CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG HẠT NANÔ TỪ TÍNH TRONG Y SINH HỌC

Công nghệ nanô đang thay làm thay đổi cuộc sống của chúng ta nhờ vào khả năng can thiệp của con người tại kích thước nanô mét, tại đó, vật liệu nanô thể hiện rất nhiều tính chất đặc biệt và lý thú [1]. Một nhánh quan trọng của công nghệ nanô, đó là lý sinh học nanô, trong đó, vật liệu nanô được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh. Lý sinh học nanô đã và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ nhờ vào khả năng ứng dụng rất linh hoạt và hiệu quả của vật...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG HẠT NANÔ TỪ TÍNH TRONG Y SINH HỌC Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG HẠT NANÔ TỪ TÍNH TRONG Y SINH HỌC Nguyễn Hữu Đức,a,∗ Nguyễn Hoàng Hảib và Trần Mậu Danha a) Bộ môn Vật liệu và Linh kiện Từ tính nanô, Khoa Vật lý Kĩ thuật và Công nghệ Nanô, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 144 Đường Xuân Thủy, Hà Nội b) Trung tâm Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Đường Nguyễn Trãi, Hà Nội Bài này trình bày tổng quan về các phương pháp chế tạo của hạt nanô và ứng dụng trong y sinh học. Hạt nanô từ tính có thể được chế tạo theo hai nguyên tắc: vật liệu khối được nghiền nhỏ đến kích thước nanô và hình thành hạt nanô từ các nguyên tử. Phương pháp thứ nhất gồm các phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền hành tinh, nghiền rung. Phương pháp thứ hai được phân thành hai loại là phương pháp vật lý (phún xạ, bốc bay,...) và phương pháp hóa học (phương pháp kết tủa từ dung dịch, hình thành từ pha khí). Các ứng dụng của hạt nanô từ được chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể (phân tách tế bào) và trong cơ thể (dẫn thuốc, nung nóng cục bộ và tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ hạt nhân). Một số nghiên cứu đang được triển khai tại ĐHQGHN kết hợp với ĐHQGHCM cũng được trình bày. ∗ Liên hệ: ducnh@vnu.edu.vn Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 Từ khóa: Vật liệu nanô; Hạt nanô từ; Chất lỏng từ; Lý sinh học 1. MỞ ĐẦU Công nghệ nanô đang thay làm thay đổi cuộc sống của chúng ta nhờ vào khả năng can thiệp của con người tại kích thước nanô mét, tại đó, vật liệu nanô thể hiện rất nhiều tính chất đặc biệt và lý thú [1]. Một nhánh quan trọng của công nghệ nanô, đó là lý sinh học nanô, trong đó, vật liệu nanô được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh. Lý sinh học nanô đã và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ nhờ vào khả năng ứng dụng rất linh hoạt và hiệu quả của vật liệu nanô [2]. Trong bài này, chúng tôi xin trình bày tổng quan một số phương pháp chế tạo vật liệu và nghiên cứu điển hình trong đó có sử dụng các hạt nanô từ tính. Các hạt nanô từ tính có kích thước tương ứng với kích thước của các phân tử nhỏ (1-10 nm) hoặc kích thước của các vi rút (10-100 nm). Chính vì thế mà hạt nanô có thể thâm nhập vào hầu hết các cơ quan trong cơ thể và giúp cho chúng ta có thể thao tác ở qui mô phân tử và tế bào [3]. Từ trường không có hại đối với con người nên các hạt nanô từ tính được quan tâm sử dụng rất nhiều vào mục đích chẩn đoán và chữa bệnh. 2. VẬT LIỆU TỪ Bất cứ vật liệu nào đều có sự hưởng ứng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng độ từ hóa (từ độ - M). Tỷ số χ = M/H được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có χ < 0 (~ -10-6) được gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có χ > 0 (~10-6) được gọi là vật liệu thuận từ. Vật liệu có χ > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferri từ [4]. Ở đây, vật liệu từ tính ngụ ý là Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 vật liệu sắt từ, ferri từ hoặc siêu thuận từ (sẽ nói đến sau đây). Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu, ví dụ như: từ độ bão hòa (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), từ dư (từ độ còn dư sau khi ngừng tác động của từ trường ngoài), lực kháng từ (từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ). Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đó (thông thường từ vài cho đến vài chục nanô mét), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferri từ biến mất, chuyển động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng không. Điều đó có nghĩa là, khi ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa, đây là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học. Hạt nanô từ tính dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và vật liệu có tính tương hợp sinh học (không có độc tính) [2]. Tính đồng nhất về kích thước và tính chất liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo còn từ độ bão hòa và tính tương hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ phòng, sắt không độc đối với cơ thể người và tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như ô-xít sắt được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nanô từ tính. Hạt nanô từ tính dùng trong y sinh học thường ở dạng chất lỏng từ (CLT), hay còn gọi là nước từ. Một CLT gồm ba thành phần: hạt nanô từ tính, chất hoạt hóa bề mặt (CHHBM), và dung môi. Hạt nanô từ tính là thành phần duy nhất quyết định đến tính chất từ của CLT. CHHBM có tác dụng làm cho hạt nanô phân tán trong dung môi, Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 tránh các hạt kết tụ lại với nhau ngay cả khi có mặt của từ trường ngoài. CHHBM còn có tác dụng “che phủ” hạt nanô khỏi sự phát hiện của hệ thống bảo vệ cơ thể và tạo các mối liên kết hóa học với các phân tử khác. Dung môi là chất lỏng mang toàn bộ hệ [5]. 3. CHẾ TẠO HẠT NANÔ TỪ TÍNH Hạt nanô từ tính có thể được chế tạo theo hai nguyên tắc: vật liệu khối được nghiền nhỏ đến kích thước nanô (top-down) và hình thành hạt nanô từ các nguyên tử (bottom- up). Phương pháp thứ nhất gồm các phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền hành tinh, nghiền rung. Phương pháp thứ hai được ...