Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)Nghiên cứu tổng hợp các hệ vật liệu nano lai trên cơ sở ôxít sắt nhằm ứng dụng trong hấp phụ và y sinh (tt)
A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Lý chọn đề tài Vật liệu nano vật liệu kỉ 21, với phát triển mạnh mẽ ngành công nghệ nano, nhà nghiên cứu tập trung phát triển ứng dụng vật liệu nano nhiều lĩnh vực khác y sinh, điện tử, lượng mơi trường Trong đó, hiệu ứng kích thước lượng tử hiệu ứng bề mặt nên vật liệu nano dạng hạt nghiên cứu phát triển ứng dụng mạnh mẽ Trong xu hướng đó, quan tâm nghiên cứu phát triển hạt nano ơxít sắt khơng góc độ khoa học chúng mà mở nhiều khả ứng dụng quan trọng lĩnh vực khác Đặc biệt, vật liệu nano ơxít sắt tạo ảnh hưởng sâu sắc sinh học phân tử, thuốc sản phẩm y tế kích thước siêu nhỏ, tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích vơ lớn, đặc tính quang học điều chỉnh, tính chất lý trội tổng hợp phương pháp đơn giản Các hạt nano ơxít sắt, bật magnetite (Fe3O4) hematit (-Fe2O3) tập trung nghiên cứu nhiều nhất, với đặc trưng từ tính cao người ta hy vọng hạt điều khiển nam châm đến nơi cần thiết, chúng hứa hẹn tác nhân cung cấp thuốc chỗ, đặc hiệu thể Ngồi ra, tính chất từ hạt nano ơxít sắt cho phép tách dễ dàng chất hấp phụ khỏi hệ thống tái sử dụng nhiều lần Khả tái sử dụng vật liệu nano gốc ơxít sắt đặc biệt có ý nghĩa giải tốn chi phí Mặc dù có nhiều ưu điểm song hạt nano ơxít sắt tồn số hạn chế ví dụ tượng kết đám yếu tố từ tính chi phối, kết tạo hạt có kích thước lớn Ngoài ra, ảnh hưởng phương pháp chế tạo, khó thu hạt nano có tính đồng cao Hoặc khó khống chế để tạo hạt nano kích thước mong muốn phù hợp với mục tiêu ứng dụng, đặc biệt ứng dụng y sinh học Vì vậy, xu hướng phát triển công nghệ chế tạo nhằm hạn chế nhược điểm hạt nano ơxít sắt Một xu hướng phát triển hệ nano lai sở hạt nano ơxít sắt nhằm tận dụng ưu vật liệu thành phần hạn chế nhược điểm chúng Ví dụ kết hợp hạt nano ơxít sắt với hạt nano kim loại quý vàng, bạc tăng cường hoạt tính sinh học hệ lai Hay kết hợp hạt nano ơxít sắt với vật liệu nano có độ xốp rỗng, diện tích bề mặt lớn tăng cường hoạt tính xúc tác, khả hấp phụ Tuy nhiên, đặc trưng tính chất vật liệu nano lai phụ thuộc lớn vào kích thước, hình dạng, độ phân tán gắn kết bền vững thành phần nano Tại Việt Nam nhà khoa học quan tâm đến hệ vật liệu nano lai có ứng dụng bước đầu Năm 2013 tác giả Thinh, N N cộng công bố chế tạo thành công hạt nano từ bọc chitosan có khả loại bỏ ion Cr(VI) với dung lượng hấp phụ cực đại đạt 55,80 mg/g thời gian 100 phút Năm 2016 tác giả Ngo, T D cộng công bố chế tạo thành công cấu trúc Fe3O4-Ag hỗn hợp cao su tự nhiên/polyethylene có tác dụng kháng khuẩn E.coli tốt so với sử dụng hạt nano Ag tinh khiết Năm 2016 nhóm tác Tung, L M cộng công bố chế tạo cấu trúc nano lai Fe3O4-Ag phương pháp đồng kết tủa kết hợp với phương pháp quang hóa có khả kháng vi khuẩn Staphylococcus aureus kháng methycilline Như nghiên cứu công bố thời gian gần cho thấy hệ nano lai sở ơxít sắt quan tâm nhiều nhiên tiềm ứng dụng hệ lai to lớn chưa hiểu biết/đánh giá cách đầy đủ đặc biệt lĩnh vực y sinh xử lí mơi trường Do triển khai thực đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu nano lai sở ơxít sắt nhằm ứng dụng hấp phụ y sinh” Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo thành công hệ vật liệu nano lai sở vật liệu ơxít sắt kim loại quý, thử nghiệm đánh giá khả ứng dụng lĩnh vực y sinh - Nghiên cứu chế tạo thành công nghệ vật liệu cấu trúc nano lai dạng lõi vỏ sở nano ơxít sắt bon, khảo sát đánh giá khả ứng dụng xử lý môi trường Phương pháp nghiên cứu Vật liệu nano lai sở ơxít sắt (IONPs-Ag, IONPs@C) chế tạo phương pháp thủy nhiệt hai bước, thủy nhiệt kết hợp với đồng kết tủa Những đóng góp luận án Kết mới, hoạt tính kháng khuẩn hệ -Fe2O3-Ag đánh giá chủng vi khuẩn gây nhiễm thực phẩm nhiễm trùng bệnh viện điển hình Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniea, Shigella flexneri đặc biệt đánh giá khả ức chế tế bào ung thư phổi A549 người Kết mở rộng tiềm ứng dụng y sinh vật liệu nano lai sở ơxít sắt Các kết nghiên cứu cơng bố tạp chí Journal Electronic Materials, Vol 46, No.6, 2017 (IF2015: 1.579) Đối với hệ vật liệu Fe3O4-Ag, lần đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, ức chế phát triển hai chủng vi khuẩn Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniea, khẳng định vật liệu nano lai Fe3O4-Ag có khả kháng chủng vi khuẩn Kết nghiên cứu công bố tạp chí Journal Electronic Materials, Vol 46, No.6, 2017 (IF2015: 1.579) Kết chức hóa thành cơng tạo phức hợp có gắn thụ thể sinh học (Fe3O4@APTES@Ab Fe3O4-Ag@APTES@Ab) điểm luận án này, đặc biệt phức hợp có khả bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis khỏi dung dịch mức nồng độ 101 cfu/ml, thời gian ngắn 20 phút, kết ưu việt hẳn công bố trước ( >102 cfu/ml) Đây điểm đặc biệt Việt Nam giời có công bố kết Với hệ vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C hạt mầm -Fe2O3 giữ dạng khối lập phương đồng sau bước thủy nhiệt thứ Đây phương pháp tổng hợp đơn giản vật liệu có hiệu hấp phụ cao, dung lượng hấp phụ cực đại hệ vật liệu -Fe2O3@C hấp phụ Cr(VI) đạt 76,92 mg/g thời gian 180 phút cao so với công bố gần Điểm bật hệ Fe2O3@C khảo sát nhận định vật liệu có khả tái sử dụng với hiệu suất cao, lần hấp phụ thứ đạt tới 93,39% Cấu trúc luận án Luận án chia thành chương với nội dung bố cục cụ thể sau: • Chương 1: Tổng quan Trình bày tổng quan tính chất đặc trưng, số phương pháp chế tạo vật liệu nano IONPs vật liệu nano lai (IONPs-kim loại quý, IONPs@C) Tình hình nghiên cứu vật liệu nano lai IONPs-kim loại quý, IONPs@C; Tiềm ứng dụng vật liệu nano lai hấp phụ y sinh • Chương 2: Chế tạo, khảo sát tính chất vật liệu nano lai -Fe2O3-Ag thử nghiệm y sinh Chương gồm ba nội dung chính: (1) Kết quy trình chế tạo hạt nano lai -Fe2O3-Ag phương pháp thủy nhiệt hai bước Khảo sát đặc trưng vật liệu phương pháp đại, có độ tin cậy cao (2) Kết đánh giá khả kháng khuẩn hạt nano lai -Fe2O3-Ag ba chủng vi khuẩn Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniea, Shigella flexneri phương pháp khuếch tán trực tiếp (3) Kết qủa đánh giá khả ức chế tế bào ung thư phổi A549 người hạt nano lai -Fe2O3-Ag • Chương 3: Vật liệu nano lai Fe3O4-Ag sở Fe3O4, thử nghiệm kháng khuẩn phân tách tế bào vi khuẩn Chương trình bày ba nội dung chính: (1) Kết quy trình chế tạo hạt nano lai Fe3O4Ag kết hợp phương pháp đồng kết tủa tạo mầm Fe3O4 với phương pháp thủy nhiệt tạo gắn kết hạt nano Ag Khảo sát đặc trưng vật liệu phương pháp đại, có độ tin cậy cao (2) Kết đánh giá khả kháng khuẩn Fe3O4-Ag với hai chủng vi khuẩn Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniea phương pháp khuếch tán đĩa phương pháp khuếch tán trực tiếp (3) Kết qủa chức hóa hạt nano Fe3O4 Fe3O4-Ag, bắt cặpphân tách tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis • Chương 4: Chế tạo vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C ứng dụng hấp phụ ion Cr(VI) nước Chương trình bày hai nội dung gồm: (1) Kết chế tạo hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C phương pháp thủy nhiệt hai bước Khảo sát đặc trưng vật liệu phương pháp đại có độ tin cậy cao (2) Kết đánh giá hiệu ứng dụng hạt nano lõi vỏ Fe2O3@C hấp phụ ion Cr(VI) nước • Kết luận kiến nghị Trong phần này, khái quát kết đạt điểm bật luận án, đồng thời nêu tồn hướng phát triển B NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu 1.2 Vật liệu nano ơxít sắt (IONPs = Fe3O4, -Fe2O3, -Fe2O3) 1.2.1 Chế tạo, cấu trúc tính chất từ vật liệu IONPs 1.2.2 Ứng dụng vật liệu IONPs hấp phụ y sinh học 1.2.2.1 Trong hấp phụ Việc sử dụng hạt nano ơxít sắt làm vật liệu cho phát triển chất hấp phụ từ tính có nhiều lợi ích như: điều khiển từ bên từ trường, phục hồi, tái sử dụng mở rộng đáng kể tiềm ứng dụng chúng Ngoài ra, tách dễ dàng khỏi hỗn hợp nam châm bên ngồi khơng giúp loại bỏ quy trình lọc ly tâm phức tạp mà làm giảm tiêu thụ lượng, giảm chất xúc tác, tiết kiệm thời gian thu hồi phục hồi chất xúc tác 1.2.2.2 Trong y sinh học Do có tính độc đáo kích thước tương đương với kích thước phân tử sinh học nên cơng nghệ vật liệu nano đầu tư nghiên cứu đặc biệt lĩnh vực y sinh : Chẩn đốn; Vận chuyển thuốc; Mơ kỹ thuật; Phân tách chọn lọc tế bào Tăng nhiệt cục bộ; Xét nghiệm miễn dịch từ tính; Tăng độ tương phản cho ảnh MRI 1.3 Vật liệu nano lai sở ôxít sắt 1.3.1 Vật liệu nano lai sở ôxít sắt với bạc Trong số hạt nano kim loại quý, hạt nano bạc kim loại quan tâm nghiên cứu nhiều chúng thể tính chất hóa lý đặc biệt độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, khả tăng cường tán xạ Raman bề mặt, độ ổn định hóa học tốt, có hoạt tính xúc tác đặc biệt hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, diệt virut cao Bên cạnh hạt nano bạc với nồng độ nhỏ chứng minh an toàn với tế bào khỏe mạnh người độc tố loại vi khuẩn, nấm virut… Đặc tính diệt vi sinh vật hạt nano bạc phụ thuộc lớn vào hình dạng, kích thước, độ phân tán nồng độ hạt nano bạc Bởi vậy, hạt nano bạc kim loại vật liệu hứa hẹn cho ứng dụng kháng khuẩn, diệt virut, nấm cảm biến sinh học Khi gắn kết kim loại q hạt nano ơxít sắt với mở hội chế tạo cấu trúc nano với loạt hiệu ứng xuất phát từ thân thành phần nano riêng lẻ, ngồi xuất tính chất mong muốn Tuy nhiên, đặc tính hệ vật liệu nano lai hoạt tính sinh học tăng cường tán xạ Raman… phụ thuộc mạnh vào kích thước, hình dạng, độ phân tán gắn kết bền vững hạt nano bạc hạt nano ôxit sắt từ hay phụ thuộc vào phương pháp công nghệ chế tạo Do vậy, việc lựa chọn phương pháp chế tạo để gắn kết hiệu hạt nano bạc với vật liệu nano nano ôxit sắt từ giúp điều khiển tính chất vật liệu nano lai triển khai hiệu ứng dụng thực tế y sinh xúc tác bước quan trọng 1.3.2 Vật liệu nano lai sở ơxít sắt cacbon Vật liệu nano carbon ống nano carbon graphene ơxít có diện tích bề mặt lớn, độ bền học cao, khả hấp phụ tốt coi vật liệu lý tưởng để lai hóa với thành phần vật liệu khác nhằm mở rộng khả ứng dụng chúng Một số công bố cho biết vật liệu nano carbon chức hóa có nhóm chức hóa học giúp chúng phân tán tốt ổn định môi trường nước phù hợp cho ứng dụng y sinh kiểm sốt mơi trường Tiềm ứng dụng bật vật liệu nano lõi vỏ IONPs@C lĩnh vực xúc tác, hấp phụ xử lý môi trường Chúng có khả hấp phụ chất gây nhiễm nước Cr, As, MB, RhB… tách dễ dàng khỏi dung dịch Kết hợp đặc điểm có từ tính để tác động từ bên với độ xốp rỗng cho khả hấp phụ cao lợi hệ vật liệu nano IONPs@C Ngồi ra, hệ vật liệu có khả thu hồi tái sử dụng đạt hiệu cao, ưu điểm kinh tế thân thiện với môi trường Chương 2: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT NANO LAI -Fe2O3-Ag VÀ THỬ NGHIỆM Y SINH 2.1 Mở đầu 2.2 Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu 2.3 Hình thái, cấu trúc tính chất từ vật liệu nano lai -Fe2O3-Ag Hình 2.2: Kết chụp ảnh TEM mẫu - Hình 2.3: Kết chụp ảnh TEM mẫu Fe2O3 có thời gian tổng hợp khác (a) Fe2O3 có nhiệt độ tổng hợp khác (a)180 giờ,(b)12 giờ, (c)15 ºC, (b)200 ºC, (c) 220 C Phân tích kết TEM cho thấy, nhiệt độ thời gian hai thông số ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước, khả phân tán hạt nano -Fe2O3 tổng hợp phương pháp thủy nhiệt Điều kiện chế tạo tốt 200 oC/12 giờ, hạt nano -Fe2O3 có dạng khối lập phương đồng hình dạng kích thước, kích thước cạnh 20 nm, có khả phân tán tốt Dùng hạt nano -Fe2O3 (hình 2.4a) làm mầm chế tạo -Fe2O3-Ag điều kiện 200 ºC/1 Hạt Ag hạt nano lai -Fe2O3-Ag có dạng cầu đồng nhất, kích thước khoảng 6-12 nm Hình 2.4b Hình 2.5 kết ảnh TEM, HRTEM hạt nano lai α-Fe2O3-Ag điều kiện chế tạo 200 ºC/1 Quan sát hình thấy xuất cấu trúc hạt nano lai α-Fe2O3-Ag gồm hạt α-Fe2O3 (20 nm) hạt nano Ag (6-12 nm) gắn lên bề mặt hạt α-Fe2O3 Hình 2.4: Kết chụp ảnh TEM mẫu -Fe2O3 trước lai (a) NPs -Fe2O3-Ag (b) Hình 2.5: Hình ảnh HRTEM hạt nano lai -Fe2O3-Ag (a) kết FFT (b) Ag(111), (c)-Fe2O3(110) Hình 2.6: Giản đồ nhiễu xạ tia X (a) hạt nano Hình 2.7: Đường cong từ hóa (a) mẫu - Ag; (b) -Fe2O3 (c) -Fe2O3-Ag Fe2O3 (b) hạt nano lai -Fe2O3-Ag Giản đồ XDR hình 2.6 cho thấy xuất đỉnh đặc trưng hạt nano α-hematit (PDF # 33-0664) đỉnh đặc trưng tinh thể Ag (PDF #04-0783-Ag NPs) Qua đó, kích thước trung bình NPs α-Fe2O3 tính tốn mặt (104) có giá trị dXRD, α-Fe2O3 ~ 21 nm hạt nano Ag tinh khiết mặt (111) dhạt nano Ag 7 nm Vật liệu nano lai có Ms đạt 9,18 emu/g thấp Ms NPs α-Fe2O3 đạt 11,63 emu/g, nhiên giá trị Ms NPs hematit sau gắn hạt nano bạc đủ đảm bảo mẫu tách khỏi dung dịch cách hiệu cách sử dụng từ trường ngồi đủ lớn (Hình 2.7) 2.4 Khả kháng khuẩn vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag 2.4.1 Hoạt tính ức chế phát triển vi khuẩn Salmonella enteritidis Quan sát hình 2.8 nhận thấy ZOI xuất tất mẫu từ FA1 đến FA5 Vùng ức chế lan rộng xung quanh vị trí giọt vật liệu nano α-Fe2O3-Ag, đặc biệt có ức chế hồn tồn diện tích chiếm giọt vật liệu vành lan tỏa vật liệu khuếch tán xung quanh Kết chứng tỏ vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag thể hoạt tính kháng vi khuẩn Salmonella enteritidis Hình 2.8: Kết thí nghiệm kháng khuẩn, ức chế phát triển vi khuẩn Salmonella enteritidiscủa hạt nano lai -Fe2O3-Ag phương pháp khuếch tán trực tiếp: FA chụp máy ảnh thông thường, FA1 đến FA5 chụp kính hiển vi huỳnh quang soi 2.4.2 Hoạt tính ức chế phát triển vi khuẩn Klebsiella pneumoniae Hình 2.9: Kết khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, ức chế phát triển vi khuẩn Klebsiella pneumoniae hạt nano lai -Fe2O3-Ag phương pháp khuếch tán trực tiếp: FA chụp máy ảnh thông thường, FA1 đến FA5 chụp kính hiển vi huỳnh quang soi Quan sát hình 2.9 thấy vùng ức chế mở rộng nồng độ so sánh với kết thử nghiệm vi khuẩn Salmonella enteritidis Điều cho thấy hạt nano lai -Fe2O3Ag có hoạt lực mạnh chủng vi khuẩn Klebsiella pneumoniae 2.4.3 Hoạt tính ức chế phát triển vi khuẩn Shigella flexneri Hình 2.10: Kết thí nghiệm ức chế phát triển vi khuẩn Shigella flexneri hạt nano lai Fe2O3-Ag phương pháp khuếch tán trực tiếp: FA chụp máy ảnh thông thường, FA1 đến FA5 chụp kính hiển vi huỳnh quang soi Hạt nano lai α-Fe2O3-Ag có hoạt lực cao ba chủng vi khuẩn Gram âm Shigella flexneri, Klebsiella pneumoniae, Salmonella enteritidis (Hình 2.8; Hình 2.9; Hình 2.10) Hiệu tác dụng ức chế chủng vi khuẩn Shigella flexneri > Klebsiella pneumoniae > Salmonella enteritidis Dựa kết thu khẳng định, phương pháp tổng hợp thủy nhiệt thu hạt nano lai α-Fe2O3-Ag, vật liệu nano lai thể tác dụng ức chế hiệu ba chủng vi khuẩn Gram âm Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniae, Shigella flexneri Vì hạt nano lai αFe2O3-Ag ứng viên tiềm thay cho hệ thống chống vi khuẩn trước chúng thể hoạt lực cao nhiều chủng vi khuẩn Gram âm, có khả thu hồi, tái sử dụng hiệu 2.5 Khả ức chế tế bào ung thư phổi A549 người vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag Ba mẫu NPs α-Fe2O3, hạt nano Ag, hạt nano lai α-Fe2O3-Ag cố định nồng độ từ 6,25 đến 100 g/ml Hình 2.11(a) đường cong khả sống tế bào phụ thuộc vào nồng độ, giá trị nồng độ ức chế 50% (IC50) xác định hạt nano Ag nồng độ 27,52 g/ml Đặc biệt hơn, trường hợp hạt nano lai α-Fe2O3-Ag, kết thu cho thấy tăng trưởng tế bào A549 bị ức chế hạt nano lai α-Fe2O3-Ag giá trị IC50 có nồng độ 20,94 g/ml (là nồng độ Ag mẫu lai) Giá trị IC50 hạt nano lai α-Fe2O3-Ag thu thí nghiệm ~ 20,94 g/ml giá trị thấp nhiều so với báo cáo trước đây, ví dụ sử dụng hạt nano Ag tinh khiết thử nghiệm với dòng tế bào ung thư phổi A549 giá trị IC50 ~ 100 g/ml Kết chúng tơi có làm cho hạt nano lai α-Fe2O3-Ag lý tưởng nhiều, đặc biệt giải pháp hiệu chi phí điều trị Hình 2.11 (b), (c) kết hình ảnh quang học thay đổi tế bào xử lý với mẫu đối chứng (b) hạt nano α-Fe2O3-Ag tổ hợp (c) Từ kết thu cho thấy hạt nano lai α-Fe2O3-Ag có khả gây độc cao tế bào ung thư phổi A549 so với hạt nano Ag tinh khiết hạt nano α-Fe2O3 Các tác dụng gây độc tế bào hạt nano lai α-Fe2O3-Ag cải thiện đáng kể làm cho chúng đặc biệt hứa hẹn ứng dụng điều trị ung thư tiên tiến Hình 2.11: (a) Ảnh hưởng hạt nano -Fe2O3, hạt nano Ag hạt nano lai -Fe2O3-Ag khả sống tế bào A549; thay đổi độc tính với tế bào (b) mẫu đối chứng (c) mẫu xử lý với hạt nano lai -Fe2O3-Ag 2.6 Kết luận chương (1) Đã xây dựng quy trình chế tạo thành cơng vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag theo phương pháp thủy nhiệt hai bước Trong đó, bước thu hạt nano α-Fe2O3 dạng khối lập phương đồng nhất, kích thước 18-20 nm, điều kiện thủy nhiệt 200 C/12 Bước 2, thu vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag với hạt nano bạc kích thước trung bình 6-12 nm, điều kiện thủy nhiệt 200 oC/1 (2) Đã đánh giá khả kháng khuẩn vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag ba chủng vi khuẩn Gram âm Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniae, Shigella flexneri phương pháp khuếch tán trực tiếp Hoạt lực vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag ba chủng vi khuẩn Shigella flexneri > Klebsiella pneumoniae > Salmonella enteritidis (3) Đã đánh giá khả ức chế tế bào ung thư vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag tế bào ung thư phổi A549 người xét nghiệm MTT Kết quả, giá trị nồng độ ức chế 50% (IC50) α-Fe2O3-Ag 20,94 g/mL hiệu hạt nano Ag tinh khiết với IC50 27,52 g/mL 10 Chương 3: VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4-Ag TRÊN CƠ SỞ Fe3O4, THỬ NGHIỆM KHÁNG KHUẨN VÀ PHÂN TÁCH TẾ BÀO VI KHUẨN 3.1 Mở đầu 3.2 Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Hóa chất quy trình chế tạo 3.2.2 Quy trình chế tạo cấu trúc nano Fe3O4 cấu trúc nano lai Fe3O4-Ag 3.2.3 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag 3.2.4 Khảo sát khả bắt cặp-phân tách vi khuẩn hạt nano Fe3O4 hạt nano lai Fe3O4-Ag Quy trình chức hóa hạt nano Fe3O4 hạt nano lai Fe3O4-Ag dùng khảo sát khả bắt cặp phân tách tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis Hình 3.3: Quy trình chức hố, bắt cặp với vi khuẩn Salmonella enteritidis dùng hạt nano Fe3O4 Hình 3.4: Quy trình chức hóa, bắt cặp với vi khuẩn Salmonella enteritidis dùng hạt nano Fe3O4-Ag Bước 1: chức hóa vật liệu có từ tính với APTES mục đích tạo lớp bọc có gắn nhóm chức –NH2 Bước 2: gắn kháng thể đặc hiệu với vi khuẩn Salmonella enteritidis Bước 3: thực bắt cặp thời gian 20 phút trước sử dụng nam châm hút tất thành phần có gắn yếu tố từ tính 3.3 Cấu trúc tính chất vật liệu nano lai 3.3.1 Hình thái vật liệu Fe3O4-Ag Hình 3.6a hạt nano Fe3O4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa có dạng hình cầu, đồng hình dạng, khả phân tán tốt, kích thước trung bình khoảng nm Hình 3.6b hình ảnh hạt nano lai Fe3O4-Ag tổng hợp thơng qua việc sử dụng hạt nano Fe3O4 làm mầm bước tổng hợp thủy nhiệt gắn kết hạt nano Ag Trong đó, hạt nano Fe3O4 kích thước cỡ nm phân bố xung quanh hạt nano Ag đường kính cỡ 22 nm 11 Hình 3.6: Ảnh TEM (a) hạt nano Fe3O4 trước lai;(b) hạt nano lai Fe3O4-Ag Hình 3.7: Ảnh TEM (a) phức hợp Fe3O4@APTES; (b) phức hợp Fe3O4-Ag@APTES Quan sát thấy có lượng APTES bao bọc xung quanh hạt nano Fe3O4 (Hình 3.7a), hạt nano lai Fe3O4-Ag (Hình 3.7b) Quan trọng hơn, hạt nano phân tán tương đối đồng APTES Kết sở để tiến hành gắn kết kháng thể lên phức hợp Fe3O4@APTES Fe3O4-Ag@APTES phục vụ cho mục đích bắt cặp-phân tách vi khuẩn 3.3.2 Phân tích cấu trúc Fe3O4-Ag giản đồ nhiễu xạ tia X Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X (a) hạt nano Fe3O4 (b) hạt nano Fe3O4-Ag Quan sát thấy có tám đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) magnetite (JCPDS PDF 19-0629) Ba đỉnh đặc trưng tinh thể nano bạc (JCPDS 04-0783) Kích thước hạt Fe3O4 khoảng nm, hạt nano Ag trung bình 22 nm 12 3.3.3 Tính chất từ hạt nano lai Fe3O4-Ag Hình 3.9: Đường cong từ hóa mẫu Fe3O4 (a) Fe3O4-Ag (b) Quan sát hình 3.9 thấy tất mẫu thể tính chất từ 300 K Độ từ hóa bão hòa (Ms) hạt nano Fe3O4 đạt 55,2 emu/g, hạt nano Fe3O4-Ag có giá trị Ms 50,04 emu/g, giải thích suy giảm cho thuộc tính phi từ thành phần bạc mẫu vật liệu nano lai Các giá trị Ms lớn dễ dàng tác động từ trường 3.3.4 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier phức hợp vật liệu dùng cho phân tách vi khuẩn Hình 3.10 phổ FTIR phức hợp Fe3O4@APTES Xuất dải hấp thụ 1083.99 cm-1 rung động kéo căng liên kết C-N, dải hấp thụ 1045,42 cm-1 rung động kéo căng liên kết Si-O, dải hấp thụ 935,48 cm-1 đặc trưng cho dao động uốn nhóm -NH2 Các dải hấp thụ cho thấy tồn APTES Ngoài ra, phổ FTIR quan sát thấy vùng liên kết Fe-O Fe3O4 xuất hai dải khoảng 630 cm-1 vùng 400 cm-1 FTIR phức hợp Fe3O4@APTES khảo sát Phổ FTIR phức hợp Fe3O4-Ag@APTES phân tách khuẩn: khảo sát phân tách vi khuẩn: Hình 3.11: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier hạt nano Fe3O4-Ag(a) hạt nano lai Fe3O4Ag@APTES (b) Hình 3.11 phổ FTIR Fe3O4-Ag@APTES Xuất dải hấp thụ 2972,31 2881,65 Hình 3.10: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier mẫu hạt nano Fe3O4@APTES cm-1 đặc trưng cho rung động kéo dài liên kết C-H, dải hấp thụ 1087,85 cm-1 đặc trưng cho rung động kéo dài liên kết C-N, dải vùng 1045,42 cm-1 rung động kéo căng 13 liên kết Si-O, dải 879,54 cm-1 dao động uốn nhóm -NH2, tất cho thấy tồn APTES Ngoài ra, liên kết Fe-O xuất 628,79 vùng 445,56 cm-1 Như vậy, phép phân tích FTIR nhận định chức hóa thành cơng hạt nano Fe3O4 Fe3O4_Ag APTES (có chứa nhóm -NH2), thể hình thành liên kết hóa học Fe-O-Si Kết sở để tiếp tục thực bước tạo phức hợp sinh học gắn kết kháng thể bắt cặp sinh học với kháng nguyên vi khuẩn Salmonella enteritidis 3.4 Khả kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag 3.4.1 Phương pháp khuếch tán đĩa giấy Hình 3.12: Hoạt tính kháng khuẩn hạt nano Hình 3.13: Hoạt tính kháng khuẩn hạt Fe3O4-Ag nồng độ khác vi nano Ag (a) hạt nano Fe3O4-Ag (b) khuẩn Salmonella enteritidis (a) Klebsiella nồng độ khác vi khuẩn pneumoniae (b) Klebsiella pneumoniae Hình 3.12 kết thử hoạt tính kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag hai chủng vi khuẩn Salmonella enteritidis (a) Klebsiella pneumoniae (b), quan sát thấy vòng kháng khuẩn xuất rõ nét xung quanh khoanh giấy thấm hai chủng vi khuẩn nồng độ Ag mẫu lai 1542 ppm, 771 ppm, 386 ppm Cụ thể, nồng độ Ag mẫu vật liệu lai 1542 ppm, 771 ppm, 386 ppm, bán kính vòng kháng khuẩn chủng Salmonella enteritidis tương ứng là: 3,5 mm, 4,1 mm, 3,0 mm; chủng Klebsiella pneumoniae là: 4,3 mm, 4,0 mm, 4,7 mm; nồng độ 96 ppm khơng xuất vòng kháng khuẩn hai chủng vi khuẩn thử nghiệm Đặc biệt chủng Klebsiella pneumoniae nồng độ 193 ppm xuất vòng kháng khuẩn rõ nét bán kính đạt 3,5 mm nồng độ khơng xuất vòng kháng khuẩn chủng vi khuẩn Salmonella enteritidis Như thấy hoạt lực kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag chủng Klebsiella pneumoniae tốt vi khuẩn Salmonella enteritidis Hoạt tính kháng vi khuẩn Salmonella enteritidis Klebsiella pneumoniae hạt nano Fe3O4-Ag Ngoài ra, đánh giá hoạt lực kháng khuẩn vật liệu nano lai so với vật liệu hạt nano Ag tinh khiết hạt nano Fe3O4-Ag chủng Klebsiella pneumoniae (Hình 3.13) Ở nồng độ 193 ppm bán kính vòng kháng khuẩn đạt 3,5 mm vật liệu hạt nano Ag tinh khiết nồng độ khơng quan sát thấy vòng kháng khuẩn (Hình 3.13a) Chứng tỏ khả kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag cải thiện so với bạc nano tinh khiết nồng độ 14 Kết chứng tỏ hoạt lực kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag cao nhiều so với nano Ag tinh khiết Như vật liệu nano lai Fe3O4-Ag mở khả phát triển, ứng dụng vào y tế thể hoạt lực mạnh điều khiển, thu hồi tác dụng từ trường từ bên Hoạt lực kháng khuẩn vật liệu nano lai Fe3O4-Ag tăng cường đóng góp vật liệu thành phần bao gồm: (i) hạt nano Fe3O4-Ag có khả hấp thụ hóa học tốt hơn, (ii) kích thước hạt nano bạc nhỏ (iii) diện tích tiếp xúc vật liệu nano lai với tế bào vi khuẩn tăng cường 3.4.2 Phương pháp khuếch tán trực tiếp dùng Fe3O4-Ag Kết ức chế vi khuẩn Salmonella enteritidis Kết ức chế vi khuẩn Klebsiella pneumoniae s Hình 3.14: Kết thử hoạt tính ức chế vi Hình 3.15: Kết thử hoạt tính kháng vi khuẩn Salmonella enteritidis vật liệu nano khuẩn Klebsiella pneumoniae vật liệu nano lai Fe3O4-Ag chụp kính hiển thơng lai Fe3O4-Ag chụp kính hiển thơng thường (a) kính hiển vi huỳnh quang soi thường a) kính hiển vi huỳnh quang soi (b, c, d, e) (b, c, d, e) Hình 3.14 kết thử nghiệm ức chế phát triển vi khuẩn Salmonella enteritidis chụp máy ảnh thơng thường hình 3.14 (a) chụp kính hiển vi huỳnh quang soi hình 3.14 (b), (c), (d), (e) Hình 3.14 (b), (c), (d), (e) hình ảnh hiển vi quang học soi đĩa vi khuẩn xử lý hạt nano Fe3O4 vật liệu nano lai Fe3O4-Ag phương pháp khuếch tán trực tiếp Quan sát thấy vi khuẩn phát triển bình thường vùng có diện hạt nano Fe3O4 (Hình 3.14e) Tuy nhiên, vùng nhỏ trực tiếp dung dịch Fe3O4-Ag, phát triển vi khuẩn có suy giảm rõ rệt Đối với chủng vi khuẩn Klebsiella pneumoniae tiến hành thí nghiệm tương tự với vi khuẩn Salmonella enteritidis Quan sát hình 3.15 nhận thấy vùng ức chế chiếm tồn diện tích chứa giọt vật liệu lan rộng xung quanh sử dụng vật liệu nano lai Fe3O4-Ag 15 Khi quan sát kính hiển vi huỳnh quang soi (Hình 3.15b, c d) thấy vùng ức chế xuất diện tích chiếm vật liệu nano Fe3O4-Ag nồng độ 386 ppm, 771 ppm, 1542 ppm Vùng ức chế mở rộng cho thấy hiệu ức chế trội hạt nano lai Fe3O4-Ag Klebsiella pneumoniae (Hình 3.15 b, c d) Ví dụ, nồng độ 386 ppm, vi khuẩn Klebsiella pneumoniae bị ức chế hồn tồn đường kính ZOI trung bình khoảng 1,4 cm (Hình 3.15b) Như vậy, thơng qua kết thử hoạt tính ức chế phương pháp khuếch tán trực tiếp hai chủng vi khuẩn Salmonella enteritidis Klebsiella pneumoniae thấy hạt nano lai Fe3O4-Ag có hoạt tính kháng khuẩn cao kháng lại hai chủng vi khuẩn 3.5 Khả phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis phức hợp Fe3O4@APTES@Ab Fe3O4-Ag@APTES@Ab Hình 3.16a vi khuẩn Salmonella enteritidis trước thử nghiệm với phức hợp Fe3O4@APTES@Ab, tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis không xuất yếu tố lạ màng roi Sau sử dụng phức hợp Fe3O4@APTES@Ab bắt cặp-tách tế bào vi khuẩn khỏi dung dịch, tế bào Salmonella enteritidis tìm lưới xuất thành phần cho phức hợp Fe3O4@APTES@Ab gắn bề mặt tế bào vi khuẩn (Hình 3.16b) Hình 3.16c, d hình ảnh vi khuẩn Klebsiella pneumoniae trước kết sau thử nghiệm với phức hợp Fe3O4@APTES@Ab, quan sát tồn lưới đồng khơng tìm thấy tế bào vi khuẩn Klebsiella pneumoniae nào, chứng tỏ phức hợp Fe3O4@APTES@Ab không bắt cặp với vi khuẩn Klebsiella pneumoniae Phức hợp Fe3O4@APTES@Ab bắt cặpphân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis Phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab bắt cặpphân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis Hình 3.16: Hình ảnh TEM vi khuẩn Salmonella enteritidis (a) trước tương tác với phức hợp Fe3O4@APTES@Ab; (b) sau bắt cặp với phức hợp Fe3O4@APTES@Ab; (c) ảnh TEM vi khuẩn Klebsiella pneumoniae trước bắt căp, (d) kết chứng dương thử nghiệm với vi khuẩn Klebsiella pneumoniae Hình 3.17: Hình ảnh TEM vi khuẩn Salmonella enteritidis (a) trước tương tác với phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab; (b) sau gắn với phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab; (c) ảnh TEM vi khuẩn Klebsiella pneumoniae trước bắt căp; (d) kết chứng dương thử nghiệm với vi khuẩn Klebsiella pneumoniae Tất tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis phát lưới xuất thành phần cho phức hợp Fe3O4@APTES@Ab, chứng tỏ phức hợp Fe3O4@APTES@Ab bắt cặp 16 hiệu tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis Bằng pha loãng liên tiếp nồng độ vi khuẩn, kết cho thấy phát vi khuẩn Salmonella enteritidis mức thấp 10 cfu mL-1, thời gian bắt cặp-tách 20 phút, thí nghiệm lặp lại ba lần để kiểm tra độ tin cậy Hình 3.17 (b) cho thấy có gắn kết thành cơng phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab lên bề mặt vi khuẩn Salmonella enteritidis Tất tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis phát lưới quan sát thấy có gắn với thành phần cho phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab, chứng tỏ hiệu bắt cặp phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab tế bào vi khuẩn Salmonella enteritidis Với phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab phát vi khuẩn Salmonella enteritidis mức thấp 10 cfu mL-1, thí nghiệm lặp lại ba lần để kiểm tra độ tin cậy Điểm đặc biệt, hình ảnh vi khuẩn quan sát sử dụng phức hợp Fe3O4-Ag@APTES@Ab có biến dạng cho thành tế bào bị phá vỡ Kết phức hợp gắn lên bề mặt tế bào vi khuẩn có giải phóng ion Ag+ dẫn đến phá hủy thành tế bào làm biến dạng tế bào Đây điều thú vị sử dụng phức hợp có nguồn gốc Fe3O4-Ag, phức hợp tìm-bắt cặp đặc hiệu, sau giải phóng tác nhân tiêu diệt vi khuẩn 3.6 Kết luận chương ❖ Đã chế tạo thành công hạt nano lai Fe3O4-Ag (2 bước) Bước 1: hạt nano Fe3O4 chế tạo phương pháp đồng kết tủa, hạt có dạng gần hình cầu kích thước nm, Ms đạt 55,2 emu/g; bước 2: chế tạo hạt nano lai Fe3O4-Ag phương pháp thủy nhiệt dùng Fe3O4 làm mầm, hạt nano lai có Ms đạt 50,04 emu/g, hạt nano lai thành phần Fe3O4 có kích thước nm hạt nano Ag kích thước 22 nm, hạt nano lai có khả phân tán tốt nước ❖ Vật liệu nano lai Fe3O4-Ag có khả kháng hai chủng vi khuẩn Gram âm Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniae khảo sát phương pháp khuếch tán đĩa phương pháp khuếch tán trực tiếp Hoạt lực hạt nano Fe3O4-Ag chủng Klebsiella pneumoniae tốt Salmonella enteritidis ❖ Phức hợp Fe3O4@APTES@Ab Fe3O4-Ag@APTES@Ab có khả bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis, nồng độ nhỏ 10 cfu mL-1, thời gian bắt cặp-phân tách 20 phút 17 Chương 4: CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO LÕI VỎ -Fe2O3@C ỨNG DỤNG HẤP PHỤ ION Cr(VI) TRONG NƯỚC 4.1 Mở đầu 4.2 Thực nghiệm 4.2.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm 4.2.2 Chế tạo hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C Hình 4.1: Quy trình chế tạo hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C phương pháp thủy nhiệt hai bước 4.2.3 Quy trình khảo sát khả hấp phụ ion Cr(VI) nước phương pháp phân tích đo quang (UV-vis) 4.2.4 Quy trình giải hấp phụ, tái sử dụng vật liệu -Fe2O3@C 4.3 Phân tích cấu trúc tính chất từ hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C Hình 4.2 kết chụp ảnh ảnh TEM hạt nano -Fe2O3 trước bọc lớp nano cacbon (Hình 4.2a) hạt nano -Fe2O3@C sau có lớp vỏ bọc cacbon (Hình 4.2 (b)) Điểm đặc biệt, mẫu -Fe2O3@C thu có dạng hạt nano lõi vỏ, hạt nano -Fe2O3 có dạng lập phương tương tự hình dạng chúng trước làm lõi phản ứng thủy nhiệt bước Hình 4.4 đường cong từ hóa hạt nano -Fe2O3 hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C nồng độ tiền chất khác Nhận thấy rằng, giá trị Ms mẫu chế tạo có đủ khả tương tác với từ trường bên ngoài, điều kiện cần cho trình tách từ ứng dụng thực tế 18 Hình 4.2: Ảnh TEM -Fe2O3 trước bọc cacbon (a), hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C (b) Hình 4.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Hình 4.4: Đường cong từ hóa hạt nano- nano lõi vỏ -Fe2O3@C có tỷ lệ khối lượng hạt Fe2O3 hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C tỷ nano-Fe2O3 khối lượng tiền chất glucose lệ glucose tiền chất khác thay đổi 4.4 Ứng dụng vật liệu -Fe2O3@C xử lý ion Cr(VI) nước 4.4.1 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang nồng độ Cr(VI) 4.4.2 Các thông số ảnh hưởng khả hấp phụ ion Cr(VI) -Fe2O3@C Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C Hình 4.8 cho thấy, hiệu suất hấp phụ tốt đạt 98,55% pH Hình 4.9 khảo sát ảnh hưởng độ dày lớp vỏ nano cacbon, cụ thể độ dày lớp vỏ tăng lên, dung lượng hấp phụ tăng lên Trong đó, mẫu -Fe2O3@C có độ dày lớp vỏ nm (MC1) khả hấp phụ tốt Khối lượng vật liệu hấp phụ ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ thể hình 4.10 Kết cho thấy khối lượng vật liệu hấp phụ tăng lên 30 mg, dung lượng hấp phụ tăng lên 2,5 lần so với sử dụng khối lượng chất hấp phụ 10 mg Nhận xét: Kết khảo sát ảnh hưởng yếu tố pH, khối lượng độ dày lớp vỏ nano cacbon đến khả hấp phụ vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C rút số liệu thực nghiệm tốt nhất: pH = 3, MC1(lớp vỏ dày nm), m = 30 mg, nhiệt độ phòng 19 Ảnh hưởng pH Hình 4.8: Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI) Ảnh hưởng tỷ lệ chất Ảnh hưởng khối lượng Hình 4.9: Ảnh hưởng tỷ lệ tiền chất chế tạo mẫu đến dung lượng hấp phụ Cr(VI) Hình 4.10: Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ Cr(VI) 4.4.3 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ -Fe2O3@C Khi nồng độ Cr(VI) ban đầu khác nhau, khả hấp phụ vật liệu nano lõi vỏ Fe2O3@C tăng lên (hình 4.11) Hình 4.12 kết biểu diễn hồi quy Ce/qe theo Ce, nhận thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mơ tả tương đối xác hấp phụ ion Cr(VI) lên vật liệu Fe2O3@C Phương trình Langmuir có dạng: Ce/qe = 0,013Ce + 0,0635 (4.3) R2 = 0,9883 Giá trị hệ số tương quan R2 0,988 hai đại lượng Ce/qe Ce chứng tỏ số liệu thực nghiệm thỏa mãn phương trình Langmuir Dựa vào phương trình Langmuir tính dung lượng hấp phụ cực đại (qm) vật liệu -Fe2O3@C, thông số phương trình Langmuir: Bảng 4.4: Các thơng số phương trình đẳng nhiệt Langmuir T(K) 300 KL qm(mg/g) 0,204 76,92 R 0,988 Để xác định trình hấp phụ Cr(VI) vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C có phù hợp với dạng hấp phụ đơn lớp theo mô tả mơ hình Langmuir hay khơng, chúng tơi đánh giá mức độ phù hợp thông qua tham số cân RL Trong đó, < RL < dạng mơ hình đẳng nhiệt phù hợp Tham số RL tính theo nồng độ ban đầu (Co) sau: RL = 1/KLCo Trong thí nghiệm với vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C hấp phụ Cr(VI), tham số cân tính tốn khoảng từ 0,2 – 0,98 thỏa mãn điều kiện tức trình hấp phụ ion Cr(VI) lên NPs lõi vỏ -Fe2O3@C phù hợp với mơ hình Langmuir Như vậy, khả hấp phụ Cr(VI) NPs lõi vỏ -Fe2O3@C có dung lượng hấp phụ cực đại đạt 76,29 (mg/g) hiệu suất xử lý ion Cr(VI) lên tới 99 %, thời gian hấp phụ bão hòa khoảng 180 phút 20 Hình 4.11: Ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) ban đầu đến khả hấp phụ vật liệu Hình 4.12: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ion Cr(VI) lên -Fe2O3@C nano lõi vỏ -Fe2O3@C So sánh thơng số phương trình Langmuir phương trình Freundlich cho thấy hệ số tương quan R2 mơ hình Langmuir tiến gần đến so với mơ hình Freundlich Ngồi ra, giá trị tham số cân RL thỏa mãn điều kiện < RL < Như vậy, xác định trình hấp phụ Cr(VI) lên vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C tn theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir, hấp phụ đơn lớp Dung lượng hấp phụ cực đại qm vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C hấp phụ ion Cr(VI) đạt 76,92 mg/g, thời gian hấp phụ bão hòa 180 phút Kết dung lượng hấp phụ cực đại Fe2O3@C hấp phụ ion Cr(VI) so sánh với số báo cáo sử dụng cấu trúc khác sở ơxít sắt xử lý ion Cr(VI) tổng hợp Bảng 4.8 Bảng 4.9: So sánh khả hấp phụ Cr(VI) -Fe2O3@C với cấu trúc khác Dung lượng hấp phụ cực đại qm (mg/g) pH Tài liệu tham khảo 32,33 4,5 [101] Fe3O4 dạng cầu rỗng 180 2,5 [106] Cyclodextrin từ tính /chitosan/GO 21,6 3,0 [96] Fe3O4/chitosan 55,80 3,0 [184] Fe3O4/C ưa nước 61,69 2,5 [22] -Fe2O3@C 76, 92 3,0 Luận án Vật liệu hấp phụ Fe3O4/GO dạng cầu rỗng Từ bảng so sánh thấy dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu nano lõi vỏ Fe2O3@C cao hứa hẹn loại vật liệu có giá trị ứng dụng hấp phụ xử lý ion kim loại nặng nói chung ion Cr(VI) nói riêng 21 4.4.4 Động học trình hấp phụ ion Cr(VI) -Fe2O3@C 4.4.5 Kết giải hấp phụ tái sử dụng vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C Trong khuôn khổ luận án tiến hành hoàn nguyên tái sử dụng mẫu MC1 (độ dày lớp vỏ nano cacbon nm), lần hấp phụ thứ ba hiệu suất đạt 93,39% Kết cho thấy khả tái sinh tốt tính bền vật liệu hiệu loại bỏ ion Cr(VI) -Fe2O3@C cao Hình 4.16: Dung lượng hấp phụ Cr(VI) ba lần hoàn nguyên (đồ thị dạng đường) hiệu suất ba lần hấp phụ liên tiếp (đồ thị dạng cột) 4.5 Kết luận chương (1) Đã xây dựng thành cơng quy trình chế tạo hạt nano lõi vỏ -Fe2O3@C phương pháp thủy nhiệt hai bước 200 ºC/12 Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc tính chất từ vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C, hạt nano lõi -Fe2O3 có kích thước trung bình 20 nm, lớp vỏ nano cacbon có độ dày từ 1nm đến nm tăng khối lượng tiền chất glucose, vật liệu có khả phân tán tốt nước (2) Đã khảo sát khả ứng dụng xử lý ion Cr(VI) nước Kết quả, dung lượng hấp phụ cực đại đạt 76,92 mg/g, thời gian xử lý 180 phút, hiệu suất hấp phụ đạt 99%, hấp phụ đơn lớp, trình hấp phụ tuân theo phương trình động học bậc (3) Đã khảo sát khả hoàn nguyên tái hấp phụ vật liệu -Fe2O3@C Kết quả, tái hấp phụ lần, hiệu suất hấp phụ lần thứ đạt 93,39% 22 KẾT LUẬN Đã chế tạo thành công vật liệu nano lai α-Fe2O3-Ag có khả kháng khuẩn, ức chế tế bào ung thư: ❖ Hạt nano lai α-Fe2O3-Ag có hạt nano Ag kích thước trung bình 6-12 nm, điều kiện thủy nhiệt 200 oC/1 ❖ Vật liệu lai α-Fe2O3-Ag có khả kháng ba chủng vi khuẩn Gram âm Salmonella enteritidis, Klebsiella pneumoniae, Shigella flexneri Hoạt lực α-Fe2O3-Ag với vi khuẩn Shigella flexneri > Klebsiella pneumoniae > Salmonella enteritidis ❖ Vật liệu nano α-Fe2O3-Ag có khả ức chế tế bào ung thư phổi A549 người, giá trị IC50 α-Fe2O3-Ag 20,94 g/mL thấp so với IC50 hạt nano Ag 27,52 g/mL Đã chế tạo thành cơng vật liệu nano lai Fe3O4-Ag có khả kháng khuẩn, phân tách vi khuẩn: ❖ Vật liệu nano lai Fe3O4-Ag có hạt nano Ag kích thước 22 nm, hạt nano Fe3O4 cỡ nm, độ từ hóa bão hòa Ms Fe3O4-Ag = 50,04 emu/g ❖ Vật liệu nano lai Fe3O4-Ag có hoạt tính kháng khuẩn với hai chủng vi khuẩn Gram âm, hoạt lực chủng Klebsiella pneumoniae tốt Salmonella enteritidis ❖ Đã tạo phức hợp Fe3O4@APTES@Ab Fe3O4-Ag@APTES@Ab có khả bắt cặp-phân tách vi khuẩn Salmonella enteritidis khỏi dung dịch nồng độ vi khuẩn nhỏ 101 cfu mL-1, thời gian bắt cặp-phân tách 20 phút Đã chế tạo thành cơng vật liệu nano lõi vỏ -Fe2O3@C có khả hấp phụ ion Cr(VI): ❖ NPs -Fe2O3@C chế tạo bước thủy nhiệt 200 ºC/12 NPs -Fe2O3@C có khả hấp phụ Cr(VI) nước với qmax = 76,92 mg/g, thời gian hấp phụ bão hòa 180 phút ❖ Vật liệu nano -Fe2O3@C có khả tái sử dụng, hiệu suất hấp phụ lần thứ đạt 93,39% 23 ... nhằm ứng dụng hấp phụ y sinh Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo thành công hệ vật liệu nano lai sở vật liệu ơxít sắt kim loại q, thử nghiệm đánh giá khả ứng dụng lĩnh vực y sinh - Nghiên cứu. .. chế tạo vật liệu nano IONPs vật liệu nano lai (IONPs-kim loại quý, IONPs@C) Tình hình nghiên cứu vật liệu nano lai IONPs-kim loại quý, IONPs@C; Tiềm ứng dụng vật liệu nano lai hấp phụ y sinh •... trúc tính chất từ vật liệu IONPs 1.2.2 Ứng dụng vật liệu IONPs hấp phụ y sinh học 1.2.2.1 Trong hấp phụ Việc sử dụng hạt nano ơxít sắt làm vật liệu cho phát triển chất hấp phụ từ tính có nhiều