NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT CÂY CỎ BÙ XÍT

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ

vectorstock.com/28062440

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT CÂY CỎ BÙ XÍT VÀ ỨNG DỤNG KHÁNG KHUẨN WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐẶNG THỊ BÍCH THẢO

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT CÂY CỎ BÙ XÍT VÀ ỨNG DỤNG KHÁNG KHUẨN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐẶNG THỊ BÍCH THẢO

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT CÂY CỎ BÙ XÍT VÀ ỨNG DỤNG KHÁNG KHUẨN

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 844 01 19

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. VŨ THỊ DUYÊN

Đà Nẵng - Năm 2020

LOI CAMON V&i long bi�t an sau siic, em xin chan thanh cam an Co giao TS. Vu Thi Duyen, da t� tinh hu&ng dfut, t�o diSu ki�n va giup da em trong su6t qua nghien cuu va hoan thanh dS tai nay.

Em xin cam an cac Thfry Co giang d�y cua khoa Hoa cung cac Thfry Co cong tac t�i phong thi nghi�m khoa Hoa, truong D�i h9c Su ph�, D�i h9c Da Nfulg da giup da va t�o diSu ki�n thu�n IQ'i d� em hoan thanh dS tai nay.

Trong su6t qua trinh thlJC hi�n dS tai, em khong tranh khoi nhfrng thi�u sot, em

mong SlJ gop y, chinh sua tir cac Thfry Co giao d� lu� van duqc hoan chinh han.

Da N�ng, ngay-1fthang,1 Onam 2020 H9c vien

D�g Thi Bich Thao

11

LOI CAM BOAN Toi cam doan dfiy la cong trinh nghien cuu cua rieng toi.

Cac s6 lifu, kit qua neu trong lU<jn van la trung th1,tc va chua tung

GU(JC

ai

cong b6 trong bdt 1cy cong trinh nao khac.

Tac gia lu� van

iii

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................2 3. Đối tƣợng nghiên cứu .....................................................................................2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................2 5. Ý nghĩa luận văn.............................................................................................3 6. Bố cục luận văn ..............................................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4 1.1. VẬT LIỆU NANO ...............................................................................................4 1.1.1. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ........................................................4 1.1.2. Phân loại vật liệu nano .............................................................................6 1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano .................................................7 1.2. HẠT NANO BẠC ................................................................................................8 1.2.1. Giới thiệu về kim loại bạc và nano bạc ....................................................8 1.2.2. Tính chất của nano bạc ...........................................................................10 1.2.3. Ứng dụng của nano bạc ..........................................................................10 1.2.4. Các phƣơng pháp điều chế nano bạc ......................................................18 1.2.5. Tình hình nghiên cứu nano bạc ..............................................................23 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY CỎ BÙ XÍT ...............................................................26 1.3.1. Phân loại .................................................................................................26 1.3.2. Đặc điểm.................................................................................................27 1.3.3. Thành phần .............................................................................................27 1.3.4. Các ứng dụng thực tế của cây cỏ bù xít .................................................27

iv

1.4. TỔNG QUAN VỀ STAPHYLOCOCCUS AUREUS VÀ ESCHERICHIA COLI..........................................................................................................................29 1.4.1. Staphylococcus aureus ...........................................................................29 1.4.2. Escherichia coli ......................................................................................29 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..................................................................................................................31 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG CỤ VÀ THIẾT BỊ..............................31 2.1.1. Nguyên liệu ............................................................................................31 2.1.2. Hóa chất ..................................................................................................31 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị .................................................................................32 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...............................33 2.2.1. Thu dịch chiết cây cỏ bù xít ...................................................................33 2.2.2. Xác định thành phần hóa học của cây cỏ bù xít .....................................34 2.2.3. Tổng hợp nano bạc .................................................................................34 2.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít .........35 2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo nano bạc.....................36 2.2.6. Khảo sát các đặc trƣng của nano bạc .....................................................38 2.2.7. Thử khả năng kháng khuẩn của nano bạc ..............................................43 2.2.8. Sơ đồ quy trình thực nghiệm ..................................................................45 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................46 3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DỊCH CHIẾT CÂY CỎ BÙ XÍT ...............................................................................................................46 3.1.1. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethanol của cây cỏ bù xít ..........................................................................................46 3.1.2. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethyl acetate của cây cỏ bù xít ..................................................................................50 3.1.3. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Chloroform của cây cỏ bù xít ....................................................................................54 3.1.4. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi n -

v

Hexan của cây cỏ bù xít ............................................................................................58 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH CHIẾT NƢỚC CÂY CỎ BÙ XÍT ............................................................................63 3.2.1. Ảnh hƣởng của thời gian chiết ...............................................................64 3.2.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn / lỏng ................................................................65 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO BẠC .....................................................................................................66 3.3.1. Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng tạo nano bạc .........................................66 3.3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ Vdịch chiết:VAgNO3 ......................................................69 3.3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO3 ...........................................71 3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tạo nano bạc ....................................................73 3.3.5. Ảnh hƣởng của thời gian tạo nano .........................................................74 3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO BẠC.........................76 3.4.1. Kết quả đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................................77 3.4.2. Kết quả chụp phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX)................................78 3.4.3. Kết quả chụp ảnh TEM ..........................................................................79 3.5. KẾT QUẢ THỬ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC ............80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................82 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GC - MS

Sắc ký ghép khối phổ

UV - Vis

Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến

XRD

Nhiễu xạ tia X

EDX

Tán xạ năng lƣợng tia X

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu

Tên bảng

Trang

1.1.

Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu [29]

5

1.2.

Độ dài đặc trƣng tƣơng ứng một số tính chất của vật liệu [30]

5

2.1.

Hóa chất sử dụng

31

2.2.

Thiết bị sử dụng

32

2.3.

Một số tiêu chuẩn về đƣờng kính của vòng vô khuẩn

44

bảng

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethanol của cây cỏ bù xít Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethyl acetate của cây cỏ bù xít Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Chloroform của cây cỏ bù xít Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi n - Hexan của cây cỏ bù xít

47

51

55

59

3.5.

Số liệu khảo sát ảnh hƣởng của pH môi trƣờng tạo nano bạc

67

3.6.

Số liệu khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ Vchiết :VAgNO3 tạo nano bạc

69

3.7.

3.8.

3.9.

Số liệu khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO3 tạo nano bạc Số liệu khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng tạo nano bạc Số liệu khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tạo nano bạc

72 73 75

3.10.

Thành phần nguyên tố trong hạt nano bạc

78

3.11.

Kết quả thử kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc

81

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Cấu trúc lập phƣơng tâm diện

8

1.2.

Hiện tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt

9

1.3.

Tác dụng diệt khuẩn của nano bạc

11

1.4.

Tác động của ion nano bạc lên vi khuẩn

12

1.5.

Khẩu trang nano bạc do viện môi trƣờng sản xuất

13

1.6.

Các dƣợc phẩm sử dụng nano bạc

13

1.7.

Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film polyolefin

14

1.8.

Điều hòa sử dụng bộ lọc nano bạc

15

1.9.

Bình sữa làm bằng nhựa có pha thêm nano bạc

17

1.10.

Tất làm bằng sợi nilon có pha nano bạc

17

1.11.

Các sản phầm có chứa nano bạc

18

1.12.

Quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phƣơng pháp hóa khử

20

1.13.

Mô hình tổng hợp nano Ag theo phƣơng pháp vi sóng

22

1.14.

Cây cỏ bù xít

26

1.15.

Vi khuẩn Staphylococcus aureus

29

1.16.

Vi khuẩn Escherichia coli

30

2.1.

Cây cỏ bù xít sau khi xử lý

31

2.2.

Chƣng ninh cây cỏ bù xít

33

2.3.

Chiết lỏng - lỏng

34

2.4.

Tổng hợp nano bạc

35

2.5.

Sơ đồ mô phỏng cấu tạo máy quang phổ

40

2.6.

Phổ hấp thụ của hạt nano bạc hình cầu

40

2.7.

Phổ chuẩn của hạt nano bạc theo kích thƣớc hạt [43]

41

2.8.

Máy XRD và sơ đồ các tia X phản xạ trên tinh thể

42

2.9.

Sơ đồ quy trình thực nghiệm

45

ix

Số hiệu

Tên hình

hình 3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết Ethanol Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết Ethyl acetate Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết Chloroform Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết n-hexan

Trang

46

50

55

58

Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.5.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít với thời gian chiết khác

64

nhau Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.6.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít với tỉ lệ rắn / lỏng khác

65

nhau Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.7.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít ở các pH tạo nano khác

67

nhau 3.8.

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của pH lên độ hấp thụ cực đại

68

Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.9.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít ở tỉ lệ Vchiết :VAgNO3 tạo

69

nano khác nhau 3.10.

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của tỉ lệ Vchiết : VAgNO3 lên độ hấp thụ cực đại

70

Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.11.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít ở nồng độ dung dịch

71

AgNO3 khác nhau 3.12.

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO3 lên

72

x

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

độ hấp thụ cực đại Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.13.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít ở nhiệt độ phản ứng

73

khác nhau 3.14.

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng lên độ hấp thụ cực đại

74

Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch 3.15.

AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít ở thời gian phản ứng

75

khác nhau 3.16.

3.17.

3.18.

3.19.

3.20.

3.21.

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng lên độ hấp thụ cực đại Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của hạt nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít Phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX) của hạt nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết cây cỏ bù xít Ảnh TEM mẫu nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít Đƣờng kính vô khuẩn của dung dịch keo nano bạc với vi khuẩn Staphylococcus aureus Đƣờng kính vô khuẩn của dung dịch keo nano bạc với vi khuẩn Escherichia coli

76

77

78

79

80

80

1

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong nhiều thập kỷ qua, nano bạc đang đƣợc khai thác và phát triển rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực bởi những tính chất độc đáo cũng nhƣ phạm vi ứng dụng rộng lớn của vật liệu này.

Ngay từ xa xƣa, bạc không chỉ là món đồ trang sức mà còn đƣợc vua chúa sử dụng làm bát, đũa, ấm, chén… để đựng thức ăn, nƣớc uống an toàn. Những sợi dây chuyền bạc, vòng kiềng bạc còn đƣợc sử dụng phòng bệnh hoặc dùng để cạo gió.

Sau này, khi khoa học dần phát triển, ngƣời ta đã nghiên cứu chế tạo ra nano bạc và đặc biệt quan tâm tới nó bởi ở kích thích Nano thì các hạt nano bạc thể hiện khả năng mạnh mẽ, vƣợt trội hơn hẳn bạc khối, đặc trƣng nhất là tính kháng khuẩn.

Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp bạc nano, gần đây giới khoa học đã bắt đầu áp dụng định hƣớng của hóa học xanh trong việc điều chế nano bạc, với hai tiêu chí luôn phải đảm bảo: vừa kinh tế, vừa thân thiện với môi trƣờng.

Trong số các phƣơng pháp hóa học xanh, phƣơng pháp điều chế nano bạc từ phản ứng giữa tiền chất bạc với các vi chất hữu cơ hoặc chiết xuất từ thực vật đang ngày càng cho thấy nhiều tiềm năng và ƣu thế do đây là những chất có giá thành thấp, hoạt tính hóa học cao, quy trình sử dụng đơn giản và thân thiện với môi trƣờng [1].

Cây cỏ bù xít Ageratum conyzoides là đề tài đƣợc rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm. Thành phần chính của cây cỏ bù xít gồm: Ancaloid (Echinatin và Lycopsamine) với công dụng chống viêm, kháng khuẩn, chống phù nề, dị ứng...Flavanoid (Sinensetin, quercetin...) có công dụng chống viêm, ức chế thoái hóa sụn, chống khối u... [8]. Ở Việt Nam, cây cỏ bù xít đã đƣợc sử dụng để sản xuất thuốc xịt mũi Agerhinin, đã đƣợc thử nghiệm lâm sàng tại Bệnh viện Tai Mũi Họng Trung ƣơng cho kết quả rất tốt đối với những ngƣời bị viêm mũi, viêm xoang [3]. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu chứng minh khả năng chống oxi hóa, chống ung thƣ [26], khả năng kháng viêm [27], tính kháng khuẩn [28] của cây cỏ bù xít .

2

Với thành phần và công dụng của cây cỏ bù xít, hy vọng nó sẽ là chất khử ƣu việt để tạo đƣợc Nano bạc với dung dịch Bạc nitrat. Vì vậy, để khai thác những ứng dụng của nano bạc cũng nhƣ cây cỏ bù xít nhằm nâng cao giá trị sử dụng trong thực tế, tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết cây cỏ bù xít và ứng dụng kháng khuẩn".

2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng quy trình tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít.

- Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của nano bạc tổng hợp đƣợc.

3. Đối tƣợng nghiên cứu Hạt nano bạc đƣợc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Nghiên cứu lý thuyết - Thu thập, tổng hợp các tài liệu, tƣ liệu, sách báo trong và ngoài nƣớc có liên quan đến các vấn đề: nano bạc; cây cỏ bù xít; các phƣơng pháp tổng hợp nano kim loại; phƣơng pháp hóa học xanh…

- Tham khảo các tài liệu về các phƣơng pháp phân tích đặc trƣng hạt nano kim loại (TEM, EDX, XRD, UV-VIS).

4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp xử lý nguyên liệu cây cỏ bù xít; - Phƣơng pháp chƣng ninh thu dịch chiết cây cỏ bù xít; - Phƣơng pháp chiết lỏng – lỏng để thu các phân đoạn với dung môi hữu cơ từ dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít; - Xác định thành phần có trong dịch chiết bằng sắc kí ghép khối phổ GC – MS; - Các phƣơng pháp phân tích hóa lý vật liệu đƣợc sử dụng nhƣ phƣơng pháp đo phổ UV-Vis (để xác định tƣơng đối hàm lƣợng hạt nano); đo XRD (xác định cấu trúc); EDX (xác định thành phần nguyên tố); chụp ảnh TEM (để xác định kích thƣớc và hình dạng của sản phẩm);

3

- Phƣơng pháp đục lỗ thạch để xác định khả năng kháng khuẩn của nano bạc tạo thành.

5. Ý nghĩa luận văn 5.1. Ý nghĩa khoa học - Xây dựng qui trình tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít; - Cung cấp thêm tƣ liệu về phƣơng pháp hóa học xanh tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử là dịch chiết thực vật; - Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho những nghiên cứu sau này.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Từ nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền điều chế đƣợc vật liệu nano bạc có khả năng kháng khuẩn và có thể ứng dụng đƣợc trong y học cũng nhƣ trong đời sống.

6. Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu, kí hiệu các chữ viết tắt, danh mục các bảng, hình, đồ thị, sơ đồ, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục. Luận văn đƣợc chia làm các chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Nguyên liệu và phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận

4

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1. VẬT LIỆU NANO 1.1.1. Cơ sở khoa học của công nghệ nano Trong lĩnh vực nano ngƣời ta chia ra ba khái niệm: khoa học nano, công nghệ nano và vật liệu nano.

Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử.

Công nghệ nano là công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô nanomet.

Vật liệu nano là đối tƣợng của hai lĩnh vực khoa học nano và công nghệ nano.

Kích thƣớc của vật liệu nano từ 0,1 – 100 nm.

Vật liệu nano đƣợc biết đến với nhiều ứng dụng vƣợt trội do có những tính chất khác biệt so với vật liệu khối. Sự khác biệt ấy dựa trên các hiện tƣợng sau: Hiệu ứng bề mặt: Đối với các vật liệu có kích thƣớc nanomet, số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử, vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt (gọi là hiệu ứng bề mặt) sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thƣớc nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.

Kích thƣớc của vật liệu càng nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia càng lớn dẫn đến hiệu ứng bề mặt tăng.

Một số giá trị về số lƣợng nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của các hạt nano hình cầu có kích thƣớc khác nhau đƣợc đƣa ra trong Bảng 1.1. Với một hạt nano có đƣờng kính 5 nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 4000 nguyên tử, trong đó 40% các nguyên tử nằm ở bề mặt, năng lƣợng bề mặt là 8,16×1011 erg/mol và tỉ số năng lƣợng bề mặt trên năng lƣợng toàn phần là 14,3%. Tuy nhiên, các giá trị vật lí giảm đi một nửa khi kích thƣớc của hạt nano tăng gấp hai lần lên 10 nm.

5

Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [29] Đƣờng

Năng lƣợng bề

Số nguyên

Tỉ số nguyên tử

Năng lƣợng bề

tử

trên bề mặt (%)

mặt (erg/mol)

10

30000

20

4,8 x 1011

7,6

5

4000

40

8,6 x 1011

14,3

2

250

80

2,04 x 1011

14,3

1

30

90

9,23 x 1012

82,2

kính hạt nano (nm)

mặt/Năng lƣợng tổng (%)

Hiệu ứng kích thƣớc: là yếu tố làm lên sự kì lạ của vật liệu nano. Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một khoảng kích thƣớc đặc trƣng. Kích thƣớc mà ở đó có rất nhiều các tính chất đặc biệt của vật liệu thì đều rơi vào kích thƣớc nm. Do đó cái tên “vật liệu nano” đã đƣợc khoa học đặt cho. Ở vật liệu khối kích thƣớc vật liệu lớn hơn rất nhiều lần độ dài nm dẫn đến các tính chất vật lí phổ biến con ngƣời vẫn thƣờng thấy trong cuộc sống. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu có thể so sánh đƣợc với độ dài nm đó thì tính chất vật liệu bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất ở kích thƣớc lớn hơn. Bảng 1.2 cho thấy giá trị độ dài đặc trƣng tƣơng ứng cho một số tính chất của vật liệu.

Bảng 1.2. Độ dài đặc trưng tương ứng một số tính chất của vật liệu [30] Thông số

Tính chất Điện

Độ dài đặc trƣng (nm)

- Bƣớc sóng của điện tử

10 - 100

- Quãng đƣờng tự do trung bình không đàn 1 - 100 hồi

Từ

- Hiệu ứng đƣờng ngầm

1 - 10

- Vách đômen, tƣơng tác trao đổi

10 - 100

- Quãng đƣờng tán xạ spin

1 - 100

- Giới hạn siêu thuận từ

5 - 10

6

Thông số

Tính chất

Độ dài đặc trƣng (nm)

- Hố lƣợng tử (bán kính Bohr)

1 - 100

- Độ dài suy giảm

10 - 100

- Độ sâu bề mặt kim loại

10 - 100

- Hấp thụ plasmon bề mặt

10 - 500

- Tƣơng tác bất định xứ

1 - 1000

- Biên hạt

1 - 10

- Bán kính khởi động đứt vỡ

1 - 100

- Sai hỏng mầm

0,1 - 10

- Độ nhăn bề mặt

1 - 10

Xúc tác

- Hình học topo bề mặt

1 - 10

Siêu phân tử

- Độ dài Kuhn

1 - 100

- Cấu trúc nhị cấp

1 - 10

- Cấu trúc tam cấp

10 - 1000

- Nhận biết phân tử

1 - 10

Quang

Cơ

Miễn dịch

1.1.2. Phân loại vật liệu nano Có nhiều cách để phân loại vật liệu nano, dƣới đây là một vài cách phân loại thƣờng dùng: a. Phân loại theo hình dáng của vật liệu: + Vật liệu nano không chiều là vật liệu mà cả ba chiều đều có kích thƣớc nano (ví dụ: đám nano, hạt nano...) + Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó có một chiều tự do, hai chiều có kích thƣớc nano (ví dụ: dây nano, ống nano) + Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó có 2 chiều tự do, 1 chiều có kích thƣớc nano (ví dụ mảng mỏng dày kích thƣớc nano) Ngoài ra còn có các vật liệu có cấu trúc nano hay nano composite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thƣớc nano, hoặc cấu trúc của nó có kích thƣớc

7

nano không chiều, một chiều hoặc hai chiều đan xen nhau. b. Phân loại theo tính chất vật liệu: + Vật liệu nano kim loại. + Vật liệu nano bán dẫn. + Vật liệu nano từ tính. + Vật liệu nano sinh học.

Ngoài ra có thể phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ, với đối tƣợng là " hạt nano kim loại" trong đó "hạt" đƣợc phân loại theo hình dáng, " kim loại đƣợc phân loại theo tính chất hoặc "vật liệu nano từ tính sinh học" trong đó " từ tính" và " sinh học" đều là khái niệm có đƣợc khi phân loại theo tính chất.

1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano a. Phương pháp từ trên xuống (top – down): là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu.

Nguyên lý: phƣơng pháp này sử dụng kỹ thuật nghiền hoặc biến dạng để biến vật liệu có kích thƣớc lớn về kích thƣớc nano. Ƣu điểm: đơn giản, khá hiệu quả, có thể tạo ra một lƣợng lớn vật liệu nano với hạt nano có kích thƣớc lớn tƣơng đối nhỏ 10 – 100 nm.

Khuyết điểm: tính đồng nhất của các hạt nano không cao, có thể tạo nên khuyết tật ở cấu trúc bề mặt hạt nano, tốn nhiều năng lƣợng, trang thiết bị phức tạp. b. Phương pháp từ dưới lên (bottom - up): tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau. Đây là phƣơng pháp phổ biến hiện nay để chế tạo hạt nano kim loại.

Nguyên lý: phƣơng pháp này dựa trên việc hình thành các hạt nano kim loại từ các nguyên tử hoặc ion. Các nguyên tử hay ion khi đƣợc xử lí bởi các tác nhân vật lý hoặc hóa học sẽ kết hợp với nhau tạo thành hạt nano. Ƣu điểm: tạo ra các hạt nano có tính đồng nhất cao, có kích thƣớc tƣơng đối nhỏ và đồng đều. Tạo ra ít khuyết tật trên cấu trúc bề mặt hạt nano và trang thiết bị đơn giản.

8

Khuyết điểm: Chỉ tạo ra đƣợc một lƣợng nhỏ vật liệu nano.

1.2. HẠT NANO BẠC 1.2.1. Giới thiệu về kim loại bạc và nano bạc Bạc là một trong những kim loại đƣợc con ngƣời phát hiện ra từ rất sớm (khoảng 5500 đến 6000 năm về trƣớc) chỉ sau vàng và đồng.

Kí hiệu hóa học: Ag Khối lƣợng mol nguyên tử: 108 g/mol Hạt bạc kim loại thƣờng có cấu trúc tinh thể kiểu lập phƣơng tâm mặt (Hình 1.1), với các thông số ô cơ sở: a = 4.08Å, b = 4.08Å, c = 4.08Å, α = 90°, β = 90°, γ = 90° [17]. Các nguyên tử đƣợc bố trí tại 8 đỉnh của hình lập phƣơng tƣơng ứng với các mặt (000), (100), (101), (010), (001), (111), (011) và 6 nguyên tử bố trí ở tâm của 6 mặt của ô cơ sở tƣơng ứng với các tọa độ (1/2; 0 ;1/2), (1; 1/2; 1/2), (1/2; 1; 1/2), (0; 1/2 ;1/2), (1/;2 1/2; 0), (1/2; 1/2; 1).

Hình 1.1. Cấu trúc lập phương tâm diện Để thỏa mãn nguyên lí năng lƣợng cực tiểu, tùy điều kiện chế tạo mà hạt bạc có thể sắp xếp theo các kiểu khác nhau và hình thành nên nhiều hình dạng của hạt bạc nhƣ: hình cầu (sphere), que (rod), đĩa phẳng (plate)… Đến nay bạc đã đƣợc tìm ra 19 đồng vị, trong đó có hai đồng vị thiên nhiên là 107Ag (chiếm 51,35%) và 109Ag (chiếm 48,65%), còn lại là các đồng vị phóng xạ từ 102Ag đến 115Ag, trong đó đồng vị phóng xạ bền nhất là

110

Ag (có chu kì bán hủy là 270 ngày đêm). Đƣờng kính

nguyên tử bạc là 0,288 nm [19].

9

Màu nguyên thủy của bạc là màu xám nhƣng nếu bạc ở dạng nano thì trong đó các điện tử tự do có khả năng hấp thụ ở vùng ánh sáng khả kiến làm cho chúng thay đổi màu sắc. Hiện tƣợng thay đổi màu sắc nhƣ vậy là do một hiệu ứng gọi là cộng hƣởng plasmon bề mặt. Hiện tƣợng này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thƣớc hạt nano [9].

Hình 1.2. Hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt Mỗi hạt nano bạc có kích thƣớc từ 1-100 nm, chúng bao gồm một tập hợp nhất định các nguyên tử Ag, số lƣợng tùy thuộc vào kích thƣớc của hạt nano. Mỗi hạt nano bạc có kích thƣớc 9 nm có chứa khoảng 2400 nguyên tử Ag. Các hạt nano bạc có thể đƣợc hoặc không đƣợc tích điện trên bề mặt của nó và có thể giải phóng ra các ion bạc. Một số tài liệu đã chứng minh rằng khả năng diệt khuẩn của bạc có liên quan trực tiếp đến số lƣợng ion bạc đƣợc giải phóng [14].

Công nghệ nano giúp bạc tăng tính năng diệt khuẩn, sát trùng, tiêu độc và khử mùi, đƣợc ứng dụng trong một số sản phẩm nhƣ các dụng cụ bảo quản thực phẩm, sơn, các vật liệu may mặc, mỹ phẩm,… Chắc chắn rằng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ, chúng ta còn khám phá ra nhiều tính chất hữu dụng hơn nữa của bạc nano cũng nhƣ các vật liệu nano khác để nâng cao chất lƣợng cuộc sống và đẩy nhanh sự tiến bộ của loài ngƣời.

10

1.2.2. Tính chất của nano bạc Bạc ở kích thƣớc nano là vật liệu có các tính chất quang học, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Ngoài ra, bạc là một trong những kim loại có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao nhất. Nano bạc có thể đƣợc tích hợp vào các sản phẩm đa dạng từ các loại pin quang điện, các sản phẩm điện tử, các chi tiết cần độ dẫn nhiệt cao, tới các sản phẩm cảm biến sinh học và hóa học. Sự có mặt của nano bạc giúp cho các sản phẩm này có độ dẫn diện, dẫn nhiệt cao, ổn định và có độ bền cao.

Nhờ hiện tƣợng plasmon bề mặt, nano bạc có thể hấp phụ ánh sáng ở một bƣớc sóng đặc trƣng. Tính chất quang học của nano bạc đƣợc áp dụng để chế tạo các bộ phận cảm biến, lọc quang học trong các thiết bị chuẩn đoán phân tử hay các thiết bị quang học.

Tính chất đƣợc biết đến nhiều nhất của nano bạc là khả năng diệt khuẩn của vật liệu này. Nhiều lĩnh vực từ y tế đến sản xuất hàng tiêu dùng đã sử dụng nano bạc nhƣ một tác nhân giúp cho các sản phẩm tạo ra có đƣợc khả năng chống khuẩn, giúp chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con ngƣời. Trong nghiên cứu hóa học, nano bạc đƣợc biết đến với hai ứng dụng chủ yếu làm vật liệu diệt khuẩn và làm xúc tác cho các phản ứng hóa học. Các nghiên cứu dựa trên hai ứng dụng này đƣợc thực hiện nhằm mục đích chế tạo các vật liệu trên cơ sở nano bạc có hoạt tính cao và tối ƣu hóa hiệu quả các quá trình trên.

1.2.3. Ứng dụng của nano bạc a. Nano bạc làm vật liệu diệt khuẩn Bạc (trong tiếng Latinh có tên là Argentum) là một trong những chất diệt khuẩn hiệu quả đƣợc biết đến từ rất sớm trong lịch sử nhân loại. Ngƣời cổ đại thƣờng dùng các lọ hay bình bằng bạc để chứa nƣớc. Những ngƣời khai hoang châu Mỹ đặt một đồng tiền bằng bạc vào trong cốc sữa trƣớc khi uống. Năm 1700, bạc nitrat đƣợc sử dụng để chữa các bệnh hoa liễu, áp xe hậu môn và xƣơng. Các nhà thờ thƣờng dùng các ly, cốc làm bằng bạc. Bạc và các muối bạc đã đƣợc sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng. Những năm 1940, sau khi penicilin đƣợc đƣa vào, việc sử dụng bạc để xử lý

11

nhiễm trùng do vi khuẩn giảm đi. Bạc quay trở lại vào những năm 1960 khi Moyer sử dụng 0,5% bạc nitrat để chữa vết bỏng. Ông đề xuất rằng dung dịch này không gây trở ngại với sự phát triển biểu bì và có tính chất chống khuẩn Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa và Escherichia coli. Năm 1968, bạc nitrat kết hợp với sulfonamide để tạo thành kem sulfadazine, làm tác nhân chống khuẩn đƣợc phổ biến rộng rãi để chữa vết bỏng. Bạc sulfadazine hiệu quả trong việc chống các loại khuẩn nhƣ E.coli, S. aureus, Klebsiella sp., Pseudomonas sp. Nó cũng có tác dụng chống nấm, chống virut [14].

Hình 1.3. Tác dụng diệt khuẩn của nano bạc Ion bạc có khả năng tiêu diệt hơn 650 chủng vi khuẩn gây bệnh cho con ngƣời. Chủng vi khuẩn gây bệnh cho ngƣời không có khả năng tạo đề kháng chống lại tác động của bạc do bạc ức chế quá trình chuyển hóa hô hấp và vận chuyển chất qua màng tế bào vi khuẩn. Cơ chế diệt khuẩn của bạc đƣợc mô tả trong Hình 1.4.

Bạc có khả năng phá hủy enzym vận chuyển chất dinh dƣỡng của tế bào vi khuẩn, làm yếu màng, thành tế bào và tế bào chất, làm rối loạn quá trình trao đổi chất, dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc đƣợc giải thích theo một số quan điểm dựa trên cơ sở ức chế quá trình vận chuyển oxy trong tế bào. Các quan điểm đó chủ yếu dựa trên sự tƣơng tác tĩnh điện giữa ion bạc mang điện tích dƣơng và bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện tích âm và trên sự vô hiệu hóa nhóm thiol trong enzym vận chuyển oxy, hoặc trên sự tƣơng tác của ion bạc với DNA dẫn đến

12

sự đime hóa pyridin và cản trở quá trình sao chép DNA của tế bào vi khuẩn. Bạc tác dụng lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các glycoprotein đƣợc liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng. Các ion bạc vừa mới đƣợc giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tƣơng tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc đƣợc lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn có thể lại đƣợc phục hồi [22].

Hình 1.4. Tác động của ion nano bạc lên vi khuẩn Các tế bào động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật, không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thƣơng khi tiếp xúc với các ion này. Khả năng diệt khuẩn của ion bạc không dựa trên đặc tính gây nhiễm của vi khuẩn nhƣ là đối với các chất kháng sinh, mà dựa trên cơ chế tác dụng lên cấu trúc tế bào. Bất cứ tế bào nào không có màng bền hóa học bảo vệ (vi khuẩn và vi rút thuộc cấu trúc loại này) đều chịu tác động của bạc.

Nhờ sự khác biệt đó nano bạc có thể tác động lên 650 loài vi khuẩn, trong khi phổ tác động của bất kỳ chất kháng sinh nào cũng chỉ từ 5 - 10 loài.

Các tế bào động vật máu nóng nhƣ con ngƣời có cấu trúc màng hoàn toàn khác, không chứa các lớp peptidoglycan, nên bạc không tác động đƣợc. Nguyên tố bạc không có hại với cơ thể con ngƣời với liều lƣợng tƣơng đối cao. Theo tổ chức bảo vệ môi trƣờng Mỹ, cơ thể con ngƣời có thể nhận liên tục 5.10-3 mg Ag+/kg/ngày trong suốt cuộc đời mà không bị ảnh hƣởng đến sức khỏe.

Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng dụng với

13

hiệu quả cao ngƣời ta không còn quan tâm đến giá trị diệt trùng của bạc nữa. Đến những năm gần đây, do hiện tƣợng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, ngƣời ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là bạc có kích thƣớc nano. b. Ứng dụng trong Y tế - Khẩu trang nano bạc: Đƣợc thiết kế với 3-4 lớp gồm 2 lớp vải, một lớp vật liệu tẩm nano bạc và than hoạt tính ở giữa, loại khẩu trang này có khả năng diệt khuẩn, diệt virus, lọc không khí rất tốt. Lớp vải tẩm nano bạc có chức năng diệt vi khuẩn, virus, nấm bị giữ lại trên khẩu trang đồng thời có tác dụng khử mùi [21].

Hình 1.5. Khẩu trang nano bạc do viện môi trường sản xuất - Sản xuất thuốc chữa bệnh:

Hình 1.6. Các dược phẩm sử dụng nano bạc - Màng hô hấp: Đó là một tấm màng mỏng có thể cho khí và hơi nƣớc qua nhƣng không thể cho chất lỏng đi qua, có vô số những lỗ khí nhỏ tồn tại trong tấm film. Các hạt nano bạc gần đây đã đƣợc kết hợp với film polyolefin với đặc tính

14

kháng khuẩn rất tốt.

Hình 1.7. Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film polyolefin c. Nano bạc làm xúc tác cho các phản ứng Hóa học Nano bạc với diện tích bề mặt lớn và năng lƣợng bề mặt cao rất hữu ích cho việc làm xúc tác. Khi làm xúc tác thì các hạt nano đƣợc phủ lên trên chất mang nhƣ silica phẳng,… chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano bám trên các chất mang. Đồng thời, có thể làm tăng độ bền, tăng tính chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi quá trình nhiệt cũng nhƣ kết khối cục bộ và giúp kéo dài thời gian hoạt động của chất xúc tác. Ngoài ra, hoạt tính xúc tác có thể điều khiển bằng kích thƣớc của các hạt nano bạc dùng làm xúc tác.

Trong lĩnh vực xúc tác, bạc đƣợc biết đến là một chất xúc tác cho các phản ứng oxi hóa nhƣ phản ứng epoxi hóa etylen, phản ứng tổng hợp focmandehit, phản ứng loại bỏ NOx, phản ứng oxi hóa chọn lọc amoni, phản ứng oxy hóa từng phần benzyl acohol, phản ứng oxi hóa metan, phản ứng oxi hóa styren, phản ứng oxi hóa chọn lọc etylen glycol, phản ứng oxi hóa CO,... [5]. Một ứng dụng khác của bạc cũng đƣợc biết đến là ứng dụng làm sensor điện hóa để phát hiện hydro peroxit. Hiệu quả của xúc tác bạc phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc bề mặt và các tâm hoạt tính bề mặt, là những thông số rất nhạy cảm đối với phƣơng pháp chế tạo xúc tác, các phƣơng pháp tiền xử lý xúc tác, các điều kiện phản ứng và kích thƣớc của các hạt nano bạc. Hoạt tính của xúc tác bạc đƣợc giải thích bởi sự có mặt của các dạng tƣơng tác giả oxit AgO (hoặc gọi là bạc chứa nguyên tử oxy), trong đó oxy có thể ở dạng nguyên tử oxy bề mặt hoặc nguyên tử oxy gần bề mặt. Các dạng bạc chứa nguyên tử oxy này đƣợc coi là các tâm hoạt tính trên xúc tác bạc trong các phản ứng oxi hóa [7].

15

Sự thay đổi trong các quá trình tiền xử lý xúc tác hay sự thay đổi nhiệt độ ảnh hƣởng mạnh đến sự hình thành tƣơng tác giữa bạc và oxy gần bề mặt. Khi xúc tác bạc đƣợc tiền xử lý ở nhiệt độ cao trong điều kiện có oxy, dạng tƣơng tác này sẽ hình thành và xúc tác bạc đƣợc hoạt hóa [9].

Vai trò của các dạng xúc tác bạc đã đƣợc nghiên cứu. Kết quả cho thấy Ag-O là một dạng xúc tác có hoạt tính ở nhiệt độ dƣới 140oC. Ngƣợc lại, trong nghiên cứu về phản ứng oxi hóa amoni thành nitơ, xúc tác dạng Ag+ (Ag+ mang trên oxit nhôm Al2O3) lại thể hiện hoạt tính ở nhiệt độ trên 140oC. Trong khi đó, đối với nghiên cứu về phản ứng loại bỏ NOx, độ chuyển hóa NO thành N2 lại tăng khi sử dụng xúc tác dạng Ago [5].

Ngoài ra, xúc tác nano bạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng NaBH4,… Tuy nhiên việc sử dụng nano bạc riêng rẽ có hiệu quả xúc tác chƣa cao nên đã có một số nghiên cứu đƣa ra tổng hợp bạc trên một số chất mang nhƣ than hoạt tính, sắt oxit, vật liệu SBA,…[6]. d. Ứng dụng của nano Ag trong công nghiệp điện tử Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano lại có ảnh hƣởng nhiều nhƣ điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông, nano Ag là một trong những vật liệu đƣợc ứng dụng nhiều nhất trong lĩnh vực này. Chúng không chỉ mang trong mình những tính chất ƣu việt của vật liệu nano mà còn có hoạt tính xúc tác, tính dẫn điện, hoạt tính quang học, từ tính,… rất cao so với các vật liệu khác. Do vậy nano Ag đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực điện tử để sản xuất những linh kiện, những vi mạch có thể truyền tải, ghi nhận, lƣu trữ thông tin nhanh hơn và nhiều hơn. Nhờ thế mà kích thƣớc của các thiết bị giảm xuống đáng kể mà chất lƣợng còn tăng thêm nhiều so với trƣớc đây [22].

Hình 1.8. Điều hòa sử dụng bộ lọc nano bạc

16

e. Ứng dụng của nano bạc trong nông nghiệp * Đối với trồng trọt: - Phòng và trị bệnh do nấm, khuẩn và virus gây ra, thay thế hoàn toàn thuốc bảo vệ thực vật hóa học dùng để phòng trị bệnh trên cây trồng. Sử dụng nano bạc thƣờng xuyên định kỳ theo các giai đoạn sinh trƣởng, phát triển của cây giúp cây trồng ngăn ngừa chủ động từ xa dịch bệnh, giảm chi phí trong việc bảo vệ thực vật, tăng giá trị nông sản phẩm.

- Sử dụng nano bạc trong việc sản xuất giá đỗ và rau mầm làm tăng chất lƣợng giá đỗ: giảm quá trình gây mùi hôi trong quá trình trồng rau mầm và sản xuất giá đỗ, tăng thời gian bảo quản,tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây bệnh thối nhũn…

- Bổ sung nano bạc vào nƣớc cắm hoa, giúp hoa tƣơi lâu, kéo dài thời gian chơi hoa, giảm mùi hôi thối và các bệnh thối nhũn hoa. * Đối với thủy sản: - Cải thiện môi trƣờng ao nuôi, giảm mùi hôi tanh của nƣớc.

- Phòng và trị bệnh do các vi sinh vật đơn bào gây ra trên tôm, cá, ba ba, ếch,… Nano bạc thể hiện vai trò diệt khuẩn cực mạnh trong môi trƣờng nƣớc.

Trong quá trình di chuyển và phân tán ở môi trƣờng nƣớc chúng vừa khử mùi và tiêu diệt mầm bệnh. Các hạt nano bạc tồn tại trong môi trƣờng nƣớc trong quá trình phân tán và di chuyển chúng sẽ bám hút nên bề mặt tế bào vi khuẩn và diệt chúng theo cơ chế đặc thù. * Đối với gia súc, gia cầm: - Nano bạc có tác dụng phòng và trị bệnh thông qua việc phun nano bạc trong môi trƣờng sống của vật nuôi. Ngoài ra nano bạc còn có tác dụng khử mùi hôi chuồng trại, giúp không khí sạch hơn qua đó phòng bệnh cho vật nuôi một cách chủ động (đặc biệt là bệnh hô hấp).

- Sử dụng nano bạc cho vật nuôi ăn/uống: Tiêu diệt vi khuẩn E.Coli gây bệnh đƣờng ruột (tiêu chảy, phân trắng), phòng và trị bệnh cầu trùng trên gà… * Vai trò của Nano Bạc đối với quá trình quang hợp của cây trồng Quang hợp là quá trình chuyển hóa năng lƣợng “mặt trời” thành năng lƣợng hóa

17

học “dự trữ” cần thiết cho tất cả sinh vật trên trái đất. Khi cƣờng độ ánh sáng yếu, khả năng hấp thụ ánh sáng vào lá kém do đó hiệu suất quang hợp bị giảm sút. Nano bạc làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng qua lá do đó tăng hiệu suất quang hợp [15]. f. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực khác Các nhà nghiên cứu đại học Clemson (Mỹ) vừa chế tạo một loại chất phủ mới, giúp con ngƣời có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử dụng các hạt nano Ag có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc ngƣời. Hạt nano tạo ra các bƣớu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polymer làm bƣớu vĩnh viễn bám vào vải. Khi vải tiếp xúc với nƣớc, chẳng hạn dƣới trời mƣa, chất bẩn sẽ tự cuốn trôi dễ dàng.

- Các dụng cụ chứa thực phẩm: Những đồ dùng bằng nhựa có pha thêm hạt nano bạc có tác dụng khử trùng. Qua kiểm tra cho thấy chúng có khả năng diệt 99.9% vi khuẩn.

Hình 1.9. Bình sữa làm bằng nhựa có pha thêm nano bạc - Đồ may mặc: hạt nano bạc đƣợc tẩm vào các loại sợi để diệt khuẩn và khử mùi.

Hình 1.10. Tất làm bằng sợi nilon có pha nano bạc

18

Hình 1.11. Các sản phầm có chứa nano bạc Với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ nano, trong thời gian tới ngƣời ta còn khám phá ra nhiều đặc tính ƣu việt hơn nữa của bạc nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lƣợng cuộc sống và đẩy nhanh tiến bộ xã hội [20].

1.2.4. Các phƣơng pháp điều chế nano bạc Ngƣời ta có thể sử dụng các quy trình khác nhau cũng nhƣ các điều kiện khác nhau: chất đầu, phƣơng pháp, điều kiện lọc, rửa, sấy, nung,… để điều chế nano Ag kích cỡ khác nhau phục vụ cho những mục đích khác nhau. Nói chung, cũng giống nhƣ các vật liệu nano khác, nano Ag chủ yếu đƣợc tổng hợp bằng hai phƣơng pháp chính là phƣơng pháp vật lý và phƣơng pháp hóa học. Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số phƣơng pháp điển hình đã đƣợc biết khá rộng rãi trên thế giới. a. Phương pháp vật lý Đây là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. * Phƣơng pháp chuyển pha * Phƣơng pháp bốc bay nhiệt Các phƣơng pháp vật lý để điều chế vật liệu nano nhƣ trên thƣờng yêu cầu những thiết bị phức tạp, trong những điều kiện khá khắt khe và khó điều chỉnh đƣợc kích thƣớc hạt. b. Phương pháp hóa học Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu nano bạc, trong đó phƣơng pháp hóa học là một phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm. Ƣu điểm nổi trội nhất phải kể đến là mức độ đồng nhất hóa học rất tốt. Do đó có thể trộn lẫn các chất khác

19

nhau ở cấp độ phân tử. Không những thiết bị đơn giản, mà với phƣơng pháp hóa học ngƣời ta có thể kiểm soát đƣợc các điều kiện phản ứng, các điều kiện ảnh hƣởng đến kích thƣớc hạt và hơn nữa còn điều khiển đƣợc kích thƣớc hạt nhƣ mong muốn.

Dƣới đây là một số phƣơng pháp hóa học thƣờng đƣợc sử dụng để điều chế vật liệu nano, đặc biệt là vật liệu nano Ag. c. Phương pháp phân hủy nhiệt Phƣơng pháp này ngƣời ta thƣờng sử dụng muối của bạc và axit hữu cơ (thƣờng là các axit béo mạch dài vì những axit này có tác dụng bảo vệ bề mặt hạt).

Muối đó đem nung ở nhiệt độ dƣới 300oC trong vòng 2 giờ thu đƣợc tinh thể nano Ag kích cỡ nhỏ và có đƣờng phân bố kích thƣớc hẹp [24]. d. Phương pháp polyol Có thể dùng ethylene glycol và các diol làm chất khử, ở nhiệt độ cao với sự có mặt của chất làm bền để tạo ra các hạt nano Ag. Nhƣng qua nghiên cứu ngƣời ta thấy rằng khả năng của poly(ethylene glycol) (PEG) nhạy hơn, nó lại có mạch cacbon dài nên PEG vừa là chất khử, vừa là chất bảo vệ trong quá trình phản ứng [2].

Trong công trình [31] đã tiến hành nhƣ sau: Đun PEG đến 80oC, cho dung dịch AgNO3 vào, giữ nhiệt độ ở 80oC và khuấy đều trong một giờ. Khi màu đỏ của dung dịch chuyển từ hồng sang màu xanh đen, chứng tỏ các hạt bạc nano đã đƣợc tạo thành. Các hạt này bền trong nhiều tháng, chứng tỏ PEG là một chất bảo vệ tốt. Đây là một phƣơng pháp mới và đơn giản để điều chế các hạt Ag nano. Khi sử dụng PEG không cần phải thêm dung môi, chất hoạt động bề mặt hay chất khử.

Hình dạng và kích thƣớc của nano Ag phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất phản ứng. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Khi độ dài của mạch polymer tăng lên thì khả năng khử của PEG cũng tăng. Các hạt Ag nano thu đƣợc bằng phƣơng pháp này có kích thƣớc khá nhỏ và đồng đều, khoảng 8 - 10 nm. e. Phương pháp khử hóa học Vật liệu nano Ag chủ yếu đƣợc điều chế bằng phản ứng khử ion Ag+ trong

20

dung dịch bởi các tác nhân khử êm dịu với sự có mặt của các chất làm bền. * Tác nhân khử Tác nhân khử là yếu tố có tính chất quyết định kích thƣớc, hình dáng hạt tạo thành. Nếu chất khử quá mạnh, quá trình khử diễn ra quá nhanh, số lƣợng Ag sinh ra quá nhiều sẽ kết tụ lại với nhau tạo ra các hạt có kích thƣớc lớn hơn. Ngƣợc lại, nếu chất khử quá yếu, quá trình tổng hợp sẽ đạt hiệu suất thấp, thời gian phản ứng quá dài làm làm phát sinh nhiều sản phẩm phụ không mong muốn.

Các tác nhân khử rất đa dạng, thƣờng là: formaldehyde, hydzazine, muối tactrate, muối citrate, NaBH4, các polyol (ethylene glycol, glycerol, sorbitol,…),… * Tác nhân bảo vệ Bằng cách khống chế sự lớn lên của các hạt Ag và ngăn cản sự keo tụ của chúng, các chất bảo vệ này có vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thƣớc hạt bạc. Các chất bảo vệ thƣờng là các polymer và các chất hoạt động bề mặt nhƣ: poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), poly(vinyl ancol) (PVA), poly(ethylene glycol) (PEG), cellulose acetate,…

Hình 1.12. Quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp hóa khử. * Cơ chế làm bền có thể được giải thích như sau: Phân tử các chất làm bền thƣờng có các nhóm phân cực có ái lực mạnh với ion Ag+ và các nguyên tử Ag kim loại. Đó là nhóm -OH ở PVA, PEG, cellulose acetate,…; nhóm chứa nguyên tử O, N trong PVP. Trong quá trình phản ứng, do các ion Ag+ đã đƣợc gắn lên trên các polymer nên không thể lớn lên một cách tự do.

Hơn nữa các hạt Ag nano khi vừa hình thành đã đƣợc ngăn cách với nhau bởi lớp

21

vỏ polymer lớn và không thể kết tụ đƣợc với nhau. Điều này đã khống chế cả quá trình lớn lên và tập hợp của các hạt, do đó dễ tạo kích thƣớc hạt nhỏ và đồng đều.

Ngoài ra các hạt Ag nano còn đƣợc làm bền theo cơ chế làm bền của các hạt keo. Khi ion Ag+ chƣa bị khử hoàn toàn, chúng đƣợc hấp phụ trên bề mặt hạt và tạo thành các micelles gồm nhân bạc, một lớp chất bảo vệ và lớp điện kép của Ag+ và NO3-. Nhờ lớp điện kép này mà các hạt Ag nano mang điện tích trái dấu và đẩy nhau, tránh hiện tƣợng keo tụ.

Bên cạnh đó các yếu tố khác nhƣ: pH, nồng độ chất tham gia phản ứng, nhiệt độ của phản ứng, tốc độ, thời gian phản ứng,… cũng ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm tạo thành. Ví dụ khi pH quá lớn sẽ xảy ra quá trình tạo thành Ag2O nên khó khống chế phản ứng, đặc biệt khi pH cao, ion OH- làm mỏng lớp điện kép bao ngoài hạt nano làm các hạt nano dễ tập hợp. Khi nồng độ thấp, tốc độ cung cấp chất phản ứng nhỏ, các hạt nano thƣờng tạo thành nhỏ và đồng đều hơn [32].

Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quy trình sản xuất ra nano Ag khá đơn giản, không đòi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ khống chế các điều kiện phản ứng để thu đƣợc kích thƣớc hạt theo mong muốn đồng thời có thể tổng hợp với lƣợng lớn. Vì vậy phƣơng pháp khử hóa học với những ƣu điểm nổi bật sẽ là sự lựa chọn tối ƣu để tổng hợp các loại vật liệu này.

Hình 1.12 cho biết quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phƣơng pháp này. f. Sử dụng dịch chiết thực vật Phƣơng pháp này sử dụng dịch chiết của các loại thực vật có khả năng khử ion Ag+ tạo nguyên tử bạc kim loại. Trong dịch chiết thực vật có chứa các chất khử nhƣ polyphenol, alkaloid, terpenoid, flavonoid, tannin, quinines, … và các chất này sẽ khử ion Ag+ thành nguyên tử nano bạc kim loại. Đây là phƣơng pháp tổng hợp đơn giản, phản ứng xảy ra nhẹ nhàng, điều kiện phản ứng êm dịu, thân thiện với môi trƣờng. Đặc biệt tạo ra đƣợc dung dịch chứa hạt nano bạc bền, hạt nano bạc tạo thành không bị oxi hóa, do dịch chiết thực vật vừa đóng vai trò nhƣ một tác nhân khử, vừa có tác dụng ổn định hạt nano bạc tạo thành [13]. Ƣu điểm chính của việc sử dụng dịch chiết từ thực vật để tổng hợp các hạt

22

nano bạc là dễ dàng có sẵn, an toàn, không độc hại và trong nhiều trƣờng hợp có sẵn các chất chuyển hóa có thể hỗ trợ trong việc khử các ion bạc, và nhanh hơn so với vi khuẩn trong quá trình tổng hợp. i. Phương pháp vi sóng

Hình 1.13. Mô hình tổng hợp nano Ag theo phương pháp vi sóng.

Lò vi sóng là một thiết bị gia nhiệt, nó cung cấp một lƣợng nhiệt ổn định và gia nhiệt đồng đều. Sử dụng lò vi sóng tiến hành khử ion Ag+ thành Ago theo quy trình polyol để tạo thành hạt nano bạc. Trong phƣơng pháp này, muối bạc và chất khử êm dịu có tác dụng trợ giúp cho quá trình khử Ag+ về Ago nhƣ: C2H5OH, HCHO,...[33].

Dƣới tác dụng của vi sóng các phân tử có cực nhƣ các phân tử Ag+ và các chất trợ khử sẽ nóng lên và chuyển động rất nhanh, nhiệt đƣợc cấp đều cho toàn dung dịch. Do vậy, mà quá trình khử bạc sẽ diễn ra nhanh chóng và êm dịu hơn các phƣơng pháp khác. j. Phương pháp sinh học Phƣơng pháp này sử dụng tác nhân là vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm có khả năng khử ion Ag+ tạo nguyên tử bạc kim loại. Dƣới tác dụng của các vi sinh vật thì ion Ag+ bị khử thành nguyên tử và hình thành nên các hạt nano bạc.

Ag+

 Ago

Các tác nhân sinh học thƣờng là: vi khuẩn Morganella RP4 và Morganella psychrotolerans, các loại nấm: aspergillus, penicillium citrinum, penicillium waksmanii, penicillium aurantiogriseum [34].

23

1.2.5. Tình hình nghiên cứu nano bạc Với những ứng dụng thực tiễn của nano Ag, con ngƣời đã tiến hành rất nhiều nghiên cứu với nhiều phƣơng pháp khác nhau nhằm tìm kiếm phƣơng pháp thích hợp nhất cho những ứng dụng thực tiễn nhất. Trong điều kiện của một bài luận văn, chúng tôi trình bày một vài công trình nghiên cứu với các phƣơng pháp và cách thức nghiên cứu về nano Ag nhƣ sau: a. Tình hình nghiên cứu nano bạc trên thế giới B.E.Ershov và E.A.Abkhalimov dùng phƣơng pháp chiếu xạ (sử dụng tia chiếu xạ gamma Co-60) để tổng hợp nano bạc, tạo môi trƣờng khử từ Ag+ về Ago. Nguyên liệu ban đầu là AgClO4, tác nhân khử là HCOONa, chất ổn định là polyphosphat trong môi trƣờng alcohol. Hệ dung dịch đƣợc đuổi khí bằng hệ thống chân không và sau đó đƣợc đem vào chiếu xạ. Dùng AFM để xác định kích thƣớc hạt. Sử dụng phƣơng pháp chiếu xạ có lợi thế là có thể điều khiển đƣợc tốc độ khử nhƣ mong muốn bằng cách thay đổi cƣờng độ chiếu xạ [35].

Phƣơng pháp nhiệt phân đƣợc S.Navaladian và các cộng sự sử dụng để tạo nano bạc từ nguồn nguyên liệu ban đầu là Ag2C2O4, với sự có mặt của chất ổn định PVA. Ag2C2O4 bị phân hủy trong môi trƣờng nƣớc hay môi trƣờng ethylen glycol ở nhiệt độ 140oC. Khi hỗn hợp phản ứng đƣợc gia nhiệt sau một khoảng thời gian, sự khử hóa học cũng đƣợc diễn ra song song. Tuy nhiên, lƣợng keo nano Ag đƣợc tạo thành bởi sự phân hủy nhiệt cao hơn lƣợng tạo thành bởi sự khử hóa học. PVA đóng vai trò chính trong phƣơng pháp phân hủy bằng nhiệt này và nồng độ của nó là một thông số quan trọng để xác định kích thƣớc hạt. Sự phân hủy nhiệt của Ag2C2O4 trong môi trƣờng ethylen glycol nhanh hơn trong môi trƣờng nƣớc [36]. Để tổng hợp nano Ag, Sudipa Panigrahi và các cộng sự đã sử dụng sacarose, glucose và fructose để vừa làm tác nhân khử, vừa làm chất ổn định. Nguyên liệu ban đầu là AgNO3. Hệ này cho phổ hấp thụ cực đại ở 390 – 420 nm [35], [37], [38], [39], [40]. Sau khi xem xét và so sánh 3 tác nhân trên, các tác giả đã rút ra kết luận: - Sacarose không thể dùng để khử bạc ngay cả khi pH thấp.

- Glucose thể hiện tính khử mạnh hơn fructose, vì vậy mà sự khử diễn ra

24

nhanh hơn và thu đƣợc hệ hạt có kích thƣớc nhỏ, nhƣng sự kết tụ diễn ra khá nhanh, nên với glucose, nhìn chung tạo thành hệ hạt có kích thƣớc không đồng đều.

- Khi dùng fructose, mặc dù đƣờng kính hạt ban đầu đƣợc tạo ra lớn hơn đƣờng kính hạt đạt đƣợc bằng phƣơng pháp glucose, nhƣng các hạt tạo thành đều nhau. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sử dụng đƣờng (glucose, fructose) làm tác nhân khử đồng thời làm chất ổn định chúng luôn có sẵn, giá thành thấp và thân thiện với môi trƣờng, không cần phải dùng tác nhân ổn định hệ [39].

Cũng xuất phát từ nguồn nguyên liệu ban đầu là AgNO3, nhƣng A.V.Vegera và A.D.Zimon đã dùng NaBH4 làm chất khử, gelatin làm chất ổn định, để điều chế nano Ag. Các tác giả nhận định: cỡ hạt phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của AgNO3 và độ ổn định của hệ phụ thuộc vào gelatin. NaBH4 là chất khử mạnh nên phản ứng tạo nano bạc rất dễ xảy ra. Tuy nhiên do NaBH4 là chất khử rất mạnh, mạnh hơn cả glucose nên hệ hạt tạo ra ban đầu sẽ rất nhỏ nhƣng vì vậy mà không tạo ra đủ lực đẩy để tạo hệ keo ổn định, hệ rất dễ bị kết tụ [32].

Với tác nhân khử là natricitrate và hydroquynone, cùng với chất ổn định là PVP và PVA, nhóm tác giả ở công trình [35] và [44] đã tổng hợp thành công nano Ag. Từ kết quả thu đƣợc, Rita Patakfalvi và các cộng sự nhận định: sự khử bạc của hệ diễn ra trong 40 phút. Nồng độ polymer càng cao thì hệ hạt thu đƣợc có kích thƣớc càng nhỏ [35]. Và PVP đem lại sự ổn định nhiều hơn PVA do những hiệu ứng trung gian và giảm tốc độ phát triển hạt nano [41].

Nano Ag đã đƣợc tổng hợp thành công bằng phƣơng pháp vi sóng bởi Hongjin Jiang và các cộng sự. Các tác giả dùng dung môi là rƣợu polyhydric và sử dụng tần số vi sóng (VFM) làm nguồn nhiệt. So với phƣơng pháp nhiệt, phản ứng bằng tia phát xạ VFM xảy ra nhanh hơn nhiều. Kết quả là khi nồng độ AgNO3 cao hơn, thời gian phản ứng dài hơn và nhiệt độ phản ứng cao hơn làm gia tăng cỡ hạt, trong khi đó nồng độ PVP càng cao cỡ hạt càng giảm [42].

Theo Kirti Patel và các cộng sự, các hạt nano Ag có kích thƣớc trung bình từ 15 đến 30 nm, có dạng đa diện với cấu trúc lập phƣơng tâm mặt đƣợc tổng hợp từ nguồn nguyên liệu ban đầu là AgNO3, sử dụng dung môi là ethylene glycol và

25

glycerol bằng phƣơng pháp vi sóng. Các tác giả Ấn Độ này đã thực hiện phản ứng với thời gian rất ngắn, chỉ trong 45 giây chiếu xạ vi sóng [38].

Theo các tác giả Nhật Bản, Masaharu Tsuji và các cộng sự cũng đi từ AgNO3 với dung môi ethylene glycol, với sự có mặt của các hạt Pt và chất ổn định PVP bằng phƣơng pháp vi sóng trong thời gian vài phút. Tùy theo nồng độ của Pt, PVP, AgNO3 hay thời gian chiếu vi sóng mà sản phẩm nano Ag thu đƣợc có hình dạng và kích thƣớc khác nhau: từ các sản phẩm nano một chiều (thanh nano và dây nano), hay các sản phẩm nano hai chiều (tấm nano và đĩa nano) cho đến các sản phẩm nano ba chiều (các hạt nano hình cầu hay tinh thể nano lập phƣơng) [31]. b. Tình hình nghiên cứu nano bạc trong nước Để tìm ra loại chất khử phù hợp nhất cho quá trình điều chế nano bạc, nhóm tác giả trong [24] tiến hành khảo sát một số loại chất khử nhƣ: natricitrate, vitamin C (acid ascolic), natri borohydric. Kết quả là với chất khử NaBH4 khi có chất ổn định là chitosan thì việc điều chế nano bạc sẽ cho kích thƣớc nhỏ nhất. Nhóm tác giả còn khảo sát điều chế nano bạc theo hai phƣơng pháp là: phƣơng pháp hóa siêu âm và phƣơng pháp khuấy từ. Từ kết quả thu đƣợc, nhóm tác giả nhận định: màu nano bạc điều chế theo phƣơng pháp khuấy từ có màu vàng đậm hơn màu của nano bạc đƣợc điều chế theo phƣơng pháp hóa siêu âm. Kết quả TEM cho thấy hạt nano bạc siêu âm có kích thƣớc trung bình nhỏ hơn 15 nm, so với khuấy từ có kích thƣớc trung bình là 35 nm. Và nhóm tác giả đi đến kết luận: với cùng một nồng độ, cùng một chất khử và cùng một điều kiện phản ứng, điều chế nano bạc bằng phƣơng pháp hóa siêu âm cho kích thƣớc hạt nano nhỏ hơn phƣơng pháp khuấy từ thông thƣờng. Đã có một số công trình nghiên cứu tổng hợp thành công nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết thực vật: lá chè xanh; nƣớc lá bàng; nƣớc lá bồ ngót; nƣớc lá xả; nƣớc củ nghệ [10], [11], [13], [12]. Nhóm tác giả [11] đã chỉ ra quá trình tạo nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết nƣớc lá chè xanh xảy ra rất nhanh (30 phút), màu của dung dịch AgNO3 chuyển từ không màu sang màu vàng nâu khi thêm dịch chiết nƣớc lá chè xanh. Nano bạc thu đƣợc có dạng hình cầu với kích thƣớc trung bình từ 5,88 – 9,37 nm và có cấu trúc tinh thể.

26

Hoạt tính quang xúc tác của nano bạc tổng hợp đƣợc khảo sát bằng sự phân hủy metylen xanh dƣới ánh nắng mặt trời và đạt hiệu suất 91,25 % sau 10 giờ phơi mẫu.

1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY CỎ BÙ XÍT 1.3.1. Phân loại Tên khoa học: Ageratum conycoides L. Trong hệ thống phân loại thực vật của Takhtajan (2009) Giới thực vật : Plantae Ngành ngọc lan: Magnoliophyta Lớp ngọc lan: Magnoliopsida Phân lớp cúc: Asteridae Bộ cúc: Asterales Họ cúc: Asteraceae Chi cỏ hôi: Ageratum Loài: A.conyzoides Cây cỏ bù xít còn có nhiều tên gọi khác nhau nhƣ: cây cỏ cứt lợn, cỏ hôi, thắng hồng kế, nhờ hất bồ (K'ho), hoắc hƣơng kế, bạch hoa thảo, tiêu viêm thảo,...

Hình 1.14. Cây cỏ bù xít

27

1.3.2. Đặc điểm Cây cỏ bù xít là một loại cây nhỏ mọc thành bụi, là cây cỏ sống một năm cao 25 - 50cm, thân thẳng, phân nhánh, lá mọc đối xứng hình tim dài từ 2 - 6cm, phía trên của lá màu xanh đậm, phía dƣới màu nhạt hơn, có lông, sờ nhám, vò nát lá có mùi thơm dễ chịu (dầu sánh màu vàng), mép có răng cƣa tròn. Toàn thân có lông, hoa nhỏ màu tím hay xanh trắng, xếp thành đầu, các đầu lại tập hợp thành ngù. Quả bế có 5 sống dọc màu đen. Cây mọc hoang ở khắp nơi trên mọi địa hình, là loài cây ƣa sáng. Ở Việt Nam, cây cỏ bù xít phân bố nhiều nhất ở trung du, miền núi thấp, ven đƣờng, ngoài ruộng, nhất là nƣơng rẫy bỏ hoang. Cây có thể sinh sản vô tính rất mạnh. Ngọn non, cành già bẻ trụi lá, cắm cuống đất chỉ một tuần sau là mọc rễ trắng, chặt cây sát gốc càng đâm chồi. Cây thƣờng dùng nhƣ một loại thuốc.

1.3.3. Thành phần Cây cỏ bù xít chứa nhiều nhóm thành phần hóa học nhƣ sau: tinh dầu có 51 thành phần, trong đó 13 chất monoterpen hydrocacbon (5,0%), 7 chất monoterpen có oxy (1,4%), 16 chất sesquyterpen hydrocacbon (4,3%), 4 chất sesquyterpen có oxy (0,8%), 3 chất phenyl propannoic và benzenoid (2,33%), 6 chất chromen (85,2%), 2 chất chroman (0,9%). Các dẫn chất chromen gồm 7-methoxy-2,2dimethylchromen (precocen I) và agerato chromen (precocen II). Tinh dầu cây cỏ bù xít chứa nhiều precocen I (vào khoảng 80%) và ít precocen II (dƣới 1%). Hàm lƣợng precocen trong tinh dầu lá cao nhất vào lúc cây ra hoa và có ít ở thân và rễ.

Hàm lƣợng tinh dầu từ 0,7% đến 2%, tinh dầu hơi đặc sánh, màu vàng nhạt đến màu vàng nghệ, mùi thơm dễ chịu.

Các lớp chất phân lập đƣợc từ cây cỏ bù xít rất đa dạng, bao gồm terpenoid, flavonoid, alkaloid, benzofuran, chromen.

1.3.4. Các ứng dụng thực tế của cây cỏ bù xít a. Tác dụng dược lý Tác dụng chống viêm rõ rệt đối với giai đoạn cấp tính và bán cấp tính của phản ứng viêm thực nghiệm. Cây cỏ bù xít có tác dụng giảm phù thực nghiệm chân chuột, giảm dịch rỉ màng phổi và giảm u hạt thực nghiệm trên chuột cống trắng.

28

Tác dụng gây teo tuyến ức chuột cống non một cách rõ rệt, tác dụng chống choáng phản vệ đối kháng với tác dụng gây co bóp ruột cô lập của histamin trên 4 chuột lang.

Những kết quả thí nghiệm này chứng tỏ cây cỏ bù xít có tác dụng ức chế miễn dịch và kháng histamin.

Trên cơ sở thực tế kết quả trên lâm sàng, đã xác định độc tính cấp LD50 bằng đƣờng uống là 82g/kg. Thử độc tính bán cấp dùng trong 30 ngày không thấy gây những biến đổi bất thƣờng đối với các hằng số sinh hóa trong một số xét nghiệm về cơ năng gan và thận.

Với nồng độ thấp, cây cỏ bù xít có tác dụng gây giãn mạch ngoại biên. Nồng độ cao có tác dụng co mạch nhẹ. Cao lỏng so với tỷ lệ dƣợc liệu 3/1 cho tiếp xúc với da và niêm mạc mỗi ngày một lần trong 7 ngày không gây tổn thƣơng viêm ở da và niêm mạc.

Cây cỏ bù xít đƣợc nghiên cứu sâu về hoạt tính trừ sâu vì đây có thể là hoạt tính sinh học quan trọng nhất của cây. Tinh dầu cũng nhƣ các precocen có trong tinh dầu có hoạt tính kháng hormon tăng trƣởng ở một số loài sâu bọ. Precocen I và II có hoạt tính kháng hormon tăng trƣởng ở một số loài sâu bọ. Precocen I và II có hoạt tính ức chế hormon tăng trƣởng của các loài côn trùng.

Các thử nghiệm đƣợc tiến hành trên chuột về hoạt tính kháng viêm, giảm đau và hạ sốt cho kết quả tốt mà không gây tác dụng phụ. b. Sử dụng trong dân gian Cây cỏ bù xít có vị cay, đắng, tính mát, vào 2 kinh Thủ thái âm Phế và Thủ quyết âm Tâm bào. Có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, sát trùng, tiêu thủng, trục ứ.

Dùng chữa cảm mạo phát sốt, các chứng bệnh yết hầu sƣng đau, ung thũng, mụn nhọt... dùng để trị bệnh sa tử cung và u tử cung.

Liều dùng khi uống trong: từ 15 – 30g khô (hoặc 30 – 60g tƣơi), sắc với nƣớc uống hoặc giã nát vắt lấy nƣớc cốt uống, dùng ngoài da không kể liều lƣợng [16].

29

1.4. TỔNG QUAN VỀ STAPHYLOCOCCUS AUREUS VÀ ESCHERICHIA COLI 1.4.1. Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus hay Tụ cầu vàng là một loài tụ cầu khuẩn Gram dƣơng kỵ khí tùy nghi, và là nguyên nhân thông thƣờng nhất gây ra nhiễm khuẩn trong các loại tụ cầu. Nó là một phần của hệ vi sinh vật sống thƣờng trú ở da đƣợc tìm thấy ở cả mũi và da. Khoảng 20% dân số loài ngƣời là vật mang lâu dài của Staphylococcus aureus.

Staphylococcus aureus (S. aureus) có trong nhiều môi trƣờng sống trƣớc đây, thƣờng sống ký sinh vô hại, nhƣng cũng có thể gây bệnh, đặc biệt là khi Staphylococcus aureus xâm nhập qua da, chúng có thể gây ra nhiều loại nhiễm trùng khác nhau, chẳng hạn nhƣ các sự nhiễm trùng da, làm loét, phỏng da hoặc các sự nhiễm trùng nặng trong máu, phổi hoặc các mô khác. Staphylococcus aureus đƣợc tìm thấy gần nhƣ khắp nơi trong tự nhiên, trên da và niêm mạc của động vật máu nóng, trên da, mũi và trong đƣờng hô hấp ở mức khoảng 25 đến 30% số ngƣời. Ngoài ra, Staphylococcus aureus cũng đƣợc tìm thấy trong vùng nƣớc và thực phẩm.

Hình 1.15. Vi khuẩn Staphylococcus aureus 1.4.2. Escherichia coli Escherichia coli (thƣờng đƣợc viết tắt là E. coli) hay còn đƣợc gọi là vi khuẩn

30

đại tràng. E. coli là vi sinh vật hiếu khí tùy tiện hiện diện trong đƣờng ruột của ngƣời và các loại động vật máu nóng. Hầu hết E. coli không gây hại và đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định sinh lí đƣờng ruột. Tuy nhiên có bốn dòng có thể gây bệnh cho ngƣời và một số loại động vật là Enteropathogenic E. coli (EPEC), Enterotoxihenicn E. coli (EPEC), Eterohaemorrhagic E. coli (EPEC) và Verocytoxigenic E. coli (VTEC). Các loài E. coli hiện diện rộng rãi trong môi trƣờng bị nhiễm phân hay chất thải hữu cơ, phát triển và tồn tại lây trong môi trƣờng. Do sự phân bố rộng rãi trong tự nhiên nên E. coli dễ dàng nhiễm vào thực phẩm từ nguyên liệu hay thông qua nguồn nƣớc trong quá trình sản xuất, chế biến.

Các dòng E. coli gây bệnh gây ra các triệu chứng rối loạn đƣờng tiêu hóa. Biểu hiện lâm sàng thay đổi từ nhẹ đến rất nặng, có thể gây chết ngƣời phụ thuộc vào mức độ nhiễm dòng gây bệnh và khả năng đáp ứng của từng ngƣời [23].

Hình 1.16. Vi khuẩn Escherichia coli

31

CHƢƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 2.1.1. Nguyên liệu Cây cỏ bù xít đƣợc thu hái tại Xã Hòa Nhơn, thành phố Đà Nẵng. Cây cỏ bù xít đƣợc rửa sạch, loại bỏ phần sâu, bỏ rễ, để ráo nƣớc.

Hình 2.1. Cây cỏ bù xít sau khi xử lý 2.1.2. Hóa chất Danh sách các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu đƣợc đƣa ra trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng Tên hóa chất

Xuất xứ

Độ tinh khiết

Bạc nitrat (AgNO3)

Trung Quốc

99,7%

Dung dịch Ethanol

Trung Quốc

97%

Chloroform

Fisher- Mỹ

99.8%

n – Hexan

Trung Quốc

99%

Ethyl acetate

Trung Quốc

99.8%

NaOH

Trung Quốc

99%

Dung dịch HNO3

Trung Quốc

70%

32

2.1.3. Dụng cụ và thiết bị a. Dụng cụ Bình cầu 1000 mL, ống sinh hàn, phễu chiết 500 mL, cốc thủy tinh 500 mL, pipet 25 mL, bình định mức 100 mL, 1000 mL, giấy lọc, đĩa petri… b. Thiết bị Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu đƣợc liệt kê trong Bảng 2.2.

Bảng 2.2. Thiết bị sử dụng Tên thiết bị Cân phân tích

Hãng sản xuất

Furi-Trung Quốc

Bếp điện

Đức

Máy khuấy từ gia nhiệt

Trung Quốc

Máy đo pH

Hana Romania

Máy đo quang phổ UV Vis Jasco V-730 Spectrophotometer

Jasco- Nhật

Hình ảnh

33

2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.2.1. Thu dịch chiết cây cỏ bù xít Cân m g nguyên liệu cây cỏ bù xít cho vào bình cầu 1000 mL đƣợc nối với hệ thống ống sinh hàn, tiếp tục thêm vào 200 mL nƣớc cất và chƣng ninh trong t phút ở nhiệt độ 100oC. Lọc bỏ phần bã, thu dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít.

Hình 2.2. Chưng ninh cây cỏ bù xít Dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít thu đƣợc bằng cách chƣng ninh 20 g nguyên liệu sau thời gian 30 phút đƣợc đem chiết lỏng - lỏng với các dung môi n- Hexan, Chloroform, Ethyl acetate.

Lấy 50 mL dung dịch cây cỏ bù xít cho vào phễu chiết, thêm 50 mL dung môi hữu cơ (n-Hexan; Chloroform và Ethyl acetate), lắc mạnh trong 5 phút. Để yên hỗn hợp trong tủ lạnh khoảng 2 phút cho phân lớp, sau đó tách lấy lớp dung môi hữu cơ có chứa dịch chiết (phần nằm ở bên trên) là dịch chiết cây cỏ bù xít trong dung môi n- Hexan; Chloroform và Ethyl acetate.

34

Hình 2.3. Chiết lỏng - lỏng Do dung môi Ethanol tan trong nƣớc nên để thu dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít trong Ethanol không tiến hành chiết lỏng – lỏng mà làm tƣơng tự nhƣ dung môi nƣớc. Cân 10 g nguyên liệu cây cỏ bù xít cho vào bình cầu 1000 mL, thêm 200 mL Ethanol, chƣng ninh trong 30 phút, ở nhiệt độ 75oC. Lọc bỏ phần bã, thu dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít trong Ethanol.

2.2.2. Xác định thành phần hóa học của cây cỏ bù xít Các dịch chiết n- Hexan, Chloroform, Ethanol, Ethyl acetate thu đƣợc đem cô đuổi dung môi và đem đi xác định thành phần bằng máy đo sắc ký ghép khối phổ GC - MS tại Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lƣờng chất lƣợng 2- QUATEST 2, số 02 Ngô Quyền - Thành phố Đà Nẵng.

2.2.3. Tổng hợp nano bạc Nhỏ từ từ V mL dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít đƣợc điều chỉnh pH tới một giá trị xác định vào 20 mL dung dịch AgNO3 C mM, nhiệt độ phản ứng đƣợc giữ cố định ToC, tốc độ khuấy 400 vòng / phút, thời gian tạo nano là t phút.

35

Hình 2.4. Tổng hợp nano bạc Dung dịch nano bạc sau khi tổng hợp đƣợc pha loãng 5 lần bằng nƣớc cất và đem đi đo UV-Vis trên máy quang phổ UV - Vis Jasco tại Khoa Hóa Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng.

2.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết nước cây cỏ bù xít a. Khảo sát thời gian chiết Quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít đƣợc tiến hành trong điều kiện: -Tỷ lệ rắn / lỏng: 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất -Thời gian chiết biến thiên t = 10 phút, 20 phút, 30 phút Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH: pH dịch chiết - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 2 :20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Dung dịch nano bạc thu đƣợc đem đo UV -Vis. Chọn thời gian thích hợp ứng với giá trị mật độ quang cao nhất.

36

b. Khảo sát tỉ lệ rắn / lỏng Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỉ lệ rắn / lỏng (khối lƣợng cây cỏ bù xít / thể tích nƣớc cất ) biến thiên: 5 g / 200 mL, 10 g / 200 mL, 15 g / 200 mL, 20 g / 200 mL, 25 g / 200 mL. -Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH: pH dịch chiết - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 2 :20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Sau đó đem dung dịch nano bạc vừa tạo ra đo UV -Vis. Chọn tỉ lệ rắn / lỏng thích hợp ứng với giá trị mật độ quang cao nhất.

2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo nano bạc Sau khi chọn đƣợc điều kiện thích hợp để thu dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít, tiếp tục tiến hành khảo sát lần lƣợt các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo nano bạc. a. Khảo sát ảnh hưởng của pH Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỷ lệ rắn / lỏng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 b.

-Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH biến thiên: 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 2 :20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Dựa vào kết quả đo UV –Vis, chọn pH thích hợp ứng với giá trị mật độ quang

37

cao nhất. b. Khảo sát tỉ lệ Vchiết : VAgNO3 Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỷ lệ rắn / lỏng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 b.

-Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 a - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 biến thiên: 1 mL : 20 mL, 2 mL : 20 mL, 3 mL : 20 mL, 4 mL : 20 mL, 5 : 20mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Dựa vào kết quả đo UV –Vis của dung dịch nano tạo thành, chọn tỉ lệ thể tích Vdịch chiết : VAgNO3 thích hợp ứng với giá trị mật độ quang cao nhất. c. Khảo sát nồng độ dung dịch AgNO3 Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỷ lệ rắn / lỏng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 b.

-Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 a - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 b - Nồng độ dung dịch AgNO3 biến thiên: 1 mM, 2 mM, 5 mM, 10 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Dựa vào kết quả đo UV –Vis của dung dịch nano bạc tạo thành, chọn nồng độ dung dịch AgNO3 thích hợp ứng với giá trị mật độ quang cao nhất.

38

d. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỷ lệ rắn / lỏng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 b.

-Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 a - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 b - Nồng độ dung dịch AgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 c - Nhiệt độ phản ứng biến thiên: 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Đo UV –Vis dung dịch nano bạc tạo thành, dựa vào phổ đồ, chọn nhiệt độ tạo nano thích hợp ứng với giá trị mật độ quang cao nhất. e. Khảo sát thời gian tạo nano bạc Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỷ lệ rắn / lỏng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 b.

-Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 a - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 b - Nồng độ dung dịch AgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 c - Nhiệt độ phản ứng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 d - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano biến thiên: 30 phút; 45 phút; 60 phút Đo UV –Vis dung dịch nano bạc tạo thành, dựa vào phổ đồ, chọn thời gian tạo nano thích hợp ứng với giá trị mật độ quang cao nhất.

2.2.6. Khảo sát các đặc trƣng của nano bạc Để khảo sát quá trình hình thành dung dịch nano bạc, tiến hành đo UV-Vis trên máy đo quang phổ UV - Vis Jasco tại Khoa Hóa Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng.

39

Dung dịch nano bạc đƣợc tổng hợp ở điều kiện: Các thông số của quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: -Tỷ lệ rắn / lỏng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 b.

-Thời gian chiết đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.4 a.

Các thông số của quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 a - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 b - Nồng độ dung dịch AgNO3 đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 c - Nhiệt độ phản ứng đƣợc chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 d - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano chọn sau khảo sát ở mục 2.2.5 e Sau đó: * Gửi mẫu dung dịch keo nano bạc tổng hợp đƣợc đi chụp TEM bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) trên máy JEM 1200 EX tại Phòng thí nghiệm siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh Dịch Tễ TW Số 01- Yersin- Hà Nội. * Mẫu dung dịch keo nano bạc tổng hợp đƣợc cô bay hơi, sấy khô tạo ra khối chất rắn và gửi mẫu đi đo XRD bằng nhiễu xạ kế X-ray Bruker D5005(CHLB Đức) của viện khoa học vật liệu - 18 Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy - Hà Nội và đo EDX bằng máy JED - 2300 tại Trung tâm đánh giá hƣ hỏng vật liệu (COMFA) - 18 Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy - Hà Nội. a. Phương pháp phân tích phổ tử ngoại khả kiến (Ultraviolet - Visible Spectroscopy - UV - Vis) UV - Vis dựa vào việc đo cƣờng độ dòng ánh sáng còn lại sau khi đi qua dung dịch chất phân tích, dùng để định tính, định lƣợng các chất có màu và dung dịch keo dựa vào bƣớc sóng hấp thụ cực đại (λ

max),

mật độ quang (A) và bề rộng hấp thụ.

Máy đo phổ UV - Vis có thể dùng để xác định độ tinh khiết của một hợp chất, phân tích hỗn hợp, xác định khối lƣợng phân tử và dự đoán kích thƣớc phân tử. Khi tiến hành đo phổ của các mẫu thì mỗi mẫu sẽ cho ra một dạng phổ có chiều cao peak (đỉnh) xác định và đặc trƣng cho dạng mẫu đó. Từ đó có thể dự đoán sơ bộ rằng có

40

sự hiện diện của chất cần phân tích hay không.

Hình 2.5. Sơ đồ mô phỏng cấu tạo máy quang phổ Phổ hấp thụ sẽ khác nhau khi các hạt nano kim loại có kích thƣớc và hình dạng khác nhau. Phổ hấp thụ của hạt nano bạc có dạng hình cầu thì chỉ có một đỉnh ở khoảng 400 - 450 nm. Các hạt nano có kích thƣớc càng lớn thì vị trí đỉnh cộng hƣởng càng dịch về phía bƣớc sóng dài.

Hình 2.6. Phổ hấp thụ của hạt nano bạc hình cầu Phƣơng pháp UV - Vis đƣợc sử dụng trong đề tài này để khảo sát quá trình hình thành hạt nano bạc. Với mẫu keo nano bạc chế tạo, để ổn định trong điều kiện bình thƣờng 24 giờ, có thể pha loãng đi 2 lần, 5 lần hoặc 10 lần bằng nƣớc cất nếu nhận thấy màu dung dịch quá đậm, đƣa vào cuvet có bề dày là 1 cm, ghi phổ UV Vis trong dãi bƣớc sóng từ 380 đến 600 nm. Sử dụng máy đo quang phổ UV - Vis Jasco tại Khoa Hóa Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng. Đối với các hạt nano bạc sẽ cho peak đặc trƣng ở bƣớc sóng khoảng 400 nm.

Dựa vào kết quả đo để dự đoán kích thƣớc của hạt nano bạc theo các công trình

41

nghiên cứu đã đƣợc công bố.

Hình 2.7. Phổ chuẩn của hạt nano bạc theo kích thước hạt [43] b. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Nhiễu xạ tia X là hiện tƣợng các chùm tia nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X đƣợc sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu....

Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tƣơng tác giữa tia X với các nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên tử.

Nguyên lý của nhiễu xạ tia X là chiếu một chùm tia X đơn sắc có bƣớc sóng λ tới một tinh thể chất rắn. Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể đƣợc xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định, các mặt tinh thể sẽ cách nhau một khoảng đều đặn là d. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lƣới thì tinh thể mạng lƣới này giống nhƣ một cách tử nhiễu xạ đặc biệt tạo ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X. Mối quan hệ khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể song song (d), góc giữa phƣơng tia X tới và mặt phẳng tinh thể (θ) và bƣớc sóng tia X (λ) đƣợc biểu thị bởi phƣơng trình Vulf - Bragg 2.d. sinθ = n.λ Trong đó: n là bậc nhiễu xạ (n = 1,2,3,....)

42

Từ định luật Bragg có thể xác định khoảng cách giữa các mặt mạng d khi đã biết λ và góc nhiễu xạ θ tƣơng ứng với vạch nhiễu xạ thu đƣợc. Mỗi một chất tinh thể khác nhau sẽ đƣợc đặc trƣng bằng các giá trị d khác nhau. So sánh giá trị d thu đƣợc với giá trị d của mẫu chuẩn cho phép ta xác định đƣợc mẫu nghiên cứu có chứa các loại khoáng vật nào. Do vậy, phƣơng pháp nhiễu xạ tia X có thể xác định đƣợc thành phần pha tinh thể của vật liệu. Kiểm tra sự đơn pha (độ tinh khiết) của vật liệu, xác định đƣợc kích thƣớc tinh thể, cấu trúc tinh thể....

Hình 2.8. Máy XRD và sơ đồ các tia X phản xạ trên tinh thể c. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) Phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX hay EDS hoặc XEDS) là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi phổ tia X phát ra từ vật rắn do tƣơng tác với chùm điện tử có năng lƣợng cao.

Nguyên tắc của phƣơng pháp EDX là dựa trên sự tƣơng tác giữa nguồn tia X kích thích và mẫu phân tích. Mỗi nguyên tố hóa học có một thành phần nguyên tử xác định tạo ra các vạch phổ đặc trƣng cho nguyên tố đó. Để tạo bức xạ đặc trƣng từ mẫu, một dòng năng lƣợng cao của các hạt tích điện nhƣ điện tử photon hay chùm tia X đƣợc chiếu vào mẫu cần phân tích. Thông thƣờng các điện tử trong mẫu ở các trạng thái cơ bản (chƣa bị kích thích) và chúng xoay quanh hạt nhân ở các mức năng lƣợng khác nhau. Khi kích thích bằng một chùm tia X, điện tử sẽ nhảy lên một mức năng lƣợng cao hơn, tạo nên một lỗ trống điện tử, một điện tử khác từ lớp bên ngoài có năng lƣợng cao hơn nhảy vào để điền vào lỗ trống đó. Bƣớc nhảy này giải

43

phóng năng lƣợng dƣới dạng năng lƣợng tia X tán xạ. d. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua ( Transmisson Electron Microscope - TEM) đƣợc dùng phổ biến trong nghiên cứu cấu trúc ở cấp độ nano. TEM cho phép quan sát chính xác cấu trúc nano với độ phân giải lên đến 0,2 nm và có thể đạt đƣợc độ phóng đại 400.000 lần so với nhiều vật liệu và có thể đạt đƣợc độ phóng đại tới 15 triệu lần so với các nguyên tử. Dựa vào ảnh TEM chụp các phần tử nano bạc xác định đƣợc kích thƣớc và hình dáng của hạt nano bạc tạo thành, đồng thời xem xét kích thƣớc đã đảm bảo là tốt hay chƣa để hoạch định quá trình điều chế nano bạc.

Phƣơng pháp dựa trên việc sử dụng chùm tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu. Chùm tia đƣợc tạo ra từ catot qua hai "tụ quang" điện tử sẽ đƣợc hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm tia điện tử va vào mẫu sẽ phát ra các chùm tia điện tử truyền qua. Các điện tử truyền qua này đi qua điện thế gia tốc rồi vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng. Tín hiệu đƣợc khuếch đại, đƣa vào mạng lƣới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tƣơng ứng trên màn. Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lƣợng điện tử phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu.

Các bƣớc của ghi ảnh TEM: chiếu một chùm electron qua một mẫu vật, tín hiệu thu đƣợc sẽ đƣợc phóng to và chuyển lên màn huỳnh quang cho kết quả quan sát. Mẫu vật liệu chuẩn bị cho TEM phải mỏng để cho phép electron có thể xuyên qua giống nhƣ tia sáng có thể xuyên qua vật thể trong hiển vi quang học, do đó việc chuẩn bị mẫu sẽ quyết định tới chất lƣợng của ảnh TEM.[25] 2.2.7. Thử khả năng kháng khuẩn của nano bạc Dung dịch keo nano bạc tối ƣu tổng hợp đƣợc sau khi đã khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đƣợc gửi đi thử khả năng kháng khuẩn tại Phòng vi sinh - Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lƣờng chất lƣợng 2- QUATEST 2, số 02 Ngô Quyền - Thành phố Đà Nẵng.

44

Khả năng kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc đƣợc xác định bằng phƣơng pháp đục lỗ thạch.

Phƣơng pháp đục lỗ thạch: là một trong những phƣơng pháp đánh giá ảnh hƣởng của chất thử lên sự phát triển của các chủng vi sinh vật nuôi cấy in vitro.

Xác định khả năng khuếch tán của chất thử vào lớp thạch, gây ức chế sự phát triển của vi khuẩn ở xung quanh lỗ thạch, vùng ức chế càng lớn thì tác dụng của chất thử càng mạnh.

Bảng 2.3. Một số tiêu chuẩn về đường kính của vòng vô khuẩn D - d ≥ 25 mm

Chất kháng khuẩn rất mạnh ( ++++)

20 ≤ D - d ≤ 25 mm

Chất kháng khuẩn mạnh (+++)

15 ≤ D - d ≤ 20 mm

Chất kháng khuẩn trung bình (++)

0 < D - d ≤ 15 mm

Chất kháng khuẩn yếu (+)

D-d=0

Chất không kháng khuẩn

Trong đó: D là đƣờng kính vòng vô khuẩn (mm) d là đƣờng kính khối thạch (mm). Đề tài này thử hoạt tính kháng khuẩn Staphylococcus aureus và Escherichia coli với mật độ chủng Staphylococcus aureus 3,9.107 CFU/mL trên môi trƣờng nuôi cấy Tryptic Soy Agar, với mật độ chủng Escherichia coli 7.107 CFU/mL trên môi trƣờng nuôi cấy Mueller - Hinton Agar. Hoạt tính kháng khuẩn đƣợc đánh giá thông qua đƣờng kính vòng vô khuẩn [4].

45

2.2.8. Sơ đồ quy trình thực nghiệm Cây cỏ bù xít tƣơi,bỏ rễ

Rửa sạch, cắt nhỏ Nguyên liệu Chƣng ninh Dung môi nƣớc

Dịch chiết Dung môi hữu cơ

Dung môi Ethanol

*n-Hexan *Ethyl acetate * Chloroform

Các dịch chiết: *n-Hexan *Ethyl acetate * Chloroform

+Dungdịch AgNO3

Dịch chiết Ethanol

Tổng hợp nano bạc Cô đuổi dung môi Khảo sát

Tỷ lệ rắn: lỏng

Thời gian chiết

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo nano bạc

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít

Định danh bằng khối phổ GC - MS

Nano bạc tối ƣu

pH môi trƣờng

Thể tích dịch chiết

Nồng độ dung dịch AgNO3 Nhiệt độ tạo nano

Thời gian tạo nano

Thử khả năng kháng khuẩn

Nghiên cứu đặt trƣng của hạt nano bạc

TEM

EDX

XRD

Hình 2.9. Sơ đồ quy trình thực nghiệm

46

CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DỊCH CHIẾT CÂY CỎ BÙ XÍT Cây cỏ bù xít chƣng ninh trực tiếp với dung môi Ethanol. Lọc, thu đƣợc dịch chiết cây cỏ bù xít trong Ethanol.

Cây cỏ bù xít chƣng ninh trực tiếp với nƣớc. Lọc, thu đƣợc dịch chiết, sau đó chiết lỏng - lỏng với các dung môi: n- Hexan, Chloroform, Ethyl acetate thu đƣợc dịch chiết cây cỏ bù xít trong dung môi n- Hexan, Chloroform, Ethyl acetate.

Cô đuổi dung môi các dịch chiết cây cỏ bù xít trong Ethanol, n- Hexan, Chloroform, Ethyl acetate. Gửi mẫu đi đo GC-MS để định danh hợp chất hữu cơ có mặt trong dịch chiết cây cỏ bù xít.

3.1.1. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethanol của cây cỏ bù xít Kết quả sau khi đo GC - MS đƣợc trình bày ở phổ đồ Hình 3.1 và Bảng 3.1.

Hình 3.1. Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết Ethanol

47

Từ kết quả đo GC-MS đã định danh đƣợc 22 cấu tử trong dịch chiết ethanol của cây cỏ bù xít, chiếm 80,14%. Các cấu tử chiếm tỉ lệ lớn là Precocene 2 (18,16%); Precocene 1 (11.43%), n-Hexadecanoic acid (10,07%). Tên gọi và công thức cấu tạo của các chất hữu cơ định danh đƣợc trong dung môi ethanol thể hiện trong Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethanol của cây cỏ bù xít STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

1

18.533

Caryophyllene

3.28

2

18.945

Coumarin

3.83

3

19.158

(E)-.beta.-Famesene

0.78

4

19.201

cis-.beta.-Farnesene

0.48

5

19.338

Precocene 1

11.43

6

20.375

betaSesquiphellandrene

0.81

48

STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

7

21.408 Caryophyllene oxide

1.14

8

22.872

18.16

9

29.629 n-Hexadecanoic acid

10.07

10

30.993

0.76

Precocene 2

Phytol 9,12-

11

31.250 Octadecadienoic acid

5.60

(Z,Z)-

9,12,1512

31.306

Octadecatrienoic

7.62

acid, (Z,Z,Z)-

13

31.445

Octadecanoic acid

2.04

14

35.275

Squalene

4.41

15

36.704

Vitamin E

0.93

49

STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

16

37.430

Stigmasterol

1.72

17

37.754

beta.-Sitosterol

0.93

18

38.028

19

38.312

Lupeol

0.44

20

38.660

beta.-Amyrin

0.70

21

38.746

22

38.825

23

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

3,5,6,7,8,3',4'Heptamethoxyflavon Thành phần chƣa định danh

1.06

1.65

2.30

19.86

50

3.1.2. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethyl acetate của cây cỏ bù xít Kết quả sau khi đo GC - MS đƣợc trình bày ở phổ đồ Hình 3.2 và Bảng 3.2.

Hình 3.2. Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết Ethyl acetate Từ kết quả đo GC-MS đã định danh đƣợc 28 cấu tử trong dịch chiết Ethyl acetate của cây cỏ bù xít, chiếm 76,64%. Tƣơng tự dịch chiết trong dung môi Ethanol, trong dung môi Ethyl acetate các cấu tử chiếm tỉ lớn nhất là Precocene 2 (17,19%), n-Hexadecanoic acid (9,75%), 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z) (8,25%) và Precocene 1 (7,15%). Tên gọi và công thức cấu tạo của các chất hữu cơ định danh đƣợc thể hiện trong Bảng 3.2.

51

Bảng 3.2. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Ethyl acetate của cây cỏ bù xít STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

1

17.992

beta-Cubebene

0.27

2

18.558

Caryophyllene

3.38

3

18.974

Coumarin

2.12

4

19.159

Humulene

0.46

5

19.227

cis-.beta.-Farnesene

0.73

6

19.386

Precocene 1

7.15

7

19.664

Germacrene D

0.24

8

20.383

betaSesquiphellandrene

0.74

52

STT

RT (phút)

Tên chất

Spathulenol

Công thức cấu tạo

%

9

21.331

10

21.416 Caryophyllene oxide

0.81

11

22.996

Precocene 2

17.19

12

27.531

Neophytadiene

0.54

13

29.735 n-Hexadecanoic acid

9.75

14

30.999

0.90

Phytol

0.27

9,1215

31.339 Octadecadienoic acid

8.25

(Z,Z)-

9,12,1516

31.398

Octadecatrienoic

4.71

acid, (Z,Z,Z)-

17

31.491

Octadecanoic acid

0.87

53

STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

18

35.287

Squalene

3.60

19

36.711

Vitamin E

1.12

20

37.441

Stigmasterol

2.20

21

37.765

beta.-Sitosterol

1.18

22

38.044

23

38.117

24

38.320

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

Stigmast-7-en-3-ol, (3.beta.,5.alpha.,24S)

Lupeol

1.92

0.52

0.92

54

STT

RT (phút)

25

38.672

26

38.840

27

38.890

28

38.992

29

Tên chất

Công thức cấu tạo

beta.-Amyrin

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

3,5,6,7,8,3',4'Heptamethoxyflavon

Lupenyl acetate

Thành phần chƣa định danh

%

0.90

3.27

2.13

0.50

23.36

3.1.3. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Chloroform của cây cỏ bù xít Kết quả sau khi đo GC - MS đƣợc trình bày ở phổ đồ Hình 3.3. Kết quả định danh xác định đƣợc 22 cấu tử trong dịch chiết Chloroform của cây cỏ bù xít, chiếm 71,98%. Các cấu tử chiếm tỉ lớn nhất là Precocene 2 (17,87%), n-Hexadecanoic acid (8,24%) và 9,12,15-Octadecatrienoic acid, (Z,Z,Z)- (7,36%). Tên gọi và công thức cấu tạo của các chất hữu cơ định danh đƣợc thể hiện trong Bảng 3.3.

55

Hình 3.3. Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết Chloroform Bảng 3.3. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi Chloroform của cây cỏ bù xít STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

1

17.993

beta-Cubebene

0.09

2

18.537

Caryophyllene

1.15

3

19.004

Coumarin

0.39

56

STT

RT (phút)

Tên chất

Precocene 1

Công thức cấu tạo

%

4

9.331

5

20.381

6

22.922

Precocene 2

17.87

7

29.653

n-Hexadecanoic acid

8.24

8

30.996

Phytol

0.58

9

31.286

betaSesquiphellandrene

9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)-

2.65

0.18

6.18

9,12,1510

31.342 Octadecatrienoic acid,

7.36

(Z,Z,Z)-

11

31.456

Octadecanoic acid

1.98

12

35.281

Squalene

5.28

13

36.340

gamma.-Tocopherol

0.14

57

STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

14

36.707

Vitamin E

1.31

15

37.432

Stigmasterol

2.39

16

37.757

beta.-Sitosterol

1.34

17

38.038

18

38.313

Lupeol

1.49

19

38.667

beta.-Amyrin

1.22

20

38.821

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

2.73

4.85

58

STT

RT (phút)

21

38.877

22

38.985

23

Tên chất

Công thức cấu tạo

3,5,6,7,8,3',4'Heptamethoxyflavon

Lup-20(29)-en-3-ol, acetate, (3.beta.)

Thành phần chƣa định danh

%

3.77

0.79

28.02

3.1.4. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi n - Hexan của cây cỏ bù xít Kết quả sau khi đo GC - MS đƣợc trình bày ở phổ đồ Hình 3.4 và Bảng 3.4.

Hình 3.4. Sắc ký đồ đo GC - MS biểu thị thành phần hóa học của cây cỏ bù xít trong dịch chiết n-Hexan

59

Từ kết quả đo GC-MS đã định danh đƣợc 25 cấu tử trong dịch chiết n-Hexan của cây cỏ bù xít, chiếm 75,72%. Các cấu tử chiếm tỉ lớn nhất là Precocene 2 (22,64%), n-Hexadecanoic acid (9,82%) và 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z) (8,18%). Tên gọi và công thức cấu tạo của các chất hữu cơ định danh đƣợc thể hiện trong Bảng 3.4.

Bảng 3.4. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết dung môi n - Hexan của cây cỏ bù xít STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

1

18.537

Caryophyllene

0.87

2

18.961

Coumarin

2.88

3

19.345

Precocene I

3.64

4

20.380

5

21.327

Spathulenol

0.29

6

21.412

Caryophyllene oxide

0.58

betaSesquiphellandrene

0.18

60

STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

7

22.991

Precocene 2

22.64

8

27.528

Neophytadiene

0.38

9

29.703

n-Hexadecanoic acid

9.82

10

30.998

Phytol

0.85

11

31.319

9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)-

8.18

9,12,1512

31.379

Octadecatrienoic

6.15

acid, (Z,Z,Z)-

13

31.479

Octadecanoic acid

1.05

14

35.289

Squalene

5.54

15

36.340

gamma.-Tocopherol

0.15

16

36.711

Vitamin E

1.47

61

STT

RT (phút)

Tên chất

Công thức cấu tạo

%

17

37.436

Stigmasterol

1.84

18

37.759

beta.-Sitosterol

0.83

19

38.035

20

38.112

21

38.316

Lupeol

1.38

22

38.670

beta.-Amyrin

1.16

23

38.772

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

Stigmast-7-en-3-ol, (3.beta.,5.alpha.,24S)-

3',4',5,6,7,8Hexamethoxyflavone

1.15

0.32

0.86

62

STT

RT

Tên chất

(phút)

24

38.858

25

38.984

Công thức cấu tạo

%

3,5,6,7,8,3',4'-

2.92

Heptamethoxyflavon

Lupenyl acetate,

0.59

Thành phần chƣa

26

24.28

định danh

Nhƣ vậy từ kết quả đo GC-MS đã định danh đƣợc 22 cấu tử trong dịch chiết Ethanol; và 30 cấu tử trong dịch chiết Nƣớc của cây cỏ bù xít.

Trong số các chất hữu cơ định danh đƣợc từ các dịch chiết của cây cỏ bù xít, rất nhiều chất có hoạt tính sinh học, có tác dụng trong điều trị bệnh. Cụ thể nhƣ: Trong tất cả các dịch chiết chất chiếm tỉ lệ cao nhất là precocene 2. Đây là hợp chất có hiệu quả chống lại hai loại nấm penicillin chrysogenum và penicillinjaanicum và sự ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Ngoài ra các chất cũng chiếm tỉ lệ lớn trong các dịch chiết nhƣ n-hexadecanoic acid có khả năng chống oxy hóa nhẹ và có đặc tính chống xơ vữa động mạch; Hợp chất 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)- (acid linoleic), 9,12,15-Octadecatrienoic acid, (Z,Z,Z)- có tác dụng chống ung thƣ, ngăn ngừa xơ vữa mạch, hạn chế béo phì và đái tháo đƣờng.

Dẫn xuất của terpene: beta cubene, Lupeol, Amyrin, Phytol, (E)-.beta.Famesene,

cis-.beta.-Farnesene,

Caryophyllene,

Germacrenes,

Spathulenol.

Humulene với các hiệu quả: ức chế sự phát triển của khối u ung thƣ và gây độc tế bào, kháng khuẩn, ức chế sự phát triển của nấm, có khả năng chống viêm, có hoạt tính chống oxy hóa.

63

Dẫn xuất của Steroid: beta.-Sitosterol, Stigmasterol, Stigmast-7-en-3-ol, (3.beta.,5.alpha.,24S) với các hiệu quả: giảm acid uric và cholesterol trong máu, chống oxi hóa, chống loét, chống nấm, chống xơ vữa động mạch, làm bất hoạt những chất độc trong tế bào, điều hòa miễn dịch, kháng ung thƣ, cải thiện lƣu thông tuần hoàn và mạch vành tim.

Dẫn xuất của Flavonoid: 3',4',5,6,7,8-Hexamethoxyflavone, 3,5,6,7,8,3',4'Heptamethoxyflavon với hiệu quả điều trị một số bệnh nhƣ viêm nhiễm, dị ứng, loét dạ dày và hành tá tràng, giúp cơ thể điều hòa các quá trình chuyển hóa, chống lão hóa, làm bền thành mạch máu, và giảm lƣợng cholesterol trong máu.

Coumarin là một hợp chất thiên nhiên quan trọng, có tác dụng dƣợc lý cao.

Coumarin đƣợc dùng để làm thuốc chống đông máu, làm giãn động mạch vành và mạch ngoại vi, có tác dụng chống co thắt.

Squalene ức chế quá trình sản sinh cholesterol, giảm lƣợng mỡ cung cấp cho gan, phát huy mạnh hơn tác dụng của insulin, giảm lƣợng đƣờng trong máu; Vitamin E , gamma.-Tocopherol là chất chống oxy hóa tốt, là chất ngăn ngừa lão hóa, làm giảm các cholesterol xấu, kích thích hệ thống miễn dịch hoạt động bình thƣờng bằng việc bảo vệ các tế bào.

Ngoài ra trong dịch chiết cây cỏ bù xít có các chất có nhóm chức poliphenol: Stigmasterol, beta.-Sitosterol, Lupeol, beta.-Amyrin, Spathulenol, Vitamin E, gamma.-Tocopherol, Stigmast-7-en-3-ol, (3.beta.,5.alpha.,24S) là những chất dễ bị oxi hóa có khả năng khử tốt.

Do đó đề tài sử dụng dịch chiết cây cỏ bù xít là tác nhân khử trong tổng hợp nano bạc để ứng dụng kháng khuẩn là có cơ sở khoa học.

3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH CHIẾT NƢỚC CÂY CỎ BÙ XÍT Hai yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết cây cỏ bù xít đƣợc khảo sát là thời gian chiết và tỉ lệ rắn/lỏng, nhằm thu đƣợc dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít phù hợp cho quá trình điều chế nano bạc.

Trong quá trình khảo sát các thông số của quá trình tạo nano bạc đƣợc giữ cố định:

64

- Môi trƣờng pH: pH dịch chiết - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 2 :20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Dung dịch nano bạc đƣợc pha loãng 5 lần bằng nƣớc cất rồi đem đo UV-Vis. 3.2.1. Ảnh hƣởng của thời gian chiết Để đánh giá ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít, tiến hành chiết trong thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút, với tỉ lệ rắn / lỏng là 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất.

Hình 3.5. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít với thời gian chiết khác nhau Kết quả đo UV-Vis của các dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít với thời gian chiết khác nhau đƣợc thể hiện trên Hình 3.5.

Kết quả thực nghiệm cho thấy, phổ UV – Vis của các mẫu dung dịch đều xuất hiện đỉnh hấp thụ cực đại nằm trong khoảng 410 - 425 nm. Đây là các đỉnh ứng với plasmon cộng hƣởng bề mặt của nano bạc, chứng tỏ đã thu đƣợc dung dịch nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây bù xít. Dựa vào vị trí cực đại mật

65

độ quang trong phổ UV-Vis của các mẫu dung dịch cũng có thể dự đoán kích thƣớc hạt nano nằm trong khoảng 15 – 30 nm [43].

Theo kết quả khảo sát, tăng thời gian chiết từ 10 phút đến 20 phút cƣờng độ hấp thụ của dung dịch nano bạc tăng dần, với thời gian chiết 20 phút cho cƣờng độ hấp thụ cao nhất (Amax = 1,3852). Nếu tiếp tục tăng thời gian chiết thì mật độ quang lại giảm (Hình 3.5). Điều này có thể giải thích là do tăng thời gian chiết lƣợng chất khử trong dịch chiết tăng lên, lƣợng nano bạc tạo ra nhiều hơn nên mật độ quang cao. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng thời gian chiết, có thể các chất khử đã bị phân hủy hoặc quá trình chiết tạo ra các chất không có lợi cho quá trình tạo nano bạc hoặc cũng có thể do lƣợng bạc tạo thành quá nhiều dẫn đến hiện tƣợng keo tụ làm giảm mật độ quang.

Vì vậy, thời gian chiết 20 phút đƣợc xác định là phù hợp để thu đƣợc dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít cho quá trình điều chế nano bạc.

3.2.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn / lỏng Để khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn / lỏng đến quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít, tiến hành chiết trong thời gian 20 phút, với tỉ lệ rắn / lỏng thay đổi là 5 g ÷ 25 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất.

Kết quả đo UV-Vis của các dung dịch nano bạc đƣợc tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít với tỉ lệ rắn / lỏng khác nhau đƣợc thể hiện trên Hình 3.6.

Hình 3.6. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít với tỉ lệ rắn / lỏng khác nhau

66

Từ Hình 3.6 thấy rằng tỉ lệ rắn / lỏng dao động từ 5 g ÷ 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất, phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc tạo thành có hình dạng khá tƣơng đồng với mật độ quang cực đại đạt đƣợc trong khoảng 410 – 425 nm. Tăng tỉ lệ rắn / lỏng mật độ quang tăng dần. Với khối lƣợng cây cỏ bù xít 15 g cho cƣờng độ hấp thụ cao nhất (Amax= 1,3902). Điều này có thể đƣợc giải thích là do khi tăng tỉ lệ rắn / lỏng lƣợng chất khử đƣợc chiết ra nhiều hơn do vậy hàm lƣợng nano bạc tạo thành trong dung dịch tăng lên.

Tuy nhiên khi tỉ lệ rắn / lỏng lớn hơn 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất, mật độ quang lại giảm và cực đại mật độ quang không còn xuất hiện rõ ràng tại vùng bƣớc sóng 400 – 500 nm nữa. Điều này có thể liên quan đến việc hàm lƣợng chất khử trong dịch chiết quá nhiều làm cho các hạt nano bạc tạo thành bị keo tụ.

Trong dung dịch tồn tại các loại hạt keo bạc với phổ kích thƣớc trải rộng, không tập trung, mà vị trí của cực đại mật độ quang lại phụ thuộc vào kích thƣớc của hạt nano do vậy phổ UV-Vis tổng hợp không xuất hiện đỉnh cực đại rõ ràng.

Vì vậy, tỉ lệ rắn / lỏng phù hợp cho quá trình điều chế nano bạc đƣợc xác định là 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất.

3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO BẠC Để khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo nano bạc, tiến hành thu dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít ở điều kiện: - Thời gian chiết: 20 phút - Tỷ lệ rắn / lỏng: 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo nano bạc từ dịch chiết cây cỏ bù xít và dung dịch AgNO3 đƣợc khảo sát bao gồm: pH môi trƣờng; tỉ lệ thể tích dịch chiết: thể tích dung dịch AgNO3; nồng độ AgNO3; nhiệt độ và thời gian tạo nano.

3.3.1. Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng tạo nano bạc Quá trình tạo nano bạc đƣợc tiến hành ở điều kiện: - Môi trƣờng pH biến thiên: 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 2 :20 mL

67

- Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Kết quả đo UV-Vis của các dung dịch nano bạc tạo thành đƣợc thể hiện trên Hình 3.7.

Kết quả thực nghiệm cho thấy, thay đổi pH của dịch chiết từ 4 đến 10, các đƣờng phụ thuộc A – λ có hình dạng tƣơng tự nhau (Hình 3.7), các đỉnh hấp thụ cực đại hầu hết nằm trong khoảng bƣớc sóng 410 - 425 nm (Bảng 3.5). Điều đó chứng tỏ bản chất các hạt trong dung dịch tạo thành không thay đổi trong khoảng pH khảo sát. Đồ thị phụ thuộc của cực đại mật độ quang Amax và pH của dịch chiết đƣợc thể hiện trên Hình 3.8.

Hình 3.7. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít ở các pH tạo nano khác nhau Bảng 3.5. Số liệu khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường tạo nano bạc pH

4

5

6

7

8

9

10

λmax

425

423

420

417

415

415

410

Amax

0.8

1.2

1.4

1.59

1.51

1.46

1.17

68

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của pH lên độ hấp thụ cực đại Từ Hình 3.8 thấy rằng, tăng pH dịch chiết từ 4 đến 10, giá trị mật độ quang cực đại Amax đo đƣợc tăng dần và đạt giá trị cao nhất tại pH = 7, sau đó giảm dần. Điều này có thể đƣợc giải thích dựa vào cơ chế của quá trình tạo khử ion Ag+ bằng chất khử từ dịch chiết thực vật. Kết quả định danh các hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết cây cỏ bù xít cho thấy có poliphenol, khi tiếp xúc với dung dịch Ag+ có khả năng phản ứng theo sơ đồ tổng quát [13]: OH O

+

+

H2 O

4e

+

4H

+

(1)

O

Ag +

+ 1e

Ag

(2)

Khi tăng pH môi trƣờng đồng nghĩa với việc giảm nồng độ H+ ở trong dung dịch, và làm cân bằng (1) dịch chuyển theo chiều thuận, tạo ra các electron tự do nên lƣợng nano bạc tạo thành nhiều hơn, dẫn đến mật độ quang tăng. Tuy nhiên khi pH của môi trƣờng lớn, lƣợng bạc đƣợc tạo ra nhanh dễ bị keo tụ thành các hạt có kích thƣớc lớn làm giảm mật độ quang.

Do vậy môi trƣờng trung tính (pH = 7) đƣợc đánh giá là phù hợp nhất để tổng hợp nano bạc.

69

3.3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ Vdịch chiết:VAgNO3 Quá trình tạo nano bạc đƣợc tiến hành ở điều kiện: - Môi trƣờng pH = 7 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 biến thiên từ 1 mL đến 5 mL : 20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Kết quả đo UV-Vis của các dung dịch nano bạc tạo thành đƣợc thể hiện trên Hình 3.9.

Hình 3.9. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít ở tỉ lệ Vchiết :VAgNO3 tạo nano khác nhau Bảng 3.6. Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ Vchiết :VAgNO3 tạo nano bạc Thể tích dịch chiết (mL)

1

2

3

4

5

λmax

415

425

430

430

450

Amax

1.21

1.5

1.77

1.64

1.52

70

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ Vchiết : VAgNO3 lên độ hấp thụ cực đại Từ Bảng 3.6 thấy các đỉnh hấp thụ hầu hết nằm trong khoảng bƣớc sóng 410 430 nm (trừ trƣờng hợp thể tích dịch chiết bằng 5 mL). Chứng tỏ đây là dung dịch nano bạc.

Kết quả khảo sát cho thấy, khi tỉ lệ thể tích dịch chiết cây cỏ bù xít / thể tích dung dịch AgNO3 1 mM tăng dần từ 1 mL đến 4 mL / 20 mL giá trị mật độ quang A đo đƣợc tăng mạnh sau đó giảm dần dần, đạt giá trị cao nhất khi thể tích dịch chiết cây cỏ bù xít là 3 mL với mật độ quang cực đại (Amax = 1,7746). Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết và dung dịch AgNO3 đến quá trình hình thành dung dịch nano Ag có thể đƣợc giải thích là do khi lƣợng chất khử trong dung dịch tăng (do tăng thể tích dịch chiết) tốc độ phản ứng cũng nhƣ nồng độ hạt nano bạc tạo thành lớn nên mật độ quang cao. Tuy nhiên khi phản ứng xảy ra nhanh, các hạt tạo ra nhiều lại có khả năng kết dính với nhau tạo thành những hạt lớn hơn và keo tụ, làm cho số lƣợng hạt nano trong dung dịch thực chất lại giảm xuống do vậy mật độ quang giảm.

Khi V = 5 mL xuất hiện pic ở vùng 440-450 nm điều này có thể liên quan đến vấn đề khi số lƣợng hạt đồng loạt tạo ra nhiều thì khó đƣợc bọc phủ hết bởi các chất hữu cơ có trong dịch chiết nên bị oxi hóa một phần, ngoài ra chỉ giữ cố định pH của

71

dịch chiết nên khi thể tích dịch chiết tăng làm cho pH của dung dịch tăng và có thể đã vƣợt qua pH tạo thành kết tủa hidroxit và Ag+ bị thủy phân thành Ag2O. Vì vậy, tỉ lệ thể tích dịch chiết cây cỏ bù xít / thể tích dung dịch AgNO3 1 mM phù hợp để tổng hợp keo nano bạc là 3 mL / 20 mL. 3.3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO3 Quá trình tạo nano bạc đƣợc tiến hành ở điều kiện: - Môi trƣờng pH = 7 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 3 mL : 20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM; 2 mM; 5 mM; 10 mM - Nhiệt độ phản ứng: 30oC - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO3 đến quá trình tạo nano bạc đƣợc biểu diễn ở Hình 3.11.

Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít ở nồng độ dung dịch AgNO3 khác nhau

72

Bảng 3.7. Số liệu khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 tạo nano bạc Nồng độ dung dịch AgNO3

1

2

5

10

λmax

420

415

417

425

Amax

1.62

1.73

1.83

1.77

Đồ thị phụ thuộc của cực đại mật độ quang Amax vào nồng độ ban đầu của dung dịch AgNO3 đƣợc thể hiện trên Hình 3.12.

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 lên độ hấp thụ cực đại Quan sát Hình 3.12, cho thấy khi nồng độ dung dịch AgNO3 tăng dần 1 mM đến 10 mM cực đại mật độ quang đƣợc tăng mạnh, sau đó tăng chậm dần rồi giảm nhẹ, giá trị mật độ quang lớn nhất khi nồng độ dung dịch AgNO3 là 5 mM. Điều này có thể giải thích tƣơng tự mục 3.3.2, ở đây khi nồng độ chất oxi hóa (Ag+) tăng thì tốc độ phản ứng và hàm lƣợng sản phẩm tạo ra nhiều hơn nên mật độ quang tăng. Tuy nhiên nhƣ đã phân tích ở trên khi tốc độ lớn, số lƣợng mầm tinh thể tạo ra quá nhiều lại dẫn đến việc các hạt bị keo tụ làm giảm số lƣợng hạt nên mật độ quang giảm. Thực tế trong quá trình bảo quản dung dịch nano bạc, các mẫu đƣợc tạo thành từ dung dịch AgNO3 nồng độ 2 mM; 5 mM và 10 mM bị keo tụ sau 1 giờ.

73

Vì vậy, để tổng hợp đƣợc dung dịch hạt nano bền, nồng độ dung dịch AgNO3 phù hợp là 1 mM. 3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tạo nano bạc Để khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano bạc, tiến hành thay đổi nhiệt độ phản ứng từ 30oC đến 70oC và cố định các thông số: - Môi trƣờng pH = 7 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 3 mL : 20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Thời gian tạo nano: 30 phút Kết quả đo UV-Vis các dung dịch nano bạc tạo thành thể hiện trên Hình 3.13.

Hình 3.13. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít ở nhiệt độ phản ứng khác nhau Bảng 3.8. Số liệu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tạo nano bạc Nhiệt độ tạo nano(oC)

30

40

50

60

70

λmax

415

417

415

416

415

Amax

1.51

1.62

1.54

1.38

1.33

74

Thực nghiệm cho thấy, tăng nhiệt độ phản ứng từ 30oC đến 70oC cực đại mật độ quang tăng nhẹ sau đó giảm mạnh rồi gần nhƣ không đổi (xem Hình 3.14). Ở 40oC mật độ quang cực đại đạt giá trị lớn nhất (Amax = 1.6247).

Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng lên độ hấp thụ cực đại Nhƣ đã biết, nhiệt độ là một trong các yếu tố ảnh hƣởng rất lớn tới tốc độ các quá trình hóa học cũng nhƣ vật lý. Tăng nhiệt độ phần lớn các quá trình sẽ xảy ra nhanh hơn. Trong trƣờng hợp cụ thể này, tăng nhiệt độ tốc độ tạo thành mầm kết tinh lớn nên mặc dù hàm lƣợng nano bạc không đổi nhƣng số lƣợng hạt nano lại tăng lên khi tăng nhiệt độ (từ 30oC đến 40oC). Tuy nhiên khi nhiệt độ quá cao (50oC-70oC) quá trình tạo mầm chiếm ƣu thế, các hạt tạo thành không đƣợc lớn lên có bề mặt lớn sẽ không bền và có xu hƣớng kết dính lại với nhau để giảm năng lƣợng bề mặt, từ đó làm cho số lƣợng hạt nano giảm nhanh chóng nên mật độ quang giảm mạnh.

Vì vậy, nhiệt độ của phản ứng tạo nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết cây bù xít thích hợp là 40oC. 3.3.5. Ảnh hƣởng của thời gian tạo nano Để khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình tạo nano bạc, tiến hành cố định các thông số:

75

- Môi trƣờng pH = 7 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 3 mL : 20 mL - Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Nhiệt độ tạo nano: 40oC - Thời gian tạo nano thay đổi: 30 phút; 45 phút; 60 phút Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình tạo nano bạc vào thời gian đƣợc biểu diễn ở Hình 3.15.

Hình 3.15. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít ở thời gian phản ứng khác nhau Bảng 3.9. Số liệu khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tạo nano bạc Thời gian tạo nano (Phút)

30

45

60

λmax

415

417

415

Amax

1.8

1.92

1.64

76

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên độ hấp thụ cực đại Kết quả thực nghiệm cho thấy, tăng thời gian phản ứng từ 30 phút đến 60 phút mật độ quang của dung dịch nano bạc tăng nhẹ, sau đó giảm mạnh. Điều này có thể giải thích là do giai đoạn đầu của phản ứng quá trình tạo mầm tinh thể chiếm ƣu thế hơn quá trình tinh thể lớn lên, do vậy tăng thời gian hạt nano tạo ra nhiều hơn. Tuy nhiên theo thời gian các hạt có sự kết dính để tạo thành các hạt lớn hơn, do vậy số lƣợng hạt nano giảm, đó chính là nguyên nhân dẫn đến mật độ quang giảm. Với thời gian tạo nano 45 phút mật độ quang cực đai đạt giá trị lớn nhất (Amax = 1.9236).

Vì vậy, thời gian của phản ứng tạo nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết cây cỏ bù xít thích hợp là 45 phút.

3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO BẠC Dung dịch nano bạc đƣợc tổng hợp trong điều kiện: * Quá trình chiết nƣớc cây cỏ bù xít: - Tỷ lệ rắn / lỏng: 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất - Thời gian chiết: 20 phút * Quá trình tạo nano bạc: - Môi trƣờng pH = 7 - Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 3 mL : 20 mL

77

- Nồng độ dung dịch AgNO3: 1 mM - Tốc độ khuấy: 400 vòng / phút - Nhiệt độ tạo nano: 40oC - Thời gian tạo nano: 45 phút Dung dịch keo nano bạc thu đƣợc, đem đi xác định các đặc trƣng: cấu trúc (XRD), thành phần nguyên tố (EDX), hình dạng, kích thƣớc (TEM).

3.4.1. Kết quả đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Kết quả chụp phổ nhiễu xạ tia X của mẫu nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít đƣợc thể hiện trên Hình 3.17.

Hình 3.17. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của hạt nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít Từ kết quả mẫu đo XRD của hạt nano bạc cho thấy sự hiện diện của các hạt nano bạc hình cầu, có các pic đặc trƣng với góc 2θ là 38.10, 44.30, 64.50, 77.50, 81.330 tƣơng ứng với mạng (111), (200), (220), (311), (222) của tinh thể bạc (theo

78

ngân hàng phổ JCDS card No 04-0783) Nhƣ vậy chứng tỏ đã tổng hợp thành công dung dịch keo nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết cây cỏ bù xít.

3.4.2. Kết quả chụp phổ tán sắc năng lƣợng tia X (EDX) Kết quả chụp phổ EDX xác định thành phần nguyên tố của mẫu nano bạc đƣợc thể hiện trên Hình 3.18.

Hình 3.18. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) của hạt nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết cây cỏ bù xít Trên phổ EDX của mẫu nghiên cứu ngoài các pic đặc trƣng của nguyên tố Ag còn xuất hiện các pic tín hiệu yếu của C, O. Điều này chứng tỏ bên ngoài nano bạc còn có các hợp chất hữu cơ bao bọc bên ngoài với vai trò chất làm bền cho hạt nano.

Kết quả xác định thành phần nguyên tố của mẫu nano bạc đƣợc thể hiện trong Bảng 3.10.

Bảng 3.10. Thành phần nguyên tố trong hạt nano bạc Khối lƣợng (%)

Nguyên tố Mẫu 1

Mẫu 2

Mẫu 3

Mẫu 4

Ag

88.4

83.55

84.91

83.47

C

6.37

7.65

7.87

8.9

O

5.23

8.8

7.22

7.63

Tổng

100

100

100

100

79

Kết quả thực nghiệm cho thấy, thành phần nguyên tố của 4 mẫu ngẫu nhiên khá giống nhau. Điều đó chứng tỏ vật liệu tổng hợp đƣợc khá đồng nhất về mặt thành phần.

3.4.3. Kết quả chụp ảnh TEM Kết quả chụp ảnh TEM của mẫu nano bạc tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít đƣợc thể hiện trên Hình 3.19.

Hình 3.19. Ảnh TEM mẫu nano bạc được tạo thành từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nước cây cỏ bù xít Ảnh TEM cho thấy các hạt nano bạc có nhiều hình dạng và kích thƣớc khác nhau. Các hạt nhỏ chủ yếu có dạng hình cầu, các hạt lớn hơn đƣợc tạo thành do các hạt nhỏ bị kết dính vào nhau thì có hình dạng không xác định.

Một số giá trị đƣờng kính thu đƣợc trong khoảng từ 17 - 26 nm. Từ đó có thể ƣớc lƣợng kích thƣớc trung bình của hạt nano bạc tạo thành là 21,5 nm. Kết quả này phù hợp với kết quả phổ UV-Vis.

80

3.5. KẾT QUẢ THỬ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC Kết quả xác định đƣờng kính vô khuẩn của dung dịch keo nano bạc đƣợc thể hiện trên Hình 3.20, Hình 3.21 và Bảng 3.11.

Hình 3.20. Đường kính vô khuẩn của dung dịch keo nano bạc với vi khuẩn Staphylococcus aureus

Hình 3.21. Đường kính vô khuẩn của dung dịch keo nano bạc với vi khuẩn Escherichia coli

81

Bảng 3.11. Kết quả thử kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc Chủng vi khuẩn

Staphylococcus aureus

Escherichia coli

Đƣờng kính vòng vô khuẩn (D)

25 mm

21 mm

Đƣờng kính lỗ thạch (d)

5 mm

5 mm

D–d

20 mm

16 mm

Kết luận

Chất kháng khuẩn mạnh

Chất kháng khuẩn trung bình

Nhƣ vậy, dung dịch keo nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít có khả năng kháng đƣợc cả vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Escherichia coli nhƣng khả năng kháng vi khuẩn Staphylococcus aureus mạnh hơn.

Với kết quả thử kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 1mM và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít trên vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Escherichia coli tốt hơn khả năng kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 1mM và dịch chiết hạnh [18] của tác giả Nguyễn Hoàng Kim Ngân với đƣờng kính vòng vô khuẩn (D - d) của vi khuẩn Staphylococcus aureus là 10 mm, đƣờng kính vòng vô khuẩn (D - d) của vi khuẩn Escherichia coli là 12 mm; và dung dịch keo nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 1mM và dịch chiết lá diếp cá [1] của tác giả Trần Nguyễn Minh Ân với đƣờng kính vòng vô khuẩn (D - d) của vi khuẩn Staphylococcus epidermidis là 15 mm, đƣờng kính vòng vô khuẩn (D - d) của vi khuẩn Escherichia coli là 12 mm.

82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã định danh đƣợc 32 cấu tử có trong dịch chiết cây cỏ bù xít. Trong các cấu tử định danh đƣợc có nhiều cấu tử có hoạt tính sinh học, 8 cấu tử có khả năng khử đƣợc Ag+ về Ag. Đã khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít bao gồm thời gian chiết và tỉ lệ rắn / lỏng; pH môi trƣờng; tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3; nồng độ dung dịch AgNO3; nhiệt độ và thời gian tạo nano. Đã tìm đƣợc điều kiện phù hợp để tạo nano bạc: +Thời gian chiết: 20 phút + Tỉ lệ rắn/lỏng; 15 g cây cỏ bù xít / 200 mL nƣớc cất + pH môi trƣờng tạo nano bạc là: 7 + Tỉ lệ Vdịch chiết : VAgNO3 là 3 mL : 20 mL + Nồng độ dung dịch nano bạc: 1 mM + Nhiệt độ tạo nano bạc: 40oC + Thời gian tạo nano bạc: 45 phút Đã khảo sát các đặc trƣng của hạt nano bạc tạo thành: đo phổ UV –Vis, XRD, EDX và chụp ảnh TEM. Kết quả chứng minh đã tổng hợp thành công hạt nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết nƣớc cây cỏ bù xít. Các hạt bạc tạo thành có dạng hình cầu với kích thƣớc dao động khoảng 17-26 nm. Đã thử khả năng kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc và chỉ ra vật liệu tổng hợp có hoạt tính kháng khuẩn tốt với vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Escherichia coli.

KIẾN NGHỊ Cây cỏ bù xít là một loại thực vật phân bố khắp nơi ở Việt Nam. Cây dễ trồng và phát triển tốt, có nhiều ứng dụng đối với y học. Có thể tiếp tục nghiên cứu và đƣa dung dịch nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết cây

83

cỏ bù xít vào thực tế của ngành y - dƣợc . Điều này góp phần phát triển một hƣớng đi mới, tổng hợp thuốc ứng dụng trong đời sống từ dịch chiết thực vật bằng phƣơng pháp hóa học lành tính, tác dụng tốt và không gây độc hại đối với con ngƣời và môi trƣờng.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]

Trần Nguyễn Minh Ân (2016), Tổng hợp xanh Nano bạc từ AgNO3 và dịch chiết lá diếp cá, Khoa Công Nghệ Hóa học, Đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 3.

[2]

Phan Thanh Bình (2012), Hóa học và Hóa lý polymer, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.

[3]

Nguyễn Thƣợng Dong (2006), Hoàn thiện thuốc nhỏ mũi từ cây ngũ sắc, Báo cáo dự án cấp Nhà nƣớc, Hà Nội.

[4]

Nguyễn Lân Dũng, Phạm Thị Trân Châu, Nguyễn Thanh Hiền, Lê Đình Lƣơng, Đoàn Xuân Mƣợu, Phạm Văn Ty, Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học tập 3. NXB KH&KT, Hà Nội.

[5]

Nguyễn Văn Dán (2014), Công nghệ vật liệu mới, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.

[6]

Nguyễn Thị Duyến ( 2014), Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác nano bạc phân tán trên vật liệu mao quản trung bình (SBA) sử dụng cho qúa trình khử p-nitrophenol trong nước thải, Luận văn Thạc sĩ, Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

[7]

Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách (2009), Cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học, NXB Giáo dục Việt Nam.

[8]

Lê Thị Giang (2017), Nghiên cứu thành phần hóa học và tác dụng sinh học của tinh dầu cây ngũ sắc, Viện dƣợc liệu Hà Nội.

[9]

Nguyễn Hoàng Hải (2007), Các hạt nano kim loại, Tạp chí vật lý Việt Nam.

[10] Lê Tự Hải, Tôn Nữ Thanh Nhàn (2013), Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá Bàng, Tạp chí Hóa học, Số: 6ABC-51, trang 659-664.

[11] Lê Tự Hải, Võ Thị Tiếp (2015), Phân hủy quang xúc tác methylen xanh sử

dụng nano bạc tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử dịch chiết nước lá chè xanh, Tạp chí Xúc tác và Hấp phụ, trang 56-62.

[12] Võ Thanh Hùng (2014), Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết nước củ nghệ Lào và ứng dụng làm chất kháng khuẩn, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng.

[13] Nguyễn Lâm Xuân Hƣơng, Trần Văn Phú, Lê Văn Hiếu, Nguyễn Phƣớc Trung Hòa (2014), Tổng hợp hạt nano bạc sử dụng dịch chiết lá trà và ứng dụng diệt khuẩn, Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, trang 3-9.

[14] Chữ Thị Thu Huyền, Nguyễn Thị Thanh Bình, Trịnh Ngọc Dƣơng, Nguyễn Thanh Hải (2014), Nano tiểu phân bạc và triển vọng ứng dụng trong Dược học, Tạp chí Khoa học Tự nhiên và công nghệ, Tập 30, Số 2, trang 23-32.

[15] Thái Thị Ngọc Lam (2014), Ứng dụng công nghệ nano bạc trong chăn nuôi, trồng trọt và nuôi trồng thủy sản, Khoa Nông Lâm Ngƣ, Đại học Vinh.

[16] Đỗ Tất Lợi (2006), Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB Y dƣợc.

[17] Đỗ Bình Minh (2015), Nghiên cứu quá trình chuyển hóa trong môi trường nước cảu các hợp chất nitrophenol trong một số hệ oxi hóa nâng cao kết hợp bức xạ UV, Luận án Tiến sĩ, Viện Khoa học và công nghệ Quân sự.

[18] Nguyễn Hoàng Kim Ngân (2017), Tổng hợp nano bạc từ dịch chiết hạnh và ứng dụng khả năng kháng khuẩn, Khoa Khoa Học Tự Nhiên - Trƣờng Đại Học Cần Thơ.

[19] Hoàng Nhâm (2005), Hóa học vô cơ tập 3: Hóa học các nguyên tố chuyển tiếp, NXB Giáo dục.

[20] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học Nano, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội.

[21] Nguyễn Thị Phƣơng Phong, Hàn Khởi Quang (2011), Nghiên cứu chế tạo khẩu trang diệt khuẩn theo công nghệ nano, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bình Dƣơng.

[22] Nguyễn Tiến Thắng (2011), Công nghệ sinh học nano triển vọng và ứng dụng,

Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trƣờng và Công nghệ sinh học.

[23] Dƣơng Đức Tiến (1996), Phân loại vi khuẩn lam ở Việt Nam, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội.

[24] Phạm Trung Sản, Trƣơng Anh Khoa, Nguyễn Hoàng, Vũ Thị Chính Tâm, Huỳnh Hoàng Nhƣ Khánh, Thái Thị Hòa (2008), Điều chế nano bạc bằng phương pháp hóa siêu âm (sonochemical) dùng để tẩm các vật liệu vải chống khuẩn hiệu năng cao, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, Khánh Hòa.

[25] Bùi Xuân Vững (2015), Giáo trình Phân tích công cụ, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm – Đại học Đà Nẵng.

Tiếng Anh [26] Felix Acheampong, Christopher Larbie, Fareed KN Arthur, Regina AppiahOpong và Isaac Tuffour, Nghiên cứu chất chống oxy hóa và chất chống ung thư có trong Ageratum conyzoides, Cục Hóa sinh và Công nghệ sinh học, Kwame Nkrumah Đại học Khoa học và Công nghệ (KNUST), Đại học Ghana, Accra, Ghana.

[27] Phòng thí nghiệm của các sản phẩm tự nhiên, Khoa sinh lý và Dƣợc, Nghiên cứu kháng viêm mãn tính và nghiên cứu độc tính của lá Ageratum Conyzoides trên Chuột,. Đại học Liên bang Pernambuco, Cidade Universitaria, CEP 50.000, Recife-PE, Brazil.

[28] Nghiên cứu tính kháng khuẩn của chiết xuất Ageratum conyzoides (Tạp chí Microbiology).

[29] Mukherjee, p., Ahmad, A., Mandal, D., Senapati, S., Sainkar, S. R., Khan, M. I., Parischa, R., Ajaykumar, P. V., Alam,M., Kumar R. and Sastry M., 2001. Fungus mediated synthesis of silver nanoparticles and their immobilization in the mycelial matrix. A novel biological approach to nanoparticle synthesis Nano Lett.., 2001, 1, pp 515-519.

[30] Jame S., 2002. Murday The coming revolution science angd technology of nanoscale structures. AMPTIAC quarterly, 2002, Vol. 6, No.1, p5-10.

[31] M. Tsuji, K. Matsumoto, P. Jang, R. Matsuo, Tang X.L, Kamarudin K.S.N (2007), Roles of Pt seeds and Chloride anions in the preparation of silver nanorods and nanowires by microwave-polyol method, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects.

[32] A.V. Vegera and A.D. Zimon (2006), Synthesic and Physicochemical Properties of Silver Nanoparticles Stabilized by acid Gelatin, Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 79, No. 9, pp. 1403 – 1406.

[33] Fernando Junior Quites, Camila K.S Azevedo, Eveton P.P.Alves (2017), Ag nanoparticles- based zinc hydroxide- layered hybrids as novel and efficient catalysts for reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol, Article, 106-115.

[34] Anbalagans, Sankareswaranm, Prabhavathi, Manikandana, Karthikeyang (2016), Green synthesis and characterization of silver nanoparticles from withania somnifera (L.) dunal, Academic Sciences.

[35] B.G. Ershov and E.A. Abkhalimov (2006), Mechanism of silver nucleation upon the radiation – induced reduction of its ions polyphosphate – containing aqueous solutions, Colloid Journal, vol. 68, No. 4, pp. 417 – 424.

[36] S. Navaladian, et al (2007), Thermal decomposition as route for silver nanoparticles, Nanoscale Res Lett 2, pp. 44 – 48.

[37] M. Quinten (2001), The color of finely disperse nanoparticles, Appl. Phys. B 73, pp. 317 – 326.

[38] Rita Patakfalvi, Zsanett Viresnyi, Imre Dékány (2004), Kinetics of silver nanoparticle growth in aqueous polymer solutions, Colloid Polym Sci 283, pp. 299 – 305.

[39] Sudipa Panigrahi, et al (2004), General method of synthesis metal nanopaticles, Journal of Nanoparticle Research 06, pp. 411 – 414.

[40] Ulrica Backman, et al (2002), The effect of boundary conditions on gas – phase synthesized silver nanoparticles, Journal of Nanoparticle Reseach

08, pp. 117 – 124.

[41] Rita Patakfalvi, Szilvia Papp and Imre Dékány (2007), The knetics of homogeneous nucleation of silver nanoparticles stabilized by Polimers, Journal of Nanoparticles Reseach 09, pp. 353 – 364.

[42] Hongjin Jiang, et al (2006), Variable frequency microware sythesis of Silver nanoparticles, Journal of Nanoparticles Reseach08, pp. 117 – 124.

[43] Oldenburg, S. J., 2012. Silver Nanoparticles: Properties and Applications.

Sigma Aldrich [44] K. Patel, S. Kapoor, Dave D.P, T. Mukherjee (2005), Synthesis of nanosized silver colloids by microwave dielectric heating, J. Chem. Sci 117, pp. 53 - 56.