TỔNG HỢP CANXI CACBONAT NANO VỚI KÍCH THƯỚC TUỲ Ý VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH SINH KHẢ DỤNG TRÊN CHUỘT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÀ NỘI-AMSTERDAM-CẦU GIẤY
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài: TỔNG HỢP CANXI CACBONAT NANO VỚI KÍCH THƯỚC
TUỲ Ý VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH SINH KHẢ DỤNG TRÊN CHUỘT
Lĩnh vực: Hoá sinh
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Mục lục
1
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
- TS.Tạ Văn Thạo
- Đơn vị công tác: Khoa hoá học - Đại học
sư phạm Hà Nội
TÁC GIẢ:
1. Ngô Ngọc Mai
Lớp:11 Trường THPT chuyên Hà Nội-Amsterdam
2. Chu Minh Hiếu
Lớp:11 Trường THPT chuyên Hà Nội-Amsterdam
1
2
2
Tóm tắt
Canxi là yếu tố quan trọng không thể thiếu của cơ thể. Hiện nay, nhiều
người bổ sung canxi qua sữa và một số người bị mắc sỏi thận do hàm lượng
canxi được bổ sung trong sữa cao hơn so với nhu cầu canxi của mỗi người.
Canxi bổ sung trong sữa được sử dụng ở kích thước nano vì tính sinh khả dụng
ở kích thước nano của canxi là ưu việt hơn hẳn. Nhận thấy sự cần thiết của việc
cung cấp cho mỗi người lượng canxi khác nhau, nhóm tìm hiểu các yếu tố ảnh

hưởng đến sự hấp thu canxi của cơ thể, trong đó có kích thước và nồng độ hạt
canxi bổ sung trong sữa. Để tổng hợp canxi nano dùng trong sữa, nhóm đã sử
dụng phương pháp mới “Sol-gel đồng kết tủa” có nhiều ưu điểm, dễ chế tạo và
đặc biệt điều khiển được kích thước hạt nano tùy ý. Phương pháp này sử dụng 4
chất hoá học: axit citric, canxi clorua, natri cacbonat và amoniac để tạo ra canxi
cacbonat (CaCO
3
) nano ở nhiều kích thước trong đó chất điều khiển kích thước
hạt nano chính là axit citric. Đề tài sử dụng CaCO
3
nano tổng hợp được
để nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ, thời gian và kích thước và hạt Canxi
nano trong sữa đối với sự hấp thu Canxi của cơ thể. Bước đầu, nhóm đã thực
hiện 2 phần thí nghiệm: phần I, tổng hợp được Canxi nano ở 4 kích thước: 500,
200, 100, 50 nm với nồng độ axit citric lần lượt là 0,25; 0,5; 1,0; 2,0 M; phần II,
sử dụng CaCO
3
nano ở kích thước 50nm với 5 nồng độ khác nhau 0, 5, 10, 20,
40 mg/ml thí nghiệm trên chuột bạch rồi thu huyết tương. Kết quả cho thấy nồng
độ tối ưu của canxi bổ sung là 20mg/ml. Thời gian canxi được hấp thu tốt nhất
nhất là 2 giờ. Trong thời gian tới, nhóm sẽ xây dựng công thức liên hệ giữa kích
thước hạt và nồng độ axit citric tương ứng để có thể tổng hợp CaCO
3
nano với
kích thước tuỳ ý, đồng thời nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích cỡ hạt
CaCO
3
nano đến sự hấp thu canxi vào trong cơ thể, nhằm xây dựng được quy
trình bổ sung canxi trong sữa phù hợp cho từng đối tượng khác nhau, giúp
những đối tượng thiếu canxi bổ sung được lượng canxi vừa đủ với nhu cầu của

cơ thể, tránh mắc bệnh sỏi thận.
3
3
I. Giới thiệu chung
1. Lí do lựa chọn đề tài
Sức khoẻ của con người là vấn đề rất được quan tâm, trong đó bổ sung
canxi là nhu cầu thiết yếu của mỗi người. Canxi là yếu tố rất quan trọng trong cơ
thể con người, là thành phần chính trong xương và răng; giúp hấp thu vitamin
B
12
; điều hoà sự co bóp của cơ (đặc biệt là cơ tim); trong quá trình đáp ứng miễn
dịch; truyền dẫn thần kinh; tham gia vào quá trình đông máu của cơ thể.
Hiện nay, trên thế giới có một thực trạng( theo thống kê của Hiệp hội
Loãng xương Quốc tế (IOF)), cứ 3 người phụ nữ thì có 1 người bị loãng xương;
con số này ở nam giới là 1/5. Sở dĩ tỉ lệ người bị loãng xương lớn đến như vậy là
do khẩu phần ăn hàng ngày không đáp ứng đủ nhu cầu canxi của cơ thể. Theo
báo cáo của Viện Dinh dưỡng Quốc gia Việt Nam bữa ăn hàng ngày cung cấp
lượng canxi trung bình 482mg/ngày, trong khi đó, lượng canxi cần thiết cho mỗi
người là khoảng 1000mg/ngày.
Chính vì vậy, ngoài khẩu phần ăn hàng ngày, nhiều người còn bổ sung
Canxi bằng cách sử dụng thực phẩm chức năng, đặc biệt là sữa. Trên thị trường,
các loại sữa đều chứa một lượng Canxi nhất định, tuy nhiên, với các loại sữa
khác nhau thì hàm lượng canxi cũng rất khác nhau, dao động từ 120mg đến
1860mg trong 100ml sữa; trong khi đó hầu hết các hãng sữa không có khuyến
cáo lượng sử dụng trong một ngày. Đó là lí do một bộ phận người sử dụng quá
lượng canxi cần thiết trong một ngày - nguyên nhân chính gây nên sỏi thận. Vì
thế, nhóm tập trung nghiên cứu hiệu suất hấp thu canxi vào cơ thể trên
chuột theo thời gian, nồng độ và kích thước hạt canxi bổ sung trong sữa.
Hơn nữa, một số nghiên cứu đã chỉ ra kích thước hạt canxi được bổ sung
ảnh hưởng tới sự hấp thu canxi của cơ thể (ion Ca

2+
, canxi nano và canxi micro).
Trong đó tính sinh khả dụng của canxi nano là ưu việt hơn hẳn [1]. Tuy nhiên,
nghiên cứu chưa chỉ ra sự hấp thu khác nhau khi sử dụng sữa được bổ sung hạt
canxi ở các kích thước nano khác nhau, cũng như hiệu suất hấp thu của cơ thể
phụ thuộc vào kích thước hạt canxi nano. Vì vậy, trong đề tài này, nhóm tập
trung nghiên cứu tổng hợp canxi nano ở các kích thước khác nhau. Qua quá
trình tìm hiểu tài liệu, và nhận thấy chưa có phương pháp để tổng hợp canxi
nano với kích thước tuỳ ý, nhóm đề xuất phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa”
khắc phục được nhược điểm nói trên, ngoài ra, còn có nhiều ưu điểm nổi trội
khác.
Với các lí do trên, nhóm quyết định nghiên cứu đề tài: Tổng hợp canxi
cacbonat nano với kích thước tuỳ ý và nghiên cứu tính sinh khả dụng trên
chuột.
4
4
2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
2.1. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài giới hạn nghiên cứu về sự bổ sung canxi qua sữa; canxi cacbonat
nano được hấp thu thông qua đường uống sữa và được xác định trong máu (Cơ
chế bổ sung Canxi từ máu đến xương và răng, nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu
trong tương lai).
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Chuột nhắt có khối lượng trung bình 250g (cung cấp bởi Viện Vệ sinh
dịch tễ Trung ương) với điều kiện chăm sóc, dinh dưỡng như nhau.
II. Mục tiêu nghiên cứu
1. Mục tiêu chung
a) Tổng hợp CaCO
3
nano với kích thước tuỳ ý

b) Nghiên cứu hiệu suất hấp thu canxi vào cơ thể phụ thuộc vào thời gian,
nồng độ và kích thước hạt CaCO
3
nano bổ sung trong sữa
2. Mục tiêu cụ thể
a) Tiến hành tổng hợp CaCO
3
theo phương pháp đồng kết tủa và Sol-gel
đồng kết tủa. So sánh CaCO
3
được tổng hợp theo hai phương pháp để thấy được
ưu điểm của phương pháp Sol-gel đồng kết tủa
b) Khảo sát sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian (0, 30, 60, 120, 240,
480 phút), nồng độ CaCO
3
bổ sung trong sữa (0, 5, 10, 20, 40 mg/ml) và kích
thước hạt CaCO
3
(50, 100, 200, 500 nm)
III. Tính mới
1. Sử dụng phương pháp mới “Sol-gel đồng kết tủa” để tổng hợp canxi
cacbonat nano ở nhiều kích thước khác nhau
2. Nghiên cứu tính sinh khả dụng của CaCO
3
nano trên chuột thông qua
mức độ hấp thu phụ thuộc vào kích thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano bổ sung
trong sữa
5

5
IV. Cơ sở lí thuyết
1. Cơ chế hấp thu Canxi của cơ thể: Ca
2+
1.1. Vai trò của Canxi đối với cơ thể
Canxi là khoáng chất đóng vai trò hết sức quan trọng đối với cơ thể.
Canxi là thành phàn chính cấu thành nên xương và hàm răng con người (99%
tập trung ở xương và răng). Ngoài ra canxi còn có nhiều chức năng làm đông
máu, ngăn ngừa băng huyết khi mạch máu bị tổn thương; giúp hấp thu vitamin
B
12
trong ruột; hỗ trợ sự phân phát, thu nhận và dẫn truyền tín hiệu thần kinh;
sản xuất một số kích thích tố như insulin. Canxi trong máu còn điều hoà sự co
bóp của cơ tim, giúp duy trì huyết áp và nhịp tim đập bình thường. Chính vì vậy,
việc cung cấp và bổ sung canxi là việc cần ưu tiên hàng đầu.
1.2. Nhu cầu Canxi của cơ thể
Nhu cầu canxi đối với mỗi lứa tuổi theo Tổ chức y tế thế giới (WHO):
1.3. Cơ chế bổ sung canxi của cơ thể
30– 80% canxi ăn vào được hấp thu chủ động ở tá tràng, nhờ chất chuyên
chở BBCaBP (Brush border Ca binding protein) trên bờ bàn chải của vi nhung
mao ruột. Khi vào nội bào Ca
2+
tách khỏi BBCaBP, rồi liên kết với một protein
khác là CCaBP (Cytoplasmic Ca bingding protein) để được vận chuyển đến
màng tế bào phía tiếp xúc với dịch kẽ. Tại đây Ca
2+
được vận chuyển tích cực
vào dịch kẽ rồi vào máu.
2. Canxi và bệnh loãng xương
Khi nhu cầu canxi của cơ thể không được đáp ứng đủ và cơ thể luôn cần

có canxi, yếu tố vi lượng không thể thiếu, để duy trì các hoạt động sống, cơ thể
sẽ lấy canxi từ xương để bù vào lượng canxi bị thiếu hụt. Đây chính là nguyên
nhân gây loãng xương ở phần lớn những người sau 35 tuổi, đặc biệt là phụ nữ.
6
6
Theo Hiệp hội Loãng xương Quốc tế, tỉ lệ mắc loãng xương ở nữ là 1/3, còn ở
nam là 1/5.
3. Canxi và bệnh sỏi thận
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sữa bổ sung canxi nhưng nếu bổ
sung quá nhiều sẽ dẫn đến thừa canxi, sẽ gây sỏi thận. Theo Tổ chức Tiết niệu
Thế giới (2008) 60% những người mắc sỏi thận là do bổ sung quá nhiều canxi
vào cơ thể [2].
4. Canxi hữu cơ và canxi cacbonat
Canxi bổ sung trong sữa được phân làm hai loại: canxi hữu cơ (canxi
citrat) và canxi vô cơ (canxi cacbonat). Canxi citrat - Ca
3
(C
6
H
5
O
7
)
2
- được hấp
thu tốt hơn canxi cacbonat [3], tuy nhiên, canxi citrat lại làm tăng hấp thu nhôm
qua đường tiêu hoá lên hơn 8 lần so với khi không sử dụng canxi citrat [4], có
thể gây ngộ độc nhôm và trong thời gian dài, gây ra nguy cơ suy thoái não theo
kiểu bệnh Alzheimer. Đây là vấn đề ít được người sử dụng chú ý đến.
Trong khi đó, một số nghiên cứu đã chứng minh tính sinh khả dụng của

canxi cacbonat - CaCO
3
- là tương đương với canxi trong sữa [5]. Vì vậy, canxi
cacbonat vẫn là một nguồn bổ sung phổ biến nhất.
Như đã thảo luận, kích thước hạt canxi được bổ sung ảnh hưởng tới sự
hấp thu canxi của cơ thể (ion Ca
2+
, canxi nano và canxi micro). Trong đó tính
sinh khả dụng của canxi nano là ưu việt hơn hẳn [1]. Tuy nhiên, nghiên cứu
chưa chỉ ra sự hấp thu khác nhau khi sử dụng sữa được bổ sung canxi ở các kích
thước nano khác nhau, cũng như hiệu suất hấp thu của cơ thể phụ thuộc vào kích
thước hạt canxi nano.
Với các lí do trên, nhóm quyết định tổng hợp CaCO
3
nano ở nhiều kích
thước khác nhau và sử dụng hạt CaCO
3
tổng hợp được để bổ sung vào sữa, từ đó
nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano trong sữa đến
sự hấp thu của chuột.
V. Tổng hợp CaCO
3
nano với kích thước tuỳ ý
1. Tổng quan về các phương pháp tổng hợp CaCO
3
Canxi cacbonat - CaCO
3
- đã được tổng hợp theo nhiều phương pháp khác

nhau nhưng mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm nhất định.
Phương pháp nghiền cơ học là phương pháp rất phổ biến trước đây. Tuy
nhiên, phương pháp này tạo ra CaCO3 thường có kích thước lớn hơn 1µm, lại
không đồng đều về kích thước và hình dạng.
7
7
Phương pháp sục CO
2
(ít được sử dụng hơn) sử dụng rất nhiều năng lượng
nhưng lượng sản phẩm lại rất ít (0,173g CaCO
3
/100ml Ca(OH)
2
).
Phương pháp nung canxi nitrat trong axit citric ở 600oC tạo ra lượng lớn
khí NO
2
rất độc hại (tổng hợp được 1000g CaCO
3
cũng sẽ tạo ra 224l khí NO
2
ở
đktc) [6].
Phương pháp đồng kết tủa tổng hợp CaCO
3
ở kích thước micromet.
 Các phương pháp trên có những nhược điểm nhất định và đều không điều
khiển được kích thước hạt CaCO
3
Phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa” khắc phục được những nhược điểm

nêu trên. Phương pháp này có quy trình đơn giản, giúp tổng hợp được lượng lớn
CaCO
3
nano với kích thước và hình dạng hạt đồng đều, có độ tinh khiết cao, hơn
nữa, phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa” cho phép tổng hợp CaCO
3
nano ngay
ở nhiệt độ phòng và đặc biệt có thể điều khiển được kích thước hạt CaCO
3
nano tuỳ ý.
2. Thực nghiệm
2.1. Hoá chất và thiết bị
Trong quá trình tổng hợp CaCO
3
, nhóm sử dụng các hoá chất: axit citric
(C
6
H
8
O
7
), amoniac (NH
3
), canxi clorua (CaCl
2
), natri cacbonat (Na
2
CO
3
), nước

cất 2 lần (H
2
O); và các thiết bị: cân điện tử, máy khuấy từ, máy rung siêu âm,
dụng cụ micropippet, tủ sấy, máy li tâm.
2.2. Quy trình tổng hợp CaCO
3
theo phương pháp đồng kết tủa
Trộn 200ml dung dịch Na
2
CO
3
0,2M với
200ml dung dịch CaCl
2
0,2M, khuấy đều
bằng máy khuấy từ.
CaCl
2
+ Na
2
CO
3


CaCO
3
↓+ 2NaCl
Để dung dịch lắng sau 1 ngày.
Lọc 2 lần kết tủa thu được và sấy khô ở
120

o
C trong 120 phút.
8
8
2.3. Quy trình tổng hợp CaCO
3
theo phương pháp Sol-gel đồng kết
tủa
Pha axit citric
(C
6
H
8
O
7
) vào
20ml nước cất với các khối lượng lần lượt là 0,96; 1,92; 3,84; 7,68 g. Khuấy đều hỗn hợp
bằng máy khuấy từ, thu được dung dịch axit citric lần lượt ở các nồng độ 0,25; 0,5; 1; 2 M.
Thêm 0,444g canxi clorua (CaCl
2
) (~0,2M CaCl
2
), khuấy đều dung dịch. Lượng CaCl
2
không
đổi với mỗi nồng độ của axit citric.
3CaCl
2
+ 2C
6

H
8
O
7


Ca
3
(C
6
H
5
O
7
)
2
↓
(keo)
+ 6HCl
Thêm amoniac (NH
3
) để trung hoà độ pH của dung dịch đến khi dung dịch có
pH=7 (dùng giấy quỳ để nhận biết).
Dùng máy rung siêu âm đánh tan kết tủa keo Ca
3
(C
6
H
5
O

7
)
2
trong thời gian 15-20
phút, thu được ion Ca
2+
.
Thêm 20ml dung dịch natri cacbonat (Na
2
CO
3
) có ion CO
3
2-
, khuấy đều dung
dịch.
CO
3
2-
+ Ca
2+


CaCO
3
↓
(rắn)
Để lắng dung dịch sau 1 ngày
Lọc 2 lần kết tủa thu được và sấy khô ở 120
o

C trong 120 phút.
9
9
3. Kết quả và thảo luận
3.1. So sánh CaCO
3
tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa và Sol-
gel đồng kết tủa
Hình 1: Hình ảnh SEM của CaCO
3
tổng hợp theo: a) phương pháp
đồng kết tủa không có axit citric; b) phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa” trong
dung dịch axit citric 2M.
Hình 1 là hình ảnh SEM của CaCO
3
tổng hợp theo phương pháp đồng kết
tủa của CaCl
2
với Na
2
CO
3
(Hình 1a), và phương pháp sol-gel đồng kết tủa sử
dụng CaCl
2
và Na
2
CO
3
trong dung dịch axit citric 2M, được trung hòa bằng NH3

(Hình 1b). Hình ảnh SEM cho thấy CaCO
3
tổng hợp bằng phương pháp đông
kết tủa có kích thước rất lớn (>5μm), trong khi phương pháp sol-gel đồng kết tủa
cho CaCO
3
ở kích thước nanomet. Về cơ bản hai phương pháp này có qui trình
gần tương tự nhau, chỉ khác là phương pháp sol-gel đồng kết tủa sử dụng axit
citric. Axit citric được xem là tác nhân tạo phức chelat với Ca
2+
,hỗ trợ quá trình
tạo sol-gel ở kích thước nano, giúp định hướng tạo ra kết tủa CaCO
3
ở kích
thước nhỏ [7]. Như vậy, axit citric đóng vai trò quan trọng, quyết định kích cỡ
hạt CaCO
3
tạo thành.
10
10
3.2. Các đặc tính của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương pháp Sol-gel
đồng kết tủa
3.2.1. Hình ảnh TEM

Hình 2: a) Hình ảnh TEM của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương pháp sol-gel
đồng kết tủa; b) biểu đồ phân bố kích cỡ của CaCO

3
nano đo từ hình ảnh TEM.
Hình 1.2 là ảnh TEM của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng
kết tủa (Hình 2a) và biểu đồ phân bố kích thước của các hạt nano này (Hình
2b). Từ ảnh TEM cho thấy kích cỡ và hình dạng các hạt nano tương đối đồng
đều, đường kính phân bố trong khoảng 45-55nm (~77%).
Ghi chú: Hình ảnh TEM của CaCO3 nano ở các kích thước 100nm và 200nm,
nhóm bổ sung ở phụ lục (trang 16).
11
11
3.2.2. Kết quả EDS và XRD
Hình 3: a) phổ EDS và b) phổ XRD của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương
pháp sol-gel đồng kết tủa.
Hình 3 chỉ ra phổ EDS (Hình 3a) và phổ XRD (Hình 3b) của nano canxi
cacbonat tổng hợp được theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa. Kết quả EDS
cho thấy mẫu canxi nano tổng hợp được có thành phần gồm 3 nguyên tố Ca, C
và O, tỉ lệ % nguyên tử phù hợp với công thức CaCO
3
(~ 1:1:3) và không chứa
các nguyên tố khác. Kết quả chụp XRD cho thấy tinh thể canxi nano tồn tại ở
dạng đơn pha, có độ tinh khiết cao.
12
12
3.3. Tổng hợp CaCO
3
nano với kích thước tuỳ ý

3.3.1. Hình ảnh SEM khi nồng độ axit citric thay đổi
Hình 4: Canxi cacbonat nano tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa
với các nồng độ khác nhau của axit citric (từ 0,25M đến 2,0M).
Hình 4 là hình ảnh của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương pháp sol-gel
đồng kết tủa với các nồng độ khác nhau của axit citric (từ 0,25M đến 2,0M).
Trong đó, hàng trên là các cốc đựng CaCO
3
sau 24h tổng hợp được. Trực quan
cho thấy độ lắng của các hạt CaCO
3
trong các cốc giảm dần khi nồng độ của axit
citric tăng dần. Trong khi CaCO
3
trong cốc chứa 2M axit citric gần như không
lắng thì cốc chứa 0,25M axit citric lắng hoàn toàn. Điều này cho thấy kích thước
của các hạt CaCO
3
trong cốc chứa dung dịch axit citric 0,25M phải lớn hơn rất
nhiều so với CaCO
3
có trong cốc chứa dung dịch axit citric 2,0M.
Hàng dưới là ảnh SEM của CaCO
3
nano tổng hợp trong các dung dịch axit
citric có nồng độ khác nhau (0,25M; 0,5M; 1,0M và 2,0M).Hình ảnh SEM cho
thấy kích thước của các hạt CaCO
3
nano giảm dần (từ 500nm đến khoảng 50nm)

khi nồng độ axit citric tăng dần (từ 0,25M đến 2,0M) tương ứng. Hơn nữa, khi
nồng độ axit citric giảm, thì độ đồng đều của kích thước và hình dạng của các
hạt CaCO
3
nano tạo ra cũng giảm. Hiện cơ chế của quá trình này vẫn chưa được
làm rõ, các kết quả thu được đều dựa trên số liệu thực nghiệm.
Như vậy, CaCO
3
nano với kích thước tùy ý có thể tổng hợp được dựa trên
sự thay đổi nồng độ của axit citric trong khoảng 0,25M đến 2,0M theo phương
pháp sol-gel đồng kết tủa. Đây cũng là phương pháp mới, lần đầu được đề xuất
để tổng hợp canxi cacbonat nano (dựa vào sự tìm hiểu của nhóm trên các tạp chí
quốc tế như Science, Nature, ACS, RCS, Wiley hay Elsevier…).
13
13
3.3.2. Biểu đồ mối tương quan giữa nồng độ axit citric và kích thước
hạt CaCO
3
nano
Biểu đồ 1: Mối liên hệ giữa kích cỡ hạt CaCO
3
nano và nồng độ axit citric
tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa.
Biểu đồ 1 biểu diễn mối liên hệ giữa kích cỡ hạt CaCO
3
nano và nồng độ
axit citric tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa. Biểu đồ cho thấy khi
nồng độ tăng từ 0,25M đến 0,5M thì kích thước hạt CaCO
3
nano giảm mạnh,

trong khi nồng độ axit citric thay đổi từ 1,0M đến 2,0M không làm thay đổi
nhiều kích cỡ của hạt.
4. Kết luận
Dựa trên phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa”, lần đầu được nhóm đề
xuất, cho phép tổng hợp ra CaCO
3
nano với kích cỡ thay đổi tùy ý từ micromet
đến nanomet (~ 5000, 500, 200, 100 và 50nm) ngay ở nhiệt độ phòng. Các tính
chất của vật liệu nano tạo ra đã được nghiên cứu dựa trên các phương pháp đo
TEM, SEM, EDS, XRD cũng như dựa trên trực quan theo dõi độ lắng của các
hạt nano này. Kết quả cũng cho thấy sản phẩm tạo thành có độ tinh sạch cao, có
thể sử dụng nghiên cứu bổ sung canxi trong sữa.
14
14
VI. Nghiên cứu tính sinh khả dụng của CaCO
3
nano
1. Tổng quan
Sau khi tổng hợp được CaCO
3
nano ở các kích thước khác nhau, nhóm
tiến hành thí nghiệm khảo sát sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian hấp thu
canxi kể từ lúc uống xong sữa có chứa CaCO
3
nano (0, 30, 60, 120, 240, 480
phút), nồng độ CaCO
3
nano (0, 5, 10, 20, 40 mg/ml) và kích thước hạt CaCO
3
nano được bổ sung thêm (50, 100, 200, 500 nm).

Các thí nghiệm này nhằm đưa ra được mức độ hấp thu khác nhau của mỗi
cá thể chuột, phụ thuộc vào thời gian, nồng độ và kích thước tương ứng.
Từ đó có thể đưa ra sự lựa chọn phù hợp cho nhiều đối tượng sử dụng để
có thể hấp thu canxi một cách hiêu quả nhất.
2. Thực nghiệm
2.1. Hoá chất, thiết bị và đối tượng
Trong quá trình nghiên cứu tính sinh khả dụng của CaCO
3
nano, nhóm sử
dụng các vật liệu: CaCO
3
nano, nước cất 2 lần (H
2
O), sữa tươi; các thiết bị: dụng
cụ micropippet, máy rung siêu âm, máy li tâm; đối tượng nghiên cứu: chuột nhắt
có khối lượng trung bình 250g (cung cấp bởi Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương)
với điều kiện chăm sóc, dinh dưỡng như nhau.
2.2. Cách tiến hành
Mỗi cá thể chuột thí nghiệm được cho uống 200µl sữa đã bổ sung CaCO
3
nano bằng dụng cụ mic. Thu máu chuột sau các khoảng thời gian 30, 60, 120,
240, 480 phút Các mẫu máu ngay được lập tức li tâm để thu huyết tương, từ đó,
phân tích hàm lượng canxi có trong mẫu.
Kết quả phân tích sẽ được so sánh với nhau và so sánh với kết quả của các
nhóm đối chứng: nhóm đối chứng 1 (thu máu chuột bình thường không cho
uống sữa), nhóm đối chứng 2 (thu máu sau 2h uống sữa không bổ sung CaCO
3
).
2.3. Khảo sát sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian
Sử dụng sữa được bổ sung CaCO

3
ở kích thước 50nm và nồng độ
20mg/ml
2.4. Sự hấp thu canxi của chuột phụ thuộc vào nồng độ CaCO
3
nano
bổ sung trong sữa
Sử dụng sữa được bổ sung CaCO
3
ở kích thước 50nm với các nồng độ 0,
5, 10, 20, 40 mg/ml
15
15
2.5. Sự hấp thu canxi của chuột phụ thuộc vào kích thước hạt CaCO
3
nano bổ sung trong sữa
Sử dụng sữa được bổ sung CaCO
3
ở nồng độ 20mg/ml với các kích thước
50, 500 nm
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Kết quả khảo sát sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian
Thời gian (giờ)
Nồng độ canxi trong huyết tương (ppb) Trung bình
Con 1 Con 2 Con 3 Con 4
0 (nhóm đối chứng 1) 2,77045 2,8563 2,6846 2,77231 2,770915
0,5 3,51185 3,6391 3,51478 3,3846 3,512583
1 4,34023 4,3411 4,2833 4,3989 4,340883
2 5,26665 5,26341 5,2078 5,3255 5,26584
4 3,902 3,9551 3,9099 3, 8489 3,903975

8 3,0038 2,9929 2,982 2,9879 2,99165
Biểu đồ 2: Sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian
Biểu đồ 2 cho thấy nồng độ canxi trong huyết tương lúc đầu tăng dần, đạt
giá trị cao nhất tại thời điểm 120 phút, sau đó lại giảm dần. Đến 480 phút,
nồng độ Canxi trong huyết tương gần như bằng với nồng độ ban đầu.
16
16
3.2. Sự hấp thu canxi của chuột phụ thuộc vào nồng độ CaCO
3
nano
bổ sung trong sữa
Nồng độ CaCO
3
nano bổ
sung trong sữa (mg/L)
Nồng độ canxi trong
huyết tương (ppb)
0 (nhóm đối chứng 2) 4,00472
5 4,50183
10 4,99823
20 5,26584
40 5,29036
Biểu đồ 3: Nồng độ canxi trong huyết tương chuột và nồng độ CaCO
3

nano bổ sung trong sữa tương ứng
Biểu đồ 3 cho thấy, nồng độ canxi trong máu tăng dần ở những mẫu
0mg/ml đến 10mg/ml và đạt cực đại ở 20.0mg/ml. Sau khoảng nồng độ đó thì
nồng độ canxi máu hầu như không tăng thêm nữa.
17

17
3.3. Hiệu suất hấp thu
Nồng độ CaCO
3
nano bổ
sung trong sữa (mg/L)
Lượng canxi tăng thêm
trong huyết tương (ppb)
Hiệu suất hấp thu
canxi của chuột (%)
0 0,66233895 Đối chứng
5 0,92920067 26,6861716
10 1,19568123 26,6671141
20 1,33934131 16,9250591
40 1,35250429 8,62706681
Biểu đồ 4: Hiệu suất hấp thu canxi của chuột
Biểu đồ 4 cho thấy hiệu suất hấp thu canxi của chuột ổn định ở ~26,67%
ở các nồng độ CaCO
3
nano bổ sung trong sữa từ 5mg/ml đến 10mg/ml. Ở các
nồng độ cao hơn, lượng canxi chuột hấp thu được nhiều hơn nhưng hiệu suất
giảm mạnh.
Canxi được hấp thu hiệu quả ở các nồng độ 5-10mg/ml, hiệu suất hấp thu
giảm dần theo chiều tăng nồng độ CaCO
3
nano bổ sung trong sữa.
18
18
3.4. Sự hấp thu canxi của chuột phụ thuộc vào kích thước hạt CaCO
3

nano bổ sung trong sữa
Nhóm chuột uống sữa không thêm canxi là nhóm chuột đối chứng 2
Biều đồ 5: Sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian và kích thước hạt
CaCO
3
nano bổ sung trong sữa tương ứng
Biều đồ 5 cho thấy hàm lượng canxi trong máu ở những nhóm chuột được
bổ sung thêm canxi cao hơn rõ rệt nồng độ canxi trong máu ở nhóm chuột đối
chứng. Lượng canxi hấp thu và nồng độ canxi máu tăng dần theo chiều tăng của
kích thước hạt CaCO
3
nano.
4. Kết luận
Dựa trên nghiên cứu về sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian và hiệu
suất hấp thu phụ thuộc vào kích thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano bổ sung
trong sữa, nhóm đã xây dựng được những biểu đồ về mối tương quan giữa kích
thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano với sự hấp thu canxi của chuột. Các thí
nghiệm cho thấy 2 giờ là khoảng thời gian canxi được hấp thu tốt nhất;
20mg/ml là nồng độ CaCO
3
nano trong sữa giúp canxi được hấp thu với lượng
lớn nhất; CaCO
3
nano ảnh hưởng rõ rệt đến sự hấp thu canxi (nồng độ canxi
máu tăng cao hơn hẳn so với nhóm chuột đối chứng được uống sữa tươi không
thêm canxi); kích thước hạt CaCO

3
nano tỉ lệ thuận với sự hấp thu canxi của
chuột.
19
19
VII. Tổng kết
1. Đề tài đã tổng hợp được canxi cacbonat nano ở các kích thước khác
nhau (50, 100, 200, 500 nm) theo phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa”.
2. Các thí nghiệm cho thấy mức độ hấp thu canxi của cơ thể phụ thuộc
vào thời gian, nồng độ và kích thước.
VIII. Phương hướng - Đề xuất
1. Tổng hợp CaCO
3
nano ở nhiều kích thước hơn
2. Xây dựng công thức liên hệ giữa kích thước hạt canxi cacbonat nano
tạo thành và nồng độ axit citric tương ứng để tạo được các kích thước hạt một
cách tuỳ ý.
3. Nghiên cứu áp dụng bổ sung canxi trên cơ thể người.
IX. Phụ lục
Hình 1: Hình ảnh SEM của CaCO
3
theo phương pháp đồng kết tủa và Sol-gel
đồng kết tủa 11
Hình 2: Hình ảnh TEM của CaCO
3
nano 12
Hình 3: Kết quả EDS và XRD của CaCO
3
nano 13
Hình 4: Hình ảnh SEM của CaCO

3
nano với nồng độ axit citric thay đổi 14
Biểu đồ 1: Mối liên hệ giữa kích cỡ hạt CaCO
3
nano và nồng độ axit citric 15
Biểu đồ 2: Sự hấp thu canxi theo thời gian 17
Biểu đồ 3: Sự hấp thu canxi phụ thuộc vào nồng độ CaCO
3
nano trong sữa 18
Biểu đồ 4: Hiệu suất hấp thu canxi của chuột 19
Biểu đồ 5: Sự hấp thu canxi phụ thuộc vào kích thước hạt CaCO
3
nano 20
Hình ảnh TEM của CaCO
3
nano ở kích thước 100nm và 200nm
20
20
X. Tài liệu tham khảo
[1] (Influence of nano-size reduction on absorption and bioavailability of
calcium from fortified milk powder in rats [Arezoo Erfanian,

Hamed
Mirhosseini, Mohd Yazid Abd Manap, Babak Rasti, Mohd Hair Bejo] [Food
Research International] {2014})
[2] (Mechanism of calcium oxalate renal stone formation and renal tubular
cell injury [Masao Tsujihata] [International Journal of Urology] {2008})
[3] (What you need to know about calcium [Harvard Health Publications]
{2003})
[4] (Calcium citrate markedly enhances aluminium absorption form

aluminium hydroxide [Coburn JW, Mischel MG, Goodman WG, Salusky IB]
[National Institues of Health] {1991}),
[5] (Calcium bioavailability of calcium carbonate fortified soymilk is
equivalent to cow’s milk in young women [Zhao Y, Martin BR, Weaver CM]
[National Institutes of Health] {2005})
[6] (Synthesis of CaCO
3
nanoparticles via citrate method and sequential
preparation of CaO and Ca(OH)
2
nanoparticles [M. Ghiasi, A. Malekzadeh]
[Damghan University, Iran] {2012})
[7] (X. Wang et al. / [Journal of Crystal Growth] 256 {2003} 123–127)
21
21
XI. Một số hình ảnh
22
22
23
23
24
24