intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng hạt nano đa chức năng trong đánh dấu tế bào bằng phương pháp SERS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST
Báo xấu
33
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn tiến hành với mong muốn chế tạo ra một vật liệu nano mang đầy đủ cả hai tính chất kim loại và từ có thể ứng dụng để đánh dấu và tách chiết tế bào trong y sinh, đồng thời có thể sản xuất với giá thành rẻ và quy trình đơn giản, nhóm nghiên cứu đã định hướng sử dụng phương pháp hoá ướt để chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng hạt nano đa chức năng trong đánh dấu tế bào bằng phương pháp SERS

  1. ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI -------------------------------- NGUYỄN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRONG ĐÁNH DẤU TẾ BÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SERS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
  2. ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI -------------------------------- NGUYỄN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRONG ĐÁNH DẤU TẾ BÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SERS Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HOÀNG NAM TS. NGUYỄN ĐÌNH THẮNG Hà Nội - 2015
  3. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Thầy giáo TS. Nguyễn Hoàng Nam và Thầy giáo TS. Nguyễn Đình Thắng. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, các thầy luôn tận tình chỉ bảo và giúp em định hướng để hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn NCS Lưu Mạnh Quỳnh, NCS Chu Tiến Dũng đã trực tiếp hướng dẫn cũng như đưa ra những lời khuyên thực sự hữu ích cho luận văn. Kết quả của luận văn là một trong những thành quả của quá trình lao động trí tuệ tích cực của nhóm nghiên cứu “Nghiên cứu chế tạo, chức năng hóa, tính chất của hạt nano đa chức năng nhằm ứng dụng trong y sinh học” trong định hướng “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano trong y sinh” do TS. Nguyễn Hoàng Nam chủ trì và được tài trợ bởi đề tài “Nghiên cứu chế tạo hạt nano đa chức năng nhằm ứng dụng trong y sinh” mã số CA.14.11A. Tôi xin cảm ơn sinh viên Bạch Thị Mai - K58 KHVL, Khoa Vật lý đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu và chế tạo vật liệu. Tôi cũng xin cám ơn học viên cao học K24 Nguyễn Thị Thơ tại Khoa Sinh học đã hỗ trợ luận văn trong quá trình nuôi cấy và định lượng tế bào. Tôi xin được cảm ơn các anh chị và các bạn sinh viên tại Trung tâm Khoa học Vật liệu và Khoa Sinh học đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình làm nghiên cứu của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, tập thể cán bộ của Trung tâm Khoa học Vật liệu – Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian em làm thí nghiệm tại trường! Em cũng xin cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý cũng như lãnh đạo Bộ môn Sinh học tế bào, Khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị để em hoàn thành luận văn này. Bản luận văn này được thực hiện tại Trung tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội. Luận văn sử dụng một số phép đo thực hiện trên các hệ LABRAM3 hãng HORIBA Jobin Yvon,
  4. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà NanoSEM NOVA NPE 119, kính hiển vi huỳnh quang – trường tối AXIO Scope A1, Zeiss được đầu tư theo chương trình “Tăng cường năng lực nghiên cứu, đào tạo lĩnh vực khoa học, công nghệ nano và ứng dụng trong y, dược, thực phẩm, sinh học, bảo vệ môi trường và thích ứng biến đổi khí hậu theo hướng pháp triển bền vững”. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tới gia đình và tất cả bạn bè đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Hà nội, năm 2015 Học viên Nguyễn Thị Hà
  5. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN....................................................................................5 1.1. Tổng quan về hạt nano Fe3O4 và hạt nano kim loại Ag 5 1.1.1. Vật liệu sắt từ.....................................................................................................5 1.1.2. Tính chất siêu thuận từ ......................................................................................5 1.1.3. Vật liệu oxit sắt từ Fe3O4 ...................................................................................7 1.1.4. Ứng dụng của hạt nano từ Fe3O4 .......................................................................7 1.1.5. Hạt nano Bạc và tính chất..................................................................................8 1.1.6. Cộng hưởng Plasmon bề mặt [14] .....................................................................8 1.1.7. Tán xạ Raman [10] ............................................................................................9 1.1.8. Hạt nano composite đa chức năng Fe3O4/Ag ..................................................13 1.2. Thử nghiệm ứng dụng hạt nano đa chức năng trong đánh dấu tế bào 14 1.2.1. Bệnh ung thư ...................................................................................................14 1.2.2. Các phương pháp phát hiện bệnh ung thư .......................................................14 1.2.3. Các thụ thể tế bào (ErbB receptors) ................................................................15 1.2.4. EGFR- Epidermal growth factor receptor [49] ...............................................17 1.2.5. Kháng thể ........................................................................................................18 1.2.6. Kháng thể anti-EGFR và cơ chế gắn kết kháng thể anti-EGFR với hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag-NH2 ........................................................................................19 1.2.7. Tế bào HaCaT và SK-Mel 28 ..........................................................................20 CHƢƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ...........................................................................23 2.1. Chế tạo hạt nano chức năng Fe3O4/Ag………………………………...……23 2.1.1. Hóa chất sử dụng .............................................................................................23 2.1.2. Chức năng hóa hạt nano Fe3O4 với 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) tạo nhóm amine NH2 tự do Fe3O4-NH2 .....................................................................23 2.1.3. Chế tạo hạt nano composite Fe3O4/Ag ............................................................24 2.1.4. Chức năng hóa bề mặt hạt nano composite Fe3O4/Ag bằng 4-aminothiophenol (4-ATP) - Fe3O4/Ag-NH2 ..........................................................................................25
  6. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà 2.2. Thử nghiệm ứng dụng hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag trong đánh dấu tế bào…………………………………………………………………………………26 2.2.1. Hóa chất sử dụng .............................................................................................26 2.2.2. Gắn hạt nano composite đa chức năng Fe3O4 /Ag-NH2 với kháng thể anti- EGFR…..…………………………………………………………………………...26 2.2.3 Gắn hạt nano đa chức năng với hai dòng tế bào HaCaT và SK-Mel 28 ..........27 CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................33 3.1. Hạt nano composite đa chức năng Fe3O4/Ag………………………………33 3.1.1. Hạt nano Fe3O4 chức năng hóa với 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES)…………………………………………………………………………...33 3.1.2. Hạt nano composite Fe3O4/Ag ........................................................................35 3.1.3 Chức năng hóa hạt nano composite Fe3O4/Ag với 4-aminothiophenol ...........40 3.2. Thử nghiệm ứng dụng hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag trong đánh dấu tế bào………………………………………………………………………………….42 3.2.1 Hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag gắn với kháng thể anti-EGFR ...................42 3.2.2 Đưa hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag gắn kháng thể anti-EGFR lên hai dòng tế bào Hacat và SK-Mel 28 .......................................................................................46 KẾT LUẬN ..............................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56
  7. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Stt Hình vẽ Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Đường cong từ hoá sắt từ (---) và siêu thuận từ (---) 6 2 Hình 1.2 Hc phụ thuộc vào đường kính hạt 6 Mô tả hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt của 3 Hình 1.3 9 hạt nano kim loại 4 Hình 1.4 Mô hình tán xạ Raman của phân tử CH4 10 5 Hình 1.5 Mô phỏng hoạt động của các loại ErbB 15 Hình vẽ mô phỏng cấu trúc các loại ErbB và các 6 Hình 1.6 16 phối tử của chúng 7 Hình 1.7 Mô hình của một kháng thể điển hình 19 8 Hình 1.8 Cấu trúc 3 chiều của anti-EGFR 19 Mô hình liên kết giữa hạt nano gắn kháng thể anti- 9 Hình 1.9 20 EFGR với các thụ thể trên bề mặt tế bào Mô hình tế bào Keratinocyte và Melanocyte trong 10 Hình 1.10 21 da 11 Hình 1.11 Mô hình tóm tắt mục tiêu luận văn 22 12 Hình 2.1 Mô hình phản ứng chức năng hóa Fe3O4 với APTES 23 Quy trình chế tạo hạt nano composite đa chức năng 13 Hình 2.2 25 Fe3O4/Ag-NH2 Mô tả phương pháp phân tích cường độ sáng của tế 14 Hình 2.3 30 bào bằng phần mềm Image J 15 Hình 2.4 Đồ thị tính toán cường độ sáng của tế bào và nền 31 16 Hình 3.1 Nhiễu xạ tia X của mẫu Fe3O4 34
  8. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà 17 Hình 3.2 Ảnh TEM của các hạt nano Fe3O4 34 18 Hình 3.3 Đường cong từ trễ của mẫu Fe3O4 35 19 Hình 3.4 Nhiễu xạ tia X của mẫu Fe3O4/Ag 36 20 Hình 3.5 Phổ tán sắc năng lượng EDS của mẫu Fe3O4/Ag 36 Phổ UV-Vis và ảnh TEM của hạt nano Ag kích 21 Hình 3.6 37 thước từ 15-25 nm Phổ UV-Vis và ảnh TEM của hạt nano Ag kích 22 Hình 3.7 38 thước từ 25-50 nm Phổ hấp thụ UV-Vis và ảnh TEM của mẫu hạt nano 23 Hình 3.8 39 composite Fe3O4/Ag Đường cong mômen từ phụ thuộc từ trường ở nhiệt 24 Hình 3.9 40 độ phòng của Fe3O4 (a) và Fe3O4/Ag (b) Phổ Raman mẫu hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag- 25 Hình 3.10 41 NH2 Sơ đồ phản ứng của hạt nano Fe3O4/Ag-NH2 với 26 Hình 3.11 43 kháng thể anti-EGFR. Phổ Raman của mẫu hạt Fe3O4/Ag-NH2 trước và 27 Hình 3.12 44 sau khi gắn kháng thể anti-EGFR Phổ Raman của hạt nano gắn kháng thể anti-EGFR 28 Hình 3.13 45 và phổ Raman của Protein Nguyên lý sử dụng phổ SERS trong chẩn đoán tế 29 Hình 3.14 47 bào mang bệnh Phổ Raman của tế bào HaCaT và kháng thể anti- 30 Hình 3.15 47 EGFR Phổ Raman của tế bào SK-Mel 28 và kháng thể 31 Hình 3.16 48 anti-EGFR 32 Hình 3.17 Phổ SERS của tế bào HaCaT và SK-Mel 28 với tỉ lệ 49
  9. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà gắn hạt M1 và M2. Ảnh hiển vi trường sáng và trường tối của tế bào 33 Hình 3.18 50 HaCaT. Đồ thị biểu diễn cường độ sáng trung bình của tế 34 Hình 3.19 bào HaCaT trước và sau khi gắn hạt nano 51 composite đa chức năng Ảnh hiển vi trường sáng và trường tối của tế bào 35 Hình 3.20 52 SK-Mel 28 Đồ thị biểu diễn cường độ sáng trung bình của tế 36 Hình 3.21 bào SK-Mel 28 trước và sau khi gắn hạt nano đa 53 chức năng So sánh cường độ sáng trung bình của hai tế bào 37 Hình 3.22 54 HaCaT và SK-Mel 28
  10. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà DANH MỤC BẢNG BIỂU Stt Tên bảng Nội dung Trang Bảng các loại HER receptor và các bệnh ung thư 1 Bảng 1.1 16 đi liền với chúng Bảng so sánh % tế bào có đột biến về số lượng 2 Bảng 1.2 17 EGFR Bảng tỉ lệ hạt nano Fe3O4/Ag-NH2-anti EGFR gắn 3 Bảng 2.1 27 với tế bào Khoảng cách d tính được ứng với các mặt nhiễu xạ 4 Bảng 3.1 33 tia X 5 Bảng 3.2 Tỉ phần các nguyên tố trong mẫu Fe3O4/Ag 37 Vị trí đỉnh phổ SERS của mẫu hạt nano đa chức 6 Bảng 3.3 42 năng Fe3O4/Ag-NH2 Vị trí đỉnh dao động của hạt nano gắn kháng thể 7 Bảng 3.4 45 anti-EGFR Bảng khảo sát hiệu suất gắn kết tế bào với hạt 8 Bảng 3.5 46 nano Fe3O4/Ag-NH2 Vị trí đỉnh dao động của tế bào gắn hạt nano đa 9 Bảng 3.6 48 chức năng
  11. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Stt Kí hiệu Chú thích 1 4-ATP 4-aminothiophenol 2 APTES 3-aminopropyltriethoxysilane 3 BSA Bovine serum albumin 4 EDC 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Hạt nano composite đa chức năng Fe3O4/Ag-NH2 với 5 NPs-anti EGFR kháng thể anti-EGFR 6 Phổ FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 7 Phổ SERS Phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt 8 TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua 9 UV-Vis Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến 10 VT Vị trí 11 TB Trung bình
  12. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực y học hiện nay, tình trạng mắc bệnh ung thư ở các quốc gia đang trở thành vấn đề quan tâm của toàn thế giới. Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới (World Health Organisation - WHO) năm 2012, đã có khoảng 14 triệu trường hợp ung thư được phát hiện mới và có đến 8,2 triệu ca tử vong liên quan đến ung thư. Trong đó, số lượng các ca tử vong do ung thư chủ yếu là: ung thư phổi, ung thư gan, ung thư dạ dày, ung thư đại trực tràng, ung thư vú, ung thư thực quản, … Dự đoán số trường hợp ung thư hàng năm sẽ tăng từ 14 triệu trong năm 2012 lên 22 triệu trong vòng hai thập kỷ tới [7]. Hơn 60% số các ca ung thư mới hàng năm trên thế giới xảy ra ở Châu Phi, Châu Á, Trung và Nam Mỹ, chiếm 70% tổng số các ca tử vong ung thư [48]. Tại Việt Nam trong những năm trở lại đây, tình trạng mắc bệnh ung thư đang ở mức báo động đứng đầu trên thế giới. Cũng trong năm 2012, tổng số ca tử vong do ung thư là 91.600 ca, số lượng các ung thư gặp phổ biến ở nam giới là gan, phổi, dạ dày, đại trực tràng và mũi họng; còn các ung thư gặp phổ biến ở nữ giới là: ung thư vú, phổi, gan, cổ tử cung và dạ dày [49]. Với tình trạng phát triển bệnh ngoài kiểm soát như vậy đòi hỏi các y bác sĩ và các nhà nghiên cứu tìm ra một phương pháp để có thể phát hiện sớm các tế bào mang bệnh giúp hỗ trợ điều trị hiệu quả hơn. Hiện nay, đã có các phương pháp giúp chẩn đoán sớm các tế bào ung thư như: phương pháp thử sinh học, phép thử nội soi tế bào, và đặc biệt là phương pháp đánh dấu bằng lý sinh học nano [50]. Trong vài thập niên trở lại đây, công nghệ nano đang là một hướng nghiên cứu dành được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học. Một nhánh quan trọng của công nghệ nano không thể không nhắc tới, đó là lý sinh học nano, trong đó, vật liệu nano được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh. Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano trong Y – Sinh ở nước ta đã đạt được một số kết quả đáng khích lệ. Điển hình là: - Nhóm của GS.TS. Nguyễn Xuân Phúc với đề tài “Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt nano Fe3O4 ứng dụng trong diệt tế bào ung thư” [4]. 1
  13. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà - Nhóm của PGS. TS. Nguyễn Ngọc Long với các kết quả sử dụng hạt nano vàng trong việc phát hiện sớm tế bào ung thư vú [36]. - Nhóm của GS. TSKH. Nguyễn Hoàng Lương với đề tài nghiên cứu hạt nano vàng chức năng hóa với các phân tử 4-aminothiophenol trong việc chẩn đoán tế bào ung thư biểu mô sử dụng phổ Raman tăng cường bề mặt [35]. - Nhóm của PGS. TS. Nguyễn Hoàng Hải với đề tài “Sử dụng hạt nano từ tính mang thuốc để tăng cường khả năng ức chế vi khuẩn của thuốc kháng sinh Chloramphenicol” [1]. Có thể thấy các hạt nano với các tính năng đặc biệt của chúng đã được chú ý nghiên cứu nhằm ứng dụng trong y sinh tại Việt Nam. Trong số đó, các hạt từ Fe3O4 có kích thước nano, micro mét được ứng dụng trong dẫn truyền thuốc, sắp xếp thứ tự DNA và phân tách tế bào, … [11, 46]. Vật liệu nano Fe3O4 được biết đến như một loại vật liệu với những tính năng vượt trội được kể đến đó là hiệu ứng kích thước và tính siêu thuận từ. Khi kích thước của vật liệu giảm đến cỡ nano mét thì tỉ số giữa diện tích bề mặt và thể tích của vật liệu tăng cao đáng kể do đó làm tăng khả năng kết dính giữa bề mặt hạt nano với các phân tử hữu cơ [19]. Cùng với đó với tính siêu thuận từ, hạt nano Fe3O4 có thể dễ dàng được tập trung lại bằng từ trường ngoài và điều này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tách chiết, chẩn đoán…[11]. Các hạt nano từ Fe3O4 có xu hướng kết đám lại với nhau trong chất lỏng mang bởi tồn tại sự tương tác lưỡng cực từ mạnh giữa các hạt và lực VanderWaals, ngoài ra chúng còn dễ bị oxi hóa. Để ngăn ngừa sự kết đám và sự oxi hóa cũng như làm tăng khả năng tương thích sinh học của chúng, hạt nano từ Fe3O4 cần được chức năng hóa bề mặt bởi những lớp vỏ là các chất có hoạt tính bề mặt hoặc polymerđể có thể đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Trong các nghiên cứu nói trên, bên cạnh hạt nano từ tính và nano bán dẫn thi các hạt nano kim loại quý cũng đóng vai trò quan trọng về ứng dụng. Một trong những kim loại quý hiếm có thể kể đến đó là kim loại bạc (Ag). Các hạt nano Ag với hiệu ứng plasmon bề mặt điển hình cho tín hiệu Raman đặc trưng ở các liên kết gần bề mặt hạt nano. Ngoài ra, việc chức năng hóa thêm nhiều lớp vỏ trên bề mặt của hạt nano cũng không làm thay đổi cường độ của các đỉnh tán xạ đặc trưng này. 2
  14. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà Nhằm mục tiêu ứng dụng các tính năng đặc biệt của nhiều loại hạt nano cùng một lúc, nhóm nghiên cứu đã kết hợp cả hai loại hạt nano từ Fe3O4 và hạt nano kim loại Ag được chức năng hóa với các phân tử 4-ATP tạo thành hạt nano composite đa chức năng Fe3O4/Ag-NH2. Thông qua nhóm chức năng (-NH2), các hạt nano composite đa chức năng này có thể liên kết đồng hóa trị với các protein như human serum albumin (HSA), kháng thể, bovine serum albumin (BSA)…[10, 46, 51], sau đó sử dụng phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) và phương pháp chụp ảnh hiển vi trường tối để đánh dấu tế bào mang bệnh. Trong khuôn khổ luận văn này, với mong muốn chế tạo ra một vật liệu nano mang đầy đủ cả hai tính chất kim loại và từ có thể ứng dụng để đánh dấu và tách chiết tế bào trong y sinh, đồng thời có thể sản xuất với giá thành rẻ và quy trình đơn giản, nhóm nghiên cứu đã định hướng sử dụng phương pháp hoá ướt để chế tạo hạt nano đa chức năng Fe3O4/Ag. Hạt nano đa chức năng này mang đầy đủ tính chất kim loại quý của hạt nano Ag gắn 4ATP cho tín hiệu Raman và tính chất từ của vật liệu Fe3O4 nên vừa có thể sử dụng tìn hiệu Raman để đánh dấu vừa có thể khắc phục được khả năng tập trung hạt theo mong muốn, giảm thời gian lọc rửa. Nhóm chức –NH2 được gắn trên bề mặt hạt nano Ag có tính tương thích sinh học cao, dễ dàng gắn kết với các protein kháng thể anti-EGFR sau đó được đưa thử nghiệm lên hai dòng tế bào HaCaT và tế bào ung thư da SK-Mel 28 để nhận biết và đánh giá mức độ biểu hiện EGFR của hai dòng tế bào bằng hai phương pháp vật lý là chụp ảnh hiển vi trường tối và đo phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS). Đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng hạt nano đa chức năng trong đánh dấu tế bào bằng phương pháp SERS” có bố cục như sau: Mở đầu Mục lục Chƣơng 1 - Tổng quan: Trình bày sơ lược về hạt nano composite đa chức năng Fe3O4 /Ag-NH2, hạt nano có cấu trúc lõi vỏ và ứng dụng của hạt nano trong y sinh học. Chƣơng 2 - Thực nghiệm: Trình bày phương pháp chế tạo mẫu, các thiết bị thực nghiệm được sử dụng để nghiên cứu các tính chất và ứng dụng của vật liệu nano 3
  15. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà composite đa chức năng Fe3O4 /Ag-NH2 trong đánh dấu tế bào HaCaT và SK-Mel 28. Chƣơng 3 - Kết quả và thảo luận: Những kết quả đạt được trong quá trình chế tạo và ứng dụng hạt nano composite đa chức năng Fe3O4 /Ag-NH2 trong đánh dấu tế bào. Các kỹ thuật khảo sát tính chất và những biện luận kết quả. Kết luận Tài liệu tham khảo 4
  16. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về hạt nano Fe3O4 và hạt nano Ag 1.1.1. Vật liệu sắt từ Vật liệu sắt từ là các vật liệu trong đó có các mô men từ sắp xếp song song với nhau. Vì vậy trạng thái sắt từ cũng là trạng thái từ hoá tự phát. Theo lý thuyết Weiss thì ngay cả khi không có từ trường ngoài trong vật liệu sắt từ đã có sự từ hoá tự phát đến bão hoà. Nguyên nhân của sự từ hoá tự phát đó là do các mô men từ tương tác với nhau rất mạnh mẽ. Tương tác này tương đương với tác dụng của từ trường ngoài lớn cỡ 104 - 105 Oe làm cho các mô men từ có xu hướng sắp xếp song song với nhau [5]. Nhiệt độ Curie trong các chất sắt từ là nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ. Dưới nhiệt độ Tc tương tác giữa các mô men từ thắng được kích thích nhiệt do đó vật liệu thể hiện tính sắt từ. Trên nhiệt độ Tc năng lượng kích thích nhiệt đủ lớn để phá vỡ trạng thái liên kết sắt từ giữa các mô men từ làm cho phân bố các mô men từ trở lên hỗn loạn và vật liệu thể hiện tính chất thuận từ [9]. 1.1.2. Tính chất siêu thuận từ Đối với một vật liệu sắt từ khi ở kích thước lớn, các hạt có xu hướng phân chia thành các domain từ để giảm năng lượng dị hướng và ta có các hạt đa domain. Khi kích thước hạt giảm xuống dưới một giá trị nào đó và hạt chuyển thành đơn domain sẽ xảy ra tình huống trong đó năng lượng kích thích nhiệt (có xu hướng phá vỡ sự định hướng mô men từ của các hạt) trở nên trội hơn năng lượng dị hướng từ (có tác dụng định hướng mô men từ của các hạt). Khi đó mô men từ của các hạt sẽ định hướng một cách hỗn độn do đó mô men từ tổng cộng bằng không. Chỉ khi có từ trường ngoài tác dụng thì mới có sự định hướng của mô men từ của các hạt và tạo ra mô men từ tổng cộng khác không. Tính chất này là đặc trưng cho các vật liệu thuận từ nhưng ở đây mỗi hạt nanô có chứa nhiều nguyên tử nên có mô men từ lớn hơn mô men từ nguyên tử nhiều lần, vì vậy tính chất này được gọi là tính chất siêu thuận từ. 5
  17. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà Đường cong từ trễ của vật liệu siêu thuận từ cũng tuân theo hàm Langevin như trường hợp thuận từ. Đường cong này có hai đặc điểm đó là: lực kháng từ Hc = 0, từ độ dư Mr = 0 nghĩa là không có hiệu ứng trễ. Hình 1.1 diễn tả sự thay đổi đường cong từ hoá của vật liệu sắt từ khi kích thước hạt giảm. Trong giới hạn đơn domain khi kích thước hạt giảm thì Hc giảm cho đến khi Hc = 0, kích thước tại đó Hc = 0 chính là giới hạn siêu thuận từ. Hình 1.2 biểu diễn sự thay đổi của Hc khi đường kính hạt giảm. H Đ Đa ơn domạin S domain c iêu thuận từ d d d Hình 1.1. Đường cong từ trễ sắt từ (- Hìnhp 1.2. Hsc phụ thuộcmvào --) và siêu thuận từ (---) đường kính hạt Do sự cạnh tranh giữa năng lượng dị hướng và năng lượng kích thích nhiệt mà các hạt thể hiện tính chất siêu thuận từ khi kích thước thoả mãn điều kiện (1.1): 25kBT Vp  (1.1) K với Vp là thể tích hạt, kB là hằng số Boltzmann (kB = 1,38.10-23 J/mol.K), T là nhiệt độ của mẫu, K là hằng số dị hướng từ. Dựa vào điều kiện (1.1) ta có thể đánh giá giới hạn kích thước để hạt thể hiện tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng khi biết giá trị của K. Ngược lại với các hạt có kích thước xác định (có Vp xác định) tồn tại nhiệt độ chuyển pha sắt từ - siêu thuận từ còn gọi là nhiệt độ Blocking (TB): KVp TB  (1.2) 25kB 6
  18. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà Trên nhiệt độ TB điều kiện (1.1) được thoả mãn hạt thể hiện tính chất siêu thuận từ, dưới nhiệt độ này điều kiện đó không được thoả mãn và hạt thể hiện tính chất sắt từ [31]. 1.1.3. Vật liệu oxit sắt từ Fe3O4 Vật liệu Fe3O4 kích thước < 20 nm là vật liệu siêu thuận từ. Khi ở kích thước hạt lớn, hệ ở trạng thái đa đômen (tức là mỗi hạt sẽ cấu tạo bởi nhiều đômen từ). Khi kích thước hạt giảm dần, Fe3O4 sẽ chuyển sang trạng thái đơn đômen (mỗi hạt sẽ là một đômen). Hiện tượng siêu thuận từ xảy ra khi kích thước hạt giảm quá nhỏ, năng lượng định hướng nhỏ hơn nhiều năng lượng nhiệt, vì vậy năng lượng nhiệt phá vỡ sự định hướng song song của các mômen từ, và các mômen từ của hệ hạt sẽ định hướng hỗn loạn như trong chất thuận từ. 1.1.4. Ứng dụng của hạt nano từ Fe3O4 Ứng dụng của hạt nano từ được chia làm hai loại: ứng dụng trong cơ thể và ngoài cơ thể. Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn thuốc, nung nóng cục bộ và tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ. Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu ra khỏi các tế bào khác [3]. Đây cũng chính là ứng dụng được chúng tôi nghiên cứu sử dụng trong luận văn này. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt nano từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi [4]. Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài. 7
  19. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà 1.1.5. Hạt nano Bạc và tính chất Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và nấm. Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc không thể hiện tính độc với con người. Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn. Tương tự các hạt nano kim loại quý khác, các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. 1.1.6. Cộng hƣởng Plasmon bề mặt [16] Một trong những tính chất quan trọng của các hạt nano kim loại, đó là hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt là hiệu ứng đặc trưng của các hạt nano kim loại. Vì trong kim loại có nhiều điện tử tự do nên khi hấp thụ ánh sáng chiếu vào các điện tử tự do này sẽ dao động tập thể cùng pha với điện trường ánh sáng. Dao động đó gọi là dao động Plasma điện tử. Khi quãng đường tự do trung bình của các điện tử nhỏ hơn kích thước của chúng, các dao động này thông thường bị dập tắt bởi các sai hỏng mạng hay chính các nút mạng trong tinh thể nguyên tử kim loại. Nhưng khi kim loại ở kích thước nano thì kích thước của chúng lại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình do đó hiện tượng dập tắt không còn nữa mà các điện tử sẽ dao động cộng hưởng vói ánh sáng kích thích. Do vậy tính chất quang của hạt nano kim loại có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng hình dáng, kích thước, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài ra mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng có thể coi như gần đúng các hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải kể đến tương tác giữa các hạt (Hình 1.3). 8
  20. Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hà Hình 1.3. Mô tả hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt của hạt nano kim loại. 1.1.7. Tán xạ Raman [12] Tán xạ Raman là một quá trình tán xạ không đàn hồi giữa photon (lượng tử ánh sáng) và một lượng tử dao động của vật chất hay mạng tinh thể. Sau quá trình va chạm, năng lượng của photon giảm đi (hoặc tăng lên) một lượng bằng năng lượng giữa hai mức dao động của nguyên tử (hoặc mạng tinh thể) cùng với sự tạo thành (hoặc hủy) một hạt lượng tử dao động. Dựa vào phổ năng lượng thu được, ta có thể có những thông tin về mức năng lượng dao động của nguyên tử, phân tử hay mạng tinh thể. 1.1.7.1. Cơ sở lý thuyết tán xạ Raman Trong quang phổ Raman, mẫu được chiếu xạ bởi chùm laser cường độ mạnh trong vùng tử ngoại-khả kiến ( v0 ) và chùm ánh sáng tán xạ thường được quan sát theo phương vuông góc với chùm tia tới. Ánh sáng tán xạ bao gồm hai loại : một được gọi là tán xạ Rayleigh, rất mạnh và có tần số giống với tần số chùm tia tới ( v0 ); loại còn lại được gọi là tán xạ Raman, rất yếu (10-5 chùm tia tới) có tần số là v0  vm , trong đó vm là tần số dao động phân tử. Vạch v0  vm được gọi là vạch Stockes và vạch v0  vm gọi là vạch phản Stockes. Do đó, trong quang phổ Raman, chúng ta đo tần số dao động ( vm ) như là sự dịch chuyển so với tần số chùm tia tới ( v0 ) (Hình 1.4). Khác với phổ hồng ngoại, phổ Raman được đo trong vùng tử ngoại-khả kiến mà ở đó các vạch kích thích (laser) cũng như các vạch Raman cùng xuất hiện. 9
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
5=>2