TỔNG hợp và ỨNG DỤNG NANO bạc TRÊN hệ CHẤT MANG β – CYCLODEXTRIN ALGINATE sử DỤNG DỊCH CHIẾT củ NGƯU BÀNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG NANO
BẠC TRÊN HỆ CHẤT MANG β –
CYCLODEXTRIN/ALGINATE SỬ
DỤNG DỊCH CHIẾT CỦ NGƯU BÀNG


2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
β - CD
AgNPs
NaBH4
UV-Vis
TG - DTA
FTIR
SEM
HRTEM
SAED
TEM
EDX
UV
nm
Abs

β – Cyclodextrin
Hạt nano bạc
Sodium borohydride
Ultraviolet-Visible Spectroscopy
Thermogravimectric analysis – Differential Dispersive X-ray spectrum

Fourier-Transform Infrared Spectroscopy
Scanning Electron Microscopy
High-resolution Transmission Electron Microscopy
Selected area electron diffraction
Transmission Electron Microcopy
Energy Dispersive X-ray spectrum
Ultraviolet
Nanomet
Absorbance


3

LỜI MỞ ĐẦU
Tình trạng ô nhiễm nguồn nước hiện nay đang diễn ra trên khắp thế giới và
ngày càng khó kiểm soát. Ô nhiễm nguồn nước gây ra những tác hại không chỉ ảnh
hưởng nặng nề đến môi trường mà còn ảnh hưởng đến con người và động thực vật.
Ngày nay, ít nhiều ta có thể tình cờ nghe được một vài vấn đề nào đó liên quan
đến “nano”. Công nghệ nano đang được chú ý và phát triển đầy triển vọng. Việc
nghiên cứu các hạt nano rất được quan tâm bởi những tính chất của nó khi ở kích
thước nanomet.
Hạt nano bạc là một trong những loại hạt nano được nghiên cứu và ứng dụng
rộng rãi vì những tính chất đặc biệt của nó trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là tính chất
kháng khuẩn vượt trội. Khi công nghệ nano ra đời, ứng dụng của hạt nano bạc đã
được đưa lên một tầm cao mới.
Hiện nay, việc đầu tư cho nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano đã và đang được
các nhà đầu tư chú trọng. Điều này đã tạo ra nhiều bước đột phá, phát triển mới mẻ
cho ngành vật liệu nano nói chung và nano bạc nói riêng. Để phát huy tốt hoạt tính
của các nano kim loại bạc và để dễ dàng thu hồi, ngày nay các nhà khoa học đã tổng
hợp nano bạc trên các hệ chất mang làm tăng hiệu quả làm việc của vật liệu nano bạc.

Thông thường, nano bạc thường được tổng hợp bằng các phương pháp hóa học
vì ít rủi ro, đơn giản cũng như đem lại hiệu suất cao nhưng có nhược điểm như chi phí
thiết bị đắt đỏ, dung môi độc hại. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đang
chuyển sang nghiên cứu tổng hợp nano bạc theo hướng hóa học xanh đem lại nhiều
sự quan tâm trên thế giới. Phương pháp tổng hợp nano bạc trên hệ chất mang gồm
alginate và β - cyclodextrin được xem là phương pháp đột phá mới, đem lại hiệu quả
cao trong tổng hợp xanh nano bạc. β - cyclodextrin có cấu tạo kỵ nước bên trong và


4

ưa nước bên ngoài, có thể hình thành phức hợp với các hợp chất kỵ nước, tăng cường
độ hòa tan và khả dụng sinh học của các hợp chất. Alginate có khả năng tạo màng,
tạo gel tốt, tương thích sinh học, không độc hại, phân huỷ sinh học và chi phí thấp.
Củ ngưu bàng là một vị thuốc được cả Đông và Tây y sử dụng trong việc chữa tê
thấp, lợi tiểu, ra mồ hôi, giải cảm cúm hoặc các bệnh như viêm tuyến vú, viêm tuyến
nước bọt, mụn nhọt… Phương pháp tổng hợp nano bạc đi từ dịch chiết các loại cây
thảo đem lại nhiều tính ưu việt hơn các phương pháp hóa học làm giảm thiểu độc hại,
thân thiện với môi trường, quy trình đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp.
Từ những lý do tên, trong bài luận này tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Tổng
hợp và ứng dụng nano bạc trên hệ chất mang β – cyclodextrin/Alginate sử dụng dịch
chiết củ ngưu bàng”.
Mục tiêu đề tài
Tổng hợp xanh nano bạc trên hệ chất mang β – cyclodextrin/Alginate sử dụng
dịch chiết củ ngưu bàng và ứng dụng làm xúc tác.
Nội dung đề tài
-

Tổng hợp nano bạc trên nền β – cyclodextrin/Alginate với tác nhân khử là

-

dịch chiết củ ngưu bàng.
Khảo sát điều kiện ảnh hưởng quá trình tổng hợp nano bạc.
Khảo sát hoạt tính xúc tác.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Hiểu rõ hơn về phương pháp điều chế nano bạc bằng phương pháp hóa học
xanh lành tính, đơn giản, ít độc hại, thân thiện môi trường.
Tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có trong nước đó là dịch chiết củ
ngưu bằng để tổng hợp xanh nano bạc.


5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nano
1.1.1. Nguồn gốc công nghệ nano
Nano bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là lùn, nhỏ bé. Khái niệm “nanomet”
lần đầu tiên được đề xuất bởi Richard Zsigmondy (người đoạt giải Nobel Hóa học
năm 1925). Ông đặt ra khái niệm “nanomet” để mô tả kích thước hạt và là người đầu
tiên đo kích thước các hạt như keo vàng bằng kính hiển vi.

Hình 1.1. Nhà vật lý Richard Feynman, cha để của công nghệ nano
Những khái niệm và ý tưởng về khoa học và công nghệ nano bắt đầu với một
cuộc nói chuyện mang tên “Có rất nhiều phòng ở phía dưới” của nhà vật lý Richard
Feynman tại một cuộc họp của Hiệp hội vật lý Mỹ tại Viện Công nghệ California
(CalTech) vào năm 1959.
Gần 15 năm sau bài diễn thuyết của Richard Feynman, thuật ngữ “công nghệ
nano” lần đầu tiên đã được sử dụng bởi Norio Taniguchi, một nhà khoa học người

Nhật.
Kỷ nguyên công nghệ nano bắt đầu phát triển vào năm 1981 khi kính hiển vi
quét chui hầm (Scanning tunneling microscope, STM) được phát minh giúp chúng ta
nhìn thấy các nguyên tử Error: Reference source not found.


6

1.1.2. Khái quát về công nghệ nano
Công nghệ nano là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế
tạo, ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích
thước trên quy mô nanomet (từ 1 – 100nm). Một nano bằng một phần tỉ của met (m)
hay bằng một phần triệu của milimet (mm) Error: Reference source not found.

Hình 1.2. Kích thước một số đối tượng điển hình khác nhau
1.1.3. Vật liệu nano
Khái niệm:
Vật liệu nano được định nghĩa là vật liệu mà thành phần cấu trúc của nó có ít
nhất một chiều có kích thước nanomet. Kích thước vật liệu nano nằm từ 1 – 100nm.
Ở kích thước này, vật liệu nano sẽ xuất hiện những tính chất đặc biệt so với vật liệu
truyền thống [3].
Phân loại:
Có nhiều cách khác nhau để phân loại nhưng tránh nhầm lẫn các khái niệm,
thông thường vật liệu nano sẽ được phân loại như sau [3,4]:


7

Theo cấu trúc vật liệu:
-

Vật liệu nano không chiều: chấm lượng tử, tinh thể nano, cụm (cluster)…
Vật liệu nano một chiều: dây nano, ống nano…
Vật liệu nano hai chiều: màng mỏng…
Ngoài ra còn có vật liệu nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu
có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai
chiều đan xen lẫn nhau.
Bên cạnh đó người ta cũng có thể chia vật liệu nano thành theo các trạng thái

rắn, lỏng, khí. Hiện nay, vật liệu dạng rắn đang được tập trung nghiên cứu nhiều nhất
sau đó là đến các vật liệu dạng lỏng và khí .
1.1.4. Ứng dụng của công nghệ nano
Đến thời điểm hiện tại, công nghệ nano tạo nên bước ngoặt lớn làm thay đổi
bộ mặt của khoa học và công nghệ trên toàn thế giới. Công nghệ nano là một phần
không thể thiếu trong đời sống hiện đại ngày nay. Ứng dụng của công nghệ nano đã
góp phần đưa nhiều lĩnh vực như y học, nông nghiệp, điện tử, vật liệu, thực phẩm,…
nâng lên một tầm cao mới.
•

Điện tử:
Việc sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu và bảo vệ thực vật trong nhiều thập kỷ đã

làm ô nhiễm đất và các nguồn nước dẫn đến bệnh tật và các khó khăn khác ảnh hướng
đến con người và các loài động thực vật. Tận dụng những tính chất đặc biệt khi vật
liệu ở kích thước nano, các nhà khoa học đã chế tạo các cảm biến nano để phát hiện
các chất độc hại trong nước và đất để có thể ngăn chặn và phòng tránh các vấn đề có
thể ảnh hưởng đến con người, động thực vật và môi trường [5].
•

Mỹ phẩm:

8

Thông thường, Zinc oxide và Titanium dioxide trong kem chống nắng khi thoa
lên da thường gây nên hiện tượng trắng bệch. Ở dạng nano, Znc oxide và Titanium
dioxide trở nên trong suốt, ít nhờn và dễ thẩm thấu vào da hơn và tăng khả năng
chống tia cực tím [6].
Nanoemulsion là chất nhũ tương dạng nano, cấu trúc hạt trong hạt. Chúng
được sử dụng để mang và phân phối các hoạt chất trong mỹ phẩm và đồng thời làm
gia tăng độ bền cũng như tuổi thọ của sản phẩm [6].

Hình 1.3. Kem chống nắng chưa nano Zinc oxide
•

Thực phẩm:
Công nghệ nano được ứng dụng vào việc tăng thời hạn sử dụng cũng như đảm

bảo hương và màu sắc của sản phẩm được tươi mới. Ngoài ra, người ta cũng đã
nghiên cứu các hạt nano để có thể che mùi hoặc kiểm soát các mùi hương trong thực
phẩm. Ngay cả các loại bao bì cũng được ứng dụng công nghệ nano để thay thế các
vật liệu thông thường từ đó ngăn chặn được vi sinh vật, các yếu tố bên ngoài ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm [7].
•

Y học:


9

Đây là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ nano. Việc đưa
thuốc bằng hạt nano giúp thuốc đưa đến đúng tế bào đích cụ thể mà không ảnh hưởng
đến các tế bào xung quanh, tăng khả năng hấp thụ và hiệu quả điều trị của thuốc [8].
Với kích thước siêu nhỏ, nanorobots có thể dễ dàng đi vào bên trong cơ thể
người để điều trị cũng như đưa thuốc đến các vị trí cần thiết [9].
•

Nông nghiệp:
Các loại thuốc trừ sâu và các hóa chất dùng trong nông nghiệp được sản xuất

với các thành phần ở kích thước nano cho thấy hiệu quả sử dụng tốt hơn các thành
phần ở kích thước thông thường. Các thành phần này được làm giảm kích thước và
kết hợp chúng với nanoemulsions hay kết hợp chúng với hệ nano lipid rắn. Hiệu quả
cho thấy đã làm giảm được các tác động bất lợi đến cây trồng, kiểm soát được các
loại sâu bênh và không làm cây trồng bị ngộ độc do sử dụng liều lượng rất ít [10].
1.2. Giới thiệu về hạt nano
1.2.1. Khái niệm, phân loại hạt nano
Thông thường khi nhắc đến “hạt nano” người ta thường nghĩ đến vật liệu vô
cơ. Hạt nano là các hạt có kích thước từ 1 - 100nm. Các hạt nano vô cơ thường gặp
gồm Error: Reference source not found:
-

Hạt nano vàng: kích thước các hạt nằm trong khoảng 1 – 20nm, phổ biến nhất
là 4 – 7 nm. Các hạt nano vàng, bạc được ứng dụng và tổng hợp nhiều nhất

-

trong cuộc sống.
Các hạt nano kim loại khác: bạc, paladi, đồng, sắt, bạch kim, coban, niken và

-

các kim loại lưỡng tính khác.
Các hạt nano bán dẫn: phổ biến nhất là các muối của kim loại Cd với các phi
kim nhóm nguyên tố 16, ví dụ như: CdS, CdSe, CdTe…


10

-

Các hạt nano oxit kim loại: oxit sắt, oxit coban, oxit niken…

1.2.2. Tính chất của hạt nano
Các tính chất của vật liệu nano thể hiện không chỉ do bản chất của vật liệu mà
còn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và khoảng cách giữ các hạt. Hiệu ứng kích
thước lượng tử, tương tác điện động lực và tỷ lệ bề mặt lớn hơn khối lượng là kết qủa
tạo nên sự khác biệt về các tính chất vật lý so với vật liệu dạng khối [12].
Ba tính chất vật lý chính của nano: tính di động cao ở trạng thái tự do, diện
tích bề mặt riêng lớn và chúng có thể thể hiện hiệu ứng điện tử [13].
1.2.3. Các phương pháp tổng hợp hạt nano kim loại
Có hai phương pháp dùng để chế tạo hạt nano kim loại gồm phương pháp từ
trên xuống (top – down) và phương pháp từ dưới lên (bottom – up).
Phương pháp từ trên xuống (top – down) dùng các kỹ thuật nghiền, cán, xay
hay biến dạng để phá vỡ vật liệu ban đầu có kích thước lớn thành các vật liệu kích
thước nanomet. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí thấp, đơn giản, hiệu quả và
tạo ra được lượng lớn vật liệu nano. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tạo
nhiều khuyết tật trên cấu trúc vật liệu. Việc này làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý và
hóa học của vật liệu nano. Bên cạnh đó, tính đồng nhất của các hạt không cao và năng
lượng tiêu hao cao. Vì thế, phương này ít được sử dụng [14].

Phương pháp từ dưới lên (bottom – up) dựa trên nguyên lý tổng hợp các hạt
nano từ các ion hoặc nguyên tử. Đây là phương pháp đóng vai trò quan trọng trong
việc tổng hợp hạt nano kim loại và hiện nay phần lớn vật liệu nano tổng hợp bằng
phương pháp này. Các kim loại như bạc, vàng, bạch kim… thường sử dụng phương
pháp này để tạo hạt nano kim loại. Các ion hoặc nguyên tử sẽ được khử bằng tác nhân
hóa học, vật lý hoặc kết hợp cả hai để tạo ra các hạt có kích thước nanomet. Phương
pháp này có ưu điểm tạo ra các hạt nano có tính đồng nhất cao, kích thước nhỏ và


11

đồng đều, bề mặt hạt nano ít bị khuyết tật. Nhược điểm chính là chỉ tạo được một
lượng nhỏ vật liệu nano [14].

Hình 1.4. Hai phương pháp cơ bản tổng hợp hạt nano kim loại
1.3. Tổng quan về nano bạc
1.3.1. Khái quát về kim loại bạc
Bạc (Ag) là kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm IB, chu kì 5, màu ánh kim trắng
bóng, dễ dát mỏng. Một vài tính chất vật lý của bạc [15]:
-

Cấu hình electron [Kr]4d105s1.
Nhiệt độ nóng chảy: 961,78oC.
Nhiệt độ sôi: 2162oC.
Khối lượng riêng: 10,49 g/cm3.
Các đồng vị phổ biến nhất: Ag 107 và Ag109 với Ag107 (51,893%) là phổ biến
nhất.
Bạc là kim loại dẫn nhiệt và dẫn nhiệt tốt nhất trong các kim loại tuy nhiên do

giá thành cao, nên bạc không được sử dụng rộng rãi để làm dây dẫn điện như dây

đồng. Bên cạnh đó, bạc còn là một trong những kim loại có độ cứng và khả năng
chống mài mòn cao nhất [15].
1.3.2. Tính chất và ứng dụng của nano bạc
Bạc là kim loại có nhiều tính chất đặc biệt. Khi ở kích thước nano, nano bạc có
tính chất quang học. Nano bạc có thể hấp phụ ánh sáng ở vùng khả kiến nhờ vào hiện


12

tượng plasmon. Vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon sẽ thay đổi tùy thuộc vào kích thước
và hình dáng của hạt nano bạc [4,16].
Ngoài ra một tính chất được biết đến nhiều nhất của nano bạc đó chính là tính
kháng khuẩn. Từ thời xưa con người đã sử dụng bạc để làm để kiểm tra thức ăn có
độc hay không. Nếu thức ăn chứa chất độc bạc sẽ chuyển sang màu đen, mắt thường
có thể nhìn thấy được. Ngày nay, người ta ứng dụng các khả năng kháng khuẩn của
nano bạc trong các lĩnh vực như y tế, thực phẩm, chăn nuôi, trồng trọt… để tăng thêm
hiệu quả. Đến nay vẫn chưa tài liệu nào công bố rõ ràng về độc tính của nano bạc [16]
Trong y tế, nano bạc được tẩm vào băng, gạc để băng bó vết thương tránh
nhiễm trùng. Ngoài ra, các loại khẩu trang cũng được phủ nano bạc để phòng ngừa
dịch bệnh. Bên cạnh đó, các dụng cụ và trang thiết bị y tế cũng được khử trùng bởi
các dung dịch chứa nano bạc [17].
Đối với ngành chăn nuôi, sử dụng các dung dịch nano bạc pha loãng phun định
kỳ giúp ngăn chặn vi khuẩn và nấm mốc sinh sôi, khử mùi hôi chuồng trại, giúp môi
trường sống vật nuôi tốt hơn từ đó ngăn chặn được nhiều dịch bệnh.
Các thiết bị điện tử hàng ngày cũng được phủ các lớp bạc nano. Điều này giúp
tăng tuổi thọ sản phẩm, đảm bảo vệ sinh cũng như khử mùi cho các thiết bị như máy
lạnh, tủ lạnh[17]…


13

1.4. Khái quát về nguyên liệu trong tổng hợp xanh nano bạc trên hệ chất mang β
– CD/Alginate
1.4.1. β - cyclodextrin
1.4.1.1. Cấu tạo của β – cyclodextrin

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của β - cyclodextrin
β - CD là một oligosaccharide vòng với 7 đơn vị α-1,4 liên kết Dglucopyranose với khoang kị nước bên trong. Do sự hình thành cấu trúc ghế của các
đơn vị glucopyranose nên β - CD có hình dạng nón cụt. Các nhóm hydroxyl thứ cấp
nằm ở rìa rộng hơn của hình nón, và các nhóm hydroxyl bậc một nằm rìa hẹp hơn.
Điều này tạo cho cấu trúc của β - CD có mặt ngoài ưa nước và khoang bên trong kị
nước [18].
β - CD cao 0,79nm; đường kính ngoài là 1,54nm; đường kính trong nằm
trong khoảng 0,6 – 0,65 và có khối lượng phân tử là 1135 g/ml [19]. Hiện nay β -


14

cyclodextrin được sử dụng nhiều nhất do có tính hữu ích nhất và giá thành rẻ hơn các
dạng α và γ.

Hình 1.6. Cấu trúc hóa học của CDs
1.4.1.2. Tính chất hóa lý của β - CD
Về mặt hóa học, β - CD ổn định với các dung dịch kiềm. So với các
oligosaccharide mạch thẳng thì β - CD không bị thủy phân trong môi trường acid yếu.
Các acid mạnh có thể thủy phân β - CD thành các oligosaccharide khác nhau [20]. β CD không bị thủy phân bởi enzyme α - amylase trong tuyến nước bọt người [21].
Độ tan của β - CD trong nước thấp hơn nhiều so với các cyclodextrin khác.
Điều này là do nhóm hydroxyl vị trí C2 của một đơn vị glucopyranose tạo liên kết
hydro nội phân tử với nhóm hydroxyl vị trí C3 của đơn vị glucopyranose liền kề [22].
Độ hòa tan của β - CD phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng độ hòa tan β - CD

cũng tăng theo [21].
Độc tính: Ít bị kích ứng hơn so với α – cyclodextrin. Nhiều nghiên cứu cho
thấy hoạt động của β - CD trong dẫn xuất thuốc dùng bằng đường uống thì an toàn
đối với dược động học. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng β – CD không
thích hợp cho đường tiêm và không nên sử dụng quá liều [19].


15

1.4.1.3. Ứng dụng của β - CD
Trong thực phẩm: các cyclodextrin sử dụng để ổn định hương vị sản phẩm.
Ngoài ra, β - CD loại bỏ cholesterol từ sữa, để tạo ra các sản phẩm từ sữa ít
cholesterol hơn. β - CD giúp tạo hương và làm tăng mức độ bảo quản sản phẩm được
tốt và lâu hơn [19].
Trong dược phẩm: việc thêm β - CD làm tăng khả năng hòa tan trong nước của
một số chất kém tan trong nước. Điều này cải thiện được sinh khả dụng, tăng tính
dược lý của thuốc khi dùng ở nồng độ thấp [19].
Trong nông nghiệp: hạt giống được xử lý β - CD, một số amylase làm suy
giảm tinh bột của hạt bị ức chế. Ban đầu cây sẽ phát triển chậm nhưng về sau điều
này sẽ giúp cho sự tăng trưởng của cây được cải thiện và đem lại thu hoạch tốt hơn
[19].
1.4.2. Sodium Alginate
1.4.2.1. Khái quát
Công thức hóa học: (C6H7O6Na)n
Alginate hoặc acid alginic, là một polymer anion tự nhiên được tìm thấy trong
rong biển nâu (thuộc lớp Phaeophyceae). Alginate có độc tính thấp, tương thích sinh
học tốt, giá thành tương đối thấp và có thể tạo gel bằng cách thêm cation Ca2+ nên
thường được ứng dụng trong y sinh học [23].
Trọng lượng phân tử của alginate khoảng 32000 – 200000. Alginate thương
mại được chiết xuất từ tảo nâu và được xử lý với các dung dịch kiềm như NaOH. Sau

đó NaCl hoặc CaCl2 sẽ được thêm vào để tủa alginate. Muối alginate có thể chuyển
thành acid alginic bằng cách bổ sung dung dịch acid vô cơ loãng, điển hình là HCl.
Sau khi tinh chế và chuyển đổi ta thu được muối alginate dạng bột [23].


16

1.4.2.2. Tính chất
Alginate được cấu tạo từ β-D-Manuronic acid (M) và α-L-guluronic (G) liên
kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucoside. Nguồn alginate khác nhau thì cấu trúc hóa
học của các polymer thành phần cũng khác nhau. Tỷ lê M/G, chiều dài khối G, trọng
lượng phân tử, độ dài liên kết là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất vật
lý của alginate. Các tính chất cơ học của gel alginate được cải thiện bằng việc tăng
cường chiều dài khối G và trọng lượng phân tử. Liên kết ngang ion là phương pháp
phổ biến nhất để tạo gel alginate với tác nhân liên kết là cation hóa trị hai và thông
thường nhất là Ca2+ [23].
1.4.2.3. Ứng dụng
Đa phần các ứng dụng của alginate được ứng dụng trong lĩnh vực y học và
thực phẩm nhưu sau [23],[24]:
Trong dược phẩm: alginate đóng vai trò là chất làm đặc, tạo gel, chất ổn định.
Alginate được biển đổi thành hydrogels được dùng để vận chuyển thuốc giúp thuốc
phát huy tác dụng nhanh hoặc đến được đúng nơi cần điều trị mà không bị ảnh hưởng
của môi trường trong cơ thể người. Alginate là một trong những chất có thể vận
chuyển protein tuyệt vời vì làm giảm thiểu sự biến tính và giải phóng nhanh protein.
Việc kết hợp bạc với băng alginate đã tăng cường khả năng kháng khuẩn, khả
năng chống oxy hóa và thúc đẩy vết thương mau lành hơn.
Trong lĩnh vực thực phẩm: alginate được sử dụng trong sản xuất nước sốt,
kem, thạch, nước giải khát… Trong sản xuất bia, alginate được dùng để ổn định bọt.
Bổ sung alginate giúp cải thiện độ ẩm, làm thực phẩm không bị dính khi nướng.
1.4.3. Cây ngưu bàng

Ngưu bàng thuộc họ Cúc (danh pháp khoa học: Arctium lappa L.) hay còn gọi
là gô bô, ác thực, đại đao, thử niêm, hắc phong. Cây ngưu bàng là cây thân thảo, sống


17

hàng năm hoặc hai năm. Chất dinh dưỡng hầu hết được lưu trữ trong năm đầu tiên.
Cây cao từ 1 – 2m, thân thẳng phân nhánh, màu tím tía, có rãnh dọc. Lá có hình trái
xoan, mọc so le ở trên thân, dưới gốc mọc thành hình hoa thị. Phiến lá to rộng, dài từ
30 – 40cm, gốc hình trái tim, đầu tù hoặc nhọn, mép hình lượn sóng hoặc răng cưa.
Hoa ngưu bàng có màu tím nhạt hoặc màu đỏ. Quả có nhiều móc quặp, phía trên có
một mào lông ngắn. Cây mọc tự nhiên ở các vùng cận Hymalaya và được trồng nhiều
ở Trung Quốc, Triều Tiên, Nhật Bản.
Nhiều nghiên cứu cho thấy củ ngưu bàng có tác dụng lợi tiểu, chữa tê thấp, ra
mồ hôi, sưng đau khớp và một số bệnh ngoài da như hắc lào, lở loét, mụn. Đông y
thường dùng quả ngưu bàng để cảm cúm, viêm tai giữa, viêm tuyến nước bọt, viêm
tuyến vú, viêm phổi. Củ ngưu bàng có vị hơi đắng khó nhận ra, mùi hơi hăng tùy
thuộc vào chất lượng của và tuổi thọ củ. Nhiều nghiên cứu cho thấy tác dụng của
ngưu bàng trong việc hạ đường huyết, chống u bướu và kháng sinh. Bên cạnh đó,
ngưu bàng cũng có tác dụng chống ung thư và hạ cholesterol trong máu do tác dụng
của chất chống oxy hóa chứa trong củ.
1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
 Tổng hợp nano bạc từ dịch chiết cây trồng:
- Tổng hợp xanh các hạt bạc nano từ dịch chiết xuất lá Atalantia monophylla (L)

Correa, hoạt tính kháng khuẩn của chúng và khả năng phát hiện hydrogen
peroxide (H2O2).Error: Reference source not found
Kết quả cho thấy hạt nano bạc được tổng hợp với chiết xuất lá Atalantia
monophylla (L) có tiềm năng kháng khuẩn chống lại các vi sinh vật gây bệnh. Các hạt

nano bạc sẽ được ứng dụng để phát triển các cảm biến sinh học và thuốc kháng khuẩn
mới để phát hiện sự hiện diện của hydrogen peroxide trong các mẫu khác nhau.
 Tổng hợp nano bạc từ các dẫn xuất cyclodextrin:


18

-

Tổng hợp nano bạc trên hệ chất mang Cyclodextrin/Silicate và ứng dụng của
chúng trong việc cảm biến ion Hg2+ và nitrobenzene Error: Reference source
not found.
Các hạt nano bạc được tích hợp trên các hệ sol – gel silcat với β-cyclodextrin.

Các hạt nano bạc khi gặp ion Hg 2+ sẽ tạo thành tinh thể AgHg. Bên cạnh đó, các
phương pháp quang phổ và phương pháp đo màu cũng sẽ được thực hiện để phát hiện
ion Hg2+.
-

Nghiên cứu về hình thái và cấu trúc của nano bạc được phủ β-cyclodextrin
[27]..
Trong nghiên cứu này, các hạt nano bạc sẽ được tổng hợp với sự có mặt của

glucose làm chất khử, NaOH làm chất xúc tác và β-cyclodextrin là chất ổn định. Các
hạt nano bạc có kích thước trung bình khoảng 28 nm, độ dày bao phủ của βcyclodextrin là 7 nm và có hoạt tính kháng khuẩn cao.
 Tổng hợp nano bạc trên hệ chất mang alginate:
- Tổng hợp nano bạc bằng lò vi sóng sử dụng Alginate và khảo sát tính kháng

khuẩn.Error: Reference source not found
Nghiên cứu đi theo hướng tổng hợp xanh dùng lò vi sóng và alginate không

độc hại, phân hủy sinh học, tạo màng, tạo gel tốt. Các thông số được nghiên cứu trong
bài gồm nồng độ của alginate, Ag+, thời gian chiếu xạ cũng như pH trong quá trình
phản ứng. Các hạt nano bạc được điều chế theo phương pháp này đồng đều về kích cỡ
nanomet, tính kháng khuẩn cao và có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng trong 6 tháng.
-

Tổng hợp các hạt nano bạc trên màng Alginate và hoạt động kháng khuẩn
Error: Reference source not found.
Các hạt nano bạc được tổng hợp xanh sử dụng alginate làm chất ổn định và

acid ascorbic làm chất khử. Các phương pháp phân tích hạt nano dùng trong bài tổng
hợp gồm UV – Vis, TEM và XRD. Các hạt nano bạc có kích cỡ khoảng 50 nm, tính
kháng khuẩn cao và có thể ứng dụng trong ngành bao bì thực phẩm.


19

1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
 Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dịch chiết:
- Nghiên cứu tổng hợp nano Ag từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch

chiết nước lá bồ ngót [8]..
Nghiên cứu đi theo hướng tổng hợp xanh nano bạc đã tạo ra hạt nano bạc có
tính chất vượt trội hơn nhiều so với bạc kích thước và được ứng dụng làm xúc tác
quang phân hủy xanh metylen. Tận dụng lá bồ ngót – nguồn nguyên liệu có sẵn ở Việt
Nam làm tác nhân khử đem lại lợi ích to lớn cũng như làm giảm chi phí và tính độc
hại, góp phần bảo vệ môi trường.
-

Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc dùng cho vải làm lót giầy bằng phương

pháp khử ion bạc trong dung dịch chiết từ lá dâu tằm Việt Nam Error:
Reference source not found.
Nghiên cứu hướng đến phương pháp quá trình tổng hợp hạt nano bạc thân

thiện và không độc hại, sử dụng lá dâu tằm để làm tác nhân khử Ag + ứng dụng cho vải
làm lót giầy. Quá trình tổng hợp đạt 78,22% và các hạt nano bạc có kích cỡ khoảng
20 - 35nm.
 Nghiên cứu tổng hợp bạc trên hệ chất mang:
- Tổng hợp hệ vật liệu nano tổ hợp mang kháng sinh (Ag-TiO2-Doxycycline-

Alginate) và đánh giá hiệu lực diệt khuẩn Vibrio Alginolyticus gây bệnh trên
tôm: Error: Reference source not found
Hệ nano được tạo ra có khả năng kháng khuẩn tốt vi khuẩn gây bệnh trên tôm Vibrio Alginolyticus. Kích thước hạt nano từ 70 – 80nm. Hệ nano có nồng độ tiêu diệt
tối thiểu và nồng độ ức chế tổi thiểu lần lượt là 55 ppm và 40 ppm.
 Nghiên cứu tổng hợp nano bạc trên hệ chất mang alginate và dẫn xuất
-

cyclodextrin.
Nghiên cứu tổng hợp nano bạc trên hệ chất mang 2-hydroxypropyl-βcyclodextrin /alginate làm chất xúc tác xử lý các chất gây ô nhiễm:[33].


20

Nano bạc được tổng hợp trên hệ mang 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
(HPCD) và alginate với tác nhân khử là dịch chiết lá cây chè vằng có đường kính
khoảng 13,5nm. Kích thước các hạt đồng đều và có hình dạng cầu. Các nano bạc
được ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng khử giữa NaBH 4 với các chất gây ô nhiễm
như Metyl Orange, 4 – nitrophenol và Rhodamine B.
1.6. Điểm mới của đề tài
Với tính năng kháng khuẩn mạnh cũng như hiệu quả làm xúc tác tốt, nano bạc

ngày càng được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng vào lĩnh vực môi
trường cũng như y tế. Các nghiên cứu tổng hợp nano bạc chỉ đơn thuần sử dụng các
phương pháp hóa học và vật lý với những hạn chế về việc sử dụng dung môi độc hại,
chi phí thiết bị đắt đỏ, tiêu hao nhiều năng lượng và không thể ứng dụng nhiều trong
sinh học. Bên cạnh đó, các xúc tác nano bạc được tổng hợp bằng con đường thông
thường mang lại hiệu suất không cao và không ổn định.
Các vật liệu kim loại phân tán trên chất mang đang thu hút được sự quan tâm
của nhiều nhà nghiên cứu. Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu kim loại trên chất mang
đã tạo được nhiều thành công với kết quả tạo ra được những vật liệu kích thước đồng
đều cỡ nanomet, có trạng thái phân tán cao trên chất mang và đảm bảo được tính ổn
định.
Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước hiện nay chỉ tổng hợp nano bạc
chủ yếu là dùng phương pháp truyền thống và trên các chất mang như alginate,
cyclodextrin, chitosan, than hoạt tính, múi xốp, zeolite… Alginate là polymer sinh
học, khả năng tạo gel tạo màng tốt nhưng Alginate Canxi lại không thể phân tán trong
nước. β – CD thì phân tán tốt trong nước nhưng không thể tách ra khỏi dung dịch sau
khi ly tâm. Việc kết hợp cả 2 chất mang β – CD/Alginate tạo ra được hệ mang có khả
năng tạo gel tạo màng tốt và dễ dàng tác ra khỏi dung dịch sau khi ly tâm. Bên cạnh


21

đó, hệ mang kép β – CD/Alginate giúp cho các hạt nano bạc phân tán đồng đều hơn,
thời gian lưu trữ lâu hơn và dễ dàng để ứng dụng cho các phản ứng xúc tác.
Việt Nam là khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa thích hợp để trồng nhiều
loại thảo dược. Tận dụng các nguồn thảo dược dồi dào trong nước, nhiều nghiên cứu
đã sử dụng dịch chiết các loại cây như chè, nha đam, bồ công anh, lá ổi, lá bàng để
làm tác nhân khử Ag+. Tuy nhiên dịch chiết từ củ ngữu bàng vẫn chưa được ứng dụng
nhiều để tạo hạt nano. Phương pháp tổng hợp nano bạc với tác nhân khử là dịch chiết
cây thảo dược cho các hạt nano bạc đồng đều về kích cỡ nanomet và có nhiều ưu

điểm vượt trội. Bên cạnh đó, qui trình đơn giản, chi phí thấp và dễ thực hiện là một
trong những ưu điểm của phương pháp khi hướng đến công nghệ hóa học xanh.
 Với những lý do trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội dung

“Tổng hợp và ứng dụng nano bạc trên hệ chất mang β – CD/Alginate sử dụng dịch
chiết củ ngưu bàng”. Luận văn nghiên cứu này có tính mới và khả thi.


22

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thực nghiệm
2.1.1. Hóa chất
 Hóa chất của Pháp
- Beta – cyclodextrin: (C6H10O5)7
 Hóa chất của Acros
- Calcium acetate hydrate ,99%: (CH3COO)2Ca x H2O
- Sodium Alginate: (C6H7O6Na)n
 Hóa chất của Sigma-Aldrich
- Silver nitrate: AgNO3
 Hóa chất công nghiệp
- Acetone
- Nước cất hai lần

2.1.2. Dụng cụ
-

Erlen: 100 mL, 250 mL.
Becher: 100 mL, 250 mL, 500 mL.
Bình cầu cổ nhám: 500 mL.

Ống đong: 50mL, 100mL.
Ống ly tâm 15mL.
Ống hút nhỏ giọt thủy tinh, pipet, giá đỡ ống nghiệm, kẹp, đũa thủy tinh, cá
từ, lọ thủy tinh, giá thí nghiệm, bóp cao su, chai bi đựng mẫu, đĩa petri thủy
tinh, màng bọc thực phẩm, giấy bạc, nút cao su, phễu, giấy lọc, nam châm,
phễu lọc.

2.1.3. Thiết bị thực nghiệm
-

Cân kỹ thuật và cân phân tích điện tử (Mettler Toledo Ab204, Sartorius GP

-

1503P).
Máy khuấy từ gia nhiệt (OMNILAB, type RCT S26 batch Inpected UPAE

-

117537).
Máy ly tâm (Centrifuge Machine-Model EBA 20-Hettich, Đức).


23

-

Bồn siêu âm.
Máy bơm chân không.
Tủ hút.

Tủ sấy.

2.2. Chuẩn bị dịch chiết và mẫu
2.2.1. Chuẩn bị dịch chiết
Cân 10g củ ngưu bàng nghiền nhỏ hòa với 100mL nước cất 2 lần trong bình
cầu. Lắp hệ thống đun hồi lưu và bật hệ thống. Sau khi đun hỗn hợp được 60 phút, ta
để nguội rồi đem đi lọc chân không thu được dịch chiết củ ngưu bàng. Dịch chiết
được bọc màng bọc thực phẩm và bảo quản trong tủ mát.
2.2.2. Chuẩn bị mẫu
Các hóa chất được pha với nước theo tỉ lệ ở bảng 2.1 sau đó đem đi khuấy từ
với tốc độ 1200 vòng/ phút trong 60 phút và đêm đi siêu âm 30 phút. Dung dịch các
hoá chất sẽ được để qua đêm.
Tỉ lệ giữa các hóa chất dùng trong thực nghiệm đã được khảo sát ở các tỉ lệ
khác nhau để chọn ra tỉ lệ tối ưu:
-

Tỉ lệ giữa Alginate: (CH3COO)2Ca x H2O = 4:1
Tỉ lệ giữa Alginate: β - CD = 8:1
Nồng độ của AgNO3 là 5% so với tổng nồng độ của Alginate và β – CD.

Tất cả đều áp dụng theo tỉ lệ khối lượng giữa các chất và sử dụng khối lượng
alignate làm chuẩn.
Bảng 2.1. Tỉ lệ pha hóa chất với nước cất
Hóa chất
Alginate
(CH3COO)2Ca x H2O
β – CD
AgNO3

Khối lượng

(g)
0.7
0.65
0,16
0.625

Vnước cất
(mL)
100
100
100
20


24

2.3. Qui trình tổng hợp hệ mang β – CD/Alginate không chứa ion bạc (Nano
Blank)
Sơ đồ khối:

Alginate

Khuấy từ, siêu âm, để qua đêm

(CH3COO)2Ca x H2O
Gel

Ly tâm, khuấy từ, siêu âm, để qua đêm

β – CD

Gel β – CD/Alginate
Ly tâm
Hệ gel nano blank

Hình 2.7. Qui trình tổng hợp hệ mang β – CD/Alginate không chứa ion bạc


25

Thuyết minh qui trình:
Bước 1: Nhỏ từ từ 26,92mL dung dịch (CH 3COO)2Ca x H2O vào erlen chứa
100mL dung dịch Alginate. Tiến hành khuấy từ với tốc độ 1200 vòng/phút trong 1
giờ. Sau đó đem hỗn hợp mẫu đi đánh siêu âm trong 30 phút giúp các phân tử phân
tán đều . Hỗn hợp thu được ở dạng gel trong suốt, không màu và được để yên qua
đêm.
Bước 2: Sau đó, hỗn hợp được ly tâm lần đầu để loại bỏ nước và những hóa
chất còn dư ra khỏi hỗn hợp. Tiếp tục ly tâm hỗn hợp với nước cất thêm 2 lần nữa để
đảm bảo loại bỏ tối đa các chất dư. Thời gian mỗi lần ly tâm là 10 phút với tốc độc
3000 vòng/phút. Sau ly tâm, ta được hỗn hợp gel sạch và đặc.
Bước 3: Cho tiếp 54,69mL dung dịch β - CD vào hỗn hợp gel vừa thu được và
khuấy từ tốc độ 1200 vòng/phút. Sau 1 giờ, đem hỗn hợp đi đánh siêu âm 30 phút và
để qua đêm.
Bước 4: Hỗn hợp gel được ly tâm như bước 2 để loại bỏ những hóa chất còn
dư ra khỏi hỗn hợp. Sau ly tâm, ta thu được Nano trống không chứa bạc trên chất
mang β – CD/Alginate.