Nghiên cứu chế tạo vàng nano chitosan bằng phương pháp chiếu xạ gamma co 60

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------  ----------

NGUYỄN NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO/CHITOSAN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

TP. HỒ CHÍ MINH-2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------  ----------

NGUYỄN NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO/CHITOSAN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60

Chuyên ngành : Hoá lý thuyết và hóa lý.
Mã số

: 62 44 31 01
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Dung
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Cửu Khoa

Phản biện 3: PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan
Phản biện độc lập 1: PGS.TS. Đỗ Trường Thiện
Phản biện độc lập 2: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến
Phản biện độc lập 3: PGS.TS. Huỳnh Đại Phú

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS NGUYỄN QUỐC HIẾN

TP. HỒ CHÍ MINH-2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Một số kết
quả của công trình đã được tôi và nhóm nghiên cứu công bố trên các tạp chí khoa học
của Việt Nam và quốc tế. Các kết quả này là hoàn toàn trung thực và chưa được công
bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tác giả

NGUYỄN NGỌC DUY

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trung tâm
Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp. Hồ Chí Minh đã đào tạo và tạo
điều kiện để tôi hoàn thành bản luận án này.
Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Ban Đào tạo sau Đại học và tập
thể các Thầy Cô bộ môn Hóa lý, khoa Hóa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã

tận tình giảng dạy em trong suốt thời gian học tập.
Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc, em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Nguyễn
Quốc Hiến đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành công trình luận án này.
Em vô cùng biết ơn những lời nhận xét và góp ý quí báu của các Thầy Cô
cho bản luận án này.
Tôi xin cảm ơn các anh chị đồng nghiệp đã chia sẻ kinh nghiệm và động viên
trong suốt thời gian làm đề tài luận án.
Xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên tinh thần quí báu của gia đình, bạn bè và
người thân.

ii


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ............................................................................................................ i
Lời cảm ơn ............................................................................................................... ii
Mục lục..................................................................................................................... iii
Các chữ viết tắt......................................................................................................... viii
Danh mục bảng ........................................................................................................ x
Danh mục hình ......................................................................................................... xii
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................. 4
1.1. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu vật liệu vàng nano .......................... 4
1.1.1. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp hóa học ........................................ 4
1.1.2. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp sinh học ....................................... 5
1.1.3. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bay hơi vật lý .............................. 5
1.1.4. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp nghiền ......................................... 6
1.1.5. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser ................................ 7
1.1.6. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp phân hủy nhiệt............................. 8

1.1.7. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện hóa ....................................... 9
1.1.8. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp siêu âm ........................................ 10
1.1.9. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện phân kết hợp siêu âm .......... 11
1.1.10. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp quang hóa .................................. 12
1.1.11. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bức xạ vi sóng điện từ ............... 13
1.1.12. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp polyol ........................................ 13
1.1.13. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 ............. 14
1.2. Những vấn đề còn tồn tại trong việc nghiên cứu chế tạo vàng nano và
công việc đề tài cần tập trung nghiên cứu ........................................................... 19
1.3. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................. 21
1.3.1. Cấu trúc và tính chất của vàng ................................................................. 21

iii


1.3.2. Tổng quan về chitin và chitosan ............................................................... 22
1.3.3.1. Cấu trúc và tính chất của chitosan và CTTN ..................................... 22
1.3.3.2. Cơ chế ổn định hạt vàng nano của CTTN .......................................... 26
1.3.3. Tính chất của dung dịch vàng nano .......................................................... 27
1.3.3.1. Sự phát huỳnh quang .......................................................................... 27
1.3.3.2. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt ............................................ 28
1.3.3.3. Các tính chất cơ lý của dung dịch vàng nano .................................... 30
1.3.3.4. Độ bền của hệ dung dịch nano kim loại ............................................. 32
1.3.4. Các ứng dụng của dung dịch vàng nano ................................................... 35
1.3.4.1. Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong y học................................ 35
1.3.4.2. Ứng dụng của dung dịch vàng nano xác định hàm lượng melamin
trong sữa .......................................................................................................... 38
1.3.4.3. Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong xúc tác ............................. 40
1.3.4.4. Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong mỹ phẩm.......................... 41
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

THỰC NGHIỆM .................................................................................................... 43
2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất .......................................................................... 43
2.2. Thiết bị dụng cụ ......................................................................................... 4.3
2.3. Phương pháp thực nghiệm....................................................................... 44
2.3.1. Điều chế chitosan tan trong nước ............................................................. 44
2.3.1.1. Xác định ĐĐA (%) của chitosan và CTTN ......................................... 44
2.3.1.2. Khảo sát sự thay đổi ĐĐA (%) trong quá trình axetyl hóa của
CTTN theo thời gian phản ứng ........................................................................ 45
2.3.1.3. Ảnh hưởng pH đến độ tan của CTTN ................................................. 45
2.3.2. Chế tạo dung dịch vàng nano ................................................................... 45
2.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Au3+ đến đặc trưng của dung dịch
vàng nano ......................................................................................................... 46
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ CTTN đến đặc trưng của dung dịch
vàng nano ......................................................................................................... 47

iv


2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng KLPT của CTTN đến đặc trưng của dung
dịch vàng nano ................................................................................................. 47
2.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng suất liều bức xạ đến đặc trưng của dung dịch
vàng nano ......................................................................................................... 48
2.3.2.5. Điều chỉnh gia tăng kích thước hạt vàngnano sử dụng hạt mầm ...... 48
2.3.2.6. Khảo sát hiệu ứng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano ở các
kích thước hạt khác nhau ................................................................................. 49
2.3.2.7. Nghiên cứu độc tính của dung dịch vàng nano .................................. 50
2.3.2.8. Khảo sát độ ổn định và gia tăng độ ổn định của dung dịch vàng
nano theo thời gian lưu giữ ............................................................................. 50
2.3.3. Đo phổ UV-vis.......................................................................................... 51
2.3.4. Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ............................................ 51

2.3.5. Đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD)................................................................... 53
2.3.6. Đo phổ hồng ngoại ................................................................................... 53
2.3.7. Đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân ............................................................... 54
2.3.8. Đo sắc ký gel ............................................................................................ 54
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................... 56
3.1 Đặc trưng tính chất của chitosan tan trong nước ......................................... 56
3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian axetyl hóa đến ĐĐA(%) và khả năng hòa tan
của CTTN ........................................................................................................... 56
3.1.2. Ảnh hưởng của pH đến độ tan của CTTN ................................................ 62
3.2. Đặc trưng của dung dịch vàng nano được chế tạo bằng phương pháp
chiếu xạ dùng CTTN làm chất ổn định ................................................................ 61
3.2.1. Phổ UV-vis của dung dịch CTTN, CTTN/Au3+ và dung dịch vàng
nano ổn định trong CTTN (Au/CTTN) .............................................................. 61
3.2.2. Ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano
dùng CTTN làm chất ổn định ............................................................................. 64
3.2.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của của dung dịch vàng nano dùng
CTTN làm chất ổn định ...................................................................................... 65

v


3.2.4. Phổ IR của của dung dịch vàng nano dùng CTTN làm chất ổn định ....... 66
3.3. Ảnh hưởng nồng độ Au3+ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano ........... 69
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng
nano ......................................................................................................................... 75
3.5. Ảnh hưởng KLPT của CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng nano ... 80
3.6. Ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến đặc trưng của dung dịch vàng
nano ......................................................................................................................... 85
3.7. Ảnh hưởng của pH đến đặc trưng của dung dịch vàng nano ..................... 89
3.8. Điều chỉnh tăng kích thước hạt vàng nano bằng hạt mầm ......................... 95

3.9. Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của dung dịch vàng nano được chế
tạo bằng phương pháp chiếu xạ dùng CTTN làm chất ổn định ........................ 101
3.9.1. Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của dung dịch vàng nano dùng
CTTN 1% làm chất ổn định ở các nồng độ Au3+ khác nhau .............................. 101
3.9.2. Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của các mẫu vàng nano 1 mM theo
nồng độ CTTN khác nhau .................................................................................. 103
3.9.3. Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của mẫu vàng nano 1 mM/CTTN
1% không pha loãng và pha loãng bằng nước, NaCl, CTTN ............................. 106
3.9.4. Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của mẫu vàng nano 1 mM/CTTN
1% ở pH khác nhau............................................................................................. 108
3.9.5. Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của mẫu vàng nano được chế tạo
theo phương pháp hạt mầm ở các tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0] khác nhau ........... 110
3.9.6. Nghiên cứu gia tăng độ ổn định của dung dịch vàng nano chế tạo bằng
phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 ................................................................. 111
3.10. Nghiên cứu độc tính của vàng nano ............................................................ 112
3.11. Khảo sát hiệu ứng chống oxi hóa của vàng nano /CTTN ở các kích
thước hạt khác nhau .............................................................................................. 113
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................... 115
4.1. Kết luận ............................................................................................................ 115
4.2. Kiến Nghị ......................................................................................................... 117

vi


TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 118
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ
ĐƯỢC CÔNG BỐ
PHỤ LỤC

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
[Au3+]:

Nồng độ ion Au3+

ABTS:

2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic axít)

ABTS+:

Gốc tự do ABTS, dùng để thử hoạt tính chống oxi hóa

AO, %:

% chống oxi hóa, bắt gốc tự do ABTS+ so với đối chứng nước

Au3+:

Vàng ion

Au/CTTN:

Vàng nano ổn định bởi dung dịch chitosan tan trong nước

Auo:

Vàng nguyên tử

Cluster:

Tập hợp khối của các nguyên tử vàng dưới dạng cụm

CMC:

Carboxymethyl chitosan

CTAC:

Cetyltrimethylammonium Clorit

CTS:

Chitosan

CTTN:

Chitosan tan trong nước

[CTTN]:

Nồng độ CTTN

ĐĐA:

Độ Deaxetyl

dtb:

Kích thước trung bình của hạt AuNPs

EB:

Electron Beam

FTIR:

Phổ hồng ngoại

GUM:

Gum Arabic

HA:

Hyaluronan

HEC:

Hydroxyethylcellulose

KLPT:

Khối lượng phân tử

Liều xạ:

Liều hấp thụ bức xạ (kGy)

viii


nm:

Nanomét = 10-9 mét

1

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

H-NRM:

OD:

Mật độ quang đo từ phổ UV-Vis

OD734:

Mật độ quang đo tại bước sóng 734 nm

PAA:

Polyacrylic axít

PA:

Polyamide

PEG:

Polyetylenglycol

PMMA:

Polymetylmetacrylat

PVA:

Polyvinylalcol

PVP:

Polyvinylpyrrolidon

SDS:

Sodium dodecyl sulfat

SPR:

Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt

Suất liều bức xạ:

Liều hấp thụ bức xạ trong một đơn vị thời gian (kGy/giờ)

TEM:

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV-Vis:

Phổ tử ngoại – khả kiến

max:

Bước sóng hấp thụ cực đại

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1

Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan.

Bảng 2.1

Các phản ứng của da và mức độ kích ứng da.

Bảng 2.2

KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan.

Bảng 3.1

ĐĐA của các mẫu CTTN theo thời gian axetyl hóa.

Bảng 3.2

Ảnh hưởng của ĐĐA lên khả năng hòa tan trong nước của CTTN.

Bảng 3.3

Độ truyền qua của các mẫu CTTN 1% ở những giá trị pH khác nhau.

Bảng 3.4

Bước sóng (max), liều xạ bão hòa (Dbh) và kích thước hạt trung bình
(dtb) của dung dịch vàng nano ổn định trong CTTN 1% với nồng độ
Au3+ khác nhau ở pH=7,5-8, suất liều 1,33 kGy/giờ.

Bảng 3.5

max, OD và dtb của dung dịch vàng nano/HA 0,2% ở các nồng độ Au3+
khác nhau.

Bảng 3.6

max, OD và dtb của dung dịch vàng nano mẫu Au3+ 1 mM với nồng độ
khác nhau của CTTN có KLPT 155.000 g/mol, ở pH=7,5-8, suất liều
1,33 kGy/giờ.

Bảng 3.7

max, OD và dtb của dung dịch vàng nano mẫu Au3+ 1 mM với nồng độ
alginat khác nhau.

Bảng 3.8

OD, max, Dbh và dtb của dung dịch vàng nano mẫu Au3+ 1 mM/CTTN
1% có KLPT khác nhau, ở pH=7,5-8, suất liều 1,33 kGy/giờ.

Bảng 3.9

Sự thay đổi giá trị OD, max, và dtb của dung dịch vàng nano 1
mM/CTTN 1% theo suất liều khác nhau, pH=7,5-8, CTTN có KLPT
155.000 g/mol.

Bảng 3.10 Sự thay đổi giá trị OD, max, và dtb của dung dịch vàng nano/HA ở các
suất liều chiếu xạ khác nhau.
Bảng 3.11 OD, max, Dbh và dtb của dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% (CTTN
có KLPT 155.000 g/mol) ở pH khác nhau được điều chỉnh pH bằng
HCl 1M và NaOH 1M, suất liều 1,33 kGy/giờ.

x


Bảng 3.12 OD, max, và dtb của dung dịch vàng nano 1mM/CTTN 1% (CTTN có
KLPT 155.000 g/mol) ở tỉ lệ [Au3+]/[Au0] khác nhau, pH=7,5-8, suất
liều 1,33 kGy/giờ.
Bảng 3.13 Sự thay đổi giá trị OD và λmax theo thời gian lưu giữ của các dung dịch
vàng nano ở các nồng độ khác nhau và nồng độ CTTN ban đầu là 1%.
Bảng 3.14 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian lưu giữ của dung dịch vàng nano
1 mM theo nồng độ CTTN khác nhau.
Bảng 3.15 Giá trị max, OD của dung dịch vàng nano/CTTN từ mẫu Au3+ 1
mM/CTTN 1% không pha loãng và pha loãng bằng nước, bằng dung
dịch NaCl, và CTTN nồng độ khác nhau theo tỉ lệ thể tích 1:1.

Bảng 3.16 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian của dung dịch vàng nano 1
mM/CTTN 1% ở các pH khác nhau.
Bảng 3.17 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian của các mẫu vàng nano được chế
tạo theo phương pháp hạt mầm ở các tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0].
Bảng 3.18 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian của dug dịch vàng nano 1 mM +
([Au3+]/[Au] = 10:1) được bổ sung các chất ổn định khác nhau.

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1

Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng kỹ thuật ngưng tụ khí trơ .

Hình 1.2

Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser .

Hình 1.3

Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện hóa.

Hình 1.4

Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp rung siêu âm.

Hình 1.5

Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp điện phân kết hợp

siêu âm.

Hình 1.6

Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp quang hóa.

Hình 1.7

Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp bức xạ vi sóng điện từ .

Hình 1.8

Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp polyol.

Hình 1.9

Cấu trúc lập phương tâm mặt Fm-3m của tinh thể Au.

Hình 1.10 Hình dạng khác nhau của hạt vàng nano.
Hình 1.11 Cấu trúc của chitin và chitosan.
Hình 1.12 Nguồn nguyên liệu điều chế chitosan.
Hình 1.13 Phản ứng axetyl hóa chitosan bằng anhydritaxetic.
Hình 1.14 Cơ chế của sự phát huỳnh quang (1): Sóng kích hoạt (2): Quá trình điện
tử chuyển từ trạng thái năng lượng cao về trạng thái năng lượng thấp
hơn (3): Sóng phát ra; (●) điện tử.
Hình 1.15 Sự phát huỳnh quang ánh sáng xanh của hạt vàng nano chứa 8 nguyên
tử.
Hình 1.16 Sự phân cực điện tử bề mặt của hạt hình cầu do điện trường của sóng
điện từ.
Hình 1.17 Sự thay đổi màu sắc của hạt vàng nano ở các kích thước khác nhau.

Hình 1.18 Hạt vàng nano và các chất tạo nhóm chức khác nhau.
Hình 1.19 Hạt vàng nano giúp chẩn đoán và điều trị ung thư.
Hình 1.20 Hạt vàng nano mang thuốc đến các tế bào ung thư.
Hình 1.21 Cơ chế phát hiện melamin trong sữa bằng dung dịch vàng nano vàng
nano/chitosan (a), vàng nano/chitosan + 1×10-3 g/l melamin (b), vàng
nano/chitosan + 5×10-3 g/l melamin và ảnh TEM.

xii


Hình 1.22 Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo vàng nano sau khi cho melamin
ở các nồng độ khác nhau.
Hình 1.23 Phổ UV-Vis của AuNPs và AuNPs + melamin (a) và đường chuẩn định
lượng hàm lượng melamin (b).
Hình 1.24 Sản phẩm kem dưỡng có chứa vàng nano.
Hình 2.1

Sơ đồ tóm tắt qui trình chế tạo chitosan tan trong nước.

Hình 2.2

Mô hình tóm tắt quá trình chế tạo keo vàng nano.

Hình 2.3

Nguồn gamma Co-60 tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công
nghệ Bức xạ, Thành phố Hồ Chí Minh.

Hình 2.4

Nguồn gamma Chamber 5000 tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt.

Hình 2.5

Qui trình đánh giá hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng
nano/CTTN ở kích thước hạt khác nhau.

Hình 2.6

Máy đo phổ UV-Vis.

Hình 2.7

Máy chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Hình 2.8

Máy đo nhiễu xạ tia X (XRD).

Hình 2.9

Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR.

Hình 2.10 Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân.
Hình 2.11 Máy đo sắc ký gel (GPC).
Hình 2.12 Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của pullulan.
Hình 3.1

Độ deacetyl của các mẫu CTTN theo thời gian axetyl hóa.

Hình 3.2

Phổ IR của mẫu chitosan ban đầu có ĐĐA = 90% (a), chitosan axetyl
hóa ĐĐA là 67,3% (b), 49,2% (c) và 47,1% (d).

Hình 3.3

Phổ cộng hưởng proton của chitosan ban đầu.

Hình 3.4

Phổ cộng hưởng proton của mẫu chitosan axetyl trong thời gian 2 giờ.

Hình 3.5

Giản đồ nhiễu xạ tia X của CTS (a) và CTTN (b).

Hình 3.6

Chitosan axetyl hóa trong thời gian 2 giờ và được kết tủa bằng cồn.

Hình 3.7

Màu của dung dịch vàng ion (a) và dung dịch vàng nano sau khi chiếu
xạ (b).

xiii


Hình 3.8

Hình UV-Vis của dung dịch CTTN, Au3+ 1 mM/CTTN 1%, Au0/CTTN
(a) và dung dịch Au0/CTTN theo liều chiếu xạ (b).

Hình 3.9

Cường độ hấp thụ của dung dịch vàng nano/CTTN theo liều xạ (Au3+ 1
mM/ CTTN 1% pha loãng bằng nước 1/10).

Hình 3.10 Ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano (Au
0,1 mM/CTTN 1%).
Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vàng nano/CTTN.
Hình 3.12 Phổ hồng ngoại của mẫu CTTN (a) và vàng nano/CTTN (b).
Hình 3.13 Cơ chế ổn định hạt vàng nano trong dung dịch CTTN.
Hình 3.14 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ Au3+.
Hình 3.15 Sự tương quan kích thước hạt của dung dịch vàng nano/CTTN theo
nồng độ Au3+ 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 2,0 mM.
Hình 3.16 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano/CTTN
với nồng độ Au3+ 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; và 2,0 mM.
Hình 3.17 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano/alginat
0,5% với nồng độ Au3+ khác nhau: (A, a) 0,25; (B, b) 0,5 và (C, c) 1
mM.
Hình 3.18 Sự tương quan giữa kích thước hạt của dung dịch vàng nano/CTTN
theo nồng độ CTTN 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 2,0%.
Hình 3.19 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ CTTN khác
nhau.
Hình 3.20 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1 mM
/CTTN theo nồng độ CTTN 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 2%.
Hình 3.21 Ảnh TEM của dung dịch vàng nano 0,1mM/HA 0,05% (a); 0,4% (b) và
phân bố kích thước hạt (c) .

Hình 3.22 Sự suy giảm KLPT của chitosan dạng bột (a) và trong dung dịch (b)
theo liều xạ.

xiv


Hình 3.23 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% (a) và mối
tương quan giữa kích thước hạt theo KLPT của CTTN khác nhau
155.000; 127.000; 87.000 và 29.000 g/mol (b).
Hình 3.24 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1
mM/CTTN 1% theo KLPT của CTTN: 155.000; 127.000; 87.000 và
29.000 g/mol.
Hình 3.25 Sự tương quan giữa kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1
mM/CTTN 1% ở suất liều khác nhau 0,5; 1,25; 2,5 và 5 kGy/giờ.
Hình 3.26 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1
mM/CTTN 1% theo suất liều bức xạ khác nhau 0,5; 1,25; 2,5 và 5
kGy/giờ.
Hình 3.27 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% ở pH= 2, 5, 7, 9
và 12.
Hình 3.28 Màu của dung dịch vàng nano chế tạo tại các pH khác nhau từ 2-12.
Hình 3.29 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch 1 mM/CTTN 1% ở
các giá trị pH = 2, 5, 7, 9 và 12.
Hình 3.30 Tương quan giữa kích thước hạt, λmax (a) và phổ UV-Vis (b) của dung
dịch vàng nano theo tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0]= 2,5:1; 5:1; 10:1; 20:1;
30 :1 và 40:1.
Hình 3.31 Màu của dung dịch vàng nano sau khi chiếu xạ ở các tỉ lệ [Au3+]/[Au0]
= 2,5:1 (A); 5:1 (B); 10:1 (C); 20:1 (D); 30:1 (E); 40:1 (F); 50:1 (G).
Hình 3.32 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt vàng nano theo tỉ lệ nồng độ
[Au3+]/[Au0] lần lượt là 0 (hạt mầm); 2,5:1; 5:1; 10:1; 20:1; 30:1 và
40:1.

Hình 3.33 Ảnh TEM theo tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0] lần lượt là 2 (a); 4 (b); 6 (c)
và 8 (d).
Hình 3.34 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ Au3+ sau 180
ngày lưu giữ.

xv


Hình 3.35 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ CTTN sau
180 ngày lưu giữ.
Hình 3.36 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano mẫu 1
mM/CTTN 1% theo thời gian lưu giữ.
Hình 3.37 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN, vàng nano/CTTN + nước
và vàng nano/CTTN + 0,9% NaCl sau 20 ngày lưu giữ.
Hình 3.38 Màu của dung dịch vàng nano sau 180 ngày lưu giữ ở các pH= 2, 5, 7, 9
và 12.
Hình 3.39 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN ở pH =2, 5, 7 9 và 12 sau
180 ngày lưu giữ.
Hình 3.40 Sự tương quan giữa hiệu suất bắt gốc tự do theo thời gian của các dung
dịch vàng nano với kích thước hạt khác nhau 10, 20, 38 và 53 nm.

xvi


MỞ ĐẦU
Trong số các dung dịch nano kim loại như Au, Ag, Pt, Cu….dung dịch vàng
nano được quan tâm nghiên cứu bởi những tính chất đặc biệt như tính xúc tác [80],
tính quang nhiệt [69], tính sinh học [31, 87, 105, 156],.. . Nhiều phương pháp khác
nhau đã được sử dụng để điều chế dung dịch vàng nano. Trong đó khử vàng ion
(Au3+) bằng các chất khử hóa học là một trong những phương pháp được sử dụng

khá phổ biến. Các chất khử hóa học thường được sử dụng như citrat [54, 87, 122,
155], axít ascorbic [19, 86], NaBH4 [70, 103, 108, 114, 147], hydroquinon [131],.. .
Tuy nhiên, phương pháp khử hóa học có một số trở ngại lớn là do phải sử dụng chất
khử hóa học có nguy cơ gây hại cho môi trường sinh thái và sản phẩm dung dịch
vàng nano có độ tinh khiết không cao do tồn dư chất khử trong sản phẩm vàng
nano.
Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng các tác nhân khử có nguồn
gốc sinh học như vi khuẩn Brevibacterium casei [77], Pseudomonas fluorescens
[121], nấm Aspergillus oryzaevar.viridis [29], Fusarium semitectum [125] hay nước
chiết từ thực vật như nước chiết cây hoa mộc lan và cây hồng [133], nước chiết
nhân sâm [90], nước chiết từ củ gừng [81],.. để khử Au3+ tổng hợp dung dịch vàng
nano đã thu hút được nhiều quan tâm nghiên cứu. Phương pháp khử bằng tác nhân
sinh học được đánh giá là thân thiện môi trường, sản phẩm an toàn sinh học phù
hợp với yêu cầu ứng dụng trong sinh y. Tuy nhiên, dung dịch vàng nano được tổng
hợp bằng chất khử nguồn gốc sinh học khó kiểm soát đặc trưng kích thước hạt vàng
nano. Ngoài ra, chất lượng và điều kiện bảo quản nghiêm ngặt dung dịch khử nguồn
gốc sinh học cũng gây những hạn chế nhất định, đặc biệt đối với khả năng áp dụng
sản xuất lớn.
Bên cạnh phương pháp khử hóa học và phương pháp khử bằng tác nhân sinh
học, dung dịch vàng nano còn được chế tạo theo một số phương pháp khác như: bức
xạ ánh sáng mặt trời [97], bức xạ microwave [128], bức xạ tia UV [67, 153, 154],
bức xạ tia X [144, 156], phương pháp ăn mòn laser[1, 13, 45], điện hóa [42], điện
phân kết hợp siêu âm [64],.. . Mặc dù các phương pháp này được đánh giá thân

1


thiện với môi trường, sản phẩm tinh khiết nhưng chúng lại khó có thể áp dụng sản
xuất dung dịch vàng nano với qui mô lớn.
Phương pháp khử hóa bức xạ ion hóa để chế tạo dung dịch vàng nano đã thu

hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu do có một số tính chất ưu việt như: i) quá trình
tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường nên có thể sử dụng các chất ổn
định không bền với nhiệt. ii) Tác nhân khử tự sinh trong quá trình chiếu xạ phân tán
đều trong toàn hệ phản ứng. Chuyển hóa hoàn toàn vàng ion thành vàng kim loại.
iii) Sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao, dễ dàng kiểm soát kích thước và phân
bố kích thước hạt thông qua việc chủ động hiệu chỉnh nồng độ ion vàng ban đầu,
nồng độ chất ổn định, pH, liều xạ… và iv) Phương pháp chế tạo giản tiện, có khả
năng sản xuất khối lượng lớn, có hiệu quả kinh tế và không sử dụng các chất khử
nên thân thiện môi trường.
Hạt vàng tạo ra có kích thước nhỏ (nm) nên có năng lượng bề mặt riêng lớn do
vậy chúng có khuynh hướng kết tụ lại với nhau để giảm năng lượng bề mặt. Chất ổn
định thường là các polyme được sử dụng để bảo vệ hạt vàng tạo ra ở kích thước
nano. Xu hướng chung hiện nay là sử dụng các polyme có nguồn gốc tự nhiên như
glycine [58], dopamin [109], tannic [120], dịch chiết thực vật [36, 57, 75, 82, 90,
104, 126, 133], protein [16] hyaluronan [63, 79], heparin [56], các polysacarit như
alginat [20], tinh bột [71], betaglucan [126], chitosan [4, 13, 28, 41, 47, 66, 106,
136], gum arabic [150],.. . Chitosan là chất ổn định được dùng phổ biến do có
những ưu điểm nổi bật như: có nguồn gốc tự nhiên, có tính phân hủy sinh học,
tương hợp sinh học, không gây độc môi trường, có hoạt tính kháng khuẩn, kháng
nấm, kháng oxi hóa, chống ung thư, tăng miễn dịch và hiệu ứng kích kháng bệnh
thực vật (elicitor) và động vật. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất làm hạn chế khả
năng ứng dụng của chitosan đó là khả năng hòa tan. Chitosan chỉ tan trong môi
trường axít, không tan trong nước. Do vậy, tính mới cũng như tính sáng tạo của luận
án đó là dùng chitosan có khả năng tan trong nước để làm chất ổn định hạt vàng
nano chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60.

2


Ngoài ra, các ứng dụng khác nhau lại yêu cầu hạt vàng nano có kích thước hạt

khác nhau như ứng dụng trong xúc tác yêu cầu hạt vàng nano nhỏ hơn 5 nm [60, 61,
80], ứng dung trong y sinh để chuẩn đoán và điều trị ưng thư thì kích thước hạt
vàng nano thích hợp nhất trong khoảng 30-40 nm [28, 44], ứng dụng trong mỹ
phẩm thì kích thước phù hợp để hạt vàng nano hấp thụ vào tế bào là 50 nm [37]. Do
đó, điểm độc đáo của luận án còn được thể hiện ở việc chủ động tạo ra hạt vàng
nano có kích thước hạt khác nhau bằng phương pháp phát triển kích thước hạt từ hạt
mầm cũng như các thông số khác và minh chứng hoạt tính chống oxi hóa của dung
dịch vàng nano ở các kích thước hạt khác nhau.
Bằng phương pháp tiếp cận hệ thống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chế tạo
dung dịch vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ sử dụng CTTN làm chất ổn định,
khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến các thông số đặc trưng và tính chất của dung
dịch vàng nano. Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:
- Nghiên cứu chế tạo CTTN từ chitosan dùng làm chất ổn định dung dịch vàng
nano.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Au3+, nồng độ CTTN, khối lượng phân
tử CTTN, suất liều, pH đến đặc trưng tính chất của dung dịch vàng nano.
- Điều chỉnh gia tăng kích thước hạt vàng nano sử dụng hạt mầm.
- Nghiên cứu khả năng gia tăng độ ổn định và độ bền của dung dịch vàng
nano.
- Khảo sát hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano.
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho những nghiên cứu
tiếp theo trong việc chế tạo dung dịch nano kim loại bằng phương pháp bức xạ. Từ
kết quả luận án cho phép xây dựng quy trình công nghệ sản xuất dung dịch vàng
nano với số lượng lớn, có khả năng điều chỉnh kích thước hạt theo yêu cầu nhằm
đáp ứng nhu cầu ứng dụng trong y sinh (chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư, chất
mang và ly giải thuốc…), trong mỹ phẩm (chất chống oxi hóa) và trong nhiều lĩnh
vực khác.

3

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu chế tạo vàng nano
1.1.1. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp hóa học
Trên thế giới cũng như trong nước, việc nghiên cứu chế tạo dung dịch vàng
nano có kích thước hạt vàng trung bình nhỏ hơn 100 nanomét (nm) đã được nhiều
công trình thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau. Khử hóa học là một trong
những phương pháp được sử dụng phổ biến để chế tạo dung dịch vàng nano theo
phương thức từ dưới lên (bottom-up). Phương pháp khử hóa học là dùng các tác
nhân hóa học để khử vàng ion thành vàng kim loại. Nghiên cứu tiên phong trong
phương pháp này là nhóm tác giả Turkevich (còn được gọi là phương pháp
Turkevich) với công trình được công bố năm 1951, dùng citrat vừa là chất ổn định
và vừa là chất khử để khử Au3+ tổng hợp dung dịch vàng nano có kích thước trong
khoảng 16 – 150 nm trong điều kiện khuấy liên tục ở nhiệt độ 100 oC [54, 87, 123,
155]. Cho đến nay, phương pháp Turkevich vẫn được áp dụng rộng rãi, tuy nhiên có
một số cải tiến nhằm tăng khả năng kiểm soát đặc trưng kích thước của dung dịch
vàng nano như bổ sung chất khử hóa học là NaBH4 [39], thêm chất ổn định như axít
tannic [120] và alginat [20, 132].
Trên cơ sở phát triển phương pháp Turkevich, nhiều công trình nghiên cứu
tổng hợp dung dịch vàng nano từ dung dịch Au3+ theo phương pháp hóa học sử
dụng các chất khử hóa học như: Axít ascorbic [19, 86], NaBH4 [70, 103, 108, 114,
147], hydroquinon [131],.. đã được áp dụng phổ biến. Nhóm tác giả Huỳnh Thị
Cẩm Quyên và Nguyễn Thị Phương Phong đã nghiên cứu chế tạo vật liệu vàng
nano-chitosan định hướng ứng dụng trong dược phẩm, dùng vitamin C làm chất khử
và chitosan làm chất ổn định, đề tài nghiên cứu cấp trường đại học Lạc hồng [12].
Hạt vàng nano thu được có kích thước hạt trong khoảng 10 - 12 nm với thời gian
điều chế là 240 phút ở 80 oC, pH = 5 và tỉ lệ Au3+:vitamin C = 10:5. Mặc dù vậy,
phương pháp khử hóa học có một số trở ngại lớn là do phải sử dụng chất khử hóa
học có nguy cơ gây hại cho môi trường sinh thái và sản phẩm dung dịch vàng nano
có độ tinh khiết không cao do tồn dư chất khử trong sản phẩm vàng nano.

4


1.1.2. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp sinh học
Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng các tác nhân khử có nguồn gốc
sinh học như vi khuẩn Brevibacterium casei [77], Pseudomonas fluorescens [121],
nấm Aspergillus oryzaevar.viridis [29], Fusarium semitectum [125] hay nước chiết
từ thực vật như nước chiết cây hoa mộc lan và cây hồng [133], nước chiết nhân sâm
[90], nước chiết từ thảo mộc (Barbated skullcup) [146], glucan chiết xuất từ nấm
[126], nước chiết tử củ gừng (Zingiber officinale) [82], cây tía tô (Coleus
amboinicus Lour) [104], lá chè xanh [57], hạt đậu bắp (Abelmoschus esculentus)
[75], lá cây Murraya Koenigii [113], cây lô hội (Aloe vera) [36], cây linh lăng
(Alfalfa) [82], trái đào (Anacardium occidentale) [129], quả cây hoa cúc (Tansy
fruit) [43],.. để khử Au3+ tổng hợp dung dịch vàng nano đã thu hút được nhiều quan
tâm nghiên cứu.
Phương pháp khử bằng tác nhân sinh học được đánh giá là thân thiện môi
trường, sản phẩm an toàn sinh học phù hợp với yêu cầu ứng dụng trong sinh y. Tuy
nhiên, dung dịch vàng nano được tổng hợp bằng chất khử nguồn gốc sinh học khó
kiểm soát đặc trưng kích thước hạt vàng nano. Ngoài ra, chất lượng và điều kiện
bảo quản nghiêm ngặt dung dịch khử nguồn gốc sinh học cũng gây những hạn chế
nhất định, đặc biệt đối với khả năng áp dụng sản xuất lớn.
Bên cạnh phương pháp khử hóa học và phương pháp khử bằng tác nhân sinh
học, dung dịch vàng nano còn được chế tạo theo một số phương pháp khác.
1.1.3. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bay hơi vật lý
Bay hơi vật lý là một phương pháp từ trên xuống (top-down) cũng là một công
cụ giúp ích cho sự phát triển công nghệ nano. Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuật
ngưng tụ khí trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn [137].
Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: Người tiên phong cho kỹ thuật này là Gleiter (1984)
[53] để nghiên cứu các tính chất hạt nano ở trạng thái rắn. Trong phương pháp này,

sợi vàng tinh khiết khoảng 0,5 gam với chiều dài 10 nm và đường kính 1 nm đã
được hoá hơi ở nhiệt độ cao trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi vàng

5


nguyên tử quá bão hòa được ngưng tụ và phát triển thành hạt vàng khi tiếp xúc với
khí heli được làm lạnh bởi nitơ lỏng (hình 1.1).

Hình 1.1. Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng kỹ thuật ngưng tụ khí trơ [88]
Kích thước hạt vàng được điều chỉnh dễ dàng thông qua sự thay đổi các thông
số trong buồng bay hơi như áp suất, nhiệt độ,.. . Trong công trình của Lee và cộng
sự (2005) [88] hạt vàng nano thu được có kích thước 1 nm ở nhiệt độ 1124 oC và áp
suất 133 Pa. Kích thước hạt tăng lên 12 nm và 30 nm khi thay đổi nhiệt độ lần lượt
là 1316 oC và 1507 oC.
Kỹ thuật đồng ngưng tụ: Tương tự như kỹ thuật ngưng tụ khí trơ nhưng quá
trình phát triển hạt được điều chỉnh bằng dung môi thích hợp đồng ngưng tụ
(thường là izo-propanol hoặc là axeton). Bằng cách thay đổi nhiệt độ ngưng tụ, loại
dung môi, nồng độ kim loại,.. . Hạt vàng nano thu được bằng phương pháp này có
kích thước hạt nhỏ (< 5 nm) và đơn phân tán [27].
Vàng nano được chế tạo bằng phương pháp bay hơi vật lý có độ tinh khiết cao,
đơn phân tán và dễ dàng điều chỉnh kích thước hạt tuy nhiên điểm hạn chế lớn nhất
của phương pháp này là yêu cầu cao về nhiệt độ và áp suất khi chế tạo vàng nano.
1.1.4. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp nghiền
Trong kỹ thuật nghiền, vật liệu được chuẩn bị ở dạng bột sẽ được trộn lẫn với
những viên bi được làm từ những vật liệu rất cứng và để cùng trong cối. Máy
nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hay là nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu
hành tinh). Trong kỹ thuật này các viên bi cứng sẽ va chạm với nhau và phá vỡ vật
liệu bột tới kích thước nano, kết quả là ta thu được vật liệu nano không chiều (hạt

6


nano). Nhược điểm của phương pháp này là chậm và cần nhiều thời gian để đạt
được kích thước nhỏ nhất có thể. Ưu điểm của phương pháp này là tương đối rẻ
[135, 149].
1.1.5. Chế tạo vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser
Chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser thì vật liệu ban
đầu là một tấm vàng được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề
mặt. Một chùm laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10
Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3
mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm
được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt [13] (hình 1.2).

Hình 1.2. Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser [13]
Chùm laser được hội tụ bằng một bộ các linh kiện quang học và được chiếu tới
vuông góc với bề mặt tấm kim loại. Hệ được lắp đặt sao cho khoảng cách từ thấu
kính đến bề mặt tấm kim loại đúng bằng tiêu cự của thấu kính nhằm tăng cường sự
hội tụ của chùm laser. Để hệ cố định, gắn thấu kính và gương bán mạ trên giá cố
định. Để tạo ra sự ăn mòn kim loại đều và để ngăn chặn hiệu ứng kết hợp, tấm kim
loại được quay trong quá trình ăn mòn laser.
Hạt vàng nano tạo ra được ổn định bằng các chất ổn định khác nhau như chất
hoạt động bề mặt như là trinatri citrat dihydrat (C6H7Na3O7), natri dodecyl sunfat
(CH3-(CH2)11-OSO3Na) hay các polyme như polyvinyl ancol (PVA), polyvinyl
pyrrolidon (PVP) [18].., . Kích thước hạt vàng nano cũng như độ phân tán được
điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số xung laser như bước sóng, cường độ,
7