Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày các nội dung về ứng dụng các hạt nano từ tính trong điều trị ung thư, các phương pháp tổng hợp vật liệu ferrite, tổng hợp cobalt ferrite pha tạp kẽm bằng phương pháp đồng kết tủa và khả năng sinh nhiệt của các hạt nano từ tính. Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
KH&CN nước ngồi Tổng hợp vật liệu nano từ tính ứng dụng điều trị ung thư Thời gian gần đây, liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính xem kỹ thuật tiềm cho điều trị ung thư Liệu pháp dựa khả sinh nhiệt hạt nano từ tính tác dụng từ trường ngồi, nhờ tiêu diệt hiệu tế bào ung thư Tuy nhiên, hạt nano từ tính, chẳng hạn Fe3O4 thường có khả sinh nhiệt cao, gây nguy hiểm cho người điều trị Ngoài ra, nhiều loại vật liệu từ điều chế phương pháp có sử dụng tiền chất hữu cơ, thường thể khả phân tán mơi trường nước Chính vậy, TS Elbeshir thuộc Khoa Vật lý (Đại học Al Baha, Ả Rập Saudi) đề nghị sử dụng phương pháp đồng kết tủa đơn giản để điều chế vật liệu nano cobalt ferrite khơng có khả phân tán tốt mơi trường nước, mà có từ tính cao, cho phép sinh nhiệt hiệu an toàn, phù hợp để ứng dụng điều trị ung thư Ứng dụng hạt nano từ tính điều trị ung thư Những tiến gần công nghệ nano đem đến nhiều kỹ thuật điều khiển cung cấp hệ vật liệu tiên tiến phục vụ lĩnh vực y sinh Điểm mạnh vật liệu kích thước nano diện tích bề mặt riêng lớn, từ tạo khả tiếp xúc tốt, tương tác hiệu vật liệu với nhiều tiểu phân sinh học khác [1, 2] Đối với vật liệu từ, đạt đến kích thước nano, chúng sở hữu đặc tính siêu thuận từ, với giá trị độ kháng từ thấp, cho phép dễ dàng điều khiển nhờ vào từ trường ngồi Vì hạt nano từ tính dần trở thành ứng cử viên cho ứng dụng sinh học y sinh Cụ thể, hạt nano từ tính sử dụng tác nhân tạo tương phản cho ảnh chụp cộng hưởng từ MRI, làm chất mang vận chuyển thuốc, chẩn đoán bệnh hay ứng dụng vào phương pháp cố định enzym liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính (magnetic fluid hyperthermia) [3] Trong ứng dụng trên, liệu pháp tăng thân nhiệt sử dụng hạt vật liệu từ tính (hình 1) lên phương pháp hứa hẹn điều trị ung thư, vốn sử dụng độc lập kết hợp với phương pháp trị liệu khác hóa trị xạ trị Được đề nghị Gilchrist vào năm 1957 [4], liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính dựa q trình Hạt nano từ tính Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính Khối u Khối u Hình Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính điều trị khối u ung thư đưa hạt nano từ tính xâm nhập vào thể người, truyền dẫn chúng đến khu vực có khối u Khi đó, tác động từ trường ngồi xoay chiều, hạt nano từ tính hấp thu lượng, chuyển lên trạng thái kích thích trở trạng thái Néel1, nhờ giải phóng lượng nhiệt làm nhiệt độ chỗ tăng lên 40oC [5] Quá trình sinh nhiệt nội tiêu diệt khối u chứa tế bào ung thư Như vậy, Nhiệt độ Néel nhiệt độ trật tự phản sắt từ bị phá vỡ vật liệu chuyển sang tính chất thuận từ Ở nhiệt độ Néel, vật liệu mang tính chất phản sắt từ Số năm 2018 61 KH&CN nước ngồi để ứng dụng lâm sàng cách hiệu quả, hạt nano từ tính phải có tốc độ hấp thu nhanh, tương thích sinh học phải có khả hình thành hệ huyền phù bền vững môi trường sinh lý nước dung dịch đệm phosphate Theo vài nghiên cứu, tốc độ hấp thu hạt từ tính phụ thuộc nhiều vào moment từ tính, lượng dị hướng, tỷ trọng, kích thước phân bố hạt từ [6] Giữa nhiều loại hạt nano từ tính khác nhau, ferrite (Fe3O4) thường ưa chuộng liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính, Fe3O4 có tính tương thích sinh học cao, q trình tổng hợp đơn giản với chi phí thấp Tuy nhiên, Fe3O4 có nhiệt độ Curie (823K) cao nhiều so với nhiệt độ tăng thân nhiệt Khi hạt nano Fe3O4 đưa vào từ trường xoay chiều, với nhiệt độ Curie cao, chúng sinh lượng nhiệt ứng với nhiệt độ lên đến 100-300oC Nhiệt độ không phá hủy khối u mà giết chết mơ tế bào bình thường, gây hậu nghiêm trọng cho sức khỏe bệnh nhân [7] Để khắc phục hạn chế ferrite Fe3O4, nhiều nhà khoa học đề nghị nghiên cứu sử dụng vật liệu spinel ferrite liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính Một vật liệu spinel ferrite đề xuất cobalt ferrite, vốn có nhiệt độ Curie thích hợp, vào khoảng 415K Bên cạnh đó, việc thay đổi điều kiện tổng hợp, nhà khoa học dễ dàng thay đổi tính chất từ vật liệu, bao gồm độ từ hóa, lực kháng từ từ đảm bảo kiểm sốt q trình sinh nhiệt hiệu an toàn [8] Các phương pháp tổng hợp vật liệu ferrite Xuất phát từ nhận định trên, nhiều phương pháp phát triển nhằm điều chế vật liệu ferrite hỗn hợp, chẳng hạn kỹ thuật nung gốm sứ, phương pháp đốt cháy nhiệt độ thấp phương pháp sol-gel [9, 10] Gần đây, R.A Bohara cộng đề nghị sử dụng phương pháp phân hủy nhiệt độ cao để tổng hợp nano từ tính Co0,5Zn0,5Fe2O4 với bề mặt hoạt hóa amine [11] Phương pháp dựa q trình phân hủy tiền chất kim loại dung môi có nhiệt độ sơi cao với diện tác nhân làm bền Tuy nhiên, sử dụng chất phụ gia hữu cơ, hạt nano từ tính thu phương pháp thường có độ tan tốt dung môi hữu cơ, đồng nghĩa với việc 62 Số năm 2018 khó phân bố hạt từ mơi trường nước Để tối ưu hóa q trình phân tán hạt từ tính mơi trường nước, bề mặt hạt từ cần phải biến tính Theo đó, nhiều nghiên cứu biến tính hạt từ sau tổng hợp cách sử dụng hợp chất polymer, vốn cơng nhận rộng rãi có khả chuyển đổi bề mặt kỵ nước thành bề mặt ưa nước Tiếc thay, hạt từ biến tính polymer thường sử dụng thời gian ngắn trình phân tách lớp polymer theo thời gian Ngoài ra, phương pháp tổng hợp nêu thường phức tạp, sử dụng hóa chất đắt tiền lượng dung mơi lớn, từ hạn chế khả ứng dụng sản phẩm ferrite vào lĩnh vực y sinh thực tế Chính vậy, cobalt ferrite cần điều chế phương pháp đơn giản hơn, đồng thời sử dụng tiền chất ưa nước Gần đây, TS Elbeshir công tác Khoa Vật lý (Đại học Al Baha, Ả Rập Saudi) đề nghị tổng hợp vật liệu CoFe2O4 có kích thước nano phương pháp đồng kết tủa đơn giản [12] Phương pháp tỏ thích hợp để điều chế hạt nano từ tính thân nước, phân tán tốt nước, từ giúp cho việc ứng dụng vào liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính dễ dàng Tổng hợp cobalt ferrite pha tạp kẽm phương pháp đồng kết tủa Để tổng hợp hạt nano từ tính có khả phân tán cao nước, đầu tiên, TS Elbeshir rót từ từ hỗn hợp chứa FeCl3 (nồng độ 0,533 mol/l) CoCl2 (0,267 mol/l) vào dung dịch NaOH mol/l điều kiện khuấy từ liên tục (tốc độ 3.000 vòng/phút) 30 phút Việc cho ngược hỗn hợp muối vào dung dịch kiềm nồng độ cao (thay nhỏ từ từ dung dịch kiềm vào hỗn hợp dung dịch muối) cho phép tạo loạt mầm tinh thể, đồng thời hạn chế tốc độ phát triển mầm, giúp tạo thành hạt kết tủa tiền chất với kích thước nhỏ Trong suốt trình khuấy trộn, pH dung dịch giữ ổn định khoảng 11-13 Hệ huyền phù sau ủ bể liên tục giờ, hạt lắng đáy rửa 10 lần với nước khử ion nước rửa đạt giá trị pH Kết tủa màu nâu tiếp tục lọc, nung thiêu kết 500oC vòng để thu hạt nano CoFe2O4 KH&CN nước B Cường độ (số lần đếm/giây) A 2θ (o) Hình thể giản đồ nhiễu xạ tia X (hình 2A) ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (hình 2B) mẫu cobalt ferrite sau điều chế Tất peak nhiễu xạ mẫu khớp với phổ tham chiếu CoFe2O4 (JCPDS Card no 22-1086) Kích thước tinh thể tính tốn từ vị trí bề rộng mũi phổ tương ứng với mặt mạng (311) có giá trị 12,1 nm Kích thước phù hợp với kết thu từ ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua, thể hạt nano có độ phân tán cao có kích thước khoảng 14,76 nm Điều chứng tỏ phương pháp đồng kết tủa nghiên cứu thành cơng việc tổng hợp hạt nano từ tính Hình trình bày đường cong từ trễ mẫu cobalt ferrite pha tạp kẽm Giá trị từ độ bão hòa xác định đạt đến 90 emu/g Đặc biệt, đường cong từ trễ thể độ kháng từ độ từ dư thấp, 270 Oe 11 emu/g, cho thấy hạt nano từ tính có tính chất vật liệu từ mềm, tức vừa hút hiệu nam châm, vừa dễ dàng phân tán lại mơi trường nước khơng có từ trường ngồi, giúp cho trình điều khiển hạt từ trở nên thuận lợi Độ từ hóa (emu/g) Hình (A) Giản đồ nhiễu xạ tia X (B) Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua mẫu CoFe2O4 Từ trường (Oe) Hình Đường cong từ trễ mẫu CoFe2O4 Khả sinh nhiệt hạt nano từ tính Với tính chất từ nêu trên, hạt cobalt ferrite TS Elbeshir trơng đợi sinh nhiệt tác động từ trường theo chế Néel (nhiệt sinh quay momen từ với dao động từ trường) Khả sinh nhiệt cảm ứng khảo sát với hạt từ có nồng độ 0,5 mg/ml từ trường 335 Oe nhiệt độ phòng vòng Số năm 2018 63 KH&CN nước [3] K Hola, Z Markova, G Zoppellaro, J Tucek, R Zboril (2015), “Tailored functionalization of iron oxide nanoparticles for MRI, drug delivery, magnetic separation and immobilization of biosubstances”, Biotechnol Adv., 33, pp.1162-1176 Nhiệt độ (oC) [4] R.K Gilchrist, W.D Shorey, R.C Hanselman, J.C Parrott, C.B Taylor (1957), “Selective inductive heating of lymph”, Ann Surg., 146, pp.596-606 [5] A Hervault and N.T.K Thanh (2014), “Magnetic nanoparticle-based therapeutic agents for thermochemotherapy treatment of cancer”, Nanoscale, 6, pp.1155311573 [6] I Sharifi, H Shokrollahi, S Amiri (2012), “Ferrite-based magnetic nanofluids used in hyperthermia applications”, J Magn Magn Mater., 324, pp.903-915 Thời gian (phút) Hình Khả sinh nhiệt theo thời gian mẫu CoFe2O4 áp từ trường 60 phút (hình 4) Kết cho thấy nhiệt độ hệ tăng dần theo thời gian Cụ thể, 35 phút, nhiệt độ hệ đạt đến 55oC, sau tăng đến gần 60oC trì nhiệt độ phút 60 Nhiệt độ vừa không thấp, đủ để tiêu diệt tế bào ung thư, vừa khơng q cao, đảm bảo an tồn cho bệnh nhân điều trị Như vậy, phương pháp đồng kết tủa đơn giản, TS Elbeshir tổng hợp thành cơng hạt nano từ tính khơng có khả phân tán tốt mơi trường nước mà có từ tính cao, có khả sinh nhiệt hiệu tác dụng từ trường ngoài, nhờ tiêu diệt hiệu tế bào ung thư liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính Nghiên cứu tiếp tục đem đến hy vọng chiến chống ung thư toàn cầu, đặc biệt tình khơng thể áp dụng phương pháp truyền thống xạ trị hóa trị ? Lê Tiến Khoa (tổng hợp) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K.E Sapsford, W.R Algar, L Berti, K.B Gemmill, B.J Casey, E Oh, M.H Stewart, I.L Medintz (2013), “Functionalizing nanoparticles with biological molecules: developing chemistries that facilitate nanotechnology”, Chem Rev., 113, pp.1904-2074 [2] M.P Monopoli, C Aberg, A Salvati, K.A Dawson (2012), “Biomolecular coronas provide the biological identity of nanosized materials”, Nat Nanotechnol., 7, pp.779-786 64 Số năm 2018 [7] R Epherre, E Duguet, S Mornet, E Pollert, S Louguet, S Lecommandoux, C Schatz, G Goglio (2011), “Manganite perovskite nanoparticles for self-controlled magnetic fluid hyperthermia: about the suitability of an aqueous combustion synthesis route”, J Mater Chem., 21, pp.4393-4401 [8] S Amiri, H Shokrollahi (2013), “The role of cobalt ferrite magnetic nanoparticles in medical science”, Mater Sci Eng C., 33, pp.1-8 [9] N.D Thorat, K.P Shinde, S.H Pawar, K.C Barick, C.A Betty, R.S Ningthoujam (2012), “Polyvinyl alcohol: an efficient fuel for synthesis of superparamagnetic LSMO nanoparticles for biomedical application”, Dalton Trans., 41, pp.3060-3071 [10] R.M Patil, P.B Shete, N.D Thorat, S.V Otari, K.C Barick, A Prasad, R.S Ningthoujam, B.M Tiwale, S.H Pawar (2014), “Superparamagnetic iron oxide/chitosan core/shells for hyperthermia application: Improved colloidal stability and biocompatibility”, J Magn Magn Mater., 355, pp.22-30 [11] R.A Bohara, H.M Yadav, N.D Thorat, S.S Mali, C.K Hong, S.G Nanaware, S.H Pawar (2015), “Synthesis of functionalized Co0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles for biomedical applications”, J Magn Magn Mater., 378, pp.397-401 [12] E.I.A Elbeshir (2018), “Magnetic and thermal properties of CoFe2O4 nanoparticles for magnetic hyperthermia treatment”, Inter J Adv Appl Sci., 5, pp.3436 ... đổi điều kiện tổng hợp, nhà khoa học dễ dàng thay đổi tính chất từ vật liệu, bao gồm độ từ hóa, lực kháng từ từ đảm bảo kiểm sốt q trình sinh nhiệt hiệu an toàn [8] Các phương pháp tổng hợp vật. .. phân tán tốt nước, từ giúp cho việc ứng dụng vào liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính dễ dàng Tổng hợp cobalt ferrite pha tạp kẽm phương pháp đồng kết tủa Để tổng hợp hạt nano từ tính có khả phân... tác Khoa Vật lý (Đại học Al Baha, Ả Rập Saudi) đề nghị tổng hợp vật liệu CoFe2O4 có kích thư c nano phương pháp đồng kết tủa đơn giản [12] Phương pháp tỏ thích hợp để điều chế hạt nano từ tính thân