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

3: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của các sản phẩm nhóm 1.. 4: Phổ UV-Vis của các dung dịch nano vàng khi sử dụng chất khử là TSC của các sản phẩm n

Trang 1

1

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

Trang 2

2

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

Trang 3

3

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 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 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

Trang 4

4

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 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

Trang 5

5

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

Trang 6

6

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

Trang 7

7

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

OHO

NH2

OHO

Trang 8

• 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

Trang 9

9

• 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 D-glucosamin 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

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

Trang 10

10

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

Trang 11

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

Trang 12

12

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 top- down 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

Trang 13

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

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

Trang 14

14

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]

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	683,61 KB