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:

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. TS. Nguyễn Văn Quy. 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
T/M tập thể giáo viên hướng dẫn

tháng

năm 2017

Tác giả

Vũ Thị Trang

TS. Lê Thị Tâm

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii

iii


2.3. Hình thái, cấu trúc và tính chất từ của vật liệu nano lai -Fe2O3-Ag ........ 38
2.3.1. Hình thái của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag ........................................... 38
2.3.2. Phân tích cấu trúc của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag ............................. 43
2.3.3. Tính chất từ của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag....................................... 44
2.4. Khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag ........................ 46
2.4.1. Hoạt tính ức chế sự phát triển vi khuẩn Salmonella enteritidis ............. 46
2.4.2. Hoạt tính ức chế sự phát triển vi khuẩn Klebsiella pneumoniae ........... 47
2.4.3. Hoạt tính ức chế sự phát triển vi khuẩn Shigella flexneri ...................... 48
2.5. Khả năng ức chế tế bào ung thư phổi A549 ở người của vật liệu nano lai
α-Fe2O3-Ag ..................................................................................................... 51
2.6. Kết luận chương 2 ................................................................................... 54
Chương 3: VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4-Ag, THỬ NGHIỆM KHÁNG KHUẨN VÀ
PHÂN TÁCH TẾ BÀO VI KHUẨN ........................................................................ 55
3.1. Mở đầu..................................................................................................... 55
3.2. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu ....................................... 57
3.2.1. Hóa chất và quy trình chế tạo ............................................................... 57
3.2.2. Quy trình chế tạo cấu trúc nano Fe3O4 và cấu trúc nano lai Fe3O4-Ag . 57
3.2.3. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano lai Fe3O4-Ag........... 60
3.2.4. Khảo sát khả năng bắt cặp-phân tách vi khuẩn của hạt nano Fe3O4 và
hạt nano lai Fe3O4-Ag ........................................................................... 62
3.3. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nano lai ............................................... 66
3.3.1. Hình thái của hạt nano Fe3O4 và hạt nano lai Fe3O4-Ag ....................... 66
3.3.2. Phân tích cấu trúc Fe3O4 và Fe3O4-Ag bằng giản đồ nhiễu xạ tia X ..... 67
3.3.3. Tính chất từ của hạt nano Fe3O4 và hạt nano lai Fe3O4-Ag .................. 69
3.3.4. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của phức hợp Fe3O4@APTES,
Fe3O4-Ag@APTES dùng trong khảo sát phân tách vi khuẩn ............... 70
3.4. Khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano lai Fe3O4-Ag ........................... 73

4.4.4. Động học quá trình hấp phụ ion Cr(VI) của -Fe2O3@C .................... 108
4.4.5. Nghiên cứu khả năng giải hấp phụ và tái sử dụng hạt nano lõi vỏ  112
4.5. Kết luận chương 4 ................................................................................. 113
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 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.



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.

12. 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



: các gốc tự do chứa ôxy (reactive oxygen species)

24. FTIR

: phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier transform infrared)

25. PVP

: Polyvinylpirrolidone

26. 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)

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Dạng cấu trúc tinh thể và nhóm không gian của ba ôxít sắt hay gặp: a) hematit
(-Fe2O3); b) magnetit (Fe3O4) và c) maghemit (-Fe2O3) [30]. ........................................... 9
Hình 1.2: Thu hồi các hạt nano ôxít sắt sử dụng từ trường bên ngoài [138]. ..................... 12
Hình 1.3: Sự hình thành mô kỹ thuật dựa trên tác động của từ trường, các hạt nano ôxít sắt
được đưa vào tế bào động vật có vú và vị trí không gian của chúng được kiểm soát bởi một
nam châm. Hình dạng của nam châm (phẳng hoặc hình trụ) sẽ xác định hình thái dạng lớp
hoặc hình ống của mô [171]. ............................................................................................... 13
Hình 1.4: Sơ đồ giản lược về cơ chế phân tách tế bào. ...................................................... 14
Hình 1.5: Mục tiêu từ tính trong phân phối thuốc và gen [117]. ........................................ 15
Hình 1.6: Ứng dụng nhiệt trị liệu sử dụng các hạt nano ôxít sắt điều khiển từ bên ngoài
[29]. ..................................................................................................................................... 17
Hình 1.7: Hình ảnh MRI trong cơ thể sống có độ tương phản rõ ràng: a) không sử dụng hạt
nano từ và b) khi sử dụng hạt nano từ tính [114]. ............................................................... 18
Hình 1.8: Ảnh TEM hạt nano lõi vỏ Fe3O4@Ag [51]. ....................................................... 21
Hình 1.9: Hình ảnh hạt nano Ag@Fe3O4 [14]. ................................................................... 22
Hình 1.10: Hạt nano Ag@Fe3O4 có dạng hình học khác nhau [57]. .................................. 23
Hình 1.11: Quy trình chế tạo hạt nano tổ hợp cellulose/-Fe2O3/Ag [95]. ......................... 25
Hình 1.12: Sơ đồ quá trình hấp phụ ion Cr(VI) bởi vật liệu nano Fe@C [173]. ................ 28
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình hai bước chế tạo cấu trúc hạt nano lai -Fe2O3-Ag. ................. 34
Hình 2.2: Ảnh TEM của mẫu -Fe2O3 có nhiệt độ tổng hợp khác nhau (a) 180 ºC, (b) 200
ºC và (c) 220 ºC. .................................................................................................................. 39
Hình 2.3: Ảnh TEM của mẫu -Fe2O3 có thời gian tổng hợp khác nhau (a) 9 giờ, (b) 12
giờ và (c) 15 giờ. ................................................................................................................. 40
Hình 2.4: Ảnh TEM của (a) mẫu -Fe2O3 trước khi lai và (b) -Fe2O3-Ag. ..................... 42
Hình 2.5: Ảnh HRTEM của (a) hạt nano lai -Fe2O3-Ag và (b) kết quả FFT Ag(111) và
(c) -Fe2O3(110). ................................................................................................................. 42

Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X của (a) hạt nano Fe3O4 và (b) hạt nano Fe3O4-Ag. ........ 68
Hình 3.9: Đường cong từ hóa của mẫu Fe3O4 và Fe3O4-Ag. .............................................. 69
Hình 3.10: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier của mẫu hạt nano Fe3O4@APTES. .............. 70
Hình 3.11: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier của (a) hạt nano Fe3O4-Ag và (b) hạt nano lai
Fe3O4-Ag@APTES. ............................................................................................................ 72
Hình 3.12: Hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano Fe3O4-Ag ở các nồng độ khác nhau đối
với (a) vi khuẩn Salmonella enteritidis và (b) Klebsiella pneumoniae. .............................. 74
Hình 3.13: Hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano Ag (a) và hạt nano Fe3O4-Ag (b) ở các
nồng độ khác nhau đối với vi khuẩn Klebsiella pneumoniae. ............................................. 76
Hình 3.14: Kết quả thử hoạt tính ức chế vi khuẩn Salmonella enteritidis của vật liệu nano
lai Fe3O4-Ag (a) chụp bằng kính hiển thông thường và (b, c, d, e) kính hiển vi huỳnh quang
soi nổi. ................................................................................................................................. 78
Hình 3.15: Kết quả thử hoạt tính kháng vi khuẩn Klebsiella pneumoniae của vật liệu nano
lai Fe3O4-Ag (a) chụp bằng kính hiển thông thường và (b, c, d, e) kính hiển vi huỳnh quang
soi nổi. ................................................................................................................................. 79
Hình 3.16: Ảnh TEM của vi khuẩn Salmonella enteritidis (a) trước khi tương tác với phức
hợp Fe3O4@APTES@Ab; (b) sau khi bắt cặp với phức hợp Fe3O4@APTES@Ab; (c) ảnh

ix


TEM vi khuẩn Klebsiella pneumoniae trước bắt cặp, (d) kết quả chứng dương khi thử
nghiệm với vi khuẩn Klebsiella pneumoniae. ..................................................................... 81
Hình 3.17: Hình ảnh TEM của vi khuẩn Salmonella enteritidis (a) trước khi tương tác với
phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab;

(b) sau khi

gắn



x


LỜI NÓI ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật liệu nano là vật liệu của thế kỉ 21, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công
nghệ nano, các nhà nghiên cứu đang tập trung phát triển và ứng dụng vật liệu nano trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như y sinh, điện tử, năng lượng và môi trường. Trong đó, do hiệu
ứng kích thước lượng tử và hiệu ứng bề mặt nên vật liệu nano dạng hạt đang được nghiên
cứu phát triển và ứng dụng mạnh mẽ nhất.
Trong xu hướng đó, sự quan tâm nghiên cứu phát triển các hạt nano ôxít sắt không
chỉ trên góc độ khoa học cơ bản của chúng mà đang mở ra nhiều khả năng ứng dụng quan
trọng trong các lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt, vật liệu nano ôxít sắt đang tạo ra sự ảnh
hưởng sâu sắc trong sinh học phân tử, thuốc và các sản phẩm y tế do kích thước siêu nhỏ,
tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích vô cùng lớn, đặc tính quang học có thể điều chỉnh, tính chất
cơ lý nổi trội và được tổng hợp bằng các phương pháp đơn giản. Các hạt nano ôxít sắt, nổi
bật là magnetite (Fe3O4) với đặc trưng từ tính cao và hematit (-Fe2O3) có tính bền hóa học
đang được tập trung nghiên cứu nhiều nhất, người ta hy vọng rằng các hạt này có thể được
điều khiển bởi một nam châm đến bất cứ nơi nào cần thiết, vì thế chúng hứa hẹn là các tác
nhân cung cấp thuốc tại chỗ và đặc hiệu trong cơ thể. Ngoài ra, tính chất từ của các hạt
nano ôxít sắt cho phép tách dễ dàng các chất hấp phụ ra khỏi vật chủ và có thể được tái sử
dụng nhiều lần. Khả năng tái sử dụng vật liệu nano gốc ôxít sắt đặc biệt có ý nghĩa khi giải
quyết bài toán về chi phí.
Mặc dù có nhiều ưu điểm song hạt nano ôxít sắt vẫn tồn tại một số hạn chế ví dụ
hiện tượng kết đám do yếu tố từ tính chi phối, kết quả tạo ra hạt có kích thước lớn hơn.
Ngoài ra, do ảnh hưởng của phương pháp chế tạo, rất khó thu được các hạt nano có tính
đồng nhất cao. Hoặc rất khó khống chế để tạo ra hạt nano kích thước mong muốn phù hợp
với mục tiêu ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng trong y sinh học. Vì vậy, xu hướng hiện
nay là phát triển công nghệ chế tạo nhằm hạn chế những nhược điểm của hạt nano ôxít sắt.

biệt là trong lĩnh vực y sinh và xử lí môi trường.
Do vậy chúng tôi triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu
nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh”.

2


2. Mục tiêu của luận án
-

Nghiên cứu chế tạo thành công các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở vật liệu ôxít sắt
và kim loại quý, thử nghiệm và đánh giá khả năng ứng dụng trong lĩnh vực y sinh.

-

Nghiên cứu chế tạo thành công hệ vật liệu cấu trúc nano lai dạng lõi vỏ trên cơ sở
nano ôxít sắt và carbon, khảo sát và đánh giá khả năng ứng dụng trong xử lý môi
trường.

3. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo các cấu trúc vật liệu nano lai trên cơ sở
nano ôxít sắt với bạc (-Fe2O3-Ag; Fe3O4-Ag) sử dụng các phương pháp thủy
nhiệt, phương pháp đồng kết tủa kết hợp với thủy nhiệt.

-

Nghiên cứu các đặc trưng và khảo sát ảnh hưởng của một số điều kiện chế tạo đến
cấu trúc, hình thái, tính chất từ của các hệ vật liệu lai -Fe2O3-Ag; Fe3O4-Ag.


Chế tạo vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt bằng phương pháp thủy nhiệt một
bước, hai bước kết hợp với phương pháp đồng kết tủa.

-

Khảo sát cấu trúc, hình thái và tính chất từ của vật liệu bằng phương pháp hiển vi
điện tử truyền qua (TEM), phương pháp hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao
(HRTEM), giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ biến đổi Fourier (FTIR) và từ kế
mẫu rung (VSM)…
3


-

Đánh giá khả năng kháng khuẩn, ức chế sự phát triển của vi khuẩn bằng phương
pháp khuếch tán đĩa, phương pháp nhỏ trực tiếp, quan sát bằng kính hiển vi huỳnh
quang soi nổi.

-

Đánh giá khả năng ức chế tế bào ung thư bằng phương pháp MTT.

-

Phân tích hàm lượng ion Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang điphenylcacbazit
[1] sử dụng quang phổ hấp thụ UV-vis.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Việc nghiên cứu các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở vật liệu ôxít sắt và kim loại

cứu đã được công bố trên Tạp chí Journal of Electronic Materials, Vol. 46, No.6, 2017
(IF2016: 1.579).
Kết quả chức hóa thành công tạo phức hợp có gắn thụ thể sinh học
(Fe3O4@APTES@Ab và Fe3O4-Ag@APTES@Ab) là một điểm mới trong luận án này,
đặc biệt phức hợp trên có khả năng bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis ra
khỏi dung dịch ở mức nồng độ 101 cfu/mL, thời gian 20 phút. Theo hiểu biết của tác giả
những nghiên cứu về lĩnh vực này ở trong nước còn rất khiêm tốn và trên thế giới cũng
chưa có nhiều kết quả được công bố.
Với hệ vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C điều thú vị là các hạt mầm -Fe2O3 giữ được
dạng khối lập phương đồng nhất sau bước thủy nhiệt thứ 2. Ngoài ra, phương pháp tổng
hợp đơn giản nhưng hiệu quả hấp phụ cao, dung lượng hấp phụ Cr(VI) của hệ vật liệu Fe2O3@C đạt 76,92 mg/g trong thời gian 180 phút là cao hơn so với công bố của các hệ vật
liệu khác trong thời gian gần đây. Ngoài ra, hệ -Fe2O3@C được khảo sát khả năng thu hồi
và tái sử dụng với hiệu suất ở lần hấp phụ thứ 3 đạt tới 93,39%. Một phần kết quả nghiên
cứu được công bố trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ trường Đại học Kinh tế-Kỹ thuậtCông nghiệp.
Cấu trúc của luận án
Các kết quả nghiên cứu của luận án, được tổng hợp, phân tích và viết thành 4 chương
với nội dung và bố cục cụ thể như sau:
•

Chương 1: Tổng quan
Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về các tính chất đặc trưng, một số
phương pháp chế tạo vật liệu nano IONPs, tình hình nghiên cứu về vật liệu nano lai
IONPs-kim loại quý, IONPs@C trong thời gian gần đây; Tiềm năng ứng dụng vật
liệu nano lai trong xúc tác, hấp phụ và y sinh.

•

Chương 2: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano lai -Fe2O3-Ag và thử nghiệm y
sinh
Trong chương này, tác giả trình bày ba nội dung chính gồm: (1) Kết quả quy trình

ứng dụng hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C trong hấp phụ ion Cr(VI) trong nước.

•

Kết luận.
Trong phần này, tác giả khái quát những kết quả đạt được và chỉ ra được những
điểm mới nổi bật của luận án, đồng thời nêu ra những tồn tại và hướng phát triển
tiếp theo có thể tiếp tục triển khai nghiên cứu.

6


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Mở đầu
Tên gọi vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước nhỏ bé của chúng, vào cỡ nano mét
(10-9 m). Nano là một lĩnh vực đa ngành, thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu từ
hóa học, vật lý, sinh học, kỹ thuật và của nhiều ngành công nghiệp [60]. Trong đó, công
nghệ và vật liệu nano cung cấp các phương pháp và giới hạn để đạt được sự hiểu biết về
phát triển vật liệu và các sản phẩm kích thước nano với các đặc tính mới [40, 130]. Các
nghiên cứu cho thấy khi đạt tới kích thước nano mét, tính chất của vật liệu có những đặc
tính ưu việt hơn hoặc xuất hiện những tính chất mới so với chúng ở kích thước lớn. Do đặc
điểm khi giảm kích thước, tính chất của vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của
nguyên tử và tính chất của vật liệu khối. Để giải thích tính chất mới lạ của vật liệu nano có
thể sử dụng đến đặc điểm về kích thước và hình dạng của chúng. Trong chất bán dẫn đặc
tính này có được do sự hạn chế chuyển động của electron trong một không gian nhỏ hơn
(kích thước nano) so với kích thước khối. Đối với những kim loại quý khi kích thước hạt
giảm đến khoảng vài chục nano mét xuất hiện một sự hấp thụ mới rất mạnh, nguyên nhân
là do sự dao động cộng hưởng của các electron trên bề mặt của hạt nano từ vị trí này đến vị
trí khác [37]. Sự dao động này có tần số tương ứng vùng khả kiến. Hiện tượng này gọi là
sự hấp thụ plasmon bề mặt. Biểu hiện của sự hấp thụ mạnh mẽ chính là đặc trưng màu rực

đời sống như chất lỏng từ, xúc tác, lưu trữ dữ liệu, xử lý môi trường, và một loạt các ứng
dụng y sinh học với khả năng tương thích sinh học cao. Ứng dụng lâm sàng đầu tiên là việc
sử dụng các hạt nano ôxít sắt từ như tác nhân làm tăng độ tương phản âm trong kỹ thuật
chụp ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging - MRI) để phát hiện khối u trong
gan [128] được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) phê duyệt. Một ứng
dụng lâm sàng khác liên quan đến hạt nano ôxít sắt từ là điều trị thiếu máu do thiếu sắt
[41]. Ngoài ra dùng chúng làm chất dẫn và phân phối thuốc [135] làm tác nhân phân tách
và chọn lọc tế bào hoặc xử lý tế bào ung thư bằng nhiệt [42, 75]. Một hướng phát triển
khác của các hạt nano từ là dùng trong cảm biến sinh học nhằm phát hiện protein, ADN, tế
bào ung thư… cũng đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ [50, 59].
1.2.1. Cấu trúc, chế tạo và tính chất từ của vật liệu IONPs
Cấu trúc của vật liệu IONPs
Trong tự nhiên ôxít sắt tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, chúng là vật liệu có
từ tính chứa Fe bao gồm ôxít sắt và các hợp chất sắt tồn tại ở các dạng perovkit, spinen
[30]. Magnetit (Fe3O4), maghemit (γ-Fe2O3) và hematite (α-Fe2O3) là những dạng phổ biến
nhất [164]. Hầu hết các ôxít sắt đều có cấu trúc, trật tự và kích thước tinh thể xác định, tuy
8


nhiên quá trình hình thành tinh thể có thể ảnh hưởng đến dạng cấu trúc trong một số trường
hợp. Trong những năm gần đây, tổng hợp và sử dụng các ôxít sắt với tính chất và chức
năng mới đang được quan tâm nghiên cứu rộng rãi do kích thước nano, tỷ lệ diện tích bề
mặt trên thể tích cao và thể hiện đặc tính siêu thuận từ [2, 108].
Fe3O4 có cấu trúc lập phương spinel đảo với nhóm không gian Fd3m [30]. Ô cơ sở
của Fe3O4 có 32 ion O2- được sắp xếp dạng khối dọc theo hướng [110]. Hằng số mạng là a
= 0,.839. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 bao gồm hai vị trí sắt khác nhau: các vị trí tứ diện bị
chiếm bởi Fe (III), và các vị trí bát diện bị chiếm bởi cả Fe (II) và Fe (III). Nói chung, các
tinh thể Fe3O4 được bao phủ bằng các lớp bát diện và hỗn hợp bát diện/tứ diện theo hướng
[111] (Hình 1.1) [30].
Hematit (α-Fe2O3) được biết đến từ rất lâu và là một dạng ôxít của sắt tồn tại nhiều

tạo các hạt ôxít sắt (Fe3O4) từ dung dịch muối Fe2+/Fe3+. Ưu điểm của phương pháp: dễ
thực hiện, chế tạo được một lượng lớn vật liệu. Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion
trong dung dịch có thể thu được hạt kích thước như mong muốn đồng thời làm thay đổi
điện tích bề mặt của các hạt đã hình thành.
Phương pháp phân li các tiền chất ở nhiệt độ cao (hydrothermal, solvothermal):
Phương pháp phân li các tiền chất hữu cơ ở nhiệt độ cao và phân li tiền chất chứa sắt
trong môi trường chất hoạt động bề mặt ở nhiệt độ cao có thể tạo ra các hạt nano ôxít sắt
đồng nhất, kích thước như mong muốn và kết tinh tốt. Ưu điểm của phương pháp: có thể
điều chỉnh kích thước, hình dạng bằng cách lựa chọn vật liệu ban đầu, tỷ lệ các chất tham
gia phản ứng, cũng như các điều kiện nhiệt độ, áp suất. Có thể dùng nguyên liệu rẻ tiền để
tạo các sản phẩm có giá trị, với lượng lớn nên tốn ít năng lượng và chi phí rẻ.
Từ tính của vật liệu IONPs
Vật liệu từ tính được hiểu là vật liệu sắt từ, ferri từ hoặc siêu thuận từ. Các thông số
rất quan trọng để xác định tính chất của vật liệu bao gồm: độ cảm từ  đặc trưng cho khả
năng từ hóa của vật liệu (hay khả năng phản ứng của vật liệu dưới tác dụng của từ trường
ngoài), từ độ bão hòa Ms (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), từ dư Mr (từ độ còn dư sau
10


khi ngừng tác động của từ trường ngoài), lực kháng từ Hc (từ trường ngoài cần thiết để một
hệ, sau khi đạt trạng thái bão hòa từ bị khử từ).
Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đó (khoảng từ vài cho đến vài chục
nano mét), tùy theo từng vật liệu, tính sắt từ và ferri từ biến mất, chuyển động nhiệt chiếm
ưu thế và làm cho vật liệu trở thành siêu thuận từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và
lực kháng từ bằng không. Tức là, khi ngừng tác động từ trường ngoài, vật liệu sẽ mất từ
tính, đây là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh
học. Bằng việc lựa chọn bản chất vật liệu và kích thước, ta có thể có được hạt nano siêu
thuận từ như mong muốn.
1.2.2. Ứng dụng của vật liệu IONPs trong hấp phụ và y sinh học
Cho đến nay công nghệ và vật liệu nano đã được ứng dụng và thành công trong


Hình 1.2: Thu hồi các hạt nano ôxít sắt sử dụng từ trường bên ngoài [138].

Việc sử dụng các hạt nano ôxít sắt làm vật liệu nền cho sự phát triển của chất xúc
tác, hấp phụ mang từ tính có nhiều lợi ích như: có thể điều khiển từ bên ngoài bằng một từ
trường, có thể phục hồi, tái sử dụng, ưu điểm này đã mở rộng đáng kể khả năng ứng dụng
của chúng. Do đó, nhiều nỗ lực đã được triển khai hướng tới việc tổng hợp các hạt nano
ôxít sắt bằng các phương pháp như đồng kết tủa, phân hủy nhiệt, vi nhũ tương, kỹ thuật
thủy nhiệt… Mặt khác, để chúng phù hợp với các ứng dụng xúc tác, hấp phụ và bền hơn,
các hạt nano ôxít sắt có thể được bọc bằng polyme, silic hoặc carbon [138]. Ngoài ra, các
hạt nano ôxít sắt cho phép tách chất hấp phụ dễ dàng ra khỏi hỗn hợp phản ứng thông qua
một nam châm bên ngoài, không những giúp loại bỏ quy trình lọc và ly tâm phức tạp mà
còn làm giảm tiêu thụ năng lượng, giảm mất chất xúc tác, hấp phụ, tiết kiệm thời gian
trong thu hồi và phục hồi chất xúc tác, hấp phụ [138] (Hình 1.2). Vì thế các nhà khoa học
đang tập trung nghiên cứu chức năng hóa các hạt nano ôxít sắt để mở rộng khả năng ứng
dụng của chúng trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ [63, 165].
12


1.2.2.2. Trong y sinh học
Do có khả năng tương thích sinh học cao và kích thước tương đương với kích thước
các phân tử sinh học nên hiện nay công nghệ và vật liệu nano đang được đầu tư nghiên cứu
đặc biệt là ứng dụng trong lĩnh vực y sinh. Cụ thể:
Mô kỹ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái tạo hoặc sửa chữa các mô bị
hư hỏng bằng cách sử dụng “khung” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăng trưởng
[134]. Ngày nay kỹ thuật mô là lĩnh vực liên ngành đang phát triển nhanh chóng nhằm tạo
ra các sản phẩm sinh học thay thế để phục hồi, duy trì, cải thiện chức năng của mô [45].

Hình 1.3: Sự hình thành mô kỹ thuật dựa trên tác động của từ trường, các hạt nano ôxít sắt được
đưa vào tế bào động vật có vú và vị trí không gian của chúng được kiểm soát bởi một nam châm.