BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
________________________________________________

LÊ THẾ TÂM

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TỪ TRÊN
NỀN OXIT SẮT SIÊU THUẬN TỪ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG
DỤNG CHỤP ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 9.44.01.13

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
________________________________________________

LÊ THẾ TÂM

GS.TS. Trần Đại Lâm và PGS.TS. Nguyễn Hoa Du - những người Thầy hướng dẫn và
thầy giáo TS. Lê Trọng Lư vì đã 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.
Bản luận án này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ của các đồng
nghiệp. Tôi xin được cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ đầy hiệu quả của TS. Phạm Hồng
Nam, TS. Vương Thị Kim Oanh, NCS. Nguyễn Thị Ngọc Linh, CN. Lê Thị Thanh Tâm
và các cán bộ Phòng Vật liệu nano y sinh, Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn - Viện
Khoa học vật liệu (VKHVL), Phòng Kỹ thuật điện, Điện tử - Viện Kỹ thuật nhiệt đới
(VKTNĐ) - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VHLKHCNVN), vì sự
giúp đỡ thực hiện các phép đo và sự quan tâm động viên hết sức quý báu với tôi trong
quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ bộ môn Mô phôi và Tế bào thuộc Khoa
Sinh học Trường đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHKHTN) - Đại học Quốc gia Hà Nội
(ĐHQGHN), và Phòng Sinh học thực nghiệm - Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên
(VHHHCTN), VHLKHCNVN vì những hợp tác nghiên cứu trong các ứng dụng y sinh.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới BS. ThS Nguyễn Thị Hường, BS. Nguyễn
Văn Đông và các cán bộ Khoa chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Quốc tế Vinh vì sự giúp
đỡ thực hiện các phép đo và những bàn luận khoa học quý báu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của cơ sở đào tạo
là Học viện Khoa học và Công nghệ cùng VKHVL, VKTNĐ - VHLKHCNVN, và Viện
Công nghệ Hóa sinh - Môi trường, trường Đại học Vinh cơ quan mà tôi công tác, trong
quá trình thực hiện luận án.
Luận án được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu cấp nhà nước,
Chương trình nghiên cứu khoa học công nghệ trọng điểm quốc gia phát triển công
nghiệp Hóa dược đến năm 2020 của GS. Trần Đại Lâm, Viện Khoa học vật liệu
(VKHVL) - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, và đề tài nghiên cứu khoa
học cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo với mã số B2019-TDV-03 (Lê Thế Tâm). Luận án được
thực hiện tại Phòng Vật liệu nano y sinh và Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn
(VKHVL, VHLKH NVN); Phòng Kỹ thuật Điện - Điện tử (Viện Kỹ thuật nhiệt đới,
VHLKH NVN) và Viện Công nghệ Hóa sinh - Môi trường, trường Đại học Vinh.

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................... 12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................... 15
1.3. Các phương pháp chế tạo chất lỏng từ .................................................................. 17
1.3.1. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano từ ....................................................... 17
1.3.2. Các công nghệ bọc hạt trong dung môi nước ..................................................... 23
1.3.3. Các quy trình chuyển pha từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước ................. 29
1.4. Các ứng dụng trong y sinh ..................................................................................... 34
Kết luận chương 1 ........................................................................................................ 47
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ............................................................... 48
2.1. Chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt ...... 48
2.1.1. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................. 48
2.1.2. Quy trình chế tạo hạt nano Fe3O4 ....................................................................... 48
2.1.3. Quy trình chế tạo chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan ............................................ 49
2.2. Tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt ........................... 52
2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ................................................................... 57
2.3.1. Quy hoạch thực nghiệm ...................................................................................... 57
2.4. Các phương pháp đặc trưng ................................................................................... 62
2.4.1. Nhiễu xạ tia X ..................................................................................................... 62
2.4.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại ...................................................................................... 63
2.4.3. Phân tích nhiệt .................................................................................................... 63
2.4.4. Hiển vi điện tử .................................................................................................... 64
2.4.5. Phổ tán xạ laze động (DLS) ................................................................................ 67
2.4.6. Phương pháp đánh giá độc tính của chất lỏng từ lên tế bào ung thư và tế bào lành .. 67
2.4.7. Đo và chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) ................................................. 70
Kết luận chương 2 ........................................................................................................ 74
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe TỔNG HỢP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT ................................................................................. 75


3.1. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai ba mức tối ưu .................................... 76

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ .......................................................... 139
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 142


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số bán kính của một số ion kim loại . ................................................. 5
Bảng 1.2. Phân bố ion trong các vị trí của cấu trúc spinel. ............................................ 6
Bảng 1.3. Bảng tổng kết các loại polyme bọc hạt nano từ và các ưu điểm
của chúng ...................................................................................................................... 28
Bảng 1.4. Tín hiệu T1W và T2W của các mô/dịch cơ thể ........................................... 40
Bảng 1.5. Các chất tương phản MRI nền oxit sắt ......................................................... 44
Bảng 1.6. Các chất tương phản MRI nền oxit sắt: đặc trưng kích thước hạt, cơ quan đích,
liều sử dụng và đường truyền thuốc .............................................................................. 44
Bảng 2.1: Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm. ............ 51
Bảng 2.2: Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng từ theo từng thí nghiệm .... 51
Bảng 2.3. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta .............................. 67
Bảng 2.4 a. Chuẩn bị dãy nồng độ của hệ chất lỏng .................................................... 71
Bảng 2.4 b. Chuẩn bị dãy nồng độ của hệ chất lỏng ................................................... 71
Bảng 2.5. Các tham số chuỗi hình ảnh được sử dụng trong chụp ảnh MRI ................. 73
Bảng 3.1. Giá trị mã hóa và giá trị thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm. ............ 76
Bảng 3.2. Ma trận thực nghiệm và kết quả tổng hợp chất lỏng từ theo từng thí nghiệm ....... 77
Bảng 3.3. Kết quả phân tích ANOVA tối ưu quá trình tổng hợp các yếu tố. .............. 78
Bảng 3.4. Các giải pháp tối ưu với hàm lượng 3 biến xác định và giá trị hàm mong đợi
tối ưu ............................................................................................................................. 81
Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra giá trị từ độ bão hòa Ms thu được từ mô hình và thực tế ...... 82
Bảng 3.6. Các vị trí hấp thụ chính của các chất ........................................................... 84
Bảng 3.7. Hằng số mạng (a), kích thước tinh thể trung bình (DXRD), kích thước hạt trung bình
(DFESEM) của các mẫu hạt nano Fe3O4 tổng hợp ở các điều kiện phản ứng khác nhau .......... 86
Bảng 4.1. Giá trị từ độ bao gồm cả lớp vỏ và lõi (Fe3O4 +OA+OLA, PMAO), kích thước
hạt trung bình (DTEM) .................................................................................................. 100

hạt nano hematite có dạng bát diện trong lớp vở SiO2 dày 50 nm; C) các hạt nano oxit
sắt từ trong hình cầu silic; D) Các đám nano sắt kẹp trong chất keo SiO2 . ................. 26
Hình 1.14. Các phương pháp chuyển pha hạt nano từ sang môi trường nước .............. 29
Hình 1.15. Minh họa quy trình chuyển pha ligand exchange sử dụng poly với các nhóm
chức COOH ................................................................................................................. 30
Hình 1.16. Ảnh TEM (a) và phổ DLS (b) của hạt nano Fe3O4 bọc bởi phân tử dophamine
sulfonate (DS), và quy trình tổng hợp và cấu trúc phân tử của DS (c). Hình nhỏ bên trong
(hình a) là ảnh chụp các hạt Fe3O4 bọc bởi các phân tử DS phân tán trong nước ............. 31
Hình 1.17. Minh họa quy trình chuyển pha sử dụng các amphiphilic polymer: DSPEPEG (phần trên), PMAO (Phần giữa) và Fluronic (phần hình dưới) ............................ 32
Hình 1.18. Mô hình quá trình bọc hệ hạt nano bằng PAA và bọc bằng PMAO ........... 32
Hình 1.19. Mô hình bọc hạt nano Fe3O4 của nhóm tác giả Sun ................................... 33
Hình 1.20. Các ứng dụng của hạt nano từ tính ............................................................. 34
Hình 1.21. Mô hình cấu tạo máy MRI. Radio Frequancy Coil: cuộn phát sóng tần số
radio, Gradient coils: cuộn gradient, Maggnet: Từ trường, Scanner: Bộ phận
quét, Patient: Bệnh nhân. Patient Table: Bàn bệnh nhân. ............................................ 36
Hình 1.22. Nguyên lý của MRI và vai trò của hạt nano từ tính làm thuốc tăng tương
phản (a) spin từ (m) của các proton nước tiến động xung quanh hướng của từ trường bên
ngoài B0; (b) sau khi áp dụng một xung RF, m tiến động công góc với B0; (c) m hồi phục


trở lại trạng thái cân bằng ban đầu của nó thông qua theo chế độ hồi phục chiều dọc (T1)
và (d) ngang (T2); (e) Khi có mặt nano từ tính, các spin của các proton nước bắt đầu tiến
động không đồng nhất dưới tác dụng bổ sung của trường lưỡng cực cục bộ(B1, gây ra
bởi các hạt nano. Do đó các hồi phục xảy ra nhanh hơn và tạo ra một tín hiệu MRI mạnh
hơn ................................................................................................................................ 37
Hình 1.23. Tạo ảnh T2, T1 điều chỉnh .......................................................................... 40
Hình 1.24. Hiệu ứng tương phản của các hạt nano từ tính trong nước ......................... 41
Hạt nano từ tính được chức năng hóa để liên kết với một số mô nhất định sẽ có tác dụng
đánh dấu hiệu quả hơn. Hiện tại có thể chia các chất tương phản làm 3 loại tương ứng
với các cơ chế T1 và theo 1 cơ chế mới phát hiện gần đây là cơ chế trao đổi bão hòa

thuật MRI (dưới) ........................................................................................................... 72
Hình 3.1. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố theo phân tích ANOVA (p
Hình 4.9. Ảnh TEM của các mẫu: Fe3O4@PMAO (a) và Fe3O4@PMAO pha loãng ... 105
Hình 4.10. Ảnh HRTEM hạt của các mẫu Fe3O4 sau khi được chuyển pha .............. 105
Hình 4.11. Phổ FTIR của Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp phân hủy nệt với lớp vỏ b bọc OA,
OLA (a), của PMAO (b) và của vật liệu sau khi chuyển pha và bọc bằng PMAO (c) .......... 106
Hình 4.12. Giản đồ TGA của Fe3O4 với lớp vỏ bọc OA, OLA chế tạo bằng phương pháp
phân hủy nhiệt (a) và sau khi bọc PMAO (b) ............................................................. 107
Hình 4.13. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO sau 1 tháng chế
tạo (a) 3 tháng (b) và sau 6 tháng chế tạo (c) ............................................................. 107
Hình 4.14. Đường M(H) ở nhiệt độ phòng của các mẫu Fe3O4, Fe3O4@PMAO ...... 108
Hình 4.15. Hình ảnh mẫu chất lỏng trong các môi trường nồng độ muối khác nhau. .... 108
Hình 4.16. Gía trị thế zeta và hình ảnh mẫu chất lỏng từ Fe3O4@PMAO ở các nồng độ
muối khác nhau ........................................................................................................... 109
Hình 4.17. Kết quả độc tính của hệ nano từ Fe3O4@PMAO trên ba dòng tế bào ung thư
người Hep-G2, MCF-7 và RD cùng 1 dòng tế bào lành của khỉ Vero. Nồng độ của
Fe3O4@PMAO trong đồ thì này là 25 ug/ml; DMSO được dùng làm đối chứng dung
môi và chất chuẩn pha trong DMSO được dùng làm đối chứng dương. .................... 110
Hình 4.18. Hình ảnh tế bào quan sát dưới kính hiển vi Optika 4083.B1 với vật kính 40X.
Tế bào ung thư gan Hep-G2 trong DMSO (A) và ủ với 25 ug/ml chất lỏng nano từ
Fe3O4@PMAO (B). Tế bào thận khỉ Vero trong DMSO (C) và ủ với 25 ug/ml chất lỏng
nano từ Fe3O4@PMAO (D). ....................................................................................... 110
Hình 5.1. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W, TR=
100 ms (a), TR =200 ms (b), TR =400 ms (c), TE =12 ms đối với các mẫu (A) hệ nano
từ Fe3O4@PMAO trong môi trường agar 2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi
trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là (1) 2,5 µg/ml, (2) 5,0 µg/ml, (3) 10,0
µg/ml, (4) 15,0 µg/ml, (5) 25,0 µg/ml và (6) 30,0 µg/ml. .......................................... 115
Hình 5.2. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W, TE =11
ms (a), TE =23 ms (b), TE = 34 ms (c), TE= 57 ms (d), TE =91 ms (e), TE =113 ms (f),
TR =4000 ms đối với các mẫu (A) hệ nano từ Fe3O4@PMAO trong môi trường agar
2%, (B) Hệ nano từ Fe3O4@CS trong môi trường agar 2%. Nồng độ sắt từ trong mỗi


Hình 5.10. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T2W trong
môi trường nồng độ muối khác nhau .............................................................................. 122
Hình 5.11. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân của hệ nano từ ở chế độ T1W trong
môi trường nồng độ muối khác nhau, TR= 100 ms (a), TR =400 ms (b), TE =12 ms đối
với các mẫu (A) Hệ nano từ Fe3O4@Dextran (Resovist), (B) Hệ nano từ Fe3O4@PMAO,
(C) Mẫu đối chứng (không có hạt từ) trong môi trường nước. Nồng độ sắt từ trong mỗi
giếng 45,0 µg/ml trong môi trường có nồng độ muối khác nhau (1) 50 mM, (2) 100 mM,
(3) 150 mM, (4) 200 mM. .......................................................................................... 123
Fe3O4 làm thuốc tương phản trong kỹ thuật cộng hưởng từ MRI trên động vật ........ 123
Hình 5.12. Hình ảnh thỏ trước khi được đưa vào máy chụp MRI. ............................ 125
Hình 5.13. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên thận thỏ của hệ
nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL), TE= 9,2 ms, TR =659 ms đối với (A)
Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ......................... 126


Hình 5.14. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan thỏ của
hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T1W (SAGITAL), TE= 9,2 ms, TR =659 ms đối với
(A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ................... 126
Hình 5.15. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên mô gan thỏ của
hệ nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL), TE= 94 ms, TR =3571 ms đối với
(A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ................... 127
Hình 5.16. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ trên thận thỏ của hệ
nano Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (SAGITAL), TE= 94 ms, TR =3571 ms đối với (A)
Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. ......................... 128
Hình 5.17. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano Fe3O@PMAO
ở chế độ T1W (CORONAL) trên thỏ, TE= 20 ms, TR =550 ms đối với (A) Thỏ trước khi tiêm
chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước tiêm, (b) sau tiêm. .................... 129
Hình 5.18. Khả năng tăng tương phản hình ảnh chụp cộng hưởng từ của hệ nano
Fe3O4@PMAO ở chế độ T2W (CORONAL) trên thỏ, TE= 112 ms, TR =7500 ms đối
với (A) Thỏ trước khi tiêm chất lỏng từ, (B) Thỏ sau khi tiêm chất lỏng từ. (a) Trước


dSP

Kích thước giới hạn siêu thuận từ

EA

Năng lượng dị hướng tinh thể

Ec

Năng lượng dị hướng hình dạng

Hc

Lực kháng từ

Hd

Trường khử từ

Hext

Từ trường ngoài

IC50

Nồng độ ức chế (Inhibited Concentration)

K


Từ độ khớp theo hàm Langevin

điểm zero lúc bắt đầu tra mẫu để thử
Thể tích hạt

κ
μ0

Giá trị trung bình của mật độ quang học ở các giếng thử với dung
môi
Góc giữa từ độ và trục dễ
Độ từ thẩm chân không

φ
Ms
Mco, Msh
Tmax

Góc giữa trục dễ của hạt nano từ và từ trường ngoài
Từ độ bão hòa
Từ độ lõi, từ độ vỏ
Nhiệt độ cực đại

T
T1, T1W

Nhiệt độ
Thời gian hồi phục spin-mạng (dọc) - Chụp MRI theo chế độ trọng T1


II. Danh mục các chữ viết tắt
Tiếng Anh
AAS

Atomic Absorption Spectroscopy (Phổ hấp phụ nguyên tử)

DLS
EDS

Dynamic Light Scattering (Tán xạ ánh sáng động)
Energy Dispersion Spectroscopy (Phổ phân tán năng lượng tia X)

FT-IR
ILP
MIH MNPs

Fourier Transformation Infrared (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier)
Intrinsic Loss Power (Công suất tổn hao riêng)
Magnetic Inductive Heating (Đốt nóng cảm ứng từ) Magnetice Nano
Particles (Các hạt nano từ)
Magnetic Resonance Imaging (Ảnh cộng hưởng từ)
Physical Property Measurement System (Hệ đo các tính chất vật lý)
Specific Absorption Rate (Tốc độ hấp phụ riêng)
Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

MRI
PPMS
SAR
SEM
TGA


OLA
PAA

Oleylamine
Axit polyacrylic

PEG
PMAO
PMMA

Polyethyleneglycol
Poly (maleic anhydride-alt-1-octadecene)
Polymethylmethacrylate

SQUID

Superconducting quantum interference device (Giao thoa kế lượng tử
siêu dẫn)

TEM
TOPO
ZFC

Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua)
Trioctylphosphine oxide
Làm lạnh không có từ trường

FE-SEM


15]. Các ion Gd3+ này được kết hợp với các phân tử như DTPA (axit dietylentriamin
penta axetic) và tạo ra các cấu trúc dạng phức vòng chelat Gd-DTPA [33]. Trong quá
trình hồi phục, sự tương tác giữa mômen từ của proton với mômen từ của các ion thuận
từ khiến cho thời gian T1 bị giảm, nhờ vậy tốc độ hồi phục R1 tăng lên. Nồng độ các
tác nhân là khác nhau trong mỗi vùng mô tế bào, do vậy mang lại hiệu quả tương phản
trên ảnh chụp MRI. Trong khoảng gần 20 năm nay, cùng với sự phát triển của công nghệ
nano hạt nano sắt oxit (iron oxide - IO) đang được nghiên cứu mạnh và thực tế đến nay
đã có nhiều dòng sản phẩm thương mại chất tăng mức độ tương phản MRI dùng loại vật
liệu sắt oxit này, chứng minh rằng các sắt oxit-MRI có thể cho chất lượng tăng mức độ
tương phản tốt hơn cả loại Gd-DTPA vì hạt sắt oxit có hệ số cảm từ lớn hơn [143, 40,
154,107, 12]. Các chất IO-MRI có thể làm giảm cả T1 và T2, tăng được tốc độ hồi phục
MRI chụp theo cả 2 chế độ chụp MRI trọng Tl và trọng T2 [96,152, 163, 131, 18]. Các
yêu cầu quan trọng đối với sản phẩm tăng tương phản ảnh MRI là hạt nano từ tính phải
có độ phân bố hạt tương đối đều và từ độ bão hòa đủ lớn, và chất bọc phải có độ tương
hợp sinh học tốt [49,75,116, 61]. Trong khi một số sản phẩm thương mại trên thế giới
như Resovist dùng chất bọc là dextran [103, 135], với hạt lõi cỡ 65nm tạo ra từ độ bão
hòa khoảng 65 emu/g. Các sản phẩm với cỡ hạt trong vùng 20-40nm như AMI-227:
Sinerem/Combidex là thích hợp với bạch huyết và xương [23]. Trong khoảng 10 năm
gần đây người ta đang nghiên cứu để chế tạo các hạt nano siêu thuận từ với cỡ hạt nhỏ
hơn 20 nm (còn được gọi là loại siêu nhỏ nếu cỡ hạt D


3
và từ độ bão hòa cao bằng phương pháp thủy nhiệt và phân hủy nhiệt.
2. Chế tạo thành công các mẫu chất lỏng từ có độ bền cao trên nền hạt nano siêu

thuận từ Fe3O4 tổng hợp bằng hai phương pháp trên.
3. Nghiên cứu đánh giá độc tính và độ bền của hệ chất lỏng từ.
4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng làm chất tăng cường độ tương phản ảnh trong

kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI.
Nội dung của luận án được trình bày bao gồm:
Chương 1 trình bày tổng quan giới thiệu về cấu trúc, tính chất của vật liệu ferit
spinel, các phương pháp chế tạo hạt nano nói chung và đặc biệt đối với hạt nano từ Fe3O4
nói riêng. Các quy trình bọc hạt cũng như các quá trình chuyển pha trên nền hạt nano từ
Fe3O4 cũng được trình bày tổng quát. Trong chương 2, các quy trình chế tạo hạt Fe3O4,
quy trình chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt Fe3O4 và nguyên lý của các phép đo nhằm
phân tích và biện luận các kết quả trong luận án được trình bày chi tiết. Các kết quả thu
nhận được của luận án và các thảo luận liên quan được tập trung trình bày chi tiết trong
chương 3, chương 4 và chương 5. Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu tổng hợp
vật liệu Fe3O4 bằng phương pháp thủy nhiệt cùng các kết quả phân tích về cấu trúc, hình
thái học, và các tính chất từ của chúng. Các kết quả nghiên cứu trong chương 4 liên quan
đến hệ vật liệu Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt cùng các đặc
trưng cấu trúc, hình thái, và tính chất từ được trình bày, phân tích và biện luận chi tiết.
Chương 5 trình bày các kết quả nghiên cứu định hướng ứng dụng trong y sinh bao gồm
các kết quả nghiên cứu độ bền, đánh giá độc tính và thử nghiệm làm chất tăng cường độ
tương phản ảnh trong chụp cộng hưởng từ MRI.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Bản thân việc tổ chức thực hiện đề tài đã có ý nghĩa quan trọng đối với phát triển
một hướng khoa học công nghệ đa ngành là công nghệ nano cho Y học. Sẽ có sự trao

nghiệm trọng điểm của Viện Khoa học vật liệu, thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ MRI
hiện đại nhất khu vực Bắc Miền Trung tại bệnh viện Quốc tế Vinh thuộc tập đoàn Hoàn
Mỹ, trung tâm thực hành thí nghiệm trường Đại học Vinh, và một số thiết bị đo đạc đặc
thù tại các Trường và Viện nghiên cứu ở Hà Nội.
Bố cục của luận án:
Luận án có 137 trang (chưa bao gồm tài liệu tham khảo), bao gồm phần mở đầu, 5
chương nội dung và kết luận. Cụ thể như sau:
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe3O4 SIÊU THUẬN
TỪ TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU HỆ CHẤT LỎNG TỪ TRÊN NỀN Fe3O4 SIÊU THUẬN
TỪ TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY NHIỆT
CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG ĐỘ HỒI PHỤC r1, r2 và ĐỘC TÍNH, ĐÁNH GIÁ ĐỘ
TƯƠNG PHẢN ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI


5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL VÀ PHƯƠNG
PHÁP CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP MRI
1.1. Cấu trúc và tính chất của vật liệu ferit spinel
1.1.1. Cấu trúc của vật liệu ferit spinel
Ferit spinel là thuật ngữ dùng để chỉ loại vật liệu có cấu trúc hai phân mạng mà các
tương tác giữa chúng là phản sắt từ hoặc ferit từ [24]. Một đơn vị ô cơ sở của ferit spinel
(với hằng số mạng tinh thể, a  8,4 nm) được hình thành bởi 32 nguyên tử O2- và 24 cation
(Fe2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Mg2+, Fe3+, Gd3+). Trong một ô cơ sở có 96 vị trí cho các
cation (64 ở vị trí bát diện, 32 ở vị trí tứ diện). Số cation ở vị trí bát diện nhiều hơn ở vị
trí tứ diện (A), cụ thể có 16 cation chiếm ở vị trí bát diện (B) trong khi đó ở vị trí tứ diện
có 8 cation (bao gồm cation hóa trị 2+ hoặc 3+).

nhiều so với bán kính ion của các kim loại trong cấu trúc (0,06 ÷ 0,091 nm) (bảng 1.1)
do đó ion này trong mạng hầu như nằm sát nhau và tạo thành một mạng lập phương
tâm mặt xếp chặt [1]. Một ô cơ sở của ferit spinel chứa 8 nguyên tử (A)[B2]O4, các ion
kim loại hóa trị 2+ và 3+ có thể có mặt ở các vị A và B trong cấu trúc ferit spinel. Ở cả
hai ví trí A và B xen kẽ bởi các nút mạng bị chiếm chỗ bởi các cation. Khi tất cả các
cation hóa trị 2+ chiếm ở vị trí A, trong khi tất cả các cation hóa trị 3+ chiếm ở vị trí B,
kiểu sắp sếp cation như vậy được gọi là cấu trúc spinel thuận (A)[B2]O4. Khi tất cả các
cation hóa trị 2+ chiếm ở vị trí B, một nửa cation hóa trị 3+ chiếm ở vị trí A và một nửa
ở vị trí B, gọi là cấu trúc spinel hỗn hợp với dạng sau (B)[AB]O4 (bảng 1.2).


6
Bảng 1.2. Phân bố ion trong các vị trí của cấu trúc spinel [1, 4].
Kiểu cấu trúc
Số vị trí có
Số được sử
Vị trí
sẵn
dụng
Spinel thuận
Spinel đảo
2+
(A)
64
8
8 Me
8 Fe3+
(B)
32
16

theo đơn vị thích hợp sao cho độ từ cảm không có thứ nguyên).


7
Dưới tác dụng của một từ trường bên ngoài, phụ thuộc vào hưởng ứng của từ trường
ngoài mà người ta phân vật liệu thành các dạng như sau: nghịch từ (DM), thuận từ (PM),
sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM).
a) Thuận từ
Các chất có χ >0 gọi là chất thuận từ. Tính thuận từ thường thể hiện khá yếu và
phụ thuộc vào nhiệt độ. Chẳng hạn ở nhiệt độ phòng thì χ ~ 10-4.
Vật liệu thuận từ là những vật liệu mà khi không có từ trường ngoài tác dụng thì
các moment từ nguyên tử định hướng hỗn loạn, điều này dẫn đến moemnt từ trung bình
bằng không, độ từ hóa bằng không. Khi có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ
nguyên tử sẽ định hướng theo từ trường ngoài và xuất hiện độ từ hóa cùng chiều với từ
trường ngoài.
b) Nghịch từ
Các chất có χ < 0 gọi là chất nghịch từ. Thông thường tính nghịch từ thể hiện rất
yếu |𝜒|~ 10-6.
Chất nghịch từ là chất bị từ hóa ngược chiều từ trường ngoài. Khi từ trường không
thật lớn, ta có M = χ H với χ < 0. Tính nghịch từ có liên quan với xu hướng của các điện
tích muốn chắn phần trong của vật thể khỏi từ trường ngoài (tuân theo định luật Lentz
của hiện tượng cảm ứng điện từ).
c) Sắt từ
Vật liệu sắt từ là các chất có tính từ mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác
dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe), và tên gọi “sắt từ” được đặt cho nhóm
các chất có tính chất giống với sắt. Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất
thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài. Đặc trưng của chúng là ở
dưới nhiệt độ nào đó (tùy từng chất) tồn tại momen từ trung bình một cách tự phát (gọi
là độ từ hóa tự phát) ngay khi không có từ trường ngoài. Ở 0 K, các momen từ nguyên
tử sắp xếp trật tự ngày khi không có từ trường ngoài. Giá trị của độ từ cảm χ của các


Hình 1.3. Sự phân chia thành đômen, vách đômen trong vật liệu khối
Khi có từ trường ngoài tác dụng, các đômen thay đổi hình dạng và kích thước nhờ
sự dịch chuyển các vách đômen. Những đômen nào có momen từ gần với hướng của từ
trường sẽ được mở rộng, còn những đômen nào có momen từ có hướng với từ trường sẽ
bị thu hẹp lại. Qua đó sẽ làm tăng năng lượng của hệ, độ từ hóa của vật liệu sẽ tăng dần
đến một giới hạn gọi là từ độ bão hòa. Tại đó hướng của momen từ trùng với hướng của
từ trường.
1.1.3.2. Tính chất siêu thuận từ
Một vật liệu sắt từ được cấu tạo bởi một hệ các hạt (thể tích V), các hạt này tương
tác và liên kết với nhau. Giả sử nếu ta giảm dần kích thước các hạt thì năng lượng dị
hướng KV giảm dần, nếu ta tiếp tục giảm thì đến một lúc nào đó KV