Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại và bước đầu thử nghiệm ứng dụng trong y - sinh học

BÁO CẢO TÓNG KÉT ĐÈ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC T R Ọ N G Đ IẺ M ĐẠI HỌC Q U Ố C GIA HÀ NỘI “ Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại và bước đầu th ử nghiệm ứng dụng trong y-sinh học” M Ở ĐẦ

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI

T R Ư Ờ N G ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN • • • •

TÊN ĐÈ TÀI:

NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO HẠT NANO KIM LOẠI

VÀ BƯỚC ĐẦU THỦ NGHIỆM ỨNG DỤNG

MÃ SỐ: QGTĐ.08.05

CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: GS.TSKH NGU YỄN H OẢ N G LƯONG

ĐẠI H ỌC QU ỐC GIA HÀ NỘI

T R Ư Ờ N G ĐẠI HỌC K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N• • • •

X Ẳ X X í t X X Ẳ X

TÊN ĐÈ TÀI:

NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO HẠT NANO KIM LOẠI

VÀ BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG

PGS.TS Nguyễ n Hoàng Hải

PGS.TS Phan Tuấn Nghĩa

TS Nguy ễn Thị Vân Anh

CN Lưu Mạnh Quỳnh

1.3.1 Tình hình phát triển bệnh ung thư vú trên thế giới và Việt Nam 11 1.3.2 Thụ thể HER2 và Herceptin hướng điều trị ung thư vú bang 12 liệu pháp sinh học

1.3.2.1 Thụ thể HER2 và sự liên quan đến ung thư vú 12 1.3.2.2 Herceptin và sử dụng Herceptin trons liệu pháp sinh học 15 1.3.3 ứ n e dụng của cône nghệ nano trone chân đoán và điêu trị bệnh ỉ 6 uns thư vú

1.4 Tính câp thict đáp ứng nhu câu phát íriẻĩì kinh tô - xã hội

Chương 2: Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất cùa hạt

nano kim loại

2.1 Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại

2.1.1 Chế tạo hạt nano vàng (Au) hình cầu bane phương pháp hóa

2.1.4 Chế tạo thanh nano vàng (Au) từ vàng kim loại bàng phương 26 pháp điện hóa siêu âm

2.1.5 Chế tạo hạt nano bạc (Ag) hàng phươna pháp điện hóa siêu âm 28 2.1.6 Chế tạo hạt nano từ tính FePt bằng phương pháp điện hóa siêu 28 âm

2.1.7 Chế tạo hạt nano từ tính FePt bằng phương pháp điện hóa 29 2.1.8 Chế tạo hạt nano từ tính CoPt bàna phươns pháp điện hóa 30 2.2 Nghiên cứu tính chất của hạt nano kim loại 31 2.2.1 Các hạt nano vàng chế tạo bàne phương pháp hóa khử 31 2.2.2 Hạt nano vànR chế tạo bằng phươns pháp quang hóa 33 2.2.3 Thanh nano vàng chế tạo bằne phương pháp nuôi mầm 34 2.2.4 Thanh nano vàng chế tạo từ vàng kim loại bàns phươne pháp 35 điện hóa siêu âm

2.2.5 Chế tạo hạt nano bạc (Ag) bàna, phươne pháp điện hóa siêu âm 36 2.2.6 Hạt nano từ tính FePt chế tạo bàna phương pháp điện hóa siêu 38 âm

2.2.7 Hạt nano từ tính FePt chế tạo bans nhương pháp điện hóa 39 2.2.8 Hạt nano từ tính CoPt chế tạo bằna phươne pháp điện hóa 42 2.3 Nghiên círu chức năng hóa bề mặt hạt nano kim loại 43

u n a u i i g i ĩ ĩ u 7 i i V ì 1

3.1 Nghiên cứu tạo phức hệ hạt nano-kháng thể 48 3.1.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nshiên cửu 48 3.1.2 Gắn kháne thê Herceptin với nano vàng đê tạo phức hệ nano 48 vàng-Herceptin

3.1.3 Tạo phức hệ hạt nano vàng - Herceptin thông qua liên kết ion 50 3.1.4 Tạo phức hệ hạt nano vàng - Herceptin thông qua liên kết cộng 52

thế với tế bào u n g thư vú

3.2.1 Gắn phức hệ vàne -H erc eptin lên tế bào unơ thư vú 54 3.2.2 Chuân bị tiêu bản và chụp ảnh tế bào dưới kính hiên vi trường 55 tối

3.2.3 Phân tích m ẫ u tế bào bằ ne phô tán sắc năng lượng tia X 55 3.2.4 Nghiên cứu sự ẹắn kết của phức hệ GNps - Herceptin-FIT C lẻn 55

Danh mục c ô n e trinh k hoa học côna bố tr ons khuô n khổ đề tài

Ket quả đào tạo

Đe cư ơ n a đề tài

P h Í.PỊI ( Ị n n g k ý ỉ í í t Q i i ả n g h ị p n c ứ u K H " C N

BÁO CẢO TÓNG KÉT ĐÈ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC

T R Ọ N G Đ IẺ M ĐẠI HỌC Q U Ố C GIA HÀ NỘI

“ Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại và bước đầu th ử nghiệm ứng

dụng trong y-sinh học”

M Ở ĐẦU

Những ns hiê n cứu tron2 vài thập kỷ qua cho thấy: khi kích thước cùa vật liệu được làm giảm đến một giá trị nhỏ cỡ nanomet, thì một loạt tính chất của các vật liệu cấu trúc nano như: tính chất cơ học độ bền nhiệt, tính chất quang học, tính chất điện, từ có những thay đổi rỏ rệt so với vật liệu khối Các vật liệu cấu trúc nano có nhiều tính chất đặc biệt, mà các vật liệu khối trước đây kh ône thê có được.

Các hạt nano từ tính được ứng dụng trona, sinh học là do:

- Kích thước nhỏ bé tạo điều kiện thuận lợi cho hạt nano tiếp cận với các thực thê sinh học mà không làm ảnh hưởng nhiều đên các hoạt động chức năng;

- Diện tích bề mặt lớn làm cho khá năng tươnơ tác siữa hạt nano và thực thể sinh học tăng mạnh;

- Do có từ tính, nên có thê dùng từ trường đẻ điều khiên các thực thể sinh học thône qua hạt nano từ.

Các hạt nano kim loại (Au Ag), so với các hạt nano bán dẫn (CdSe, CdS, CdTe), có nhiều ưu điểm nôi bật như dễ chế tạo, tính chất hấp thụ và tán xạ ánh sáne mạnh và có thể điều khiển, co thể liên kết với các vật thể sinh học và đặc biệt là không độc.

Đối với các hạt nano kim loại, các tính chất bề mặt trờ nên vượt trội

và là nguyên nhân tạo ra nhiều tính chất mới cho các hạt Trong các kim loại quý, dao động tập thê kết họp của các electron trone vùng dẫn gây ra một điện trường mặt ngoài mạnh, có tác d ụ n s làm tăng tính bức xạ của các hạt nano Au và Ag khi chúng tương tác với các bức xạ điện từ cộng hường

p h ân tử h ấ p thụ m ạ n h nhất, hàng vài bậc và làm cho ánh sá ng tán x ạ bởi các hạt n a n o m ạ n h hơn ánh sáng hu ỳnh q u a n s của các th uôc thử h ữ u cơ

h à n g vài bậc độ lớn N h ờ các đặc điể m này m à các hạt n an o kim loại có thê

đ ư ợc ứ n g d ụ n g r ộ n e rãi t ro n e lĩnh vực sinh, y học (làm c ả m biên sinh học, tạo ảnh sinh học, điều trị bệnh), c ũ n g như trong lĩnh vự c xúc tác Thí dụ tron g y học, tính chất tán x ạ m ạ n h ánh sáng của các hạt n a n o A u đ ư ợc sử

d ụ n g để tạo ảnh các tế bào ung thư do đó dề dàng phát hiện ra c h ú n s

C h í n h vì vậv ch ú n g tôi đặt ra đề tài với m ụ c tiêu:

- N g h iê n cứu quv trình c ô n e n e h ệ v à điều kiện c ô n s n s h ệ chế tạo hạt nano kim loại trên cơ sở kim loại quý và kim loại c h u y ể n tiếp.

- Tim hiểu khả n ă n g ứng dụng cô ng nghệ nano tr on g y-sinh học.

ở Việt N am các nghiên cứu và ứ n e d ụng c ô n g n e h ệ na no vẫn còn khá mới mẻ C h o đến nay n h ữ n g thành tựu đạt được của c ô n g n g h ệ n a n o còn thiên về lĩnh vự c k h o a học vật liệu Theo n h ữ n g hiểu biết của ch ú n g tôi thì cho tới nay c h ư a có n g h iê n cứu cụ thể nào về việc sứ d ụ n e hạt n an o v à n g

đê h ư ớ n g tới việc chẩn đoán và điều trị u n e thư vú in vivo.

T ro n g đề tài này, c h ú n e tôi tập trung vào h ư ớ n e nuhiê n cứu chế tạo các hạt n a n o kim loại Au Ae FePt Co Pt và bước đầu th ử n ẹ h i ệ m ứ ng dụng các hạt n a n o t ro n e y-sinh học (phát hiện tế bào u n a th ư vú) T ro n g phạm vi của đề tài này c húnơ tôi sử d ụ n s các hạt nan o v à n g đư ợc t ổ n s hợ p bàng ba p h ư ơ n g p h á p kh ác nhau để £ắn với k h á n e thể H er ce p tin và k iể m tra tính găn đặc hiệ u củ a p h ứ c hệ này lên tế bào u n e th ư vú d ò n a KPL 4.

Chương 1: Tông quan

1.1 V â t liêu nano• •

V ật liệu nan o là vật liệu m à ít nhất một chiều có kích th ư ớ c từ 1^-100

nm (1 n m = 10'9 m) Vật liệu nano chính là đối tượng n ghiê n cứu củ a khoa học và cô n g n g h ệ nano.

Tính chất th ú vị của vật liệu nano bắt n s u ồ n từ kích th ư ớ c của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước đặc trưng củ a nhiê u tính chât hóa lý của vật liệu Điều đ á n e nói là kích thước của vật liệu nan o đù nhỏ đe

có thể so sánh với các kích thước đặc trưng củ a một số tính chât ( b ảng 1.1) Bảng 1.1 Độ dài đặc trưna của một số tính chất của vật liệu (Murday, 2002)

Độ sâu bê mặ t kim loại 10-100 Siêu dàn Độ dài liên kêt cặp Coo per 0.1-100

Độ th âm thâu Meisner 1-100

Q ì àn ot i_> ivi i iitil u n i i

Xúc tác Q u ỹ đạo liên kêt định xứ 0.01-0.1

Hìn h học topo bê mặt 1-10 Siêu phân C â u trúc sơ câp 0.1-1

M iên dịch N h ậ n biêt ph ân tử 1-10

Vật liệu n a n o n à m giữ a tính chât lượng tử của n g u y ê n tử v à tính chât

k h ố i cù a v ật liệu Đôi với vật liệu khôi, độ dài đặc trưng c ủ a các tính chât rất n h ỏ so với độ lớn củ a v ậ t liệu, n h ư n g đối v ới v ậ t liệu n a n o thì điê u đó

k h ô n g đ ú n g n ê n các tín h ch ấ t k h á c lạ bất đ ầu từ n g u y ê n n h â n này.

C h ú n g ta hãy lấy m ộ t ví dụ tronR bảng 1.1 Vật liệu sất từ đ ư ợ c hình thành từ n h ữ n g đô men, trong l ò n s một đô men các n g u y ê n tứ có từ tính sắp xếp son g song với n h a u n h ư n a lại không nhất thiết phải song song với

mô me n từ của n g u y ê n tử ờ m ột đô men khác G iữ a hai đô m e n có một

v ù n g chuyể n tiếp đ ư ợ c gọi là vách đô men Độ dày củ a v ách đô m e n phụ

th u ộ c vào bản chất cùa vật liệu mà có thể dày từ 10-100 nm N eu vật liệu tạo thành từ các hạt chỉ có kích thước bằng độ dày v ách đô m e n thì sẽ có các tính chất khác hẳn với tính chất của vật liệu khối vì ảnh h ư ờ n g của các

n g u y ên tử ở đô m e n này tác động lên nguy ên tử ở đô m e n khác.

1.2 H ạ t n ano kim loại

Hạt nano kim loại là loại vật liệu rất hấp dẫn vì tính chất cùa c h ú n g phụ thuộc m ạ n h vào kích th ư ớ c và hình d ạ n e (xem, c h ẳ n g hạn, Eustis và El-Saued, 2006).

Ví dụ, các hạt n a n o v à n g hình cầu có màu đò đặc trưng, n h ư n e các hạt nano v à n g d ạ n g thanh lại thay đổi màu rất m ạ n h khi kích thước cùa hạt thay đổi Các hiệu ứ n g này là kết quà của dao đ ộ n g tập thể c ủ a các electron trong v ù n g dẫn, gọi là dao đ ộ n g pla sm on bề mặt (Eustis và El-Saued 2006; Liz-M a rz an, 2004) D ao đ ộ n g này sinh ra từ sự t ư ơ n e tác với bức xạ điện

từ Điện triròn s củ a bức x ạ tới tạo thành một lường cực t u n g hạt nano Lực hồi ph ục tr on g hạt nan o cố bù trừ lưỡng cực này, gây ra m ộ t bước sóng

cộ ng hưởng T ần số dao đ ộ n g đối với vàn g (và bạc) th ư ờ n g n ằ m trong vù n g khả kiến, làm tăng sự hấp thụ cộng hưở n g p la s m o n bề mặt Sự hấp thụ

cộ ng h ư ở n g p l a s m o n bề mặt có hệ số hấp thụ cao, dẫn đến tă n e độ nh ạy phát hiện khi d ù n g hạt nano, đặc biệt là hạt n an o vàng Do đó hạt nano

v à n g có khả n ă n g tìm được nhiều ứng d ụ n e t r o n e y-sinh học.

Hạt nan o bạc đ ư ợc quan tâm ng hiên cứu k h ô n g chỉ vì các tính chất đặc biệt cùa vật liệu n an o n h ư hiệu ứng cộng h ư ờ n a p l a s m o n bề mặt nêu trên

m à còn do hạt nan o bạc còn có khả năn2 diệt khuẩn.

Do vi khuẩn n e à y cà ng kháns, thuốc, nên các n h à kh o a học đan g tập trung đi tìm các tác nh ân mới để diệt chúng Và bạc là m ột trong n hữ ng

ch ất được tập trung nghiên cứu Với sự phát triển củ a c ô n g n s h ệ nano các

n hà kh o a học h ư ớ n g tới việc nânơ cao khả năn g diệt k h u â n các hạt bạc có

ho ặc lấy ôxi từ trong cơ qu an hô hấp của vi k h u ẩn tạo ra ôxit bạc, sẽ ngăn

k h ô n e cho ch úng thở, cản trở quá trình trao đôi chất, diệt vi khuẩn.

Khi sử dụng các hạt bạc ở kích thước nano thì số n au v è n từ trên bề mặt sẽ tăng rât nhiề u theo hiệu ứng bề mặt nên khả n ăn g diệt khuân, khử trùng được tăng lên rất nhiều Đ ồ n s thời do các hạt nano bạc có kích th ước

từ 1-100 nm, nên dễ d à n e x â m nhập vào các tế bào củ a vi khuẩn.

Hạt nano bạc là một vật liệu có tính ứ n a d ụ n g rất cao đặc biệt trong

x ử lý mỏi trường và sinh học.

Các hạt nano ki m loại từ tính trên cơ sở kim loại ch u y ề n tiếp Fe Co • i

nh ư FePt CoPt có khả năn g ứng dụng rất lớn trong việc chế tạo p h ư o n g tiện lưu trữ th ôn g tin mậ t độ siêu cao thế hệ mới do c h ú n g có dị h ư ớ n g từ tinh thẻ lớn từ độ lớn, và độ bền hóa học cao (xem c h ă n s hạn, H u a n a và cộng sự, 2001; Sun v à cộ ng sự, 2000: Sun, 2006) Các vật liệu này sẽ 2Óp phàn vào việc thiêt kê và chế tạo vật liệu ghi từ có mật độ ehi thông tin cao hơn 1 Tbits/in Hạt nano FePt còn được c h ờ đợi là n a m châm nan o tính năng cao trong y-sin h học, chăng hạn trong phân tách tế bào (Gu và cộng

sự, 20 03) hay làm tă n g độ tươ ng phản của ảnh c ộ n s h ư ở n g từ ( M a e n o s o n o

và cộ n g sự, 2008).

1.3 T ô n g q uan vê ung t h ư vú

U ng thư vú là dạng ung thư xuất hiện v à phát triẻn trong tế bào mô vú,

có thể lan rộng đến hầu hết các bộ phận khác của cơ thê T r o n s số các căn

bệ nh ung th ư hiện nay, u n e thư vú là bệnh phổ biến nh ất và là mối đe dọa

tử v o n g hàn g đầu đối với phụ nữ nhiều nước trên thế eiới đặc hiệt ở các

nước phát triển (Yan và cộng sự, 1991) Theo C ơ quan nghiên cứu ung thư thế giới (International A g e n c y for Research on C a nce r - I A R C ) tỷ lệ ung

thư vú chiếm 2 9 % trone tổng số các loại ung thư ở phụ nữ trẽn toàn thế

giới (hình 1.1).

1.3.1 Tình hình phát triển bệnh ung thư vú trên thế giới và Việt Nam

ờ các nước cô n g ng hiệp tỷ lệ mắc ung thư vú cao, trong đó cao nhất là

M ỹ và kh u vực Bẳc Âu Theo th ốne kê năm 2007, ờ M ỹ cứ 8 pnụ nữ thì có

m ộ t n g ư ờ i b i u n g t h ư VÍ! d i c ă n , o • o ' và t r n n ơ ' n t r ư ^ n ơ o ’ ■■ V r h a n u n g t h ư c? r - - -vrí — l a i r ó

một trường h ọ p tử vo ng (trích đường dần U R L 1) Chì riêng tr o n e năm

2007 đã có đến 4 0910 tr ường hợp tử vo ng do u n e th ư vú (chiếm 7 % tỏng

số trường h ọ p tử v o n g do ung thư và 2 % tổng sổ các t r ư ờ n s họ p tử vong)

Mồi năm trên toàn thế giới có khoả ng 1,2 triệu người mấc ung th ư vú.

Tý lệ bện h nh ân mắc ung thư vú trone n h ừ n s n ă m gần đây có xu

hướng tăng lên tại nhiều nước đang phát triển T r o n s số đó có nhiều nư ớc

n ằm trong k hu vực châu Á - vốn là khu vực có tỉ lệ mắc u n e th ư v ú thấp

Hình 1.1: Ti lệ mác các dạng ung thư ờ hai giới (Yan và cộnẹ sự, ỉ 991).

qu an đến sự thay đổi về lối sống, đời sống, chế độ dinh d ư ỡ n g và các

n g uyên nh ân thav đổi môi trường số n a (trích đ ư ờn g dẫn U R L 2) Tại Việt

N a m , theo báo cáo của C ơ quan n ă n a lượng n g uyên tử quốc tê (International A t o m i c Energy Agen cy - IA E A ) n ă m 2008 cho thấy hàng

n ă m có 75.000 bệnh nh ân tử vong vì bện h ung thư T ro n g đó u ng thư vú là

n guy ên nhâ n gây chết hàn g đầu, riêng ở Hà Nội h à n g năm có 30 trên sô 100.000 phụ nữ tử v o n g vì ung thư vú s ố ca mới mấc u ng thư vú hàng

n ă m khoản g 800 ca tại H à Nội và 600 ca tại thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên, điều đ áng lo ngại là phần lớn các bệnh nhân được phát hiện ở giai đoạn mu ộn gây rất nhiều khó khăn cho việc điều trị (trích đ ư ờ n g dẫn U R L

3)7

Không chỉ nữ eiới m à cả nam giới cũ ng có thể mắc u n e thư vú Tuy nhiên, ung thư vú ở nam giới hiếm sặp, với tỉ lệ nhỏ hơn ở nữ aiới s ầ n 100 lần, chí chiếm gần 1% trong tất cả các ung thư vú và chiếm dưới 0,1 - 0.38% tất cà trư ờ n g hợp mắc ung thư ở nam giới M ặ c dù vậy ti lệ tử v ong của nam giới khi mắc căn bệnh này cao hơn nữ giới (ở M ỹ tỉ lệ này là 25%) LÝ do chủ yếu là nhiều người chủ quan phát hiện bện h quá m u ộ n vì quan niệm u n g thư vú chỉ có phụ nữ mới mắc và do tuyến vú ở nam giới

kh ông phát triển nên khi bị un2 thư dễ gây xâm lấn thà nh naực, 2an phổi,

x ư ơ n e (trích đ ư ờ n g dẫn U R L 1).

1.3.2 Thụ thể H E R 2 và Herceptin, hưÓTtg điều trị ung t h ư vú b ằ n g liệu pháp sinh học

1 3 2 1 Thụ thê H E R 2 và s ự liên quan đến ung th ư vú

HER2 là tên viết tắt cho thụ thể của yếu tố sinh tr ư ơ n a biều m ô 2 ờ người (H u m a n E p id erm a l grcnvth factor R ece pto r 2) đ ược tìm thấy chủ yếu trẽn bề mặt tế bào T h ụ thể HER2 là một thành viên thuộc họ thụ thể của các yếu tố sinh tr ưởng bao gồm E G F R (ErbB-1), H E R 2 / c -n e u (ErbB-2), HER3 (Erb B -3 ) và H E R 4 (ErbB-4) Protein H E R 2 thu ộc n h ó m tv rosine kinase có khối lượng k h o á n g 185 kDa C h ú n g đ ư ợ c mã hóa bởi s e n H E R 2 - neu nằm trên vai dài của nhiễm sắc thể số 17 Gen này được phân lập đầu tiên từ d ò n g tế bào phôi thần kinh đệm của các loài g ặm n h ấm vào nă m

ki ểm soát sự sinh trường v à phân chia cùa các tế bào, góp phầ n vào sự kết nối giữa tế bào với nh au và chât nên xung quanh C ác vai trò này đêu được thực hiện bởi protein H E R 2 do se n quy định t h ô n e qua các quá trình truyền tín hiệu.

Phân tử protein H E R 2 cấu tạo gồ m có các vùng: 2 vùng ngoại bào giàu cysteine (Cys), v ù n g xuyên màng, vù ng tế bào chất và vù ng riêng khác nhau ở các thụ thể khác nhau Là một thành viên của n h ó m protein tyrosine kinase, thụ thể H E R 2 có khả nãng chuyển một n h ó m p h o sp h a te từ A T P vào

m ột đơn ph ân tyrosine trong vùng ngoại bào giàu Cys Sự phos ph oryl h óa protein này là m ột cơ chế quan trọne tr one quá trình truyền tín hiệu điêu hòa hoạt độn g của enzyme.

hrinỉĩ 1.2: Câu tạo thụ thế HER2 (A) Mô hình không hoạt hóa, (B) Mô hình hoạt hóa.

Bình thư ờng , các thụ thể H ER2 tồn tại ở trạng thái m o n o m e r hất hoạt Khi xuất hiện tín hiệu của các yếu tố sinh trường (EGF) các thụ thể này sẽ chu yê n từ trạng thái m o n o m e r sang dạng dim er hoạt đ ộ n g (Hình 1.2) Lúc này ch úng sẽ đ ược các yếu tố sinh trưởng ẹắn vào Thụ thể E G F R khi đó

có khả nă ng tự phos phor yl hóa 5 gốc tyrosine trên đầu tận c ù n s c của chuỗi poỉypcpíidc, khởi độ ng quá trình truyền tín hiệu điều khiển sự sinh trưởng của tế bào th ô n g qua một chuồi các nh ân tố (H ình 1.3; D o u aa ll và cộng sự 1994).

Hình 1.3: Sơ đồ truyền tín hiệu điêu khiên quá trình sinh trướ ng và phàn chia tẽ bào cua thụ thè

HER2 trong tế bào Í W W W b i o o n c o l o g y c o m / b i o c o n c / i m e g e s / h e r - m a i - l g i p g i

Hiện tượng tăns biểu hiện thụ thể HER2 được tìm thấy ở gần một phần

tư số bệnh nhân mắc ung thư vú Nghiên cứu quá trình biêu hiện các 2en HER2-neu ớ các bệnh nhân này cho thấv quá trình khuyếch đại gen tăng lèn gần 95% Nhân bản nhanh HER2 dẫn đến tăng nguv cơ hình thành khối

u ung thư vú, tăng khả năns phát triển của khối u Do khối u có sự biểu hiện quá mức thụ thê HER2 nên khôi u sinh trưởng nhanh hơn các khối u dạng khác, khả năng di căn cao (Hình 1.4).

tnẢRN HER2 (số lương bLah thưởng) gon HBR2

binh thường

Protcin trÃn bổ mat tế bào (ỈỐ lương bình thường)

mARN HBR2 (zổ lương Ung) trôn bẻ m lt tố bào

T ế b à o b ìn h th ư ờ n g T ế bào b iề u h iộ n Các tế bào sính trưởng

quá m ứ c H ER 2 b ít tiiirờng tạo kiiối n

Hĩnh 1.4: Cơ chế cùa sự biêu hiện quả mức yếu tô thụ thê HER2 ớ bệnh nhân ung thư vú (A) và

sự biểu hiện trên tế bào (B) frttp://www.aacr.org/home/public med

ia/for-the-media/fact-sheets/cancer-concepts/HER2.aspX;)

Tóm lại sự biểu hiện quá mức của HER2 tron^ các khôi u ung th ư vú thường liên quan đến khả năng di căn mạnh và dẫn đến khó áp dụ ng các phư ơng pháp điều trị (Disis và Cheever, 1997; Perez, 2007).

1.3.2.2 H ercep tin và s ư d ụ n g H erceptin trong liệu p h á p sin h học

Herceptin là một kháng thể đơn dòng của người được sản xuất nhân tạo đê ứng đụnơ vào điều trị ung thư vú cho các bệnh nh ân có sự biểu hiện quá m ứ c yếu tố thụ thê HER2 (Hình 1.5) Herceptin có khả năn g s ấ n đặc hiệu lên các thụ thê H E R 2 của tê bào, bao phủ các thụ thê này và can thiệp vào pha GI cua chu trình tê bào Qua đó, thuôc làm giảm sự biêu hiện của een mã hoá cho thụ thê HER2, phá v ờ sự di m e r hoá của thụ thể N h ờ vậy Herceptin ng ăn cản sự truyên tín hiệu kích thích sinh tr ưởn g tế bào của các thụ thê HER2 N g o à i ra Herceptin còn có tác dụ ng ức chế sự hình thành mạch xung quanh khối u b a n s cách kích thích các yếu tố k h á n g sự hình thành mạ ch và ức chè các tiền tố cùa quá trình hình thành mạch K h ô n g những có khả nán g điều trị cho các bệnh nh ân ung th ư vú biểu hiện quá mức thụ thẻ H E R 2 , Herceptin còn được sư dụng có hiệu quả trong việc ngăn chặn khả năn g tái phát bệnh ờ các bệnh nhân trona tư ơ n e lai (Bas elga

và cộng sự 2007).

Hình 1.5: Herceptin và cơ chẽ tác động lẻn thụ thê HER2 (Disis và Cheever, 1997).

Ket quả nghiên cứu về hiệu quả việc sử dụng thuốc Herceptin t r o n g

việc điều trị ung thư vú cho thấy thuốc giảm 50% nạuy cơ tái phát của bệnh Thuôc còn được dùnẹ cho các nhóm có nguy cơ măc bệnh cao Herceptin được sứ dụns; kết hợp với các liệu pháp hoá trị liệu thôns thường Tuv là một loại thuốc sinh học nhưng Herceptin vẫn có độc tính và gây nguy cơ về bệnh tim mạch, làm yếu phổi cho bệnh nhân sư dụng thuốc nên không được sử dụng cho người mắc bệnh tim mạch và phổi Bên cạnh

đó, đã xuất hiện các tnrờns hợp kháng thuốc Herceptin Khối u của một số bệnh nhân vẫn phát triển mặc dù điều trị bằnơ Herceptin (Disis và Cheever, 1997; Elledse và cộng sự, 2007).

1.3.3 Ung dụng cua công nghệ nano trong chân đoán và điều trị bệnh ung thư vú

ỉ 3 3 1 X á c đ ìn h c á c c h i t h i sÌYìh h.or

Cùng với sự tăng cường việc sư dụng liệu pháp đích trong ung thư học, việc định dạng phân tư nhất thiết phải được tối ưu hóa Sự thành công cua quá trình điều trị hướng đích phụ thuộc rất nhiều vào mức độ biểu hiện của các protein và gen đặc hiệu có mặt trong các tế bào ung thư Đối với bệnh ung thư vú mức độ biểu hiện quá mức của thụ thẻ HER2 càng nhiều thì hiệu quả điều trị bằng kháng thể đơn dòna Trastuzumab càne cao (Elledge và cộ n s sự 2000).

p r o g e s t e r o g e n v à E R B B 2 t r o n g các tế b à o u n e t h ư v ú c ủ a n g ư ờ i g ắ n với par af fi n T e b à o u n g t h ư v ú đ ư ợ c b iế t có s ự b i ể u h i ệ n k h á c t h ư ờ n e c á c t hụ

khối u hoặc các mẫu u n2 thư nhỏ, từ đó đưa ra các quyết định điêu trị T u \ nhiên, việc sử dụne ch ú n e cần độ chính xác cao cua các chi thị phân tử được đánh dấu giá thành vần rất đất vì vậy việc sử dụn g rộng rãi còn bị hạn chế (Doerina và Nie, 2003).

] 3.3.2 H ình anh khôi u in vivo

Nhiều nhóm nghiên cứu đã chỉ ra tiềm năng cùa việc sư dụn g các

ch ấm lượng tử (đặc biệt có bước sóng phát ra gần vùn g hồ n g ngoại) và các

hạt nano từ như các đầu dò quane học cho hình ảnh in vivo khôi u, ví dụ

như ung thư tuyến tiền liệt (Akerm an và cộng sự 2002; C o d y và cộng sự 2001; Konecnv và cộng sự, 2003; Takahashi và cộng sự 2006).

Việc sử dụng các chấm lượng tứ phát xạ ơ phò gần hôn g ngoại là một

cách tiếp cận kể tiếp để định hình cấu trúc khôi u in vivo, được ứng dụn g đè

giám sát tại vị trí các nút bạch huyết dự phòng ờ vú C h ú n g ta có thê sử

dụ n e ảnh chụp tín hiệu huỳnh quane (phô gần hồ n g ngoại) đê phục vụ cho phẫu thuật mà kh ông cần phải dùnơ chất giám sát hoạt hóa p h ó n g xạ (Konecnv và cộng, sự, 2003) Theo Hardman (2006) sau khi được tiêm, các hạt chấm lượng tử thâm nhập vào trong da cua đ ộ n a vật m a n g khỏi u, theo mạch bạch huyêt đèn các nút bạch huyêt dự phò n g và nhanh c h óng xác định vị trí cùa nó Với kích ihước tối ưu 18.8 nm, các hạt này k h ỏ n ạ thê đi• • • J

lọt qua các nút có biểu hiện dự phòng, nhờ đó định vị chính xác nút bạch huyết dự phò n g và dơn siả n hóa các bước trona; điều trị u n a thư vú và u melanine Tuy nhiên, hạn chế của bạt chấm l ư ợ n s tử !à độc tính nên các nhà n sh iẻ n cứu đanơ phát triên các hạt nano “giảm độc" để có thể sử dụng hạt nano trone chân đoán và điều trị ở tươne lai gần (Hardm an 2006), T ó m lại việc sừ dụng hạt nano tạo ra khả năng tuyệt vời để xác định hình ảnh khôi u trong từng giai đoạn và xác định sớm các bệnh n hờ vào các chỉ thị sinh học.

1.3.3.3 P hân tích hình anh và liệu p h á p đích

Huang và cộng sự (2007) đà sư dụng cấu trúc bao gồ m hạt nano có nhân 2 điện tư hình cầu làm từ silica và bao qu an h bơi vó vàng m o n s Chúng chuyên hóa ánh sáng thành năna lượne nhiệt và tiẽu dần khối u bằng nhiệt Takahashi và cộng sự (2006) cũng chi ra sự đánh dấu đặc hiệu

của các hạt nano từ gắn a nti-E R B B 2 lên tế bào ung thư vú d ò n g S K _ B R _ 3 dương tính với E R B B 2 Khi được bộc lộ ra ở gần v ù n g h ồ n g ngoại, các vỏ hạt nano này gây ra nhiệt lượng cao đốt nóng tế bào v à gây ra sự phá hủy

mô k hông thể phục hồi, làm chết tế bào ung thư Do đó, các hạt n ano từ có

thể được sử dụ ng để làm tiêu khối u vú và ngăn chặn sự ph ụ c hồi của in vivo (Yezhelyev và cộng sự, 2006).

1.3.3.4 Đ iểu trị u n g th ư vú

Việc đưa vào khối u m ộ t cách có chọn lọc các tác n h â n k h á n g ung thư

là cần thiết để tăng hiệu quả kh áng ung thư trong khi phải b ả o v ệ các mô khỏe mạnh khỏi các tác nhân gây độc để làm giảm tác d ụ n g phụ N hiề u nghiên cứu cận lâm s à n e đ ã được tiến hành sử dụ ng các hạt n a n o n h ư một liệu pháp đích Dưới đây là một tr o n s số kết quả nghiên cứ với u n e thư vú.

L ip o so m a l A n th rc yclìn es(L -A ): Các A nthrcycline là một trong các tác

nhân được sử d ụ n g nhiều nhất trong điều trị các giai đo ạn của b ệnh u n2, th ư

vú Dù vậy, việc sử dụng bị hạn chế nhiều bời tính độc khi tiêm liều cao Tra st uzum ab là k h án e thể đơn dò ng nh ắm tới E R B B 2 cài thiện sự điều trị dạng ác tính này cù a khối u, tuy vậy việc sử dụ ng cũ n g bị giới hạn bởi tác dụn g phụ vì các tế bào bình thư ờng cũ ng có biểu hiện E R B B 2 ở m ức độ thấp hon D ạng biến đổi gắn với các hạt nano kích th ướ c k h o à n a 100 nm của anthrcycỉines, L-A, đã được phát triển để cai thiện cách x âm n hập cùa Anthrcyclines, trong khi vẫn duy trì hoạt độ ng khána, ung th ư của c h ú n s (Sp arreboom, 2005; Lee và cộ ne sự 2009).

N A B p a c lita x e l: Taxanes paclitaxel và docetaxel là m ột tr ong số các

tác nhân quan trọng nhất trong điều trị khối u rắn, đ ược sử d ụ n g rộng rãi trong íaí Ca CaC giai đoạn Cua ung t h u vú Các thuôc này đ êu có tính kị nước cao và phải được trộn với các chất m an g tổng hợp N h ư n e các chất mang này lại th ư ờ n g gây độc đối với cơ thể (Paciotti v à c ộ n g sự 2004) Một vài dạn g biến đổi của ch úng đang được phát triển n h ằ m làm gi ảm hậu quả gây độc, ví dụ n h ư N A B paclitaxel là một dạng hạt n a n o có n hân là paclitaxel và bao quan h bởi albumin, chất m a ng tự nhiên của các phâ n tử kị nước, cho thây hiệu quá trong ung thư vú Các nahièn cứ u tiền lâm sà n g chi

ra răng N A B paclitaxel có hiệu quả cải thiện tinh t rạ n e khối u hơ n các

paclitaxel thông thường (Gelderblom và cộng sự, 2001: W u và cộng sự 2003; Stroh và cộn a sự, 2005).

Liệu p h á p gen: Các sen cùa tế bào una thư khòng bình thường, do đó

liệu pháp een có thể là rất hữu ích gây ra sự biến đôi hay đột biên các gen

đa hiệu, bao gồ m ERBB2, P53, MY C và cyclin DI (Takahashi và cộng sự, 2006) Tuy n h i ê n , liệu p h á p Ren ở n g ư ờ i bị c ả n t r ờ b ờ i thực tế là các oligonucleotide dễ bị phân giải bới enzyme ở tế bào chất cùa người Do đó các nghiên cứu cần được tiếp tục đê tìm ra giải pháp tôt nhất cho liệu pháp

u Hayes và cộna sự (2006) đã sử dụ n s phương pháp này đẽ t ă n s sự phàn

bô đặc hiệu sen đưa vào tê bào ung thư vú ERBB2 ở người Các nehièn cứu khác cũng chỉ ra sự chuyển ơen thành côna cùa phức hệ Ren E1A với liposome tích điện dương vào tế bào une thư vú và tử cune người Các nghiên cứu tiền lâm sàng chì ra adenovirus loại E1A được dùng cho các hoạt động kháng u nhờ sự có mức biểu hiện cao của ERB B2 Các bệnh nhân ung thư vú hay bu ồng trứng được điều trị ớ giai đoạn thư nghiệm I hằng việc tiêm phức hệ liposome-gen E1A Sự biểu hiện cùa 2en E1A trong khối u được xác định bởi phan ứne hóa mô miễn dịch hay RT- PCR

và là chỉ số đê khẳng định việc chuyển een thành công Sự biểu hiện E1A liên quan đến giảm biểu hiện ERBB2, thúc đẩy quá trinh chết theo lập trình

và giám sự tă nẹ sinh của khối u.

Kiêm soát sự phát triển của tế bào ung thư bằng cách sư d ụ n e siRNA (small interfering RNA) là một công nghệ đang phát triển nhanh với nhiều triển vọng lớn Sự ức chế của gen gây una thư vú do xảy ra sự chết theo chương trình và sự tăng độ nhạy cảm hóa trị liệu cùa tế bào ung thư Độ bền và khả năng đưa vào tế bào của các siRNA có thể được cai thiện nhiều

n a n o -siR N A định h ư ớ n g một cách chọn lọc đã ức chế sự sinh sôi của các tê bào ung thư vú ờ chuột sau khi tiêm dưới da ( M e n e n d e z v à cộ ng sự, 2005)

T h ê m nữa, việc tiêm một hợp chất siR NA - p o ly e th y le n im in e h ư ớ n g đến đích E R B B 2 điều chinh việc siả m biểu hiện đán g kể thụ thể E R B B 2 ờ

độ ng vật và tạo ra sự giảm sinh trường khối u Dù đang ở giai đoạn đâu phát triển, hệ th ốn g vận chuyển thuốc dựa trên hạt nano đã chỉ ra hiệu quả đán g kể cho việc chuyển các gen đích, và tạo tiềm năng lớn cho lâm sàng

sử dụn g trong liệu pháp ung thư vú.

1.4 Tính cấp thiết đ áp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội

N h ư trên đã trình bày, vấn đề ứng dụng c ô n a n ghệ nan o trong y, sinh học nói riêng và trong khoa học sự sống nói chung, đ a n g là vấn đề sôi động, được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm, đầu tư n g hiê n cứu.

Ưng thư là bệnh đa ng có xu h ướng sia tăng k hông n h ừ n ơ ở Việt Nam,

mà còn ở hầu hết các nước trên thế giới Mồi năm căn bện h này đã c ư ớ p đi sinh m ạng cùa 6 triệu người trên toàn cầu Tại Việt Nam, qua ghi nhận ung thư tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và một số tinh, ước tính mỗi năm có khoản g 150.000 t r ư ờ n s hợp mới mắc và 75.000 tr ư ờ n ? hợp tử v o n g do un g thư.

C h ú n g ta cũ n g cân xóa bỏ quan niệm ung thư là căn bện h vô p h ư ơ n g cứu chừa Trên thực tế, các bằng chứng kh oa học đã c h ứ n a minh được rằng: 1/3 bệnh ung thư có thể dự phòng được, n h ờ tránh tiếp xúc với tác nhân gây bệnh; 1/3 bện h ung thư được chữa khỏi, n h ờ đ ư ợ c phát hiện sớ m qua các p h ư ơ n g p h á p khám bệnh lâm sàng, cận lâm sàng; v à b à n e các

p hư ơ ng ph áp điều trị có thể kéo dài thời gian s ố n e cho 1/3 bện h nhân unợ

tụ , r Ị~:

L 1 1 U C O n i ạ i

Việc nghiên cứu tìm tòi các p hư ơng pháp mới, h ữu hiệu để phát hiện sớm, chính xác và điều trị kịp thời bệnh ung thư là vấn đề cự c kỳ cấp thiết.

C h ư ơ n g 2: N ghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất của hạt nano

kim loại

2.1 Nghiên cứu chế tạo hạt nano kim loại

Hạt nano Au được chế tạo b àn e phươnR pháp hóa k h ử như sau:

- Khử bằng trisodium citrate (N a3C6H50 7.2 H2 0):

H óa chất:

H AuC 14.3H20 (393,83 g/mol) N a3C6H50 7.2H2 0 (294.10 g/mol)

j Dung dịch (A): 0,01 % theo trọna

lượng (0,05 g tron e 500 ml nước cất)

Dung dịch (B): 1 % theo trọne lượne (0,1 a trong 10 ml nước cất)

Đổ 50 ml d u n e dịch HAuC14.3H20 0,01 % theo tr ọ n e lượng vào một cốc vại 100 ml, đu n sôi, khuấy liên tục Sau đó một số Lil đ u n e dịch sodium citrate (N a3C6H5 0 7.2H2 0 ) 1 % theo trọnơ lượna được bô su n a rất nhanh Màu dun° dịch chuyên từ vàng (yelloxv) sa ne đen (black) rồi đo sẫm (deep red) Sau khi biên màu dune dịch đưọ'c đun sôi thêm 15 phút, sau đỏ tắt bếp, tiếp tục khuấy cho đến khi đạt tới nhiệt độ phòng.

Việc bao bọc các hạt nano b ở i citrate càng nhanh, thì hạt tạo ra càntì nhỏ Lượng dung dịch citrate quvct định kích thước của các hạt nano Hạt càng nhò yêu cầu lượnơ d u n s dịch citrate cànơ nhiều Hạt càng lớn Yêu cầu iượng dung dịch citrate càng ít Sự biển đổi màu đối với các hạt nhò xáy ra nhanh hơn đối với các hạt lớn (hình 2.1) Ch úng tôi đã chế tạo được các hạt nano Au với kích thước khác nhau trone khoảng 30 - 60 nm.

H ình 2.1 (a) D ung dịch m uối vàngH A uC U ban đầu (màu vàng nhạt), (b) D ung dịch m uối vàng HAuClậSau khi bỏ su n g so d iu m citrate (sau 2 phút biến thành m àu đen) vò (c) Sau 15

p h ú t d ung dịch biến thành m àu đỏ rượu nho, chím g to hạt ncmo vàng đ ã hình thành.

- Khử b ằ n e s o d i u m borohvdride ( N a B H 4):

Hóa chât:

N a B H 4 (37.83 a/mol) H AuC 14.3 H : 0 (393,83 g/mol)

Dung dịch 0,01 M = 0,38 g/1 = 1,9

m a trone 5 ml nước Dung dịch

được bảo quản ở 0 °c (nước đá)

D u n s dịch 0.001 M = 0,394 e/1 - 11.82 m s trong 30 ml nước cất Khuây đều.

5 ml N a B H 4 ( M E R C K ) 0.01 M ờ 0 'c được đổ vào 25 ml ĩ-ỈAuC14 ( M E R C K ) 1 m M trong một cốc 50 ml trong điều kiện k h uấy liên tục tron a

ỉ 5 phứt, cho đêỉì khi m àu của dung dịch biên từ v à n g da cam nhạt sa ng đò sẫm Chú ý là N a B H 4 là chất khử mạnh, do đó sư d ụ n s chất khứ này khó điều khiên được kích thước của hạt nano vàng

2.1.2 Chê tạo h ạ t ncmo kim loại vòng (Alt) băn g p h ư ơ n g p h á p q u a n g hóa

- Hạt nan o Au được chẽ tạo bă n e p h ư ơ n a pháp q u a n g hóa dun g dịch

H AuC 14 và T X -1 00 sư d ụ n e tia X.

Hóa chất:

H AuC 14 3 H ; 0 (393,83 g/mol) TX-100 C , 4 H 220 ( C ; H 40 ) 9 (602,82

g/mol) Dung dịch 0.001 M = 0,394 g/1 =

11.82 ma trone 30 ml nước cât

Khuấy đều.*

Dun a dịch 0.001 M = 0.603 g/1 = 18.1 m e trona 30 ml nước cất Khuấy đều.

Một số microlit đune dịch muối vàng nồne độ 1 m M hòa với 3 ml dung dịch TX-100 nồne độ 1 mM khuấy đều Bức xạ tia X là bức xạ K ai phát ra từ đổi catôt Cu của nhiễu xạ kế SIEMENS 5005 Đức với các thông

số 40 k v và 40 mA D u n s dịch hỗn họp nêu trên được chiêu bức xạ tia X tronơ khoả ns thời gian từ 10 phút đán 60 phút Bằng cách thay đôi lượng muối vàng, trong khi giữ nguyên lượng TX-100, có thê thay đôi sô lượna

và kích thước của hạt nano vàng.

2.1.3 Chê tạo thanh nano kim loại vàng (Au) băng p h ư ơ n g p h á p nuôi mâm

- Các thanh nano vàng được chế tạo bằn s phirơns pháp nuôi mầm.

Cân 2,187 g, pha tronơ 30 ml

1 nước cất đươc d u n s dich A.

Dung dịch 0.001 M = 0,394 o/ị =

ỉ 1.82 ma tr ons 30 ml nước cất Lấy 1.285 ml du n a dịch (G) rồi bồ suns nước cất vào cho đu 30 ml được duns dich B Khuấv đều.

Khuây đều đánh siêu âm trons

Cân 69,4 mg pha trong 5 ml

nước cất đươc dune dich E.

Giai đoạn 1: Chế tạo dung dịch mầm (tiến hành ở nhiệt độ phòng)

Lấy 2,5 ml d u n s dịch B, rồi bổ sung 2,5 ml nước cất được 5 ml dung dịch 0.0005 M Bổ sune 5 ml dung dịch CTAB 0,2 M (dung dịch A, đã đánh siêu âm) vào 5 ml dung dịch HAuC14 0,0005 M vừa pha trong một cốc vại, khuấy đều Bổ sung vào dung dịch hồn hợp trên 0,6 ml du ne dịch NaBH4 0,01 M (dung dịch C) ướp lạnh trong nước đá, khi đó nhận được một dune dịch có màu vảng nâu Tiêp tục khuây mạnh d u n g dịch mâm tron? 2 phút Sau đó dung dịch dươc giữ ờ nhiêt dỏ phòng.

Giai đoạn 2: Chê tạo thanh nano Au (tiến hành ờ nhiệt độ phòng)

Lấy 5 cốc, đánh số 1, 2, 3 4, và 5 Đổ vào mỗi cốc 5 rnl dung dịch CTAB 0,2 M (dung dịch A) Bô sung một số ul (như bảng dưới) dung dịch

A g N 0 3 0.004 M (dung dịch D) lần lưọt vào 5 cốc và khuấy nhẹ nhàng Đổ tiếp vào mồi cốc 5 ml d u n s dịch HAưCl4 0.001 M (dung dịch B) khuấy nhẹ nhàng Sau đó bổ sung 70 |il dung dịch ascorbic acid 0,0788 M (dung dịch E) vào mỗi cốc để khử A u3+ thành A u' và sau khi khuấy nhẹ nhàng, dung dịch chuỵen từ màu vàng sam sang không màu (màu của Au") Cuối cùng đô 12 |il dung dịch mầm vào mồi cốc Sau khi đổ dung dịch mầm vào bình phải được giữ bất động, không lẳc và khuấy, để cho mầm phát triển Thông thường màu dung dịch biến đổi từ từ trone 10-20 phút Thanh càng dài, màu biến đôi càng chậm Sau một đêm rất nhiều thanh sẽ được tạo thành (hình 2.2).

(đến 4.7).

H ình 2.2 D u n g d ịch ch ử a các thanh nano và n g c h ế tạo với cá c lư ợ n g bạc n itra t khác

nhau dưới ánh sá n g ban ngày.

2.1.4 Chê tạo thanh nano vàng (Au) từ và n g kim loại bằ n g p ỉv m n g p h á p điện hóa siêu âm

Chê tạo thanh nano vàng băng phương pháp điện hóa siêu âm uược thực hiện như sau:

I _ I H ình 2.3 D ụ n g cụ: 1-Bê siêu ảm, 2- C ốc thuy tinh đ ự n g

d u n g dịch điện p h â n , 3 -C a tỏ t (Pt), 4 -A n ỏ t (Au),

5- N guỏn đ iện

Acetone C H3C O C H3 (58.08 g/

mol)

Khối lượng riêng 0.7908 g/ml

Cyc lohe cxan C6H|2 (84.16 2,'mol) Khối lượnơ riêng 0.779 g mi

Dụng cụ (hình 2.3)

Anot làm b à n e tấm kim loại vàng kích thước (1 cm X 1 cm X 0.05 cm)

và catot làm b ane tấm platin kích thước (1 cm X 1 cm X 0.05 cm) Hai điện cực này được đặt so na song, cố định và cách nhau 1 cm Hai điện cực được nhúng vào một cốc thủy tinh chứa dung dịch điện phân.

25 mỉ dun g dịch điện phân gồm 0.08 M hexadecyltrimethy- lammonium bromide (C TAB) và 83 m e chất hoạt hóa có chứa nhiều liên kết h y d r o p h o b i c hơn CTAB là T e tra d o de cvla m m onium -B ro m id e (TCAB) CTA B không chi đóng vai trò là chàt điện lv hồ trợ cho quá trình điện phân

mà còn có vai trò như là một chất ồn định bề mặt Trước khi tiến hành điện phân chúng ta cho th êm vào hồn hợp trên 2 ml axeton và 1 ml cyclohecxan Sau đó toàn bộ hỗn họp dunơ dịch được đặt vào bể siêu âm c ô n s suất nhỏ ( U L T R A S O N I C LC 30H) và được rung siêu âm tro n s suốt quá trình điện phân Mật độ dò ng điện 15 m A /c m : Nhiệt độ d u n s dịch trong k h o ản e 36-

56 °c í nhiệt độ tối ưu là 44°C) Thời gian điện phân từ 15 phút đến 90 phút.

2 1.5 Chê tạo hạt nano bạc (Ag) bằng phương pháp điện hóa siêu âm

so n ic c o n tro lle r s y ĩic h ro ru z e r

độ dòng điện 20 mA/cm2, cường độ song siêu âm 100 W''cm2 Thời 2Ìan điện phân từ 5 đến 15 phút Sán phẩm được rửa nhiều lần bằng nước cất thu được bằng cách quay ly tâm trona 30 phút dùng máy Hettich Ưniversal

320 9000 rpm.

2.1.6 Chè tạo hạt n a m từ tính FePt băng phương pháp điện hoả siêu âm

Trong công nghệ chế tạo hạt nano từ tính FePt bàng phươne pháp điện hoá siêu âm, hệ điện phân (potentiostat) được nối với máy tạo siêu âm Còi

Ti có đường kính 1.3 cm của máy tạo siêu âm được nhúng vào trona du na dịch điện phân và đóng vai trò như một điện cực âm đế khừ ion Fe, Pt thành kim loại Diện tích cua phần tiếp xúc với duna dịch là thiết diện cua còi siêu âm Phần thân còi Ti được bọc bởi một ống teflon đề tránh tiếp xúc với dung dịch Hệ điện phân/siêu âm được điều khiển bởi một bộ điều xung Trong thí nghiệm cua chúng tôi bộ điều xune sẽ điều khiển hệ điện

phân phát ra xung dòng (xung vuông) với thời gian bật là 0 8 s và thời gian tắt là 0,8 s Ngay khi dòna ngắt, bộ điều xung sẽ khởi động một xung vuông cho máy tạo siêu âm với thời eian bật là 0,25 s N h ư vậy là quá trình khử tạo hạt nano bạc sẽ xảy ra trone 0 , 8 s và naay sau đó một xung siêu âm

sẽ tác dụng để chuyển các hạt nano đang bám trên bề mặt điện cực vào trong dung dịch Thời gian làm việc trune bình để tạo ra một mẫu là 60 phút Máy siêu âm hoạt độna ở tần số 20 kHz với công suất khoảng 100 W/cm2 Nhiệt độ làm việc cùa hệ được siừ ở nhiệt độ phòng Cực dương của hệ điện phân là một dây Pt được đặt ờ đáy cốc Dung dịch điện phân: 1 mM/1 H2PtCl6, 0.1 M/l F e S 0 4, và 0.525 M/í N a; S 0 4 Phản ứng điện hóa xảy ra trong môi trườn? khí N2 đê tránh ôxi hóa.

2.1.7 C hế tạo hạt nơno từ tính FePt bằng p h ư ơ n g p h á p điện ỉĩoá

Phương pháp điện hoá cũng được sử dụng đê chế tạo hạt nano FePt bởi sự đơn giàn của phương pháp này và cho hiệu quả khá cao Sơ đồ hệ điện hoá được trình bày trên hình 2.5.

Tât cả dụng cụ thí nghiệm đêu dược siêu âm rửa sạch băng nước,

tr á n g b ằ n g n ư ớ c cất hai lân rồi sấy k h ô tr ư ớ c khi s ử d ụn g.

Hoà vừa đù 100 ml dung dịch điện phàn bàne, nước cất hai lần sục khí N2, tính toán lượng muối F e S 0 4 H;PtCl6 hoà tan để có tỉ lệ số mol Fe/Pt bằng 100/1, chất keo sừ dụng là polyvinylpyrolidon (PVP) Sục khí N- để đuổi hêt không khí ra khỏi dung dịch tránh khi điện phân hạt tạo thành sẽ bị

không khí xâm nhập Điều khiển chế độ điện hoá để dòng điện đạt 16 mA Thời gian điện phân mỗi xung là 500 ms và nehì trone 300 ms (hình 2.6) Sau khi điện phân xong đê lọc tách hạt ra khói dung dịch chúng tôi đã dùng cách quay ly tâm nhiều lần với dung môi cồn Cô cạn d u n s dịch chúns ta sẽ thu được các hạt nano FePt Đe làm tăne từ độ của các hạt ta đem ủ hạt ờ

Nguồn điện phân được sư dụng là nguồn dòng số có thể điều chình dòng điện cỡ từ vài niA đến vài trăm mA nhờ kết nối với một máy tính Các điện cực là hai lá thép có kích thước l x l cm được gắn cố định trên một thanh nhựa cách nhau 2 cm.

H ìn h 2 6 S ơ đò x u n g d ò n g hệ đ iệ n p h â n

D u n a dịch điện phân ban đâu có mầu vàng, sau m ộ t thời gian điện phân thì ch u y ể n s a n s m à u đen cùng với sự tạo thành của c á c hạt FePt Khi mới tạo thành các hạt FePt kết lại với nhau thành từng đ á m ờ cực ảm rồi rơi dần x u ố n s đáy cốc Thời eian điện phân c à n a lâu các hạt F eP t tạo ra càng nhiều làm cho d u n e dịch c à n s đen hơn.

Các hạt FePí sau khi được tách khỏi d u n g dịch v à c h ấ t keo thì có m àu Jen n h ư n g sau khi ủ thì ch uyển sang m à u nâu có anh k i m do sự kết tinh cùa các hạt.

C á c hạt nan o FePt đư ợc bọc silica và dư ợc chức n ă n g h ó a bề m ặ t b à n s nhóm a m in (x e m m ục 2.3).

2.1.8 C hẻ tạo h ạ t n a n o từ tính C oP t b ằ n g p h ư ơ n g p h á p đ iệ n h o á

P h ư ơ n g p h áp tạo hạt nan o từ tính CoPt b à n s p h ư ơ n g p h á p điện h oá tương tự n hư p h ư ơ n g p h áp tạo hạt nano FePt b à n s p h ư ơ n g p h áp điện h oá

mô tả ở trên Điều khác ở đây là trong nguvên liệu đầu v à o d ù n g muối chứa

th ư ớ c khác nhau từ 30 nni đ ến 60 um.

Phổ nhiễu xạ tia X c h ứ n ? tò các hạt nano vàng có cấ u trúc lập p h ư ơ n g

tâm mặt với h ằ n g số m ạ n g a = 0,4078 nin phù h ọ p tốt với g iá tri ch uẩn của

kim loại v à n g ( P a tte m 4-784, hình 2.7).

Phổ hấp th ụ chi rõ dải hấp thụ do cộng h ư ở n g p l a s m o n bề mặt củ a hạt Iiano vàng, vị trí đình này thay đổi từ 521 nm đến 540 nm t ư ơ n g ứng với kích thước hạt tă n ẹ từ 30 nm đến 60 nm í hình 2.7V

Ả nh T E M chỉ rỏ bàn g các thay đổi lượng chất k h ử tr is o d iu m citrate,

có thê điều khiển kích thước của hạt Khi kích thước hạt tăng, đĩnh dai hấp thụ do cộng h ư ở n g pla sm on bề mặt dịch chuyển về ph ía b ư ớ c s ó n a dài đồng thời độ bán rộng của dải phổ c ũ n a tăng (hình 2 .8).

HRI IW llta /Tiiíl N*l IÍH IINi HRI r.K ;»!«•

H ình 2.8 A n h T E M cùa các hạt nano vàng chẻ tạo b ă n g p h ư ơ n g p h á p hóa k h ử s ứ dụng sodium citrcite với cá c hờm lư ợ n g khác nhau (200, 280, 360 a n d 400 Ị.d) d u n g dịch

kích thước hạt và bước só n g cực đại p h ô hấp thụ p la sm o n bẻ mặt.

Anh TEM của các hạt nano vàn a chê tạo b ă n s p h ư ơ n s pháp hóa khử

sử dụng sodium borohydride cho thây phần lớn các hạt có kích thước cỡ 40

nm Đê găn kêt với các đôi tượ ne sinh học, các hạt v à n s đã được chức năng hóa bề mặt với 4-ATP (C6H7NS) (hình 2.9).

1 j 0 r u

H ình 2.9 A n h T E M cùa các hạt ncmo và n g chẻ tạo b ằ n g p h ư ơ n g p h á p h ó a k h ư s ư d ụ n g sodium borohydride (ảnh trái) và hạt ncrno vàng sa u k h i chứ c n ă n g h ó a bề m ặt với

4 -A TP (C 6 H 7 N S) (ánh phái).

H ình 2.10 Phổ hấp thụ cùa NaBH j, của hạt n a m vàng chế tạo bằng p h ư ơ n g p h á p hóa khư

sử dụng NaBH j, và của hạt vàng sau khi chức năng hóa bê m ặt với 4-A TP (CỏHĩNS).

Sự dịch đình từ 530 nm đến 544 nm trong phô hâp thụ UV-vis của hạt nano vàng chế tạo bằng p h ư ơ n e pháp hó a khử sử d ụ n s N a B H 4 và của hạt vàn g sau khi chức nănơ hóa bề mặt với 4-A T P ( C6H7NS) chứ ng tỏ các hạt vàn g đã được bọc ngoài bởi 4-A T P (hình 2.10).

2.2.2 H ạt nano và n g chẻ tạo băng p h ư ơ n g p h á p quang; hóa

A n h T E M và ảnh nhiễu xạ electron cho thấy các hạt vàn g có cấu trúc tinh thê lập ph ư ơn g tâm mặt Ngoài ra kích th ước của hạt vàn g khá nhỏ, khoảng 10 nm Khi sử d ụ n s TX-100 các hạt v àn g tạo thành k h ô n s kết đám mà tách rời nhau và có dạng phỏ ng câu (hình 2 .1 1 ).

H ìn h 2 1 1 A n h T E M cù a cá c hạt nano v à n g c h ế tạo b ả n g p h ư ơ n g p h á p q u a n g h ó a s ư

d ụ n g bứ c x ọ tia X a) M ầ u c h é tạo từ d u n g dịch H A u C h k h ô n g p h a TX-100, hìn h nho là

a n h nhiêu x ạ e lec tro n c h ứ n g tỏ h ạ t v à n g có cấu trúc lặ p p h ư ơ n g tâm mặt b) M ầ u chê

Phổ hấp thụ cộng hưởns plasmon bề mặt của các hạt vàng chi ra răng khi tăng lượng muối vàng trong dung dịch thì số hạt vàng tạo ra sẽ tăne lẻn, tuy nhiên kích thước của hạt cũns tăng theo Mặt khác, số lượng hạt vàng tạo ra sẽ tăng lên khi tăng thời gian chiếu bức xạ tia X.

2.2.3 Thanh nano vàng chê tạo băng phương pháp nuôi mâm

Giản đô nhiễu xạ tia X chứng tỏ các thanh nano vàng có cảu trúc tinh

thể lập phương tâm mặt với hàng số mạng a = 0,4083 nm.

45 se 55 60 65

2 -T re ta tdegree) a veie n gth (nm )

H ình 2.12 Phô nhiêu x ạ tia X của các thanh nano vàng ch ế tạo b ằ n g p h ư ơ n g p h á p nuôi

m ầm (h'w ' trái) và p h ó hấp thụ cộ ng hưởng plasm on bề mặt, ứ n g với hai loại dao động ngang va dọc cùa p la sm a điện từ cùa m ột số thanh ncmo v à n g có tỳ số hình dạ n g khác

nhau (hình phai).

Phò hàp thụ chỉ rõ các đỉnh hấp thụ do cộng hường plasmon bề mặt ứng với loại dao động ngang (đinh 524.8 nm) và loại dao động dọc của plasma điện tư (các đinh sóng dài từ 627,1 nm đến 692,4 nm) Có thể nhận xét là đinh dao dộng dọc dịch về phía bước sóng dài, khi tỷ sò hình dạng (ty sô chiều dài trẽn chiều rộng) cua thanh vàns tăng, trong khi đo vị tri đình dao động ngang hầu như không thay đổi (hình 2.12 13 14).

H ìn h 2.14 P hô h ấ p th ụ c ộ n g h ư ơ n g p ỉa sm o n bể m ặt củ a th a n h n a m v à n g đ ư ợ c chê tạo

v ớ i các lư ợ n g bạc n itra t kh á c nhau cho th ấ y tỳ số hìn h d ạ n g c ủ a th a n h là kh á c nhau.

2.2.4 Thanh nano vàng chế tạo từ vàng kim loại bằng phương pháp điện hóa siêu âm

Ảnh TEM cho thấy hiệu suất tạo thành thanh nano khá cao và các thanh khá đồne đều tỷ số hình dạng của thanh tập trung giá trị 3 và 4 (hình 2.15) Phò hấp thụ cho thấy khi tănạ thời ơian điện phân, tỷ số hình uạng của thanh thav đổi: chiều dài giảm, chiều rộns tăns Kết quả UV-Vis cho trong hình 2.16.

H ình 2.15 A n h T E M c u a cá c th a n h nano v à n g c h ế tạo từ v à n g kim lo ạ i b ằ n g p h ư ơ n g

p h á p đ iện h ó a s iê u âm C á c th a n h có hình d ạ n g và k ích th ư ớ c đ ồ n g đều H ình nho cho

th à y ty so h ìn h d ạ n g củ a th a n h vào cõ' 3 và 4.

H ình 2.16 P hổ hấp thụ UV-vis của các thanh n a m vàng đư ợc ch ế tạo bằng p h ư ơ n g

p h á p điện hóa siêu âm với các thờ i gian điện p h â n khác nhau.

2.2.5 Thanh nano bạc chê tạo bang phương pháp điện hóa siêu âm

Các vạch nhiễu xạ ứng với các mặt (111), (200) và (220) trên giản đồ nhiễu xạ tia X chỉ rõ hạt nano Á2 có cấu trúc lập phươne tâm mặt và hăng

sổ mạng phù hợp với giá trị chuẩn của kim loại bạc (JCPDS No 4-0783 hình 2.17).

Hình 2 1 7 Giàn đò nhiễu x ạ tia X c u a hạt nano bạc chẻ lạo tro n g điều kiện 5 g, L

AgNOì, 4 0 g / L S D S v ớ i t h ờ i g ia n đ iệ n h ứ a s iê u ả m 1 5 p h ú t.

Ảnh TEM của các hạt nano bạc cho thấy kích thước hạt vào khoàna 8

nm với thời gian điện hóa siêu âm 5 phút và khoảna 20 nm với thời gian 15 phút Khi tăng nồng độ cùa muối bạc (10 g/L ArN0 3) và eiảm nồne độ SDS (5 g/L SDS) hạt nhận được có dạne thanh với chiều rộne 150-200 nm (hình 2.18).

H ình 2.18 H ai ảnh đầu: A n h T E M cùa hạt bạc chế tạo trong điều kiện 1 g/L A g N O ỉ

và 40 g/L S D S với thời gian điện hóa siêu âm khác nhau: (trái) 5 phút, (giữa) 15 phút;

A nh ph ái: T E M củ a thanh bạc ché tạo trong điểu kiện: 10 g/L A g N O ỉ và 5 g/L S D S ;

thời gian điện hóa siêu âm 15 phút.

Phổ hấp thụ UV-vis của các hạt nano bạc chứng tỏ rằne khi hạt có dạnR cầu và kích thước nhò (dưới 20 nm) tron^ phô chỉ tồn tại dải hấp thụ (-401 nm) ứng với dao động ngang plasmon bề mặt, khi hạt có dạne thanh, trong phổ sẽ xuất hiện thêm dải hấp thụ ("811 nm) ứng với dao độne, dọc plasmon hề mặt (hình 2.19).

0 4 0 1

100 i J0 500 Ò00 700 '00 300

\V T 'e ỉe iiạ tli u n n I

Hình 2 19 Phô hân thụ L - V 7 V cua các hạt nuno bạc ch ế tạo tron? cìtnọ thời 2 ị an điện hóa siêu âm 15 p h ú t với các nòng độ tiền chắt khác nhau: ci) ì g/L A g N O j vá 40 g/L SDS: b) 5 g/L AgN O s và 40 gỉL SDS, c) 5 g/L A gN O i vù 20 g/L SDS, d) 5 g L A g N O j va

IO g /L S D S

2.2.6 Hạt nano từ tính FePt chế tạo bằng phư ơ ng p h á p điện hỏa siêu âm

Hình 2.20 cho thấy ảnh TEM và XRD của hạt nano từ tính FePt trước

và sau khi ù Kích thước hạt trước khi ủ khoảng 10 nm nhưng tăng lên 20 -

30 nm sau khi u XRD cho thấy các đình nhiễu xạ thuộc Pt, các đinh của Fe không xuất hiện do kích thước cùa nguvên tử Pt lớn hơn nhiều Fe.

B a n g 2 1 M ột số thông số cùa m áu FePt

ẽ 0

0 )

- 1 0 -20

30

500

6000 1 .SCO ị ỵ j

—o— dM/dH

- O - M _ D_-,_o-c-~-p-

/ /

£

<u 0,004

0,002

0,000

■10000 -5000 0 5000 10000

H (Oe)

Hình 2.21 Đ ường cong từ hoá của mâu FePt đă li.

Tính từ cứn£ của mẫu sau khi ủ được cái thiện đáne kê với lực kháng

từ đạt đến 8500 Oe (hình 2.21).

2.2 7 H ạ t n a n o t ừ tín h F e P t c h ê tạ o b ằ n g p h ư ơ n g p h á p đ iệ n h ó a

Dựa vào phô EDS trên hình 2.22 ta có thể nhận thấy tỉ phần Fe/Pt tron£ mâu là 60/40 Hình 2.23 trình bày giản đỏ nhiêu xạ tia X của mâu FePt trước và sau khi bọc Si(X Ket quả đo nhiễu xạ tia X cho thây các hạt nano FePt có câu trúc tứ £Ìác tâm mặt Giàn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FePt trước và sau khi bọc SiO: £iống nhau.

cps

E n srg y (keV)

trinh 2.22 Phò EDS cua mẫu hạt nano FePí.

Đường cong từ trề của mẫu FePt cho thấy các hạt nano FePt là vật liệu

từ cứns với lực kháns từ Hc khá cao Từ độ ở từ trường cao nhât 13.5 kOe của mẫu FePt cao hơn hẳn so với mẫu FePt/Si02 Điều này giải thích do các hạt FePt đã được bọc một lớp không có từ tính bên ngoài, khối ỉượng của hạt tăng nhưng mômen từ lại không đỏi nên lừ độ bị giảm Lực kháng

từ cua mẫu cao, đạt tới 1 1500 Oe Đây là một giá trị tốt cho các ứng dụne của vật liệu từ cứnR.

H ( 0 e)

H ìn h 2.24 Đ ư ờ n g c o n g từ tr ễ và dM /cìH c u a cá c m au F eP l v à F e P t/S iO j.