Chế tạo và nghiên cứu tính chất của các hạt nano oxít sắt từ tính dùng trong các ứng dụng trong y sinh học và môi trường

Hình: khuẩn E Coli được dùng để nghiên cứu quá trình nhả thuốc của các hạt nanô từ tính

(Sẽ được báo cáo tại Hội nghị Khoa học sinh viên, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, tháng 5/2006)

Các hạt nano oxít sắt từ tính đã được chúng tôi chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa dùng dung dịch chứa hỗn hợp ion Fe2+ và Fe3+ với tỷ lệ mol thích hợp phản ứng với dung dịch NH4OH trong môi trường không khí và môi trường bảo vệ (N2). Lần đầu tiên chúng tôi có thể chế tạo các hạt nano từ tính với kích thước khác nhau (~10 - 30 nm) bằng cách thay đổi nồng các chất tham gia phản ứng. Các phép đo nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét, hiển vi điện tử truyền qua xác định được các hạt là Fe3O4 với kích thước hạt phân bố khá đồng nhất. Các phép đo từ độ theo từ trường và theo nhiệt độ bằng từ kế mẫu rung cho thấy phần lớn các mẫu, phụ thuộc vào kích thước hạt, thể hiện tính chất sắt từ tại nhiệt độ thấp và tính siêu thuận từ tại vùng nhiệt độ phòng (giá trị từ độ bão hòa có thể đạt đến 80 emu/g). Việc làm khớp đường cong từ độ theo hàm Langevin với một hàm phân bố kích thước hạt cho kết quả khá phù hợp với các phép đo khác. Tiếp theo, các hạt nano từ tính đã được bao bọc bởi một hay hai lớp phân tử các chất hoạt hoá bề mặt (HHBM) là Oleic acid (OA) và Oleic acid/Sodium Dodecyl Sulfat (SDS) theo mong muốn để phân tán vào các dung môi phân cực và không phân cực. Đối với một lớp OA, phép phân tích TGA cho thấy chỉ có một lớp nguyên tử OA bao bọc xung quanh hạt với liên kết giữa chúng là liên kết ion (xác định từ phép đo phổ hấp thụ hồng ngoại). Hạt nano siêu thuận từ với các chất HHBM có thể ứng dụng trong sinh học và môi trường. Phân tử thuốc kháng sinh Chloramphenicol được điền kẽ vào giữa hai lớp phân tử OA và lớp SDS và nghiên cứu quá trình nhả thuốc đối với khuẩn Ecoli đã có tác dụng. Sử dụng hạt nano từ tính để làm sạch nước trong môi trường giúp cho quá trình lắng đọng chất bẩn nhanh hơn hàng chục lần so với trường hợp không dùng hạt nano.

Làm sạch nước bằng hạt nanô từ tính

Một nhà khoa học Nhật bản của đại học Utsunomiya là Tiến sỹ Yasuzo Sakai đã triển khai một máy lọc nước thải sử dụng hạt nanô từ tính. Nguyên tắc làm việc của chiếc máy đó như sau: sử dụng một loại vi khuẩn chuyên ăn các chất bẩn trong nước thải, nhiệm vj của loại vi khuẩn này có tác dụng như một chiếc máy “gom rác”. Sau khi ăn no, vi khuẩn sẽ nặng hơn và lắng đọng nhanh xuống dưới đáy. Tuy nhiên, quá trình lắng đọng do lực hấp dẫn của trái đất nên thời gian tiêu tốn sẽ rất lâu. Tiến sỹ Yasuzo Sakai có sáng kiến sử dụng hạt nanô từ tính ôxít sắt để hòa tan vào trong nước thải. Khi vi khuẩn ăn chất bẩn, chúng sẽ ăn cả hạt nanô và bị nhiễm từ. Sử dụng một thanh nam châm bên ngoài làm cho quá trình lắng đọng chất bẩn trong nước thải nhanh hơn một trăm lần so với quá trình lắng đọng do hấp dẫn của trái đất. Ông đã thiết kế được một mô hình lọc nước và thử nghiệm ở Bangladesh. Xem thêm chi tiết bằng tiếng Anh ở đây.