Nghiên cứu tổng hợp nanocomposite trên cơ sở ag và polyamidoamine

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗
LƯU THỊ HỒNG CÚC
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
NANOCOMPOSITE TRÊN CƠ SỞ Ag VÀ
POLYAMIDOAMINE


LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Chuyên Ngành: Hóa Hữu Cơ
Mã số: 09 07 01
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN CỬU KHOA
CẦN THƠ – 2009
Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ DENDRIMER
POLYAMIDOAMINE (PAMAM)
1.1. Khái niệm
Hóa học polymer và công nghệ sản xuất chúng đã có từ rất lâu trên nền tảng
chính là sản xuất ra các polyme mạch thẳng và mạch nhánh, chúng là vật liệu quan
trọng trong sản xuất và đời sống.Vào những năm 1980 người ta đã tìm thấy một loại
vật liệu polymer mới có những tính chất khác biệt so với các polymer mạch thẳng và
mạch nhánh thông thường, trong đó có dendrimer.
Hình 1.1: Lịch sử hình thành và phát triển polymer[11]
Dendrimer là polymer với kích thước nano (1-100 nm) có cấu trúc nhánh như
cành cây với lõi bên trong là những chất ưa dầu hoặc ưa nước với nhiều nhóm chức
hoạt động bao vòng bên ngoài. Những nhóm chức này có thể kết hợp tạo thành phức
bền hoặc kết hợp tạo thành mạng lưới bao bọc các phân tử hoạt động, do đó sẽ là chất
mang protein, ADN trong công nghệ gen hay chất mang thuốc trong ngành y dược…
1.2. Cấu trúc phân tử
Phân tử dendrimer có cấu tạo gồm 3 phần: lõi, nhánh bên trong, các nhóm bề mặt.

Hình 1.2: Mô hình cấu trúc phân tử dendrimer[16]
• Phân tử dendrimer được tạo ra từ tâm gọi là lõi bên trong (core). Tùy thuộc vào
cấu trúc của lõi bên trong mà nhánh xuất phát từ lõi có thể từ 3 đến 8 nhánh
(hoặc nhiều hơn), thông thường khoảng từ 3 đến 4 nhánh, có nhiều chất được
sử dụng để làm lõi bên trong cho dendrimer như amoniac, ethylenediamine,
cystamine…
• Các nhánh bên trong (Interior branches) được lặp đi lặp lại, chúng liên kết với
các nhóm chức bên ngoài với lõi bên trong, giữa các nhánh có nhiều không gian
trống bên trong.
• Các nhóm bề mặt (Surface groups) thường là các nhóm anion, cation, trung
tính, hay các nhóm ưa nước hay kị nước…
Dendrimer ở các thế hệ thấp (G = 0, 1, 2) có khả năng thay thế các nhóm bên
ngoài dễ hơn dendrimer ở các thế hệ cao vì mật độ các nhánh ở bên ngoài còn rất
nhỏ chưa có sự cản trở về mặt không gian nên chúng được dao động tự do. Khi
dendrimer phát triển dần lên làm cho các nhánh dài và phát triển rộng ra, số nhóm
ở bên ngoài dendrimer trở nên đông đúc hơn do đó không gian dao động của chúng
bị thu hẹp, mức độ dao động tự do giảm làm cho cấu trúc của dendrimer chặt chẽ
hơn và có dạng hình cầu rõ rệt. Khi số lượng các nhánh bên ngoài quá nhiều thì nó
không còn khả năng phát triển nhánh nữa thì các nhóm bên ngoài như một rào chắn
không cho các phân tử khác xâm nhập vào không gian trống bên trong của
dendrimer. Tóm lại, dendrimer ở ba thế hệ đầu có cấu trúc gần giống lõi bên trong
nên chúng có kích thước nhỏ, chưa có dạng cấu trúc hình cầu nhưng ở các thế hệ
càng cao thì các dendrimer có cấu trúc hình cầu càng rõ rệt hơn.



Hình 1.3 : Cấu trúc dendrimer có dạng hình cầu [23]
Hình 1.4: Công thức của phân tử PAMAM core EDA dendrimer[11]
**Một số các Dendrimer với các loại core và nhánh khác.
Hình 1.5: Dendrimer PAMAM có nhóm OH bên ngoài[11]

Hình 1.6: Phenolicdendrimer[15]
Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của dendrimer
• Độ pH
Cấu trúc và hình dạng của dendrimer phụ thuộc rất nhiều vào độ pH. Tại pH
thấp (pH < 4) thì các nhánh duỗi ra, các phân tử sắp xếp có trật tự hơn, không gian
trống trong phân tử dendrimer nhiều hơn. Tại pH trung tính bắt đầu xuất hiện các khúc
cuộn do liên kết hidrogen giữa các nhóm amine bên trong và các nhóm amine trên bề
mặt. Tại pH cao hơn các phân tử bắt đầu co lại có hình dạng như một khối cầu, độ chặt
bắt đầu tăng lên.
Hình 1.7: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi độ pH[15]
• Nồng độ muối
Khi nồng độ muối thấp các nhánh của dendrimer duỗi ra, khi nồng độ muối
cao làm cho hình dạng của nó co cuộn lại như trong dung môi khó phân cực hay độ pH
cao.
Hình 1.8: Sự thay đổi hình dạng dendrimer trong môi trường muối.[15]
• Dung môi hòa tan
Trong dung môi phân cực thì các nhánh của dendrimer duỗi thẳng ra do tạo liên kết
hydro giữa nguyên tử N của nhóm NH bên trong và nhóm bề mặt NH
2
hay nguyên tử
O của nhóm COO
-
với nguyên tử H của dung môi.
Trong dung môi ít phân cực thì nó cuộn lại vì lúc này hình thành liên kết nội phân
tử giữa nguyên tử N của nhóm NH
2
bề mặt với nguyên tử H của nhóm NH bên trong.
1.3. Tính chất
1.3.1 Tính mang vác
Từ cấu trúc phân tử cho ta thấy trong phân tử dendrimer có nhiều khoảng trống

nên chúng được sử dụng như một chất mang. Các chất chúng có thể mang là thuốc tri
bệnh, các đoạn ADN, các enzym, các hocmon, các xúc tác kim loại…
Đặc biệt là các dendrimer rất thích hợp cho việc mang thuốc vì chúng có độ
chọn lọc và tính bền vững cao khi kết hợp với thuốc. Hiện nay có nhiều cách để mang
thuốc như nang hóa các phân tử thuốc bên trong các không gian trống của phân tử
dendrimer (a), hoặc có thể nhiều phân tử dendrimer kết hợp tạo thành mang lưới bao
bọc các phân tử thuốc (b), hoặc là các phân tử thuốc kết hợp với các nhóm bề mặt
bằng liên kết cộng hóa trị (c) hoặc là các tương tác không hóa trị (d).
Hình 1.9: Các hình thức vận chuyển thuốc của Dendrimer.[15]
1.3.2.Cấu trúc xác định
Trước đây trong quá trình tổng hợp các polyme mạch thẳng và mạch nhánh
thì sự sắp xếp các nhánh xảy ra một cách ngẫu nhiên và các phân tử có kích thước
khác nhau nên không đồng đều. Nhưng đối với dendrimer ta có thể tổng hợp chúng với
kích thước và khối lượng phân tử như mong muốn.
Chính vì cấu trúc đặc biệt này mà các dendrimer có những tính chất tốt hơn
những polyme khác. Khi hòa tan trong dung môi các polyme thông thường tồn tại ở
dạng cuộn mềm dẻo dễ thay đổi hình dạng nhưng dendrimer thì tồn tại ở dạng một trái
banh chặt chẽ rất ít hoặc không bị biến dạng. Điều này ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt
của dendrimer. Khi khối lượng phân tử của dendrimer tăng thì độ nhớt của nó tăng đến
thế hệ thứ tư và sau đó giảm xuống. Còn các polymer mạch thẳng và nhánh thì độ nhớt
của chúng tăng theo chiều tăng của khối lượng phân tử.
Đặc biệt hơn nữa là các thế hệ dendrimer có kích thước chuẩn rất phù hợp với
những vật chất trong cơ thể. Chẳng hạn như G4 có kích thước 40A
0
đúng bằng kích
thước của cytochrome, G5 có kích thước 53A
0
phù hợp với hemoglobin, G6 có kích
thước 67A
0

phù hợp với phức ADN và histone. Vì lý do đó mà dendrimer là vật liệu
nano rất được chú trọng trong y học ngày nay.
Hình 1.10: Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể.[12]
1.3.3. Tính chất nano
Trong dung dịch các dendrimer có sự phân bố kích thước và hình dạng rất
phong phú có khi chúng kết thành một chuỗi thẳng dài, có khi kết thành chùm, hay có
khi ở dạng monomer, dimer, trimer. Kích thước phân tử của chúng thường khoảng vài
chục đến vài trăm nanomet nên nó được xem là một vật liệu nano.
Dendrimer được công bố gần đây có kích thước từ 50-800 nm, nhưng tốt nhất
là từ 50-300 nm. Hiện nay vật liệu nano đang được nghiên cứu rất rộng rãi, chúng
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nên sự ra đời của dendrimer cũng là một thành tựu
lớn trong lĩnh vực tìm kiếm các vật liệu nano mới. Tuy nhiên quá trình tổng hợp chúng
rất phức tạp, đòi hỏi kĩ thuật cao, giá thành lại đắt.
Hình 1.11: Các dạng phân bố dendrimer trong dung dịch[11]
1.3.4. Tính tương hợp sinh học
Các nhóm bề mặt của dendrimer có khả năng làm tăng tính tan, tính trộn lẫn
và hoạt tính của chúng. Ví dụ như nhóm bề mặt OH, NH
2
…có thể làm tăng tính tan
của dendrimer.
Những dendrimer vừa có tính ái nước vừa có tính ái dầu được chú ý tổng hợp
nhiều hơn vì tính ái nước là để chúng có thể hòa tan vào môi trường nước trong cơ thể
đi đến các tế bào, tính ưa dầu là để khi đến tế bào chúng có thể đi qua màng lipid đi
sâu vào bên trong tế bào. Trong lĩnh vực y học thường sử dụng các dendrimer có độ
tan thấp bởi chúng ít tan thì sẽ khó bị nước mang đi khắp cơ thể.
Ngoài ra các dendrimer có tính tương thích với cơ thể rất cao và được đào thải
dần ra khỏi cơ thể nên ít nguy hiểm đối với cơ thể. Những nghiên cứu của
D.A.Tomalia thường đi sâu vào các dendrimer ưa dầu vì chúng có độc tính thấp hơn
thậm chí không độc so với các dendrimer ái nước. Nhiều nghiên cứu cho thấy khi ta sử
dụng phóng xạ Iot-125 được gắn vào dendrimer có lõi là phenolic thì dendrimer có thể

bài tiết qua thận rồi theo đường nước tiểu hay đường phân ra khỏi cơ thể.
1.4. ỨNG DỤNG
1.4.1. Dendrimer là một vật liệu mới
Vào năm 1985, Tomalia đã sử dụng dendrimer làm chất phá nhũ tương của dầu và
nước, dùng làm chất giữ ẩm cho giấy và có tác dụng làm thay đổi độ nhớt nên dùng
trong sản xuất sơn.
Ngày 15 tháng 9 năm 1987, Tomalia và đồng sự đã phát hiện ra dendrimer có
nhiều nhánh được điều chế từ polyehtyleneimine với methylacrylate, ethylenediamine.
Họ sử dụng để chế tạo phân tử composite, làm vật liệu polymer.
Vào năm 2002, Grinstaff đã phát hiện ra các polyester dendrimer có nguồn gốc từ
các monomer như glycerol, succinic acid được dùng trong quá trình sản xuất giấy lụa.
Ngày 16 tháng 12 năm 2003, Vijay R Mhetar đã sử dụng dendrimer để làm thay
đổi bề mặt nhựa nhiệt dẻo như độ dẻo, khả năng chịu nhiệt. Khi trộn với dendrimer có
thể khống chế được tính chất mốc của nhựa, chống lại tia tử ngoại, độ mài mòn cao,
chống cháy. Do đó, loại nhựa trên có nhiều ứng dụng như làm kính, đèn treo tường, đồ
trang trí, sơn…
1.4.2. Trong y dược và sinh học
Một trong các khối có cấu trúc nano được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là
dendrimer bởi tính chất hướng đích và phát hiện của nó. Các thiết bị nano dùng
dendrimer PAMAM đa chức năng cung cấp một nền tảng nano để chụp ảnh, phân
phối thuốc và điều trị ung thư, giúp tăng hoạt lực của thuốc…
Trong lĩnh vực y dược dendrimer được dùng làm chất mang thuốc đến các vị trí
trong cơ thể rất hiệu quả, nhất là những vị trí chứa các khối u ác tính. Khi thuốc được
gắn vào dendrimer, thuốc có thể được phóng thích nhờ quá trình tiếp xúc với vị trí
định sẳn trong cơ thể. Dendrimer có thể sử dụng như tác nhân che phủ bên ngoài để
bảo vệ hay mang thuốc đến các vị trí đặc biệt trong cơ thể hay điều tiết thời gian
phóng thích các tá dược một cách hợp lý tránh hiện tượng thuốc chưa được hấp thu mà
đã đào thải ra ngoài. Người ta dùng dendrimer làm chất mang những loại thuốc trong
hóa trị liệu có độc tính cao đối với cơ thể, các loại thuốc có tuổi thọ rất ngắn trong cơ
thể. Khi sử dụng chất mang thì thuốc có thể được đưa đến đúng các vị trí cần điều trị

trong cơ thể, lượng thuốc sử dụng ít hơn, dược tính được tăng cao. Ngoài ra nó không
độc đối với cơ thể, có tính đào thải tốt. Chính vì dendrimer có nhiều ứng dụng trong
chuẩn đoán và điều trị nên đã thu hút rất nhiều nhà khoa học và đã thu được khá nhiều
thành công.
• Vào năm 2001 Lajos Balogn và D.A.Tomalia đã phát hiện ra phức PAMAM
hoặc POPAM (polypropylamine) dendrimer với ion bạc. Nó được dùng làm
dụng cụ băng bó vết thương, kháng khuẩn E.coli và PS.Aegurinosa. Ion bạc có
tác dụng ngăn cản quá trình lấy enzyme của vi khuẩn và tiêu diệt chúng. Bên
cạnh đó, nó còn kích thích sự phát triển của mạch máu. Đó là vấn đề then chốt
để chữa lành vết thương. Thế hệ của dendrimer càng cao thì khả năng hấp phụ
và khả năng phân tán thuốc càng tốt.
• James Baker, giáo sư chuyên về công nghệ sinh học nano ở trường đại học
Michigan, đã đưa ra ý tưởng ghép PAMAM dendrimer với chất kháng thể
chống ung thư methotrexate, vitamin acid folic và chất tạo ảnh huỳnh quang.
Chất này khi đưa vào cơ thể sẽ dính chặt và tiêu diệt các tế bào ác tính mà
không gây tổn thương cho các tế bào xung quanh. Những hạt này được chế tạo
có kích thước cực nhỏ có khả năng lọt qua những rào cản chẳng hạn như mạch
máu, “ then cài cửa” của các tế bào ung thư và thấm sâu như thể chúng là thức
ăn của tế bào. Vì các phân tử dendrimer có nhiều nhánh nên người ta cài acid
folic vào các nhánh đó.
• Vào năm 2005, Thomas và Majoros cũng sử dụng acid folic (FA) tới các tế bào
ác tính như ung thư não, cổ và ung thư buồng trứng. Họ đã kết hợp PAMAM
dendrimer thế hệ thứ năm với chất chống ung thư như methotrexate và taxol sử
dụng độ nhạy pH in vivo để giải phóng thuốc chống ung thư nằm trong chất
mang polymer nano phân hủy sinh học. Nó chỉ đáp ứng riêng biệt tại vị trí của
khối u.
• Cùng năm 2005, hàng loạt công ty đang tiến hành phát triển các dendrimer với
kích cỡ nano khác nhau dùng để phân phối thuốc. Công ty Sixty của Mỹ đang
nghiên cứu ứng dụng trong liệu pháp phân phối và công ty Nanospectra
Biosciences (Texas, Mỹ) đang phát triển vỏ nano cho phép phân phối thuốc

đúng liều lượng, đúng vị trí hoặc cắt bỏ mô. Một ứng dụng thú vị của các hạt
nano có khả năng loại bỏ cholesterol đang được các công ty BioSante
Pharmaceuticals (Lincolnshire, Mỹ) và Nanobio Corporation(AnnArbor, Mỹ)
theo đuổi. Prasad và cộng sự đã dùng từ tính gói trong silica để li giải từ tính
chọn lọc tế bào ung thư. Họ chế tạo viên nang nano sinh học, lớp ngoài là
kháng nguyên vi khuẩn viêm gan siêu vi B. Viên nang này có khả năng phân
phối gen, thuốc, protein huỳnh quang đặc hiệu với tế bào gan người. Ủ hạt nano
không có protein, sau đó điều biến apoptosis của các tế bào ung thư và tế bào
lympho trong bệnh bạch cầu.
• Vào ngày 8 tháng 1 năm 2007, David Karoll và Mark Grinstaff ở trường đại
học Boston, Ph. D ở viện nghiên cứu Triangle được tổng hợp hạt dendrimer
sinh học có khả năng tan trong nước. Những nhà nghiên cứu đã chế tạo
dendrimer bằng cách polymer hóa acid succinic và glycerol.
Hiện nay người ta cũng sử dụng dendrimer nhiều trong lĩnh vực sinh học bởi
những ưu điểm của nó là khả năng thẩm thấu sinh học cao, chúng có thể đi xuyên
qua mạch máu hay qua biểu mô. Vì thế chúng có khả năng vận chuyển
hydratcacbon, protein, peptid hay oxi đi khắp các mạch máu trong cơ thể. Với các
dendrimer có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể hơn, do chúng có
kích thước nhỏ sẽ len lõi qua các vách tế bào hay khuếch tán qua tế bào và đi ra
ngoài. Còn các dendrimer có kích thước lớn sẽ khó thẩm thấu hơn và giữ lại trong
cơ thể gây độc hại cao.
1.4.3. Trong các lĩnh vực khác
Bên cạnh những ứng dụng trong các lĩnh vực trên dendrimer còn được dùng
trong các lĩnh vực khác như:
• Trong lĩnh vực xúc tác: nhờ vào diện tích bề mặt lớn và nhiều khe hở bên
trong nên nó có thể dùng làm chất mang chất xúc tác.
• Trong kĩ thuật: dùng làm đầu dò cảm biến hóa học và sinh học, sợi cacbon,
phụ gia polymer và nhựa…
• Trong môi trường: dùng để xử lý chất thải, hệ thống siêu lọc…
• Trong điện tử và quang học: dùng làm hệ thống hấp thu ánh sáng, in tần số

rộng, màn hình tinh thể lỏng, vật liệu quang học 3D…
• Trong công nghiệp: dùng để chế tạo mực in, chất bám dính, tạo ra pin và
chất bôi trơn ở cấp độ nano.
1.5. Phương pháp tổng hợp[15][16]
Hiện nay dendrimer được tổng hợp bằng hai con đường chính là phương pháp
divergent và covergent, ngoài ra hiện nay người ta còn công bố phương pháp khác là
tổng hợp dendrimer trên nền silica gel. Khi tổng hợp bằng hai con đường khác nhau thì
cấu trúc của chúng cũng khác nhau.
1.5.1. Phương pháp divergent
Dendrimer được phát triển từ các nhóm chức của phân tử lõi bên trong. Các lõi
phản ứng với các phân tử monomer chứa 1 loại nhóm chức hoạt động (có khả năng
phản ứng) và 1 loại nhóm chức không hoạt động (không có khả năng phản ứng) và đưa
đến việc hình thành thế hệ thứ nhất của dendrimer. Sau đó các nhóm bề mặt cũng được
hoạt hóa để chuẩn bị cho phản ứng với các nhóm monomer khác. Qui trình trên được
lặp đi lặp lại tạo ra các thế hệ dendrimer khác nhau (G), chúng được xây dựng từ lớp
này sang lớp khác.
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là thường xảy ra các phản ứng phụ
và sản phẩm sinh ra có nhiều khuyết tật. Vì vậy để ngăn cản phản ứng phụ và thúc đẩy
phản ứng chính thì độ tinh khiết của tác chất phản ứng phải ở mức độ cho phép là một
đòi hỏi rất quan trọng. Nếu phản ứng phụ xảy ra nhiều sẽ gây trở ngại cho việc tinh
chế sản phẩm cuối cùng.

1.5.2. Phương pháp convergent
Phương pháp nay ra đời khắc phục được nhiều nhược điểm của phương pháp
divergent. Trong phương pháp này dendrimer được tổng hợp theo dạng bậc thang.
Theo phương pháp này có một số điểm thuận lợi hơn là nó dễ dàng làm sạch sản phẩm
và những khuyết tật của sản phẩm cũng được giảm đến mức tối thiểu. Việc tổng hợp
dendrimer đòi hỏi phải có sự sắp xếp thật tỷ mỹ vị trí các nhóm nguyên tử trong không
gian, vì thế khi số nhóm bên ngoài tăng lên sẽ cản trở không gian cho các nhóm tiếp
theo.

Hình 1.12: Hai phương pháp tổng hợp Dendrimer [12]
1.6. Phản ứng điều chế dendrimer (PAMAM)[14]
Các polyamidoamine được tổng hợp bắt đầu từ lõi EDA qua phản ứng alkyl hóa
và phản ứng amid hóa. Nhóm NH
2
trên phân tử EDA sẽ thực hiện phản ứng alkyl hóa
với methylacrylate, phản ứng amid hóa xảy ra giữa nhóm COO
-
trong phân tử
methylacrylate vừa gắn vào sẽ phản ứng với nhóm NH
2
của phân tử EDA mới và đưa
đến hình thành một thế hệ dendrimer.
* Phản ứng alkyl hóa
H
2
N-CH
2
-CH
2
-NH
2
+ CH
2
=CH-COO-CH
3
(CH
2
)
2

-[N-(CH
2
-CH
2
-COO-CH
3
)
2
]
2

* Phn ng amid húa
(CH
2
)
2
-[ N- (CH
2
-CH
2
-COO-CH
3
)
2
]
2
+ H
2
N-CH
2

-CH
2
-NH
2

(CH
2
)
2
-[ N- (CH
2
-CH
2
-COO-NH-CH
2
-CH
2
-NH
2
)
2
]
2
Trong quỏ trỡnh phn ng thỡ phn ng amid húa xy ra nhanh hn (1-3 ngy) phn
ng alkyl húa (4-10 ngy) tựy theo th h, do phn ng cng vo ni ụi C=C ca este
rt khú thc hin. Methanol cú vai trũ l cht xỳc tỏc thỳc y phn ng xy ra nhanh
hn vỡ nú lm tng phõn cc ca liờn kt pi trờn ni ụi C=C. Ngoi ra th h
cng cao thỡ nht ca dendrimer cng tng, methanol l dung mụi hũa tan tt
dendrimer lm tng s tip xỳc gia dendrimer v tỏc cht phn ng.
Thc t khi tin hnh phn ng amid húa ngi ta dựng lng d EDA so vi lý

thuyt t 10-250 ln trỏnh sinh ra cỏc phn ng ph.
N
N
O
O
OMe
OMe
O
MeO
MeO
O
N
N
O
O
NH
NH
O
NH
NH
O
N
N
O
O
N
OCH
N
N
O

O
NH
NH
N:
H H
3
NH
NH
HN
HN
2
2
2
2
Saỷn phaồm mong muoỏn Saỷn phaồm khoõng mong muoỏn
Cỏc hng to thnh sn phm khụng mong mun[18]
Hydro trờn phõn t ethylenediamine th cha ht.
N
N
H
NH
2
NH
2
NH
2
 Hai nhóm NH
2
trên phân tử Dendrimer phản ứng đóng vòng với nhau.
N

N
NH
2
NH
2
NH
NH
O
O
 Hai phân tử Dendrimer tự dimer hóa.
N
N
NH
2
NH
2
NH
2
NH
O
N
N
NH
2
NH
2
NH
2
NH
O

Trong quá trình phản ứng điều chế dendrimer PAMAM sự kiểm soát phản ứng
tránh sinh a sản phẩm phụ, tách tác chất dư sau phản ứng và bảo quản sản phẩm sau
mỗi lần cô quay hay bảo quản sản phẩm cuối cùng là những yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm.
 Để tránh phản ứng sinh ra sản phẩm phụ cần phải giữ phản ứng ở 0˚C trong 2-
4h, dùng ống nhỏ giọt từ từ từng giọt dendrimer PAMAM (thế hệ trước) xuống
tác chất phản ứng. Đưa N
2
vào hệ phản ứng liên tục tránh O
2
không khí oxi hóa
sản phẩm. Khuấy liên tục suốt quá trình phản ứng. Sử dụng hóa chất có độ tinh
khiết cao, phản ứng đúng thời gian qui định.
 Trong phản ứng alkyl hóa lượng EDA được dùng dư rất nhiều, nhiệt độ sôi của
nó cao (116˚C) trong khi nhiệt độ tinh chế 40-48˚C nên việc loại EDA rất khó
khăn. Nên ta phải dùng hỗn hợp dung môi Toluen và Methanol với tỷ lệ 9:1
theo thể tích để tách loại chúng. Và sau cùng loại bỏ toluen còn lại trong sản
phẩm bằng methanol. Trong phản ứng ester hóa lượng methylacrylate dư dễ
tách loại hơn vì nó có nhiệt độ sôi thấp hơn(80˚C ). Tuy nhiên khi độ nhớt của
dung dịch tăng, nó cũng bị giữ lại một phần nên phải dùng methanol để pha
loãng và kéo tác chất dư ra.
 Bảo quản sản phẩm cuối và sau mỗi lần cô quay thật cẩn thận. Cất vào tủ lạnh
nơi có nhiệt độ thấp và bọc lại bằng giấy bạc để tránh ánh sáng làm phân hủy
sản phẩm.
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ NANO BẠC
2.1. Giới thiệu về các hạt nano kim loại
Các hạt nano kim loại đã được biết đến từ rất lâu. Người ta đã tìm thấy các hạt
kim loại vàng và bạc trong thủy tinh từ trên 2000 năm trước dưới dạng các hạt nano.
Chúng được sử dụng làm chất tạo mầu, thường dùng trong các cửa kính nhà thờ. Năm
1831, Michael Faraday đã nghiên cứu và chứng minh rằng những màu sắc đặc biệt của

các hạt kim loại là do kích thước rất nhỏ của chúng chứ không phải là do trạng thái cấu
trúc của chúng mang lại.[6]
Những năm gần đây, công nghệ nano ra đời không những tạo nên bước nhảy đột
phá trong ngành điện tử, tin học, y sinh học mà còn được ứng dụng rộng rãi trong đời
sống, gạc chữa bỏng được phủ nano bạc, nước rửa rau sống, chất diệt khuẩn khử mùi
trong máy lạnh…
Tại Việt Nam, Gốm sứ Minh Long (Bình Dương) đã sử dụng công nghệ nano làm
nên chén bát khi rửa không cần xà phòng và từ hai năm nay phòng thí nghiệm nano
của Đại học Khoa học Tự nhiên cũng đang tập trung nghiên cứu sản xuất một số KIT
thử nhanh, thuốc bảo vệ thực vật từ nano bạc và đã tạo nên được những sản phẩm trừ
bệnh, trừ nấm phổ rộng, không độc hại cho người, động vật và môi trường, không tạo
nên các dòng khuẩn, nấm, virus kháng thuốc được coi là bước đột phá của ngành hóa
lý Việt Nam.
2.2. Đặc tính của nano kim loại bạc
Bán kính nguyên tử Ag: 0.288; Bán kính ion Ag: 0.23 nm
Bảng 2.1: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích
Kích thước của hạt nano Ag (nm) Số nguyên tử chứa trong đó
1 31
5 3.900
20 250.000
Từ những đặc điểm trên cho ta thấy nano bạc là vật liệu có diện tích bền mặt riêng
rất lớn, có những đặc tính độc đáo sau:
 Tính khử khuẩn, chống nấm, diệt tảo khử mùi, phát xạ tia hồng ngoại đi xa,
chống tĩnh.
 Không có hại cho cơ thể con người với liều lượng tương đối cao, không có phụ
gia hóa chất.
 Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các
dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như
benzen, toluen).
 Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng củ ánh sáng và các tác

nhân oxy hóa thông thường.
 Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.
 Ổn định ở nhiệt độ cao.
2.2.1. Đặc tính diệt khuẩn của bạc
Bạc là một trong những chất diệt khuẩn hiệu quả được biết đến từ rất sớm trong
lịch sử nhân loại. Người cổ đại thường dùng các lọ hay bình bằng bạc để trữ nước.
Những người khai hoang châu Mỹ đặt một đồng tiền bằng bạc vào trong cốc sữa trước
khi uống. Hiện nay, cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) vẫn sử dụng bạc cho hệ
thống lọc nước trong tàu con thoi. Bên cạnh đó, bạc và các muối bạc đã được sử dụng
rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng.
Nhưng sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả
cao người ta không còn quan tâm đến giá trị diệt trùng của bạc nữa. Tuy nhiên, từ
những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc,
người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các đặc
trưng khác của bạc, đặc biệt là dưới dạng hạt có kích thước nano (nano bạc).
Các nhà nghiên cứu y học đã khẳng định ion bạc có khả năng tiêu diệt hơn 650
chủng vi sinh gây bệnh cho người. Mặt khác, nguyên tố bạc không độc hại đối với cơ
thể con người với liều lượng tương đối cao (theo Tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ, cơ
thể con người có thể nhận liên tục mỗi ngày 0.3-0.4 mg Ag
+
trong suốt cuộc đời mà
không bị ảnh hưởng đến sức khỏe). Vì vậy, ngày nay bạc ngày càng được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hoạt động và sản xuất. Mặt khác, đặc tính quí của bạc với
vai trò chất sát trùng là bạc không bị các chủng vi sinh gây bệnh thích nghi như nhiều
hóa chất sát trùng khác. Gần đây, các kết quả nghiên cứu mới nhất về tính khử trùng
của bạc đã khẳng định bạc ở kích thước nano có hiệu quả sát khuẩn cao hơn bạc ở kích
thước micro nhiều lần. Điều này đã thúc đẩy nhiều hướng nghiên cứu chế tạo và sử
dụng nano bạc khử trùng trong y tế và đời sống trên thế giới.
Cơ chế diệt khuẩn của bạc.
Hiện nay có nhiều quan diểm giải thích cơ chế diệt khuẩn và vô hiệu hóa virus của

bạc, chủ yếu dựa trên cơ sở ức chế quá trình vận chuyển oxy trong tế bào. Và quan
điểm được nhiều người thừa nhận nhất cho rằng đó là do bạc tác dụng lên màng bảo vệ
của tế bào vi khuẩn, cụ thể:
Màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn là một cấu trúc gồm các protein được liên kết
với nhau bằng cầu nối acid amine để tạo độ cứng cho màng các protein này được gọi
là các peptidoglican.
Các ion bạc tương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển
oxy của chúng vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được
lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn có thể lại được phục
hồi. Các tế bào động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi
sinh vật, không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thương khi
tiếp xúc với ion này.
Có thể nói , tác dụng của ion bạc ở đây không mang tính đặc thù về bệnh lý giống
như thuốc kháng sinh, mà mang tính đặc thù của tế bào. Vì vậy, bất kỳ một tế bào nào
không có lớp màng bảo vệ bền vững về mặt hóa học đều dễ dàng bị bạc tác động,
chẳng hạn như các virus ngoại tế bào (extracellular virus). Đồng thời bạc tác dụng như
một chất xúc tác nên ít bị tiêu hao trong quá trình sử dụng.
2.2.2. Ứng dụng của nano bạc
Bạc có hai đặc điểm nổi bật là tính dẫn điện tốt và tính kháng khuẩn cao. Và nano
bạc cũng có hai ứng dụng quan trọng, đó là làm vật liệu dẫn điện, keo dẫn điện, vải
dẫn điện, chống tĩnh điện, lớp bảo vệ điện từ …Về tính khử trùng, nano bạc thường
được ứng dụng làm chất tiệt trùng, kháng khuẩn, khử mùi hôi…

Hình 2.2: Những ứng dụng chính của nano bạc
2.3. Phương pháp chế tạo nano kim loại bạc[6]
2.3.1. Công nghệ tổng quát điều chế nano kim loại bạc
Kim loại bạc thường được điều chế từ muối bạc (chủ yếu là AgNO
3
) bằng phản
ứng khử. Tác nhân khử là các andehit RCHO, hoặc sodium borohydride NaBH

4
,
hidrazine. Trong đó người ta hay sử dụng andehit fomic (HCHO) và đường glucozo
(C
6
H
12
O
6
). Công nghệ chế tạo nano bạc theo sơ đồ sau:

AgNO
3
KOH, NH
4
OH
Bột nano bạc
Keo nano bạc phân
tán trong dung môi
hữu cơ
Keo nano bạc phân
tán trong nước
Ag(NH
3
)
2
OH+
RCOO
-
Ag(NH

3
)
2
OH
Chất hoạt động
bề mặt
RCOOH
Chất khử
RCHO
Axetone
Dung môi
hữucơ
Khử mùi
Tiệt trùng
Kháng
khuẩn
Hoạt tính
Nano bạc
Dẫn
Chống
tĩnh điện
Lớp bảo
vệ điện tử
Tính dẫn điện
Hình 2.1: Sơ đồ chế tạo keo nano bạc
2.3.2. Sử dụng chất hoạt động bề mặt chế tạo nano kim loại bạc
Thông thường, nano bạc được chế tạo dưới dạng các hệ keo nano bằng phương
pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt. Trong đó, cấu tạo mixen của hạt keo bạc bao
gồm:
Nhân trung hòa điện tích: là tập hợp các nguyên tử bạc có cấu trúc tinh thể.

Số nguyên tử tập hợp thành hệ keo càng nhiều thì kích thước hạt keo càng lớn.
Điện tích các hạt keo nano bạc: Bề mặt hạt keo hấp phụ cation Ag
+
của
dung dịch và tạo ra lớp ion tạo thế. Những anion (NO
3
-
, RCOO
-
) cũng phân bố ở 2
vùng: Trong lớp Hemhon và phần còn lại nằm trong lớp khuếch tán. Nhân, lớp tạo thế
và lớp Hemhon tạo thành hạt keo nano bạc. Hạt keo và lớp khuếch tán tạo thành
mixen.
Trong quá trình khử ion Ag
+
thành Ag, bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag
+
trong dung dịch và tạo ra lớp ion tạo thế dương trên bề mặt. Chất hoạt động bề mặt
dưới dạng RCOO
-
(R là gốc hydrocacbon) bị hấp phụ lên bề mặt lớp ion tạo thế.
Nhờ vậy, các hạt keo trở nên bề vững và không bị keo tụ lại với nhau. Sự có mặt của
các chất hoạt động bề mặt cũng giúp cho các hạt keo vừa có tính ưa nước vừa có tính
ưa dầu. Do đó, các hạt keo nano bạc có thể phân tán tốt và bền vững trong cả môi
trường phân cực và không phân cực.
2.3.3. Phân tán nano bạc trong polymer
Nano bạc có thể phân tán trong polymer bằng nhiều cách khác nhau như:
• Phân tán nano bạc trong polymer bằng nóng chảy và khuấy trộn mạnh (có thể
sử dụng rung siêu âm).
• Hòa tan polymer trong một loại dung môi thích hợp rồi cho nano bạc phân tán

vào. Cho bay hơi dung môi ta thu được nano bạc phân tán trong polymer.
• Khử trực tiếp muối bạc trong polymer (dạng nhũ tương hoặc dạng hòa tan) để
thu được dạng phân tán của nano bạc trong polymer.
Nano bạc được pha vào trong các loại polymer với nồng độ khoảng 20-50 ppm
có tác dụng kháng khuẩn rất cao, chủ yếu sử dụng trong các thiết bị sinh hoạt gia
đình.
Bảng 2.2: Các loại polymer chứa nano bạc và ứng dụng
STT Polymer chứa nano bạc Ứng dụng
1 Polyethylen(PE) Bao bì, màng bảo vệ, đồ chứa bằng nhựa.
2 Polypropylen(PP) Bao bì, dồ đựng thức ăn, đồ chứa bằng nhựa.
3 Polystyren(PS) Bàn chải,đồ chứa bằng nhựa, bàn ghế.
4 Polyvinyclorite(PVC) Da tổng hợp, khăn trải bàn, thảm.
5 Polyethylenterephtalat(PET) Chai lọ đựng thức ăn và nước uống.
6 Polyester sunfua(PES) Đồ dùng trẻ em, chai đựng thuốc.
Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ
NANOCOMPOSITE
Khoa học và công nghệ nano là một lĩnh vực mới, phát triển rất nhanh chóng và
được ứng dụng trong nhiều ngành như điện tử, vật lý, hóa học, sinh học, y học, môi
trường,… Nó đã tạo ra nhiều loại vật liệu chức năng mới có kích thước trong khoảng
từ 0.1 đến 100 nanomet (nm) trên cơ sở hóa học nano. Bởi nhiều nguyên tố hóa học có
được những tính chất hoàn toàn mới khi được đưa về trạng thái nanomet, trên cơ sở đó
chế tạo được các vật liệu mới. Chẳng hạn, vàng kim loại thường được dùng làm đồ
trang sức vì nó rất bền ở điều kiện thường. Nhưng khi giảm kích thước của hạt kim
loại vàng xuống đến cỡ nanomet thì hoạt tính hóa học của nó tăng lên rất lớn. Khi đó,
ta có thể sử dụng vàng làm chất xúc tác thân môi trường hay dùng để chế tạo pin nhiên
liệu. Vả lại, giá thành chế tạo hạt vàng có kích thước nano rẻ hơn nhiều so với những
vật liệu hiện có.
3.1. Vật liệu composite
3.1.1. Khái niệm
Vật liệu composite hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu

khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu.
3.1.2. Đặc điểm cấu tạo
Nhìn chung, mỗi vật liệu composite có một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố
trong một pha liên tục duy nhất. Trong đó, pha là một loại vật liệu thành phần nằm
trong cấu trúc của vật liệu composite, pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix) thường
làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại với nhau, pha gián đoạn được gọi là cốt
hay vật liệu tăng cường (renfot) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính,
chống mòn, chống xước,…
• Vật liệu nền trong vật liệu composite là chất kết dính, giúp chuyển ứng suất
sang cho sợi gia cường khi có ngoại lực tác động vào vật liệu. Nó quyết định
khả năng bền với môi trường, khả năng chịu nhiệt của vật liệu.
• Trong vật liệu composite, thành phần cốt thường được sử dụng hiện nay là các
loại sợi như: sợi thủy tinh, sợi Aramid, sợi carbon, sợi amiang,…Độ cứng, tỷ
trọng, khả năng chịu nhiệt,…là các tính chất của thành phần cốt cần được quan
tâm khi chọn loại sợi cho vật liệu composite.
• Ngoài hai thành phần cơ bản trên thì trong vật liệu composite còn có các phụ
gia khác như chất xúc tác, chất tạo màu,…
3.1.3. Tính chất và ứng dụng
• Vật liệu composite có ưu điểm là nhẹ, bền, có tính cơ học cao, chịu nhiệt, chịu
hóa chất tốt, giá thành phù hợp nên được sử dụng rất rộng rãi. Hiện nay,
composite đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực như giao thông vận tải, xây dựng,
công nghiệp, y tế, hàng không, vũ trụ,…
• Đặc biệt, vật liệu compsite cao cấp là loại composite đắt tiền, có khả năng chịu
nhiệt cao, rất bền, chúng được sử dụng chủ yếu trong ngành hàng không dân
dụng, quân sự, vũ trụ và dùng để làm một số vật dụng trong thể thao như goft,
tennis,…
3.2. Vật liệu nanocomposite
Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật
và dân dụng. Nanocomposite bao gồm ba loại nền kim loại, nền gốm và nền polimer.Ở
đây ta chỉ đề cập đến nanocomposite trên cơ sở chất nền là polimer.

Vật liệu nanocomposite polymer là loại vật liệu composite polymer với hàm
lượng chất gia cường thấp (1-7%) và chất gia cường này phải ở kích thước nanomet.
Thông thường chất gia cường ở kích thước nano được sử dụng là hạt nano và ống
carbon.
Vật liệu nanocomposite là hưóng đi khác của công nghệ nano. Nó được sản xuất
bằng cách đưa vật liệu vô cơ cấu trúc lớp có kích thước nanomet như khoáng sét tự
nhiên vào polymer để đạt độ phân tán đến mức nano. Những vật liệu mới dưới dạng
các nanocomposite có thể dùng để chế tạo chất ức chế tia tử ngoại, vật liệu khử trùng,
vật liệu chống cháy và các ứng dụng khác.
Hơn nữa, vật liệu nanocomposite còn là vật liệu thân thiện môi trường, có thể tái
sử dụng mà vẫn duy trì được những đặc tính độc đáo của nó.
** Một số vật liệu nanocomposite
 Vật liệu nanocomposite nền polymer: là vật liệu thông dụng trong kĩ thuật và
dân dụng bởi chúng có những ưu điểm nổi bật như nhẹ, dễ gia công chế tạo, có
độ bền hóa học cao. Khi kết hợp với các hạt hoặc sợi nano tinh thể sẽ tạo thành
tổ hợp vật liệu có nhiều tính chất quí giá nhưng giá thành lại rẻ và dễ chế tạo.
Vai trò của nền polymer trong nanocomposite là nền che chắn cốt, tạo nên hình
dáng xác định của vật liệu và nó còn được xem như là chất keo phân tán các
phân tử cốt nano tinh thể tránh sự keo tụ. Khi đưa các phân tử cốt có kích thước
nanomet vào các nền polymer khác nhau sẽ tạo được một hỗn hợp các tính chất
kết hợp của nền polymer như mềm dẻo, dễ gia công,…và các tính chất đặc biệt
của cốt nano như tính bán dẫn, dẫn điện, chịu nhiệt, dẫn quang, có từ tính, làm
chất xúc tác cho các phản ứng hóa học,…
 Vật liệu nanocomposite nền kim loại: chế tạo chủ yếu theo công nghệ in situ
hoặc ủ nhiệt sau khi phun băng nguội nhanh vô định hình, vô định hình khi hợp
kim hóa bằng nghiền năng lượng cao, vô định hình khi chế tạo lớp kết tủa hóa
học và điện hóa.
 Vật liệu nanocomposite nền gốm: quan trọng nhất là hệ SiC-Si
3
N

4
được chế tạo
theo công nghệ in situ.
3.3.Tình hình nghiên cứu tổng hợp nanocomposite
3.3.1. Nghiên cứu trên thế giới
Ngày 28-12-1990, Kan-Sen Chou, Chiang-Yuh Ren: Tổng hợp hạt nano bạc bằng
phương pháp khử hóa học dùng formaldehyde trong dung dịch lỏng.
Ngày 15-09-2002, Qunqiang Feng, Zhimin Dang, Na Li, Xiaolong Cao: Tính chất
của bột nano dựa vào những hiệu ứng Coulomb Blockade.
Ngày 03-09-2003, Hengbo Yin, Tetsushi Yamamoto, Yuji Wada, Shozo Yanagida:
Tổng hợp trên qui mô lớn hạt nano bạc dưới sự chiếu xạ sóng cực ngắn.
Ngày 06-08-2004, Ki Young Kim, Young Tai Choi, Dae Jong Seo, Seung Bin
Park: Tổng hợp keo bạc và nâng cao tính ổn định phân tán trong dung môi hữu cơ.
Ngày 11-01-2005, P.K.Khana, R.Gokhale, V.V.V.S. Subbarao, A. Kasi
Vishwanath, B.K Das, C.V.V. Satyanarayana: Polyvinyl alcohol(PVA) ổn định hạt