Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake cho các ứng dụng sinh học

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

NGUYỄN THỊ THƯY

TỔNG HỢP NANO ĐỒNG SỬ DỤNG DỊCH
CHIẾT LÁ CÂY SAKE CHO CÁC ỨNG DỤNG
SINH HỌC

Chuyên ngành
: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã chuyên ngành : 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017


Cơng trình đƣợc hồn thành tại Trƣờng Đại học Cơng 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 sĩ đƣợc ảo vệ tại Hội đồng ch m ảo vệ Luận v n thạc sĩ Trƣờng
Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . n m . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc sĩ 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


BỘ CƠNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG 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 Thúy

MSHV: 15001551

Ngày, tháng, n m sinh:08/03/1989

Nơi sinh: Hà Nội

Chuyên ngành:Kỹ thuật hóa học

Mã chuyên ngành:60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake cho các ứng dụng sinh học
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake
Phân tích các tính ch t hóa lý của nano đồng: UV – VIS, SEM, TEM, EDX, XRD
Sử dụng nano đồng tổng hợp đƣợc ứng dụng làm ch t kháng khuẩn
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/12/2016
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/12/2017
IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Thị Thanh Ngọc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2017
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


LỜI CÁM ƠN
Trƣớc hết tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Trƣờng Đại học Công nghiệp
TP.HCM đã truyền đạt những kiến thức quý áu trong thời gian tôi học tập và

nghiên cứu tại trƣờng.
Bên cạnh đó tơi xin cảm ơn các thầy cơ Khoa Cơng nghệ Hóa học và Trung tâm
Cơng nghệ Hóa học đã tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp tơi hồn thành tốt luận v n này.
Đặc iệt, tơi xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Thanh Ngọc ngƣời đã tận tình giúp
đỡ, hƣớng dẫn và đóng góp ý kiến cho tơi trong suốt q trình nghiên cứu để tơi
hồn thành luận v n này. Xin kính chúc Cô thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự
nghiệp trồng ngƣời của mình và gặt hái nhiều thành cơng trong công việc cũng nhƣ
trong cuộc sống.
Cuối cùng cho phép tôi đƣợc gửi lời cám ơn gia đình, ạn è đã luôn ên cạnh động
viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật ch t và tinh thần trong suốt thời gian qua.
Mặt dù đã cố gắng để hoàn thành báo cáo bằng sự cố gắng và khả n ng của mình
nhƣng khó tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận đƣợc nhiều đóng góp từ q
thầy cơ để bài báo cáo có thể hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM, ngày 15 tháng 12 n m 2017
Học viên

Nguyễn Thị Thúy

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong nghiên cứu này chúng tôi tạo nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake làm
ch t khử và đánh giá khả n ng sử dụng hạt nano cho các ứng dụng sinh học. Các
đặc tính hóa lý của hạt nano đồng đƣợc xác định thơng qua các phƣơng pháp phân
tích hóa lý khác nhau nhƣ UV-VIS, SEM, TEM, EDX, XRD. Ảnh hƣởng của các
thong số nhƣ: thời gian chiết, tỷ lệ rắn/lỏng, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng,
pH, thể tích dịch chiết và nồng độ dung dịch CuSO4 đến quá trình tổng hợp hạt nano

cũng đƣợc khảo sát.

ii


ABSTRACT

In this study, copper nanoparticles were synthesized using sake leaf extract as a
reducing agent and the capability of using these nanoparticles for biological
applications was investigated. Physicochemical properties of obtained copper
nanoparticles were assessed through various physical and chemical analyses such as
UV-VIS, SEM, TEM, EDX, XRD. The effect of the following parameters
including: extraction time, solid / liquid ratio, reaction temperature, reaction time,
pH, extract Volume and concentration of CuSO4 solution to the formation of copper
nanoparticles was also examined.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của ản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận v n là trung thực, không sao chép từ
nguồn nào và dƣới

t kỳ một

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 quy định.
Tp.HCM, ngày 12 tháng 12 n m 2017

Học viên

Nguyễn Thị Thúy

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Đặt v n đề ........................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................... 3
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................................................. 4
CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ............................ 5

1.1

Giới thiệu về khoa học nano ....................................................................... 5

1.2

Các hiệu ứng gây ra ởi hạt nano................................................................ 5

1.2.1

Hiệu ứng ề mặt ...................................................................................... 5

1.2.2

Hiệu ứng kích thƣớc ................................................................................ 6

1.3

Tính ch t hạt nano ...................................................................................... 9

1.3.1

Tính ch t quang học ................................................................................ 9

1.3.2

Tính ch t điện ......................................................................................... 9

1.3.3

Tính ch t từ ........................................................................................... 10

1.3.4

Tính ch t nhiệt ...................................................................................... 10

1.4
1.4.1

Ứng dụng của vật liệu nano ...................................................................... 10
Y học .................................................................................................... 11

v


1.4.2

Điện tử .................................................................................................. 12

1.4.3

May mặc ............................................................................................... 12

1.4.4

Nông nghiệp.......................................................................................... 13

1.5

Các phƣơng pháp tổng hợp hạt nano kim loại ........................................... 14

1.5.1

Phƣơng pháp n mịn laser .................................................................... 14

1.5.2

Phƣơng pháp khử hóa học ..................................................................... 14

1.5.3

Phƣơng pháp khử vật lí ......................................................................... 15

1.5.4

Phƣơng pháp khử hóa lí ........................................................................ 15

1.5.5

Phƣơng pháp khử sinh học .................................................................... 15

1.6

Tổng quan về tổng hợp nano đồng ............................................................ 16

1.7

Đặc tính sinh học của nano đồng .............................................................. 18

1.8

Đặc điểm sinh học của vi khuẩn Bacillus su tilis ..................................... 19

1.9

Đặc điểm sinh học của vi khuẩn Staphylococcus aureus ........................... 20

1.10

Tổng quan về lá sake ................................................................................ 22

1.10.1

Phân ố sinh học và sinh thái ................................................................ 22

1.10.2

Thành phần hóa học .............................................................................. 23

1.10.3

Cơng dụng của lá sake ........................................................................... 25

1.11

Các phƣơng pháp chiết dịch từ thực vật .................................................... 25

1.11.1

Phƣơng pháp chiết xu t gián đoạn ......................................................... 25

1.11.2

Phƣơng pháp ng m kiệt ......................................................................... 25

1.11.3

Phƣơng pháp chiết xu t án liên tục ...................................................... 26

1.11.4

Phƣơng pháp chiết xu t liên tục ............................................................ 26

CHƢƠNG 2
2.1
2.1.1

THỰC NGHIỆM ......................................................................... 27

Nguyên liệu, hóa ch t, thiết ị, dụng cụ .................................................... 27
Nguyên liệu ........................................................................................... 27

vi


2.1.2

Hóa ch t ................................................................................................ 27

2.1.3

Thiết ị, dụng cụ ................................................................................... 27

2.2

Quy trình chiết dịch lá sake ....................................................................... 28

2.3

Khảo sát thơng số ảnh hƣởng đến quá trình chiết lá sake .......................... 28

2.3.1

Khảo sát thời gian chiết ......................................................................... 28

2.3.2

Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng .......................................................................... 29

2.4

Quy trình thực nghiệm tổng hợp hạt nano đồng .......................................... 29

2.5

Khảo sát các thông số ảnh hƣởng đến quá trình tạo hạt nano đồng............ 30

2.5.1

Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ CuSO4 ..................................................... 30

2.5.2

Khảo sát ảnh hƣởng thể tích dịch chiết từ lá sake .................................. 30

2.5.3

Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng ................................................ 30

2.5.4

Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng.................................................. 30

2.5.5

Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng phản ứng ....................................... 30

2.6

Khảo sát hoạt tính sinh học của hạt nano đồng ......................................... 31

2.7

Các phƣơng pháp phân tích vật liệu nano đồng ......................................... 33

CHƢƠNG 3
3.1.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................... 35

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình chiết lá sake ................ 35

3.1.1

Khảo sát thời gian chiết ......................................................................... 36

3.1.2

Khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng .......................................................................... 37

3.2

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tổng hợp nano đồng . 39

3.2.1

Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ dung dịch CuSO4 ..................................... 39

3.2.2

Khảo sát ảnh hƣởng thể tích dịch chiết lá sake ...................................... 41

3.2.3

Khảo sát thời gian phản ứng .................................................................. 42

3.2.4

Khảo sát nhiệt độ phản ứng ................................................................... 43

3.2.5

Khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng phản ứng ....................................... 45

vii


3.3

Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano đồng ............................................ 47

3.4

Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học của nano đồng ................................... 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 53
1.

Kết luận ....................................................................................................... 53

2.

Kiến nghị ..................................................................................................... 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 55
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 61
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ....................................................... 72

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Những chú ro ot nano ............................................................................. 12
Hình 1.2 Bít t t than tre nano ạc .......................................................................... 13
Hình 1.3 Mơ phỏng q trình tạo hạt nano ............................................................. 16
Hình 1.4 Tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis quan sát dƣới kính hiển vi ................... 20
Hình 1.5 Tế ào vi khuẩn Staphylococcus aureus dƣới kính hiển vi....................... 21
Hình 1.6 Lá cây sake ............................................................................................. 23

Hình 1.7 C u tạo một số các hợp ch t tannin ......................................................... 24
Hình 1.8 C u tạo một số hợp ch t saponin ............................................................. 24
Hình 1.9 C u tạo một số hợp ch t flavonnoids ....................................................... 24
Hình 2.1 Quy trình chiết dịch lá sake ..................................................................... 28
Hình 2.2 Quy trình tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake ................. 29
Hình 2.3 Quy trình khảo sát hoạt tính sinh học của nano đồng ............................... 31
Hình 2.4 Sơ đồ vị trí mẫu thí nghiệm ..................................................................... 32
Hình 2.5 Ảnh mẫu ................................................................................................. 33
Hình 3.1 Phổ UV-Vis của dung dịch sau phản ứng với thời gian chiết khác nhau .. 37
Hình 3.2 Phổ UV-Vis của dung dịch sau phản ứng với tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau .... 38
Hình 3.3 Phổ UV-Vis của dung dịch sau chiết với nồng độ dung dịch CuSO4 khác
nhau ...................................................................................................................... 40
Hình 3.4 Phổ UV-Vis của dung dịch sau phản ứng với thể tích dịch chiết khác nhau
.............................................................................................................................. 41
Hình 3.5 Phổ UV-Vis của dung dịch sau phản ứng với thời gian phản ứng khác
nhau ...................................................................................................................... 43
Hình 3.6 Phổ UV-Vis của dung dịch sau phản ứng với nhiệt độ phản ứng khác nhau
.............................................................................................................................. 44
Hình 3.7 Phổ UV-Vis của dung dịch sau phản ứng với pH khác nhau.................... 45

ix


Hình 3.8 Cơ chế phản ứng tạo nano đồng .............................................................. 46
Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu nano đồng tổng hợp .................................................. 47
Hình 3.10 Ảnh TEM của mẫu nano đồng tổng hợp ................................................ 47
Hình 3.11 Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp ................................................. 48
Hình 3.12 Phổ XRD của mẫu nano đồng tổng hợp ................................................ 49
Hình 3.13 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Bacillus su tilis .... 50
Hình 3.14 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Staphylococcus

aureus .................................................................................................................... 50
Hình 3.15 Phần tr m ức chế vi khuẩn của ion đồng và nano đồng ......................... 51
Hình 4.1 Phổ XRD của dung dịch sau phản ứng với pH = 3 không xu t hiện peak
đặc trƣng của nano đồng ........................................................................................ 61
Hình 4.2 Phổ XRD của mẫu sau phản ứng với điều kiện tối ƣu có sự xu t hiện của
nano đồng .............................................................................................................. 61
Hình 4.3 Ảnh SEM của dung dịch sau phản ứng ở điều kiện tối ƣu ....................... 62
Hình 4.4 Ảnh SEM của dung dịch sau phản ứng với điều kiện tối ƣu .................... 63
Hình 4.5 Ảnh TEM của dung dịch sau phản ứng ................................................... 64
Hình 4.6 Phổ EDX của dung dịch sau phản ứng ở điều kiện tối ƣu ........................ 65
Hình 4.7 Phổ EDX của dung dịch sau phản ứng ở điều kiện tối ƣu ........................ 66
Hình 4.8 Phổ EDX của dung dịch sau phản ứng ở điều kiện tối ƣu ........................ 67
Hình 4.9 Phổ EDX của dung dịch sau phản ứng ở nồng độ CuSO4 1mM .............. 68
Hình 4.10 Phổ EDX của dung dịch sau phản ứng với điều kiện lá sake đƣợc chƣng
ninh ở 60OC ........................................................................................................... 69
Hình 4.11 Phổ EDX của dung dịch sau phản ứng ở điều kiện phản ứng ở nhiệt độ
phòng .................................................................................................................... 70

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Số nguyên tử và n ng lƣợng ề mặt của hạt nano hình cầu ....................... 6
Bảng 1.2 Độ dài đặc trƣng của một số tính ch t của vật liệu .................................... 8
Bảng 2.1 Bảng hóa ch t sử dụng trong nghiên cứu ................................................ 27
Bảng 2.2 Bảng các thiết ị sử dụng trong nghiên cứu ............................................ 27
Bảng 3.1 Các thông số ảnh hƣởng tới dịch chiết với thời gian chiết khác nhau ...... 36
Bảng 3.2 Các thông số phản ứng tạo nano đồng theo thời gian phản ứng ............... 36
Bảng 3.3 Các thông số ảnh hƣởng tới dịch chiết với tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau ........ 37
Bảng 3.4 Các thông số phản ứng tạo nano đồng theo tỷ lệ rắn/lỏng ....................... 38

Bảng 3.5 Các thông số phản ứng tạo nano đồng với nồng độ dung dịch CuSO 4 khác
nhau ...................................................................................................................... 39
Bảng 3.6 Các thông số phản ứng tạo nano đồng với thể tích dịch chiết khác nhau . 41
Bảng 3.7 Các thông số phản ứng tạo nano đồng với thời gian phản ứng khác nhau 42
Bảng 3.8 Các thông số phản ứng tạo nano đồng với nhiệt độ phản ứng khác nhau . 43
Bảng 3.9 Các thông số phản ứng tạo nano đồng với pH khác nhau ........................ 45
Bảng 3.10 Thành phần các nguyên tố có trong dung dịch chứa nano đồng............. 48
Bảng 3.11 Kết quả đƣờng kính kháng khuẩn của nano đồng .................................. 51
Bảng 4.1 Bảng phân tích ngun tố tƣơng ứng hình 4.6 ......................................... 65
Bảng 4.2 Bảng phân tích nguyên tố tƣơng ứng trong hình 4.7................................ 66
Bảng 4.3 Bảng phân tích ngun tố tƣơng ứng trong hình 4.8................................ 67
Bảng 4.4 Bảng phân tích ngun tố tƣơng ứng trong hình 4.9................................ 68
Bảng 4.5 Bảng phân tích ngun tố tƣơng ứng trong hình 4.10 .............................. 69
Bảng 4.6 Bảng phân tích ngun tố tƣơng ứng trong hình 4.11 .............................. 70
Bảng 4.7 Bảng phân tích của phổ XRD ở điều kiện tối ƣu ..................................... 71

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CTAB: Cetyl trimethylammonium bromide
EDTA: Ethylenediaminetetraacetic acid
PVP: Polyvinyl pyrrolidon
SDS: Sodium dodecyl sulfate

xii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

Trong những n m gần đây công nghệ nano luôn là ngành khoa học mũi nhọn,
đang phát triển với tốc độ chóng mặtvà làm thay đổi diện mạo của các ngành
khoa học. Công nghệ nano đã có những ứng dụng to lớn và hữu ích trong các
ngành điện tử, n ng lƣợng, y học, mỹ phẩm và còn đi xa hơn nữa trong nhiều
lĩnh vực. Đặc iệt ngành công nghệ mới này đang tạo ra một cuộc cách mạng
trong những ứng dụng y sinh học nhờ vào những khả n ng giúp con ngƣời can
thiệp tại kích thƣớc nano, mà tại đó vật liệu nano thể hiện r t nhiều tính ch t
đặc iệt và lý thú. Chế tạo hạt nano có kích thƣớc theo u cầu (1 – 100 nm)
và phân ố hẹp là mục tiêu của các cơng trình nghiên cứu. Vì trong vật liệu
nano thì thơng số kích thƣớc là r t quan trọng ảnh hƣởng đến đặc tính của
chúng do sự thay đổi diện tích tiếp xúc ề mặt[1].
Trong cơng nghệ nano, nghiên cứu các hạt nano là một khía cạnh quan trọng.
mà tiêu iểu là các hạt nano kim loại nhƣ hạt nano Au, Ag, Pt, Cu, … các hạt
nano kim loại thể hiện những tính ch t vật lý, hóa học, sinh học khác iệt và
vô cùng quý giá, đặc iệt là tính kháng khuẩn. Hạt nano đƣợc sử dụng sớm và
có nhiều ứng dụng trong việc kháng khuẩn là các hạt nano kim loại quý nhƣ
vàng, ạc. Nhƣng với chi phí tổng hợp tốn kém, giá thành cao thì việc sử dụng
nano vàng, ạc trên một quy mô lớn là khó có thể thực hiện đƣợc. Trong khi
đó đồng là một kim loại khá dồi dào, phổ iến, rẻ tiền và dễ tìm th y trong tự
nhiên. Các nghiên cứu gần đây cho th y các hạt nano đồng đƣợc chế tạo ra
cũng mang những tính n ng ƣu việt khơng kém gì các hạt nano vàng, ạc, đặ c
iệt là tính kháng khuẩn. Chính vì vậy, hạt nano đồng đang nhận đƣợc sự quan
tâm lớn của các nhà nghiên cứu[2].
Có r t nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp các hạt nano đồng, trong đó
có sự phát triển của quá trình tổng hợp sinh học của các hạt nano đ ồng sử dụng
chiết xu t thực vật đóng một vai trị quan trọng ởi đó là con đƣờng ít tốn

1

kém, thân thiện với môi trƣờng và không liên quan đến

t kỳ hóa ch t độc hại

nào. Đặc iệt, đây là phƣơng pháp tổng hợp đƣợc các hạt nano sạch, an toàn để
ứng dụng trong các lĩnh vực y sinh học. Trong khi đó tổng hợp các hạt nano
ằng phƣơng pháp hóa học khác có thể dẫn đến sự hiện diện của một số loại
hóa ch t độc hại trên ề mặt của các hạt nano, làm hạn chế và gây các tác hại
không mong muốn khi ứng dụng trong sinh học. Chính vì vậy, để t ng cƣờng
mối quan tâm đến v n đề mơi trƣờng, giảm chi phí tổng hợp và đặc iệt tạo ra
những hạt nano sạch để ứng dụng vào lĩnh vực y sinh học. Trong đề tài này
chúng tôi hƣớng đến phƣơng pháp tổng hợp các hạt nano đồng sử dụng chiết
xu t thực vật là lá sake để thay thế cho các phƣơng pháp hóa học và vật lý tốn
kém, độc hại khác[3,4].
Cây sake tên khoa học: Artocarpus altilis là một loài cây gỗ có hoa trong họ
Dâu tằm (Moraceae), ản địa của án đảo Mã Lai và các đảo miền tây Thái
Bình Dƣơng, nhƣng hiện nay đã đƣợc trồng rộng khắp trong khu vực nhiệt đới,
trong đó có miền Nam Việt Nam. Tính đến nay, đã có hàng tr m nghiên cứu về
cây sake ao gồm các lĩnh vực tách chiết, xác định đặc điểm thành phần hóa
học các hợp ch t hữu cơ đã chứng minh trong lá sake chứa các thành phần
nhƣ: saponin, flavonoid, tannin, các vitamin, sắt, canxi… để ứng dụng trong y
dƣợc học[5].
Cùng với việc gia t ng không ngừng của các loại vi khuẩn gây ệnh đang đe
dọa cuộc sống của con ngƣời và các sinh vật khác thì việc nghiên cứu chế tạo
sản phẩm mới có thể kháng khuẩn nhƣ nano đồng để dần thay thế cho hạt nano
vàng, ạc là hƣớng đi mới và c p thiết[6].
Với những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội dung
“Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake cho các ứng dụng sinh
học”.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết lá cây sake và dung dịch CuSO4

-

Sử dụng nano đồng tổng hợp đƣợc để ứng dụng làm ch t kháng khuẩn

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
-

Lá sake đƣợc thu hái tại thành phố Hồ Chí Minh

-

Nghiên cứu đƣợc thực hiện trong phạm vi quy mơ phịng thí nghiệm

4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu

-

Cách tiếp cận:
Thu thập tổng hợp tài liệu, tƣ liệu và các thơng tin tài liệu liên quan đến
đề tài

-

Tìm hiểu các phƣơng pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên
cứu

-

Xử lý các thơng tin về lý thuyết có thể sử dụng đƣợc để đƣa ra các v n đề
cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm
-

Khảo sát và đánh giá các thông số ảnh hƣởng đến quá trình chiết lá sake

-

Khảo sát và đánh giá các thơng số ảnh hƣởng đến q trình tạo hạt nano
đồng


-

Khảo sát và đánh giá hoạt tính sinh học của hạt nano đồng
Phƣơng pháp nghiên cứu:
Phƣơng pháp chiết tách: phƣơng pháp ngâm, chƣng ninh sử dụng dung
môi nƣớc

3

-

Phƣơng pháp khử hóa học

-

Phổ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis)

-

Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD)

-

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả đề tài này sẽ mở ra nhiều ứng dụng cho các nghiên cứu tiếp theo trong y
học, mỹ phẩm, điện tử….

4


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu về 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 mơ đó,

tính ch t của vật liệu khác hẳn với tính ch t của chúng tại các quy mô lớn hơn.
Công nghệ nano: là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các c u
trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô
nanomet.
Vật liệu nano: là đối tƣợng của hai lĩnh vực gồm khoa học nano và cơng nghệ nano,
nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thƣớc của vật liệu nano trải dài một
khoảng khá rộng, từ vài nm đến vài tr m nm.
1.2 Các hiệu ứng gây ra bởi hạt nano
1.2.1 Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên ề mặt và tổng
số nguyên tử của vật liệu gia t ng. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano
hình cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên ề mặt, n là tổng số nguyên tử
thì mối liên hệ giữa hai con số trên sẽ là n s = 4n2/3. Tỉ số giữa số nguyên tử
trên ề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4/n1 /3 = 4r0 /r, trong đó r 0 là
bán kính của ngun tử và r là án kính của hạt nano. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc
của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f t ng lên. Do nguyên tử trên ề mặt có
nhiều tính ch t khác iệt so với tính ch t của các nguyên tử ở ên trong lịng
vật liệu nên khi kích thƣớc vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các
ngun tử ề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng ề mặt t ng lên do tỉ số f t ng. Khi
kích thƣớc của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này t ng lên đáng kể. Sự thay
đổi về tính ch t có liên quan đến hiệu ứng ề mặt khơng có tính đột iến t heo
sự thay đổi về kích thƣớc vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Chúng
ta cần lƣu ý đặc điểm này trong nghiên cứu và ứng dụng. Khác với hiệu ứng
thứ hai mà ta sẽ đề cập đến sau, hiệu ứng ề mặt ln có tác dụng với t t cả

5


các giá trị của kích thƣớc, hạt càng é thì hiệu ứng càng lớn và ngƣợc lại. Ở
đây khơng có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu

ứng ề mặt, chỉ có điều hiệu ứng này nhỏ thƣờng ị ỏ qua. Vì vậy, việc ứng
dụng hiệu ứng ề mặt củavật liệu nano tƣơng đối dễ dàng. Bảng 1 cho iết một
số giá trị điển hình của hạt nano hình cầu. Với một hạt nano có đƣờng kính 5
nm thì số ngun tử mà hạt đó chứa là 4.000 ngun tử, tí số f là 40 %, n ng
lƣợng ề mặt là 8,16×1011 và tỉ số n ng lƣợng ề mặt trên n ng lƣợng toàn
phần là 82,2 %. Tuy nhiên, các giá trị vật lí giảm đi một nửa khi kích thƣớc
của hạt nano t ng g p hai lần lên 10 nm[8].
Bảng 1.1 Số nguyên tử và n ng lƣợng ề mặt của hạt nano hình cầu
Đƣờng kính
Tỉ số ngun tử Năng lƣợng bề
hạt nano Số nguyên tử
trên bề mặt (%) mặt (erg/mol)
(nm)

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

1.2.2 Hiệu ứng kích thước
Khác với hiệu ứng

ề 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 rơ i vào
kích thƣớc nm. Chính điều này đã làm nên cái tên “vật liệunano” 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 khơng có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính ch t khi

6


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 khơng có gì khác iệt cả.
Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng ề mặt luôn luôn thể hiện dù ở
t cứ kích thƣớc nào. Ví dụ, đối với kim loại, quãng đƣờng tự do trung ình
của điện tử có giá trị vài chục nm. Khi chúng ta cho dòng điện chạy qua một
dây dẫn kim loại, nếu kích thƣớc của dây r t lớn so với quãng đƣờng tự do
trung ình của điện tử trong kim loại này thì chúng ta sẽ có định luật Ohm cho
dây dẫn. Định luật cho th y sự tỉ lệ tuyến tính của dịng và thế đặt ở hai đầu
sợi dây. Bây giờ chúng ta thu nhỏ kích thƣớc của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn
độ dài quãng đƣờng tự do trung ình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên
tục giữa dịng và thế khơng cịn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lƣợng tử độ
dẫn là e 2/ħ, trong đó e là điện tích của điện tử, ħ là hằng đó Planck. Lúc này

hiệu ứng lƣợng tử xu t hiện. Có r t nhiều tính ch t ị thay đổi giống nhƣ độ
dẫn, tức là ị lƣợng tử hóa do kích thƣớc giảm đi. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là
hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển-lƣợng tử trong các vật liệu nano do việc giam
hãm các vật thể trong một không gian hẹp mang lại (giam hãm lƣợng tử). Bảng
2 cho th y giá trị độ dài đặc trƣng của một số tính ch t của vật liệu[8].

7


Bảng 1.2 Độ dài đặc trƣng của một số tính ch t của vật liệu
Tính chất

Thơng số

Độ dài đặc trƣng (nm)

Bƣớc sóng của điện tử
Điện

Qng đƣờng tự do trung ình
khơng đàn hồi
Hiệu ứng đƣờng ngầm

Từ

Quang

Siêu dẫn

Cơ

Xúc tác

Siêu phân tử

Miễn dịch

10-100
1-100
1-10

Vách đô men, tƣơng tác trao đổi

10-100

Quãng đƣờng tán xạ spin

1-100

Giới hạn siêu thuận từ

5-100

Hố lƣợng tử ( án kính Bohr)

1-100

Độ dài suy giảm

10-100

Độ sâu ề mặt kim loại

10-100

H p thụ Plasmon ề mặt

10-500

Độ dài liên kết cặp Cooper

0.1-100

Độ thẩm th u Meisner

1-100

Tƣơng tác

1-1000

t định xứ

Biên hạt

1-10

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0.1-10

Độ nh n ề mặt

1-10

Hình học topo ề mặt

1-10

Độ dài Kuhn

1-100

C u trúc nhị c p

1-10

C u trúc tam c p

10-1000

Nhận iết phân tử

1-10

8

1.3 Tính chất hạt nano
1.3.1 Tính chất quang học
Tính ch t quang học của hạt nano vàng, ạc trộn trong thủy tinh làm cho các
sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau đã đƣợc ngƣời La Mã sử dụng
từ hàng ngàn n m trƣớc. Các hiện tƣợng đó ắt nguồn từ hiện tƣợng cộng
hƣởng Plasmon ề 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 ngồi nhƣ ánh
sáng. Thơng thƣờng các dao động ị dập tắt nhanh chóng ởi các sai hỏng
mạng hay ởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đƣờng tự
do trung ình của điện tử nhỏ hơn kích thƣớc. Nhƣng khi kích thƣớc của kim
loại nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung ình thì hiện tƣợng dập tắt khơng cịn
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 ức xạ sóng điện từ. Khi dao động nhƣ vậy,
các điện tử sẽ phân ố lại trong hạt nano làm cho hạt nano ị 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 lỗng thì có thể coi nhƣ
gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hƣởng của q trình
tƣơng tác giữa các hạt[1-3].
1.3.2 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

9


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 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 q trình lƣợng tử hóa này đối với hạt nano là I-U khơng cịn tuyến
tính nữa mà xu t hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulom (Coulom
lockade) làm cho đƣờng I-U ị nhảy ậc với giá trị mỗi ậc 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[1-3].
1.3.3 Tính chất từ
Các kim loại q nhƣ vàng, ạc… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự ù
trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thƣớc thì sự ù trừ trên sẽ khơng tồn
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, cơ 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 khơng có từ tính khi từ trƣờng ị ngắt đi, tức là từ dƣ và lực kháng từ hồn
tồn ằng khơng[1-3].
1.3.4 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 ề
mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở ên 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[1-3].

1.4 Ứng dụng của vật liệu nano
Cơng nghệ Nano ra đời đã tạo nên ƣớc phát triển nhảy vọt cho ngành công nghiệp,
nông nghiệp, y tế, hàng tiêu dùng, thực phẩm… Hơn nữa, khoa học nano là một

10