Dạ Trạch's Page: Truth is stranger than fiction!

Ngày tận thế 2012: khoa học hay sự tưởng tượng?

2011-02-20T18:49:00.003+07:00

1. Ngày tận thế và các căn cứ tôn giáo, văn hóa
Ngày tận thế 2010 dựa vào dự đoán của người Maya về sự kết thúc đại lịch của họ. Theo quan niệm của người Maya, một dân tộc đã từng làm nên một nền văn minh rực rỡ ở Trung Mỹ thời cổ đại, thì ngày 21/12/2012 sẽ là ngày kết thúc chu trình lịch thứ 13, kỉ thứ 4 – đó là ngày tận thế để sau đó thế giới sẽ mở ra một chương mới. Sự kiện về ngày tận thế không phải chỉ có người Maya đưa ra mà Kinh thánh của Thiên chúa giáo cũng đề cập đến sự kiện này. Tuy nhiên chỉ có người Maya chỉ rõ thời gian cụ thể của sự kiện và hơn nữa người Maya rất giỏi về thiên văn và tính toán lịch nên việc họ đưa ra một thông tin về một sự kiện quan trọng như thế đã thu hút sự chú ý của nhiều người. Họ đã tính được độ dài của một tháng âm lịch là 29,53025 ngày, chênh lệch 34 giây so với con số mà khoa học ngày nay tính được và chính xác hơn nhiều so với hệ lịch Gregory mà chúng đã đã dùng 500 năm nay. Ngoài việc kết thúc chu trình lịch thứ 13, tiên đoán của người Maya cho năm 2012 là: ban ngày sẽ kết thúc, bóng đêm bao trùm trái đất; loài người không phải bị tiêu diệt mà bước vào một thời kì phát triển mới, trở nên khôn ngoan hơn.

Lịch của người Mayan

Sách Khải huyền 16:13-16 trong Kinh thánh cũng đề cập đến Trận chiến cuối cùng trên đỉnh đồi hư cấu Armageddon nhìn xuống đồng bằng Megiddo ở Israel. Tại đó sẽ xảy ra trận đánh kết thúc mọi trận đánh giữa một bên là những người chấp nhận Chúa Jesus và một bên không chấp nhận Chúa. Ngày tận thế sẽ là một trận đại hồng thuỷ dự kiến sẽ đến sau trận chiến đó. Tuy nhiên Kinh thánh không đề cập một cách trực tiếp đến thời gian cụ thể của ngày tận thế. Để biết được thời điểm chính xác thì phải chăng Kinh thánh mã hoá ở đâu đó? Gần đây, dựa trên một nghiên cứu của ba nhà toán học Do thái về việc phân tích các kí tự trong sách Sáng thế đăng trên một tạp chí khoa học rất uy tín [4], kết luận của cuốn sách bán chạy nhất thế giới “Mật mã kinh thánh II” [5] của M. Drosnin là “Thiên chúa sẽ huỷ diệt trái đất vào năm 2012”. Cách làm của các nhà khoa học trên là viết lại Sách Sáng thế và một số sách trong Kinh Cựu ước bằng tiếng Hebrew (tiếng Do Thái) liền mạch, không khoảng cách, không dấu chấm câu giống như các văn bản kinh thánh lúc đầu được sao chép sau đó họ sử dụng máy tính để tìm các câu từ có ý nghĩa. Bản chất của việc này là một trò chơi đố chữ khổng lồ trong đó các kí tự chính là nội dung sách Sáng thế được viết bằng tiếng Hebrew được xếp thành một cột có chiều rộng là 33 kí tự [6]. Ngoài thông tin về ngày tận thế, Mật mã kinh thánh còn đưa ra nhiều thông tin khác như tên của 66 nhà khoa học tài năng xuất hiện trong đó. Đặc biệt là sự kiện thủ tướng Israel, Rabin bị ám sát vào năm 1995. Drosnin đã cảnh báo việc này tới Rabin nhưng không có kết quả. Sau đó Rabin bị một sinh viên của ĐH Bar-Ilan (một trường đại học mộ đạo mà tôi đã có dịp công tác ở đó) tên là Amir ám sát. Tên của Amir sau đó cũng được tìm thấy ở một mã hoá gần đó. Phân tích của Drosnin về ngày tận thế vào năm 2012 (không chỉ rõ là ngày nào, tháng nào) có thể là một sự va chạm với sao chổi hoặc một vụ nổ đến từ nhiều nguyên nhân khác nhau.

Cách xếp chữ để giải mã Kinh thánh

Ám ảnh về năm 2012 có lẽ là nguyên nhân để một số người cố gắng tìm kiếm các dấu hiệu từ các nền văn minh khác. T. McKenna đã bỏ nhiều thời gian để nguyên cứu Kinh dịch của Trung Quốc. Ông cho rằng 64 quẻ của Văn Vương tương ứng với bộ lịch âm 384 ngày đã từng được người Trung Quốc sử dụng. Mỗi quẻ có 6 hào, lấy 64 quẻ nhân với số hào sẽ ra số 384. Số này chính là tích của 29,53 (số ngày trong một tháng âm lịch) nhân với 13 (số tháng trong một năm âm lịch). McKenna tin rằng Kinh dịch biểu diễn dòng chảy thời gian, từ đó ông thiết lập biểu đồ các sự kiện lịch sử lớn trong đó các thời đại có trình độ đổi mới cao được biểu diễn bằng các đỉnh, các thời đại có trình độ đổi mới thấp nằm ở các lõm. Ông thấy rằng các điểm lồi lõm xuất hiện lặp đi lặp lại tuy nhiên tần số của của chúng tăng dần chứ không phải cố định. Ông gọi là các sóng thời gian [7]. Dựa trên các phân tích đó, McKenna đưa ra giả thiết về ngày kết thúc của thế giới vào 22/12/2012, chậm hơn 1 ngày so với dự đoán của người Maya.

Kalki Bhagavan, một nhà hoạt động tôn giáo nổi tiếng người Ấn Độ, tự xưng là hiện thân thứ 10 và cuối cùng của thần Vishnu (Vishnu, Brahma và Shiva là ba vị thần tối cao của Đạo Hindu) cũng thông báo rằng năm 2012 là năm khổ đau và nhiễu nhương của loài người nhưng sau đó thời hoàng kim sẽ bắt đầu. Kalki Bhagavan gắn dự đoán với chuyển động của Sao Kim. Từ trái đất có thể thấy Sao Kim chuyển động cắt ngang mặt trời ít nhất mỗi thế kỉ 2 lần. Lần cuối cùng nó chuyển động như vậy vào ngày 8/6/2004 và lần tiếp tới sẽ là ngày 6/6/2012. Theo truyền thuyết trong kinh Vệ Đà được người theo Ấn Độ giáo và Phật giáo tôn thờ thì sao Kim trong tiếng Phạn gọi là Shukra, có nghĩa là “tinh dịch”. Được coi là một người đàn ông bị nữ hoá, học được cách chống lại Chúa trời. Shukra được gán với tên của ngày thứ sáu trong tuần. Trong thần học Hindu, sao Kim quản số 6, do đó, việc sao Kim cắt ngang Mặt trời vào ngày 6/6/12 (chú ý: 12 = 6 + 6) sẽ gây biến cố lớn cho nhân loại.

Ở Việt Nam, sự kiện ngày tận thế 2012 cũng được nghiên cứu tương tự như trên. Trạng Trình Nguyễn Bỉnh Khiêm được coi là nhà tiên tri bậc nhất đã tiên đoán về sự kiện năm 2012. Trong đoạn sấm Trạng Trình có câu: “Long Vĩ Xà đầu khởi chiến tranh, Can qua xứ xứ khởi đao binh”. Sự kiện xảy đúng với năm mà sấm kí mô tả: Long vĩ là đuôi rồng, tức cuối can là Nhâm Thìn (năm 2012), Xà đầu là đầu năm Quý Tị, tức là năm 2013 xảy ra chiến tranh dẫn đến loạn lạc, can qua. Còn nhớ cuối năm Canh Thìn (năm 2000), Xà đầu là đầu năm Tân Tị, tức là năm 2001 xảy ra cuộc khủng bố ngày 11 tháng 9 năm 2001 đẫm máu. Đây là lần đầu tiên lãnh thổ Hoa Kì bị người ngoài tấn công từ khi lập nước.

2. Ngày tận thế và các căn cứ khoa học
Các hiểm họa đe dọa đến sự tồn vong của con người rất nhiều. Chúng có thể đến từ nơi xa xôi nào đó trong vũ trụ rộng lớn, từ mặt trời, từ hoạt động liên tục của vật chất trong lòng trái đất, thậm chí nó có thể đến từ chính bản thân con người qua các hoạt động chiến tranh hoặc sự ngu dốt.

Các hiểm họa, khi đã xảy ra, sẽ dẫn đến sự tiêu diệt gần như tức thời và hàng loạt của các loài sinh vật. Vậy khoa học đã có bằng chứng nào về điều này chưa? Năm 2001, hai nhà vật lí ở ĐH Bekerley là R. A. Rohde và R. A. Muller đã công bố trên tạp chí Nature những bằng chứng tin cậy về sự tuyệt chủng hàng loạt đã xảy ra thường xuyên và có quy luật với chu kì 62 - 65 triệu năm một lần [9]. Lần gần đây nhất là vụ tuyệt chủng của loài khủng long cách đây 65 triệu năm. Chúng ta đang hoặc sắp đến gần thời hạn tới cho lần tuyệt chủng tiếp theo trên trái đất. Sự tuyệt chủng này có liên hệ đến ngày tận thế chăng?

Một ví dụ về hiểm họa đến từ trái đất, với quy mô lớn hơn có thể gây tuyệt chủng hàng loại là đợt sóng thần đã cướp đi 230.000 ngàn sinh mạng vào năm 2004 do động đất ở Ấn Độ Dương. Đó là một trong những hiểm họa thiên nhiên đến từ trái đất gây thiệt hại lớn nhất từ trước đến nay. Tuy nhiên nó sẽ không là gì nếu so sánh với siêu núi lửa Yellowstone, nằm phần lớn ở Bang Wyoming, Hoa Kì nếu nó hoạt động. Đây là núi lửa nguy hiểm nhất thế giới, nếu nó phát nổ thì toàn bộ khí quyển trên trái đất sẽ bị bao phủ bởi axit sulfuric, khói, bụi và đưa hành tinh của chúng ra vào mùa đông lạnh giá làm cho nền văn minh của con người quay trở lại điểm xuất phát. Các nghiên cứu cho thấy núi lửa này đã phun trào ít nhất 100 lần, trong đó 3 lần dữ dội có thể gây thảm hoạ cho một nửa trái đất chu kì phun trào từ 600-700 ngàn năm [8]. Lần phun trào gần đây nhất vào 640 ngàn năm trước. Theo chu kì đó thì chúng ta đang đợi chờ một trận bùng nổ tiếp theo. Một nghiên cứu gần đây của Nasa phát hiện một điểm nóng - ổ dung nham có kích thước to bằng thành phố Tokyo nằm dưới núi lửa này đang chực bùng nổ. Các tín hiệu cho thấy nó sắp bùng nổ là: ổ dung nham tăng khoảng 0,75 m kể từ 1992, đây là một con số cực lớn trong thước đo thời gian địa chất chỉ khoảng mm/thế kỉ; nó nằm cách mặt đất 20 km, chỉ bằng 1/10 so với độ sâu của các ổ dung nham khác, nếu thế thì một nhóm khủng bố đặt quả bom hạt nhân ở núi lửa này có thể kích hoạt sự phun trào; sự hoạt động của ổ dung nham mạnh đến mức làm chao đảo cả hồ Yellowstone ở trên nó về phía nam khiến cho nước trong hồ trào ra ngoài làm ngập cây cối ở vùng xung quanh.

Siêu núi lửa Yellowstone có thể gây ra sự hủy diệt trái đất?

Từ nhỏ chúng ta được dạy các kiến thức cơ bản về trái đất hình cầu và có lực hấp dẫn để con người có thể đi lại trên nó, bầu khí quyển có ô xy để con người hô hấp, tầng khí quyển có ô zôn để tránh tia cực tím,… tuy nhiên một kiến thức rất quan trọng đó là trái đất có từ quyển, một cái khiên che chở cho các loài sinh vật bên dưới khỏi sự bắn phá không ngừng của các tia vũ trụ thì hầu như không được dạy. Dù bạn có biết hay không thì cái khiên từ trường sinh ra bởi lõi kim loại từ tính nóng chảy trong nhân trái đất vẫn kiên trì gạt các hạt proton, và điện tử đến từ mặt trời thành những vành đai vô hại để bảo vệ chúng ta. Vấn đề ở chỗ là đường sức của từ trường trái đất hiện đang theo hướng bắc-nam sẽ đổi chiều ngược lại tức là theo hướng nam-bắc. Trong quá khứ, từ trường trái đất đã nhiều lần bị đảo. Nghiên cứu về mẫu lõi đá và trầm tích chỉ ra rằng lần đảo từ cuối cùng xảy ra cách đây 780 ngàn năm. Thời gian đảo cực từ kéo dài hàng trăm năm. Người ta phát hiện sự suy yếu của từ trường trái đất thời gian gần đây có thể là dấu hiệu của sự đảo từ trường. Trong quá trình đảo chiều bắc-nam thành nam-bắc thì sẽ có thời điểm trái đất có vô số cực từ như vậy la bàn sẽ chỉ mọi hướng, các loài sinh vật di chuyển dựa vào từ trường trái đất sẽ mất phương hướng không thể di chuyển đến nơi có thức ăn, cường độ các cơn bão, lốc xoáy tăng lên và đặc biệt là các sinh vật ở trái đất có thể bị ảnh hưởng bởi các tia vũ trụ. Đây là một hiểm họa gây tuyệt chủng hàng loạt.

Đảo chiều từ trường trái đất sẽ gây mất phương hướng cho sinh vật?

Mặt trời, ngôi sao duy nhất trong Thái dương hệ của chúng ta, là nguồn cung cấp năng lượng cho hầu hết các hoạt động của sinh vật trên trái đất đến một lúc nào đó lại là hiểm họa cho sự tồn tại của con người. Mặt trời là một lò phản ứng hạt nhân khổng lồ, ngoài việc phóng ra vô số các hạt, tia năng lượng bắn phá trái đất, mặt trời còn có một từ trường rất mạnh tạo ra từ sự chuyển động của khối plasma. Các biến động về từ trường mặt trời thể hiện bởi các cơn bão từ. Từ bên ngoài ta có thể quan sát bão từ bằng cách nhận diện các vết đen trên bề mặt của mặt trời. Vết đen là những vùng có kích thước lớn hơn trái đất và có nhiệt độ khoảng 1.500 C, thấp hơn nhiều nhiệt độ 5.800 C ở vùng xung quanh nên chúng tối hơn. Số lượng các vết đen thể hiện mức độ biến động của từ trường mặt trời với chu kì 11,2 năm. Tức là phải mất 5-6 năm để đi từ điểm cực đại này đến điểm cực tiểu khác. Số lượng vết đen đạt cực tiểu hoặc cực đại đều liên quan đến hoạt động mạnh của mặt trời, và vì thế ảnh hưởng đến trái đất. Năm 2005 là năm hoạt động mạnh của mặt trời với các vụ phun trào hạt năng lượng cao kỉ lục cũng đồng thời cũng là năm xảy ra nhiều thiên tai khủng khiếp, ví dụ trận bão Katrina và ngay sau đó là những trận bão lớn khác như Rita, Stan, Wilma làm cho mùa mưa bão năm 2005 là mùa mưa bão vô địch trong các mùa mưa bão. Mưa bão ở một số nơi này nhưng hạn hán và nóng bỏng ở một số nơi khác, năm 2005 cũng là năm nóng và khô hạn kỉ lục trong lịch sử trái đất. Đến năm 2012, tức là năm theo chu kì mặt trời lại hoạt động dữ dội hơn đợt trước từ 30-50%, [10] chúng ta chuẩn bị đón chờ những diễn biến thiên nhiên khắc nghiệt sẽ xảy ra với trái đất. Hơn nữa từ trường của mặt trời cũng bị đảo chiều giống trái đất nhưng với tần suất cao hơn nhiều với chu kì 20 năm. Dự kiến lần đảo chiều tiếp theo sẽ xảy ra vào năm 2012. Việc mặt trời phóng tia năng lượng cao, kết hợp với từ trường trái đất bị yếu đi do bắt đầu quá trình đảo từ có thể gây ra ngày tận thế chăng?

Các hiểm hoạ với trái đất không chỉ giới hạn trong vùng không gian của hệ mặt trời mà có thể mở rộng trong vùng không gian của Ngân hà. Hệ mặt trời nằm ở vùng rìa của dài Ngân hà. Và cũng như các phần khác của dải Ngân hà, hệ mặt trời chuyển động cùng thiên hà của chúng ta. Trong khi chuyển động trong vùng không gian vô tận đó, thỉnh thoảng hệ mặt trời phải đối mặt với những nhiễu loạn của tia vũ trụ còn gọi là các đám năng lượng liên sao, tàn dư của một vụ nổ của ngôi sao nào đó trước đây. Các nghiên cứu của Alexey Dmitriev, một nhà vật lí thuộc Viện hàn lâm khoa học Nga, khi phân tích dữ liệu của phi thuyền Voyager 1 (hiện đang ở rìa của hệ mặt trời) cho thấy hệ mặt trời đang đi vào vùng nhiễu loạn thì, giống như tàu con thoi lao vào khí quyển, toàn bộ hệ mặt trời, trong đó có cả trái đất, sẽ nóng lên và gây những biến đổi bất thường trong lòng mặt trời. Theo nhà khoa học này các hoạt động bất thường gần đây của mặt trời có liên quan đến việc hệ mặt trời đang đi vào vùng có các đám năng lượng liên sao. Mà bất kì cái gì gây nhiễu loạn đến mặt trời sẽ làm nhiễu loạn đến chúng ta. Muller tác giả của bài báo nói về tuyệt chủng hàng loạt của các loài [9] đưa ra giả thuyết gần giống Dmitriev. Ông cho rằng hệ mặt trời đi qua một khu vực trong dải ngân hà có mật độ hấp dẫn cao khác thường (chứ không phải đám mây năng lượng liên sao) với chu kì 62-65 triệu năm. Mặt trời sẽ che lấp tầm nhìn từ trái đất đến tâm của dải Ngân hà (giả thiết là một hố đen khổng lồ) sự chuyển động của các tiểu hành tinh sẽ rối loạn và có thể va chạm với trái đất dẫn đến ngày tận thế.

3. Liệu ngày tận thế sẽ xảy ra?
Như trên đã trình bày, chúng ta có thể thấy các căn cứ khoa học cho biết có khả năng sự diệt chủng hàng loạt có thể xảy ra nhưng xác suất rất nhỏ. Chu kì diệt chủng từ 62-65 triệu năm cũng có thể xê dịch hàng triệu năm. Thời gian đó đủ lớn để loài người có thể tiến hoá tìm nơi cư trú đâu đó trong vũ trụ. Mối quan ngại về ngày tận thế từ hoạt động của con người thực ra lại rất có thể đang xảy ra với xác suất cao hơn nhiều. Ví dụ về thảm hoạ chiến tranh hạt nhân, một số nhóm khủng bố sử dụng vũ khí hạt nhân, đặc biệt là hiện tượng nóng lên toàn cầu. Nếu nhân loại không ra tay ngay lập tức thì lượng khí CO2 sẽ vượt ngưỡng 350 ppm và hiện tượng nóng lên toàn cầu hầu như không thể đảo ngược được, nói cách khác, ngày tận thế chắc chắn sẽ xảy ra với chúng ra. Bất kì cá nhân nào cũng có thể đóng góp công sức ngăn chặn điều đó. Với một hành động nhỏ là tắt một bóng đèn không cần thiết, tiết kiệm chút nước khi sử dụng, thực hiện sinh đẻ hạn chế sự gia tăng dân số,… đều có thể ngăn chặn hoặc ít nhất kéo dài thời điểm đến ngày tận thế.

Hành động nhỏ của các bạn có thể giúp tránh được ngày tận thế do chính chúng ta gây ra.

Nguyễn Hoàng Hải

Tham khảo
1. L. E. Joseph, Ngày tận thế 2012, NXB Thời đại 2010
2. http://2012apocalypse.net/
3. http://www.2012.vn
4. Doron Witztum, Eliyahu Rips, Yoav Rosenberg, Equidistant letter sequences in the Book of Genesis, Statistical Science 9 (1994) 429–438. doi:10.1214/ss/1177010393
5. Drosnin, Michael (2001-09-11). Bible Code II: The Countdown - Google Books. Books.google.com. ISBN 9780142003503.
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Bible_code#Criticism_of_Michael_Drosnin
7. The Invisible Landscape: Mind, Hallucinogens, and the I Ching (with Dennis McKenna) (Seabury; 1st Ed) ISBN 0-8164-9249-2; http://en.wikipedia.org/wiki/Novelty_Theory
8. http://pubs.usgs.gov/pp/pp729g/
9. Robert A. Rohde & Richard A. Muller, Nature 434 (2005) 208.
10. Dikpati, M., G. de Toma, and P. A. Gilman (2006), Predicting the strength of solar cycle 24 using a flux‐transport dynamo‐based tool, Geophys. Res. Lett., 33, L05102, doi:10.1029/2005GL025221.

Tìm hiểu Israel qua ảnh

2010-11-17T13:16:00.001+07:00

Mảnh đất nhỏ bé vùng cận đông là một nơi khô cằn bán hoang mạc nhưng lại rất giàu các sự kiện lịch sử trong suốt hơn 2000 năm qua và cho đến tận bây giờ. Sở dĩ nó luôn là tâm điểm của thế giới là bởi vì người xưa cho rằng trái đất như một cái cành ba lá. Một lá là châu Âu, một lá là châu Á, lá còn lại là châu Phi. Khoảng đất mà người Do Thái và Palestine ở ngày nay (gọi là Israel) là trung tâm của thế giới vì muốn đi từ châu này sang châu khác người ta phải đi qua đây. Tức là, Israel là trung tâm của thế giới. Trung tâm của Israel là Jerusalem. Trung tâm của Jerusalem là đồi Zion (Hình 1).

Hình 1. Đồi Zion nhìn từ đỉnh đồi Scopus. Nổi bật rất rõ là Vòm thờ đá mạ vàng đang tọa lạc trên nền của Đền thờ Do thái.

Chính vì thế mà mảnh đất này chứng kiến biết bao biến đổi quan trọng trong suốt hơn 2000 năm qua. Đây là nơi khởi nguồn phát sinh của Do thái giáo và Thiên chúa giáo. Đây cũng là mảnh đất thiêng của Hồi Giáo.

Do Thái là những người đầu tiên sinh sống ở vùng đất này. Lịch sử của họ được tôn giáo hóa trong kinh Torah - kinh thánh của Do Thái giáo - cơ sở để xây dựng lên Thiên chúa giáo và Hồi giáo. David là vị vua đầu tiên của dân Do thái, con trai ông là Salomon đã cho xây Đền thờ đầu tiên tại vị trí được coi là trung tâm của thế giới - trung tâm của Jerusalem - đồi Zion vào năm 950 TCN. Tuy nhiên ngôi đền này sau đó bị tàn phá bởi những người Babilon đến từ phương Bắc vào năm 586 TCN. Cho đến tận thời kì La Mã đô hộ vùng đất này. Heriod, tổng tư lệnh quân La Mã ở Israel, có vợ là người Do Thái đã cho xây Đền thờ thứ hai trên nền của đề thờ thứ nhất vào năm 70 SCN. Hình 2 mô hình thành phố Jerusalem và Đền thờ thứ hai của người Do Thái. Thế kỉ thứ sáu, những người Hồi giáo đến xâm chiếm vùng đất này và phá hủy Đền thờ rồi cho xây một nhà thờ hồi giáo và Vòm thờ đá mạ vàng (Hình 1). Di tích còn lại cho đến ngày nay là bức tường phía tây của ngôi đền, còn gọi là bức tường than khóc (Hình 3).

Hình 2. Mô hình thành phố Jerusalem và Đền thờ thứ hai của người Do Thái.

Hình 3. Bức tường phía tây còn gọi là Bức tường than khoc hiện nay, đằng sau bức tường này là khu vực Đền thờ ngày xưa của người Do Thái, nay đã mọc lên Vòm thờ đá mạ vàng.

Người Do thái vẫn trông đợi Đấng cứu thế đến để xây cho họ Đền thời thứ ba. Tất nhiên Đền thờ này phải được xây ở vị trí của hai đến thờ trước đó, mà nếu thế thì phải phá bỏ đền thờ Hồi giáo và Vòm thờ đá đi - một chuyện không thể chấp nhận được với thế giới Hồi giáo vì đây là địa điểm được Đấng tiên tri Mohamed đã bay đến đây là lựa chọn để xây nhà thờ. Người Do thái cho rằng Christ là một nhà tiên tri chứ không phải là một đấng cứu thế. Christ đã vi phạm tất cả các quy tắc của Do thái giáo. Đó là lý do tại sao người Do thái rất khó hòa bình với người Hồi giáo và Thiên chúa giáo.

Ngày nghỉ của Do thái là thứ sáu và thứ bảy. Thời điểm quan trọng nhất là Shabath bắt đầu từ lúc mặt trời lặn của ngày thứ sáu đến lúc mặt trời lặn của ngày thứ bảy. Vào thời gian này người Do thái không được làm việc mà phải nghỉ ngơi và ca ngợi Chúa tối cao (Hình 4). Ai làm việc là vi phạm lời dạy của Chúa. Một trong những điều cấm kị trong lễ Shabath đó là không được bật lửa. Trong thế giới hiện đại, bật công tắc điện, khởi động ô tô, bấm chuông điện thoại, bấm thang máy,... đều vi phạm các điều luật của Chúa. Chính vì thế vào ngày Shabath mọi người không nấu cơm, thang máy đến ngày này thì tự động chạy tất cả các tầng và dừng lại ở mỗi tầng vài giây. Nếu nóng quá thì nhờ người ngoại đạo như đạo Hồi hoặc vô đạo như người nước ngoài để bật hộ điều hòa. Một số người Do Thái mộ đạo đến bức tường than khóc để khóc lóc cầu Chúa gửi đấng cứu thế đến xây cho họ Đền thờ thứ ba. Ảnh 5 là một số người Do Thái mộ đạo vừa "khóc lóc" xong và đang đi trong thành cổ Jerusalem. Những người này không mến khách, nếu du khách chụp ảnh lộ quá thì ngay lập tức bị nhắc nhở. Người Do Thái nói chung là không niềm nở với người nước ngoài. Họ thường không tỏ thái độ gì với khách du lịch.

Hình 4. Gia đình Do thái nghỉ ngơi trong ngày lễ Shabath.

Hình 5. Một số người Do thái mộ đạo ở Bức tường than khóc.

Jerusalem là thành phố quốc tế, những người ở đó theo ba đạo chính: Do Thái giáo, Hồi Giáo và Thiên Chúa giáo. Khu của người Do Thái và Thiện chúa thì tương đối an toàn, thịnh vượng, và lịch sự (Hình 6, 7). Các cửa hàng thưa thớt và gọn gàng. Ngược lại, khu của người Hồi giáo thì đông đúc, cửa hàng tràn ra cả hè phố, lấn cả phần đường cho người đi bộ (Hình 8). Nạn chèo kéo mời chào khách rất phổ biến. Hàng hóa thì đủ thứ nhưng chủ yếu vẫn là đồ lưu niệm cho khách du lịch. Ở đây, đạo Hồi lấn át hai đạo còn lại, đạo Thiên chúa là yếu thế nhất ở chính nơi Chúa Jesus sinh ra và bị đóng đinh lên cây thánh giá.

Hình 6. Khu của người Do thái ở Jerusalem khá gòn gàng và ngăn nắp.

Hình 7. Khu của người Thiên chúa giáo.

Hình 8. Khu của người Hồi giáo. Chật chội, đông đúc, toàn trẻ con.

Hình 7 là Khu Thiên chúa giáo. Thông tin chỉ dẫn được ghi bằng tiếng Nga. Có chuyện vui như sau: Hai người Do thái ở nước ngoài gặp nhau, một người hỏi rằng, anh có biết tiếng thứ hai ở Israel là tiếng gì không? Người kia trả lời, tiếng Hebrew. Ngụ ý rằng tiếng Nga mới là tiếng được nói nhiều nhất sau đó mới đến tiếng nói của các tổ phụ Do Thái trong Cựu ước Hebrew.

Người Hồi giáo ở đâu cũng sinh sôi nảy nở rất nhanh. Theo thống kê, người Hồi giáo ở Israel có đến một nửa là dưới 15 tuổi (hình 9). Thủ lĩnh Hồi giáo Harmas phát biểu: dạ con của người phụ nữ là vũ khí sinh học. Tức là sẽ đẻ ra các chiến binh tử vì đạo. Nhóm Harmas khuyến khích trẻ em vị thành niên tham gia chiến tranh chống lại người Do Thái. Vũ khí của họ chủ yếu là gạch, đá do đó được gọi là cuộc chiến tranh ném đá.

Hình 9. Trẻ em được coi là các chiến binh.

Hình 10. Nhà thờ nơi Chúa Jesus ra đời. Một chiếc cổng bé xíu và có rất ít khác du lịch đến thăm kể từ khi nhà thờ này được trao về Palestine.

Hình 11. Vị trí Chúa Jesus ra đời với ngôi sao 14 cánh.

Ai xem phim "Khổ hình của Chúa" sẽ thấy con đường Chúa Jesus bị mang đi đóng đinh. Jesus là người Do Thái, ông sinh ra trong một cái máng cỏ. Nơi ông sinh là Bethlehem, hiện thuộc Palestine nhưng vẫn do người Do Thái canh giữ (Hình 10). Hình 11 là nơi Chúa sinh ra nằm trong một nhà thờ, có một ngôi sao 14 cánh tượng trưng cho con số thiêng 14. Từ tổ phụ Abraham đến vua David là 14 đời, từ vua David đến thời kì lưu đày ở Babilon là 14 đời, từ thời kì lưu đày ở Babilon đến chúa Jesus là 14 đời.

Hình 12. Nơi Chúa Jesus được nuôi nấng khi còn nhỏ.

Hình 13. Sự rực rỡ của Vatican đối lập với nơi mà Thiên chúa ra đời.

Hình 14. Một góc phố Palestine.

Những thánh tích của Jesus còn lại đến ngày nay thường làm người xem thất vọng vì nó không được uy nghi và bề thế như Thiên Chúa giáo (Hình 12). Nếu so sánh với Vatican thì thánh tích ở Bethlehem thật nhỏ nhoi và rất ít sự chăm sóc (Hình 13). Thánh tích nằm lọt thỏm xung quanh thế giới Hồi giáo. Ngày thường có rất ít người đến thăm vì từ khi thánh tích trao cho Palestine cai quản, dịch vụ du lịch không được phát triển lắm. Tôi đã mua một tour của một công ti Israel đến đây, chỉ được thăm Nhà thờ khoảng 30 phút, 2 tiếng còn lại thì được một công ti du lịch Palestine "chăm sóc" bằng cách đưa đến một cửa hàng lưu niệm bán đồ liên quan đến Thiên chúa giáo (Hình 14). Người ta kể rằng, ngày càng ít người Thiên chúa ở đây. Nếu có thì các thiếu nữ Thiên chúa giáo sẽ lấy chống Hồi giáo. Mỗi lần như vậy thì chuông nhà thờ lại nguyện một lần để tưởng nhớ Thiên chúa giáo đã mất một con chiên. Thánh tích của gia đình chúa Jesus, nơi Đức chúa được nuôi dưỡng. Một nơi đã từng nuôi dưỡng con người làm thay đổi thế giới mà nay không được chăm sóc cẩn thận, hoặc có nhưng hoàn toàn không xứng đáng với vị thế của Thiên chúa giáo trên thế giới.

Hình 15. Bảo tàng diệt chủng Do thái ở Jerusalem.

Lịch sử nhà nước Israel bắt đầu từ năm 1948. Sau thế chiến 2 và vụ diệt chủng người Do thái làm cho sáu triệu người của dân tộc này bị mất mạng (Hình 15). Liên hợp quốc (quân đồng minh) chuộc lại lỗi lầm của mình vì đã không hành động kịp thời để ngăn chặn vụ diệt chủng bằng cách phân chia vùng đất mà nay gọi là Israel cho nhà nước Do Thái. Bản đồ năm 1948 cho thấy nhà nước Do thái chỉ được khoảng 40%, người Palestine được 60% tỉ lệ với số dân thời đó. Lúc đó người Do thái trên thế giới khắp nơi ăn mừng kết quả không ngờ. Điều ước nguyện từ hàng ngàn năm nay đã trở thành hiện thực. Từ khi mất nước cho đến ngày nay, người Do thái ngày nào cũng cầu nguyện "sang năm ở Jerusalem" ngay cả bây giờ, giữa Jerusalem người ta vẫn cầu như thế. Tuy nhiên, người Palestine lúc đó không đồng ý với Liên hợp quốc. Họ coi tất cả vùng đất đấy là của họ. Với sự trợ giúp của các nước láng giềng như Ai cập, Lebanon, Jordan và thế giới Hồi giáo, người Palestine và Do thái có "cuộc chiến tranh sáu ngày" vào năm 1967. Kết quả là người Do thái chiếm hết toàn bộ đất Palestine gồm bờ tây sông Jordan và dải Gaza. Thắng thế họ chiếm toàn bộ bán đảo Sinai của Ai cập và Ai cập phải hứa không hỗ trợ Palestine thì người Do thái mới trả lại bán đảo này. Đến năm 1990 thì phong trào PLO mới lập được nhà nước Palestine trở lại và Do thái hứa sẽ trao trả toàn bộ vùng bờ tây và dải Gaza cho Palestine. Tiến trình chưa đến đầu đến đũa thì Arafat chết, Harmas lên cầm quyền và tiếp tục khủng bố Do thái. Tiến trình hòa bình hoàn toàn bế tắc. Hình 14 là khu vực Palestine. Cùng một vùng đất nhưng thuộc hai nhà nước khác nhau. Kết quả khác hắn nhau. Vùng đất thuộc Palestine ngèo nàn, vùng đất thuộc Do thái thịnh vượng (Hình 16).

Hình 16. Tel-aviv, thành phố hiện đại của Israel.

Người Palestine yếu thế về mọi mặt. Kinh tế, chính trị, quốc phòng. Hàng ngày, hành ngàn người Palestine phải sang Israel thông qua một số cửa khẩu để làm ăn (Hình 17). Những công việc họ làm đều là những việc nặng nhọc như xây dựng, giúp việc,... Kinh tế phụ thuộc chủ yếu vào người Do thái. Không tiền, ít vũ khí, nhưng Harmas vẫn kêu gọi thánh chiến, dùng ngay mạng sống của họ làm vũ khí. Kêu gọi thiếu niên tử vì đạo sẽ được lên thiên đường, sẽ được sung sướng. Kêu gọi phụ nữ đẻ thật nhiều để dân số vượt người Do thái. Những quan niệm thông thường ở các nơi khác trên thế giới như lòng nhân từ, khoan dung, bùng nổ dân số, vô học,... thật lạ lẫm ở nơi này.

Hình 17. Hàng ngày, hàng ngàn người Palestine phải đi qua những chiếc cổng như thế này để sang vùng đất của Israel để làm các công việc nặng nhọc.

Hình 18. Các ngôi nhà được làm bằng đá ở Jerusalem.

Một trong những quy định của thành phố là các nhà ở Jerusalem phải được xây bằng đá lấy từ Jerusalem (Hình 18). Xây dựng ở đây rất nặng nhọc vì toàn bộ thành phố nằm trên các ngọn đồi bằng đá cứng. Những việc nặng thường được giao cho người Palestine.

Tôi đã có thời gian 2 tháng công tác ở đây. Một xã hội cực kì khó hòa nhập. Cuối tuần không thể tìm thấy một cái gì để có thể giải trí được. Không bus, không ô tô, không hàng quán. TV chỉ chiếu mấy kênh nói xì xồ toàn tiếng Hebrew. Tối ra ngoài đường vắng tanh vắng ngắt, các gia đình Do thái tụ tập nhau hát thánh ca. Những người lang thang ngoài đường vào ngày cuối tuần toàn dân ngoại quốc hoặc ngoại đạo. Người Do thái bị Liên hợp quốc ra hết bản án này đến bản án khác vì thực chất đây là một nước phân biệt tôn giáo. Chính vì thế tôi mới dành nhiều thời gian tìm hiểu về mảnh đất này. Thứ nữa, tôi theo mấy tour của công ti Do thái, gặp phải tay guide hướng dẫn rất tốt nên cũng hiều nhiều điều. Chúng ta cứ yên tâm đi thăm quan, những địa danh thì không bao giờ bị khủng bố vì dân ở đây sống chủ yếu dựa vào du lịch. Nếu có quả bom thì cả Do thái và Palestine đều treo niêu hết. Nguy hiểm nhất là vùng dải Gaza và vùng định cư mới của Do thái thôi. Còn ở những nơi khác như Tel-aviv thì không vấn đề gì. Tuy nhiên không phải kể như thế là an toàn. Vào chỗ đông dân cư đều bị kiểm tra như vào sân bay. Ngoài đường thì thấy rất nhiều người mặc áo lính, cả trai lẫn gái. Đi nghĩa vụ quân sự 2 năm là bắt buộc với tất cả mọi người. Chắc các bác nghe đến các chiến binh Do thái, rất xinh đẹp và hấp dẫn (Hình 19). Hình như trước đây có một số trên FHM chụp toàn các chiến binh Do thái thì phải. Nhưng ngoài đường họ không thích bị chụp ảnh đâu, ảnh dưới đây là tôi chụp trộm trong xe bus ở Jerusalem. Điển hình của xe bus Do thái: ông già mộ đạo áo đen và nữ chiến binh khoác súng (Hình 20).

Hình 19. Nữ chiến binh Israel.

Hình 20. Điển hình của xe bus Do thái: ông già mộ đạo áo đen và nữ chiến binh khoác súng.

Tôi quay lại câu chuyện của Chúa Jesus. Chúa Jesus sau khi bị Judas bán cho người Do thái, thì bị các tư tế Do thái yêu cầu binh lính La Mã đóng đinh trên thập tự giá sau khi đã tra tấn rất dã man. Ai đã xem phim "Khổ hình của Chúa" sẽ thấy rất rõ. Tổng quản La Mã tuy cho chút lưu luyến không muốn làm hại Jesus nhưng các tư tế Do thái một mực yêu cầu, họ thà chọn phóng thích một tên vô lại trộm cướp còn hơn phóng thích Jesus. Và thế là Jesus phải tự mình vác thập tự giá đến nơi đóng đinh. Trên đường đi, Jesus đã dừng lại ở 12 nơi và đến nay vẫn còn vết tích ở Jerusalem. Tôi chỉ nhớ và chụp được có mấy nơi thôi.

Hình 21. Chúa mệt nên vịn tay vào bức tường này.

Hình 22. Còn đây là cô thiếu nữ Veronica mang nước mới Jesus uống khi ngài trên đường ra nơi bị đóng đinh.

Khi chụp các thánh tích này tôi đã loại bỏ những quang cảnh lộn xộn xung quanh của các cửa hàng Hồi giáo. Thánh tích cuối cùng là Nhà thờ mộ thánh mới nằm ở trong khu Thiên chúa giáo. Tuy nhiên, ngay cả ở đây, lối vào khu Nhà thờ mộ thánh (Holy Sepulchre, hình 23) cũng cực kì lộn xộn bởi hàng quán xung quanh. Lối vào là một cái cổng bé nhỏ. Biển chỉ dẫn Nhà thờ mộ thánh bị đủ các loại biển chỉ dẫn khác chèn ép. Thật không xứng với nơi thánh thiêng nhất của Thiên chúa giáo một chút nào.

Hình 23. Lối vào Nhà thờ Mộ thánh.

Hình 24. Nhà thờ Mộ thánh. Đi qua cái cổng bé nhỏ thì không gian được trải rộng hơn một chút nhờ có một cái sân trước khi vào nhà thờ.

Hình 25. Thánh tích thứ 13, thánh tích cuối cùng chính là nơi chúa Jesus bị đóng đinh trên cây thánh giá.

Hình 26. Sau khi bị đóng đinh trên thánh giá, thi thể của chúa Jesus được hạ xuống chiếc bàn đá này. Hàng ngày, môn đệ của Chúa đến đây chạm vào chiếc bàn đá để cầu xin Chúa ban phước lành.

Sau khi Thiên chúa trút linh hồn, một đệ tử của ngài là ông Joseph đã mai táng Chúa ở trong mộ của gia đình ông ta vì Jesus ở Bethlehem chứ không phải ở Jerusalem. Ngày đó, mỗi gia đình có một hầm mộ, những người trong gia đình chết sẽ được đưa vào hầm mộ. Trong hầm mộ có nhiều ngăn. Mỗi ngăn có thể chứa được một người chết. Hôm sau Đức bà Maria đến thăm hầm mộ thì không còn thấy thi thể của Jesus đâu nữa vì ngài đã sống lại và bay về trời.

Hình 27. Hầm mộ của Chúa Jesus, nơi ngài bay về trời. Hàng ngày, các khách du lịch và con chiên của Chúa vẫn nối đuôi nhau được vào thăm hầm mộ.

Bây giờ ta chuyển sang khu Hồi giáo. Khi Châu Âu còn chìm đắm trong thời kì Trung cổ thì ở vùng Cận Đông và Tiểu Á Hồi giáo phát triển rất mạnh. Hệ quả của nó là văn hóa và tôn giáo được phát triển ra những vùng xung quanh. Ngay cả ở Châu Âu, Tây Ban Nha là nước bị ảnh hưởng của Hồi giáo tương đối nhiều. Theo truyền thuyết Hồi giáo, tiên tri Muhammad đã bay trong một đêm từ thánh địa Mecca ở Các tiểu vương quốc Ả rập đến Jerusalem. Tại đây, ngài đã gặp Moses và được Moses tư vấn. Hòn đá mà hai ông gặp nhau nay được bảo vệ bởi Vòm thờ đá mạ vàng. Một trong những công trình đẹp nhất ở Jerusalem. Đối với Do thái giáo, hòn đá đó chính là nơi tổ phụ Abraham của họ đáp ứng yêu cầu của Thiên chúa là hi sinh con trai của Abraham là Isaac. Đối với cả hai tôn giáo thì vị trí này là một trong những vị trí thánh thiêng của những thánh thiêng. Đặc biệt với Do thái giáo, chỉ có vị tư tế tối cao nhất mới được đứng vào vị trí này. Hòn đá thì ở đó nhưng vị trí trước kia nó từng ở đâu thì người Do thái lại không biết. Chính vì thế mà không một người Do thái mộ đạo nào được đặt chân đến vùng đất đằng sau bức tường than khóc, tức là không được đặt chân vào bên trong vùng đất trước đây đã từng là Đền thờ thứ nhất và thứ hai của họ vì sợ chẳng may đứng vào vị trí thánh thiêng mà không được phép.

Hình 28. Vòm thờ đá mạng vàng, nơi Muhammad gặp Moses.

Người ta nói rằng, ở Jerusalem chỉ cần nhìn mũ là biết người đó thuộc tôn giáo nào. Người Do thái áo dài đen, quần đen, giầy đen, mũ phớt đen, áo sơ mi bên trong thì trắng (Hình 29). Đặc biệt là người Do thái có cái tóc mai rất dài. Với họ thì Chúa ở trên trời, con người trần tục không được để cái đầu của mình hướng thẳng lên trời mà lúc nào cũng phải đội mũ. Ở nhà nếu không đội mũ thì cũng phải đội một cái mũ nhỏ kẹp vào tóc ở trên đầu. Bất cứ người nào thuộc dân Do thái ở bất kì nơi nào trên thế giới đều có thể trở thành công dân Israel. Chuyện định nghĩa thế nào là người Do thái thì rất đơn giản, cứ 1/4 dòng máu là người Do thái là được, tức là chỉ cần tối thiểu ông hoặc bà là người Do thái là được coi là người Do thái. Định nghĩa này dựa trên định nghĩa mà Đức Quốc xã đã đưa ra thời chiến tranh thế giới 2 để tiêu diệt người Do thái. Chính vì thế ở Israel có đủ loại màu da giống như ở Mỹ. Tuy nhiên người Do thái da trắng vẫn chiếm đa số, đặc biệt là Do thái ở Nga chiếm nhiều nhất. Thiếu nữ Do thái gốc Nga hoặc Đông Âu thường xinh đẹp nên có rất nhiều trường hợp đàn ông Do thái bỏ vợ để lấy các cô gái Do thái Nga. Hiện tượng này rất phổ biến vì thu nhập của người Israel cao hơn thu nhâph của người Nga nhiều.

Hình 29. Trang phục của đàn ông Do Thái.

Người Do thái đội mũ ai cũng biết, người ngoại đạo mà vào khu vực thánh thiêng của Do thái cũng phải độ mũ. Ngược lại, Người ngoại đạo mà vào khu thánh thiêng của Thiên chúa giáo hoặc Hồi giao lại phải bỏ mũ ra vì theo họ như thế là tỏ lòng kính trọng với Chúa. Nam giới Hồi giáo thì có vẻ thoải mái, thỉnh thoảng lắm mới thấy một người đàn ông Hồi giáo ăn mặc chỉnh tề như hình 30. Tuy nhiên, Hồi giáo là phải có râu trừ mấy thắng bé.

Hình 30. Trang phục của đàn ông Hồi giáo.

Phụ nữ Hồi giáo thì rất dễ nhận ra ở khắp nơi trên thế giới. Với chiếc khăn trùm kín đầu giữa trời nóng bức thì không thấy dễ chịu chút nào. Nghe những câu chuyện về phụ nữ Hồi giáo mà thấy phụ nữ Việt Nam thật may mắn. Trước đây, phụ nữ Hồi giáo phải che kín từ đầu đến chân. Thỉnh thoảng ở Jerusalem hoặc ngay cả ở sân bay Bangkok cũng thấy thế. Bây giờ thì họ cởi mở hơn một chút, khuôn mặt không nhất thiết phải bị che kín. Giống như một số nước như Ấn Độ, cưới xin là do gia đình sắp đặt. Người phụ nữ một khi về đến nhà chồng thì cả đời chỉ biết phục vụ chồng con mà thôi. Có một câu chuyện thế này, một cô gái Palestine bị một tên vô lại làm ô uế sự trong trắng. Gia đình nhà cô ta, thay cho việc thông cảm và an ủi người bị hại thì họ lại nguyền rủa và ép cô gái tự vẫn vì cô gái đã mang lại tủi nhục cho gia đình. Người Do thái luôn lải nhải, nếu là người tốt thì hãy tốt với chính những người thân của mình trước khi tốt với người khác. Con cái của mình mà không yêu thương thì nói chi đến yêu thương người khác. Tôi thấy cũng đúng.

Hình 31. Một số khách du lịch đến đây cũng quấn khăn theo kiểu Hồi giáo.

Hình 32. Ngay cả trẻ em Hồi giáo cũng phải mang bộ quần áo nặng nề và nóng bức.

Khác với các sử gia Việt Nam, các sự kiện lịch sử thường được các sử gia đưa ra theo kiểu "tầm chương, trích cú" dựa trên sách này, sách nọ. Từ các câu cú đó mà dựng lại lịch sử Việt Nam. Chính vì thế lịch sử thường không mang tính khoa học cao mà mang tính suy luận là chính. Lịch sử của Do thái thì được xây dựng hoàn toàn khác. Dân số Do thái trên toàn thế giới khoảng 12 triệu, riêng ở Israel là 6 triệu. Nếu trước đây có ai hỏi thành phố nào nhiều người Do thái sinh sống nhất trên thế giới thì câu trả lời không phải là Jerusalem hay Tel-aviv mà là New York. Nếu các bác liệt kê các vĩ nhân trên thế giới thì người Do thái chiếm một tỉ lệ không nhỏ như Eistein, Landau, Freud,... Nếu tính theo tỉ lệ vĩ nhân/đầu người thường thì Do thái cao nhất. Tại sao nhỉ? Phải chăng gene của Do thái tốt, Do thái thông minh hơn người khác? Do thái có nhiều vĩ nhân là vì người Do thái dù ở bất kì đâu cũng đều hiểu rất rõ lịch sử của dân tộc mình. Nhớ hầu hết các sự kiện quan trọng lịch sử của tổ tiên họ những sự kiện vĩ đại mà cả thế giới phải kính phục. Sở dĩ họ làm được điều này là bởi vì Do thái đã "tôn giáo hóa" lịch sử của họ. David là người thực, vua thực của Do thái và đã được các sử gia thần thánh hóa và đưa vào kinh thánh. Người Do thái sau khi tôn giáo hóa lịch sử thì họ vẫn tiếp tục viết lịch sử của mình và hàng ngày con cháu của họ phải học tập và ghi nhớ. Chúng ta hình dung, chúng ta sinh ra, lớn lên trong một bầu không khí lịch sử oai hùng, tư tưởng vĩ đại thì sẽ sinh ra những vĩ nhân. Jerusalem là một thành phố đặc biệt. Mỗi một thời đại thống trị sẽ xây dựng trên nền sụp đổ của thời đại trước đó. Khảo cổ học là một công cụ hữu hiệu cho lịch sử. Chỉ cần nói di vật đó ở tầng nào của Jerusalem là người ta có thể biết nó ở thời kì nào, rất rõ ràng, rất khoa học. Nhờ khảo cổ học mà người ta chứng minh được hầu hết các sự kiện quan trọng trong Cựu ước đều có thật.

Nơi trang trọng nhất của bảo tàng Jerusalem trưng bày một di vật có tuổi 2000 năm đó là kinh Torah được khắc lên tấm đồng. Di vật này được tìm thấy cách đây khoảng 50 năm khi người ta khai quật một di tích gần biển Chết. Tôi không có cái ảnh nào về di vật này vì người ta không cho chụp ảnh trong bảo tàng. Tuy nhiên điều tôi muốn kể là cảm xúc của tôi khi thấy một cô bé học sinh lần mò từng chữ ở cái di vật 2000 năm tuổi đó mà đọc không sót một chữ nào. Một anh bạn Do thái nói rằng, học sinh cấp một có thể đọc và hiểu tất cả những chữ trên tấm đồng đó. Ngôn ngữ mà người Do thái dùng bây giờ không khác gì ngôn ngữ của tổ phụ Cựu ước dùng trong suốt 2000 năm qua. Ngôn ngữ của cô bé cấp một Do thái ở Israel ngày nay không khác gì ngôn ngữ của David đã chiến thắng gã khổng lồ Goliad. Có bao nhiêu dân tộc còn lưu lại chữ viết của mình trong suốt 2000 năm mất nước?

Liên quan đến Diệt chủng Do thái thì các bạn đã xem nhiều phim lắm rồi. Tuy nhiên ta cứ hỏi tại sao dân tộc đó cứ ngoan ngoãn đi đến chỗ chết mà hầu như chẳng có phản kháng gì. Hình ảnh tiên lính Phát xít cầm súng bắn hết người này đến người khác, hình ảnh người Do thái cứ chịu trận rồi ngã xuống nấm mồ tập thể chính họ đào sẵn luôn ám ảnh mọi người. Nếu phải Việt Nam thì trước khi ta chết thì cũng phải cho thằng giết ta vài hòn gạch cho sứt đầu mẻ chán cái đã. Tôi đặt câu hỏi này với rất nhiều người Do thái khi đi thăm bào tàng Diệt chủng Do thái ở Jerusalem. Có nhiều câu trả lời nào là họ không có vũ khí, họ không biết họ sẽ chết, họ cầu Chúa đến cứu,... Nhưng theo tôi lời giải thích sau là có lý nhất: Dân Do thái không được chào đón ở bất kì nơi nào trên thế giới vào thời điểm trước đó. Nên nếu họ có trốn thoát rồi thì cũng bị bắt trở lại. Thỉnh thoảng các bạn có nghe thấy một số người Đức, Ba Lan cứu giúp Do thái, những người như vậy rất ít. Chẳng hạn, các bạn đọc Ai-van-hô se thấy xuất hiện lão nhà giàu Do thái keo kiệt. Tức là từ xa lắm rồi, những người không thừa nhận Jesus bị báng bổ ở khắp mọi nơi. Hơn nữa, dù mất nước 2000 năm và lang thang khắp nơi trên thế giới nhưng bao giờ họ cũng gắn bó với nhau, tuân thủ các điều răn của Chúa, nói tiếng tổ phụ Cựu ước,... Chính vì thế mà Do thái luôn khác với những người xung quanh. Chẳng ai thích thế cả và chính vì thế hầu như chẳng ai giúp họ trong thời kì bị Đức tàn sát.

Hình 33. Một nhà thờ Thiên chúa ở Jerusalem.

Ở Jerusalem có rất nhiều nhà thờ Thiên chúa. Mỗi một nhà thờ đều có hai câu hỏi mà khách du lịch cần hỏi: 1. Tại sao nó lại ở chỗ này. 2. Nó đã được xây bao nhiêu lần. Mỗi nơi Jesus từng đặt chân và được ghi trong Tân ước đều mọc lên nhà thờ, trả lời cho câu hỏi thứ nhất. Sau bao nhiêu kinh qua, các nhà thờ bị phá hủy và lại được xây lại trả lời cho câu hỏi thứ hai. Thường các nhà thờ thiên chúa được xây lại khoảng 6-7 lần.

Hình 34. Những bức tường do người Hồi giáo xây để chống lại cuộc thập tự chinh của người Thiên chúa vẫn còn đến ngày nay, uy nghi và hùng vĩ.

Hình 35. Vào ngày Shabath, các học sinh Do thái trong trang phục kín đáo màu xanh nhạt (gần màu cờ của Israel) đến đây để cầu Đấng cứu thế đến.

Hình 36. Cờ của Israel là ngôi sao David.

Cờ của Israel là Ngôi sao David, là một ngôi sao sáu cánh do hai hình tam giác lộn ngược lồng vào nhau. Các bạn mà xem phim "Davinci's code" sẽ thấy một suy nghĩ khá thú vị về ngôi sao này. Thiên chúa coi Do thái là dân ngoại. Bộ phim kể về dòng dõi của Jesus còn sống đến tận ngày nay. Có một nhóm người có trách nhiệm bảo vệ cho dòng dõi của Chúa. Tiếng Anh blood line - dòng máu của Chúa được biến hóa thành Rose line, chính vì thế thỉnh thoảng các bác có thấy người nước ngoài tên là Roseline. Những người này phải thực hiện các nghi lễ khoái lạc bí mật. Nó được giải thích bằng hình vẽ của ngôi sao David: hình tam giác có đỉnh hướng lên trên tượng trưng cho nam tính - thanh gươm sắc nhọn; hình tam giác đỉnh hướng xuống dưới biểu trưng cho nữ tính - một chiếc cốc. CHính vì thế mới có khái niệm chén thánh (holy grail), nếu xem bức tranh bữa tiệc cuối cùng của Davinci hoàn toàn không có cái chén nào hết. Cái chén chính là mã hóa của dạ con người phụ nữ - vợ của Jesus. Tìm chén thánh không phải là tìm cái chén của Jesus mà là tìm dòng dõi của Jesus. Biểu tượng nam nữ hòa hợp thành một ở ngôi sao David được bộ phim hiểu sang một ẩn dụ khác mà không được Do thái thích lắm. Tay guide Do thái của em chửi bới bộ phim thậm tệ, kết luận là đó là một câu chuyện viễn tưởng.

Nói chung người Do thái không được các dân tộc khác thích. Một số người cho rằng người Do thái quá kiêu ngạo, siêu hùng nhưng cực kì xấu xa, là dân được chọn nhưng cũng là tội đồ muôn thủa. Các bạn mà để ý, hình dáng của nước Israel và vùng bị Israel chiếm đóng giống hệt một con dao găm. Con dao này kéo dài từ Địa trung hải xuống tận Hồng hải và cắt vùng đất của Hồi giáo làm đôi. Israel bị chủ nghĩa phân biệt chủng tộc của Đức tàn sát thì nay họ áp dụng chủ nghĩa phân biệt tôn giáo để đàn áp người Palestine. Chủ nghĩa Phục quốc Do thái do Herzl cầm đầu đã đi ra khỏi mục đích ban đầu của nó khi năm 1948 Liên hợp quốc thành lập nhà nước Israel để người Do thái và Hồi giáo cùng chung sống hòa bình không phân biệt tôn giáo.

Hình 37. Vùng đất Israel chiếm giống như một chiếc dao găm chia đôi thế giới Hồi giáo.

Người ta nói Jerusalem là tháp Babel của đức tin. Lăng kính của tâm trí con người khúc xạ ánh sáng của Chúa duy nhất thành những màu lòe loẹt, rối rắm. Bất kì hành động nào ở Israel đều là tâm điểm chú ý của 1,3 tỉ người Thiên chúa giáo, 1 tỉ người Hồi giáo và 13 triệu người Do thái.

Ứng dụng hạt nano từ tính ô xít sắt

2010-04-27T21:01:00.000+07:00

Vật liệu nanô ô xít sắt từ tính thường được ứng dụng trong y sinh học có thể có sẵn trong tự nhiên nhưng cũng có thể được tổng hợp. Hai loại ô xít sắt được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất là magnetite Fe₃O₄ và maghemite g-Fe₂O₃. Ngoài ra các loại ferrite như MO.Fe₂O₃ trong đó M = Ni, Co, Mn, Zn, Mg cũng được nghiên cứu nhiều.

1. Hạt nanô từ tính dưới tác động của từ trường ngoài

Dưới tác dụng của một từ trường bên ngoài, phụ thuộc vào hưởng ứng của từ trường ngoài mà người ta phân vật liệu thành các dạng như sau: nghịch từ (DM), thuận từ (PM), sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM). Hình 1 minh họa sự chuyển động của mạch máu trong đó có sự tồn tại của hạt nanô từ tính (giữa). Các thành phần trong mạch máu có tính chất từ khác nhau. Có thành phần là nghịch từ (DM), thuận từ (PM), sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM). Phần lớn các chất hữu cơ có tính nghịc từ, một số ion của sắt có mặt trong các ferritin có tính thuận từ, hạt nanô từ tính được tiêm từ bên ngoài vào có tính sắt từ và siêu thuận từ.

Hình 1: Mô hình minh họa sự chuyển động của mạch máu trong đó có sự tồn tại của hạt nanô từ tính (giữa). Các thành phần trong mạch máu có tính chất từ khác nhau. Có thành phần là nghịch từ (DM), thuận từ (PM), sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM).

Giả sử từ trường ngoài đặt vào là H, sự hưởng ứng của vật liệu được gọi là từ độ M, thì người ta định nghĩa cảm ứng từ B là: B = m₀(H + M). Trong đó, m₀ là độ từ thẩm của chân không. Từ độM là số mô men từ của nguyên tử trên một đơn vị thể tích M = Nm/V. (m là mô men từ nguyên tử). Người ta định nghĩa độ cảm từ: c = M/H. Vật liệu nghịch từ có độ cảm từ âm và nhỏ (10^-6), vật liệu thuận từ có độ cảm từ dương và nhỏ (10^-3 – 10^-5), vật liệu sắt từ và siêu thuận từ có độ cảm từ dương và rất lớn (10⁴). Vật liệu sắt từ thường thể hiện tính trễ từ do vật liệu có tính dị hướng theo trục tinh thể. Tuy nhiên, nếu kích thước 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 trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đặc điểm quan trọng của vật liệu siêu thuận từ là có từ độ lớn khi có từ trường ngoài và mất hết từ tính khi từ trường ngoài bằng không.

Tính siêu thuận từ là một tính chất rất quan trọng khi ứng dụng hạt nanô từ tính trong sinh học. Ở trạng thái siêu thuận từ, thời gian hồi phục của mô men từ là:

t = t0 exp(DE/kT)

DE là hàng rào thế năng cản trở sự quay của mô men từ, kT là năng lượng nhiệt. Vì là vật liệu siêu thuận từ, nên các hạt từ tính trong vật liệu không tương tác với nhau. Giá trị t₀ cho hạt không tương tác vào khoảng 10^-10 – 10^-12 s phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. Hàng rào thế năng DE phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có dị hương từ tinh thể và dị hướng hình dạng. Để đơn giản ta chỉ xét dị hướng từ tinh thể (tính chất nội) đơn trục: DE = KV, với K là mật độ năng lượng dị hướng từ tinh thể và V là thể tích của hạt. Như vậy DE tỉ lệ với V là thể tích của hạt. Nếu thể tích nhỏ hàng rào thế năng này sẽ thấp và năng lượng nhiệt ở nhiệt độ phòng có thể đủ lớn để làm quay mô men từ và hệ ở trạng thái siêu thuận từ. Tuy nhiên, trạng thái siêu thuận từ còn phụ thuộc vào thời gian đo đạc t_m. Nếu thời gian hồi phục t << style=" ">_m thì quá trình quay của mô men từ rất nhanh so với thời gian đo đạc. Như vậy, hạt nanô từ tính thể hiện tính “thuận từ” đối với người đo. Nếu thời gian hồi phục t >> t_{m thì quá trình quay mô men từ chậm hơn so với thời gian đo. Như vậy, hạt nanô từ tính thể hiện tính chất “hãm” (blocked) đối với người đo. Người ta định nghĩa nhiệt độ hãm T_b là nhiệt độ nằm giữa hai trạng thái nói trên, ở đó, t = t_m. Hình 2 minh họa bản chất siêu thuận từ khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hãm T_b, và khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hãm T_b. Trên thực tế các phép đo thực có giá trị 10² s với phép đo dòng một chiều, 10^-1 – 10^-5 s với dòng xoay chiều, 10^-7 – 10^-9 s với phép đo phổ Mossbauer.}

Hình 2: Minh họa bản chất siêu thuận từ, (trái) khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hãm T_b, và (phải) khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hãm T_b.

Như vậy, dưới tác dụng của một từ trường đồng nhất thì các mô men từ của nguyên tử hoặc của các các hạt nanô từ tính sẽ quay theo phương của từ trường ngoài. Chú ý là các mô men từ quay chứ không dịch chuyển. Để nguyên tử hoặc hạt nanô dịch chuyển thì cần phải có mặt của một gradient từ trường. Lực tác dụng lên hạt nanô dưới tác dụng của một gradient từ trường là:

F_m = V_m DcÑ(B²/2m₀) = V_m DcÑ(BH/2)

(Phương trình 1)

Với Dc = c_m - c_w là sự khác biệt về độ cảm từ của hạt nanô từ và nước (môi trường hạt nanô từ tính nằm trong đó). Vm là thể tích của hạt nanô. Đại lượng trong ngoặc là mật độ năng lượng từ tĩnh. Với ô xít sắt giá trị Dc lớn hơn không nên các hạt nanô từ tính ô xít sắt mà phân tán trong nước sẽ bị hút về phía cục nam châm đặt gần đó. Hiện tượng này được ứng dụng trong sinh học để phân tách và chọn lọc tế bào.

2. Ứng dụng hạt nanô từ tính trong tự nhiên

Magnetite được biết đến từ lâu. Trước đây người ta cho rằng vật liệu này chỉ được tạo thành khi đất đá nóng chảy ở nhiệt độ và áp suất cao. Đến tận năm 1962 người ta mới tìm thấy magnetite còn được hình thành ở bên trong cơ thể của một sinh vật chuyên ăn tảo ở biển đó là ốc biển. [1] Sự có mặt của magnetite làm cho răng của sinh vật này cứng hơn để có thể tiêu hóa thức ăn dễ dàng hơn. Muối sắt từ bên ngoài đi vào trong cơ thể và được chuyển hóa thành hydroxide sắt. Quá trình chuyển hydroxide sắt thành magnetite hiện nay vẫn chưa được biết. [2]

Hình 3: Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của một số vi khuẩn có từ tính. Hình dáng của các hạt nanô khác nhau, nó có thể là hình lục giác, hình lập phương, hình elip. Chúng có thể xắp xếp tạo thành một chuỗi, nhiều chuỗi hoặc không theo một trật tự nào.

Hình 4: Ảnh hiển vi của khuẩn xoắn từ tính. Khuẩn này có hai roi và có đến 60 hạt từ tính ở bên trong xắp xếp thành một chuỗi. Thanh ngang có chiều dài 0,5 mm.

Đến năm 1975 người ta mới phát hiện ra vi khuẩn có từ tính, hiện nay chúng là đối tượng nghiên cứu nhiều nhất của các hệ sinh học có từ tính.[3] Vi khuẩn từ tính có khả năng tạo ra các hạt nanô tinh thể có từ tính có kích thước từ 50 – 100 nm (hình 3). Các hạt nanô nằm bên trong tế bào và thường dính vào màng của các không bào tạo nên một cấu trúc gọi là magnetosome. Các hạt nanô từ tính tổng hợp tự nhiên thường là magnetite Fe₃O₄ và greigite Fe₃S₄. Các vi khuẩn có từ tính có thể là khuẩn cầu, khuẩn phẩy, hoặc khuẩn xoắn (hình 4). Chúng được tìm thấy ở rất nhiều nơi như ao, hồ, đầm lầy, bãi biển, đáy biển,… Chuỗi các hạt nanô từ tính có vai trò như chiếc la bàn giúp cho vi khuẩn định hướng trong từ trường của trái đất để tìm các vùng ưa khí (aerophilic) nằm trên biên giữa bùn/nước trong tự nhiên. Các vi khuẩn này bơi lên phía bắc ở bắc bán cầu, bơi xuống phía nam ở nam bán cầu, bơi theo hai hướng ở xích đạo.[4]

Hình 5: Hai hạt nanô từ tính tìm thấy ở sao Hỏa (trái) và ở trong vi khuẩn trên trái đất (phải)

Không chỉ có các vi khuẩn nhỏ bé, các động vật lớn cũng sử dụng từ trường để định hướng như kiến, ong, chim bồ câu đưa thư, cá hồi. Một vài giả thiết về khả năng định hướng của các động vật này đã được đưa ra để giải thích. Hiện nay người ta tin rằng các hạt nanô từ tính bên trong cơ thể đã tương tác với từ trường của trái đất. Nghiên cứu các sinh vật này người ta thấy sự có mặt của hạt nanô từ tính trong nhiều bộ phận trong cơ thể của chúng.[5][i] Hình dạng và định hướng của các hạt nanô có mặt trong cơ thể các sinh vật sống trên trái đất rất gần với hình dạng và định hướng của các hạt nanô tìm thấy trên sao Hỏa (hình 5). Điều này ủng hộ giả thuyết về sự sống có thể được lan truyền từ hành tinh này đến hành tinh khác.[6]

Người ta đã thử nghiệm khả năng ứng dụng của các vi khuẩn từ tính. Để làm được điều đó thì phải nuôi cấy các vi khuẩn có từ tính dưới điều kiện thông thường. Cho đến nay chỉ có một số vi khuẩn đã được phân lập và nuôi cấy. Vi khuẩn xoắn AMB-1 là loại vi khuẩn đã được nghiên cứu và có thể nuôi cấy với tốc độ 0,34 g/dm³. Sau đó người ta phải tách magnetosome khỏi vi khuẩn sử dụng phương pháp phân tách vật lí hoặc hóa học.[7] Các hạt nanô từ tính lấy từ vi khuẩn từ tính và bản thân tế bào lấy từ các vi khuẩn đó đã được sử dụng để đánh dấu các vách đô men trong vật liệu từ mềm và để tìm các cực từ trong các mẫu vật từ các thiên thạch rơi xuống trái đất.

3. Các ứng dụng hạt nanô từ tính trong y sinh học

Các ứng dụng của hạt nanô từ trong y sinh học được chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể và trong cơ thể. Trong đề cương này, chúng tôi chỉ trình bày một số ứng dụng tiêu biểu trong rất nhiều ứng dụng đã và đang được nghiên cứu. Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu ra khỏi các tế bào khác. Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn thuốc, nung nóng cục bộ và tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ.[8, 9][iv],[v]

3.1. Phân tách và chọn lọc tế bào, DNA

Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng. Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường. Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nanô từ tính. Hạt nanô thường dùng là hạt ô xít sắt. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA),... Hóa chất bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt nanô phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi. Đối với các tế bào lớn, kích thước của các hạt từ tính đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm nanô mét. Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài. Lực tác thủy động tác dụng lên hạt nanô từ tính được cho bởi phương trình sau:

F = 6phR_mDv

Trong đó h là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R_m là bán kính của hạt từ tính, Dv là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước. Để từ trường bên ngoài có thể giữ được hạt nanô từ tính đang chảy trong nước thì phải có sự cân bằng giữa lực thủy động và lực do từ trường tạo ra (phương trình 1).

Dv = R²_{mDc/9m_{0^h_ÑB²}}

(Phương trình 2)

Với R_m là bán kính của hạt nanô từ tính. Giá trị x là độ linh động từ tính của hạt nanô, là đại lượng thể hiện cho khả năng dễ dàng điều khiển hạt bằng từ trường, nó tỉ lệ với kích thước của hạt. Hạt có bán kính lớn sẽ có giá trị lớn. Như vậy hạt nanô từ tính sẽ dễ được điều khiển bởi từ trường ngoài hơn tiểu cầu từ tính (magnetic bead).

Hình 6: Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường. (a) một nam châm được đặt ở bên ngoài để hút các tế bào đã được đánh dấu và loại bỏ các tế bào không được đánh dấu. (b) nam châm có thể đặt vào một dòng chảy có chứa tế bào cần tách.

Hình 7: Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường sử dụng bốn thanh nam châm tạo ra một gradient từ trường xuyên tâm.

Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản nhất được trình bày ở hình 6. Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu (hạt từ tính bao phủ bởi một lớp CHHBM) được trộn với nhau để các lên kết hóa học giữa chất đánh dấu và tế bào xảy ra. Sử dụng một từ trường ngoài là một thanh nam châm vĩnh cửu để tạo ra một gradient từ trường giữ các hạt tế bào được đánh dấu lại. Ngoài lực hút do từ trường ngoài, các tế bào còn chịu tác dụng của lực đẩy trong lòng chất lỏng. Lực đẩy này phụ thuộc vào sự khác biệt giữa khối lượng riêng của tế bào và nước. Trên thực tế lực này thường được bỏ qua. Hạn chế của phương pháp này là hiệu quả tách từ không cao.[10] Để tăng hiệu quả người ta thường dùng một gradient từ trường lớn tác động lên một dòng chảy có chứa các hạt nanô từ tính cần tách lọc. Thông thường người ta cho một số sợi từ hóa hoặc tiểu cầu từ tính trong lòng các ống rồi bơm dung dịch có chứa hạt nanô từ tính và tế bào liên kết với hạt nanô từ tính đi qua (hình 6, bên dưới).[11] Hạt nanô từ tính bị sẽ dừng ở các sợi, các sợi có vai trò như nơi giam giữ hạt nanô từ tính và tế bào. Phương pháp này có nhược điểm là hạt nanô từ tính và tế bào có thể bị mất mát do bị tắc trong đám sợi. Một phương pháp khác được sử dụng mà không cần sự có mặt của các đám sợi đó là dùng một gradient từ trường xuyên tâm tạo bởi bốn thanh nam châm như hình 7. Gradient từ trường xuyên tâm làm các tế bào đánh dấu từ bị hút về phía thành ống rất nhanh.[12] Một cải tiến của mo hình này là áp dụng độ linh động từ tính của các tế bào đánh dấu từ khác nhau mà tách các tế bào ra khỏi dung dịch. Trong ứng dụng này dung dịch không chuyển động mà gradient từ trường chuyển động so với dung dịch đứng yên. Phụ thuộc vào độ linh động từ tính của tế bào đánh dấu từ tính mà các tế bào sẽ được tách ra khỏi dung dịch và được thu thập bằng một nam châm vĩnh cửu.[13]

Tách tế bào bằng từ trường đã được ứng dụng thành công trong y sinh học. Đây là một trong những phương pháp rất nhạy để có thể tế bào ung thư từ máu, đặc biệt là khi nồng độ tế bào ung thư rất thấp, khó có thể tìm thấy bằng các phương pháp khác.[14] Người ta có thể phát hiện kí sinh trung sốt rét trong máu bằng cách đo từ tính của kí sinh trùng đánh dấu từ[15] hoặc đánh dấu các tế bào hồng cầu bằng chất lỏng từ tính.[16] Ngoài ra, trong phản ứng PCR trong sinh học nhằm khuyếch đại ADN nào đó, quá trình làm giàu ADN ban đầu cũng được thực hiện nhờ hạt nanô từ tính.[17]

Với nguyên tắt tương tự như phân tách tế bào, hạt nanô từ tính được dùng để phân tách DNA.

3.2. Dẫn truyền thuốc

Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính không đặc hiệu. Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì thế việc dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm 1970,[18, 19] những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính. Có hai lợi ích cơ bản là: (i) thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc; và (ii) giảm lượng thuốc điều trị. Hạt nanô từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị. Lúc này hạt nanô có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc có thể diễn ra thông 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 khuyếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ.[20] Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc cũng tương tự như trong phân tách tế bào. Gradient từ trường có tác dụng tập trung hệ thuốc/hạt. Hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường độ từ trường, gradient từ trường, thể tích và tính chất từ của hạt nanô. Các chất mang thường đi vào các tĩnh mạnh hoặc động mạch nên các thông số thủy lực như thông lượng máu, nồng độ chất lỏng từ, thời gian tuần hoàn đóng vai trò quan trọng như các thống số sinh lý học như khoảng cách từ vị trí của thuốc đến nguồn từ trường, mức độ liên kết thuốc/hạt, và thể tích của khối u. Các hạt có kích thước micrô mét (tạo thành từ những hạt siêu thuận từ có kích thước nhỏ hơn) hoạt động hiệu quả hơn trong hệ thống tuần hoàn đặc biệt là ở các mạch máu lớn và các động mạch. Nguồn từ trường thường là nam châm NdFeB có thể tạo ra một từ trường khoảng 0,2 T và gradient từ trường khoảng 8 T/m với động mạch đùi và khoảng 100 T/m với động mạch cổ.[21] Điều này cho thấy quá trình dẫn thuốc bằng hạt nanô từ tính có hiệu quả ở những vùng máu chảy chậm và gần nguồn từ trường (Hình 8). Tuy nhiên, khi các hạt nanô chuyển động ở gần thành mạch máu thì chuyển động của chúng không tuân theo định luật Stoke nên với một gradient từ trường nhỏ hơn quá trình dẫn thuốc vẫn có tác dụng.

Hình 8: Nguyên lí dẫn thuốc dùng hạt nanô từ tính. Một thanh nam châm bên ngoài rất mạnh tạo ra một gradient từ trường kéo các hạt nanô từ tính gắn với thuốc đến vị trí mong muốn. Ở đó quả trình nhả thuốc diễn ra làm cho hiệu quả sử dụng thuốc được tăng lên nhiều lần.

Hình 9: Nguyên lí chức năng hóa bề mặt của hạt nanô từ tính có cấu trúc vỏ/lõi. Lõi của hạt là ô xít sắt, vỏ là lớp silica, các nhóm chức bên ngoài có thể là carboxyl, amino, streptavidin,…

Các hạt nanô từ tính thường dùng là ô-xít sắt (magnetite Fe₃O₄, maghemite a-Fe₂O₃) bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học như PVA, detran hoặc silica. Chất bao phủ có tác dụng chức năng hóa bề mặt để có thể liên kết với các phân tử khác như nhóm chức carboxyl, biotin, avidin, carbodiimide,… (Hình 9)[22-24] Nghiên cứu dẫn truyền thuốc đã được thử nghiệm rất thành công trên động vật, đặc biệt nhất là dùng để điều trị u não. Việc dẫn truyền thuốc đến các u não rất khó khăn vì thuốc cần phải vượt qua hàng rào băng cách giữa não và máu, nhờ có trợ giúp của hạt nanô từ có kích thước 10-20 nm, việc dẫn truyền thuốc có hiệu quả hơn rất nhiều. Việc áp dụng phương pháp này đối với người tuy đã có một số thành công, nhưng còn rất khiêm tốn.

Người ta đã thành công trong việc hướng thuốc doxorubicin đến tế bào u bướu ở đuôi chuột.[25] Kết quả là kích thước của bướu giảm đi hoàn toàn nếu sử dụng hạt nanô từ tính dẫn thuốc. Trong khi các thí nghiệm dựa trên thuốc không được dẫn bằng hạt nanô từ tính có nồng độ cao hơn 10 lần vẫn không triệt tiêu được bướu. Phương pháp này được mở rộng sang một số loài động vật khác và thu được kết quả tương tự.[26, 27] Một cải biến của phương pháp này là cấy một nam châm nhỏ vào một bướu xương và tiêm hạt nanô mang thuốc bằng liposome so sánh với tiêm thuốc thông thường vào tĩnh mạch. Kết quả cho thấy lượng thuốc đến bướu xương khi dùng hạt nanô từ tính lớn gấp 4 lần lượng thuốc đến bướu xương khi không dùng hạt nanô.[28] Hơn nữa, phương pháp này còn giảm thiểu các hiệu ứng phụ do thuốc gây ra.[29] Việc ứng dụng trên người còn hạn chế. Một số nhóm đã nghiên cứu thử nghiệm pha 1 với chất lỏng từ tính cho 14 bệnh nhân. Nghiên cứu cho thấy người ta có thể dẫn các hạt nanô từ tính đến các u bướu trong cơ thể người mà không gây độc cho cơ thể.[30, 31] Các nghiên cứu sau đó trên ung thư gan cho thấy kết quả ban đầu rất khả quan.

Hạt nanô từ tính còn được dùng cùng với nuclide phóng xạ (radionuclide). Nuclide phóng xạ sử dụng các đồng vị phóng xạ của các nguyên tố nhằm tiêu diệt tế bào ung thư. Hạt nanô từ tính gắn với nucide phóng xạ sẽ giúp cho các nuclide này đến gần các mục tiêu và lưu trú ở đó trong một thời gian dài nhằm phát huy tác dụng của tia phóng xạ. Ưu điểm của phương pháp nuclide phóng xạ từ tính so với phương pháp dẫn thuốc bằng từ trường là nuclide không cần phải tiếp xúc với tế bào mà chỉ cần đi đến gần tế bào mà thôi. Thử nghiệm trên khối u chủa chuột người ta thấy rằng liều chiếu xạ khi dùng hạt nanô từ tính cao hơn một chục lần so với sử dụng nuclide Yttrium-90 và Rhenium-188 không được dẫn bởi từ trường ngoài.[32, 33]

Hạt nanô từ tính còn được ứng dụng trong trị liệu gen (gene therapy). Một gen trị liệu được gắn với hạt nanô từ tính. Hạt nanô từ tính được giữ ở một vị trí nào đó dưới tác dụng của từ trường ngoài. Khi siêu vi tiếp xúc với mô thì làm gia tăng khả năng truyền gen và thể hiện gen.[34]

3.3. Đốt nhiệt từ

Phương pháp đốt các tế bào ung thư bằng từ trường ngoài mà không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng khác của hạt nanô từ tính. Một trong những nghiên cứu đầu tiên về đốt nhiệt từ xuất hiện từ năm 1957.[35] Nguyên tắc hoạt động là các hạt nanô từ tính có kích thước từ 20-100 nm được phân tán trong các mô mong muốn sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều với tần số 1,2 MHz bên ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho các hạt nanô hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng những vùng xung quanh. Nhiệt độ khoảng 42 °C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư trong khi các tế bào thường vẫn an toàn (Hình 10).

Hình 10: Nghiên cứu thử nghiệm đốt nhiệt từ trên thỏ cho thấy nhiệt độ bên ngoài và bên trong u bướu (hai đường trên cùng) cao hơn nhiều so với nhiệt độ của những vùng xung quanh (những đường dưới).

Nghiên cứu về kĩ thuật tăng thân nhiệt cục bộ được phát triển từ rất lâu và có rất nhiều công trình đề cập đến kĩ thuật này nhưng chưa có công bố nào thành công trên người. Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền lượng hạt nanô phù hợp để tạo ra đủ nhiệt lượng khi có sự có mặt của từ trường ngoài mạnh trong phạm vi điều trị cho phép. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung nóng cục bộ là lưu lượng máu và phân bố của các mô. Thực nghiệm và tính toán cho biết tỉ số phát nhiệt vào khoảng 100 mW/cm³ là đủ trong hầu hết các trường hợp thực nghiệm.[36] Tần số và biên độ của từ trường thường dùng dao động trong khoảng f = 0,05-1,2 MHz, H <>3. Vật liệu dùng để làm hạt nanô thường là magnetite và maghemite và có thể có tính sắt từ hoặc siêu thuận từ. Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với hạt siêu thuận từ. Vì vậy, ở đây chúng tôi chỉ giải thích cơ chế vật lý cho hạt siêu thuận từ. Với hạt siêu thuận từ, khi áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng ứng dưới tác dụng của từ trường đó. Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển động quay vật lý và quay mô men từ của hạt. Hai quá trình quay này được đặc trưng bới hai thông số là thời gian hồi phục Brown (t_B) và thời gian hồi phục Néel (t_N). Với một kích thước hạt cho trước tổn hao Brown thắng thế ở tần số thấp, tổn hao Néel thắng thế ở tần số cao.

Tính toàn lượng nhiệt thoát ra của hạt nanô siêu thuận từ dựa trên mô hình Debye [38] lần đầu tiên được tính cho chất lỏng phân cực.[39] Phương trình tính công suất thoát nhiệt của hạt nanô siêu thuận từ không tương tác dưới tác dụng của từ trường xoay chiều được cho bởi công thức sau:

P = m₀pfc”H²

(Phương trình 3)

trong đó m₀ là từ thẩm của môi trường, f là tần số từ trường xoay chiều, c” là thành phần ngược pha của độ cảm từ phức (độ hấp thụ), H là cường độ từ trường. Nếu chuyển động của hạt nanô từ tính ngược pha so với từ trường thì một phần năng lượng từ chuyển thành nội năng của hệ. Một chất lỏng từ được đặc trưng bởi tốc độ hấp thụ riêng (specific absorption rate - SAR) có đơn vị là W/g. Tích số của SAR với mật độ hạt nanô từ tính cho công suất thoát nhiệt của hạt nanô.[40] Ngoài khả năng thoát nhiệt của hạt siêu thuận từ, hạt sắt từ cũng là một ứng cử viên trong đốt nhiệt từ. Công suất đốt nhiệt của hạt sắt từ phụ thuộc vào diện tích của đường cong từ trễ.

P = m₀fòHdM

(Phương trình 4)

Công suất thoát nhiệt sắt từ sẽ lớn ở từ trường lớn đến 100 kA/m. Tuy nhiên trong các ứng dụng thực tế, từ trường ngoài đặt vào chỉ khoảng 15 kA/m nên công suất phát nhiệt sắt từ tường nhỏ hơn công suất phát nhiệt siêu thuận từ. Với chất lỏng từ tốt giá trị SAR có thể đạt giá trị 45 W/g tại từ trường cỡ 5,6 kA/m, tần số 300 kHz.[41]

3.4. Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ

Mặc dù mô men từ của một prôtôn rất nhỏ (bằng 1,5´10^-3 mô men từ của điện tử) nhưng trong cơ thể động vật có một lượng rất lớn prôtôn (hạt nhân nguyên tử hiđrô của phân tử nước, vào khoảng 6,6´10¹⁹ proton/mm³ nước) nên có thể tạo ra một hiệu ứng có thể đo được. Nếu tác dụng một từ trường tĩnh cố định có cường độ B₀ = 1 T thì sẽ có ba phần triệu proton (tương đương với 2´10¹⁴ proton) sẽ định hướng theo phương của từ trường ngoài B₀. Tín hiệu này có thể đo được bằng hấp thụ cộng hưởng như sau: tác dụng một từ trường xoay chiều vuông góc với từ trường cố định B₀ và có tần số bằng tần số tuế sai Larmor w₀ = gB₀ (g là hệ số từ cơ của proton) của prôtôn thì sự hấp thụ cộng hưởng sẽ xảy ra. Với hạt nhân nguyên tử hiđrô ¹H, tỉ số từ cơ 2,67´10⁸ rad s^-1 T^-1). Tần số tuế sai Larmor sẽ tương ứng với tần số sóng vô tuyến và có giá trị là 42,57 MHz. Khi chỉ có mặt của từ trường cố định, prôtôn sẽ tuế sai xung quanh hướng của từ trường. Khi từ trường xoay chiều được phát ra, mặc dù cường độ của từ trường này yếu hơn nhiều so với từ trường cố định nhưng vì tần số của nó đúng bằng tần số tuế sai nên mô mentừ của prôtôn sẽ hướng theo phương của từ trường xoay chiều, tức là vuông góc với từ trường cố định. Thực tế người ta tác dụng từ trường xoay chiều theo từng xung, độ dài của xung đủ lớn để tạo hưởng ứng liên kết của mô men từ mà máy đo có thể đo được. Khi từ trường xoay chiều ngừng tác động, mô men từ sẽ trở lại phương của từ trường cố định (xem hình 11). Một cuộn dây thu tín hiệu sẽ thu lại thời gian hồi phục cả mô men từ của proton trở lại phương của từ trường B₀ sau khi được khuyếch đại 50 – 100 lần. Theo hình 11, B₀ song song với trục z, tín hiệu hồi phục cho bởi:

m_z = m[1-exp(-t/T₁)]

m_x,y = m sin(w₀t + f)exp(-t/T₂)

(Phương trình 5)

Trong đó thời gian hồi phục dọc T₁ (spin-mạng) và thời gian hồi phục ngang T₂ (spin-spin), t là thời gian và f là hằng số pha. T₁ đặc trưng cho sự mất mát nhiệt lượng ra môi trường xung quanh và là phép đo thể hiện liên kết từ giữa spin và môi trường. Hồi phục theo phương x, y tương đối nhanh và được điều khiển bởi sự lệch liên kết pha của proton tuế sai do tương tác từ giữa các proton với nhau và với các mô men thăng giáng ở trong các mô. T₂ đặc trưng cho sự lệch pha của prôtôn với từ trường xoay chiều. Tuy nhiên sự lệch pha có thể do sự bất đồng nhất của từ trường nên giá trị T₂ được thay thế bằng giá trị T₂^*:

1/T*₂ = 1/T₂ + gDB_0/2

(Phương trình 6)

DB₀ là sự biến thiên của từ trường cố định có thể do sự biến dạng địa phương của từ trường hoặc do sự thay đổi của độ cảm từ.

Hình 11: Cơ chế của cộng hưởng từ hạt nhân. (a) mô men từ của proton tuế sai xung quanh một từ trường ngoài 1 T, (b) một từ trường xoay chiều tần số bằng tần số tuế sai của mô men từ tác dụng làm cho mô men từ hướng theo phương của từ trường xoay chiều, (c) sau khi tắt từ trường xoay chiều mô men từ hồi phục theo phương từ trường 1 T. Thời gian hồi phục là tín hiệu của máy đo.

Hình 12: Thời gian hồi phục khi có mặt của hạt nanô từ tính và khi không có hạt nanô từ tính

Các giá trị T₁ và T₂^* có thể giảm đi khi có mặt của hạt nanô từ tính. Các hạt nanô siêu thuận từ tạo thành từ ô xít sắt hoặc hợp chất chứa Gd thường được sử dụng như tác nhân làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ (hình 12). Sự có mặt của chúng làm nhiễu loạn từ trường địa phương nên làm T₂ thay đổi giá trị rất nhiều. Giá trị của T₁ cũng thay đổi nhưng ở mức độ yếu hơn. Dựa trên đặc tính của từng mô trong cơ thể, tùy loại mô mà độ hấp thụ hạt nanô mạnh hay yếu. Từ trường xoay chiều tác dụng thường được khởi động theo từ xung. Các thông số quan trọng là chu kì của xung (thời gian giữa hai xung liên tiếp) và thời gian trễ (thời gian khi bật xung đến khi đo tín hiệu). Chu kì ngắn sẽ tăng hiệu ứng T₁, chu kì dàilàm cho các proton đạt được trạng thái hồi phục dọc hoàn toàn nên làm giảm T₁. Thời gian trễ ngắn làm giảm T₂, thời gian trễ dài làm tăng T₂. Như vậy ta có thể thu tín hiệu dựa trên T₁ (tối ưu hóa chu kì và giảm thời gian trễ) hoặc T₂ (chu kì và thời gian trễ dài).

Ví dụ, hạt nanô ô xít sắt được bao phủ dextran có tính tương hợp sinh học và có thể được đào thải qua gan sau khi sử dụng. Các hạt nanô này được phát hiện bởi màng lưới nội mô của cơ thể. Độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ hạt nhân dựa trên hiện tượng các mô khác nhau sẽ hấp thu khác nhau. Ví dụ các hạt nanô có đường kính 30 nm có thể nhanh chóng đi vào gan và tì trong khi những cơ quan khác thì chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt nanô ở các cơ quan là khác nhau, dẫn đến sự nhiễu loạn từ trường địa phương cũng khác nhau làm tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ do thời gian hồi phục bị thay đổi khi đi từ mô này đến mô khác. Những hạt có kích thước nhỏ sẽ có thời gian tồn tại trong cơ thể lâu hơn vì màng lưới nội mô nhận biết chúng khó hơn. Các hạt nanô như là một chất tương phản MRI có thể đi đến tủy xương,[42] mạch máu,[43] hệ thần kinh.[44] Chú ý rằng màng lưới nội mô của các tế bào ung thư hoạt động không hiệu quả như các tế bào khỏe mạnh thông thường. Do đó, thời gian hồi phục của các proton trong các tế bào ung không bị ảnh hưởng nhiều. Dựa trên điều này người ta xác định được các hạch bạch huyết,[45] ung thư gan[46] và ung thư não.[47]

Hình 13: Ảnh MRI của não chuột để phát hiện tế bào gốc cấy vào trong não. Hình trên có sử dụng các tế bào gốc đánh dấu bởi các hạt nanô từ tính, hình dưới không được đánh dấu.

Hạt nanô từ tính được chức năng hóa để liên kết với một số mô nhất định sẽ có tác dụng đánh dấu hiệu quả hơn. Hình 13 cho thấy ảnh MRI của não chuột để phát hiện tế bào gốc cấy vào trong não. Hình trên có sử dụng các tế bào gốc đánh dấu bởi các hạt nanô từ tính, hình dưới không được đánh dấu. Độ tương phản của các tế bào được đánh dấu khác biệt hẳn so vởi độ tương phản của các tế bào không được đánh dấu.[48] Ngoài ra đánh dấu từ tính còn được áp dụng để quan sát thể hiện gen trong công nghệ gen[49] hoặc để nghiên cứu quá trình chết của tế bào.[50]

4. Một số nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc chế tạo các hạt nanô từ đã được thực hiện một vài năm trước đây bằng phương pháp hóa.[51] Có điều đặc biệt là các nghiên cứu chế tạo hạt nanô từ đều tập trung định hướng vào các ứng dụng trong y-sinh học.[52] Ngoài các ứng dụng để tách tế bào,[53] dẫn thuốc, đốt nhiệt từ đã nêu ở trên, chúng tôi còn quan tâm đến việc chế tạo các hạt nanô từ để tách ADN.

5. Phụ lục một số ứng dụng của hạt nanô từ tính

Bảng 1: Hạt nanô từ tính bao bọc bởi các polymer tự hủy sinh học

Chất mang	Ứng dụng sinh học
Erythrocytes	Dẫn thuốc Tách tế bào
Liposomes	Dẫn thuốc
Phospholipids	Cố định enzym
Albumin	Dẫn thuốc Tách tế bào
Starch	Dẫn thuốc MRI Xạ trị
Poly(lactic acid)	Xạ trị
Dextran	Tách tế bào Cố định enzym MRI Đốt nhiệt từ Dẫn thuốc
Chitosan	Dẫn thuốc
Polyalkylcyanoacrylate	Dẫn thuốc
Polyethylene imine	Dẫn thuốc

Bảng 2: Hạt nanô từ tính bao bọc bởi các polymer thường.[i]

Chất mang

Ứng dụng

Ethyl-cellulose

Thâm nhập động mạch

Polymers tổng hợp:

Polystyrene

Polymethylmetacrylate

Tách tế bào, siêu vi, kí sinh trùng

Bảng 3: Một số loại polymer thường dùng để chức năng hóa bề mặt hạt nanô từ tính

Loại polymer	Ứng dụng
Polyethylene glycol	Tăng thời gian lưu thông trong hệ tuần hoàn
Dextran	Tăng thời gian lưu thông trong hệ tuần hoàn
Polyvinylpyrrolidone	Tăng thời gian lưu thông trong hệ tuần hoàn
Fatty acids	Ổn định hệ huyền phù, cung cấp nhóm carboxyl
Polyvinyl alcohol (PVA)	Giúp hạt đồng nhất
Polyacrylic acid	Tương hợp sinh học
Polypeptides	Sinh học tế bào, dẫn thuốc
Phosphorylcholine	Ổn định hệ huyền phù
Poly (D, L- lactide)	Tương hợp sinh học
Poly(N-isopropylacryl amide)	Dẫn thuốc, tách tế bào
Chitosan	Ứng dụng nhiều trong nông nghiệp, dược phẩm
Gelatin	Tương hợp sinh học

Tài liệu tham khảo

[1] Lowenstam HA, Bull Geo. Soc. Am. (1962) 73, 435

[2] Kirschvink JL., Hagadon JW, in: Biomineralization of nano and micro-structures, Bauerlein E (Ed.) Wiley-VCH, Weinheim, p. 139.
[3] Blakemore R, Science 190 (1975) 377.
[4] Matsunaga T, Sakaguchi T, J. Biosci. Bioeng. 90 (2000) 1.
[5] I. Šafařík, M. Šafaříková, Monatshefte für Chemie 133 (2002) 737.
[6] Weiss BP, et al., Science 290 (2000) 791.
[7] Matsunaga T, Tsujimura N, Kamiya S, Biotechno. Tech. 9 (1995) 355
[8] Leslie-Pelecky, D.L., V. Labhasetwar, and J. Kraus, R.H., Nanobiomagnetics, in Advanced Magnetic Nanostructures, D.J. Sellmyer and R.S. Skomski, Editors. 2005, Kluwer: New York.
[9] Pankhurst, Q.A., J. Connolly, S.K. Jones, and J. Dobson, J. Phys. D: Appl. Phys., 36 (2003) R167.
[10] Owen C S 1983 Magnetic cell sorting Cell Separation: Methods and Selected Applications (New York: Academic)
[11] Rheinlander T, Kotitz R, Weitschies W and Semmler W 2000 Magnetic fractionation of magnetic fluids J. Magn. Magn. Mater. 219 219–28
[12] Moore L, Rodeiguez A, Williams P, McCloskey B, Nakamura M, Chalmers J and Zborowski M 2001 Progenitor cell isolation with a high-capacity quadrapole magnetic flow sorter J. Magn. Magn. Mater. 225 277–8.
[13] Todd P, Cooper R, Doyle J, Dunn S, Vellinger J and Deuser M 2001 Multistage magnetic particle separator J. Magn. Magn. Mater. 225 294–300
[14] Liberti P A, Rao C G and TerstappenLWMM2001 Optimization of ferrofluids and protocols for the enrichment of breast tumor cells in blood J. Magn. Magn. Mater. 225 301–7
[15] Paul F, Melville D, Roath S and Warhurst D 1981 A bench top magnetic separator for malarial parasite concentration IEEE Trans. Magn. MAG-17 2822–4
[16] Seesod N, Nopparat P, Hedrum A, Holder A, Thaithong S, Uhlen M and Lundeberg J 1997 An integrated system using immunomagnetic separation, polymerase chain reaction, and colorimetric detection for diagnosis of Plasmodium Falciparum Am. J. Tropical Med. Hygiene 56 322–8
[17] Hofmann W-K, de Vos S, Komor M, Hoelzer D, Wachsman W and Koeffler H P 2002 Characterization of gene expression of CD34+ cells from normal and myelodysplastic bone marrow Blood 100 3553–60
[18] Senyei A, Widder K and Czerlinski C 1978 Magnetic guidance of drug carrying microspheres J. Appl. Phys. 49 3578–83
[19] Mosbach K and Schr¨oder U 1979 Preparation and application of magnetic polymers for targeting of drugs FEBS Lett. 102 112–6
[20] Alexiou C, Arnold W, Klein R J, Parak F G, Hulin P, Bergemann C, Erhardt W, Wagenpfeil S and Lubbe A S 2000 Locoregional cancer treatment with magnetic drug targeting Cancer Res. 60 6641–8
[21] Voltairas P A, Fotiadis D I and Michalis L K 2002 Hydrodynamics of magnetic drug targeting J. Biomech. 35 813–21
[22] Mehta R V, Upadhyay R V, Charles S W and Ramchand C Nc1997 Direct binding of protein to magnetic particlescBiotechnol. Techn. 11 493–6
[23] Koneracka M, Kopcansky P, Antalk M, Timko M, Ramchand C N, Lobo D, Mehta R V and Upadhyay R V 1999 Immobilization of proteins and enzymes to fine magnetic particles J. Magn. Magn. Mater. 201 427–30
[24] Koneracka M, Kopcansky P, Timko M, Ramchand C N, de Sequeira A and Trevan M 2002 Direct binding procedure of proteins and enzymes to fine magnetic particles J. Mol. Catalysis B Enzymatic 18 13–8
[25] Widder K J, Morris R M, Poore G A, Howard D P and Senyei A E 1983 Selective targeting of magnetic albumin microspheres containing low-dose doxorubicin—total remission in Yoshida sarcoma-bearing rats Eur. J. Cancer Clin. Oncol. 19 135–9
[26] Goodwin S, Peterson C, Hob C and Bittner C 1999 Targeting and retention of magnetic targeted carriers (MTCs) enhancing intra-arterial chemotherapy J. Magn. Magn. Mater. 194 132–9
[27] Goodwin S C, Bittner C A, Peterson C L and Wong G 2001 Single-dose toxicity study of hepatic intra-arterial infusion of doxorubicin coupled to a novel magnetically targeted drug carrier Toxicol. Sci. 60 177–83
[28] Kubo T, Sugita T, Shimose S, Nitta Y, Ikuta Y and Murakami T 2000 Targeted delivery of anticancer drugs with intravenously administered magnetic liposomes in osteosarcoma-bearing hamsters Int. J. Oncol. 17 309–16
[29] Kubo T, Sugita T, Shimose S, Nitta Y, Ikuta Y and Murakami T 2000 Targeted delivery of anticancer drugs with intravenously administered magnetic liposomes in osteosarcoma-bearing hamsters Int. J. Oncol. 17 309–16
[30] Lubbe A S, Bergemann C, Huhnt W, Fricke T, Riess H, Brock J W and Huhn D 1996 Preclinical experiences with magnetic drug targeting: tolerance and efficacy Cancer Res. 56 4694–701
[31] Lubbe A S, Bergemann C, Riess H, Schriever F, Reichardt P, Possinger K, Matthias M, Doerken B, Herrmann F and Guertler R 1996 Clinical experiences with magnetic drug targeting: a phase I study with 4-epidoxorubicin in 14 patients with advanced solid tumors Cancer Res. 56 4686–93
[32] Hafeli U O, Sweeney S M, Beresford B A and Humm J L 1995 Effective targeting of magnetic radioactive 90Y-microspheres to tumor cells by an externally applied magnetic field. Preliminary in vitro and in vivo results Nucl. Med. Biol. 22 147
[33] Hafeli U, Pauer G, Failing S and Tapolsky G 2001 Radiolabeling of magnetic particles with rhenium-188 for cancer therapy J. Magn. Magn. Mater. 225 73–8
[34] Mah C, Fraites T J, Zolotukhin I, Song S, Flotte T R, Dobson J, Batich C and Byrne B J 2002 Improved method of recombinant AAV2 delivery for systemic targeted gene therapy Mol. Therapy 6 106–12
[35] Gilchrist R K, Medal R, Shorey W D, Hanselman R C, Parrott J C and Taylor C B 1957 Selective inductive heating of lymph nodes Ann. Surg. 146 596–606
[36] Granov A M, Muratov O V and Frolov V F 2002 Problems in the local hyperthermia of inductively heated embolized tissues Theor. Foundations Chem. Eng. 36 63–6
[37] Reilly J P 1992 Principles of nerve and heart excitation by time-varying magnetic fields Ann. New York Acad. Sci. 649 96–117
[38] Rosensweig R E 2002 Heating magnetic fluid with alternating magnetic field J. Magn. Magn. Mater. 252 370–4
[39] Debye P 1929 Polar Molecules (New York: The Chemical Catalog Company)
[40] Jordan A, Wust P, Fahling H, Johns W, Hinz A and Felix R 1993 Inductive heating of ferrimagnetic particles and magnetic fluids: physical evaluation of their potential for hyperthermia Int. J. Hyperthermia 9 51–68
[41] Hergt R, Andra W, d’Ambly C, Hilger I, Kaiser W, Richter U and Schmidt H 1998 Physical limits of hyperthermia using magnetite fine particles IEEE Trans. Magn. 34 3745–54
[42] Weissleder R, Elizondo G, Wittenburg J, Rabito C A, Bengele H H and Josephson L 1990 Ultrasmall superparamagnetic iron oxide: characterization of a new class of contrast agents for MR imaging Radiol. 175 489–93
[43] Wacker F K, Reither K, Ebert W, Wendt M, Lewin J S and Wolf K J 2003 MR image-guided endovascular procedures with the ultrasmall superparamagnetic iron oxide SHU555C as an intravascular contrast agent: study in pigs Radiology 226 459–64
[44] Dosset V, Gomez C, Petry K G, Delalande C and Caille J-M 1999 Dose and scanning delay using USPIO for central nervous system macrophage imaging Magn. Res. Mater. Phys., Biol. Med. 8 185–9
[45] Michel S C A, Keller T M, Frohlich J M, Fink D, Caduff R, Seifert B, Marincek B and Kubik-Huch R A 2002 Preoperative breast cancer staging: MR imaging of the axilla with ultrasmall superparamagnetic iron oxide enhancement Radiology 225 527–36
[46] Semelka R C and Helmberger T K G 2001 Contrast agents for MR imaging of the liver Radiology 218 27–38
[47] Enochs W S, Harsh G, Hochberg F and Weissleder R 1999 Improved delineation of human brain tumors on MR images using a long-circulating, superparamagnetic iron oxide agent J. Magn. Res. Imag. 9 228–32
[48] Stroh A, Faber C, Neuberger T, Lorenz P, Sieland K, Jakob PM, Webb A, Pilgrimm H, Schober R, Pohl EE, Zimmer C., Neuroimage. 2005 24, 635-45.
[49] Weissleder R, Moore A, Mahmood U, Bhorade R, Benveniste H, Chiocca E A and Basilion J P 2000 In vivo magnetic resonance imaging of transgene expression Nature Med. 6 351–4
[50] Zhao M, Beauregard D, Loizou L, Davletov B and Brindle K 2001 Non-invasive detection of apoptosis using magnetic resonance imaging and a targeted contrast agent Nature Med. 7 1241–4
[51] N. H. Hai, N. D. Phu, N. H. Luong, N. Chau, H. D. Chinh, L. H. Hoang and D. L. Leslie-Pelecky, Mechanism for Sustainable Magnetic Nanoparticles under Ambient Conditions, J. Korean Phys. Soc., 52 (2008) 1327-1331.
[52] N. T. Khuat, V. A. T. Nguyen, T.-N. Phan, C. V. Thach, N. H. Hai and N. Chau, Extension of the Inhibitory Effect of Chloramphenicol on Bacteria by Incorporating It into Fe3O4 Magnetic Nanoparticles, J. Korean Phys. Soc., 52 (2008) 1323-1326.
[53] C. V. Thach, N. H. Hai and N. Chau, Size Controlled Magnetite Nanoparticles and Their Drug Loading Ability, J. Korean Phys. Soc., 52 (2008) 1332-1335.
[54] Ajay Kumar Gupta, Mona Gupta, Biomaterials 26 (2005) 3995–4021

Chế tạo hạt nanô ô xít sắt từ tính

2009-03-21T21:13:00.002+07:00

1. Mở đầu

Vật liệu nano đang đi sâu vào đời sống hiện đại và đang dần dần chiếm một ý nghĩa rất lớn đối với đời sống của con người nhờ vào các tính chất rất đặc biệt của chúng mà các vật liệu truyền thống trước đó không có được. Tính đặc biệt của vật liệu nano có được là nhờ kích thước nhỏ bé của chúng.

Bất cứ vật liệu nào đều có sự hưởng ứng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng độ từ hóa (từ độ - M). Tỷ số c = M/H được gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có c <> 0 (~10-6) được gọi là vật liệu thuận từ. Vật liệu có c > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferri từ. Ở đây, vật liệu từ tính ngụ ý là vật liệu sắt từ, ferri từ hoặc siêu thuận từ. Ngoài độ cảm từ, một số thống số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu, ví dụ như: từ độ bão hòa Ms (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), từ dư Mr (từ độ còn dư sau khi ngừng tác động của từ trường ngoài), lực kháng từ Hc (từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ). Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đó (thông thường từ vài cho đến vài chục nanô mét), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferri từ biến mất, chuyển động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng không. Điều đó có nghĩa là, khi ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa, đây là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học. Hạt nanô từ tính dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và vật liệu có tính tương hợp sinh học (không có độc tính). Tính đống nhất về kích thước và tính chất liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo còn từ độ bão hòa và tính tương hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ phòng, sắt không độc đối với cơ thể người và tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như ô-xít sắt Fe3O4 được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nanô từ tính.

Tính siêu thuận từ có được khi kích thước nhỏ đến mức năng lượng nhiệt phá vỡ trạng thái trật tự từ. Kích thước chuyển sắt từ-siêu thuận từ được xác định bởi công thức sau:

KV <>2. Chế tạo hạt nanô từ tính đơn lẻ

2.1. Phương pháp nghiền

Phương pháp nghiền được phát triển từ rất sớm để chế tạo hạt nanô từ tính dùng cho các ứng dụng vật lý như truyền động từ môi trường không khí vào buồng chân không, làm chất dẫn nhiệt trong các loa công suất cao,... Trong những nghiên cứu đầu tiên về CLT[1], vật liệu từ tính ô-xít sắt Fe₃O₄, được nghiền cùng với CHHBM (a-xít Oleic) và dung môi (dầu, hexane). CHHBM giúp cho quá trình nghiền được dễ dàng và đồng thời tránh các hạt kết tụ với nhau. Sau khi nghiền, sản phẩm phải trải qua một quá trình phân tách hạt rất phức tạp để có được các hạt tương đối đồng nhất. Phương pháp nghiền có ưu điểm là đơn giản và chế tạo được vật liệu với khối lượng lớn. Việc thay đổi CHHBM và dung môi không ảnh hưởng nhiều đến quá trình chế tạo. Nhược điểm của phương pháp này là tính đồng nhất của các hạt nanô không cao vì khó có thể khống chế quá trình hình thành hạt nanô. Hạt nanô từ tính chế tạo bằng phương pháp này thường được dùng cho các ứng dụng vật lý.
2.2. Phương pháp đồng kết tủa

Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ. Các mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuyếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nanô (hình 2). Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế sự hình thành của những mầm mới. Các phương pháp sau đây là những phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt... Phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp thường được dùng để tạo các hạt ô-xít sắt. Có hai cách để tạo ô xít sắt bằng phương pháp này đó là hydroxide sắt bị ô xi hóa một phần bằng một chất ô xi hóa nào đó và già hóa hỗn hợp dung dịch có tỉ phần hợp thức Fe⁺² và Fe⁺³ trong dung môi nước. Phương pháp thứ nhất có thể thu được hạt nanô có kích thước từ 30 nm – 100 nm.[2] Phương pháp thứ hai có thể tạo hạt nanô có kích thước từ 2 nm – 15 nm.[3] Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch mà người ta có thể có được kích thước hạt như mong muốn đồng thời làm thay đổi điện tích bề mặt của các hạt đã được hình thành.

Hình 2: Cơ chế hình thành và phát triển hạt nanô trong dung dịch

Cơ chế tổng hợp hạt nanô Fe₃O₄như sau: với tỉ phần mol hợp lí Fe³⁺/Fe²⁺ = 2 trong môi trường kiềm có pH = 9 – 14 và trong điều kiện thiếu ô xy.[4]

Fe³⁺ + H₂O -> Fe(OH)_x^3-x (thông qua quá trình mất proton)

Fe²⁺ + H₂O -> Fe(OH)_y^2-y (thông qua quá trình mất proton)

Fe(OH)_x^3-x + Fe(OH)_y^2-y -> Fe₃O₄ (thông qua quá trình ô xi hóa và dehydride hóa, pH > 9, nhiệt độ 60°). Tổng hợp các phản ứng trên chúng ta có phương trình sau:

Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 8OH^- = Fe₃O₄ + 4H₂O

Nếu có ô xi thì magnetite bị ô xi hóa thành hdroxide theo phản ứng:

Fe₃O₄ + 0,25 O₂ + 4,5 H₂O -> 3Fe(OH)₃

2.3. Vi nhũ tương

Vi nhũ tương (microemulsion) cũng là một phương pháp được dùng khá phổ biến để tạo hạt nanô. Với nhũ tương “nước-trong-dầu”, các giọt dung dịch nước bị bẫy bởi các phân tử CHHBM trong dầu (các mixen) (hình 3). Đây là một dung dịch ở trạng thái cân bằng nhiệt động trong suốt, đẳng hướng. Do sự giới hạn về không gian của các phân tử CHHBM, sự hình thành, phát triển các hạt nanô bị hạn chế và tạo nên các hạt nanô rất đồng nhất. Kích thước hạt có thể từ 4-12 nm với độ sai khác khoảng 0.2-0.3 nm.[5] Ví dụ, dodecyl sulfate sắt, Fe(DS)2, được dùng trong phương pháp vi nhũ tương để tạo hạt nanô từ tính với kích thước có thể được điều khiển bằng nồng độ chất hoạt hóa bề mặt (CHHBM) là AOT và nhiệt độ.[6]

Hình 3: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước.

Phương pháp vi nhũ tương cũng là một phương pháp chế tạo hạt nano đã được thế giới ứng dụng từ lâu do khả năng điều khiển kích thước hạt dễ dàng của nó. Cơ chế cụ thể của phản ứng xảy ra trong hệ vi nhũ tương như sau (hình 4): Phản ứng hóa học tạo các chất mong muốn sẽ xảy ra khi ta hòa trộn các hệ vi nhũ tương này lại với nhau. Có 2 cách để các phân tử chất phản ứng gặp nhau:

Cách thứ nhất: Các phân tử chất phản ứng thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt ra ngoài và gặp nhau. Nhưng thực tế thì tỷ lệ sản phẩm tạo thành theo cách này là rất nhỏ,không đáng kể.

Cách thứ hai: Khi các hạt vi nhũ tương của các chất phản ứng gặp nhau, nếu có đủ lực tác động thì 2 hạt nhỏ (A,B) có thể tạo thành một hạt lớn hơn(C). Các chất phản ứng trong 2 hạt nhỏ sẽ hòa trộn, phản ứng xảy ra trong lòng hạt lớn và sản phẩm mong muốn được tạo thành (ở đây là các hạt magnetite Fe3O4). Các hạt magnetite Fe3O4 sau khi tạo thành sẽ bị chất hoạt hóa bề mặt bao phủ và ngăn cản không cho phát triển thêm về kích thước.

Hình 4: Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương.

Cũng bằng phương pháp này, người ta có thể chế tạo hạt ô-xít sắt bao phủ bởi một lớp vàng để tránh ô-xi hóa và tăng tính tương hợp sinh học. Ở đây người ta dùng cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) là CHHBM và octane là pha dầu dung dịch phản ứng ở trong pha nước.[7]

2.4. Phương pháp Polyol

Polyol là phương pháp thường dùng để tạo các hạt nanô kim loại như Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe,... Sau này nó được mở rộng để tạo các hạt nanô dựa trên. Các hạt nanô được hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol (rượu đa chức). Polyol có tác dụng như một dung môi hoặc trong một số trường hợp như một chất khử ion kim loại. Tiền chất có thể hòa tan trong polyol rồi được khuấy và nâng đến nhiệt độ sôi của polyol để khử các ion kim loại thành kim loại. Bằng cách điều khiển động học kết tủa mà chúng ta có thể thu được các hạt kim loại với kích thước và hình dáng như mong muốn. Người ta còn thay đổi phương pháp này bằng cách đưa những mầm kết tinh bên ngoài vào dung dịch. Như vậy quá trình tạo mầm và phát triển hạt là hai quá trình riêng biệt làm cho hạt đồng nhất hơn. Hạt nanô ô xít sắt với đường kính 100 nm có thể được hình thành bằng cách trộn tỉ lệ không cân đối hydroxide sắt với dung dịch hữu cơ.[8] Muối FeCl2 và NaOH phản ứng với ethylene glycol (EG) hoặc polyethylene glycol (PEG) và kết tủa Fe xảy ra ở nhiệt độ từ 80 - 100°C. Bằng phương pháp này còn có thể tạo các hạt hợp kim của Fe với Ni hoặc Co. Hạt đồng nhất có kích thước từ khoảng 100 nm thu được bằng cách không cho mầm kết tinh từ bên ngoài. Nếu cho mầm kết tinh từ bên ngoài là các hạt nanô Pt thì có thể thu được các hạt có kích thước có thể dao động từ 50 – 100 nm.

2.5. Phương pháp phân li các tiền chất hữu cơ ở nhiệt độ cao

Phương pháp phân li các tiền chất hữu cơ ở nhiệt độ cao phân li tiền chất chứa sắt trong môi trường CHHBM ở nhiệt độ cao có thể tạo ra các hạt nanô ô xít sắt đồng nhất, kích thước như mong muốn và kết tinh tốt. Ví dụ, Alivisatos đã tiêm FeCup3(Cup: N-nitrosophenylhydroxylamine) trong octylamine vào CHHBM có nhóm amino ở nhiệt độ 250 – 300°C để thu được các hạt nanô tinh thể maghemite có kích thước từ 4 – 10 nm.[9] Hyeon tạo hạt nano tinh thể maghemite kích thước đồng nhất 13 nm không cần dùng phương pháp thủy phân mà bằng cách tiêm Fe(CO)5 vào trong dung dịch có chứa CHHBM và một chất ô xi hóa nhẹ (trimethylamine oxide)[10]. Sun đã chế tạo thành công hạt nanô magnetite đồng nhất kích thước 3 – 20 nm bằng cách cho phản ứng sắt(III) acetylacetonate trong phenyl ether với sự có mặt của rượu, oleic acid, và oleylamine ở nhiệt độ 265°C. Phương pháp này có thể tạo hạt nanô kích thước 4 nm khi không có mầm kết tinh nhưng để đạt kích thước 20 nm thì cần phải có mầm kết tinh.

2.6. Phương pháp phỏng sinh học

Phương pháp phỏng sinh học bắt đầu từ phân tử protein chứa sắt là ferritin là phương pháp được nghiên cứu kĩ lưỡng nhất. Ferritin gồm một lõi Fe3+ hydrate hóa được bao bởi nhiều lớp protein. Do lõi Fe3+ bị giam hãm như vậy mà người ta có thể tạo ra hạt nano magnetite[11] và magnetite/maghemite[12] với kích thước 6 – 7 nm bằng cách ô xi hóa apoferritin (ferritin trống) bằng trimethylamino-N-oxide.

2.7. Phương pháp hóa siêu âm

Phương pháp hóa siêu âm là các phản ứng hóa học được hỗ trợ bởi sóng siêu âm cũng được dùng để tạo hạt nanô ô xít sắt.[13] Hóa siêu âm là một chuyên ngành của hóa học, trong đó, các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm như một dạng xúc tác.[14] Sóng siêu âm là sóng dọc, là quá trình truyền sự co lại và giãn nở của chất lỏng. Tần số thường sử dụng trong các máy siêu âm là 20 kHz cao hơn ngưỡng nhận biết của tai người (từ vài Hz đến 16 kHz). Khi sóng siêu âm đi qua một chất lỏng, sự giãn nở do siêu âm gây ra áp suất âm trong chất lỏng kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau. Nếu cường độ siêu âm đủ mạnh thì sự giãn nở này sẽ tạo ra những lỗ hổng trong chất lỏng. Điều này xảy ra khi áp suất âm đó lớn hơn sức căng địa phương của chất lỏng. Sức căng cực đại này lại phụ thuộc vào từng chất lỏng và tạp chất ở trong đó. Thông thường, đây là một quá trình phát triển mầm; tức là, nó xuất hiện tại các điểm yếu tồn tại sẵn ở trong chất lỏng, như là những bọt khí hoặc những tiểu bọt khí tức thời có trong chất lỏng sinh ra từ những quá trình tạo lỗ hổng trước đó. Phần lớn các chất lỏng bị nhiễm bẩn bởi các hạt nhỏ mà lỗ hổng có thể xuất phát từ đó khi có mặt của áp suất âm. Một khi được hình thành, các bọt khí nhỏ bị chiếu siêu âm sẽ hấp thụ năng lượng từ sóng siêu âm và phát triển lên. Sự phát triển của các lỗ hổng phụ thuộc vào cường độ siêu âm. Khi cường độ siêu âm cao, các lỗ hổng nhỏ có thể phát triển rất nhanh. Sự giãn nở của các lỗ hổng đủ nhanh trong nửa đầu chu kì của một chu kì sóng siêu âm, nên đến nửa sau chu kì thì nó không có đủ thời gian để co lại nữa. Khi cường độ siêu âm thấp hơn, các lỗ hổng xuất hiện theo một quá trình chậm hơn gọi là khuyếch tán chỉnh lưu (hình 2). Dưới các điều kiện này, kích thước của một lỗ hổng sẽ dao động theo các chu kì giãn nở và co lại. Trong khi dao động như thế lượng khí hoặc hơi khuyếch tán vào hoặc ra khỏi lỗ hổng phụ thuộc vào diện tích bề mặt. Diện tích bề mặt sẽ lớn hơn trong quá trình giãn nở và nhỏ hơn trong quá trình co lại. Do đó, sự phát triển của lỗ hổng trong quá trình giãn nở sẽ lớn hơn trong quá trình co lại. Sau nhiều chu kì siêu âm, lỗ hổng sẽ phát triển. Lỗ hổng có thể phát triển đến một kích thước tới hạn mà tại kích thước đó lỗ hổng có thể hấp thụ hiệu quả năng lượng của sóng siêu âm. Kích thước này gọi là kích thước cộng hưởng, nó phụ thuộc vào tần số của sóng âm. Ví dụ, với tần số 20 kHz, kích thước này khoảng 170 mm. Lúc này, lỗ hổng có thể phát triển rất nhanh trong một chu kì duy nhất của sóng siêu âm. Một khi lỗ hổng đã phát triển quá mức, ngay cả trong trường hợp cường độ siêu âm thấp hay cao, nó sẽ không thể hấp thụ năng lượng siêu âm một cách có hiệu quả được nữa. Và khi không có năng lượng tiếp ứng, lỗ hổng không thể tồn tại lâu được. Chất lỏng ở xung quanh sẽ đổ vào và lỗ hổng bị suy sụp. Sự suy sụp của lỗ hổng tạo ra một môi trường đặc biệt cho các phản ứng hoá học - các điểm nóng (hot spot). Điểm nóng này là nguồn gốc của hoá siêu âm đồng thể; nó có nhiệt độ khoảng 5000°C, áp suất khoảng 1000 at, thời gian sống nhỏ hơn một ms và tốc độ tăng giảm nhiệt trên 1010 (mười tỉ) K/s. Hóa siêu âm được ứng dụng để chế tạo rất nhiều loại vật liệu nano như vật liệu nano xốp,[15] nano dạng lồng, hạt nano, ống nano.[16] Hạt nanô ô xít sắt và ô xít sắt pha Co và Ni đã được chế tạo bằng phương pháp này. Tuy nhiên các hạt nanô cần phải có chế độ xử lí nhiệt mới có thể đạt được từ độ bão hòa cao ở nhiệt độ phòng.

Hình 5: Sự hình thành và phát triển của lỗ hổng trong lòng chất lỏng dưới tác dụng của sóng siêu âm. Sau nhiều chu kì phát triển lỗ hổng không thể hấp thụ năng lượng sóng siêu âm được nữa nên bị suy sụp rất nhanh tạo thành các điểm nóng.

Hạt nanô từ tính dựa trên ô xít sắt đã được chế tạo bằng hóa siêu âm.[17] Đây là phương pháp rất đơn giản để tạo hạt nanô từ tính với từ độ bão hòa rất cao.[18] Muối iron (II) acetate được cho vào trong nước cất hai lần rồi cho chiếu xạ siêu âm với công suất khoảng 200 W/2 h trong môi trường bảo vệ. Sóng siêu âm được tác dụng dưới dạng xung để tránh hiện tượng quá nhiệt do siêu âm tạo ra. Khi tác dụng siêu âm, trong dung dịch sẽ xuất hiện các chất có tính khử và tính ôxi hóa như H2, hydrogen peroxide (H2O2). Các sản phẩm trung gian năng lượng cao có thể là HO2 (superoxide), hydro nguyên tử, hydroxyl và điện tử. Các chất này sẽ ôxi hóa muối sắt và biến chúng thành magnetite Fe3O4. Sau khi phản ứng xảy ra ta thu được hạt nanô Fe3O4 với từ độ bão hòa có thể đến 80 emu/g, cao gần bằng giá trị của Fe3O4 ở dạng khối.

Có ba vùng được hình thành trong quá trình chiếu xạ siêu âm một chất lỏng. Vùng (a) là vùng chất khí nằm bên trong lỗ hổng. Vùng này có nhiệt độ cao và áp suất lớn làm cho hơi nước bị nhiệt phân thành các gốc tự do H và OH. Vùng (b) là vùng biên giữa chất khí và chất lỏng. Mặc dù nhiệt độ ở đây thấp hơn ở vùng (a) nhưng cũng đủ lớn để phản ứng phân hủy nhiệt xảy ra. Người ta đã quan sát được các gốc hydroxyl tự do ở vùng này. Vùng (c) là vùng chất lỏng. Ở đây nhiệt độ gần bằng nhiệt độ phòng nên xảy ra quá trình tái hợp H và OH. Trong ba vùng kể trên thì vùng (b) là vùng mà ở đó phản ứng hóa siêu âm diễn ra. Khi chiếu xạ siêu âm dung dịch chứa muối iron (II) acetate thì xuất hiện các phản ứng sau:

H2O ))) H^· + OH^·
H^· + H^· -> H₂
OH^· + OH^· -> H₂O₂
Fe(CH₃COO)₂ -> Fe²⁺ + 2(CH₃COO)^-
Chất ôxi hóa mạnh hydrogen peroxide sẽ ô xi hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ theo phản ứng sau:
2Fe²⁺ + H₂O₂ -> 2Fe³⁺ + 2OH^-
Các ion Fe²⁺ và Fe³⁺ kết hợp với nhau để tạo thành magnetite. Tốc độ hình thành các gốc hydroxyl được ước lượng là 25 mM/phút dưới khí Ar. Bằng cách điều khiển nhiệt độ mà chúng tôi có thể tạo các hạt Fe₃O₄ với các hình dạng khác nhau (hình 6).

Hình 6: Bằng phương pháp hóa siêu âm chúng tôi có thể tạo các hạt que Fe₃O₄.

2.8. Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa cũng được dùng để chế tạo hạt nanô ô xít sắt từ tính.[19] Dung dịch điện hóa là dung dịch hữu cơ. Kích thước của hạt nanô từ 3 – 8 nm được điều khiển bằng mật độ dòng điện phân. Sự phân tán của các hạt nanô nhờ vào các CHHBM dương. Phương pháp này phức tạp và hiệu suất không cao như các phương pháp khác nên ít được nghiên cứu.

2.9. Phương pháp nhiệt phân

Phương pháp nhiệt phân là phương pháp rất hiệu quả để có thể chế tạo hạt nanô với quy mô lớn. Phương pháp này được chia làm hai phương pháp nhỏ là nhiệt phân bụi hơi và nhiệt phân laser. Phương pháp nhiệt phân bụi hơi có thể tạo các hạt mịn nhưng các hạt này thường kết tụ lại với nhau thành các hạt lớn hơn. Trong khi phương pháp nhiệt phân laser tạo các hạt mịn ít kết tụ với nhau.

Hình 7: Nguyên lý của phương pháp nhiệt phân bụi hơi.

Hình 8: Nguyên tắc nhiệt phân laser.

Nguyên tắc của phương pháp nhiệt phân bụi hơi để tạo hạt nanô ô xít sắt bắt đầu từ muối Fe3+ và một vài hóa chất có vai trò tác nhân khử ion thành kim loại để sau đó bị ô xi hóa thành ô xít sắt maghemite. Nếu không có tác nhân khử nói trên thì hematite sẽ được hình thành[20] dẫn đến vật liệu cuối cùng không có từ tính mạnh. Trong dung dịch cồn, các hạt maghemite với kích thước từ 5 – 60 nm có thể được hình thành với nhiều hình dạng khác nhau phụ thuộc vào bản chất của tiền chất chứa sắt ban đầu.[21] Sơ đồ của hệ nhiệt phân bụi hơn được cho trong hình 7. Hệ gồm bộ phận tạo bụi hơi dùng siêu âm. Bụi hơn sẽ được phun vào một cái lò gia nhiệt để phản ứng xảy ra và hạt mịn được làm khô trước khi được chuyển đến một hệ để thu các hạt. Với tiền chất là Fe(NO3)3 thì đường kính hạt mịn là 6 nm nhưng khi tiền chất là FeCl3 thì giá trị đó là 60 nm. Với sắt acetylacetonate hạt được tạo ra có kích thước 5 nm và có độ đồng nhất rất cao. Nếu tiền chất là Fe2+ ammonium citrate thì kết quả là hình cầu rỗng có đường kính rất lớn đến 300 nm. Vỏ của các hình cầu là tập hợp các hạt nanô nhỏ hơn có kích thước từ 20 – 40 nm phụ thuộc vào nhiệt độ của lò.

Phương pháp nhiệt phân laser được dùng để chế tạo hạt Si, SiC, Si3N4, Si/C/N, ô xít sắt có kích thước từ 5 – 20 nm.[22],[23] Ở phương pháp này luồng hơi hỗn hợp có chứa chất phản ứng được nung nóng bởi laser CO2 và phản ứng xảy ra do nhiệt độ cao (hình 8). Khi áp suất hơi và công suất laser có hơn một giá trị nào đó thì hạt được hình thành và được lọc ra ngoài bằng khí trơ. Hạt nanô tạo từ phương pháp này có kích thước nhỏ, đồng nhất và hầu như không kết tụ. Người ta dùng phương pháp này để tạo hạt nanô g-Fe2O3 kết tinh tốt và có kích thước từ 3,5 – 5 nm. Sơ đồ hệ nhiệt phân laser được cho ở hình trên. Vùng phản ứng hóa học xảy ra lừ nơi giao nhau của chùm hơi và chùm laser (10,6 mm) và được tách hoàn toàn khỏi các vùng khác làm cho quá trình kết đám của các hạt được loại bỏ gần như hoàn toàn. Tiền chất trong trường hợp này là Fe(CO)5 không hấp thụ laser nên ethylene được dùng là chất hấp thụ năng lượng laser và là chất mang hơi đến buồng phản ứng. Ethylene không bị phân hủy với năng lượng của laser (652 Wcm-2), nó chỉ có tác dụng chuyển đổi năng lượng laser thành năng lượng nhiệt để phân hủy Fe(CO)5. Để tạo Fe2O3 người ta phải đưa không khí vào bằng cách trộn không khí với Ar.

3. Chế tạo hạt nanô từ tính bao trong một chất khác

3.1. Các kiểu bao bọc hạt nanô

Hạt nanô từ tính thường được bao bọc trong một vỏ hoặc nền phi từ tính có kích thước vài trăm nm (còn gọi là các tiểu cầu chứa hạt nanô) để tránh kết tụ khi không có mặt của từ trường ngoài. Việc bao bọc như thế tạo ra một bề mặt có tính tương hợp sinh học và dễ dàng chức năng hóa. Việc chế tạo các tiểu cầu bên trong có, có kích thước micro hoặc nanô là một quá trình trong đó các chất ở thể khí, lỏng, rắn có chứa muối sắt được bọc bên trong các lớp vỏ tạo bởi vật liệu thứ hai (có thể là polymer hữu cơ hoặc vô cơ), lớp vỏ này có tác dụng bảo vệ và cách ly vật liệu làm lõi với môi trường đồng thời cũng quyết định các tính chất của lõi cho phù hợp với những đòi hỏi đặt ra (chẳng hạn phân ly được trong nước, bền vững trong môi trường…)[3].

Các tiểu cầu (microencapsulations) có thể có cấu trúc đa dạng và gồm có các phần chính là lõi và vỏ. Hình dạng và các tính chất của lõi và vỏ, theo lý thuyết cho thấy có thể được điều chỉnh bằng cách khống chế các thành phần và các thông số chế tạo. Dưới đây là một số dạng tiểu cầu tiêu biểu theo lý thuyết.

Hình 9: Hình dạng điển hình của các tiểu cầu có chứa hạt nanô.

Trong các dạng này, tỉ lệ lõi/vỏ và kiểu kết cầu là hai yếu tố cơ bản để tạo ra các cấu trúc khác nhau của tiểu cầu. Tuy nhiên trong thực tế, tiểu cầu rất hiếm khi đồng đều và hình dạng của chúng có thể rất khác so với những dạng được mô tả ở trên. Lưu ý rằng, ngoài các cấu trúc lõi - vỏ thông thường của tiểu cầu còn có cấu trúc mà trong đó các hạt nanô phân bố đều bên trong một nền chất mang. Việc tạo ra các tiểu cầu có các tính chất như mong muốn và mang lại những lợi ích có tính ứng dụng trong khoa học sự sống, công nghệ sinh học, y học, dược học, nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, sản suất giấy…

Việc lựa chọn các thành phần để làm lõi và vỏ được tiến hành phụ thuộc vào các tính chất mong muốn của sản phẩm cuối cùng, hướng áp dụng, và quy trình chế tạo. Có rất nhiều vật liệu hữu cơ hay vô cơ để làm lõi đã được đem kết nang chẳng hạn như chất keo, các bon hoạt hóa các hợp chất hữu cơ, các chất xúc tác, dược phẩm và thuốc, các chất đối chiếu sử dụng trong việc chuẩn đoán, các enzyme hoạt hóa... Hầu hết vỏ nang tạo bởi các polymer tự nhiên hay tổng hợp, tuy nhiên, trên thực tế theo một số báo cáo cho thấy còn có thể sử dụng các axít béo, thậm chí còn sử dụng các vật liệu dạng có dạng ‘glass’.

Tỉ lệ lõi/vỏ là một yếu tố quan trọng để chế tạo nên các tiểu. Việc điều chỉnh cả hai thông số độ dày của vỏ và tỉ lệ lõi/vỏ là rất quan trọng đối với viêc chế tạo tiểu cầu. Chẳng hạn, độ dày vỏ thường tác động đến sự giải phóng của chất hoạt tính làm thay đổi thời gian tồn tại của sản phẩm cuối cùng …

3.2. Các nguyên tắc chế tạo các tiểu cầu chứa hạt nanô

Sau đây là một số phương pháp hiệu quả để chế tạo các tiểu cầu. Phần dưới đây trình bày một số phương pháp thường được dùng để chế tạo tiểu cầu chứa hạt nanô.

3.3.Phương pháp bao bọc từng lớp

Phương pháp bao bọc từng lớp (layer-by-layer) là kĩ thuật ngưng tụ sử dụng một khuôn nanô được chế tạo bằng các phương pháp khác như đồng kết tủa. Sau đó khuôn nanô này được cho vào hỗn hợp có chứa tiền chất của chất cần bao bọc. Phụ thuộc vào bản chất của tiền chất, nhiệt độ và pH mà phương pháp này có thể tạo ra những hình cầu đa chức năng có các đặc tính khác nhau. Ban đầu phương pháp bao bọc từng lớp được ứng dụng để chế tạo các màng mỏng[24],[25] rồi sau đó được áp dụng để tạo ra các cấu trúc vỏ/lõi,[26],[27] các tiểu cầu đa chức năng hoặc các tiểu cầu rỗng. Nguyên tắc của phương pháp này là như sau: các khuôn nanô có thể là các hạt nanô có một điện tích bề mặt nào đó. Khuôn nanô này lần lượt được trộn với các polymer mà khi phân ly có điện tích bề mặt trái dấu với điện tích bề mặt ban đầu và bao bọc khuôn nanô làm cho bề mặt của nó bị tích điện trái dấu với điện tích bề mặt ban đầu. Một loại polymer thứ hai được đưa vào hệ, poymer này có đặc điểm là khi phân ly nó tạo ra điện tích bề mặt ngược dấu với điện tích của polymer thứ nhất. Do điện tích trái dấu nên polymer thứ hai sẽ bao bọc lên khuôn nanô đã được bọc bởi polymer thứ nhất. Như vậy, khuôn nanô được bọc bởi hai lớp polymer. Quá trình như vậy được tiếp tục nhiều lần cho đến khi khuôn nanô được bọc bởi nhiều lớp polymer có độ dày và tính chất như mong muốn (hình 10, 11). Khuôn nanô có thể được loại bỏ để tạo ra các hình cầu rỗng hoặc các tiểu cầu được tạo thành từ các lớp polymer như trên.[28]

Hình 10: Bao bọc hạt nanô bằng phương pháp bao bọc từng lớp.

Hình 11: (a) tiểu cầu PS (b) tiểu cầu PS bọc Fe3O4/PAH, tiểu cầu PS bọc [Fe3O4/PAH]4, tiểu cầu PS bọc [Fe3O4/PDA]4. PS = polystyrene, PAH = poly(allylamine hydrochloride), PDA = poly(diallyldimethylammonium chloride.

Hình 12: Ảnh TEM của tiểu cầu có các hạt nanô từ tính ở trên vỏ.

Phương pháp tạo các tiểu cầu polymer có chứa hạt nanô là một phương pháp rất quan trọng để khắc phục nhược điểm mà các hạt nanô không được bao bọc không thể có đó là tăng tính tương hợp của hạt, chống tác nhân môi trường làm ảnh hưởng đến tính chất của hạt như ô xi hóa, tăng khả năng phân tán của hạt trong dung dịch, giảm độc tính của hạt. Việc tạo ra các lớp bao bọc bằng polymer có thể theo nguyên tắc polymer hóa các monomer như methacrylic acid và hydroxyethyl methacrylate với sự có mặt của hạt nanô Fe3O4[29] (hình 12) hoặc theo nguyên tắc “cross-linking” các polymer albumin[30], chitosan[31], hoặc PVA[32] cùng với sự có mặt của các hạt nanô được đã phân tán trong dung dịch. Ngoài ta bằng phương pháp này người ta còn tạo ra các tiểu cầu rỗng có thể dùng để mang thuốc hoặc các hạt nanô (hình 13).

Hình 13: Một số tiểu cầu rỗng tạo bởi phương pháp bọc từng lớp.[33]

3.4.Phương pháp nhũ tương đảo

Chất lỏng latex siêu thuận từ cũng được chế tạo bằng phương pháp polymer hóa trong hệ nhũ tương đảo.[34] Một polymer kép gồm hai đầu kị nước có mặt khi các tiền chất phản ứng t ạo kết tủa ô xít sắt điều khiển quá trình tạo mầm, quá trình phát triển hạt và ổn định lực đẩy giữa các hạt nanô tạo ra các hạt nanô ô xít sắt siêu thuận từ với đường kính 5 nm. Sau khi làm khô, hệ giống như một chất lỏng từ. Quá trình nhũ tương đảo chất lỏng từ vào decane được thực hiện nhờ sự có mặt của một lượng nhỏ polymer kép có vai trò như một CHHBM cùng với siêu âm để tạo ra các giọt chất lỏng nhỏ có đường kính 180 nm chứa đầy hạt nanô từ tính và các monomer. Sau đó là quá trình polymer hóa các monomer để tạo ra latex siêu thuận từ.
3.5. Bao bọc hạt nanô bằng chất vô cơ

Bao bọc hạt nanô từ tính bằng chất vô cơ, trong đa số trường hợp là silica có tác dụng giống như việc bao bọc hạt nanô bằng các chất hữu cơ. Quan trọng hơn là với bề mặt silane thì hạt nanô có thể dễ dàng phân tán trong các dung môi không phải là nước và là bề mặt lí tưởng để có thể chức năng hóa bằng các liên kết cộng hóa trị.[35] Tuy nhiên việc liên kết mạnh này cũng gây khó khăn khi ta muốn loại bỏ liên kết. Bề mặt silica cho phép các hạt nanô có thể phân tán bên trong lòng nó với một tỉ trọng lớn. Ví dụ, người ta có thể chế tạo ra các hình cầu rỗng có đường kính 150 nm tạo thành từ các hạt nanô và silica bằng phương pháp nhiệt phân bụi hơi một hỗn hợp dung dịch methanol có chứa ammonium citrate sắt và tetraethoxysilane (TEOS).[36] Hình dạng và nguyên lí hình thành các hình cầu rỗng được cho ở hình dưới đây. Trong giai đoạn đầu, sự bay hơi nhanh chóng của hỗn hợp methanol làm gia tăng kết tủa trên bề mặt, tức là hình thành các hình cầu rỗng.[37] Khả năng hòa tan của iron ammonium citrate sắt vào methanol thấp hơn của TEOS là cho kết tủa ban đầu chủ yếu là muối sắt. Giai đoạn hai là giai đoạn hình cầu co lại và TEOS có mặt trên bề mặt nhiều dần lên. Giai đoạn ba là giai đoạn phân hủy nhiệt để tạo lớp vỏ silica của hình cầu rỗng có chứa hạt nanô g-Fe2O3. Bằng phương pháp nhiệt phân bụi hơi hỗn hợp có chứa sắt nitrate đậm đặc (1 M) và TEOS sẽ tạo ra các tiểu cầu silica đường kính 250 nm có chứa hạt nanô ô xít sắt phân tán đều bên trong (hình 3).[38]

Hình 14: silica có hạt nanô tạo nên vỏ tiểu cầu rỗng (trái) và tạo nên tiểu cầu đặc (phải).

Phương pháp vi nhũ tương cũng được dùng để tạo ra hạt nanô bao bọc vởi silica. Người ta đã sử dụng bao loại CHHBM là Triton X-100, Igepal CO-520, and Brij-97.[39] Ô xít sắt được hình thành từ đồng kết tủa muối sắt II và sắt III trong môi trường kiềm mạnh tuy nhiên kích thước hạt của phương pháp này rất nhỏ từ 1 – 2 nm và rất đồng nhất. Một lớp silica rất mỏng khoảng 1 nm được bao bọc xung quanh hạt nanô nhờ quá trình nhiệt phân và polymer hóa TEOS.

Hình 15: Sơ đồ chế tạo tiểu cầu polymer chứa hạt nanô bằng phương pháp hóa hơi dung môi.

3.6.Phương pháp hóa hơi dung môi trong chân không

Đây là phương pháp đơn giản thường được dùng nhất để chế tạo tiểu cầu polymer có chứa hạt nanô từ tính ô xít sắt. Polymer thường được dùng nhất là polystyrene. Dưới đây là ví dụ chế tạo tiểu cầu polystyrene có kích thước khoảng vài trăm nm có các hạt nanô từ tính phân tán bên trong. Hạt nanô Fe3O4 được chế tạo trướ c đó được chức năng hóa bề mặt bằng oleic acid kị nước có thể phân tán trong dầu như hexane hoặc toluene. Hòa tan polystyrene trong một dung môi dễ bay hơi như CH2Cl2 để thu được dung dịch A, rồi đổ hạt nanô từ tính Fe3O4 kị nước vào và khuấy đều bằng máy khuấy từ. Dung dịch B tạo thành bằng cách trộn CHHBM sodium dodecyl sulfate trong nước với một tỉ phần CHHBM nhất định. Trộn dung dịch A và dung dich B bằng máy khuấy cơ học để tạo ra thể nhũ tương. Hóa hơi dung môi dễ bay hơi CH2Cl2 bằng máy cất quay chân không trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ khoảng 60°C. Sau khi CH2Cl2 hóa hơi hết ta thu được các hình cầu polystyrene có chứa các hạt nanô bên trong. Tách lọc các tiểu cầu bằng máy li tâm. Bằng cách thay đổi các thông số đầu vào mà các tiểu cầu có kích thước khác nhau và có từ độ khác nhau như mong muốn.

4. Nhận xét về khả năng ứng dụng các phương pháp chế tạo trong đề tài

Trong các phương pháp trên, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Hơn nữa, việc chế tạo hạt nanô còn phụ thuộc vào điều kiện vật chất của cơ quan nghiên cứu. Dựa trên các đặc điểm đó chúng tôi dự định lựa chọn các phương pháp sau đây để nghiên cứu chế tạo: đồng kết tủa và hóa siêu âm để tạo hạt nanô từ tính ô xít sắt; hóa hơi dung môi và bao bọc từng lớp để tạo tiểu cầu polymer có chứa hạt nanô. Phương pháp đồng kết tủa và hóa hơi dung môi có ưu điểm là các phương pháp đơn giản và có thể chế tạo với số lượng lớn, nhược điểm là đây không phải là những phương pháp mới. Phương pháp hóa siêu âm và bao bọc từng lớp có ưu điểm là các phương pháp mới được phát triển, nghiên cứu các phương pháp này có thể mang đến những đóng góp mới về mặt khoa học nhưng chúng có nhược điểm là phức tạp và đòi hỏi đầu tư nhiều công sức.

5. Tài liệu tham khảo

[1] Rosensweig, R.E., Ferrohydrodynamics. 1985, Cambridge: Cambridge University Press.
[2] Sugimoto T and Matijevic E 1980 J. Colloid Interface Sci. 74 227.
[3] Massart R and Cabuil V 1987 J. Chem. Phys. 84 967.
[4] Ajay Kumar Gupta, Mona Gupta, Biomaterials 26 (2005) 3995–4021
[5] Feltin N and Pileni M P 1997 Langmuir 13 3927.
[6] Lopez-Quintela M A and Rivas J 1993 J. Colloid Interface Sci. 158 446.
[7] Boutonnet M, Kizling J and Stenius P 1982 Colloids Surf. A 5 209
[8] Fievet F, Lagier J P, Blin B, Beaudoin B and Figlarz M 1989 Solid State Ion. 32/33 198
[9] Rockenberger J, Scher E C and Alivisatos A P 1999 J. Am. Chem. Soc. 121 11595
[10] Hyeon T, Lee S S, Park J, Chung Y and Na H B 2001 J. Am. Chem. Soc. 123 12798
[11] Meldrum F C, Heywood B R and Mann S 1992 Science 257 522
[12] Wong K K W, Douglas T, Gider S, Awschalom D D and Mann S 1998 Chem. Mater. 10 279
[13] Cao X, Koltypin Y, Katabi G, Prozorov R, Felner I and Gedanken A 1997 J. Mater. Res. 12 402
[14] K. S. Suslick, The Chemistry of ultrasound trong Encyclopaedia Britannica, Chicago (1994) 138- 155.
[15] N. Arul Dhas, C. Paul Raj, A. Gedanken, Preparation of luminescent silicon nanoparticles: a novel sonochemical approach, Chem. Mater. 10 (1998) 3278-3281.
[16] M. Sivakumar, A. Towata, K. Yasui, T. Tuziuti, Y. Iida, A new ultrasonic cavitation approach for the synthesis of zinc ferrite nanocrystals, Current Appl. Phys. 6 (2006) 591-593.
[17] R. Vijayakumar, Y. Koltypin, I. Felner, A. Gedanken, Sonochemical synthesis and characterization of pure nanometer-sized Fe3O4 particles, Mater. Sci. Engineer. A 286 (2000) 101-105.
[18] N. H. Hai, N. H. Luong, N. N. Long, N. Chau, N. D. Phu, S. Theerdhala, A. Gedanken, Proc. Natl. Conf. Solid State Phys. V, Vungtau, Vietnam (2007), 140 (Vietnamese).
[19] Pascal C, Pascal J L, Favier F, Elidrissi-Moubtassim M L and Payen C 1999 Chem. Mater. 11 141
[20] Pecharroman C, Gonzalez-Carreno T and Iglesias J E 1995 Phys. Chem. Min. 22 21
[21] Gonzalez-Carreno T, Morales M P, Gracia M and Serna C J 1993 Mater. Lett. 18 151
[22] Veintemillas-Verdaguer S, Morales M P and Serna C J 1998 Mater. Lett. 35 227
[23] Veintemillas-Verdaguer S, Morales M P and Serna C J 2001 Appl. Organomet. Chem. 15 1
[24] Fendler J H 1998 Nanoparticles and Nanostructured Films: Preparation, Characterization and Application (Weinheim: Wiley-VCH)
[25] Ulman A 1991 An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Boston: Academic)
[26] Caruso F, Caruso R A and M¨ohwald H 1998 Science 282 1111
[27] Caruso F 2001 Adv. Mater. 13 11
[28] Donath E, Sukborukov G B, Caruso F, Davies S A and Mohwald H 1998 Angew. Chem. Int. Ed. 37 2201
[29] Zaitsev V S, Filimonov D S, Presnyakov I A, Gambino R J and Chu B 1999 J. Colloid Interface Sci. 212 49
[30] Gupta P K, Hung T C, Lam F C and Perrier D G 1988 Int. J.Pharmaceutics 43 167
[31] Hassan E E, Parish R C and Gallo J M 1992 Pharm. Res. 9 390
[32] Muller-Schulte D and Brunner D 1995 J. Chromatogr. A 711 53
[33] Alexander I. Petrov, Dmitry V. Volodkin, Gleb B. Sukhorukov, Biotechnol. Prog. 2005, 21, 918-925.
[34] Wormuth K 2001 J. Colloid Interface Sci. 241 366
[35] Ulman A 1996 Chem. Rev. 96 1533
[36] Tartaj P, Gonzalez-Carreno T and Serna C J 2001 Adv. Mater. 13 1620.
[37] Messing G L, Zhang S and Jayanthi G V 1993 J. Am. Ceram. Soc. 76 2707
[38] Tartaj P, Gonzalez-Carreno T and Serna C J 2002 Langmuir 18 4556
[39] Santra S, Tapec R, Theodoropoulou N, Dobson J, Hebard A and Tan W 2001 Langmuir 17 6000

Venice, Italy

2009-02-01T17:10:00.001+07:00

S. Marco, Venice là một trong những địa danh nổi tiếng nhất thế giới.

Bài tập cơ học dành cho sinh viên Khoa Sinh học

2008-09-24T16:51:00.001+07:00

Chương 1:

1. Máu chảy trong động mạch chủ của cơ thể người với vận tốc 35 cm/s. Hãy đổi vận tốc đó ra km/h.

2. Tóc người bình thường có đường kính khoảng 70 mm. Hãy đổi đường kính đó ra m và km.

3. Chim gõ kiến đầu đỏ có thể gõ vào thân cây với gia tốc gấp 10 lần gia tốc trọng trường. Gia tốc đó bằng bao nhiêu m/s², km/s²?

4. Xung thần kinh của con mực có thể truyền với vận tốc 20.0 m/s. Hãy đổi ra km/h.

5. Ánh sáng mà thực vật hấp thụ để thực hiện quá trình quang hợp có bước sóng là 675 nm. Hãy đổi bước sóng đó ra mm, mm, cm, m.

6. Muỗi cái vỗ cánh với tần số 605 lần/s để thu hút muỗi đực. Hãy đổi tần số đó ra lần/phút.

7. Một loại dây thần kinh có thể truyền xung với vận tốc lên đến 140 m/s. Hãy đổi giá trị đó ra km/h. Trong 5 ms, xung thần kinh đi được quãng đường là bao nhiêu?

8. Bộ não của trẻ sơ sinh phát triển với tốc độ 1,6 mg trong một phút. Trong một ngày bộ não đó tăng bao nhiêu mg? Cần bao lâu để bộ não tăng đượng một lượng là 0,0055 kg?

9. Người ta thẩy rằng tốc độ dế mèn gáy phụ thuộc vào nhiệt độ - một số người sử dụng dế mèn để làm nhiệt kế. Sự phụ thuộc đó cho bởi: N = 9T/5 – 6, N là số lần gáy, T là nhiệt độ (°C). Giả thiết dế gáy ở nhiệt độ 18°C. Hỏi trong khoảng thời gian giữa hai lần dế gáy, bức xạ từ nguyên tử Ce-133 hoàn thành bao nhiêu dao động?

10. Tốc độ ánh sáng trong chân không là 0,3 Gm/s. Thể hiện tốc độ đó ra m/s.

11. Vận tốc liên hệ với gia tốc và quãng đường bằng biểu thức v² = 2ax^p, hãy tìm số mũ p để hai về của phương trình đồng nhất về thứ nguyên.

12. Chứng minh rằng phương trình v = v₀ + at đồng nhất về thứ nguyên.

13. · Định luật thứ hai của Newton nói rằng gia tốc mà vật thu được tỉ lệ với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. Đơn vị của lực là gì?

14. · Thời gian T cần thiết để vật nặng khối lượng m gắn với một lò xo có độ cứng k hoàn thành một dao động là T = 2*pi*sqrt(m/k). Hãy tìm đơn vị của k để hai vế đồng nhất về thứ nguyên.

Chương 2:

15. Một con Kangaroo có thể nhảy với vận tốc 65 km/h. Hỏi (a) sau 3,2 phút nó đi được quãng đường bao xa? (b) để đi được quãng đường 0,25 km cần bao nhiêu lâu?

16. Hệ thống thần kinh của người có thể truyền các xung thần kinh với tốc độ 100 m/s. Hãy ước lượng thời gian để các xung thần kinh được tạo ra và truyền đến bộ não khi ngón tay của bạn chạm vào một vật nóng.

17. Báo Cheetah có thể gia tốc từ trạng thái đứng yên lên đến 25,0 m/s trong vòng 6,22 s. Giả thiết rằng gia tốc là không đổi, (a) trong khoảng thời gian đó con báo đi được quãng đường dài bao xa (b) sau khi chạy nước rút 3,11 s thì tốc độ của con báo sẽ lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng 12,5 m/s? Giải thích. (c) tốc độ trụng bình của con báo trong vòng 3,11 s là bao nhiêu? (d) tính độ dài quãng đường mà nó đi được trong 3,11 s.

18. Khoảng 0,1% vi khuẩn trong đường tiêu hóa của người là Escherichia coli. Người ta quan sát thấy các con vi khuẩn này có thể chuyển động với vận tốc cực đại 15 mm/s và gia tốc cực đại 166 mm/s². Giả thiết vi khuẩn nói trên bắt đầu chuyển động từ trạng thái đứng yên với gia tốc 156 mm/s², thì để đạt vận tốc 12 mm/s thì vi khuẩn cần bao nhiêu thời gian và khi đó đi được bao xa?

19. Tắc kè hoa dùng lưỡi để bắt sâu bọ. Chiếc lưỡi có thể được kéo dài 16 cm trong thời gian 0,1 s. (a) tìm gia tốc của đầu lưỡi nếu giả thiết gia tốc đó không đổi? (b) trong thời gian 0,05 giây thì lưỡi của tắt kè đi được bao xa?

20. Vào năm 1977, người ta ghi nhận một trường hợp kỉ lục khi một tay đua ô tô David Purley sống sót qua một cú va chạm làm cho anh ta giảm tốc từ 173 km/h xuống đến 0 km/h trong quãng đường 0,66 m. Hãy tính gia tốc mà Purley phải chịu và so sánh với gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s².

21. Con mòng biển thường ăn con sò hoặc trai bằng cách thả con mồi từ trên cao xuống dưới đất. Khi chạm đất vỏ sò hoặc trai bị vỡ ra và con mòng biển có thể ăn con vật ở bên trong. Giả thiết con sò hoặc trai bị ném từ độ cao 14 m thẳng xuống đất, tốc độ mà con sò khi chạm đất là bao nhiêu?

Chương 2

1. Phân tích động đất. Các trận động đất tạo ra vài kiểu sóng xung kích. Sóng nổi tiếng nhất là sóng dọc (P) và sóng ngang (S). Ở lớp vỏ trái đất sóng dọc truyền với vận tốc 6,5 km/s, sóng ngang truyền với vận tốc 3,5 km/s. Tốc độ thực phụ thuộc vào loại vật liệu của môi trường truyền sóng. Sự trễ thời gian đến một trạm thu sóng địa chấn của hai loại sóng này cho các nhà địa chất biết địa điểm động đất cách trạm thu sóng bao xa. Nếu sự trễ thời gian là 33 s thì địa điểm xảy ra động đất cách trạm thu sóng địa chấn bao nhiêu km ? (250 km)

2. Túi khí của xe ô tô. Cơ thể con người có thể chịu được chấn thương do gia tốc gây ra tối đa là 250 m/s². Nếu một người ngối trên xe ô tô chuyển động với vận tốc 105 km/h, giả sử bị tai nạn và chiếc ô tô bị dừng lại đột ngột thì túi khí phải bung ra ở khoảng cách bao nhiêu để người có thể sống sót? (1,7 m)

3. Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì ta có thể coi những giọt nước mưa là rơi tự do. (a) thông thường các đám mây trước khi mưa ở cách mặt đất vài trăm mét. Hãy ước lượng tốc độ giọt mưa tác động lên mặt đất. (a) hãy ước lượng tốc độ thật của giọt mưa bằng quan sát của bạn. (c) so sánh hai kết quả (a) và (b) và nhận xét việc bỏ qua sức cản của không khí có hợp lý không? Giải thích.

4. Cú nhảy của bọ chét (Flying leap of the flea). Với sự trợ giúp của máy ghi hình tốc độ cao (3500 hình/s), người ta đã ghi được một cú nhảy của một con bọ chét nặng 210 mg cho trong hình dưới đây. Con bọ này có chiều dài 2 mm và nhảy thẳng đứng lên trên. Hãy dùng sơ đồ trên để trả lời các câu hỏi sau: (a) gia tốc của bọ chét có bao giờ bằng không hay không? Nếu bằng không thì khi nào? (b) tìm độ cao cực đại của con bọ chét trong 2,5 ms đầu. Tìm gia tốc của bọ chét tại 0,5 ms, 1 ms và 1,5 ms. (c) tìm độ cao của bọ chét tại 0,5 ms, 1 ms và 1,5 ms. (http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,908246,00.html?promoid=googlep).

5. Một ngọn núi lửa có thể phun đá thẳng đứng lên độ cao tối đa là H. (a) Đá sẽ được phun lên độ cao bao nhiêu (so với H) nếu ở trên sao Hỏa với giả thiết đá có cùng vận tốc ban đầu. Gia tốc hấp dẫn của sao Hỏa là 3,71 m/s2 và bỏ qua sức cản của không khí trên cả hai hành tinh. (b) thời gian đá ở trên không là T trên trái đất thì thời gian đá ở trên không ở trên sao Hỏa là bao nhiêu (so với T)? (2,64 H, 2,64 T)

6. Các nhà khoa học biết rằng khi chạy thì một bàn chân khi tiếp đất của một người khối lượng khối lượng 67 kg sẽ tác dụng một lực 2300 N lên mặt đất. (a) hãy xác định tỉ số lực mà mặt đất tác dụng lên bàn chân và trọng lượng của người đó? (b) Nếu chỉ có các lực sau tác dụng lên người là (i) phản lực từ mặt đất và (ii) trọng lực của người đó thì độ lớn và hướng của gia tốc của người là bao nhiêu? (c) nếu gia tốc tìm được ở phần trên tác động trong 10,0 ms thì sự thay đổi về thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng là bao nhiêu?

Để bay được thì một con châu chấu nặng 2,0 g cần phải cất cánh với vận tốc 2,7 m/s. Điều này có thể đạt được khi châu chấu phải duỗi chân với khoảng cách 3,7 cm. (a) gia tốc trung bình trong mỗi lần cất cánh là bao nhiêu? (b) tìm độ lớn của lực tác dụng khi nó nhảy lên để cất cánh? (c) nếu khối lượng của châu chấu tăng lên thì gia tốc cất cánh của châu chấu sẽ cần phải tăng lên, giảm đi hay giữ nguyên? (d) nếu khối lượng của châu chấu tăng lên thì lực tác dụng khi cất cánh có cần phải thay đổi không? Giải thích.

Hat nano trong sinh hoc va moi truong

2007-12-06T19:43:00.000+07:00

Ứng dỤng cỦa hẠt nano ôxít sẮt tỪ đỂ tách chiẾt DNA, ĐẾM tẾ bào bẠch cẦu, và cẢi tiẾn quá trình xỬ lí nưỚc NHIỄM BẨN

Nguyễn Hoàng Hải¹, Nguyễn Châu¹, Nguyễn Hoàng Lương¹,
Nguyễn Thị Vân Anh², Phan Tuấn Nghĩa², Mai Anh Tuấn³

¹ Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lí, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

334 Nguyễn Trãi, Hà Nội; E-mail: nhhai@vnu.edu.vn

²Trung tâm Khoa học Sự sống, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

³ Viện Quốc tế Đào tạo về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

TÓM TẮT

Hạt nano ôxít sắt từ có kích thước dưới 15 nm được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa được ứng dụng để: - làm giàu DNA dùng trong xác định nhanh virus bằng cảm biến sinh học; - lọc lựa tế bào để cải tiến phương pháp xác định số lượng tế bào bạch cầu CD4⁺ T; - gia tăng quá trình lắng đọng chất thải rắn và hấp phụ thạch tín trong nước. Hạt nano được chức năng hóa bề mặt để làm giàu DNA của virus Herpes lên hàng trăm lần làm gia tăng khả năng đo nồng độ DNA của cảm biến sinh học xuống đến thang đo nhỏ hơn nM/l. Sau khi chức năng hóa, hạt nano được bọc bằng kháng thể phát huỳnh quang antiCD4 và được dùng để đếm tế bào bạch cầu CD4⁺ T. Cường độ huỳnh quang của tế bào CD4⁺ T gắn với các hạt nano cao gấp 2,6 lần so với trường hợp chỉ dùng kháng thể huỳnh quang thông thường. Nghiên cứu này có thể được ứng dụng để điều trị bệnh nhân nhiễm HIV chỉ với một kính hiển vi huỳnh quang đơn giản. Hạt nano và phèn chua giúp quá trình lắng đọng chất rắn trong nước lên hàng chục lần và hấp thụ thạch tín. Với một lượng nhỏ hạt nano (0,25 g/l) có thể làm giảm nồng độ Asen từ 0,1 mg/l xuống thấp hơn tiêu chuẩn cho phép 0,01 mg/l của nước uống chỉ sau vài phút.

Từ khoá: Lí sinh học, hạt nano từ tính, phân tách DNA, phân tách tế bào, vật liệu nano

VẬT LIỆU NANO

Khoa học và công nghệ nano đang đi vào cuộc sống với tốc độ ngày càng nhanh là nhờ những tính chất đặc biệt của vật liệu nano. Các đặc tính của vật liệu nano có thể được chia thành hai loại: các đặc tính có liên quan đến hiệu ứng bề mặt và các hiệu ứng có liên quan đến kích thước. Hiệu ứng bề mặt có thể xảy ra ở bất kì kích thước nào, tuy nhiên, tại kích thước nano thì hiệu ứng bề mặt trở nên đáng kể. Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nm [1, 2]. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột.

VẬT LIỆU NANO Ô XÍT SẮT TỪ TÍNH VÀ ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC, MÔI TRƯỜNG

Đối với vật liệu từ, ngoài các tính chất “nội” đặc trưng cho từng loại vật liệu cụ thể như từ độ bão hòa M_s, dị hường từ tinh thể, cấu trúc tinh thể, các tính chất ngoại như hình dạng và kích thước tinh thể, sự sắp xếp của các tinh thể trong vật liệu cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất từ. Hiệu ứng kích thước nói ở phần trên xảy ra đối với vật liệu từ tính khi mà kích thước của vật liệu nhỏ hơn kích thước đặc trưng. Với vật liệu từ, kích thước đặc trưng là độ dày vách đô men, độ dài tương tác trao đổi, quãng đường tán xạ spin của điện tử, giới hạn siêu thuận từ. Giải Nobel về vật lí năm 2007 vừa được công bố trao cho hai nhà khoa học châu Âu là Albert Fert (Pháp) và Peter Grunberg (Đức) [3] vì khám phá hiệu ứng từ điện trở khổng lồ. Ứng dụng của hiệu ứng này là các đầu đọc các ổ cứng với dung lượng rất lớn có mặt trong các máy tính ngày nay. Đây là một ví dụ điển hình về đặc tính của vật liệu nano khi mà kích thước của vật liệu nhỏ hơn quãng đường tán xạ spin của điện tử. Vật liệu ứng dụng trong sinh học yêu cầu vật liệu nano thường ở dạng hạt và phải có tính siêu thuận từ. Giới hạn siêu thuận từ phụ thuộc vào từ độ bão hòa và dị hướng từ tinh thể, trong đa số trường hợp giới hạn này từ 5 – 30 nm [4]. Vật liệu siêu thuận từ có giá trị từ độ tương đối cao và bị từ hóa mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài và bị khử từ hoàn toàn khi không có từ trường ngoài tác dụng (không có từ dư). Hai yếu tố trên là cần thiết đối với các ứng dụng y sinh để tránh sự kết tụ của các hạt từ trong cơ thể. Ngoài ra, độc tính, độ tương hợp sinh học (biocompatible), tính đồng nhất của kích thước hạt, ổn định trong môi trường khác nhau cũng là những vấn đề cần vượt qua [5]. Vật liệu ô xít sắt là loại vật liệu được ứng dụng nhiều nhất vì nó thỏa mãn hầu hết các yêu cầu nói trên. Trong các ô xít sắt thì magnetite Fe₃O₄, (M_s = 90 emu/g) maghemite g-Fe₂O₃ (M_s = 60 emu/g) được sử dụng nhiều nhất. Các ứng dụng của hạt nano từ tính trong sinh học bao gồm phân tách và chọn lọc tế bào, dẫn thuốc đến đích nhờ từ trường, nung nóng cục bộ nhờ từ trường ngoài xay chiều, tác nhân tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ hạt nhân. Chúng tôi quan tâm đến hai ứng dụng đầu tiên nên phần sau sẽ điểm qua tình hình nghiên cứu của phân tách và chọn lọc tế bào, dẫn thuốc đến đích nhờ từ trường.

Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác [5]. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những phương pháp được sử dụng. Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thể sinh học cần nghiên cứu và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường. Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nano từ tính. Hạt nano thường dùng là hạt ô-xít sắt. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA), phosopholipids,... Hóa chất bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt nano phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi [6].

Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính không đặc hiệu. Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì thế việc dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm 1970 [6], những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính. Ứng dụng này mang lại hai lợi ích cơ bản: - thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc; - giảm lượng thuốc điều trị. Hạt nanô từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị. Lúc này hạt nanô có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt mang tạo ra một chất lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc có thể diễn ra thông 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 khuyếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ. Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc cũng tương tự như trong phân tách tế bào. Gradient từ trường có tác dụng tập trung hệ thuốc/hạt. Hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường độ từ trường, gradient từ trường, thể tích và tính chất từ của hạt nanô. Các chất mang thường đi vào các tĩnh mạnh hoặc động mạch nên các thông số thủy lực như thông lượng máu, nồng độ hạt nano từ, thời gian tuần hoàn đóng vai trò quan trọng như các thống số sinh lý học như khoảng cách từ vị trí của thuốc đến nguồn từ trường, mức độ liên kết thuốc/hạt mang, và thể tích của khối u. Các hạt có kích thước mm (tạo thành từ những hạt siêu thuận từ có kích thước nhỏ hơn) hoạt động hiệu quả hơn trong hệ thống tuần hoàn đặc biệt là ở các mạch máu lớn và các động mạch. Nguồn từ trường thường là nam châm NdFeB có thể tạo ra một từ trường khoảng 0,2 T và gradient từ trường khoảng 8 T/m với động mạch đùi và khoảng 100 T/m với động mạch cổ [6]. Điều này cho thấy quá trình dẫn thuốc bằng hạt nanô từ tính có hiệu quả ở những vùng máu chảy chậm và gần nguồn từ trường. Tuy nhiên, khi các hạt nanô chuyển động ở gần thành mạch máu thì chuyển động của chúng không tuân theo định luật Stoke nên với một gradient từ trường nhỏ hơn quá trình dẫn thuốc vẫn có tác dụng. Các hạt nanô từ tính thường dùng là ôxít sắt (magnetite Fe₃O₄, maghemite g-Fe₂O₃) bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp sinh học như PVA, dextran hoặc silica. Chất bao phủ có tác dụng chức năng hóa bề mặt để có thể liên kết với các phân tử khác như nhóm chức amino, carboxyl, streptavidin, biotin,...

Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lí, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã triển khai nghiên cứu ứng dụng hạt nano từ tính trong y sinh học và môi trường trong thời gian khoảng hai năm trở lại đây và đã thu được một số kết quả về việc bao bọc và dung giải thuốc kháng sinh bằng hạt nano từ tính Fe₃O₄ [7, 8]. Hạt nano từ tính Fe₃O₄ được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa với kích thước 10 nm – 20 nm được chức năng hóa bằng một lớp kép gồm hai chất hai chất hoạt hóa bề mặt là oleic acid và sodium dodecyl sulfate. Khoảng giữa hai lớp phân tử trên bề mặt có tính thân dầu là nơi trú ngụ của các phân tử thuốc kháng sinh kị nước chloramphenicol. Chúng tôi đã thành công trong việc mang thuốc trên bề mặt hạt nano từ tính với hiệu suất nạp thuốc đạt hơn 3 % khối lượng. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình dung giải thuốc kháng sinh lên vi khuẩn Escherichia coli (chủng DH 5a) cho thấy thuốc được dung giải nhiều nhất sau 14 giờ, ảnh hưởng kháng khuẩn của thuốc tăng 1,5 lần so với thuốc đối chứng không được mang bởi hạt nano. Kết quả cho thấy thuốc kháng sinh được mang bởi hạt nano từ tính không những có thể được điều khiển bằng từ trường ngoài mà còn kéo dài thời gian tác dụng kháng sinh nhờ lớp chất hoạt hóa bề mặt bảo vệ thuốc khỏi biến tính trong môi trường nước.

Trong bài báo này, chúng tôi tiếp tục công bố những nghiên cứu mới nhất của chúng tôi về sử dụng hạt nano từ tính để làm giàu DNA dùng trong xác định nhanh virus bằng cảm biến sinh học, lọc lựa tế bào để cải tiến phương pháp xác định số lượng tế bào bạch cầu T trong điều trị bệnh nhiễm HIV. Ngoài ra, hạt nano còn được sử dụng để gia tăng quá trình lắng đọng chất thải rắn và hấp phụ Asen trong nước.

CHẾ TẠO, CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT

Hạt nano từ tính có kích thước 10 nm – 15 nm được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa ion Fe³⁺ và Fe²⁺ bằng OH^- tại nhiệt độ phòng trong môi trường khí N₂ để tránh ô xi hóa. Lấy 4,17 g FeCl₃.6H₂O và 1.52 g FeCl₂.4H₂O (tức là tỉ phần mol Fe³⁺/Fe²⁺ = 2) hòa trong 80 ml nước cất hai lần (nồng độ của Fe²⁺ là 0.1 M) bằng máy khuấy từ. Nhỏ dung dịch này vào một dung dịch khác có chứa 6 ml NH₄OH 35% với tốc độ nhỏ 1 một giọt/giây tại nhiệt độ phòng dưới điều kiện khuấy đều bằng máy khuấy từ. Kết tủa Fe₃O₄ màu đen được hình thành ngay khi hai dung dịch tiếp xúc với nhau. Độ lớn kích thước hạt nano có thể được điều khiển bằng tốc độ khuấy, nhiệt độ phản ứng, pH của dung dịch và nồng độ chất tham gia phản ứng. Tách lọc hạt nano từ tính bằng từ trường hoặc máy li tâm, lọc rửa sản phẩm 5 lần bằng nước để loại bỏ các hóa chất còn dư ta thu được các hạt nano từ tính tương đối đồng nhất Fe₃O₄ với kích thước trung bình 12 nm ± 5 nm [9]. Các kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy khoảng 95 % số hạt có cấu trúc Fe₃O₄, khoảng 5 % số hạt có cấu trúc g-Fe₂O₃ và không xuất hiện các pha khác. Kết quả nghiên cứu phổ tán xạ Raman cho thấy sau 12 giờ phơi ngoài không khí, hạt nano Fe₃O₄ bị chuyển hóa một phần trên bề mặt thành g-Fe₂O₃ rồi ổn định với cấu trúc như vậy trong thời gian vài tuần [9]. Phép đo phổ kế hồng ngoại (FTIR) cho thấy trên bề mặt hạt nano từ tính trong nước có bao phủ một lớp –OH, đây là một nhóm chức quan trọng trong việc tạo liên kết với các chất hoạt hóa bề mặt cần thiết cho các ứng dụng sinh học.

Để ứng dụng trong sinh học, các hạt nano cần phải được chức năng hóa bề mặt để có thể tiếp hợp với các đối tượng sinh học như DNA, kháng thể, enzyme. Các nhóm chức thường gặp là nhóm amino, biotin, steptavidin, carbonxyl, thiol. Để có được các nhóm chức ở bề mặt hạt nano, chúng tôi sử dụng nguyên tắc thủy phân organosilane để tạo một lớp polymer trên bề mặt hạt nano. Organosilane là các phân tử có hai nhóm chức có công thức tổng quát là X-(CH₂)_n-SiR_n(OR’)_3-n, trong đó X là nhóm chức cần thiết để tiếp hợp các đối tượng sinh học, (CH₂)_n là lớp đệm hữu cơ, phụ thuộc vào n mà lớp đệm này có thể dày hay mỏng, SiR_n là nhóm liên kết với nhóm hydroxyl của bề mặt hạt nano. Alkoxysilane với rất nhiều các nhóm chức X khác nhau đã được thương mại hóa. Nhóm amino được sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng sinh học [10]. Trong quá trình chức năng hóa bề mặt, với phân tử organosilane, xảy ra hai phản ứng đồng thời đó là quá trình thủy phân các nhóm silane alkoxy n thành các nhóm silanol hoạt tính và quá trình hóa rắn của các silanol với nhóm OH tự do trên bề mặt hạt nano để tạo ra các liên kết Si-O-Si bền vững. Điều kiện môi trường phản ứng ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình chức năng hóa bề mặt. Ví dụ cồn thường gia tăng quá trình thủy phân và động học hóa rắn do đó làm tăng cường quá trình chức năng hóa bề mặt. Tuy nhiên cồn cũng cạnh tranh với nhóm silane trên bề mặt bằng liên kết hydro.

Chúng tôi sử dụng 3-aminopropyl triethoxysilane (APTS, n = 2) để tạo ra nhóm amino trên bề mặt hạt nano. Lấy 400 mg hạt nano từ tính cho vào 100 ml nước cất hai lần rồi dùng máy siêu âm phân tán hạt vào dung dịch để thu được một thể huyền phù ổn định. Nhỏ 1 ml dung dịch APTS vào trong dung dịch huyền phù nói trên và khuấy từ trong thời gian 8 giờ để quá trình chức năng hóa bề mặt xảy ra hoàn toàn. Sản phẩm thu được sau khi lọc rửa 5 lần bằng nước cất và lọc từ sẽ là hạt nano từ tính Fe₃O₄ có bề mặt là các nhóm amino (hình 1), viết tắt là amino-NP. Đến đây, hạt nano đã sẵn sàng tiếp hợp với các đoạn DNA của siêu vi Herpes và kháng thể antiCD4 phát huỳnh quang và không phát huỳnh quang của tế bào bạch cầu T. Kháng thể antiCD4 là kháng thể có khả năng đối ứng với kháng nguyên CD4 trên bề mặt tế bào bạch cầu CD4⁺ T. Khả năng phát huỳnh quang của kháng thể giúp việc đếm tế bào bạch cầu CD4⁺ T trong máu bệnh nhân bị nhiễm HIV.

LÀM GIÀU DNA CỦA SIÊU VI HERPES

Herpes là một siêu vi gây bệnh ngoài da và bệnh đường sinh dục. Đoạn mã DNA dò của siêu vi này được dùng trong nghiên cứu của chúng tôi là một đoạn mã đặc trưng 5’-AT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3’ (Invitrogen). Đoạn mã sẽ lai hóa với đoạn mã đối ứng của của DNA đích của dung dịch cần làm giàu. Để DNA dò có thể tiếp hợp với amino-NP thì gốc phosphate của đầu 5’ của đoạn DNA cần được hoạt hóa. Sử dụng 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC, Sigma) làm chất xúc tác cho việc hình thành liên kết giữa nhóm amino trên bề mặt hạt nano và nhóm phosphate của đầu 5’ của đoạn DNA dò (hình 2.A). Tuy nhiên, thời gian sống của EDC sau khi hoạt hóa DNA trong nước rất ngắn nên chúng tôi dùng 1-methyllmidazole (MIA) để phản ứng với EDC hình thành lên nhóm chức hoạt động khác làm cho quá trình hoạt hóa DNA trong nước được ổn định (hình 2.B). Sau quá trình này, DNA được hoạt hóa (gọi tắt là DNA hoạt hóa). Trộn amino-NP và DNA hoạt hóa thì DNA dò sẽ tiếp hợp lên bề mặt của hạt nano ta thu được hạt nano từ tính có đoạn DNA dò trên bề mặt (DNA-NP) (hình 2.C). Quá trình tiếp hợp DNA và hạt nano được ổn định ở nhiệt độ 37°C trong 18 giờ. Sản phẩm của quá trình này là hạt nano từ tính có bề mặt là các DNA dò. Các DNA-NP sẽ được dùng để làm giàu DNA của mẫu thực.

Quá trình làm giàu DNA của siêu vi Herpes bằng hạt nano từ tính được thực hiện như sau. Lấy 1 ml dung dịch chứa DNA-NP (2 % khối lượng DNA-NP/ml dung dịch) trộn với 2 ml – 20 ml dung dịch 0,1 nM/l DNA của siêu vi Herpes. Quá trình lai hóa giữa đoạn DNA dò trên bề mặt hạt nano từ tính và DNA của siêu vi xảy ra tại nhiệt độ được ổn định là 37°C trong thời gian 1 giờ. Sau phản ứng lai hóa, dùng một nam châm thương mại để cô đặc hạt nano từ tính có gắn cùng các DNA của siêu vi. Lượng DNA-NP được ước tính là dư so với số phân tử DNA có trong dung dịch. Hạt cô đặc trong tất cả các trường hợp được hòa vào trong 0,1 ml dung dịch và được gia nhiệt tại nhiệt độ 98°C để tách DNA của siêu vi ra khỏi hạt nano từ tính. Nếu quá trình tách lọc từ đạt hiệu suất 100 % thì nồng độ DNA trong dung dịch cuối cùng sẽ gia tăng từ 20 đến 200 lần. Đo nồng độ của DNA sau khi được làm giàu và tách khỏi hạt nano bằng vi cảm biến độ dẫn.

Vi cảm biến độ dẫn đo nồng độ DNA dựa trên sự thay đổi về độ dẫn ở khoảng cách giữa các điện cực khi có sự lai hóa giữa DNA đích và DNA dò [11]. Điện cực bằng đồng giống như hai chiếc lược đan xen với nhau. Kích thước mỗi răng lược 70´1000 mm², khoảng cách giữa chúng là 30 mm. Các điện cực được cố định trên đế Si bằng phương pháp quang khắc. Khoảng trống giữa các điện cực là Si được tiếp hợp với DNA dò theo một phương pháp tương tự như phương pháp tiếp hợp hạt nano từ tính với DNA dò. Khi cho cảm biến vào dung dịch có chứa DNA Herpes, quá trình lai hóa giữa DNA dò và DNA đích xảy ra gây ra sự thay đổi về độ dẫn. So sánh với tín hiệu của một điện cực khác không được chức năng hóa bề mặt bằng DNA dò ta sẽ thu được tín hiệu đầu ra. Sự chênh lệch độ dẫn phụ thuộc vào nồng độ DNA. Nhược điểm của phương pháp này là không đo được khi nồng độ thấp hơn 10 nM/l. Kết hợp quá trình làm giàu bằng từ trường như trình bày ở trên và vi cảm biến độ dẫn có thể xác định được DNA có nồng độ thấp hơn. Hình 3 cho thấy sự phụ thuộc của nồng độ DNA vào thể tích của dung dịch ban đầu trước và sau khi làm giàu DNA. Nồng độ tăng tuyến tính theo thể tích cho thấy quá trình làm giàu DNA bằng từ tính đạt hiệu quả. Giá trị đo được bằng vi cảm biến độ dẫn không sai khác nhiều so với giá trị ước tính từ sự giảm thể tích ban đầu về 0,1 ml cho thấy hầu hết phân tử DNA trong dung dịch ban đầu (nồng độ 0,1 nM/l) đều lai hóa với hạt nano từ tính và được cô đặc bằng tách lọc từ. Đây là một phương pháp có thể sử dụng để mở rộng để xác định sự có mặt của nhiều loại siêu vi khác như siêu vi cúm gia cầm.

ĐẾM TẾ BÀO BẠCH CẦU CD4⁺ T

Quá trình gắn với kháng thể antiCD4 được thực hiện bằng cách lấy 0,4 g amino-NP rửa và tách từ hai lần bằng 1 ml dung dịch đệm 2-(N-Morpholino) ethanesulfonic acid (MES) có pH bằng 6 với nồng độ 0,1 M (Sigma). Sau đó, amino-NP được phân tán trong 0,25 ml dung dịch đệm chứa MES và 2 mg EDC ở dạng bột bằng cách khuấy đều tại nhiệt độ phòng trong 15 phút. Tách rửa bằng từ trường hai lần trước khi nhỏ 1 μg - 100 μg kháng thể đơn dòng antiCD4 (antiCD4, Invitrogen). Tách rửa từ 4 lần bằng nước cất ta thu được hạt nano gắn kháng thể antiCD4, kí hiệu là antiCD4-NP (hình 4). Trong một số mẫu, chúng tôi sử dụng 20 μl kháng thể antiCD4 phát huỳnh quang (viết tắt là *antiCD4, bước sóng kích thích 480 nm, bước sóng phát xạ 520 nm của hãng Exiobio) trộn với antiCD4 có các nồng độ khác nhau. Sau 2 giờ các hạt nano được bọc bởi các kháng thể đơn dòng antiCD4 và *antiCD4 được tách rửa từ 3 lần bằng 1 ml dung dịch đệm phosphate saline (PBS). Kết quả cuối cùng ta thu được hạt nano từ bọc bởi hai loại kháng thể đơn dòng antiCD4: một loại thường (antiCD4-NP) và một loại phát huỳnh quang (*antiCD4-NP) và được bảo quản trong PBS bổ sung thêm albumin huyết thanh bò (BSA).

Lấy 200 μl máu của người bình thường được li tâm trong ống nghiệm Eppendorf 1,5 ml với tốc độ 1000 vòng/phút trong 10 phút để loại bỏ huyết thanh rồi hòa lại vào 200 μl PBS bổ sung 1% BSA. Sau đó các ống được ủ với 0,2 mg antiCD4-NP và *antiCD4-NP trong 20 phút tại nhiệt độ phòng. Bổ sung 1,3 dung dịch đệm nhược trương (5 mM Tris pH 7.0, 10% glycerol) để đột ngột phá tung màng tế bào máu làm tế bào trở thành dạng không có bào quan và bào tương hay còn gọi là tế bào ma (ghost cell). Giai đoạn này, các antiCD4-NP và *antiCD4-NP trên bề mặt hạt nano sẽ gắn đặc hiệu lên các tế bào bạch cầu CD4⁺ T thông qua tương tác kháng nguyên-kháng thể và được tách lọc bằng từ trường, giúp loại bớt các tế bào ma. Trong một thí nghiệm đối chứng, chúng tôi gắn trực tiếp 20 μl kháng thể đơn dòng antiCD4 phát huỳnh quang với 200 μl máu để nhuộm tế bào bạch cầu CD4⁺ T. Quá trình xử lý tiếp theo cũng tương tự như thí nghiệm với antiCD4-NP và *antiCD4-NP nhưng không có bước tuyển từ. Các tế bào sau phản ứng gắn đặc hiệu với kháng thể được bảo quản trong 50 μl PBS lạnh, bổ sung 1% BSA và 10% glycerol. 5μl dung dịch chứa tế bào được nhỏ lên một tấm kính (slide glass) rồi được phủ lên bằng một phiến kính mỏng (cover slip) để quan sát bằng hiển vi huỳnh quang Carl Zeiss Axio. Cường độ huỳnh quang được xử lí bằng phần mềm Scion Image.

Hình 5 là ảnh chụp các tế bào trong máu từ kính hiển vi dưới ánh sáng thường (H. 5. A, C) và dưới chế độ phát huỳnh quang (hình 5. B, D) (ánh sáng kích thích 480 nm, ánh sáng huỳnh quang 520 nm). Với mẫu không được tuyển từ (H. 5. A), dưới ánh sáng thường có thể nhìn thấy tế bào hồng cầu và nhiều loại tế bào bạch cầu. Sự nhận biết loại tế bào có thể thông qua hình dạng của chúng. Dưới chế độ huỳnh quang (H. 5. B) thì chỉ nhìn thấy tế bào bạch cầu CD4⁺ T mà không nhìn thấy các tế bào hồng cầu và bạch cầu dạng khác. Sở dĩ như vậy vì hạt nano từ có kháng thể đơn dòng *antiCD4 rất đặc hiệu, chỉ gắn với kháng nguyên CD4 trên bề mặt tế bào bạch cầu CD4⁺ T và làm các tế bào này phát sáng. Độ sáng của tế bào bạch cầu đo được là (137±45)´10³ (đơn vị tùy ý). Dựa trên diện tích của hình nghiên cứu vào khoảng 10⁴ mm², chúng tôi ước tính số tế bào bạch cầu CD4⁺ T của hai người trưởng thành là 670 và 810 tế bào/ml. Giá trị này nằm trong khoảng an toàn đối với người khỏe mạnh (600 đến 1200 tế bào/ml). Với người mắc bệnh HIV, số lượng tế bào bạch cầu giảm đi rất nhiều (thậm chí ít hơn 150 tế bào/ml) nên việc lấy thống kê theo diện tích trên hình quan sát của kính hiển vi không chính xác. Chính vì thế chúng tôi sử dụng hạt nano từ tính chức năng hóa bằng kháng thể antiCD4 để làm giàu tế bào bạch cầu trước khi đếm bằng hiển vi huỳnh quang. Chúng tôi đã thử nghiệm với các nồng độ antiCD4 khác nhau từ 1 mg – 100 mg và thấy rằng 20 mg là đủ để chức năng hóa bề mặt của 0,4 g hạt nano. Hình 5. C cho thấy ảnh chụp tế bào máu sau khi tách từ. Không giống như hình 5.A, hình này không có nhiều tế bào hồng cầu, tiểu cầu hoặc các tế bào bạch cầu loại khác với bạch cầu CD4⁺ T. Hơn nữa, tín hiệu thu được dưới chế độ ảnh chụp huỳnh quang (H. 5. D) cho thấy cường độ phát huỳnh quang của tế bào bạch cầu CD4⁺ T mạnh hơn cường độ huỳnh quang của tế bào được tiếp hợp với kháng thể huỳnh quang mà không có hạt nano. Cường độ đo được là (356±64)´10³ (đơn vị tùy ý) gấp 2,6 lần cường độ lần trước. Các kết quả trên cho thấy rằng, quá trình tách lọc tế bào sử dụng tương tác kháng nguyên-kháng thể đã thành công. Không những thế, cường độ huỳnh quang của các tế bào có hạt nano lại mạnh hơn trường hợp không có hạt nano. Điều này có thể giải thích như sau: nếu không có hạt nano, chỉ có một lớp kháng thể huỳnh quang bám trên bề mặt tế bào nên cường độ huỳnh quang chỉ do một lớp đó phát ra; trong trường hợp của hạt nano huỳnh quang, hạt nano có tác dụng “thu thập” các kháng thể huỳnh quang trước khi tiếp hợp trên bề mặt tế bào tạo nên nhiều lớp kháng thể huỳnh quang nên độ sáng lớn hơn độ sáng của một lớp kháng thể. Ngoài ra việc đếm tế bào cũng dễ dàng hơn do không bị lẫn với các tế bào khác loại và có nhiều tế bào trên một đơn vị diện tích nên thống kê chính xác hơn. Phương pháp đánh dấu tế bào kết hợp với tuyển từ như thế này rất hiệu quả trong việc đếm tế bào bạch cầu CD4⁺ T cho các bệnh nhân bị nhiễm HIV.

XỬ LÍ NƯỚC BỊ NHIỄM BẨN

Ngoài những ứng dụng trong sinh học, các hạt nanô từ tính còn được ứng dụng trong xử lí nước bị ô nhiễm và hấp thụ thạch tín trong nước. Đối với hạt ôxít sắt, đã có rất nhiều nghiên cứu cho thấy các hạt này có khả năng hấp phụ ion độc hại trong nước, trong đó có thạch tín. Nguyên lí hấp phụ ở đây là tĩnh điện. Hạt nano khi trong môi trường dung dịch phù hợp sẽ có điện tích bề mặt. Với hạt magnetite, ở pH trung tính thì bề mặt của hạt sẽ mang điện tích âm. Điện tích âm sẽ hút các ion thạch tín mang điện tích dương lên bề mặt. Tuy nhiên, hạt nano không giúp cho việc xử lí các chất thải rắn lơ lửng trong nước. Nghiên cứu của chúng tôi cũng tập trung vào khả năng hấp phụ thạch tín lên bề mặt hạt nano magnetite. Tuy nhiên có những điểm khác biệt sau. Thứ nhất, magnetite dễ bị ôxi hóa nên từ tính giảm, nếu dùng quá trình tách từ sẽ kém hiệu quả, việc thay thế một phần Fe²⁺ bằng các ion kim loại khác như Ni hoặc Co trong magnetite sẽ làm giảm khả năng ô xi hóa mà vẫn không làm thay đổi đến khả năng hấp thụ. Thứ hai là chúng tôi kết hợp với một phương pháp xử lí nước có từ lâu đời là phèn chua với hạt nano từ tính để gia tăng quá trình lắng đọng chất thải rắn lơ lửng và xử lí ion độc hại.

Các hạt nano Fe_1-xCo_xFe₂O₄ (mẫu Co) và Fe_1-yNi_yFe₂O₄ (mẫu Ni) (x, y = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5) được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa giống như hạt magnetite. Chỉ khác ở chỗ, một phần muối FeCl₂ được thay thế tương ứng bằng NiCl₂ và CoCl₂. Dung dịch nước có chứa 0,1 mg/l As³⁺ được tạo thành một cách nhân tạo. Trong mỗi thí nghiệm về khả năng hấp phụ asen của hạt nano, 100 ml dung dịch sẽ được khuấy với hạt nano bằng máy khuấy từ trong thời gian từ 1 – 60 phút ở nhiệt độ phòng. HCl được nhỏ vào trước khi khuấy để điều khiển pH của dung dịch. Sau khi khuấy, hạt nano từ tính được tách khỏi dung dịch bằng một thanh nam châm. Dung dịch được phân tích thành phần asen bằng phổ kế hấp thụ nguyên tử (AAS). Lí do nghiên cứu mẫu Ni và Co là khả năng chống ô xi hóa ở môi trường làm việc ngoài không khí [9]. Với thành phần x, y ³ 0,1, khả năng chống ôxi hóa của mẫu Co và Ni được cải thiện đáng kể. Trong các nghiên cứu, chúng tôi lấy tiêu chuẩn nồng độ thạch tín cho phép trong nước uống của Việt Nam là 0,01 mg/l. Đối với hạt magnetite, tại pH trung tính, chỉ cần 0,25 g hạt nano cho một lít dung dịch, khuấy trong 3 phút là đủ để giảm nồng độ thạch tín ban đầu à 0,1 mg/l xuống thấp hơn tiêu chuẩn cho phép. Giá trị này tăng hơn một chút khi có sự có mặt của Ni và Co. Cụ thể là khối lượng tối ưu cho ferrite Ni và Co là 0,50 với x, y = 0,1 và 0,2. Với nồng độ Ni và Co cao hơn nữa thì khả năng hấp phụ giảm đi rõ rệt. Hạt nano sau khi hấp phụ thạch tín ở pH trung tính được cho vào môi trường có pH = 13 thì xuất hiện quá trình giải thoát mạnh mẽ thạch tín khỏi bề mặt hạt nano do bề mặt lúc này tích điện dương. Sau khi tách lọc bằng từ trường, hạt nano có thể được tái sử dụng để hấp thụ thạch tín nhiều lần mà hầu như không thấy có sự khác biệt nào so với hạt chưa hấp phụ lần nào.

Một trong những phương pháp làm sạch nước lâu đời ở Việt Nam là dùng phèn chua (một hỗn hợp muối sulfate nhôm, kali). Sau khi hòa trong nước, muối bị thủy phân dưới dạng hydroxide dạng keo. Keo sẽ giúp quá trình kết tụ chất thải rắn lơ lửng trong nước xảy ra nhanh hơn dưới gia tốc trọng trường. Nếu khuấy hạt nano với nước rồi mới cho phèn chua thì cùng với sự giúp đỡ của một từ trường ngoài, hạt nano từ tính sẽ giúp quá trình gia tăng lắng đọng nhanh gấp 10 lần vì lúc này quá trình lắng đọng diễn ra dưới gia tốc trọng trường và gradient từ trường. Chính vì thế việc ứng dụng một thành quả của khoa học hiện đại là vật liệu nano và một phương pháp xử lí nước truyền thống là dùng phèn chua có thể được ứng dụng để hấp phụ io độc hại và lắng đọng chất thải rắn trong nước bị ô nhiễm ở nhiều vùng ở Việt Nam.

KẾT LUẬN

Việc ứng dụng hạt nano trong tách lọc DNA, đánh dấu và nhận biết tế bào, xử lí nước nhiễm bẩn đã được nghiên cứu thành công. Những nghiên cứu này tuy chỉ mới bắt đầu nhưng hứa hẹn những thành quả cụ thể, vừa mang tính ứng dụng cao, vừa mang tính học thuật sâu rộng. Phương pháp chế tạo đơn giản, không đắt tiền rất phù hợp với điều kiện của Việt Nam.

Lời cám ơn

Công trình này được hỗ trợ về tài chính của đề tài Khoa học Cơ bản cấp nhà nước mã số 406506, đề tài cấp Đại học Quốc gia mã số QT-07-10 và dự án Selectnano-TTC của Cộng đồng Châu Âu.

Tài liệu tham khảo

[1] C. P. Poole, F. J. Owens, Introduction to nanotechnology, Wiley: Hoboken (2003).

[2] J. S. Murday, Nanomaterials–the driving force, AMPTIAC Newsletter 6 (2002) 20-29.

[3] http://nobelprize.org/

[4] R. C. O’Handley, Modern magnetic materials: principles and applications, Wiley: New York (2000) p. 307, 718.

[5] D. L. Leslie-Pelecky, V. Labhasetwar, J. Kraus, Nanobiomagnetics, trong Advanced magnetic nanostructures, D.J. Sellmyer, R.S. Skomski, Kluwer: New York (2006).

[6] Pankhurst, Q.A., J. Connolly, S.K. Jones, J. Dobson, Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, J. Phys. D: Appl. Phys., 36 (2003) R167-R181.

[7] N. T. Khuat, V. A. T. Nguyen, T.-N. Phan, C. V. Thach, N. H. Hai, N. Chau, Extension of inhibitory effect of Chloramphenicol on bacteria by incorporating it into Fe₃O₄ magnetic nanoparticles, J. Korean Phys. Soc. (2007) to be published.

[8] N. H. Hai, C. V. Thach, N. T. Ha, N. Chau, N. T. V. Anh, P. T. Nghia, H. D. Chinh, Preparation of Fe₃O₄ magnetic fluids and their applications in biology and environment, Proc. Intl. Conf. Engineer. Phys., Hanoi (2006) 95-100.

[9] N. H. Hai, N. D. Phu, N. H. Luong, N. Chau, H. D. Chinh, L. H. Hoang, D. L. Leslie-Pelecky, Mechanism for Sustainable Magnetic Nanoparticles under Ambient Conditions, J. Korean Phys. Soc. (2007) to be published.

[10] I. J. Bruce, T. Sen, Surface modification of magnetic nanoparticles with Alkoxysilanes and their application in magnetic bioseparations, Langmuir 21 (2005) 7029-7035.

[11] M. A. Tuan, N. H. Binh, P. D. Tam, N. D. Chien, Conductometric biosensor for diabetic diagnosis and DNA detection in transgenic corn, Comm. Phys. 15 (2005) 218-222.

Hạt nano kim loại

2007-04-03T09:22:00.000+07:00

Hạt nano kim loại
(Metallic nanoparticles)

Nguyễn Hoàng Hải (Dạ Trạch)
Trung tâm Khoa học Vật liệu
Khoa Vật lí, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
Đại học Quốc gia Hà Nội
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam

Keywords: nanoparticle, gold, silver, biophysics, nanomaterials

I. VẬT LIỆU NANO VÀ TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT CỦA NÓ
Khoa học và công nghệ nano là một trong những thuật ngữ được sử dụng rộng rãi nhất trong khoa học vật liệu ngày nay là do đối tượng của chúng là vật liệu nano có những tính chất kì lạ khác hẳn với các tính chất của vật liệu khối mà người ta nghiên cứu trước đó [1]. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiện tượng sau đây:

1. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ giữa hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4/n1/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán kính của hạt nano. Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f tăng lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Chúng ta cần lưu ý đặc điểm này trong nghiên cứu và ứng dụng. Khác với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập đến sau, hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Ở đây không có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ có điều hiệu ứng này nhỏ thường bị bỏ qua. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano tương đối dễ dàng. Bảng 1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt nano hình cầu. Với một hạt nano có đường kính 5 nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 4.000 nguyên tử, tí số f là 40 %, năng lượng bề mặt là 8,16×1011 và tỉ số năng lượng bề mặt trên năng lượng toàn phần là 82,2 %. Tuy nhiên, các giá trị vật lí giảm đi một nửa khi kích thước của hạt nano tăng gấp hai lần lên 10 nm.

Bảng 1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

Đường kính hạt nano (nm)	Số nguyên tử	Tỉ số nguyên tử trên bề mặt (%)	Năng lượng bề mặt (erg/mol)	Năng lượng bề mặt/Năng lượng tổng (%)
10	30.000	20	4,08×1011	7,6
5	4.000	40	8,16×1011	14,3
2	250	80	2,04×1012	35,3
1	30	90	9,23×1012	82,2

2. Hiệu ứng kích thước
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nm. Chính điều này đã làm nên cái tên "vật liệu nano" mà ta thường nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Ở đây không có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano. Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính chất này thì thấy khác lạ sơ với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính chất khác thì lại không có gì khác biệt cả. Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thước nào. Ví dụ, đối với kim loại, quãng đường tự do trung bình của điện tử có giá trị vài chục nm. Khi chúng ta cho dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại, nếu kích thước của dây rất lớn so với quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại này thì chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây dẫn. Định luật cho thấy sự tỉ lệ tuyến tính của dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây. Bây giờ chúng ta thu nhỏ kích thước của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng đường tự do trung mình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa dòng và thế không còn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn là e2/ħ, trong đó e là điện tích của điện tử, ħ là hằng đó Planck. Lúc này hiệu ứng lượng tử xuất hiện. Có rất nhiều tính chất bị thay đổi giống như độ dẫn, tức là bị lượng tử hóa do kích thước giảm đi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển-lượng tử trong các vật liệu nano do việc giam hãm các vật thể trong một không gian hẹp mang lại (giam hãm lượng tử). Bảng 2 cho thấy giá trị độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu [2].

Bảng 2: Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu

Tính chất	Thông số	Độ dài đặc trưng (nm)
Điện	Bước sóng của điện tử Quãng đường tự do trung bình không đàn hồi Hiệu ứng đường ngầm	10-100 1-100 1-10
Từ	Vách đô men, tương tác trao đổi Quãng đường tán xạ spin Giới hạn siêu thuận từ	10-100 1-100 5-100
Quang	Hố lượng tử (bán kính Bohr) Độ dài suy giảm Độ sâu bề mặt kim loại Hấp thụ Plasmon bề mặt	1-100 10-100 10-100 10-500
Siêu dẫn	Độ dài liên kết cặp Cooper Độ thẩm thấu Meisner	0.1-100 1-100
Cơ	Tương tác bất định xứ Biên hạt Bán kính khởi động đứt vỡ Sai hỏng mầm Độ nhăn bề mặt	1-1000 1-10 1-100 0.1-10 1-10
Xúc tác	Hình học topo bề mặt	1-10
Siêu phân tử	Độ dài Kuhn Cấu trúc nhị cấp Cấu trúc tam cấp	1-100 1-10 10-1000
Miễn dịch	Nhận biết phân tử	1-10

II. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU NANO
Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano, mỗi cách phân loại cho ra rất nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn các khái niệm. Sau đây là một vài cách phân loại thường dùng.

1. Phân loại theo hình dáng của vật liệu: người ta đặt tên số chiều không bị giới hạn ở kích thước nano

· Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví dụ đám nano, hạt nano

· Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví dụ dây nano, ống nano

· Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví dụ màng mỏng

· Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người đặt tên số chiều bị giới hạn ở kích thước nano. Nếu như thế thì hạt nano là vật liệu nano 3 chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật liệu nano 1 chiều. Cách này ít phổ biến hơn cách ban đầu.

2. Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:

· Vật liệu nano kim loại

· Vật liệu nano bán dẫn

· Vật liệu nano từ tính

· Vật liệu nano sinh học

· vân vân

Nhiều khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ, đối tượng chính của chúng ta sau đây là "hạt nano kim loại" trong đó "hạt" được phân loại theo hình dáng, "kim loại" được phân loại theo tính chất hoặc "vật liệu nano từ tính sinh học" trong đó cả "từ tính" và "sinh học" đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất.

III. HẠT NANO KIM LOẠI
Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo thành từ các kim loại. Người ta biết rằng hạt nano kim loại như hạt nano vàng, nano bạc được sử dụng từ hàng ngìn năm nay. Nổi tiếng nhất có thể là chiếc cốc Lycurgus được người La Mã chế tạo vào khoảng thế kỉ thứ tư trước Công nguyên và hiện nay được trưng bày ở Bảo tàng Anh [3]. Chiếc cốc đó đổi màu tùy thuộc vào cách người ta nhìn nó. Nó có màu xanh lục khi nhìn ánh sáng phản xạ trên cốc và có màu đỏ khi nhìn ánh sáng đi từ trong cốc và xuyên qua thành cốc. Các phép phân tích ngày nay cho thấy trong chiếc cốc đó có các hạt nano vàng và bạc có kích thước 70 nm và với tỉ phần mol là 14:1. Tuy nhiên, phải đến năm 1857, khi Michael Faraday nghiên cứu một cách hệ thống các hạt nano vàng thì các nghiên cứu về phương pháp chế tạo, tính chất và ứng dụng của các hạt nano kim loại mới thực sự được bắt đầu. Khi nghiên cứu, các nhà khoa học đã thiết lập các phương pháp chế tạo và hiểu được các tính chất thú vị của hạt nano. Một trong những tính chất đó là màu sắc của hạt nano phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và hình dạng của chúng. Ví dụ, ánh sáng phản xạ lên bề mặt vàng ở dạng khối có màu vàng. Tuy nhiên, ánh sáng truyền qua lại có màu xanh nước biển hoặc chuyển sang màu da cam khi kích thước của hạt thay đổi. Hiện tượng thay đổi màu sắc như vậy là do một hiệu ứng gọi là cộng hưởng plasmon bề mặt. Chỉ có các hạt nano kim loại, trong đó các điện tử tự do mới có hấp thụ ở vùng ánh sáng khả kiến làm cho chúng có hiện tượng quang học thú vị như trên. Ngoài tính chất trên, các hạt nano bạc còn được biết có khả năng diệt khuẩn. Hàng ngàn năm trước người ta thấy sữa để trong các bình bạc thì để được lâu hơn. Ngày nay người ta biết đó là do bạc đã tác động lên enzym liên quan đến quá trình hô hấp của các sinh vật đơn bào.

IV. CHẾ TẠO HẠT NANO KIM LOẠI
Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với hạt nano kim loại như hạt nano vàng, bạc, bạch kim,... thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên. Nguyên tắc là khử các ion kim loại như Ag+, Au+ để tạo thành các nguyên tử Ag và Au. Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano. Các phương pháp từ trên xuống ít được dùng hơn nhưng thời gian gần đây đã có những bước tiến trong việc nghiên cứu theo phương pháp này.

1. Phương pháp ăn mòn laser
Đây là phương pháp từ trên xuống [4]. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm Laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M.

2. Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có chứa các muối của các kim loại như HAuCl4, H2PtCl6, AgNO3. Tác nhân khử ion kim loại Ag+, Au+ thành Ag0, Au0 ở đây là các chất hóa học như Citric acid, vitamin C, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol (cồn), Ethylene Glycol [5] (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức như thế này còn có một cái tên khác là phương pháp polyol). Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt. Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng. Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm có thể được chế tạo từ phương pháp này.

3. Phương pháp khử vật lí
Phương khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử [6], sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma [7], tia tử ngoại [8], tia laser [9] khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. Ví dụ, người ta dùng chùm laser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6ns, tần số 10 Hz, công suất 12-14 mJ [9] chiếu vào dung dịch có chứa AgNO3 như là nguồn ion kim loại và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) như là chất hoạt hóa bề mặt để thu được hạt nano bạc.

4. Phương pháp khử hóa lí
Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí. Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bàm lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [10].

5. Phương pháp khử sinh học
Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại [11]. Người ta cấy vi khuẩn MKY3 vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn.

V. TÍNH CHẤT CỦA HẠT NANO KIM LOẠI
Như phần đầu đã nói, hạt nano kim loại có hai tính chất khác biệt so với vật liệu khối đó là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Tuy nhiên, do đặc điểm các hạt nano có tính kim loại, tức là có mật độ điện tử tự do lớn thì các tính chất thể hiện có những đặc trưng riêng khác với các hạt không có mật độ điện tử tự do cao.

1. Tính chất quang học
Như trên đã nói, tính chất quang học của hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau đã được người La Mã sử dụng từ hàng ngàn năm trước. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano được có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.

2. Tính chất điện
Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính. Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực.

3. Tính chất từ
Các kim loại quý như vàng, bạc,... có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trang thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, ni ken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.

4. Tính chất nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm có Tm = 950°C [12].

VI. ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO KIM LOẠI

Các ứng dụng đều liên quan đến những tính chất khác biệt của hạt nano. Những ứng dụng đầu tiên như chúng ta đã biết là liên quan đến tính chất quang của chúng. Người ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc khác nhau. Gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt nano vàng để tiêu diệt tế bào ung thư [13]. Trong đó, hạt nano vàng được kích thích bằng ánh sáng laser xung, do hiện tượng hấp thụ cộng hưởng Plasmon mà hạt nano dao động trở nên nóng bỏng, có khi lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vàng. Quá trình tăng nhiệt này gây ra một sóng xung kích (shock wave) tiêu diệt tế bào ung thư trong đường kính hàng mm. Hạt nano vàng bọc bởi các nguyên tử Gd (có mô men từ nguyên tử lớn nhất) còn được dùng để làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) [14]. Rất gần đây, người ta còn tạo ra nguyên tử nhân tạo từ hai hạt nano vàng mở ra khả năng ứng dụng lớn trong tương lai [15].

Tài liệu tham khảo
[1] L. M. Liz-Marzán, Materials Today (2004) 26.
[2] Murday, J. S., AMPTIAC Newsletter 6 (2002) 5.
[3] http://www.thebritishmuseum.ac.uk/science/text/lycurgus/sr-lycurgus-p1-t.html
[4] F. Mafune et. al., J. Phys. Chem. 14 (2000) 8333.
[5] D. Kim et. al., Nanotechnology 17 (2006) 4019.
[6] K. A. Bogle et. al., Nanotechnology 17 (2006) 3024.
[7] H. S. Shin et. al., J. Colloid. Interface Sci. 274 (2004) 89.
[8] H. H. Huang et. al., Langmuir 12 (1996) 909.
[9] J. P. Abid et. al., Chem Commun. (2002) 792.
[10] J. Zhu et. al., Langmuire 16 (2000) 6396.
[11] M. Kowshik et. al., Nanotechnology 14 (2003) 95.

[12] K. J. Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley (2001), p. 23.

[13] R. R. Letfullin et. al., Nanomedicine 1 (2006) 473.

[14] J.-P. Debouttiere, et. al., Adv. Func. Mater. 16 (2006) 2330.

[15] G. A. DeVries, et. al., Science 315 (2007) 358.

2007-01-18T08:52:00.000+07:00

Colloidal Silver Featured in the Wall Street Journal

The powers of colloidal silver have been heralded for thousands of years only to be quieted by penicillin and other bacteria killers conjured up in the pharmaceutical labs, given Latin names and used to fight every bacterium originated disease known to man.
The results of shunning this natural nano-si5A8zed (nano = one billionth of a meter) antibiotic has been that diseases have evolved to have a resistance to the man made antibiotics and now scientist are scrambling to find replacements for the antibiotics that have survived less than 100 years.
There are critics that hypothesize that the large pharmaceutical companies are pressuring the regulatory agencies to prevent nano-sized silver products from being sold directly to the public without the giants taking their cut. Websites have sold silver nanoparticles in solution known as colloidal silver without the ability to mention what the product will cure or testimonials from those that have had positive results.
Wall Street Journal announces that the War Against Germs Has Silver Lining.
Curad USA, makers of hospital bandages lined with nano-silver particles now has released Curad Silver Bandages for the home use instead of a Band-aid. Curad claims that silver reduced bacterial growth like Staph. aureaus, E. coli, E. hirae and Pseudomonas aeruginosa.
Samsung Electronics has introduced a refrigerator and new laundry washing machine that uses silver ions to sanitize the laundry and eliminate 99% of odor causing bacteria (sold at Lowes and Best Buy). Plank, a Boston company, has launched a new soap for Yoga users that lists silver as the main active ingredient. 5A8The company has a toothpaste and shampoo in R&D that is imbued with silver.
Asia has become the largest consumer of products that uses the nano-silver as a antimicrobial ingredient. Colloidal silver is known to kill virus, is it possible they are guarding against bird flu?
While some agencies strive to prevent you from buying colloidal silver online, the EPA is clear that we NOW have silver in our drinking supply and has, for health purposes established a daily reference dose for silver in drinking water at 350 micrograms (u.g) and a critical dose at 1400 u.g. In contrast, international health bodies, such as the World Health Organization, have not established such standards for silver since its toxicity is very low.
Silver becomes more active against microbes when its made into small particles because they can cover more surface area when they come into direct contact with bacteria, according to Andrew Maynard, physicist and chief scientific adviser for studies on Emerging Nanotechnologies underway at Woodrow Wilson International Center for Scholars in Washington.
Adidas, and Polartec have licensed silver coated nylon fabric known as X-Static (Noble Biomaterials Inc.) to incorporate antimicrobial silver in athletic and outdoor clothing for their ability to kill odors and promote thermal properties. Brooks Sports sells a line5A7 (HVAC) of socks, caps and shirts that use silver to differentiate them from all others.
ARC Outdoors uses silver infused fabric from NanHorizon Inc. to produce antimicrobial socks for the U.S. military. SmartSilver is brand of odor-eliminating underwear, stocking caps and gloves that kills bacteria on contact using nano-silver. ARC sells to Wal-Mart, Bass ProShops, Cabelas and wants to expand to hospital products such as sheets and surgical scrubs.
Sharper Image has introduced a plastic food storage container that is infused with nano-silver particles that they claim will keep food fresher, longer.
So what diseases will colloidal silver display benefits for? Bacteria and virus are known to be killed by silver suspended in a liquid of nanoparticle size called colloidal silver. In addition to the bacterial growths like Staph. aureaus, E. coli, E. hirae and Pseudomonas aeruginosa mentioned by Curad and Maynard, yeast, fungus and virus have all died in tests using colloidal silver. So is yeast infection a yeast? Yes. Is ringworm a fungus? Yes. Is acne caused by bacteria? Yes. Is sinusitis caused by a bacteria infection? Yes. Is silver used in infants eyes? Yes. Is silver used for burn victims? Yes. Is colloidal silver an immune system support? Yes. Will colloidal silver be the answer for bird flu? Is bird flu a virus?

Article Source: http://EzineArticles.com/?expert=James_Zeller