ỨNG DỤNG HẠT NANÔ TỪ TÍNH Ô XÍT SẮT Nguyễn Hoàng Hải Vật liệu nanô ô xít sắt từ tính thường ñược ứng dụng trong y sinh học có thể có sẵn trong tự nhiên nhưng cũng có thể ñược tổng hợp. Hai loại ô xít sắt ñược nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất là magnetite Fe 3 O 4 và maghemite γ-Fe 2 O 3 . Ngoài ra các loại ferrite như MO.Fe 2 O 3 trong ñó M = Ni, Co, Mn, Zn, Mg cũng ñược nghiên cứu nhiều. 1. Hạt nanô từ tính dưới tác ñộng của từ trường ngoài 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). Hình 1 minh họa sự chuyển ñộng của mạch máu trong ñó có sự tồn tại của hạt nanô từ tính (giữa). Các thành phần trong mạch máu có tính chất từ khác nhau. Có thành phần là nghịch từ (DM), thuận từ (PM), sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM). Phần lớn các chất hữu cơ có tính nghịc từ, một số ion của sắt có mặt trong các ferritin có tính thuận từ, hạt nanô từ tính ñược tiêm từ bên ngoài vào có tính sắt từ và siêu thuận từ. Hình 1: Mô hình minh h a s chuy n ng c a m ch máu trong ó có s t n t i c a h t nanô t tính (gi a). Các thành ph n trong m ch máu có tính ch t t khác nhau. Có thành ph n là ngh ch t (DM), thu n t (PM), s t t (FM) và siêu thu n t (SPM). Giả sử từ trường ngoài ñặt vào là H, sự hưởng ứng của vật liệu ñược gọi là từ ñộ M, thì người ta ñịnh nghĩa cảm ứng từ B là: B = µ 0 (H + M). Trong ñó, µ 0 là ñộ từ thẩm của chân không. Từ ñộ M là số mô men từ của nguyên tử trên một ñơn vị thể tích M = Nm/V. (m là mô men từ nguyên tử). Người ta ñịnh nghĩa ñộ cảm từ: χ = M/H. Vật liệu nghịch từ có ñộ cảm từ âm và nhỏ (10 -6 ), vật liệu thuận từ có ñộ cảm từ dương và nhỏ (10 -3 – 10 -5 ), vật liệu sắt từ và siêu thuận từ có ñộ cảm từ dương và rất lớn (10 4 ). Vật liệu sắt từ thường thể hiện tính trễ từ do vật liệu có tính dị hướng theo trục tinh thể. Tuy nhiên, nếu kích thước vật liệu nhỏ ñi, chuyển ñộng nhiệt sẽ có thể phá vỡ trạng thái trật tự từ giữa các hạt thì vật liệu sắt từ trở thành vật liệu siêu thuận từ. ðặc ñiểm quan trọng của vật liệu siêu thuận từ là có từ ñộ lớn khi có từ trường ngoài và mất hết từ tính khi từ trường ngoài bằng không. Tính siêu thuận từ là một tính chất rất quan trọng khi ứng dụng hạt nanô từ tính trong sinh học. Ở trạng thái siêu thuận từ, thời gian hồi phục của mô men từ là:       ∆ = kT E exp 0 ττ ∆E là hàng rào thế năng cản trở sự quay của mô men từ, kT là năng lượng nhiệt. Vì là vật liệu siêu thuận từ, nên các hạt từ tính trong vật liệu không tương tác với nhau. Giá trị τ 0 cho hạt không tương tác vào khoảng 10 -10 – 10 -12 s phụ thuộc rất ít vào nhiệt ñộ. Hàng rào thế năng ∆E phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong ñó có dị hương từ tinh thể và dị hướng hình dạng. ðể ñơn giản ta chỉ xét dị hướng từ tinh thể (tính chất nội) ñơn trục: ∆E = KV, với K là mật ñộ năng lượng dị hướng từ tinh thể và V là thể tích của hạt. Như vậy ∆E tỉ lệ với V là thể tích của hạt. Nếu thể tích nhỏ hàng rào thế năng này sẽ thấp và năng lượng nhiệt ở nhiệt ñộ phòng có thể ñủ lớn ñể làm quay mô men từ và hệ ở trạng thái siêu thuận từ. Tuy nhiên, trạng thái siêu thuận từ còn phụ thuộc vào thời gian ño ñạc τ m . Nếu thời gian hồi phục m τ τ << thì quá trình quay của mô men từ rất nhanh so với thời gian ño ñạc. Như vậy, hạt nanô từ tính thể hiện tính “thuận từ” ñối với người ño. Nếu thời gian hồi phục m τ τ >> thì quá trình quay mô men từ chậm hơn so với thời gian ño. Như vậy, hạt nanô từ tính thể hiện tính chất “hãm” (blocked) ñối với người ño. Người ta ñịnh nghĩa nhiệt ñộ hãm T b là nhiệt ñộ nằm giữa hai trạng thái nói trên, ở ñó, τ = τ m . Hình 2 minh họa bản chất siêu thuận từ khi nhiệt ñộ thấp hơn nhiệt ñộ hãm T b , và khi nhiệt ñộ cao hơn nhiệt ñộ hãm T b . Trên thực tế các phép ño thực có giá trị 10 2 s với phép ño dòng một chiều, 10 -1 – 10 -5 s với dòng xoay chiều, 10 -7 – 10 -9 s với phép ño phổ Mossbauer. Hình 2: Minh h a b n ch t siêu thu n t , (trái) khi nhi t th p h n nhi t hãm T b , và (ph i) khi nhi t cao h n nhi t hãm T b . Như vậy, dưới tác dụng của một từ trường ñồng nhất thì các mô men từ của nguyên tử hoặc của các các hạt nanô từ tính sẽ quay theo phương của từ trường ngoài. Chú ý là các mô men từ quay chứ không dịch chuyển. ðể nguyên tử hoặc hạt nanô dịch chuyển thì cần phải có mặt của một gradient từ trường. Lực tác dụng lên hạt nanô dưới tác dụng của một gradient từ trường là: ∇∆=∇∆= BHV B VF mmm 2 1 2 0 2 χ µ χ (Ph ng trình 1) Với ∆ χ = χ m - χ w là sự khác biệt về ñộ cảm từ của hạt nanô từ và nước (môi trường hạt nanô từ tính nằm trong ñó). Vm là thể tích của hạt nanô. ðại lượng trong ngoặc là mật ñộ năng lượng từ tĩnh. Với ô xít sắt giá trị ∆χ lớn hơn không nên các hạt nanô từ tính ô xít sắt mà phân tán trong nước sẽ bị hút về phía cục nam châm ñặt gần ñó. Hiện tượng này ñược ứng dụng trong sinh học ñể phân tách và chọn lọc tế bào. 2. Ứng dụng hạt nanô từ tính trong tự nhiên Magnetite ñược biết ñến từ lâu. Trước ñây người ta cho rằng vật liệu này chỉ ñược tạo thành khi ñất ñá nóng chảy ở nhiệt ñộ và áp suất cao. ðến tận năm 1962 người ta mới tìm thấy magnetite còn ñược hình thành ở bên trong cơ thể của một sinh vật chuyên ăn tảo ở biển ñó là ốc biển. 1 Sự có mặt của magnetite làm cho răng của sinh vật này cứng hơn ñể có thể tiêu hóa thức ăn dễ dàng hơn. Muối sắt từ bên ngoài ñi vào trong cơ thể và ñược chuyển hóa thành hydroxide sắt. Quá trình chuyển hydroxide sắt thành magnetite hiện nay vẫn chưa ñược biết. 2 Hình 3: nh hi n vi i n t truy n qua c a m t s vi khu n có t tính. Hình dáng c a các h t nanô khác nhau, nó có th là hình l c giác, hình l p ph ng, hình elip. Chúng có th x p x p t o thành m t chu i, nhi u chu i ho c không theo m t tr t t nào. Hình 4: nh hi n vi c a khu n xo n t tính. Khu n này có hai roi và có n 60 h t t tính bên trong x p x p thành m t chu i. Thanh ngang có chi u dài 0,5 µm. ðến năm 1975 người ta mới phát hiện ra vi khuẩn có từ tính, hiện nay chúng là ñối tượng nghiên cứu nhiều nhất của các hệ sinh học có từ tính. 3 Vi khuẩn từ tính có khả năng tạo ra các hạt nanô tinh thể có từ tính có kích thước từ 50 – 100 nm (hình 3). Các hạt nanô nằm bên trong tế bào và thường dính vào màng của các không bào tạo nên một cấu trúc gọi là magnetosome. Các hạt nanô từ tính tổng hợp tự nhiên thường là magnetite Fe 3 O 4 và greigite Fe 3 S 4 . Các vi khuẩn có từ tính có thể là khuẩn cầu, khuẩn phẩy, hoặc khuẩn xoắn (hình 4). Chúng ñược tìm thấy ở rất nhiều nơi như ao, hồ, ñầm lầy, bãi biển, ñáy biển,… Chuỗi các hạt nanô từ tính có vai trò như chiếc la bàn giúp cho vi khuẩn ñịnh hướng trong từ trường của trái ñất ñể tìm các vùng ưa khí (aerophilic) nằm trên biên giữa bùn/nước trong tự nhiên. Các vi khuẩn này bơi lên phía bắc ở bắc bán cầu, bơi xuống phía nam ở nam bán cầu, bơi theo hai hướng ở xích ñạo. 4 Hình 5: Hai h t nanô t tính tìm th y sao H a (trái) và trong vi khu n trên trái t (ph i) Không chỉ có các vi khuẩn nhỏ bé, các ñộng vật lớn cũng sử dụng từ trường ñể ñịnh hướng như kiến, ong, chim bồ câu ñưa thư, cá hồi. Một vài giả thiết về khả năng ñịnh hướng của các ñộng vật này ñã ñược ñưa ra ñể giải thích. Hiện nay người ta tin rằng các hạt nanô từ tính bên trong cơ thể ñã tương tác với từ trường của trái ñất. Nghiên cứu các sinh vật này người ta thấy sự có mặt của hạt nanô từ tính trong nhiều bộ phận trong cơ thể của chúng. 5 Hình dạng và ñịnh hướng của các hạt nanô có mặt trong cơ thể các sinh vật sống trên trái ñất rất gần với hình dạng và ñịnh hướng của các hạt nanô tìm thấy trên sao Hỏa (hình 5). ðiều này ủng hộ giả thuyết về sự sống có thể ñược lan truyền từ hành tinh này ñến hành tinh khác. 6 Người ta ñã thử nghiệm khả năng ứng dụng của các vi khuẩn từ tính. ðể làm ñược ñiều ñó thì phải nuôi cấy các vi khuẩn có từ tính dưới ñiều kiện thông thường. Cho ñến nay chỉ có một số vi khuẩn ñã ñược phân lập và nuôi cấy. Vi khuẩn xoắn AMB-1 là loại vi khuẩn ñã ñược nghiên cứu và có thể nuôi cấy với tốc ñộ 0,34 g/dm 3 . Sau ñó người ta phải tách magnetosome khỏi vi khuẩn sử dụng phương pháp phân tách vật lí hoặc hóa học. 7 Các hạt nanô từ tính lấy từ vi khuẩn từ tính và bản thân tế bào lấy từ các vi khuẩn ñó ñã ñược sử dụng ñể ñánh dấu các vách ñô men trong vật liệu từ mềm và ñể tìm các cực từ trong các mẫu vật từ các thiên thạch rơi xuống trái ñất. 3. Các ứng dụng hạt nanô từ tính trong y sinh học Các ứng dụng của hạt nanô từ trong y sinh học ñược chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể và trong cơ thể. Trong ñề cương này, chúng tôi chỉ trình bày một số ứng dụng tiêu biểu trong rất nhiều ứng dụng ñã và ñang ñược nghiên cứu. Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu ra khỏi các tế bào khác. Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn thuốc, nung nóng cục bộ và tăng ñộ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ. 8 , 9 3.1. Phân tách và chọn lọc tế bào, DNA Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào ñó ra khỏi môi trường của chúng ñể làm tăng nồng ñộ khi phân tích hoặc cho các mục ñích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những phương pháp thường ñược sử dụng. Quá trình phân tách ñược chia làm hai giai ñoạn: ñánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể ñược ñánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường. Việc ñánh dấu ñược thực hiện thông qua các hạt nanô từ tính. Hạt nanô thường dùng là hạt ô xít sắt. Các hạt này ñược bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA), Hóa chất bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí nào ñó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt nanô phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn ñịnh của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết ñặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ ñược các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. ðây là cách rất hiệu quả và chính xác ñể ñánh dấu tế bào. Các hạt từ tính ñược bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch ñã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư ñường tiết niệu và thể golgi. ðối với các tế bào lớn, kích thước của các hạt từ tính ñôi lúc cũng cần phải lớn, có thể ñạt kích thước vài trăm nanô mét. Quá trình phân tách ñược thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào ñược ñánh dấu. Các tế bào không ñược ñánh dấu sẽ không ñược giữ lại và thoát ra ngoài. Lực tác thủy ñộng tác dụng lên hạt nanô từ tính ñược cho bởi phương trình sau: vRF m ∆ = πη 6 Trong ñó η là ñộ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R m là bán kính của hạt từ tính, ∆v là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước. ðể từ trường bên ngoài có thể giữ ñược hạt nanô từ tính ñang chảy trong nước thì phải có sự cân bằng giữa lực thủy ñộng và lực do từ trường tạo ra (phương trình 1). )()( 9 2 0 2 0 2 BB R v m ∇≡∇ ∆ =∆ µ ξ ηµ χ (Ph ng trình 2) Với R m là bán kính của hạt nanô từ tính. Giá trị ξ là ñộ linh ñộng từ tính của hạt nanô, là ñại lượng thể hiện cho khả năng dễ dàng ñiều khiển hạt bằng từ trường, nó tỉ lệ với kích thước của hạt. Hạt có bán kính lớn sẽ có giá trị lớn. Như vậy hạt nanô từ tính sẽ dễ ñược ñiều khiển bởi từ trường ngoài hơn tiểu cầu từ tính (magnetic bead). Hình 6: Nguyên t c tách t bào b ng t tr ng. (a) m t nam châm c t bên ngoài hút các t bào ã c ánh d u và lo i b các t bào không c ánh d u. (b) nam châm có th t vào m t dòng ch y có ch a t bào c n tách. Hình 7: Nguyên t c tách t bào b ng t tr ng s d ng b n thanh nam châm t o ra m t gradient t tr ng xuyên tâm. Nam châm Nam châm Tế bào ñược ñánh dấu Tế bào thường Từ trường Dòng chảy Bỏ từ trường Sơ ñồ phân tách tế bào ñơn giản nhất ñược trình bày ở hình 6. Hỗn hợp tế bào và chất ñánh dấu (hạt từ tính bao phủ bởi một lớp CHHBM) ñược trộn với nhau ñể các lên kết hóa học giữa chất ñánh dấu và tế bào xảy ra. Sử dụng một từ trường ngoài là một thanh nam châm vĩnh cửu ñể tạo ra một gradient từ trường giữ các hạt tế bào ñược ñánh dấu lại. Ngoài lực hút do từ trường ngoài, các tế bào còn chịu tác dụng của lực ñẩy trong lòng chất lỏng. Lực ñẩy này phụ thuộc vào sự khác biệt giữa khối lượng riêng của tế bào và nước. Trên thực tế lực này thường ñược bỏ qua. Hạn chế của phương pháp này là hiệu quả tách từ không cao. 10 ðể tăng hiệu quả người ta thường dùng một gradient từ trường lớn tác ñộng lên một dòng chảy có chứa các hạt nanô từ tính cần tách lọc. Thông thường người ta cho một số sợi từ hóa hoặc tiểu cầu từ tính trong lòng các ống rồi bơm dung dịch có chứa hạt nanô từ tính và tế bào liên kết với hạt nanô từ tính ñi qua (hình 6, bên dưới). 11 Hạt nanô từ tính bị sẽ dừng ở các sợi, các sợi có vai trò như nơi giam giữ hạt nanô từ tính và tế bào. Phương pháp này có nhược ñiểm là hạt nanô từ tính và tế bào có thể bị mất mát do bị tắc trong ñám sợi. Một phương pháp khác ñược sử dụng mà không cần sự có mặt của các ñám sợi ñó là dùng một gradient từ trường xuyên tâm tạo bởi bốn thanh nam châm như hình 7. Gradient từ trường xuyên tâm làm các tế bào ñánh dấu từ bị hút về phía thành ống rất nhanh. 12 Một cải tiến của mo hình này là áp dụng ñộ linh ñộng từ tính của các tế bào ñánh dấu từ khác nhau mà tách các tế bào ra khỏi dung dịch. Trong ứng dụng này dung dịch không chuyển ñộng mà gradient từ trường chuyển ñộng so với dung dịch ñứng yên. Phụ thuộc vào ñộ linh ñộng từ tính của tế bào ñánh dấu từ tính mà các tế bào sẽ ñược tách ra khỏi dung dịch và ñược thu thập bằng một nam châm vĩnh cửu. 13 Tách tế bào bằng từ trường ñã ñược ứng dụng thành công trong y sinh học. ðây là một trong những phương pháp rất nhạy ñể có thể tế bào ung thư từ máu, ñặc biệt là khi nồng ñộ tế bào ung thư rất thấp, khó có thể tìm thấy bằng các phương pháp khác. 14 Người ta có thể phát hiện kí sinh trung sốt rét trong máu bằng cách ño từ tính của kí sinh trùng ñánh dấu từ 15 hoặc ñánh dấu các tế bào hồng cầu bằng chất lỏng từ tính. 16 Ngoài ra, trong phản ứng PCR trong sinh học nhằm khuyếch ñại ADN nào ñó, quá trình làm giàu ADN ban ñầu cũng ñược thực hiện nhờ hạt nanô từ tính. 17 Với nguyên tắt tương tự như phân tách tế bào, hạt nanô từ tính ñược dùng ñể phân tách DNA. 3.2. Dẫn truyền thuốc Một trong những nhược ñiểm quan trọng nhất của hóa trị liệu ñó là tính không ñặc hiệu. Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì thế việc dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc ñến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường dùng ñiều trị các khối u ung thư) ñã ñược nghiên cứu từ những năm 1970, 18 , 19 những ứng dụng này ñược gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính. Có hai lợi ích cơ bản là: (i) thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc; và (ii) giảm lượng thuốc ñiều trị. Hạt nanô từ tính có tính tương hợp sinh học ñược gắn kết với thuốc ñiều trị. Lúc này hạt nanô có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ và ñi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt ñi vào mạch máu, người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh ñể tập trung các hạt vào một vị trí nào ñó trên cơ thể. Một khi hệ thuốc/hạt ñược tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc có thể diễn ra thông qua cơ chế hoạt ñộng của các enzym hoặc các tính chất sinh lý học do các tế bào ung thư gây ra như ñộ pH, quá trình khuyếch tán hoặc sự thay ñổi của nhiệt ñộ. 20 Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc cũng tương tự như trong phân tách tế bào. Gradient từ trường có tác dụng tập trung hệ thuốc/hạt. Hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường ñộ từ trường, gradient từ trường, thể tích và tính chất từ của hạt nanô. Các chất mang thường ñi vào các tĩnh mạnh hoặc ñộng mạch nên các thông số thủy lực như thông lượng máu, nồng ñộ chất lỏng từ, thời gian tuần hoàn ñóng vai trò quan trọng như các thống số sinh lý học như khoảng cách từ vị trí của thuốc ñến nguồn từ trường, mức ñộ liên kết thuốc/hạt, và thể tích của khối u. Các hạt có kích thước micrô mét (tạo thành từ những hạt siêu thuận từ có kích thước nhỏ hơn) hoạt ñộng hiệu quả hơn trong hệ thống tuần hoàn ñặc biệt là ở các mạch máu lớn và các ñộng mạch. Nguồn từ trường thường là nam châm NdFeB có thể tạo ra một từ trường khoảng 0,2 T và gradient từ trường khoảng 8 T/m với ñộng mạch ñùi và khoảng 100 T/m với ñộng mạch cổ. 21 ðiều này cho thấy quá trình dẫn thuốc bằng hạt nanô từ tính có hiệu quả ở những vùng máu chảy chậm và gần nguồn từ trường (Hình 8). Tuy nhiên, khi các hạt nanô chuyển ñộng ở gần thành mạch máu thì chuyển ñộng của chúng không tuân theo ñịnh luật Stoke nên với một gradient từ trường nhỏ hơn quá trình dẫn thuốc vẫn có tác dụng. Hình 8: Nguyên lí d n thu c dùng h t nanô t tính. M t thanh nam châm bên ngoài r t m nh t o ra m t gradient t tr ng kéo các h t nanô t tính g n v i thu c n v trí mong mu n. ó qu trình nh thu c di n ra làm cho hi u qu s d ng thu c c t ng lên nhi u l n. Nam châm Mô Mô Mạch máu Hình 9: Nguyên lí ch c n ng hóa b m t c a h t nanô t tính có c u trúc v /lõi. Lõi c a h t là ô xít s t, v là l p silica, các nhóm ch c bên ngoài có th là carboxyl, amino, streptavidin,… Các hạt nanô từ tính thường dùng là ô-xít sắt (magnetite Fe 3 O 4 , maghemite α-Fe 2 O 3 ) bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học như PVA, detran hoặc silica. Chất bao phủ có tác dụng chức năng hóa bề mặt ñể có thể liên kết với các phân tử khác như nhóm chức carboxyl, biotin, avidin, carbodiimide,… (Hình 9) 22 , 23 , 24 Nghiên cứu dẫn truyền thuốc ñã ñược thử nghiệm rất thành công trên ñộng vật, ñặc biệt nhất là dùng ñể ñiều trị u não. Việc dẫn truyền thuốc ñến các u não rất khó khăn vì thuốc cần phải vượt qua hàng rào băng cách giữa não và máu, nhờ có trợ giúp của hạt nanô từ có kích thước 10-20 nm, việc dẫn truyền thuốc có hiệu quả hơn rất nhiều. Việc áp dụng phương pháp này ñối với người tuy ñã có một số thành công, nhưng còn rất khiêm tốn. Người ta ñã thành công trong việc hướng thuốc doxorubicin ñến tế bào u bướu ở ñuôi chuột. 25 Kết quả là kích thước của bướu giảm ñi hoàn toàn nếu sử dụng hạt nanô từ tính dẫn thuốc. Trong khi các thí nghiệm dựa trên thuốc không ñược dẫn bằng hạt nanô từ tính có nồng ñộ cao hơn 10 lần vẫn không triệt tiêu ñược bướu. Phương pháp này ñược mở rộng sang một số loài ñộng vật khác và thu ñược kết quả tương tự. 26 , 27 Một cải biến của phương pháp này là cấy một nam châm nhỏ vào một bướu xương và tiêm hạt nanô mang thuốc bằng liposome so sánh với tiêm thuốc thông thường vào tĩnh mạch. Kết quả cho thấy lượng thuốc ñến bướu xương khi dùng hạt nanô từ tính lớn gấp 4 lần lượng thuốc ñến bướu xương khi không dùng hạt nanô. 28 Hơn nữa, phương pháp này còn giảm thiểu các hiệu ứng phụ do thuốc gây ra. 29 Việc ứng dụng trên người còn hạn chế. Một số nhóm ñã nghiên cứu thử nghiệm pha 1 với chất lỏng từ tính cho 14 bệnh nhân. Nghiên cứu cho thấy người ta có thể dẫn các hạt nanô từ tính ñến các u bướu trong cơ thể người mà không gây ñộc cho cơ thể. 30 , 31 Các nghiên cứu sau ñó trên ung thư gan cho thấy kết quả ban ñầu rất khả quan. Hạt nanô từ tính còn ñược dùng cùng với nuclide phóng xạ (radionuclide). Nuclide phóng xạ sử dụng các ñồng vị phóng xạ của các nguyên tố nhằm tiêu diệt tế bào ung thư. Hạt nanô từ tính gắn với nucide phóng xạ sẽ giúp cho các nuclide này ñến gần các mục tiêu và lưu trú ở ñó trong một thời gian dài nhằm phát huy tác dụng của tia phóng xạ. Ưu ñiểm của phương pháp nuclide phóng xạ từ tính so với phương pháp dẫn thuốc bằng từ trường là nuclide không cần phải tiếp xúc với tế [...]...bào mà ch c n ñi ñ n g n t bào mà thôi Th nghi m trên kh i u ch a chu t ngư i ta th y r ng li u chi u x khi dùng h t nanô t tính cao hơn m t ch c l n so v i s d ng nuclide Yttrium-90 và Rhenium-188 không ñư c d n b i t trư ng ngoài.32,33 H t nanô t tính còn ñư c ng d ng trong tr li u gen (gene therapy) M t gen tr li u ñư c g n v i h t nanô t tính H t nanô t tính ñư c gi m t v trí nào ñó dư i tác... t nanô t tính Các giá tr T1 và T2* có th gi m ñi khi có m t c a h t nanô t tính Các h t nanô siêu thu n t t o thành t ô xít s t ho c h p ch t ch a Gd thư ng ñư c s d ng như tác nhân làm tăng ñ tương ph n trong c ng hư ng t (hình 12) S có m t c a chúng làm nhi u lo n t trư ng ñ a phương nên làm T2 thay ñ i giá tr r t nhi u Giá tr c a T1 cũng thay ñ i nhưng m c ñ y u hơn D a trên ñ c tính c a t ng mô... gian tr ) ho c T2 (chu kì và th i gian tr dài) Ví d , h t nanô ô xít s t ñư c bao ph dextran có tính tương h p sinh h c và có th ñư c ñào th i qua gan sau khi s d ng Các h t nanô này ñư c phát hi n b i màng lư i n i mô c a cơ th ð tương ph n trong nh c ng hư ng t h t nhân d a trên hi n tư ng các mô khác nhau s h p thu khác nhau Ví d các h t nanô có ñư ng kính 30 nm có th nhanh chóng ñi vào gan và tì... không c ánh d u ñ ưñ ư ñ ñ H t nanô t tính ñư c ch c năng hóa ñ liên k t v i m t s mô nh t ñ nh s có tác d ng ñánh d u hi u qu hơn Hình 13 cho th y nh MRI c a não chu t ñ phát hi n t bào g c c y vào trong não Hình trên có s d ng các t bào g c ñánh d u b i các h t nanô t tính, hình dư i không ñư c ñánh d u ð tương ph n c a các t bào ñư c ñánh d u khác bi t h n so v i ñ tương ph n c a các t bào không... Polyethylene imine B ng 2: H t nanô t tính bao b c b i các polymer th ư ng d ng Thâm nh p ng m ch Tách t bào, siêu vi, kí sinh trùng ñ Ch t mang Ethyl-cellulose Polymers t ng h p: Polystyrene Polymethylmetacrylate ng.54 tính ch c n ng hóa b m t h t nanô t tính ng d ng T ng th i gian l u thông trong h tu n hoàn T ng th i gian l u thông trong h tu n hoàn T ng th i gian l u thông trong h tu n hoàn n nh h... và quay mô men t c a h t Hai quá trình quay này ñư c ñ c trưng b i hai thông s là th i gian h i ph c Brown (τB) và th i gian h i ph c Néel (τN) V i m t kích thư c h t cho trư c t n hao Brown th ng th t n s th p, t n hao Néel th ng th t n s cao Tính toàn lư ng nhi t thoát ra c a h t nanô siêu thu n t d a trên mô hình Debye38 l n ñ u tiên ñư c tính cho ch t l ng phân c c.39 Phương trình tính công su t... kho ng 15 kA/m nên công su t phát nhi t s t t tư ng nh hơn công su t phát nhi t siêu thu n t V i ch t l ng t t t giá tr SAR có th ñ t giá tr 45 W/g t i t trư ng c 5,6 kA/m, t n s 300 kHz.41 3.4 Tăng ñ tương ph n cho nh c ng hư ng t M c dù mô men t c a m t prôtôn r t nh (b ng 1,5×10-3 mô men t c a ñi n t ) nhưng trong cơ th ñ ng v t có m t lư ng r t l n prôtôn (h t nhân nguyên t hiñrô c a phân t nư c,... Phương trình tính công su t thoát nhi t c a h t nanô siêu thu n t không tương tác dư i tác d ng c a t trư ng xoay chi u ñư c cho b i công th c sau: P = µ 0πfχ "H 2 (Ph ng trình 3) ơư trong ñó µ0 là t th m c a môi trư ng, f là t n s t trư ng xoay chi u, χ” là thành ph n ngư c pha c a ñ c m t ph c (ñ h p th ), H là cư ng ñ t trư ng N u chuy n ñ ng c a h t nanô t tính ngư c pha so v i t trư ng thì m t ph n... absorption rate - SAR) có ñơn v là W/g Tích s c a SAR v i m t ñ h t nanô t tính cho công su t thoát nhi t c a h t nanô. 40 Ngoài kh năng thoát nhi t c a h t siêu thu n t , h t s t t cũng là m t ng c viên trong ñ t nhi t t Công su t ñ t nhi t c a h t s t t ph thu c vào di n tích c a ñư ng cong t tr P = µ 0 f ∫ HdM (Ph ng trình 4) ơư Công su t thoát nhi t s t t s l n t trư ng l n ñ n 100 kA/m Tuy nhiên... ngoài Khi siêu vi ti p xúc v i mô thì làm gia tăng kh năng truy n gen và th hi n gen.34 3.3 ð t nhi t t Phương pháp ñ t các t bào ung thư b ng t trư ng ngoài mà không nh hư ng ñ n các t bào bình thư ng là m t trong nh ng ng d ng quan tr ng khác c a h t nanô t tính M t trong nh ng nghiên c u ñ u tiên v ñ t nhi t t xu t hi n t năm 1957.35 Nguyên t c ho t ñ ng là các h t nanô t tính có kích thư c t 20-100 . m t c a h t nanô t tính và khi không có h t nanô t tính Các giá trị T 1 và T 2 * có thể giảm ñi khi có mặt của hạt nanô từ tính. Các hạt nanô siêu thuận từ tạo thành từ ô xít sắt hoặc hợp. cảm từ của hạt nanô từ và nước (môi trường hạt nanô từ tính nằm trong ñó). Vm là thể tích của hạt nanô. ðại lượng trong ngoặc là mật ñộ năng lượng từ tĩnh. Với ô xít sắt giá trị ∆χ lớn hơn không. ngoài. 32 , 33 Hạt nanô từ tính còn ñược ứng dụng trong trị liệu gen (gene therapy). Một gen trị liệu ñược gắn với hạt nanô từ tính. Hạt nanô từ tính ñược giữ ở một vị trí nào ñó dưới tác dụng của từ trường