Header Page 1 of 148.

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

NGUYỄN THỊ NGOAN

NGHIÊN CỨU, TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU LAI VÔ
CƠ (Ag, Fe3O4) – HỮU CƠ (CHITOSAN) CẤU TRÚC NANO
ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2016

Footer Page 1 of 148.


Header Page 2 of 148.

Công trình đƣợc hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Trần Đại Lâm
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Nguyễn Tuấn Dung

Phản biện 1: …

nền chitosan cũng hứa hẹn có nhiều ứng dụng sinh học quan trọng do tận
dụng được các đặc tính quý này của chitosan. Các chất gia cường như hạt
nano bạc và nano sắt từ đã và đang thu hút sự chú ý của nhiều nhóm nghiên
cứu trong nước và trên thế giới do mang các tính chất từ và tính chất quang
cũng như kháng khuẩn thú vị đã được sử dụng cho các ứng dụng trong lĩnh
vực y sinh, trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Vật liệu nanocompozit kết hợp
chất gia cường nano bạc, nano sắt từ trền nền polyme chitosan hứa hẹn sẽ
tăng cường ứng dụng của loại vật liệu này trong lĩnh vực y sinh. Chính vì vậy
mục tiêu của luận án này là nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng, định hướng ứng
dụng của hệ vật liệu nanocompozit đa chức năng trên cơ sở kết hợp nano bạc,
nano sắt từ trên cơ sở chitosan nhằm kết hợp các tính chất quý báu riêng rẽ
của các vật liệu thành phần, tạo ra hệ nanocompozit đa chức năng có tiềm
năng ứng dụng trong lĩnh vực y sinh. Đề tài với tên “Nghiên cứu, tổng hợp,
đặc trưng vật liệu lai vô cơ (Ag, F3O4) - hữu cơ (chitosan) cấu trúc nano định
hướng ứng dụng trong y sinh“, được xác định không chỉ có ý nghĩa khoa học
mà còn có ý nghĩa thực tiễn to lớn.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu phương pháp mới, phương pháp hóa học xanh tổng hợp
vật liệu nanocompozit chứa nano bạc, nano sắt từ trên nền chitosan đơn giản,

Footer Page 4 of 148.


Header Page 5 of 148.

hiệu suất cao và giảm ảnh hưởng của tạp chất nhằm tăng khả năng ứng dụng
trong lĩnh vực y sinh.
- Mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu polyme nanocompozit chứa
nano bạc, nano sắt từ trên nền chitosan trong lĩnh vực y sinh ứng dụng các kỹ
thuật hiện đại.

khảo (13 trang).
3. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày tổng quan về (i): Chitosan, curcumin và pylyme
nanocompozit chitosan/kim loại; (ii): hạt nano bạc, tính chất và các phương
pháp chế tạo, ứng dụng trong y sinh, nanocompozit chứa nano bạc trên nền
chitosan (CS/AgNPs): tính chất, ứng dụng và ứng dụng trong y sinh; (iii): Hạt
nano sắt từ, tính chất, ứng dụng trong y sinh, các phương pháp chế tạo,
nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan (CS/MNPs), tính chất
ứng dụng và ứng dụng trong y sinh; (iv): nanocompozit tổ hợp chứa hạt nano
sắt từ và nano bạc, các tính chất, phương pháp chế tạo và ứng dụng trong y
sinh. Từ đó xác định các vấn đề còn tồn tại, tính cấp thiết và triển vọng của
vật liệu nanocompozit đa chức năng có khả năng ứng dụng trong trị liệu kép
ung thư (hoá trị + nhiệt trị).
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu và hóa chất
Chitosan dạng bột đã được xác định trọng lượng phân tử 382KD và độ
deacetyl hóa tương đương: 84,5%, là sản phẩm thuộc Đề tài cấp Viện Hàn
lâm KHCNVN do PGS.TS. Phạm Gia Điền chủ trì (2009 – 2010). Curcumin
độ tinh khiết 95% - Viện Hóa học Công nghiệp. AgNO3, NaBH4 độ tinh khiết
99% xuất xứ Nhật. Fluorescein isothiocyanat, FeCl2.6H2O, FeCl3.4H2O độ
tinh khiết 99% Sigma (Đức). NaOH độ tinh khiết 99%, NH4OH độ tinh khiết
28%, NaNO3, CH3COOH độ tinh khiết 99%, axit xitric độ tinh khiết 98%,
etanol nồng độ 95o, etylaxetat nồng độ 95%, diclometan 95% xuất sứ Trung
quốc.
2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
2.2.1. Phƣơng pháp chế tạo nanocompozit chứa nano bạc trên nền
chiosan (CS/AgNPs)

Footer Page 6 of 148.

xitric 5%, nồng độ khoảng 200 ppm, khuấy đều trong 30 phút.
Bước 3: vải polyeste được ngâm tẩm trong dung dịch nanocompozit
CS/AgNPs 30 phút, sau đó đem sấy nhẹ ở nhiệt độ 40-50 oC trong 2 giờ. Quy

Footer Page 7 of 148.


Header Page 8 of 148.

trình ngâm tẩm vải được thực hiện 3 lần, sau đó sấy khô đến khối lượng
không đổi.
Phƣơng pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs
Cur được hòa tan trong 10 ml etanol, khuấy ở nhiệt độ 500C để Cur tan
hoàn toàn đến bão hòa. Nhỏ từ tử dung dịch Cur vào 50 ml dung dịch
CS/AgNPs 200 ppm, tiếp tục khuấy ở nhiệt độ 50-60 oC đến khi xuất hiện kết
tủa thì dừng quá trình. Tiếp tục khuấy thêm 30 phút tại nhiệt độ đó để dung
môi etanol bay hết, dừng quá trình thu được CS/AgNPs-Cur. Sản phẩm được
tiến hành đo quang phổ hấp thụ UV-vis để xác định khả năng mang Cur.
2.2.2. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền
chitosan (CS/MNPs)
Phƣơng pháp đồng kết tủa
Cân chính xác lượng muối Fe2+ và Fe3+ theo tỷ lệ số mol 1:2, hòa tan hai
muối vào 20 ml nước cất, bổ sung một lượng nhỏ axit HCl nhằm hạn chế sự
thủy phân của muối sắt. Cân 0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit axetic 2%,
khuấy trong 1 giờ ở 50oC. Nhỏ từ từ dung dịch chứa hỗn hợp muối Fe vào
dung dịch CS, khuấy trộn trong 30 phút để thu được dung dịch đồng nhất,
được dung dịch A.
Phƣơng pháp đồng kết tủa sử dụng hệ khuấy trộn trong điều kiện
trơ
Đưa dung dịch A vào trong thiết bị phản ứng như hình 2.3. Trước khi

DCM

80

2

Dung dịch A

15

3

NH4OH

15

Kết quả thu được ở đầu ra sản phẩm CS/MNPs2 có màu đen, các hạt
CS/MNPs2 thu được bằng nam châm ngoài được rửa vài lần với nước cất cho
đến khi trung tính.
Phƣơng pháp oxi hóa kết tủa
0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit acetic 2%, khuấy trong 1giờ tại nhiệt
độ 50 oC. Cân lượng chính xác FeCl2.6H2O hòa tan vào 20 ml H2O đến tan
hoàn toàn. Nhỏ từ tử dung dịch FeCl2 vào dung dịch CS, khuấy đều trong 30
phút, thu được dung dịch A. Cân lượng NaNO3 + NaOH theo phương trình
phản ứng, hòa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn, thu được dung dịch B.
Dưới điều kiện khuấy trộn mạnh và gia nhiệt ở 50-60 oC, nhỏ từ từ dung dịch
B vào hỗn hợp dung dịch A. Quá trình phản ứng được quan sát bởi sự kết tủa
và màu sắc kết tủa tạo thành. Sản phẩm CS/MNPs3 có màu đen được thu
bằng nam châm và lọc rửa đến khi pH về trung tính.
Phƣơng pháp phân tán CS/MNPs trong CS biến tính với chất phát

Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; phân tích EDX trên máy JSM
6490-JED 2300 JEOL - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN;
phương pháp phân tích IR trên máy FTIR NEXUS 670 của hãng NICOLET Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN. Phương pháp xác định
hình thái học của vật liệu: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
thực hiện trên thiết bị JEM 1010 - Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; thiết bị
JEM-1400 Đại học Busan – Hàn Quốc, phương pháp kính hiển vi điện tử
quét xạ trường (FESEM) thực hiện trên thiết bị S4800 của hãng Hitachi (Nhật
Bản), tại Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KHCNVN; thiết bị JSMFooter Page 10 of 148.


Header Page 11 of 148.

6700F tại Đại học Busan – Hàn Quốc; thiết bị Hitachi S-480 tại Viện Vệ sinh
dịch tễ. Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa, lý, sinh của nanocompozit :
phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung - Viện
Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; Phương pháp phổ tử ngoại khả
kiến (UV-vis) được đo trên máy UV-vis Agilent 8453 – Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm KHCNVN; phương pháp phát huỳnh quang trên hệ đo quang, với
máy đô phân giải cao tại phòng thí nghiệm trọng điểm – Viện Khoa học vật
liệu- Viện Hàn lâm KHCNVN và phòng thí nghiệm phân tích huỳnh quang
Đại học Busan – Hàn Quốc. Hệ laze có bước sóng kích thích 300nm và 495
nm từ Trung tâm MEMS – Đại học Busan – Hàn Quốc; phương pháp thử hoạt
tính sinh học – phương pháp đục lỗ thạch được tiến hành tại Viện Hóa học –
Viện Hàn lâm KHCNV.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nanocompozit chứa hạt nano bạc trên nền chitosan (CS/AgNPs)
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình khử Ag+ về Ag hình
thành nanocompozit CS/AgNPs1, CS/AgNP2, CS/AgNP3 trong điều kiện sử
dụng chất khử NaBH4, điều kiện không sử dụng chất khử có gia nhiệt và
trong điều kiện lò vi sóng được khảo sát bằng các phân tích phổ UV-vis.

1.5
1.4

1.0

1.3
0.8
0

20

40
60
Thời gian
(phút)
Thoi gian (ph)

Footer Page 11 of 148.

80

100

120

0

10

20


15

20

25

Thoi(giờ)
gian (h)
Thời gian

Hình 3.1. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của CS/AgNPs vào thời gian khử:
(A) CS/AgNPs1, (B) CS/AgNPs3; (C) CS/AgNPs; (D) Ảnh chụp dung dịch
chứa CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 sau khi bổ sung HCl
Phương pháp khử sử dụng NaBH4 (hình 3.1.A): Tại λmax 413 nm ABS
tăng nhanh trong 30 phút đầu, sau đó hầu như không tăng. Như vậy, phản ứng
khử Ag+ thành Ag diễn ra nhanh do NaBH4 là chất khử mạnh. Kết quả tương
đồng với tài liệu đã công bố.
Phương pháp gia nhiệt (hình 3.1C): tại λmax 400 nm trong 9 giờ đầu,
cường độ hấp thụ tăng nhanh theo thời gian phản ứng, sau đó hầu như tăng
không đáng kể. Do đó, chúng tôi lựa chọn 9 giờ là thời gian để tiến hành phản
ứng.
Phương pháp sử dụng lò vi sóng (hình 3.1B): Tại λmax 433 nm độ hấp
thụ quang tăng nhanh theo thời gian phản ứng trong 10 phút đầu tiên, sau đó
hầu như không tăng. Có thể kết luận 10 phút là thời điểm kết thúc phản ứng.
Hình 3.1D so sánh cả 2 mẫu CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 với thuốc thử
là ion Cl-, kết quả thu được âm tính, cả 2 dung dịch trong suốt, không xuất
hiện kết tủa. Điều này chứng tỏ AgNO3 đã phản ứng hết (Ag+ đã bị khử hoàn
toàn thành Ago). Phương pháp khử bằng CS trong lò vi sóng chứng tỏ ưu
điểm hơn hẳn, khả năng khử mạnh trong thời gian ngắn, sản phẩm có độ tinh

0,2
0,1
0,0
4000

CS
3500

3000

2500 2000
Số sóng (cm-1)

1500

1000

500

Hình 3.2. Phổ IR của nanocompozit CS/AgNPs và CS

Góc nhiễu xạ 2θ

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của CS/AgNPs

Footer Page 13 of 148.


Header Page 14 of 148.


phân biệt được sự khác nhau về kích thước của ba loại nanocompozit, cần
quan sát trên ảnh TEM với độ phân giải cao hơn (hình 3.5).
(a)

A

5

counts
Số
hạt

4

3

2

1

20 nm

0
0

5

10

15


0

20 nm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1
0
1

20 nm

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

15


Trên phổ hấp thụ UV-vis của CS/AgNPs1, CS/AgNPs2, CS/AgNP3.
Phổ hấp thụ thể hiện cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance
– SPR), các pic 400 nm, 413 nm và 433 nm là cực đại hấp thụ ánh sáng của
dung dịch chứa CS/AgNPs2, CS/AgNPs1 và AgNPs3. Thay đổi màu sắc của
dung dịch tương ứng với cường độ hấp thụ trên phổ UV-vis của các dung dịch
chứa 3 loại nanocompozit CS/AgNPs. Mẫu CS/AgNPs1, CS/AgNPs3 có
cường độ hấp thụ cao hơn nhiều so với mẫu CS/AgNPs2 nên phương pháp
khử hóa học sử dụng NaBH4 và phương pháp khử trong lò vi sóng hiệu quả
hơn phương pháp gia nhiệt.
Hoạt tính sinh học
CS/AgNPs3 được đưa lên vải theo quy trình như phần 2.2.3, vải sau khi
được ngâm tẩm sấy đến khối lượng không đổi. Đem cân trên cân phân tích
Footer Page 16 of 148.


Header Page 17 of 148.

xác định lượng nanocompozit đã bám dính trên bề mặt vải và tính trung bình
cho 1 cm2. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.
- Hàm lượng nanocompozit CS/AgNPs trung bình trên 1cm2 vải:
0,07752  0,07224  0,08204
 0,07727(mg / cm 2 )
3

Mẫu vải polyeste sau khi tẩm CS/AgNPs2; CS/AgNPs3 được phân tích
FESEM, kết quả trình bày trên hình 3.7:

A

B

CS/AgNPs3
Vi
và
mốc

khuẩn
nấm Bs

CS/AgNPs3 33

IC50 (ppm)
Ec

Pa

Ca

Se

Lac

>50

9,33

>50

>50

>50

chế mang thuốc của nanocompozit dựa vào phức hợp Cur với lớp CS bọc
xung quanh AgNPs làm tăng độ phân tán của Cur trong dung dịch.

Footer Page 19 of 148.


Header Page 20 of 148.

Hình 3.9B chỉ ra kết quả định tính Cur trên sắc ký bản mỏng với hệ khai
triển diclometan: metanol = 9: 0,5, ái lực của hệ dung môi trên với Cur chuẩn
và cur trong CS/AgNPs-Cur tạo vết có cùng giá trị Rf (Rf = 0.8). Điều này
chứng minh cho giả thiết Cur chỉ tạo phức hợp và bị hấp phụ bởi lớp CS như
đã được đưa ra trong một công bố của chúng tôi có liên quan đến khả năng
mang Cur của nano chitosan và không có liên kết hóa học được hình thành
giữa CS/AgNPs và Cur.
Hình 3.9C phổ UV-vis xác định được λmax của CS/AgNPs và CS/AgNPsCur lần lượt là 413 nm và 449 nm. Sự chuyển dịch về phía bước sóng dài khi
có mặt Cur được lý giải do tương tác bề mặt của AgNPs và các phân tử Cur.
Đồng thời cường độ hấp thụ quang cũng tăng lên so với CS/AgNPs. Điều này
chứng tỏ có thể sử dụng Cur như một chất phát quang, nhằm nghiên cứu cơ
chế hoạt động của các hệ mang thuốc cũng như khả năng hướng đích và lưu
trữ thuốc của tế bào ung thư.
3.3. Nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan
Đặc trƣng cấu trúc
Cấu trúc tinh thể của các mẫu CS/MNPs1, CS/MNPs2, CS/MNPs3 được
xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) trình bày trên hình 3.10.
120

(311)

CS/MNPs1

30

35
40
Góc nhiễu
xạ
(2θ) 45

50

55

60

Diffraction angle -2*theta (degree)

Footer Page 20 of 148.

65

70


Header Page 21 of 148.

Hình 3.10: Giản đồ XRD của nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và
CS/MNPs3
Trên hình 3.10 các pic thu được tại 220, 311, 400, 511 và 440 (được
quan sát ở tất cả các mẫu) đặc trưng cho Fe3O4. Các pic trong phổ XRD của
CS/MNPs so sánh với phổ chuẩn trong ngân hàng JCPDS chỉ ra độ sạch của

Dạng hình cầu có năng lượng bề mặt cao hơn và khả năng liên kết bề mặt lớn
hơn so với dạng hình đa diện, chính vì vậy CS/MNPs dạng hình cầu sẽ được
sử dụng làm nhân cho hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs (chứa AgNPs và
MNPs trên nền CS).
Hình thái học của vật liệu CS/MNPs2, FMNPs-M1 và FMNPs-M2 được
phân tích ảnh TEM. Kết quả trình bày trên hình 3.12.
CS/

Footer Page 22 of 148.

CS/


Header Page 23 of 148.

FMNPs -

FMNPs -

Hình 3.12: Ảnh TEM của CS/MNPs2, FMNPs-M1 và FMNPs - M2
Ảnh TEM cho thấy thành phần nano có dạng hình cầu có kích thước từ
20-50 nm khẳng định kết quả phân tích FESEM. Với độ phân giải cao, có thể
quan sát thấy MNPs có độ tương phản tối màu tương phản rõ rệt so với lớp vỏ
CS sáng màu bao bọc bên ngoài, dày khoảng 2 nm. Lớp vỏ bọc CS tạo hiệu
ứng không gian với tác dụng chính là bền hóa và ngăn các hạt nano tương tác
kết tụ với nhau do năng lượng bề mặt lớn. Qua nhóm chức –COOH, FITC
liên kết một phần với các nhóm -NH2 trong phân tử của CS tạo thành phức
hợp CS-FITC bao quanh hạt MNPs. Ảnh TEM của FMNPs cho thấy lớp vỏ
bao quanh hạt FMNPs tăng lên 2-3 nm. Các hạt có xu thế co cụm hơn do
nhóm COOH trong phân tử FITC có tác dụng như tác nhân khâu mạch.


0

Từ trường HH(Oe)
(Oe)

5000

10000

Hình 3.13: Từ độ bão hòa của nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và
CS/MNPs3
Từ hình 3.13 có thể xác định được từ độ bão hòa của các nanocompozit
CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3 tương ứng là 79,1emu/g, 69 emu/g,
59,3 emu/g.
CS/MNPs3 có từ độ bão hòa tương đối thấp, điều này được giải thích do
kích thước hạt không đồng đều (hình 3.10).
CS/MNPs1 tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa trong môi trường
khí trơ N2, có kết quả từ độ bão hòa cao nhất 79,1 emu/g, cao hơn kết quả đã
công bố là dưới 70emu/g [17]. Có thể dòng khí trơ N2 đã có tác dụng giúp
ngăn quá trình oxy hóa muối sắt của oxy không khí, cải thiện từ độ bão hòa
của vật liệu.
CS/MNPs2 chế tạo trong kênh vi lưu cũng cho kết quả 69 emu/g, tuy
không sử dụng khí trơ nhưng pha từ hình thành trong kênh vi lưu được điều
tốt, từ độ bão hòa tuy thấp hơn CS/MNPs1 nhưng kích thước hạt đồng đều,
mặt khác từ độ đạt 69emu/g là tương đối cao so với tài liệu đã công bố. Vật
liệu từ tính chế tạo lần đầu tiên trên kênh vi lưu cho kết quả khả quan, mở ra
hướng chế tạo mới cho loại vật liệu này.

Footer Page 24 of 148.