Tổng hợp nano Au bằng dịch chiết Xáo Tam Phân ứng dụng làm vật liệu xúc tác cho phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ và kháng khuẩn

Tổng hợp nano Au, bằng dịch chiết Xáo Tam Phân, làm vật liệu xúc tác, chuyển hóa chất hữu cơ, và kháng khuẩn

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP NANO AU BẰNG DỊCH CHIẾT XÁO TAM PHÂN LÀM VẬT LIỆU XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA CHẤT HỮU

CƠ VÀ KHÁNG KHUẨN

Giảng viên hướng dẫn: TS ĐOÀN VĂN ĐẠT

Sinh viên thực hiện: LÊ THANH BÌNH

Lớp: DHHO14ATT

MSSV: 18043301

Khoá: 2018 – 2022

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP NANO AU BẰNG DỊCH CHIẾT XÁO TAM PHÂN LÀM VẬT LIỆU XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA CHẤT HỮU

CƠ VÀ KHÁNG KHUẨN

Giảng viên hướng dẫn: TS ĐOÀN VĂN ĐẠT

Sinh viên thực hiện: LÊ THANH BÌNH

Lớp: DHHO14ATT

MSSV: 18043301

Khoá: 2018 – 2022

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: LÊ THANH BÌNH

- Tổng hợp nano Au bằng dịch chiết từ cây Xáo Tam Phân

- Khảo sát các thông số tổng hợp tối ưu

- Đặc trưng các vật liệu thu được bằng phương pháp TEM, SEM, XRD, EDX, FTIR

- Khảo sát khả năng làm xúc tác phân huỷ chất hữu cơ

- Khảo sát khả năng kháng khuẩn

3 Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 05/05/2020 (theo quyết định đã công bố website)

4 Ngày hoàn thành khóa luận tốt nghiệp: (đợt 1, ngày 08/07/2022)

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS Đoàn Văn Đạt

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Chủ nhiệm bộ môn Giảng viên hướng dẫn

chuyên ngành

TS Phạm Thị Hồng Phượng TS Đoàn Văn Đạt

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- // -

Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

- // -

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô Khoa Công nghệ Hóa học, trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức và những kinh nghiệm quý báu giúp em tự tin hơn trong quá trình học tập Nó không chỉ là kiến thức nền tảng giúp cho em có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này mà còn là hành trang

để em chuẩn bị cho tương lai của mình sau này Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Đoàn Văn Đạt đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn cho em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

Do kiến thức và kinh nghiệm của em không thật sự tốt và đủ nên trong quá trình thực hiện đồ án này, em không tránh khỏi những sai sót Mong thầy cô xem xét và góp ý để em

có thể làm tốt hơn

Em chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

Sinh viên thực hiện

Lê Thanh Bình

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá: (thang điểm 10) • Thái độ thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Kỹ năng trình bày:

• Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: …… … Điểm bằng chữ:

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

Giảng viên phản biện

(Ký ghi họ và tên)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT 1

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Nguồn gốc hình thành 1

1.1.3 Vật liệu nano 2

1.2 Giới thiệu hạt nano 2

1.2.1 Khái niệm 2

1.2.2 Tính chất của hạt nano 2

1.3 Các phương pháp tổng hợp nano 3

1.3.1 Phương pháp tổng hợp từ trên xuống (Top – Down) 3

1.3.2 Phương pháp tổng hợp từ dưới lên (Bottom– Up) 3

1.3.3 Từ dịch chiết thực vật – hóa học xanh 4

1.3.4 Tổng hợp dung dịch keo 5

1.4 Sự ổn định hạt kim loại 5

1.4.1 Sự ổn định tĩnh điện 5

1.4.2 Sự ổn định không gian 6

1.5 Các hiệu ứng gây ra bởi các hạt nano 6

1.5.1 Hiệu ứng bề mặt 6

1.5.2 Hiệu ứng kích thước 6

1.6 Ứng dụng của nano bạc, vàng trong các lĩnh vực trong cuộc sống 6

1.6.1 Trong y học 7

1.6.2 Thực phẩm 8

1.6.3 Nông nghiệp 8

1.6.4 Xúc tác cho nhiều phản ứng 9

1.6.5 Một số nghiên cứu về nano vàng, bạc 9

1.7 Đặc điểm sinh học của một số loại vi khuẩn 10

1.7.1 Vi khuẩn gram dương 10

1.7.2 Vi khuẩn gram âm 10

1.8 Giới thiệu về kim loại vàng 12

1.8.1 Đặc điểm của kim loại vàng 12

1.8.2 Đặc điểm của nano vàng 13

1.8.3 Khả năng kháng khuẩn của nano vàng 13

1.8.4 Khả năng xúc tác của nano vàng 14

1.9 Tổng quan về cây xáo tam phân 14

1.9.1 Đặc điểm cây xáo tam phân 14

1.9.2 Thành phần hóa học 15

1.9.3 Công dụng của cây xáo tam phân 15

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 16

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 16

2.2 Nguyên liệu và hóa chất 16

2.2.1 Nguyên liệu 16

2.2.2 Hóa chất 16

2.2.3 Tính toán và pha chế hóa chất 16

2.2.4 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 17

2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano vàng 17

2.3.1 Chuẩn bị dịch chiết 17

2.3.2 Khảo sát tỉ lệ giữa dịch chiết và dung dịch vàng (III) HAuCl4 18

2.3.3 Khảo sát nồng độ dung dịch vàng (III) HAuCl4 18

2.3.4 Khảo sát thời gian phản ứng trong quá trình tổng hợp nano vàng 18

2.3.5 Khảo sát nhiệt độ tối ưu trong quá trình tổng hợp nano vàng 19

2.4 Quy trình tổng quát 20

2.5 Khảo sát khả năng xúc tác của nano vàng 21

2.5.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH4 và Methylene Blue khi có xúc tác nano vàng 21

2.5.2 Khảo sát phản ứng giữa NaBH4 và Bromocresol Green khi có xúc tác của nano vàng 21

2.5.3 Khảo sát phản ứng giữa NaBH4 và 4-nitrophenol khi có xúc tác nano vàng 21

2.5.4 Đánh giá khả năng hoạt của phản ứng phân hủy giữa NaBH4 và (4) – nitrophenol, Methylene Blue và Bromocresol Green khi có mặt xúc tác nano vàng 21

2.6 Khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano vàng 22

2.6.1 Chọn chủng vi sinh vật 22

2.6.2 Pha môi trường 23

2.6.3 Tăng sinh vi sinh vật 23

2.6.4 Giai đoạn kháng khuẩn của nano vàng 23

2.7 Mốt số thiết bị phân tích dùng trong nghiên cứu 25

2.7.1 Phương pháp hấp thu hồng ngoại biến đổi Fourier (FT – IR) 25

2.7.2 Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV – Vis) 25

2.7.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26

2.7.4 Hiển vu điện tử truyền qua (TEM) 27

2.7.5 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 27

2.7.6 Nhiễu xạ tia X (XRD) 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31

3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano vàng 31

3.1.1 Khảo sát nồng độ HAuCl4.3H2O trong quá trình tổng hợp nano vàng 31

3.1.2 Khảo sát thời gian phản ứng trong quá trình tổng hợp nano vàng 33

3.1.3 Khảo sát nhiệt độ phản ứng trong quá trình tổng hợp nano vàng 34

3.1.4 Khảo sát tỉ lệ dịch chiết và nano vàng trong quá trình tổng hợp nano vàng 36

3.2 Tổng hợp nano vàng ở thông số tối ưu 37

3.3 Kết quả nghiên cứu đặc trưng hóa lý của nano vàng 38

3.3.1 Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) 38

3.3.2 Kết quả đo quang phổ hồng ngoại FT – IR 39

3.3.3 Kết quả đo phương pháp kính hiển vi điện tử quét (FE – SEM) 40

3.3.4 Kết quả đo phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) 41

3.3.5 Kết quả đo phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS) 42

3.3.6 Kết quả đo thế Zeta 42

3.3.7 Kết quả khảo sát đo phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (TEM) 43

3.4 Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác của nano vàng 44

3.4.1 Kết quả phản ứng giữa NaBH4 và 4-NP có nano vàng làm xúc tác 44

3.4.2 Kết quả phản ứng giữa NaBH4 và MB có nano vàng làm xúc tác 45

3.4.3 Kết quả phản ứng giữa NaBH4 và BG có nano vàng làm xúc tác 47

3.5 Kết quả khảo sát năng lượng hoạt hóa 48

3.5.1 Kết quả năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH4 và 4-NP có nano vàng làm xúc tác 48

3.5.2 Kết quả năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH4 và MB có nano vàng làm xúc tác 51

3.5.3 Kết quả năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH4 và BG có nano vàng làm xúc tác 54

3.6 So sánh và đánh giá năng lượng hoạt hóa với các bài báo nghiên cứu trước đây 57

3.6.1 So sánh và đánh giá năng lượng hoạt hóa của phản ứng phân hủy (4-NP+NaBH4) có mặt của xúc tác nano vàng 57

3.6.2 So sánh và đánh giá năng lượng hoạt hóa của phản ứng phân hủy (MB+NaBH4) có mặt của xúc tác nano vàng 57

3.7 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của nano vàng 58

KẾT LUẬN 63

KIẾN NGHỊ 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤC LỤC 69

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Kích thước vật liệu nano – thành phần sinh học 1

Hình 1.2 Phương pháp cơ khí nano 4

Hình 1.3 Ứng dụng của nano trong nhiều lĩnh vực 7

Hình 1.4 Ứng dụng nano vàng trong điều trị ung thư 8

Hình 1.5 Ứng dụng nano trong thực phẩm 8

Hình 1.6 Ứng dụng nano trong nông nghiệp 9

Hình 1.7 Cầu khuẩn Staphylococcus aureus 10

Hình 1.8 Vi khuẩn E.Coli 11

Hình 1.9 Vi khuẩn Salmonella Enteritidis 11

Hình 1.10 Trục khuẩn P Aeruginosa 12

Hình 1.11 Cơ chế kháng khuẩn của nano vàng 13

Hình 1.12 Cây xáo tam phân 15

Hình 1.13 Thành phần của cây xáo tam phân 15

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp nano vàng tổng quát 20

Hình 2.2 Quy trình kháng khuẩn tổng quát 22

Hình 2.3 Nguồn gốc của các vi khuẩn được khảo sát 23

Hình 2.4 Sơ đồ kháng khuẩn bằng phương pháp khuếch tán đĩa thạch 24

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của máy đo FT – IR 25

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của máy UV – Vis 26

Hình 2.7 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26

Hình 2.8 Bề mặt của mẫu dưới kính hiển vi điện tử SEM 27

Hình 2.9 Hệ hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao JEM 2100 27

Hình 2.10 Phổ tán xạ năng lượng tia X 28

Hình 2.11 Máy đo XRD 28

Hình 2.12 Phổ chuẩn XRD của bạc 29

Hình 2.13 Phổ chuẩn XRD của vàng 29

Hình 2.14 Phổ chuẩn XRD của AgCl 30

Hình 3.1 Phổ UV – VIS về sự ảnh hưởng của nồng độ HAuCl4.3H2O đến quá trình tạo nano vàng 31

Hình 3.2 Dung dịch nano vàng với nồng độ HAuCl4.3H2O khác nhau 32

Hình 3.3 Phổ UV – VIS về sự ảnh hưởng của thời gian HAuCl4.3H2O đến quá trình

tạo nano vàng 33

Hình 3.4 Dung dịch nano vàng với thời gian HAuCl4.3H2O khác nhau 33

Hình 3.5 Phổ UV – VIS về sự ảnh hưởng của nhiệt độ HAuCl4.3H2O đến quá trình tạo nano vàng 34

Hình 3.6 Dung dịch nano vàng với nhiệt độ HAuCl4.3H2O khác nhau 35

Hình 3.7 Phổ UV – VIS về sự ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết HAuCl4.3H2O đến quá trình tạo nano vàng 36

Hình 3.8 Dung dịch nano vàng với tỉ lệ dịch chiết HAuCl4.3H2O khác nhau 36

Hình 3.9 Nano vàng được tổng hợp ở các thông số và điều kiện tối ưu 37

Hình 3.10 Giản đồ XRD của nano vàng 38

Hình 3.11 Phổ FT-IR của nano vàng và dịch chiết 39

Hình 3.12 Kết quả chụp FE – SEM của nano vàng ở độ phóng đại 70.0k 40

Hình 3.13 Kết quả chụp FE – SEM của nano vàng ở độ phóng đại 120k 40

Hình 3.14 Kết quả đo EDX của nano vàng 41

Hình 3.15 Kết quả đo DLS của nano vàng 42

Hình 3.16 Kết quả đo thế Zeta của nano vàng 42

Hình 3.17 Kết quả chụp TEM của nano vàng ở 100 nm 43

Hình 3.18 Kết quả chụp TEM của nano vàng ở 50nm 43

Hình 3.19 4-NP phản ứng với NaBH4 (a) và sau khi có xúc tác nano vàng (b) 44

Hình 3.20 Phổ UV – Vis về suy giảm hàm lượng 4-NP với NaBH4 có vàng làm xúc tác ở 30oC (a) và động học bậc nhất của phản ứng (b) 44

Hình 3.21 Đơn chất Methylene Blue (MB) (a), sau khi phản ứng với NaBH4 (b), và sau khi có xúc tác nano vàng (c) 45

Hình 3.22 Phổ UV – Vis về suy giảm hàm lượng MB với NaBH4 có vàng làm xúc tác ở 30oC (a) và động học bật nhất của phản ứng (b) 46

Hình 3.23 Đơn chất Bromocresol Green (a), sau khi phản ứng với NaBH4 (b), và có nano vàng làm xúc tác (c) 47

Hình 3.24 Phổ UV – Vis về suy giảm hàm lượng BG với NaBH4 có vàng làm xúc tác ở 30oC (a) và động học bật nhất của phản ứng (b) 47

Hình 3.25 Phổ UV – Vis về suy giảm hảm lượng 4-NPphản ứng với NaBH4 có nano vàng làm xúc tác ở các nhiệt độ khác nhau 48

Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn động học bậc nhất của phản ứng ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau của 4-NP 49

Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn phương trình Arrhenius của 4 – NP 50

Hình 3.28 Phổ UV – Vis về suy giảm hảm lượng MB phản ứng với NaBH4 có nano

vàng làm xúc tác ở các nhiệt độ khác nhau 51

Hình 3 29 Đồ thị biểu diễn động học bậc nhất của phản ứng ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau của MB 52

Hình 3.30 Đồ thị biểu diễn phương trình Arrhenius của MB 53

Hình 3.31 Phổ UV – Vis về suy giảm hảm lượng BG phản ứng với NaBH4 có nano vàng làm xúc tác ở các nhiệt độ khác nhau 54

Hình 3.32 Đồ thị biểu diễn động học bậc nhất của phản ứng ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau của BG 55

Hình 3.33 Đồ thị biểu diễn phương trình Arrhenius của BG 56

Hình 3.34 Khả năng kháng khuẩn của nano vàng với vi khuẩn E.coli 58

Hình 3.35 Khả năng kháng khuẩn của nano vàng với vi khuẩn P Aeruginosa 59

Hình 3.36 Khả năng kháng khuẩn của nano vàng với vi khuẩn Salmonella 59

Hình 3.37 Khả năng kháng khuẩn của nano vàng với vi khuẩn S.Aureus 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu 6

Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý của kim loại vàng 12

Bảng 2.1 Thiết bị, dụng cụ dùng trong thực nghiệm 17

Bảng 2.2 Các thông số cho phản ứng khảo sát tỉ lệ giữa dịch chiết và dung dịch HAuCl4 18

Bảng 2.3 Các thông số cho phản ứng khảo sát nồng độ HAuCl4 18

Bảng 2.4 Các thông số cho phản ứng khảo sát thời gian HAuCl4 19

Bảng 2.5 Các thông số cho phản ứng khảo sát nhiệt độ HAuCl4 19

Bảng 3.1 Kết quả các thông số tối ưu tổng hợp nano vàng 37

Bảng 3.2 Thành phần các nguyên tố có trong mẫu nano vàng 41

Bảng 3.3 Giá trị hằng số tốc độ theo nhiệt độ phản ứng của 4-NP 49

Bảng 3.4 Giá trị của các thông số trong phương trình Arrhenius của 4-NP 50

Bảng 3.5 Giá trị hằng số tốc độ theo nhiệt độ phản ứng của MB 52

Bảng 3.6 Giá trị của các thông số trong phương trình Arrhenius của MB 53

Bảng 3.7 Giá trị hằng số tốc độ theo nhiệt độ phản ứng của BG 55

Bảng 3.8 Giá trị của các thông số trong phương trình Arrhenius của BG 56

Bảng 3.9 So sánh khả năng hoạt hóa của xúc tác với 4 – NP 57

Bảng 3.10 So sánh khả năng hoạt hóa xúc tác với MB 57

Bảng 3.11 Kết quả đường kính kháng khuẩn của nano vàng 60

Bảng 3.12 Khả năng ức chế hạt nano với vi khuẩn 61

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ đang từng ngày phát triển và mở rộng trong những năm gần đây, trong đó phải nói đến công nghệ nano, là một trong những ngành có tầm ảnh hưởng mạnh mẽ đối với thế giới nhân loại sau này bởi nhiều tính năng nổi trội và đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế, môi trường Cũng chính vì điều này, đã giúp ngành công nghệ nano có sức ảnh hưởng lớn đối với các nhà nghiên cứu

Các hạt nano điển hình như nano vàng (AuNPs) và nano bạc (AgNPs) đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng khác nhau như là: công nghiệp, nông nghiệp, sinh học Bên cạnh đó, nổi bật nhất chính là ứng dụng các hạt nano như một chất xúc tác [1-3], kháng khuẩn, kháng nấm [3-6], đầu dò sinh học [7] Các hạt nano với kích thước càng nhỏ, tính đến kích thước nanometer, chúng sẽ có những tính năng vượt trội và ưu việt, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn, chống ung thư – bằng việc nghiên cứu trên tế bào Hela (một trong tế bào ung thư vú có ở nữ giới) mà các kim loại khối không có được

Hiện nay trên thế giới, có vô vàng các phương pháp tổng hợp nano vàng, bạc bằng cách khử hóa học như hydrazine [8], sodium borohydride [9], acid ascorbic [10]… chuyển hóa các ion bạc, vàng thành bạc, vàng kim loại ở kích thước nano Tuy nhiên, việc áp dụng các phương pháp này vô cùng độc hại, có thể ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe của con người, và hơn hết, khả năng loại bỏ các chất này là cực kì khó khăn Nhận thấy được tầm quan trọng của vấn đề, các nhà khoa học trên thế giới đã thành công trong việc tổng hợp nano từ dịch chiết thực vật mang lại nhiều lợi ích kinh tế, môi trường cũng như việc bảo đảm sức khỏe cho con người

Để đáp ứng cuộc sống 4.0 ngày nay, không thể tránh khỏi việc nghiên cứu và tạo ra những sản phẩm và bên cạnh đó là sự ô nhiễm từ những chất thải mà các nhà máy thải ra hằng ngày Trong đó, nitrophenol là chất gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất [11-12], chúng được thải ra sông, hồ làm ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe Trong bài nghiên cứu này, hạt nano vàng được tổng hợp xanh từ muối HAuCl4.3H2O với chất khử là dịch chiết từ cây Xáo Tam Phân đã đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế và không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường

Nhận thấy được tầm quan trọng của vấn đề, tôi chọn đề tài nghiên cứu với nội dung

“Tổng hợp nano vàng bằng dịch chiết Xáo Tam Phân ứng dụng làm vật liệu xúc tác cho phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ và kháng khuẩn”

2 Mục đích nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp nano vàng từ dịch chiết Xáo Tam Phân

- Đánh giá khả năng xúc tác của nano vàng trong việc chuyển hóa chất hữu cơ và kháng khuẩn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

− Cây Xáo Tam Phân

− Muối Au sử dụng là muối HAuCl4.3H2O

4 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp chiết tách: phương pháp ngâm gia nhiệt trong môi trường nước

− Tổng hợp nano vàng bằng phương pháp khử hóa học

− Khảo sát điều kiện tối ưu của các quá trình bằng phương pháp luân phiên từng biến

− Đánh giá hóa lý bằng phương pháp hiện đại như: SEM, TEM, XRD, FT – IR… để đánh giá sản phẩm

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

− Tạo ra được vật liệu nano vàng thân thiện với môi trường, phục vụ cho ứng dụng kháng khuẩn

− Ứng dụng được cơ sở lý thuyết vào thực tế mang lại giá trị kinh tế thực tiễn

− Giảm thiểu ô nhiễm và hướng tới sản xuất sạch

Công nghệ nano chỉ mới thực sự phát triển và phổ biến rộng rãi từ khi cách mạng 4.0 bắt đầu Tính đến hiện tại, nó đã góp một phần không nhỏ đến cuộc sống của con người, chẳng hạn như kem chống nắng, mỹ phẩm, dệt may và thiết bị Công nghệ nano cũng đang được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực phân phối thuốc, cảm biến sinh học và các ứng dụng y sinh khác [14] Chính vì vậy, công nghệ nano đại diện cho một con đường cách mạng để phát triển công nghệ liên quan đến vật liệu ở quy mô nanometer Công nghệ nano theo nghĩa đen bao gồm các hệ thống hóa học, vật lý và y học ở quy mô khác nhau và tạo ra nhiều ứng dụng mới mẻ, chính điều này đã thay đổi quan điểm và kỳ vọng của những người nghiên cứu, và từ đó giúp giải quyết các vấn đề toàn cầu

Hình 1.1 Kích thước vật liệu nano – thành phần sinh học 1.1.2 Nguồn gốc hình thành

Richard Feynman, một nhà vật lý người Mỹ, là người đầu tiên đề xuất về các lý thuyết

và khái niệm về công nghệ nano vào năm 1959 Như ông đã từng viết “There’s plenty of room at the bottom” Nói cách khác, khi một trong những kích thước của vật thể được làm thành rất nhỏ thì sẽ xuất hiện các tính chất mới mà vật thể kích thước lớn không có Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi, một nhà nghiên cứu Nhật tại trường Tokyo sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu trúc

vi hình của vi mạch điện tử Đầu thế kỉ XXI, lĩnh vực này đã thu hút được sự chú ý về mặt khoa học, chính trị và thương mại [15,16]

Năm 2000, công nghệ nano ngày nay đã ngày càng thu hút đối với các nhà nghiên cứu

và các nhà đầu tư, bởi lẽ đó, việc thúc đẩy phát triển khoa học và công nghệ vẫn luôn là việc

ưu tiền hàng đầu Sự thu hút và tiến bộ nhanh chóng của ngành công nghệ nano đã dẫn đến các cuộc tranh luận sôi nổi xoay quanh về thuật ngữ về công nghệ nano

1.1.3 Vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanometer (nm) Vật liệu nano có thể tồn tại ở ba trạng thái: rắn, lỏng, khí, trong đó vật liệu nano rắn đang được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất [17,18] Có thể phân chia vật liệu nano thành 3 loại dựa trên hình dạng:

Vật liệu nano ba chiều: là vật liệu cả ba chiều đều có kích thước nanometer, ví dụ như

là đám nano, keo nano và hạt nano…

Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó chỉ có hai chiều kích thước nanometer, ví

dụ như là màng nano…

Vật liệu nanocomposite: là vật liệu trong đó chỉ một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó có cả ba chiều, hai chiều và một chiều đan xen nhau Ví dụ: nanocomposite bạc/vàng…)

1.2 Giới thiệu hạt nano

1.2.1 Khái niệm

Khái niệm “hạt nano” được nhắc đến vì kích thước siêu nhỏ (1 – 100 nm) và tính năng vượt trội mà nó mang lại Các hạt nano được phân loại theo đường kính, chẳng hạn như các hạt nano hay các hạt siêu mịn có kích thước từ 1 – 100 nm, hạt mịn thì có kích thước 100 – 2.500 nm, và các hạt thô với đường kính có thể lên đến 10.000 nm [19]

1.2.2 Tính chất của hạt nano

1.2.2.1 Tính chất quang học

Nhờ việc tích hợp các hạt nano như vàng, bạc và các kim loại khác trong vật liệu thủy tinh, người La Mã đã thành công sản xuất các mặt hàng thủy tinh với nhiều màu sắc khác nhau nhờ vào tính chất quang học của vật liệu Đây là kết quả của hiện tượng cộng hưởng plasma trên bề mặt vật liệu mang lại nhờ có các điện tử tự do trong các hạt nano Các hạt electron tự do trong kim loại sẽ dao động khi tác dụng với một điện trường, từ đó dẫn đến

sự bức xạ điện tử, nhờ vậy mà các hạt nano có tính chất quang học

1.2.2.2 Tính chất điện

Bởi vì kim loại chứa một số lượng lớn các điện tử tự do, chúng có tính dẫn điện vượt trội hoặc điện trở thấp Cấu trúc dải năng lượng của vật rắn đóng vai trò là tiền đề cho các luận cứ về độ dẫn điện của vật liệu dạng khối Điện trở của kim loại là do dao động nhiệt của mạng tinh thể và bức xạ của các electron bị tán xạ bởi các hạn chế của mạng tinh thể (phonon) Theo định luật Ohm: 𝑈 = 𝐼 × 𝑅, nhóm các electron chuyển động trong dòng điện (I), chịu tác dụng của điện trường (U), hai đại lượng này có mối tương quan mật thiết với nhau Theo định luật Ohm, cho thấy đường I – U là một đường tuyến tính Cấu trúc dải năng

lượng trở nên rời rạc do hiệu ứng lượng tử khi vật liệu nhỏ đi Bên cạnh đó, I – U sẽ không còn khả năng tuyến tính do kết quả của quy trình lượng tử hóa này đối với các hạt nano, nhưng lúc này sẽ xuất hiện một hiện ứng được gọi là hiệu ứng chắn (Coulomb blockade)

1.2.2.3 Tính chất từ

Do hiệu ứng bù trừ của các cặp electron, các kim loại quý như vàng, bạc và những kim loại khác có tính nghịch từ ở trạng thái khối lượng lớn Vì vật liệu có từ tính khá mạnh, nên việc điều chỉnh nói trên sẽ không còn hoàn thiện khi chất nhỏ dần Do kích thước siêu nhỏ, các kim loại sắt từ ở trạng thái khối lượng lớn, chẳng hạn như Coban và Niken, sẽ phá vỡ trật tự sắt từ và chuyển sang trạng thái siêu thuận từ Khi không có từ trường, nghĩa là lực cưỡng bức bằng 0 – các vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ hoàn toàn không có từ tính mạnh cũng như không có từ tính

1.2.2.4 Tính chất nhiệt

Độ bền của liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể được xác định thông qua điểm nóng chảy của vật liệu Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối trí thấp hơn so với các nguyên tử bên trong, làm cho việc tổ chức chúng thành một trạng thái khác rất đơn giản Như vậy, nếu kích thước của các hạt nano giảm thì nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm

1.3 Các phương pháp tổng hợp nano

1.3.1 Phương pháp tổng hợp từ trên xuống (Top – Down)

Hai kỹ thuật công nghệ nano điển hình là nghiền cơ học và phân tán chất lỏng Những viên bi được tạo thành từ các vật liệu siêu cứng, sau đó được trộn với vật liệu dạng khối và quy trình này được thực hiện trong một cái cối Vật liệu khối bị phá vỡ thành kích thước nano do va chạm qua lại giữa vật liệu và các viên bi, từ đó, ta thu được các hạt nano không chiều

1.3.2 Phương pháp tổng hợp từ dưới lên (Bottom– Up)

Các nguyên tử và thường là các phân tử được ghép nối để tạo ra vật chất có cấu trúc kích thước mới, nhằm tạo ra vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion Khả năng thích ứng và

sự xuất sắc trong việc hình thành sản phẩm ảnh hưởng đáng kể đến phương pháp từ dưới lên

Hình 1.2 Phương pháp cơ khí nano 1.3.3 Từ dịch chiết thực vật – hóa học xanh

Việc ứng dụng nguyên tắc hóa học xanh vào kỹ thuật nano đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi cho đến ngày nay Do đó, việc hiểu và vận dụng các phương pháp có tính thân thiện với môi trường trong việc tổng hợp nano vẫn đang được các nhà nghiên cứu khai thác Phương pháp sử dụng các hóa chất và dung môi sạch, không có chất gây ô nhiễm và hơn hết là tận dụng được khả năng tái tạo vật liệu, vì vậy hạn chế được những rủi ro gây ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, giảm thiểu được vấn đề về kinh tế và tổng hợp nano bằng việc sử dụng dịch chiết thực vật – thủy nhiệt trong môi trường nước ở nhiệt độ phòng trở nên rất dễ dàng đạt được năng suất cao

Nhờ chứa nhiều thành phần, bao gồm acid ascorbic, acid sorbic, euphol, polyhydroxy limonoid, peptide…Các nhà khoa học cho rằng có thể tạo ra các hạt nano kim loại, bao gồm

cả bạc và vàng bằng việc sử dụng tảo, nấm và nhiều loại thực vật khác mà không cần bổ sung thêm bất kì tác nhân khử nào Ngoài ra, các chất hoạt tính như protein, acid amin, enzyme, polysaccharide, saponin,… góp phần tạo ra nano bạc với cấu trúc cực kì bền Hai tác giả là Saraschandra Naraginti và Yi Li đã nghiên cứu về công trình “Khảo sát

sơ bộ về chất xúc tác, chất chống oxy hóa, chất chống ung thư và hoạt động diệt khuẩn của nano bạc và vàng từ dịch chiết nước quả Actinidia deliciosa” Ở đây, tác giả đã sử dụng phương pháp thủy nhiệt, một phương pháp tốn chi phí thấp, nhanh chóng bằng cách sử dụng Actinidia deliciosa chiết xuất từ trái cây thêm vào một lượng HAuCl4r và AgNO3 để tổng hợp các hạt nano vàng, bạc Trong bài nghiên cứu, tác giả đã khảo sát ảnh hưởng của nồng

độ ion kim loại và nhiệt độ phản ứng đến tốc độ hình thành, cũng như hình dạng, kích thước các hạt nano vàng, bạc [20]

Bên cạnh đó, ở Việt Nam, tác giả Phùng Minh Tân với sự hướng dẫn của TS Đoàn Văn Đạt và TS Nguyễn Thành Danh đã thực hiện nghiên cứu công trình “Tổng hợp nano vàng, bạc bằng dịch chiết vỏ quả dừa nước, ứng dụng làm vật liệu xúc tác và kháng khuẩn” Công trình nghiên cứu đã được hoàn thành và xuất bản tại trường Đại học Công nghiệp TP.HCM – khoa Công nghệ Hóa học Tác giả đã tổng hợp các hạt nano Ag bằng dịch chiết của vỏ quả dừa nước kết hợp với Ag+ (AgNO3) bằng phương pháp hóa học xanh (phương

pháp thủy nhiệt) Trong bài nghiên cứu, tác giả đã khảo sát các thông số tối ưu như là nồng

độ, thời gian, nhiệt độ, tỉ lệ dịch chiết để ứng dụng vào khả năng phân hủy của các hợp chất hữu cơ và khả năng kháng khuẩn [21]

1.3.4 Tổng hợp dung dịch keo

Vào giữa thế kỉ XIX, Michael Faraday đã tiến hành thực nghiệm tổng hợp nano dung dịch keo Thường thấy, các hạt nano vàng thường có màu đỏ sẫm là do sự khử của muối vàng HAuCl4 (AuCl4−) với phosphorus (tác nhân khử) Kết quả thu được, các hạt nano vàng đạt được đường kính rất nhỏ từ 3 đến 30 nm, điều này cho thấy được việc áp dụng phương pháp khử này ở các điều kiện tổng hợp khác nhau là cực kỳ thành công Bên cạnh đó, còn rất nhiều các phương pháp khử khác như: thủy nhiệt hoặc khử quang học các ion kim loại Trong thế giới ngày nay, các nhà nghiên cứu ưu tiên vào các phương pháp khử hóa học, và một trong số đó là khử ion kim loại với nhiều loại chất khử khác nhau có trong dung môi Vì hiệu quả và năng suất của phương pháp này đem lại, chẳng hạn như là dễ thực hiện, thiết bị đơn giản, đồng thời các hạt nano hình thành nhiều, và thậm chí có thể kiểm soát được kích thước, độ phân bố hay thậm chí các thông số thực nghiệm cũng có thể thay đổi trong quá trình phản ứng

Hai thành phần chính không thể thiếu trong việc tạo nano là gồm có: chất khử, chất bảo vệ và dung môi Đa số các bài nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học sử dụng dung môi hữu cơ là: nước, ethylene glycol, ethanol và một vài hợp chất hữu cơ khác Chất khử thường được sử dụng là: hydrazine (N2H4.H2O), natri phosphonate monohydrate (NaH2PO4.H2O), natri borohydride (NaBH4) – một trong những tác nhân khử phân hủy trong hợp chất hữu cơ như n – nitrophenol… Và khi tổng hợp, ta sẽ thường thấy các hạt kim loại nano sẽ bị keo tụ hoặc lắng đọng xuống đáy và bề mặt sẽ dễ dàng bị oxy hóa Các nhà nghiên cứu đã tìm tòi và đưa ra các giải pháp hiệu quả: việc tổng hợp này nên được tiến hành trong môi trường khí trơ kèm theo đó là phối hợp sử dụng các hợp chất bảo vệ, bởi khi tổng hợp các hạt nano, các hợp chất này sẽ có tác dụng bao bọc các hạt nano kim loại lại, kiểm soát được khả năng tạo mầm, và quan trọng hơn hết là khả năng điều chỉnh kích thước hạt nano Một số các chất bảo vệ thường được sử dụng trong việc tổng hợp nano: polyvinyl pyrrolidone (PVP), cetyltrimethylammonium (CTAB), benzyl diethylene (BDT), sodium lauryl sulfate (SLS)

1.4 Sự ổn định hạt kim loại

Các điều kiện để kết tụ, lắng đọng và bảo vệ là vô cùng quan trọng để tạo ra các hạt nano Nếu nó diễn ra, nó sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến đặc tính và công dụng của nano Trong bối cảnh ngày nay, các hạt nano thường được thêm vào chất nền để tăng khả năng bảo vệ vẫn đang được sử dụng vô cùng phổ biến Hơn thế nữa, hai cơ chế phổ biến về

sự ổn định là ổn định tĩnh điện (Electrostatic Stabilization – ES) và ổn định không gian (Stearic Stabilization – SS)

1.4.1 Sự ổn định tĩnh điện

Tổng hợp và hiệu chỉnh sự phân bố kích thước hạt, bao gồm cả các hạt nano được bao bọc bởi một lớp điện tích kép là mục tiêu chính của loại phương pháp này Kim loại tích điện

dương trên bề mặt tinh thể quay trở lại và va chạm với ion âm sau khi nó đã được hấp thụ trên bề mặt nano, cho phép hình thành các lớp điện tích kép vừa ổn định vừa đơn giản để thực hiện Các hợp chất và chất khử có thể tạo ra các ion trong dung dịch

1.4.2 Sự ổn định không gian

Trạng thái ổn định không gian là khi vật liệu đạt được trạng thái liên kết giữa các hạt nano, điển hình như là polymer, chất hoạt động bề mặt hay kể cả các ligand – được coi là các phân tử bảo vệ

1.5 Các hiệu ứng gây ra bởi các hạt nano

Năng lượng bề mặt (erg/mol)

Năng lượng bề mặt/ Năng lượng tổng (%)

1.6 Ứng dụng của nano bạc, vàng trong các lĩnh vực trong cuộc sống

Các hạt nano với kích thước nhỏ ở dạng nanometer có tiềm năng ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống Đối với nano vàng, bạc cũng không ngoại lệ chúng cũng được sử dụng và nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực đời sống

Hình 1.3 Ứng dụng của nano trong nhiều lĩnh vực 1.6.1 Trong y học

Công nghệ nano đã được sử dụng trong lĩnh vực y học từ rất lâu đời Các chip sinh học nano có thể nhận ra tín hiệu của các phân tử cần xác định trong việc chẩn đoán y học, và điều này đã được các nhà khoa học kiểm chứng và phát triển cho đến ngày nay Ví dụ, các vật thể được đặt trên chip ống nano carbon được sử dụng tại Viện Đa Công nghệ Worcester

ở Mỹ để tìm ra tế bào ung thư trong máu Ngoài ra, John Utynam, một thợ làm kính Flemish,

đã nhận được bằng sáng chế cho việc tạo ra kính màu phủ nano vàng ở Anh vào năm 1449 [22,23] PGS TS Sangeeta Bhtia và nhóm của ông kết hợp các loại thuốc chống ung thư có đuôi DNA (một phân tử vi sinh) có nhân oxit sắt được bao phủ bởi một lớp phủ polyme để hoạt động như một nam châm cực nhỏ Đối với các ứng dụng ung thư, cầu nối hydro có thể làm cạn kiệt DNA và kết nối nhiều loại thuốc cùng một lúc

Vì vậy, trong tương lai gần, khoa học công nghệ nano sẽ hỗ trợ trong cuộc chiến chống lại các khối u ác tính có hại như ung thư

Hình 1.4 Ứng dụng nano vàng trong điều trị ung thư 1.6.2 Thực phẩm

Các nhà khoa học đã phát triển các loại túi chứa các hạt SiO2 có kích thước nanomet với các hợp chất hóa học và chất kháng trên bề mặt mỗi hạt để phát hiện vi trùng E.coli trong bữa ăn Các chất phân tích huỳnh quang trên nano SiO2 tiếp xúc với vi khuẩn E.coli sẽ phát sáng khi tiến hành cảm biến trong túi có chứa vi khuẩn E.coli [24]

Phát triển hơn hết, hiện nay, có nhiều thực phẩm đã được tích hợp nano vào trong thực phẩm như là: nano dầu cá thu, ốc xoắn nano đựng vitamin, trà nano selen được đưa vào trong

cơ thể con người qua các con đường ăn uống giúp cơ thể hấp thụ được các chất dinh dưỡng [24]

Hình 1.5 Ứng dụng nano trong thực phẩm 1.6.3 Nông nghiệp

Vấn đề không thể kiểm soát các hợp chất không mong muốn trong phân bón hóa học

và thuốc trừ sâu vào môi trường là do việc lạm dụng thuốc trừ sâu và phân bón trong trồng trọt Công nghệ nano được ví như là một trong những công nghệ đầy hứa hẹn để giảm ô nhiễm nước và tăng năng suất cây trồng trong tương lai Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng việc sử dụng các hạt nano để tăng cường môi trường hỗ trợ cho việc xác định và phục hồi ở các khu vực khác nhau thông qua các ứng dụng đang được nghiên cứu gần đây

Gần đây, một số nghiên cứu tiên tiến đã chỉ ra rằng các vật liệu như nanocopper, nanoenamel,…có thể ngăn ngừa thành công bệnh tật do vi khuẩn, nấm và virus gây trên cây trồng

Hình 1.6 Ứng dụng nano trong nông nghiệp 1.6.4 Xúc tác cho nhiều phản ứng

Diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt là hai yếu tố quan trọng giúp cho nano bạc, vàng trở thành vật liệu xúc tác tối ưu

Theo nghiên cứu của các chuyên gia tại Nhật Bản, chất xúc tác quang rất thành công trong việc khử trùng thực tế Điển hình là, Giáo sư Teruhisa Yokono tại Học viện Công nghệ Kyushu đã nghiên cứu và tạo ra thành công một loại thuốc diệt virus có sức công phá mạnh Tất cả vi khuẩn và nấm mốc đều bị phân hủy bởi tính chất oxy hóa bề mặt

Việc sử dụng các hạt nano từ tính CoFe2O4 làm chất xúc tác cho phản ứng Knovenagel, Sonogashira,…đã được nghiên cứu và tìm hiểu bởi NCS Bùi Tấn Nghĩa dưới sự giám sát của TS Lê Thị Hồng Nhạn và PGS TS Phan Thanh Sơn Nam Các tác giả một lần nữa đã phát hiện ra chất xúc tác mới làm tăng giá trị của sản phẩm, giảm sản phẩm phụ và tái sử dụng chất xúc tác đem lại hiệu quả cao về kinh tế

Năm 1980, M.Haruta đã phát hiện vàng ở kích thước nanometer có khả năng làm xúc tác cho phản ứng oxy hóa khí carbon monoxide (CO) không chỉ ở nhiệt độ thường mà cả ở nhiệt độ thấp (-70oC) Rất nhiều nghiên cứu sau này đã được ứng dụng vai trò xúc tác của các nano bạc và vàng

1.6.5 Một số nghiên cứu về nano vàng, bạc

Năm 2011, tác giả Abilash Gangula đã tổng hợp xanh thành công các hạt nano vàng, bạc từ dịch chiết thân cây Brenyia rhamnoides ứng dụng làm xúc tác phân hủy 4-nitrophenolbằng phương pháp thủy nhiệt [25]

Năm 2016, tác giả B Ajitha và đồng nghiệp của mình đã nghiên cứu về sinh tổng hợp các hạt nano bạc sử dụng chiết xuất lá Lawsonia inermis để ứng dụng làm xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ có hại như là 4-nitrophenolthành 4-aminophenol Phản ứng xảy ra nhanh hơn và chuyển hóa trong vòng 15 phút [26]

Năm 2021, Mostafa M.EI – Sheekh cùng cộng sự của mình đã đánh giá các hoạt động chống ung thư qua trung gian là các oxit bạc và các hạt nano vàng trong đại tràng người CaCo-2 và tế bào Hela trong cổ tử cung và được ứng dụng như một công nghệ nano xanh

Năm 2012, L.Castro và cộng sự đã sử dụng dịch chiết rong biển cava để tổng hợp nano

Au có kích thước 30 – 50nm [27]

1.7 Đặc điểm sinh học của một số loại vi khuẩn

1.7.1 Vi khuẩn gram dương

Hình 1.7 Cầu khuẩn Staphylococcus aureus

1.7.2 Vi khuẩn gram âm

1.7.2.1 Escherichia coli

Thông thường các vi khuẩn được gọi là Escherichia coli (E.coli) thường được tìm thấy trong ruột dưới của động vật máu nóng Trong khi phần lớn các chủng E coli là lành tính, thì một trong số chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng cho thực phẩm

Một trong những loại vi khuẩn có khả năng gây bệnh nghiêm trọng từ thực phẩm là vi khuẩn E.coli vì có khả năng sinh ra độc tố Shiga (STEC) Loại độc tố này thường được thấy

ở các loại thực phẩm nấu chưa chín hoặc sữa tươi và rau bị nhiễm khuẩn hoặc nhiễm phân

Hình 1.8 Vi khuẩn E.Coli 1.7.2.2 Salmonella Enteritidis

Salmonella Enteritidis (SE) là một loại vi khuẩn có thể lây nhiễm sang gia cầm và các động vật khác Nó cũng có thể lây nhiễm sang người thường do ăn phải thực phẩm bị ô nhiễm, gây viêm dạ dày ruột và một loạt các ảnh hưởng sức khỏe nghiêm trọng có thể xảy

ra khác

SE có mặt và được coi là loài đặc hữu ở nhiều nước ở ngoài nơi có sản xuất trứng gà Loại vi khuẩn SE đặc biệt này trước đây được coi là hầu như không có trong ngành sản xuất trứng gà ở Úc Do đó, các đợt bùng phát do thực phẩm gần đây ở người và việc phát hiện ra

SE ở một số trang trại trứng của Úc đã dẫn đến những lo ngại lớn đối với các cơ quan y tế, nông nghiệp và thực phẩm cũng như ngành công nghiệp trứng của Úc ở cấp quốc gia

SE thường được tìm thấy trong vật chủ ở nơi chúng có thể được truyền dễ dàng thông qua chế biến thực phẩm hoặc phân trong các khu vực có vệ sinh kém

Hình 1.9 Vi khuẩn Salmonella Enteritidis 1.7.2.3 P Aeruginosa

Họ vi khuẩn Pseudomonas bao gồm P aeruginosa, thường được gọi là vi khuẩn trực tiếp màu xanh lá cây (gram âm) Nó chứa các que cực nhỏ, có thể đứng riêng lẻ hoặc thành từng cặp, và thậm chí có thể di chuyển với một hoặc nhiều sợi tóc trên đầu Đặc biệt, chúng còn có khả năng chịu đựng nhiệt ở bất kì mọi thời tiết nào, kể cả nhiệt độ cao hay thấp Về mặt y học, vi khuẩn P aeruginosa còn thường thấy nhiều ở các bệnh viện, chẳng hạn như các dụng cụ y tế, hay trên người bệnh nhân, bác sĩ

Hình 1.10 Trục khuẩn P Aeruginosa 1.8 Giới thiệu về kim loại vàng

1.8.1 Đặc điểm của kim loại vàng

Theo tiếng La – tinh, vàng là nguyên tố hóa học có hiệu là Au, và có số nguyên tử là

79, một trong những nguyên tố quý Kim loại vàng có nguyên tử khối là 196.966, cấu hình electron [Xe]4f145d106s1 Bề mặt của vàng vô cùng sáng, có khả năng phát quang, bên cạnh

đó vàng thường có màu đỏ nhạt hoặc đỏ nâu khi vật liệu có độ tinh khiết cao

Vàng là một nguyên tố 11 và là một kim loại chuyển tiếp về mặt hóa học Phần lớn các acid không ảnh hưởng đến vàng, nhưng hỗn hợp (acid nitric và acid clohydride) – được gọi

là hỗn hợp nước cường toang thì có khả năng hòa tan được vàng Ngoài ra, vàng còn có một khả năng nổi trội là hòa tan một số kim loại cơ bản như bạc, được các nhà khoa học sử dụng

để xác minh ra sự tồn tại của nó Cùng với đó, vàng cũng có khả năng tác dụng với các nhóm halogen Vàng thường được ứng dụng nhiều trong các ngành xi mạ vàng, làm trang sức, dây chuyền vì tính chất đặc biệt của nó: không chịu bất kì ảnh hưởng nào về mặt hóa học như là nhiệt độ, độ âm hay kể cả chất hoạt động bề mặt Trong thời gian gần đây, các nano vàng còn được ứng dụng trong công trình nghiên cứu khắc chế lại các tế bào ung thư, đặc biệt là ung thứ vú ở phụ nữ - Hela, nhờ vào các hạt nano vàng không gây độc với bất kì tế bào nào

Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý của kim loại vàng Màu sắc Ánh kim vàng

1.8.2 Đặc điểm của nano vàng

Dựa trên sự cộng hưởng plasmon trên bề mặt của vật liệu, vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng ở một dải bước sóng nhất định và có đường kính từ 1 đến 100 nm Các đặc tính quang điện đặc biệt của các hạt nano vàng với đường kính (1 – 100 nm) khiến chúng vô cùng đặc biệt khi so với các vật liệu vàng dạng khối Đặc tính đó là sự chuyển màu khi các vật liệu đạt kích thước nano, màu sắc sẽ phụ thuộc khá nhiều vào kích thước của vật liệu, có thể

có màu xanh, màu tím do hiệu ứng plasmon có được trên bề mặt vật liệu Bên cạnh đó, nano vàng còn được ứng dụng nhiều trong sinh học nhờ vào khả năng hấp thụ độc tính của chúng

1.8.3 Khả năng kháng khuẩn của nano vàng

Các hạt nano vàng mang các tính chất như diện tích bề mặt lớn, dễ dàng biến đổi bởi các nhóm chức, hoạt tính kháng khuẩn phổ rộng Tuy nhiên, khả năng kháng khuẩn có liên quan chặt chẽ đến kích thước hạt, khả năng phân tán Do đó, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết có thể có về hoạt động kháng khuẩn của nano vàng như sau:

Lực hút được tạo thành giữa các hạt nano vàng mang điện tích dương với tế bào chất mang điện tích âm Từ đó, các hạt nano gắn vào tế bào có thể xâm nhập vào bên trong bằng cách giải phóng các ion để tạo ra độc tính

Hình 1.11 Cơ chế kháng khuẩn của nano vàng

Các hạt nano vàng hoạt động thông qua việc phá hủy điện thế màng tế bào hoặc bằng cách ức chế sự liên kết của tRNA với các tiểu đơn vị nhỏ của ribosome từ đó làm cản trở quá trình tổng hợp protein Khi có sự xuất hiện của nano vàng thì hoạt động của ATP synthase bị cản trở, cuối cùng sẽ dẫn đến sự cạn kiệt ATP của tế bào

1.8.4 Khả năng xúc tác của nano vàng

Nhà vật lý học – Olivier Pluchery tại Paris đã tiến hành thí nghiệm chia nhỏ các kim loại khối thành các hạt có kích thước cực nhỏ đến hàng nanometer, ông nhận ra có rất nhiều đặc tính nổi trội và riêng biệt Sự chuyển màu vàng thành các màu khác nhau phụ thuộc vào kích thước nano, nhưng có lẽ phổ biến nhất là sự chuyển màu từ màu vàng sang màu tím hoặc có thể vàng đục, vì lúc này, các hạt nano không còn khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng cho phép [28]

Trong nghiên cứu, vàng được sử dụng như một chất xúc tác bởi vì tính năng đặc biệt

mà ít có kim loại nào có chẳng hạn như đặc tính không bị oxy hóa, vì thế vàng có thể thay thế hầu hết các chất xúc tác quý hiếm như: Platin, Paradium, Rhodium… Rõ ràng hơn hết, tính năng của kim loại vàng còn trở nên siêu ưu việt khi ở trạng thái kích thước nanometer

Ở thế kỉ XX, các nhà nghiên cứu Nhật Bản cùng với cộng sự của mình đã chứng minh rằng khi vàng ở trạng thái kích thước nanometer (đặc biệt < 5 nm), nhờ vào đặc tính nổi trội này

có thể giúp vàng tham gia vào bất kì phản ứng ở mọi nhiệt độ (-70oC – 100oC) Với nhiều đặc tính ưu việt – đặc biệt là ở mọi loại nhiệt độ, vàng được ứng dụng làm sạch khí thải ở trong các phương tiện giao thông

Gần đây, các hạt nano vàng đang được ứng dụng và nghiên cứu để tạo ra các chất xúc tác mới Theo phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, các nhà nghiên cứu đã thành công tạo

ra một chất xúc tác khả kiến bằng việc gắn các hạt nano vàng lên trên dây nano clorua bạc,

và khả năng ưu việt được nghiên cứu đó là khả năng phân hủy hoàn toàn các phân tử hữu cơ

có trong nước bị ô nhiễm Yusang – một nhà nghiên cứu lâu năm tại trung tâm vật liệu nano cho biết: việc tích các hạt nano vàng vào dây nanoclorua bạc như vậy đã tạo ra nhiều các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như môi trường, quang điện, cơ khí… Hơn thế nữa, việc làm như vậy đã tạo ra được các dây nano có các tính chất hoàn toàn mới, khác rất nhiều so với các dây nano thuần gốc Tìm thấy được những hạn chế nano clorua bạc – bị giới hạn ở các bước sóng cực tím và xanh da trời, sau khi tính các hạt nano vàng, dây nano bạc có khả năng xúc tác quang ở nhiều điều kiện khác nhau Và một nhà nghiên cứu khác – Sun đã tiến hành thực nghiệm phân hủy các phân tử hữu cơ xanh như methylene, và ông cho biết: khi cho nước bị ô nhiễm đi qua dây có tích nano vàng, thì có khả năng phân tử ô nhiễm có trong nước bị phân hủy bởi các tia sáng từ ánh sáng khả kiến hoặc mặt trời

Như vậy, nano vàng là một chất xúc tác mang trong mình nhiều tính chất ưu việt mà

ít có kim loại nano nào có được Từ đó, nano vàng trở nên cực kì phổ biến và rõ ràng hơn hết là trong y sinh hoặc môi trường

1.9 Tổng quan về cây xáo tam phân

1.9.1 Đặc điểm cây xáo tam phân

Cây xáo phân thường được gọi cây thần xạ, hay còn được gọi là Đơn Diệp Đằng Cây xáo tam phân có tên khoa học là Paramignya trimera (Oliv.) hoặc Atalantia trimera Oliv Ngoài tự nhiên, chủ yếu là vùng Nam Trung Bộ - bán đảo Hòn Hèo, Xáo Tam Phân được nhân giống và bảo tồn vì đặc tính quý báu của loại cây này – thường dùng để làm thuốc

Hình 1.12 Cây xáo tam phân 1.9.2 Thành phần hóa học

Thân và rễ chứa nhiều các coumarin, flavonoid, alkaloid và phenol Hiện nay, đã phân lập được 54 hợp chất từ loài Xáo tam phân, trong đó có 12 hợp chất coumarin, 10 alkaloid,

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nano vàng được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học với tác nhân khử là dịch chiết cây Xáo Tam Phân, sản phẩm có khả năng ứng dụng phân hủy các hợp chất hữu cơ và cũng như là có tính chất kháng khuẩn đối với một số vi sinh vật

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

− Trích ly dịch chiết từ cây Xáo Tam Phân

− Tổng hợp nano vàng

− Khảo sát các thông số và điều kiện của quá trình chiết

− Khảo sát điều kiện tối ưu của quá trình tổng hợp bằng phương pháp luân phiên từng biến

− Sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như UV – Vis, FT – IR, SEM, TEM, EDX, XRD, DLS và thế Zeta để đánh giá các sản phẩm của quá trình

− Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của một số loại vi sinh vật

2.2 Nguyên liệu và hóa chất

2.2.1 Nguyên liệu

− Cây Xáo Tam Phân được lấy từ vùng núi ở Khánh Hòa tỉnh Phú Yên

− Mẫu vi sinh vật được hỗ trợ nghiên cứu (khuẩn E.coli, khuẩn staphylococcus aureus)

2.2.3 Tính toán và pha chế hóa chất

• Pha 1000mL dung dịch HAuCl4 2mM:

Vàng nguyên chất dát mỏng được cát mỏng sau đó đem đi cân khối lượng m = 0.3980g Toàn bố quá trình được thực hiện trong tủ hút, cho 3mL HCldd vào becher (phản ứng xảy ra mãnh liệt) Sau khi để nguội, cho thêm 1mL dung dịch HNO3 đậm đặc Đun nhẹ cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn (vàng tan hết trong dung dịch nước cường toan) Sau đó, chuyển dung dịch sang bình định mức 1L, hòa tan bằng nước cất 2 lần để đảm bảo được độ tinh

khiết cho dung dịch, cho nước cất đến khoảng 500 – 600mL , pH cố định ở mức 5 (mức tạo tốt cho nano vàng), rồi định mức đến vạch

• Pha 25mL dung dịch NaBH4 1M

Cân 0.97g NaBH4 rắn cho vào betcher 100mL, sau đó định mức bằng nước cất 25mL trong bình định mức, lắc đều thu được dung dịch NaBH4 1M, sử dụng trong 1 lần làm

• Pha 100mL dung dịch 4-NP 0.2mM

Cân 0.014g 4-NPrắn cho vào betcher 100mL, sau đó định mức bằng nước cất 100mL trong ống đong, lắc đều thu được dung dịch 4-NP 0.2mM

• Pha 100mL dung dịch Methylene Blue – 100ppm

Cân 0.01g MB rắn cho vào betcher 100mL, sau đó định mức bằng nước cất 100mL trong bình định mức, lắc đều thu được dung dịch MB 100ppm, sử dụng trong vòng 3 – 4h

• Pha 100mL dung dịch Bromocresol Green – 50ppm

Cân 0.005g BG rắn cho vào betcher 100mL, sau đó định mức bằng nước cân 100mL trong bình định mức, lắc đều thu được dung dịch BG 50ppm, sử dụng trong vòng 3 – 4h

2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano vàng

2.3.1 Chuẩn bị dịch chiết

Cây Xáo Tam Phân được băm nhuyễn nhờ máy ép tạo thành dạng bột

Cân 5(g) bột Xáo Tam Phân được xây nhuyễn và đun hoàn lưu với 400mL nước cất trong 60 phút, sau đó đem lọc bỏ cặn để thu được dung dịch tinh khiết hơn

2.3.2 Khảo sát tỉ lệ giữa dịch chiết và dung dịch vàng (III) HAuCl 4

Phản ứng giữa dung dịch vàng (III) HAuCl4 với dịch chiết Xáo Tam Phân đã được chuẩn bị ở trên Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 70oC, trong điều kiện thời gian 1 giờ, nồng độ

cố định ở 1mM, tỉ lệ giữa dịch chiết và vàng (III) HAuCl4 được khảo sát lần lượt ở các tỉ lệ sau: (1:1 ; 1:2 ; 1:5 ; 1:10 ; 1:20) Sử dụng phương pháp phân tích phổ UV – Vis để kiểm tra dung dịch keo vàng nano nhằm đánh giả phản ứng xảy ra tốt nhất ở tỉ lệ nào theo bảng sau:

Bảng 2.2 Các thông số cho phản ứng khảo sát tỉ lệ giữa dịch chiết và dung dịch HAuCl4

2.3.3 Khảo sát nồng độ dung dịch vàng (III) HAuCl 4

Phản ứng giữa dung dịch vàng (III) HAuCl4 với dịch chiết Xáo Tam Phân đã được chuẩn bị ở trên Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 70oC, trong điều kiện thời gian 1 giờ, tỉ lệ giữa dịch chiết và vàng chọn tỉ lệ tối ưu đã được khảo sát ở trên Nồng độ dung dịch vàng HAuCl4

được khảo sát lần lượt ở các nồng độ sau:

Bảng 2.3 Các thông số cho phản ứng khảo sát nồng độ HAuCl4

2.3.4 Khảo sát thời gian phản ứng trong quá trình tổng hợp nano vàng

Phản ứng giữa dung dịch vàng (III) HAuCl4 với dịch chiết Xáo Tam Phân đã được chuẩn bị ở trên Lấy nồng độ tối ưu đã được khảo sát ở trên là C*, tỉ lệ tối ưu giữa dịch chiết

và dung dịch vàng HAuCl4 là T* Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 70oC, thời gian được khảo sát thông qua các thông số sau:

Bảng 2.4 Các thông số cho phản ứng khảo sát thời gian HAuCl4

2.3.5 Khảo sát nhiệt độ tối ưu trong quá trình tổng hợp nano vàng

Tiến hành thí nghiệm với thời gian tối ưu t*, nồng độ dung dịch vàng HAuCl4 tối ưu được chọn C* và tỉ lệ dịch chiết tối ưu được khảo sát ở thí nghiệm trước T* Khảo sát nhiệt

độ tối ưu thông qua các thông số sau:

Bảng 2.5 Các thông số cho phản ứng khảo sát nhiệt độ HAuCl4

2.4 Quy trình tổng quát

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp nano vàng tổng quát

2.5 Khảo sát khả năng xúc tác của nano vàng

Chất khử NaBH4 được đem đi tiến hành với phản ứng phân hủy của các nitrophenol với sự có mặt của nano vàng làm chất xúc tác và việc kiểm tra động học của nó có thể đưa

ra đánh giá quan trọng cho phản ứng Phân tích khả năng xúc tác được kiểm tra bằng cách đánh giá các giá trị hằng số tốc độ

2.5.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và Methylene Blue khi có xúc tác nano vàng

Hoạt tính xúc tác của nano vàng được đánh giá bằng cách: ta tiến hành khảo sát phản ứng khử giữa methylene blue (MB) và NaBH4 với sự có mặt của nano vàng, phản ứng này được coi như là phản ứng nền, và là nền tảng phản ứng để khảo sát năng lượng hoạt hóa

Ta thực hiện phản ứng với 2.5 mL methylene blue, nồng độ 100ppm và 0.5 mL NaBH4, nồng độ 1M trong điều kiện khi chưa có xúc tác nano vàng và khi có 0.03ml xúc tác nano vàng Kết quả được theo dõi thông qua máy phân tích phổ UV – VIs tại những khoảng thời gian khác nhau để thấy được sự biến mất peak ở 662nm và chuyển thành peak ở khoảng 300

nm theo thời gian

2.5.2 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và Bromocresol Green khi có xúc tác của nano vàng

Hoạt tính xúc tác của nano vàng được đánh giá bằng cách: ta tiến hành khảo sát phản ứng khử giữa bromocresol green (BG) và NaBH4 và có sự có mặt của nano vàng, phản ứng này được coi như là phản ứng nền, và là nền tảng cho sự khảo sát năng lượng hoạt hóa

Ta thực hiện phản ứng với 2.5 mL bromocresol green (BG), nồng độ 50ppm và 0.5

mL NaBH4 nồng độ 1M, phản ứng được thực hiện trong điều kiện khi chưa có xúc tác nano vàng và khi có 0.03 mL xúc tác nano vàng Kết quả được theo dõi thông qua máy phân tích phổ UV – Vis tại những khoảng thời gian khác nhau để thấy được sự biến mất peak ở 614

nm của BG và chuyển thành peak ở khoảng 300 nm theo thời gian

2.5.3 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 4-nitrophenol khi có xúc tác nano vàng

Hoạt tính xúc tác của nano vàng được đánh giá bằng cách: ta tiến hành khảo sát phản ứng khử giữa 4-nitrophenol (4-NP) và NaBH4 với sự có mặt của nano vàng, phản ứng này thường được sử dụng như một phản ứng đặc trưng

nồng độ 1M, phản ứng được thực hiện trong điều kiện khi chưa có xúc tác nano vàng và khi

có 3 mg xúc tác nano vàng Kết quả được theo dõi thông qua máy phân tích phổ UV – Vis tại những khoảng thời gian khác nhau để thấy được sự biến mất peak 400 nm của 4-NPvà chuyển thành peak ở khoảng 300 nm theo thời gian

2.5.4 Đánh giá khả năng hoạt của phản ứng phân hủy giữa NaBH 4 và (4) – nitrophenol, Methylene Blue và Bromocresol Green khi có mặt xúc tác nano vàng

Để đánh giá khả năng hoạt hóa của phản ứng, ta tiến hành thực hiện ở từng điều kiện nhiệt độ khác nhau: 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC Từ đó, hằng số tốc độ phản ứng k được xác định tương ứng với thời gian khảo sát Việc khảo sát phản ứng ở từng nhiệt độ khác nhau này mục đích để xác định được khả năng hoạt hóa của phản ứng

Năng lượng hoạt hóa (E) có sự ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng, kích thước,… Nếu năng lượng của phản ứng càng nhỏ thì chứng tỏ sự va chạm của nhiều tiểu phân tử càng cao, từ đó tốc độ của phản ứng càng lớn Tuy nhiên, có nhiều phản ứng thì ngược lại, khi tăng nhiệt độ lên cao, tốc độ phản ứng lại giảm, đây là hiện tượng của phản ứng không có rào cản

2.6 Khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano vàng

Sau khi tiến hành tạo ra mẫu nano vàng từ các thông số tối ưu, sau đó ta tiến hành xử

lý các chủng vi sinh vật để cho mẫu nano kháng khuẩn theo các bước sau:

Hình 2.2 Quy trình kháng khuẩn tổng quát 2.6.1 Chọn chủng vi sinh vật

Vi sinh vật gram dương:

Hình 2.3 Nguồn gốc của các vi khuẩn được khảo sát 2.6.2 Pha môi trường

Pha môi trường BHI và MHA để chuẩn bị cho quá trình tăng sinh và kháng khuẩn BHI (Brain Heart Infusion): dùng để tăng sinh vi sinh vật BHI được pha với nước cất theo tỉ lệ chuẩn của nhà sản xuất là 37 g/l và bảo quản ở nhiệt độ từ 15oC – 25oC

MHA (Muller Hinton Agar): được sử dụng đổ vào đĩa Petri để chuẩn bị cho quá trình kháng khuẩn Trong thời gian gần đây, nó được sử dụng rộng rãi hơn trong kĩ thuật khuếch tán đĩa Kirby – Bauer để kiểm tra thường quy về độ nhạy của các vi khuẩn dễ cấy Nước cất được pha với MHA theo chuẩn của nhà sản xuất là 38 g/l và bảo quản ở nhiệt độ từ 15oC –

25oC

2.6.3 Tăng sinh vi sinh vật

Quá trình tăng sinh được tiến hành trong tủ cấy với các dụng cụ phục vụ cho quá trình khử trùng tuyệt đối

Hút 5 ml môi trường BHA vào ống Falcon sau đó dùng que đã được hơ trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó lấy mẫu vi sinh vật cho vào ống chứa BHI và khuấy đều, đậy nắp rồi quấn siêu lại

Cho ống chứa chủng vi sinh vật đang được tăng sinh vào tủ lắc trong 24 giờ để tăng sinh

2.6.4 Giai đoạn kháng khuẩn của nano vàng

Sử dụng phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch, tiến hành 3 lần, lấy kết quả trung bình

Từ mẫu nano được tổng hợp từ những điều kiện tối ưu, ta chia dung dịch thành 3 mẫu nhỏ với nồng độ giảm dần như sau:

− Mẫu 1: Dung dịch nano vàng ở nồng độ tối ưu

− Mẫu 2: Hút 500 𝜇𝑙 mẫu 1 pha với 500 𝜇𝑙 nước cất

− Mẫu 3: Hút 500 𝜇𝑙 mẫu 2 pha với 500 𝜇𝑙 nước cất