TỔNG HỢP NANO ĐỒNG SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT CÂY CỎ HÔI CHO CÁC ỨNG DỤNG SINH HỌC

TỔNG HỢP NANO ĐỒNG SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT

vectorstock.com/24597468

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

TỔNG HỢP NANO ĐỒNG SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT CÂY CỎ HÔI CHO CÁC ỨNG DỤNG SINH HỌC 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

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ SÁU

TỔNG HỢP NANO ĐỒNG SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT CÂY CỎ HÔI CHO CÁC ỨNG DỤNG SINH HỌC Chuyên ngành: Mã chuyên ngành:

KỸ THUẬT HÓA HỌC 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019

Công trình đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Thị Thanh Ngọc Ngƣời phản iện 1: .......................................................................................................

Ngƣời phản iện 2: .......................................................................................................

Luận v n thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng ch m ảo vệ Luận v n thạc s Trƣờng Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . n m . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm: 1. ...................................................................... - Chủ tịch Hội đồng 2. ...................................................................... - Phản iện 1 3. ...................................................................... - Phản iện 2 4. ...................................................................... - Ủy viên 5. ...................................................................... - Thƣ ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Sáu

MSHV: 15001521

Ngày, tháng, n m sinh: 01/01/1982

Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã chuyên ngành: 60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết cây cỏ hôi cho các ứng dụng sinh học.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Thu thập tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài 

Tìm hiểu và tổng hợp các phƣơng pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên cứu, để đƣa ra các v n đề cần thực hiện



Khảo sát và đánh giá các thông số ảnh hƣởng đến quá trình chiết cây cỏ hôi



Khảo sát và đánh giá các thông số ảnh hƣởng đến quá trình tạo hạt nano đồng



Khảo sát và đánh giá hoạt tính sinh học của hạt nano đồng.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 591 QĐ-ĐHCN ngày 01/02/2018 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng /2019 IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Thị Thanh Ngọc Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƢỜI HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Trần Thị Thanh Ngọc TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Cƣờng

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Trƣờng Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô khoa Công nghệ Hóa học đã tận tâm truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý áu, định hƣớng nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Thanh Ngọc ngƣời cô đầy tâm huyết với nghề đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, định hƣớng và truyền lửa đam mê nghiên cứu, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài này.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc đến toàn thể thầy cô trong khoa Công nghệ Hóa học cũng nhƣ trong Bộ môn, TS. Trần Thị Thanh Ngọc, các bạn đồng nghiệp lời chúc sức khỏe, luôn hạnh phúc, thành công trong cuộc sống và trong công việc.

Mặc dù đã cố gắng hết khả n ng để hoàn thành áo cáo nhƣng với lƣợng kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Tôi r t mong nhận đƣợc nhiều đóng góp từ quý thầy cô để luận v n đƣợc hoàn thiện hơn.

i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong đề tài này, keo đồng nano đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp khử hóa học với tiền ch t là CuSO4 sử dụng ch t khử là dịch chiết từ cây cỏ hôi. Trong đó, các thông số tối ƣu của quá trình chiết dịch từ cây cỏ hôi đƣợc xác định trong phạm vi đề tài này gồm: nhiệt độ chiết là 80oC, tỷ lệ khối lƣợng lá/nƣớc là 1/2, thời gian chiết 60 phút, nhằm đạt đƣợc hàm lƣợng ch t khử tối đa. Sự hình thành hạt nano đồng bằng phản ứng khử đƣợc dự đoán và phân tích sử dụng UV-Vis. Dung dịch keo nano tổng hợp đƣợc phân tán trong môi trƣờng nƣớc có màu nâu đỏ và đƣợc xác định c u trúc tinh thể bằng XRD (JCPDS card, No. 22-1086), quan sát kích thƣớc, hình dáng của hạt keo bằng SEM, TEM, xác định các nhóm chức bằng FT – IR. Kết quả cho th y hạt nano tổng hợp đƣợc có dạng hình cầu, với kích thƣớc trung bình khoảng 510nm. Các hạt nano này thể hiện khả n ng kháng khuẩn tốt trên một số loại vi sinh vật gây bệnh thƣờng gặp trên ngƣời và thực vật.

Từ khóa: Cỏ hôi, keo nano đồng, vi sinh vật

ii

ABSTRACT In this study, copper nanoparticles were synthesized by chemical reduction using Copper sulphate (CuSO4) as precursor and leaf extract of Chromolaena odorata as reducing agent. In which, optimal parameters for the extraction of Chromolaena odorata

leaf to obtain the highest amount of reducing agent is as follows:

Extraction temperature of 80oC, leaf / water volume ratio of 1/2 and extraction time of 60 minutes.

The formation of copper nanoparticles was predicted and their optical properties were analyzed using UV-VIS. The structural characterization of synthesized nanoparticles was carried out using XRD and TEM SEM were used for morphological observations. The SEM and TEM results show that the obtained copper nanoparticles are spherical in shape with an average size of around 5-10nm.

It was also found that the synthesized nanoparticles have the ability to inhibit the growth of various pathogenic microorganisms.

Keywords: Copper Nanoparticles, Chromolaena odorata, Antimicrobial activity.

iii

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận v n này là trung thực, và không sao chép từ b t kỳ một nguồn nào và dƣới b t kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu.

Học viên

Nguyễn Thị Sáu

iv

MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................v DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... xi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Đặt v n đề ...............................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................................2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................................2 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................2 3.2 Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................2 4. Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................2 5. Ý ngh a thực tiễn của đề tài .....................................................................................3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .......................................................................................4 1.1 Giới thiệu khoa học nano ......................................................................................4 1.2 Tổng hợp hạt kim loại nano...................................................................................5 1.2.1 Từ trên xuống (Top Down)................................................................................5 1.2.2 Từ dƣới lên (Bottom Up) ...................................................................................5 1.3 Tổng hợp dung dịch keo ........................................................................................5 1.4 Sự ổn định hạt kim loại nano.................................................................................7 1.4.1 Sự ổn định t nh điện ...........................................................................................7 1.4.2 Sự ổn định không gian ........................................................................................7 1.5 Các hiệu ứng gây ra bởi hạt nano ..........................................................................7 1.5.1 Hiệu ứng bề mặt .................................................................................................7 1.5.2 Hiệu ứng kích thƣớc ...........................................................................................8 1.6 Tính ch t hạt nano .................................................................................................9 1.6.1 Tính ch t quang học ...........................................................................................9 1.6.2 Tính ch t điện .....................................................................................................9 1.6.3 Tính ch t từ.......................................................................................................10 1.6.4 Tính ch t nhiệt ..................................................................................................10

v

1.7 Giới thiệu về kim loại đồng .................................................................................10 1.8 Tổng quan về tổng hợp nano đồng ......................................................................12 1.9 Đặc tính sinh học của nano đồng ........................................................................14 1.10 Đặc điểm sinh học của một số vi sinh vật .........................................................16 1.10.1 Đặc tính sinh học khuẩn Bacillus subtillis .....................................................16 1.10.2 Đặc tính sinh học khuẩn Staphylococcus aureus ...........................................18 1.11 Các biện pháp khống chế vi sinh vật trên thế giới và Việt Nam .......................20 1.11.1 Phƣơng pháp T ng nhiệt ................................................................................20 1.11.2 Phƣơng pháp qua lọc ......................................................................................21 1.11.3 Bức xạ (radiation) ...........................................................................................22 1.11.4 Phƣơng pháp hóa học .....................................................................................22 1.12 Tổng quan về cây cỏ hôi .................................................................................26 1.13 Các phƣơng pháp chiết dịch từ thực vật ........................................................27 CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM ................................................................................30 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ........................................................................30 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu .........................................................................................30 2.1.2 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................30 2.2 Nguyên liệu, hóa ch t và thiết ị .........................................................................30 2.2.1 Nguyên liệu ......................................................................................................30 2.2.2 Thiết ị..............................................................................................................31 2.2.3 Hóa ch t ............................................................................................................31 2.3 Thực nghiệm ........................................................................................................32 2.3.1 Chiết dịch từ lá Cỏ hôi .....................................................................................32 2.3.2 Tổng hợp nano Đồng sử dụng tác nhân khử là dịch chiết lá Cỏ hôi ................35 2.3.3 Khảo sát hoạt tính sinh học của hạt nano đồng ................................................37 2.4 Thiết ị phân tích .................................................................................................39 2.4.1 Phƣơng pháp h p thu hồng ngoại iến đổi Fourie (FT – IR) ...........................39 2.4.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................................40 2.4.3 Nhiễu xạ tia X (XRD) ......................................................................................41 2.4.4 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................................41

vi

2.4.5 Phƣơng pháp phổ h p thụ tử ngoại và khả kiến (UV-VIS) ..............................42 2.4.6 Phƣơng pháp phổ tán xạ n ng lƣợng tia X (EDX) ...........................................42 2.4.7 Phƣơng pháp sắc ký lỏng LC-MS ....................................................................43 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...............................................................45 3.1 Kết quả khảo sát quá trình chiết dịch lá cỏ hôi ...................................................45 3.1.1 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian chiết dịch ...................................................46 3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết ............................................................50 3.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ lá/nƣớc ..............................................................53 3.1.4 Phân tích đánh giá sản phẩm dịch chiết ...........................................................56 3.2 Kết quả tổng hợp nano đồng từ dịch chiết lá cỏ hôi và ch t nền CuSO4 ............58 3.2.1 Khảo sát nồng độ dung dịch CuSO4 .................................................................59 3.2.2 Khảo sát tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) ...............................................................61 3.2.3 Khảo sát nhiệt độ tổng hợp ...............................................................................62 3.2.4 Khảo sát thời gian phản ứng .............................................................................64 3.2.5 Phân tích đánh giá sản phẩm keo nano đồng ...................................................66 3.3 Kết quả khảo sát quá trình kháng khuẩn của vật liệu nano đồng ........................72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................75 1. Kết luận .................................................................................................................75 2. Kiến nghị...............................................................................................................75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................77 PHỤ LỤC ..................................................................................................................81 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................86

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 C u trúc của nguyên tử Cu(a), Vật liệu đƣợc mạ đồng ( ) ........................11 Hình 1.2 Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu ...............................................................15 Hình 1.3 Trực khuẩn Bacillus su tilis.......................................................................17 Hình 1.4 Tụ cầu khuẩn Staphylococcus aureus ........................................................19 Hình 1.5 Kim loại kháng khuẩn Ag, Au ...................................................................25 Hình 1.6 Cây Cỏ hôi..................................................................................................27 Hình 2.1 Quy trình chiết dịch từ lá Cỏ hôi ................................................................32 Hình 2.2 Dịch chiết Cỏ hôi quá trình khảo sát điều kiện thời gian chiết ..................33 Hình 2.3 Quy trình tổng hợp nano đồng ...................................................................35 Hình 2.4 Cơ chế của phản ứng ..................................................................................36 Hình 3.1 Dịch chiết cây cỏ hôi ..................................................................................45 Hình 3.2 Biểu đồ UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc khi thay đổi thời gian chiết .......47 Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hƣởng của thời gian chiết đến độ h p thu cực đại của dịch chiết thu đƣợc ............................................................................................47 Hình 3.4 Biểu đồ ảnh hƣởng thời gian chiết dịch đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu ......................................................................................................48 Hình 3.5 Biểu đồ UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc khi thay đổi nhiệt độ chiết ........50 Hình 3.6 Biểu đồ ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến độ h p thu cực đại của dịch chiết ở các nhiệt độ khác nhau ...................................................................50 Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hƣởng nhiệt độ chiết dịch đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu ......................................................................................................51 Hình 3.8 Biểu đồ UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc khi thay đổi tỷ lệ lá/nƣớc ..........53 Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hƣởng của tỷ lệ lá/nƣớc đến nồng độ ch t khử trong dịch chiết ...................................................................................................................................53 Hình 3.10 Biểu đồ UV-Vis ảnh hƣởng của tỷ lệ lá/nƣớc đến quá trình tạo nano .....54 Hình 3.11 Kết quả FT – IR của dịch chiết lá cỏ hôi .................................................56 Hình 3.12 Kết quả phân tích LC-MS của dịch chiết cỏ hôi ......................................58 Hình 3.13 Sự ảnh hƣởng nồng độ dung dịch CuSO4 đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng .................................................................................................59 Hình 3.14 Biểu đồ ảnh hƣởng nồng độ CuSO4 đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu ...................................................................................................60 Hình 3.15 Sự ảnh hƣởng của tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng .................................................................................................61 Hình 3.16 Biểu đồ ảnh hƣởng tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4 (ml) đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu ...................................................................................61 Hình 3.17 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ tổng hợp đến hiệu su t tổng hợp keo

viii

nano đồng .................................................................................................62 Hình 3.18 Biểu đồ ảnh hƣởng nhiệt độ đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 63 Hình 3.19 Sự ảnh hƣởng của thời gian tổng hợp đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng ...........................................................................................................64 Hình 3.20 Biểu đồ ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu ....................................................................................................64 Hình 3.21 Mẫu keo đồng nano ..................................................................................66 Hình 3.22 Kết quả FT – IR của keo nano đồng ........................................................67 Hình 3.23 Kết quả FT – IR của đồng sunfat .............................................................67 Hình 3.24 Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD .............................................................68 Hình 3.25 Ảnh SEM của keo nano đồng ..................................................................69 Hình 3.26 Ảnh SEM của keo nano đồng ..................................................................69 Hình 3.27 Ảnh TEM của keo nano đồng ..................................................................70 Hình 3.28 Ảnh TEM của keo nano đồng ..................................................................70 Hình 3.29 Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp ...................................................71 Hình 3.30 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Bacillus su tilis ....72 Hình 3.31 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Staphylococcus aureus .......................................................................................................72 Hình 3.32 Phần tr m ức chế vi khuẩn của ion đồng và nano đồng ...........................73

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Số nguyên tử và n ng lƣợng ề mặt của hạt nano hình cầu ........................8 Bảng 1.2 Điều kiện ƣớc chừng để diệt khuẩn bằng sức nóng ẩm .............................21 Bảng 1.3 Một số loại hóa ch t thƣờng đƣợc sử dụng làm ch t kháng khuẩn ...........23 Bảng 2.1 Dụng cụ và thiết ị nghiên cứu ..................................................................31 Bảng 2.2 Các yếu tố khảo sát trong quá trình chiết dịch ..........................................34 Bảng 3.1 Các thông số và điều kiện đƣợc khảo sát của quá trình chiết dịch từ lá cỏ hôi ..............................................................................................................46 Bảng 3.2 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát thời gian chiết ...........................................................................................................49 Bảng 3.3 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát nhiệt độ chiết ...........................................................................................................52 Bảng 3.4 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát tỷ lệ lá/nƣớc .......................................................................................................55 Bảng 3.5 Thông số và điều kiện tốt nh t của quá trình chiết dịch lá cỏ hôi .............56 Bảng 3.6 Thành phần dịch lá cỏ hôi trong dung môi nƣớc phân tích LC-MS ..........57 Bảng 3.7 Các thông số và điều kiện đƣợc khảo sát ..................................................58 Bảng 3.8 Các thông số và điều kiện tổng hợp keo nano đồng ..................................65 Bảng 3.9 Thành phần các nguyên tố có trong dung dịch chứa nano đồng ...............71 Bảng 3.10 Kết quả đƣờng kính kháng khuẩn của nano đồng ...................................73

x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT EDX

Energy-Dispersive X-ray

FT – IR

Fourier Transform Infrared Spectroscopy

LC-MS

Liquid Chromatography - Mass Spectrometry

SEM

Scanning Electron Microscope

TEM

Transmission Electron Microscopy

XRD

X-ray Diffraction

UV-Vis

Ultraviolet–Visible Spectroscopy

xi

MỞ ĐẦU 1.

Đặt vấn đề

Trong những n m gần đây, sự phát triển của cuộc cách mạng khoa học công nghệ lần thứ tƣ, đã kéo theo sự ra đời một số ngành khoa học kỹ thuật hiện đại. Trong đó, công nghệ nano là một trong những ngành khoa học mũi nhọn đƣợc tập trung chú ý nghiên cứu hàng đầu. Với sự phát triển và t ng trƣởng nhanh chóng, công nghệ nano đã làm thay đổi diện mạo của nhiều ngành khoa học liên quan điển hình nhƣ công nghệ vật liệu, điện tử, truyền thông, y học, sản phẩm ch m sóc cá nhân. Trong đó, công nghệ y sinh là một trong những ngành bị ảnh hƣởng mạnh mẽ nh t nhƣ việc sử dụng nano trong dẫn truyền thuốc, nano kháng khuẩn, vật liệu nano thay thế bộ phận con ngƣời,... Khi nói đến nano không thể không nhắc đến các hạt nano kim loại nhƣ hạt nano Au, Ag, Pt,… những hạt nano này đƣợc sử dụng r t sớm và có r t nhiều ứng dụng bổ ích. Tuy nhiên, do chi phí tổng hợp tốn kém, giá thành cao mà việc sử dụng nano vàng, bạc trên một quy mô lớn khó có thể thực hiện đƣợc. Trong khi đó đồng là một kim loại khá dồi dào, phổ biến, rẻ tiền và dễ tìm th y trong tự nhiên. Các nghiên cứu trong những n m gần đây cho th y các hạt nano đồng cũng mang những tính n ng ƣu việt không kém gì các hạt nano vàng, bạc, đặc biệt là tính kháng khuẩn. Chính vì vậy, hạt nano đồng đang nhận đƣợc sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu.

Trong nghiên cứu này nano đồng đƣợc tổng hợp từ muối Cu2+ với ch t khử là dịch chiết từ cây cỏ hôi, một cây cỏ mọc dại r t nhiều ở Việt Nam. Đây đƣợc xem là con đƣờng tổng hợp ít tốn kém, thân thiện với môi trƣờng. Đặc biệt, các hạt nano tổng hợp theo phƣơng pháp này thƣờng là sạch, an toàn vì không sử dụng các ch t khử độc hại, vì vậy có thể ứng dụng trong các l nh vực y học.

Các công trình nghiên cứu trƣớc đã chỉ ra rằng cây cỏ hôi chứa r t nhiều hợp ch t hóa học thuộc họ Carotenoids, polyols,… Đây là những hợp ch t có tính khử mạnh thích hợp thay thế các hợp ch t hữu cơ. Dân gian thƣờng sử dụng cây cỏ hôi nhƣ

1

một loại thuốc cầm máu, mỹ phẩm, tuy nhiên nhìn chung cỏ hôi vẫn là một cây cỏ hoang mọc dại, không có giá trị kinh tế.

Bên cạnh sự phát triển của y sinh, là sự gia t ng không ngừng của các loại vi khuẩn có tính kháng thuốc cao gây bệnh đang đe dọa cuộc sống của con ngƣời và các sinh vật khác. Do đó việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới có thể kháng khuẩn nhƣ nano đồng để dần thay thế cho hạt nano vàng, bạc là hƣớng đi mới và c p thiết.

Với những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội dung “Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết cây cỏ hôi cho các ứng dụng sinh học”.

2.

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả n ng tổng hợp nano đồng từ dung dịch Cu2+ bằng tác nhân khử là dịch chiết lá cây cỏ hôi. Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch Cu2+ bằng dịch chiết lá cây cỏ hôi. Đánh giá khả n ng kháng khuẩn của hạt nano đồng tổng hợp đƣợc để ứng dụng làm ch t kháng khuẩn.

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 

Cây cỏ hôi



Hạt nano Cu tổng hợp từ muối đồng



Một số loại vi khuẩn thƣờng gặp.

3.2 Phạm vi nghiên cứu 

Cây cỏ hôi đƣợc thu hái tại huyện Hóc Môn, Thành phố Hồ Chí Minh



Muối Cu sử dụng trong đề tài là CuSO4.

4.

Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu

Phƣơng pháp thực nghiệm 

Phƣơng pháp chiết tách: phƣơng pháp ngâm gia nhiệt trong môi trƣờng nƣớc



Tổng hợp nano đồng bằng phƣơng pháp khử hóa học

2



Khảo sát điều kiện tối ƣu của các quá trình bằng phƣơng pháp luân phiên từng biến



Sử dụng các phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại nhƣ FT – IR, SEM, TEM, XRD, EDX để nhận danh, đánh giá các sản phẩm của quá trình



Phƣơng pháp khuếch tán trên đ a thạch để khảo sát hoạt tính sinh học của hạt nano đồng tổng hợp đƣợc.

5. 

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Tạo ra vật liệu mới thân thiện với môi trƣờng, phục vụ cho ứng dụng kháng khuẩn



Góp phần khẳng định đa dạng trong cách tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệp tại Viêt Nam



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



Hƣớng tới sản xu t sạch và phát triển bền vững, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.

3

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu khoa học nano Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và vận dụng vào các vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính ch t của vật liệu khác hẳn với tính ch t của chúng tại các quy mô lớn hơn.

Công nghệ nano (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các c u trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thƣớc trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m).

Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tƣợng là vật liệu nano. Công nghệ nano bao gồm các v n đề chính sau đây: 

Cơ sở khoa học nano



Phƣơng pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nm



Chế tạo vật liệu nano



Ứng dụng vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nh t một chiều có kích thƣớc nano mét. Về trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến ch t lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau: 

Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano...



Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano, điện tử đƣợc tự do trên một chiều ví dụ, dây nano, ống nano,...



Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, hai chiều tự do, ví dụ, màng mỏng,...

4



Ngoài ra còn có vật liệu có c u trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc c u trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

1.2 Tổng hợp hạt kim loại nano 1.2.1 Từ trên xuống (Top Down) Phƣơng pháp từ trên xuống bao gồm quá trình chia nhỏ vật liệu khối thành kích cỡ nano từ các quá trình nghiền cơ học. Phƣơng pháp này thuận lợi bởi đơn giản và tránh đƣợc quá trình ay hơi cũng nhƣ các độc tố thƣờng có trong công nghệ từ dƣới lên (bottom-up). Tuy nhiên, ch t lƣợng sản phẩm hạt nano từ quá trình nghiền thƣờng kém hơn sản phẩm của phƣơng pháp từ dƣới lên. Mặt hạn chế chính của công nghệ này là v n đề nhiễm tạp ch t từ thiết bị nghiền, diện tích bề mặt hạt th p, sự phân bố về hình dạng và kích thƣớc không đều, và tốn nhiều n ng lƣợng [1].

1.2.2 Từ dưới lên (Bottom Up) Phƣơng pháp từ dƣới lên sử dụng nguyên tử hay phân tử kết hợp lại tạo thành hạt nano. Phƣơng pháp này dễ kiểm soát hơn so với phƣơng pháp từ trên xuống bởi dễ dàng thay đổi các thông số hay hệ phản ứng của quá trình tổng hợp, khi đó kích thƣớc, hình dạng và c u tạo của hạt nano có thể đƣợc kiểm soát. Phƣơng pháp từ dƣới lên thƣờng tạo ra các sản phẩm có ch t lƣợng cũng nhƣ khả n ng ứng dụng tốt hơn.

Các công nghệ này nói chung có thể áp dụng đƣợc trong các trạng thái khí, lỏng, rắn và thậm chí là trạng thái siêu tới hạn. Vì thế việc ứng dụng các phƣơng pháp từ dƣới lên để tạo ra sản phẩm cuối cùng là r t nhiều. Các phƣơng pháp này thƣờng đòi hỏi việc sử dụng các tác ch t là phức cơ kim hay muối kim loại thích hợp, các tác ch t này sẽ bị phân hủy hay khử. Quá trình này có thể kiểm soát kích thƣớc hạt qua quá trình kiểm soát sự hình thành mầm và phát triển hạt.

1.3 Tổng hợp dung dịch keo Khoa học về tổng hợp dung dịch keo nano đƣợc đề cập bởi thí nghiệm của Michael Faraday vào giữa thế kỷ XIX. Dung dịch keo màu đỏ sẫm của hạt vàng nano đƣợc

5

tạo ra bằng cách khử (AuCl4) với phosphorus là tác nhân khử. Gần đây, phƣơng pháp khử này tiếp tục đƣợc phát triển với các điều kiện tổng hợp khác nhau, kết quả nhận đƣợc các hệ keo vàng nano với đƣờng kính của các hạt nằm trong khoảng từ 3 đến 30 nm. Đây là một ví dụ về phản ứng khử hóa học, phƣơng pháp thƣờng dùng để chế tạo vật liệu kim loại nano. Ngoài ra, còn có các phƣơng pháp khác nhƣ phân hủy nhiệt, hay khử quang học các ion kim loại [1].

Tổng quan tình hình về tổng hợp dung dịch các hạt nano hiện tại cho th y có sự tập trung chủ yếu vào phƣơng pháp khử hóa học, đƣợc thực hiện trên cơ sở quá trình khử các ion kim loại bởi ch t khử trong dung môi thích hợp. Phƣơng pháp này đơn giản, dễ thực hiện, thiết bị đơn giản và có thể tạo số lƣợng lớn, đồng thời có thể dễ dàng điều chỉnh hình dạng, kích thƣớc, độ phân bố và một số tính ch t của hạt nano bằng cách thay đổi các thông số thực nghiệm cũng nhƣ thay đổi hệ phản ứng trong quá trình tổng hợp [2] [3].

Các yếu tố cơ ản và quan trọng nh t để thực hiện quá trình gồm: dung môi, ch t khử và ch t bảo vệ. Hầu hết các phƣơng pháp tổng hợp dung dịch đều sử dụng các dung môi hữu cơ nhƣ: nƣớc, ethylen glycol, ethanol, diethylen glycol,... Các ch t khử đƣợc sử dụng trong các nghiên cứu gần đây thƣờng th y nhƣ: hydrazin hydrat (N2H4.H2O), natri phosphinat monohydrat (NaH2PO4.H2O), natri borohydrid (NaBH4), kali borohydrid (KBH4), acid ascorbic (C6H8O6), natri formaldehyd sulfoxylat (CH3NaO3S). Một v n đề thƣờng th y đối với các hạt kim loại nano trong quá trình tổng hợp là chúng có khuynh hƣớng kết tụ, lắng đọng cũng nhƣ ề mặt dễ bị oxi hóa. Để giải quyết những v n đề này, quá trình tổng hợp thƣờng đƣợc tiến hành trong môi trƣờng khí trơ kết hợp với sử dụng các ch t bảo vệ. Các ch t này sẽ tạo một lớp bảo vệ bên ngoài bề mặt các hạt nano, ngoài ra chúng còn có thể đóng vai trò kiểm soát quá trình tạo mầm, ng n chặn quá trình phát triển hạt, do đó chúng cũng đƣợc biết đến là tác nhân kiểm soát hình dạng và kích thƣớc các hạt nano. Các ch t bảo vệ đƣợc biết tới nhƣ: Polyvinyl pyrrolidone (PVP), cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), benzildiethylen triamin (BDT), sodium lauryl sulfat (SLS),…

6

1.4 Sự ổn định hạt kim loại nano Yêu cầu trƣớc tiên đối với quá trình tổng hợp các hạt nano nói chung và hạt kim loại nano nói riêng là quá trình bảo vệ, ng n chặn sự kết tụ và lắng đọng của các hạt, vì nếu điều này xảy ra sẽ ảnh hƣởng x u đến tính ch t và khả n ng ứng dụng.

Phƣơng pháp phổ biến để thực hiện là đƣa các hạt nano vào ch t nền bảo vệ. Tùy theo yêu cầu đối với các hạt nano về tính ch t, khả n ng ứng dụng mà quá trình tổng hợp sẽ sử dụng ch t bảo vệ thích hợp. Có 2 cơ chế đƣợc đề nghị đối với việc ổn định các hạt kim loại nano là ổn định t nh điện (electrostatic stabilisation) và ổn định không gian (steric stabilisation) [1] [4] [5].

1.4.1 Sự ổn định tĩnh điện Phƣơng pháp này thƣờng sử dụng đối với quá trình tổng hợp và điều chỉnh sự phân bố kích thƣớc hạt. Mỗi hạt kim loại nano đƣợc bao bọc bởi một lớp điện kép (electrical dou le layer), do đó gây ra sự đẩy giữa các hạt lân cận. Lớp điện kép này đƣợc hình thành bởi sự h p thu của các ion âm trong dung dịch lên bề mặt hạt kim loại nano. Các ion âm này đƣợc hút bởi các ion kim loại mang điện dƣơng tại bề mặt tinh thể kim loại của hạt nano. Điều này giúp ổn định và kiểm soát quá trình phát triển của các hạt kim loại nano đƣợc hình thành. Các ion âm có thể sinh ra bởi tác ch t, ch t khử có sẵn trong dung dịch.

1.4.2 Sự ổn định không gian Sự ổn định không gian đạt đƣợc khi hình thành liên kết giữa hạt nano với các phân tử ch t bảo vệ nhƣ: polymer, ch t hoạt động bề mặt, hay các ligand.

1.5 Các hiệu ứng gây ra bởi hạt nano 1.5.1 Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỷ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia t ng. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính ch t khác biệt so với tính ch t của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thƣớc vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn

7

gọi là hiệu ứng bề mặt t ng. Sự thay đổi về tính ch t có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thƣớc. Chúng ta cần lƣu ý đặc điểm này trong nghiên cứu và ứng dụng.

Bảng 1.1 Số nguyên tử và n ng lƣợng ề mặt của hạt nano hình cầu Đƣờng kính hạt nano (nm)

Tỷ số Số nguyên

nguyên tử

tử

trên bề mặt (%)

Năng lƣợng bề mặt (erg/mol)

Năng lƣợng bề mặt/Năng lƣợng tổng (%)

10

30.000

20

4,08×1011

7,6

5

4.000

40

8,16×1011

14,3

2

250

80

2,04×1012

35,3

1

30

90

9,23×1012

82,2

1.5.2 Hiệu ứng kích thước Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu, mỗi một tính ch t của vật liệu này đều có một độ dài đặc trƣng. Độ dài đặc trƣng của r t nhiều các tính ch t của vật liệu đều rơi vào kích thƣớc nm. Chính điều này đã làm nên cái tên “vật liệu nano” mà ta thƣờng nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trƣng này dẫn đến các tính ch t vật lí đã iết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu có thể so sánh đƣợc với độ dài đặc trƣng đó thì tính ch t có liên quan đến độ dài đặc trƣng ị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính ch t đã iết trƣớc đó. Ở đây không có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính ch t khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano. Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính ch t đi kèm của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thƣớc, khi xem xét tính ch t này thì th y khác lạ sơ với vật liệu khối nhƣng cũng có thể xem xét tính ch t khác thì lại không có gì khác biệt cả. Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở b t cứ kích thƣớc nào.

8

1.6 Tính chất hạt nano 1.6.1 Tính chất quang học Một trong những ví dụ cổ xƣa nh t đã đƣợc ngƣời La Mã tìm ra về tính ch t quang học của nano là việc trộn hạt nano vàng và bạc trong thủy tinh làm cho các sản phẩm này có các màu sắc khác nhau. Các hiện tƣợng đó ắt nguồn từ hiện tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do trong hạt nano h p thụ ánh sáng chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dƣới tác dụng của điện từ trƣờng ên ngoài nhƣ ánh sáng. Thông thƣờng các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thƣớc. Nhƣng khi kích thƣớc của kim loại nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình thì hiện tƣợng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hƣởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính ch t quang của hạt nano đƣợc có đƣợc do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tƣơng tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động nhƣ vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lƣỡng cực điện. Do vậy xu t hiện một tần số cộng hƣởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trƣờng xung quanh là các yếu tố ảnh hƣởng nhiều nh t. Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hƣởng đến tính ch t quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi nhƣ gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hƣởng của quá trình tƣơng tác giữa các hạt [5] [6] [7].

1.6.2 Tính chất điện Tính dẫn điện của kim loại r t tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên c u trúc vùng n ng lƣợng của ch t rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dƣới tác dụng của điện trƣờng (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm cho th y đƣờng I-U là một

9

đƣờng tuyến tính. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lƣợng tử do giam hãm làm rời rạc hóa c u trúc vùng n ng lƣợng. Hệ quả của quá trình lƣợng tử hóa này đối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xu t hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đƣờng I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lƣợng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực [5] [6] [7].

1.6.3 Tính chất từ Các kim loại quý nhƣ vàng, ạc… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thƣớc thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tƣơng đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối nhƣ các kim loại chuyển tiếp sắt, cô an, ni ken thì khi kích thƣớc nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trƣờng và không có từ tính khi từ trƣờng bị ngắt đi, tức là từ dƣ và lực kháng từ hoàn toàn bằng không [5] [6] [7].

1.6.4 Tính chất nhiệt Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thƣớc 6 nm có Tm = 950°C [5] [6] [7].

1.7 Giới thiệu về kim loại đồng Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và số nguyên tử bằng 29. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên ch t mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tƣơi có màu cam đỏ. Nó đƣợc sử dụng

10

làm ch t dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Đồng là một trong số ít các kim loại xu t hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó nó có đƣợc con ngƣời sử dụng từ r t sớm khoảng 8000 TCN. Nó là kim loại đầu tiên đƣợc nung chảy từ quặng của nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu tiên đƣợc đúc thành khối vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên đƣợc tạo thành hợp kim với các loại khác, là thiếc để tạo ra đồng đỏ vào khoảng 3500 TCN [1] [7] [8] [9].

Hình 1.1 C u trúc của nguyên tử Cu(a), Vật liệu đƣợc mạ đồng ( ) Kim loại và các hợp kim của nó đã đƣợc sử dụng cách đây hàng ngàn n m. Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu đƣợc khai thác ở Síp, vì thế tên gọi an đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó đƣợc gọi tắt là сuprum. Các hợp ch t của nó thƣờng tồn tại ở dạng muối đồng(II), chúng thƣờng có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng nhƣ ngọc lam và trong lịch sử đã đƣợc sử dụng rộng rãi làm ch t nhuộm.

Các ion đồng (II) tan trong nƣớc với nồng độ th p có thể dùng làm ch t diệt khuẩn, diệt n m và làm ch t bảo quản gỗ. Đồng là nguyên tố vi lƣợng r t cần thiết cho các loài động, thực vật bậc cao. Đồng đƣợc tìm th y trong một số loại enzym, nó còn là kim loại trung tâm của ch t

11

chuyên chở ôxy hemocyanin. Máu của cua móng ngựa (cua vua) Limulus polyphemus sử dụng đồng thay vì sắt để chuyên chở ôxy.

1.8 Tổng quan về tổng hợp nano đồng Các hạt kim loại nano đã thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học bởi những tính ch t đặc biệt hơn hẳn so với các oxit kim loại hay vật liệu khối từ hiệu ứng bề mặt và kích thƣớc nhỏ của chúng. Trong l nh vực khoa học và công nghệ, các hạt kim loại nano thƣờng đƣợc biết đến bởi nhiều khả n ng ứng dụng đặc biệt do những tính ch t hóa học và vật lý r t đặc trƣng. Các tính ch t đặc biệt của các hạt kim loại nano gồm: độ dẫn điện cao, hoạt tính xúc tác, tính ch t điện, quang học, từ tính. Đồng nano cùng với các hạt kim loại nano quý nhƣ vàng và ạc đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong số các vật liệu kim loại nano vì hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt thể hiện rõ ràng trong phổ quang học ở vùng nhìn th y, cùng với hiệu ứng lƣợng tử khi ở c p độ nano. Hầu hết các tính ch t quang của hạt kim loại nano đƣợc thể hiện tƣơng ứng với kích thƣớc nhỏ và bề mặt đặc biệt của chúng. Cho đến nay, đồng nano đã đƣợc tổng hợp bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau. Các phƣơng pháp tổng hợp đồng nano có thể kể đến nhƣ: chiếu xạ điện tử (electron beam irradiation), quá trình plasma (plasma process), phƣơng pháp khử hóa học, phƣơng pháp tổng hợp in-situ (in-situ synthesis), khử qua hai ƣớc (two-step reduction method), khử muối kim loại có sự hỗ trợ của nhiệt vi sóng,...[1]. Nói chung, các phƣơng pháp tổng hợp đồng nano thƣờng đƣợc phân thành hai phƣơng pháp chính là phƣơng pháp vật lý và hóa học. Tuy nhiên, các phƣơng pháp vật lý có những hạn chế nhƣ ch t lƣợng sản phẩm các hạt nano tạo ra không cao, quá trình thực hiện đòi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp và tốn kém. Trong khi đó, các phƣơng pháp trên cơ sở của quá trình hóa học nói chung là phổ biến bởi đơn giản, chi phí th p, hình dạng, sự phân bố kích thƣớc của các hạt nano đồng tạo thành có thể đƣợc kiểm soát bởi sự thay đổi thành phần trong hệ phản ứng tổng hợp nhƣ: dung môi, ch t bảo vệ, ch t khử, ch t phân tán hoặc thay đổi các thông số kỹ thuật của phản ứng tổng hợp nhƣ:

12

thời gian, nhiệt độ, pH, nồng độ ch t bảo vệ, nồng độ tác ch t, nồng độ ch t khử, tỷ lệ giữa tác ch t và ch t bảo vệ,…

Một số nghiên cứu về nano đồng: Ở Việt Nam hiện nay các công trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano đồng trong kháng khuẩn chƣa có nhiều công bố.

N m 2011, Phòng thí nghiệm Công nghệ nano, Đại học quốc gia Tp.HCM đã sử dụng phƣơng pháp khử hóa học để tổng hợp vật liệu nano đồng với tiền ch t là đồng sulfat, ch t khử NaBH4. Kết quả nghiên cứu đã thu đƣợc các hạt nano đồng có kích thƣớc trung bình khoảng 10 nm.

N m 2011, Nguyễn Thị Phƣợng Phong và cộng sự đã tổng hợp vật liệu nano Cu bằng phƣơng pháp khử đối với Cu oxalate, CuCl2, CuSO4, sử dụng ch t khử là ethylene glycole, diethyleneglycole, glycerin kết hợp hỗ trợ của vi sóng để làm nguyên liệu chế tạo thuốc bảo vệ thực vật.

N m 2017, Bùi Duy Du và cộng sự đã tổng hợp vật liệu nano đồng oxit trong zeolit A với ch t khử là hydrazine hydrat trong môi trƣờng azơ. Kết quả thu đƣợc hạt nano đồng oxit có kích thƣớc là 40 nm và có hoạt tính kháng khuẩn chống lại Escherichia coli, kết quả nghiên cứu có thể đƣợc sản xu t với quy mô lớn để xử lý nƣớc và ứng dụng nông nghiệp.

N m 2011, Đặng Thị Mỹ Dung đã nghiên cứu tổng hợp nano đồng từ CuSO4 với ch t khử Borohydride natri trong dung môi polyethylene glycol (PEG), ch t bền là PVP thu đƣợc hạt nano có kích thƣớc hạt 10nm.

N m 2012, Võ Quốc Khƣơng tổng hợp nano đồng từ Cu(NO2)2.3H2O với ch t khử là N2H4.2H2O trong dung môi là nƣớc với ch t bền là CTAB và PVP. Trên thế giới hiện nay các công trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano đồng trong kháng khuẩn đã có nhiều công bố.

N m 2003, Hai-tao Zhu và cộng sự tổng hợp nano đồng từ CuSO4.5H2O với ch t khử là hypophosphite trong dung môi là nƣớc, ch t bền là PVP (K30). Kết quả thu đƣợc sau 5 phút khu y trộn nhờ vi sóng, hạt nano có kích thƣớc là 10nm.

13

N m 2005, Young Hwan Kim và cộng sự sử dụng phƣơng pháp nhiệt phân phức Cu-oleate tổng hợp nano đồng từ CuCl2 trong dung môi là nƣớc với ch t bền là Sodium oleate ở 290oC thu đƣợc hạt nano 12.7nm.

N m 2006, Chunwei và cộng sự tổng hợp nano đồng từ Cu(NO3)2 với ch t khử là Ascorbic acid trong dung môi là nƣớc, ch t bền là PVP. Kết quả thu đƣợc hạt nano đồng nhƣng thời gian phản ứng dài, lƣợng tác ch t phản ứng lớn.

N m 2009, Zang Qui-li và cộng sự tổng hợp nano đồng từ CuSO4 với ch t khử là Borohyride trong dung môi nƣớc, ch t bền là EDTA thu đƣợc kích thƣớc hạt nano 100nm ở nhiệt độ phản ứng 30oC. N m 2010, Mustafa Bicer và cộng sự tổng hợp nano đồng từ CuSO4.5H2O với ch t khử là Asor ic acid trong dung môi nƣớc, ch t bền là CTAB thu đƣợc kích thƣớc hạt nano tại pH = 6.5 là 90nm.

N m 2013, nhóm nghiên cứu trƣờng đại học quốc gia Chungbuk Hàn Quốc tổng hợp nano đồng từ CuSO4.5H2O và dịch chiết lá cậy mộc lan trong dung môi nƣớc thu đƣợc hạt nano đồng. Và một số nghiên cứu tổng hợp nano Cu từ CuSO4 với tác nhân khử là dịch chiết từ một số loại lá cây nhƣ lá cây hƣơng nhu tía, ngót nghẻo, xuyên tâm liên, cáp gai đen,…

1.9 Đặc tính sinh học của nano đồng Trong l nh vực y sinh học, hoạt tính sinh học của các hạt kim loại nano vẫn đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi vì hoạt tính này phụ thuộc vào kích thƣớc. Kích thƣớc của các hạt kim loại nano gần nhƣ tƣơng đồng với c u trúc các phân tử sinh học. Một trong các ứng dụng trong l nh vực y sinh học của các hạt kim loại nano là chúng đƣợc sử dụng nhƣ tác nhân kháng khuẩn nhằm trị bệnh và diệt các loại vi sinh vật kháng thuốc. Tuy nhiên, những đặc tính sinh học hay khả n ng tƣơng thích sinh học của các hạt kim loại nano là v n đề cần đƣợc nghiên cứu sâu.

14

Hình 1.2 Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu Hoạt tính sinh học của các hạt kim loại nano có đƣợc chủ yếu từ hiệu ứng bề mặt của chúng. Các hạt nano kích thƣớc càng nhỏ thì tỷ lệ diện tích bề mặt so với khối lƣợng càng cao, điều này làm cho chúng dễ dàng tƣơng tác một cách chặt chẽ với màng tế bào vi sinh vật mà không chỉ bởi việc giải phóng ra các ion kim loại trong dung dịch. Các nghiên cứu cho th y rằng, các hạt kim loại nano thể hiện hoạt tính sinh học với sản phẩm đƣợc tổng hợp bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau. Nhiều hạt nano kim loại và oxit kim loại nhƣ Au, Ag, TiO2, ZnO, MgO… thể hiện hoạt tính ức chế sự phát triển với nhiều chủng vi sinh vật khác nhau bao gồm n m, vi khuẩn gram âm, vi khuẩn gram dƣơng và cả vi rút. Ƣu điểm nổi bật của các hạt kim loại nano khi đƣợc sử dụng với vai trò nhƣ những tác nhân kháng vi sinh vật là chúng ít độc hại với tế bào của ngƣời, các loại động vật có vú so với các dạng ion tƣơng ứng từ 7 đến 50 lần và có hiệu lực tác dụng kéo dài nhƣ một nguồn các nguyên tố trong cơ thể vi sinh vật. Trong số các hạt kim loại nano, đồng nano cũng nhận đƣợc sự quan tâm nhiều bởi có những tính ch t tƣơng đồng với các hạt kim loại nano qúy nhƣ ạc và vàng, khả n ng đƣợc sử dụng rộng rãi bởi giá thành rẻ là những ƣu điểm tạo cho đồng nano tiềm n ng ứng dụng nhƣ tác nhân kháng vi sinh vật trong tƣơng lai. Trong những n m gần đây, việc tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật của đồng nano đã đƣợc thể hiện trong một số báo cáo của các nhà khoa học trên thế giới. Kết quả cho th y đồng nano cho hoạt tính kháng và diệt

15

với nhiều chủng loại vi khuẩn và n m gây bệnh, cơ chế chính xác cho quá trình kháng và diệt vi sinh [4] [10] [11] [12] [13] [14].

1.10 Đặc điểm sinh học của một số vi sinh vật 1.10.1 Đặc tính sinh học khuẩn Bacillus subtillis Bacillus subtilis đƣợc phát hiện lần đầu tiên vào n m 1835 do Christion Erenberg.

N m 1941, Bacillus subtilis đƣợc phát hiện trong phân ngựa bởi tổ chức y học Nazi của Đức. Lúc đầu, chúng đƣợc dùng chủ yếu để phòng bệnh lị cho các inh s Đức chiến đ u ở Bắc Phi. Gần đây, Bacillus subtilis đã đƣợc nghiên cứu, sử dụng rộng rãi trên thế giới. Bacillus subtilis đƣợc sử dụng ngày càng phổ biến và đƣợc xem nhƣ sinh vật phòng và trị các bệnh về rối loạn đƣờng tiêu hóa, các chứng viêm ruột, viêm đại tràng, tiêu chảy…

Ngày nay, Bacillus subtilis đã và đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi với nhiều tiềm n ng và ứng dụng hiệu quả trong ch n nuôi, công nghiệp, xử lý môi trƣờng…

Theo phân loại Bacillus subtilis thuộc: – Giới (Kingdom): Bacteria – Ngành (Division): Firmicutes – Lớp (Class): Bacilli – Bộ (Order): Bacillales – Họ (Family): Bacillaceae – Giống (Genus): Bacillus – Loài (Species): Bacillus subtilis

16

Hình 1.3 Trực khuẩn Bacillus subtilis Bacillus subtilis là trực khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, bắt màu tím Gram (+), kích thƣớc 0,5 – 0,8µm x 1,5 – 3µm, đơn lẻ hoặc thành chuỗi ngắn. Vi khuẩn có khả n ng di động, có 8 – 12 lông, sinh bào tử hình bầu dục nhỏ hơn nằm giữa hoặc lệch tâm tế ào, kích thƣớc từ 0,8 – 1,8µm.

Vi khuẩn Bacillus subtilis phát triển trong điều kiện hiếu khí, tuy nhiên vẫn phát triển đƣợc trong môi trƣờng thiếu oxy. Nhiệt độ tối ƣu là 37oC, pH thích hợp khoảng 7,0 – 7,4. Vi khuẩn Bacillus subtilis phát triển hầu hết trên các môi trƣờng dinh dƣỡng cơ ản.

Chúng phân bố hầu hết trong môi trƣờng tự nhiên, phần lớn cƣ trú trong đ t và rơm rạ, cỏ khô nên đƣợc gọi là “trực khuẩn cỏ khô”. Ngoài ra, chúng còn có mặt trong các nguyên liệu sản xu t nhƣ ột mì (trong bột mì vi khuẩn Bacillus subtilis chiếm 75 – 79% vi khuẩn tạo bào tử), bột gạo, trong các thực phẩm nhƣ mắm, tƣơng, chao… Bacillus subtilis đóng vai trò đáng kể về mặt có lợi cũng nhƣ mặt gây hại trong quá trình biến đổi sinh học.

17

Bacillus subtilis có vai trò lớn trong việc giữ ổn định thế quân bình vi khuẩn đƣờng ruột bằng cơ chế cạnh tranh sinh tồn, và khả n ng gây ức chế các vi khuẩn gây bệnh ở đƣờng ruột, do tác dụng bởi những sản phẩm tiết của nó.

Bacillus subtilis có hệ thống enzyme tƣơng đối hoàn chỉnh, các enzyme có khả n ng thủy phân glucid, lipid, protid, enzyme cenlulase biến đổi ch t xơ thành các loại đƣờng dễ tiêu, lecitinase thủy phân các ch t béo phức hợp, enzyme phân giải gelatin, ezyme phân giải fibrin và một loại enzyme giống lysozyme gây tác dụng trực tiếp dung giải một số loại vi khuẩn Proteus gây bệnh trong đƣờng ruột [15] [16] [17].

1.10.2 Đặc tính sinh học khuẩn Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus thuộc giống Staphylococcus, do đó mang những tính ch t chung của Staphylococcus.S.aureus là những vi khuẩn hình cầu, không di động, gram dƣơng, đƣờng kính 0,5  1,5 µm, tế bào xếp thành hình chùm nho, không di động. Thành tế bào kháng với lysozyme và nhạy với lysotaphin, một ch t có thể phá hủy cầu nối pentaglycin của tụ cầu.

S.aureus là những vi khuẩn hiếu khí hay kị khí tùy nghi, có enzyme catalase phân giải oxy già giải phóng oxy và nƣớc.

S.aureus cho phản ứng đông huyết tƣơng dƣơng tính do chúng tiết ra enzyme coagulase. Đây đƣợc xem là tính ch t đặc trƣng của S. aureus, là tiêu chuẩn để phân biệt S. aureus với các tụ cầu khác. Có hai dạng coagulase: coagulase cố định (bound coagulase) gắn vào thành tế bào và coagulase tự do (free coagulase) đƣợc phóng thích khỏi thành tế ào. Có hai phƣơng pháp để thực hiện thử nghiệm coagulase là thực hiện trên lam kính và trong ống nghiệm.

Ngoài ra, chúng còn cho phản ứng DNAse, phosphatase dƣơng tính, có khả n ng lên men và sinh acid từ manitol, trehalose, sucrose. T t cả các dòng S. aureus đều nhạy với Novobicine, có khả n ng t ng trƣởng trong môi trƣờng chứa đến 15% muối NaCl (Trần Linh Thƣớc, 2002).

18

Hình 1.4 Tụ cầu khuẩn Staphylococcus aureus Staphylococcus là một chủng vi khuẩn có thể gây ra r t nhiều bệnh nhiễm trùng trong cơ thể. Đây là chủng vi khuẩn thƣờng gặp trên da ngƣời và trong điều kiện ình thƣờng chúng không gây bệnh. Có hơn 30 chủng tụ cầu khuẩn có thể gây bệnh, tuy nhiên phổ biến nh t vẫn là tụ cầu vàng Staphylococcus aureus. Nếu vi khuẩn này xâm nhập vào cơ thể, thông qua các vết thƣơng trên da hay qua đƣờng hô h p, chúng có thể gây ra các nhiễm trùng r t nghiêm trọng.

Tụ cầu có thể gây ra r t nhiều bệnh nhiễm trùng khác nhau. Hầu hết các nhiễm trùng có thể gây viêm khu trú hay hình thành ổ nhiễm trùng gọi là áp-xe. Các nhiễm trùng nông trên da nhƣ chốc lở hay viêm mô tế bào là phổ biến nh t. Những phụ nữ cho con bú có thể bị nhiễm một bệnh do tụ cầu gọi là chứng viêm vú, có thể giải phóng vi khuẩn vào sữa mẹ. Tụ cầu phải khi xâm nhập vào phổi có thể gây viêm phổi. Khi vào xƣơng nó có thể gây viêm tủy xƣơng. Nhiễm khuẩn huyết do tụ cầu vàng cũng có thể gây nhiễm trùng ở tim và van tim (viêm cơ tim). Nếu tụ cầu lƣu thông trong máu, nó có thể đƣợc đƣa đến r t nhiều hệ cơ quan trong cơ thể và gây các bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng, có thể nguy hiểm đến tính mạng (nhiễm khuẩn huyết). Nhiễm khuẩn huyết có thể dẫn tới sốc hay suy đa phủ tạng và gây tử vong.

Tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA) là một chủng tụ cầu vàng kháng với những kháng sinh nhóm penicillin bao gồm methicillin, penicillin, amoxicillin và oxacillin.

MRSA đƣợc coi là một loại “siêu vi khuẩn” do hiện nay nó đã trở nên đề kháng với r t nhiều loại kháng sinh mà trƣớc kia có thể sử dụng để tiêu diệt MRSA trong các

19

bệnh viện, trung tâm y tế… Ngoài ra, nó còn gây r t nhiều các bệnh nguy hiểm do nhiễm MRSA tại cộng đồng.

Mọi ngƣời có thể bị ngộ độc khi n phải những thức n ị nhiễm tụ cầu vàng. Vi khuẩn giải phóng độc tố và trong thực phẩm, khiến ngƣời bệnh bị nôn mửa dữ dội.

Ngoài ra, bệnh nhân có thể bị sốt. Những thực phẩm dễ bị nhiễm tụ cầu vàng nh t bao gồm trứng, thịt gia súc, gia cầm, salad (gồm trứng, cá ngừ, thịt gà, khoai tây, mỳ ống), các loại ánh nƣớng có kem và các sản phẩm từ sữa. [15] [16] [17] B t cứ ai cũng có thể bị nhiễm bệnh, tuy nhiên những đối tƣợng có nguy cơ cao nh t bao gồm: -

Trẻ sơ sinh

-

Phụ nữ cho con bú

-

Bệnh nhân tiểu đƣờng

-

Bệnh nhân mắc các bệnh tim phổi

-

Bệnh nhân ung thƣ

-

Ngƣời có hệ miễn dịch yếu

-

Có vết thƣơng trên da hay mắc bệnh ngoài da

-

Bệnh nhân phẫu thuật

-

Sử dụng các ống thông (đặt nội khí quản).

1.11 Các biện pháp khống chế vi sinh vật trên thế giới và Việt Nam 1.11.1 Phương pháp Tăng nhiệt T ng nhiệt là phƣơng pháp thƣờng dùng nh t để diệt khuẩn. Chủ yếu có phƣơng pháp dùng sức nóng ẩm và sức nóng khô. Nhiệt độ th p cũng đƣợc sử dụng để ức chế sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật. Đây là phƣơng pháp quan trọng ngành vi sinh vật học thực phẩm. Ở nhiệt độ -20°C hay th p hơn, vật phẩm bị đông lạnh, vi sinh vật bị đình chỉ sinh trƣởng. Một số vi sinh vật bị chết vì các tinh thể ng là phá vỡ màng tế bào [17].

20

Bảng 1.2 Điều kiện ƣớc chừng để diệt khuẩn bằng sức nóng ẩm Vi sinh vật

Tế bào dinh dƣỡng

Bào tử

N m men

5 min, 50-60°C

5 min, 70-80°C

N m sợi

30 min, 62°C

30 min, 80°C

Vi khuẩn

10 min, 60-70°C

Virus

Trên 800 min, 100°C 0,5-12 min, 121°C

30 min, 60°C

1.11.2 Phương pháp qua lọc Phƣơng pháp qua lọc là phƣơng pháp r t tốt để giảm th p quần thể vi sinh vật đối với các vật liệu mẫn cảm với nhiệt độ và nhiều khi có thể dùng để diệt khuẩn các dung dịch. Qua lọc chỉ đơn giản là loại vi sinh vật khỏi dung dịch chứ không phải là diệt khuẩn. Có hai loại lọc vi sinh vật. Thiết bị qua lọc tầng sâu (depth filter): đó là loại thiết bị c u tạo bởi sợi hay các vật ch t dạng hạt, tạo thành một bản lọc khá dầy với những lỗ r t nhỏ. Dƣới sức hút chân không dung dịch sẽ đƣợc lọc qua còn vi sinh vật bị giữ lại hay bị h p phụ (adsorption) trên bề mặt bản lọc. Nguyên liệu để làm ra bản lọc này thƣờng là đ t Tảo silic (dimatomaceous earth) - đó là thiết bị lọc Berkefield. Còn có thể dùng một loại sứ (unglazed porcelain) - đó là thiết bị lọc Chamberlain. Hoặc còn có thể dùng thạch miên (asbestos) hay các nguyên liệu khác. Gần đây ngƣời ta dùng thiết bị màng lọc (membrane filters) thay thế cho thiết bị qua lọc tầng sâu. Phƣơng pháp diệt khuẩn nhờ lọc còn dùng để lọc không khí.

Hai ví dụ thƣờng gặp là khẩu trang dùng trong ngoại khoa và nút bông dùng cho các ống nghiệm hay các bình nuôi c y vi sinh vật. Không khí đi qua đƣợc nhƣng vi sinh vật thì bị giữ lại bên ngoài. Phòng c y Laminar thoáng khí nhƣng an toàn sinh học (Laminar flow iological safety ca inet) đã sử dụng màng lọc không khí bằng các hạt hiệu lực cao HEPA (highefficiency particulate filter) [17].

21

1.11.3 Bức xạ (radiation) Bức xạ tử ngoại (Ultraviolet radiation-UV) với ƣớc sóng 260 nm có hiệu ứng diệt khuẩn r t mạnh, tuy nhiên không có khả n ng xuyên qua thủy tinh, các màng bẩn, nƣớc và một số cơ ch t khác. Vì vậy UV chỉ dùng để diệt khuẩn trong một số trƣờng hợp, ví dụ diệt khuẩn không khí trong tủ c y, phòng nuôi c y hoặc bền ngoài một số vật thể. UV cũng có thể dùng để diệt khuẩn nƣớc, phải là một tầng nƣớc mỏng đi qua đèn UV để đủ sức diệt mầm bệnh và các vi sinh vật khác.. Bức xạ ion hóa (ionizing radiation) hay bức xạ điện ly có sức xuyên r t mạnh và đƣợc dùng r t tốt để diệt khuẩn. Tia gamma từ nguồn co alt 60 đƣợc dùng để diệt khuẩn nguội đối với ch t kháng sinh, kích tố (hormones), chỉ khâu vết thƣơng, các vật liệu y học bằng ch t dẻo (plastic) nhƣ ống tiêm... Tia gamma còn đƣợc diệt khuẩn và tiêu độc (pasteurize) đối với thịt và các thực phẩm khác. Bức xạ ion hóa có thể diệt các vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm nhƣ Escherichia coli O157:H7, Staphylococcus aureus, Campylobacter jejuni... [17].

1.11.4 Phương pháp hóa học Có nhiều loại hóa ch t đƣợc dùng làm ch t kháng khuẩn, mỗi loại đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng. Trƣớc khi chọn sử dụng hóa ch t nào phải hiểu rõ đặc tính của ch t đó. Trong trƣờng hợp pha r t loãng và có mặt ch t hữu cơ thì ch t đó vẫn có thể tác dụng có hiệu quả lên các nhân tố truyền nhiễm (vi khuẩn Gram dƣơng, Gram âm, vi khuẩn kháng acid, nội bào tử của vi khuẩn, các loại n m và virus...), mặt khác lại phải không có hại đối với cơ thể ngƣời, không làm n mòn các vật phẩm nói chung. Trong thực tiễn, r t khó đạt đến tiêu chuẩn vừa có hiệu lực vừa ít độc đối với cơ thể. Một số hóa ch t tuy hiệu lực th p nhƣng vì khá vô hại nên vẫn đƣợc sử dụng. Ch t kháng khuẩn phải ổn định khi bảo quản, không có mùi vị khó chịu, tan trong nƣớc và trong dầu để dễ xâm nhập vào vi sinh vật và phải có sức c ng ề mặt th p để xâm nhập đƣợc vào các khe trên bề mặt. Nếu giá không cao càng tốt.

Một v n đề nghiêm trọng là việc sử dụng quá mức Triclosan và các ch t diệt khuẩn (germicides) khác. Ch t kháng khuẩn (antibacterial) này hiện th y có mặt trong các

22

sản phẩm nhƣ ch t khử mùi (deodorant), nƣớc súc miệng, xà phòng, thớt cắt rau, đồ chơi trẻ em... Triclosan hầu nhƣ đang có mặt khắp nơi, hậu quả là đã xu t hiện các vi khuẩn kháng Triclosan. Vì vậy việc dùng quá mức các ch t kháng khuẩn có khả n ng sinh ra những hậu quả khó lƣờng.

Bảng 1.3 Một số loại hóa ch t thƣờng đƣợc sử dụng làm ch t kháng khuẩn Nồng độ sử dụng

Mức độ hoạt tính

450-500 mg/L

Cao

2%

Tƣơng đối cao

8 + 70 %

Cao

H2 O2

6-30 %

Tƣơng đối cao

Formaldehyde dịch thể

6-8 %

Tƣơng đối cao

750-5000 mg/L

Tƣơng đối cao

0,1-0,5 %

Trung bình

0,5-3 %

Tƣơng đối th p

70 %

Trung bình

0,1-0,2% trong nƣớc

Th p

0,75-4 %

Th p

1-3 %

Th p

0,1-0,2 %

Th p

Hóa chất Ethylene oxide Glutaraldehyde dịch thể Formaldehyde + cồn

Iodophors Hợp ch t của Chlore Hợp ch t của phenol,dịch thể Cồn (ethyl, isopropyl) Hợp ch t Ammon bậc 4 Chlorohexidine Hexachlorophene Hợp ch t Thủy ngân

Hoạt tính cao-có thể làm chết vi khuẩn kể cả vi khuẩn lao, bào tử, n m, virus; Hoạt tính trung bình- làm chết mọi vi khuẩn, trừ bào tử; Hoạt tính th p- làm chết tế bào dinh dƣỡng của vi khuẩn, trừ VK lao, làm chết n m, virus có lƣợng lipid mức trung bình. Theo Symour S. Block, 1983.

Loại Phenol: là ch t kháng khuẩn đƣợc sử dụng rộng rãi đầu tiên. Hiện nay phenol và các dẫn xu t nhƣ các loại cresol, các loại xylenol và orthophenylphenol đã đƣợc dùng để làm ch t kháng khuẩn trong các phòng thí nghiệm và bệnh viện. Chúng có ƣu điểm là có thể diệt vi khuẩn lao khi có mặt các ch t hữu cơ. Sau khi sử dụng có

23

thể duy trì tác dụng khá lâu trên bề mặt vật thể. Nhƣng chúng có mùi khó chịu và có thể làm kích thích da.

Cồn: là một trong những loại ch t kháng khuẩn thƣờng dùng. Cồn có thể làm chết cả vi khuẩn và n m nhƣng không làm chết đƣợc bào tử. Một số virút chứa lipid cũng ị cồn làm chết. Ethanol và Isopopanol là hai loại cồn thƣờng dùng để diệt khuẩn, nồng độ thƣờng dùng là 70-80%, nồng độ này làm biến tính protein, còn có thể làm hòa tan màng lipid.

Các Halogens: I và Cl là hai loại kháng vi sinh vật quan trọng. I thƣờng đƣợc dùng làm thuốc phòng thối (antiseptic) ngoài da. Nó làm chết vi sinh vật do oxy hóa các thành phần tế bào, iod hóa (iodinating) các protein. Với nồng độ cao có thể làm chết bào tử, nói chung là sử dụng KI với nồng độ 2 % hay cao hơn iodine trong dung dịch nƣớc-ethanol. Mặc dầu I là ch t phòng thối có hiệu quả nhƣng cũng có thể làm tổn thƣơng da, có thể làm biến màu da, còn có thể gây dị ứng (allergie).

Clo là một ch t tiêu độc tốt, khống đắt, lại dễ dàng sử dụng nên r t hay đƣợc sử dụng. Với một lƣợng nƣớc uống nhỏ có thể tiêu độc bằng những viên halozone.

Halozone (acid parasulfone dichloramido enzoic) sau khi đƣa vào nƣớc sẽ từ từ giải phóng ra chloride, sau khoảng nửa giờ có thể đạt tới mục đích tiêu độc. Ch t này thƣờng đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp thiếu nƣớc sạch để uống.

Dung dịch Cl là ch t tiêu độc có hiệu quả trong gia đình và trong các phòng thí nghiệm. Có thể dùng nồng độ pha loãng 100 lần dịch tẩy trắng gia dụng (household bleach) phối hợp với ch t tẩy không ion hóa (non ionic detergent) sao cho nồng độ ch t tẩy vào khoảng 0,8%. Hỗn hợp này vừa làm sạch vừa loại bỏ vi khuẩn Các Kim loại nặng: Trong nhiều n m các ion kim loại nặng nhƣ Hg, Ag, As, Zn và Cu thƣờng đƣợc dùng để làm ch t diệt khuẩn (germicides). Nhiều kim loại nặng có tác dụng ức chế vi sinh vật (bacteriostatic) hơn là diệt khuẩn. Hiện các ch t này đã đƣợc thay thế bằng các ch t khác có độc tính th p hơn và có hiệu quả hơn. Nhƣng cũng có thƣờng hợp ngoại lệ, ví dụ dung dịch 1% AgNO3 thƣờng đƣợc dùng làm thuốc nhỏ mắt để phòng bệnh lậu ở mắt (trong nhiều bệnh viện ngƣời ta dùng Erythromycin để thay thế nitrat bạc vì ch t kháng sinh này có hiệu quả chống cả

24

Chlamydia lẫn Neisseria. Bạc sulfadiazine thƣờng đƣợc dùng trong điều trị bỏng.

CuSO4 thƣờng đƣợc dùng để diệt tảo có hiệu quả trong ao hồ và các bể ơi. Kim loại nặng kết hợp với protein, làm b t hoạt protein và cũng có thể làm kết tủa protein của tế bào.

Hình 1.5 Kim loại kháng khuẩn Ag, Au Các muối ammon bậc bốn: Các ch t tẩy (Detergents - từ gốc La Tinh detergere có ngh a là loại trừ) là những phân tử hữu cơ đƣợc dùng làm các ch t giữ âm (wetting agents) và nhũ hóa (emulsifiers) vì chúng vừa có cực thân nƣớc (polar hydrophilic) vừa có những gốc phi cực kỵ nƣớc (nonpolar hydrophobic ends). Chúng có thể làm tan các ch t khó hòa tan bởi các phƣơng pháp khác, vì vậy dùng làm ch t tẩy rửa, giặt giũ r t có hiệu quả, nhƣng cơ chế khác với các ch t béo có trong xà phòng.

Mặc dầu các ch t tẩy dạng ion có chức n ng kháng vi sinh vật nh t định nhƣng chỉ có các ch t tẩy rửa cationic (ion dƣơng) mới có tác dụng tiêu độc. Thƣờng dùng nh t là các muối ammon bậc bốn, chúng làm phá vỡ màng tế ào, cũng có thể làm biến tính protein.

Các Aldehyde: Hai loại aldehyde thƣờng đƣợc sử dụng là Formaldehyde và Glutaraldehyde. Chúng có phản ứng r t mạnh, có thể kết hợp với acid nucleic và protein và làm b t hoạt chúng, còn có thể làm b t hoạt thông qua việc liên kết chéo (crosslinking) và alkyl hóa (alkylating). Chúng có thể làm chết bào tử, có thể dùng làm ch t diệt khuẩn hóa học. Formaldehyde thƣờng đƣợc dùng dƣới dạng hòa tan trong nƣớc hay trong cồn. Dung dịch đệm 2% glutaraldehyde là một loại ch t tiêu

25

độc có hiệu quả và thƣờng đƣợc dùng để tiêu độc các phòng thí nghiệm và bệnh viện. Glutaraldehyd trong 10 phút đã đủ để tiêu độc nhƣng để giết chết bào tử cần tới 12 giờ.

Các khí diệt khuẩn: Có nhiều vật phẩm không chịu đƣợc nhiệt độ cao nhƣ các đ a Petri bằng ch t dẻo, các ống tiêm nhựa, các bộ phận của máy tim-phổi nhân tạo, các ống dẫn, ống nói... cần diệt khuẩn bằng khío ethylene oxide (EtO). EtO có thể kết hợp với protein, có thể làm chết cả vi sinh vật lẫn bào tử. EtO nhanh chóng xuyên qua đƣợc các bao bì bằng ch t dẻo nên là một loại ch t tiêu độc đặc biệt hiệu quả.

Tiêu độc bằng EtO r t giống với tiêu độc trong nồi cao áp. Cần khống chế nồng độc EtO, nhiệt độ và độ ẩm. Với EtO thuần khiết thƣờng dùng nồng độ 10-20% phối hợp với CO2 hay dichlorodifluorromethane. Với các vật dụng sạch cần xử lý ở 38°C trong 5-8 giờ, nếu ở 54°C cần xử lý trong 3-4 giờ. Nồng độ EtO là là 700mg/lít.Vì EtO có độc tính lớn cho nên sau khi tiêu độc cần thổi khí mạnh để loại trừ hết EtO đi.

1.12 Tổng quan về cây cỏ hôi Cỏ hôi (Bớp bớp hay còn gọi là ba bớp, lốp bốp, cỏ Lào, yến bạch, cỏ hôi, cỏ Việt Minh, cỏ Nhật, cây cộng sản, cây phân xanh), danh pháp hai phần: Chromolaena odorata là loài thực vật nhiệt đới bản địa ở vùng Caribê và Bắc Mỹ thuộc họ Cúc (Asteraceae). Chúng đã phát tán sang vùng nhiệt đới ở châu Á, Tây Phi và một phần Úc. Đây là một loài cây bụi, có nhiều thân chính và tỏa nhiều nhánh hoặc thân ở gần gốc, tạo thành các tầng. Bớp bớp thƣờng mọc ở những nơi bãi hoang, thảo nguyên, bìa rừng [8] [18] [19]. Ở tuổi trƣởng thành, cây thƣờng cao từ 0,5 m đến 1,5 m. Tuổi thọ của cây khoảng từ 1 – 2,5 n m. Loài này ƣa sáng, chịu đựng tốt trong điều kiện khí hậu hanh khô.

Bớp bớp nằm trong diện quan trọng của thảm thực vật. Sau khi xu t hiện, loài thực vật này nhanh chóng lan rộng ở Việt Nam, đƣợc ghi nhận n m 1935 cùng lúc với sự xu t hiện của phong trào cộng sản nên còn đƣợc gọi là cây cộng sản. Bớp bớp có thể đƣợc sử dụng làm dƣợc liệu, dùng cho cầm máu tốt, trong chiến tranh đƣợc các chiến s dùng trong quân y.

26

Hình 1.6 Cây Cỏ hôi Những nghiên cứu cho th y cỏ lào chứa tinh dầu (có nhiều trong lá tƣơi), tanin (thuộc

nhóm

tanin

pyrogalic),

flavonoid

(flavonol,

flavanol,

chalcol,

dihydroflavonol), coumarin, ankaloit (có nhiều ở rễ), antraquinon, glucoxit.

1.13 Các phƣơng pháp chiết dịch từ thực vật Phƣơng pháp ngâm Tiến hành: sau khi chuẩn bị nguyên liệu, ngƣời ta rót dung môi cho ngập nguyên liệu trong bình chiết. Sau một thời gian ngâm nh t định, rút l y dịch chiết (lọc và gạn) và rửa nguyên liệu bằng một dung môi thích hợp. Có thể khu y trộn bằng cánh khu y hoặc hoàn lƣu dịch chiết. Có nhiều cách ngâm: ngâm t nh hoặc ngâm động, nóng hoặc lạnh, một lần hoặc nhiều lần.

- Ƣu điểm: đơn giản, dễ thực hiện, thiết ị đơn giản, rẻ tiền.

- Nhƣợc điểm: n ng su t th p, thủ công. Chiết 1 lần thì không chiết kiệt đƣợc thành phần, chiết nhiều lần thì dịch chiết loãng, tốn dung môi, thời gian.

Phƣơng pháp ngấm kiệt Tiến hành: sau khi chuẩn bị nguyên liệu, ngâm nguyên liệu vào dung môi trong bình ng m kiệt. Sau một thời gian xác định, rút nhỏ giọt dịch chiết ở phía dƣới,

27

đồng thời bổ sung thêm dung môi ở phía trên bằng cách cho dung môi chảy r t chậm và liên tục qua lớp nguyên liệu nằm yên. Dung môi thƣờng ngập bề mặt khoảng 3 - 4 cm. Ng m kiệt đơn giản: luôn sử dụng dung môi mới chiết để kiệt.

Ng m kiệt phân đoạn: sử dụng dịch chiết loãng để chiết mẻ mới hoặc để chiết các mẻ có mức độ chiết kiệt khác nhau.

- Ƣu điểm: nguyên liệu đƣợc chiết kiệt, tiết kiệm đƣợc dung môi - Nhƣợc điểm: n ng su t th p, thủ công, phức tạp hơn phƣơng pháp ngâm Phƣơng pháp chiết xuất bán liên tục Phƣơng pháp này sử dụng một hệ thống gồm nhiều bình chiết khác nhau, có thể mắc thành một dãy từ 4 – 16 bình chiết nối tiếp nhau (coi ngƣợc chiều là tƣơng đối vì dịch chiết không chuyển động).

Tiến hành: nguyên liệu và dung môi đƣợc nạp vào trong t t cả các thiết bị, nguyên liệu đƣợc ngâm trong dung môi trong khoảng thời gian xác định. Sau đó dịch chiết đƣợc chuyển tuần tự từ thiết bị này qua thiết bị khác. Hệ thống tổ hợp kín này cho phép đóng ngắt một cách có chu kỳ thiết bị ra khỏi hệ thông, cho phép tháo bã và nạp nguyên liệu mới. Sau đó thiết thiết bị này lại đƣợc đƣa vào hệ thống và dịch chiết đậm đặc nh t đƣợc qua nó và các thiết bị cón lại. Tiếp theo đóng ngắt một thiết bị kế tiếp, càng nhiều thiết bị thì quá trình càng gần quá trình liên tục. Quá trình xảy ra theo nguyên tắc: dung môi mới tiếp xúc với nguyên liệu cũ và nguyên liệu mới tiếp xúc với dung môi cũ [4] [14] [20] [21] [22].

- Ƣu điểm: dịch chiết đậm đặc, nguyên liệu đƣợc vắt kiệt.

- Nhƣợc điểm: hệ thống cồng kềnh chiếm nhiều diện tích. Vận hành phức tạp, thao tác thủ công, không tự động hóa đƣợc.

Phƣơng pháp chiết xuất liên tục Tiến hành: đƣợc tiến hành trong những thiết bị làm việc liên tục, nguyên liệu và dung môi liên tục đƣợc đƣa vào chuyển động ngƣợc chiều trong thiết bị. Nguyên liệu di chuyển nhờ cơ c u vận chuyển chuyên dụng khác nhau. Dịch chiết trƣơc khi

28

tiếp xúc với nguyên liệu mới nên dịch chiết thu đƣợc đậm đặc. Bã nguyên liệu đƣợc tiếp xúc với dung môi mới trƣớc khi thay nên đƣợc chiết kiệt. [4] [14] [20] [21] [22] - Ƣu điểm: N ng su t cao, tiết kiệm thời gian, không phải làm thủ công có thể tự đông hóa, cơ giới hóa. Dịch chiết đệm đặc, nguyên liệu đƣợc chiết kiệt, dung môi ít tốn kém.

29

CHƢƠNG 2

THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Tổng hợp nano đồng từ CuSO4 bằng phƣơng pháp khử hóa học với tác nhân khử là dịch chiết lá cỏ hôi, sản phẩm có khả n ng ứng dụng nhƣ là một ch t có tính kháng khuẩn đối với một số vi sinh vật.

2.1.2

Nội dung nghiên cứu



Trích ly dịch chiết từ cây cỏ hôi.



Thực nghiệm tổng hợp nano đồng.



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



Khảo sát điều kiện tối ƣu của quá trình tổng hợp bằng phƣơng pháp luân phiên từng biến.



Sử dụng các phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại nhƣ Uv-Vis, FT - IR, SEM, TEM, EDX, XRD để nhận danh, đánh giá các sản phẩm của quá trình.

 2.2

Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn một số loại vi sinh vật Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị

2.2.1 Nguyên liệu 

Nguồn nguyên liệu là cây Cỏ hôi đƣợc hái ở huyện Hóc môn, thành phố Hồ Chí Minh.



Mẫu vi sinh vật đƣợc hỗ trợ nghiên cứu (khuẩn Bacillus subtillis, khuẩn Staphylococcus aureus).

30

2.2.2 Thiết bị Bảng 2.1 Dụng cụ và thiết ị nghiên cứu STT

Dụng cụ

STT

Dụng cụ

1

Máy khu y từ gia nhiệt

8

Phễu chiết

2

Cân điện tử

9

Buret

3

Tủ s y

10

Beacher

4

Máy UV  VIS

11

Phểu thủy tinh

5

Curvet

12

Bóp cao su

6

Bình định mức

13

Đũa thủy tinh

7

Pipet

14

Bếp điện

2.2.3 Hóa chất - Hóa ch t dùng trong nghiên cứu chiết dịch chủ yếu là H2O c t 2 lần.

- Hóa ch t dùng trong nghiên cứu chế tạo vật liệu gồm: CuSO4, NaOH, H2SO4, là các hóa ch t có độ tinh khiết > 99%, nguồn gốc từ hãng Merck (Đức).

31

2.3 Thực nghiệm 2.3.1 Chiết dịch từ lá Cỏ hôi Cây cỏ Rửa sạch, làm khô Nƣớc

Cắt nhỏ Chiết Làm nguội Lọc Dịch chiết Đo mật độ quang A Hình 2.1 Quy trình chiết dịch từ lá Cỏ hôi

Cây cỏ hôi tƣơi ỏ thân l y lá, sau đó rửa sạch với nƣớc và để ráo, cắt nhỏ nguyên liệu đến kích thƣớc khoảng 0.5  1cm nhằm dễ chiết dịch. Cân một lƣợng nh t định sau đó mang đi ngâm trong nƣớc theo các tỷ lệ nƣớc/lá cỏ khác nhau, gia nhiệt ở nhiệt độ nh t định trong một khoảng thời gian xác định ta thu đƣợc dịch chiết. Lọc và loại bỏ tạp ch t. Dịch lọc đƣợc ly tâm với tốc độ 6000 vòng/phút trong thời gian 30 phút để loại bỏ cặn. Dịch trong sau ly tâm đƣợc lọc l y dịch lọc bằng gi y Whatman để loại bỏ phần cặn nhỏ còn sót lại. Dịch chiết đƣợc bảo quản ở nhiệt độ nhỏ hơn 10 oC để hạn chế quá trình oxy hóa của dịch khử. T t cả dụng cụ đều đƣợc s y khô rửa bằng cồn 96 o [21] [22].

Dịch chiết thu đƣợc đƣợc pha loãng, tiến hành đo độ h p thu bằng phƣơng pháp UvVis nhằm xác định cƣờng độ h p thu của dịch chiết. Từ đó có thể dự đoán đƣợc điều kiện tối ƣu cho quá trình chiết dịch.

32

Hình 2.2 Dịch chiết Cỏ hôi quá trình khảo sát điều kiện thời gian chiết Một lƣợng dịch chiết nh t định đƣợc chiết ở những điều kiện khảo sát và dung dịch CuSO4 xác định đƣợc hòa trộn với nhau ằng máy khu y từ trong khoảng thời gian nh t định, để thực hiện phản ứng tạo hạt nano đồng. Dung dịch sau phản ứng sẽ đƣợc mang đi phân tích trên máy quét phổ UV-Vis nhằm xác định đỉnh h p thu cực đại, độ dịch chuyển của các đỉnh h p thu cực đại. Từ đó có thể dự đoán đƣợc điều kiện phù hợp nh t để thu đƣợc hạt nano đồng nhƣ mong muốn.

33

Bảng 2.2 Các yếu tố khảo sát trong quá trình chiết dịch STT

Tỷ lệ Lá/nƣớc (g)

o

Thời gian chiết (phút)

Nhiệt độ chiết ( C)

1

1:2

10

Phòng

2

1:4

20

40

3

1:6

30

50

4

1:8

40

60

5

1:10

50

70

6

1:15

60

80

7

1:20

90

90

2.3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết dịch Thay đổi thời gian chiết lần lƣợt là 10, 20, 30, 40, 50, 60 và 90 phút và cố định các thông số khác nhƣ nhiệt độ chiết 70 oC , tỷ lệ lá/nƣớc 1/4.

Dịch chiết sau khi đƣợc chiết một phần đƣợc đem pha loãng và tiến hành đo Uv-Vis từ đó dự đoán sơ ộ xem điều kiện nào sẽ thu đƣợc hàm lƣợng ch t khử nhiều nh t.

2.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết Thay đổi nhiệt độ chiết lần lƣợt từ nhiệt độ phòng, 40, 50, 60, 70, 80 và 90 oC và cố định các thông số khác nhƣ thời gian chiết, tỷ lệ lá: nƣớc.

Chọn thời gian quá trình tách chiết cho phù hợp nh t từ quá trình khảo sát trên.

Dịch chiết sau khi đƣợc chiết tiến hành đánh giá nhƣ thử nghiệm trên để có cơ sở lựa chọn yếu tố ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến dịch chiết.

2.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lá/nước Thay đổi tỷ lệ lá/nƣớc lần lƣợt từ 1/2, 1/4, 1/6, 1/8, 1/10, 1/15 và 1/20 và cố định các thông số khác nhƣ nhiệt độ chiết, thời gian chiết.

34

Chọn thời gian và nhiệt độ của quá trình tách chiết cho phù hợp nh t từ hai quá trình khảo sát trên.

Dịch chiết sau khi đƣợc chiết tiến hành đánh giá nhƣ thử nghiệm trên để có cơ sở lựa chọn yếu tố ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến dịch chiết.

2.3.2 Tổng hợp nano Đồng sử dụng tác nhân khử là dịch chiết lá Cỏ hôi CuSO4

Dịch Chiết Lá Cỏ Khu y

Gia Nhiệt

Làm Nguội

Uv-vis Hình 2.3 Quy trình tổng hợp nano đồng Quá trình tổng hợp dung dịch keo đồng nano từ tiền ch t đồng sunphat đƣợc thực hiện với các

ƣớc nhƣ sau: Đầu tiên, dung dịch muối đồng đƣợc pha từ

CuSO4.5H2O trong nƣớc c t với nồng độ cho trƣớc trong cốc 100 ml. Dung dịch thu đƣợc có màu xanh lam đƣợc gia nhiệt trên máy khu y từ đến giá trị nhiệt độ phản ứng. Dung dịch ch t khử là dịch chiết từ lá cỏ hôi đƣợc cho từ từ vào hỗn hợp theo một tỷ lệ nh t định để thực hiện phản ứng. Theo tiến trình phản ứng dung dịch sẽ chuyển từ màu xanh lam sang xanh lá và cuối cùng là chuyển sang màu đỏ nâu.

Tiếp đến, l y hỗn hợp ra khỏi máy khu y từ. Dung dịch keo đồng nano đƣợc kiểm tra bằng phƣơng pháp phân tích UV-Vis nhằm xác định cƣờng độ h p thu, đỉnh h p thu cực đại và độ dịch chuyển của các đỉnh h p thu cực đại. Từ đó có thể dự đoán

35

đƣợc khả n ng hình thành của nano đồng trong dung dịch sau quá trình tổng hợp, XRD đƣợc tiến hành để xác định c u trúc tinh thể của nano đồng thu đƣợc, SEM, TEM, đƣợc dùng để xác định hình thái, phân ố kích thƣớc hạt nano đồng trong dung dịch. Sự hiện diện của ch t bao bọc (capping agent) trên bề mặt của hạt nano đƣợc xác định bởi FT-IR. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự thay đổi kích thƣớc, hình dạng và sự phân bố hạt của nano đồng đƣợc khảo sát gồm: nồng độ CuSO4, nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ thể tích Dịch chiết/CuSO4, thời gian phản ứng.

Hình 2.4 Cơ chế của phản ứng 2.3.2.1 Khảo sát nồng độ dung dịch CuSO4 (M) Dung dịch đồng sunphat đƣợc cho phản ứng với dịch chiết từ lá cỏ hôi có tỷ lệ thể tích dịch cỏ hôi (ml)/thể tích CuSO4 (ml) là 1/5, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 50 oC, trong thời gian 12 giờ, đƣợc khu y từ với tốc độ 400 vòng/phút, nồng độ CuSO4 đƣợc khảo sát từ (0,5.10-3 ÷ 10-1 M), để ống nghiệm ổn định trong 24 giờ, tiến hành kiểm tra dung dịch keo đồng nano bằng phƣơng pháp phân tích UV-Vis nhằm đánh giá phản ứng xảy ra tốt nh t ở nồng độ nào.

2.3.2.2 Khảo sát tỷ lệ thể tích dịch chiết cỏ hôi (ml)/thể tích CuSO4 (ml) Dung dịch đồng sunphat đƣợc cho phản ứng với dịch chiết từ lá cỏ hôi có tỷ lệ thể tích dịch cỏ hôi (ml)/thể tích CuSO4 (ml) khác nhau (2:1; 1:2; 1:5; 1:10, 1:20, 1:50).

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 50 oC, trong thời gian 60 phút, đƣợc khu y từ với tốc độ 400 vòng/phút, nồng độ CuSO4 đƣợc chọn từ thí nghiệm trƣớc, để ống nghiệm ổn

36

định trong 24 giờ, tiến hành kiểm tra dung dịch keo đồng nano bằng phƣơng pháp phân tích UV-Vis nhằm đánh giá phản ứng xảy ra tốt nh t ở tỷ lệ nào.

2.3.2.3 Khảo sát thời gian phản ứng trong quá trình tổng hợp nano đồng Tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ 50 oC, đƣợc khu y từ với tốc độ 400 vòng/phút, tỷ lệ thể tích dịch chiết cỏ hôi (ml)/thể tích CuSO4 (ml), nồng độ CuSO4 đƣợc chọn từ thí nghiệm trƣớc. Trong đó thay đổi thời gian phản ứng lần lƣợt là 10 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 180 phút và 24 giờ, để ống nghiệm ổn định trong 24 giờ, tiến hành kiểm tra dung dịch keo đồng nano bằng phƣơng pháp phân tích UV-Vis nhằm đánh giá phản ứng xảy ra tốt nh t ở thời gian nào.

2.3.2.4 Khảo sát nhiệt độ trong quá trình tổng hợp nano đồng Tiến hành thí nghiệm ở tốc độ khu y từ 400 vòng/phút, tỷ lệ thể tích dịch chiết cỏ hôi (ml)/thể tích CuSO4 (ml), thời gian phản ứng, nồng độ CuSO4 đƣợc chọn từ các thí nghiệm trƣớc. Trong đó thay đổi nhiệt độ phản ứng lần lƣợt là nhiệt độ phòng, 40 oC, 50 oC, 60 oC, 70 oC, 80 oC và 90 oC, để ống nghiệm ổn định trong 24 giờ, tiến hành kiểm tra dung dịch keo đồng nano bằng phƣơng pháp phân tích UV-Vis nhằm đánh giá phản ứng xảy ra tốt nh t ở nhiệt độ nào.

2.3.3 Khảo sát hoạt tính sinh học của hạt nano đồng Tiến hành khảo sát khả n ng kháng n m và khuẩn của hạt nano đồng vừa mới tổng hợp trên một số loại khuẩn và n m gây hại đến sức khỏa của con ngƣời cũng nhƣ đến thực vật mà nghiên cứu phổ biến trong nƣớc và thế giới [8] [15].

Cụ thể là các chủng vi sinh vật kiểm định Vi khuẩn Gr (+): Bacillus subtillis và Staphylococcus aureus.

Quá trình khảo sát khả n ng kháng khuẩn của hạt nano đồng đƣợc hỗ trợ thực hiện tại Phòng Sinh học thực nghiệm, Viện Hoá Học Các Hợp Ch t Thiên Nhiên, Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam.

37

2.3.3.1 Phân lập vi sinh vật Phân lập là quá trình tách rời các tế bào vi sinh vật; Nuôi c y các tế bào trên trong môi trƣờng dinh dƣỡng đặc trƣng để cho khuẩn lạc riêng rẽ, cách biệt nhau.

Vi sinh vật hiếu khí - Hút 0,1 ml dịch mẫu đã pha loãng cho vào đ a pêtri có môi trƣờng thích hợp.

- Dùng que gạt thủy tinh phân phối dịch mẫu trải đều khắp mặt thạch.

- Tiếp tục sử dụng que gạt này gạt mẫu cho đều khắp mặt thạch đ a pêtri thứ 2 rồi đ a thứ 3.

- Đặt các đ a pêtri trên vào tủ m ở nhiệt độ thích hợp sau một thời gian nh t định tuỳ giống vi sinh vật ta sẽ nhận đƣợc các khuẩn lạc riêng rẽ.

Vi sinh vật kị khí - Dùng môi trƣờng đặc trong ống nghiệm đem chƣng cách thuỷ để loại bỏ không khí trong môi trƣờng.

- Để nguội môi trƣờng còn 45-50 oC. - Hút 0,1 ml dịch nghiên cứu cho vào ống môi trƣờng, đậy nút lại, lắc tròn quanh trục ống nghiệm.

- Rót nhanh môi trƣờng ở ống nghiệm vào nắp dƣới của đ a pêtri và đậy thật nhanh nắp trên lại, sao cho giữa mặt nắp và môi trƣờng không còn không khí.

- Dùng parafin hàn kín phần tiếp xúc giữa 2 nắp của đ a petri và ủ ở nhiệt độ thích hợp.

- Sau khi vi sinh vật phát triển, chọn các khuẩn lạc riêng rẽ trong khối môi trƣờng, dùng que c y cắt cả khối môi trƣờng rồi c y vào môi trƣờng lỏng thích hợp.

2.3.3.2 Đánh giá khả năng kháng khuẩn của nano đồng Phƣơng pháp khuếch tán trên đ a thạch, tiến hành 3 lần, l y kết quả trung bình: Điều kiện thí nghiệm: Thể tích dung dịch thử nhỏ vào mỗi lỗ thạch (Đƣờng kính 8 mm): 100 l Thể tích môi trƣờng đƣa vào mỗi đ a petri Đƣờng kính 8 mm): 24 ml - Lớp trên ( có chủng VSV): 10 ml

38

- Lớp dƣới ( không có chủng VSV): 14 ml Nồng độ chủng: 6x105 CFU/ml Nhiệt độ và thời gian nuôi c y: Vi khuẩn: 37 oC/18 giờ, N m: 23 oC/18 giờ.

Sơ đồ thí nghiệm Vị trí 1: Mẫu 1

1

Vị trí 2: Mẫu 2

2

Vị trí 3: Mẫu 3 Vị trí 4: Mẫu 4

1

6

7

Vị trí 5: Mẫu 5 Vị trí 6: Kháng sinh

3

Vị trí 7: Nƣớc

5 4

2.4 Thiết bị phân tích 2.4.1 Phương pháp hấp thu hồng ngoại biến đổi Fourie (FT – IR) FT – IR là một phƣơng pháp xác định nhanh và khá chính xác các nhóm chức có trong sản phẩm. Phƣơng pháp này dựa trên nguyên lý: khi chiếu một chùm tia đơn sắc có ƣớc sóng nằm trong vùng hồng ngoại 400 – 4000 cm-1 qua ch t cần phân tích, thì một phần n ng lƣợng của tia sáng bị h p thu và giảm cƣờng độ tia tới. Sự h p thu tuân theo định luật Lambert  Beer: D = lg (Io/I) = k.C.d Trong đó: 

D: Mật độ quang



Io, I: Cƣờng độ ánh sáng trƣớc và sau khi ra khỏi ch t phân tích



C: Nồng độ ch t phân tích, mol/l



d: Độ dày của lớp ch t h p phụ, cm



k: Hệ số h p phụ.

Phân tử h p thu n ng lƣợng sẽ thực hiện các dao động (xê dịch các hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng), làm giảm độ dài liên kết các phân tử và các góc hoá

39

trị sẽ thay đổi một cách tuần hoàn. Đƣờng cong biểu thị sự phụ thuộc độ truyền quang vào ƣớc sóng là phổ hồng ngoại của mẫu phân tích. Mỗi nhóm chức hoặc liên kết có một tần số đặc trƣng ằng các pic (peak) trên phổ hồng ngoại. Nhƣ vậy c n cứ vào các tần số đặc trƣng này có thể xác định đƣợc liên kết giữa các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử, từ đó xác định đƣợc c u trúc đặc trƣng của ch t cần phân tích [23] [24] [25].

Thực nghiệm: Các sản phẩm đƣợc đo trên máy hồng ngoại FT – IR system, tại Đại học Công nghiệp Tp.HCM. 2.4.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kỹ thuật hiển vi điện tử quét cho phép quan sát và đánh giá các đặc trƣng của các vật liệu vô cơ cũng nhƣ hữu cơ trong khoảng kích thƣớc từ nm tới µm. Tính thông dụng của SEM bắt nguồn từ khả n ng thu nhận các ảnh ba chiều từ các bề mặt của các loại vật liệu khác nhau. Trong ảnh SEM, vùng đƣợc khảo sát và phân tích đƣợc chiếu xạ bởi chùm điện tử có kích thƣớc nhỏ. Tƣơng tác của chùm điện tử và mẫu tạo ra các loại tín hiệu: Secondary electron (SE), điện tử tán xạ ngƣợc (Backscattered electrons – BSE), các tia X đặc trƣng.

Các tín hiệu thu đƣợc từ các vùng phát xạ riêng (có thể tích khác nhau) trong mẫu và đƣợc dùng để đánh giá nhiều đặc trƣng của mẫu (hình thái học bề mặt, tinh thể học, thành phần,…). Hai loại tín hiệu điện tử đƣợc quan tâm nhiều nh t để tạo ảnh hiển vi điện tử quét là SE và BSE. Các điện tử thứ c p là những điện tử thoát ra từ bề mặt mẫu có n ng lƣợng th p (thƣờng < 50 eV). Hiệu su t phát xạ SE lớn vì một điện tử tới có thể phát ra nhiều SE. Khi điện tử có n ng lƣợng lớn tới mẫu, chúng sẽ lần lƣợt tƣơng tác với các nguyên tử trong mẫu. Nếu các điện tử trong nguyên tử của mẫu nhận đƣợc n ng lƣợng lớn hơn công thoát chúng sẽ phá vỡ liên kết và thoát ra ngoài. Số lƣợng các SE phát ra từ mẫu phụ thuộc vào nguyên tử số Z của các nguyên tố trong mẫu, n ng lƣợng của điện tử tới, công thoát các điện tử trong nguyên tử và hình dạng bề mặt của mẫu. Các điện tử tán xạ ngƣợc là những điện tử thu nhận đƣợc khi chùm điện tử đâm sâu vào mẫu trƣớc khi quay trở lại bề mặt mẫu và tán xạ ngƣợc [26].

40

Ảnh SEM đƣợc chụp bằng máy S  4800 tại Nanotechnology Lab, SHTP labs. 35 Nguyễn Thông, Quận 3, thành phố Hồ Chí Minh.

2.4.3 Nhiễu xạ tia X (XRD) Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên hiện tƣợng nhiễu xạ tia X của các vật liệu kết tinh. Khi chiếu chùm tia X có ƣớc sóng  và mạng tinh thể của vật liệu, các họ mặt phẳng mạng tinh thể của vật liệu, các họ mặt phẳng (hkl) có giá trị dhkl thỏa mãn điều kiện phản xạ Bragg: 2dhklsin2θ =n. sẽ cho các cực đại nhiễu xạ tại vị trí góc nhiễu xạ θ = arcsin(n/2dhkl) tƣơng ứng trên giản đồ nhiễu xạ n nhận các giá trị 1,2,3... gọi là bậc nhiễu xạ. Thông thƣờng chỉ quan sát đƣợc các nhiễu xạ bậc 1 (n=1). Những đặc trƣng quan trọng nh t của các giản đồ nhiễu xạ tia X là vị trí của các vạch nhiễu xạ, cƣờng độ vạch nhiễu xạ và đƣờng cong phân bố của vạch nhiễu xạ đó. Phƣơng pháp này cho phép xác định pha c u trúc, phân tích định tính, định lƣợng các pha tinh thể, hằng số mạng, mức độ biến dạng mạng, so sánh xác định tƣơng đối hàm lƣợng pha tạp, từ đó cho phép điều chỉnh quy trình công nghệ chế tạo vật liệu và góp phần lý giải các hiện tƣợng vật lý.

Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) đƣợc thực hiện trên thiết bị D8-Advance, Bruker, Germany tại Nanotechnology Lab, SHTP labs. 35 Nguyễn Thông, Quận 3, thành phố Hồ Chí Minh [23] [24] [25].

2.4.4 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscopy (TEM) là thiết bị hiệu quả nh t đối với những nghiên cứu về khoa học nano. TEM cho phép xác định hình thái c u trúc bên trong của vật liệu nano với độ phân giải có thể lên tới 0,1nm.

Do đó, phƣơng pháp này cho phép xác định chính xác hình dạng và kích thƣớc các hạt nano đồng thu đƣợc [24].

Nguyên tắc của kính hiển vi điện tử truyền qua là do sự tán xạ của chùm electron xuyên qua mẫu. TEM đƣợc c u tạo bởi các chính gồm: hệ thống chiếu sáng, hệ thống th u kính và hệ thống phân tích ảnh [15]. Kích thƣớc và sự phân bố hạt đồng

41

nano đƣợc xác định từ ảnh TEM thực hiện trên máy JEM-1400, Nhật Bản tại Trƣờng Đại học Bách Khoa – TP. Hồ Chí Minh.

2.4.5 Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-Vis) Để xác định sơ ộ thành phần các nhóm chức có thể tồn tại trong dịch chiết, xác định số nối đôi liên hợp, ƣớc sóng cực đại, độ h p thu quang A, tính độ tận trích của dịch chiết lên vật liệu, thông thƣờng xác định bằng cách kiểm tra quang phổ khả kiến- tử ngoại (UV-Vis) [24] [25].

Phƣơng pháp Uv-Vis này tuân thủ theo định luật Beer-Lambert có phƣơng trình nhƣ sau: A = logI0/I= ε LC Trong đó: Io và I: cƣờng độ của tia tới và tia phản xạ tƣơng ứng L: chiều dày của dung dịch h p thụ tính bằng cm C: nồng độ dung dịch tính bằng mol/l ε: độ h p thụ phân tử gam và có thứ nguyên là 1000 cm2/mol, đây là tính ch t của phân tử tham gia ƣớc chuyển electron và không phải là hàm số của các thông số thay đổi khi chuẩn bị dung dịch.

A: độ h p thụ hay mật độ quang Kết quả xác định UV-Vis đƣợc thực hiện trên thiết bị Evolution 600 UV-Vis Spectrophotometer tại phòng thí nghiệm trƣờng Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh.

2.4.6 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) Phổ tán xạ n ng lƣợng tia X (thƣờng đƣợc ký hiệu là EDX, EDS hoặc XEDS) là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tƣơng tác với chùm điện tử có n ng lƣợng cao.

Nguyên tắc của phƣơng pháp EDX là dựa trên sự tƣơng tác giữa nguồn tia X kích thích và mẫu cần phân tích. Mỗi nguyên tố hoá 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

42

mẫu, một dòng n ng 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 ản (chƣa ị kích thích) và chúng xoay quanh hạt nhân ở các mức n ng lƣợng khác nhau. Khi kích thích bằng một chùm tia X, điện tử sẽ nhảy lên một mức n ng lƣợng cao hơn, tạo nên một lỗ trống điện tử, một điện tử khác từ lớp bên ngoài có n ng lƣợng cao hơn nhảy vào để điền vào lỗ trống đó. Bƣớc nhảy này giải phóng n ng lƣợng dƣới dạng n ng lƣợng tia X tán xạ.

Phân tích EDX đƣợc thực hiện tại Nanotechnology Lab, SHTP labs. 35 Nguyễn Thông, Quận 3, thành phố Hồ Chí Minh [23] [24] [25].

2.4.7 Phương pháp sắc ký lỏng LC-MS LC-MS là phƣơng pháp đƣợc dùng trong phân tích các hợp ch t cần nhận danh chính xác. Trong những điều kiện vận hành nh t định ngoài thời gian lƣu đặc trƣng, các ch t còn đƣợc nhận danh bằng khối phổ của nó.

Nguyên lý chung: Phƣơng pháp khối phổ (Mass Spectrometry-MS) là phƣơng pháp nghiên cứu các ch t bằng cách đo, phân tích chính xác khối lƣợng phân tử của ch t đó dựa trên sự chuyển động của các ion nguyên tử hay ion phân tử trong một điện trƣờng hoặc từ trƣờng nh t định. Tỷ số giữa khối lƣợng và điện tích (m/z) có ảnh hƣởng r t lớn đối với chuyển động này của ion. Nếu biệt đƣợc điện tích của ion thì ta dễ dàng xác định đƣợc khối lƣợng của ion đó.

Nhƣ vậy, trong nghiên cứu khối phổ của b t kỳ ch t nào, trƣớc tiên nó phải đƣợc chuyển sang trạng thái ay hơi, sau đó đƣợc ion hóa bằng các phƣơng pháp thích hợp. Các ion tạo thành đƣợc đƣa vào nghiên cứu trong bộ phân tích khối của máy khối phổ. Tùy theo loại điện tích của ion nghiên cứu mà ngƣời ta chọn kiểu quét ion dƣơng (+) hoặc âm (-). Kiểu quét ion dƣơng thƣờng cho nhiều thông tin hơn về ion nghiên cứu nên đƣợc dùng phổ biến hơn.

Tuy nhiên, sự phát triển của lỹ thuật hiện nay cũng đã cho phép tích hợp hai kiểu quét này thành một nhằm tạo điều kiện thuận lợi nh t cho các nhà nghiên cứu, tuy nhiên thƣờng độ nhạy không cao bằng từng kiểu quét riêng lẻ.

43

Trong r t nhiều n m, các nhà nghiên cứu kỹ thuật sắc ký lỏng ghép khối phổ phải đối mặt với r t nhiều khó khan trong việc tìm cách giải quyết đƣợc sự tƣơng thích giữa hệ thống sắc ký lỏng và đầu dò khối phổ. Nguyên nhân là do quá trình phân tích với đầu dò MS đòi hỏi mức độ chân không cao, nhiệt độ cao, các ch t khảo sát phải ở trạng thái khí, vận tốc dòng chảy nhỏ; trong khi hệ thống LC lại hoạt động ở áp su t cao với một lƣợng dung môi tƣơng đối lớn, nhiệt độ tƣơng đối th p, các ch t phân tích ở thể lỏng.

Phân tích LC-MS đƣợc thực hiện tại Đại học Khoa học tự nhiên, Quận 5, thành phố Hồ Chí Minh [23] [24] [25].

44

CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Kết quả khảo sát quá trình chiết dịch lá cỏ hôi Dịch chiết thu đƣợc từ lá cỏ hôi với tỷ lệ lá/nƣớc khác nhau ở nhiệt độ 80 oC trong thời gian 60 phút đƣợc trình ày nhƣ hình 3.1. Ở tỷ lệ lá/nƣớc th p, dịch chiết có màu vàng nhạt và độ đậm t ng dần khi tỷ lệ lá t ng lên. Mũi h p thu cực đại của dịch chiết lá cỏ hôi đƣợc xác định bằng cách tiến hành đo h p thụ UV-Vis của các dịch này. Kết quả cho th y dịch chiết cây cỏ hôi h p thụ cực đại ở vị trí ƣớc sóng khoảng 320 nm.

Hình 3.1 Dịch chiết cây cỏ hôi ở các tỷ lệ lá nƣớc khác nhau

45

Bảng 3.1 Các thông số và điều kiện đƣợc khảo sát của quá trình chiết dịch từ lá cỏ hôi STT

Tỷ lệ Lá:nƣớc (g)

o

Thời gian chiết (phút)

Nhiệt độ chiết ( C)

1

1:2

10

Phòng

2

1:4

20

40

3

1:6

30

50

4

1:8

40

60

5

1:10

50

70

6

1:15

60

80

7

1:20

90

90

Nhằm xác định điều kiện phù hợp để chiết dịch từ lá cây cỏ hôi, các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết bao gồm thời gian chiết, nhiệt độ chiết, tỷ lệ lá/nƣớc đã đƣợc khảo sát thông qua việc xác định, phân tích sự thay đổi trong cƣờng độ h p thu UV-Vis tại ƣớc sóng cực đại.

46

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết dịch 6 A (a.u.)

5 10 min

4

20 min

3

30 min

2

40 min 50 min

1

60 min

0

90 min

200

260

320

380

440

500  (nm)

Hình 3.2 Kết quả UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc khi thay đổi thời gian chiết

Độ hấp thu tại max dịch chiết A (a.u.)

6 5

4 3 2 1 0 0

20

40

60

80

100

Thời gian chiết (Phút) Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện ảnh hƣởng của thời gian chiết đến độ h p thu cực đại của dịch chiết thu đƣợc Kết quả UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc sau các thời gian chiết khác nhau với tỷ lệ lá:nƣớc cố định 1:4, nhiệt độ cố định 70 oC đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 3.2. Kết quả cho th y ở các thời gian chiết khác nhau, hình dáng phổ h p thu UV-Vis của dịch chiết không đổi, ngh a là vị trí mũi h p thu cực đại không đổi và chỉ thay đổi trong cƣờng độ mũi h p thu. Điều này đƣợc th y rõ hơn khi iểu diễn cƣờng độ h p

47

thu của mũi h p thu cực đại theo yếu tố khảo sát thời gian chiết nhƣ hình 3.3, ta th y khi thời gian chiết t ng từ 10 đến 50 phút, cƣờng độ h p thu t ng tƣơng ứng với lƣợng ch t chiết đƣợc trong dịch chiết t ng lên, khi thời gian chiết tiếp tục t ng, cƣờng độ h p thu hầu nhƣ không đổi. Điều này chứng tỏ, với thời gian chiết là 50 phút, lƣợng dịch chiết thu đƣợc trong điều kiện tỷ lệ lá/nƣớc 1:4 và nhiệt độ chiết 70 oC đã đạt bão hòa. Tuy nhiên, không phải hợp ch t khử nào cũng mang màu, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng thời gian chiết đến lƣợng ch t khử tổng thu đƣợc trong dịch chiết thông qua khảo sát khả n ng tạo nano đồng.

Cụ thể, phản ứng tổng hợp nano đồng đƣợc tiến hành sử dụng ch t khử là dịch chiết thu đƣợc sau các thời gian chiết khác nhau, nồng độ CuSO4 tiền ch t là 0.001M, tỷ lệ dịch chiết:CuSO4 là 1:5. Hỗn hợp phản ứng đƣợc khu y với tốc độ 400 vòng/phút ở nhiệt độ 50 oC trong vòng 12h.

Độ hấp thu tại max nano Cu A (a.u.)

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

20

40

60

80

100

Thời gian chiết (Phút) Hình 3.4 Biểu đồ ảnh hƣởng thời gian chiết dịch đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu

48

Bảng 3.2 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát thời gian chiết

Thời gian chiết (phút)

Nồng độ CuSO4 (M)

10

10

-3

20

10

-3

30

10

-3

40

10

-3

50

10

-3

60

10

-3

90

10

-3

Tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4

Mật

Thời Nhiệt độ o

C

(ml)

gian

Tốc độ

phản

khuấy

ứng

(Vòng/Phút)

(Giờ)

độ quang cực đại Amax

1:5

50

12

400

0.15

1:5

50

12

400

0.272

1:5

50

12

400

0.422

1:5

50

12

400

0.602

1:5

50

12

400

0.842

1:5

50

12

400

0.93

1:5

50

12

400

0.87

Từ kết quả ở hình 3.2 và 3.4 cho th y, thời gian chƣng ninh 50 phút thì đã tạo ra lƣợng ch t khử mang màu là nhiều nh t, nhƣng thực ch t ở thời gian chƣng ninh 60 phút thì lƣợng ch t khử tạo ra nhiều nh t, thích hợp nh t để khử lƣợng ion Cu2+ tạo thành hạt nano đồng. Khi t ng thời gian chiết lên 80 phút, cƣờng độ h p thu giảm, điều này có thể là do quá trình oxy hóa ch t khử trong không khí chiếm ƣu thế khi mà lƣợng ch t khử tạo thành đã ão hòa. Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian chiết lá cỏ hôi thích hợp là 60 phút cho các khảo sát tiếp theo.

49

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết 4.5

A (a.u.)

4

3.5

30oC

3

40oC

2.5

50oC

2

60oC

1.5

70oC

1

80oC

0.5

90oC

0 200

260

320

380

440

500

 (nm)

Hình 3.5 Kết quả UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc khi thay đổi nhiệt độ chiết

Độ hấp thu tại max dịch chiết A (a.u.)

5 4 3 2 1

0 20

40

60

80

100

Nhiệt độ chiết (oC) Hình 3.6 Biểu đồ ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến độ h p thu cực đại của dịch chiết ở các nhiệt độ khác nhau Kết quả UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc sau các nhiệt độ chiết khác nhau với tỷ lệ lá:nƣớc cố định 1:4, thời gian 60 phút đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 3.5. Rõ ràng, trong các điều kiện nhiệt độ chiết khác nhau dịch chiết lá cây cỏ hôi thu đƣợc trong dung môi nƣớc h p thu ánh sáng tại ƣớc sóng khoảng λ= 320 nm. Khi biểu diễn cƣờng độ h p thu của mũi h p thu này theo yếu tố khảo sát nhiệt độ chiết nhƣ hình 3.6, ta th y cƣờng độ h p thu của mũi h p thu cực đại t ng khi nhiệt độ chiết t ng từ

50

nhiệt độ phòng đến 70 oC. Điều này dễ hiểu khi t ng nhiệt độ, độ hòa tan của ch t trong dung môi sẽ t ng lên, tƣơng ứng với lƣợng ch t chiết đƣợc trong dịch chiết cũng t ng lên. Tuy nhiên, khi tiếp tục t ng nhiệt độ chiết, cƣờng độ h p thu giảm dần có thể là do ở nhiệt độ cao, thành phần ch t khử trong dịch chiết kém bền và có khả n ng ị phân hủy. Nhƣ vậy, với nhiệt độ chiết 70 oC, lƣợng dịch chiết thu đƣợc trong điều kiện tỷ lệ lá/nƣớc 1:4 và thời gian 60 phút đã đạt ão hòa. Tƣơng tự, để xác minh ảnh hƣởng của hàm lƣợng ch t khử không mang màu trong dịch chiết chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ chiết đến khả n ng tạo nano đồng.

Độ hấp thu tại max nano Cu

A (a.u.)

1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0

20

40

60

80

100

Nhiệt độ chiết (oC) Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hƣởng nhiệt độ chiết dịch đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu

51

Bảng 3.3 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát nhiệt độ chiết

Nhiệt độ chiết o

C

Nồng độ CuSO4 (M)

27

10

-3

40

10

-3

50

10

-3

60

10

-3

70

10

-3

80

10

-3

90

10

-3

Thời

Tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4

Nhiệt độ o

C

(ml)

gian

Tốc độ

phản

khuấy

ứng

(Vòng/Phút)

(Giờ)

Mật độ quang cực đại Amax

1:5

50

12

400

0.226

1:5

50

12

400

0.406

1:5

50

12

400

0.476

1:5

50

12

400

0.656

1:5

50

12

400

0.916

1:5

50

12

400

1.166

1:5

50

12

400

0.996

Kết quả thu đƣợc từ việc phân tích cƣờng độ h p thu tại ƣớc sóng h p thu cực đại của dung dịch hạt nano đồng tổng hợp đƣợc biểu diễn nhƣ hình 3.7 cho th y, ở nhiệt độ 80 oC là nhiệt độ chiết mà ch t khử tạo ra nhiều nh t thích hợp để khử lƣợng ion Cu2+ tạo thành hạt nano đồng. Nếu tiếp tục t ng nhiệt độ chiết lên thì mật độ quang của dung dịch nano đồng giảm. Nhƣ đã đƣợc giải thích ở trên là ở nhiệt độ chƣng ninh cao thì một số hợp ch t khử mang màu có thể bị phân hủy làm mật độ quang giảm. Vì vậy, chúng tôi chọn nhiệt độ chiết lá cỏ hôi thích hợp là 80 oC để tiến hành khảo sát các quá trình tiếp theo.

52

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lá/nước A (a.u.)

4.5 4 3.5

1:20

3

1:15

2.5

1:10

2

1:8

1.5 1

1:6

0.5

1:4 1:2

0 200

260

320

380

440

500

 (nm) Hình 3.8 Kết quả UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc khi thay đổi tỷ lệ lá/nƣớc

Độ hấp thu tại max dịch chiết A (a.u.)

5 4 3 2

1 0 1/20

1/15

1/10

1/8

1/6

1/4

1/2

Tỷ lệ Lá:Nƣớc (g) Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hƣởng của tỷ lệ lá/nƣớc đến nồng độ ch t khử trong dịch chiết Kết quả UV-Vis của dịch chiết thu đƣợc sau các tỷ lệ chiết khác nhau với nhiệt độ chiết là 80 oC, thời gian chiết 60 phút đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 3.8. Khi iểu diễn cƣờng độ h p thu của mũi h p thu này theo yếu tố khảo sát tỷ lệ chiết nhƣ hình 3.9, ta th y rõ ràng khi tỷ lệ chiết Lá: Nƣớc t ng từ 1/20 đến 1/2, cƣờng độ h p thu cực đại t ng tƣơng ứng với lƣợng ch t chiết đƣợc trong dịch chiết t ng. Điều này dễ hiểu khi mà lƣợng lá t ng và độ hòa tan của ch t chiết đƣợc trong dịch chiết chƣa

53

ão hòa thì hàm lƣợng dịch chiết thu đƣợc cũng phải t ng. Điều này đƣợc khẳng định thêm thông qua kết quả đo UV-Vis của dung dịch phản ứng thu đƣợc khi cho CuSO4 tác dụng với dịch chiết từ các tỷ lệ chiết khác nhau. Trong đó, cƣờng độ h p thu của mũi h p thu cực đại t ng khi sử dụng dịch chiết thu đƣợc từ tỷ lệ chiết t ng dần (hình 3.10). Ngoài ra, khi tỷ lệ lá/nƣớc đạt 1/2, lƣợng dịch chiết t ng không đáng kể (hình 3.9), chứng tỏ, với tỷ lệ chiết là 1/2, lƣợng dịch chiết thu đƣợc trong điều kiện nhiệt độ 80 oC và thời gian 60 phút đã gần đạt bão hòa.

A (a.u.)

Độ hấp thu tại max nano Cu 1.2 1 0.8 0.6

0.4 0.2 0 1/20

1/15

1/10

1/8

1/6

1/4

1/2

Tỷ lệ Lá:Nƣớc (g) Hình 3.10 Biểu đồ Uv-Vis ảnh hƣởng của tỷ lệ lá/nƣớc đến quá trình tạo nano

54

Bảng 3.4 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát tỷ lệ lá/nƣớc

Tỷ lệ Lá:nƣớc (g)

Nhiệt

Nồng

Tỷ lệ

độ

độ

Dịch

Nhiệt

chiết

CuSO4

chiết:CuSO4

độ C

(M)

(ml)

o

C

1:2

70

10

-3

1:4

40

10

-3

1:6

50

10

-3

1:8

60

10

-3

1:10

70

10

-3

1:15

80

10

-3

1:20

90

10

-3

Mật

Thời

o

gian

Tốc độ

phản

khuấy

ứng

(Vòng/Phút)

(Giờ)

độ quang cực đại Amax

1:5

50

12

400

1.086

1:5

50

12

400

0.926

1:5

50

12

400

0.836

1:5

50

12

400

0.596

1:5

50

12

400

0.416

1:5

50

12

400

0.326

1:5

50

12

400

0.146

Nhƣng nếu tiếp tục t ng tỷ lệ chiết lên thì lƣợng lá quá nhiều và không thể phân bố trong nƣớc, dẫn đến hiệu su t chiết dịch sẽ giảm. Vì vậy, chúng tôi chọn tỷ lệ chiết lá cỏ hôi thích hợp là 20g lá/40 ml nƣớc để tiến hành khảo sát các quá trình tiếp theo.

55

Các thông số và điều kiện tốt nh t của quá trình chiết dịch lá cỏ hôi đƣợc trình bày ở bảng 3.5.

Bảng 3.5 Thông số và điều kiện tốt nh t của quá trình chiết dịch lá cỏ hôi Thông số và điều kiện tốt nhất

Stt

Giá trị

1

Thời gian chiết

60 phút

2

Nhiệt độ chiết

80 oC

3

Tỷ lệ rắn (lá)/lỏng (nƣớc)

20g lá/40ml nƣớc

4000

3500

3000

2500

2000

523.12

1637.54

3412.65

20

Transmittance [%] 40 60

80

100

3.1.4 Phân tích đánh giá sản phẩm dịch chiết

1500

1000

500

Wavenumber cm-1

D:\IR\2\DICH CHIET.0

03/08/2018

Page 1/1

Hình 3.11 Kết quả FT – IR của dịch chiết lá cỏ hôi Dịch chiết thu đƣợc từ quá trình chiết đƣợc phân tích sơ ộ thành phần nhằm khẳng định khả n ng khử của dịch chiết. Kết quả FT – IR của dịch chiết lá cỏ hôi đƣợc thể hiện trên hình 3.11 cho th y có sự dao động mạnh tại 3412.65 cm-1, đây là những dao động đặc trƣng cho liên kết –OH. Ngoài ra còn có sự hiện diện của peak tại

56

ƣớc sóng 1637.54 cm-1 đặc trƣng cho nhóm C=O. Điều này thể hiện dịch chiết có chứa các phân tử có khả n ng cho điện tử (do có đôi điện tử tự do chƣa ghép đôi), tức là có thể làm ch t khử [27].

Bảng 3.6 Thành phần dịch lá cỏ hôi trong dung môi nƣớc từ phân tích LC-MS Peak

TR (phút)

M

Tên

1

2.496

162.0744

Aminorex

2

2.499

214.0687

Etanidazole

3

2.5

244.0792

Metiamide

4

2.507

141.9941

2,2-Dichlorethylether

5

2.517

175.9542

Chlorobutanol

6

5.502

354.0946

Flumioxazin

7

6.686

354.0881

Flumioxazin

8

7.196

383.2174

JWH-213

9

11.529

429.1637

Florifenin

10

12.238

346.1752

Allethrin II

11

12.747

330.1104

Halofenozide

12

13.938

330.1804

DCHP / Dicyclohexyl phthalate

13

15.039

344.126

Maltitol

14

16.887

584.4135

Capsanthin

15

17.379

299.3269

Bis(aminopropyl)laurylamine

16

17.859

598.4296

Flavoxanthin

57

Mẫu dịch chiết đƣợc phân tích LC-MS để định danh một số nhóm có trong mẫu.

Qua kết quả phân tích (hình 3.12), dựa vào các Peak ta th y đƣợc dịch chiết cỏ hôi có chứa một số ch t thuộc họ Carotenoids, Polyols. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu đã công ố trƣớc đây [27] và cũng tƣơng đồng với kết quả FT-IR.

Hình 3.12 Kết quả phân tích LC-MS của dịch chiết cỏ hôi 3.2 Kết quả tổng hợp nano đồng từ dịch chiết lá cỏ hôi và tiền chất CuSO4 Bảng 3.7 Các thông số và điều kiện đƣợc khảo sát Thông số khảo sát

Giá trị

Nồng độ CuSO4 (M)

0.5.10-3 – 10-2

Tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4 (ml:ml)

2:1 – 1:50

Nhiệt độ (oC)

27 – 90

Thời gian phản ứng

10 phút – 24 giờ

58

Quy trình tổng hợp nano đồng từ dịch chiết cỏ hôi và CuSO4 đƣợc thể hiện ở hình 2.3. Các thông số quy trình đƣợc khảo sát đƣợc trình bày ở bảng 3.7. Trong nội dung nghiên cứu này chúng tôi cũng sử dụng phƣơng pháp luân phiên từng biến để tìm ra điều kiện tốt nh t.

3.2.1 Khảo sát nồng độ dung dịch CuSO4 0.35

A (a.u.)

0.3 0.25 0.5×10-3 1×10-3

0.2

2.5×10-3 0.15

5×10-3 10-2

0.1

10-1

0.05 0 400

460

520

580

640

700

760

 (nm)

Hình 3.13 Sự ảnh hƣởng nồng độ dung dịch CuSO4 đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng

59

Độ hấp thu tại max dịch chiết

A (a.u.)

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110

Nồng độ CuSO4 (mM) Hình 3.14 Biểu đồ ảnh hƣởng nồng độ CuSO4 đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu Kết quả UV-Vis của dung dịch sau phản ứng cho th y đỉnh h p thụ đặc trƣng của hạt nano đồng ở ƣớc sóng khoảng 560 nm. Khi t ng nồng độ tiền ch t CuSO4 từ 0.5 mM đến 100 mM thì giá trị mật độ quang đo đƣợc cũng t ng dần ngh a là tốc độ phản ứng xảy ra nhanh hơn và hạt nano đồng đƣợc tạo thành nhiều hơn, và đạt giá trị lớn nh t với nồng độ 100 mM. Tuy nhiên trong quá trình bảo quản dung dịch chứa hạt nano đồng, chúng tôi th y xu t hiện sự kết tủa đồng ở các mẫu có nồng độ 10 mM và 100mM. Ngh a là hạt nano đồng đƣợc tạo thành khi nồng độ dung dịch CuSO4 10 mM và 100 mM không bền trong điều kiện khảo sát, dễ bị keo tụ. Nhƣ vậy, chúng tôi chọn giá trị nồng độ dung dịch CuSO4 thích hợp C = 5 mM, với mật độ quang (Amax = 0.073, đây là mật độ quang dung dịch sau phản ứng đƣợc pha loãng 100 lần) và dung dịch keo nano đồng tổng hợp đƣợc bền, không bị keo tụ, nên nồng độ dung dịch CuSO4 đƣợc chọn để khảo sát các điều kiện tiếp theo là 5 mM.

60

3.2.2 Khảo sát tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) A (a.u.)

0.4 0.35 0.3

2:1

0.25

1:2

0.2

1:5

0.15

1:10

0.1

1:20

0.05

1:50

0 400

460

520

580

640

700

760  (nm)

Hình 3.15 Sự ảnh hƣởng của tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng

Độ hấp thu tại max nano Cu A (a.u.)

0.2 0.16 0.12 0.08

0.04 0 1/50

1/20

1/10

1/5

1/2

2/1

Tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4 (ml) Hình 3.16 Biểu đồ ảnh hƣởng tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4 (ml) đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu

61

Từ kết quả ở hình 3.15, 3.16 cho th y khi tỷ lệ thể tích dung dịch tiền ch t CuSO4 t ng dần thì giá trị mật độ quang đo đƣợc cũng t ng dần và đạt giá trị cao nh t khi tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) là 1/10 với mật độ quang (Amax = 0.123, đây là mật độ quang dung dịch sau phản ứng đƣợc pha loãng 100 lần), ngh a là lƣợng nano đồng tổng hợp đƣợc cũng là tốt nh t. Nếu tiếp tục t ng thể tích dịch chiết thì giá trị mật độ quang giảm, nguyên nhân có thể là do nồng độ ch t khử trong dịch chiết chỉ đủ để khử một lƣợng dung dịch CuSO4 nh t định và lƣợng CuSO4 dƣ quá nhiều sẽ làm t ng tốc độ tạo nano đồng, do đó dẫn đến sự t ng kích thƣớc hạt, t ng độ tụ hạt nano đồng và làm giảm mật độ quang. Nhƣ vậy, chúng tôi chọn giá trị tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) là 1/10 để khảo sát các điều kiện tiếp theo.

3.2.3 Khảo sát nhiệt độ tổng hợp A (a.u.)

0.4

0.3

Phòng 40 50

0.2

60 70

80

0.1

0

 (nm) 400 460 520 580 640 700 760 Hình 3.17 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ tổng hợp đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng

62

Độ hấp thu tại max nano Cu

A (a.u.)

0.2 0.16 0.12 0.08

0.04 0 20

30

40

50

60

70

80

90

Nhiệt độ phản ứng (oC) Hình 3.18 Biểu đồ ảnh hƣởng nhiệt độ đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu Từ kết quả ở hình 3.17, 3.18 cho th y khi t ng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 80 oC thì giá trị mật độ quang đo đƣợc cũng t ng và đạt giá trị cao nh t tại 70 oC, ngh a là lƣợng nano đồng tổng hợp đƣợc là tốt nh t. Nếu tiếp tục t ng nhiệt độ thì mật độ quang giảm dần. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: ở nhiệt độ cao hơn 70 oC các phân tử chuyển động nhanh, số va chạm hiệu quả t ng nhanh dẫn đến hạt nano đồng tạo thành nhanh, dễ bị keo tụ, hạt tạo thành có kích thƣớc lớn gây giảm mật độ quang. Nhƣ vậy, chúng tôi chọn giá trị nhiệt độ tạo nano đồng là 70 oC, với giá trị mật độ quang cao (Amax = 0,096, đây là mật độ quan dung dịch sau phản ứng đƣợc pha loãng 100 lần) và dung dịch keo nano đồng tổng hợp đƣợc bền, không bị keo tụ.

Tuy nhiên theo hình 3.19 ta có thể th y thực ch t nhiệt độ không ảnh hƣởng quá lớn đến nồng độ của dung dịch keo đồng nano vì vậy để tiết kiệm n ng lƣợng trong quá trình chúng tôi chọn giá trị nhiệt độ tổng hợp là ở nhiệt độ phòng để khảo sát các điều kiện tiếp theo.

63

3.2.4 Khảo sát thời gian phản ứng 0.9 A (a.u.)

0.8 0.7 0.6

10

0.5

30 60

0.4

90

0.3

120

0.2

180 24h

0.1 0 400

460

520

580

640

700

760

 (nm)

Hình 3.19 Sự ảnh hƣởng của thời gian tổng hợp đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng

Độ hấp thu tại max nano Cu

A (a.u.)

0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

50

100

150

200

Thời gian phản ứng (Phút) Hình 3.20 Biểu đồ ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu

64

Từ kết quả ở hình 3.19, 3.20 cho th y khi t ng thời gian phản ứng từ 10 phút đến 24 giờ thì giá trị mật độ quang đo đƣợc cũng t ng và đạt giá trị cao nh t tại 24h, ngh a là lƣợng nano đồng tổng hợp đƣợc là tốt nh t. Ứng với khoảng thời gian phản ứng từ 10 đến 60 phút, cƣờng độ đỉnh h p thụ cực đại của dung dịch t ng dần, tuy nhiên khoảng giá trị t ng không nhiều, chứng tỏ quá trình tạo đồng nano vẫn tiếp tục diễn ra. Khoảng thời gian từ 90 phút đến 120 phút cƣờng độ đỉnh h p thụ cực đại của dung dịch t ng mạnh, và từ 120 phút trở về sau, ƣớc sóng h p thụ của dung dịch khá ổn đinh, cƣờng độ h p thụ có t ng tuy nhiên không đáng kể. Có thể nói rằng, khoảng thời gian phản ứng 120 phút, là khoảng thời gian tốt nh t để có thể tổng hợp mẫu nano đồng. Vì vậy để tiết kiệm thời gian trong quá trình chúng tôi chọn giá trị thời gian tổng hợp là 120 phút với Amax = 0,292 (đây là mật độ quang dung dịch sau phản ứng đƣợc pha loãng 100 lần).

Các thông số và điều kiện tốt nh t để tổng hợp keo nano đồng đƣợc trình bày ở bảng 3.8.

Bảng 3.8 Các thông số và điều kiện tổng hợp keo nano đồng Stt

Thông số và điều kiện

Giá trị/loại

1

Nồng độ CuSO4 (mM)

5

2

Tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4 (ml)

1:10

3

Nhiệt độ oC

Nhiệt độ phòng

4

Thời gian phản ứng

120 phút

65

3.2.5 Phân tích đánh giá sản phẩm keo nano đồng

Hình 3.21 Mẫu keo đồng nano Keo nano đồng sau khi tổng hợp đƣợc giữ ổn định trong vòng 24 giờ, sau đó đƣợc đem phân tích một số chỉ tiêu hóa lý nhƣ: phƣong pháp FT – IR để định danh các nhóm chức của một số ch t có trong mẫu; phƣơng pháp SEM, TEM để xác định hình thái, kích thƣớc của các hạt keo đồng nano; phƣơng pháp XRD để xác định c u trúc tinh thể, độ tinh khiết của dung dịch keo đồng nano và phƣơng pháp EDX xác định thành phần của dung dịch.

66

Hình 3.22 Kết quả FT – IR của keo nano đồng

Hình 3.23 Kết quả FT – IR của đồng sunfat

67

Từ kết quả phân tích FT – IR của keo đồng và đồng sunfat cho th y peak h p thu 1072.7 cm-1 của liên kết S=O ở iểu đồ đồng sunfat đã iến m t ở iểu đồ keo đồng nano. Dao động mạnh tại 531.293 cm-1 trong kết quả phân tích FT – IR của keo đồng cho th y đây là sự hiện diện của đồng dạng nano. [4] [10]

Hình 3.24 Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD Kết quả từ giản đồ nhiễu xạ XRD trên hình 3.24 cho th y 3 đỉnh có cƣờng độ cao nh t hoàn toàn trùng hợp với phổ chuẩn của kim loại đồng tại vị trí các góc 43,22o (d = 2,0837); 50,36o (d = 1,80509); 74,04o (d = 1,2821) tƣơng ứng với các mặt (111), (200) và (220) thuộc mạng Bravais trong c u trúc Fcc của kim loại đồng.

68

Hình 3.25 Ảnh SEM của keo nano đồng (A)

Hình 3.26 Ảnh SEM của keo nano đồng (B) Kết quả chụp ảnh SEM đƣợc thể hiện ở hình 3.25, 3.26, thể hiện bề mặt của mẫu là hình dạng các hạt hình cầu, phân bố kích thƣớc hạt không đều từ 50-100nm.

69

Hình 3.27 Ảnh TEM của keo nano đồng (A)

Hình 3.28 Ảnh TEM của keo nano đồng (B) Kết quả chụp ảnh TEM đƣợc thể hiện ở hình 3.27, 3.28, khẳng định mẫu thu đƣợc sau phản ứng có kích thƣớc nano, các hạt nano có kích thƣớc khoảng 5 - 10 nm, hình dạng hạt gần nhƣ là hình cầu, quan sát cho th y kích thƣớc hạt phân ố khá đều đặn, các hạt tồn tại độc lập, tuy nhiên vẫn có khu vực có mức độ kết tụ.

70

Để xem xét thành phần nguyên tố có trong mẫu sản phẩm, chúng tôi tiến hành chụp phổ EDX. Kết quả hình 3.29 cho th y thành phần nguyên tố có trong mẫu bao gồm: K, O, S và Cu. Tuy nhiên kết quả EDX liệt kê trong bảng chỉ thể hiện cho th y có sự hiện diện của Cu, chứ chƣa khẳng định đƣợc dạng tồn tại.

Hình 3.29 Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp Từ Kết quả chụp EDX đƣợc thể hiện ở hình 3.29, ta có ảng phân tích các nguyên tố dƣới đây Bảng 3.9 Thành phần các nguyên tố có trong dung dịch chứa nano đồng Nguyên tố

Khối lƣợng (%)

Nguyên tử (%)

OK

40,74

67,61

SK

17,14

14,19

KK

2.26

1,54

CuL

39,86

16,66

71

3.3 Kết quả khảo sát quá trình kháng khuẩn của vật liệu nano đồng Kết quả thử nghiệm của dung dịch chứa nano đồng đối với 2 loại vi khuẩn Bacillus subtilis và Staphylococcus aureus đại diện cho dòng gram dƣơng đƣợc thể hiện ở hình 3.30 và 3.31 trong đó: (2) Vùng diệt khuẩn của dịch chiết lá cây Cỏ hôi (3) Vùng diệt khuẩn của dung dịch CuSO 4 (4) Vùng diệt khuẩn của dung dịch chứa nano đồng (7) Đ a petry môi trƣờng nuôi c y để làm đ a so sánh (không nhỏ dung dịch CuSO4 , dịch chiết lá cây Cỏ hôi, dung dịch chứa nano đồng).

Hình 3.30 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Bacillus subtilis

Hình 3.31 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Staphylococcus aureus

72

Kết quả đƣờng kính kháng khuẩn của các dung dịch phơi nhiễm với vi khuẩn đƣợc thể hiện trong ảng sau: Bảng 3.10 Kết quả đƣờng kính kháng khuẩn của nano đồng Chứng (+) Vi sinh vật

Loại

Bacillus

Gentamiycin

subtilis

(16IU/mg)

Staphylococcus Gentamiycin aureus

(16IU/mg)

D2

D2

D2

D1 (mm)

Mẫu 2

Mẫu 3

Mẫu 4

13,2

0

9,5

9,2

14,3

0

10,3

9,7

Từ kết quả trên ta có % ức chế sinh trƣởng của tơ n m đƣợc xác định nhƣ sau: %UC = [(D1-D2)/(D1-D)] x 100 %UC là % ức chế D1: đƣờng kính tơ n m của đ a đối chứng D2: Đƣờng kính trung bình của đ a thực nghiệm D: đƣờng kính mẫu n m l y đƣợc c y vào an đầu (d = 8mm)

Hình 3.32 Phần tr m ức chế vi khuẩn của ion đồng và nano đồng Từ các kết quả thu đƣợc trong quá trình nghiên cứu khả n ng kháng khuẩn của nano đồng cho th y khả n ng diệt khuẩn của dung dịch chứa nano đồng tốt hơn so với dung dịch CuSO4 trong cùng khoảng nồng độ. Cụ thể, với thời gian phơi nhiễm là

73

18 giờ thì CuSO4 chỉ ức chế 71% vi khuẩn Bacillus subtilis và 63,49% vi khuẩn Staphylococcus aureus trong khi dung dịch chứa nano đồng với hàm lƣợng đồng tƣơng đƣơng có thể ức chế lên đến gần 77% vi khuẩn Bacillus subtilis và 73% vi khuẩn Staphylococcus aureus.

Trong thời gian phơi nhiễm tƣơng đƣơng nhƣ nghiên cứu trên thì nghiên cứu “Tổng hợp nano đồng từ dịch chiết lá Capparis Zeylanica” của tác giả K.Saranyaadevi và cộng sự nghiên cứu 2014 cho th y với hàm lƣợng nano đồng tƣơng đƣơng có thể ức chế gần 46% đối với khuẩn E.coli, 60% đối với khuẩn pseudomonas aeruginosa và 80% với khuẩn Staphylococcus aureus. Trong nghiên cứu “Tổng hợp và khảo sát các tính ch t của vật liệu nano kim loại đồng” của tác giả Cao V n Dƣ nghiên cứu n m 2016 với hàm lƣợng nano đồng lớn hơn 5ppm thì có khả n ng ức chế 100% n m Hồng. Nghiên cứu của I. DeAlba-Montero và cộng sự ở Mexico vào n m 2017 “Tổng hợp nano đồng từ dịch chiết đậu nành” với hàm lƣợng nano đồng lớn hơn 20 mM thì có khả n ng ức chế 100% đối với khuẩn Staphylococcus aureus và E.coli.

74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.

Kết luận

Đề tài đã xác định các điều kiện thích hợp để chiết dịch cây cỏ hôi, cụ thể: thời gian chiết: 60 phút, tỷ lệ khối lƣợng mẫu lá cỏ hôi và thể tích nƣớc: 1/2, nhiệt độ chiết: 80 oC. Ngoài ra, việc định tính các nhóm ch t hóa học chính của dịch chiết lá cỏ hôi cũng đƣợc thực hiện thông qua phƣơng pháp LC-MS, cho th y rằng: dịch chiết lá cỏ hôi chứa các nhóm ch t carotenoids, polyols. Đề tài cũng đã tiến hành tổng hợp thành công hạt nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây cỏ hôi làm tác nhân khử đối với tiền ch t CuSO4. Điều kiện tổng hợp thích hợp nh t đƣợc khảo sát gồm: Sử dụng CuSO4 nồng độ 5mM, tỷ lệ thể tích dịch chiết so với thể tích dung dịch CuSO4 1/10, phản ứng trên tiến hành ở nhiệt độ phòng trong vòng 120 phút.

Kết quả đo TEM, EDX, XRD, đã khẳng định đƣợc hạt nano đồng tổng hợp từ dung dịch đồng sunfat ằng tác nhân khử trong dịch chiết nƣớc cây cỏ hôi có dạng hình cầu với kích thƣớc trung bình 5-10nm.

Bên cạnh đó, hạt nano đồng tổng hợp đƣợc ở nồng độ pha loãng 50 lần so với mẫu gốc thể hiện khả n ng kháng khuẩn tốt trên 2 loại vi khuẩn Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus đại diện cho dòng gram dƣơng. Phần tr m ức chế vi khuẩn của dung dịch chứa nano đồng là 76,92% đối với vi khuẩn Bacillus subtilis, 73,01% đối với vi khuẩn Staphylococcus aureus. Điều này cho th y tiềm n ng sử dụng các nguồn thực vật có hoạt tính sinh học để tổng hợp vật liệu nano kim loại sử dụng cho các ứng dụng sinh học, đặc biệt là kháng khuẩn, kháng n m.

2.

Kiến nghị

 Do thời gian có hạn và với kết quả thu đƣợc ở trên, chúng tôi có một số kiến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo nhƣ sau:

75

 Có thể sử dụng các nguồn thực vật khác, điển hình là phế phẩm của nông nghiệp làm ch t khử trong phản ứng tổng hợp vật liệu nano ằng phƣơng pháp khử hóa học.  Đối với việc sử dụng dịch chiết lá cây cỏ hôi làm ch t khử, có thể tiến hành phản ứng tổng hợp sử dụng tiền ch t Cu khác nhằm thu đƣợc hạt nano với các đặc tính khác nhau.  Có thể tiến hành khảo sát đặc tính kháng khuẩn cho nhiều chủng vi sinh vật khác.

76

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]

Cao V n Dƣ. “Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các tính ch t của vật liệu nano kim loại đồng,” Luận án Tiến s , Học viện Khoa học và Công nghệ, 2016.

[2]

Nguyễn Xuân Chƣơng. “Nghiên cứu chế tạo nano đồng trong môi trƣờng nƣớc với hệ ch t ảo vệ CTAB và PVP,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015.

[3]

Nguyễn Thị Dung. “Nghiên cứu tổng hợp nano đồng từ dung dịch Cu2+ ằng dịch chiết nƣớc lá àng và ứng dụng làm ch t kháng khuẩn,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Đà Nẵng, 2014.

[4]

K. Saranyaadevi et al. “Synthesis and Characterization of Copper Nanoparticle using Capparis Zeylanicaleaf Extract,” International Journal of ChemTech Research. Vol.9, pp.498-507, 2014.

[5] Guozhong Cao, Nanostructures & Nanomaterials: Synthesis, Properties & Applications. England, Imperial College Press, 2004.

[6]

Guozhong Cao and Ying Wang, Nanostructures & nanomaterials: Synthesis, properties & applications. England, Imperial College Press, 2007.

[7]

Trần Thị Thu Hƣơng. “Nghiên cứu chế tạo và sử dụng vật liệu nano ạc, đồng sắt để xử lý vi khuẩn lam độc trong thủy vực nƣớc ngọt,” Luận án Tiến s , Học viện Khoa học và Công nghệ, 2018.

[8]

Dƣơng Minh Mẫn. “Điều chế và khảo sát khả n ng kháng n m của nano đồng trên n m Fusarium oxysprorum và phytophthora capsici,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2015.

[9]

Trần Thị Thu Thủy. “Tổng hợp nano đồng,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2013.

77

[10]

Asim Umer et al. “A green method for the synthesis of Copper Nanoparticles using L-ascor ic acid,” Matéria (Rio de Janeiro). Vol.13, pp.888-907, 2014.

[11]

Wen-dong Yang et al. “Copper inks formed using short carbon chain organic Cuprecursors,” Royal Society of Chemistry. Vol.04, pp.402-407, 2014.

[12]

Thi My Dung Dang and Thi Thu Tuyet Le, “Synthesis and optical properties of Copper nanoparticles prepared by a chemical reduction method,” Vietnam National University in Ho Chi Minh City Article. Vol 12A, pp 24-29, 2011.

[13]

Anna Zielińska-Jurek, Joanna Reszczyńska, Ewelina Gra owska and Adriana Zaleska, Nanoparticles Preparation Using Microemulsion Systems. Poland, Gdansk University of Technology Poland Press, 2012.

[14]

S.Devasenan et al.

“Synthesis and characterization of Copper

Nanoparticles using Leaf Extract of Andrographis Paniculata and their Antimicrobial Activities,” International Journal of ChemTech Research.

Vol.9, pp.725-730, 2016.

[15]

Lê Minh Tƣờng. “Khảo sát khả n ng đối kháng của các chủng xạ khuẩn đối với n m pyricularia oryzae gây ệnh đạo ôn hại lúa,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Cần Thơ, 2014.

[16]

Phạm Minh Đức và cộng sự. “Tổng quan ệnh n m ở động vật thủy sản,” Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. Tập 16B, trang 88-97, 2010.

[17]

Nguyễn Lâm Dũng. Giáo trình vi sinh vật học. Nhà xu t ản Giáo dục, 2009.

[18]

Nguyễn Thị Thùy Trang. “Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học của lá cây cỏ lào Bình Định,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Đà Nẵng, 2012.

78

[19]

La Vũ Thùy Linh. “Cuộc cách mạng trong khoa học kỹ thuật thế kỷ 21,” Tạp chí khoa học và ứng dụng. Tập 4A, Trang 49, 2010.

[20]

Viện dƣợc liệu, Bộ y tế. Kỹ thuật chiết xuất dược liệu. Nhà xu t ản Khoa học Kỹ thuật, 2008.

[21]

Nguyễn Hiếu và Trần Đức Thuận. “Nghiên cứu thành phần hóa học, tác dụng sinh học của cây cứt lợn (Chromolaena odorata),” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Duy Tân, 2018.

[22]

Ngô Quốc Luân và cộng sự. “Một Số Kết Quả Nghiên Cứu Thành Phần Hóa Học Của Tinh Dầu Và Flavonoid Trong Cây Cỏ Lào,” Luận v n thạc s , Trƣờng Đại học Cần Thơ, 2006.

[23]

Nguyễn Đình Triệu. Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học.

Nhà xu t ản Đại học Quốc gia Hà Nội, 1999.

[24]

Nguyễn Hữu Đỉnh và Trần Thị Đà. Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử. Nhà xu t ản Giáo Dục, 1999.

[25]

Phạm Luận. Phương pháp phân tích sắc ký và chiết tách. Nhà xu t ản Bách khoa Hà Nội, 2014.

[26]

P. N. Parasad, Nanophotonics. Chicago, University of Illinois Press, 2004.

[27]

Anita Paulina Tambunan et al. “Influence of Extraction Parameters on the Yield, Phytochemical, TLC-Densitometric Quantification of Quercetin, and LC-MS Profile, and how to Standardize Different Batches for Long Term from Ageratum Conyoides L. Leaves,” Original Article. Vol. 6, pp.767-774, 2017.

[28]

Nguyễn Đình Đức. “Vật liệu composite tiềm n ng và ứng dụng,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tập 10A, trang 22-25, 2016.

[29]

Nguyễn Đình Triệu. Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học.

Nhà xu t ản Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006.

79

[30]

Nguyễn Đình Triệu. Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý. Nhà xu t ản Khoa học và Kỹ thuật, 2001.

[31]

Cao V n Dƣ và cộng sự. “Tổng hợp và khảo sát tính ch t của nano đồng trong glycerin sử dụng phƣơng pháp khử hydrazin hydrat có sự hỗ trợ của nhiệt vi sóng,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52 (1C). Tập 3, trang 7584, 2014.

[32]

Cao V n Dƣ và cộng sự. “Tổng hợp và khảo sát tính ch t của dung dịch keo nano đồng trong môi trƣờng nƣớc,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52 (4D). Tập 5, trang 195-204, 2014.

80

PHỤ LỤC

Phụ lục 1.1 Sản phẩm keo Nano

Phụ lục 1.2 Kết quả TEM keo Nano

81

Phụ lục 1.3 Kết quả TEM keo Nano

Phụ lục 1.4 Kết quả SEM keo Nano

82

Thời gian chiết

Tỷ lệ

(phút)

Lá:nƣớc (g)

10

o

Nhiệt độ chiết C

Amax

1:4

70

3.532

20

1:4

70

4.192

30

1:4

70

4.997

40

1:4

70

5.127

50

1:4

70

5.219

60

1:4

70

5.175

90

1:4

70

5.179

Phụ lục 1.5 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát thời gian chiết Thời gian chiết

Tỷ lệ

(phút)

Lá:nƣớc (g)

60

o

Nhiệt độ chiết C

Amax

1:4

Phòng

3.097

60

1:4

40

3.321

60

1:4

50

3.571

60

1:4

60

3.881

60

1:4

70

4.191

60

1:4

80

3.741

60

1:4

90

3.591

Phụ lục 1.6 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát nhiệt độ chiết

83

Thời gian chiết

Tỷ lệ

(phút)

Lá:nƣớc (g)

30

o

Nhiệt độ chiết C

Amax

1:2

70

4.156

30

1:4

70

4.046

30

1:6

70

3.516

30

1:8

70

3.246

30

1:10

70

3.076

30

1:15

70

2.826

30

1:20

70

2.396

Phụ lục 1.7 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát tỷ lệ lá/nƣớc

A (a.u.)

1.8 1.6 1.4 1.2

10

1

20 30

0.8

40

0.6

50

0.4

60

0.2

90

0 400 460 520 580 640 700 760

 (nm)

Phụ lục 1.8 Biểu đồ Uv-Vis ảnh hƣởng của thời gian chiết dịch đến quá trình tạo nano

84

A (a.u.)

2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Phòng 40 50 60 70 80 90

400

460

520

580

640

700

760

 (nm)

Phụ lục 1.9 Biểu đồ Uv-Vis ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết dịch đến quá trình tạo nano 1.8 A (a.u.)

1.6 1.4

1:20

1.2

1:15

1

1:10 1:8

0.8

1:6

0.6

1:4

0.4

1:2

0.2 0 400

460

520

580

640

700

760

 (nm)

Phụ lục 1.10 Biểu đồ Uv-Vis ảnh hƣởng của tỷ lệ lá/nƣớc đến quá trình tạo nano

85

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Nguyễn Thị Sáu

Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, n m sinh: 01/01/1982

Nơi sinh: Quảng Nam

Email: nguyenthisau05@gmail.com

Điện thoại: 01693751153

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 2001 – 2005: Học tại Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh 2015 – 2017: Học cao học tại Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN:

Thời gian

Công việc đảm nhiệm

Nơi công tác Công ty Trách nhiệm hữu hạn Map

2005 - 2008

Nhân viên thử nghiệm

Pacific Việt Nam

2008 - 2012

Trƣờng Thiếu sinh quân, Huyện Củ chi

Giáo viên

2012 - nay

Trƣờng THPT Phạm V n Sáng

Giáo viên

Tp. HCM, Tháng Năm 2019 Ngƣời khai

Nguyễn Thị Sáu

86