Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp và biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗn

to 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 TRĂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH BỀ MẶT NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG MANG THUỐC CHỐNG UNG THƯ LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – Năm 2021 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 TRĂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH BỀ MẶT NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG MANG THUỐC CHỐNG UNG THƯ Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp Mã số chuyên ngành: 62440125 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Nguyễn Đại Hải 2. Nguyễn Công Hào Hà Nội – Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Công trình được thực hiện tại phòng Vật liệu Y sinh - Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và được sự hướng dẫn khoa học của PGS.

Nguyễn Đại Hải và GS. Nguyễn Công Hào. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực, được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngọc Trăm ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.

Nguyễn Đại Hải và GS. Nguyễn Công Hào, những người Thầy đã dành cho tôi sự động viên giúp đỡ tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng đối với tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của Học viện Khoa học và công nghệ đối với tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của trường Đại học Trà Vinh đối với tôi trong quá trình thực hiện luận án. Luận án này được hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu cơ bản của Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED), mã số 104. Sau cùng, tôi xin cảm ơn và thực sự không thể quên được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè và sự động viên, tạo điều kiện của những người thân trong gia đình trong suốt quá trình tôi hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Nguyễn Thị Ngọc Trăm iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU.

Giới thiệu về silica. Keo silica và độ bền của hệ keo. Cấu trúc của nano silica. Tính chất của nano silica.

Phương pháp tổng hợp. Cấu tạo của nano silica cấu trúc rỗng. Tính chất và ứng dụng của nano silica cấu trúc rỗng. Phương pháp tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng.

Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng. THUỐC TRỊ UNG THƯ DOXORUBICIN. Giới thiệu thuốc Doxorubicin. MỘT SỐ POLYMER ĐƯỢC SỬ DỤNG BIẾN TÍNH BỀ MẶT NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG.

Poly ethylene glycol. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 25 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Tình hình nghiên cứu trong nước.

Phương tiện nghiên cứu. Phương pháp xác định tính chất đặc trưng của vật liệu. Phương pháp thực nghiệm. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica rắn.

Tổng hợp hạt nano silica rắn bằng phương pháp đáp ứng bề mặt. Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc lõi – vỏ (SSN@CTAB-SSN). Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng (HMSN). Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với nhóm amin.

Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với mPEG. Biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với Pluronic (F127). Nghiên cứu hiệu quả nang hóa thuốc chống ung thư Doxorubicin (Dox) của các chất mang nano HMSN, HMSN-NH2, HMSN-mPEG, HMSN-F127. Khảo sát tốc độ phóng thích thuốc Doxorubicin của hệ HMSN/Dox, HMSN-NH2/Dox, HMSN-mPEG/Dox, HMSN-F127/Dox.

Nghiên cứu độc tính tế bào đối với các hệ chất mang nano HMSN, HMSN-NH2, HMSN-PEG, HMSN-F127, HMSN/Dox, HMSN-NH2/Dox, HMSN-mPEG/Dox, HMSN-F127/Dox. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano silica rắn. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TEOS.

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ammonia. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ethanol. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ thêm dung dịch ammonia. Kết quả tổng hợp hạt nano silica rắn bằng phương pháp đáp ứng bề mặt. Kết quả tổng hợp hạt nano silica rắn SSN. Đánh giá hình thái cấu trúc hạt nano silica rắn SSN.

Kết quả tổng hợp hạt nano silica cấu trúc lõi – vỏ. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TEOS đến kích thước lớp vỏ 84 3. Mô tả quá trình phủ lớp vỏ silica lên lõi SSN. Kết quả tổng hợp hạt SSN-SSN.

Đánh giá hình thái cấu trúc hạt nano silica SSN@CTAB-SSN/2. Kết quả tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng. Từ hạt SSN@CTAB-SSN. Từ hạt SSN-SSN.

Đánh giá hình thái cấu trúc hạt nano silica cấu trúc rỗng. Kết quả biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với nhóm amin. Kết quả biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với monomethoxyl polyethylene glycol (mPEG). Hoạt hóa monomethoxyl polyethylene glycol (mPEG) bằng 4-Nitrophenyl chloroformate (NPC).

Kết quả biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với mPEG. Kết quả biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với Pluronic. Kết quả hoạt hóa Pluronic (F127) bằng 4-Nitrophenyl chloroformate. Kết quả biến tính bề mặt nano silica cấu trúc rỗng với Pluronic.

Hiệu quả nang hóa thuốc chống ung thư Doxorubicin (Dox) của các chất mang nano HMSN, HMSN-NH2, HMSN-mPEG, HMSN-F127. Kết quả khảo sát tốc độ phóng thích thuốc Doxorubicin của hệ chất mang/thuốc HMSN/Dox, HMSN-NH2/Dox, HMSN-mPEG/Dox, HMSN-F127/Dox. Kết quả độc tính tế bào của chất mang nano dẫn truyền thuốc Dox. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .126 vi DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .128 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

1 vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ viết đầy đủ HMSN Hollow mesoporous silica nanoparticles MSN Mesoporous silica nanoparticles SSN Solid silica nanoparticles MCM-41 Mobil Composition of Materials no. 41 SBA-15 Santa Barbara Amorphous PEG Polyethylene glycol CTAB Cetytrimethylammonium bromide NPC p-nitrophenyl chloroformate APTES (3-aminopropyl)-triethoxysilane TEOS Tetraethoxysilane EPR Enhanced Permeability Resonance CMC Critical Micell Concentration 1 HNMR Proton Nuclear Magnetic Resonance FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy TGA Thermal Gravimetry Analysis DOX Doxorubicin SEM Scanning Electron Microscopy TEM Tranmission Electron Microscopy XRD X-ray Diffraction DLS Dynamic Light Scattering PDI Polydispersity Index XPS X-ray photoelectron spectroscopy BET Brunauer-Emmet-Teller UV-Vis Ultraviolet Visible Spectroscopy RSM Response Surface Methodology BBD Box–Behnken designs viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các loại PEG liên hợp và ứng dụng. Kết quả tổng hợp và biến tính bề mặt của hạt nano silica cấu trúc rỗng.

Danh sách hóa chất sử dụng trong nghiên cứu. Danh sách thiết bị sử dụng trong nghiên cứu. Thông số thí nghiệm được dùng trong nghiên cứu. Các thông số phản ứng được khảo sát.

Giá trị thực nghiệm bởi phần mềm Minitab 16. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến kích thước hạt. Giá trị kết quả thực nghiệm và dự đoán bởi Minitab 16. Phân tích ANOVA cho các mô hình hồi quy.

Bảng kết quả kích thước hạt sử dụng điều kiện mong muốn. Kết quả kích thước hạt SSN@CTAB-SSN tại các. Kích thước hạt và thế zeta của SSN, SSN@CTAB-SSN và HMSN. Kích thước hạt của mẫu HMSN-NH2 tại các tỉ lệ APTES.

Hiệu suất và khả năng mang thuốc Dox (DLE và DLC) .118 ix DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 3. Ảnh hưởng của nồng độ TEOS đến kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của NH3 (0,41 mol/l) và H2O (7,23 mol/l). Ảnh hưởng của nồng độ TEOS đến sự phân bố kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của NH3 (0,41 mol/l) và H2O (7,23 mol/l). Ảnh hưởng của nồng độ ammonia đến kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của TEOS (0,36 mol/l) và H2O (6,90 mol/l).

Ảnh hưởng của nồng độ amonia đến sự phân bố kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của TEOS (0,36 mol/l) và H2O (6,90 mol/l). Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của TEOS (1,49 mol/l) và H2O (28,90 mol/l). Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến sự phân bố kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của TEOS (1,49 mol/l) và H2O (28,90 mol/l). Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của TEOS (0,22 mol/l) và H2O (6,87 mol/l).

Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự phân bố kích thước hạt tại nồng độ ban đầu cố định của TEOS (0,22 mol/l) và H2O (6,87 mol/l). Biểu đồ đáp ứng bề mặt (X1: CTEOS, X2: CNH3, X3: CEtOH, X4: Nhiệt độ). Biểu đồ phân bố kích thước hạt nano silica rắn được tính toán từ dữ liệu DLS. Thế zeta của hạt nano silica rắn SSN.

Thế zeta của hạt SSN trong dung dịch theo thời gian. Giản đồ phân tích nhiệt của SSN. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của SSN. Biểu đồ phân bố kích thước hạt SSN@CTAB-SSN/2 .Thế zeta của hạt nano silica cấu trúc lõi –vỏ SSN@CTAB-SSN/2.

Thế zeta của hạt SSN@CTAB-SSN/2 trong dung dịch. Giản đồ phân tích nhiệt của SSN@CTAB-SSN/2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của SSN@CTAB-SSN. Sự phân bố kích thước hạt được tính toán từ dữ liệu DLS.

Thế zeta của HMSN. Thế zeta của hạt HMSN trong dung dịch theo thời gian. Giản đồ phân tích nhiệt của HMSN. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của HMSN.

Tổng lượng nhóm amin (µg/100mg hạt HMSN-NH2) tại các tỉ lệ khác nhau của APTES. Thế zeta của HMSN và HMSN-NH2 tại các tỉ lệ khác nhau của APTES. Giản đồ phân tích nhiệt của HMSN và HMSN-NH2 tại các tỉ lệ khác nhau của APTES. Đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 của HMSN và HMSN-NH2 tại các tỉ lệ khác nhau của APTES.

Diện tích bề mặt (B) của HMSN và HMSN-NH2 tại các tỉ lệ khác nhau của APTES .Thế zeta của HMSN và HMSN-mPEG. Giản đồ nhiệt trọng trường của mẫu HMSN, mPEG và HMSN-mPEG .