Tổng hợp hạt nano từ Fe3O4@SiO2@Au cấu trúc lõi vỏ để ứng dụng y sinh học Trần Thị Khánh Chi Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanô Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Hoàng Hải Năm bảo vệ: 2010 Abstract Tổng quan sở lý luận tổng hợp hạt nano Fe3O4@SiO2@Au để ứng dụng y sinh học Nghiên cứu trình bày thực nghiệm mơ hình tổng hợp hạt nanơ oxit sắt từ Fe3O4@SiO2@Au với cấu trúc lõi vỏ thông qua phát triển mầm Trình bày kết thu khảo sát số mẫu hạt nano Keywords Hạt nano; Y học; Sinh học Content LỜI MỞ ĐẦU Trong sống, sức khoẻ thứ quý giá người bảo vệ sức khoẻ điều quan trọng Tuy nhiên, tình trạng nhiễm môi trường ngày nghiêm trọng chất độc hoá học thực phẩm tràn lan đe doạ đến sức khoẻ người Vì người dễ mắc phải bệnh nguy hiểm mà khơng phát sớm để có phương pháp điều trị thích hợp nguy hiểm đến tính mạng Do đó, cần có nghiên cứu sâu rộng bắt tay hợp tác nhiều ngành khoa học Vật lý, Hoá học, Vật liệu, Y – Sinh học … để nhanh chóng đưa phương pháp chẩn đoán thử nghiệm lâm sàng phù hợp nhằm hỗ trợ điều trị bệnh Ngày nay, công nghệ nano dần trở nên quen thuộc với có sản phẩm ứng dụng rộng rãi sống ngày người Đặc biệt, công nghệ nano tạo nên cách mạng to lớn lĩnh vực y – sinh học Nó giúp người can thiệp vào thể mức độ nano mét vật liệu nano giúp chẩn đoán sớm điều trị bệnh Một loại vật liệu nano có tính chất đặc biệt có khả ứng dụng y – sinh học vật liệu nano từ Khi vật liệu từ kích thước nano, trở nên siêu thuận từ dễ dàng dùng từ trường để điều khiển Việc điều chế vật liệu siêu thuận từ tương thích sinh học quan tâm ứng dụng y sinh như: chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI), định vị thuốc từ tính, nâng thân nhiệt cục gắn kháng thể lên hạt nano từ để chuẩn đoán nhanh bệnh ung thư tuyến tiền liện, ung thư cổ tử cung … viêm gan siêu vi B siêu vi C, viêm não Nhật Bản… Như biết, việc chẩn đoán bệnh cần gắn kháng thể vào hạt nano từ để chúng liên kết với kháng nguyên, từ cho tín hiệu nhận biết có bệnh hay khơng Nhưng để việc chẩn đốn xác, dễ dàng nhanh chóng lượng kháng thể gắn lên hạt nano từ phải nhiều, số lượng liên kết kháng thể – kháng nguyên nhiều tín hiệu nhận biết rõ ràng Vấn đề đặt kháng thể gắn hạt nano trần thấp đồng thời hạt nano trần dễ bị oxi hoá nên độ bền hạt khơng cao Để khắc phục tình trạng này, sau tham khảo nhiều tài liệu, sử dụng vật liệu SiO2 để bọc quanh hạt từ Fe3O4 tạo cấu trúc lõi vỏ Nhờ tính chất trơ vật liệu SiO2, tạo thành lớp bảo vệ ổn định lõi từ tính chống lại kết tụ ngâm chiết mơi trường axít chống lại oxi hố suốt q trình xử lý nhiệt khơng khí Hiện nay, có nhiều nghiên cứu thú vị phát triển hạt nano chẳng hạn kết hợp hạt nano tạo thành vật liệu nano composit mang tính chất chưa xuất vật liệu riêng lẻ Khi lõi chất điện môi bao bọc hạt nano kim loại có kích thước nhỏ hơn, thu cấu trúc lõi – võ Các loại vật liệu sử dụng nhiều ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực sinh học phân tử chúng có tính chất khác xa so với tính chất vật liệu tạo chúng dạng riêng lẻ Thật vậy, cần thay đổi tỷ lệ bán kính lõi/vỏ tính chất vật liệu thay đổi thể tổng hợp vật liệu có tính chất phù hợp với ứng dụng mà mong muốn Nano vàng nhắc đến vật liệu có tính tương hợp sinh học cao có nhiều ứng dụng quan trọng y – sinh học Đặc trưng nano kim loại quý (vàng, bạc …) tượng cộng hưởng plasmon, tính chất thay đổi nano vàng dạng vỏ nano Bằng cách thay đổi tỷ lệ kích thước lõi – vỏ lớp vỏ vàng nano lõi silica cộng hưởng quang hạt nano thay đổi cách xác có hệ thống sang dải rộng vùng gần hồng ngoại (NIR) vùng phổ vùng hồng ngoại (MIR) Sóng điện từ vùng hồng ngoại có khả truyền qua mơ Lớp vỏ vàng bên ngồi lõi Silica – điện mơi sở hữu tính chất điện quang đặc biệt pha khối lẫn phân tử riêng biệt Với đặc trưng giúp cho lớp vỏ nano ứng dụng nhiều lĩnh vực quang điện tử, sinh học quang tử, chẩn đoán bệnh, xúc tác chế tạo polymer dẫn Cụ thể như, nhờ vào tính chất tán xạ hấp thụ cao mà lớp vỏ nano dùng làm tác nhân tương phản cho phương pháp chụp cắt lớp quang học (optical coherence tomography – OCT) hay điều trị ung thư nhiệt hồng ngoại (NIR thermal therapy of tumor) Xuất phát từ nhu cầu thực tế, vấn đề đặt phải có nghiên cứu để tìm phương pháp chẩn đốn bệnh nhanh hiệu kết hợp với đặc tính đặc biệt hạt nano từ tính hạt nano lõi – vỏ nên tiến hành nghiên cứu đề tài: “TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ Fe3O4@SiO2@Au CẤU TRÚC LÕI VỎ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC” Mục tiêu đề tài: - Tạo hạt nano Fe3O4:  Yêu cầu: kích thước khoảng 10nm, đồng nhất, siên thuận từ có độ từ hố cao - Tổng hợp hạt Fe3O4@SiO2:  Yêu cầu: lớp phủ đồng có độ từ hoá cao - Chức hoá bề mặt hạt Fe3O4@SiO2 APTES:  Yêu cầu: tạo nhiều liên kết –NH2 với bề mặt hạt Fe3O4@SiO2 - Tổng hợp hạt nano vàng:  Yêu cầu: kích thước nhỏ 5nm - Tổng hợp hạt Fe3O4@SiO2@Au:  Yêu cầu: đỉnh cộng hưởng plasmon mẫu dịch vùng gần hồng ngoại để ứng dụng y – sinh học Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Hữu Đức (2008), “Vật liệu từ cấu trúc nano điện tử học spin”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [2] Nguyễn Phú Thùy (2003), “Vật lý tượng từ”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội [3] Phạm Phố, Lương Thị Thu Giang, Phạm Huy Bình, Nghiêm Hùng (2006), Vật liệu vật liệu mới, NXB Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh [4] Huỳnh Đức Minh (2006), Khống Vật học Silicat, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Tinh Dung, Lê Thị Vinh, Trần Thị Yến, Đỗ Văn Huê (2006), Một số phương pháp phân tích hố lý [6] Lê Khắc Bình (2006), Vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [7] Hồng Văn Sơn (2006), Chẩn đốn nano, Tạp chí Thơng tin Y dược [8] Lê Hồng Anh Khoa (2008), Tổng hợp hạt nano xít sắt siêu thuận từ với lớp phủ SiO2 để ứng dụng y sinh, Luận Văn Thạc sĩ Tiếng Anh: [9] Jankubovics, J.P (1987), Magnetism and magnetic materials, Institude of metals, London [10] Elena-Lorena Salaba (2004), “Structural and Magnetic Investigations of Magnetic Nanoparticles and Core-Shell Colloids”, Rumania [11] Donia Beydoun (2000), Preparation, characterisation and implication for organic degradation in aqueous systems, Development of a novel magnetic photocatalyst, the University of New South Walves [12] M.S Krakov (1993), Magnetic Fluid, Oxford University press, New York [13] Eva Liang, Huang Heintz (2004), Surface biological modification and cellular interactions of magnetic spinel ferrite nanoparticles, Chemistry georgia Institude of Technology [14] Tim A Erickson and James W Tunnell (2009), “Gold Nanoshells in Biomedical Application”, Weinheim [15] Sarah L Westcott, Naomi J.Halas (1998), “Formation and adsorption of clusters of Gold nanoparticles onto functionalized Silica nanoparticle surfaces”, Langmuir 1998, 14, 5396 – 5401 [16] Ming Ma, Ning Gu (2002), “Preparation and characterization of magnetite nanoparticles coated by amino silane”, Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng Aspects 212 (2003) 219 – 226 [17] Xianquiao Liu, Huizhou Liu (2003), “Preparation and characterization of amino – silane modified superparamagnetic silica nanospheres”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 270 (2004) – [18] Caruso F (2001), “Nanoengineering of particle surfaces”, Advanced Materials, Vol.13, Korea [19] Shi, W.; Sahoo, Y.; Swihart, M T.; Prasad, P N (2005), “Gold nanoshells on polystyrene cores for control of surface plasmon resonance”, Langmuir 21, 1610 [20] Lim, Y T.; Park, O O.; Jung, H T J (2003), “Colloid Interface”, Sci 2003, 263, 449 [21] Sang-Eun Park, Min-Yim Park, Po-Keun Han, and Sang-Wha Lee (2006), “The Effect of pH-adjusted Gold Colloids on the Formation of Gold Clusters over APTMS-coated Silica Cores”, Bull Korean Chem Soc., Vol 27, No [22] Keziban Can, Mustafa Ozmen, Mustafa Ersoz (2009), “Immobilization of albumin on aminosilane modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 71 (2009) 154–159, Turkey [23] Zhang Bo1, Xing JianMin1, Lang YuQi1,2 & Liu HuiZhou1 (2008), “Synthesis of amino-silane modified magnetic silica adsorbents and application for adsorption of flavonoids from Glycyrrhiza uralensis Fisch”, Science in China Series B: Chemistry, China [24] Zhiya Maa,b, Yueping Guana, Huizhou Liu (2006), “Superparamagnetic silica nanoparticles with immobilized metal affinity ligands for protein adsorption”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 301, 469–477 [25] Suchita Kalele, S W Gosavi, J Urban and S K Kulkarni (2006), “Nanoshell particles: synthesis, properties and applications”, Current Science, Vol 91, No 8, Germany [26] Q A Pankhurst, J Connolly, S K Lones and J Dobson (2003), Applicationa of magnetic nanoparticles in biomedicine, Institide of physics publishing, 15, R167-R181 [27] Daniel G.Duff and Alfons Baiker (1993), A New hydrosol of gold cluster.1.Formation and particle size variation, CH-8092 Zurich, Switzerland [28] Roya Ashayer, Samjid H Mannan, Shahriar Sajjadi (2008), Synthesis and characterization of gold nanoshells using poly(diallyldimethyl ammonium chloride), Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 329, 132-141 [29] S J Oldenburg, J B Jackson, S L Westcott, and N J Halas (1999), Infrared extinction properties of gold nanoshells, Rice University, Houston, Texas [30] L R Hirsch, J B Jackson, A Lee, N J Halas, J L West (2003), A whole blood immuniassay using gold nanoshells, Rice University, Houston, Texas [31] Sang-Eun Park, Min-Yim Park, Po-Keun Han, and Sang-Wha Lee (2006), The Effect of pH-adjusted Gold Colloids on the Formation of Gold Clusters over APTMS-coated Silica Cores, Kyungwon University, Seongman, Korea [32] Tan Pham, Joseph B Jackson, Naomi J Halas, and T Randall Lee (2002), Preparation and Characterization of Gold Nanoshells Coated with Self-Assembled Monolayers, Langmuir 2002, 18, 4915 – 4920 [33] Jun-hyun Kim, Randall Lee (2008), Thermo-reaponsive hydrogel-coated gold nanoshells for in vivo drug delivery, Journal of Biomedical & Pharmaceutical Engineering, 29-35 [34] S.J Oldenburg, R.D Averitt, S.L Westcott, N.J Halas (1998), Nanoengineering of optical resonances, Chemical Physics Letters 288, 243-247 [35] Lingyan Wang, Jin Luo, Yuehe Lin and Chuan-Jian Zhong (2005), Iron oxide-gold coreshell nanoparticles and thin film assembly, Journal of Materials Chemistry [36] Richard D Averitt, Sarah L.Westcott, and Naomi J Halas (1999), Ultrafast optical properties of gold nanoshells, Rice University, Houston, Texas [37] Cheng-An J Lin,Ting-Ya Yang, Chih-Hsien Lee, Sherry H Huang, Ralph A Sperling, Marco Zanella, Jimmy K Li, Ji-Lin Shen, Hsueh-Hsiao Wang, Hung-I Yeh, Wolfgang J Parak, and Walter H Chang (2009), Synthesis, Characterization, and Bioconjugation of Fluorescent Gold Nanoclusters toward Biological Labeling Applications, Center for Nano Bioengineering, Chung Yuan Christian University, Chung-Li 32023, Taiwan  ... “TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ Fe3O4@ SiO2@ Au CẤU TRÚC LÕI VỎ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC” Mục tiêu đề tài: - Tạo hạt nano Fe3O4:  Y u cầu: kích thước khoảng 10nm, đồng nhất, siên thuận từ có độ từ. .. cao - Tổng hợp hạt Fe3O4@ SiO2:  Y u cầu: lớp phủ đồng có độ từ hoá cao - Chức hoá bề mặt hạt Fe3O4@ SiO2 APTES:  Y u cầu: tạo nhiều liên kết –NH2 với bề mặt hạt Fe3O4@ SiO2 - Tổng hợp hạt nano. .. v y, cần thay đổi tỷ lệ bán kính lõi/ vỏ tính chất vật liệu thay đổi thể tổng hợp vật liệu có tính chất phù hợp với ứng dụng mà mong muốn Nano vàng nhắc đến vật liệu có tính tương hợp sinh học