Tổng hợp vật liệu nano từ tính ứng dụng trong điều trị ung thư

61
Soá 9 naêm 2018
KH&CN nước ngoài
Ứng dụng các hạt nano từ tính trong điều trị ung thư
Những tiến bộ gần đây trong công nghệ nano 
đã và đang đem đến nhiều kỹ thuật điều khiển mới 
cũng như cung cấp những hệ vật liệu mới tiên tiến 
phục vụ lĩnh vực y sinh. Điểm mạnh của những vật 
liệu kích thước nano này là diện tích bề mặt riêng 
lớn, từ đó tạo ra khả năng tiếp xúc tốt, tương tác hiệu 
quả giữa vật liệu với nhiều tiểu phân sinh học khác 
nhau [1, 2]. Đối với vật liệu từ, khi đạt đến kích thước 
nano, chúng có thể sở hữu đặc tính siêu thuận từ, 
với giá trị độ kháng từ rất thấp, cho phép dễ dàng 
điều khiển nhờ vào từ trường ngoài. Vì vậy các hạt 
nano từ tính đang dần trở thành một ứng cử viên mới 
cho các ứng dụng sinh học và y sinh. Cụ thể, các 
hạt nano từ tính có thể được sử dụng như những tác 
nhân tạo tương phản cho ảnh chụp cộng hưởng từ 
MRI, làm chất mang vận chuyển thuốc, chẩn đoán 
bệnh hay ứng dụng vào phương pháp cố định enzym 
và liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính (magnetic fluid 
hyperthermia) [3]. Trong những ứng dụng trên, liệu 
pháp tăng thân nhiệt sử dụng các hạt vật liệu từ tính 
(hình 1) đang nổi lên như một phương pháp hứa hẹn 
trong điều trị ung thư, vốn có thể được sử dụng độc 
lập hoặc kết hợp cùng với các phương pháp trị liệu 
khác như hóa trị hoặc xạ trị.
Được đề nghị bởi Gilchrist vào năm 1957 [4], 
liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính dựa trên quá trình 
đưa các hạt nano từ tính xâm nhập vào trong cơ 
thể người, truyền dẫn chúng đến những khu vực 
có khối u. Khi đó, dưới tác động 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 Néel1, nhờ đó giải phóng 
một lượng nhiệt có thể làm nhiệt độ tại chỗ tăng 
lên hơn 40oC [5]. Quá trình sinh nhiệt nội tại này sẽ 
tiêu diệt các khối u chứa tế bào ung thư. Như vậy, 
Tổng hợp vật liệu nano từ tính ứng dụng trong điều trị ung thư
Thời gian gần đây, liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính đang được xem là một trong những kỹ thuật tiềm 
năng cho điều trị ung thư. Liệu pháp này dựa trên khả năng sinh nhiệt của các hạt nano từ tính dưới 
tác dụng của từ trường ngoài, nhờ vậy có thể tiêu diệt hiệu quả các tế bào ung thư. Tuy nhiên, các 
hạt nano từ tính, chẳng hạn như Fe3O4 thường có khả năng sinh nhiệt quá cao, gây nguy hiểm cho 
người được điều trị. Ngoài ra, nhiều loại vật liệu từ được điều chế bằng các phương pháp có sử dụng 
tiền chất hữu cơ, thường thể hiện khả năng phân tán kém trong môi trường nước. Chính vì vậy, TS 
Elbeshir thuộc Khoa Vật lý (Đại học Al Baha, Ả Rập Saudi) đã đề nghị sử dụng phương pháp đồng 
kết tủa đơn giản để điều chế vật liệu nano cobalt ferrite không chỉ có khả năng phân tán tốt trong 
môi trường nước, mà còn có từ tính cao, cho phép sinh nhiệt hiệu quả và an toàn, rất phù hợp để ứng 
dụng trong điều trị ung thư.
Hạt nano 
từ tính
Khối u
Khối u
Liệu pháp 
tăng thân 
nhiệt từ tính
Hình 1. liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính trong điều trị khối 
u ung thư.
1Nhiệt 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.
62
Soá 9 naêm 2018
KH&CN nước ngoài
để có thể ứng dụng lâm sàng một cách hiệu quả, 
các hạt nano từ tính phải có tốc độ hấp thu nhanh, 
tương thích sinh học và phải có khả năng hình thành 
hệ huyền phù bền vững trong môi trường sinh lý 
như nước và dung dịch đệm phosphate. Theo một 
vài nghiên cứu, tốc độ hấp thu các hạt từ tính phụ 
thuộc rất nhiều vào moment từ tính, năng lượng dị 
hướng, tỷ trọng, kích thước và sự phân bố hạt từ [6]. 
Giữa nhiều loại hạt nano từ tính khác nhau, ferrite 
(Fe3O4) thường rất được ưa chuộng trong liệu pháp 
tăng thân nhiệt từ tính, bởi Fe3O4 có tính tương thích 
sinh học cao, quá trình tổng hợp đơn giản với chi 
phí thấp. Tuy nhiên, Fe3O4 có nhiệt độ Curie (823K) 
cao hơn nhiều so với nhiệt độ tăng thân nhiệt. Khi 
những hạt nano Fe3O4 được đưa vào từ trường xoay 
chiều, với nhiệt độ Curie quá cao, chúng có thể sinh 
ra lượng nhiệt ứng với nhiệt độ lên đến 100-300oC. 
Nhiệt độ này không chỉ phá hủy các khối u mà còn 
giết chết mô và các tế bào bình thường, gây ra các 
hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe của bệnh nhân 
[7]. Để khắc phục hạn chế của ferrite Fe3O4, nhiều 
nhà khoa học đã đề nghị nghiên cứu sử dụng các 
vật liệu spinel ferrite trong liệu pháp tăng thân nhiệt 
từ tính. Một trong những vật liệu spinel ferrite được 
đề xuất là cobalt ferrite, vốn có nhiệt độ Curie rất 
thích hợp, chỉ vào khoảng 415K. Bên cạnh đó, bằng 
việc thay đổi điều kiện tổng hợp, các nhà khoa học 
có thể dễ dàng thay đổi các tính chất từ của vật liệu, 
bao gồm độ từ hóa, lực kháng từ... từ đó đảm bảo 
kiểm soát quá trình sinh nhiệt hiệu quả và an toàn 
[8].
Các phương pháp tổng hợp vật liệu ferrite
Xuất phát từ nhận định trên, nhiều phương pháp 
đã được phát triển nhằm điều chế các vật liệu ferrite 
hỗn hợp, chẳng hạn như kỹ thuật nung gốm sứ, 
phương pháp đốt cháy ở nhiệt độ thấp và phương 
pháp sol-gel [9, 10]. Gần đây, R.A. Bohara và các 
cộng sự đã đề nghị sử dụng phương pháp phân hủy 
nhiệt độ cao để tổng hợp nano từ tính Co0,5Zn0,5Fe2O4 
với bề mặt được hoạt hóa amine [11]. Phương pháp 
này dựa trên quá trình phân hủy các tiền chất kim 
loại trong dung môi có nhiệt độ sôi cao với sự hiện 
diện của các tác nhân làm bền. Tuy nhiên, do sử 
dụng các chất phụ gia hữu cơ, các hạt nano từ tính 
thu được trong phương pháp này thường có độ tan 
tốt trong các dung môi hữu cơ, đồng nghĩa với việc 
rất khó phân bố các hạt từ trong môi trường nước. 
Để có thể tối ưu hóa quá trình phân tán của các 
hạt từ tính trong môi trường nước, bề mặt các hạt 
từ cần phải được biến tính. Theo đó, nhiều nghiên 
cứu đã biến tính hạt từ sau khi tổng hợp bằng cách 
sử dụng các hợp chất polymer, vốn được công nhận 
rộng rãi có khả năng chuyển đổi một bề mặt kỵ nước 
thành một bề mặt ưa nước. Tiếc thay, các hạt từ biến 
tính bằng polymer thường chỉ sử dụng được trong 
một thời gian ngắn do quá trình phân tách các lớp 
polymer theo thời gian. Ngoài ra, các phương pháp 
tổng hợp nêu trên thường phức tạp, sử dụng hóa 
chất đắt tiền và lượng dung môi lớn, từ đó hạn chế 
khả năng ứng dụng của sản phẩm ferrite vào các 
lĩnh vực y sinh thực tế.
Chính vì vậy, cobalt ferrite cần được điều chế 
bằng một phương pháp đơn giản hơn, đồng thời 
sử dụng các tiền chất ưa nước hơn. Gần đây, TS 
Elbeshir công tác tại Khoa Vật lý (Đại học Al Baha, 
Ả Rập Saudi) đã đề nghị tổng hợp vật liệu CoFe2O4 
có kích thước nano bằng phương pháp đồng kết tủa 
đơn giản [12]. Phương pháp này tỏ ra rất thích hợp 
để điều chế các hạt nano từ tính thân nước, có thể 
phân tán tốt trong nước, từ đó giúp cho việc ứng 
dụng vào liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính dễ dàng 
hơn.
Tổng hợp cobalt ferrite pha tạp kẽm bằng phương pháp 
đồng kết tủa
Để có thể tổng hợp các hạt nano từ tính có khả 
năng phân tán cao trong nước, đầu tiên, TS Elbeshir 
đã rót từ từ hỗn hợp chứa FeCl3 (nồng độ 0,533 
mol/l) và CoCl2 (0,267 mol/l) vào dung dịch NaOH 6 
mol/l dưới điều kiện khuấy từ liên tục (tốc độ 3.000 
vòng/phút) trong 30 phút. Việc cho ngược hỗn hợp 
muối vào dung dịch kiềm nồng độ cao (thay vì nhỏ 
từ từ dung dịch kiềm vào hỗn hợp dung dịch muối) 
cho phép tạo ra một loạt mầm tinh thể, đồng thời 
hạn chế tốc độ phát triển mầm, giúp tạo thành các 
hạt kết tủa tiền chất với kích thước rất nhỏ. Trong 
suốt quá trình khuấy trộn, pH dung dịch được giữ 
ổn định trong khoảng 11-13. Hệ huyền phù này sau 
đó được ủ trong bể liên tục trong 2 giờ, các hạt lắng 
dưới đáy sẽ được rửa 10 lần với nước khử ion cho 
đến khi nước rửa đạt giá trị pH 7. Kết tủa màu nâu 
này tiếp tục được lọc, nung thiêu kết ở 500oC trong 
vòng 2 giờ để thu được các hạt nano CoFe2O4.
63
Soá 9 naêm 2018
KH&CN nước ngoài
Hình 2 thể hiện giản đồ nhiễu xạ tia X (hình 2A) 
và ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (hình 2B) của 
mẫu cobalt ferrite sau khi được điều chế. Tất cả các 
peak nhiễu xạ của mẫu đều khớp với phổ tham chiếu 
CoFe2O4 (JCPDS Card no. 22-1086). Kích thước 
tinh thể được tính toán từ vị trí và bề rộng mũi phổ 
tương ứng với mặt mạng (311) có giá trị 12,1 nm. 
Kích thước này phù hợp với kết quả thu được từ ảnh 
kính hiển vi điện tử truyền qua, thể hiện các hạt 
nano có độ phân tán cao và có kích thước khoảng 
14,76 nm. Điều này chứng tỏ phương pháp đồng kết 
tủa trong nghiên cứu đã thành công trong việc tổng 
hợp các hạt nano từ tính. 
 Hình 3 trình bày đường cong từ trễ của mẫu 
cobalt ferrite pha tạp kẽm. Giá trị từ độ bão hòa được 
xác định đạt đến 90 emu/g. Đặc biệt, đường cong từ 
trễ thể hiện độ kháng từ và độ từ dư thấp, lần lượt 
chỉ 270 Oe và 11 emu/g, cho thấy các hạt nano từ 
tính này có tính chất của vật liệu từ mềm, tức là vừa 
có thể được hút hiệu quả bằng nam châm, vừa có 
thể dễ dàng phân tán lại trong môi trường nước khi 
không có từ trường ngoài, giúp cho quá trình điều 
khiển hạt từ trở nên thuận lợi hơn.
Đ
ộ 
từ
 h
óa
 (e
m
u/
g)
Từ trường ngoài (Oe)
Hình 3. Đường cong từ trễ của mẫu CoFe2O4.
Khả năng sinh nhiệt của các hạt nano từ tính
Với các tính chất từ nêu trên, các hạt cobalt 
ferrite được TS Elbeshir trông đợi có thể sinh nhiệt 
dưới tác động của từ trường ngoài theo cơ chế Néel 
(nhiệt sinh ra do sự quay momen từ với mỗi dao 
động từ trường). Khả năng sinh nhiệt cảm ứng này 
được khảo sát với các hạt từ có nồng độ 0,5 mg/ml 
dưới từ trường 335 Oe ở nhiệt độ phòng trong vòng 
C
ư
ờ
n
g
 đ
ộ
 (
s
ố
 l
ầ
n
 đ
ế
m
/g
iâ
y)
2θ (o)
A B
Hình 2. (A) giản đồ nhiễu xạ tia X và (B) ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua của mẫu CoFe2O4.
64
Soá 9 naêm 2018
KH&CN nước ngoài
N
hi
ệt
 đ
ộ 
(o
C)
Thời gian (phút)
60 phút (hình 4). Kết quả cho thấy nhiệt độ của hệ 
tăng dần theo thời gian. Cụ thể, chỉ trong 35 phút, 
nhiệt độ của hệ đã đạt đến 55oC, sau đó tăng đến 
gần 60oC và duy trì nhiệt độ này cho đến phút 60. 
Nhiệt độ này vừa không quá thấp, đủ để tiêu diệt 
các tế bào ung thư, vừa không quá cao, đảm bảo an 
toàn cho bệnh nhân được điều trị.
Như vậy, bằng phương pháp đồng kết tủa đơn 
giản, TS Elbeshir đã tổng hợp thành công các hạt 
nano từ tính không chỉ có khả năng phân tán tốt 
trong môi trường nước mà còn có từ tính cao, có khả 
năng sinh nhiệt hiệu quả dưới tác dụng của từ trường 
ngoài, nhờ đó có thể tiêu diệt hiệu quả tế bào ung 
thư trong liệu pháp tăng thân nhiệt từ tính. Nghiên 
cứu này tiếp tục đem đến hy vọng trong cuộc chiến 
chống ung thư trên toàn cầu, đặc biệt đối với những 
tình huống không thể áp dụng các phương pháp 
truyền thống như xạ trị và hóa trị ?
Lê Tiến Khoa (tổng hợp)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] K.E. Sapsford, W.R. Algar, L. Berti, K.B. Gemmill, 
B.J. Casey, E. Oh, M.H. Stewart, I.L. Medintz (2013), 
“Functionalizing nanoparticles with biological molecules: 
developing chemistries that facilitate nanotechnology”, 
Chem. Rev., 113, pp.1904-2074.
[2] M.P. Monopoli, C. Aberg, A. Salvati, K.A. Dawson 
(2012), “Biomolecular coronas provide the biological identity 
of nanosized materials”, Nat. Nanotechnol., 7, pp.779-786.
[3] K. Hola, Z. Markova, G. Zoppellaro, J. Tucek, R. 
Zboril (2015), “Tailored functionalization of iron oxide 
nanoparticles for MRI, drug delivery, magnetic separation 
and immobilization of biosubstances”, Biotechnol. Adv., 33, 
pp.1162-1176.
[4] R.K. Gilchrist, W.D. Shorey, R.C. Hanselman, J.C. 
Parrott, C.B. Taylor (1957), “Selective inductive heating of 
lymph”, Ann. Surg., 146, pp.596-606.
[5] A. Hervault and N.T.K. Thanh (2014), “Magnetic 
nanoparticle-based therapeutic agents for thermo-
chemotherapy treatment of cancer”, Nanoscale, 6, pp.11553-
11573.
[6] I. Sharifi, H. Shokrollahi, S. Amiri (2012), “Ferrite-based 
magnetic nanofluids used in hyperthermia applications”, J. 
Magn. Magn. Mater., 324, pp.903-915.
[7] R. Epherre, E. Duguet, S. Mornet, E. Pollert, S. 
Louguet, S. Lecommandoux, C. Schatz, G. Goglio (2011), 
“Manganite perovskite nanoparticles for self-controlled 
magnetic fluid hyperthermia: about the suitability of an 
aqueous combustion synthesis route”, J. Mater. Chem., 21, 
pp.4393-4401.
[8] S. Amiri, H. Shokrollahi (2013), “The role of cobalt 
ferrite magnetic nanoparticles in medical science”, Mater. 
Sci. Eng. C., 33, pp.1-8.
[9] N.D. Thorat, K.P. Shinde, S.H. Pawar, K.C. Barick, 
C.A. Betty, R.S. Ningthoujam (2012), “Polyvinyl alcohol: 
an efficient fuel for synthesis of superparamagnetic LSMO 
nanoparticles for biomedical application”, Dalton Trans., 41, 
pp.3060-3071.
[10] R.M. Patil, P.B. Shete, N.D. Thorat, S.V. Otari, K.C. 
Barick, A. Prasad, R.S. Ningthoujam, B.M. Tiwale, S.H. 
Pawar (2014), “Superparamagnetic iron oxide/chitosan 
core/shells for hyperthermia application: Improved colloidal 
stability and biocompatibility”, J. Magn. Magn. Mater., 355, 
pp.22-30.
[11] R.A. Bohara, H.M. Yadav, N.D. Thorat, S.S. Mali, 
C.K. Hong, S.G. Nanaware, S.H. Pawar (2015), “Synthesis 
of functionalized Co0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles for biomedical 
applications”, J. Magn. Magn. Mater., 378, pp.397-401.
[12] E.I.A. Elbeshir (2018), “Magnetic and thermal 
properties of CoFe2O4 nanoparticles for magnetic 
hyperthermia treatment”, Inter. J. Adv. Appl. Sci., 5, pp.34-
36.
Hình 4. Khả năng sinh nhiệt theo thời gian của mẫu CoFe2O4 
khi áp từ trường ngoài.