Tổng hợp hạt nano từ Fe3O4@SiO2@Au cấu
trúc lõi vỏ để ứng dụng trong y sinh học
Trần Thị Khánh Chi
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Hoàng Hải
Năm bảo vệ: 2010

Abstract. Tổng quan cơ sở lý luận về tổng hợp các hạt nano Fe3O4@SiO2@Au để
ứng dụng trong y sinh học. Nghiên cứu và trình bày thực nghiệm mô hình tổng hợp
hạt nanô oxit sắt từ Fe3O4@SiO2@Au với cấu trúc lõi vỏ thông qua phát triển mầm.
Trình bày các kết quả thu được và khảo sát một số mẫu hạt nano đó
Keywords. Hạt nano; Y học; Sinh học.

Content
LỜI MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống, sức khoẻ là thứ quý giá nhất của con người và bảo vệ sức khoẻ là
điều rất quan trọng. Tuy nhiên, tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng cũng
như những chất độc hoá học trong thực phẩm tràn lan đã và đang đe doạ đến sức khoẻ con
người. Vì vậy con người rất dễ mắc phải những căn bệnh nguy hiểm mà nếu không được phát
hiện sớm để có phương pháp điều trị thích hợp sẽ rất nguy hiểm đến tính mạng. Do đó, chúng
ta cần có những nghiên cứu sâu rộng và bắt tay hợp tác của nhiều ngành khoa học như Vật lý,
Hoá học, Vật liệu, Y – Sinh học … để nhanh chóng đưa ra phương pháp chẩn đoán và những
thử nghiệm lâm sàng phù hợp nhằm hỗ trợ điều trị bệnh.
Ngày nay, công nghệ nano đang dần trở nên quen thuộc với chúng ta bởi đã có những
sản phẩm của nó ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày của con người. Đặc biệt, công
nghệ nano đã tạo nên một cuộc cách mạng to lớn trong lĩnh vực y – sinh học. Nó giúp con
người can thiệp vào cơ thể ở mức độ nano mét bằng các vật liệu nano giúp chẩn đoán sớm và
điều trị bệnh. Một trong những loại vật liệu nano có tính chất đặc biệt có khả năng ứng dụng
trong y – sinh học là các vật liệu nano từ. Khi vật liệu từ ở kích thước nano, nó trở nên siêu

thuận từ và có thể dễ dàng dùng từ trường ngoài để điều khiển. Việc điều chế các vật liệu siêu
thuận từ tương thích sinh học thì được quan tâm trong các ứng dụng y sinh như: chụp ảnh
cộng hưởng từ (MRI), định vị thuốc bằng từ tính, nâng thân nhiệt cục bộ hoặc gắn kháng thể
lên hạt nano từ để chuẩn đoán nhanh các bệnh như ung thư tuyến tiền liện, ung thư cổ tử cung


… viêm gan siêu vi B siêu vi C, viêm não Nhật Bản… Như chúng ta đã biết, việc chẩn đoán
bệnh cần gắn kháng thể vào hạt nano từ để chúng liên kết với kháng nguyên, từ đó cho tín
hiệu nhận biết là có bệnh hay không. Nhưng để việc chẩn đoán được chính xác, dễ dàng và
nhanh chóng thì lượng kháng thể gắn lên hạt nano từ phải nhiều, khi ấy số lượng liên kết
kháng thể – kháng nguyên nhiều và tín hiệu nhận biết sẽ rõ ràng hơn. Vấn đề đặt ra là kháng
thể gắn trên hạt nano trần là rất thấp đồng thời hạt nano trần rất dễ bị oxi hoá nên độ bền hạt
không cao. Để khắc phục tình trạng này, sau khi tham khảo nhiều tài liệu, tôi sử dụng vật liệu
SiO2 để bọc quanh hạt từ Fe3O4 tạo cấu trúc lõi vỏ. Nhờ tính chất trơ của vật liệu SiO2, nó tạo
thành lớp bảo vệ ổn định của lõi từ tính chống lại sự kết tụ và sự ngâm chiết trong môi trường
axít cũng như chống lại sự oxi hoá trong suốt quá trình xử lý nhiệt trong không khí.
Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu thú vị trong phát triển các hạt nano chẳng hạn như
kết hợp các hạt nano tạo thành vật liệu nano composit mang những tính chất chưa từng xuất
hiện trong vật liệu riêng lẻ. Khi một lõi của một chất điện môi bất kỳ được bao bọc bởi những
hạt nano kim loại có kích thước nhỏ hơn, chúng ta thu được 1 cấu trúc lõi – võ. Các loại vật
liệu trên được sử dụng trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực sinh
học phân tử vì chúng có những tính chất khác xa so với tính chất của vật liệu tạo ra chúng ở
dạng riêng lẻ. Thật vậy, chỉ cần thay đổi tỷ lệ bán kính lõi/vỏ thì tính chất của vật liệu thay đổi
như thể chúng ta có thể tổng hợp ra vật liệu có tính chất phù hợp với những ứng dụng mà
chúng ta mong muốn.
Nano vàng được nhắc đến là vật liệu có tính tương hợp sinh học cao và có nhiều ứng
dụng quan trọng trong y – sinh học. Đặc trưng cơ bản của nano kim loại quý (vàng, bạc …)
đó là hiện tượng cộng hưởng plasmon, và tính chất này thay đổi khi nano vàng ở dạng vỏ
nano. Bằng cách thay đổi tỷ lệ kích thước lõi – vỏ của lớp vỏ vàng nano lõi silica thì cộng
hưởng quang của các hạt nano này sẽ thay đổi 1 cách chính xác và có hệ thống sang dải rộng

vùng gần hồng ngoại (NIR) và vùng phổ giữa vùng hồng ngoại (MIR). Sóng điện từ vùng
hồng ngoại có khả năng truyền qua mô. Lớp vỏ vàng bên ngoài lõi Silica – điện môi sở hữu
những tính chất điện và quang rất đặc biệt cả ở pha khối lẫn những phân tử riêng biệt. Với đặc
trưng giúp cho các lớp vỏ nano ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực quang điện tử, sinh học
quang tử, chẩn đoán bệnh, xúc tác và chế tạo polymer dẫn. Cụ thể như, nhờ vào tính chất tán
xạ và hấp thụ cao mà lớp vỏ nano được dùng làm tác nhân tương phản cho phương pháp chụp
cắt lớp quang học (optical coherence tomography – OCT) hay điều trị ung thư nhiệt hồng
ngoại (NIR thermal therapy of tumor).
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, vấn đề đặt ra là phải có những nghiên cứu để tìm ra
phương pháp chẩn đoán bệnh nhanh và hiệu quả kết hợp với những đặc tính đặc biệt của hạt
nano từ tính và hạt nano lõi – vỏ nên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “TỔNG HỢP CÁC
HẠT NANO TỪ Fe3O4@SiO2@Au CẤU TRÚC LÕI VỎ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y
SINH HỌC”.
Mục tiêu của đề tài:
- Tạo ra các hạt nano Fe3O4:
 Yêu cầu: kích thước khoảng 10nm, đồng nhất, siên thuận từ và có độ từ hoá cao.
- Tổng hợp hạt Fe3O4@SiO2:


 Yêu cầu: lớp phủ đồng đều và có độ từ hoá cao.
- Chức năng hoá bề mặt của hạt Fe3O4@SiO2 bằng APTES:
 Yêu cầu: tạo được nhiều liên kết –NH2 với bề mặt hạt Fe3O4@SiO2.
- Tổng hợp hạt nano vàng:
 Yêu cầu: kích thước nhỏ hơn 5nm.
- Tổng hợp hạt Fe3O4@SiO2@Au:
 Yêu cầu: các đỉnh cộng hưởng plasmon của mẫu dịch về vùng gần hồng ngoại để ứng
dụng trong y – sinh học.
Reference
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:

[1] Nguyễn Hữu Đức (2008), “Vật liệu từ cấu trúc nano và điện tử học spin”, NXB Đại học
Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[2] Nguyễn Phú Thùy (2003), “Vật lý các hiện tượng từ”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà
Nội.
[3] Phạm Phố, Lương Thị Thu Giang, Phạm Huy Bình, Nghiêm Hùng (2006), Vật liệu và vật
liệu mới, NXB Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh.
[4] Huỳnh Đức Minh (2006), Khoáng Vật học Silicat, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Nguyễn Tinh Dung, Lê Thị Vinh, Trần Thị Yến, Đỗ Văn Huê (2006), Một số phương
pháp phân tích hoá lý.
[6] Lê Khắc Bình (2006), Vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
[7] Hoàng Văn Sơn (2006), Chẩn đoán nano, Tạp chí Thông tin Y dược.
[8] Lê Hoàng Anh Khoa (2008), Tổng hợp các hạt nano ô xít sắt siêu thuận từ với lớp phủ
SiO2 để ứng dụng trong y sinh, Luận Văn Thạc sĩ.
Tiếng Anh:
[9] Jankubovics, J.P. (1987), Magnetism and magnetic materials, Institude of metals, London.
[10] Elena-Lorena Salaba (2004), “Structural and Magnetic Investigations of Magnetic
Nanoparticles and Core-Shell Colloids”, Rumania.
[11] Donia Beydoun (2000), Preparation, characterisation and implication for organic
degradation in aqueous systems, Development of a novel magnetic photocatalyst, the
University of New South Walves.
[12] M.S. Krakov (1993), Magnetic Fluid, Oxford University press, New York.
[13] Eva Liang, Huang Heintz (2004), Surface biological modification and cellular
interactions of magnetic spinel ferrite nanoparticles, Chemistry georgia Institude of
Technology.
[14] Tim A. Erickson and James W. Tunnell (2009), “Gold Nanoshells in Biomedical
Application”, Weinheim.


[15] Sarah L. Westcott, Naomi J.Halas (1998), “Formation and adsorption of clusters of Gold
nanoparticles onto functionalized Silica nanoparticle surfaces”, Langmuir 1998, 14, 5396 –

5401.
[16] Ming Ma, Ning Gu (2002), “Preparation and characterization of magnetite
nanoparticles coated by amino silane”, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects
212 (2003) 219 – 226.
[17] Xianquiao Liu, Huizhou Liu (2003), “Preparation and characterization of amino –
silane modified superparamagnetic silica nanospheres”, Journal of Magnetism and Magnetic
Materials 270 (2004) 1 – 6.
[18] Caruso F (2001), “Nanoengineering of particle surfaces”, Advanced Materials, Vol.13,
Korea.
[19] Shi, W.; Sahoo, Y.; Swihart, M. T.; Prasad, P. N. (2005), “Gold nanoshells on
polystyrene cores for control of surface plasmon resonance”, Langmuir 21, 1610.
[20] Lim, Y. T.; Park, O. O.; Jung, H. T. J. (2003), “Colloid Interface”, Sci. 2003, 263, 449.
[21] Sang-Eun Park, Min-Yim Park, Po-Keun Han, and Sang-Wha Lee (2006), “The Effect of
pH-adjusted Gold Colloids on the Formation of Gold Clusters over APTMS-coated Silica
Cores”, Bull. Korean Chem. Soc., Vol. 27, No. 9.
[22] Keziban Can, Mustafa Ozmen, Mustafa Ersoz (2009), “Immobilization of albumin on
aminosilane modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization”,
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 71 (2009) 154–159, Turkey.
[23] Zhang Bo1, Xing JianMin1, Lang YuQi1,2 & Liu HuiZhou1 (2008), “Synthesis of
amino-silane modified magnetic silica adsorbents and application for adsorption of
flavonoids from Glycyrrhiza uralensis Fisch”, Science in China Series B: Chemistry, China.
[24] Zhiya Maa,b, Yueping Guana, Huizhou Liu (2006), “Superparamagnetic silica
nanoparticles with immobilized metal affinity ligands for protein adsorption”, Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 301, 469–477.
[25] Suchita Kalele, S. W. Gosavi, J. Urban and S. K. Kulkarni (2006), “Nanoshell particles:
synthesis, properties and applications”, Current Science, Vol. 91, No. 8, Germany.
[26] Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Lones and J. Dobson (2003), Applicationa of
magnetic nanoparticles in biomedicine, Institide of physics publishing, 15, R167-R181.
[27] Daniel G.Duff and Alfons Baiker (1993), A New hydrosol of gold cluster.1.Formation
and particle size variation, CH-8092 Zurich, Switzerland.

[28] Roya Ashayer, Samjid H. Mannan, Shahriar Sajjadi (2008), Synthesis and
characterization of gold nanoshells using poly(diallyldimethyl ammonium chloride), Colloids
and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 329, 132-141.
[29] S. J. Oldenburg, J. B. Jackson, S. L. Westcott, and N. J. Halas (1999), Infrared extinction
properties of gold nanoshells, Rice University, Houston, Texas.
[30] L. R. Hirsch, J. B. Jackson, A. Lee, N. J. Halas, J. L. West (2003), A whole blood
immuniassay using gold nanoshells, Rice University, Houston, Texas.


[31] Sang-Eun Park, Min-Yim Park, Po-Keun Han, and Sang-Wha Lee (2006), The Effect of
pH-adjusted Gold Colloids on the Formation of Gold Clusters over APTMS-coated Silica
Cores, Kyungwon University, Seongman, Korea.
[32] Tan Pham, Joseph B. Jackson, Naomi J. Halas, and T. Randall Lee (2002), Preparation
and Characterization of Gold Nanoshells Coated with Self-Assembled Monolayers, Langmuir
2002, 18, 4915 – 4920.
[33] Jun-hyun Kim, Randall Lee (2008), Thermo-reaponsive hydrogel-coated gold nanoshells
for in vivo drug delivery, Journal of Biomedical & Pharmaceutical Engineering, 29-35.
[34] S.J. Oldenburg, R.D. Averitt, S.L. Westcott, N.J. Halas (1998), Nanoengineering of
optical resonances, Chemical Physics Letters 288, 243-247.
[35] Lingyan Wang, Jin Luo, Yuehe Lin and Chuan-Jian Zhong (2005), Iron oxide-gold coreshell nanoparticles and thin film assembly, Journal of Materials Chemistry.
[36] Richard D. Averitt, Sarah L.Westcott, and Naomi J. Halas (1999), Ultrafast optical
properties of gold nanoshells, Rice University, Houston, Texas.
[37] Cheng-An J. Lin,Ting-Ya Yang, Chih-Hsien Lee, Sherry H. Huang, Ralph A. Sperling,
Marco Zanella, Jimmy K. Li, Ji-Lin Shen, Hsueh-Hsiao Wang, Hung-I Yeh,
Wolfgang J. Parak, and Walter H. Chang (2009), Synthesis, Characterization, and
Bioconjugation of Fluorescent Gold Nanoclusters toward Biological Labeling Applications,
Center for Nano Bioengineering, Chung Yuan Christian University, Chung-Li 32023, Taiwan.