Tải bản đầy đủ

Phương pháp điều chế và tác dụng của nano vàng trong môi trường chitosan

MỤC LỤC
CHƯƠNG I ...................................................................................................................... 5
TỔNG QUAN .................................................................................................................. 5
1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu .................................................................... 5
1.1.1.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................ 5

1.1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................. 6

1.2. Tổng quan về chitosan ........................................................................................ 7
1.2.1.

Cấu trúc của chitosan ............................................................................... 7

1.2.2.

Đặc tính của chitosan ............................................................................... 8


1.2.3.

Ứng dụng của chitosan ............................................................................. 9

1.2.3.1

Trong nông nghiệp ................................................................................ 9

1.2.3.2

Trong mỹ phẩm ..................................................................................... 9

1.2.3.3

Trong thực phẩm dinh dưỡng ............................................................. 10

1.2.3.4

Ứng dụng của chitosan trong lĩnh vực y – sinh học ........................... 10

1.3. Tổng quan về nano chitosan ............................................................................. 11
1.4. Tổng quan về nano vàng................................................................................... 12
1.4.1.

Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng ................................................ 12

1.4.2.

Tính chất của nano vàng ......................................................................... 13

1.4.2.1

Tính chất quang học ............................................................................ 13

1.4.2.2

Tính chất nhiệt .................................................................................... 14

1.4.3.


Ứng dụng của nano vàng ........................................................................ 15

1.4.3.1

Hạt nano vàng trong phân tích chất .................................................... 15

1.4.3.2

Hạt nano vàng trong xúc tác ............................................................... 15

1.4.3.3

Hạt nano vàng trong y sinh học .......................................................... 15

1.5. Cơ chế bảo vệ hạt nano vàng của polymer ....................................................... 16
CHƯƠNG II ................................................................................................................... 18
THỰC NGHIỆM ............................................................................................................ 18
2.1. Hoá chất và dụng cụ - thiết bị ............................................................................. 18
2.1.1 Hoá chất ........................................................................................................ 18
2.1.2 Dụng cụ ......................................................................................................... 19
2.1.3 Thiết bị sử dụng ............................................................................................ 19
2.2 Phương pháp......................................................................................................... 20
1


2.2.1 Quy trình thí nghiệm theo sơ đồ sau ............................................................. 20
2.2.2 Các phương pháp phân tích được sử dụng ................................................... 23
2.2.2.1. Phương pháp chụp ảnh TEM ................................................................ 23
2.2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ...................................................... 23
2.2.2.2. Phương pháp ghi phổ UV-Vis............................................................... 24
CHƯƠNG III ................................................................................................................. 25
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................................... 25
3.1 Lựa chọn phương pháp chế tạo hạt nano vàng..................................................... 25
3.2 Chế tạo keo nano vàng trong môi trường chitosan với chất khử TSC ................. 25
3.2.1 Chế tạo dung dịch chứa hạt nano vàng ......................................................... 25
3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng ............................................. 26
3.3 Chế tạo keo nano vàng trong môi trường Sodium tripoliphosphat với chất khử là
nano chitosan .............................................................................................................. 33
3.3.1 Chế tạo dung dịch chứa hạt nano vàng ......................................................... 33
3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng ............................................. 33
3.3.3. Sự tạo thành nano chitosan ...................................................................... 36
3.4. Kết quả phân tích XRD ....................................................................................... 44
3.5. Kết quả phân tích TEM ....................................................................................... 45
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 49

2


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Công thức cấu tạo của chitosan. ..................................................................... 7
Hình 1. 2: Công thức cấu tạo chitin và chitosan. ........................................................... 8
Hình 1. 3: Những ứng dụng khác nhau của hạt nano vàng trong điều trị. .................... 16
Hình 2. 1.Dung dịch muối vàng nồng độ 10.3 mM....................................................... 21
Hình 2. 2.Thực hiện phản ứng trong lò vi sóng............................................................. 22
Hình 2. 3. Hệ thống hiển vi đện tử truyền qua JEM-1400 ............................................ 23
Hình 2. 4. Máy nhiễu xạ tia X Bruker XRD-D8 ADVANCE ....................................... 24
Hình 2. 5: Máy UV – Vis NIR – V670 Jacco – Phòng Hóa lý ứng dụng, Đại học Khoa
Học Tự Nhiên, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh. ..................................................................... 24
Hình 3. 1: Sự đổi màu của dung dịch trong quá trình điều chế dung dịch nano vàng. . 26
Hình 3. 2: Hình các nhóm mẫu dung dịch keo nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC.
........................................................................................................................................ 28
Hình 3. 3: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của
các sản phẩm nhóm 1. .................................................................................................... 28
Hình 3. 4: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của
các sản phẩm nhóm 2. .................................................................................................... 29
Hình 3. 5: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của
các sản phẩm nhóm 3. .................................................................................................... 30
Hình 3. 6: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của
các sản phẩm nhóm 4. .................................................................................................... 31
Hình 3. 7: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của
các sản phẩm nhóm 5. .................................................................................................... 32
Hình 3. 8: Dung dịch keo nano vàng của nhóm 1’, với chất khử là nano chitosan, tỉ lệ
TPP:CHI = 1:4, nồng độ muối vàng là 0,0512 mM, tăng thời gian tiếp xúc với vi sóng
từ 10 phút lên 12, 14, 16, 18 phút. ................................................................................. 35
Hình 3. 9: Dung dịch keo nano vàng của nhóm 2’, với chất khử là nano chitosan, tỉ lệ
TPP:CHI = 1:5, nồng độ muối vàng là 0,0534 mM, tăng thời gian tiếp xúc với vi sóng
từ 10 phút lên 12, 14, 16, 18 phút. ................................................................................. 35
Hình 3. 10: Dung dịch keo nano vàng của nhóm 3’, với chất khử là nano chitosan, tỉ lệ
TPP:CHI = 1:6, nồng độ muối vàng là 0,0548 mM, tăng thời gian tiếp xúc với vi sóng
từ 10 phút lên 12, 14, 16, 18 phút. ................................................................................. 36
Hình 3. 11: Dung dịch keo nano vàng của nhóm 4’, với chất khử là nano chitosan, tỉ lệ
TPP:CHI = 1:6, nồng độ muối vàng là 0,1091 mM, tăng thời gian tiếp xúc với vi sóng
từ 10 phút lên 12, 14, 16, 18 phút. ................................................................................. 36
Hình 3. 12: Cấu trúc hóa học của natri TPP. ................................................................. 37
Hình 3. 13: Cơ chế tương tác giữa CS và TPP. ............................................................. 37
Hình 3. 14: Mối quan hệ giữa tinh thể và nối ngang ion: (a) chitosan tinh thể ban đầu;
(b) chitosan tạo nối ngang ion thấp; (c) chitosan tạo nối ngang ion cao. ...................... 38
3


Hình 3. 15: Ảnh hưởng của lực cắt đến sự hình thành hạt nano. .................................. 38
Hình 3. 16: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là nano
chitosan của các sản phẩm nhóm 1’. .............................................................................. 39
Hình 3. 17: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là nano
chitosan của các sản phẩm nhóm 2’. .............................................................................. 40
Hình 3. 18: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là nano
chitosan của các sản phẩm nhóm 3’. .............................................................................. 41
Hình 3. 19: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là nano
chitosan của các sản phẩm nhóm 4’. .............................................................................. 42
Hình 3. 20: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là nano
chitosan của các sản phẩm nhóm 5’. .............................................................................. 43
Hình 3. 21: Giản đồ XRD của mẫu nano vàng điều chế được. .................................... 44
Hình 3. 22: Giản đồ XRD của CHI và nano CS-TPP. ................................................. 45
Hình 3. 23: Ảnh TEM của mẫu 3c’(với thể tích muối vàng là 0,25 ml). ...................... 46
Hình 3. 24: Ảnh TEM của mẫu 5a’ (với thể tích muối vàng là 0,75 ml). ..................... 47
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1: Các dung dịch nano vàng điều chế được khi sử dụng chất khử là
trisodiumcitrat và chất bảo vệ là chitosan. ..................................................................... 27
Bảng 3. 2: Các dung dịch nano vàng điều chế được khi sử dụng chất khử và chất bảo
vệ là nano chitosan. ........................................................................................................ 34

4


CHƯƠNG I

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Công nghệ nano vẫn đang phát triển như vũ bão, bởi vì những ứng dụng tuyệt
vời và không thể phủ nhận của nó. Góp phần trong thế giới nano đó có nano vàng.
Vì vậy hiện nay, nghiên cứu về nano nói chung và nano vàng nói riêng vẫn là vấn
đề được quan tâm.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano đã mang lại thật nhiều những ứng
dụng thực tiễn trong cuộc sống và tiềm tàng những ứng dụng khác vẫn còn đang
trên đà nghiên cứu và phát triển. Nano vàng đã thể hiện được vị trí riêng của mình
và lần lượt xuất hiện trong nhiều lĩnh vực. Đầu tiên là lĩnh vực bảo vệ môi trường
như xử lý nước thải bằng màng thẩm thấu ngược [3], phát hiện ra các ion kim loại
độc hại (Ruud Risel) [7]… . Trong lĩnh vực vật liệu: góp phần tạo nên điện trở
màng mỏng (Nadejda Krasteva) [8], đầu cảm thụ điện hóa (Shaojun Guo) [9], kết
hợp với pentacene tạo nên linh kiện nhớ mới [10]... . Lĩnh vực quan trọng không
kém là xúc tác: xúc tác trên vật liệu xốp (Thomas F. Jaramillo) [11], kết hợp với
ống carbon nano (Yu Shi) [12], xúc tác cho phản ứng oxy hóa CO (Ruud Grisel)
[5]… . Ngoài ra, một lĩnh vực rất quan trọng và không thể thiếu để ta có thể thấy
được tầm quan trọng, khả năng tuyệt vời của nano vàng đó chính là trong lĩnh vực y
sinh: bảo vệ ion Li+ cũng là nhu cầu cho công nghiệp hiện nay (Sherine O. Obare)
[13], đầu cảm biến sinh học biosensor (Wenjuan Wang) [13], bảo vệ DNA, phân
tích protein, thí nghiệm hoạt động của enzyme, phân tích tế bào (ZhenxinWang)
[14], phát quang, tạo ảnh sinh học (B. Devika Chithrani) [15], phát hiện và góp
phần trị bệnh ung thư [15, 31]. Trong lĩnh vực y sinh này, nano vàng vẫn đang được
tiếp tục nghiên cứu để tìm tòi thêm những khả năng tuyệt vời của nó. Vậy nano
5


vàng đã thể hiện tốt vai trò của mình trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, không
những thế nano vàng còn góp phần trong lĩnh vực chăm sóc sắc đẹp, cụ thể đó là
thành phần quan trọng trong các loại kem dưỡng da để chống lão hóa [32].
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong lĩnh vực Nano, người ta chia làm 3 khái niệm: Khoa học Nano, Công
nghệ Nano (CNNN) và Vật liệu Nano. Về thực chất, Việt Nam chỉ mới bước đầu
làm quen với cả ba khái niệm trên, trong đó, khoa học nano và ứng dụng vật liệu
nano đang đi trước một bước. Phần CNNN đang ở giai đoạn nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm, bởi vì, đầu tư cho dạng công nghệ này rất tốn kém. Viện Khoa
học và Công nghệ VN đã có những bước đi thích hợp trong nghiên cứu về Khoa
học, Công nghệ và Vật liệu Nano. Cụ thể:
Xúc tác có cấu trúc nano trên cơ sở vàng (Au) đã được triển khai từ những
năm 2000 đã cho những kết quả ứng dụng rất thành công. Các xúc tác trên cơ sở
nano vàng đã được ứng dụng cho các quá trình oxy hóa khí thải để giảm thiểu
những chất độc hại như NOx. Tuy chưa đưa vào thực tế, nhưng các công trình trên
được các nhà khoa học châu Âu đánh giá cao và đang là một trong những chương
trình hợp tác nghiên cứu dài hạn với cộng đồng châu Âu [1].
Trung tâm Nghiên cứu và triển khai Công nghệ bức xạ, Viện Năng lượng
nguyên tử Việt Nam, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Viện Khoa học và công
nghệ Việt Nam, Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano Đại học quốc gia TP.HCM đã
hợp tác và nghiên cứu chế tạo thành công nano vàng với kích thước hạt từ 16 – 25
nm bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co – 60 vào dung dịch HAuCl4 trong môi
trường chitosan với chất bảo vệ Polyvinylpyrolydone. Khoa Hoá ĐH KHTN TP
HCM đã chế tạo thành công nano Au trong môi trường Ethylenglycol và Glycerin.
Những hạt nano vàng chế tạo bằng phương pháp này có hình cầu, độ đồng nhất cao,
có độ ổn định sau 6 tháng.

6


1.2. Tổng quan về chitosan
1.2.1. Cấu trúc của chitosan
Chitosan là một polysacarit mạch thẳng, dẫn xuất của chitin, được điều chế từ phản
ứng deacetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-COCH3) của chitin
ở vị trí C2. Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamin liên kết với nhau bởi
các liên kết α-(1-4)-glycoside, do vậy chitosan có thể gọi là poly
α-(1-4)-2-amino-2-deoxy-D-glucose hoặc là poly α-D- glucosamin.
OH
HO
HO

OH

O
O

OH

O
O

NH2

O
OH

NH2
n

NH2

Chitosan

Hình 1. 1: Công thức cấu tạo của chitosan.
Thực tế, deacetyl hóa thường xảy ra không hoàn toàn nên trong phân tử chitosan vẫn
còn chứa nhóm acetamido, đưa đến nhiều mức độ deacetyl hóa khác nhau [16].
Vì vậy, một số tác giả biểu diễn công thức hóa học của Chitosan như sau [17]:

7


Hình 1. 2: Công thức cấu tạo chitin và chitosan.
1.2.2. Đặc tính của chitosan


Không độc, tính tương ứng sinh học cao và có khả năng phân huỷ sinh học nên
không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi
trường.



Cấu trúc ổn định.



Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH<6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao
hơn, hoá tím trong dung dịch iod.



Có tính kháng khuẩn tốt.



Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo thời gian
do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử giảm thì hoạt tính
kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi.



Có khả năng hấp thụ cao đối với các kim loại nặng.



Ở pH < 6,3, chitosan có tính điện dương cao.

8




Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt
xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích Dglucosamin có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin, vừa là amid. Phản ứng hoá
học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N- [18].



Mặt khác chitosan là polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết
α-(1-4)-glycoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như:
acid, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân.

1.2.3. Ứng dụng của chitosan
1.2.3.1 Trong nông nghiệp
Dùng làm phân bón:
Chitosan bị phân hủy sinh học trong khoảng 2 tháng và giúp cải thiện đáng kể hệ vi
sinh vật đất [19].
Bổ sung thức ăn gia súc:
Chitosan là tác nhân kích thích sự nhân đôi của vi khuẩn có lợi trong ruột động vật
dẫn đến sự gia tăng số lượng của chúng [20].
Kích thích hạt nảy mầm:
Hoạt động chitinase được gia tăng trong giai đoạn nảy mầm khi bề mặt của hạt
giống được bao bằng một lớp chitosan mỏng và các dẫn xuất của nó làm gia tăng khả
năng tự vệ sinh học của hạt thông qua việc ngăn chặn sự nhiễm vi sinh vật. Kết quả
làm tăng sự phát triển của cây trồng.
Dùng để bảo quản:
Dung dịch chitosan đã được dùng để bảo quản hoa quả. Ở Canada việc bảo quản
dưa chuột bằng dung dịch chitosan 1%-1.5% giúp kéo dài thời gian bảo quản đến nửa
tháng. Ở Việt Nam dùng chế phẩm compozit polymer để bảo quản hoa tươi.
1.2.3.2 Trong mỹ phẩm
Muối hữu cơ của chitosan có trọng lượng phân tử thấp tan trong ethanol loãng dùng
như một thành phần của keo xịt tóc. Ngoài ra, dẫn xuất của chitosan ngăn chặn sự
9


nhiễm khuẩn trên da, hoạt hóa tế bào da, ngăn chặn sự lão hóa của da nên được cho vào
mỹ phẩm dùng chăm sóc da, tóc, móng tay, chân…
1.2.3.3 Trong thực phẩm dinh dưỡng
Khi an toàn vệ sinh thực phẩm đang được coi là vấn đề bức xúc như hiện nay, thì
việc nghiên cứu phụ gia bảo quản và chế biến thực phẩm an toàn từ vỏ thủy sản thay
thế hàn the độc hại lại càng mang một ý nghĩa quan trọng đặc biệt.
Việc tìm ra phụ gia thực phẩm có nguồn gốc thiên nhiên để có thể thay thế hoàn
toàn hàn the, sự thành công của chất bột an toàn có thể làm giòn, dai thực phẩm ngay
lập tức được ứng dụng vào cuộc sống và tạo ra sản phẩm có ích cho xã hội.
• Chitosan có tác dụng tăng cường sức khỏe:
Chitosan được pha chế thành các thực phẩm bổ dưỡng, có tác dụng hạ huyết áp,
giảm cholesterol và lipid trong máu, chống khối u và ung thư.
Các nhà nghiên cứu cho rằng, bổ sung chitosan vào khẩu phần ăn cũng làm cho sức
khỏe tăng cường. Do đó nhiều nước đặc biệt là Nhật, chitosan và các dẫn xuất được
đưa vào thực phẩm như là một phụ gia.
1.2.3.4 Ứng dụng của chitosan trong lĩnh vực y – sinh học
Ngoài việc tạo ra thực phẩm dinh dưỡng chitosan còn tạo ra thực phẩm có ý nghĩa
quan trọng trong y học tăng cường miễn dịch cho cơ thể, có khả năng dùng cho các
bệnh nhân bị nhiễm HIV/AIDS vốn bị suy giảm hệ miễn dịch.
Chitosan-vật liệu trị bỏng: Chitosan có thể tạo dạng màng xốp hút nước mạnh và có
khả năng kết hợp sinh học với các tế bào mô, oxy thấm qua màng chitosan tương đối
dễ dàng nên có tác dụng chữa bỏng tốt.
Chitosan tác dụng làm giảm cholesterol trong ruột. So với cholestyramine là chất
thường được sử dụng như một tác nhân làm giảm cholesterol trong y học thì chitosan
có nhiều ưu điểm và được sử dụng như một tác nhân cholesterol tự nhiên[19].
Chitosan tác nhân cầm máu: do dù ở nồng độ thấp chitosan cũng có khả năng
ngưng kết các tế bào hồng cầu.
10


Chitosan có khả năng trung hòa acid nên có tác dụng chữa trị bệnh dạ dày. Điều
này đã được chứng minh ở chó và chuột. Người ta cho rằng chitosan có đặc tính tương
tự với các chất bao vùng dạ dày. Do đó, chitosan dùng điều chế chất làm giảm bớt độ
chua trong dạ dày.
Chitosan dùng làm vật liệu y sinh học và dược phẩm: chitosan được sử dụng trong
việc cấy ghép vào mô động vật, làm chỉ khâu tự tan trong phẫu thuật và làm vỏ bọc bên
ngoài các loại thuốc tan chậm.
1.3. Tổng quan về nano chitosan
Chitosan được sử dụng làm nguyên liệu điều chế hạt nano chitosan trong những
năm gần đây. Với nhiều tính năng như tính tương thích sinh học, phân hủy sinh học,
bám dính màng và không độc hại, nó trở thành nguyên liệu cho nhiều ứng dụng y sinh
học.
Nano chitosan do có kích thước siêu nhỏ (từ 10 đến 1000 nm) nên dễ dàng đi qua
màng tế bào, có thể đưa vào cơ thể qua nhiều đường khác nhau như dùng ngoài da,
dùng bằng đường miệng, qua mũi…. Nano chitosan có diện tích và điện tích bề mặt
cực lớn nên được ứng dụng nhiều trong sinh y học mang thuốc, vaccin, vectơ chuyển
gen, chống khuẩn, thuốc điều trị ung thư… Khi sử dụng nano chitosan làm chất dẫn
thuốc, thuốc điều trị được bảo vệ bởi những hạt nano chitosan khỏi sự phân huỷ sinh
học, những hạt này có tác dụng thấm sâu vào cơ thể do kích thước rất nhỏ có thể đưa
thuốc đến đúng mục tiêu điều trị, do đó nano chitosan làm chất dẫn thuốc có hiệu quả
điều trị rất cao.
Trên thế giới, hầu hết những công trình nghiên cứu gần đây đều nhằm mục đích chế
tạo ra những chất mang nano để dẫn truyền thuốc, protein, gen và phát triển vectơ
chitosan hướng đích thuốc trên những tế bào ung thư. Một số đề tài tiêu biểu là điều
chế hạt chitosan composit với acid polyacrylic để điều khiển và kéo dài thời gian
phóng thích thuốc, điều chế nano chitosan với cholesterol để dẫn thuốc đến mắt, biến
tính với N-trimetyl mang protein làm hệ thống dẫn truyền đường mũi, tạo phức với
acid deoxycholic để dẫn truyền gen. Ngoài ra, nano chitosan còn được nghiên cứu về
11


khả năng diệt khuẩn, ứng dụng trong thực phẩm chức năng. Nhiều công trình cũng tiến
hành nghiên cứu về kích cỡ, điện tích bề mặt hạt nano chitosan vì đây là những đặc
tính rất quan trọng quyết định hiệu quả gây nhiễm gen, gắn kết các phân tử protein trên
hạt nano. Tuy nhiên, các kết quả đạt được rất khác nhau [20], [21].
1.4. Tổng quan về nano vàng
1.4.1. Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng
Có hai phương pháp chế tạo vật liệu nano là phương pháp top-down (từ trên
xuống) và phương pháp bottom-up (từ dưới lên). Phương pháp bottom-up là phương
pháp tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp với nhau. Phương pháp topdown là phương pháp tạo vật liệu từ vật liệu khối ban đầu. Đối với các hạt nano như
hạt nano vàng thì sử dụng phương pháp bottom- up, nguyên tắc là khử các ion kim loại
Au+ tạo thành các nguyên tử Au, sau đó các nguyên tử này sẽ liên kết với nhau tạo ra
hạt nano vàng. Các phương pháp chế tạo top-down ít được dùng nhưng trong thời gian
gần đây có nhiều tiến bộ trong việc nghiên cứu theo phương pháp này.
1.4.1.1.Phương pháp khử hóa học
Vàng được chuẩn bị bằng cách khử dung dịch acid chloroauric (HAuCl4) bằng các
tác nhân khử như sodium citrate, quá trình khử này bị chi phối bởi một số yếu tố như
nhiệt độ, nồng độ của tác nhân phản ứng. Ngoài ra, một số tác nhân khử khác thường
được dùng tetrakis(hydroxymethyl)phosphoniumchloride (THPC), borohydride.
1.4.1.2.Phương pháp ăn mòn laser
Đây là phương pháp từ trên xuống [22]. Vật liệu ban đầu là một tấm vàng 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 vàng có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi

12


chất hoạt động bề mặt CnH

2n+1SO4Na

với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến

0,1 M.
1.4.1.3.Phương pháp khử vật lí
Phương khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử [23], sóng điện từ năng lượng
cao như tia gamma [24], tia tử ngoại [25], tia laser [26] 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.
1.4.1.4.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 vàng sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano vàng bám lên điện
cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì
hạt nano vàng sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch.
1.4.2. Tính chất của nano vàng
1.4.2.1 Tính chất quang học
Như trên đã nói, tính chất quang học của hạt nano vàng 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 nghìn 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. Vàng 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 vàng khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng
khi kích thước của vàng nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt
13


không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy,
tính chất quang của hạt nano 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.
1.4.2.2.Tính chất điện
Tính dẫn điện của vàng rất tốt, hay điện trở của vàng 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 vàng 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).
1.4.2.3.Tính chất từ
Vàng 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.
1.4.2.2 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 nano vàng ở kích thước 2 nm có Tm = 500°C, kích
thước 6 nm có Tm = 950°C [27].

14


1.4.3. Ứng dụng của nano vàng
1.4.3.1 Hạt nano vàng trong phân tích chất
Hạt nano vàng có thể được sử dụng như một cảm biến, tính chất quang của nano vàng
có thể thay đổi khi liên kết với các phân tử nhất định, cho phép phát hiện và định lượng
các chất phân tích [33].
1.4.3.2 Hạt nano vàng trong xúc tác
Hạt nano vàng làm xúc tác trong phản ứng oxy hóa CO thành CO2 được ứng dụng
dùng trong các máy làm sạch không khí trong nhà, dùng trong mặt nạ khí, dùng để làm
sạch khí thải ôtô. Xúc tác nano vàng trên chất mang có rất nhiều ứng dụng trong việc
thực hiện phản ứng hóa học ở nhiệt độ thấp khác, như khử NOx, SOx …..Để giảm ô
nhiễm môi trường là hạt nano vàng được phủ lên trên ống khí thải ôtô xúc tác phản ứng
khử NOx thành N2 [34].
1.4.3.3 Hạt nano vàng trong y sinh học
- Trong thời gian gần đây, tính chất hóa học của hạt nano vàng được quan tâm và
nhiều nghiên cứu về ứng dụng của hạt nano vàng trong y sinh học đã được tiến hành.
Một loạt các ứng dụng trong y sinh học bao gồm sử dụng trong xét nghiệm chuẩn đoán
có độ nhạy cao, nâng cao hiệu quả xạ trị. Ví dụ: người ta sẽ tiến hành gắn kháng thể
vào hạt nano vàng, sau đó được đưa vào trong cơ thể để phát hiện kháng nguyên, cụ thể
là sử dụng để phát hiện ung thư tuyến tiền liệt.
- Hạt nano vàng xuất hiện trong thời gian gần đây gây nhiều sự chú ý, vì khả năng
làm chất mang các chất vào trong cơ thể con người với mục đích là điều trị bệnh. Các
chất được mang vào cơ thể có thể là các phân tử thuốc nhỏ hay các đại phân tử sinh
học như là protein, ADN, ARN [28].

15


Hình 1. 3: Những ứng dụng khác nhau của hạt nano vàng trong điều trị.
Hiệu quả giải phóng thuốc đúng vào “đích” cần đến là yêu cầu được đặt ra. Sự giải
phóng thuốc có thể là do kích thích từ bên trong như pH và glutathiol (GSH) điều
khiển sự giải phóng thuốc bên trong cơ thể sinh vật hoặc từ bên ngoài như ánh sáng,
chiếu xạ UV nhằm mục đích là phá hủy tế bào ung thư hiệu quả nhất và tác dụng phụ
thấp nhất.
Nano vàng – chitosan được sử dụng để tạo ra biosensor (cảm biến sinh học). Ứng
dụng của biosensor này là kiểm tra lượng glucose trong máu, nhằm mục đích là phát
hiện sớm, nhanh và chính xác bệnh tiểu đường, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị
bệnh tiểu đường [29].
1.5. Cơ chế bảo vệ hạt nano vàng của polymer
Các hệ có nước hầu hết được làm ổn định bằng cách sử dụng một lớp đôi tĩnh điện,
cũng có thể ngăn chặn sự keo tụ bằng một lớp các phân tử hữu cơ hấp phụ dày, lớp này
tạo nên lớp chắn không gian. Khi các lớp của các hệ gần nhau chồng lên nhau, chuyển
động tự do của mạch bị giảm bớt, kết quả làm giảm entropy của hệ. Đồng thời, các
phân tử dung môi bao quanh mạch polymer bị ép chặt khiến mất năng lượng, về cơ bản
áp lực thẩm thấu được tạo ra có xu hướng hút chất lỏng quay trở lại khoảng trống giữa

16


các hạt rời ra. Để tạo ra một lớp chắn hữu hiệu, lớp hấp phụ cần phải đáp ứng các yêu
cầu sau: (1) Bề mặt hạt phải được bao phủ hoàn toàn (nhằm ngăn chặn mạch polymer
tiếp xúc với các hạt, gây ra hiện tượng gọi là keo tụ liên kết cầu), (2) Polymer cần phải
neo chắc vào bề mặt để nó không bị chuyển vị trong va chạm Brown, (3) Lớp phải đủ
dày (thông thường > 3 nm) để giữ các điểm tiếp cận gần nhất bên ngoài phạm vi của
lực hút Van der Waals, (4) Phần không được neo của polymer cần phải được solvate
hoá hoàn toàn bằng chất lỏng. Các copolymer khối là các lớp chắn không gian đặc biệt
hữu hiệu, do một đầu có thể được hấp phụ mạnh trên bề mặt, còn đầu kia có ái lực cao
đối với dung môi. Ái lực của dung môi đối với polymer càng cao thì việc làm ổn định
bằng enthalpy càng lớn. Trong việc làm ổn định điện không gian, lực đẩy tĩnh điện
được kết hợp với hiệu ứng không gian [4].

17


CHƯƠNG II

THỰC NGHIỆM
2.1. Hoá chất và dụng cụ - thiết bị
2.1.1 Hoá chất
Tên hóa chất

Công thức

Hãng sản xuất Thành phần

Dung dịch muối vàng

HAuCl4.3H2O

Germany

CM= 10-3mM

Chitosan (CHI)

C2H4(OH)2

Sigma-

99,0%

Aldrich.
Acid acetic

CH3COOH

Trung Quốc

99,0%

Trisodiumcitrat (TSC)

C6H5Na3O7.2H2O Trung Quốc

99,0%.

Sodium Tripoliphosphate

Na5P3O10

Trung Quốc

99,0%

Nước tinh khiết

Merck

95,0%.

NaOH

Trung Quốc

96,0%

KOH

Trung Quốc

96,0%

Trung Quốc

99,5%

(TPP)

Alcol

C2H5OH

18


2.1.2 Dụng cụ
• Ống đong 100 ml.
• Bình định mức 100 ml, 250 ml, 500 ml.
• Becher 100 ml, 250 ml, 600 ml.
• Erlen 250 ml.
• Pipete 5 ml, 10 ml.
• Pipete Pasteur (làm bằng nhựa hoặc thuỷ tinh).
• Micropipete 100 – 1000 µl.
• Hủ đựng mẫu.
• Chai nhựa và thuỷ tinh có thể tích là 100 ml.
2.1.3 Thiết bị sử dụng
• Cân điện tử với 5 chữ số có nghĩa sau dấu phẩy, (Phòng Hoá lý ứng dụng, ĐH
KHTN, Tp. HCM).
• Máy khuấy từ, IKA® RET control-visc, Đức, (Phòng Hoá Lý Ứng Dụng, ĐH
KHTN, Tp. HCM).
• Lò vi sóng, Sharp R-219, Nhật Bản, (Phòng Hoá Lý Ứng Dụng, ĐH KHTN
Tp. HCM).
• Máy ly tâm, Rotofix 32A (Bộ môn Hoá vô cơ, ĐH KHTN, Tp. HCM).
• Máy đo pH IQ Scientific Instruments, (Phòng Hoá lý ứng dụng, ĐH KHTN Tp.
HCM).
• Máy quang phổ UV-Vis-NIR-V670, JACCO, Nhật (Phòng Hóa lý ứng dụng,
ĐH KHTN, Tp. HCM).
• Máy TEM, JEM-1400, Nhật (Phòng thí nghiệm polyme, ĐH Bách Khoa, Tp.
HCM).
• Máy nhiễu xạ tia X BRUKER XRD-D8 ADVANCE, Đức (Viện Khoa Học Vật
Liệu Ứng Dụng-Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam).

19


2.2 Phương pháp
2.2.1 Quy trình thí nghiệm theo sơ đồ sau
Cân chitosan (CHI)

CH3COOH (99.5%)
Pha trong nước cất 2 lần
Khuấy từ 1500 vòng/phút, 2 giờ
CH3COOH (10%)

Hoà tan chitosan vào CH3COOH (10%)

Dung dịch muối vàng
HAuCl4

Dung dịch chitosan

Trisodiumcitrat

Tripoliphosphat

1/ Cho hỗn hợp CS:TPP theo các
tỉ lệ vào erlen.
Khuấy trong 45 phút

Nano Au

2/ Cho dung dịch HAuCl4 vào
erlen. Tiến hành phản ứng trong
lò vi sóng.
Khuấy từ 1500 vòng/phút.

20


Thuyết minh quy trình
Dung dịch nano vàng được điều chế theo các bước sau:

Hình 2. 1.Dung dịch muối vàng nồng độ 10.3 mM
Bước 1: Cân Chitosan.
Bước 2: Hòa tan Chitosan trong acid acetic (CH3COOH 10%).
Cho lượng Chitosan đã cân vào một lượng acid acetic xác định. Khuấy trên
bếp điện từ kết hợp với gia nhiệt sơ bộ khoảng 100oC cho đến khi Chitosan tan hoàn
toàn, dung dịch trong suốt.
Bước 3: Cho một thể tích dung dịch TSC 5% (w/v) hoặc TPP 0,25% (w/v)
bằng pipet vào dung dịch trên, khuấy đều.
Bước 4: Cho một thể tích dung dịch muối vàng bằng micropipet vào dung dịch
trên, khuấy đều.
Dùng micropipet lấy một lượng xác định dung dịch muối vàng cho vào dung
dịch đang được khuấy trên bếp điện từ trên. Dung dịch muối vàng có màu vàng,
nhưng thể tích dung dịch muối vàng cho vào là rất nhỏ so với thể tích của chitosan
nên màu của dung dịch vẫn là trong suốt.
Bước 5: Phản ứng trong lò vi sóng.

21


Hình 2. 2.Thực hiện phản ứng trong lò vi sóng.
Đưa dung dịch có chứa Chitosan, TSC 5% hoặc TPP 0,25%, muối vàng vào lò
vi sóng, tiến hành phản ứng với các công suất khác nhau, chọn thời gian thực hiện
+3
0
phản ứng chuyển Au → Au để chế tạo hạt nano vàng. Nhận diện sự hình

thành của hạt nano vàng bằng việc quan sát sự chuyển màu của dung dịch từ
không màu sang màu hồng. Khi dung dịch có màu hồng tức là có phản ứng xảy ra
và khi đó hạt nano vàng đã được tạo thành.
Bước 6: Khuấy dung dịch sau phản ứng để tránh sự kết tụ của các hạt nano
vàng.
Cốc dung dịch sau khi đã chuyển thành màu hồng trong lò vi sóng, được lấy ra
và đặt trên bếp khuấy từ, khuấy khoảng 15 phút để giải nhiệt cho dung dịch.
Các dung dịch nano vàng sau phản ứng sẽ được lưu trữ để xác đinh tính chất
của chúng.

22


2.2.2 Các phương pháp phân tích được sử dụng
2.2.2.1. Phương pháp chụp ảnh TEM
Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscopy (TEM)
của hạt nano chitosan chụp bằng máy JEM-1400 của Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm
Quốc Gia - Vật liệu Polyme và Composit (hình 2.3).

Hình 2.3.Hệ thống hiển vi điện tử truyền qua JEM-1400
2.2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Mức độ tinh thể của chitosan, hạt nano chitosan, nano vàng trong chitosan được
đánh giá thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X của chúng. Giản đồ nhiễu xạ tia X được đo
trong khoảng 2θ từ 4o đến 70o trên máy nhiễu xạ tia X BRUKER XRD-D8 ADVANCE
(hình 2.4) của Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, T.p Hồ Chí Minh.

23


Hình 2. 4. Máy nhiễu xạ tia X Bruker XRD-D8 ADVANCE
2.2.2.2. Phương pháp ghi phổ UV-Vis

Hình 2. 5: Máy UV – Vis NIR – V670 Jacco – Phòng Hóa lý ứng dụng, Đại học Khoa
Học Tự Nhiên, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh.

24


KẾT LUẬN
- Đã chế tạo thành công hệ keo nano vàng trong môi trường chitosan theo 2
phương pháp: (1) Dùng chất khử Trisodiumcitrat để khử muối vàng trong môi trường
chitosan. (2) Dùng phương pháp tạo gel ion giữa Chitosan và Tripoliphosphat để tạo
nano chitosan và nano chitosan tạo thành khử muối vàng thành các hạt nano vàng.
- Với phương pháp khử bằng TSC, thời gian tiếp xúc với vi sóng tốt nhất là 10
phút. Khi tăng nồng độ muối vàng, tăng chất khử, đỉnh phổ nằm trong khoảng từ 523
đến 528 nm, với cường độ đỉnh tăng dần.
- Với phương pháp sử dụng TPP và Chitosan, đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình tạo hệ keo như: nồng độ muối vàng, tỷ lệ TPP:CHI, thời gian tiếp xúc với
vi sóng. Kết quả cho thấy với nồng độ muối vàng (ứng với thể tích 0,25 ml), ti lệ TPP:
CHI = (1:6), thời gian 18 phút cho kết quả tốt nhất. Kết quả cũng cho thấy khi tăng
nồng độ muối vàng hoặc tăng thời gian phản ứng có sự dịch chuyển đỉnh hấp thu về
bước sóng cao hơn và cường độ đỉnh hấp thu mạnh hơn.
- Các kết quả phân tích XRD đã minh chứng hạt nano tạo thành là hạt nano vàng,
với các đỉnh trùng với giản đồ chuẩn của kim loại vàng.
- Các kết quả TEM cho thấy hạt nano vàng tạo thành có dạng hình cầu kích thước
dưới 10 nm (với thể tích muối vàng là 0,25 ml). Tăng nồng độ muối vàng, có sự xuất
hiện của hạt có hình ovan tam giác do sự phát triển dị hướng của hạt nano.

48


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×