- Sử dụng hạt nano từ tính mang thuốc ñể tăng cường khả năng ức chế vi khuẩn của thuốc kháng sinh Chloramphenicol. - Hạt nano từ tính Fe 3 O 4 ñược chế tạo bằng phương pháp ñồng kết tủa có kích thước từ 10 ñến 30 nm, có tính siêu thuận từ với từ ñộ bão hòa cực ñại ñạt ñến 74 emu/g. - Hạt nano từ tính ñược bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là axít oleic và natri dodecyl sulfate. - Từ khóa: Hạt nano từ tính, Fe 3 O 4 , Magnetite, Lý sinh học, Giải thuốc có ñiều khiển.. - Chất lỏng có từ tính là một chất lỏng bao gồm các hạt nano từ tính ñã ñược chức năng hóa bề mặt ñể cho các ứng dụng trong vật lý, hóa học, môi trường [1] và sinh học [2]. - ðối với dung giải thuốc, bằng cách nào ñó hạt nano từ tính ñược gắn kết với thuốc, khi lưu thông trong cơ thể, dưới tác dụng của từ trường mà phức hệ hạt- thuốc ñược dẫn ñến vị trí mong muốn trong cơ thể. - Có nhiều cách ñể gắn thuốc với hạt nano sử dụng gắn kết hóa học hoặc liên kết ion [5]. - Các phương pháp khác như bao bọc hạt nano từ tính bằng các polymer tự hủy như poly(DL-lactide- co-glycolide) hay dendrimer gây ra suy giảm ñáng kể từ ñộ. - Gần ñây, một phương pháp có thể mang ñược khoảng 8 % khối lượng thuốc doxorubicin hydrocloride với hạt nano từ tính ñã ñược nghiên cứu [6]. - Theo nguyên lý này thì hạt nano ñược bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là axít oleic và pluronic acid phân tán trong nước ñược ñiền kẽ thuốc vào khoảng giữa hai lớp chất hoạt hóa bề mặt ñể tạo nên phức hệ hạt-thuốc. - Bài báo này trình bày nghiên cứu của chúng tôi sử dụng hạt nano từ tính ñược bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là axít oleic (OA) và natri dodecyl sulfate (SDS) và sử dụng nguyên lý tương tự như trên ñể nhồi thuốc kháng sinh Chloramphenicol (Cm) vào khoảng giữa hai lớp chất hoạt hóa bề mặt. - Hạt nano từ tính có kích thước 10 nm – 30 nm ñược chế tạo bằng phương pháp ñồng kết tủa ion Fe 3+ (FeCl 3 .6H 2 O) và Fe 2+ (FeCl 2 .4H 2 O) bằng OH - tại nhiệt ñộ phòng trong môi trường không khí. - Nhỏ dung dịch chứa muối sắt vào dung dịch kiềm ñể tạo kết tủa màu ñen của hạt nano magnetite Fe 3 O 4 . - Sau phản ứng, hạt nano ñược rửa bằng nước cất và từ trường của một thanh nam châm 5 lần ñể loại bỏ các hóa chất còn dư ta ñược các hạt nano từ tính magnetite Fe 3 O 4. - ðể phân tán hạt nano vào dung môi hữu cơ, chúng tôi lấy 0,5 g hạt nano từ tính chứa trong 20 ml nước khuấy mạnh với 10 ml axít oleic (9- Octadecenoic acid C 18 H 34 O 2 , số ñăng ký CAS:. - 112-80-1) trong thời gian 30 phút ñể tạo một lớp OA bao bọc quanh hạt nano thông qua tương tác của nhóm carboxyl của OA với bề mặt của hạt. - Sau một thời gian khuấy các hạt nano từ tính sẽ chuyển từ pha nước sang OA làm cho OA ban ñầu trong suốt trở nên có màu ñen trong khi pha nước có chứa hạt nano có màu ñen trở thành trong suốt vì không còn hạt nano nữa. - Loại bỏ phần nước và rửa OA còn dư bằng n-hexane 5 lần sử dụng phương pháp tách từ ñể thu ñược hạt nano bao bọc bởi OA (NP- OA) phân tán trong 20 ml n-hexane.. - ðể bao bọc hạt nano bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt, khuấy dung dịch có chứa hạt nano nói trên với 40 ml dung dịch có chứa 1 g natri dodecyl sulfate (natri lauryl sulfate C 12 H 25 OSO 3 Na, số ñăng ký CAS trong thời gian 2 h. - Sau khi khuấy, hạt nano ở trong n-hexane sẽ chuyển sang nước. - Loại bỏ n- hexane, rửa tách từ 5 lần bằng nước cấy ta thu ñược hạt nano ñược bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là OA và SDS (NP-OA-SDS) phân tán trong 20 ml nước. - ðể nhồi thuốc kháng sinh Cm lên hạt nano từ tính, 96 mg Cm ñược hòa tan trong 2,5 ml ethanol sau ñó nhỏ thêm nước cất ñể thu ñược 10 ml. - Kết quả cuối cùng là hạt nano từ tính bao bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt là OA và SDS ñã ñược nhồi thuốc kháng sinh Cm (NP- Cm) phân tán trong 20 ml nước ñược giữ ở nhiệt ñộ 5 °C trước khi ñưa ra sử dụng.. - Cấu trúc của hạt nano từ tính ñược phân tích bằng máy nhiễu xạ tia X Bruker D5005, kích thước hạt ñược quan sát bằng kính hiển vi ñiện tử truyền qua (TEM) JEOL JEM 1010.. - Phổ hồng ngoại biến ñổi Fourier có ñược từ máy ño Nicolet Impact 410 cho biết liên kết của chất hoạt hóa bề mặt lên bề mặt hạt nano từ tính.. - Hạt nano chứa thuốc NP-Cm hòa tan trong nước ñược nhỏ vào những lỗ ñược ñục sẵn. - Bằng cách ño ñường kính vòng tròn ức chế sinh trưởng của vi khuẩn xung quanh lỗ thử ta có thể xác ñịnh ñược khả năng kháng khuẩn của thuốc kháng sinh ñược mang bởi hạt nano và so sánh với thuốc kháng sinh ñối chứng không có hạt nano. - Cấu trúc và hình thái học của hạt nano từ tính Fe 3 O 4. - Kết quả nhiễu xạ tia X của hạt nano từ tính magnetite với một số nồng ñộ ion Fe 2+ là và 0,2 M/l ñược cho trong hình 1. - của các mẫu với nồng ñộ khác tương tự nhau và trùng khớp với các ñỉnh nhiễu xạ của mẫu Fe 3 O 4 chuẩn (số 1-1111). - Khi nồng ñộ tiền chất tăng, các ñỉnh trở nên sắc nét và hẹp hơn. - Giá trị 0,5 nm ñối với mẫu có nồng ñộ tiền chất 0,001 M/l chưa hẳn là giá trị thực của hạt nano mà có thể cho thấy mức ñộ tinh thể hóa của các hạt nano khi nồng ñộ tiền chất loãng rất thấp.. - Cơ chế hình thành hạt nano từ tính trong quá trình ñồng kết tủa ñược hiểu như sau [9]:. - Các mầm tinh thể này hấp thu vật chất trong dung dịch liên tục ñể phát triển thành hạt nano hoặc/và kết tụ với nhau ñể tạo ra những hạt lớn hơn. - Kích thước hạt nano trong các phản ứng ñồng kết tủa phụ thuộc vào ñộ pH và nồng ñộ ion. - Các hạt nano có kích thước từ 10 nm ñến 100 nm có thể tạo thành từ phương pháp này [11]. - Ảnh hiển vi ñiện tử truy ền qua của hạt nano t ừ tính magnetite khi nồng ñộ ion Fe 2+. - Khi nồng ñộ tiền chất thấp sự khuếch tán của vật chất lên các mầm tinh thể sẽ nhỏ và kết quả là kích thước hạt sẽ nhỏ. - Từ hình 2 chúng ta thấy kích thước trung bình của hạt nano khi nồng ñộ tiền chất 0,05 M/l là nm còn kích thước của hạt nano khi nồng ñộ 0,25 M/l là nm.. - Từ tính của hạt nano. - Ảnh hiển vi ñiện tử truyền qua của hạt nano. - từ tính magnetite khi nồng ñộ ion Fe 2+ thay ñổi.. - Hình trái nồng ñộ là 0,05 M/l. - hình phải nồng ñộ là 0,25 M/l.. - Kết quả nhiễu xạ tia X của hạt nano từ tính magnetite với nồng ñộ ion Fe 2+ là và 0,2 M/l. - từ ở nhiệt ñộ phòng với từ ñộ bão hòa thay ñổi từ 6 emu/g ở nồng ñộ loãng cho ñến 74 emu/g ở nồng ñộ tiền chất ñặc. - Mỗi một hạt nano lúc này giống như một nguyên tử trong trạng thái thuận từ nhưng với mômen từ lớn hơn nhiều mômen từ của một nguyên tử nên gọi là siêu thuận từ. - Với kích thước vài ñến vài chục nm, hạt nano magnetite là hạt ñơn ñômen. - Quá trình quay của mômen từ do chuyển ñộng nhiệt phải thắng ñược hàng rào năng lượng dị hướng từ tinh thể KV, trong ñó K là dị hướng từ tinh thể bậc 1, V là thể tích của hạt nano từ tính.. - ðường cong từ hóa của mẫu có nồng ñộ tiền chất là 0,002 ñược chế tạo trong môi trường không. - Sự phụ thuộc của từ ñộ bão hòa vào nồng ñộ tiền chất c. - có nồng ñộ tiền chất c = 0,005.. - Hình 3 cho thấy sự phụ thuộc của từ ñộ bão hòa vào nồng ñộ tiền chất. - Khi nồng ñộ tiền chất loãng thì từ ñộ bão hòa rất thấp, ñạt 6 emu/g ñối với nồng ñộ tiền chất 0,001 M/l. - Khi nồng ñộ tiền chất cao thì từ ñộ bão hòa cũng cao. - Giá trị lớn nhất là 74 emu/g ñạt ñược khi nồng ñộ tiền chất là 0,01 M/l. - Hình nhỏ ở hình 3 cho biết dáng ñiệu của một ñường cong M(H) với nồng ñộ tiền chất là 0,005 M/l. - ðể khẳng ñịnh ñiều này, chúng tôi tiến hành chế tạo mẫu với nồng ñộ tiền chất 0,001 M/l trong môi trường khí nitơ N 2 . - Nếu ñược chế tạo trong không khí, hạt nano từ chỉ có M s là 6 emu/g thì khi ñược chế tạo trong N 2 thì M s ñạt ñến 64 emu/g (hình 4). - ðiều này khẳng ñịnh môi trường rất quan trọng ñối với từ tính của hạt nano khi nồng ñộ tiền chất thấp.. - Tuy nhiên, với nồng ñộ tiền chất cao, M s không khác biệt nhiều khi ñược chế tạo ở hai môi trường khác nhau. - Hình 5 là các ñường cong ZFC của một số mẫu với nồng ñộ tiền chất thấp. - Nhiệt ñộ T B rút từ cực ñại của ñường cong ZFC là 205 K, 225 K, 245 K, và 350 K với nồng ñộ tiền chất là và 0,02 M/l. - Biến thiên entropy từ cực ñại của mẫu ñược tạo thành từ hạt nano từ tính phân tán trong epoxy.. - ðường cong ZFC của các hạt nano từ tính với nồng ñộ tiền chất c . - mẫu với nồng ñộ tiền chất là 0,01 M/l ñược cho trong hình 6. - Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mẫu của chúng tôi là mẫu bột ñịnh hướng với tỷ phần hạt nano từ tính/epoxy = 1/15. - Như vậy, giá trị biến thiên entropy cực ñại của hạt nano tinh thể sẽ là 0,825 J/kg.K, giá trị này có thể so sánh ñược với giá trị của hệ mẫu ferrite Ni 1-x Zn x Fe 2 O 4 [18]. - Phân tán hạt nano trong dung môi và chế tạo phức hệ hạt nano-thuốc kháng sinh. - Hạt nano từ tính sau khi ñược chế tạo chưa là chất lỏng từ ổn ñịnh. - Muốn tạo ñược một hệ phân tán ổn ñịnh (chất lỏng từ), bề mặt hạt nano từ tính cần ñược bao bọc bằng các chất hoạt hóa bề mặt. - Axít oleic ñược sử dụng làm chất ổn ñịnh ñể hạt nano phân tán trong dung môi không phân cực là n-hexane. - Hình 7 là phép ño hồng ngoại khai triển Fourier (FTIR) của hạt nano từ tính bao bọc OA và so sánh với phép ño tiến hành trên hạt nano không bao bọc và OA tinh khiết. - Sơ ñồ mô tả liên kết giữa hạt nano từ tính với axít oleic. - mặt hạt nano ñể lại phần ñuôi hydrocarbon hướng ra ngoài.. - Phổ hồng ngoại biến ñổi Fourier của hạt nano từ tính Fe 3 O 4 (dưới), hạt nano từ tính bao bọc. - Phổ hồng ngoại của hạt nano có bao bọc OA thì ngoài các ñỉnh hấp thụ ñặc trưng cho Fe 3 O 4 thì thấy tồn tại hai ñỉnh hấp thụ ñặc trưng cho dao ñộng của nhóm CH 2 . - ðiều này cho thấy nhóm carboxyl của OA ñã biến mất vì phân tử OA ñã tạo liên kết hóa học với bề mặt hạt nano từ tính [6] (hình 8). - Như vậy, ñầu phân cực của OA ñã liên kết với hạt nano và ñuôi không phân cực hướng vào dung môi n-hexane.. - Dựa vào hàm lượng OA trong mẫu Fe 3 O 4 bao phủ bởi OA với giả thiết chỉ có một lớp phân tử OA bao xung quanh hạt nano và kích thước trung bình của các hạt nanô Fe 3 O 4 ñã ñược xác ñịnh từ phép ño ảnh hiển vi ñiện tử truyền qua chúng ta có thể ñánh giá diện tích bề mặt hạt nanô chiếm bởi mỗi phân tử OA theo công thức:. - Sau khi bao học thêm một lớp SDS, các hạt nano từ tính sẽ ñược bao phủ bởi hai lớp phân tử gồm OA và SDS như hình 9.. - Sơ ñồ mô tả hạt nano từ tính ñược bao bọc bởi một lớp (hình trái) và hai lớp (hình phải) chất hoạt hóa bề mặt. - Nếu hạt nano chỉ ñược một lớp OA bao bọc, chúng sẽ có tính ưa dầu nên có thể phân tán trong n-hexane. - Nếu hạt nano ñược hai lớp chất hoạt hóa bề mặt bao bọc, một lớp OA bên trong và một lớp SDS ở bên ngoài, chúng sẽ có tính ưa nước nên có thể phân tán trong nước. - Hình 10 cũng cho thấy sự mất mát khối lượng của hạt nano bọc bởi hai lớp chất hoạt hóa bề mặt và ñược nhồi thuốc kháng sinh Cm. - So sánh với sự suy giảm khối lượng của hạt nano NP-OA-SDS không nhồi thuốc, hạt nano NP- Cm giảm khối lượng nhiều hơn, sự khác biệt giữa hai mẫu này là 3 % khối lượng chính là do sự có mặt của thuốc kháng Cm bay hơi ở nhiệt ñộ cao. - Phức hệ NP-Cm có từ tính suy giảm khoảng 10 % so với từ tính của hạt nano không bao bọc. - Khối lượng của hạt nano Fe 3 O 4 , NP-OA, NP-OA-SDS, và NP-Cm ở các nhiệt ñộ khác nhau.. - Các lỗ ñược ñánh số từ 1 ñến 5 là các lỗ chứa 5 µm dung dịch có phức hệ NP-Cm với nồng ñộ tương ứng là và 5 µg/ml. - Các lỗ ñược ñánh số từ 6 ñến 10 là các lỗ chứa 5 µm dung dịch có thuốc kháng sinh Cm với nồng ñộ tương ứng. - nghiên cứu quá trình ức chế sinh trưởng theo thời gian với hai nồng ñộ khác nhau: cặp lỗ số 2-7 (thí nghiệm A, nồng ñộ cao) và cặp lỗ số 3- 8 (thí nghiệm B, nồng ñộ thấp). - Trong thí nghiệm trước, lỗ số 2 và 3 ñược nhỏ 50 µl dung dịch có chứa NP-Cm với nồng ñộ là 40 và 20 µg/ml. - Lỗ số 7 và 8 ñược nhỏ 50 µl dung dịch có chứa Cm với nồng ñộ là 40 và 20 µg/ml. - ðường kính của vòng kháng khuẩn của các lỗ chứa NP-Cm và Cm ñối chứng theo thời gian với nồng ñộ thuốc kháng sinh cao (trên) và thấp (dưới).. - Như vậy ức chế sinh trưởng của vi khuẩn của thuốc kháng sinh mang bởi hạt nano có tác dụng hơn ức chế sinh trưởng của thuốc kháng sinh ñối chứng lên rất nhiều lần. - Chúng tôi ñã chế tạo ñược các hạt nano từ tính Fe 3 O 4 với kích thước có thể thay ñổi và phân tán chúng trong dung môi hữu cơ hoặc nước ñể tạo ra các chất lỏng từ tính. - Các hạt nano từ tính có từ ñộ bão hòa ñạt ñến 74 emu/g và biến thiên entropy từ cực ñại ñạt ñến 0,825 J/kg.K. - Hạt nano từ tính còn ñược sử dụng ñể mang thuốc kháng sinh Chloramphenicol với tỷ phần nhồi thuốc là 3 % khối lượng. - coli cho thấy thuốc ñược mang bởi các hạt nano có tác dụng kéo dài hơn nhiều lần so với thuốc ñối chứng.. - Nghiên cứu này có ưu ñiểm là hệ thuốc và hạt nano có từ tính rất cao.