TỔNG HỢP NANO BẠCCHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co60 – ỨNG DỤNG LÀM THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

TẠP CHÍ ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Số 6 - Tháng 6/2011

TỔNG HỢP NANO BẠC/CHITOSAN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60 –
ỨNG DỤNG LÀM THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
(*)

LẠI THỊ KIM DUNG
(**)
LÊ NGHIÊM ANH TUẤN
(***)
BÙI DUY DU

TÓM TẮT
Nội dung bài báo nêu kết quả nghiên cứu tổng hợp chất CTS-Ag bằng phương pháp
chiếu xạ  Co-60 với liều xạ chuyển hoá bão hoà Dbh = 16 kGy, khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến độ ổn định của CTS-Ag.
Kết quả khảo sát hoạt tính cho thấy IC50 là 0,59%, ở nồng độ 1% và 2% CTS-Ag đều
thể hiện hoạt tính kháng nấm Corticium salmonicolor cao hơn hẳn so với thuốc đối chứng
Validin 3DD.
ABSTRACT
Silver nano particle of polychitosan (Mw = 380 kDa, DDA = 70) is synthesized by
gamma radiation dosed Co-60 with Dbh = 16 kGy, collection of an average particle size of
colloidal silver nano 5 mM obtained from 6 nm to 9 nm and is well soluble in water at pH
3 to 11.
Anti-fungal activity of the CTS-Ag for Corticium salmonicolor is conducted at
concentration of 1% and IC50 of 0,59%.
1. MỞ ĐẦU (*)
Hiện nay, việc sử dụng thuốc bảo vệ

thực vật (BVTV) để phòng trừ sâu hại,
dịch bệnh bảo vệ mùa màng, giữ vững an
ninh lương thực quốc gia luôn là biện pháp
quan trọng và chủ yếu, đa số các loại thuốc
BVTV thường là các chất hố học có độc
tính cao, nếu khơng được quản lí chặt chẽ

và sử dụng đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi
trường sinh thái, ảnh hưởng tới sức khoẻ
cộng đồng. Vì vậy, mục tiêu phấn đấu của
ngành nơng nghiệp là sản xuất sản phẩm
sạch nhằm bảo đảm an tồn, vệ sinh thực
phẩm và thân thiện với mơi trường. Việc
đầu tư nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi các
chất có hoạt tính sinh học từ thiên nhiên
được xem là giải pháp hữu hiệu, góp phần
tìm ra lời giải cho bài tốn phát triển nơng
nghiệp theo hướng bền vững.
Trong những năm gần đây, các nhà
khoa học đặc biệt quan tâm nghiên cứu đến

()
TS, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng – Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.
()
KS, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng – Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.
()
TS, Trung tâm Khảo, kiểm nghiệm phân bón vùng
Nam Bộ - Cục Trồng trọt.

155


chitin/chitosan như một chất có hoạt tính
sinh học đa tác dụng. Chitosan và các dẫn
xuất của nó được nghiên cứu và sử dụng
trong nhiều lĩnh vực: dược phẩm (trị vết
thương, vết bỏng, làm bao bì thuốc, thuốc
chữa bệnh khớp) [1], thực phẩm chức năng
(giảm béo,...), mĩ phẩm (kem dưỡng da,
dầu gội đầu,...). Trong cơng nghiệp
chitosan cịn được dùng làm chất hấp thụ
kim loại trong xử lí nước. Trong nơng
nghiệp chitosan được dùng làm chất diệt
khuẩn bảo quản thực phẩm, thuốc
BVTV...[2, 3, 4]
Ngày nay, trước sự gia tăng của các
loại nấm gây bệnh cho cây trồng đang
thiếu thuốc đặc trị thì việc lựa chọn các chế
phẩm polychitosan chứa bạc nano rất được
quan tâm. Hơn nữa bạc nano không gây
phản ứng phụ, không gây độc cho người và
vật nuôi. Trong bài báo này chúng tơi trình
bày kết quả nghiên cứu tổng hợp chất kích
kháng sinh học từ polychitosan chứa bạc
nano (CTS-Ag) dùng làm thuốc BVTV.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu
- Bạc nitrat (AgNO3): loại PA,

Merck, Đức
- Etanol (C2H5OH): loại P
- Chitosan DDA 70, (Mw) 380 kDa
- Môi trường nuôi cây nấm: PGA
- Validin 3DD
- Giống nấm Corticium salmonicolor
2.2. Phương pháp
2.2.1. Xác định DDA% và khối
lượng phân tử (Mw) của chitosan:
- DDA% của chitosan được xác định
theo phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR)
A1320/A1420 = 0,3822 + 0,03133  DA

DDA là độ đề axetyl; DA là độ axetyl
A là cường độ hấp thụ tại đỉnh 1320 và
1420 trên phổ IR
- Mw của chitosan được xác định
theo phương pháp sắc kí gel thấm qua
(GPC).
2.2.2. Thử hoạt tính kháng nấm của
CTS-Ag lên nấm Corticium salmonicolor
gây bệnh nấm hồng trên một số cây công
nghiệp
Theo nguyên tắc, để so sánh tác động
của các chất thí nghiệm người ta dùng giá
trị IC50 (nồng độ tối thiểu ức chế 50% sinh
trưởng) [5].
Tính phần trăm ức chế sinh trưởng
theo cơng thức:
% ức chế sinh trưởng = [(DK1 –

DK2)/DK1] x 100
Trong đó: DK1: đường kính tơ nấm
trung bình của mẫu đối chứng
DK2: đường kính tơ nấm trung bình
của mẫu thí nghiệm
Từ % ức chế sinh trưởng và nồng độ
xử lí, tiến hành xây dựng phương trình hồi
quy tuyến tính dạng y = ax + b. Từ đó suy
ra IC50 (nồng độ ức chế 50% tăng trưởng
của nấm)
2.3. Cách tiến hành
2.3.1. Tổng hợp CTS-Ag:
Hoà tan chitosan ( M w = 380 kDa,
DDA = 70) trong dung dịch axid lactic
theo tỉ lệ 1(w/v0):1(v/v0) để ổn định trong
16 giờ, lọc qua lưới thép không rỉ (74
micron) điều chỉnh pH bằng dung dịch
NaOH 2M, khuấy 5 phút, nhỏ từ từ bạc
nitrat vào dung dịch theo nồng độ đã định,
khuấy đều 10 phút, sau đó chia vào ống
nghiệm có nút kín khí, tiến hành sục khí
156


nitơ 5 phút. Đưa vào nguồn chiếu xạ  Co60 với liều xạ chuyển hố bão hồ Dbh =
16 kGy, tại đó ion Ag+ chuyển hố hồn
tồn thành kim loại Ag thu được chất
CTS-Ag [6].
2.3.2. Thử hoạt tính kháng nấm
Corticium salmonicolor:

Chất CTS-Ag được pha ở 3 nồng độ
1,0 %, 1,6%, 2% và Validin 3DD được pha
ở nồng độ 3% (theo hướng dẫn sử dụng) để
thử hiệu lực với nấm. Mỗi nghiệm thức
được lặp lại 3 lần lấy giá trị trung bình.
Cách làm mơi trường PGA: Khoai tây
cắt dạng hạt lựu bỏ vào bình cầu, thêm
nước cất đun hồi lưu trong 60 phút, lọc lấy
dịch cho vào bình định mức, thêm nước cất
đến 1000 ml. Cho agar và đường glucose
khuấy cho tan đều, đun sôi và hấp tiệt
trùng bằng nồi autoclave ở 1210C trong 15
phút. Để nguội đến 450C, hút lượng thuốc
thử cần khảo sát vào bình chứa mơi trường
PGA, lắc đều rồi đổ ra đĩa petri vô trùng. Ở
mẫu đối chứng lượng thuốc thử được thay
bằng nước cất vô trùng. Ở nghiệm thức so
sánh chất thử là Validin 3DD được pha
theo tỉ lệ hướng dẫn. Cấy nấm C.
salmonicolor vào tâm đĩa, ủ ở nhiệt độ

NH2 +
Ag
NH2



NH2 +
Ag
NH2

NH2 +
Ag
NH2

-

e aq
+

Ag

.

,H

250C. Theo dõi đường kính sinh trưởng của
tơ nấm theo dạng tỏa tròn (mm) trong
khoảng thời gian xác định sau cấy [5].
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Trên phân tử chitosan chứa các nhóm
chức như -OH vị trí C-3 và C-6, và -NH2 vị
trí C-2 rất linh động và ái lực cao với ion
kim loại nên thích hợp sử dụng làm chất ổn
định chế tạo nano kim loại. Trong dung
dịch Ag+ tạo phức với chitosan thơng qua
liên kết ái điện với nhóm amin (NH2Ag+)
khi chiếu xạ, tác nhân e-aq và H sẽ khử
Ag+ thành Ag0. Sau đó Ag0 hấp thụ Ag+ tạo
thành Ag2+, quá trình tiếp diễn tạo Agn+ và

tạo hạt bạc nano ổn định trên cấu trúc
mạng chitosan. Do cấu trúc mạng cồng
kềnh và lớp chitosan bao phủ trên bề mặt
hạt bạc tích điện dương (-NH3+) nên gây ra
lực đẩy tĩnh điện và hiệu ứng ức chế không
gian làm hạn chế sự kết tụ của các hạt bạc.
Ngồi ra chitosan cịn thể hiện là chất bắt
gốc tự do OH tạo thành gốc tự do chitosan
có khả năng khử bạc ion dạng cluster, góp
phần quan trọng cho q trình phát triển
hình thành hạt bạc nano. Tiến trình khử bạc
ion, phản ứng bắt gốc tự do OH và khử
ion bạc cluster tạo bạc nano như sau [7]:

NH2 +
Agn
NH2

NH2 +
Agn
NH2

.

NH2+ e aq , H
Agn
R
NH2

.

Agn

OH + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH  RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH + H2O

157


Agn+ + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH  Agn + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH

Như vậy, cho thấy khả năng sử dụng
chitosan thay thế các chất khử hoá học,
chất bắt gốc tự do để chế tạo keo bạc nano
bằng phương pháp chiếu xạ là rất triển
vọng. Hơn nữa, keo bạc nano được bảo vệ
bằng chitosan có nhiều điện tích dương (+)
trên bề mặt (do sự proton hố nhóm –NH2)
sẽ góp phần gia tăng hoạt tính sát khuẩn
của bạc nano [8]. Khả năng ổn định keo
bạc nano của các polyme phụ thuộc chủ
yếu vào liên kết hoá học, tương tác tĩnh
điện và hiệu ứng không gian [9]. Chúng tôi
sử dụng các kĩ thuật chụp ảnh có độ phóng
đại cao (FE-SEM, FE-TEM, UV-vis...) để
xác định cấu trúc, tính chất của
polychitosan chứa nano bạc (CTS-Ag)

dụng liều xạ chuyển hố bão hồ Dbh = 16
kGy thì kích thước hạt trung bình của keo
bạc nano 5 mM (CTS-Ag) đạt được từ 6

nm đến 9 nm tan tốt trong nước ở pH từ 3
đến 11. Hình 3.2 mơ tả phổ hấp thụ UV-vis
của các mẫu được pha lỗng bằng nước
theo tỉ lệ thể tích 1/50 (tương đương với
0,1mM bạc). Kết quả cho thấy, dung dịch
chitosan (CTS) có một đỉnh hấp thụ cực đại

3.1. Xác định cấu trúc, tính chất của
CTS-Ag
Dùng CTS 70 2% với Mw 380 kDa làm
chất ổn định/chất bắt gốc tự do, khi sử

vùng khả khiến max 408,5 nm là đỉnh đặc
trưng của CTS/Ag-nano. Kết quả này
tương tự như nghiên cứu của Murugadoss
[10].

tại max 285 nm với cường độ yếu, đây có
thể là do sự ion hố nhóm amin (-NH2 + H+
 -NH3+) của CTS trong môi trường axit.
Dung dịch CTS/Ag+ trước chiếu xạ có đỉnh
hấp thụ tại max 296 nm là đỉnh hấp thụ đặc
trưng của phức CTS/Ag+, còn sau chiếu xạ
cực đại đỉnh hấp thụ dịch chuyển sang

158


Tần số, %

60
50
40
30
20
10
0

dtb: 7,3  1,4

2

10

18

26

34

42

Dtb nm

380kDa

Hình 3.1: Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano CTS-Ag

Hình 3.2: Phổ UV-vis của các dung dịch pha lỗng bằng nước 1/50.
- CTS 70 2% chiếu xạ 16 kGy.

- CTS 70 2%, Ag+ 5 mM.
- Keo bạc nano CTS 70 2%, Ag+ 5 mM chiếu xạ 16 kGy (CTS-Ag).
3.2. Khảo sát độ ổn định của CTS-Ag theo thời gian:
Bảng 3.1: Giá trị dtb, E và max của CTS-Ag theo thời gian lưu giữ
Thời
gian
(ngày)

Pha lỗng bằng nước 1/50 (v/v)

Khơng pha loãng
max,nm

E

Et/E0100

dtb ,nm

max,nm

E

Et/E0100

dtb, nm

0

408,5

1,12

100,0

7,21,3

408,5

1,12

100,0

7,21,3

30

411,5

1,08

89,3

422,5

0,60

53,6

60

418,0

1,08

96,4

424,5

0,54

48,2

90

418,5

1,04

92,9

423,5

0,44

39,3

120

417,5

1,06

94,6

423,5

0,40

35,7

150

417,0

1,15

96,7

423,5

0,32

28,6

180

416,0

1,10

98,2

424,5

0,25

22,3

7,71,6

7,71,6

159

13,74,1

18,45,2


Kết quả bảng 3.1 cho thấy CTS-Ag
khơng pha lỗng ổn định sau 6 tháng lưu
giữ. Tuy nhiên khi pha loãng CTS-Ag bằng
nước với tỉ lệ 1/50 thì mật độ quang E
giảm theo thời gian. Sau 3 tháng E giảm
xuống còn 36% và sau 6 tháng thì giảm
cịn 22% so với thời điểm ban đầu. Bước

lưu giữ đến 6 tháng. Sự giảm E và tăng
max, chứng tỏ, trong dung dịch CTS-Ag có

sự kết tụ, giữa các hạt bạc nano hình thành
hạt có kích thước lớn hơn. Mẫu pha lỗng
bằng nước sau 3 tháng, dtb từ 7,7 nm tăng
lên đến ~ 14 nm.
Kết quả này cũng chứng tỏ CTS-Ag là
keo kị nước, nếu pha loãng phải sử dụng
ngay hoặc bổ sung chất hoạt động bề mặt
để bảo vệ.

sóng hấp thụ cực đại max của mẫu pha
lỗng có xu hướng dịch chuyển sang vùng
ánh sáng đỏ (~ 423 nm) và dao động không
đổi quanh vùng 423 nm theo suốt quá trình

Kết quả thử hoạt tính của CTS-Ag trên nấm hồng
Bảng 3.2: khả năng ức chế của CTS-Ag đối với nấm hồng (C. salmonicolor)

1
2

CTS-Ag

3
4

Validin
3DD

5

ĐC

(mm/ngày)
2,840,19b

70,241,24b

1,6

2,240,09c

75,860,46c

2,0

Thuốc

Nồng độ
(%)
1,0

STT

1,800,14c

79,981,59c

3

3,130,14b

67,500,80b

10,330,19a

00,000,00a

% ức chế

IC50
(%)

0,59

5

Các chữ cái khác nhau trong cùng một cột ở bảng số liệu thể hiện sự khác biệt về mặt
thống kê ở độ tin cậy 95%

Qua bảng 3.2 cho thấy, ở CTS-Ag
(1%) hiệu lực kháng nấm C. samonicolor
không có khác biệt về mặt thống kê ở độ
tin cậy 95% với mẫu so sánh. Ở hai nồng
độ 1,6% và 2% của PCS-02 có hiệu lực
kháng nấm C. samonicolor cao hơn mẫu so

sánh (có khác biệt về mặt thống kê ở độ tin
cậy 95%), IC50 rất thấp chỉ 0,59%. Phần
trăm ức chế trung bình ở mẫu thử chứa
CTS-Ag

khoảng

70,241,24

-

79,981,59%, trong khi phần trăm ức chế
trung bình ở mẫu so sánh là 67,500,80%.
160


4. KẾT LUẬN

đều thể hiện hoạt tính kháng nấm
Corticium salmonicolor cao hơn hẳn so với
thuốc đối chứng Validin3DD.

Bài báo đã trình bày nghiên cứu các
yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp
keo bạc nano bằng phương pháp chiếu xạ
trong chất ổn định CTS.
-

Cơng trình nghiên cứu này được hồn
thành với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài của
sở KH&CN tỉnh Bình Dương.

CTS-Ag có M wCTS = 380 kDa, dtb

= 7,3±1,4 nm và tan ở pH từ 3 – 11.
- CTS-Ag khơng pha lỗng có độ ổn
định sau 6 tháng lưu giữ.
-

Ở nồng độ 1% và 2% của CTS-Ag

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

P. Sanpui et al, The antibacterial properties of a novel chitosan-Ag-nanoparticle
composite, International Journal of Food Microbiology, 124(2), pp.142-146, 2008.

2.

H.J. Park et al., A new composition of nanosized silica-silver for control of various
plant diseases, The Plant Pathology Journal, 22(3), pp.295-302, 2006.

3.

M. Singh et al., Nanotechnology in medicine and antibacterial effect of silver
nanoparticles, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 3(3), pp.115-122,
2008.

4.

D.V. Phu et al., Synthesis and antimicrobial effects of colloidal silver nanoparticles in
chitosan by -irradiation, Journal of Experimental Nanoscience, 5(2), pp.207-213,
2010.

5.

Lê Xuân Phương, Thí nghiệm vi sinh vật học, Nhà xuất bản Khoa học kĩ thuật, 2003.

6.

S.P. Ramnani, J. Biswal, S. Sabharwal, Synthesis of silver nanoparticles supported on
silica aerogel using gamma radiolysis, Rad. Phys. Chem., 76, pp.1290-1294, 2007.

7.

Janata, E., Structure of the trimer silver cluster Ag+, J. Phys. Chem. B 107, 73347336, 2003.

8.

P. Chen et al., Synthesis of silver nanoparticles by -ray irradiation in acetic water
solution containing chitosan, Rad. Phys. Chem.,76, pp.1165-1168, 2007.

9.

B.D. Du et al., Preparation of colloidal silver nanoparticles in poly (Nvinylpyrrolidone) by -irradiation, Journal of Experimental Nanoscience, 3(3),
pp.207-213, 2008.
161


10. A. Murugadoss, A. Chattopadhyay, A ‘green’ chitosan-silver nanoparticles composite
as a heterogeneous as well as micro-heterogeneous catalyst, Nanotechnology, 19(1),
pp.01563/1-01563/9, 2008.

162

163


_______________________________________________________________
In 1000 cuốn khổ 19 x 27 cm, tại Công Ty TNHH Một Thành Viên In Kinh Tế
(thuộc trường Đại học Kinh tế TP. Hồ Chí Minh) 279 Nguyễn Tri Phương, P.5, Q.10
Nộp lưu chiểu tháng …… năm 2011
164


165