Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng của hệ vật liệu lai nano trên cơ sở mangan ferit MnFe2O4

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Lê Thị Thanh Tâm

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ VẬT LIỆU LAI NANO TRÊN CƠ SỞ MANGAN FERIT MnFe2O4

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2019

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Lê Thị Thanh Tâm

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ VẬT LIỆU LAI NANO TRÊN CƠ SỞ MANGAN FERIT MnFe2O4

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 8440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hướng dẫn 1: TS. Đặng Trần Chiến

Hướng dẫn 2: TS. Lê Trọng Lư

Hà Nội - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng Trần Chiến và TS. Lê Trọng Lư. Tất cả các xuất bản được công bố chung với các cán bộ hướng dẫn khoa học và các đồng nghiệp đã được sự đồng ý của các tác giả trước khi đưa vào luận văn. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố và sử dụng để bảo vệ trong bất cứ một công trình nào khác.

Tác giả

Lê Thị Thanh Tâm

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, trước hết tôi xin được bày tỏ sự biết ơn sâu sắc nhất của mình tới TS. Đặng Trần Chiến và TS. Lê Trọng Lư đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn các cô chú, các anh chị thuộc phòng Kỹ thuật Điện – Điện tử, Viện kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vì sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn.

Tôi xin gửi tới TS. Phạm Hồng Nam lời cảm ơn chân thành vì sự giúp đỡ thực hiện các phép đo từ. Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ đầy hiệu quả của NCS. Nguyễn Thị Ngọc Linh, NCS. Lê Thế Tâm và các cán bộ phòng thí nghiệm khoa Sinh học, Đại học Khoa học Thái Nguyên.

Qua đây, tôi cũng 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, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong quá trình thực hiện luận văn.

Luận văn được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu cơ bản mã số 103.02-2018.66 và đề tài khoa học công nghệ thuộc các hướng khoa học công nghệ ưu tiên cấp Viện Hàn Lâm mã số VAST01.08/19-20.

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên và khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, ngày 03 tháng 10 năm 2019

Tác giả

Lê Thị Thanh Tâm

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Danh mục các các bảng

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

Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 4

1.1. Giới thiệu về hạt nano Mangan ferit .......................................................... 4

1.1.1. Cấu trúc tinh thể của MnFe2O4 ............................................................ 4

1.1.2. Các phương pháp tổng hợp hạt nano ................................................... 5

1.2. Hạt nano bạc ............................................................................................. 10

1.2.1. Tính chất của hạt nano bạc ................................................................. 11

1.2.2. Các phương pháp tổng hợp ................................................................ 12

1.3. Hạt nano lai ferit từ - bạc ......................................................................... 13

1.3.1. Các phương pháp tổng hợp ................................................................ 14

1.3.2. Tính chất nổi bật của vật liệu từ - quang cho ứng dụng y sinh .......... 16

1.3.2.1. Tính chất từ .................................................................................. 16

1.3.2.2. Tính chất quang ........................................................................... 17

Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 18

2.1. Hóa chất. ................................................................................................... 18

2.2. Thiết bị ..................................................................................................... 18

2.3. Quy trình tổng hợp ................................................................................... 19

2.3.1. Tổng hợp hạt nano MnFe2O4 ............................................................. 19

2.3.2. Tổng hợp hệ nano lai MnFe2O4@Ag ................................................. 20

2.3.3. Quy trình làm sạch và chuẩn bị mẫu .................................................. 20

2.3.4. Chuyển hạt nano MnFe2O4@Ag tổng hợp trong dung môi hữu cơ sang nước ..................................................................................................... 20

2.4. Các phương pháp phân tích vật liệu ......................................................... 21

2.4.1. Kính hiển vị điện tử truyền qua (TEM) ............................................. 21

2.4.2. Nhiễu xạ tia X ( XRD) ....................................................................... 22

2.4.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ................................................... 23

2.4.4. Từ kế mẫu rung (VSM) ...................................................................... 24

2.4.5. Tán xạ ánh sáng động (DLS) ............................................................. 25

2.4.6. Phân tích nhiệt (TGA) ........................................................................ 26

2.4.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại (FT-IR) ........................................................ 27

2.4.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-vis.............................. 28

2.4.9. Chụp ảnh MRI .................................................................................... 28

2.4.10. Đo hiệu ứng quang – từ nhiệt .......................................................... 30

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 32

3.1. Hạt nano MnFe2O4 ................................................................................... 32

3.1.1. Hình thái hạt và ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp .............. 32

3.1.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ tiền chất ................................................ 32

3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt .......................... 34

3.1.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ............................................... 38

3.1.2. Cấu trúc pha của hạt nano MnFe2O4 .................................................. 40

3.1.3. Tính chất từ của hạt nano MnFe2O4 ................................................... 41

3.2. Hạt nano lai MnFe2O4@Ag ...................................................................... 43

3.2.1. Hình dạng và kích thước hạt .............................................................. 43

3.2.2. Tính chất quang .................................................................................. 46

3.2.3. Tính chất từ ........................................................................................ 47

3.2.4. Cấu trúc pha và thành phần của hệ lai MnFe2O4@Ag....................... 47

3.3. Hạt nano lai MnFe2O4@Ag bọc PMAO .................................................. 48

3.4. Định hướng ứng dụng của hạt nano MnFe2O4@Ag bọc PMAO ............. 54

3.4.1. Kháng khuẩn ...................................................................................... 54

3.4.2. Quang - từ nhiệt trị ............................................................................. 55

3.4.3. Chụp ảnh cộng hưởng từ .................................................................... 57

KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................... 59

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN ... 60

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ...... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 62

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

I. Danh mục ký hiệu

Tiếng Anh Tiếng Việt Ký hiệu và chữ viết tắt

Dynamic Light Scattering Tán xạ ánh sáng động DLS

Differential Thermal Analysis Phân tích nhiệt vi sai DTA

Energy Dispersive X-ray Tán xạ năng lượng tia X EDX

Field - Cooled Làm lạnh có từ trường FC

FTIR Fourier – Transform Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

Magnetic Hyperthermia Từ - nhiệt trị MHT

Magnetic nanoparticle Hạt nano từ tính MNP

Magnetic Resonance Imaging Ảnh cộng hưởng từ MRI

Oleic Acid Axít oleic OA

OCD-ol Octadecanol Octadecanol

OLA Oleylamine Oleylamin

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

Photothermal Quang – nhiệt trị PT

Reactive Oxygen Species Gốc tự do oxy ROS

Specific Absorbtion Rate Tốc độ hấp thụ nhiệt riêng SAR

Specific Loss Power Công suất tổn hao riêng SLP

Echo Time TE

Thời gian thu tín hiệu lớn nhất

TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua

Thermo Gravimetric Analysis Phân tích nhiệt trọng lượng TGA

TR Repetition Time Thời gian lặp xung

Từ kế mẫu rung VSM Vibrating Sample Magnetometer

X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X XRD

Zero – Field Cooled Làm lạnh không từ trường ZFC

Dimension (TEM) Kích thước từ ảnh TEM DTEM

Dimension (XRD) Kích thước từ phổ XRD DXRD

Magnetic field intensity Cường độ từ trường H

Coercivity Lực kháng từ Hc

Magnetization Từ độ M

Saturation Magnetization Từ độ bão hòa Ms

Temperature Nhiệt độ T

Độ biến thiên nhiệt độ T

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình Tên hình Trang

5 Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể spinel ferit.

6 Hình 1.2 Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung

dịch.

Sơ đồ chế tạo vật liệu nano bằng công nghệ sol-gel. 7 Hình 1.3

8 Hình 1.4 Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp hot injection.

Hình 1.5 Cấu trúc của một vài chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong tổng hợp hạt nano trong dung môi hữu cơ.

11 Hình 1.6 Cấu trúc lập phương tâm mặt của kim loại Ag.

19 Hình 2.1 Hệ thiết bị tổng hợp hạt nano MnFe2O4 @Ag.

21 Hình 2.2

a) Sơ đồ nguyên lý của TEM, b) Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 đặt tại Viện Vệ sinh Dịch tể Trung ương.

22 Hình 2.3 Minh họa về mặt hình học định luật nhiễu xạ Bragg.

23 Hình 2.4

Sơ đồ cấu hình của một máy nhiễu xạ tia X ở chế độ quét θ/2θ.

Sơ đồ khối cấu tạo của từ kế mẫu rung. 25 Hình 2.5

30 Hình 2.6 Ảnh chụp hệ thí nghiệm đốt nhiệt - từ.

Sơ đồ hệ đo đốt quang sử dụng bước sóng lase 532 nm. 31 Hình 2.7

Hình 3.1 Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4 tổng hợp ở các nồng độ khác nhau: a,b) 50 mM; c,d) 150 mM; e,f) 250 mM; g,h) 500 mM; i,k) 750 mM.

Hình 3.2 Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4 tổng hợp ở nồng độ chất hoạt động bề mặt (OA+OLA) khác nhau: a,b) 0 mM; c,d) 300 mM; e,f) 525 mM; g,h) 720 mM; i,k) 900 mM.

38 Hình 3.3 Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4

khi sử dụng chất hoạt động bề mặt là OLA, OA, OA+OLA.

39 Hình 3.4 Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4

ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau.

40 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tai X của mẫu MnFe2O4 ở các kích

thước khác nhau.

42 Hình 3.6 Đường cong từ hóa của các mẫu MnFe2O4.

Hình 3.7 Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt nano MnFe2O4@Ag sử dụng lượng tiền chất AgNO3 khác nhau: a,b) 0,2 g; c,d) 0,5 g; (e,f) 0,7 g; g,h) 1,0 g; i,k) 1,3 g.

47 Hình 3.8

Phổ UV - Vis của các mẫu MnFe2O4 và mẫu lai MnFe2O4@Ag.

47 Hình 3.9 Đường cong từ hóa của các mẫu lai MnFe2O4@Ag.

48 Hình 3.10 Giản đồ XRD của mẫu MnFe2O4 và MnFe2O4@Ag.

48 Hình 3.11 Phổ EDS của mẫu MnFe2O4@Ag.

tán

Hình 3.12 a,b) Hạt nano MnFe2O4@Ag và các phân tử PMAO phân trong dung môi clorofom, c) Hạt MnFe2O4@Ag được bọc thêm bởi lớp PMAO trong nước, d) Cấu trúc phân tử của PMAO.

Hình 3.13 MFA10 trước khi bọc PMAO trong dung môi hexane, lớp trên (a) và sau khi bọc PMAO trong nước, lớp dưới (b); Hạt MFA10@PMAO trong nước dưới tác dụng của thanh nam châm từ (c).

51 Hình 3.14 Phổ FTIR của mẫu MFA10@PMAO.

51 Hình 3.15 Phân tích TGA của mẫu MFA10@PMAO

52 Hình 3.16 Kết quả đo phân bố kích thước hạt (DLS) và thế zeta

của mẫu MFA10@PMAO.

53 Hình 3.17 Hạt nano MFA10@PMAO ở nồng độ muối NaCl khác

nhau.

54 Hình 3.18 Các hạt nano từ MFA10@PMAO phân tán trong môi

trường với các điều kiện pH khác nhau.

Hình 3.19 Hoạt tính ức chế vi khuẩn E. coli và S. aureus của hạt nano MFA10@PMAO và khả năng thu hồi cho mục đích tái sử dụng.

56 Hình 3.20 Độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian của mẫu

MFA10@PMAO ở các chế độ đốt nóng khác nhau.

Hình 3.21 Ảnh chụp MRI của mẫu lai MFA10@PMAO theo chế độ trọng T2 với các chế độ chụp khác nhau và cường độ tín hiệu thu được tương ứng.

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Tên bảng Trang

41 Bảng 3.1 Kích thước tinh thể trung bình, kích thước hạt thực trung

bình của các mẫu MnFe2O4.

42 Bảng 3.2 Giá trị từ độ bão hòa (Ms), lực kháng từ (Hc) của các

mẫu hạt nano MnFe2O4.

46 Bảng 3.3 Kích thước lõi, vỏ của hạt nano MnFe2O4@Ag.

57 Bảng 3.4 Các thông số liên quan giữa kích thước, nồng độ hạt với

giá trị SAR.

MỞ ĐẦU

Khoa học và công nghệ nano thực sự là một bước đột phá của ngành khoa học vật liệu trong thế kỷ 21. Vật liệu nano góp phần giải quyết được các bài toán nhân loại đang đối mặt có tính toàn cầu như y tế, năng lượng, môi trường. Bắt đầu phát triển từ các vật liệu nano riêng rẽ, cho đến nay công nghệ nano hướng tới các đối tượng là các tổ hợp vật liệu tích hợp các tính chất (đa chức năng) của các vật liệu nano khác nhau. Cấu trúc này có thể được tạo ra từ sự kết hợp của các tổ hợp vật liệu (cấu trúc lai) như: từ - quang [52, 53], từ - huỳnh quang [16, 20], quang - huỳnh quang [30] đang được quan tâm nghiên cứu.

Trong vài thập kỷ qua, các hạt nano từ tính (MNPs) đã thu hút rất nhiều sự chú ý nhờ vào các ứng dụng tiềm năng rộng rãi của chúng trong y sinh, bao gồm phân phối thuốc hướng đích, tăng thân nhiệt cục bộ trị liệu ung thư, chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và tách DNA [39]. Để ứng dụng trong y sinh, các MNP cần đáp ứng các tiêu chí quan trọng như không độc hại, tương thích sinh học, đơn phân tán, ổn định lâu dài trong môi trường keo, mômen từ tính cao [55]. Tuy nhiên, các MNP thể hiện hai thiếu sót lớn để phát triển ứng dụng trong thực tế: đầu tiên, sự kết đám của các MNP gây ra bởi các tương tác từ tính và tĩnh điện; thứ hai, các môment từ của các hạt nano bị giảm mạnh khi

các hạt tiếp cận kích thước ∼10 nm dẫn đến khả năng đáp ứng từ kém. Những thiếu sót được đề cập này đã làm cho các MNP bị hạn chế đối với một số ứng dụng [32]. Ví dụ, nồng độ hạt nano sắt từ (Fe3O4) sử dụng hiệu quả cho ứng dụng đốt từ nằm trong khoảng 10-30 mg/ml đối với các sản phẩm thương mại sẵn có và có giá trị trong phạm vi 1-5 mg/ml cho các sản phẩm nghiên cứu tổng hợp được công bố trong thời gian gần đây, các giá trị này vượt xa giới hạn về độc tính đối với tế bào thường là 100 μg/ml. Để khắc phục những vấn đề trên, giải pháp phổ biến hiện nay là nghiên cứu chế tạo các vật liệu nano từ của các kim loại chuyển tiếp hoặc hợp kim của chúng có từ tính mạnh như Fe, Co hoặc FeCo [11, 23]. Ưu điểm của các hệ vật liệu này là chúng có giá trị từ độ bão hòa Ms cao (gấp 2-3 lần của các hệ ôxit và ferit từ) nên hiệu suất chuyển đổi năng lượng từ trường thành nhiệt cao, và do đó có thể sử dụng chúng ở một

nồng độ rất thấp mà vẫn đáp ứng được nhiệt độ mong muốn. Tuy nhiên, hạn chế chính của các hệ này là tính dễ bị oxy hóa. Khi tiếp xúc với không khí, các hạt nano từ dạng này bị oxy hóa và do đó từ tính của chúng sẽ bị giảm mạnh hoặc thậm chí bị mất hoàn toàn. Một cách tiếp cận khác có tính khả thi hơn cho ứng dụng đốt từ đó là tăng từ trường kích thích (nhiệt độ mẫu tỉ lệ thuận tần số và với bình phương của cường độ từ trường sử dụng). Tuy nhiên việc tác động một từ trường với cường độ lớn, H = 100-500 Oe và tần số cao 500 kHz - 1 MHz vào cơ thể trong khoảng thời gian dài là điều không mong muốn.

Một hệ vật liệu cũng được xem là ứng cử viên đầy hứa hẹn trong lĩnh vực y sinh là các kim loại quý (Au, Ag). Cơ sở của các ứng dụng của các hệ vật liệu này dựa trên các tính chất liên quan đến hiệu ứng Plasmon bề mặt, tương thích sinh học, độ bền hóa học, khả năng chức năng hóa bề mặt cũng như khả năng kháng khuẩn của chúng. Tuy nhiên, cho dù các công trình khoa học công bố trong thời gian gần đây đã chỉ ra những thành tựu nổi bật trong việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng hạt nano vàng, bạc cho mục đích y sinh, các cấu trúc chế tạo được cũng tồn tại một vài hạn chế như kém ổn định quang, hoặc có kích thước tương đối lớn do đó rất khó phân tán và duy trì chúng trong dung dịch ở thời gian dài dẫn đến hạn chế khả năng ứng dụng thực tế của chúng [2,34]. Chẳng hạn như các thanh nano vàng sau bị chiếu bởi chùm tia laser thường bị biến dạng dẫn tới đỉnh hấp thụ cộng hưởng SPR bị dịch chuyển về vùng bước sóng ngắn và do đó mất đi đặc tính quang mong muốn [10, 11, 23], hay AgNP có thể gây độc cho sức khỏe con người và sinh thái khi sử dụng ở nồng độ cao. Các nghiên cứu chỉ ra rằng nguyên nhân chính gây độc tế bào khi sử dụng AgNP chủ yếu được quy cho việc tạo ra các gốc tự do oxy (ROS) do giải phóng các ion bạc [24]. Để khắc phục điều này, sự kết hợp của các hạt nano kim loại quý (Au, Ag) với MNPs (đặc biệt là các hạt nano siêu thuận từ) để tạo thành hệ composite/hybrid đang được quan tâm nghiên cứu cho các ứng dụng y sinh thực tế vì những ưu điểm nổi bật của chúng như ổn định keo tốt, tương thích sinh học, khả năng tái sử dụng, vận chuyển hướng đích và kiểm soát khử trùng được tăng cường [3, 12, 42].

Từ những luận điểm trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu

chế tạo và ứng dụng của hệ vật liệu lai nano trên cơ sở mangan ferit MnFe2O4”.

Mục tiêu của luận văn:

1. Tổng hợp thành công hạt nano từ mangan ferit MnFe2O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao, nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện thực nghiệm đến chất lượng hạt nano.

2. Tổng hợp thành công hệ lai MnFe2O4/Ag bằng phương pháp seed - growth, chức năng hóa bề mặt hạt nano MnFe2O4/Ag bằng tác nhân tương thích sinh học để ứng dụng trong y sinh.

3. Khảo sát một số ứng dụng tiềm năng của hệ lai nano chế tạo được.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về hạt nano Mangan ferit

Gần đây, sự quan tâm trong việc sử dụng các hạt nano từ tính (MNPs) cho các ứng dụng y sinh đã tăng lên do tính chất đa chức năng độc đáo của chúng. Khi kích thước của các hạt giảm xuống dưới kích thước tới hạn, thường là dưới 15nm [15], mỗi hạt nano trở thành một miền từ tính duy nhất và thể hiện tính chất siêu thuận từ đáng chú ý tương tự như tính chất thuận từ. Mỗi hạt nano riêng lẻ có mômen từ lớn không đổi và hoạt động giống như một nguyên tử thuận từ khổng lồ với sự phản ứng nhanh khi áp một từ trường ngoài trong khi từ dư và lực kháng từ không đáng kể. Những đặc điểm này làm cho các hạt nano siêu thuận từ hấp dẫn đối với một loạt các ứng dụng y sinh như tăng thân nhiệt từ tính, kích hoạt hoặc phân phối thuốc cục bộ, chụp ảnh cộng hưởng từ và cảm biến sinh học [35, 45].

1.1.1. Cấu trúc tinh thể của MnFe2O4

Trong vật liệu từ, cấu trúc nano của các ferit kim loại chuyển tiếp với công thức chung MFe2O4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, v.v.) có sức hấp dẫn vô cùng to lớn trong công nghiệp cũng như ứng dụng y sinh nhờ các tính chất độc đáo của chúng: độ từ hóa vừa phải, hiệu ứng đơn miền, siêu thuận từ,... [44]. Là một thành viên quan trọng trong họ ferit, MnFe2O4 đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu đáng chú ý do tính chất điện từ và tính chất từ nổi bật của nó. MnFe2O4 là một spinel đảo một phần với khoảng 80% các ion Mn2+ nằm ở vị trí tứ diện (A) trong khi chỉ có 20% trong số chúng nằm ở vị trí bát diện (B) (Hình 1.1) [13]. Các hạt nano, cấu trúc nano và màng mỏng của MnFe2O4 thể hiện các tính chất đa dạng như hằng số dị hướng cao, từ hóa bão hòa phụ thuộc kích thước, siêu thuận từ và nhiệt độ Curie cao. Các đặc tính này của mangan ferit dẫn đến nhiều ứng dụng hấp dẫn như ghi từ, lò vi sóng, tác nhân tương phản MRI, chất lỏng từ, phân phối thuốc, cảm biến khí và vật liệu hấp thụ khí nóng.

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể spinel ferit.

1.1.2. Các phương pháp tổng hợp hạt nano

Hiện nay, các phương pháp khác nhau đã được phát triển để tổng hợp hạt với kích cỡ nanomet như phương pháp đồng kết tủa, sol – gel, khử, thủy nhiệt, phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao,…

- Phương pháp đồng kết tủa: Trong các phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ. Các mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuyếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nano (Hình 1.2). Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn là hình thành mầm và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế sự hình thành của những mầm mới. Các phương pháp sau đây là những phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt... Trong đó phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp thường được dùng để tạo các hạt nano ôxít và ferit 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)).

Siêu bão hòa

Tạo mầm

n a t t ấ h c

ộ đ

g n ồ N

Phát triển mầm

Thời gian

Hình 1.2. Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch.

Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp đồng kết tủa từ các muối kim loại trong dung dịch nước có một số ưu điểm như cách thực hiện đơn giản, sử dụng nguyên liệu ban đầu rẻ tiền, dễ dàng mở rộng quy mô. Tuy nhiên, sự kiểm soát hình thái và tính đồng nhất của các hạt nano vẫn là một thách thức.

- Phương pháp sol – gel: Sol là hệ phân tán vi dị thể các hạt ở dạng rắn hoặc dạng polyme vào trong pha lỏng. Sol khác với aerosol là hệ phân tán các hạt rắn trong pha khí và khác với nhũ tương là hệ phân tán các hạt lỏng trong pha lỏng khác. Gel là hệ phân tán vi dị thể bao gồm một mạng lưới pha rắn liên tục được bao quanh và điền đầy bởi một pha lỏng liên tục. Mạng lưới pha rắn này được tạo thành từ sự không bền của các hạt sol do giảm tương tác đẩy giữa các hạt hoặc do biến đổi bề mặt hạt trong môi trường lỏng hoặc bởi liên kết cầu nối giữa các cluster polyme. Quá trình sol-gel là quá trình mà sol được chuyển thành gel bởi sự hình thành mạng lưới không gian trong toàn bộ môi trường pha lỏng. Như vậy gel theo đúng định nghĩa có thể được chế tạo bằng hai cách hoá học là: i) Hướng phân tử: dựa trên sự thuỷ phân và đa ngưng tụ tạo các sol chứa cation kim loại gọi là gel polyme, ii) Hướng hạt keo: hình thành mạng không gian trên cơ sở của sự không bền của hạt keo phân tán trong môi trường lỏng gọi là gel keo. Dùng phương pháp sol-gel để tổng hợp các hạt nano do phương pháp này có rất nhiều ưu điểm nổi bật: vật liệu được tổng hợp ở nhiệt độ thấp, cho phép hoà trộn một cách đồng đều nhiều ôxít với nhau, chế tạo được

các vật liệu lai hoá giữa vô cơ và hữu cơ, dễ pha tạp, chế tạo được các vật liệu có hình dạng khác nhau như bột, khối, màng, sợi và vật liệu có cấu trúc nano, có thể điều khiển được độ xốp và độ bền cơ học thông qua việc xử lý nhiệt, hoá chất sử dụng thường là không độc.

Hình 1.3. Sơ đồ chế tạo vật liệu nano bằng công nghệ sol-gel.

- 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 [60]. 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. 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 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.

Dung dịch tiền chất

Chất hoạt động bề mặt

Phát triển mầm

Tiêm nóng

Tạo mầm

- Phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao: 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 về 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 tiêm nóng) hoặc bằng cách đun nóng từ từ hỗn hợp phản ứng từ nhiệt độ phòng lên nhiệt độ sôi của dung môi (phương pháp gia nhiệt). Hình 1.4 minh họa kỹ thuật tổng hợp hạt nano bằng phương pháp hot injection [41].

Hình 1.4. Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp tiêm nóng [41].

Các hợp chất hữu cơ của các kim loại như cacbonyl, cupferorat 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 sunphat hoặc clorua 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. 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 1.5. 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. 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 trò quan trọng trong việc quyết định hình dạng, kích thước và độ đồng đều của các hạt nano [61].

Hình 1.5. 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 và phát triển 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.

1.2. Hạt nano bạc

Trong những năm gần đây, các hạt nano kim loại quý như hạt nano Au, Ag, Pt,… đã thu hút được sự quan tâm chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới do tiềm năng ứng dụng rộng rãi của chúng trong các lĩnh vực khoa học và đời sống [50]. Ở kích thước nanomet, chúng thể hiện các tính chất hóa, lý và sinh học vượt trội so với vật liệu khối nhờ hiệu ứng kích thước, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng lượng tử [48].

Trong số các hạt nano kim loại quý, hạt nano bạc được quan tâm nghiên cứu nhiều do chúng thể hiện các tính chất hóa lý đặc biệt như độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, sự tăng cường tán xạ Raman bề mặt, ổn định hóa học, hoạt tính xúc tác và đặc biệt là hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, diệt virut cao [26]. Bên cạnh đó hạt nano bạc với nồng độ nhỏ cho phép được minh chứng là an toàn với các tế bào của con người nhưng là độc tố đối với các loại vi khuẩn, nấm và virut. Bởi vậy, hạt nano bạc là vật liệu hứa hẹn cho các ứng dụng kháng khuẩn, diệt virut, vật liệu cảm biến sinh học, sợi tổng hợp, vật liệu siêu dẫn, sản phẩm mỹ phẩm và các linh kiện điện tử.…. [24].

Bạc kim loại có cấu trúc tinh thể kiểu mạng lập phương tâm mặt (hình 1.6), với thông số của ô cơ sở là: a = 4,08 Å, b = 4,08 Å, c = 4,08 Å, α = 900, β = 900, γ = 900. Các nguyên tử được bố trí tại 8 đỉnh của hình lập phương tương ứng với tọa độ (000), (100), (110), (010), (001), (101), (111), (011) và 6 nguyên tử bố trí ở tâm của 6 mặt của ô cơ sở tương ứng có tọa độ (1/2 0 1/2), (1 1/2 1/2), (1/2 1 1/2), (0 1/2 1/2), (1/2 1/2 0), (1/2 1/2 1).

Hình 1.6. Cấu trúc lập phương tâm mặt của kim loại Ag.

1.2.1. Tính chất của hạt nano bạc

Tính chất quang: Hạt nano kim loại quý nói chung và hạt nano bạc nói riêng có khả năng tương tác mạnh với bức xạ điện từ [26]. Khi bị bức xạ điện từ kích thích, các electron dẫn linh động của các hạt nano này sẽ bị dịch chuyển. Nếu kích thước hạt nano nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng chiếu tới thì sự dịch chuyển của các electron sẽ tạo thành một lưỡng cực điện. Lưỡng cực điện này sẽ dao động với tần số của ánh sáng kích thích. Trong trường hợp tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số nội tại của các electron dẫn tại vùng gần bề mặt của hạt thì ánh sáng bị hấp thụ và tán xạ mạnh. Trong phổ hấp thụ và tán xạ của hạt nano xuất hiện dải có cường độ cực đại gọi là dải cộng hưởng plasmon bề mặt. Theo lý thuyết Mie, đối với các hạt nano dạng cầu thì vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào ba yếu tố cơ bản: (i) thứ nhất là hình dạng và kích thước của hạt nano, (ii) thứ hai là bản chất của vật liệu, (iii) thứ ba là môi trường xung quanh của hạt nano [26]. Lý thuyết Mie được áp dụng cho các hệ có nồng độ hạt nhỏ và bỏ qua tương tác giữa các hạt nano [26]. Đỉnh phổ hấp thụ của hạt nano bạc sẽ dịch về phía bước sóng ngắn khi kích thước hạt giảm và dịch về bước sóng dài khi kích thước của hạt nano bạc tăng lên [1].

Tính kháng khuẩn, kháng nấm, diệt vi rút: Hạt nano bạc là vật liệu có hoạt lực diệt vi sinh vật mạnh. Phổ diệt vi sinh vật của hạt nano bạc rất rộng với nhiều loại vi sinh vật khác nhau bao gồm cả vi khuẩn, nấm, virut... Đặc tính

diệt vi sinh vật của hạt nano bạc phụ thuộc mạnh vào hình dạng, kích thước, độ phân tán và nồng độ của hạt nano bạc [37]. Hiện nay có ba cách giải thích chính được đề xuất để mô tả hoạt động diệt vi sinh vật của các cấu trúc nano chứa thành phần bạc: (1) tương tác trực tiếp hạt nano Ag với màng tế bào vi khuẩn, gây tổn thương màng và tạo phức với các thành phần nội bào dẫn đến sự ức chế tế bào [47]; (2) tương tác với nhóm thiol (-SH) và phản ứng hình thành các gốc tự do chứa oxy (ROS - reactive oxygen species) gây độc tế bào [6]; (3) giải phóng ion bạc ức chế men hô hấp và cũng tạo ra ROS [28]. Trong một số nghiên cứu khác nano bạc gây ức chế khả năng hoạt động của ADN, protein tế bào từ đó làm chết vi khuẩn.

1.2.2. Các phương pháp tổng hợp

Các phương pháp tổng hợp hạt nano bạc có thể được chia thành 3 nhóm phương pháp chính gồm: phương pháp hóa học, phương pháp vật lý và phương pháp sinh học.

- Phương pháp hóa học: Trong các phương pháp đã được sử dụng để chế tạo hạt nano bạc, phương pháp hóa học là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất và có giá thành thấp để tổng hợp hạt nano bạc. Đây là phương pháp đơn giản và hiệu quả để tổng hợp hạt nano bạc trong dung dịch. Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion bạc thành bạc kim loại. Một số chất khử thường được sử dụng như natri citrat, natri borohydrit (NaBH4), glucose… [56]. Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, các nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tĩnh điện làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc bằng chất hoạt hóa bề mặt như polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidon (PVP), natri oleat... Cơ chế tạo thành hạt nano bạc theo phương pháp hóa học gồm hai giai đoạn: khử ion bạc thành nguyên tử bạc và tạo mầm kết tinh, phát triển hạt thành các nguyên tử bạc [7]. Một số phương pháp hóa học thường sử dụng như phương pháp khử citrat (phương pháp Turkevich), phương pháp khử borohydrit, phương pháp Tollens, phương pháp polyol,…[49]. Phương pháp hóa học có nhiều ưu điểm như: đơn giản, đa dạng, hạt nano bạc tổng hợp được có kích thước nhỏ, phân bố đều, độ phân tán trong dung môi tốt. Ngoài ra, đây là

phương pháp có giá thành thấp và có thể áp dụng rộng rãi trong các điều kiện nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là sử dụng nhiều hóa chất trong đó có những hóa chất có thể gây ảnh hưởng đến môi trường.

- Phương pháp vật lý: Phương pháp vật lý là phương pháp sử dụng các nguồn năng lượng vật lý (nhiệt, nguồn xoay chiều, hồ quang điện, laser..) để tổng hợp hạt nano bạc [24]. Nhìn chung, phương pháp vật lý là phương pháp đơn giản, thích hợp dùng để tạo mẫu dưới dạng bột và có thể chế tạo lượng lớn trong một thí nghiệm. Mẫu chế tạo được có độ tinh khiết cao, kích thước hạt đồng đều và không sử dụng các hóa chất độc hại. Tuy nhiên, các thiết bị dùng cho các phương pháp này là rất đắt tiền.

- Phương pháp sinh học: Phương pháp sinh học là phương pháp dùng các thực thể sống như vi khuẩn, nấm, tảo hay các loại cây là tác nhân khử ion kim loại. Tùy theo tác nhân khử mà người ta có thể chia phương pháp sinh học thành các phương pháp như: phương pháp vi khuẩn, phương pháp vi nấm và phương pháp sử dụng các chiết xuất từ thực vật. Đây là phương pháp thân thiện với môi trường, giá thành thấp và tiết kiệm năng lượng. Khi các vi sinh vật được ủ với ion bạc, các hạt nano bạc tạo ra ở bên trong như là một cơ chế làm giảm độc tính của hạt nano bạc [24]. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là không thể chế tạo với số lượng lớn.

1.3. Hạt nano lai ferit từ - bạc

Các đặc tính siêu thuận từ của nano từ cho phép các công nghệ như tăng thân nhiệt từ tính, chụp cộng hưởng từ, chất tương phản, tách từ và các ứng dụng phân phối thuốc từ tính. Ngoài ra, tính chất plasmonic của các hạt nano plasmon cho phép các công nghệ như cảm biến, hình ảnh và liệu pháp quang nhiệt. Do đó, việc kết hợp các tính chất này thành một cấu trúc nano duy nhất mang lại các ứng dụng đa dạng cao hơn so với khi chỉ áp dụng các đặc tính siêu thuận từ hoặc plasmonic. Sự kết hợp đó tạo ra vật liệu với tính chất mới, đa chức năng, không những phát huy tối đa tính năng ưu việt của từng vật liệu mà còn có thể hạn chế nhược điểm của chúng khi hoạt động riêng lẻ. Bằng cách thay đổi tỉ lệ và thành phần tiền chất mà vật liệu lai có thể tồn tại ở các dạng sau: lõi - vỏ (core - shell), cấu trúc hoa (flower structure), dimer.

Khi các vật liệu nano khác nhau được tích hợp với nhau trên một hạt nano, chúng sẽ thể hiện các ưu thế riêng vốn có của từng thành phần và các tính chất đặc trưng do sự tương tác giữa hai hệ vật liệu tạo nên. Có thể nói, sự kết hợp của vật liệu nano kim loại quý (Ag) và nano từ (MnFe2O4) trong một cấu trúc nano duy nhất có khả năng mở ra những ứng dụng mới, chẳng hạn như tách chiết tế bào dưới sự giám sát hình ảnh plasmon, chụp ảnh dual mode (MRI và hình ảnh plasmon), vật liệu kháng khuẩn … Điều này có được là do các cấu trúc lai MnFe2O4-Ag vừa có tính chất từ của mangan ferit, vừa có tính chất quang từ hiệu ứng plasmon bề mặt của Ag. Ngoài ra, với các ứng dụng riêng của từng hệ nano, các tính chất riêng của vật liệu này có thể được thúc đẩy hoặc hỗ trợ của vật liệu kia. Ví dụ, khi có thêm nano Ag, độ dẫn điện của MnFe2O4 được cải thiện, nên cấu trúc lai này có khả năng ứng dụng trong các linh kiện tích trữ, hay làm các điện cực. Trong các ứng dụng quang xúc tác hay xử lý nước thải, vật liệu từ MnFe2O4 với khả năng hấp thụ kim loại nặng và hiệu suất chuyển đổi quang cao có thể hỗ trợ cùng với khả năng diệt khuẩn của Ag để hiệu quả của quá trình được nâng cao một cách đáng kể [38]. Ngoài ra, nhờ có từ tính nên MnFe2O4 cũng giúp cho quá trình thu hồi và tái sử dụng trở nên dễ dàng hơn. Nhìn chung các tính chất của các vật liệu thành phần được kết hợp linh hoạt, thúc đẩy và hỗ trợ lẫn nhau khi được tích hợp trên một hạt nano. Nhờ đó mà hệ lai lai MnFe2O4 - Ag có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các hạt nano đơn Ag, MnFe2O4 trong ứng dụng tách và tinh chế các phần tử sinh học, tăng cường hoạt lực thuốc kháng sinh, phân phối thuốc, tăng thân nhiệt cục bộ, xúc tác,…[54].

1.3.1. Các phương pháp tổng hợp

Các phương pháp tổng hợp pha lỏng khác nhau đã được nghiên cứu chuyên sâu để thu được các loại hạt nano vô cơ khác nhau như hạt nano bán dẫn và hạt nano kim loại. Các NP kim loại thường bao gồm một nguyên tố từ tính (ví dụ: Fe, Co và Ni), một nguyên tố plasmonic (ví dụ: Au và Ag) hoặc một nguyên tố xúc tác (ví dụ Pt, Pd và Ru) tùy thuộc vào ứng dụng của chúng. Do đó, hạt nano lai từ-quang gồm các thành phần có tính chất từ và thành phần plasmonic có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp hóa học. Trong phần

này, các phương pháp tổng hợp hóa ướt điển hình cho cấu trúc lai từ-quang được thảo luận cụ thể.

- Phương pháp khử trong môi trường nước: Trong phương pháp này, hạt nano kết hợp từ-quang thường được tổng hợp bằng cách khử tuần tự các tiền chất từ tính và plasmonic với một chất khử trong dung môi nước.

- Phương pháp gia nhiệt: Trong số các phương pháp tổng hợp hữu cơ, phương pháp gia nhiệt rất đơn giản và đáng tin cậy để tổng hợp các hạt nano đồng nhất theo kiểu được kiểm soát. Thông thường, tiền chất kim loại và chất ổn định được hòa tan trong dung môi hữu cơ có hoặc không có chất khử. Sau đó, hỗn hợp phản ứng được đun nóng đến nhiệt độ cao để thúc đẩy phản ứng khử/phân hủy. Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt độ phản ứng, các loại hạt nano từ-quang đồng nhất có thể được tổng hợp.

- Phương pháp tiêm nóng: Đây là một phương pháp tổng hợp hữu cơ khác để thu được các hạt nano đồng nhất. Thông thường, dung dịch gốc của tiền chất kim loại được tiêm vào dung môi hữu cơ chứa chất ổn định ở nhiệt độ cao (> 100 oC). Phương pháp này cho phép mầm và sự phát triển riêng rẽ của hạt nano; do đó có thể thu được các loại hạt nano từ-quang đồng nhất.

- Phương pháp mixen đảo: là phương pháp tổng hợp truyền thống để thu được các hạt nano tương đối đồng đều với khả năng điều chỉnh hình dạng của hạt. Thông thường trong các mixen đảo, nước trong các giọt dầu được hình thành bởi các chất hoạt động bề mặt trong một lượng lớn dung môi hữu cơ. Nước bên trong các mixen đảo chứa tiền chất kim loại và các chất khử, và do đó hoạt động như một lò phản ứng nano.

- Phương pháp nhiệt dung môi: là một phương pháp quan trọng khác để điều chế hạt nano lai từ - quang, trong đó các hóa chất được phản ứng trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ trung bình cao (100 - 500 oC) và áp suất lớn (1 – 10000 atm). Trong một phương pháp nhiệt dung môi điển hình, hỗn hợp phản ứng chứa tiền chất kim loại và chất ổn định được làm nóng bằng autoclave bằng thép không gỉ lót Teflon. Phương pháp này cho phép sử dụng khả năng

hòa tan tăng cường của tiền chất kim loại bằng cách vượt quá điểm sôi của dung môi dưới áp suất cao.

1.3.2. Tính chất nổi bật của vật liệu từ - quang cho ứng dụng y sinh

1.3.2.1. Tính chất từ

Yêu cầu đầu tiên đối với các hạt từ tính trong bất kỳ ứng dụng y sinh nào là tính chất siêu thuận từ, tức là không còn từ dư gây ra bởi sự dao động nhiệt của hướng từ hóa. Nếu không, các hạt sẽ tạo thành các chất kết tụ từ tính lớn, mang lại tác dụng phụ không mong muốn, chẳng hạn như chứng huyết khối.

Tăng thân nhiệt từ tính là một trong những phương pháp mới trong điều trị ung thư. Các tế bào ung thư bị tiêu diệt trong khi nhiệt độ cục bộ tăng lên khoảng 43 °C khi áp dụng từ trường xoay chiều. Phương pháp này giúp giảm tối thiểu tác dụng phụ lên các tế bào bình thường [36]. Trên thực tế, tính toàn vẹn sinh học của màng tế bào khối u và tế bào của chúng bị phá hủy trong quá trình tăng thân nhiệt [31] lần đầu tiên được giới thiệu khi sử dụng hạt nano Fe2O3 vào năm 1957 [18]. Trong phương pháp này, hiệu suất tăng nhiệt có liên quan mật thiết đến biên độ và tần số từ trường xoay chiều bên ngoài, cũng như các đặc tính hạt nano từ như tính dị hướng, độ từ hóa, sự tương tác giữa các hạt, kích thước và sự phân bố kích thước của hạt [18, 31, 36].

MRI dựa trên sự cộng hưởng từ hạt nhân của các proton (hạt nhân hydro) trong mô. Độ tương phản được gây ra bởi các thời gian hồi phục khác nhau của các mômen từ hạt nhân, tùy thuộc vào môi trường gần nhất và thường được đo bằng một chuỗi các xung từ trường. Các hạt siêu thuận từ (đặc biệt là các hạt siêu thuận từ đơn domen) với moment từ cao gây ra một trường khuếch tán lớn làm thay đổi đáng kể thời gian hồi phục (T1 hoặc T2) của các proton trong môi trường lân cận, do đó nó có thể được sử dụng làm chất tương phản.

Đối với việc phân phối thuốc hướng đích, một lực điều khiển từ tính kiểm soát việc phân phối và giải phóng thuốc, dẫn đến tốc độ di chuyển và phân phối thuốc được tăng cường đáng kể khi so sánh với các phương pháp thông thường. Do những hạn chế về mặt sinh học, chẳng hạn như thời gian bán hủy của thuốc trong cơ thể, nên sự dẫn thuốc hướng đích nhanh chóng là một trong những

mục tiêu mong muốn. Ngoài ra có thể giảm được các tác dụng phụ vì thuốc chỉ tập trung cục bộ. Dẫn thuốc hướng đích là dựa vào một từ trường ngoài tập trung vào một mục tiêu cụ thể (ví dụ mô ung thư), do đó các vật liệu với độ từ hóa lớn, đáp ứng từ tốt là nhân tố hiệu quả nhất đối với ứng dụng này, bởi vì lực từ tỷ lệ thuận với tích của gradient từ trường (giới hạn về mặt kỹ thuật) và mômen từ của chất mang nano [51].

1.3.2.2. Tính chất quang

Các đặc tính plasmon liên quan đến phản ứng của các hạt nano đối với bức xạ điện từ trong các bước sóng cụ thể của tia cực tím (UV), ánh sáng nhìn thấy (Vis) và tia hồng ngoại gần (NIR) được sử dụng cho các ứng dụng y sinh khác nhau, bao gồm liệu pháp quang nhiệt trị và phương pháp tiếp cận hình ảnh [25, 40, 46].

Liệu pháp quang nhiệt trị là một phương pháp trị liệu quang động tích cực dựa trên mô phỏng các nguyên tử bề mặt của các hạt nano plasmonic và đốt nóng cục bộ đến nhiệt độ mong muốn. Các hạt nano chuyển đổi năng lượng của ánh sáng chiếu xạ thành nhiệt bằng cách hấp thụ plasmon bề mặt (SPA). Kết quả là cường độ hấp thụ cao hơn dẫn đến tăng cường hiệu quả đốt nóng và điều trị cục bộ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tia hồng ngoại gần có độ thâm nhập vào mô cơ thể sâu hơn so với tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy, cho nên việc sử dụng các hạt nano với sự hấp thụ plasmon bề mặt ở bước sóng dài hơn được mong muốn.

Các kỹ thuật hình ảnh sinh học khác nhau là các phương pháp không xâm lấn mạnh mẽ để chẩn đoán sớm chính xác các bệnh khác nhau, như khối u ung thư [21]. Đối với các ứng dụng này, cường độ hấp thụ tối đa của hạt nano dẫn đến hiệu quả cao hơn. Hơn nữa, các hạt nano có khả năng hấp thụ trong các phạm vi bước sóng khác nhau sẽ được sử dụng đồng thời trong các phương pháp hình ảnh khác nhau.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất

Tên hóa chất Công thức phân tử Phân tử khối (g/mol)

 Fe(C5H7O2)3

353,17 Sắt (III) axetylaxetonat 99.99 % (Fe(acac)3)

253,15 Mn(C5H7O2)2 Mangan (II) axetylaxetonat 99 % (Mn(acac)2)

Bạc nitrat 99.5 % 169,87 AgNO3

1-octadecen (ODE) 90 % 252,48 C18H36

Ethanol ≥ 96 % 46,07 C2H6O

Hexan 99 % 86,18 C6H14

Clorofom 99 % 119,38 CHCl3

Natri hydroxit NaOH 39,99

Oleic axit (OA) 99 % 282,46 C18H34O2

Oleylamin (OLA) 70 % 267,49 C18H37N

Octadecanol (OCD-ol) 95 % 270,49 C18H38O

30000-50000 (C66H114O9)n Poly (maleic anhydrit-alt-1-octadecen) (PMAO)

2.2. Thiết bị

Để tổng hợp hạt nano Mangan ferit chúng tôi đã sử dụng hệ thí nghiệm được chụp trong Hình 2.1. Hệ thí nghiệm bao gồm: Bình thủy tinh 3 cổ đáy tròn chịu nhiệt, dung tích 100 ml, hệ thống làm mát bằng nước, máy khuấy từ

gia nhiệt, thiết bị gia nhiệt phụ trợ với bộ điều khiển nhiệt độ, hệ thống cung cấp khí N2. Ngoài ra còn có các thiết bị dùng trong quá trình tổng hợp và chuẩn bị mẫu như máy ly tâm, máy rung siêu âm, micro pipet, cân phân tích.

Hình 2.1. Hệ thiết bị tổng hợp hạt nano MnFe2O4 @Ag.

2.3. Quy trình tổng hợp

2.3.1. Tổng hợp hạt nano MnFe2O4

Quá trình chế tạo mẫu được tiến hành như sau: Mn(acac)2, Fe(acac)3 được lấy theo tỉ lệ mol 1:2 và 10,8g OCD-ol (40 mmol) cho vào bình 3 cổ 100 ml, đồng thời cho một lượng xác định chất hoạt động bề mặt OA, OLA (tỉ lệ 1:1 về thể tích) cùng với dung môi octadecen vào trong hỗn hợp. Đặt bình ba cổ có chứa hỗn hợp phản ứng lên bếp nhiệt có khuấy từ, trang bị thêm bộ gia nhiệt phụ trợ, lắp hệ thống làm mát và hệ thống 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 100 oC để loại bỏ hơi nước có mặt trong dung dịch phản ứng, giữ ở nhiệt độ này 30 phút. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 200 oC duy trì trong 30 phút. Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 295oC. Khi dung dịch đạt tới 295 oC thì giữ ở thời gian 30, 60 và 120 phút. Toàn bộ quá trình được thực hiện trong điều kiện cấp khí nitơ liên tục.

2.3.2. Tổng hợp hệ nano lai MnFe2O4@Ag

Cân 1g bạc nitrat, 6ml OLA và 30ml ODE cho vào bình cầu 3 cổ. Cho tiếp 0,1g mẫu MnFe2O4 sau khi đã rửa sạch và phân tán trong 5 ml n-hexan. Đặt bình ba cổ có chứa hỗn hợp phản ứng lên bếp khuấy từ, cấp khí nitơ (như hình 2.1). Hỗn hợp phản ứng được giữ ở nhiệt độ 80 oC trong 30 phút. Sau đó phun nhanh vào bình 3 cổ dung dịch chứa 0,3g OCD-ol trong 10ml ODE. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 200 oC hồi lưu trong 60 phút. Muối AgNO3 sẽ bị khử ngay trên bề mặt của hạt nano Mangan ferit MnFe2O4 tạo nên các mầm tinh thể nano bạc, các mầm hạt này sẽ phát triển ngay trên bề mặt hạt nano Mangan ferit MnFe2O4 hình thành hệ nano lai MnFe2O4@Ag.

2.3.3. Quy trình làm sạch và chuẩn bị mẫu

Các mẫu trước khi tiến hành phân tích cần phải rửa kỹ để loại bỏ tạp chất (các hóa chất không phản ứng hết và các sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp). Quy trình rửa mẫu được tiến hành như sau: lấy 0.5 ml dung dịch mẫu trộn đều với 0.5 ml ethanol để tạo ra sự kết đám giữa các hạt sau đó quay ly tâm ở tốc độ 8000-12000 rpm trong 5 phút (tùy thuộc kích thước hạt) cho đến khi các hạt lắng xuống đáy của ống quay li tâm. Sau khi loại bỏ dung môi phía trên, phần kết tủa thu được đem phân tán lại trong 0.5 ml dung môi n-hexan. Quá trình rửa mẫu được lặp lại 3-4 lần, để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng.

2.3.4. Chuyển hạt nano MnFe2O4@Ag tổng hợp trong dung môi hữu cơ sang nước

Quy trình chuyển pha được thực hiện như sau: Hạt nano MnFe2O4@Ag đã làm sạch theo quy trình rửa mẫu ở trên được phân tán trong 1 ml chloroform, rung siêu âm từ 3 đến 5 phút để đảm bảo các hạt tan đều. Cho vào dung dịch mẫu một lượng poly (maleic anhydride-alt-1-octadecen) (PMAO) xác định trước đã được phân tán trong clorofom. Trộn 2 dung dịch trên với nhau và rung siêu âm từ 5 đến 10 phút đảm bảo dung dịch được trộn đều, không lắng cặn. Sản phẩm thu được để ở nhiệt độ phòng cho clorofom bay hết sau đó thêm 10 ml dung dịch NaOH loãng vào ta thu được các mẫu có khả năng phân tán trong nước.

2.4. Các phương pháp phân tích vật liệu

2.4.1. Kính hiển vị điện tử truyền qua (TEM)

Màn hình hiển thị

Nguồn cấp electron

Ảnh

Mẫu

Thấu kính hội tụ

Phóng to ảnh

Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy - TEM) là một trong những thiết bị quan trọng nhất dùng nghiên cứu vật liệu nano, cung cấp cho chúng ta các thông tin về hình dạng, kích thước, mức độ tinh thể hóa và thành phần hóa học của các mẫu phân tích. Trong TEM, chùm điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử thông qua hiệu ứng phát xạ trường hoặc hiệu ứng nhiệt được gia tốc bởi một điện áp cao áp có giá trị trong khoảng 80 ÷ 400 kV. Chùm điện tử sau khi gia tốc được đưa qua một hệ thống các thấu kính điện từ (các thấu kính hội tụ) cho đến khi chúng tương tác với mẫu cần nghiên cứu. Chùm điện tử đi xuyên qua mẫu được phóng đại bởi một loạt các vật kính trước khi được quan sát trên màn hình huỳnh quang hoặc ghi nhận bằng camera (Hình 2.2a). Một thấu kính điện từ bao gồm một cuộn dây bằng đồng quấn quanh 2 cực được làm bằng vật liệu từ mềm với một lỗ khoan ở giữa cho phép chùm tia điện tử đi qua. Bằng cách thay đổi cường độ dòng điện đi qua cuộn dây ta có thể điều khiển kích thước của chùm tia điện tử (cường độ chùm tia) hoặc độ phóng đại của ảnh [58].

Hình 2.2. a) Sơ đồ nguyên lý của TEM, b) Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 đặt tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.

Các ảnh TEM của vật liệu được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (Hình 2.2b), 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.

2.4.2. Nhiễu xạ tia X ( XRD)

Nguyên lý chung của nhiễu xạ tia X: chiếu chùm tia X đơn sắc vào tinh thể, khi đó các nguyên tử trở thành tâm phát sóng thứ cấp. Các sóng thứ cấp này giao thoa với nhau. Những sóng đồng pha sẽ tăng cường cho nhau về biên độ trong khi những sóng lệch pha sẽ triệt tiêu nhau. Kết quả là ta sẽ thu được các ảnh nhiễu xạ với các đỉnh cực đại và cực tiểu. Hình ảnh giao thoa này phụ thuộc vào cấu trúc pha tinh thể. Do đó phân tích hình ảnh phổ nhiễu xạ tia X của một mẫu sẽ cho phép ta xác định được cấu trúc pha của vật liệu.

Theo Wulf – Bragg , điều kiện để có cực đại nhiễu xạ tia X là các tia phản xạ từ các mặt phẳng liên tiếp phải cùng pha hay hiệu đường đi phải bằng số nguyên lần bước sóng (Hình 2.3). Phương trình Bragg xác định điều kiện nhiễu xạ:

2𝑑ℎ𝑘𝑙𝑠𝑖𝑛 𝜃 = 𝑛 (2.1)

trong đó: d là khoảng cách mặt phẳng mạng; n = 1, 2, 3… số bậc phản xạ; : 𝜃 góc tới; λ là bước sóng bức xạ tia X tới. Kích thước hạt tinh thể trong mẫu được tính theo công thức Scherrer với điều kiện các hạt tinh thể đủ nhỏ để xảy ra hiệu ứng mở rộng vạch phổ nhiễu xạ.

𝐷 = (2.2) 0.9𝜆 𝛽 cos 𝜃

Trong đó: D là kích thước hạt trung bình (nm), 𝜆 là bước sóng tia X, 𝛽 là độ

Mặt phẳng nguyên tử

rộng nửa vạch phổ của pick cực đại (rad), 𝜃 là góc tại pick cực đại.

Hình 2.3. Minh họa về mặt hình học định luật nhiễu xạ Bragg.

Về mặt định lượng, dựa trên những đỉnh có mặt phổ nhiễu xạ ta có thể

xác định được hằng số mạng a, b và c của tinh thể lục giác theo công thức:

( ) + 4 3 ℎ2 + ℎ𝑘 + 𝑘2 𝑎2 𝑙2 𝑐2 (2.3) 1 2 = 𝑑ℎ𝑘𝑙

Với phép đo nhiễu xạ tia X, để có được hình ảnh nhiễu xạ, mẫu đo được đặt trên một giá mẫu và có thể xoay để thay đổi góc của chùm tia tới (θ) đến mẫu, chùm tia nhiễu xạ đi ra từ mẫu được thu bằng detector có vị trí góc là 2θ (chế độ quét θ/2θ) (Hình 2.4). Tuy nhiên, trong một số thiết bị mẫu được giữ cố định trong quá trình quét trong khi nguồn tia X và detector đồng thời quay đi cùng một góc θ.

Hình 2.4. Sơ đồ cấu hình của một máy nhiễu xạ tia X ở chế độ quét θ/2θ.

Việc nghiên cứu phân tích các cực đại nhiễu xạ dưới góc 2θ khác nhau sẽ cho thông tin về cấu trúc tinh thể (kiểu ô mạng, hằng số mạng…), thành phần pha của mẫu và nhiều thông tin khác nhau của mẫu đo. Trong luận văn, các mẫu bột sau khi chế tạo được ghi giản đồ XRD tại nhiệt độ phòng trên hệ nhiễu xạ tia X D5000 của hãng SIEMENS đặt tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.4.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

Phổ tán xạ năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ. Cường độ tia X tỉ lệ với tỉ phần nguyên tố có mặt trong mẫu.

Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở

đó, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử. Độ phân giải của phép phân tích phụ thuộc vào kích cỡ chùm điện tử và độ nhạy của detector (vùng hoạt động tích cực của detector).

Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên). Tuy nhiên, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C...) và thường xuất hiện hiệu ứng chồng chập các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau. Thành phần nguyên tố của các mẫu trong luận văn được đo trên thiết bị Hitachi S – 4800 tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.4.4. Từ kế mẫu rung (VSM)

Từ kế mẫu rung, (Vibrating Sample Magnetometer, viết tắt là VSM) là một trong những kỹ thuật thông dụng nhất dùng để đo các tính chất từ của vật liệu từ, hoạt động trên nguyên tắc thay đổi từ thông trong các cuộn dây thu tín hiệu khi một mẫu vật liệu từ được từ hóa chuyển động gần nó [9]. Hình 2.5 chỉ ra sơ đồ khối cấu tạo của một từ kế mẫu rung. Trong thiết bị này, mẫu cần đo được gắn vào đầu cuối của một thanh được làm từ vật liệu phi từ (thường làm từ thủy tinh chịu nhiệt) và được đặt vào một từ trường một chiều đồng nhất tạo bởi 2 cực của nam châm điện. Mẫu là vật liệu từ nên trong từ trường nó bị từ hóa. Khi ta rung mẫu (chuyển động lên xuống) với một tần số nhất định, từ trường do mẫu tạo ra gây nên sự biến thiên từ thông trong cuộn thu tín hiệu làm xuất hiện suất điện động cảm ứng có giá trị hiệu dụng là:

E = NSmM (2.4)

trong đó N là số vòng dây, Sm là tiết diện vòng dây và M là mômen từ của mẫu [9].

VSM có thể được sử dụng để đo được đường cong từ trễ và đường cong từ nhiệt. Đường cong từ trễ (hysteresis loop) cho phép ta xác định lực kháng từ, từ dư và từ độ bão hòa trong khi đường cong từ nhiệt (ZFC - FC) thường được sử dụng để xác định nhiệt độ chuyển pha của mẫu, ngoài ra còn cho phép xác định trạng thái đơn pha hay đa pha của vật liệu, trạng thái gim vách domain hoặc thủy tinh từ spin của vật liệu. Trong luận văn, các đường M(H) của mẫu được đo trên hệ từ kế mẫu rung thuộc Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam.

Hình 2.5. Sơ đồ khối cấu tạo của từ kế mẫu rung.

2.4.5. Tán xạ ánh sáng động (DLS)

DLS còn được gọi là quang phổ tương quan photon, là phương pháp phổ biến đo kích thước hạt trong hệ keo. Kỹ thuật này dựa vào phép đo cường độ dao động của tán xạ ánh sáng bởi các hạt trong dung dịch. Trong hệ keo, các hạt liên tục và ngẫu nhiên di chuyển do sự bắn phá của chúng với phân tử dung môi bao quanh. Đây được gọi là chuyển động Brown. Tốc độ của chuyển động Brown hoặc sự phân tán của các hạt có liên quan tới kích thước của chúng. Các hạt lớn hơn di chuyển chậm hơn, các hạt nhỏ hơn di chuyển nhanh hơn. Khi

mẫu được chiếu sáng bởi một chùm tia laser thì các hạt tán xạ ánh sáng. Do sự chuyển động Brown, quan hệ của tán xạ ánh sáng từ các hạt khác nhau và số lượng hạt trong một thể tích tán xạ sẽ bị biến đổi liên tục, dẫn đến một dao động về cường độ tán xạ ánh sáng. Phân tích cường độ dao động mang thông tin về quá trình phân tán, do đó có thể tính được kích thước hạt. Mối quan hệ giữa kích thước hạt và hệ số phân tán được mô tả bằng phương trình Stokes – Einstein:

(2.5) 𝑑𝐻 = 𝑘𝑇 3𝜋𝐷

trong đó dH là đường kính thủy động học của các hạt, k là hằng số Boltzmann’s, T là nhiệt độ tuyệt đối, η là độ nhớt của dung dịch, D là hệ số phân tán của hạt trong dung dịch.

DLS là một kỹ thuật phổ biến và hiệu quả cho kích thước hạt trong hệ thống keo. Nó cũng là hữu ích để nghiên cứu sự ổn định hệ keo của các hạt, bất kỳ sự kết đám nào trong mẫu cũng có thể dễ dàng phát hiện. Kích thước hạt có thể nhạy cảm với pH và cường độ ion của dung dịch cũng như nồng độ của các hạt. Cần lưu ý rằng kích thước hạt thu được bằng DLS là kích thước động (lõi cộng với vỏ ligand). Phân bố kích thước hạt và thế zeta của các mẫu trong luận văn được xác định bằng phương pháp tán xạ ánh sáng động trên thiết bị Zetasizer - Nano ZS của hãng Malvern – UK được đặt tại Viện khoa học vật liệu.

2.4.6. Phân tích nhiệt (TGA)

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 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. 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. Đánh giá sự thay đổi khối lượng của mẫu trong luận văn được khảo sát bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) trên thiết bị SETARAM Labsys Evo 1600 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và ông nghệ Việt Nam.

2.4.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại (FT-IR)

Phổ hồng ngoại được coi là kỹ thuật đầu tay để nghiên cứu tính chất vật liệu hữu cơ (đôi khi cả vô cơ). Phương pháp này đo đạc sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của mẫu vật liệu theo bước sóng. Các dải hấp thụ của phổ hồng ngoại sẽ cung cấp thông tin về thành phần và cấu trúc phân tử của vật liệu nghiên cứu.

Phương pháp đo phổ hồng ngoại dựa trên nguyên tắc hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại của phân tử. Khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại, các chuyển động dao động và chuyển động quay của phân tử bị kích thích với các tần số khác nhau và phát ra một dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại.

Do đó, dựa vào phổ hồng ngoại có thể xác định được các nhóm chức đặc trưng và liên kết có trong phân tử.

Trong phổ kế FT-IR, một bức xạ liên tục từ nguồn IR, thường là một dây tóc là từ cacbua silic hoặc oxit đất hiếm được nung nóng bằng điện tới 800 – 1000 oC chuyển trực tiếp tới giao thoa kế, chùm tia được chia thành 2 chùm giống hệt nhau sau khi đi con đường với độ dài khác nhau sẽ kết hợp tại đó tạo nên hình ảnh giao thoa. Kết quả là chùm tia sau đó đi qua mẫu và cuối cùng tập trung trên detector. Dữ liệu thô sau đó được chuyển thành phổ bằng thuật toán FT. Phổ FT-IR thu được thường thể hiện trong số sóng là nghịch đảo của bước sóng và có giá trị là cm-1.

Các phép đo phổ hồng ngoại trong luận văn được thực hiện trên máy Nicolet iS10, hãng: Thermo Scientific - Mỹ đặt tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.4.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-vis

Phổ hấp thụ là một công cụ hữu ích trong việc nghiên cứu sự tương tác của vật liệu với ánh sáng chiếu vào, qua đó có thể biết được thông tin về các quá trình hấp thụ xảy ra tương ứng với các chuyển dời quang học, từ đó có thể xác định được bước sóng kích thích hiệu quả cho quá trình huỳnh quang mà ta quan tâm. Do các thuộc tính quang học của dung dịch chứa hạt nano bạc phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và nồng độ của hạt, nên ta có thể sử dụng UV- vis để xác định các thuộc tính trên. Phổ UV-Vis của các mẫu trong luận văn được ghi trên máy quang phổ Jasco V-670 (Nhật Bản) tại viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.4.9. Chụp ảnh MRI

Phép đo chụp ảnh MRI trên mẫu chất lỏng từ MFA10@PMAO ở các nồng độ khác nhau được thực hiện trên thiết bị cộng hưởng từ đặt tại Bệnh viện Quốc tế Vinh, Thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An.

Các bộ mẫu có nồng độ pha loãng trong vùng từ 0 - 150 μg/ml (tính cho nguyên tố Fe) với các nồng độ: 50 μg/ml, 75 μg/ml, 100 μg/ml, 125 μg/ml và 150 μg/ml kí hiệu lần lượt là C1, C2, C3, C4, C5, đặt vào trong các giếng có

dung tích 2 mL (với 1 lớp dưới có chứa 0,3 ml agar 1,5 %) của đĩa giếng, sau đó cho tiếp 0,7 ml agar 1,5 % lên ở phía trên của giếng. Đĩa giếng cuối cùng được pha dung dịch agar 1,5 % được dùng làm mẫu đối chứng.

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 syngofastView (syngo

của hãng Siemens Healthcare GmbH) xác định cường độ tín hiệu trên diện tích vùng quan tâm (cm2). Phương trình được sử dụng để tính độ tăng trở lại giá trị cực đại T1:

−𝑇𝑅 𝑇1 ) (2.6)

𝑦 = 𝐴 + 𝐶 (1 − 𝑒

Đường cong suy giảm tín hiệu được fit bởi phương trình suy giảm để

−𝑇𝐸 𝑇2 (2.7)

tính T2 theo biểu thức sau:

𝑦 = 𝐴 + 𝐶𝑒

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,

R1,2 = 1/T1,2 = Ro1,2 + r1,2.C (2.8)

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 = 10-3 M/lit).

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 103x103 mm2, chiều dày lát cắt 30 mm, kích thước ma trận 391x512 cho độ phân giải x-y 200 µm2, số các lần lấy trung bình bằng 2, tổng thời gian ghi dữ liệu là 06 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 71x71 mm2, độ dày lớp cắt 10 mm, kích thước ma trận 138x320 cho độ phân giải x-y 200 µm2, số lần lấy trung bình bằng 1, toàn bộ thời gian lấy mẫu là 01 giờ 21 phút.

2.4.10. Đo hiệu ứng quang – từ nhiệt

Phép đo nhiệt - từ được thực hiện trong từ trường xoay chiều có tần số 340 kHz và cường độ 200 Oe. Hình 2.6 trình bày hệ thí nghiệm đốt nhiệt – từ. Cường độ từ trường được tính theo công thức H = nI với n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài và I là biên độ của cường độ dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây. Các mẫu hạt nano lai MnFe2O4@Ag được rung siêu âm trong dung dịch nước và được đặt cách nhiệt với môi trường ngoài bằng một vỏ bình thuỷ tinh được hút chân không 10-3 - 10-4 Torr. Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế quang (GaAs sensor, Opsens) với độ chính xác 0.3oC trong dải 0 - 250 oC.

Hình 2.6. Ảnh chụp hệ thí nghiệm đốt nhiệt - từ.

Hiệu ứng đốt quang – nhiệt của các mẫu nano được thực hiện dưới bức xạ laser hồng ngoại gần (NIR) (Hình 2.7). Quá trình đốt sử dụng laser bán dẫn ở bước sóng 532 nm với công suất laser là 0,19 W/cm2. Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian chiếu laser được ghi lại bằng máy tính. Phổ quang nhiệt được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Hình 2.7. Sơ đồ hệ đo đốt quang sử dụng bước sóng laser 532 nm.

Thông thường công suất tổn hao riêng (SLP - specific loss power), hay còn gọi là tốc độ hấp thụ nhiệt riêng (SAR - specific absorbtion rate), được xác định từ công thức sau:

SAR = C ΔT Δt (2.9) ms mi

trong đó C là nhiệt dung riêng của hệ mẫu (hạt nano và dung dịch), ms là khối

lượng tổng cộng của hệ mẫu và mi là khối lượng hạt nano.

ΔT Δt là tốc độ tăng nhiệt ban đầu, được xác định là tốc độ tăng nhiệt trong 100 giây đốt đầu tiên.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hạt nano MnFe2O4

3.1.1. Hình thái hạt và ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp

3.1.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ tiền chất

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 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 [14, 19, 22]. Trong số đó, nồng độ tiền chất là một yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hình thành và phát triển hạt nano. Vì vậy, trong phần này để tập trung làm rõ mức độ ảnh hưởng của nồng độ tiền chất đến chất lượng hạt nano, chúng tôi đã tiến hành khảo sát từ nồng độ thấp của muối axetylaxetonat với tổng nồng độ mol của Fe3+ và Mn2+ là 50 mM, sau đó lần lượt tăng nồng độ lên gấp 3, 5, 10, 15 lần với thời gian phản ứng được chọn là 1 giờ, nhiệt độ phản ứng được giữ ở 295 oC. Hình 3.2 trình bày kết quả thu được từ một số mẫu.

Từ Hình 3.1 có thể nhận thấy hạt thu được có dạng hình cầu, khá đồng đều, biên hạt rõ nét. Khi tăng nồng độ tiền chất ban đầu thì hình dạng hạt vẫn không thay đổi, tuy nhiên kích thước hạt trung bình tăng từ 4,2 nm đến 12,3 nm. Cụ thể ở nồng độ tiền chất ban đầu (50 mM), kích thước hạt thu được d = 4,2 ± 0,5 nm (Hình 3.1 a,b). Khi tổng hợp với nồng độ tiền chất tăng lên gấp 3 lần, kích thước hạt trung bình tăng nhẹ đạt khoảng 6,9 ± 0,7 nm (Hình 3.1 c,d). Nhận thấy rằng, tiếp tục tăng nồng độ tiền chất lên gấp 5, 10, 15 lần kích thước hạt vẫn có xu hướng tăng lên với kích thước hạt trung bình tương ứng là 9,1 nm, 10,8 nm, 12,3 nm và vẫn duy trì được độ đồng đều với sai số kích thước hạt dưới 10 %. Điều này có thể được giải thích rằng ở nồng độ tiền chất cao các hạt nhỏ sẽ tự kết hợp với nhau để tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn.

a)

b)

20 nm

c)

d)

20 nm

e)

f)

20 nm

g)

h)

20 nm

i)

k)

20 nm

Hình 3.1. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4 tổng hợp ở các nồng độ khác nhau: a,b) 50 mM; c,d) 150 mM; e,f) 250 mM; g,h) 500 mM; i,k) 750 mM.

Với trang thiết bị đơn giản, việc chế tạo thành công các hạt nano từ MnFe2O4 có chất lượng tốt (hình dạng, kích thước có thể điều khiển theo mong muốn) khi sử dụng tiền chất ở nồng độ cao mang một ý nghĩa thực tế rất lớn vì nó mở ra cơ hội tổng hợp mẫu ở quy mô lớn (vài chục g/mẻ) trong điều kiện phòng thí nghiệm.

3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt

Bên cạnh yếu tố nồng độ tiền chất, ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt đối với sự hình thành hạt nano là một trong những thông số thực nghiệm được khảo sát phổ biến nhất khi nghiên cứu tổng hợp mẫu. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, nồng độ các chất hoạt động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển hạt, là yếu tố quyết định trực tiếp đến sự hình thành kích thước cũng như độ đồng đều của hạt. Trong phạm vi thực hiện nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt OA và OLA đến kích thước và độ đồng đều của hạt. Hình 3.2 thể hiện ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước của các mẫu mangan ferit tổng hợp ở nồng độ chất hoạt động bề mặt khác nhau. Kết quả cho thấy khi tổng nồng độ của chất hoạt động bề mặt OA+OLA tăng từ 0 mM lên 900 mM (tỉ lệ OA/OLA = 1:1) thì kích thước và độ đồng đều của hạt cũng thay đổi. Từ hình 3.2 ta thấy khi không sử dụng chất hoạt động bề mặt, các hạt mangan ferit thu được rất kém đồng đều, sai số kích thước hạt trong trường hợp này là 27 %. Ngược lại, khi có sự tham gia của chất hoạt động bề mặt, cụ thể, ở nồng độ OA+OLA = 300 mM, ta thu được các hạt dạng hình cầu, khá đồng đều với kích thước d = 5,8 ± 0,8 nm (hình 3.2a,b). Khi tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt lên 535 mM, hình dáng hạt vẫn được duy trì với kích thước d =

7,6  0,9 nm. Đặc biệt khi nồng độ chất hoạt động bề mặt đạt 720 mM, các hạt

thu được có hình dạng thay đổi từ hình cầu sang dạng khối lập phương, đồng

thời kích thước hạt tăng đáng kể d = 30,4  4,7 nm. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng

nồng độ chất hoạt động bề mặt sử dụng trong phản ứng lên 900 mM, kích thước hạt giảm còn 15,1 ± 1,2 nm và chuyển từ khối lập phương thành dạng hình cầu ban đầu (hình 3.2i, k), đồng thời độ đồng đều của hạt được cải thiện hơn (sai số kích thước giảm xuống còn 7 %). Điều này có thể được được giải thích do

sự có mặt dồi dào của các chất hoạt động bề mặt OA và OLA trong dung dịch làm cản trở sự phát triển của hạt nano, dẫn đến các hạt nano thu được có kích thước nhỏ hơn [33].

a)

b)

100 nm

c)

d)

100 nm

e)

f)

100 nm

g)

h)

100 nm

i)

k)

100 nm

Hình 3.2. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4 tổng hợp ở nồng độ chất hoạt động bề mặt (OA+OLA) khác nhau: a,b) 0 mM; c,d) 300 mM; e,f) 525 mM; g,h) 720 mM; i,k) 900 mM.

Bên cạnh đó, chúng tôi cũng tiến hành nghiên cứu, đánh giá vai trò riêng rẽ của hai chất hoạt động bề mặt OA và OLA đến sự kiểm soát hình thái của hạt nano. Kết quả được thể hiện ở hình 3.3. Cụ thể, khi chỉ có mặt của OLA hoặc OA, ta thu được các hạt đều có dạng hình cầu tương đối đồng đều. Tuy

nhiên so với mẫu sử dụng hỗn hợp OA+OLA (d = 7,1  0,8 nm), mẫu chỉ có

mặt của OLA thu được hạt với kích thước trung bình khá nhỏ d = 5,7 ± 0,6 nm (Hình 3.3a, b) trong khi mẫu chỉ dùng OA thu được hạt có kích thước lớn hơn d = 9,1 ± 1 nm (Hình 3.3c, d). Sai số về kích thước trong cả hai trường hợp đều xấp xỉ 10 %. Như vậy, OA có xu hướng làm tăng kích thước hạt nano trong khi OLA có xu hướng làm giảm kích thước hạt nano. Điều này có thể được giải thích rằng trong hỗn hợp phản ứng khi một lượng OA lớn hơn được sử dụng, các tiền chất axetylaxetonat của Mn và Fe sẽ nhanh chóng tạo phức với OA để hình thành phức oleat rất bền, các phức này có nhiệt độ phân hủy ở khoảng 280 -290 oC. Do đó, khi nhiệt độ tăng cao, các phức này ngay lập tức bị phân hủy và giải phóng một lượng lớn ion Mn2+ và Fe3+. Kết quả là trong dung dịch sẽ dư thừa nguồn Mn và Fe để cung cấp cho giai đoạn phát triển hạt, dẫn đến sự hình thành các hạt với kích thước lớn hơn. Ngược lại, khi trong phản ứng sử dụng một lượng OLA lớn, các phân tử OLA sẽ cùng octadecanol tham gia vào quá trình khử khiến tốc độ phản ứng diễn ra nhanh hơn dẫn đến hình thành rất nhiều mầm tinh thể nhỏ trong dung dịch phản ứng, từ đó làm giảm đáng kể lượng Mn và Fe còn lại trong dung dịch cho qúa trình phát triển tinh thể tiếp theo của các hạt nano, do vậy các hạt nano thu được sẽ có kích thước nhỏ hơn.

Các kết quả thu được về sự phụ thuộc của kích thước hạt vào tỉ lệ nồng độ chất hoạt động bề mặt OA/OLA trong nghiên cứu này của chúng tôi cho thấy kích thước hạt tăng theo sự tăng nồng độ của OA. Mặc dù vai trò chi tiết của OA và OLA còn chưa được hiểu rõ nhưng nắm bắt được xu hướng này, có thể sử dụng OA và OLA với lượng thích hợp để tổng hợp hạt nano với kích thước mong muốn.

OLA

20 nm

OA

20 nm

OA+OLA

20 nm

Hình 3.3. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4 khi sử dụng chất hoạt động bề mặt là OLA, OA, OA+OLA.

3.1.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Hình 3.4 thể hiện ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt nano mangan ferit được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau: 270 oC, 295 oC và 320 oC. Từ kết quả thu được có thể nhận thấy trong phạm vi nhiệt độ khảo sát ta đều thu được các hạt nano với dạng hình cầu, biên hạt rõ nét, các hạt phân bố đồng đều và không có hiện tượng co cụm. Ngoài ra kết quả TEM cho thấy khi

tăng nhiệt độ phản ứng từ 270 oC lên 320 oC, kích thước hạt thu được tăng từ 4.8 lên 8.8 nm. Xu hướng kích thước hạt tăng khi tăng nhiệt độ phản ứng có thể được giải thích thông qua nghiên cứu của Wu và cộng sự: Các tác giả này cho rằng nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phát triển mầm hạt trong dung dịch. Khi tăng nhiệt độ phản ứng quá trình khếch tán sẽ tăng lên kết quả thu được các hạt có kích thước lớn hơn [29, 59].

270 oC

20 nm

295 oC

20 nm

320 oC

20 nm

Hình 3.4. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt MnFe2O4 ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau.

Để tiến hành khảo sát các đặc trưng cấu trúc và tính chất của hạt nano Mangan ferit, chúng tôi đã chọn ra 4 mẫu có kích thước khác nhau với sai số kích thước hạt dưới 10 % lần lượt ký hiệu là MF1 (5,7 nm), MF2 (7,6 nm), MF3 (13,3 nm), MF4 (15,1 nm).

3.1.2. Cấu trúc pha của hạt nano MnFe2O4

Cấu trúc pha tinh thể của các mẫu tổng hợp được xác định bằng cách sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X như thể hiện trong hình 3.5. Từ kết quả thu được có thể thấy rằng giản đồ XRD của các mẫu đều thể hiện các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng tương ứng với mặt phẳng mạng tinh thể (220), (311), (222), (400), (422), (511), (440) của mangan ferit (JCPDS số 75-0034). Ngoài các vạch phổ đặc trưng cho cấu trúc tinh thể lập phương spinel đảo của hợp chất mangan ferit không quan sát thấy đỉnh hoặc phổ khác của tạp chất. Điều này chứng tỏ vật liệu tổng hợp được là đơn pha và mức độ tinh thể hóa cao.

Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu MnFe2O4 ở các kích thước khác nhau

Kích thước tinh thể trung bình của hạt nano MnFe2O4 được tính toán từ dữ liệu XRD dựa vào công thức Scherrer (trình bày ở chương 2). Công thức Scherrer thường được áp dụng tính cho đỉnh nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất là đỉnh (311), tuy nhiên trong giản đồ nhiễu xạ của các mẫu thu được đỉnh (311) chồng phủ lên đỉnh (222), do vậy công thức (2.2) được áp dụng tính tại đỉnh

nhiễu xạ (440) có góc 2𝜃 = 62.2o. Kết quả tính toán được trình bày trong Bảng 3.1.

Bảng 3.1 Kích thước tinh thể trung bình, kích thước hạt thực trung bình của các mẫu MnFe2O4

Tên mẫu DXRD (nm) DTEM (nm)

5.7 MF1 5.7

7.4 MF2 7.6

11.4 MF3 12.3

13.3 MF4 15.1

Từ bảng 3.1 có thể thấy rằng kích thước hạt giữa ảnh chụp TEM và kích thước tính toán được từ phổ X-Ray tương đối như nhau. Tuy cũng có sự chênh lệch về kích thước của hạt nhưng không đáng kể.

3.1.3. Tính chất từ của hạt nano MnFe2O4

Tính chất từ của các hạt mangan ferit được xác định bằng việc đo đường cong từ hóa (sự phụ thuộc của tính chất từ vào cường độ từ trường ngoài). Đường cong từ hóa cho ta biết thông tin về giá trị từ hóa bão hòa, độ từ dư và lực kháng từ. Hình 3.6 trình bày đường cong từ trễ của các mẫu hạt nano MnFe2O4 có kích thước khác nhau được đo ở nhiệt độ 300 K trong vùng từ trường ngoài 10 kOe. Kết quả quan sát đồ thị cho thấy các mẫu đều thể hiện tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng với giá trị từ hóa bão hòa MS của các mẫu khoảng 36 - 70 emu/g. Tuy nhiên, có thể thấy rằng từ độ bão hòa lớn nhất của các mẫu đều nhỏ hơn giá trị của mẫu khối (80 emu/g) [5, 8], nguyên nhân chủ yếu là do bản chất của các hạt siêu mịn chẳng hạn như do sự mất trật tự từ trên bề mặt hay sự thay đổi phân bố các cation hoặc các khuyết tật trong mạng tinh thể, …[17].

Bên cạnh đó kết quả thu được còn cho thấy giá trị từ hóa bão hòa giảm từ 66,9 emu/g xuống còn 36,9 emu/g khi kích thước hạt giảm từ 15,1 nm xuống

5,7 nm. Điều này có thể được giải thích bằng mô hình lõi-vỏ đối với hạt nano có kích thước dưới 50 nm [43]. Trong đó, lớp vỏ của hạt nano luôn tồn tại trạng thái bất trật tự từ, do đó có thể xem từ độ của lớp vỏ có giá trị bé hơn nhiều so với từ độ của lõi. Khi kích thước hạt giảm dẫn đến tỉ lệ các nguyên tử trên bề mặt hạt tăng lên khiến cho sự mất trật tự từ bề mặt hạt càng lớn, do đó làm giảm từ độ của mẫu.

Hình 3.6. Đường cong từ hóa của các mẫu MnFe2O4.

Ngoài ra, hình nhỏ chèn bên trong hình 3.6 cho thấy giá trị lực kháng từ

(Hc) của các mẫu MnFe2O4 đều nằm trong giới hạn Hc  20 Oe được thể hiện ở bảng 3.2.

Bảng 3.2. Giá trị từ độ bão hòa (Ms), lực kháng từ (Hc) của các mẫu hạt nano MnFe2O4.

Mẫu Ms (emu/g) Hc (Oe)

MF1 36,9 3

MF2 45,7 7

MF3 52,7 20

MF4 66,9 3

Từ các kết quả TEM, XRD, VSM thu được, chúng tôi đã chọn mẫu MF4

với kích thước 15 nm, từ độ bão hòa lớn (66,9 emu/g) và siêu thuận từ để tổng

hợp hệ lai MnFe2O4@Ag.

3.2. Hạt nano lai MnFe2O4@Ag

3.2.1. Hình dạng và kích thước hạt

Để đánh giá sự hình thành và phát triển của lớp vỏ Ag trên nền lõi sắt từ MnFe2O4 chúng tôi tiến hành tổng hợp hạt nano MnFe2O4@Ag sử dụng lượng tiền chất AgNO3 tham gia phản ứng ở nồng độ khác nhau. Các thông số thí nghiệm liên quan đến chất hoạt động bề mặt, thời gian và nhiệt độ phản ứng được sử dụng như trình bày ở chương 2 - thực nghiệm. Hình 3.7 thể hiện ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước của các mẫu MnFe2O4@Ag có tỉ lệ về khối lượng của hạt nano mangan ferit và lượng AgNO3 (mMnFe2O4/mAgNO3) sử dụng lần lượt 1:2, 1:3, 1:5, 1:7, 1:10 và 1:13 được ký hiệu tương ứng là MFA2, MFA5, MFA7, MFA10 và MFA13.

Từ kết quả thu được, có thể nhận rằng các hạt lai thu được ở dạng hình cầu, có cấu trúc dạng core-shell với lõi MnFe3O4 và vỏ Ag. Ở mẫu sử dụng lượng nhỏ AgNO3 (mẫu MFA3 và MFA5) lớp vỏ Ag được hình thành không đồng đều (hình 3.7 a,c) khi lượng AgNO3 đủ lớn (mẫu MFA7, MFA10, MFA13) lớp vỏ Ag được hình thành đồng đều hơn (hình 3.2 g,i). Với mẫu MFA3 và MFA5, quan sát thấy có những hạt cầu nhỏ, có màu nhạt, cùng với các hạt cầu lớn, màu đậm hơn. Các hạt nano nhỏ này được cho là hạt nano MnFe2O4 không được phủ hoặc được phủ một lớp vỏ Ag rất mỏng, kích thước thay đổi không nhiều so với ban đầu. Còn các hạt lớn kích thước d = 16 ± 2,5

nm và 16,6  2,2 nm là hạt lai có cấu trúc lõi – vỏ (MnFe2O4@Ag) (hình 3.7a- d). Tuy nhiên lớp vỏ này được hình thành với độ dày không đều có thể do nồng độ AgNO3 trong tiền chất sử dụng còn thấp. Khi tăng mMnFe2O4/mAgNO3 = 1:7 (mẫu MFA7), xuất hiện các hạt MnFe2O4 được phủ lớp Ag dày hơn, kích thước hạt tăng nhẹ đạt d = 18,8 ± 2,2 nm (hình 3.7 e,f). Đặc biệt, ở mẫu MFA10 và

MFA13 với tỉ lệ mAgNO3/mMnFe2O4  10, cấu trúc core-shell được hình thành tương đối đồng đều, biên hạt rõ nét, hầu như không thấy các hạt MnFe2O4 tự

do, hạt kích thước hạt thu được lần lượt d = 18,9 ± 1,8 nm và 20,7  1,3 nm,

sai số kích thước trong cả hai trường hợp này đều dưới 10 %) (hình 3.7g-k).

Những kết quả trên có thể được giải thích bằng mô hình LaMer [10]. Trong phản ứng trung gian tạo lớp vỏ Ag, các nguyên tử Ag sinh ra sẽ lắng đọng trên bề mặt các hạt nano MnFe2O4. Khi trên lõi MnFe2O4 đã có sự xuất hiện của các nguyên tử Ag thì những vị trí đó trở nên hoạt động và một lượng lớn Ag bị lắng đọng tiếp theo. Từ đó lớp vỏ Ag được hình thành liên tục thông qua việc tạo ra các tinh thể nano Ag. Tuy nhiên khi lượng tiền chất của Ag thấp, lúc này trên lõi từ sẽ có những vị trí hoạt động có nhiều Ag và những vị trí trống, khi đó hiệu ứng Ostwald bắt đầu cạnh trạnh và chiếm ưu thế hơn phản ứng lắng đọng. Dẫn đến quá trình hình thành vỏ Ag diễn ra không đồng đều. Vì vậy, khi lượng AgNO3 thấp (mẫu MFA3, MFA5), sẽ hình thành hỗn hợp các hạt nano bao gồm các hạt nano MnFe2O4 có lớp vỏ Ag dày và các hạt nano MnFe2O4 không có lớp vỏ hoặc chỉ có lớp vỏ Ag rất mỏng. Trong trường hợp nồng độ tiền chất Ag đủ cao để ngăn chặn quá trình Ostwald, do đó lớp vỏ Ag tăng trưởng một cách đồng nhất, các hạt core-shell thu được tương đối đồng đều (mẫu MFA10 và MFA13).

a)

b)

100 nm

c)

d)

100 nm

e)

f)

100 nm

g)

h)

100 nm

i)

k)

100 nm

Hình 3.7. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt nano MnFe2O4@Ag sử dụng lượng tiền chất AgNO3 khác nhau: a,b) 0,2 g; c,d) 0,5 g; (e,f) 0,7 g; g,h) 1,0 g; i,k) 1,3 g.

Từ những kết quả thu được cho thấy lớp vỏ Ag được hình thành với độ đồng đều và độ dày tăng khi tăng hàm lượng AgNO3 trong tiền chất (Bảng 3.3).

Bảng 3.3. Kích thước lõi, vỏ của hạt nano MnFe2O4@Ag

Mẫu Kích thước vỏ Ag (nm) Kích thước lõi MnFe2O4 (nm) Kích thước hạt nano MnFe2O4@Ag (nm)

MFA2 0,9 16  2,5

MFA5 1,5 16,6  2,2

MFA7 2,9 15,1  1,2 18  2,2

MFA10 3,8 18,9  1,8

MFA13 5,6 20,7  1,3

3.2.2. Tính chất quang

Để xác nhận sự hình thành của các hạt nano MnFe2O4@Ag, chúng tôi tiến hành đo phổ UV-Vis của các mẫu MnFe2O4@Ag tổng hợp được và phổ hấp thụ của hạt nano mangan ferit cũng được hiển thị để so sánh (Hình 3.8). Kết quả phân tích cho thấy trong vùng bước sóng từ 300 – 800 nm, hạt nano mangan ferit không xuất hiện đỉnh hấp thụ, trong khi phổ của hạt nano bạc cho thấy đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng (LSPR), với cực đại trong khoảng 400 - 420 nm. Khi kích thước lớp vỏ Ag tăng dần từ 0,9 nm đến 5,6 nm thì vị trí cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) của hạt lai giảm nhẹ từ 420 nm đến 400 nm. Khi lớp vỏ Ag mỏng và không đồng đều, đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt có sự mở rộng; khi lớp vỏ Ag dày và đồng đều, đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt thu hẹp và nhọn hơn như quan sát trên hình 3.8. Bên cạnh đó hình dạng, môi trường bao quanh và loại bề mặt hấp phụ của hạt nano cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ plasmon [4]. Theo thuyết Mie, đối với hạt nano cấu trúc hình cầu thì chỉ xuất hiện duy nhất một vị trí SPR [27].Trong khi đó các hạt nano dị hướng có thể xuất hiện hai hay nhiều vị trí SPR khác điều này phụ thuộc vào hình dạng và kích thước hạt. Trong trường hợp các mẫu khảo sát

của chúng tôi chỉ ra rằng mỗi mẫu chỉ cho một vị trí SPR duy nhất chứng tỏ các mẫu MnFe2O4@Ag đã tổng hợp đều có dạng hình cầu, điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả ảnh TEM thu được.

Hình 3.8. Phổ UV - Vis của các mẫu MnFe2O4 và mẫu lai MnFe2O4@Ag. Hình 3.9. Đường cong từ hóa của các mẫu lai MnFe2O4@Ag.

3.2.3. Tính chất từ

Hình 3.9 cho thấy các đường cong từ hóa được đo ở nhiệt độ phòng của hạt nano MnFe2O4 và các mẫu lai MFA7, MFA10 và MFA13. Có thể thấy rằng các mẫu nano lai MnFe2O4@Ag đều thể hiện đặc tính siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng với giá trị MS thu được là 28,7 emu/g, 15,9 emu/g và 9,6 emu/g tương ứng với các mẫu MFA7, MFA10 và MFA13. Có thể thấy từ hóa bão hòa của các mẫu lai MnFe2O4@Ag nhỏ hơn nhiều so với mẫu MnFe2O4, điều này có thể giải thích do sự gia tăng độ dày lớp vỏ Ag trong cấu trúc core-shell dẫn đến việc từ độ bão hòa của các hạt nano MnFe2O4@Ag giảm mạnh. Mặc dù giá trị từ độ bão hòa của các mẫu lai MnFe2O4@Ag thu được thấp nhưng chúng vẫn có thể dễ dàng tách khỏi các dung dịch bằng cách áp một nam châm trong vài giây.

3.2.4. Cấu trúc pha và thành phần của hệ lai MnFe2O4@Ag

Cấu trúc tinh thể của hạt nano lai MnFe2O4@Ag được đặc trưng bởi nhiễu xạ tia X. Như thể hiện trong hình 3.10, giản đồ XRD của hạt nano lai MnFe2O4@Ag (MFA10) xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ ở vị trí góc 2 = 38.1o,

44.3o và 64.4o tương ứng với mặt phẳng (111), (200) và (220) trong cấu trúc lập phương tâm mặt của Ag. Bên cạnh đó, một số đỉnh ở vị trí (311), (511), (440) trong cấu trúc spinel của MnFe2O4 cũng được quan sát thấy nhưng với cường độ rất thấp, điều này có thể được giải thích do sự bao phủ của lớp vỏ bạc lên bề mặt hạt nano ferit. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả thu được từ ảnh TEM (hình 3.7).

Bên cạnh đó, thành phần nguyên tố của hạt nano lai MnFe2O4@Ag được phân tích định lượng bằng phương pháp phổ tán xạ EDX với mẫu MFA10, kết quả trình bày trên hình 3.11. Phổ EDX cho thấy các hạt nano lai bao gồm thành phần chính của các nguyên tố Fe, Mn, O và Ag cho thấy độ tinh khiết cao của mẫu. Tuy nhiên, không thể xác định tỷ lệ nguyên tố của Fe/Mn so với Ag từ phổ EDX vì chúng được ghi tại các vị trí độc lập.

Hình 3.10. Giản đồ XRD của mẫu MnFe2O4 và MnFe2O4@Ag Hình 3.11. Phổ EDX của mẫu MnFe2O4@Ag

Như vậy, các kết quả thu được chứng minh sự có mặt của lớp vỏ bạc trên

bề mặt hạt nano mangan ferit.

3.3. Hạt nano lai MnFe2O4@Ag bọc PMAO

Cho mục đích ứng dụng y sinh, một trong những yêu cầu cơ bản đối với các hạt nano từ là khả năng phân tán trong nước. Trong luận văn này chúng thôi cũng đã tiến hành nghiên cứu khả năng chuyển các hạt nano lai MnFe2O4@Ag chế tạo được từ dung môi hữu cơ sang nước. Mẫu hạt nano

MnFe2O4@Ag được sử dụng cho quá trình chuyển pha là MFA10 (kích thước d = 18,9 nm,) với sự có mặt của polyme poly (maleic anhydride-alt-1- octadecen) (PMAO) đóng vai trò là tác nhân chuyển pha. Đây là một polyme có giá thành rẻ và sẵn có thương mại cho nên đã được sử dụng như là tác nhân chuyển pha sang môi trường nước đối với vật liệu nano trong các nghiên cứu những năm gần đây. PMAO là một polyme lưỡng cực với cấu trúc phân tử gồm 2 phần chính được chỉ ra trên Hình 3.12d. Phần kỵ nước là chuỗi hydrocarbon có chức năng giúp các phân từ PMAO bám vào hạt thông qua tương tác kỵ nước – kỵ nước với các phân tử OA và OLA trên bề mặt hạt. Phần ưa nước chứa gốc anhydrit có vai trò giúp các hạt phân tán trong môi trường nước. Quy trình chuyển pha từ dung môi hữu cơ sang nước đã được trình bày ở chương 2 – thực nghiệm. Hình 3.12 minh họa cho quá trình chuyển pha.

Hình 3.12 a,b) Hạt nano MnFe2O4@Ag và các phân tử PMAO phân tán trong dung môi clorofom, c) Hạt MnFe2O4@Ag được bọc thêm bởi lớp PMAO trong nước, d) Cấu trúc phân tử của PMAO [32].

Hình 3.13 chỉ ra ảnh chụp của mẫu hạt nano lai MnFe2O4@Ag (MFA10) trước và sau khi bọc PMAO trong dung môi hexane và nước. Có thể thấy các mẫu trước khi bọc PMAO phân tán rất tốt trong hexane (lớp trên, hình 3.13a). Sau khi bọc PMAO bề mặt của các hạt MnFe2O4@Ag trở nên ưa nước và phân tán tốt trong nước (lớp dưới), các hạt lúc này hoàn toàn không phân tán trong hexan (Hình 3.13b). Ngoài ra có thể nhận thấy các hạt sau khi bọc vẫn duy trì từ tính khá mạnh, sau khi áp vào một thanh nam châm các hạt nano bị hút vào thành ống trong thời gian ngắn (Hình 3.13c).

Hình 3.13. MFA10 trước khi bọc PMAO trong dung môi hexan, lớp trên (a) và sau khi bọc PMAO trong nước, lớp dưới (b); Hạt MFA10@PMAO trong nước dưới tác dụng của thanh nam châm từ (c).

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.

Để hiểu rõ hơn về khả năng liên kết của các phân tử OA, OLA và PMAO trên bề mặt hạt nano, chúng tôi đã tiến hành phân tích FT-IR của mẫu lai MFA10 và MFA10@PMAO đã tổng hợp. Kết quả được thể hiện trên hình 3.14. Từ hình 3.14 ta thấy PMAO có chứa những nhóm chức giống OA/OLA, nên ở đây ta chỉ so sánh độ cao của đỉnh hấp thụ trước và sau khi bọc PMAO của mẫu lai MFA10. Cụ thể, tại số sóng 3415 cm-1 được gán cho dao động nhóm chức OH của các phân tử nước hấp thụ lên lớp vỏ PMAO của mẫu, ta thấy đỉnh hấp thụ của mẫu của MFA10@PMAO cao hơn gấp đôi so với đỉnh của mẫu MFA10. Bên cạnh đó, tại số sóng 2853 và 2923 cm−1, cả hai mẫu đều xuất hiện đỉnh hấp thụ tương ứng với các dao động hóa trị đối xứng và không đối xứng của CH2 trong OA, OLA và PMAO. Đối với mẫu trước khi bọc PMAO, các đỉnh hấp thụ ở số sóng 1570 và 1450 cm-1 được gán cho sự dao động của anion cacboxylat và dao động uốn của nhóm CH2, chỉ ra phức hợp của axit oleic và oleylamin liên kết với mẫu MFA10. Đối với phổ FTIR của mẫu MFA10@PMAO, cường độ của đỉnh 1570 cm-1 được tăng cường đáng kể so với đỉnh 1450 cm-1. Kết quả này xác nhận rằng trong quá trình đóng bao bọc hạt nano bằng PMAO, các anion cacboxylat được hình thành do sự mở vòng anhydrit. Phổ FTIR xác nhận chức năng hóa thành công các hạt nano MFA10

với PMAO. Sự hiện diện của nhóm anion cacboxylat làm cho các hạt nano bọc PMAO phân tán tốt trong môi trường nước.

Hình 3.14. Phổ FTIR của mẫu MFA10@PMAO Hình 3.15. Phân tích TGA của mẫu MFA10@PMAO

Ngoài ra, sự có mặt của phân tử PMAO trên bề mặt hạt nano MFA10 cũng được kiểm chứng bằng phép phân tích TGA. Trong quá trình chuyển pha, các phân tử PMAO sẽ bám vào bề mặt hạt thông qua tương tác kị nước-kị nước với các phân tử OA và OLA trên bề mặt hạt, do đó nó chiếm một phần khối lượng không nhỏ. Hình 3.15 cho thấy đường cong phân tích nhiệt TGA của mẫu hạt nano MFA10 và MFA10@PMAO tương ứng. Phân tích sự giảm khối lượng mẫu theo từng giai đoạn từ nhiệt độ phòng tới 600°C sẽ xác định được phần trăm khối lượng của hạt MFA10 trước và sau khi bọc PMAO. Đối với mẫu MFA10 trước khi bọc PMAO, giai đoạn từ 120 – 480 oC (giảm 24,3 %) là quá trình mất nước và các dung môi hữu cơ sử dụng trong qua trình rửa do hấp thụ vật lý và hóa học cùng với sự bắt đầu phân hủy của OA/OLA do sự phân cắt các liên kết trong cấu trúc, giai đoạn từ 480 - 600 oC (giảm 8,7 %) là quá trình phân hủy hoàn của OA/OLA còn trong mẫu. Suy ra khối lượng thực của hạt (lõi) là 67 %. Sau khi bọc PMAO, sự suy giảm khối lượng đạt 64 % do sự bay hơi của nước bị hấp phụ trên bề mặt hạt và sự phân hủy của lớp vỏ gồm OA, OLA và PMAO. Suy ra phần lõi là 36 %. Ngoài ra trong đường cong TGA, hầu như không quan sát thấy sự giảm khối lượng trên 520 oC. Kết quả này cho thấy sự hình thành của MnFe2O4@Ag tinh khiết.

Đối với ứng dụng trong y sinh các hệ hạt nano từ phải bền trong môi trường phân tán cụ thể ở đây là môi trường nước. Để đánh giá được sự phân bố kích thước hạt cũng như độ bền của các mẫu trong môi trường chất lỏng, mẫu hạt nano lai MFA10@PMAO được khảo sát bằng phương pháp phổ tán xạ ánh sáng động (DLS) trên máy đo thế Zetasizer. Giản đồ phân bố kích thước hạt và thế zeta của mẫu MFA10@PMAO được thể hiện trên hình 3.16. Từ kết quả thu được cho thấy đồ thị chỉ có một đỉnh duy nhất (tại 43,8 nm) với độ rộng của đáy hẹp chứng tỏ rằng các hạt thu được có kích thước tương đối đồng đều với kích thước trung bình của các hạt sau khi bọc cỡ 43,8 nm. Có thể thấy kích thước hạt của các mẫu bọc đo trong môi trường chất lỏng (đo DLS) có kích thước lớn hơn khi chụp TEM, điều này có thể được giải thích rằng khi đo kích thước hạt trong môi trường chất lỏng, các polyme ưa nước sẽ tương tác với nước và làm cho các hạt có kích thước lớn hơn còn khi mẫu đã được sấy khô và chụp TEM, lúc này kích thước hạt thực bao gồm cả lớp lõi và lớp vỏ.

Bên cạnh đó, kết quả đo thế Zeta chỉ ra mẫu nano lai MFA10@PMAO có thế zeta là -46,8 mV. Theo tiêu chuẩn sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế zeta, nếu thế zeta nằm ngoài trong khoảng ±40 - ±60 mV thì chất lỏng đó được cho là bền [62]. Như vậy, mẫu chất lỏng MFA10@PMAO chế tạo được trong nghiên cứu này là bền trong môi trường nước.

Hình 3.16. Kết quả đo phân bố kích thước hạt (DLS) và thế zeta của mẫu MFA10@PMAO

Ngoài ra, để ứng dụng cho mục đích y sinh, khả năng đáp ứng về độ bền trong môi trường sinh lý cơ thể cũng là một trong những yêu cầu đối với hạt

nano. Như chúng ta đã biết nồng độ muối trong cơ thể duy trì trong khoảng 165 ÷ 180 mM, độ pH ≈ 7.5, vì vậy chúng tôi đã tiến hành khảo sát độ bền của mẫu chuyển pha trong môi trường muối sinh lý với nồng độ muối lần lượt là 165 mM, 180 mM, 220 mM, 250 mM, 280 mM, 300 mM và trong môi trường có pH lần lượt là 1, 2, 4, 5, 7, 9, 12. Kết quả khảo sát độ bền của mẫu MFA10@PMAO phân tán trong dung dịch muối với các nồng độ khác nhau được thể hiện trên Hình 3.17. Có thể thấy rằng trong môi trường chứa khoảng nồng độ muối dao động từ dưới 165 đến 250 mM, các hạt MFA10@PMAO vẫn duy trì khả năng phân tán tốt trong nước và tương đối ổn định. Khi nâng nồng độ muối NaCl lên 280 mM trong dung dịch bắt đầu có sự kết đám giữa các hạt, và sự kết đám diễn ra hoàn toàn khi tăng nồng độ muối lên 300 mM.

Hình 3.17. Hạt nano MFA10@PMAO ở nồng độ muối NaCl khác nhau.

Hình 3.18 thể hiện độ bền của mẫu MFA10@PMAO được phân tán ở các pH khác nhau. Ta có thể quan sát thấy ở độ pH = 1, các hạt MFA10@PMAO không bền, mau chóng kết đám và sa lắng. Từ pH=2 trở đi, các hạt giữ được khả năng phân tán tốt trong nước, không có sự sa lắng trong thời gian dài. Như vậy các kết quả khảo sát trên đây cho thấy các hạt MnFe2O4@Ag bọc PMAO tổng hợp được hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về độ bền cho mục đích y sinh.

Hình 3.18 Các hạt nano từ MFA10@PMAO phân tán trong môi trường với các điều kiện pH khác nhau.

3.4. Định hướng ứng dụng của hạt nano MnFe2O4@Ag bọc PMAO

3.4.1. Kháng khuẩn

Để đánh giá khả năng kháng khuẩn của hạt lai MnFe2O4@Ag, chúng tôi thực hiện thử nghiệm trong nước có chứa các vi khuẩn gây bệnh thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm và Gram dương với đại diện vi khuẩn Gram âm Escherichia coli (E. coli) và vi khuẩn Gram dương Staphylococus aureus (S.aureus) với nồng độ hạt nano MFA10 sử dụng là 0,3 mg/ml. Kết quả đánh giá được trình bày ở hình 3.19 cho thấy hạt lai MFA10@PMAO có khả năng ức chế cả vi khuẩn E. coli - trực khuẩn đường ruột và vi khuẩn S. areus - tụ cầu vàng. Trong đó khả năng kháng khuẩn với E. coli mạnh hơn so với S. Aureus, kích thước vòng kháng khuẩn trong cả 2 trường hợp lần lượt là 21,5 và 16 mm. Cơ chế kháng khuẩn của hạt nano lai MnFe2O4@Ag có thể giải thích như sau: các hạt nano lai MnFe3O4@Ag sau khi cho vào môi trường có chứa vi khuẩn bao gồm cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương, chúng giải phóng liên tục các ion kim loại và nhanh chóng bám lên bề mặt thành tế bào của vi khuẩn thông qua tương tác tĩnh điện giữa bề mặt tế bào vi khuẩn (tích điện âm) và ion Ag+ (tích điện dương). Các hạt nano lai hòa tan lớp vỏ ngoài của thành tế bào và dẫn đến rò rỉ các thành phần tế bào, tạo điều kiện Ag+ tấn công sâu hơn vào tế bào vi khuẩn thực hiện các phản ứng tạo các gốc tự do chứa oxy (ROS) làm thay đổi trong tính thấm màng, tương tác với protein và phá vỡ chức năng của chúng, can

thiệp vào quá trình sao chép ADN và gây tổn hại ADN, cuối cùng gây chết tế bào [57].

Ngoài ra, kết quả thu được còn cho thấy các hạt nano MFA10@PMAO có thể được thu hồi cho mục đích tái sử dụng bằng cách áp một nam châm trong vài giây (Hình 3.19c). Như vậy, kết quả này có ý nghĩa lớn trong việc sử dụng hạt nano lai MnFe2O4@Ag cho mục đích diệt khuẩn, kiểm soát các vi khuẩn gây bệnh trong môi trường,...

b) a)

Hình 3.19. Hoạt tính ức chế vi khuẩn E. coli và S. aureus của hạt nano MFA10@PMAO và khả năng thu hồi cho mục đích tái sử dụng.

3.4.2. Quang - từ nhiệt trị

Để đánh giá khả năng ứng dụng trong liệu pháp quang - từ nhiệt trị của các hạt nano MnFe2O4@Ag sau khi bọc PMAO, chúng tôi đã khảo sát sự tăng nhiệt độ theo thời gian của mẫu lai MFA10@PMAO ở nồng độ = 2 mg/ml. Các

thí nghiệm đã được thực hiện trong ba điều kiện: (1) Nhiệt từ trị (MHT) tại cường độ từ trường 200 Oe và tần số sóng vô tuyến 340 kHz, (2) Liệu pháp quang nhiệt trị (PT) sử dụng nguồn sáng kích thích ở bước sóng 532 nm với mật độ công suất 0,19 W/cm2, (3) sự kết hợp của từ -quang nhiệt trị (MHT + PT) ở điều kiện tương tự. Xu hướng bão hoà nhiệt độ xảy ra khi năng lượng toả ra từ các hạt nano cân bằng với nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh.

Hình 3.20. Độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian của mẫu MFA10@PMAO ở các chế độ đốt nóng khác nhau.

Hình 3.20 chỉ ra độ tăng nhiệt độ theo thời gian của mẫu MFA10@PMAO. Từ kết quả thu được cho thấy khi sử dụng kết hợp từ trường xoay chiều và nguồn laze kích thích nhiệt độ của mẫu tăng khoảng 20 oC sau khoảng 600 giây xử lý, gần gấp đôi so với mẫu chỉ sử dụng từ trường ngoài hoặc ánh sáng laser. Dựa trên đường cong độ tăng nhiệt độ theo thời gian, giá trị SAR của mẫu MFA10@PMAO được xác định theo công thức 2.9. Kết quả được đưa ra trong Bảng 3.4

Bảng 3.4. Các thông số liên quan giữa kích thước, nồng độ hạt với giá trị SAR

SAR T

(W/g) Kích thước hạt (oC) Nồng độ (mg/ml) (nm) MTH PT MTH+PT MTH PT MTH+PT

2 18,9 nm 14,7 11,3 22,1 64,2 83,8 117,8

Từ giá trị SAR tính toán được có thể thấy rằng hạt nano MFA10@PMAO bọc PMAO có thể chuyển đổi nhanh chóng và hiệu quả năng lượng quang – từ thành năng lượng nhiệt. Kết quả này chỉ ra MnFe2O4@Ag bọc PMAO là vật liệu tiềm năng cho liệu pháp quang – từ nhiệt trị ứng dụng trong y sinh.

3.4.3. Chụp ảnh cộng hưởng từ

Mẫu hạt nano lai MFA10@PMAO cũng đã được thử nghiệm làm chất tương phản hình ảnh MRI bằng cách sử dụng thiết bị chụp MRI như đã trình bày ở chương 2. Hình 3.21 hiển thị ảnh chụp MRI của mẫu MFA10@PMAO ở các nồng độ từ C1 – C5 tương ứng 50, 75, 100, 125 và 150 µg/ml. Kết quả cho thấy tất cả các giếng chứa hạt nano MFA10@PMAO đều xuất hiện màu sắc tối hơn khi chụp ảnh ở chế độ trọng T2 (T2 là thời gian hồi phục ngang spin – spin) với các giá trị TE (Time Echo – thời gian thu tín hiệu lớn nhất) khác nhau trong khi giếng chỉ chứa nước (mẫu đối chứng chứa aga 1,5 %) vẫn sáng và không thể nhận ra sự khác biệt. Có thể thấy rằng sự tương phản thay đổi rất rõ ràng khi thay đổi một lượng nhỏ nồng độ của các hạt lai MFA10@PMAO. Ngoài ra, khi chụp ảnh MRI ở chế độ trọng T2, để thu được tín hiệu giá trị TE

thường được chọn  60 ms. Tuy nhiên có thể thấy ở đây khi TE= 15 ms, cường

độ tín hiệu thu được vẫn khá tốt. Trong trường hợp này giá trị TE khá nhỏ và gần với giá trị TE được sử dụng khi chụp ở chế độ trọng T1 (thường TE = 11 ms), điều này cho thấy hạt nano lai MFA10@PMAO có tiềm năng ứng dụng trong chụp ảnh MRI theo cả 2 chế độ trọng T1 và T2.

Bên cạnh đó, có thể thấy rằng mẫu lai MFA10@PMAO cho khả năng tương phản tốt ở nồng độ rất thấp (cỡ µg/ml), điều đó có ý nghĩa trong việc

giảm hàm lượng chất lỏng từ đưa vào cơ thể khi được tiến hành ứng dụng trong thực tiễn.

Hình 3.21. Ảnh chụp MRI của mẫu lai MFA10@PMAO theo chế độ trọng T2 với các chế độ chụp khác nhau và cường độ tín hiệu thu được tương ứng.

Từ những kết quả thu được cho thấy hạt nano lai MnFe2O4@Ag bọc PMAO hiện tại sẽ là một ứng cử viên đầy triển vọng như một tác nhân tương phản trong chụp ảnh MR đồng thời kết hợp với liệu pháp quang - từ nhiệt trị ứng dụng trong chuẩn đoán và điều trị ung thư.

KẾT LUẬN CHUNG

Hạt nano mangan ferit MnFe2O4 với các hình thái và kích thước khác nhau đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao. Ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm như nồng độ tiền chất, nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất hoạt động bề mặt đã được nghiên cứu một cách hệ thống. Các hạt nano thu được thể hiện đặc tính siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng, từ độ bão hòa lớn (67 emu/g) mức độ tinh thể hóa cao với sai số kích thước hạt khoảng 7 - 10 %.

Trên cơ sở hạt nano mangan ferit chế tạo được, hệ lai MnFe2O4@Ag đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp seed - growth. Các phép phân tích như TEM, XRD, EDX, UV-vis đã xác nhận sự hình thành của lớp vỏ Ag trên bề mặt hạt nano từ mangan ferit. Từ độ bão hòa của mẫu sau khi bọc Ag khoảng 10 – 29 emu/g và vẫn đáp ứng từ khá tốt.

Chuyển pha thành công hạt nano lai MnFe2O4@Ag từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước bằng tác nhân chuyển pha PMAO. Hệ thu được có khả năng phân tán và ổn định tốt trong môi trường có khoảng pH rộng (pH = 2 – 14) và nồng độ muối NaCl lớn (250 mM). Kết quả này cho thấy hạt nano lai MnFe2O4@Ag bọc PMAO đáp ứng tốt về độ bền trong điều kiện sinh lý.

Kết quả khảo sát ứng dụng của hạt nano MnFe2O4@Ag bọc PMAO trong chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và liệu pháp quang – từ nhiệt trị cho thấy đây là vật liệu đầy hứa hẹn cho ứng dụng chuẩn đoán và điều trị ung thư nhờ tiềm năng chụp ảnh MRI theo cả 2 chế độ T1, T2 và khả năng chuyển hóa nhanh năng lượng từ, quang thành nhiệt năng dưới tác dụng của từ trường xoay chiều kết hợp chiếu laze. Ngoài ra hạt nano MnFe2O4@Ag bọc PMAO còn cho thấy tiềm năng trong ứng dụng kháng khuẩn với khả năng thu hồi dễ dàng sau xử lý cho mục đích tái sử dụng.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN

1. 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, Lê Trọng Lư “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát độ bền của chất lỏng từ mangan ferit trong nước”, Tạp chí Hóa học, 2018, 56 (6E2), 214- 219.

2. Nguyen Thi Ngoc Linh, Trinh Đinh Kha, Le Thi Thanh Tam, Le Trong Lu, Le The Tam, Ngo Thanh Dung, Vo kieu Anh, “Antibacterial activity of nano silver solution prepared in organic solvent at low temperature”, Journal of Analytical Science, 2019, 4A, 106-111.

3. Nguyễn Thị Ngọc Linh, Ngô Thanh Dung, Lê Thế Tâm, Lê Thị Thanh Tâm, Đào Thị Thu Hà, Trần Đại Lâm, Lê Trọng Lư “Nghiên cứu chế tạo hạt nano Ag đơn phân tán trong dung môi hữu cơ”, Tạp chí Hóa học, 2019, 57(2e1,2), 11-15.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

1. P. H. Nam, L. T. Lu, P. H. Linh, D. H. Manh, Le Thi Thanh Tam, N. X. Phuc, P. T. Phong and In-Ja Lee, “Polymer coated-cobalt ferite nanoparticles: Synthesis, Characterisation and Toxicity for Hyperthermia Applications”, New J. Chem. (2018), 42(17), 14530-14541.

2. Le T. T. Tam, Nguyen V. Hung, Doan T. Tung, Ngo T. Dung, Hoang T. Dung, Pham T. Nam, Phan N. Minh, Phan N. Hong and Le T. Lu, “Synthesis and electrochemical properties of porous CNTs-ferrite hybrid nanostructures for supercapacitor”, Vietnam journal of Science and Technology, 2019, 57(1), 58-66.

3. Nguyen Thi Ngoc Linh, Trinh Đinh Kha, Le Thi Thanh Tam, Le The Tam, Hoang Yen Nhi, Ngo Thanh Dung, Vo Kieu Anh, Le Trong Lu, “Study on fabrication of Fe3O4@Ag hybrid nanoparticles and its antibacterial activity”, Journal of Analytical Science, 2019, 4A, 112-116.

4. Nguyen T. N. Linh, Ngo T. Dung, Le T. T. Tam, Tran D. Lam, Nguyen X. Phuc, Nguyen T. K. Thanh and Le T. Lu, “New insight into the Synthesis and Property of Hollow Fe3O4-Ag/Au Hybrid Nanostructures for T1-T2 dual mode MRI Imaging and Dual Magnetic/Photo Heating”, Proceedings of Nanomaterials for Healthcare conference, Da Nang, 2019.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Agnihotri S., Mukherji S., Mukherji S., 2014, Size-controlled silver nanoparticles synthesized over the range 5–100 nm using the same protocol and their antibacterial efficacy, RSC Advances, 4, 3974–3983.

2. Alvarez M. M., Khoury J. T., Schaaff T. G., Shafigullin M. N., Vezmar I., Whetten R. L., 1997, Optical Absorption Spectra of Nanocrystal Gold Molecules, The Journal of Physical Chemistry B, 101, 3706–3712.

3. Amarjargal A., Tijing L. D., Im I. T., Kim C. S., 2013, Simultaneous preparation of Ag/Fe3O4 core–shell nanocomposites with enhanced magnetic moment and strong antibacterial and catalytic properties, Chemical Engineering Journal, 226, 243–254.

4. Anker J. N., Hall W. P., Lyandres O., Shah N. C, Zhao J., Van Duyne R. P., 2009, Biosensing with plasmonic nanosensors, Nature Materials, 7, 442 - 453.

5. Ayyappan S., Pablo G., Rosaria B., Niccolo S., Giammarino P., Simone N., Liberato M., Teresa P., 2016, CoxFe3–xO4 Nanocubes for theranostic applications: Effect of cobalt content and particle size, Chemistry of Materials, 28, 1769–1780.

6. Bane M., Mallick S., Paul A., Chattopadhyay A., Ghosh S. S., 2010, Heightened reactive oxygen species generation in the antimicrobial activity of a three component iodinated chitosan - silver nanoparticle composit, Langmuir, 26, 5901-5908.

7. Barrasa. J. G., Lopez-de-Luzuriaga J. M., Monge M., 2010, Silver nanoparticles: synthesis through chemical methods in solution and biomedical applications, Central European Journal of Chemistry, 9, 7–19.

8. Boubker M., Anca M., Julian C., Sebastien L., Marie L. L., Gougeon M., Chaudret B., Respaud M., 2011, Optimal size of nanoparticles for magnetic hyperthermia: A combined theoretical and experimental study, Advanced Functional Materials, 21, 4573–4581.

9. Buschow K. H. J., de Boer F. R., 2004, Physics of Magnetism and Magnetic

Materials, KluwerAcademic/PlenumPublishers.

10. Chang S. S., Shih C. W., Chen C. D., Lai W. C., Wang C. R. C.,1999, The

Shape Transition of Gold Nanorods, Langmuir, 15, 701–709.

11. Chen C. C., Lin Y. P., Wang C. W., Tzeng H. C., Wu C. H., Chen Y. C., Chen C. P., Chen L. C., Wu Y. C., 2006, DNA-gold nanorod conjugates for remote control of localized gene expression by near infrared irradiation, Journal of the American Chemical Society, 128, 3709-3715.

12. Chen Y., Gao N., Jiang J., 2013, Surface Matters: Enhanced bactericidal property of core-shell Ag-Fe2O3 nanostructures to their heteromer counterparts from one-pot synthesis, Small, 9, 3242 – 3246.

13. Deraz. N. M, Alarifi. A., 2012, Controlled Synthesis, Physicochemical and Magnetic Properties of Nano-Crystalline Mn Ferrite System, International Journal of Electrochemical Science, 7, 5534-5543.

14. Faraji M., Yamini Y., Rezaee M., 2010, Magnetic nanoparticles: Synthesis, stabilization, functionalization, characterization, and applications, Journal of the Iranian Chemical Society, 7, 1-37.

15. Frenkel J., Dorfman J., 1930, Spontaneous and Induced Magnetisation in

Ferromagnetic Bodies, Nature, 126, 274-275.

16. Gao J., Zhang B., Gao Y., Pan Y., Zhang X., Xu B., 2007, Fluorescent Magnetic Nanocrystals by Sequential Addition of Reagents in a One-Pot Reaction: A Simple Preparation for Multifunctional Nanostructures, Journal of the American Chemistry Society, 129, 11928–11935.

17. Ghandoor H. E., Zidan H. M., Mostafa M. H., Khalil M. I., Ismail M., 2012, Synthesis and some physical properties of magnetite (Fe3O4) nanoparticles, International Journal of Electrocchemical Science, 7, 573–5745.

18. Gilchrist R.K., Shorey W.D., Hanselman R.C., Parrott J.C., Taylor C.B., 1957, Selective inductive heating of lymph nodes, Annala of Surgery, 146, 596 – 606.

19. Hao R., Xing R., Xu Z., Hou Y., Gao S., Sun S., 2010, Synthesis, functionalization, and biomedical applications of multifunctional magnetic nanoparticles, Advanced Materials, 22, 2729-2742.

20. He S., Zhang H., Delikanli S., Qin Y., Swihart M. T., Zeng A., 2009, Bifunctional magneto-optical FePt-CdS hybrid nanoparticles. The Journal of Physical Chemistry C, 113, 87–90.

21. 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, Biotechnology Advances, 33, 1162 – 1176.

22. Huang J. H., Parab H. J., Liu R. S., Lai T. C., Hsiao M., Chen C.H., Sheu H. S., Chen J. M., Tsai D. P, Hwu Y. K., 2008, Investigation of the growth mechanism of iron oxide nanoparticles via a seed-mediated method and its cytotoxicity studies, The Journal of Physical Chemistry C, 112, 15684- 15690.

23. Huang X., El-Sayed I. H., Qian W., El-Sayed M. A., 2006, Cancer Cell Imaging and Photothermal Therapy in the Near-Infrared Region by Using Gold Nanorods, Journal of the American Chemical Society, 128, 2115– 2120.

24. Huy T. Q., Quy N. V., Le A. T., 2013, Silver nanoparticles: synthesis, properties, toxicology, applications and perspectives, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 4, 033001 - 033020.

25. Jain P. K., Huang X., El-Sayed I. H., El-Sayed M. A., 2008, Noble metals on the nanoscale: Optical and photothermal properties and some applications in imaging, sensing, biology, and medicine, Accounts of Chemical Research, 41, 1578–1586.

26. Krutyakov Y. A., Kudrinskiy A. A., Olenin A. Y., Lisichkin G. V., 2008, Synthesis and properties of silver nanoparticles: advances and prospects, Russian Chemical Reviews, 77, 233–257.

27. Lamer V. K., Dinegar R. H., 1950, Theory, production and mechanism of formation of monodispersed hydrosols, Journal of the American Chemistry Society, 72, 4847–4854.

28. Lara H. H., Nunez N. V. A., Turrent L. I., Padilla C. R., 2010, Mode of antiviral action of silver nanoparticles against HIV – 1, Journal of Nanobiotechnology, 8, 1.

29. Liang X. J., Shi H. W., Jia X. C., Yang Y. X., Liu X. N., 2011, Dispersibility, shape and magnetic properties of nano-Fe3O4 particles, Materials Sciences and Applications, 2, 1644–1653.

30. Lin H. Y., Chen Y. F., Wu J. G., Wang D. I., chen C. C., 2006, Carrier transfer induced photoluminescence change in metal-semiconductor core- shell nanostructures, Applied Physics Letters, 88, 161911–161913.

31. Lin M., Huang J., Zhang J., Wang L., Xiao W., Yu H., Li Y., Li H., Yuan C., Hou X., 2013, The therapeutic effect of PEI Mn0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles/pEgr1-HSV-TK/GCV associated with radiation and magnet- induced heating on hepatoma, Nanoscale, 5, 991–1000.

32. Lu A. H., Salabas E. L., Schüth F., 2007, Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application, Angewandte Chemie International Edition, 46, 1222 - 1244.

controlled morphology, monodispersity

33. Lu L. T., Dung N. T., Tung L. D., Thanh C. T., Quy O. K., Chuc N. V., Maenosono S., Thanh N. T., 2015, Synthesis of magnetic cobalt ferrite and nanoparticles with composition: the influence of solvent, surfactant, reductant and synthetic conditions, Nanoscale, 7, 19596 - 19610.

34. Lukyanchuk B., Zheludev N. I., Maier S. A., Halas N. J., Nordlander P., Giessen H., Chong C. T., 2010, The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials, Nature Materials, 9, 707–715.

35. Masashige S., 2002, Functional magnetic particles for medical application.

Journal of Bioscience and Bioengineering, 94, 606-613.

36. Obaidat I. M., Issa B., Haik Y., 2015, Magnetic properties of magnetic

nanoparticles for efficient hyperthermia, Nanomaterials, 5, 63–89.

37. Pal S., Tak Y. K., Song J. M., 2007, Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of the nanoparticle? A study of the gram- negative bacterium Escherichia coli., Applied and Environmental Microbiology, 73, 1712–1720.

38. Pankhurst Q. A., Thanh N. T. K., Dobson J., 2009, Progress in applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, Journal of physics D-applied physics, 42, 224001.

39. Pankhurst Q.A., Connolly J., Jones S. K., Dobson J., 2003, Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, Journal of Physics D: Applied Physics, 36, 167 - 181.

40. Paramasivam G., Kayambu N., Rabel A. M., Sundramoorthy A. K., Sundaramurthy A., 2017, Anisotropic noble metal nanoparticles: Synthesis, surface functionalization and applications in biosensing, bioimaging, drug delivery and theranostics, Acta Biomaterialia, 49, 45–65.

41. Park J., Lee E., Hwang N. M., Kang M., Kim S. C., Hwang Y., Park J. G., Noh H. J., Kim J. Y., Park J. H., Hyeon T., 2005, One-nanometer-scale sizecontrolled iron oxide synthesis of monodisperse magnetic nanoparticles, Angewandte Chemie International Edition, 44, 2873–2877.

42. Prucek R., Tucek J., Kilianova M., Panacek A., Kvitek L., Filip J., Kolar M., Tomankova K., Zboril R., 2011, The targeted antibacterial and antifungal properties of magnetic nanocomposite of iron oxide and silver nanoparticles, Biomaterials, 32, 4704–4713.

43. Quintela M. A., Hueso L. E., Rivas J. R., 2003, Intergranular magnetoresistnce in nanomanganites, Nanotechnology, 14, 212-219.

44. Raﬁque M. Y., Qing P. L., Javed Q., Iqbal M. Z., Mei Q. H., Farooq M. H., Gang G. Z., Tanveer M., 2013, Growth of monodisperse nanospheres of MnFe2O4 with enhanced magnetic and optical properties, Chinese Physics B, 22, 107101 - 107107.

45. Ritter J. A., Ebner A. D., Daniel K. D., Stewart K. L., 2004, Application of high gradient magnetic separation principles to magnetic drug targeting. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 280, 184-201.

46. Sajanlal P. R., Sreeprasad T. S., Samal A. K., Pradeep T., 2011, Anisotropic nanomaterials: Structure, growth, assembly, and functions, Nano Reviews, 2, 1–62.

47. Sankar R., Karthik A., 2013, Origanum vulgare mediated biosynthesis of silver nanoparticles for its antibacterial and anticancer activity, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 108, 80-84.

48. Santhoshkumar T., Rahuman A. A., Bagavan A., Marimuthu S., Jayaseelan C., Kirthi A. V., Kamaraj C., Rajakumar G., Zahir A. A., Elango G., Velayutham K., Iyappan M., Siva C., Karthik L., Ra K. V. B., 2012, Evaluation of stem aqueous extract and synthesized silver nanoparticles using Cissus quadrangularis against Hippobosca maculata and Rhipicephalus (Boophilus) microplus, Experimental Parasitology, 132, 156–165.

49. Sanguesa. C. D., Urbina R. H., Figlarz M., 1992, Synthesis and characterization of fine and monodisperse silver particles of uniform shape, Journal of Solid State Chemistry, 100 (2), pp. 272–280.

50. Sau T. K., Rogach A. L., Jackel F., Klar T. A., Feldmann J., 2010, Properties and applications of colloidal nonspherical noble metal nanoparticles, Advanced Materials, 22, 1805–1825.

51. Shams S. F., Ghazanfari M. R., Schmitz-Antoniak C., 2019, Magnetic- Plasmonic Heterodimer Nanoparticles: Designing Contemporarily Features for Emerging Biomedical Diagnosis and Treatments, Nanomaterials, 9, 97.

52. Smolensky E. D., Neary M. C., Zhou Y., Berquo T. S., Pierre V. C., 2011, Fe3O4@organic@Au: core–shell nanocomposites with high saturation magnetisation as magnetoplasmonic MRI contrast agents, Chemical Communications, 47, 2149–2151.

53. Sotiriou G. A., Hirt A. M., Lozach P. Y., Teleki A., Krumeich F., Pratsinis S. E., 2011, Hybrid, Silica-Coated, Janus-Like Plasmonic-Magnetic Nanoparticles, Chemistry of Materials, 23, 1985–1992.

54. Stafford S., Serrano R. G., Gunko Y., 2018, Multimodal magnetic - Plasmonic nanoparticles for biomedical applications, Applied Sciences, 8, 97.

55. Tartaj P., Morales M. P., Verdaguer S. V., Carreno T. G., Serna C. J., 2003, The preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine, Journal of Physics D: Applied Physics, 36, 182 - 197.

56. Tsuji T., Iryo K., Watanabe N., Tsuji M., 2002, Preparation of silver nanoparticles by laser ablation in solution: Influence of laser wavelength on particle size, Applied Surface Science, 202, 80–85.

57. Tung L. M., Cong N. X., Huy L. T., 2016, Synthesis characterization of superparamagnetic Fe3O4-Ag hybrid nanoparticles and their application for hightly effective bacteria inactivation, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 16, 5902-5912.

58. Williams D. B., Carter C. B., 1996, Transmission Electron Microscopy:

Basics I, Plenum Press: NY, 193.

59. Wu H., Gao G., Zhou X., Zhang Y., Guo S., 2012, Control on the formation of Fe3O4 nanoparticles on chemically reduced graphene oxide surfaces, CrystEngComm, 14, 499–504.

60. Xu C. B., Teja A. S, 2008, Continuous hydrothermal synthesis of iron oxide and PVA-protected iron oxide nanoparticles, Journal of Supercritical Fluids, 44, (1), 85-91.

61. Zeng H., Rice P. M., Wang S. X., Sun S. H., 2004, Shape-controlled synthesis and shape-induced texture of MnFe2O4 nanoparticles,Journal of the American Chemical Society, 126, 11458-11459.

62. Zhang Z., Feng S. S., 2006, Nanoparticles of poly(lactide)/vitamin E TPGS formulation, chemotherapy: Synthesis, cancer for

copolymer characterization and in vitro drug release, Biomaterials, 27, 262-270.