Hạt nano đa chức năng Fe3O4-Ag-ZnS:Mn và phát hiện tế bào ung thư - Luận án TS, Chu Tiến Dũng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHU TIẾN DŨNG HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRÊN CƠ SỞ Fe3O4 – Ag – ZnS:Mn VÀ THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN TẾ BÀO UNG THƯ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHU TIẾN DŨNG HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRÊN CƠ SỞ Fe3O4 – Ag – ZnS:Mn VÀ THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN TẾ BÀO UNG THƯ Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62440104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Hoàng Nam 2. Trần Thị Hồng HÀ NỘI – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của các giảng viên hướng dẫn. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án được thực hiện trong quá trình thực hiện luận án và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Các số liệu, thông tin, minh chứng và so sánh kết quả từ các nguồn tài liệu tham khảo chỉ phục vụ cho mục đích học thuật và đã được trích dẫn tài liệu theo đúng quy định. Tác giả luận án Chu Tiến Dũng LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS. Nguyễn Hoàng Nam, PGS. Trần Thị Hồng những người thầy, cô đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án.

Lời cảm ơn chân thành của tôi xin được gửi tới GS. Nguyễn Hoàng Lương, NCS Lưu Mạnh Quỳnh và các thầy cô tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Bộ môn Vật lý Chất rắn - Khoa Vật lý đã cho tôi những lời khuyên, góp ý hữu ích trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy PGS. Nguyễn Quang Hòa, ThS.

Vương Văn Hiệp, ThS. Sái Công Doanh đã giúp đỡ tôi đo đạc, khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Đình Thắng - Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ enzym và protein, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Trường ĐHKHTN), Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN); PGS.

Hoàng Thị Mỹ Nhung - Khoa Sinh học, ĐHKHTN, ĐHQGHN và PGS. Chử Đức Trình, TS. Bùi Thanh Tùng - Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN đã giúp đỡ tôi nguồn tế bào, cũng như quá trình thử nghiệm phát hiện và đánh dấu tế bào. Lời cảm ơn sâu sắc xin được gửi tới giáo sư Dong-Hyun Kim, Khoa Vật lý, Trường Đại học Quốc gia ChungBuk, Hàn Quốc đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi một số phép đo khảo sát vật liệu nano đa chức năng.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học, Trường ĐHKHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các đồng nghiệp, Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Khoa học Cơ bản, Ban chủ nhiệm bộ môn Vật lý - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án. Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ, các anh chị em trong gia đình tôi và đặc biệt là vợ và các con của tôi đã luôn luôn ủng hộ tôi về mọi mặt để tôi có thể hoàn thành luận án của mình. Tác giả luận án Chu Tiến Dũng MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục.

i Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. iv Danh mục các bảng. vi Danh mục các hình vẽ và đồ thị. vii MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO, ỨNG DỤNG TRONG Y - SINH HỌC.

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC 7 1. Hạt nano từ tính và ứng dụng. Hạt nano kim loại quý và ứng dụng. Hạt nano bán dẫn và ứng dụng.

HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG. Phương pháp chế tạo hạt nano đa chức năng. Ứng dụng của hạt nano đa chức năng. Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình chế tạo vật liệu.

TẾ BÀO UNG THƯ VÀ CƠ CHẾ PHÁT HIỆN, BẮT CẶP TẾ BÀO UNG THƯ. Ung thư và các tế bào ung thư. Cơ chế hạt nano phát hiện và bắt cặp với tế bào ung thư .37 Kết luận chương 1: .41 Chương 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VẬT LIỆU. CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO ĐA CHỨC NĂNG VÀ THỬ NGHIỆM PHÁT HIỆN, ĐÁNH DẤU TẾ BÀO.

Danh mục các hóa chất và thiết bị chính sử dụng chế tạo vật liệu. Chế tạo các loại hạt nano đơn tính chất. Chế tạo vật liệu nano đa chức năng từ tính - kim loại, từ tính - bán dẫn trên nền silica. Chế tạo vật liệu nano composite đa chức năng từ tính - kim loại Fe3O4/Ag.

Chế tạo vật liệu nano composite đa chức năng từ tính - kim loại trên nền silica Fe3O4@SiO2 /Ag. Thử nghiệm sử dụng các hạt nano composite đa chức năng trong phát hiện và đánh dấu tế bào ung thư da và ung thư phổi. CÁC PHÉP ĐO THỰC NGHIỆM. Nhiễu xạ tia X.

Hiển vi điện tử truyền qua, hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao và nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng. Phổ tán sắc năng lượng tia X. Phổ quang điện tử tia X. Phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến.

Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier. Tán xạ Raman và tán xạ Raman tăng cường bề mặt. Xác định tính chất quang của vật liệu bằng hệ đo huỳnh quang. Xác định tính chất từ của vật liệu bằng hệ đo từ kế mẫu rung.

Chụp ảnh hiển vi trường sáng - trường tối .62 Kết luận chương 2: .63 Chương 3: HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TRÊN NỀN SILICA: Fe3O4-Ag@SiO2 VÀ Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2. HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TỪ TÍNH - KIM LOẠI TRÊN NỀN SILICA (Fe3O4-Ag@SiO2). Cấu trúc và thành phần pha của vật liệu nano đa chức năng Fe3O4-Ag@SiO2. Hình thái và kích thước của vật liệu nano đa chức năng Fe3O4-Ag@SiO2.

Các tính chất của vật liệu nano đa chức năng Fe3O4-Ag@SiO2. HẠT NANO ĐA CHỨC NĂNG TỪ TÍNH - BÁN DẪN TRÊN NỀN SILICA (Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2). Hạt nano bán dẫn ZnS tạp Mn (ZnS:Mn) với tỉ lệ nồng độ pha tạp ion Mn2+ khác nhau. Cấu trúc và thành phần pha của vật liệu nano đa chức năng Fe3O4 - ZnS:Mn@SiO2.

Hình thái và kích thước của vật liệu nano đa chức năng Fe3O4- ZnS:Mn@SiO2. Các tính chất của vật liệu nano đa chức năng Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2 .87 Kết luận chương 3: .91 Chương 4: VẬT LIỆU NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4 /Ag, Fe3O4@SiO2/Ag VÀ THỬ NGHIỆM ĐÁNH DẤU TẾ BÀO. HẠT NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4/Ag. Hạt nano composite Fe3O4/Ag chế tạo tại các pH khác nhau.

Hạt nano composite Fe3O4/Ag với lượng tiền chất APTES khác nhau. HẠT NANO COMPOSITE ĐA CHỨC NĂNG Fe3O4@SiO2/Ag. Hạt nano composite Fe3O4@SiO2/Ag với nồng độ AgNO3 khác nhau. Hạt nano composite Fe3 O4 @SiO2 /Ag nhờ thủy phân - ngưng tụ TEOS, APTES đồng thời.

CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU NANO Fe3O4/Ag VÀ Fe3O4@SiO2/Ag ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ ĐÁNH DẤU TẾ BÀO. Kết quả sử dụng nano composite Fe3O4/Ag để phát hiện và đánh dấu tế bào ung thư da SK-Mel 28 và da thường Hacat. Kết quả sử dụng nano composite Fe3O4/Ag, Fe3O4@SiO2/Ag để phát hiện, bắt cặp và đánh dấu tế bào ung thư phổi A549. 126 Kết luận chương 4.

132 KẾT LUẬN CHUNG. 134 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. 135 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

138 PHỤ LỤC iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 4ATP : 4-aminothiophenol Anti- EGFR : Anti - Epidermal growth factor receptor – Kháng thể thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì AOT : Bis(2-ethylhexyl) Sulfosuccinate Sodium Salt Aptamer : là các sợi đơn DNA, RNA hay oligonucleotide. Có cấu trúc: ACGCT CGGAT GCCAC TACAG GGTTG CATGC CGTGG GGAGG GGGGT GGGTT TTATA GCGTA CTCAG CTCAT GGACG TGCTG GTGAC 5’-(CH2)6-SH APTES : (3-aminopropyl) triethoxysilane (C2H5-O)3-Si-(CH2)3 –NH2 BSA : Bovine serum albumin (Huyết thanh bò) Brij30 : Polyoxyethylene(4) lauryl ether Brij58 : Polyoxyethylene (20) cetyl ether CS : Chitosan CT : Computed tomography - chụp cắt lớp vi tính EDC : 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide EDS : Energy dispersive x-ray spectroscopy - Tán sắc năng lượng tia X EG : Ethylene glycol EGFR : Epidermal growth factor receptor - Thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì FDA : The Foods and Drug Administration - Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm của Hoa Kỳ Fe3O4-Ag@SiO2 : Hạt nano Fe3O4 và Ag-4ATP được gói đồng thời trên nền SiO2 Fe3O4/Ag : Nano Ag được liên kết với bề mặt Fe3O4 chức năng hóa với -NH2 Fe3O4@SiO2/Ag : Nano Ag được liên kết với bề mặt của Fe3O4@SiO2 chức năng hóa với -NH2 Fe3O4-ZnS:Mn@SiO2 : Hạt nano Fe3O4 và ZnS:Mn được gói đồng thời trên nền SiO2 FRET : Fluorescence resonance energy transfer - Truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang FTIR : Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier HC : Lực kháng từ Her : Human epidermal growth factor receptor - Thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì người iv Her-2 : Human epidermal growth factor receptor 2 - Thụ thể yếu tố tăng trưởng thượng bì người loại 2 HRTEM : High Resolution Transmission Electron Microscopy - Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao IARC : The International Association of Registries Cancer - Cơ quan nghiên cứu quốc tế về ung thư Igepal CO-520 : Polyoxyethylene (5) nonylphenyl ether - (C2H4O)n .C15H24O, n~5 Igepal CO-720 : Polyoxyethylene (12) nonylphenyl ether - (C2H4O)n.C15H24O, n = 10,5-12 LSPR : Localized surface plasmonic resonance - Cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ Mr : Từ dư MRI : Magnetic Resonance Imaging - Hình ảnh chụp cộng hưởng từ MS : Từ độ bão hòa kỹ thuật (ở nhiệt độ phòng) PET : Positron Emission Tomograpgy - Chụp cắt lớp phát positron PL : Photoluminescence - Phát huỳnh quang PVP : Poly(vinylpyrrolidinone) SAED : Selected area electron diffraction - Nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng SDS : Sodium dodecyl sulfate SERS : Surface enhanced Raman scattering - Tán xạ Raman tăng cường bề mặt SPECT : Single photon emission computed tomography - Chụp cắt lớp phát đơn photon TEM : Transmission Electron Microscopy - Hiển vi điện tử truyền qua TEOS : Tetraethyl orthosilicate THG : Third harmonic generation - Phát họa ba bậc ba VSM : Vibrating sample magnetometer - Từ kế mẫu rung WHO : World Health Organization - Tổ chức y tế thế giới XPS : X-ray Photoelectron Spectroscopy - Phổ quang điện tử tia X XRD : X-ray diffraction - Nhiễu xạ tia X v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.