhân tăng ñ tương ph n trong máy c ng v i ch t ho t ñ ng b m t trong nư c c t b ng hư ng t h t nhân, phân tách và ch n l c t máy rung siêu âm, công su t rung là 12,5W bào, hi u ng ñ t nhi t và phân phát thu c, vv.. trong th i gian 60 phút. Trong t t c các ng d ng trên ñòi h i h t nanô Gi n ñ nhi u x tia X (XRD) ñư c ghi trên t p h i có t ñ bão hoà l n, tương thích sinh máy SIEMENS D5000 Bruker – Germany, b c h c và ñ ư c ch c năng hóa b m t. B m t c a x Cu - Kα v i bư c sóng λ = 1,5406 A0 , các h t này ñ ư c c i bi n thông qua vi c b c cư ng ñ dòng ñi n b ng 30 mA, ñi n áp 40 m t vài l p nguyên t c a các polimer h u cơ, kV, góc quét 2θ = 10 ÷ 700, t c ñ quét 0,03 0/s. kim lo i (Au), các oxit vô cơ (như SiO2, Al2O3) nh hi n vi ñi n t truy n q ua ñ ư c ch p trên và xa hơn n a là ch c hóa b ng vi c g n các máy JEOL TEM 5410 NV có ñi n th t 40 ÷ các phân t có ho t tính sinh h c khác nhau. 100 kV, ñ p hân gi i ñ i v i ñi m nh là 0,2 nm, ñ i v i m ng tinh th là 0,15 nm, ñ phóng ñ i t 20 ÷ 500 000 l n. ðư ng cong t hoá 2. T ng h p các h t nanô ôxit s t t ñư c ño trên h t k m u rung DMS 880 VSM và PPMS có kh năng ñ o trong vùng nhi t ñ t H t ôxit s t ñư c t ng h p b ng phương 100÷700 K, làm l nh b ng Nitơ l ng, t trư ng pháp ñ ng k t t a các ion Fe2+ và Fe3+ (v i t s l n nh t ñ n 13 kOe và 60 kOe. Mômen t c a phân t là 1:2) t các dung d ch mu i FeCl2 và m u có th ñ o theo hai phương vuông góc và FeCl3 b ng cách thêm dung d ch amôniac song song v i t trư ng ngoài v i ñ chính xác NH4OH 25 %. Kích thư c và hình d ng c a các t i 10-5emu. h t t o ra ph thu c vào t l Fe2+/Fe3+, ñ pH và l c i on c a môi tru ng. Ph n ng t o t hành k t t a ñ ư c th hi n b ng phương trình: 3. K t qu và th o lu n Fe2+ + Fe3+ + 8OH- → Fe3O4↓ + 4H2O (1) Hình 1 là gi n ñ nhi u x tia X chu n c a H g m sáu m u Fe3O4 ñư c ñi u ch trong các ôxit s t [3]. T các gi n ñ nhi u x này, không khí v i cùng môi trư ng có pH =12, t c chúng ta nh n th y các ñ nh nhi u x nhi u x ñ khu y 3000 vòng/phút, n ng ñ mu i s t (II) c a v t li u Fe3O4 và γ - Fe2O3 khá gi ng nhau tham gia ph n ng l n lư t là: 0,4M; 0,2M; v v trí và cư ng ñ tương ñ i. Các ñ nh nhi u 0,1M; 0,05M; 0,025M và 0,004M. Dung d ch x c a γ - Fe2O3 hơi d ch v p hía có góc nhi u hai mu i s t (III) và s t (II) ñư c tr n l n các x l n hơn so v i Fe3O4, m t vài ñ nh khác bi t n ng ñ thích h p sao cho t l Fe3+/Fe2+ là 2/1. có cư ng ñ nh ([213], [210], [113]) r t khó H n h p hai dung dich ñư c khu y ñ u b ng xác ñ nh ñ i v i các gi n ñ nhi u x không máy khu y cơ v i t c ñ khu y c ñ nh trư c. th c s s c nét. Gi n ñ nhi u x c a hai pha Dung d ch amôniac n ng ñ thích h p ñư c này khác hoàn toàn v i gi n ñ nhi u x tia X nh gi t ñ ng th i trong quá trình khu y v i t c c a pha α - Fe2O3. Hình 2 là gi n ñ nhi u x ñ 1 gi t/s trong th i gian 30 phút. H n h p thu
  3. 233 N.H. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 tia X c a các m u t C1 ñ n C6. D dàng nh n ch t tinh th nanô c a các m u gây ra, các y u th y r ng, các ñ nh nhi u x c a các m u này t còn l i cũng có nh hư ng nhưng không có v trí và cư ng ñ g n trùng v i các ñ nh ñáng k . Kích thư c h ng s m ng tính ñư c t gi n ñ nhi u x tia X là 8.37 A0 r t g n v i giá nhi u x c a v t li u F e3O4 và γ - Fe2O3. T ñó có th kh ng ñ nh r ng các m u ch t o ñư c có tr h ng s m ng c a v t li u F e3O4. T p hương th t n t i dư i d ng Fe3O4 ho c γ - Fe2O3 ho c trình Scherrer tính ñư c kích thư c tinh th c a c hai và không ch a α - Fe2O3. Các ñ nh nhi u các m u trong kho ng 10 nm. x c a các m u ñ u có s m r ng cân b ng v nh TEM c a m u C2 ñư c cho trong hình hai phía so v i các ñ nh nhi u x tương ng 3, kích thư c trung bình c a các h t trong trên hình 1. S m r ng c a các ñ nh nhi u x kho ng t 10 ÷ 15 nm, phân b kích thư c h p. có th do các nguyên nhân: hi u ng v s gi m Kích thư c h t thu ñ ư c t phép ñ o TEM l n kích thư c, s ñóng góp c a c hai pha (Fe3O4, hơn so v i k t qu kích thư c tinh th tính ñư c γ - Fe2O3) và t n t i ng su t dư trong m u. t XRD do có s t n t i c a l p v p hi t b Theo chúng tôi, nguyên nhân chính là do b n m t c a h t. Hình 1. Gi n ñ nhi u x tia X c a các ôxit s t: α - Fe2O3, Fe3O4, γ - Fe2O3.
  4. 234 N.H. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 [311] [440] [511] [220] [400] [422] C1 C2 C3 C4 C5 C6 Hình 2. Gi n ñ nhi u x tia X c a các m u C1 ñ n C6. Hình 3. nh TEM c a m u C2. Hình 4. nh TEM c a m u C3.
  5. 235 N.H. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 là 60 emu/g. T ph n γ - F e2O3 càng cao thì t Hình 5 là ñư ng cong t hoá t ng h p c a h m u trên h ñ o VSM. Mômen t bão hoà c a ñ bão hòa c a m u càng gi m. h m u có giá tr trong kho ng t 35 emu/g ñ n Nhi t ñ Blocking c a m u C1 ñư c xác 74 emu/g, nh hơn giá tr mômen t b ão hoà ñ nh b ng phép ño ñ c trưng MZFC(T) và c a m u kh i là 90 emu/g. Khi n ng ñ các MFC(T) trên hình 6. Các ñư ng cong MZFC(T) ch t tham gia ph n ng gi m thì t ñ bão hoà và MFC(T) r t khác bi t nhi t ñ th p, nhưng c a m u t o thành cũng gi m. S gi m c a t vùng nhi t ñ cao chúng khá tương t và th ñ bão hoà có th do hai nguyên nhân chính: hi n ñ c trưng c a tr ng thái siêu thu n t . c u trúc lõi - v (core - shell structure) c a h t Theo chi u tăng nhi t ñ , MZFC(T) ñ t ñ n m t t và s t n t i c a pha γ-Fe2O3 trong m u. giá tr c c ñ i nhi t ñ kho ng 170 K, sau ñó Nguyên nhân c a vi c t n t i c hai pha theo h p nh t v i ñư ng cong MFC(T) t i các nhi t chúng tôi do Fe3O4 ñã b ôxy hoá m t ph n thành γ-Fe2O3 khi t ng h p trong không khí ñ cao hơn. T các ñ c ñi m c a t ñ p h theo phương trình (2). thu c vào nhi t ñ , cho phép xác ñ nh ñư c nhi t ñ chuy n pha s t t - siêu thu n t (nhi t Fe3O4 +0,25O2 +4,5H2O→1,5γ-Fe2O3.3H2 O (2) ñ Blocking) c a m u C1 là 170 K. trên nhi t ñ này h t nanô Fe3O4 tr nên h i p h c siêu ðây là hi n tư ng r t ph bi n và khó tránh kh i ñ i v i các ôxit s t vì γ - Fe2O3 có cùng thu n t . tính ch t t và c u trúc tinh th v i Fe3O4 Giá tr l c kháng t c a m u C1 ñư c xác nhưng ñ n ñ nh hoá h c cao hơn nhi u [4]. ñ nh b ng phép ñ o ñư ng cong t hoá trên h T XRD r t khó phát hi n ñư c s t n t i c a PPMS 6000 v i bư c ñ o r t nh (0,2 Oe) trong pha γ - Fe2O3 trong m u Fe3O4 như ñã th o lu n vùng t trư ng c c ñ i là 300 Oe (hình 7). L c trên. Vi c t n t i thêm pha γ - Fe2O3 trong các kháng t c a m u C1 tính ñư c t p hép ño trên m u C1 ñ n C6 ñư c kh ng ñ nh trong phép ñ o là 9 Oe trong khi ñó l c kháng t c a m u thành ph n hoá h c, t ph n c a p ha này t 9 % Fe3O4 kh i là 200 Oe. K t qu ño l c kháng t ñ n 18 %. Lư ng γ - Fe2O3 t n t i trong m u h t nanô Fe3O4 c a tác gi Bizdoaca và c ng s tăng khi n ng ñ các ch t tham gia ph n ng cũng trên h ñ o này là 20 Oe [5]. Nguyên nhân gi m. ði u này có th gi i thích như sau: N ng c a vi c t n t i Hc t i nhi t ñ phòng chưa có ñ các ch t tham gia ph n ng gi m d n t i quãng ñ ư ng t do trung bình gi a các m m tác gi nào ñưa ra l i gi i thích, tuy nhiên theo tinh th t o thành tăng, làm tăng kh năng va chúng tôi nguyên nhân c a vi c t n t i Hc có ch m v i phân t dung môi và phân t O2, t o th là do l p t ch t b m t h t t ñóng vai thành pha γ-Fe2O3 như p hương trình (2). Vi c trò là l p ghim t ngăn c n q uá trình ñ o t c a gi m t ñ bão hoà do s t n t i c a pha γ - h t. Fe2O3 là có cơ s khi t ñ bão hoà c a pha này
  6. 236 N.H. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 24 FC ZFC 22 20 M 18 16 14 TB=170Κ 100 200 300 400 T(K) Hình 5. ðư ng cong t hoá c a h m u. Hình 6. ðư ng cong MZFC (T) và MFC (T). 0.10 0.4 0.3 0.05 0.2 0.1 M(emu/g) 0.00 0.0 M -0.1 -0.05 -0.2 -0.3 HC=9(Oe) -0.10 -0.4 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 -300 -200 -100 0 100 200 300 H(Oe) H(Oe) Hình 7. ðư ng cong t hoá c a m u C1. Xác ñ nh ñư c nhi t ñ chuy n pha s t t - 4. K t lu n siêu thu n t (nhi t ñ Blocking) c a m u C1 là 170 K. ðã t ng h p ñư c các m u h t nanô Fe3O4 B ng phép ño chính xác trên h PPMS 6000 các n ng ñ mu i khác nhau. thu ñư c l c kháng t c a m u là 9 Oe nhi t ðã kh o sát ñ c trưng c u trúc và thành ñ p hòng. V i t ñ bão hoà l n, l c kháng t ph n hoá h c c a h h t. Ch ra ñư c s t n t i nh , và kích thư c trong kho ng 10 nm, các h t c a pha γ - Fe2O3 trong các m u có nh hư ng nano Fe3O4 h i t ñ y ñ các y u t c n thi t và không nh ñ n tính ch t t c a các m u. có th ng d ng trong y sinh h c.
  7. 237 N.H. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 [4] A. Bee, R. Massart, S. Neiveu, J. Magn. Mater. Tài li u tham kh o 149 (1995) 6. [5] E. L. Bizdoaca, M. Spasova, M. Farle, [1] J. S. Murday, The Coming Revolution: Science M. Hilgendorff, F. Caruso, Magnetically anh technology of Nanoscale structure, The Directed Self-assembly of Submicron Spheres AMPTIAC Newsletter, Spring, 66 (2002), 5-12 with Fe3O4 nano particle shell, J. Magn. Magn. [2] R. E. Rosensweig. Ferrohydrodynamics, Dover Mater. 44 (2002) 240. Publication, INC., 1997 [3] R. M. Cornell, U.Schwertmann, The iron Oxides, Wiley, 1996 Preparation and study on magnetic properties of Nanoparticles Fe3O4 for biomedical applications Nguyen Huu Duc, Tran Mau Danh, Tran Thi Dung Department of Engineering Physics and Nanotechnology, College of Technology, VNU 144 Xuan Thuy, Hanoi, Vietnam Superparamagnetic iron oxide nanoparticles Fe3O4 have many applications in biomedicine such as magnetic resonance imaging contrast enhancement, cell separation, hyperthermia and drug delivery, etc. For these biomedical applications, it requires that the nanoparticles possess high magnetization values and suitable size smaller than 100 nm with narrow particle size distribution. In this work, iron oxide nanoparticles Fe3O4 have been synthesized by coprecipitation method. The nanoparticle size can be controlled by changing the concentration of salts. The average particle size ranging from 10 to 15 nm, was examined by TEM imaging. The chemical composition analysis showed the presence of the γ-Fe2O3 phase in synthesized nanoparticles. The magnetic properties of all samples were studied by a vibrating sample magnetometer (VSM). The nanoparticles exhibit superparamagnetic properties at room temperature. The Blocking temperature (T B) of these particles are about 170K. The saturation magnetization values at room temperature of the particles are in the range between 35 emu/g and 74 emu/g, lower than the bulk magnetite value of 90 emu/g.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2