Tài liệu Tổng hợp các hạt nano từ tính có đính kháng thể ứng dụng trong chẩn đoán bệnh

  • Số trang: 96 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 2273 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Tham gia: 20/07/2015

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PTN CÔNG NGHỆ NANO TRẦN NGỌC TẠO TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ TÍNH CÓ ĐÍNH KHÁNG THỂỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PTN CÔNG NGHỆ NANO TRẦN NGỌC TẠO TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ TÍNH CÓ ĐÍNH KHÁNG THỂỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nano (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HOÀNG HẢI Thành phố Hồ Chí Minh – 2015 1 LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, tôi xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần Hoàng Hải đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô giảng dạy cao học khóa K19 thuộc Đại học Công nghệ Hà nội và các anh chị làm việc tại phòng thí nghiệm Công nghệ nano thuộc Đại học quốc gia Tp.HCM. Cám ơn các anh chị em ở phòng thí nghiệm vật liệu nano từ tính – Viện vật lý Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn. Cám ơn Anh Bùi Trung Thành, em Lê Thụy Thảo đã tận tình giúp đỡ và hỗ trợ trong quá trình làm thí nghiệm. Sau cùng, con xin gởi lời cám ơn sâu sắc nhất đến bố mẹ, vợ và các anh chị em đã luôn động viên con, để con có động lực vượt qua mọi khó khăn nhất. Tp. Hồ chí minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015 Trần Ngọc Tạo 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận án là trung thực có trích dẫn nguồn cụ thể, các kết quả trong luận án là kết quả của quá trình nghiên cứu khoa học của tôi một cách nghiêm túc. Tác giả luận án Trần Ngọc Tạo 3 MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................. 1 LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 2 MỤC LỤC ................................................................................................................... 3 Danh mục các chữ viết tắt ............................................................................................ 7 Danh mục bảng ............................................................................................................ 8 Danh mục hình ảnh ...................................................................................................... 9 LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 12 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ................................................................................... 14 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.................................................... 14 1.2 Lý thuyết về từ học .......................................................................................... 15 1.2.1 Các khái niệm cơ bản[3]............................................................................ 15 1.2.2 Phân loại các vật liệu từ[1] ........................................................................ 16 1.2.3 Chu trình từ trễ và đường cong từ trễ......................................................... 17 1.2.4 Bản chất đơn đômen và tính chất siêu thuận từ .......................................... 18 1.3 Ôxít sắt ............................................................................................................ 20 1.3.1. Cấu trúc của ôxít sắt từ Fe3O4 ................................................................... 20 1.3.2. Sự biến đổi và ổn định của ôxít sắt từ Fe3O4 ............................................. 21 1.3.3. Tính siêu thuận từ của ôxít sắt từ Fe3O4.................................................... 22 1.4 Một số ứng dụng của hạt nano từ tính trong y – sinh học ................................. 22 1.4.1 Dẫn truyền thuốc[11]. ............................................................................... 22 1.4.2 Phân tách và chọn lọc tế bào[12]. .............................................................. 24 1.4.3 Phương pháp nâng thân nhiệt cục bộ ......................................................... 24 1.4.4 Chụp ảnh cộng hưởng từ[13, 26] ............................................................... 25 1.4.5 Tách chiết tế bào[12] ................................................................................. 25 1.4.6 Chẩn đoán bệnh[13]. ................................................................................. 26 4 1.5 Chế tạo hạt nano từ tính bao bọc trong một chất khác ..................................... 26 1.5.1 Bao bọc hạt nano từ tính bằng SiO2 ........................................................... 28 1.5.2 Chức năng hóa bề mặt hạt nano từ tính với APTES ................................... 28 1.6 Sơ lược về albumin .......................................................................................... 30 1.7 Đại cương về kháng nguyên và kháng thể[2].................................................... 30 1.7.1 Định nghĩa ................................................................................................ 30 1.7.2 Lớp Immunoglobulin (Ig) .......................................................................... 30 1.7.3 Vai trò của kháng thể ................................................................................ 31 1.7.4 Chất miễn dịch và kháng nguyên ............................................................... 32 1.7.5 Ái lực của kháng thể với kháng nguyên ..................................................... 33 1.7.6 Kháng thể đơn dòng và kháng thể đa dòng[32] .......................................... 33 1.8 Sơ lược về bệnh tiêu chảy cấp[5] ..................................................................... 34 1.8.1 Sự nguy hiểm của bệnh tiêu chảy cấp ........................................................ 34 1.8.2 Tác nhân chính gây nên tiêu chảy cấp ....................................................... 34 1.8.3 Đặc điểm kháng nguyên và độc tố ............................................................. 35 1.8.4 Cơ chế gây bệnh ........................................................................................ 35 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................ 36 2.1 Phương pháp tổng hợp ..................................................................................... 36 2.1.1 Phương pháp đồng kết tủa tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4 ....................... 36 2.1.2 Phương pháp solvothermal tổng hợp hạt nano từ tính Fe3O4 ...................... 37 2.1.3 Phương pháp tạo lớp bao phủ SiO2 lên hạt nano từ tính Fe3O4 ................... 37 2.1.4 Phương pháp chức năng hóa bề mặt hạt nano Fe3O4/SiO2 với APTES ....... 38 2.1.5 Phương pháp xác định hàm lượng protein theo Bradford ........................... 39 2.1.6 Phương pháp gắn protein lên Fe3O4/SiO2 .................................................. 40 2.2 Phương pháp phân tích ..................................................................................... 40 2.2.1 Phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X ................................................ 41 5 2.2.2 Máy đo phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR ...................................................... 41 2.2.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)...................................................... 42 2.2.4 Từ kế mẫu rung (VSM) ............................................................................. 44 2.2.5 Phổ tử ngoại khả kiến ............................................................................... 45 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM ............................................................................... 46 3.1 Hóa chất và dụng cụ ......................................................................................... 46 3.2 Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4............................................................... 47 3.2.1 Tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa. ....................... 47 3.2.2 Tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp solvothermal. ...................... 47 3.3 Quy trình bọc SiO2 lên hạt nano Fe3O4 ............................................................. 47 3.4 Quy trình phủ APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2................................................ 48 3.5 Quy trình gắn Albumin lên hạt nano Fe3O4/SiO2 .............................................. 49 3.6 Quy trình gắn kháng thể khuẩn tả Vibrio cholerae-O1 lên hạt nano Fe3O4/SiO2 50 3.7 Quy trình chẩn đoán tiêu chảy cấp. .................................................................. 50 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................. 51 4.1 Điều khiển kích thước hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa ............ 51 4.1.1 Khảo sát theo nhiệt độ ............................................................................... 51 4.1.2 Khảo sát thay đổi lượng NH4OH ............................................................... 52 4.1.3 Khảo sát nồng độ Fe2+và Fe3+ban đầu ........................................................ 54 4.1.4 Khảo sát hạt nano ôxít sắt theo tỷ phần mol............................................... 55 4.1.5 Khảo sát lượng NH4OH nhỏ chậm............................................................. 57 4.2 Điều khiển kích thước hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp solvothermal ........... 58 4.3 Kiểm tra đặc tính của hạt Fe3O4 ....................................................................... 58 4.3.1 Kiểm tra đặc tính phổ FT-IR hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhau ... 59 4.3.2 Kiểm tra đặc tính phổ XRD hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhau ..... 60 4.3.3 Kiểm tra đặc tính VSM hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhau ........... 62 6 4.4 Tạo lớp vỏ bảo vệ Silica (SiO2) lên hạt nano Fe3O4. ......................................... 63 4.5 Chức năng hóa APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2 .............................................. 67 4.6 Chức năng hóa Glutaraldehyde lên hạt nano Fe3O4/SiO2/APTES ..................... 68 4.7 Định lượng Albumin bám dính lên hạt nano ở ba kích thước khác nhau ........... 69 4.8 Đính kháng thể Vibrio Cholerae-01 lên hạt nano Fe3O4/SiO2/APTES[34]........ 74 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 76 HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................................. 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 78 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 81 7 Danh mục các chữ viết tắt Ký hiệu Tiếng Anh Nghĩa dịch APTES 3-Aminopropyltriethoxysilane FC Fab ELISA Fragment crystallizable Fragment of antigen binding Enzyme -linked immunosorbent assay Polymerase Chain Reaction Bovine Serum Albumin Imunnoglobulin Tetraethyl orthosilicate Vibrating Specimen Magnetometer X-ray diffraction Fourier Transform Infrared spectroscopy 3-aminopropyl triethoxysilane Đầu hằng định Đầu biến thiên Phương pháp xét nghiệm PCR BSA Ig TEOS VSM XRD FT-IR Chuỗi polymer hóa Albumin huyết thanh bò Kháng thể miễn dịch Tetraethyl orthosilicat Từ kế mẫu rung Nhiễu xạ tia X Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier TEM Transmission Electron Microscope OD Optical Density Kính hiển vi điện tử truyền qua Đo mật độ quang PBS Phosphate Buffered Saline Dung dịch đệm 01 Vibrio Cholerae Kháng thể 01  δ Dao động thẳng s Dao động đối xứng as Dao động bất đối xứng Dao động cong 8 Danh mục bảng Bảng 1.1. Các đại lượng và đơn vị từ trong hệ đơn vị SI và CGS ............................... 16 Bảng 1.2. Phân loại các loại vật liệu từ ...................................................................... 17 Bảng 3.1. Danh mục các hóa chất .............................................................................. 46 Bảng 4.1. Khảo sát hạt nano ôxít sắt ở ba nhiệt độ khác nhau. ................................... 51 Bảng 4.2. Khảo sát hạt nano ôxít sắt khi lượng NH4OH thay đổi. .............................. 52 Bảng 4.3 Thay đổi nồng độ Fe2+, Fe3+ ban đầu ........................................................... 54 Bảng 4.4. Thay đổi tỷ lệ mol Fe2+ và Fe3+ .................................................................. 56 Bảng 4.5. Mẫu M13 cho lượng NH4OH nhỏ chậm ..................................................... 57 Bảng 4.6. Mẫu M14 tạo hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp solvothermal .................. 58 Bảng 4.7. Kết quả VSM của mẫu hạt nano Fe3O4 ...................................................... 62 Bảng 4.8. Bọc hạt nano Fe3O4 bằng SiO2 với ba kích thước khác nhau ...................... 63 Bảng 4.9 Tương quan giữa các dao động và số sóng của các mẫu: F1, F1S1................ 65 Bảng 4.10 Kết quả VSM của mẫu hạt nano Fe3O4 (F1,F2,F3) và mẫu hạt nano Fe3O4/SiO2 (F1S1) ...................................................................................................... 65 Bảng 4.11 Kết quả VSM của mẫu F3S3 ...................................................................... 67 Bảng 4.12: Hiệu suất gắn kết BSA với hạt nano có kích thước khác nhau. ................. 71 Bảng 4.13 Độ hấp thu ở bước sóng 595 nm của sáu mẫu albumin chuẩn ................... 71 Bảng 4.14 Kết quả gắn Albumin ................................................................................ 72 Bảng 4.15 Kết quả VSM mẫu: hạt nano Fe3O4(F1), hạt nano Fe3O4/SiO2 (F1S1) và mẫu hạt Fe3O4/SiO2/APTES/Glutaraldehyde (F1S1A1G1) ................................................... 73 Bảng 4.16 Độ hấp thu bước sóng 595nm của mẫu kháng thể Vibrio Cholerae-01 ...... 74 Bảng 4.17 Tỷ lệ bám dính kháng thể Vibrio Cholerae-01 trên một số cấu trúc hạt nano .................................................................................................................................. 75 9 Danh mục hình ảnh Hình 1.1. Kết quả TEM của hạt nano Fe3O4 từ tài liệu tham khảo:(a)[27]; (b)[8] ....... 14 Hình 1.2. Đồ thị M(H) của chất sắt từ (đường cong liền nét), chất phản sắt từ (đường chấm), chất thuận từ (đường nét đứt). ........................................................................ 18 Hình 1.3. Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ. ............................................ 19 Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể ferit thường gặp. ............................................................... 20 Hình 1.5. Sự sắp xếp các spin trong một phân tử ôxít sắt từ tính Fe3O4 ..................... 21 Hình 1.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên diện tích bề mặt và sự biến đổi pha của ôxít sắt. Mỗi mẫu được chuẩn bị từ magnetite tinh khiết và mỗi khi nung thì được ủ trong 3 giờ. .................................................................................................................................. 22 Hình 1.7. Sự định hướng của các hạt siêu thuận từ khi có từ trường và khi từ trường bị ngắt............................................................................................................................ 22 Hình 1.8. Nguyên lý dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính. .............................................. 23 Hình 1.9. Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản ................................................................ 24 Hình 1.10. Chụp ảnh cộng hưởng từ .......................................................................... 25 Hình 1.11. Hình dạng điển hình của các tiểu cầu có chứa hạt nano ............................ 27 Hình 1.12. Cấu tạo hạt nano oxít sắt từ có cấu trúc lõi/vỏ .......................................... 27 Hình 1.13. Cấu trúc vô định hình của SiO2 ................................................................ 28 Hình 1.14. Cấu trúc tinh thể của SiO2. ....................................................................... 28 Hình 1.15. Cấu tạo của phân tử APTES. .................................................................... 29 Hình 1.16. Cấu trúc của IgG ...................................................................................... 31 Hình 1.17 Các độc tố của vi khuẩn bên cạnh một tế bào cơ thể .................................. 31 Hình 1.18 Các độc tố trên bị trung hòa bởi kháng thể ................................................ 32 Hình 1.19 Ái lực giữa kháng thể và kháng nguyên ..................................................... 33 Hình 1.20. Kháng thể đơn dòng liên kết với một epitope đặc hiệu ............................. 33 Hình 1.21 Mỗi kháng thể đa dòng liên kết với một epitope khác nhau ....................... 34 Hình 1.22 Khuẩn Vibrio Cholerae gây bệnh tả........................................................... 34 Hình 1.23 Cơ chế gây bệnh tả .................................................................................... 35 Hình 2.1. Cơ chế hình thành các hạt nano: Ba cơ chế phát triển mầm ........................ 36 Hình 2.2. Sơ đồ quá trình thủy phân và ngưng tụ TEOS............................................. 38 Hình 2.3. Mạng lưới silica với sự hình thành nhóm Silanol do TEOS ngưng tụ không hoàn toàn. .................................................................................................................. 38 10 Hình 2.4 Sơ đồ phản ứng gắn APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2 ................................. 39 Hình 2.5. Sơ đồ mô tả quá trình gắn Protein lên hạt nano từ [8] ................................. 40 Hình 2.6. Nhiễu xạ tia X trong mạng tinh thể............................................................. 41 Hình 2.7. Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR ................................................................... 42 Hình 2.8. Kính hiển vi quét trường phát xạ ................................................................ 43 Hình 2.9. Máy đo từ kế mẫu rung (VSM) .................................................................. 44 Hình 2.10. Máy đo phổ UV-VIS ................................................................................ 45 Hình 3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 [30]. ..................................................... 47 Hình 3.2. Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp solvothermal[28]. .. 47 Hình 3.3. Quy trình bọc SiO2 lên hạt nano Fe3O4 ...................................................... 48 Hình 3.4. Quy trình phủ APTES lên hạt nano Fe3O4/SiO2 .......................................... 48 Hình 3.5. Quy trình gắn albumin lên hạt nano Fe3O4/SiO2 ......................................... 49 Hình 3.6. Quy trình gắn kháng thể O1 lên hạt nano Fe3O4/SiO2 .................................. 50 Hình 4.1. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 ở nhiệt độ 300C: a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nm . 51 Hình 4.2. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 ở nhiệt độ 500C: a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nm . 52 Hình 4.3. Ảnh TEM của hạt Fe3O4 ở nhiệt độ 800C: a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nm . 52 Hình 4.4 Ảnh TEM lượng NH4OH là 20 mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nm ............ 53 Hình 4.5 Ảnh TEM lượng NH4OH là 40mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nm ............. 53 Hình 4.6 Ảnh TEM lượng NH4OH là 70mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nm ............. 53 Hình 4.7. Ảnh TEM Nồng độ Fe2+, Fe3+ 440mL, a) 20 nm b) 50 nm, c) 100 nm ....... 54 Hình 4.8 Ảnh TEM Nồng độ Fe2+, Fe3+ 260mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nm ....... 55 Hình 4.9. Ảnh TEM Nồng độ Fe2+, Fe3+ 200mL, a) 20 nm, b) 50 nm, c) 100 nm ...... 55 Hình 4.10. Ảnh TEM tỉ lệ mol Fe2+: Fe3+ = 1:1, a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nm......... 56 Hình 4.11 Ảnh TEM tỉ lệ mol Fe2+: Fe3+ = 1:1.5, a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nm....... 56 Hình 4.12. Ảnh TEM tỉ lệ mol Fe2+: Fe3+ = 1:1.75, a) 20 nm; b) 50 nm; c) 100 nm .... 57 Hình 4.13. Ảnh TEM NH4OH nhỏ chậm, thang đo a) 20 nm; b) 50 nm; c) 200 nm .... 57 Hình 4.14 Ảnh TEM phương pháp solvothermal ở thang đo a) 20 nm; b) 50 nm; c)200nm .................................................................................................................... 58 Hình 4.15 Phổ FT-IR của hạt Fe3O4 kích thước khác nhau ......................................... 59 Hình 4.16 Phổ XRD của hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhau .......................... 61 Hình 4.17. Phổ VSM của mẫu hạt nano Fe3O4 ở ba kích thước khác nhau ................. 62 Hình 4.18. Hạt nano Fe3O4 bọc SiO2 : a) 12,5 nm; b) 26 nm; c) 61,2nm .................... 64
- Xem thêm -