Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cấu trúc lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) kích thước nano định hướng ứng dụng trong y sinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là chế tạo cấu trúc lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) kích thước nano với đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt nằm trong vùng hồng ngoại gần, có khả năng chuyển đổi quang/từ - nhiệt cao, khả năng tương phản ảnh MRI theo cả hai chế độ chụp trọng T1 và T2 và có khả năng diệt khuẩn mạnh định hướng ứng dụng trong y sinh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cấu trúc lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) kích thước nano định hướng ứng dụng trong y sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ _________________________________________ NGUYỄN THỊ NGỌC LINH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC LAI FERIT TỪ - KIM LOẠI (Ag, Au) KÍCH THƢỚC NANO ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 9 44 01 13 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2020
Luận án đƣợc hoàn thành tại: Phòng Kỹ thuật Điện - Điện tử, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phòng Vật liệu nano y sinh, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: TS. Lê Trọng Lƣ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Ngô Đại Quang Phản biện 1: GS.TS. Thái Hoàng Phản biện 2: PGS.TS. Huỳnh Đăng Chính Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện tổ chức tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi giờ ngày tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Trong những năm gần đây, vật liệu nano lai thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học vì chúng được tích hợp các tính chất từ các thành phần riêng rẽ. Sự kết hợp của tính chất từ và tính chất quang trên một cấu trúc nano đã cải thiện ứng dụng của hạt nano (nanoparticles - NPs) đơn lẻ và mở ra những hướng mới trong lĩnh vực y sinh đặc biệt là chẩn đoán và điều trị bệnh. Ưu điểm của cấu trúc lai từ - quang trong lĩnh vực này là chỉ một lần kích hoạt bởi những kích thích vật lý phù hợp đã đạt được mục tiêu mong muốn, do đó giảm thiểu tác dụng phụ của chúng đối với cơ thể. Hơn nữa, một số chức năng có thể hoạt động phối hợp để nâng cao hiệu quả trong các phương thức trị liệu. Hiện nay, một số hệ lai từ - quang được nghiên cứu nhằm mục đích ứng dụng trong y sinh, điển hình là hệ nano lai Fe3O4/Au. Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu Fe3O4/Au trong chẩn đoán hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (magnetic resonance imaging - MRI) và điều trị ung thư bằng nhiệt trị (quang/từ - nhiệt) đã thu được một số kết quả đáng chú ý. Tuy nhiên, các hạt nano lai Fe3O4/Au cấu trúc lõi - vỏ với lớp Au đặc phủ trên bề mặt lõi Fe3O4 đã hạn chế đáng kể sự kết nối của các proton với thành phần từ, dẫn đến giảm tín hiệu tương phản ảnh MRI có trọng số T2. Ngoài ra, Fe3O4/Au với kích thước nhỏ (dưới 20 nm) chỉ hấp thụ các bức xạ trong vùng 530 ÷ 600 nm nên hạn chế sự thâm nhập sâu vào các lớp mô, làm giảm hiệu suất gia nhiệt trong phương pháp quang - nhiệt trị. Để tăng hiệu quả nhiệt trị, vật liệu cần hấp thụ mạnh bức xạ trong vùng hồng ngoại gần 650 ÷ 950 nm (near infrared - NIR), vì ánh sáng NIR có khả năng xuyên sâu vào các lớp mô, còn gọi là “cửa sổ sinh học”. Để đáp ứng điều này, gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo một số hệ nano lai Fe3O4/Au có cấu trúc rỗng. Cho đến nay các hệ lai Fe3O4/Au rỗng chế tạo được có kích thước hạt lớn (40 ÷ 100 nm) nên ảnh hưởng đến sự lưu thông trong máu. Do đó, việc chế tạo các hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng có 1
kích thước hạt nhỏ (dưới 20 nm) và tích hợp cả tính chất từ và quang trong vùng NIR vẫn là một thách thức lớn. Ở Việt Nam, theo hiểu biết của chúng tôi, các công bố về phương pháp chế tạo hệ vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý (Ag, Au), tích hợp tính chất từ và quang để ứng dụng trong y sinh còn rất hạn chế. Các kết quả nghiên cứu ứng dụng hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au) làm chất tương phản trong chụp ảnh MRI theo cả hai chế độ trọng T1 và trọng T2, đồng thời làm chất gia nhiệt (quang/từ - nhiệt) trong điều trị ung thư, vẫn chưa được công bố. Bởi những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cấu trúc lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) kích thước nano định hướng ứng dụng trong y sinh”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Chế tạo cấu trúc lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) kích thước nano với đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt nằm trong vùng hồng ngoại gần, có khả năng chuyển đổi quang/từ - nhiệt cao, khả năng tương phản ảnh MRI theo cả hai chế độ chụp trọng T1 và T2 và có khả năng diệt khuẩn mạnh định hướng ứng dụng trong y sinh. 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án 1. Tổng hợp hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) kích thước hạt đồng đều, đơn phân tán và từ độ bão hòa cao bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ. 2. Tổng hợp hệ vật liệu lai Fe3O4/Ag kích thước nhỏ (dưới 20 nm) bằng phương pháp nuôi mầm. Tổng hợp hệ lai Fe3O4/Au rỗng, kích thước nhỏ (dưới 20 nm), hấp thụ ánh sáng NIR sử dụng khuôn nano Fe3O4/Ag bằng phương pháp thế Galvanic trong dung môi hữu cơ. 3. Chuyển pha các mẫu tổng hợp được từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước. Nghiên cứu đánh giá độc tính và độ bền của dung dịch hạt lai trong nước. 4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của dung dịch hạt lai trong y sinh: hoạt tính kháng khuẩn, khả năng chuyển đổi quang/từ - nhiệt, khả năng tương phản ảnh MRI. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ VẬT LIỆU NANO FERIT TỪ - KIM LOẠI QUÝ 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano ferit từ - kim loại quý 1.1.1. Tính chất từ của vật liệu ferit từ Tính chất từ của các vật liệu khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc điện tử của chúng. Các mômen từ của nguyên tử được tạo ra bởi mômen từ của các điện tử liên quan đến chuyển động nội tại của điện tử (chuyển động spin) và mômen từ quỹ đạo do chuyển động của điện tử quanh hạt nhân nguyên tử gây ra. 1.1.2. Tính chất quang của vật liệu kim loại quý (Ag, Au) * Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt: là hiện tượng tất cả các điện tử dẫn trên bề mặt kim loại được kích thích đồng thời tạo thành một dao động đồng pha. * Lý thuyết Mie: Lý thuyết Mie đã tìm ra tiết diện dập tắt (ext), bao gồm tiết diện hấp thụ (abs) và tiết diện tán xạ (sct) của hạt. Độ hấp thụ A của một mẫu gồm các hạt nano phân tán trong một môi trường đồng nhất được cho bởi: Trong đó: (ext) là hệ số dập tắt của mẫu tại bước sóng  và N là số hạt trong một lít, l là độ dày của môi trường hấp thụ (cm). 1.1.3. Hệ vật liệu lai ferit từ - kim loại quý Khi các vật liệu khác nhau được tích hợp với nhau trên một cấu trúc nano, ngoài việc kế thừa các tính chất riêng của từng thành phần, cấu trúc lai còn thể hiện những tính chất mới do sự tương tác giữa hai hệ vật liệu tạo nên. 1.2. Tính chất vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý 1.2.1. Tính chất từ 3
1.2.2. Tính chất quang 1.2.3. Tính tương thích sinh học và ổn định hóa lý 1.3. Ứng dụng của vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý trong y sinh Sự kết hợp của thành phần ferit từ và kim loại quý tạo ra các ứng dụng đa dạng hơn so với các hạt nano riêng lẻ. 1.3.1. Ứng dụng nhiệt trị trong điều trị ung thư 1.3.2. Chẩn đoán hình ảnh 1.3.3. Ứng dụng kháng khuẩn 1.3.4. Dẫn thuốc hướng đích 1.4. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý Có nhiều phương pháp tổng hợp hệ lai ferit từ - kim loại quý (Ag, Au), thông thường quy trình tổng hợp gồm hai bước cơ bản: 1) Tổng hợp hạt mầm: có thể là hạt nano ferit từ hoặc nano kim loại quý (Ag, Au). 2) Phát triển thành phần còn lại (kim loại quý hoặc ferit từ) trên hạt mầm đã tổng hợp trước. Luận án này tập trung vào phương pháp tổng hợp hạt mầm là nano ferit từ, sau đó phát triển thành phần kim loại quý (Ag, Au) trên hạt ferit từ đã tổng hợp trước. 1.4.1. Tổng hợp vật liệu nano ferit từ 1.4.2. Tổng hợp vật liệu nano lai ferit từ - kim loại quý 1.4.2.1. Phương pháp nuôi mầm 1.4.2.2. Tổng hợp một số hệ nano lai ferit từ - kim loại quý bằng phương pháp nuôi mầm 1.4.3. Biến tính bề mặt vật liệu nano lai 1.4.3.1. Phương pháp trao đổi phối tử 1.4.3.2. Bọc hạt lai bằng các polyme lưỡng cực 4
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu và hóa chất 2.2. Tổng hợp vật liệu 2.2.1. Tổng hợp hạt nano ferit từ 2.2.1.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 với tiền chất ở nồng độ thấp 2.2.1.2. Tổng hợp nano ferit từ với tiền chất ở nồng độ cao 2.2.2. Tổng hợp các hệ nano lai ferit từ - kim loại (Ag, Au) 2.2.2.1. Hệ nano lai Fe3O4/Ag Các hạt nano lai Fe3O4/Ag được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm (sử dụng hạt mầm là Fe3O4) trong dung môi ODE. Phản ứng được thực hiện trong điều kiện  = [Ag]/[Fe] thay đổi trong khoảng 0,5 ÷ 13,6. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình thái cấu trúc lai. 2.2.2.2. Hệ nano lai Fe3O4/Au a) Hệ nano lai Fe3O4/Au đặc Vật liệu nano lai Fe3O4/Au đặc được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm tương tự hệ lai Fe3O4/Ag (mục 2.2.2.1) chỉ thay AgNO3 bằng HAuCl4.3H2O. b) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng được tổng hợp bằng phương pháp thế Galvanic sử dụng Fe3O4/Ag (mục 2.2.2.1) làm khuôn. Khảo sát ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng. 2.2.3. Chuyển pha hạt nano sang môi trường nước Các hạt nano sau khi tổng hợp được chuyển pha sang môi trường nước sử dụng PMAO. 2.3. Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu 2.3.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua 5
2.3.2. Nhiễu xạ tia X 2.3.3. Từ kế mẫu rung 2.3.4. Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 2.3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại 2.3.6. Phổ tán sắc năng lượng tia X 2.3.7. Phân tích nhiệt khối lượng 2.3.8. Phương pháp tán xạ ánh sáng động 2.4. Phƣơng pháp đánh giá độc tính của vật liệu Độc tính hệ vật liệu nano lai trên các dòng tế bào AGS và MKN45 được đánh giá bằng phương pháp MTT. 2.5. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Thí nghiệm đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch. Các loài vi khuẩn kiểm định: + Gram dương: Bacillus subtilis (viết tắt: B. subtilis), Lactobacillus plantarum (L.plantarum), Sarcina lutea (S. lutea). + Gram âm: Serratia marcescens (S. marcescens), Escherichia coli (E. coli). 2.6. Phƣơng pháp xác định hiệu ứng quang/từ - nhiệt Hiệu ứng quang/từ - nhiệt của vật liệu được thực hiện trong ba điều kiện: (i) hiệu ứng từ - nhiệt (MHT) tại từ trường có cường độ 100 – 300 Oe và tần số 450 kHz, (ii) hiệu ứng quang - nhiệt (PTT) tại laze 808 nm, mật độ công suất 0,2 - 0,65 W/cm2 và (iii) hiệu ứng quang/từ - nhiệt kết hợp (MHT + PTT) được thực hiện bằng cách tác dụng đồng thời cả từ trường và laze với điều kiện như trong từng hệ riêng rẽ. 2.7. Phƣơng pháp chụp ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân Hình ảnh MRI ở các nồng độ vật liệu khác nhau được thực hiện trên thiết bị cộng hưởng từ Siemens (Model: MAGNETOM Avanto 1.5 T), với từ trường xoay chiều có tần số 64 MHz, từ trường 1,5 tesla. 6
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hạt nano ferit từ 3.1.1. Hình thái học 3.1.1.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4 với tiền chất ở nồng độ thấp Quá trình tổng hợp nano Fe3O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt thường được tiến hành trong dung môi dibenzyl ete, đây là loại dung môi hữu cơ có độc tính cao. Trong luận án này, chúng tôi thử nghiệm sử dụng 1-octadecen là loại dung môi có độc tính thấp hơn nhiều. Ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp (thời gian, nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất hoạt động bề mặt và nồng độ tiền chất vô cơ) đến kích thước hạt nano Fe3O4, được xác định bằng phương pháp phân tích TEM, kết quả trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng đến kích thước hạt nano Fe3O4. Nồng độ chất Nhiệt Thời Nồng độ tiền chất (mM) HĐBM (mM) độ gian Ký dTEM phản phản hiệu FeSO4 FeCl2. (nm) Fe(acac)3 OA OLA ứng ứng mẫu .7H2O 4H2O (oC) (ph t) 30 F1 3,6 ± 0,7 190 0 0 372 372 295 60 F2 4,5 ± 0,7 120 F3 7,2 ± 1,0 10 F4 3,2 ± 0,5 30 F5 4,1 ± 0,6 190 0 0 558 558 295 60 F6 6,3 ± 0,9 120 F7 10,7 ± 1,4 10 F8 3,4 ± 0,5 30 F9 6,7 ± 0,7 190 0 0 744 744 295 60 F10 8,1 ± 0,7 120 F11 13,9 ± 1,1 10 F12 5,8 ± 0,9 190 0 0 930 930 295 30 F13 11,3 ± 1,2 60 F14 14,7 ± 1,3 270 F15 4,8 ± 1,0 126,7 0 63,3 558 558 295 F16 8,4 ± 1,5 60 315 F17 10,2 ± 0,5 126,7 63,3 0 558 558 315 F18 10,8 ± 2,4 7
a) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Hình 3.1. Ảnh TEM của các mẫu F8 (a), F9 (b), F10 (c), F11(d) và biểu đồ phân bố kích thước hạt tương ứng (e). Các hạt Fe3O4 thu được đều có dạng hình cầu, đơn phân tán, kích thước đồng đều. Khi thời gian phản ứng tăng từ 10 ÷ 120 phút, kích thước hạt tăng và nằm trong khoảng 3,2 ÷ 14,7 nm. b) Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt Hình 3.2. Ảnh TEM của các mẫu F2 (a), F6 (b), F10 (c) và F14 (d) và biểu đồ phân bố kích thước hạt tương ứng (e). Các hạt thu được ở dạng hình cầu, đồng đều, đơn phân tán, kích thước hạt trung bình tăng khi nồng độ OA và OLA tăng. c) Ảnh hưởng của tiền chất vô cơ Chúng tôi thay thế một phần Fe(acac)3 bằng muối sắt (II) vô cơ có giá rẻ hơn nhiều, để giảm giá thành sản phẩm, mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu. 8
Hình 3.3. Ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt của mẫu F17 (a, b) và F18 (c,d). Trong hai loại muối vô cơ được sử dụng, FeCl2 cho sản phẩm hạt nano Fe3O4 đồng đều tương tự như trường hợp chỉ sử dụng Fe(acac)3. d) Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Tại 270 oC và 295 oC, hạt Fe3O4 thu được không đồng đều, biên hạt không rõ nét. Tại 315 oC (nhiệt độ sôi của dung môi), hạt Fe3O4 có kích thước trung bình 10,2 ± 0,5 nm, sự phân bố kích thước hạt đồng đều, biên hạt rõ nét hơn. Hình 3.4. Ảnh TEM của mẫu F15 (a), F16 (b), F17 (c) và biểu đồ phân bố kích thước hạt tương ứng (d). 3.1.1.2. Tổng hợp nano ferit từ với tiền chất ở nồng độ cao Hình 3.5. Ảnh TEM các mẫu Fe3O4 (a1, a2), CoFe2O4 (b1, b2) và MnFe2O4 (c1, c2) tổng hợp với nồng độ cao tiền chất. Tổng hợp ở nồng độ cao tiền chất các hạt ferit từ thu được vẫn duy trì sự đồng đều và đơn phân tán. 3.1.2. Cấu trúc pha tinh thể Vật liệu tổng hợp được có các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc ferit spinel, gồm các pic điển hình tương ứng với các mặt phẳng mạng (220), (311), (222), (400), (422), (511) và (440). 9
3.1.3. Tính chất từ Kích thước hạt Fe3O4 tăng 3,2 ÷ 14,7 nm, từ độ bão hòa (Ms) tăng 40,0 ÷ 66,5 emu/g và giá trị lực kháng từ (Hc) tăng 0 ÷ 57 Oe. Với các mẫu có kích thước  10 nm, lực kháng từ đều nhỏ hơn 6 Oe. Mặt khác, với cùng kích thước hạt, từ độ bão hòa của các ferit từ giảm dần theo thứ tự CoFe2O4, Fe3O4 và MnFe2O4. 3.1.4. Cấu trúc lớp vỏ bọc hạt nano ferit Phổ FT-IR của các ferit từ có các đỉnh hấp thụ tương đối giống nhau, đặc trưng cho các dao động của các liên kết trong chất hoạt động bề mặt (OA/OLA). Dựa vào quá trình mất khối trên đường TGA xác định được giá trị khối lượng thực của lõi từ khoảng 90%. Tóm tắt kết quả phần 3.1: 1. Các hạt nano ferit từ MFe2O4 (M: Fe, Co, Mn) được chế tạo thành công bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi ODE. Vật liệu thu được có độ đồng đều cao, cấu trúc spinel, đơn phân tán. Bằng việc thay đổi các điều kiện tổng hợp (thời gian, nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất hoạt động bề mặt và nồng độ tiền chất) kích thước hạt được điều khiển tốt trong phạm vi 3,2 ÷ 14,7 nm. Việc thay thế một phần tiền chất Fe(acac)3 bằng muối FeCl2, và tổng hợp ở nồng độ tiền chất cao vẫn thu được các hạt ferit từ có độ đồng đều cao, đơn phân tán. 2. Giá trị từ độ bão hòa của vật liệu Fe3O4 tăng từ 40,0 đến 66,5 emu/g khi kích thước hạt tăng từ 3,2 đến 14,7 nm. Ở nhiệt độ phòng vật liệu thu được có lực kháng từ rất nhỏ, có thể coi là siêu thuận từ, đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng y sinh. 3. Các hạt nano ferit từ MFe2O4 được bao bọc bởi lớp chất hoạt động bề mặt (OA/OLA) với khối lượng 10%. 3.2. Hạt nano lai Fe3O4-(Ag, Au) Từ kết quả nghiên cứu về tổng hợp hạt nano ferit từ chúng tôi lựa chọn 4 mẫu Fe3O4 có kích thước khác nhau: 6,7 ± 0,7 nm (F9); 8,1 ± 0,7 nm (F10); 10,2 ± 0,5 nm (F17) và 13,9 ± 1,1 nm (F11) làm hạt mầm cho quá trình tổng hợp hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au). 3.2.1. Hình thái học 3.2.1.1. Hệ nano lai Fe3O4/Ag Hệ nano lai Fe3O4/Ag được tổng hợp bằng phương pháp nuôi mầm trong dung môi ODE. Các thông số: tỷ lệ mol [Ag]/[Fe] và thời gian phản ứng ảnh hưởng đến cấu trúc lai Fe3O4/Ag được trình bày trong bảng 3.5. 10
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc lai Fe3O4/Ag.  = [Ag]/[Fe] Thời gian phản ứng (phút) Cấu tr c ai 3O4/Ag 30 Lõi - vỏ 0,5 60 Lõi - vỏ 30 Lõi - vỏ 1,4 60 Lõi - vỏ 30 Lõi - vỏ 2,3 60 Lõi - vỏ 30 Lõi - vỏ 3,2 60 Lõi - vỏ 30 Lõi - vỏ 4,5 60 Lõi - vỏ 120 Lõi - vỏ 30 Lõi - vỏ 6,8 60 Lõi - vỏ 120 Lõi - vỏ Dumbbell, 30 lõi - vỏ Dumbbell, 9,0 60 lõi - vỏ Dumbbell, 120 lõi - vỏ 30 Dumbbell 11,4 60 Dumbbell 120 Dumbbell 30 Dumbbell 13,6 60 Dumbbell 120 Dumbbell a) Ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa tiền chất và hạt mầm ([Ag]/[Fe]) Hình 3.10. Ảnh TEM (a - g) và biểu đồ phân bố kích thước hạt (h) của Fe3O4 (hạt mầm) và hạt nano lai Fe3O4/Ag với  = [Ag]/[Fe] thay đổi. 11
Giá trị   6,8 các hạt lai thu được có cấu trúc dạng lõi - vỏ, khi tăng giá trị này đến 9 thì cấu trúc dumbbell được hình thành. Như vậy, khi giá trị  = [Ag]/[Fe] tăng, hình thái hạt lai Fe3O4/Ag chuyển từ dạng lõi - vỏ sang dumbbell. b) Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Trong trường hợp thời gian phản ứng là 30 và 60 phút, các hạt thu được tương đối đồng đều. Khi kéo dài thời gian phản ứng đến 120 phút bắt đầu xuất hiện sự trùng chập của hai hoặc nhiều hạt nano. Xu hướng này xảy ra tương tự với các trường hợp sử dụng hạt mầm Fe3O4 có kích thước khác nhau. Hình 3.12. Ảnh cấu tr c lai Fe3O4/Ag được tổng hợp với thời gian phản ứng khác nhau: a1,b1) 30 phút, a2, b2) 60 phút, a3,b3)120 phút. Kích thước của lớp vỏ Ag trong cấu trúc lõi - vỏ và hạt Ag trong cấu trúc dumbbell tăng khi thời gian phản ứng tăng. Từ những kết quả phân tích ở trên chúng tôi có thể tóm tắt sơ đồ mô tả sự hình thành cấu trúc lai Fe3O4/Ag như hình 3.13. Hình 3.13. Sơ đồ thể hiện sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Ag. 12
3.2.1.2. Hệ nano lai Fe3O4/Au a) Hệ nano lai Fe3O4/Au đặc Các hạt nano lai Fe3O4/Au lõi - vỏ ở dạng đặc được hình thành với tỉ lệ mol [Au]/[Fe] = 6,8. b) Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng Hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng được tổng hợp bằng cách sử dụng các hạt nano lai Fe3O4@Ag (lõi - vỏ) làm khuôn (template) thông qua phản ứng thế galvanic giữa Ag và Au3+ trong dung môi ODE: 3Ag0 + Au3+  Au0 + 3Ag+ *) Ảnh hưởng của khuôn nano Fe3O4@Ag đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng: Khuôn Fe3O4@Ag có kích thước 12,8 nm không thu được hạt lai Fe3O4/Au rỗng. Khuôn kích thước 16,0 nm, trên ảnh TEM xuất hiện những lỗ trống nhỏ ở giữa hạt nano lai, đồng thời dung dịch thu được có màu xanh đặc trưng, chứng tỏ sự hình thành hạt nano lai Fe3O4/Au cấu trúc rỗng. Hình 3.15. Ảnh TEM và ảnh dung dịch tương ứng của các khuôn nano Fe3O4@Ag (a1, a2) và hệ nano lai Fe3O4/Au (b1, b2). Như vậy, sự hình thành hệ lai Fe3O4/Au rỗng phụ thuộc vào khuôn nano Fe3O4@Ag theo cơ chế được giả thiết như trên hình 3.16. Hình 3.16. Sơ đồ mô tả cơ chế hình thành hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng. *) Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng Khi thể tích dung dịch H[AuCl4] sử dụng là 0,5 mL cấu trúc rỗng chưa được hình thành. Tăng thể tích dung dịch H[AuCl4] từ 1,0 ÷ 2,0 13
mL hệ lai thu được có dạng hình cầu rỗng giống như lồng nano với kích thước lỗ trống tăng dần, tại 2,0 mL vật liệu có kích thước lớn nhất đạt 17,0 nm. Tăng tiếp thể tích H[AuCl4] thì các hình cầu rỗng dần bị phá vỡ, ở mẫu 3,5 mL cấu trúc Fe3O4/Au rỗng bị phá vỡ hoàn toàn. Hình 3.17. Ảnh TEM của Fe3O4@Ag (a), hệ nano lai Fe3O4/Au (b-i) được tổng hợp với lượng dung dịch H[AuCl4] khác nhau và sự phân bố kích thước hạt (k) của (a và e). Sự phát triển hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Au phụ thuộc vào lượng dung dịch H[AuCl4] sử dụng. Mối quan hệ này có thể tóm tắt theo sơ đồ hình 3.18: Hình 3.18. Ảnh hưởng của lượng dung dịch H[AuCl4] đến hình thái cấu trúc lai Fe3O4/Au. 14
3.2.2. Cấu trúc pha tinh thể Cấu trúc Fe3O4@Ag lõi – vỏ, không quan sát thấy các pic của Fe3O4, chỉ xuất hiện các pic đặc trưng cho Ag cấu trúc lập phương tâm mặt. Trong khi đó, cấu trúc Fe3O4-Ag dumbbell xuất hiện các pic đặc trưng cho Fe3O4 spinel với cường độ giảm mạnh, ngoài ra còn xuất hiện các pic của Ag với Hình 3.19. Giản đồ nhiễu xạ tia cường độ mạnh. X của hạt nano Fe3O4, Ag và hệ 3.2.3. Tính chất quang nano lai Fe3O4/Ag. Trong vùng bước sóng từ 300 - 900 nm hạt nano từ Fe3O4 không xuất hiện đỉnh hấp thụ, hạt nano Ag xuất hiện một đỉnh SPR tại vị trí 405 nm, hạt nano lai Fe3O4/Ag xuất hiện đỉnh SPR tại 410 nm với cấu trúc lõi - vỏ (mẫu F10@A60; 16,0 nm) và 420 nm với cấu trúc dumbbell (mẫu F10-A60; 8,1 – 16,3 nm). Nhìn chung, đỉnh SPR các hạt nano lai Fe3O4/Ag nhỏ hơn 450 nm. Hình 3.20. Phổ UV-Vis của các hạt nano trong dung môi n-hexan: a) Fe3O4, Ag và hệ nano lai Fe3O4/Ag, b) Fe3O4 và hệ nano lai Fe3O4/Au. Tính chất quang của Fe3O4/Au phụ thuộc vào hình thái và cấu trúc của vật liệu. Hệ Fe3O4/Au đặc có đỉnh SPR tại 530 nm, trong khi đó hệ Fe3O4/Au rỗng có đỉnh SPR tại 707 nm (mẫu 2 mL Au3+). Vị trí SPR của hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng phụ thuộc vào lượng dung dịch H[AuCl4] (bảng 3.10). Bảng 3.10. Ảnh hưởng của lượng H[AuCl4] đến vị trí SPR của Fe3O4/Au. H[AuCl4] (mL) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Đỉnh SPR Fe3O4/Au (nm) 410 587 627 645 707 592 585 565 15
3.2.4. Tính chất từ Giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của mẫu lai Fe3O4/Ag thấp hơn mẫu hạt từ tinh khiết, tuy nhiên khả năng đáp ứng từ của các mẫu lai đều tương đối tốt. Hình 3.21. a) Đường cong từ trễ của Fe3O4 và Fe3O4/Ag; b) Dung dịch hạt Fe3O4/Ag phân tán trong n-hexan khi không có và có nam châm. Sự hình thành cấu trúc Fe3O4/Au rỗng không làm thay đổi tính chất siêu thuận từ so với vật liệu khuôn Fe3O4@Ag nhưng giá trị từ độ bão hòa tăng nhẹ (hình 3.22). Hình 3.22. Đường cong từ trễ của khuôn nano Fe3O4@Ag và Fe3O4/Au rỗng, ảnh lồng bên trong là hạt nano lai Fe3O4/Au rỗng trong n-hexan khi không có và có nam châm. 3.2.5. Thành phần hóa học Thành phần cấu trúc lai Fe3O4/Ag gồm các nguyên tố chính là Fe, Ag và O và Fe3O4/Au rỗng gồm Fe, Ag, Au và O. Bằng phương pháp mapping EDS-SEM với mẫu Fe3O4/Au rỗng (mẫu 2 mL Au3+) cho thấy tính đồng nhất của các nguyên tử trong Hình 3.25. Sự phân bố các nguyên tử hệ (hình 3.25). trong hệ nano lai Fe3O4/Au rỗng theo phương pháp mapping DS-SEM. 16
Tóm tắt kết quả phần 3.2: 1. Hệ vật liệu nano lai Fe3O4/Ag được chế tạo thành công bằng phương pháp nuôi mầm trong dung môi ODE, có thể điều khiển hình thái cấu trúc lai thông qua việc thay đổi tỷ lệ  = [Ag]/[Fe] và thời gian phản ứng: Với   6,8 các hạt lai thu được có cấu trúc dạng lõi - vỏ Fe3O4@Ag (giá trị  xác định từ kết quả EDS là 2,1), khi  tăng đến 9,0 thì cấu trúc dumbbell Fe3O4-Ag được hình thành (giá trị  xác định từ kết quả EDS là 4,5); Khi thời gian phản ứng tăng kích thước của lớp vỏ Ag trong cấu trúc lõi - vỏ và hạt Ag trong cấu trúc dumbbell tăng. 2. Hệ vật liệu nano lai Fe3O4/Au hình cầu rỗng được chế tạo thành công sử dụng khuôn nano Fe3O4/Ag thông qua phản ứng thế galvanic giữa Ag và Au3+. Vật liệu thu được có kích thước trung bình 17 nm với đỉnh SPR được điều khiển đến 707 nm. Với tỉ lệ [Au]/[Ag] = 0,83 vật liệu Fe3O4/Au rỗng có kích thước lỗ trống lớn nhất và các nguyên tố phân bố đồng đều. 3. Hệ nano lai Fe3O4-(Ag, Au) chế tạo được có tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng, giá trị từ độ bão hòa trong khoảng 7 ÷ 27 emu/g, thấp hơn so với mẫu hạt mầm Fe3O4 (50 ÷ 64 emu/g). 3.3. Hạt nano bọc PMAO 3.3.1. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO Các hạt nano lai trước khi bọc PMAO phân tán tốt trong n-hexan và sau khi bọc PMAO thì chúng phân tán tốt trong nước (hình 3.26). Hình 3.26. Quá trình chuyển pha hạt nano bằng PMAO (a), dung dịch hạt Fe3O4@Ag (b), Fe3O4-Ag (c) và Fe3O4/Au rỗng (d) trước (1) và sau khi chuyển pha (2). 3.3.2. Tính chất quang của vật liệu Sự thay đổi màu sắc của dung dịch hạt lai cũng được thể hiện bằng sự dịch chuyển đỉnh SPR của vật liệu (hình 3.27). Trong số các 17
dung dịch Fe3O4/Au rỗng bọc PMAO, mẫu 2,0 mL Au3+ có vị trí SPR dịch chuyển mạnh nhất về vùng hồng ngoại gần. Do đó, chúng tôi lựa chọn mẫu này đại diện cho hệ Fe3O4/Au rỗng thực hiện các nghiên cứu tiếp theo. Hình 3.27. Dung dịch (a) và phổ UV-Vis (b) của Fe3O4@Ag@PMAO và hệ lai Fe3O4/Au rỗng@PMAO với lượng Au3+ khác nhau. 3.3.3. Cấu trúc lớp vỏ bọc của vật liệu Phổ FT - IR xác nhận việc bọc thành công các hạt nano lai bằng PMAO. Giản đồ TGA xác nhận tổng khối lượng lớp vỏ sau khi bọc PMAO chiếm 58% và khối lượng thực của hạt lai Fe3O4/Au rỗng chiếm 42% khối lượng mẫu. Hình 3.28. Phổ FT-IR của Fe3O4/Au Hình 3.29. Giản đồ TGA của Fe3O4/Au rỗng trước và sau khi chuyển pha. rỗng trước và sau khi chuyển pha. Kích thước động (DLS) của hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO tương ứng là 25,85 nm và 28,84 nm. Thế Zeta của dung dịch hạt nano lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO trong nước tương ứng là -42,5 mV và -40,0 mV. Ngoài ra, các hạt nano lai bền trong môi trường có nồng độ muối NaCl từ 150 ÷ 250 mM và pH từ 2 ÷ 11. Các kết quả này chứng minh dung dịch hạt nano lai chế tạo được có độ bền và ổn định cao trong điều kiện khảo sát. 3.3.5. Đánh giá độc tính của vật liệu Độc tính của dung dịch hạt lai Fe3O4@Ag@PMAO và Fe3O4/Au rỗng@PMAO được đánh giá trên hai dòng tế bào ung thư dạ dày AGS và MKN45 bằng phương pháp MTT. 18