Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô vơ (Ag, F3O4) hữu cơ (Chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng dụng trong y sinh

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

NGUYỄN THỊ NGOAN

NGHIÊN CỨU, TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU LAI VÔ
CƠ (Ag, Fe3O4) – HỮU CƠ (CHITOSAN) CẤU TRÚC NANO
ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH

Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2016


Công trình đƣợc hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Trần Đại Lâm
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Nguyễn Tuấn Dung

Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam



A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của đề tài luận án
Chitosan là một polyme thiên nhiên là dẫn xuất của chitin được tách từ
vỏ tôm cua, mai mực – nguồn phế phẩm của ngành chế biến thủy hải sản, là
nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dồi dào đồng thời gây ô nhiễm môi trường do
không kịp tiêu thụ và bị phân hủy thối rữa. Do đó việc nghiên cứu tái sử dụng
chitin, chitosan thành các sản phẩm hữu ích là rất quan trọng. Chitosan có các
đặc tính quý báu có khả năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học cao
đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong y sinh dược học. Nanocompozit trên
nền chitosan cũng hứa hẹn có nhiều ứng dụng sinh học quan trọng do tận
dụng được các đặc tính quý này của chitosan. Các chất gia cường như hạt
nano bạc và nano sắt từ đã và đang thu hút sự chú ý của nhiều nhóm nghiên
cứu trong nước và trên thế giới do mang các tính chất từ và tính chất quang
cũng như kháng khuẩn thú vị đã được sử dụng cho các ứng dụng trong lĩnh
vực y sinh, trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Vật liệu nanocompozit kết hợp
chất gia cường nano bạc, nano sắt từ trền nền polyme chitosan hứa hẹn sẽ
tăng cường ứng dụng của loại vật liệu này trong lĩnh vực y sinh. Chính vì vậy
mục tiêu của luận án này là nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng, định hướng ứng
dụng của hệ vật liệu nanocompozit đa chức năng trên cơ sở kết hợp nano bạc,
nano sắt từ trên cơ sở chitosan nhằm kết hợp các tính chất quý báu riêng rẽ
của các vật liệu thành phần, tạo ra hệ nanocompozit đa chức năng có tiềm
năng ứng dụng trong lĩnh vực y sinh. Đề tài với tên “Nghiên cứu, tổng hợp,
đặc trưng vật liệu lai vô cơ (Ag, F3O4) - hữu cơ (chitosan) cấu trúc nano định

hướng ứng dụng trong y sinh“, được xác định không chỉ có ý nghĩa khoa học
mà còn có ý nghĩa thực tiễn to lớn.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu phương pháp mới, phương pháp hóa học xanh tổng hợp
vật liệu nanocompozit chứa nano bạc, nano sắt từ trên nền chitosan đơn giản,


hiệu suất cao và giảm ảnh hưởng của tạp chất nhằm tăng khả năng ứng dụng
trong lĩnh vực y sinh.
- Mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu polyme nanocompozit chứa
nano bạc, nano sắt từ trên nền chitosan trong lĩnh vực y sinh ứng dụng các kỹ
thuật hiện đại.
- Chế tạo vật liệu mới kết hợp các tính chất từ, tính chất quang của từng
thành phần trong polyme nanocompozit chứa nano bạc, nano sắt từ trên nền
chitosan hướng tới hệ vật liệu đa chức năng ứng dụng trong y sinh.
3. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án
- Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc trên nền chitosan bằng 3
phương pháp in-situ: Khử hóa học sử dụng NaBH4, gia nhiệt và sử dụng lò vi
sóng. Nghiên cứu đặc trưng tính chất, hình thái học để tìm ra phương pháp tối
ưu nhất chế tạo vật liệu này thích hợp cho ứng dụng trong y sinh học: khả
năng mang thuốc, khả năng diệt khuẩn.
- Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan bằng 3
phương pháp in-situ: đồng kết tủa trong điều kiện nitơ trơ, đồng kết tủa trong
hệ vi lưu và oxy hóa đồng kết tủa. Nghiên cứu các đặc trưng tính chất và hình
thái học của các vật liệu, trên cơ sở kết quả lựa chọn vật liệu CS/MNPs cho
các ứng dụng trong y sinh như mang curcumin, nhiệt trị ung thư, phân tách
chọn lọc tế bào.
- Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ và nano bạc trên nền
chitosan bằng phương pháp phân tán ex-situ. Nghiên cứu các đặc trưng tính
chất và hình thái học cũng như thử nghiệm invitro khả năng mang curcumin,

khả năng nhiệt trị ung thư và tính chất diệt khuẩn của vật liệu.
4. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 102 trang, bao gồm: Mở đầu (2 trang); Chương 1Tổng quan (26 trang); Chương 2 - Thực nghiệm (13 trang); Chương 3 – Kết
quả và thảo luận (41 trang) được thể hiện trong 35 hình vẽ và 7 bảng biểu;
Kết luận (1 trang); một số điểm mới của luận án (1 trang); Định hướng nghiên


cứu tiếp theo (1 trang); Danh mục công trình công bố (1 trang); Tài liệu tham
khảo (13 trang).
3. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày tổng quan về (i): Chitosan, curcumin và pylyme
nanocompozit chitosan/kim loại; (ii): hạt nano bạc, tính chất và các phương
pháp chế tạo, ứng dụng trong y sinh, nanocompozit chứa nano bạc trên nền
chitosan (CS/AgNPs): tính chất, ứng dụng và ứng dụng trong y sinh; (iii): Hạt
nano sắt từ, tính chất, ứng dụng trong y sinh, các phương pháp chế tạo,
nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan (CS/MNPs), tính chất
ứng dụng và ứng dụng trong y sinh; (iv): nanocompozit tổ hợp chứa hạt nano
sắt từ và nano bạc, các tính chất, phương pháp chế tạo và ứng dụng trong y
sinh. Từ đó xác định các vấn đề còn tồn tại, tính cấp thiết và triển vọng của
vật liệu nanocompozit đa chức năng có khả năng ứng dụng trong trị liệu kép
ung thư (hoá trị + nhiệt trị).
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu và hóa chất
Chitosan dạng bột đã được xác định trọng lượng phân tử 382KD và độ
deacetyl hóa tương đương: 84,5%, là sản phẩm thuộc Đề tài cấp Viện Hàn
lâm KHCNVN do PGS.TS. Phạm Gia Điền chủ trì (2009 – 2010). Curcumin
độ tinh khiết 95% - Viện Hóa học Công nghiệp. AgNO3, NaBH4 độ tinh khiết
99% xuất xứ Nhật. Fluorescein isothiocyanat, FeCl2.6H2O, FeCl3.4H2O độ
tinh khiết 99% Sigma (Đức). NaOH độ tinh khiết 99%, NH4OH độ tinh khiết

28%, NaNO3, CH3COOH độ tinh khiết 99%, axit xitric độ tinh khiết 98%,
etanol nồng độ 95o, etylaxetat nồng độ 95%, diclometan 95% xuất sứ Trung
quốc.
2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
2.2.1. Phƣơng pháp chế tạo nanocompozit chứa nano bạc trên nền
chiosan (CS/AgNPs)


Hòa tan 0,2 g CS trong 50ml dung dịch axit CH3COOH 2%, khuấy
trong 1giờ ở 500C. Hòa tan 0,15 g AgNO3 trong 30ml H2O đến khi tan hoàn
toàn. Nhỏ từ từ dung dịch AgNO3 vào dung dịch CS dưới điều kiện khuấy
trộn mạnh để AgNO3 phân tán đồng nhất vào dung dịch CS trong 30 phút,
được dung dịch A.
Phương pháp sử dụng chất khử NaBH4: Cân 0,04 g NaBH4 (đảm bảo
NaBH4 dư), hòa tan hoàn toàn trong 20 ml nước ở nhiệt độ khoảng 5oC,
nhanh chóng nhỏ giọt vào dung dịch A trong điều kiện khuấy mạnh và nhiệt
độ khoảng 30oC, phản ứng tỏa nhiệt có thể đạt nhiệt độ 40-50oC sau khi kết
thúc quá trình. Quá trình khử được tiến hành trong các khoảng thời gian khác
nhau: 10, 15, 30, 60 phút. NaBH4 đóng vai trò là tác nhân khử ion Ag+ thành
Ag, tạo thành AgNPS trên nền CS, nanocompozit ký hiệu là CS/AgNPs1.
Phương pháp gia nhiệt không sử dụng chất khử: Dung dịch A trong điều
kiện khuấy mạnh được gia nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau: 30oC, 60OC, 70oC,
90oC, khử Ag thành Ag+ tạo thành CS/AgNPs2. Tại nhiệt độ 90oC, khảo sát
ảnh hưởng của thời gian phản ứng: các khoảng thời gian 1 giờ, 3 giờ, 5 giờ, 7
giờ, 9 giờ, 24 giờ, đến quá trình khử Ag+.
Phương pháp sử dụng lò vi sóng không sử dụng chất khử: 50ml dung
dịch A được đặt trong lò vi sóng (model MW-ER-01, Lab kits) tại 70oC, công
suất 200 w trong các khoảng thời gian khác nhau: 2 phút, 5 phút, 7 phút, 10
phút và 60 phút, thu được nanocompozit CS/AgNPs3.
Phƣơng pháp đƣa nanocompozit CS/AgNPs lên trên bề mặt vải

Tiến hành tẩm nanocompozit CS/AgNPs trên vải theo quy trình như sau:
Bước 1: Vải polyeste được cắt với diện tích chính xác 2 cm2, cân chính
xác khối lượng, được làm sạch bề mặt bằng plasma.
Bước 2: Nanocompozit CS/AgNPs được pha loãng trong dung dịch axit
xitric 5%, nồng độ khoảng 200 ppm, khuấy đều trong 30 phút.
Bước 3: vải polyeste được ngâm tẩm trong dung dịch nanocompozit
CS/AgNPs 30 phút, sau đó đem sấy nhẹ ở nhiệt độ 40-50 oC trong 2 giờ. Quy


trình ngâm tẩm vải được thực hiện 3 lần, sau đó sấy khô đến khối lượng
không đổi.
Phƣơng pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs
Cur được hòa tan trong 10 ml etanol, khuấy ở nhiệt độ 500C để Cur tan
hoàn toàn đến bão hòa. Nhỏ từ tử dung dịch Cur vào 50 ml dung dịch
CS/AgNPs 200 ppm, tiếp tục khuấy ở nhiệt độ 50-60 oC đến khi xuất hiện kết
tủa thì dừng quá trình. Tiếp tục khuấy thêm 30 phút tại nhiệt độ đó để dung
môi etanol bay hết, dừng quá trình thu được CS/AgNPs-Cur. Sản phẩm được
tiến hành đo quang phổ hấp thụ UV-vis để xác định khả năng mang Cur.
2.2.2. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền
chitosan (CS/MNPs)
Phƣơng pháp đồng kết tủa
Cân chính xác lượng muối Fe2+ và Fe3+ theo tỷ lệ số mol 1:2, hòa tan hai
muối vào 20 ml nước cất, bổ sung một lượng nhỏ axit HCl nhằm hạn chế sự
thủy phân của muối sắt. Cân 0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit axetic 2%,
khuấy trong 1 giờ ở 50oC. Nhỏ từ từ dung dịch chứa hỗn hợp muối Fe vào
dung dịch CS, khuấy trộn trong 30 phút để thu được dung dịch đồng nhất,
được dung dịch A.
Phƣơng pháp đồng kết tủa sử dụng hệ khuấy trộn trong điều kiện
trơ
Đưa dung dịch A vào trong thiết bị phản ứng như hình 2.3. Trước khi

phản ứng tiến hành bơm sục N2 trơ trong 15 phút để loại bỏ không khí. Cân
lượng NaOH phản ứng vừa đủ với lượng Fe2+ và Fe3+ theo phương trình phản
ứng, hòa tan trong 20 ml H2O được dung dịch B. Mở van, nhỏ giọt từ từ dung
dịch B vào dung dịch A trong khoảng 10 phút, trong điều kiện khuấy mạnh và
sục N2, để phản ứng diễn ra trong 30 phút. Quan sát quá trình phản ứng qua
sự thay đổi của màu sắc từ kết tủa nâu sang đen. Kết thúc quá trình pH dung
dịch khoảng 8-10 đảm bảo lượng muối Fe đã phản ứng hết. Sản phẩm thu
được ký hiệu CS/MNPs1.


Đổ sản phẩm sau phản ứng ra cốc có mỏ, dùng nam châm thu sắt từ và
rửa với nước cất đến khi pH = 7 nhằm loại hết sản phẩm phụ và các chất dư
chưa phản ứng. Kết tủa thu được phân tán trong 100ml nước cất bằng siêu âm.
Dung dịch chứa nano sắt từ nồng độ 0,7% bền trong điều kiện thường.
Phƣơng pháp đồng kết tủa trong hệ vi lƣu
Phương pháp này dựa trên quá trình đồng kết tủa xảy ra trong các kênh
vi lưu được chế tạo bởi vật liệu polymetylsilosan (PDMS).
Bảng 2.1. Các điều kiện sử dụng tổng hợp CS/ MNPs2 trong kênh vi lưu
Đầu vào

Tác nhân phản ứng

Tốc độ dòng (μl/phút)

1

DCM

80

2

Dung dịch A

15

3

NH4OH

15

Kết quả thu được ở đầu ra sản phẩm CS/MNPs2 có màu đen, các hạt
CS/MNPs2 thu được bằng nam châm ngoài được rửa vài lần với nước cất cho
đến khi trung tính.
Phƣơng pháp oxi hóa kết tủa
0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit acetic 2%, khuấy trong 1giờ tại nhiệt
độ 50 oC. Cân lượng chính xác FeCl2.6H2O hòa tan vào 20 ml H2O đến tan
hoàn toàn. Nhỏ từ tử dung dịch FeCl2 vào dung dịch CS, khuấy đều trong 30
phút, thu được dung dịch A. Cân lượng NaNO3 + NaOH theo phương trình
phản ứng, hòa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn, thu được dung dịch B.
Dưới điều kiện khuấy trộn mạnh và gia nhiệt ở 50-60 oC, nhỏ từ từ dung dịch
B vào hỗn hợp dung dịch A. Quá trình phản ứng được quan sát bởi sự kết tủa
và màu sắc kết tủa tạo thành. Sản phẩm CS/MNPs3 có màu đen được thu
bằng nam châm và lọc rửa đến khi pH về trung tính.
Phƣơng pháp phân tán CS/MNPs trong CS biến tính với chất phát
quang
0,1 g CS hòa tan trong 20 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1 giờ tại nhiệt
độ 50oC. Cân 0,02 g FITC hòa tan trong 5 ml etanol. Nhỏ từ từ dung dịch
FITC vào dung dịch CS trong 5 phút trong điều kiện tránh ánh sáng, tiếp tục

khuấy thêm 1giờ, được phức hợp CS-FITC (dung dịch A). Chuẩn bị 10 ml
dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml, nhỏ giọt chậm vào 5ml dung dịch
A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút, thu được FMNPs – M1. Chuẩn bị 10
ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml nhỏ giọt chậm vào 15ml dung
dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút thu, được FMNPs-M2.
2.2.3. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc- sắt từ trên nền
chitosan (CS/AgNPs-MNPs)
Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được tổng hợp bằng phương
pháp phân tán ex-situ, phối trộn các thành phần CS/AgNPs và CS/MNPs:
Chuẩn bị 50 ml dung dịch MNPs/CS nồng độ 0,7% và 50 ml dung dịch
AgNPs/CS nồng độ 500 ppm, trộn vào nhau và khuấy mạnh trong 1 giờ tại
nhiệt độ phòng. Sau đó, nanocompozit được thu lại bằng nam châm, rửa bằng
nước cất để loại bỏ các thành phần dư.
Phƣơng pháp mang Curcumin lên vật liệu CS/AgNPs-MNPs
Phân tán 0,2g CS/AgNPs-MNPs trong 50ml H2O, nhỏ từ từ 10ml dung
dịch Cur bão hòa trong etanol vào, khuấy ở nhiệt độ 50-60 oC. Đến khi xuất
hiện kết tủa thì dừng lại. Tiếp tục khuấy thêm 30 phút để dung môi etanol bay
hết, thu được sản phẩm CS/AgNPs-MNPs-Cur.
2.3. Các phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu
Phương pháp xác định cấu trúc vật liệu: phân tích nhiễu xạ tia X trên
thiết bị Siemens D-500 với bức xạ Cu-Kα (bước sóng λ=1,5406Ao) - Viện
Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; phân tích EDX trên máy JSM
6490-JED 2300 JEOL - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN;
phương pháp phân tích IR trên máy FTIR NEXUS 670 của hãng NICOLET Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN. Phương pháp xác định
hình thái học của vật liệu: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
thực hiện trên thiết bị JEM 1010 - Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; thiết bị
JEM-1400 Đại học Busan – Hàn Quốc, phương pháp kính hiển vi điện tử
quét xạ trường (FESEM) thực hiện trên thiết bị S4800 của hãng Hitachi (Nhật

Bản), tại Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KHCNVN; thiết bị JSM-


6700F tại Đại học Busan – Hàn Quốc; thiết bị Hitachi S-480 tại Viện Vệ sinh
dịch tễ. Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa, lý, sinh của nanocompozit :
phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung - Viện
Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN; Phương pháp phổ tử ngoại khả
kiến (UV-vis) được đo trên máy UV-vis Agilent 8453 – Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm KHCNVN; phương pháp phát huỳnh quang trên hệ đo quang, với
máy đô phân giải cao tại phòng thí nghiệm trọng điểm – Viện Khoa học vật
liệu- Viện Hàn lâm KHCNVN và phòng thí nghiệm phân tích huỳnh quang
Đại học Busan – Hàn Quốc. Hệ laze có bước sóng kích thích 300nm và 495
nm từ Trung tâm MEMS – Đại học Busan – Hàn Quốc; phương pháp thử hoạt
tính sinh học – phương pháp đục lỗ thạch được tiến hành tại Viện Hóa học –
Viện Hàn lâm KHCNV.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nanocompozit chứa hạt nano bạc trên nền chitosan (CS/AgNPs)
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình khử Ag+ về Ag hình
thành nanocompozit CS/AgNPs1, CS/AgNP2, CS/AgNP3 trong điều kiện sử
dụng chất khử NaBH4, điều kiện không sử dụng chất khử có gia nhiệt và
trong điều kiện lò vi sóng được khảo sát bằng các phân tích phổ UV-vis.
A

Do hap thu (AU)

1.6

1.4

1.2

B

1.8

Do hap thu (AU)

Độ hấp thụ (a.u

1.9

Độ hấp thụ (a.u)

Độ hấp thụ (a.u)

Độ hấp thụ (a.u

1.8

1.7
1.6
1.5
1.4

1.0

1.3
0.8
0

20

40
60
Thời gian
(phút)
Thoi gian (ph)

80

100

120

0

10

20
40
Thời
gian30(phút)
Thoi gian (ph)

50

60


1.5

D

Do hap thu (ABS)

Độ hấp thụ (a.u

C
1.0

0.5

0.0
0

5

10

15

20

25

Thoi(giờ)
gian (h)
Thời gian

Hình 3.1. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của CS/AgNPs vào thời gian khử:

(A) CS/AgNPs1, (B) CS/AgNPs3; (C) CS/AgNPs; (D) Ảnh chụp dung dịch
chứa CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 sau khi bổ sung HCl
Phương pháp khử sử dụng NaBH4 (hình 3.1.A): Tại λmax 413 nm ABS
tăng nhanh trong 30 phút đầu, sau đó hầu như không tăng. Như vậy, phản ứng
khử Ag+ thành Ag diễn ra nhanh do NaBH4 là chất khử mạnh. Kết quả tương
đồng với tài liệu đã công bố.
Phương pháp gia nhiệt (hình 3.1C): tại λmax 400 nm trong 9 giờ đầu,
cường độ hấp thụ tăng nhanh theo thời gian phản ứng, sau đó hầu như tăng
không đáng kể. Do đó, chúng tôi lựa chọn 9 giờ là thời gian để tiến hành phản
ứng.
Phương pháp sử dụng lò vi sóng (hình 3.1B): Tại λmax 433 nm độ hấp
thụ quang tăng nhanh theo thời gian phản ứng trong 10 phút đầu tiên, sau đó
hầu như không tăng. Có thể kết luận 10 phút là thời điểm kết thúc phản ứng.
Hình 3.1D so sánh cả 2 mẫu CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 với thuốc thử
là ion Cl-, kết quả thu được âm tính, cả 2 dung dịch trong suốt, không xuất
hiện kết tủa. Điều này chứng tỏ AgNO3 đã phản ứng hết (Ag+ đã bị khử hoàn
toàn thành Ago). Phương pháp khử bằng CS trong lò vi sóng chứng tỏ ưu
điểm hơn hẳn, khả năng khử mạnh trong thời gian ngắn, sản phẩm có độ tinh
khiết cao.


Đặc trƣng cấu trúc
Phổ IR
Hình 3.2 phổ IR của CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 các pic của
nanocompozit mới tạo thành giống các pic của CS, điều này chứng tỏ điều
kiện gia nhiệt và lò vi sóng không phá vỡ trúc của CS. Như vậy phương pháp
sử dụng lò vi sóng để tổng hợp CS/AgNPs3 thể hiện ưu điểm hơn hẳn về thời
gian, độ tinh sạch cũng như hiệu suất của quá trình.

0,8

0,7

Cƣờng độ (a.u)

0,6

CS/AgNPs2

0,5
0,4
0,3

CS/AgNPs3

0,2
0,1
0,0
4000

CS
3500

3000

2500 2000
Số sóng (cm-1)

1500

1000

500

Hình 3.2. Phổ IR của nanocompozit CS/AgNPs và CS

Góc nhiễu xạ 2θ

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của CS/AgNPs


Hình 3.3 giản đồ nhiễu xạ tia X của nanocompozit CS/AgNPs xuất hiên
các pic tại (111), (200), (220) đặc trưng cho tinh thể Ag (theo ngân hàng phổ
JCPDS card No 04-0783).
Phƣơng pháp EDX : Kết quả phân tích định lượng cho thấy Ag chiếm
khoảng 23%.
Hình thái học
Hình dạng, kích thước và sự phân tán các hạt AgNPs trong
nanocompozit CS/AgNPs được xác định bằng phương pháp FESEM và TEM.
Trên hình 3.4 trình bày ảnh FESEM của CS và các mẫu nanocompozit
CS/AgNPs chế tạo bằng các phương pháp khác nhau.
A

C

B

D

Hình 3.4. Ảnh FESEM của: (A) CS; (B) CS/AgNPs1,(C) CS/AgNPs2; (D)
CS/AgNPs3

Bề mặt CS có dạng vô định hình, các lớp xếp khít nhau. Trên ảnh
FESEM của các tổ hợp nanocompozit CS/AgNPs có thể quan sát thấy hạt
AgNPs phân tán trong mạng lưới CS, các hạt có dạng hình cầu, kích thước
tương đối đồng đều với độ đơn phân tán cao, tuy nhiên qua ảnh FESEM khó


phân biệt được sự khác nhau về kích thước của ba loại nanocompozit, cần
quan sát trên ảnh TEM với độ phân giải cao hơn (hình 3.5).
(a)

A

5

counts
Số
hạt

4

3

2

1

20 nm

0
0

5

10

15

20

25

30

particle
size (nm)
Kích
thước
(nm)
6

(b)

B

5

Sốcount
hạt

4

3

2

1

0

20 nm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

13

14

14

15

size
(nm) (nm)
Kích
thước

8

C

(c)

7
6

Sốcount

hạt

5
4
3
2
1
0
1

20 nm

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

15

Kích thước (nm)

size (nm)

Hình 3.5: Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của: (A) CS/AgNPs1, (B)
CS/AgNPs2 và (C) CS/AgNPs3
Hình 3.5 trình bày ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước hạt AgNPs
trong các mẫu CS/AgNP1, CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3. Cả ba phương pháp đ
đều cho các hạt AgNPs dạng hình cầu, kích thước trung bình là 20, 7 và 8 nm
tương ứng với các mẫu CS/AgNPs1, CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3. Phân bố
kích thước từ 5 – 27nm với CS/AgNPs1, 1-9nm với CS/AgNPs2 và 1-12nm
với CS/AgNPs3.


Tính chất quang
Tính chất quang của các mẫu nanocompozit CS/AgNPs1, CS/AgNPs2

Độ hấp thụ (a.u

và CS/AgNPs3 được nghiên cứu bằng phổ UV-vis và được trình bày trên
Hình 3.6:

Bƣớc sóng (nm)

Hình 3.6. Phổ hấp thụ UV-vis của CS/AgNPs1, CS/AgNPs2 và
CS/AgNPs3
Trên phổ hấp thụ UV-vis của CS/AgNPs1, CS/AgNPs2, CS/AgNP3.
Phổ hấp thụ thể hiện cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance
– SPR), các pic 400 nm, 413 nm và 433 nm là cực đại hấp thụ ánh sáng của
dung dịch chứa CS/AgNPs2, CS/AgNPs1 và AgNPs3. Thay đổi màu sắc của
dung dịch tương ứng với cường độ hấp thụ trên phổ UV-vis của các dung dịch
chứa 3 loại nanocompozit CS/AgNPs. Mẫu CS/AgNPs1, CS/AgNPs3 có
cường độ hấp thụ cao hơn nhiều so với mẫu CS/AgNPs2 nên phương pháp
khử hóa học sử dụng NaBH4 và phương pháp khử trong lò vi sóng hiệu quả
hơn phương pháp gia nhiệt.
Hoạt tính sinh học
CS/AgNPs3 được đưa lên vải theo quy trình như phần 2.2.3, vải sau khi
được ngâm tẩm sấy đến khối lượng không đổi. Đem cân trên cân phân tích


xác định lượng nanocompozit đã bám dính trên bề mặt vải và tính trung bình
cho 1 cm2. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.
- Hàm lượng nanocompozit CS/AgNPs trung bình trên 1cm2 vải:
0,07752  0,07224  0,08204
 0,07727(mg / cm 2 )
3

Mẫu vải polyeste sau khi tẩm CS/AgNPs2; CS/AgNPs3 được phân tích
FESEM, kết quả trình bày trên hình 3.7:

A

B

C

Hình 3.7: Ảnh FESEM của bề mặt sợi vải polyeste: (A) trước khi tẩm, (B) sau
khi tẩm CS/AgNPs2, (C) sau khi tẩm CS/AgNPs3
Hoạt tính kháng vi khuẩn E.Coli của vải tẩm nanocompozit CS/AgNPs2
và CS/AgNPs3 được đánh giá qua vòng vô khuẩn trên đĩa thạch đặc. Kết quả
trình bày trên hình 3.8.


CS/AgNPs3

CS/AgNPs2

Hình 3.8: Hoạt tính kháng khuẩn E.Coli của vải tẩm CS/AgNPs2 và
CS/AgNPs3
Quan sát vòng vô khuẩn ta thấy CS/AgNPs3 có vòng ức chế vi khuẩn
lớn hơn hẳn so với CS/AgNPs2, điều này có thể giải thích do nồng độ AgNPs
trong dung dịch CS/AgNPs3 cao hơn, đã được khẳng định từ kết quả phân
tích UV-vis.
CS/AgNPs3 tiếp tục được thử nghiệm đánh giá nồng độ ức chế tối thiểu
50% (IC50) trên các dòng vi khuẩn và nấm: Bacillus subtilis (Bs),
Escherichia coli (Ec),Pseudomonas aeruginosa (Pa), Candida albicans (Ca),
Lactobacillus fermentum (Lac), Salmonella enterica (Se) kết quả trình bày
trên bảng 3.1.
Bảng 3.1: Kết quả xác định IC50 trên vi khuẩn và nấm của nanocompozit
CS/AgNPs3
Vi
và
mốc

khuẩn
nấm Bs

CS/AgNPs3 33

IC50 (ppm)
Ec

Pa

Ca

Se

Lac

>50

9,33

>50

>50

>50

Ta thấy CS/AgNPs3 cho thấy kết quả IC50 tương đối tốt, đặc biệt trên
dòng vi khuẩn P.aeruginosa. Đây là dòng vi khuẩn gram âm thường xuất hiện
trong nhiễm khuẩn bệnh viện, rất nguy hiểm do đã kháng trên rất nhiều dòng
kháng sinh. Với kết quả nồng độ ức chế tối thiểu 50% vi khuẩn là 9,33 ppm.

Vật liệu CS/AgNPs3 chế tạo được hứa hẹn tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong
lĩnh vực y sinh và đặc biệt trong khử trùng bệnh viện
Khả năng mang curcumin

CS/AgNPs- Cur

CS/AgNPs
CS/AgNPs-Cur

Cƣờng độ (a.u

Cur

Bƣớc sóng (nm)

Hình 3.9: (A) Ảnh chụp dung dịch nước chứa CS/AgNPs và CS/AgNPs-Cur;
(B) TLC định tính Cur trong CS/AgNPs-Cur; (C) Phổ hấp thụ UV-VIS của (A)
CS/AgNPs và (B) CS/AgNPs-Cur
Trên hình 3.9A cho thấy Cur phân tán tốt trong dung dịch chứa
CS/AgNPs, dung dịch có màu vàng đậm hơn so với dung dịch CS/AgNPs. Cơ
chế mang thuốc của nanocompozit dựa vào phức hợp Cur với lớp CS bọc
xung quanh AgNPs làm tăng độ phân tán của Cur trong dung dịch.


Hình 3.9B chỉ ra kết quả định tính Cur trên sắc ký bản mỏng với hệ khai
triển diclometan: metanol = 9: 0,5, ái lực của hệ dung môi trên với Cur chuẩn
và cur trong CS/AgNPs-Cur tạo vết có cùng giá trị Rf (Rf = 0.8). Điều này
chứng minh cho giả thiết Cur chỉ tạo phức hợp và bị hấp phụ bởi lớp CS như

đã được đưa ra trong một công bố của chúng tôi có liên quan đến khả năng
mang Cur của nano chitosan và không có liên kết hóa học được hình thành
giữa CS/AgNPs và Cur.
Hình 3.9C phổ UV-vis xác định được λmax của CS/AgNPs và CS/AgNPsCur lần lượt là 413 nm và 449 nm. Sự chuyển dịch về phía bước sóng dài khi
có mặt Cur được lý giải do tương tác bề mặt của AgNPs và các phân tử Cur.
Đồng thời cường độ hấp thụ quang cũng tăng lên so với CS/AgNPs. Điều này
chứng tỏ có thể sử dụng Cur như một chất phát quang, nhằm nghiên cứu cơ
chế hoạt động của các hệ mang thuốc cũng như khả năng hướng đích và lưu
trữ thuốc của tế bào ung thư.
3.3. Nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan
Đặc trƣng cấu trúc
Cấu trúc tinh thể của các mẫu CS/MNPs1, CS/MNPs2, CS/MNPs3 được
xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) trình bày trên hình 3.10.
120

(311)

CS/MNPs1
CS/MNPs2
CS/MNPs3

Cuong do (a.u)

Cƣờng độ (a.u)

100

80

(440)

(220)
(511)

60

(400)
(422)

40

20

0
20

25

30

35
40
Góc nhiễu
xạ
(2θ) 45

50

55

60

Diffraction angle -2*theta (degree)

65

70


Hình 3.10: Giản đồ XRD của nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và
CS/MNPs3
Trên hình 3.10 các pic thu được tại 220, 311, 400, 511 và 440 (được
quan sát ở tất cả các mẫu) đặc trưng cho Fe3O4. Các pic trong phổ XRD của
CS/MNPs so sánh với phổ chuẩn trong ngân hàng JCPDS chỉ ra độ sạch của
pha Fe3O4 thu được khi không có sự xuất hiện của γ - Fe2O3 trong cấu trúc
của vật liệu. Như vậy về mặt cấu trúc có thể khẳng định pha từ trong vật liệu
MNPs có cấu trúc spinen của Fe3O4
Hình thái học
Kết quả nghiên cứu hình thái học của các vật liệu CS và nanocompozit
bằng ảnh FESEM được trình bày trong hình 3.11:
A

B

C

D

500 nm

Hình 3.11. Ảnh FESEM của: (A) CS; (B) CS/MNPs1, (C) CS/MNPs2; (D)
CS/MNPs3


Quan sát ảnh FESEM có thể nhận thấy sự khác biệt về hình thái và kích
thước của các mẫu nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3
MNPs trong mẫu CS/MNPs3 (hình 3.11D) chế tạo bằng phương pháp
oxi hóa kết tủa có dạng hình khối đa diện tương đối rõ ràng, kích thước
khoảng 30-100 nm. Trong khi đó, CS/MNPs1, CS/MNPs2 (hình 3.15B, 3.11C)
chế tạo bằng phương pháp đổng kết tủa, MNPs đều có kích thước khoảng 3050 nm, các hạt hình cầu phân tán tương đối đồng nhất và ở dạng đơn phân tán.
Dạng hình cầu có năng lượng bề mặt cao hơn và khả năng liên kết bề mặt lớn
hơn so với dạng hình đa diện, chính vì vậy CS/MNPs dạng hình cầu sẽ được
sử dụng làm nhân cho hệ nanocompozit CS/AgNPs-MNPs (chứa AgNPs và
MNPs trên nền CS).
Hình thái học của vật liệu CS/MNPs2, FMNPs-M1 và FMNPs-M2 được
phân tích ảnh TEM. Kết quả trình bày trên hình 3.12.
CS/

CS/


FMNPs -

FMNPs -

Hình 3.12: Ảnh TEM của CS/MNPs2, FMNPs-M1 và FMNPs - M2
Ảnh TEM cho thấy thành phần nano có dạng hình cầu có kích thước từ
20-50 nm khẳng định kết quả phân tích FESEM. Với độ phân giải cao, có thể
quan sát thấy MNPs có độ tương phản tối màu tương phản rõ rệt so với lớp vỏ
CS sáng màu bao bọc bên ngoài, dày khoảng 2 nm. Lớp vỏ bọc CS tạo hiệu

ứng không gian với tác dụng chính là bền hóa và ngăn các hạt nano tương tác
kết tụ với nhau do năng lượng bề mặt lớn. Qua nhóm chức –COOH, FITC
liên kết một phần với các nhóm -NH2 trong phân tử của CS tạo thành phức
hợp CS-FITC bao quanh hạt MNPs. Ảnh TEM của FMNPs cho thấy lớp vỏ
bao quanh hạt FMNPs tăng lên 2-3 nm. Các hạt có xu thế co cụm hơn do
nhóm COOH trong phân tử FITC có tác dụng như tác nhân khâu mạch.
Tính chất từ của vật liệu
Hình 3.13 trình bày kết quả xác định từ độ bão hòa của nanocompozit
chế tạo bằng 3 phương pháp với tỷ lệ CS: MNPs tương tự nhau.


100

Ms (emu/g)
Tu do (eum/g)

80
60
40
CS/MNPs3
CS/MNPs1
CS/MNPs2

20
0
-20
-40
-60
-80
-100

-10000

-5000

0

Từ trường HH(Oe)
(Oe)

5000

10000

Hình 3.13: Từ độ bão hòa của nanocompozit CS/MNPs1, CS/MNPs2 và
CS/MNPs3
Từ hình 3.13 có thể xác định được từ độ bão hòa của các nanocompozit
CS/MNPs1, CS/MNPs2 và CS/MNPs3 tương ứng là 79,1emu/g, 69 emu/g,
59,3 emu/g.
CS/MNPs3 có từ độ bão hòa tương đối thấp, điều này được giải thích do
kích thước hạt không đồng đều (hình 3.10).
CS/MNPs1 tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa trong môi trường
khí trơ N2, có kết quả từ độ bão hòa cao nhất 79,1 emu/g, cao hơn kết quả đã
công bố là dưới 70emu/g [17]. Có thể dòng khí trơ N2 đã có tác dụng giúp
ngăn quá trình oxy hóa muối sắt của oxy không khí, cải thiện từ độ bão hòa
của vật liệu.
CS/MNPs2 chế tạo trong kênh vi lưu cũng cho kết quả 69 emu/g, tuy
không sử dụng khí trơ nhưng pha từ hình thành trong kênh vi lưu được điều
tốt, từ độ bão hòa tuy thấp hơn CS/MNPs1 nhưng kích thước hạt đồng đều,
mặt khác từ độ đạt 69emu/g là tương đối cao so với tài liệu đã công bố. Vật
liệu từ tính chế tạo lần đầu tiên trên kênh vi lưu cho kết quả khả quan, mở ra

hướng chế tạo mới cho loại vật liệu này.


Hình 3.14 trình bày từ độ bão hòa tương ứng của các loại vật liệu
nanocompozit phân tán trong CS biến tính (CS-FITC).

Ms (emu/g)

FMNPs-M2
CS/MNPs
FMNPs – M1

Từ trường H(Oe)

Hình 3.14. Từ độ bão hòa của CS/MNPs và FMNPs – M1, FMNPs-M2.
Kết quả cho thấy các hạt MNPs tồn tại trong các nanocompozit đều ở
dạng siêu thuận từ. Từ độ bão hòa của CS/MNPs2, FMNPs1 và FMNPs2 lần
lượt là 69 emu/g, 54 emu/g và 45emu/g tương ứng với hàm lượng pha từ
trong vật liệu. Kết quả chứng tỏ sự tương tác bề mặt của pha từ MNPs với nền
polyme làm giảm từ độ bão hòa, phù hợp với kết quả phân tích TEM (hình
3.11). Sự suy giảm của từ độ bão hòa đã được chứng minh bằng thực nghiệm
trong nhiều hệ hạt nhỏ và được giải thích bằng sự tồn tại của lớp vỏ phi từ
trên bề mặt hạt.
Tính chất phát huỳnh quang