Tổng hợp và ứng dụng nano bạc trên chất mang gamma cyclodextrin alginate sử dụng dịch chiết củ ngưu bàng (arctium lappa l)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Tổng hợp và ứng dụng nano bạc trên chất mang
Gamma-Cyclodextrin/Alginate sử dụng dịch chiết củ Ngưu
Bàng (Arctium lappa L)


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Viết đầy đủ

CD

Cyclodextrin

AgNPs

Nano bạc

STM

Scanning Tunneling Microscope

UV-VIS

UltraViolet-Visible Spectroscopy

FTIR

Fourrier Transformation InfraRed

FESEM

Field Emission Scanning Electron Microscope

EDX

Energy Dispersive X-ray spectroscopy

DTA

Differential Thermal Analysis

TGA

Thermal Gravimetric Analysis

HR-TEM

High Resolution-Transmission Electron Microscopy

2


LỜI MỞ ĐẦU
 Lý do chọn đề tài :
Ở thời điểm hiện tại ngành công nghệ nano được ví như ngành nghề có sự bùng
nổ mạnh mẽ thứ 3 trên thế giới, chỉ xếp sau Công nghệ thông tin và Công nghệ sinh
học. Tác động của công nghệ nano lên xã hội loài người được ví với sự phát minh ra
điện hay nhựa - nó thay đổi gần như tất cả mọi vật dụng trong cuộc sống hiện đại.
Các ứng dụng của công nghệ nano rất phổ biến từ những ứng dụng tương lai

như chế tạo pin mặt trời hay chữa trị ung thư cho đến những ứng dụng đơn giản trong
cuộc sống thường nhật như những chiếc máy giặt, tủ lạnh với công nghệ nano bạc
kháng khuẩn khử mùi. Chính vì vậy, hiện nay trên thế giới, công nghệ nano được cho
là một ngành công nghệ vạn năng.
Đề tài nghiên cứu này được xây dựng dựa trên tổng hợp và ứng dụng nano bạc
theo hướng hóa học xanh bằng việc sử dụng dịch chiết củ Ngưu Bàng (tên khoa học
Arctium lappa Linn). Theo Tây y và cả Đông y thì củ Ngưu Bàng đều để sử dụng làm
thuốc được, củ Ngưu Bàng có các dược tính như vị cay, đắng, tính hàn, có tác dụng
trong y học để chửa các thanh nhiệt, giải độc, chữa cảm cúm, viêm phổi, viêm họng,…
Từ đó, tôi quyết định chọn nghiên cứu đề tài : “Tổng hợp và ứng dụng nano bạc
trên chất mang γ-Cyclodextrin/Alginate sử dụng dịch chiết củ Ngưu Bàng”.

−
−
−

Mục tiêu nghiên cứu :
Tìm ra phương pháp mới để xử lý các chất độc hại gây ô nhiễm nguồn nước.
Đơn giản hóa quy trình và giảm bớt chi phí xử lý ô nhiễm nguồn nước.
Phát triển ngành hóa học xanh theo hướng nano.

Nội dung đề tài :

3


− Khảo sát điều kiện để tổng hợp nên composite AgNPs/γCyclodextrin/Alginate.
− Nghiên cứu các tính chất hóa lý của composite AgNPs/γ-Cyclodextrin/Alginate.
− Nghiên cứu và ứng dụng hệ composite AgNPs/γ-Cyclodextrin/Alginate cho xúc
tác khử các hợp chất ô nhiễm môi trường.

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài :
Hệ composite AgNPs/γ-Cyclodextrin/Alginate có thể được ứng dụng để xử lý ô
nhiễm môi trường nước. Xúc tác của hệ composite giúp giảm bớt chi phí hơn xúc tác
AgNPs nguyên chất rất nhiều.
Bố cục của khóa luận
 Bố cục của đề tài được chia thành các chương sau :
Chương 1 : Tổng quan
Chương 2 : Thực nghiệm
Chương 3 : Kết quả và thảo luận

4


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

I.1. Giới thiệu ngành khoa học và công nghệ nano
I.1.1.
I.1.1.1.

Khái quát nano
Lịch sử phát triển ngành khoa học và công nghệ nano

Richard Phillips Feynman (1918-1988) là một nhà vật lý người Mỹ gốc Do Thái đã
nhận giải thưởng Nobel về vật lý trong năm 1965. Ngày 29 tháng 12 năm 1959,
Feynman đã có bài phát biểu nổi tiếng “There is a plenty room at the bottom” (Còn
những khoảng trống ở cấp vi mô) mở đường cho những nghiên cứu ở cấp độ phân tử
và được coi là khai sinh ra ngành khoa học và công nghệ nano. [1]

Hình I.1: Richard Phillips Feynman (1918-1988) là một nhà vật lý
Thuật ngữ “công nghệ nano” tuy được đề cập từ rất sớm nhưng chưa được áp dụng vào

thực tiễn cho tới năm 1974, khi Norio Taniguchi, một nhà nghiên cứu ở trường Đại học
Tokyo, Nhật Bản, ông đã đặt ra thuật ngữ công nghệ nano vào năm 1974 để mô tả các

5


quá trình bán dẫn như lắng đọng màng mỏng và phay tia ion thể hiện sự kiểm soát đặc
trưng theo thứ tự nanomet. [2]
Hình I.2: Norio Taniguchi (1912-1999) là giáo sư của Đại học Khoa học Tokyo
Năm 1981 Gerd Binnig và Heinrich Rohrer (IBM, Zürich) đã phát minh ra kính hiển vi

quét xuyên hầm (Scanning tunneling microscope) là một loại kính hiển vi phi quang
học, được sử dụng để quan sát hình thái học bề mặt của vật rắn hoạt động dựa trên việc
ghi lại dòng xuyên hầm của điện tử khi sử dụng một mũi dò quét trên bề mặt mẫu.
STM là một công cụ mạnh để quan sát cấu trúc bề mặt của vật rắn với độ phân giải tới
cấp độ nguyên tử. [3]

6


Hình I.3: Gerd Binnig (trái) và Heinrich Rohrer (phải)
Cho đến ngày nay công nghệ nano là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất và
có rất nhiều ứng dụng trong y học, điện tử, may mặc, thực phẩm v.v... Trong tương lai,
nó có thể cứu sống bạn khỏi căn bệnh ung thư, tạo ra những bộ quần áo chống bụi bẩn,
thậm chí thay đổi cả các loại đồ ăn. Ứng dụng của công nghệ nano dường như là vô
hạn.
I.1.1.2.

Các khái niệm về nano

Nano có nghĩa là nanomét (ký hiệu: nm) bằng một phần tỷ mét (1/1.000.000.000 m),
một đơn vị đo lường để đo kích thước những vật cực nhỏ. Cơ cấu nhỏ nhất của vật chất
là nguyên tử có kích thước: 0,1 nm, phân tử là tập hợp của nhiều nguyên tử: 1 nm, vi
khuẩn: 50 nm, hồng huyết cầu: 10.000 nm, tinh trùng: 25.000 nm, sợi tóc: 100.000 nm,
đầu cây kim: 1 triệu nm và chiều cao con người: 2 tỷ nm.[1][7]
• Công nghệ nano (nanotechnology) 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 mét.[4] [5]
• Khoa học nano (nanoscience) là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng
và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và
đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của
chúng tại các quy mô lớn hơn.[5]

7


• Khoa học và công nghệ nano là một bộ môn khảo sát, tìm hiểu đặc tính những
vật chất cực nhỏ, để thao tác (manipulate), chồng chập những vật chất này, xây
dựng vật thể to hơn.[1]
• Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano,
nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thước của vật liệu nano trải một
khoảng khá rộng, từ vài nm đến vài trăm nm. Để có một con số dễ hình dung,
nếu ta có một quả cầu có bán kính bằng quả bóng bàn thì thể tích đó đủ để làm
ra rất nhiều hạt nano có kích thước 10 nm, nếu ta xếp các hạt đó thành một hàng
dài kế tiếp nhau thì độ dài của chúng bằng một ngàn lần chu vi của trái đất.[6]
I.1.1.3.

Cơ sở khoa học công nghệ nano

Công nghệ nano được dựa trên ba cơ sở khoa học nghiên cứu sau :

• Sự nối tiếp từ cơ học cổ điển đến cơ học lượng tử
Theo như định nghĩa thì cơ học là ngành khoa học nghiên cứu chuyển động của vật
chất trong không gian và tương tác giữa chúng.
− Cơ học cổ điển nghiên cứu chuyển động của các vật vi mô có vận tốc nhỏ
hơn rất nhiều so với vận tốc của ánh sáng, được xây dựng bởi các nhà vật
lý như Galileo Galilei, Isaac Newton. Chuyển động của các vật thể (các
hạt) có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng được nghiên cứu trong cơ học
tương đối, còn chuyển động của các vi hạt được nghiên cứu trong cơ học
lượng tử. Cơ học cổ điển là cơ sở cho sự phát triển các ngành khoa học
kỹ thuật và công nghệ như: chế tạo máy, xây dựng, …
− Cơ học lượng tử là một trong những lý thuyết cơ bản của vật lý học. Cơ
học lượng tử là phần mở rộng và bổ sung của cơ học Newton (còn gọi là
cơ học cổ điển), là cơ sở của nhiều chuyên ngành vật lý và hóa học như
vật lý chất rắn, hóa lượng tử, vật lý hạt. Cơ học lượng tử nghiên cứu về
chuyển động và các đại lượng vật lý liên quan đến chuyển động như năng
8


lượng và xung lượng, của các vật thể nhỏ bé, ở đó lưỡng tính sóng-hạt
được thể hiện rõ.
• Hiệu ứng bề mặt
Với một vật liệu bình thường khi ta xem xét thì nhìn tổng thể nó có kích thước rất lớn
so với các hạt nguyên tử cấu tạo nên nó. Do vậy số nguyên tử nằm trên bề mặt vật liệu
sẽ có tỉ lệ đáng kể so với tổng số lượng nguyên tử cấu thành vật. Chính vì vậy khi có sự
thay về tỉ lệ này sẽ gây ra một số hiệu ứng đặc biệt trên bề mặt vật liệu được gọi là hiệu
ứng bề mặt. [6]
• Kích thước tới hạn
Các tính chất hóa học, vật lý (như tính dẫn điện, tan trong nước, tác dụng với các chất
khác nhau, ...) của một vật liệu sẽ bị thay đổi khi vật liệu nhỏ hơn một kích thước nhất
định. Điều đó có nghĩa là các tính chất vật lý, tính chất hóa học của một vật liệu khi

được xác định trong điều kiện bình thường (dạng khối lớn) sẽ khác so với khi xác định
trong mức độ nano (kích thước nhỏ hơn so với kích thước tối thiểu). Chính vì vậy, việc
xác định được kích thước tối thiểu này là rất quan trong. Kích thước tối thiểu này được
gọi là kích thước giới hạn của vật liệu.[6]
I.1.1.4.

Ứng dụng ngành khoa học và công nghệ nano

Công nghệ nano không là một lĩnh vực độc lập mà nó phát triển cùng với nhiều lĩnh
vực khác nhau để đem lại sự tiện ích cho con người. Công nghệ nano ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực như sinh tổng hợp, y-dược, mỹ phẩm, điện tử-điện, quốc phòng, nông
nghiệp, thực phẩm, dệt, phương tiện vận chuyển,…

9


Hình I.4: Ứng dụng của nano trong các lĩnh vực
• Y học
Bằng việc sử dụng các vật liệu, thiết bị, dụng cụ…kích cỡ nanomet như hạt
nano hóa học, nano sinh học, các robot nano…đã giúp cho y học ngày càng tiến
bộ hơn giúp chẩn đoán chính xác, định vi rõ rang tế bào gây bệnh, và điều trị
thuốc đặc hiệu, đúng mức tế bào cho nhiều căn bệnh, kể cả bệnh khó như ung
thư…
• Điện tử
10


Ngành điện tử kết hợp với công nghệ nano chế tạo các loại vật liệu nano, cấu
trúc nano được ứng dụng trong chế tạo các loại linh kiện điện tử nano, cảm biến
nano và các nano hệ thống,…để tạo ra các link kiện điện tử có sự thay đổi kích

thước của các con chip để nó nhỏ gọn, bên cạnh việc thay đổi kích thước bên
ngoài nó còn giúp tăng khả năng lưu trữ thông tin bên trong.
Ngoài ra , đã có rất nhiều sản phẩm điện gia dụng ứng dụng công nghệ khử mùi
kháng khuẩn của nano bạc như là máy giặt, tủ lạnh, máy điều hòa,… Các thiết
bị điện gia dụng này đều có chung nguyên lý là một lớp bạc cực mỏng được
tráng vào bên trong các thiết bị có tác dụng tạo hàng triệu ion Ag +, các ion Ag+
được chia nhỏ ra với kích thước li ti giúp tiêu diệt các vi khuẩn, vi rút hay nấm
mốc gây mùi khó chịu.
• Năng lượng
Hiện tại đã có nhiều nghiên cứu để chế tạo pin nano, loại pin này sẽ có cấu tạo
theo kiểu ống nanowhiskers, làm cho các cực của pin có diện tích bề mặt lớn
hơn rất nhiều lần, từ đó pin sẽ lưu trữ được nhiều điện năng hơn trong khi kích
thước của pin sẽ ngày càng được thu nhỏ lại và thời lượng sạc pin chỉ trong ít
phút.
• Nông nghiệp
Có rất nhiều nước đã ứng dụng các hạt nano để xử lý hạt giống, cải thiện tốc độ
nảy mầm và sinh trưởng, chất lượng và năng suất thu hoạch của cây trồng. Tạo
ra những cây trồng có khả năng chống chịu tốt với các điều kiện của môi
trường.
Công nghệ nano còn được ứng dụng trong sản xuất phân bón bao gồm các
nguyên tố vi lượng cần thiết trong từng giai đoạn phát triển của cây trồng.
Hiệu quả của nano đồng đã và đang được nghiên cứu để thay thế các loại thuốc
bảo vệ thực vật, theo các nghiên cứu ở viện khoa học kỹ thuật nông lâm nghiệp
tây nguyên thì các hạt nano đồng có khả năng diệt hầu hết các loại nấm gây hại
cho cây trồng, đây có thể xem như là một loại thuốc bảo vệ thực vật nhưng
không độc hại, không gây độc đến nông sản, không gây ô nhiễm môi trường.

11

• Mỹ phẩm
Ứng dụng công nghệ nano được tìm thấy trong sản xuất các loại mỹ phẩm như
sản phẩm tạo ẩm, sản phẩm chăm sóc tóc, sản phẩm trang điểm,….
Thông thường các sản phẩm mỹ phẩm thường ứng dụng công nghệ nano để tạo
ra sản phẩm có khả năng chống tia UV và không gây ra các tác dụng bất lợi cho
sức khỏe da. Các nhà sản xuất đã kiểm soát kích thước hạt của thành phần mỹ
phẩm ở mức độ nano như titanium dioxide và oxit kẽm với phạm vi kích thước
khoảng 20 nm, đây là thành phần có khả năng chống nắng thường được sử dụng
nhất hiện nay. Việc kiểm soát các hạt ở kích thước nano còn giúp cho các đặc
tính làm đẹp của sản phẩm tăng cao hơn như khả năng thấm vào da nhanh hơn
tốt hơn sẽ làm cho hiệu quả của mỹ phẩm nhanh hơn.
 Ngoài ra, công nghệ nano còn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các mặt
hàng chăm sóc sức khỏe, gia dụng, may mặc…
I.1.1.5.

Các công trình nghiên cứu nổi bật

I.2. Giới thiệu về hạt nano kim loại
I.2.1.

Khái niệm hạt nano kim loại

Hạt nano kim loại (metallic nanoparticles) là một khái niệm để chỉ các hạt có kích
thước nano được tạo thành từ các kim loại.[6]
I.2.2.

Tính chất hạt nano kim loại

Hạt nano kim loại có đặc tính phụ thuộc vào hiệu ứng bề mặt và kích thước. Tuy nhiên,
do đặc điểm các hạt nano có tính kim loại, tức là có mật độ điện tử tự do lớn thì các

tính chất thể hiện có những đặc trưng riêng khác với các hạt không có mật độ điện tử tự
do cao.[8][9]
• Tính chất quang học
• Tính chất điện
• Tính chất từ
12


• Tính chất nhiệt
I.2.3.

Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại

Có nhiều cách để chế tạo nano kim loại, sau đây là một số cách chế tạo nano kim loại
được sử dụng phổ biến:
•
•
•
•
•

Phương pháp ăn mòn laser
Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử vật lý
Phương pháp khử hóa lý
Phương pháp khử sinh học

I.3. Giới thiệu về nano bạc
Nano bạc (nano silver) là những hạt bạc có kích thước nano (1nm = 10-9), gần với kích
thước của phân tử bạc, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn.[6]

I.3.1.

Đặc tính của hạt nano bạc

Bạc nano có những đặc tính độc đáo sau :
− Vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn
− Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa,
chống tĩnh.
− Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao, không có
phụ gia hóa chất.
− Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các
dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như
benzene, toluene).
− Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác
nhân oxy hóa khử thông thường.
− Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.
− Ổn định ở nhiệt độ cao.

13


I.3.2.

Ứng dụng của hạt nano bạc

Trong những năm gần đây ứng dụng của hạt nano bạc đã rất phổ biến. Nó đã được
nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều để sản xuất từ các mặt hàng gia dụng hằng ngày đến
các đến các sản phẩm kỹ thuật cao.
• Ứng dụng hạt nano bạc trong các thiết bị gia dụng
Công nghệ Nano Bạc ra đời tạo nên hướng phát triển sản xuất mới cho ngành thiết bị

gia dụng, ngày càng nhiều nhà sản xuất ứng dụng phân tử bạc để diệt khuẩn trong hàng
hóa, sản phẩm của mình nhằm bảo vệ sự an toàn về sức khỏe cho người sử dụng. Ví
dụ: máy giặt, điều hòa, tủ lạnh, các loại bao bì, đóng gói thực phẩm, máy khử độc hoa
quả, các bình sữa nano kháng khuẩn cho em bé,…
• Ứng dụng hạt nano bạc trong sản suất hàng tiêu dùng
Nhờ đặc tính kháng khuẩn mạnh, tự nhiên và an toàn của Nano Bạc, diệt hầu hết các
loại vi rút, vi khuẩn và nấm gây bệnh nên nhiều nhà sản xuất các hàng tiêu dùng đã
ứng dụng công nghệ này trong sản xuất các loại sản phẩm như đồ chơi, băng vết
thương, chất tẩy quần áo, sợi nhân tạo dùng dệt vải, khăn quần áo, khẩu trang…

I.4. Khái quát về hóa chất và nguyên liệu
I.4.1. -Cyclodextrin (-CD)
I.4.1.1.

Nguồn gốc và cấu tạo

Công thức cấu tạo : C48H80O40

Trọng lượng phân tử : 1297,12 Dalton

Kích thước γ-Cyclodextrin

14


Cao 0,78nm

Đường kính ngoài 1,75nm

Đường kính trong 0,80nm

Hình I.5: Công thức cấu tạo của γ-Cyclodextrin
Nguồn gốc : Các cyclodextrin đã được nghiên cứu hơn 100 năm, là một nhóm các
oligosacarit tự nhiên được hình thành bởi sự tiêu hóa vi khuẩn của tinh bột, phổ biến
nhất trong các cyclodextrin là α/β-Cyclodextrin được bắt đầu tìm ra từ cuối thế kỉ 19
bởi nhà khoa học người Pháp tên Villiers(1891). Sau đó γ-Cyclodextrin được khám phá
ra vào năm 1935 bởi Freudenberg và Jacobi.[10]
Cấu trúc hóa học : γ-Cyclodextrin (γCD) là một oligosaccharide tuần hoàn gồm 8 đơn
vị glucose được nối với nhau bằng lien kết α 1,4 D –glucopyranose. γ-Cyclodextrin
được điều chế bằng cách phân cắt enzyme, tiêu hóa tinh bột và sau đó được tách ra
khỏi hỗn hợp cyclohextrin có chứa α-cyclodextrin (chứa 6 đơn vị glucose), βcyclodextrin (7 đơn vị glucose) và γ-cyclodextrin (-CD).[11]
I.4.1.2.

Tính chất và ứng dụng của-Cyclodextrin

• Tính chất hóa lý :
γ-Cyclodextrin có nhiều đặc điểm hóa lý và sinh học giống như các cycdextrin
khác, tuy nhiên do có sự khác biệt về số lượng đơn vị glucose nên khả năng hòa
tan trong nước của γ-Cyclodextrin cao hơn α/β-cyclodextrin và có giá trị độ hòa

15


tan (g/g dung môi) của γ-Cyclodextrin trong H 2O và D2O ở 25oC lần lượt là
0.2492 ± 0.0002 và 0.1988 ± 0.0006.[12]
• Độc tính
Đã có rất nhiều nghiên cứu khoa học tìm hiểu độc tính của γ-Cyclodextrin và
hầu hết kết quả nhận được là sự khả quan. Sau đây là một vài nghiên cứu chứng
minh sự lành tính của γ-Cyclodextrin.
− Nghiên cứu độc tính khi tiêm γ-Cyclodextrin vào tĩnh mạch ở chuột.[13]

− Nghiên cứu độc tính về việc gây quái thai của γ-cyclodextrin ở thỏ và
chuột.[14][15]
− Nghiên cứu đánh giá độc tính của các dẫn xuất cyclodextrin lên tế bào.
[16]
− Nghiên cứu các ảnh hưởng khác nhau của α/β/γ-cyclodextrin đối với
hồng cầu của người.[17]
• Ứng dụng
Tuy γ-Cyclodextrin ít phổ biến hơn α/β-cyclodextrin nhưng nó cũng được ứng
dụng rất nhiều vào các lĩnh vực như mỹ phẩm, thực phẩm, dược phẩm,…
− Mỹ phẩm :Người ta sử dụng γ-Cyclodextrin để làm tăng độ hòa tan và sự
ổn định của thành phần trong mỹ phẩm. Bên cạnh đó nó còn dùng để
kiểm soát sự lưu giử mùi hương trong các sản phẩm mỹ phẩm.[11]
− Hóa chất: sử dụng γ-Cyclodextrin làm chất xúc tác để tách giữa các đồng
phân, nhóm chức,…[11]
− Dệt may: Khôi phục các sợi vải đã bị phai màu, giúp giử màu lâu hơn
trên vải.[11]
− Nông nghiệp: γ-Cyclodextrin được ứng dụng để làm tăng cường hiệu quả
của thuốc trừ sâu lên cây trồng. Giúp giảm thiểu các mối nguy hại khi
tiếp xúc với các hóa chất nông nghiệp.[11]
− Môi trường: Loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng từ các
nguồn nước, đất,… [11]

16


I.4.2.
I.4.2.1.

Sodium Alginate
Khái quát nguồn gốc và cấu tạo

• Nguồn gốc :
Sodium alginate là muối natri của acid alginic được tách ra từ tảo nâu có trọng lượng
phân tử từ 32.000-200.000, alginate chủ yếu được sản xuất từ họ rong mơ Sargassaceae
với hai chi Sargassum và Turbinarria.[18]
• Cấu tạo
Công thức phân tử : C5H7O4COONa
Alginate là một anionic, copolyme mạch thẳng được tạo thành từ β-D-mannuronic acid
(M) và α-L-guluronic acid (G) gắn với nhau qua liên kết(1,4) glycoside. Hàm lượng và
các thuộc tính lý, hóa sinh học của alginate biến đổi theo loài rong, giai đoạn trưởng
thành, mùa vụ và môi trường sống của rong.[18]
I.4.3.

Đặc điểm và ứng dụng

• Đặc điểm
− Sodium alginate là một acid hữu cơ. Nó tồn tại dưới dạng hạt màu trắng
hoặc vàng nhạt sợi, không vị. Nó được dùng làm chất tạo đông, chất ổn
định, chất tạo gel, chất nhủ hóa, không tan trong nước và dung môi hữu
cơ, tan chậm trong dung dịch carbonate natri, hoá chất sodium acetate
hydroxide natri. Sodium alginate hoạt động như một tác nhân tạo gel lạnh
mà không cần nhiệt.
− Alginate có khả năng phân hủy sinh học và hoàn toàn an toàn trong các
thử nghiệm trên người cũng như động vật.
− Các dạng thương phẩm của Alginate: Natri Alginate, Kali Alginate,
Amon Alginate, Mg Alginate, Caxi Alginate, Propylen glycol Alginate.
• Ứng dụng

17

− Công nghiệp dệt, in và nhuộm: alginate có thể được sử dụng để thay thế
tinh bột trong công đoạn dệt sợi làm cải thiện độ sáng và độ dai của các
sợi vải. Bên cạnh đó alginate được sử dụng như chất làm dày cho thuốc
nhuộm, các alginate sẽ không gây ra phản ứng hóa học nào khi nhuộm và
dễ dàng rửa trôi, giúp cho việc tuân thủ các kích thước in được dễ dang
hơn.
− Thực phẩm: Sodium alginate được sử dụng như là chất ổn định kem làm
tăng độ xốp cho sản phẩm giúp mịn và ngon hơn với khả năng chống tan
tốt. Nếu như là chất phụ gia trong bánh mì thì alginate có thể tăng khối
lượng và làm xốp sản phẩm. Trong sản xuất chocolate và các chất có độ
ngọt cao, nó có thể làm tăng nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm, nâng cao
độ bền của nó và làm cho nó không bị dính. Sodium alginate còn dùng để
bảo quản thực phẩm (ví dụ: phủ lớp phim alginate lên trái cây, cá, thịt và
các thực phẩm khác được trước khi bảo quản lạnh, nó sẽ ngăn cản vi
khuẩn xâm nhập và hàm lượng nước trong sản phẩm có thể được lưu giữ
trong khoảng thời gian lâu hơn.)
− Còn nhiều ứng dụng khác như sử dụng sodium alginate trong các thí
nghiệm sinh học dùng cho cố định của tế bào để có được sản phẩm quan
trọng như rượu, axit hữu cơ,…

18


I.4.4.

Bạc nitrat AgNO3

Hình I.6: Bạc nitrat AgNO3
Khối lượng riêng : 5.35 g/cm3

Khối lượng phân tử : 169,87 g/mol

Nhiệt độ phân hủy: 440°C Điểm tan chảy: 212°C.
Bạc nitrat có màu: không màu, trắng.
• Tính chất
− Bạc nitrat dễ dàng hòa tan trong nước, kiềm và ít tan trong ether.
− Phản ứng mạnh với kim loại kiềm, amoniac, cồn, magiê vật liệu dễ cháy
hoặc phát nổ.
• Ứng dụng
Sản xuất các loại gương cần tính phản xạ cao, dung làm chất khử trùng, vật liệu cảm
quang,…
I.4.5. Củ Ngưu Bàng
Tên khoa học : Arctium lappa L.
Tên gọi khác : Ngưu bàng; Ngưu hoàng; cải thước

19


Giới : Plantae

Bộ: Asterids

Chi: Arctium

Loài : Lappa

Họ: Asteraceae hay Compositiae

• Mô tả

Hình I.7: Hình dạng lá và hoa cây Ngưu Bàng
− Cây Ngưu Bàng thuộc loài cây thân thảo lớn, có thời gian sống khoảng 2
năm, than thẳng có khía và phân nhánh,có độ cao trung bình từ 1 - 2m.
Các loài Ngưu Bàng thường có lá màu lục sẫm, hình trái xoan, nhìn
chung lá khá lớn, phiến lá to rộng tới khoảng 50cm, đầu tù hay nhọn,
mép có răng hay lượn sóng, có nhiều lông tơ ở mặt dưới.
− Hoa có màu đỏ hoặc tím nhạt hợp thành đầu to có kích thước khoảng 3 4cm. Ngưu Bàng thường ra hoa vào tháng 6 – 7, bắt đầu có quả vào
tháng 8 - 9 của năm thứ hai.
− Cây thích hợp với khí hậu vùng núi cao. Cây rất dễ nhân giống bằng hạt.
• Thành phần hóa học
20


Quả và lá chứa một chất đắng là arctiosid (arctiin) khi thuỷ phân cho glucose và
arctigenin, còn có lappaol A,B. Thành phần chủ yếu của rễ là inulin (45%), rễ tươi
chứa tinh dầu, bên cạnh đó còn có tanin, acid stearic, một carbur hydrogen và một
phytosterol. Không có glucosid, alcaloid và hoạt chất đắng trong rễ.
• Công dụng
− Cây Ngưu bàng đã được sử dụng ở nước ta từ lâu. Trong y học phương
Đông, quả của Ngưu bàng dùng làm thuốc lợi tiểu, giải nhiệt, có thể trị
được phù thũng, đau họng, sưng họng, phế viêm, cảm cúm,…
− Quả có vị cay, đắng, tính hàn nên có tác dụng trừ phong, tán nhiệt, thông
phổi làm mọc ban chẩn, tiêu thũng, giải độc, sát trùng. Rễ có vị đắng,
cay, tính hàn có tác dụng lợi tiểu (loại được acid uric), lợi mật, nhuận
tràng, chống giang mai, trị đái tháo đường, diệt trùng và chống nọc độc.

I.5. Tình hình nghiên cứu
Trong thập kỷ qua, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để phát triển các phương pháp tổng
hợp xanh nhằm tránh các sản phẩm phụ nguy hiểm tới sức khỏe con người và tránh gây

ra sự ô nhiễm môi trường.
Các phương pháp thông thường để sản xuất nano rất tốn kém, gây độc hại và không
thân thiện với môi trường. Để khắc phục những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tìm
ra một phương hướng khác để tổng hợp các hạt nano đó chính là dựa vào các nguồn tự
nhiên.
Tổng hợp nano từ các nguồn tự nhiên có thể được phân loại như: sử dụng các vi sinh
vật như nấm, nấm men (sinh vật nhân chuẩn), vi khuẩn và xạ khuẩn (prokaryote) hoặc
sử dụng thực vật và chiết xuất từ thực vật.
I.5.1.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

• Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng nano bạc từ chiết xuất của lá cây rau má.

21


Sự tổng hợp, đặc tính hóa và ứng dụng vật liệu nano tổng hợp sinh học đã trở thành
một nhánh quan trọng của công nghệ nano. Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi báo
cáo tổng hợp các hạt nano bạc từ chiết xuất lá tươi của Centella asiatica (LEC). Phổ
UV-Vis cho keo bạc chứa một dải plasmon mạnh gần 425nm, tạo nên sự hình thành của
hạt nano. Kết quả thí nghiệm cho thấy các hạt nano bạc được hình thành dễ dàng trong
dịch chiết ở nhiệt độ môi trường. Các hạt nano bạc thu được (AgNP) đã ở trong dạng
hình cầu và kích thước trung bình của các hạt nano nằm trong phạm vi từ 3 nm đến 30
nm. Từ các hạt nano bạc ở trên, chúng tôi đã được đưa lên để nghiên cứu các tác động
của nhiều loại khác nhau nồng độ AgNP trên sinh trưởng, phát triển và năng suất của
cây lạc. Kết quả của thí nghiệm hiện tại cho thấy nồng độ tối ưu của AgNP của sự nảy
mầm tốt, tăng trưởng và năng suất quả của cây lạc là 5 ppm.[19]
• Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng cách sử dụng dịch chiết lá dâu tầm có sự hỗ
trợ của vi sóng.

Chiết xuất lá Mulberry hoạt động như chất khử và chất ổn định. Kết quả phổ UV-Vis
của hệ nano bạc tổng hợp có giá trị cực đại ở 430nm. Kết quả từ ảnh TEM cho thấy các
hạt hình cầu có kích thước từ 15 đến 20nm. Nano bạc được tổng hợp bằng phương
pháp hỗ trợ vi sóng cho kết quả ảnh TEM là các hạt gần như hình cầu và kích thước hạt
trung bình 10nm, phổ UV-vis của các hạt nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp
hỗ trợ vi sóng cho thấy một dải hấp thụ sắc nét ở khoảng 415nm. Vật liệu nano bạc đã
tổng hợp có thể được sử dụng làm chất chống vi trùng, được sử dụng trong lĩnh vực dệt
may và xử lý nước thải.[20]
I.5.2.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Lĩnh vực công nghệ nano là lĩnh vực nghiên cứu năng động nhất trong khoa học vật
liệu và tổng hợp hạt nano đang tăng mạnh trên toàn thế giới.

22


• Nghiên cứu tổng hợp ngoại bào của hạt nano bạc kháng khuẩn bằng cách sử
dụng vi khuẩn psychrophilic.
Các chất nổi trên bề mặt nuôi cấy không có tế bào của của năm vi khuẩn Psychrophilic
(vi khuẩn chịu hàn) Pseudomonas antarctica, Pseudomonas proteolytica, Pseudomonas
meridiana, Arthrobacter kerguelensis và Arthrobacter gangotriensis và hai vi khuẩn
mesophilic Bacillus. Kích thước của AgNP nằm trong khoảng từ 6 đến 13nm và ổn
định được 8 tháng trong bóng tối. Sự tổng hợp và ổn định của AgNP phụ thuộc vào
nhiệt độ, pH hoặc loài vi khuẩn (P. antarctica hoặc A.kerguelensis) mà từ đó chất nổi
trên bề mặt được sử dụng. Nó đã được quan sát thấy rằng supernatant A. kerguelensis
không thể tạo ra nano bạc ở nhiệt độ mà vi khuẩn P. antarctica có thể tổng hợp được
nano bạc. Do đó, nghiên cứu cung cấp bằng chứng cho thấy các yếu tố trong chất nổi
trên bề mặt nuôi cấy không có tế bào tạo điều kiện cho quá trình tổng hợp nano bạc

thay đổi giữa các loài vi khuẩn. Các nano bạc có khả năng diệt khuẩn. Báo cáo này lần
đầu tiên trình bày dữ liệu về việc tạo ra AgNP sử dụng chất siêu vi nuôi cấy vi khuẩn
Psychrophilic và cũng chứng minh rằng mẫu nuôi cấy của loài Arthrobacter, một chi
chưa từng được nghiên cứu trước đó, cũng có thể tổng hợp được nano bạc.[21]
• Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng vi khuẩn Bacillus licheniformis.
Kết quả của nghiên cứu chứng minh sự tổng hợp nano bạc của vi khuẩn Bacillus
licheniformis, trong đó dung dịch AgNO3 được thêm vào sinh khối của vi khuẩn B.
licheniformis, cho thấy sự thay đổi màu sắc từ màu trắng vàng sang màu trắng ,màu
nâu biểu thị sự hình thành của nano bạc với phạm vi kích thước 50nm.[22]
• Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ cỏ linh lăng.
Đây là mô tả đầu tiên về sự tổng hợp nano bạc sử dụng hệ thực vật sống.

23


Rễ cỏ linh lăng có khả năng hấp thụ Ag từ môi trường thạch và đưa chúng vào chồi cây
trong quá trình oxy hóa . Trong các chồi, các nguyên tử Ag này tự sắp xếp để tạo ra các
nano bạc.[23][25]
• Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng chiết xuất của vỏ hạt đậu phộng và so sánh
đặc tính, hoạt tính kháng nấm với hạt nano bạc thương mại.
Nghiên cứu chứng minh họa rằng nano bạc được tổng hợp bằng chiết xuất vỏ đậu
phộng và đặc điểm của chúng là hoạt tính kháng nấm, chúng được so sánh với các
nano bạc thương mại. Kết quả đo phổ UV-Vis, XRD và FTIR đã xác nhận rằng các
nano bạc tổng hợp bằng chiết xuất vỏ đậu phộng và thương mại là tương tự nhau, bên
cạnh đó kết quả đo HR-TEM chỉ ra rằng các nano bạc hầu hết có dạng hình cầu và hình
bầu dục với đường kính trung bình lên tới 10-50nm.[24]

I.6. Điểm mới của đề tài
Ngành khoa học và công nghệ nano hiện tại đã không còn xa lạ với mọi người và đặc
biết nói đến là nano bạc, trên thới giới đã có không ít các đề tài nghiên cứu về nano bạc

nhưng mỗi đề tài đều có những điểm mới riêng biệt và đề tài này cũng vậy. Đề tài:
“Tổng hợp và ứng dụng nano bạc trên chất mang γ-Cyclodextrin/Alginate sử dụng dịch
chiết củ Ngưu Bàng (L.) có các điểm mới sau:
− Tính mới hoàn toàn trên thế giới chưa có hệ nano chứa γ-CD/alginate.
− Hệ γ-CD/Alg cho thấy hiệu quả mang AgNPs tuy nhiên vòng CD có ảnh hưởng
đến đặc tính lưu giữ nano kim loại rất mạnh vì thế kiểm tra vòng CD là nhiệm
vụ quan trọng.

24


CHƯƠNG II.

THỰC NGHIỆM

II.1. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
II.1.1. Dụng cụ thí nghiệm
−
−
−
−
−
−
−
−
−

Becher: 100 ml, 250 ml, 500 ml
Ống đong: 50ml, 100ml
Bình cô quay: 500ml

Phễu
Ống sinh hàn
Giấy lọc
Ống li tâm: 15ml
Chai bi : 3mL,10mL,20mL
Ống hút, đũa thủy tinh, pipet, cá từ, lọ thủy tinh.

25