Nghiên cứu tổng hợp xanh keo Nano vàng và ứng dụng chế tạo kem trị phỏng mau liền sẹo

Header Page 1 of 166.

-1-

LỜI MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, khoa học và công nghệ nano được xem là một lĩnh vực công nghệ
mới. Ngành khoa học này phát triển rất nhanh chóng nhằm chế tạo ra vật liệu có
kích thước rất bé (trong khoảng từ 0,1 – 100 nm). Loại vật liệu này có nhiều tính
chất đặt biệt và khả năng ứng dụng rộng rãi trong khoa học và đời sống con người.
Vấn đề được quan tâm nhiều trong thế giới hiện đại ngày nay là làm sao chế
tạo, ứng dụng sản phẩm nano vào đời sống mà không ảnh hưởng sức khỏe của con
người cũng như môi trường chung quanh.
Trên cơ sở đó, đề tài: “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XANH KEO NANO
VÀNG VÀ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO KEM TRỊ PHỎNG MAU LIỀN SẸO” được
chọn làm luận văn tốt nghiệp.
Cơ sở khoa học của đề tài
Đề tài được tiến hành dựa trên các kết quả nghiên cứu tổng hợp nano vàng và
các thử nghiệm, ứng dụng của chúng trong lĩnh vực y – sinh học thông qua các công
trình đã công bố.
Hiện nay, nano vàng được chế tạo bằng nhiều phương pháp, trong đó phương
pháp khử polyol có hỗ trợ nhiệt vi sóng đang là một phương pháp được quan tâm
hơn cả. Ưu điểm của phương pháp này là không sử dụng các chất khử độc hại, đồng
thời nhiệt vi sóng cho phản ứng nhanh, hạt nano tạo thành có kích thước nhỏ và
đồng đều, là một phương pháp tổng hợp xanh, thân thiện với môi trường. Bệnh
phỏng sau khi lành bệnh thường để lại những vết sẹo lồi hoặc lõm làm mất vẽ đẹp
của người bị phỏng, và sau đó thường phải qua khâu phẩu thuật thẩm mỹ rất đau
đớn và tốn kém. Công ty Domesco sản xuất kem nghệ trị phỏng với hoạt chất nano
curcumin, việc bổ sung nano vàng tạo hiệu ứng cộng hợp với nano curcumin cũng
như kem nền, có khả năng kích thích tế bào non phát triển, đồng thời tẩy các tế bào
chết làm cho các vết phỏng lành mau liền sẹo. Sản phẩm dung dịch keo nano vàng

Footer Page 1 of 166.


Header Page 2 of 166.

-2-

chế tạo được được ứng dụng trong kem trị phỏng mau liền sẹo có ý nghĩa khoa học
thực tiễn cao, có khả năng ứng dụng vào trong đời sống của con người.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu quy trình tổng hợp xanh keo nano vàng bằng phương pháp khử
muối vàng trong môi trường glycerin (phương pháp polyol có hỗ trợ nhiệt vi sóng)
với tác nhân bảo vệ là polyvinyl pyrrolidone (PVP). Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
tới kích thước hạt nano vàng tạo thành và khả năng kháng khuẩn của vàng. Định
hướng ứng dụng dung dịch keo nano vàng tạo thành trong kem trị phỏng mau liền
sẹo với đơn vi ứng dụng là công ty Domesco – Đồng Tháp.
Nội dung nghiên cứu
Bằng phương pháp khử hóa học xây dựng quy trình tổng hợp dung dịch keo
nano vàng với glycerin vừa là chất khử vừa là môi trường phân bố với tác nhân bảo
vệ là PVP.
Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ HAuCl4/PVP, nhiệt độ phản ứng đến kích
thước của hạt nano vàng tạo thành.
Khảo sát khả năng kháng khuẩn của dung dịch keo nano vàng tạo thành.
Định hướng ứng dụng dung dịch keo nano vàng vào trong sản phẩm kem trị
phỏng mau liền sẹo.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc chế tạo các hạt nano vàng còn khá mới đối với nền khoa học Việt Nam
nên đề tài luận văn rất có ý nghĩa khoa học. Sản phẩm dung dịch keo nano vàng của
đề tài được ứng dụng chế tạo kem trị phỏng mau liền sẹo góp phần giải quyết vấn

đề thẩm mỹ cho người bị phỏng. Kết quả của luận án là cơ sở khoa học cho những
nghiên cứu tiếp theo việc chế tạo hạt nano kim loại khác bằng phương pháp khử
polyol. Ngoài ra, các kết quả còn là cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo
của nano vàng vào trong y học, sinh học, môi trường…

Footer Page 2 of 166.


Header Page 3 of 166.

-3-

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm và sự ra đời của công nghệ nano
1.1.1. Khái niệm
Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích thước nano
mét. Về trạng thái của vật liệu người ta chia thành ba trạng thái rắn, lỏng, khí. Hiện
nay, vật liệu nano được nghiên cứu chủ yếu là vật liệu ở trạng thái rắn.
Về hình dáng vật liệu người ta phân chia thành các loại sau: ba chiều có kích
thước nano (hạt nano, đám nano), hai chiều có kích thước nano (màng mỏng), một
chiều (dây mỏng). Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocompozit
trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó có
nano không chiều.
Các chất rắn ở nhiệt độ thường có thể được chia thành kim loại, gốm, chất
bán dẫn polymer... Các chất này có thể chia nhỏ nữa thành vật liệu sinh học, vật liệu
xúc tác... Tất cả các chất này ẩn chứa nhiều tính chất khác dưới dạng nano.
1.1.2. Sự ra đời của công nghệ nano
Thuật ngữ công nghệ nano xuất hiện từ những năm 70 của thế kỷ XX liên
quan đến công nghệ chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử. Độ chính xác ở
đây đòi hỏi rất cao từ 0,1 – 100 nm tức là phải chính xác đến từng lớp nguyên tử,

phân tử. Mặt khác, quá trình vi hình hóa các linh kiện cũng đòi hỏi người ta phải
nghiên cứu các lớp mỏng bề dày cỡ nm, các sợi mảnh có bề ngang cỡ nm, các hạt
có đường kính cỡ nm. Phát hiện ra hàng loạt hiện tượng, tính chất mới mẻ có thể
ứng dụng vào nhiều chuyên ngành rất khác nhau để tạo thành các ngành khoa học
mới gắn thêm chữ nano. Hơn nữa, việc nghiên cứu các quá trình sống xảy ra trong
tế bào cho thấy sự sản xuất ra các chất cho sự sống như protein đều được thực hiện
bởi sự lắp ráp vô cùng tinh vi các phân tử với nhau mà thành, tức là cũng ở trong
công nghệ nano.

Footer Page 3 of 166.


Header Page 4 of 166.

-4-

1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Nếu thế kỷ XX được coi là cuộc cách mạng về công nghệ thông tin, thì thế kỷ
XXI hứa hẹn sẽ là thế kỷ của công nghệ nano (CNNN). Ngày nay, công nghệ nano
đang trên đà phát triển như vũ bão, sản phẩm được làm từ nguyên vật liệu có kích
cỡ nano đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp và trên thị trường.

Hình 1.1: Các sản phẩm ứng dụng của CNNN

Footer Page 4 of 166.


Header Page 5 of 166.

-5-

Góp phần trong thế giới nano không thể không nhắc đến nano vàng, với
những ứng dụng tuyệt vời không thể phủ nhận của nó.

Hình 1.2: Các lĩnh vực ứng dụng của nano vàng
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Từ xưa, ở phương đông cũng như phương tây đặc biệt là Ấn độ, Ai Cập,
Trung Quốc, ngoài chức năng làm đồ trang sức và có giá trị thay thế trong mua bán
hàng hóa, vàng còn được dùng để làm thuốc chữa bệnh. Công nghệ nano đang phát
triển với tốc độ chóng mặt và nano vàng đã thể hiện được vai trò quan trọng của nó
trong các lĩnh vực như: đầu tiên là lĩnh vực bảo vệ môi trường: phát hiện ra các ion
độc hại, xử lý nước bằng màng thẩm thấu ngược [1]… Một lĩnh vực quan trọng
không kém đó là lĩnh vực vật liệu: kết hợp với pentacene tạo nên linh kiện nhớ mới,
đầu cảm thụ điện hóa, góp phần tạo nên điện trở màng mỏng [11]… Trong lĩnh vực

Footer Page 5 of 166.


Header Page 6 of 166.

-6-

xúc tác: xúc tác trên vật liệu xốp [13], xúc tác cho phản ứng oxy hóa CO, kết hợp
với ống carbon nano [14]… Ngoài ra, một lĩnh vực rất quan trọng thể hiện được khả
năng tuyệt vời của nano vàng đó là lĩnh vực y học, phân tích tế bào [15], phát quang
tạo ảnh sinh học [6], phát hiện và góp phần trị bệnh ung thư [15, 16]. Không dừng
lại ở đây, nano vàng vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để tìm ra những khả năng
tuyệt vời khác của nó. Gần đây các nhà khoa học đã thành công trong việc đưa nano
vàng vào lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và chăm sóc sắc đẹp, cụ thể đó là đã thành
công trong việc đưa nano vàng vào trong thành phần của kem nền để chống nhăn

vùng mắt, kích thích tế bào non phát triển [17]…
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở nước ta, trong lĩnh vực nano người ta chia làm 3 khái niệm: khoa học
nano, công nghệ nano, vật liệu nano.
Khoa học nano: là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can
thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô
đó, tính chất của các vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại quy mô lớn hơn.
Công nghệ nano: là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng
các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên
quy mô nano met.
Vật liệu nano: là đối tượng của hai lĩnh vực khoa học nano và công nghệ
nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thước của vật liệu nano từ 0,1 nm
đến 100 nm.
Ngoài ra, các nhà hóa học còn có một khái niệm riêng gọi là hóa học nano.
Hóa học nano là các phương pháp chế tạo vật liệu và linh kiện nano bằng các phản
ứng hóa học.
Về thực chất thì nước ta chỉ mới bước đầu làm quen với các khái niệm trên.
Công nghệ nano đang ở giai đoạn nghiên cứu ở phòng thí nghiệm, bởi đầu tư cho

Footer Page 6 of 166.


Header Page 7 of 166.

-7-

lĩnh vực này rất tốn kém. Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã có những
nghiên cứu mới về khoa học, công nghệ và vật liệu nano, cụ thể như:
- Xúc tác có cấu trúc nano vàng đã được triển khai từ những năm 2000 và đạt
được những kết quả rất khả quan. Xúc tác trên cơ sở nano vàng đã được ứng dụng

trong lĩnh vực xúc tác oxy hóa khí thải để giảm thiểu những chất khí độc hại như
NOX. Tuy chưa được ứng dụng vào thực tế nhưng công trình cũng đã được các nhà
khoa học trên thế giới đánh giá rất cao [4].
- Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ - Viện năng lượng
nguyên tử Việt Nam, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, Viện Khoa học và công
nghệ Việt Nam, Phòng thí nghiệm công nghệ nano, Đại học Quốc Gia TP.HCM đã
hợp tác và nghiên cứu thành công nano vàng với kích thước hạt từ 16-25 nm bằng
phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 vào dung dịch muối vàng HAuCl4 với chất ổn
định là Chitosan. Kết quả đã tạo ra được các hạt nano vàng có hình cầu và độ đồng
nhất cao [2].
1.3. Tổng quan về kim loại vàng
Vàng là nguyên tố hoá học có ký hiệu Au (L.aurum) và số nguyên tử 79
trong bảng tuần hoàn. Là kim loại chuyển tiếp mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng
và chiếu sáng, vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưng lại chịu tác
dụng của nước cường toan để tạo thành axít chloroauric cũng như chịu tác động của
dung dịch xyanua của các kim loại kiềm. Vàng có tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt,
không bị tác động bởi không khí. Nó không bị ảnh hưởng về mặt hoá học bởi nhiệt,
độ ẩm, ôxy và hầu hết chất ăn mòn. Kim loại này có ở dạng quặng hoặc hạt trong đá
và trong các mỏ bồi tích.
Vàng thuộc phân nhóm phụ nhóm IB, có 1 electron lớp ngoài cùng giống các
kim loại kiềm ns1, ở lớp thứ hai từ ngoài cùng vào có 18 electron.
Cấu hình: (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns1.

Footer Page 7 of 166.


Header Page 8 of 166.

-8-

Lớp 18 electron chưa hoàn toàn bền và ở cách xa nhân nên có khả năng cho
đi một electron. Vì vậy vàng thể hiện nhiều trạng thái oxy hóa như: +1,+2,+3.
Nhưng phổ biến nhất là +1 và +3. Au(I), thường được gọi là aurous ion. Au(III)
auric là trạng thái ôxi hoá phổ biến và được thể hiện bởi AuCl3. Vàng rất khó bị oxy
hóa nhưng dễ bị khử do electron ngoài cùng khó mất hơn so với kim loại kiềm. Một
số tính chất vật lý đặc trưng của vàng như:
*Bán kính nguyên tử: R = 2,71 Ǻ .
* Năng lượng ion: 9,22 eV.
* Khối lượng riêng: 19,3 g/cm3.
* Nhiệt độ nóng chảy: 10630C.
* Nhiệt độ sôi: 28800C.
* Độ dẫn điện: λ = 40 (Hg = 1).
* Độ dẫn nhiệt: 39 (Hg = 1).
* Thế điện cực tiêu chuẩn: φ = 1,50V.
* Hàm lượng trong vỏ trái đất: HĐ = 5.10-7%
1.4. Nguyên lý chung chế tạo nano kim loại
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp.
- Phương pháp từ trên xuống (top-down), phương pháp tạo hạt kích thước
nano từ các hạt có kích thước lớn hơn.
- Phương pháp từ dưới lên (bottom-up), phương pháp hình thành hạt nano từ
các nguyên tử.

Footer Page 8 of 166.


Header Page 9 of 166.

-9-

Hình 1.3: Sơ đồ chung cho các phương pháp chế tạo nano kim loại

1.4.1. Phương pháp từ trên xuống (top-down)
Nguyên lý của phương pháp này dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến
vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là phương
pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng khá hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu
với kích thước khá lớn. Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn
lẫn với những viên bi được làm từ vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy
nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay. Các viên bi cứng va
chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu
nano không chiều (các hạt nano). Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ
thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn mà không làm phá hủy vật liệu (có
thể >10 nm). Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.
Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng,
còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là vật liệu nano
một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay
người ta còn dùng phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.

Footer Page 9 of 166.


Header Page 10 of 166.

- 10 -

Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là tạo ra vật liệu có tính đồng
nhất không cao, tốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức tạp [3, 7]…
1.4.2. Phương pháp từ dưới lên (bottom-up)
Nguyên lý của phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử
hoặc các ion. Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh
động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta
dùng hiện nay được chế tạo bằng phương pháp này. Ưu điểm của phương pháp này:

tiện lợi, kích thước các hạt nano tạo ra tương đối nhỏ, đồng đều, trang thiết bị phục
vụ cho phương pháp này cũng rất đơn giản. Phương pháp từ dưới lên có thể là
phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hơp cả hai phương pháp hóa-lý.
Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc
chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật
lý như bốc bay nhiệt. Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho
nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra
chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh). Phương pháp vật lý thường được dùng
để tạo ra các hạt nano, màng nano.
Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương
pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta
phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên chúng ta có thể phân loại các
phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương
pháp kết tủa, sol-gel), và từ pha khí (nhiệt phân). Phương pháp này có thể tạo ra các
hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano…
Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo ra vật liệu nano dựa trên nguyên
tắc vật lý và hóa học như: điện phân ngưng tụ từ pha khí… phương pháp này có thể
tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano [3, 7]…

Footer Page 10 of 166.


Header Page 11 of 166.

- 11 -

1.5. Các phương pháp chế tạo nano vàng
1.5.1. Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại
thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng lỏng nên còn gọi là

phương pháp hóa ướt.
Dung dịch ban đầu là muối vàng HAuCl4. Tác nhân khử ion kim loại Au3+
thành Au0 là các chất hóa học như: citric acid, vitamin C, sodium borohydride
NaBH4, ethanol, ethylene glycol, glycerin, sodium citrate, poly sodium acrylate
(PSA) [8]. Nguyên tắc khử của phương pháp khử hóa học được thực hiện như sau:
(ion Au) Au3+ + X → Au0 (nguyên tử vàng kim loại)

→

nano Au.

Trong phương pháp này thì ion vàng Au3+ dưới tác dụng của chất khử X sẽ
tạo ra nguyên tử Au, sau đó các nguyên tử này kết hợp với nhau để tạo ra các hạt
nano Au [12].
Ứng với mỗi hóa chất sẽ có một phương pháp khử để điều chế hạt nano
vàng, mỗi phương pháp đều có cơ chế cụ thể của phương pháp đó tương ứng với
từng tác nhân cụ thể. Ví dụ như ứng với phương pháp khử citrate, có tác nhân
citrate, phương pháp khử PSA có tác nhân khử PSA [8]… Với mỗi loại tác nhân
khử sẽ tạo ra các hạt nano có chất lượng hạt, kích cỡ hạt và hình dạng hạt khác
nhau: hình cầu, hình ngũ giác, lục giác, đa giác, que, sợi… Vì vậy, việc lựa chọn
hóa chất làm tác nhân khử rất quan trọng. Điển hình như khi khử bằng sodium
citrate hạt nano vàng tạo ra có kích thước ~ 20 nm, nếu sử dụng PSA thì kích thước
hạt vàng đạt được khoảng 11 - 17 nm… mặt khác ứng với mỗi tác nhân khử khác
nhau sẽ tạo ra dung dịch nano vàng có tính bền vững khác nhau và khả năng đạt
được nano vàng từ dung dịch nano với các hóa chất này tùy vào yêu cầu tính chất
của sản phẩm mà ta sản xuất. Vì vậy khi tiến hành điều chế nano vàng bằng phương
pháp hóa học cần lựa chọn hóa chất sử dụng, nồng độ, chất ổn định… cho phù hợp
với yêu cầu của sản phẩm.

Footer Page 11 of 166.

Header Page 12 of 166.

- 12 -

1.5.2. Phương pháp vật lý
Phương pháp khử vật lý dùng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ
năng lượng cao như tia γ, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại.
Đây là phương pháp bottom-up, hạt vàng được tạo ra từ dung dịch muối
vàng HAuCl4. Quá trình khử xảy ra như sau:
Au3+

→

Au0.

Dùng tia UV chiếu sáng, các hạt nano vàng được tạo thành trong micelle
không ion: poly oxyethylene, isooctyl ether (thường được biết đến như Triton X 100 hay TX -100) mà không cần bất cứ tác nhân khử nào khác. Ưu điểm của
phương pháp này là đơn giản và có thể tái sinh được. Trong phương pháp này TX 100 đóng vai trò là chất khử (vì nhóm -OH của nó bị oxy hóa) vừa là chất ổn định.
Thực nghiệm cho thấy nếu nồng độ của TX - 100 = 9.9×10-3 mol dm-3, nồng độ
vàng HAuCl4 = 5×10-6 mol dm-3, cường độ chiếu sáng là 600 lux, thời gian chiếu
sáng trong vòng 20 phút, thì ta sẽ thu được dung dịch keo nano vàng có màu hồng
và hạt nano vàng tạo ra có kích thước 5nm, đỉnh hấp thu tại bước sóng λ = 523 nm.
Còn nếu sử dụng tác nhân chiếu sáng là tia γ Co-60, hạt vàng tạo ra đồng nhất
hơn và có dạng hình cầu kích thước khoảng 16 - 25 nm.
1.5.3. Phương pháp sinh học
Phương pháp khử sinh học là dùng các tác nhân khử là vi khuẩn, vi nấm, vi
rút… để làm tác nhân khử ion kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân này ion
vàng sẽ bị khử thành hạt nano vàng. Đây là phương pháp đơn giản, thân thiện với

môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn, tuy nhiên thời gian tạo hạt nano khá
dài thông thường trên 3 ngày. Khá nhiều loại vi nấm và vi khuẩn được sử dụng như:
Bacillus subtilis, Bacillis Licheniformic, khuẩn Lactobacillus (khuẩn acid lactic),
nấm Verticillium sp.tạo ra hạt nano vàng có kích thước từ 2 - 20 nm, nấm Furasium
Oxysporum tạo ra các hạt nano vàng có kích cỡ 20 - 50 nm, khuẩn Actinomycete
như Rhodococcus và Thermomonospora tổng hợp hạt nano vàng có kích thước 7 -

Footer Page 12 of 166.


Header Page 13 of 166.

- 13 -

12 nm, khuẩn Rhodopseudomonas capsulate tạo hạt có kích thước từ 10 - 20 nm,
khuẩn Pseudomonas aeruginosa cho hạt nano vàng có kích cỡ khoảng 20 - 30 nm
[10], khuẩn Escherichia coli DH5α cũng cho hạt có kích cỡ từ 20 - 30 nm…
Ngoài ra hiện nay trên thế giới người ta còn sử dụng các loại nấm mốc [9],
tảo và các loại cây trồng để chế tạo nano vàng. Như nấm Yarrowia lipolytica NCIM
3589 tổng hợp được hạt nano vàng có kích thước khá nhỏ 15 nm. Còn với cây trồng
thì hiện nay người ta đã phát hiện ra rằng có thể tổng hợp hạt nano vàng từ cỏ linh
lăng, lá cây rau mùi, vỏ cây quế với kích thước hạt từ 6,75 - 57,91 nm [5].
1.5.4. Phương pháp vi nhũ
Phương pháp vi nhũ là một trong những phương pháp đầy triển vọng vì có
khả năng kiểm soát các phản ứng hóa học xảy ra. Tỉ lệ phản ứng khử kim loại được
điều chỉnh bằng tiến trình phân bố kích thước hạt nano tạo thành, kích thước hạt
nano vàng tạo ra khoảng 2 - 20 nm.
Dung dịch micelle đảo rất sạch, nhiệt động học ổn định, bao gồm pha nước,
pha dầu, cũng có thể gọi là vi nhũ. Trong vi nhũ, những giọt nước có kích thước
nano được bao bởi những đầu ưa nước của chất hoạt động bề mặt trong khi đuôi kỵ

nước được solvate hóa bởi pha dầu. Nước chứa trong những micelle đảo có chức
năng như những thiết bị phản ứng rất nhỏ cho những phản ứng có liên quan đến quá
trình khử ion kim loại.
Dung dịch chứa muối kim loại được hòa trộn với chất khử sodium bis (2ethylhexyl) sulfosuccinate (ATO) trong dung môi alkane lỏng. Tác nhân khử sẽ
thúc đẩy quá trình khử của ion kim loại thành hạt nano kim loại. Sự va chạm giữa
các micelle gây nên sự tranh dành lõi, dẫn đến hạt phát triển trong micelle cho đến
khi đạt được kích thước tối đa được quyết định bởi tỉ lệ khối lượng nước/chất hoạt
động bề mặt. Theo thời gian phản ứng xảy ra các hạt nano vàng được chiết từ
micelle bởi ly tâm, rửa với dung môi để loại chất hoạt động bề mặt thừa.

Footer Page 13 of 166.


Header Page 14 of 166.

- 14 -

1.5.5. Phương pháp sử dụng nhiệt vi sóng
Vi sóng là những bước sóng dài hơn tia hồng ngoại nhưng ngắn hơn sóng
radio, có tần số từ 0,3GHz tới 300 GHz.
Phương pháp sử dụng lò vi sóng để tổng hợp nano vàng sử dụng các tác nhân
hóa học để khử ion Au3+ thành Au0.
Dưới tác dụng của vi sóng, các phân tử có cực như các phân tử Au3+ và các
chất trợ khử sẽ nóng lên dưới tác dụng của nhiệt quá trình khử vàng sẽ diễn ra rất
nhanh. Các chất khử được sử dụng cho quá trình là các hợp chất polyol như:
ethylene glycol, glycerin, nước… Hạt nano vàng được tạo ra bằng phương pháp này
có kích thước đồng đều và nhỏ hơn so với các phương pháp khác. Mặt khác khi gia
nhiệt trong lò vi sóng cũng có lợi thế hơn khi gia nhiệt thông thường. Với phương
pháp gia nhiệt thông thường sẽ có những vị trí mà nhiệt độ trên bề mặt sẽ khác xa
với nhiệt độ trong lòng dung dịch. Thường thì nhiệt độ trên thành của thiết bị gia

nhiệt sẽ cao hơn so với nhiệt độ trung bình của dung dịch. Với phương pháp gia
nhiệt vi sóng, nhiệt độ được cung cấp cho toàn thiết bị gia nhiệt và nhiệt độ của cả
dung dịch hầu như đều nhau. Điều này rất quan trọng nó giúp tạo ra các hạt nano
vàng có kích thước đồng đều và nhỏ hơn so với những phương pháp khác. Ưu điểm
của phương pháp này là tốc độ đun nóng và xuyên thấu nhanh, thời gian khử vàng
diễn ra nhanh, thiết bị đơn giản, dễ sử dụng.
Khi sử dụng vi sóng chúng ta có thể sử dụng thêm chất bảo vệ và chất khử vì
nếu không dùng thì các hạt nano vàng tạo ra sẽ có thể bị kết tụ trở lại làm cho kích
thước hạt lớn hơn.
Một số kết quả từ thực nghiệm như sau:
- Quy trình Chitosan: trong quy trình này Chitosan vừa đóng vai trò chất khử
vừa đóng vai trò chất ổn định. Kết quả thu được hạt nano vàng có kích thước 16 25 nm.

Footer Page 14 of 166.


Header Page 15 of 166.

- 15 -

- Phương pháp polyol: tạo ra hạt nano vàng với tác nhân khử là ethylene
glycol, chất ổn định là PVP. Sự hình thành hạt nano vàng trong môi trường ethylene
glycol xảy ra như sau:
CH2OH- CH2OH → CH3CHO + H2O.
6 CH3CHO + 2Au3+ →

2Au + 6H- + 2CH3COCOCH3.

Với những tỉ lệ HAuCl4/PVP khác nhau sẽ cho những hạt nano vàng có kích
thước và hình dạng khác nhau. Hình dạng của hạt nano có thể là hình cầu, hình tam

giác, hình thoi, que, sợi… kích thước hạt từ 20 - 100 nm.
1.6. Ứng dụng của nano vàng

Hình 1.4: Một vài sản phẩm ứng dụng của nano vàng
1.6.1. Trong lĩnh vực xúc tác
Tính trơ hóa học và không bị oxy hóa làm cho vàng trở thành một vật liệu
quan trọng và hữu dụng. Nhưng ở kích thước nano, tính chất của vàng thay đổi hoàn
toàn. Mặc dù khả năng chống oxy hóa bề mặt vẫn còn nhưng tính trơ của vàng khối
đã biến mất trong các hạt vàng nano. Các hạt nano vàng có khả năng xúc tác cho
nhiều phản ứng khác nhau.
1.6.1.1. Trong phản ứng oxi hóa cacbon oxit

Footer Page 15 of 166.


Header Page 16 of 166.

- 16 -

Trong phản ứng chuyển hóa CO thành CO2, xúc tác nano vàng hoạt động tốt
ở nhiệt độ phòng và cả dưới nhiệt độ phòng. Điều này chưa được thấy ở các kim
loại xúc tác. Phản ứng này rất có lợi trong việc làm sạch không khí trong nhà và khí
thải xe cộ. Các hạt nano vàng được sử dụng làm xúc tác có kích thước từ 2 đến 10
nm, được gắn vào các giá mang oxit kim loại như các hạt vàng nano trên giá mang
Fe2O3 có khả năng hoạt động ở nhiệt độ -760C.
1.6.1.2. Các phản ứng liên quan đến NOx
NO và các khí NOX là các khí thải độc hại từ các động cơ xăng dầu. Cách dễ
dàng nhất để loại bỏ chúng là biến chúng thành khí nitơ bằng cách sử dụng các khí
CO, H2 hay các hydrocacbon. Thông thường các phản ứng có thể thực hiện nhờ các
xúc tác PGM (xúc tác kim loại nhóm platin), nhưng rất khó xảy ra khi động cơ vận

hành dưới điều kiện thiếu ôxy để đốt cháy nhiên liệu.
Các nhà khoa học đã chứng minh rằng trong điều kiện không có ôxy thì xúc
tác vàng nano hoạt động tốt hơn trong phản ứng khử NO bằng CO. Hoạt tính diễn ra
đáng kể thậm chí ở 270C đã chuyển hóa hoàn toàn nitơ mà nếu không sử dụng xúc
tác vàng thì nhiệt độ phản ứng phải là 1500C.
Khi khử NO bằng các hydrocacbon thì quá trình diễn ra phức tạp hơn. Việc
xúc tác vàng trên Al2O3 có hoạt tính thấp khi nồng độ khí ôxy trong luồng khí phản
ứng lớn hơn 5% cho thấy sau khi hỗ trợ chuyển NO thành NO2 sẽ tiếp tục phản ứng
khử NO2 thành nitơ bởi hydrocacbon (trái với sự khử một bước từ NO thành N2 đòi
hỏi nhiệt độ cao hơn). Xúc tác vàng đang có khả năng cạnh tranh với xúc tác tốt
nhất hiện nay là xúc tác PGM về mặt hoạt tính và khả năng chịu được độ ẩm.
1.6.1.3. Các hạt nano vàng tạo ra chất xúc tác quang mới
Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne thuộc Bộ Quốc Phòng Mỹ đã chế tạo
thành công một chất xúc tác ánh sáng khả kiến, bằng cách sử dụng các dây nano
clorua bạc được gắn các hạt nano vàng. Chất xúc tác này có khả năng phân hủy các
phân tử hữu cơ trong nước bị ô nhiễm.

Footer Page 16 of 166.


Header Page 17 of 166.

- 17 -

Yugang Sun thuộc Trung tâm Vật liệu Nano của Phòng Thí nghiệm Argonne
cho biết, các dây nano được nghiên cứu chuyên sâu và sử dụng cho rất nhiều ứng
dụng, gồm các điện cực dẫn điện trong suốt đối với pin mặt trời và các thiết bị
quang điện. Bằng cách chuyển hóa hóa học chúng thành các dây nano clorua bạc
bán dẫn, tiếp theo là bổ sung thêm các hạt nano vàng, nhóm nghiên cứu của ông đã
tạo ra được các dây nano có các tính chất hoàn toàn mới, khác rất nhiều với các dây

nano nguyên gốc.
Các tính chất xúc tác quang của clorua bạc thông thường bị giới hạn ở các
bước sóng cực tím và xanh da trời, nhưng bằng cách bổ sung thêm các hạt nano
vàng, chúng có thể xúc tác quang dưới ánh sáng khả kiến. Ánh sáng khả kiến kích
thích các electron ở các hạt nano vàng và kích thích các phản ứng. Các thử nghiệm
đã chứng tỏ các dây nano có thêm các hạt nano vàng có thể phân hủy các phân tử
hữu cơ như xanh methylen.
Sun cho biết, nếu tạo ra một màng dây nano được gắn vàng và cho nước ô
nhiễm chảy qua, các phân tử hữu cơ có thể bị phân hủy bằng bức xạ khả kiến từ các
ánh đèn huỳnh quang hoặc mặt trời. Ông đã tiến hành với các dây nano bạc thông
thường được ôxy hóa bằng sắt clorua để tạo ra các dây nano clorua bạc. Một phản
ứng với natri tetrachloroaurate làm lắng các hạt nano vàng lên các dây. Ông cho
biết, có thể sử dụng cơ chế tương tự để làm lắng các kim loại khác như palladium và
platinum lên các dây nano clorua bạc và tạo ra các tính chất mới, ví dụ như khả
năng xúc tác trong quy trình tách nước thành hydro bằng ánh nắng.
1.6.2. Trong lĩnh vực điện tử
Các nhà nghiên cứu vừa phát triển một loại linh kiện nhớ mới sử dụng các
hạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ pentacene. Sự kết đôi mới này là bước
then chốt để tiến đến việc phát triển bộ nhớ sử dụng các chất dẻo hữu cơ, có khả
năng rẻ hơn và linh hoạt hơn so với các bộ nhớ silicon truyền thống sử dụng trong
máy tính, các ổ đĩa và trong các ứng dụng khác.

Footer Page 17 of 166.


Header Page 18 of 166.

- 18 -

Hình 1.5: Linh kiện nhớ mới

1.6.3. Trong lĩnh vực y sinh
Lĩnh vực khác không kém phần ý nghĩa là sinh học và y học. Các phân tử
nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dưới tác dụng của bức xạ laser. Đặc tính này có
thể được sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X trong chữa trị một số
bệnh ung thư. Các nhà khoa học tại viện nghiên cứu Max-Planck nghiên cứu sự phá
huỷ của các mô khoẻ mạnh bằng cách sử dụng những viên thuốc trị ung thư bên
trong khối u. Để đưa những chất này vào đúng vị trí, các nhà khoa học đã tạo ra
những viên nhộng rất nhỏ với kích thước vài nano met. Vỏ ngoài viên nhộng được
cấu tạo bởi nhiều lớp polymer rất mỏng đặt lên nhau, cho phép chúng vượt qua dễ
dàng lớp màng bên ngoài màng tế bào. Trên bề mặt viên nhộng là những phân tử
nano được sử dụng từ những nguyên tử vàng và bạc. Khi đã hấp thụ vào những tế
bào trong khối u, viên nhộng sẽ di chuyển bằng tia hồng ngoại. Sức nóng này sẽ đẩy
những phân tử vàng và bạc di chuyển khiến viên nhộng vỡ ra và phá vỡ kết cấu
những tế bào ác tính. Hiện các nghiên cứu trên chuột đã chứng minh được tính hiệu
quả của công nghệ này.

Footer Page 18 of 166.


Header Page 19 of 166.

- 19 -

Ở trạng thái phân tử nano vàng cũng có khả năng cố định các nguyên tử sinh
học (kháng nguyên và kháng thể). Vì vậy, các phân tử vàng có thể sử dụng trong rất
nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa.
1.6.3.1. Nhận biết tế bào ung thư
Các hạt nano vàng nhiễu xạ và hấp thu ánh sáng rất tốt nên được sử dụng để
nhận biết tế bào ung thư.
Nhiều tế bào ung thư có một protein là thụ thể tác nhân phát triển biểu bì

(EFGR) trên toàn bộ bề mặt của tế bào trong khi các tế bào khỏe mạnh không bộc lộ
protein này. Bằng cách kết hợp hay kết dính các hạt vàng nano vào kháng thể của
EFGR, các nhà nghiên cứu có thể làm cho các hạt vàng tự gắn vào các tế bào ung
thư.

Hình 1.6: Nhận biết tế bào ung thư

Footer Page 19 of 166.


Header Page 20 of 166.

- 20 -

Khi thêm dung dịch có các hạt vàng nano đã gắn kháng thể của EFGR vào
các tế bào ung thư và các tế bào khỏe mạnh, tế bào ung thư sẽ tự phát sáng còn tế
bào khỏe mạnh thì không liên kết với hạt nano vàng nên không phát sáng.
1.6.3.2. Bảo vệ ion Li+
Nhu cầu cho ứng dụng y sinh và công nghiệp hiện nay. Li+ liên kết với
ligand làm cho các hạt nano vàng (4 nm) kết tụ và sự kết tụ này là một cách để dập
tắt quang phổ và thay đổi màu sắc, cung cấp một phương pháp hữu ích cho việc bảo
vệ Li+ trong dung dịch nước.
1.6.3.3. Sử dụng hạt vàng nano làm tăng độ tương phản của ảnh chụp
mạch máu trên thiết bị Micro CT hoặc X quang
Những cải thiện cơ bản trong những tác nhân tương phản X-ray trong hơn
25 năm nay. Những tác nhân hiện tại có những giới hạn to lớn trong tạo ảnh y học:
chỉ tạo ảnh trong một thời gian ngắn, gây độc tố, độ tương phản kém… và những
hạt vàng đã khắc phục được những điều đó. Vàng có độ hấp thu cao hơn iot, đạt độ
tương phản tốt hơn với lượng X-ray tốt hơn. Những hạt vàng làm sạch máu chậm
hơn các tác nhân iot, cho thời gian tạo ảnh lâu hơn.

Những hình ảnh thuốc tới cơ thể và hình CT cho thấy hiệu quả của keo nano
vàng như một tác nhân dự trữ máu cho hình CT X-ray. Polyethylene glycol (PEG)
bao phủ những hạt vàng tạo thành những hạt nano cầu với kích thước 38 nm.
Những hạt nano vàng - PEG cho khả năng tương thích cao và không độc hại với
chuột. Người ta định dạng những hình ảnh ổn định để hình dung hệ thống mạch
máu, ngay lập tức cho đến 24h sau khi tiêm. Những hình ảnh CT sử dụng hạt nano
vàng cho những hình dung rõ ràng về cấu trúc khối u trong mạch máu.

Footer Page 20 of 166.


Header Page 21 of 166.

- 21 -

Hình 1.7: Hình X – ray chụp 2 chân sau của chuột. Với (a) trước khi tiêm, (b) 2
phút sau khi tiêm vào tĩnh mạch những hạt nano vàng, (c) 2 phút sau khi tiêm tác
nhân tạo độ tương phản iod với một lượng tương đương
1.6.4. Trong lĩnh vực mỹ phẩm
Từ tuổi 30 trở đi, làn da phụ nữ bắt đầu xuất hiện các dấu hiệu lão hóa như
thiếu độ căng mịn và bắt đầu có nếp nhăn. Tiến trình lão hóa diễn ra nhanh hơn ở
tuổi 40 với sự xuất hiện rõ rệt của các vết nhăn, làn da khô, sần, sắc diện không
đồng đều. Nguyên nhân là do tiến trình sản sinh collagen yếu dần đi khiến da mất
dần độ căng và đàn hồi. Các sợi tạo keo như elastin và collagen cùng các tế bào cơ
bản ở trung bì giảm mạnh. Do vậy, để duy trì sự săn chắc và tuơi trẻ cho làn da, bạn

Footer Page 21 of 166.


Header Page 22 of 166.

- 22 -

phải có chế độ chăm sóc định kỳ bổ sung dưỡng chất collagen để nuôi tế bào gốc
của da phát triển nhằm ngăn ngừa sự lão hóa.

Hình 1.8: Kem ứng dụng nano vàng
Serum vàng Nano được tinh luyện từ quá trình phân rã chuyển hóa thành
dạng phân tử cực nhỏ để dễ dàng thấm sâu vào tế bào đáy của da, kích thích chúng
hoạt động, loại bỏ đi những tế bào già yếu và sản sinh nhanh các tế bào mới giúp
nuôi dưỡng làn da khoẻ mạnh. Đồng thời, liệu trình cùng lúc kết hợp với serum
collagen để bổ sung dưỡng chất kích thích các sợi keo collagen tăng khả năng đàn
hồi, xóa nhanh các vết nhăn, rãnh sâu trên bề mặt da đồng thời nuôi dưỡng làn da
trẻ hóa từ tế bào gốc, duy trì sự săn chắc cho da và ngăn chặn sự hình thành các nếp
nhăn mới.
Ngoài ra, liệu trình còn kết hợp với serum bù nước dưỡng ẩm chứa nhiều
thành phần khoáng chất và các nguyên tố vi lượng được tinh chế từ thảo dược có tác
dụng ngăn ngừa viêm nhiễm, phục hồi nhanh những vùng da bị tổn thương, cung
cấp dưỡng chất, tăng cường độ ẩm để trẻ hóa da từ trong ra ngoài.

Footer Page 22 of 166.


Header Page 23 of 166.

- 23 -

1.6.4.1. Thúc đẩy sự hấp thu dưỡng chất
Vi điện tử của nano vàng có thể phát ra các đợt sóng, cho phép những chất
dinh dưỡng cung cấp cho da được hấp thu nhiều hơn và sâu hơn vào trong các mô

liên kết. Những hạt nano vàng có thể xâm nhập không chỉ qua da mà còn vào trong
mô mạch liên kết, chúng bị hấp thụ sâu vào trong da và cung cấp khoáng chất cho
da. Chúng tự sinh ra tia hồng ngoại xa để bảo vệ cơ thể con người khi tiếp xúc với
tác nhân ánh sáng có hại cho da như tia tử ngoại.
1.6.4.2. Thúc đẩy sự lưu thông máu
Nano vàng có khả năng chống oxy hóa rất mạnh, thúc đẩy sự lưu thông máu,
có hiệu quả trong việc ngăn ngừa lão hóa, loại bỏ vết tàn nhan, làm cho da sạch
hơn.
Ngoài ra các hạt nano vàng hấp thụ trong da làm loại bỏ những tế bào chết,
giúp tái tạo tế bào mới nhanh chóng. Không những vậy nano vàng còn giúp thúc
đẩy tổng hợp collagen giúp duy trì khả năng đàn hồi cho da.
Vàng có khả năng giải độc vì vậy ngăn chặn được các vấn đề về mụn và điều
trị mụn. Những cation trong vàng thúc đẩy cơ thể sản xuất hormone giúp thư giản
cơ thể và tâm trí. Nano vàng được dùng trong các loại sản phẩm mỹ phẩm: lotion,
nước hoa, dầu gội đầu, kem dùng cho vùng quanh mắt, mặt nạ dưỡng da.
1.6.4.3. Khả năng chống vi khuẩn của vàng
Cũng giống như bạc, vàng cũng có khả năng diệt khuẩn. Vì vậy người ta đã
kết hợp vàng – bạc để tạo ra một lớp phủ lên vật liệu nhằm chống vi khuẩn.
1.7. Các thiết bị dùng để xác định tính chất của hạt nano vàng
Việc xác định kích thước và tính chất của hạt nano vàng được thực hiện bằng
các thiết bị:
- Máy quang phổ hấp thu (Ultraviolet-Visible (UV-Vis)).
- Nhiễu xạ tia X (Ray Diffraction (XRD)).

Footer Page 23 of 166.


Header Page 24 of 166.

- 24 -

- Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy
(TEM)).
1.7.1. Máy quang phổ hấp thu UV-vis (Ultraviolet-Visible)

Hình 1.9: Máy quang phổ hấp thu UV-Vis
Phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu. Phổ tử ngoại và khả
kiến (UV-Vis) của các hợp chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa các
mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ mức năng lượng
thấp lên mức năng lượng cao.
Bước chuyển dời năng lượng: ở điều kiện thường, các electron trong phân tử
nằm ở trạng thái cơ bản, khi có ánh sáng kích thích với tần số thích hợp thì các
electron sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên các trạng thái kích thích có mức năng
lượng cao hơn.
Máy đo phổ UV-Vis dùng để xác định độ tinh khiết của một hợp chất, nhận
biết cấu trúc các chất, phân tích hỗn hợp xác định khối lượng phân tử. Khi tiến hành
đo phổ của mẫu thì mỗi mẫu sẽ cho ta một dạng phổ có chiều cao phổ xác định và

Footer Page 24 of 166.


Header Page 25 of 166.

- 25 -

đặc trưng cho chất đó. Đối với vàng thì mũi đặc trưng là 500-580 nm, vì vậy nếu
khi đo phổ hấp thu của dung dịch vàng dạng phổ thu được có mũi với chiều cao ứng
với bước sóng khoảng 500-580 nm thì ta có thể xác định sơ bộ rằng đã tạo ra được
hạt nano vàng.
1.7.2. Nhiễu xạ tia X - Ray Diffraction (XRD)

Hình 1.10: Hệ thống Nhiễu xạ tia X - Ray Diffraction (XRD)
Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật
liệu. Ngoài ra phương pháp này còn có thể ứng dụng để xác định động học của quá
trình chuyển pha, kích thước hạt và xác định trạng thái đơn lớp bề mặt của xúc tác
oxit kim loại trên chất mang.
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên
tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khi chùm
tia Rơnghen (tia X) tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng tinh thể thì mạng
lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích
thích bởi chùm tia X sẽ trở thành các tâm phát ra các tia phản xạ.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào phương trình
Vulf-bragg.

Footer Page 25 of 166.