THỰC tập tốt NGHIỆP nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc (ag) từ dịch chiết lá cẩm

Các phương pháp này mặc dù cóthể sàn xuất ra số lượng lớn để áp ứng nhu cầu của xã hội, nhưng các phươngpháp này thưởng ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe của người sử dụng.Với phư

[TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc (Ag) từ dịch chiết lá cẩm

LÊ CÔNG CHUNG

Chung.lc160442@sis.hust.edu.vn

Ngành Vật lý kỹ thuật Chuyên ngành Quang học và quang điện tử

Giảng viên hướng dẫn: TS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỞ ĐẦU

Ngày xưa, con người đã biết vai trò của bạc như là một trong những kim loạiquý hiếm và có tác dụng vô cùng to lớn trong cuộc sống và có giá trị lâu dài, cóthể đúc tiền, làm chén đũa, trang sức,… Ngày nay, dưới sự phát triển của khoahọc công nghệ thì người ta sẽ tạo ra hạt nano bạc và có ứng dụng nhiều trongcuộc sống Hạt nano bạc thể sử dụng trong công nghiệp làm chất dẫn, chất xúctác quang, điện phân trong các phản ứng hóa học, ngoài ra còn có thể diệt khuẩn,nhiều tác dụng trong sinh học khác

Tuy nhiên, hiện nay phần lớn nano bạc thường được tạo thành nhờ sử dụngphương pháp hóa học và phương pháp vật lý Các phương pháp này mặc dù cóthể sàn xuất ra số lượng lớn để áp ứng nhu cầu của xã hội, nhưng các phươngpháp này thưởng ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe của người sử dụng.Với phương pháp hóa học, hạt nano bạc tạo ra sẽ tạo ra thường có các tạp chấtđộc hại, và khi sử dụng cho con người thì sẽ rất độc hại Còn với phương phápvật lý thì thường sẽ rất tốn kém Với việc ứng dụng của nano bạc là lớn đối với y

tế đòi hỏi phải phương pháp ít độc hại với người dùng đồng thời chi phí sản xuấtkhông quá đắt để có thể giảm giá thành, phương pháp xanh như là một trongnhững giải pháp tốt nhất để sản xuất nano bạc Một trong những phương phápxanh thưởng sử dụng hiện nay là phương pháp chiết thực vật để tổng hợp nanobạc Với việc đa dạng thực vật nên hiện nay phương pháp sử dụng dịch chiết thựcvật đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

Đã có nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp chiếtthực vật như là tổng hợp nano bạc bằng dịch chiết nho, dịch chiết lá diếp cá, dịchchiết lá bàng, dịch chiết hoa đậu biếc,… Trong đề tài này em sử dụng dịch chiết

lá cẩm để tổng hợp hạt nano bạc

Đề tài thực tập tốt nghiệp:” Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc bằng lá cẩm”.

Bố cục báo cáo gồm 4 phần:

Chương 1: Tổng quan – Tổng quan về hạt nano bạc; tổng quan về lá cẩm và cơ

sở của phương pháp tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết lá cẩm

Chương 2: Thực nghiệm - Khảo sát các điều kiện chiết lá mẫu đơn, trình bày

các bước tổng hợp hạt nano bạc

Chương 3: Kết quả và thảo luận – Trình bày kết quả khảo sát chiết lá cẩm, các

kết quả phân tích mẫu bạc từ phương pháp tổng hợp bằng lá cẩm

Chương 4: Kết luận – Em sẽ tổng hợp lại các kết quả thu được trong quá trình

làm thực tập tốt nghiệp

Ch ươ ng 1: T ng quan ổ

1.1 T ng quan vềề nano b c ổ ạ

1.1.1 Gi i thi u vềề nano b c ớ ệ ạ

Bạc là một kim loại thuộc bảng tuần hoàn số hiệu nguyên tử 47 thuộc chu kỳ

5 nhóm IB phân lớp d Khối lượng nguyên tử 108, kim loại có màu ánh kimbóng, nhiệt độ nóng chảy là 1234.95k và nhiệt độ sôi là 2435k Có cấu trúc làmạng lập phương tâm măt Bạc là kim loại có tình mềm dẻo cao và dễ uốn.Bạc là kim loại có điện trở suất nhỏ nhất nên có Ngoài ra, bạc còn là kimloại có tính dẫn nhiệt rất tốt và tính phản quang cao Trong tự nhiên, bạcthường được tìm thấy trong các mỏ khoáng chất như argentit ( Ag S2 ) vàsilver horn (AgCl) hoặc các mỏ bạc trong tự nhiên

Hạt nano bạc (AgNPs) có kích thước cỡ 1-100nm Đây là một trong những

hạt nano phổ biến nhất trong các hạt nano kim loại nhờ các đặc tính vật lý,hóa học , sinh học đặc biệt của nó AgNPs có tính kháng khuẩn cao, phổ diệtkhuẩn diệt nấm rộng[1] Ngoài ra một số nghiên cứu gần đây còn cho tháy hạtnano bạc có thể chống ung thư và chống oxy hóa[2].

1.1.2 Ph ươ ng pháp t ng h p ổ ợ

Hi n nay, có nhiềều phệ ương pháp t ng h p h t nano b c, nh ng ngổ ợ ạ ạ ư ười ta chia làm 3 lo i phạ ương pháp chính là phương pháp hóa h c, phọ ương pháp

v t lý và phậ ương pháp sinh h c Mỗỗi phọ ươn pháp đềều có nh ng u nhữ ư ược

đi m riềng, d a vào chi phí s n xuấất, kích thể ự ả ước h t nano và s phấn bỗấạ ự

đỗềng đềều c a các h t mà ngủ ạ ườ ử ụi s d ng các phương pháp m t cách h pộ ợ

lý[3].

a) Ph ươ ng pháp hóa h c ọ

Trong các phương pháp t ng h p AgNPs hi n nay phổ ợ ệ ương pháp hóa h c làọ

ph ng pháp ph biềấn nhấất Phươ ổ ương pháp ph biềấn nhấất c a lo i này sổ ủ ạ ử

d ng quá trình kh c a các ion kim lo i đ t o ra các nano b c Ngoài ra,ụ ử ủ ạ ể ạ ạ

còn m t sỗấ phộ ương pháp hóa h c khac nh phọ ư ương pháp quang hóa, hóa chấất ướ ổt t ng h p, s d ng tinh th l ng, ợ ử ụ ể ỏ polymer templates,… Phương

chấất oxy hóa seỗ là các h p chấất c a b c nh ợ ủ ạ ưAgNO3 , AgCl,… Các hóa chấất này seỗ b kh t o thành các nano b c Các chấất kh thị ử ạ ạ ử ường là nh ng h pữ ợ

chấất có tính kh trung bình yềấu nhử ư NaBH ,4 glucozo, N2H4 ,

formaldehyde,… Nguyền lý c a phủ ương pháp hóa h c: ọ

Ag++X —›Ag —› nano Ag0

Quá trình c a phủ ng pháp này seỗ bao gỗềm: đấều tiền seỗ kh kim lo i đươ ử ạ ể

t o ra các h t tinh th b c, sau đó seỗ là quá trình kềất dính các tinh th b cạ ạ ể ạ ể ạ

đ t o ra tr ng thái bềền tr ng th i sau đó seỗ ng ng t l i t o thành cácể ạ ạ ạ ờ ư ụ ạ ạ

h t nano b c Các chấất kh khác nhau seỗ đóng vai trò quyềất đ nh t i vi cạ ạ ử ị ớ ệ

th c hi n và chi phí thấấp nh ng nó có nhự ệ ư ược đi m là các hóa chấất thể ường

đ c h i và h t nano b c t o ra có đ tinh khiềất khỗng cao dềỗ có t p chấất.ộ ạ ạ ạ ạ ộ ạ

b) Ph ươ ng pháp v t lý ậ

Một số phương pháp vật lý phổ biến hiện nay là bay hơi – ngưng tụ, phân hủynhiệt, ăn mòn bằng laser ,nhiệt phân, chiếu xạ tia gamma, phương pháp quanghóa… Với phương pháp bay hơi và ngưng tụ thì kim loại bạc sẽ được nungnóng đến nhiệt độ 2435k để bay hơi sau đó hơi này sẽ được làm lạnh để chongưng tụ và tạo ra các hạt nano bạc Các hạt nano bạc tạo bởi phương phápnày thường có kích thước từ 10 20nm

Hình 1.1 Phương pháp bay hơi ngưng tụ

Phương pháp phân hủy nhiệt, người ta sẽ phân hủy các hợp chất của bạc ởnhiệt độ cao và tổng hợp lại các hạt nano bạc Phương pháp này sẽ tạo ra cácnano bạc dạng bột có kích thước cỡ 10nm Với phương pháp ăn mòn bằnglaser, người sử dụng một laser công suất cao để ăn mòn kim loại bạc, phươngpháp này sẽ cho hạt nano có kích thước rất bé, chỉ từ 2-5nm Ưu điểm củaphương pháp là tạo ra các hạt nano bạc có kích thước nhỏ và độ tinh khiết cao.Tuy nhiên, phương pháp này rất tốn kém do thiết bị phức tạp và cần nănglượng lớn trong quá trình sản xuất

c) Ph ươ ng pháp sinh h c ọ

Phương pháp sinh học là phương pháp đang được nghiên cứu và phát triển gầnđây vì những ưu điểm có thể khắc phục nhược điểm của 2 phương pháp trênnhư nó có chi phí khá rẻ, tiết kiệm năng lượng đồng và không gây hại tới sứckhỏe Phương pháp sinh học sẽ tổng hợp các hạt nano bạc từ các vi mô (men,nấm, vi khuẩn,…) hoặc từ các dịch chiết các mô của thực vật ( lá, quả, mủ,vỏ…) Việc sử dụng nguồn nguyên liệu là thực vật còn mở ra cơ hội cho việc

sử dụng các rác thải nông nghiệp, chất thải sinh học để tạo ra các hạt nano.Nguyên lý của phương pháp này là dựa trên phương pháp khử các ion kim loạidưới tác dụng của vi khuẩn, ion bạc sẽ chuyển thành nano

Biological

Ag —›Ag+ 0

Hình 1.2 T ng h p sinh h c các h t nano kim lo i có hình d ng và kíchổ ợ ọ ạ ạ ạ

th ước khác nhau bằềng cách s d ng vi sinh v t vàử ụ ậ d ch chiềấtị mỗ th c v tự ậTùy vào các tế bảo vi mô hoặc dịch chiết khác nhau mà các hạt nano bạc tạo racũng có kích thước, hình dáng khác nhau Tuy có nhiều ưu điểm như vậynhưng phương pháp này khó có thể sản xuất tạo ra số lượng lớn hạt nano bạc

như 2 phương pháp trên, nên phương pháp này khó có thể sản xuất với quy môcông nghiệp.

1.1.3 ng d ng c a h t nano b c Ứ u ủ ạ ạ

Với những đặc tính vật lý, hóa học, sinh học đặc biệt, có tính kháng khuẩncao và có tính dẫn điện, dẫn nhiệt và phản quang tốt, hạt nano bạc có ứngdụng trong nhiều lĩnh vực

a) Trong y tềế

Hạt nano bạc có tính kháng khuẩn cao và có phổ diệt khuẩn, nấm rộng vì vậy

nó được dung để làm thuốc kháng sinh, chống oxy hóa, thuốc chống viêm,chuẩn đoán ung thư, HIV, lớp phủ trên các thiết bị y tế, thuốc phun khử trùng,

… Hạt nano bạc có thể gây ức chế quá trinh sinh trưởng của các sinh vậtnấm, có thể chống lại sự phát triển nấm nem và vi khuẩn E.coli, nó được sửdụng như một chất kháng khuẩn [4]

b) Trong công nghi p th c ph m ệ ự ẩ

Nano bạc có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, thườngđược phủ trên các bao bì của các thực phẩm chức năng, bảo quản thực phẩmtươi sống để trách các vi sinh có hại phát triển không mong muốn

d) Trong nông nghi p ệ

Hạt nano bạc là thành phần chính của một số chất bảo vệ thực vật thay thếcho các hóa chất độc hại khác đẻ phòng trị bệnh cho cây trồng Ngoài ra cònlàm hợp chất giúp cây trồng tăng hiệu suất quang hợp, với nồng đọ thích hợpnano bạc còn có thể giúp cây phát triển rễ dài ra tăng cường phát triển của cây

và giúp bảo quản thực phẩm tránh các vi khuẩn và nấm[6]

1.2 Ph ươ ng pháp t ng h p xanh ( Green synthesis) ổ ợ

1.2.1 Gi i thi u ớ ệ

Phương pháp xanh là một phương pháp thuộc phương pháp tổng hợp sinhhọc Đây là phương pháp mới và đang được nghiên cứu nhiều trong nhữngnăm gần đây Và phương pháp này cho thấy độ than thiện với môi trường vàđang được nghiên cứu để thay thế dần cho những phương pháp hóa học và vật

lý Phương pháp này sử dụng quá trình oxy hóa – khử với 3 tác nhân khử hayđược sử dụng nhất là là các vi khuẩn, nấm-tảo, các dịch chiết từ thực vật ( lá,hoa ,quả, vỏ, thân ) từ đó sẽ khử ion kim loại để hình thành nên các nano oxit,kim loại Những chất khử tương tự hoặc các phân tử xung quang có thể bánlên bề mặt và tạo thành một lớp phủ trên bề mặt của các vật liệu nano, cácchất này sẽ không gây độc hại như quá trình hóa học Ngoài ra lớp phủ này

còn giúp giảm thiểu hoặc ngăn ngừa sự kết tủa hoặc phát triển mất trật tựtrong quá trình tổng hợp.

Hình 1.3: tổng hợp xanh tạo ra các hạt nano Phương pháp tổng hợp xanh bằng vi sinh vật là phương pháp sử dụng cácproteins hoặc enzymes của vi sinh vật làm tác nhân khử để tạo ra các hạt nanooxit và kim loại Ngoài ra một số loài vi sinh vật có thể khử độc phân hủy một

số kim loại nặng Phương pháp này có thể tạo ra các hạt nano kháng khuẩn,kháng nấm, ở trong điều kiện có chứa kim loại nặng các chất độc hại[7] Phương pháp tổng hợp xanh bằng nấm-tảo là phương pháp sử dụng cácchất màu, pro-teins, carbohydrate, chất béo, axit nucleic, metabolites thứ cấp

mà chúng có để khử các muối kim loại để tạo ra các hạt nano oxit và kim loại.Kích thước các hạt nano bạc tạo ra sẽ bị ảnh hưởng bởi thời gian ủ, nhiệt độmôi trường, độ pH của môi trường khử và nồng độ ion kim loại trong môitrường Phương pháp này là phương pháp nano kim loại tạo ra ít tạp nhấttrong 3 phương pháp tổng hợp xanh[7]

Phương pháp tổng hợp xanh sử dụng dịch chiết từ thực vật là phươngpháp sử dụng một số hợp chất từ dịch chiết thực vật có tinh khử như enzym,protein, axit amin, vitamin, polysaccharid và các axit hữu cơ … để khử cáccác muối để tạo ra các hạt nano[8] Hiện nay phương pháp sử dụng dịch chiết

tử thực vật ( lá, hoa, quả, vỏ, thân ) đang được nghiên cứu mạnh mẽ và đượccho là có thể thay các phương pháp hóa học và vật lý trong tương lai Nhờ sựphong phú về các loại thực vật có thể chiết, thân thiện với môi trường cũngnhư hiệu quả về kinh nó mang lại, và dễ dàng có thể sản xuất với quy mô lớn

so với các phương pháp sinh học từ nấm, vi sinh Phương pháp tổng hợp xanhcòn có ưu điểm là tạo ra các hạt nano nhỏ nhờ tình khử đặc biệt của một sốhợp chất từ dịch chiết của thực vật như terpenoids, axit amin, saponin, cũngnhư có thể định hình các cấu trúc nano kim loại, oxit nhờ các chất khử khácnhau

1.2.2 T ng h p h t nano b c bằềng ph ổ ợ ạ ạ ươ ng pháp xanh

Với những điểm mạnh như bảo vệ môi trường, sản phẩm tổng hợp thườn antoàn đối với người dung nên phương pháp xanh ngày càng được áp dụng

mạnh mẽ nhất là trong tổng hợp các chất dùng để điều trị bệnh, người dùngkhông phải lo vấn đề sức khỏe trong khi sử dụng như các phương pháp khác.

Vì vậy, phương pháp này đã mở ra một hướng tích cực đến việc sản xuất cáchạt nano sử dụng trong y tế và trong thực phẩm, trong đó có hạt nano bạc Hạtnano bạc có ứng dụng lớn trong y tế và trong thực phẩm nên việc tổng hợpnano bạc phải đảm bảo được độ an toàn cho người sử dụng, việc này rất khónếu sử dụng các phương pháp như hóa và lý Phương pháp xanh sẽ đảm bảocho việc hạt nano bạc tạo ra có thể sử dụng an toàn đối với mọi người

Một số nghiên cứu về viếc sử dụng phương pháp xanh để tạo ra hạt nano bạcbằng cách sử một số dịch chiết thực vật đã cho thấy sự hiệu của phương phápnày Bằng cách sử dụng dịch chiết vỏ chanh dây tạo ra những hạt nano bạcvới kích thước 61,7nm và có thể hình thành ổn định trong điều kiện lạnh[9].Ngoài ra khi tổng hợp nano bạc từ dịch chiết lá diếp cá người ta thu về các hạtAgNPs có dạng hình cầu và kích thước từ 10-40nm[10] Một nghiên cứu khácngười ta sử dụng dịch chết lá dâu tây để tạo ra AgNPs với kích thước các hạttạo ra khoảng 20nm và có dạng hình cầu[11]

Hình 1.4 ảnh sem hạt nano bạc tạo ra từ dịch chiết lá dâu tây

1.3. T ng quan vềề lá c m ổ ẩ

1.3.1 Gi i thi u vềề cấy c m ớ ệ ẩ

Cây cẩm tên khoa học Peristrophe bivalvis là một chi trong Peristrophe

và cây thuộc họ Acanthaceae Cẩm là loài thực vật lâu năm chiều cao

khoảng 30-60cm Được phân bố chủ yếu ở vùng núi phía bắc Việt Nam

và một số vùng thuộc Nam Á Cây cẩm thường phát triển vào mùa hè và

ra hoa vào mua thu Cuối thu thì lá sẽ rụng đến mùa đông gần như sẽ

không còn lá Hiện nay, người ta thường trồng cẩm ở những mành đất

trồng diện tích nhỏ để tiện sử dụng, và rất ít thấy những cây cẩm mọc dại.Dựa theo màu sắc khi chiết người ta thường chia cây cẩm thành 4 dạng

khác nhau: Cẩm đỏ, cẩm tím, cẩm tím-đỏ, cẩm vàng Trong đó cẩm vàng

là loại hiếm nhất, không được trồng và thường mọc dại nên người ta gọi

làm “cẩm dại”[12] Mỗi loại cẩm lại có các đặc điểm hình thái, màu sắc

lá khác nhau

1 Cẩm đỏ Lá hình bầu dục, gốc lá thon, xanh đậm, có nhiều lông,

4 Cẩm vàng Lá hình trứng, gốc lá thon, đầu lá thon nhọn, 2 mặt có

lông rải rác, phiến lá thường nhăn nheo, đặc biệt làmép lá

Vàng xanh

Bảng 1.1: Đặc điểm hình thái của các loại cẩm[13]

1.3.2 Thành phấền hóa h c ọ

Thành phần hóa học của cây cẩm bằng cách xử lý qua dung môi hữu cơ và

dung môi nước Thì thu được các chất Chlorophyll a, Chlorophyll b,

carotenoids, nhóm chất anthocyanin, nhóm chất phenolic, nhóm chất

flavonoid[14] Sau khi chiết trong methanol và nước cất người ta thu được 2

phần: phần tan trong metanol và phần không tan trong methanol Sau khi khô

cặn và xử lý phần tan người ta tìm ra được các chất: Afzelechin (4-8)

pelargonidyl glucozit, gentiobiozơ,

Pelargonidin-3-O-sambabiozơ Phần không tan sẽ sau khi xử lý bao gồm

4’-sucxinoyl-3-rhamnozyl-(4H, 5H)pyranocyanidin, 4’-maloyl-3-rhamnozyl-(4H,

5H)pyranocyanidin, oxaloyl-3-rhamnozyl-(4H, 5H)pyranopeonidin,

4’-sinpoyl-3-glucozyl-(4H, 5H)pyranopeonidin[13]

phân tử

Công thứcphân tử

Công thức cấu tạo

Trong y học, lá cẩm là một trong bài thuốc dân gian có tác dụng trong việc giảm

ho, cẩm máu, các bệnh gan, suy thận và vàng da[14] Ngoài ra, lá cẩm còn là 1phần trong các bài thuốc dân gian trị các bệnh viêm phế quản nhiều đườm, tiêulỏng, xuất huyết, chấn thương gân, cơ Ở các dân tộc phía bắc Việt Nam, người tacòn dùng lá cẩm ngâm trong nước để tắm cho trẻ em bị bệnh rôm sảy

Trong làm đẹp, lá cẩm là để thanh nhiệt giải độc, có thể sử dụng để dưỡng da làmđẹp Lá cẩm có thể giúp da trở nên mịn màng, giảm độ dầu trên da mặt, ngừamụn trứng cá

b) Trang thiềất b , d ng c :ị ụ ụ

 Các d ng c thí nghi m thụ ụ ệ ường quy: ỗấng nghi m, cỗấc th y tinhệ ủ

chia đ , đĩa petri th y tinh, bình chiềất th y tinh, nhi t kềấ,ộ ủ ủ ệ giấấy