ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch
từ tính phát hiện vi rút cúm gia cầm
LUYỆN VĂN NAM

Ngành Vật Lý Kĩ Thuật

Chữ ký của GVHD

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Ngụy Phan Tín
TS. Đỗ Đức Thọ

Viện:

Vật Lý Kĩ Thuật

HÀ NỘI, 05/2023


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến những người
thầy của tôi là PGS.TS Trương Thị Ngọc Liên, TS Ngụy Phan Tín và TS Đỗ Đức
Thọ, những người đã trực tiếp hướng dẫn khoa học, và tận tình giúp đỡ tạo mọi điều
kiện cho tôi trong suốt thời gian qua để tơi có thể hồn thành cuốn luận văn này.
Tiếp theo, tôi xin được chân thành cảm ơn những người anh chị của tôi mà tôi
vô cùng yêu quý và kính trọng ở phịng Cơng Nghệ Tích Hợp IT-BT: Thạc sĩ Vũ Thị
Oanh, Thạc sĩ Hàn Việt Phương, Thạc sĩ Phạm Thu Thảo, Tiến sĩ Lê Thiên Kim, Tiến

sĩ Hoàng Anh Việt và bạn Nguyễn Thị Thanh Huyền, là những người đã ln sẵn
sàng giúp đỡ tơi trong q trình nghiên cứu, chia sẻ những kinh nghiệm và những
kiến thức q báu cho tơi trong q trình học tập và làm việc.
Cuối cùng tôi xin gửi những lời yêu thương tới gia đình của tơi vì đã ln ở bên
cạnh tôi, động viên và cổ vũ, cho tôi đầy đủ điều kiện về mọi mặt để tơi có thể hồn
thành quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua.
Xin trân trọng cảm ơn!


Tóm tắt nội dung luận văn
Nội dung của luận văn này là nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ
tính ứng dụng phát hiện vi rút cúm gia cầm. Việc thay đổi tỷ lệ của các tiền chất ban
đầu (tỷ lệ của Urê:Fe3+) ảnh hưởng đến sự hình thành của các hạt nano từ Fe3O4 cụ
thể là các hạt sau khi tổng hợp có dạng hình cầu với các dải kích thước khác nhau, từ
độ bão hịa cao khoảng 70-80 emu/g. Cấu trúc tinh thể, hình thái, tính chất từ của các
hạt nano Fe3O4 trước và sau khi bọc vàng đã được khảo sát bằng các phương pháp
như nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), từ kế mẫu rung
(VSM). Các kết quả chỉ ra rằng việc bọc Au cho các hạt nano từ tính đã thành cơng.
Bên cạnh đó, tác giả đã nghiên cứu quy trình gắn kháng thể lên hạt nano từ bọc vàng
và quy trình trải kháng thể bắt giữ lên màng nitrocellulose. Việc lắp ráp que thử hoàn
chỉnh cũng như khảo sát hoạt động của que thử sắc ký miễn dịch cũng đã được thực
hiện. Dựa vào tính chất quang và hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt
nano vàng, tác giả và nhóm nghiên cứu đã khảo sát hiệu ứng quang nhiệt của hạt nano
từ bọc vàng bằng nguồn laser kích thích bước sóng khác nhau tích hợp với camera
ảnh nhiệt và một điện thoại smart phone. Kết quả khảo sát cho thấy hiệu ứng quang
nhiệt tăng cường ở bước sóng 808 nm. Ngồi ra, ở cùng một điều kiện kích thích hiệu
ứng quang nhiệt của hạt nano từ bọc vàng tốt hơn hạt nano vàng.
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên



MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 3
1.1 Công nghệ LFIA ............................................................................................... 3
1.1.1 Cơng nghệ sắc ký miễn dịch dịng chảy bên LFIA .................................... 3
1.1.2 Ứng dụng que thử sắc ký miễn dịch trong phát hiện vi rút, vi khuẩn ........ 5
1.1.3 Ưu và nhược điểm của công nghệ LFIA truyền thống ............................... 6
1.2 Vật liệu từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au ............................................................. 7
1.2.1 Vật liệu nano từ Fe3O4-hình thái, cấu trúc và tính chất từ ......................... 7
1.2.2 Hiệu ứng quang nhiệt của vật liệu nano từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au ...... 9
1.2.3 Ứng dụng vật liệu từ cấu trúc lõi vỏ trong cảm biến sinh học ................. 11
1.3 Các phương pháp phân tích tính chất đặc trưng của vật liệu .................... 15
1.3.1 Hiển vi điện tử quét kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X ...................... 15
1.3.2 Nhiễu xạ tia X ........................................................................................... 16
1.3.3 Phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM) .................................................. 19
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................. 22
2.1 Hóa chất và vật tư thiết bị ............................................................................. 22
2.1.1 Hóa chất .................................................................................................... 22
2.1.2 Vật tự, thiết bị ........................................................................................... 22
2.2 Quy trình cơng nghệ ....................................................................................... 22
2.2.1 Tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt.................. 22
2.2.2 Bọc vỏ Au cho hạt nano từ Fe3O4 ............................................................ 23
2.2.3 Quy trình chế tạo que thử sắc ký miễn dịch ............................................. 24
2.3 Các phương pháp phân tích tính chất từ, nhiệt của vật liệu nano từ Fe3O4
trước và sau khi bọc vỏ Au .................................................................................... 26
2.3.1 Phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM ) ................................................. 26
2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM kết hợp phổ tán xạ năng lượng tia
X (EDX) ............................................................................................................... 27
2.3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ......................................................... 27
2.4 Phương pháp đo hiệu ứng quang nhiệt ........................................................ 28

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................... 30
3.1 Hạt nano từ Fe3O4........................................................................................... 30
3.1.1 Khảo sát hình thái của các hạt nano từ Fe3O4 .......................................... 30
3.1.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể của hạt nano Fe3O4 ......................................... 31
3.1.3 Khảo sát tính chất từ ................................................................................. 32


3.2 Hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au ........................................................ 33
3.2.1 Khảo sát hình thái hạt nano Fe3O4@Au ................................................... 33
3.2.2 Cấu trúc tinh thể của hạt nano Fe3O4@Au ............................................... 36
3.2.3 Khảo sát tính chất từ của Fe3O4@Au ....................................................... 37
3.3 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt...................................................................... 38
3.3.1 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt với các điều kiện thí nghiệm khác nhau . 38
3.3.1 Đo hiệu ứng quang nhiệt bằng hệ laser điều khiển công suất .................. 41
3.4 Ứng dụng chế tạo que thử sắc ký miễn dịch sử dụng hạt nano từ ............. 46
3.4.1 Tối ưu màng nitrocellulose cho hạt Fe3O4@Au ...................................... 46
3.4.2 Kiểm tra hoạt động của que thử trên hai dải thử nghiệm và dải đối chứng
46
3.4.3 Khảo sát hiệu ứng quang nhiệt của hạt Fe3O4@Au@Ab trên que thử sắc
ký miễn dịch ......................................................................................................... 47
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ...................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 50


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc que thử sắc ký miễn dịch điển hình .............................................. 4
Hình 1.2 Dự đốn kết quả xét nghiệm LFIA thông qua sự hiện diện màu sắc trên hai
dải thử nghiệm và đối chứng [6] ................................................................................ 5
Hình 1.3 Que thử phát hiện vi rút cúm [16] ............................................................... 6
Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 [19].................................................................. 7

Hình 1.5 Ơ mạng của ferrit lập phương (spinel) [20]................................................. 8
Hình 1.6 (a) Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ dạng khối và (b) đường cong từ hóa
của vật liệu sắt từ dạng siêu thuật từ [21] ................................................................... 8
Hình 1.7 Các cấu trúc siêu thuận từ, đơn và đa đơmen của vật liệu sắt từ theo kích
thước [21] ................................................................................................................... 9
Hình 1.8 Nguyên lý của MRI và vai trò của hạt nano từ làm chất tăng độ tương phản
ảnh [41] ..................................................................................................................... 12
Hình 1.9 Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính trong điều trị khối u ung thư [43]......... 13
Hình 1.10 10 Cơ chế mang thuốc hướng đích bằng từ trường ngồi [21] ............... 14
Hình 1.11 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử qt [50] ................................................ 16
Hình 1.12 Nhiễu xạ tia X bởi các mặt phẳng nguyên tử (A-A’ và B-B’) [50] ........ 17
Hình 1.13 Nhiễu xạ kế tia X D 8 ADVANCE (tấm chắn tia X đã được bỏ ra) do hãng
Brucker (Đức) sản xuất [50] ..................................................................................... 18
Hình 1.14 Hình học nhiễu xạ kế tia X [50] .............................................................. 19
Hình 1.15 Hình ảnh của hệ VSM hiện đại tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt NamHàn Quốc .................................................................................................................. 21
Hình 2.1 Quy trình gắn kháng thể ............................................................................ 25
Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế que thử sắc ký miễn dịch hồn chỉnh ................................. 25
Hình 2.3 Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) tại Viện Khoa học Vật Liệu, Viện Hàn lâm
Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam-VAST ............................................................... 26
Hình 2.4 Máy nhiễu xạ tia X X’Pert PRO (PANalytical) tại phịng thí nghiệm phân
tích cấu trúc, viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội .............................. 27
Hình 2.5 Hình ảnh các hạt nano được nhỏ lên trên tấm màng NC........................... 28
Hình 2.6 Hệ bút laser bước sóng 808 nm tích hợp camera ảnh nhiệt ...................... 29
Hình 2.7 Hình ảnh camera nhiệt của hãng FLIR ...................................................... 29
Hình 3.1 Ảnh SEM của các hạt nano Fe3O4 (30:1), Fe3O4 (35:1), Fe3O4 (40:1), Fe3O4
(45:1) ........................................................................................................................ 30
Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của 4 mẫu Fe3O4 DMN-200 oC-24h với các tỷ lệ
tương ứng .................................................................................................................. 31
Hình 3.3 Đường cong từ trễ của các hạt nano từ Fe3O4 DMN-200 oC-24h ............. 32
Hình 3.4 Hình ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X của mẫu hạt nano Fe3O4

(30:1)DMN-200 oC-24h@Au ................................................................................... 33


Hình 3.5 Hình ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X của mẫu hạt nano Fe3O4
(35:1)DMN-200 oC-24h@Au ................................................................................... 34
Hình 3.6 A) C) Ảnh SEM của F3O4 (30:1) và (35:1) trước khi bọc Au và C) D) Ảnh
SEM của Fe3O4 (30:1) và (35:1) sau khi bọc Au ..................................................... 34
Hình 3.7 Hình ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) của mẫu hạt
Fe3O4 (40:1)DMN-200 oC-24h@Au ........................................................................ 35
Hình 3.8 Ảnh SEM kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) của mẫu hạt Fe3O4
(45:1)DMN-200 oC-24h@Au. .................................................................................. 35
Hình 3.9 A) C) Ảnh SEM của Fe3O4 (40:1) và (45:1) trước khi bọc Au; B) D) Ảnh
SEM của Fe3O4 (40:1) và (45:1) sau khi bọc Au. .................................................... 36
Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu hạt nano từ Fe3O4 trước và sau khi bọc
Au ............................................................................................................................. 36
Hình 3.11 Đường cong từ trễ của các hạt nano từ Fe3O4 trước và sau khi bọc vàng38
Hình 3.12 So sánh độ chênh lệch nhiệt độ của các hạt nano từ bọc vàng dưới bước
sóng kích thích của laser khác nhau ......................................................................... 39
Hình 3.13 So sánh hiệu ứng quang nhiệt của các hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với các
tỷ lệ khác nhau .......................................................................................................... 40
Hình 3.14 Độ chênh lệch nhiệt độ của các hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ với các tỷ lệ
khác nhau .................................................................................................................. 40
Hình 3.15 Độ chênh lệch nhiệt độ của hạt Fe3O4@Au so với hạt AuNPs ............... 41
Hình 3.16 Thiết kế mạch điều khiển cơng suất laser................................................ 42
Hình 3.17 Mạch nguồn điều khiển cơng suất đã chế tạo .......................................... 42
Hình 3.18 Kiểm tra hoạt động laser khi bật và tắt nguồn ......................................... 43
Hình 3.19 Kiểm tra quang phổ và đồ thị công suất theo cường độ của nguồn laser 808
nm ............................................................................................................................. 44
Hình 3.20 Thiết kế hộp laser cầm tay ....................................................................... 45
Hình 3.21 Hộp laser cầm tay được chế tạo............................................................... 45

Hình 3.22 Khả năng chạy của hạt Fe3O4@Au trên tấm màng 75s, 90s,150s,200s trước
và sau khi xử lí.......................................................................................................... 46
Hình 3.23 Khả năng bắt cặp của kháng thể H5N1 sau khi gắn kháng thể lên hạt nano
từ ............................................................................................................................... 47
Hình 3.24 Que thử sắc ký miễn dịch với nồng độ hạt Fe3O4@Au@Ab khác nhau 47
Hình 3.25 Độ chênh nhiệt độ của các hạt nano từ Fe3O4@Au@Ab trên vạch test line
của que thử sắc ký miễn dịch.................................................................................... 48


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm......................................... 22
Bảng 2.2 Tỷ lệ của (Ure:Fe3+) trong quá trình tổng hợp hạt nano từ Fe3O4 theo
phương pháp phân hủy nhiệt với cùng điều kiện thời gian 24 giờ và nhiệt độ 200 oC
.................................................................................................................................. 23
Bảng 3.1 Kích thước hạt tinh thể của các hạt nano từ Fe3O4 DMN-200֯ C-24h ...... 32
Bảng 3.2 Giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của các mẫu hạt nano từ Fe3O4 tổng
hợp với tỷ lệ mol Urea:FeCl3 khác nhau .................................................................. 33
Bảng 3.3 Giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của các mẫu hạt nano từ Fe3O4 sau khi
bọc Au....................................................................................................................... 37
Bảng 3.4 Kích thước trung bình của các hạt nano từ ............................................... 40
Bảng 3.5 Thông số của mạch điều khiển công suất laser ......................................... 43


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LFIA

Lateral Flow Immunoassay

ELISA


Enzyme-linked Immunosorbent assay

PCR

Polymerase Chain Reaction

AuNPs

Gold nanoparticles

PVP

Polyvinylpyrrolidone

NC

Nitrocellulose

HBS

HEPES buffer saline

BSA

Bovine Serum Albumin

4-MUA

4-Mercaptoundecanoic acid


EDC

Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride

NHS

N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, chăn nuôi gia cầm của nước ta đã và đang có bước
phát triển mạnh cả về số lượng và chất lượng, trở thành nguồn thu nhập chính của
nhiều gia đình, là thế mạnh kinh tế của nhiều địa phương. Khi dịch cúm gia cầm
bùng phát, đã làm nhiều hộ, trang trại, doanh nghiệp chăn ni gia cầm lâm vào khốn
khó. Đồng thời với dịch cúm gia cầm, dư luận hết sức lo lắng về khả năng lây nhiễm
virus cúm gia cầm sang người. Đặc biệt virus gây bệnh cúm gà được xác định là virus
cúm tuýp A, chủng H5N1, có độc lực cao, dễ biến chủng đòi hỏi các cơ quan chức
năng phải triển khai nhanh các biện pháp đối phó. Do đó nhu cầu về loại thiết bị/cơng
cụ đơn giản cho phép phát hiện nhanh tại chỗ vi rút cúm gia cầm ngày càng cấp thiết.
Kể từ khi xuất hiện lần đầu vào những năm 1980, phương pháp xét nghiệm miễn
dịch dòng chảy bên (Lateral Flow Immunoassay – LFIA) hay còn gọi là que thử sắc
ký miễn dịch (immunochromatographic test strip), đã được chấp nhận là phương pháp
phổ biến sử dụng phân tích vi khuẩn, vi rút và chỉ dấu sinh học trên toàn thế giới. Xét
nghiệm LFIA được sử dụng rộng rãi như một thiết bị kiểm tra tại chỗ (Point-of-care
testing) do tính nhanh chóng, đơn giản và chi phí thấp, có thời gian sử dụng dài và
khơng yêu cầu bảo quản lạnh nên rất thích hợp để sử dụng ở những nước đang phát
triển, các cơ sở chăm sóc cấp cứu nhỏ, ở vùng sâu vùng xa, các trang trại chăn nuôi
vừa và nhỏ.
Kỹ thuật LFIA dựa vào việc vận chuyển của hạt gắn kháng thể (hoặc kháng

nguyên) tới kháng nguyên (hoặc kháng thể) đặc hiệu được cố định trên bề mặt màng
xốp. Hạt nano đóng vai trị gắn nhãn quan trọng trong LFIA. Ví dụ như hạt nano vàng
(Au), là chất ghi nhãn phổ biến nhất trong phân tích định tính. Chúng hiển thị màu
đỏ đậm do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ của chúng. Các hạt nano
nhựa latex cũng được sử dụng rộng rãi trong LFIA thương mại do chi phí thấp nhưng
độ nhạy kém so sự kém linh động của các hạt nhựa. Gần đây, để khắc phục nhược
điểm của LFIA truyền thống sử dụng hạt nano vàng hay hạt nhựa latex thì một số hạt
nano khác cũng đã được sử dụng như các chấm lượng tử, các hạt nano kim loại và
các hạt nano từ. Từ đó, cũng đã mở ra nhiều phương pháp đọc tín hiệu khác như đọc
tín hiệu huỳnh quang, tín hiệu plasmon bề mặt (tức là sự dao động của điện tử tự do
ở bề mặt của hạt nano với sự kích thích của ánh sáng tới) và tín hiệu từ. Hạt nano từ
được xem là lựa chọn tiềm năng trong việc phát triển thế hệ LFIA mới có độ nhạy,
độ chọn lọc cao và cho phép phân tích định lượng chính xác hơn so với LFIA sử dụng
hạt nano vàng, chấm lượng tử hay hạt nano kim loại (hạt mà có hình dạng mà dễ dàng
xảy ra hiện tượng plasmon bề mặt). Nếu định lượng bằng tín hiệu từ thì tín hiệu này
sẽ thu thập tín hiệu từ tất cả các hạt nano từ có trong tồn bộ dải thử nghiệm (3 chiều)
vì thế cho kết quả định lượng chính xác hơn. Hơn nữa, que thử sử dụng hạt từ có thể
đọc được tín hiệu ngay cả khi vùng kiểm tra mờ đục hay có tỷ lệ nhiễu/tín hiệu cao.
Với những ưu điểm nêu trên, cùng với sự cố vấn của người hướng dẫn khoa
học, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ
tính phát hiện virus cúm gia cầm”
Mục đích, nội dung nghiên cứu của luận văn
1


Tổng hợp vật liệu nano từ có cấu trúc lõi vỏ (Fe3O4@Au) bằng phương
pháp hóa ướt.
Xây dựng cấu trúc que thử sắc ký miễn dịch từ tính sử dụng hạt nano từ
cấu trúc lõi vỏ gắn nhãn sinh học.
Chế tạo que thử sắc ký miễn dịch từ tính phát hiện vi rút cúm gia cầm.

Về nội dung nghiên cứu của luận văn tác giả đã tập trung vào nghiên cứu các
nội dung chính như sau:
Nội dung nghiên cứu 1: Nghiên cứu tổng quan tài liệu chế tạo que thử sắc
ký miễn dịch sử dụng hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ ứng dụng phát hiện vi rút
cúm gia cầm.
Nội dung nghiên cứu 2: Nghiên cứu phát triển quy trình cơng nghệ tổng
hợp hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ (Fe3O4@Au) có độ phân tán và tính chất từ
cao.
Nội dung nghiên cứu 3: Nghiên cứu phát triển quy trình cơng nghệ gắn
kháng thể lên hạt nano từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au.
Nội dung nghiên cứu 4: Nghiên cứu phát triển quy trình cơng nghệ trải
kháng thể bắt giữ lên màng nitrocellulose.
Nội dung nghiên cứu 5: Khảo sát hoạt động và xây dựng đường đặc trưng
chuẩn của que thử sắc ký miễn dịch từ tính.
Phương pháp nghiên cứu
Luận văn này được thực hiện chủ yếu bằng các phương pháp thực nghiệm. Các
kết quả đo thu được từ các phương pháp phân tích tính chất cơ bản của vật liệu như
phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (FE-SEM), phương
pháp đo từ kế mẫu rung (VSM), phương pháp xác định thành phần nguyên tố có trong
vật liệu (EDX), phương pháp đo thế điện tích bề mặt và kích thước hạt (Zeta), phương
pháp đo hiệu ứng quang nhiệt.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Thực trạng nhiễm vi rút cúm gia cầm ở Việt Nam và khu vực
Cúm (influenza) là một bệnh nhiễm vi rút đường hơ hấp cấp tính gây ra bởi vi
rút cúm (influenza virus). Người ta thừa nhận rằng đại dịch cúm từ lâu đã là một phần
của lịch sử lồi người. Các báo cáo đã mơ tả các đợt bệnh hô hấp giống cúm từ năm

412 TCN. Vi rút cúm gây ra các vụ dịch sốt đường hơ hấp tái phát một đến ba năm
một lần. Ngồi các vụ dịch hàng năm, vi rút cúm A là nguyên nhân gây ra bốn trận
đại dịch từ năm 1918 đến năm 2009: “Cúm Tây Ban Nha” 1918 (H1N1), “Cúm Châu
Á” 1957 (H2N2), “Cúm HongKong” 1968 (H3N2) và cúm lợn 2009 A[H1N1].
Cúm gia cầm gây ra bởi các chủng cúm A, thường chỉ lây nhiễm cho các loài
chim hoang dã và gia cầm ni, một số chủng trong số đó có thể lây nhiễm cho người
như H5, H7 và H9. Hầu hết các trường hợp cúm gia cầm ở người là do các chủng Châu
Á H5N1 và H7N9 gây ra.Ở người, tỷ lệ tử vong do nhiễm các phân tuýp A (H5N1), A
(H5N6) và A (H7N9) cao hơn nhiều so với nhiễm vi rútcúm mùa A và B, trong khi hầu
hết các trường hợp nhiễm cúm A (H7N7) và A (H9N2) thường gây bệnh nhẹ hơn.
Theo thông tin của Bộ Y tế, ngày 5/10/2022 đã có 1 trường hợp người nhiễm vi
rút cúm gia cầm, chủng A/H5 tại tỉnh Phú Thọ, sau hơn 8 năm Việt Nam khơng có
trường hợp người tử vong hoặc nhiễm vi rút cúm A/H5. Tuy nhiên, hiện nay dịch cúm
gia cầm được ghi nhận ở nhiều tỉnh thành trên cả nước kết hợp với điều kiện thời tiết
thay đổi thất thường sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi rút phát tán, từ đó có thể làm
tăng nguy cơ cúm gia cầm lây sang người trong thời gian tới.
Tổng số người nhiễm vi rút cúm gia cầm A/H5 tại Việt Nam lên 128 trường hợp;
trong đó có 64 (chiếm 50%) trường hợp tử vong do vi rút cúm gia cầm A/H5N1 trong
giai đoạn từ năm 2003 đến tháng 10/2022. Từ đầu năm 2022 đến nay, cả nước đã xảy
ra 34 ổ dịch cúm gia cầm tại 19 tỉnh, thành phố, buộc tiêu hủy là trên 77.000 con gia
cầm. Nguy cơ dịch bệnh cúm gia cầm lây lan và xảy ra trên phạm vi rộng là rất cao.
Ngoài ra, nguy cơ xuất hiện một số chủng vi rút cúm gia cầm mới xâm nhiễm vào
Việt Nam thông qua hoạt động vận chuyển, buôn bán, tiêu thụ gia cầm và sản phẩm
gia cầm nhập lậu, không rõ nguồn gốc [1].
Trước những diễn biến phức tạp của dịch bệnh nêu trên, đã có rất nhiều các biện
pháp được đưa ra để phòng ngừa, ngăn chặn dịch lây lan, hạn chế thấp nhất việc lây
nhiễm và gây tử vong ở người. Bên cạnh đó, nhu cầu về các thiết bị và kít test nhanh
giúp chẩn đốn và xác định việc lây nhiễm vi rút cúm gia cầm ngày càng tăng cao,
có thể cho kết quả nhanh và chính xác. Cũng chính vì vậy mà trong luận văn này tác
giả và nhóm nghiên cứu tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu về que thử sắc ký miễn

dịch phát hiện vi rút cúm gia cầm.
1.1 Công nghệ LFIA
1.1.1
Công nghệ sắc ký miễn dịch dòng chảy bên LFIA
Lần đầu tiên xuât hiện trên thị trường thương mại vào những năm 1980 , phương
pháp xét nghiệm miễn dịch dòng chảy bên (Lateral FLow Immunoassay – LFIA)
[2][3] còn gọi là xét nghiệm dải sắc ký miễn dịch hay que thử sắc ký miễn dịch đã
được chấp nhận là phương pháp sử dụng phân tích dấu ấn khối u trên toàn thế giới.
3


Xét nghiệm LFIA được sử dụng rộng rãi và có nhiều ưu điểm như là thiết bị kiểm tra
tại chỗ và ngay lập tức, nhanh chóng, đơn giản mà khơng u cầu về trình độ chun
mơn, chi phí thấp, có thời gian sử dụng lâu dài và không yêu cầu bảo quản lạnh nên
rất thích hợp để sử dụng tại nhà, các cơ sở y tế quy mô vừa và nhỏ, ở vùng sâu vùng
xa. Kỹ thuật LFIA dựa vào việc vận chuyển của hạt gắn kháng thể( hoặc kháng
nguyên) tới kháng nguyên (hoặc kháng thể) đặc hiệu được cố định trên bề mặt màng
xốp [4]. Hạt nano đóng vai trị gắn nhãn quan trọng trong LFIA. Ví dụ như hạt nano
Au, là hệ thống ghi nhãn phổ biến nhất trong phân tích định tính. Chúng hiển thị màu
đỏ đậm do cộng hưởng plasmon bề mặt. Các hạt nano nhựa latex cũng được sử dụng
rộng rãi trong LFIA thương mại do chi phí thấp nhưng độ nhạy kém do sự kém linh
động của các hạt nhựa này. Gần đây, để khắc phục nhược điểm của LFIA truyền
thống sử dụng hạt nano vàng hay hạt nhựa latex thì một số hạt nano khác cũng đã
được sử dụng như chấm lượng tử, các hạt nano kim loại và các hạt nano từ [5]. Từ đó
cũng mở ra nhiều phương pháp đọc tín hiệu khác như đọc tín hiệu huỳnh quang, tín
hiệu plasmon bề mặt (tức là sự dao động của điện tử tự do ở bề mặt của hạt nano với
sự kích thích của ánh sáng tới) và tín hiệu từ.

Hình 1.1 Cấu trúc que thử sắc ký miễn dịch điển hình
Trên hình trình bày cấu trúc của que thử sắc ký miễn dịch điển hình chứa hai

dải thử nghiệm cho phép phát hiện đồng thời hai loại dấu ấn khối u trong một lần xét
nghiệm.
Cấu trúc của que thử bao gồm:
 Vùng đệm nhận đưa mẫu vào
 Vùng cộng hợp được trải sẵn các hạt màu (hạt nhựa latex, hạt vàng…) được
gắn kháng thể đơn dịng nhận biết kháng ngun đích được đưa vào từ vùng
nhận mẫu
 Vùng chứa màng nitrocellulose cho phép di chuyển của các hạt màu kết hợp
cùng với kháng nguyên đích đưa vào từ vùng nhận mẫu. Trong vùng này có
chứa hai dải thử nghiệm và một dải đối chứng và một vùng hấp thụ.
Mẫu chất lỏng chứa kháng nguyên đích được đưa vào từ vùng nhận mẫu sẽ bắt
đầu di chuyển theo dòng chảy. Khi đến vùng cộng hợp, kháng nguyên đích sẽ được
liên kết/gắn vào phức hợp hạt-kháng thể đã được trải sẵn và tiếp tục di chuyển đến
vùng dải thử nghiệm và dải đối chứng nhờ lực mao dẫn. Tại đậy, dải thử nghiệm chứa
kháng thể đơn dòng sẽ bị bắt giữ lại những hạt có mang kháng ngun đích và xuất
hiện dải màu gây ra bởi các hạt. Trong khi đó, những hạt khơng mang kháng ngun
đích sẽ tiếp tục đi đến vùng đối chứng có trải sắn kháng thể IgG. Kháng thể này có
vai trị bắt giữ tồn bộ các kháng thể sơ cấp chứa trong vùng cộng hợp, không phân
4


biệt kháng thể tự do hay cộng hợp với kháng nguyên. Việc thu tín hiệu tại vùng này
nhằm mục đích kiểm tra quy trình xét nghiệm, khẳng định lượng dung dịch mẫu đã
đủ và màng thấm tốt. Do đó, sự xuất hiện màu ở vùng này khẳng định giá trị xét
nghiệm của kết quả. Như vậy que thử hiện ba vạch màu chứng tỏ trong mẫu dung
dịch có chứa đồng thời hai loại kháng ngun đích, chỉ có một loại kháng nguyên
đích khi xuất hiện hai vạch màu (trên dải thử nghiệm và dải đối chứng) và xuất hiện
một vạch màu tại dải đối chứng khi mẫu dung dịch không có chứa bất kỳ loại kháng
ngun đích nào. Trường hợp chỉ có vạch màu ở dải thử nghiệm mà khơng có vạch
màu tại dải đối chứng hoặc khơng có bất kỳ vạch màu nào trên que thử điều đó thế

hiện xét nghiệm khơng có giá trị xét nghiệm [6].

Hình 1.2 Dự đốn kết quả xét nghiệm LFIA thơng qua sự hiện diện màu sắc trên hai
dải thử nghiệm và đối chứng [6]
1.1.2

Ứng dụng que thử sắc ký miễn dịch trong phát hiện vi rút, vi khuẩn

Hiện nay các que thử hay các test dựa trên phương pháp sắc ký miễn dịch đã
được ứng dụng rộng rãi để phát hiện nhanh và khá chính xác tác nhân sinh học ngay
tại hiện trường cụ thể là vi khuẩn, vi rút [7][8]. Đây cũng là dạng que thử được sử
dụng phổ biến trong các xét nghiệm chẩn đoán bệnh trong y học, phát hiện các chất
gây nghiện, dấu vết trong khoa học hình sự, phát hiện chất độc sinh học [9][10].
Có nhiều phương pháp để phát hiện vi rút và vi khuẩn có thể kể đến như phương
pháp nuôi cấy, phân lập, phương pháp miễn dịch học ELISA, phương pháp phân tử
PCR, hay phương pháp sắc ký miễn dịch LFIA. Mỗi phương pháp đều có những ưu
và nhược điểm riêng, phương pháp ni cấy thì cần điều kiện cơ sở vật chất, trang
thiết bị đặc biệt đảm bảo an toàn sinh học cấp ba trở lên nên không sử dụng phổ biến
tại các phòng xét nghiệm. Thời gian đọc kết quả cho phương pháp này từ 3-7 ngày
[11]. Hiện nay kĩ thuật này được thực hiện tại Việt Nam là ở Viện Vệ Sinh Dịch Tễ.
Phương pháp miễn dịch học cho phép phát hiện kháng thể và kháng nguyên trong
một mẫu [12][13]. Đây là phương pháp miễn dịch bán tự động nên kết quả sẽ bị ảnh
hưởng bởi nhiều yếu tố: con người, hóa chất, thiết bị. Loại xét nghiệm này thường
được thực hiện tại các cơ sở y tế như bệnh viện. Phương pháp sinh học phân tử PCR
cho kết quả với độ chính xác cao tuy nhiên tốn nhiều thời gian, chi phí cao, cần trình
độ chun mơn cao và máy móc phức tạp[14][15]. Dưới đây là que thử sắc ký phát
hiện vi rút cúm [16].

5



Hình 1.3 Que thử phát hiện vi rút cúm [16]
1.1.3

Ưu và nhược điểm của cơng nghệ LFIA truyền thống

Có rất nhiều các phương pháp phát hiện vi rút và vi khuẩn hiện nay. Mỗi
phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Đối với phương pháp truyền
thống là nuôi cấy vi rút, chẩn đoán nhiễm bệnh dựa vào việc nuôi cấy dịch cơ thể từ
chỗ nhiễm trùng: máu, tổn thương da, dịch tiết. Kỹ thuật này cần điều kiện cơ sở vật
chất, trang thiết bị đắc biệt, phải đảm bảo an toàn sinh học cấp ba trở lên nên khơng
phù hợp sử dụng trong các phịng thí nghiệm xét nghiệm. Hiện nay ở Việt Nam chỉ
có một nơi duy nhất thực hiện được kỹ thuật này đó là viện Vệ sinh dịch tễ. Phương
pháp miễn dịch học sử dụng liên kết đặc hiệu cao giữa kháng thể và kháng nguyên
tạo điều kiện cho việc phát hiện định tính hoặc định lượng dựa trên các phản ứng cụ
thể do sự bắt cặp của kháng thể và kháng nguyên tương ứng. Đây là phương pháp
miễn dịch bán tự động do đó kết quả phân tích mẫu sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
như: con người, hóa chất, thiết bị. Ngồi ra phương pháp xét nghiệm này thường được
thực hiện tại các cơ sở y tế lớn như bệnh viện. Phương pháp phổ biến thứ ba thường
được sử dụng là phương pháp thử nghiệm sinh học phân tử với kỹ thuật PCR, sử dụng
cặp mồi đặc hiệu bắt cặp với trình tự đích của vi khuẩn từ đó kết quả có thể phát hiện
định tính hoặc bán định lượng. Với phương pháp này thì ưu điểm là độ chính xác cao
tuy nhiên tốn thời gian, cần chi phí và trình độ chun mơn cao, máy móc phức tạp.
Trong khi đó, phương pháp xét nghiệm miễn dịch dòng chảy bên hay còn gọi là
que thử sắc ký miễn dịch đã được sử dụng để phát hiện nhiều loại vi khuẩn vi rút gây
bệnh cho con người. Cơng nghệ miễn dịch dịng chảy bên ra đời được đánh giá là
phương pháp cho kết quả xét nghiệm nhanh chóng, đơn giản và chi phí thấp, thời gian
sử dụng tương đối dài đồng thời có thể phát hiện tại chỗ nên rất thích hợp cho việc
sử dụng tại nhà, tại các cơ sở y tế vừa và nhỏ, ở vùng sâu vùng xa. Tuy nhiên đối với
công nghệ LFIA truyền thống sử dụng hạt màu là hạt nano vàng thì chỉ cho phép phát

hiện vạch màu trên que thử, không thể ứng dụng cho các phương pháp quang nhiệt
6


hay phương pháp đọc từ như que thử sử dụng hạt nano từ. Do đó trong luận văn này,
tác giả nghiên cứu đến tính chất cũng như ứng dụng của vật liệu nano từ cho que thử
sắc ký miễn dịch.
1.2 Vật liệu từ cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@Au
1.2.1

Vật liệu nano từ Fe3O4-hình thái, cấu trúc và tính chất từ

Hai loại oxit sắt ứng dụng nhiều trong y sinh học là maghemite (γ - Fe2O3) và
magnetite (Fe3O4) trong đó magnetite là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất và được
nghiên cứu trong luận văn này. Các ferrite spinel về mặt hóa học là oxit phức hợp có
cơng thức hóa học chung MFe2O4 với M là các ion kim loại chuyển tiếp hóa trị 2 như
Zn, Cd, Cu, Ni, Co, Mg hoặc Fe. Hạt oxit sắt từ Fe3O4 có cấu trúc tinh thể ferrit lập
phương, cấu trúc spinel đảo thuộc nhóm đối xứng Fd3m, hằng số mạng
a=b=c=0,8396 nm, số phân tử trong một ô cơ sở là 8. Cấu trúc spinel có thể xem như
được tạo ra từ mặt phẳng xếp chặt của các ion O2- với các lỗ trống tứ diện (nhóm A)
và bát diện (nhóm B) được lấp đầy bằng các ion kim loại Fe2+ và Fe3+. Trong đó các
ion Fe3+ được phân bố một nửa ở nhóm A và một nửa ở nhóm B cịn các ion Fe2+ đều
nằm ở nhóm B [17][18].
Fe2+
Fe3+
O2-

Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 [19]
Dưới tác dụng của từ trường ngoài H, từ độ M của vật liệu sắt từ tăng theo H
cho đến khi đạt giá trị từ độ bão hòa Ms. Sau đó, khi H giảm dần đến 0, tồn tại một

giá trị từ dư Mr do tất cả các đômen không trở lại định hướng ban đầu. Từ dư Mr chỉ
có thể triệt tiêu bằng cách áp một lực kháng từ Hc tại phương đối diện. Đường cong
từ trễ của vật liệu sắt từ dạng khối và của vật liệu sắt từ dạng siêu thuận từ được thể
hiện trên hình 1.6.

7


Hình 1.5 Ơ mạng của ferrit lập phương (spinel) [20]

Hình 1.6 (a) Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ dạng khối và (b) đường cong từ
hóa của vật liệu sắt từ dạng siêu thuật từ [21]
Magnetite (Fe3O4) thuộc loại vật liệu sắt từ. Vật liệu sắt từ thường thể hiện tính
từ trễ do vật liệu có tính dị hướng theo trục tinh thể. Tuy nhiên, nếu kích thước của
vật liệu nhỏ đi, chuyển động nhiệt sẽ có thể phá vỡ trạng thái trật tự từ giữa các hạt
thì vật liệu sắt từ sẽ trở thành vật liệu siêu thuận từ. Trong trường hợp này, đường
cong từ trễ sẽ khơng xuất hiện trên đường cong từ hóa. Đặc điểm quan trọng của vật
liệu siêu thuận từ là có từ độ lớn khi có từ trường ngồi và mất hết từ tính khi từ
trường ngồi bằng khơng.
Đối với loại vật liệu sắt từ này, các mômen từ sắp xếp thành hai phân mạng
phản song song nhưng độ lớn mômen từ trong hai phân mạng không bằng nhau dẫn
đến từ độ tổng cộng khác khơng ngay cả khi từ trường ngồi bằng khơng và được gọi
là từ độ tự phát. Hình dạng của vòng cong từ trễ được xác định một phần bởi kích
thước hạt.
Nghiên cứu của nhóm tác giả Reddy LH [22] đã chỉ ra rằng bản thân kích thước
hạt cũng ảnh hưởng đến cấu trúc đômen của vật liệu và từ đó ảnh hưởng đến đường
cong từ hóa của vật liệu đó. Khi hạt có kích thước lớn nó có cấu trúc đa đơmen (hình
8



1.7). Mỗi đơmen có vecto từ độ hướng theo các hướng khác nhau, vì vậy cần có từ
trường ngồi đủ lớn để định hướng tất cả các vecto từ độ của mỗi đơmen theo hướng
của từ trường ngồi, giá trị của lực kháng từ Hc lớn. Khi kích thước của hạt từ giảm
đến một giới hạn nhất định thì sự hình thành của các đơmen khơng cịn mạnh và
khơng cịn được ưu tiên nữa. Lúc này hạt từ sẽ tồn tại như những đơn đơmen tức sẽ
khơng cịn q trình dịch vách mà chỉ cịn q trình đảo từ trong hạt đơn đơmen ( q
trình này bao gồm chuyển động quay của tất cả mômen từ), ở giới hạn này Hc có giá
trị cực đại, đường cong từ hóa phình ra. Khi hạt từ đạt đến kích thước rất nhỏ hoặc
xấp xỉ 20nm thường thể hiện tính chất siêu thuận từ tại nhiệt độ phịng. Khi ấy đường
cong từ hóa của hạt siêu thuận từ là một đường thuận nghịch, có từ dư Mr bằng khơng
và giá trị của lực kháng từ Hc bằng khơng (hình 1.6 b).
Siêu
thuận từ

Đơn
mơmen

Đa mơmen

Sắt từ

Hình 1.7 Các cấu trúc siêu thuận từ, đơn và đa đơmen của vật liệu sắt từ theo kích
thước [21]
1.2.2 Hiệu ứng quang nhiệt của vật liệu nano từ cấu trúc lõi vỏ
Fe3O4@Au
Trong những năm qua thì các vật liệu nano như oxit kim loại, sunfua kim loại,
vật liệu nano cacbon, vật liệu nano vàng đặc biệt là hạt nano từ tính đã có nhiều
nghiên cứu ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị ung thư, trong liệu pháp quang hóa
khối u và trong sinh học [23][24]. Vật liệu nano vàng được sử dụng rộng rãi trong
liệu pháp khối u dựa trên tính chất hóa lý độc đáo cùng khả năng tương thích sinh học

cao và hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt [25]. Ví dụ như các hạt nano vàng dạng
sao được chức năng hóa bề mặt bởi một lớp TAT peptit. Sau 4h ủ lớp TAT trên tế
bào ung thư vú BT54 q trình phân tích hiệu ứng quang nhiệt được thực hiện bằng
cách sử dụng nguồn laser bước sóng 850 nm, mật độ phát xạ 0,2W/cm2. Kết quả cho
thấy hiệu ứng quang nhiệt được tăng cường sau khi phủ lớp TAT lên hạt nano vàng,
mở ra nhiều ứng dụng cho liệu pháp điều trị ung thư [26]. Tương tự, các hạt nano oxit
sắt cũng có nhiều ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị ung thư, được sử dụng như
một chất làm tăng độ tương phản ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân MIR và trị liệu
khối u [27]. Tuy nhiên các hạt oxit sắt từ Fe3O4 có sự ổn định kém, dễ bị oxy hóa tạo
thành hỗn hợp oxit sắt (II) FeO và oxit sắt (III) Fe2O3, oxit sắt từ cũng bị giới hạn bởi
sự hấp thụ yếu của chúng trong vùng hồng ngoại gần. Để giải quyết vấn đề này, chức
năng hóa bề mặt các hạt nano oxit sắt từ đã trở thành một xu hướng trong những năm
gần đây. Các hạt nano từ bọc vàng có tính chất siêu thuận từ của các hạt nano từ, hiệu
9


ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của lớp vỏ vàng mở ra nhiều ứng dụng hứa hẹn
trong việc phát hiện khối u thơng qua phân tích hiệu ứng quang nhiệt [28][29].
Quá trình chuyển đổi quang nhiệt diễn ra như sau: khi có sự kích thích của ánh
sáng tới các điện tử trong hạt nano kim loại sẽ hấp thụ năng lượng và dao động sau
đó năng lượng từ các dao động của điện tử sẽ chuyển biến thành nhiệt. Nhiệt khuếch
tán khỏi hạt nano ra xung quanh dẫn đến nhiệt độ mơi trường ở xung quanh hạt tăng
lên. Q trình sinh nhiệt trở nên mạnh hơn khi hạt nano kim loại có hiện tượng cộng
hưởng plasmon bề mặt [30] hoặc hấp thụ mạnh ánh sáng hồng ngoại gần. Khi hệ bao
gồm hạt nano và môi trường xung quanh hạt được chiếu sáng bằng tia laser thì mơ
hình cân bằng năng lượng tổng của một hệ được mô tả bằng phương trình cân bằng
nhiệt như sau:
∑𝑖 𝑚𝑖 𝐶𝑝,𝑖

𝑑𝑇

𝑑𝑡

= Qin,np + Qsurr - Qout

PT 1.1

trong đó Qin,np là nhiệt lượng của hạt nano do hấp thụ ánh sáng chiếu tới, Qsurr là nhiệt
lượng của môi trường hệ do hấp thụ ánh sáng chiếu tới và Qout là nhiệt lượng mất mát
do truyền nhiệt ra ngoài hệ. mi, Cp,I là khối lượng và nhiệt dung của các thành phần
trong hệ, T(t) là nhiệt độ tại thời điểm t. Qin,np được xác định theo công thức sau:
Qin,np = I(1 - 10−𝐴𝜆 ). η

PT 1.2

với I là công suất ánh sáng chiếu vào mẫu, 𝐴𝜆 là độ hấp thụ của hạt tại bước sóng kích
thích, η là hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt của hạt. Nhiệt lượng mất đi do truyền
nhiệt ra bên ngoài hệ được tính theo cơng thức sau:
Qout = h.S.(T – Tsurr)

PT 1.3

với h là hệ số truyền nhiệt của hệ, S là diện tích vùng truyền nhiệt từ hệ ra ngồi, Tsurr
là nhiệt độ ngồi hệ. Tích h.S được xác định bằng sự suy giảm nhiệt độ sau khi tắt
nguồn chiếu. T là nhiệt độ môi trường của hệ.
Tại trạng thái cân bằng nhiệt lượng thu được của hệ bằng nhiệt lượng tỏa ra:
Qin,np + Qin,surr = I(1 - 10−𝐴𝜆 ). η + Qin,surr = h.S.(Tmax – Tsurr)

PT 1.4

Với Tmax là nhiệt độ cao nhất tại trạng thái cân bằng nhiệt. Suy ra hiệu suất

chuyển đổi của hạt nano trong hệ :
η=
Đặt A =

𝑄𝑖𝑛,𝑛𝑝 + 𝑄𝑖𝑛,𝑠𝑢𝑟𝑟
∑𝑖 𝑚𝑖 𝐶𝑝,𝑖

h.S.(𝑇𝑚𝑎𝑥 – 𝑇𝑠𝑢𝑟𝑟 )− 𝑄𝑖𝑛,𝑠𝑢𝑟𝑟
I(1 − 10−𝐴𝜆 )

PT 1.5

C/s)là vận tốc hấp thụ nhiệt lượng thể hiện sự tăng nhiệt

độ khi có ánh sáng chiếu đến hạt, B =

ℎ.𝑆
𝑚𝑖 𝐶𝑝,𝑖

(s-1) là hằng số không đổi liên quan đến

sự mất mát nhiệt.
Khi chùm sáng chiếu đến hệ chứa hạt nano (khi bật laser), các hạt nano cùng
môi trường xung quanh hạt hấp thụ năng lượng làm nhiệt độ của hệ tăng dần lên:

10


𝐴


T(t) = Tsurr + [1-exp(-Bt)]
𝐵

Khi A≠0

PT 1.6

Khi nhiệt độ của hệ đạt đến trạng thái cân bằng tắt laser, lúc này nhiệt độ của hệ
lớn hơn rất nhiều nhiệt của môi trường xung quanh nên hệ sẽ mất mát nhiệt ra môi
trường xung quanh:
T(t) = Tsurr + (Tmax – Tsurr).exp(-Bt) Khi A=0

PT 1.7

Với Tmax là nhiệt độ lúc bắt đầu tắt ánh sáng chiếu. Từ kết quả thực nghiệm ta
có thể tính được hệ số A và B sau đó biễu diễn đường nhiệt độ theo thời
gian.[31][32][33].
1.2.3

Ứng dụng vật liệu từ cấu trúc lõi vỏ trong cảm biến sinh học

Hiện nay, vật liệu nano từ đang hướng tới các ứng dụng trong y sinh như dẫn
truyền thuốc, chụp cộng hưởng từ, các hạt từ thường có u cầu kích thước nhỏ, siêu
thuận từ; ứng dụng tăng thân nhiệt cục bộ cũng yêu cầu kích thước hạt nhỏ nhưng lực
kháng từ lại cao để có thể dễ dàng tăng nhiệt độ dưới tác dụng của từ trường ngoài.
Bên cạnh các ứng dụng nổi trội trong y học [34], công nghệ điện tử, nam châm
vĩnh cửu, vật liệu oxit sắt từ cũng có nhiều ứng dụng trong xử lý nước thải mơi trường
[35], làm chất hấp phụ và xúc tác phản ứng [36], mực in từ tính [37], ứng dụng trong
cơng nghệ thông tin và truyền thông [38].
a) Chụp cộng hưởng từ MRI

Chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) [39] là một phương pháp thu nhận hình
ảnh từ các cơ quan trong cơ thể sống và quan sát lượng nước bên trong các cấu trúc
của các cơ quan. Từ khi ra đời phương pháp chụp cộng hưởng từ được xem là một
phát minh quan trọng trong lĩnh vực chẩn đoán và điểu trị bệnh. Kỹ thuật này giúp
ghi lại mọi bộ phận và cơ quan trong cơ thể dựa vào những nguyên tử hydro ở mô
trong cơ thể bởi những nguyên tử này có trong vơ số các phân tử nước ở khắp các nội
tạng, trở thành những bộ máy truyền sóng radio. Bằng việc nhận diện các nguyên tử
hydro đó máy chụp cộng hưởng từ MRI có thể ghi lại hình ảnh của tất cả các cơ quan
[40].
Hình ảnh cộng hưởng từ được hình thành dựa trên sự ghi nhận tín hiệu thời gian
hồi giãn của các mô khác nhau khi đặt trong từ trường ngồi có sự cộng hưởng của
sóng radio. Ngun lý của MRI được trình bày thơng qua hình 1.8 trong đó A) các
spin sắp xếp song song hoặc đối song song với từ trường, trong quá trình định hướng
các spin có một tần số xác định gọi là tần số Larmor ω0 = ᵧ𝐵0 ; sau khi áp một tần số
cộng hưởng trong vùng sóng vơ tuyến vào hạt nhân thì từ hóa của các spin thay đổi,
kích thích và trải qua hai q trình hồi phục đó là T1 (hồi phục theo chiều dọc) và T2
(hồi phục theo chiều ngang). B) và C) sự hồi giãn T1 được rút ngắn khi có sự hiện
diện của Gd3+ với tín hiệu màu ảnh sáng hơn. D) và E) sự hồi dãn T2 được rút ngắn
khi có sự xuất hiện của Fe3O4 với tín hiệu màu tối hơn. Do đó độ tương phản tạo bởi
nano sắt từ cao hơn, các hồi phục xảy ra nhanh hơn và tạo ra một tín hiệu MRI mạnh
hơn.

11


Hình 1.8 Ngun lý của MRI và vai trị của hạt nano từ làm chất tăng độ tương phản
ảnh [41]
b) Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính
Gần đây liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính được xem là một trong những phương
pháp tiềm năng trong việc điều trị bệnh ung thư. Liệu pháp này dựa trên khả năng

sinh nhiệt của các hạt nano từ tính dưới tác dụng của từ trường ngồi, nhờ vậy có thể
tiêu diệt hiệu quả các tế bào ung thư.
Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính dựa trên quá trình đưa các hạt nano từ xâm
nhập vào trong cơ thể người, dẫn truyền chúng đến những khu vực có khối u. Khi đó
dưới tác dụng của một từ trường ngoài xoay chiều, các hạt nano từ tính sẽ hấp thu
năng lượng, chuyển lên trạng thái kích thích rồi trở về trạng thái cơ bản Néel (nhiệt
độ Néel là nhiệt độ trật tự phản sắt từ bị phá vỡ và vật liệu sẽ chuyển sang tính chất
thuận từ. Ở dưới nhiệt độ Néel vật liệu sẽ mang tính chất phản sắt từ) nhờ đó giải
phóng một lượng nhiệt có thể làm nhiệt độ tại chỗ tăng lên hơn 40 độ C [42]. Quá
trình sinh nhiệt nội tại này sẽ tiêu diệt các khối u chứa tế bào ung thư.
Vì vậy, để có được hiệu quả trong việc ứng dụng lâm sàng yêu cầu đặt ra đối
với các hạt nano từ tính là phải có khả năng tương thích sinh học, có khả năng hình
thành hệ huyền phù bền vững trong môi trường như nước hoặc hệ dung dịch đệm
phosphate và có tốc độ hấp thu nhanh. Theo các nghiên cứu cho thấy tốc độ hấp thu
của các hạt nano từ tính phụ thuộc nhiều vào momen từ tính, năng lượng dị hướng,
kích thước và sự phân bố của hạt từ [43]. Trong các loại hạt từ thì ferrite Fe3O4 thường
được sử dụng cho liệu pháp này bởi chúng có momen từ vừa phải, tính ổn định hóa
học, tính tương thích sinh học cao, q trình tổng hợp đơn giản với chi phí thấp.

12


Hình 1.9 Liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính trong điều trị khối u ung thư [43]
c) Truyền dẫn thuốc
Một trong những phương pháp truyền thống từ trước đến nay được chúng ta sử
dụng trong việc điều trị ung thư đó là hóa trị liệu. Nhược điểm lớn nhất của phương
pháp này là tính khơng đặc hiệu bởi khi chúng ta uống thuốc vào trong cơ thể, thuốc
sẽ được phân phối một cách không tập trung đến những tế bào hay khối u bị bệnh.
Do đó, những tế bào khỏe mạnh sẽ bị ảnh hưởng ít nhiều bởi tác dụng phụ của thuốc
gây ra. Chính vì thế, các hạt nano từ tính như những vật liệu mang sẽ đưa, dẫn truyền

thuốc đến các vị trí khối u một cách hiệu quả [44][45].
Để có thể sử dụng các hạt nano từ tính trong việc dẫn truyền thuốc hướng đích
thì kích thước hạt là thông số quan trọng bởi những hạt nhỏ thì dễ dàng di chuyển tự
do qua các thành mạch, hệ thống miễn dịch,… Độ lớn lực kháng từ Hc, từ dư Mr phải
đủ nhỏ và từ độ bao hòa Ms cao để có thể dễ dàng điều khiển các hạt mang bằng từ
trường ngồi. Bên cạnh đó việc tương thích sinh học cũng là một yếu tố quan trọng
cho quá trình hạt mang đi vào cơ thể. Các hạt nano từ có lõi là hạt từ và lớp vỏ thường
là các hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học cao như các loại polyme. Cách
thức gắn thuốc lên hạt từ phụ thuộc vào đặc tính của thuốc cũng như cấu trúc của hạt
nano từ. Với sự kết hợp của từ trường ngoài và các tác nhân hướng đích khác hệ hạt
nano từ có thể đưa thuốc hiệu quả đến vị trí của các khối u hay tế bào ung thư. Hạt
nano có khả năng thẩm thấu qua các lỗ trống trên các thành mạch máu bị rò rỉ ở khối
u. Khi hệ mang đi đến vị trí các khối u và tập trung tại đây thì q trình nhả, phóng
thích thuốc có thể diễn ra thơng qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các tính
chất sinh lý học do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuếch tán hoặc
sự thay đổi của nhiệt độ. Những lợi ích của việc dẫn truyền thuốc bằng hạt nano từ
tính có thể kể đến như giảm được liều lượng thuốc sử dụng, thu hẹp phạm vi phân bố
của thuốc trong cơ thể do đó làm giảm tác dụng phụ của thuốc đối vơi các tế bào khỏe
mạnh.
13


Hình 1.10 Cơ chế mang thuốc hướng đích bằng từ trường ngoài [21]
d) Ứng dụng của vật liệu oxit sắt từ chế tạo que thử sắc ký miễn dịch
Ngày nay ung thư là một căn bệnh ngày càng trở nên phổ biến. Tỷ lệ bệnh nhân
mắc ung thư ngày càng gia tăng. Để chẩn đốn bệnh ung thư, có thể sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau như phương pháp vật lý, phương pháp giải phẫu bệnh và
phương pháp hóa sinh. Mỗi phương pháp này thì đều có những ưu và nhược điểm
riêng. Ví dụ, đối với phương pháp giải phẫu bệnh sẽ cung cấp các thơng tin chính xác
của khối u, tuy nhiên hạn chế về mặt tâm lý trong q trình lấy mẫu sinh thiết và có

thể kích thích di căn. Phương pháp hóa sinh giúp phát hiện chính xác các dấu ấn khối
u thông qua mẫu máu hoặc nước tiểu. Hiện nay, việc phát hiện và phân tích hàm
lượng các dấu ấn khối u phải nhờ vào các thiết bị công nghệ cao, các thiết bị đắt tiền
và quá trình vận hành phức tạp. Vì thế, phần lớn các xét nghiệm và phân tích định
lượng dấu ấn khối u đều nhờ vào các kit-ELISA (Eyzyme-linked Immunosorbent
assay) [46][47] là một phương pháp sinh hóa sử dụng chủ yếu trong miễn dịch học
để phát hiện sự hiện diện của một kháng thể hoặc kháng nguyên trog mẫu máu hoặc
nước tiểu. Nguyên lý của kỹ thuật ELISA là dựa vào tính đặc hiệu của kháng nguyênkháng thể. Do ELISA là kỹ thuật miễn dịch bán tự động nên kết quả xét nghiệm sẽ bị
ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố như: con người, thao tác, dụng cụ, hóa chất, thiết bị
phân tích. Để quản lý tốt chất lượng các kỹ thuật xét nghiệm ELISA yêu cầu phải
thực hiện đúng theo quy trình của mỗi loại xét nghiệm. Do đó, loại xét nghiệm này
thường được thực hiện tại các cơ sở y tế đơn vị trung ương, bệnh viện lớn.
Dựa vào cấu trúc và nguyên lý hoạt động của que thử sắc ký miễn dịch trình
bày ở mục 1.1.1 cho thấy loại que thử sử dụng hạt màu chỉ cho phép phân tích định
tính hoặc bán định lượng. Phân tích định tính tức là căn cứ vào vạch màu cho biết sự
có mặt của loại kháng ngun đích có trong mẫu dung dịch. Phân tích bán định lượng
tức là kết hợp với máy đo cường độ màu trên que thử sẽ đánh giá được nồng độ của
kháng ngun đích có trong mẫu dung dịch. Tuy nhiên, cường độ màu trên que thử
chỉ thu thập được từ các hạt màu có mặt trên bề mặt que thử mà khơng thu thập được
tồn bộ hạt màu có trong tồn bộ bề dày que thử. Nếu dùng phương pháp đọc tín hiệu
từ thì tín hiệu sẽ được thu được từ hạt nano từ trong toàn bộ bề dày que thử nên có
14


tính định lượng vơ cùng chính xác. Hơn nữa, que thử sử dụng hạt nano từ bọc vàng
dạng cấu trúc lõi-vỏ cho lợi thế hơn so với việc dùng hạt vàng hoặc hạt từ riêng biệt
với một số lý do như sau:
i)
Có thể đồng thời sử dụng phương pháp đọc quang và phương pháp đọc từ. Sự
xuất hiện vạch màu trên dải thử nghiệm và dải đối chứng do tính chất quang giống

như hạt nano vàng của vỏ vàng, cho phép đánh giá định tính việc mẫu máu bệnh phẩm
có chứa kháng nguyên ung thư hay không. Nếu dùng hạt nano từ khơng bọc vỏ vàng
thì vạch màu trên dải thử nghiệm và dải đối chứng không rõ nét;
ii)
Màng cellulose chứa dải thử nghiệm và dải đối chứng có chiều dày cỡ 150 đến
200 µm. Tín hiệu quang từ hạt vàng chỉ đến từ số lượng hạt vàng bắt giữ ngay trên
bề mặt của dải với bề dày khoảng 10 µm cho nên giá trị đo được sẽ không được thu
thập trên toàn bộ dải thử nghiệm. Nếu định lượng bằng tín hiệu từ thì tín hiệu này đến
từ thơng tin của toàn bộ dải thử nghiệm cho kết quả định lượng chính xác hơn nhiều
so với các que thử sử dụng hạt vàng hay hạt nhựa truyền thống. Hơn nữa, que thử này
có thể đọc được tín hiệu ngay cả khi vùng kiểm tra mờ đục và có tỷ lệ nhiễu/tín hiệu
cao.
iii)
Sử dụng hạt nano từ bọc vàng trong que thử sắc ký miễn dịch có thêm một số
ưu điểm như làm tăng diện tích bề mặt riêng hiệu dụng, khả năng thẩm thấu tốt, di
chuyển nhanh, tương thích sinh học, đơn sắc và có thể sử dụng để làm giàu mẫu và
tách mẫu dưới tác dụng của từ trường bên ngoài làm giúp cải thiện độ nhạy và độ
chọn lọc của que thử. Hơn nữa, kết quả thử nghiệm của que thử dạng này có thể được
lưu giữ trong một thời gian dài do tính chất từ của hạt nano từ không bị thay đổi theo
thời gian.
1.3 Các phương pháp phân tích tính chất đặc trưng của vật liệu
1.3.1

Hiển vi điện tử quét kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X

Hiện vi điện tử quét (viết tắt là SEM) là phương pháp sử dụng để quan sát hình
thái và cấu trúc bề mặt của vật liệu bằng cách dùng một chùm điện tử hẹp quét trên
bề mặt mẫu. Đối với phương pháp này, điện tử được phóng ra từ súng phóng điện tử
(có thể là phát xạ nhiệt hoặc phát xạ trường) có năng lượng tới 10keV. Bằng cách đo
năng lượng của chùm electron thứ cấp sinh ra do tương tác của chùm điện tử tới bề

mặt mẫu sẽ thu được ảnh SEM. Chùm điện tử này được hội tụ thành một điểm trên
bề mặt mẫu nằm trong buồng chân không cao (cỡ 10-5 mmHg). Chiều sâu tương tác
của chùm điện tử cỡ khoảng 1000 nm. Mẫu để chụp SEM có thể ở dạng màng mỏng,
màng dày, mẫu bột hoặc mẫu khối...
Một số phép phân tích phổ biến trong SEM như:
 Huỳnh quang catốt: là các ánh sáng phát ra do tương tác của chùm điện tử với bề
mặt mẫu. Phép phân tích này rất phổ biến và rất hữu ích cho việc phân tích các
tính chất quang, điện của vật liệu.
 Phân tích phổ tia X: tương tác giữa điện tử với vật chất có thể sản sinh phổ tia X
đặc trưng, rất hữu ích cho phân tích thành phần hóa học của vật liệu. Các phép

15


phân tích có thể là phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) hay phổ tán sắc bước
sóng tia X (WDXS)...
Ngày nay, thông thường người ta luôn kết hợp cả hiển vi điện tử quét SEM [48]
và phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) trong cùng một hệ thống [49]. Phổ
tán xạ năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần của vật rắn dựa vào việc ghi
lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ. Nguyên lý hoạt động của
phép phân tích EDX là khi chùm điện tử có mức năng lượng cao được chiếu vào vật
rắn, nó sẽ đâm xuyên vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong
của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ
lệ với số nguyên tử của nguyên tử. Tần số của tia X phát ra đặc trưng với nguyên tử
của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho
ta những thông tin về tỉ phần các nguyên tố này. Phổ tia X phát ra có tần số trải trong
một dải rộng và được phân tích nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thơng
tin về các ngun tố cũng như thành phần hóa học của chúng.
Trong nội dung nghiên cứu của đồ án, hiển vi điện tử quét kết hợp phân tích phổ
tán xạ năng lượng tia X được thực hiện trên hệ đo tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện

Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trên hình 1.11 thể hiện sở đồ kính hiển
vi điện tử qt.

Hình 1.11 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét [50]
1.3.2

Nhiễu xạ tia X

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của
chất rắn do tính tuần hồn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu
xạ. Cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học và tính chất vật lý của vật liệu được xác
định thông qua phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction-XRD).

16