Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THỊ TRANG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HỆ VẬT LIỆU NANO LAI TRÊN CƠ SỞ ÔXÍT SẮT NHẰM ỨNG DỤNG TRONG HẤP PHỤ VÀ Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THỊ TRANG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HỆ VẬT LIỆU NANO LAI TRÊN CƠ SỞ ÔXÍT SẮT NHẰM ỨNG DỤNG TRONG HẤP PHỤ VÀ Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 62440123 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ THỊ TÂM PGS. NGUYỄN VĂN QUY Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Thị Tâm và PGS.

Nguyễn Văn Quy đã dìu dắt và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Ngọc Phan (Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ-AIST) đã tận tình chỉ bảo và đóng góp các ý kiến khoa học bổ ích cho tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.

Lê Anh Tuấn (Viện AIST), TS. Trần Quang Huy (Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc, Viện Vệ sinh và Dịch tễ Trung ương (NIHE)) đã luôn hỗ trợ, động viên và góp ý trong quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi xin được cảm ơn Viện Dược liệu Quốc gia tại Hà Nội đã hỗ trợ tôi thực hiện nội dung thử nghiệm ức chế tế bào ung thư. Tôi cũng xin cảm ơn tập thể các thầy cô giáo và các cán bộ Viện AIST luôn động viên khích lệ trong quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại Viện.

Xin cảm ơn các nghiên cứu sinh và học viên cao học nhóm Neb-research đã luôn cổ vũ tinh thần trong thời gian nghiên cứu và làm các thí nghiệm của luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ nói riêng và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Vật Lý-Lý Sinh nói riêng và Học Viện Quân Y nói chung đã luôn ủng hộ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ của mình. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ tài chính bởi Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED) thuộc đề tài mã số “103.19” và Đề tài cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo mã số “B2014-01-73”.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình luôn luôn sát cánh cùng tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. Xin cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp đã động viên cổ vũ giúp tôi có thêm động lực hoàn thành luận án này. Tác giả Vũ Thị Trang i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Thị Tâm và PGS.

Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 T/M tập thể giáo viên hướng dẫn Tác giả TS. Lê Thị Tâm Vũ Thị Trang ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ.

viii LỜI NÓI ĐẦU. 1 Chương 1: TỔNG QUAN. Vật liệu nano ôxít sắt (IONPs = Fe3O4, -Fe2O3, -Fe2O3). Cấu trúc, chế tạo và tính chất từ của vật liệu IONPs.

Ứng dụng của vật liệu IONPs trong hấp phụ và y sinh học. Trong hấp phụ. Trong y sinh học. Vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt.

Vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt với bạc. Vật liệu nano Ag. Chế tạo vật liệu nano lai IONPs-Ag. Ứng dụng của vật liệu nano lai IONPs-Ag.

Vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt và carbon. Vật liệu nano carbon. Chế tạo vật liệu nano lai IONPs@C. Ứng dụng của vật liệu nano lai IONPs@C.

Kết luận chương 1. 30 Chương 2: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO LAI -Fe2O3-Ag VÀ THỬ NGHIỆM Y SINH. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm.

Quy trình chế tạo cấu trúc nano lai -Fe2O3-Ag. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn và ức chế tế bào ung thư của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag. Hình thái, cấu trúc và tính chất từ của vật liệu nano lai -Fe2O3-Ag. Hình thái của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag.

Phân tích cấu trúc của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag. Tính chất từ của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag. Khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag. Hoạt tính ức chế sự phát triển vi khuẩn Salmonella enteritidis.

Hoạt tính ức chế sự phát triển vi khuẩn Klebsiella pneumoniae. Hoạt tính ức chế sự phát triển vi khuẩn Shigella flexneri. Khả năng ức chế tế bào ung thư phổi A549 ở người của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag. Kết luận chương 2.

54 Chương 3: VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4-Ag, THỬ NGHIỆM KHÁNG KHUẨN VÀ PHÂN TÁCH TẾ BÀO VI KHUẨN. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu. Hóa chất và quy trình chế tạo. Quy trình chế tạo cấu trúc nano Fe3O4 và cấu trúc nano lai Fe3O4-Ag.

Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano lai Fe3O4-Ag. Khảo sát khả năng bắt cặp-phân tách vi khuẩn của hạt nano Fe3O4 và hạt nano lai Fe3O4-Ag. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nano lai. Hình thái của hạt nano Fe3O4 và hạt nano lai Fe3O4-Ag.

Phân tích cấu trúc Fe3O4 và Fe3O4-Ag bằng giản đồ nhiễu xạ tia X. Tính chất từ của hạt nano Fe3O4 và hạt nano lai Fe3O4-Ag. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của phức hợp Fe3O4@APTES, Fe3O4-Ag@APTES dùng trong khảo sát phân tách vi khuẩn. Khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano lai Fe3O4-Ag.

Phương pháp khuếch tán đĩa giấy. Phương pháp khuếch tán trực tiếp dùng Fe3O4-Ag. Khả năng bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis của phức hợp Fe3O4@APTES@Ab và Fe3O4-Ag@APTES@Ab. Kết quả bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis dùng phức hợp Fe3O4@APTES@Ab.

Kết quả bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis dùng phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab. Kết luận chương 3. 85 Chương 4: CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO LÕI VỎ -Fe2O3@C ỨNG DỤNG HẤP PHỤ ION Cr(VI) TRONG NƯỚC. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm.

Chế tạo hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C. Quy trình khảo sát khả năng hấp phụ ion Cr(VI) trong nước bằng phương pháp phân tích đo quang (UV-vis). Quy trình giải hấp phụ, tái sử dụng vật liệu -Fe2O3@C. Phân tích cấu trúc và tính chất từ của hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C.

Hình thái học của hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C. Tính chất từ của hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cr(VI) trong nước của vật liệu - Fe2O3@C.

Sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ Cr(VI). Các thông số ảnh hưởng khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của - Fe2O3@C. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của -Fe2O3@C. Động học quá trình hấp phụ ion Cr(VI) của -Fe2O3@C.

Nghiên cứu khả năng giải hấp phụ và tái sử dụng hạt nano lõi vỏ - Fe2O3@C. Kết luận chương 4. 114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

117 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. EDX/EDS : phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 2. HRTEM : kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (High resolution transmission electron microscopy) 3. ppm : một phần triệu (Part per million) 4.

SAED : giản đồ nhiễu xạ điện tử chọn lọc vùng (Selected-area electron diffraction) 5. TEM : hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy) 6. XRD : giản đồ nhiễu xạ tia X (X-ray powder diffraction) 7. FFT : Fourier biến đổi nhanh (fast Fourier transform) 8.

fcc : lập phương tâm mặt (Face-centered cubic) 9. XPS : quang phổ điện tử tia (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 10. IC50 : nồng độ ức chế 50% (Inhibitory concentration 50%) 11. IU : IU (International Unit) đơn vị đo lường các giá trị của một chất, dựa trên hoạt động sinh học có hiệu lực.

IONPs : hạt nano ôxít sắt (iron oxide nanoparticles) 13. UV-vis : quang phổ tử ngoại khả kiến (Ultraviolet-visible spectroscopy) 14. MTT : chất màu 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide 15. APTES : 3-Aminopropyl triethoxysilan 16.

PVA : polyvinyl alcohol 17. ELISA : kỹ thuật miễn dịch trên cơ sở liên kết enzyme (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) 18. MRI : chụp cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging) 19. SERS : tăng cường tán xạ Raman bề mặt (surface-enhanced Raman scattering) 20.

PBS : dung dịch đệm Phosphate (Phosphate Buffer Solution) 22. ZOI : vùng ức chế (zone of inhibition) 23. ROS : các gốc tự do chứa ôxy (reactive oxygen species) 24. FTIR : phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier transform infrared) 25.

Ab : kháng thể (antibody) 27. FBS : huyết thanh bò (Fetal Bovine Serum) 28. DMEM : môi trường nuôi cấy tế bào (Dulbecco's Modified Eagle Medium) 29. DMSO : dimethyl sulfoxide-(CH3)2SO 30.

VSM : từ kế mẫu rung (vibrating sample magnetometer) 31. DI : khử ion (de-ionized) vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tổng hợp điều kiện chế tạo mẫu -Fe2O3 bằng phương pháp thủy nhiệt .2: Tổng hợp điều kiện chế tạo mẫu -Fe2O3-Ag bằng phương pháp thủy nhiệt .3: Hoạt tính kháng khuẩn thử nghiệm với các chủng vi khuẩn khác nhau.4: Kết quả ức chế tế bào ung thư của hạt nano -Fe2O3, hạt nano Ag và hạt nano lai α-Fe2O3-Ag .1: Tổng hợp điều kiện chế tạo mẫu Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa .2: Tổng hợp các điều kiện chế tạo mẫu Fe3O4-Ag bằng phương pháp thủy nhiệt .1: Tổng hợp điều kiện chế tạo mẫu -Fe2O3@C bằng phương pháp thủy nhiệt.2: Các thông số thể hiện tính chất từ của vật liệu nano lai -Fe2O3@C.3: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ Cr(VI) ban đầu.4: Các thông số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir .5: Phân loại sự phù hợp của mô hình đẳng nhiệt dựa trên tham số RL [140] .6: Giá trị tham số cân bằng RL của quá trình hấp phụ ion Cr(VI) ở các nồng độ khác nhau bằng -Fe2O3@C .7: Sự phụ thuộc Lnqe vào LnCe trong mô hình Freundlich của Cr(VI).8: Các thông số của phương trình đẳng nhiệt Freundlich.9: So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của -Fe2O3@C với các cấu trúc khác .