Nghiên cứu chiết tách nano vàng từ dung dịch HAuCl4 bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá cây nha đam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
---o0o---

HOÀNG LƢƠNG NHẬT NAM

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG TÁC
NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
---o0o---

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG TÁC
NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Sinh viên thực hiện

: Hoàng Lƣơng Nhật Nam

Giáo viên hƣớng dẫn

: PGS.TS Lê Tự Hải

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên

: Hoàng Lƣơng Nhật Nam

Lớp

: 14CHP

1. Tên đề tài: Nghiên cứu chiết tách nano vàng từ dung dịch HAuCl4 bằng tác nhân khử
dịch chiết nƣớc lá cây nha đam.
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
a. Nguyên liệu: lá cây nha đam (lô hội).
b. Dụng cụ: bình cầu 250 ml, bình tam giác 100 ml; cốc thủy tinh 100 ml; bình định
mức 1000 ml; bình định mức 100ml; pipet 2 ml, 5 ml, 10ml; giấy lọc.

c. Các thiết bị: bếp điện, cân phân tích, máy khuấy từ gia nhiệt, máy đo pH, máy đo
UV-VIS, máy đo EDX, SEM, TEM, máy quay li tâm, tủ sấy.
3. Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng quy trình tạo nano vàng bằng dung dịch HAuCl4 từ dịch chiết nƣớc lá cây
nha đam.
4. Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải
5. Ngày giao đề tài: 27/10/2017
6. Ngày hoàn thành đề tài: 20/4/2018

Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hƣớng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng….năm 2018
Kết quả điểm đánh giá
Đà nẵng, ngày …. tháng…… năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................ 1
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 1

3. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................... 1
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................................... 2
6. Bố cục luận văn ............................................................................................................... 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................... 3
1.1.

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO...................................................................... 3

1.1.1.

Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano ....................................................... 3

a. Khái niệm.......................................................................................................................... 3
b. Nguồn gốc ......................................................................................................................... 3
1.1.2.

Cơ sở khoa học của công nghệ nano ...................................................................... 4

1.1.3.

Ứng dụng của vật liệu nano .................................................................................... 6

1.1.4.

Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano ............................................................. 6

1.2.

HẠT NANO VÀNG ........................................................................................................ 8

1.2.1.

Giới thiệu về kim loại vàng ..................................................................................... 8

a. Tổng quát .......................................................................................................................... 8
b. Tính chất vật lý ................................................................................................................. 8
c. Tính chất hóa học: ............................................................................................................ 9
1.2.2.

Giới thiệu về hạt nano vàng .................................................................................. 10

1.2.3.

Các phƣơng pháp tổng hợp hạt nano vàng ......................................................... 11

1.2.4.

Tính chất của hạt nano vàng ................................................................................ 12

1.2.5.

Ứng dụng của hạt nano vàng ................................................................................ 12

a. Trong y học ..................................................................................................................... 12
b. Trong sinh học ................................................................................................................ 13
c. Trong cảm biến ............................................................................................................... 13
d. Trong linh kiện điện tử ................................................................................................... 14

e. Trong mỹ phẩm ............................................................................................................... 14
f.

Trong bảo vệ môi trường ................................................................................................ 15

1.3.

TỔNG QUAN VỀ CÂY NHA ĐAM ........................................................................... 15

1.3.1.

Đặc điểm của cây nha đam ................................................................................... 15

1.3.2.

Thành phần hóa học .............................................................................................. 16

1.3.3.

Tác dụng của cây nha đam trong đời sống.......................................................... 17

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................................. 19
2.1.

NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT .......................................................... 19

2.1.1.

Nguyên liệu ............................................................................................................. 19

2.1.2.

Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ................................................................................ 19

a. Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................................... 19
b. Hóa chất ......................................................................................................................... 19
2.2. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ CÂY
NHA ĐAM ............................................................................................................................... 19
2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP
NANO VÀNG .......................................................................................................................... 19
2.4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO VÀNG ............................................ 20

2.4.1.

Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) ............................................................................ 20

2.4.2.

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .............................................................. 21

2.4.3.

Phổ tán sắc năng lƣợng tia X ( EDX) ................................................................... 23

2.4.4.

Kính hiển vi điện tử (SEM) ................................................................................... 24

2.5.

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HẠT NANO VÀNG ........... 26

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................ 28
3.1. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ CÂY
NHA ĐAM ............................................................................................................................... 28
3.1.1.

Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng ........................................................................................... 28

3.1.2.

Khảo sát thời gian chiết......................................................................................... 29

3.2. KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHÓM CHỨC CHÍNH TRONG DỊCH CHIẾT
NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM ................................................................................................. 31
3.3.1.

Định tính nhóm chất tannin .................................................................................. 31


3.3.2.

Định tính nhóm chất flavonoid ............................................................................. 33

3.3.3.

Định tính nhóm chất saponin ............................................................................... 33

3.3.4.

Định tính nhóm chất akaloid ................................................................................ 34

3.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO
VÀNG ...................................................................................................................................... 34
3.3.1.

Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá cây nha đam ................................................ 34

3.3.2.

Khảo sát nhiệt độ tạo nano vàng .......................................................................... 36

3.3.3.

Khảo sát nồng độ dung dịch HAuCl4 ................................................................... 37

3.3.4.

Khảo sát pH môi trƣờng. ...................................................................................... 39

3.4. CƠ CHẾ TẠO NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG TÁC NHÂN
KHỬ DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM.............................................................. 41
3.5.

KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT NANO VÀNG ......................... 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 45

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi, với sự hƣớng
dẫn của PGS.TS. Lê Tự Hải. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là do tôi tự tìm
hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc ai công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác. Những nội dung khóa luận có tham khảo và sử dụng
các tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web đƣợc
liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận.

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2018
Sinh viên thực hiện

Hoàng Lƣơng Nhật Nam


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Tự Hải (Khoa Hóa
Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng) đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình
em thực hiện đề tài.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến tập thể các Thầy, Cô giáo và cán bộ của Khoa
Hóa Trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng đã cung cấp cho em kiến thức tiền đề để
em hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ em
rất nhiều trong suối thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2018
Sinh viên thực hiện

Hoàng Lƣơng Nhật Nam

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EDX

Phổ tán sắc năng lƣợng tia X

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV-VIS

Quang phổ hấp thụ phân tử

SEM

Kính hiển vi điện tử quét


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1

So sánh kích thƣớc của một số vật

3

Bảng 1.2

Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

5

Bảng 3.1

Giá trị mật độ quang đƣợc đo ở các mẫu theo tỉ lệ rắn/lỏng

28

Bảng 3.2

Giá trị mật độ quang đƣợc đo ở các mẫu theo thời gian chiết

30

Bảng 3.3

Giá trị mật độ quang đƣợc đo ở các mẫu theo thể tích dịch chiết

35

Bảng 3.4

Giá trị mật độ quang đƣợc đo ở các mẫu theo nhiệt độ

36

Bảng 3.5

Giá trị mật độ quang đƣợc đo ở các mẫu theo nồng độ

39

Bảng 3.6

Giá trị mật độ quang đƣợc đo ở các mẫu theo pH

39


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Lá vàng đƣợc dập mỏng

9

Hình 1.2

Hình ảnh của các hạt nano ở các hình dạng khác nhau.

10

Hình 1.3

Hạt nano vàng dùng trong dẫn truyền thuốc

13

Hình 1.4

Cây nha đam

15

Hình 2.1

Sơ đồ máy UV-VIS

20

Hình 2.2

Máy UV-VIS LAMBDA 25 của hãng PerkinElmer

21

Hình 2.3

Kính hiển vi điện tử truyền qua

22

Hình 2.4

Cấu tạo của súng phóng điện tử.

22

Hình 2.5

Thiết bị sử dụng kĩ thuật EDX tại Viện Dịch tễ Trung ƣơng

24

Hình 2.6

Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử

26

Hình 3.1

Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình tạo nano vàng

29

Hình 3.2

Ảnh hƣởng của thời gian chiết đến quá trình tạo nano vàng

30

Hình 3.3

Màu của dịch chiết sau khi tác dụng với dung dịch FeCl3

32

Hình 3.4

Màu của dịch chiết sau khi tác dụng với dung dịch Pb(Ch3COO)2

32

Hình 3.5

Màu của dịch chiết sau khi tác dụng với fomon, HCl đặc và FeCl3

32

Hình 3.6

Màu của vết dịch chiết trên giấy lọc khi hơ qua lọ NH3 đặc

33

Hình 3.7

Ống nghiệm chứa dịch chiết sau khi đƣợc lắc 2 phút

33

Hình 3.8

Màu của dịch chiết sau khi tác dụng với thuốc thử Bouchardat

34

Hình 3.9

Ảnh hƣởng của thể tích dịch chiết đến quá trình tạo nano vàng

35

Hình 3.10

Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano vàng

37

Hình 3.11

Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch HAuCl4 đến quá trình tạo nano
vàng

38

Hình 3.12

Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng đến quá trình tạo nano vàng

40

Hình 3.13

Ảnh TEM của mẫu nano vàng tổng hợp

42

Hình 3.14

Phổ EDX của mẫu nano vàng tổng hợp.

42

Hình 3.15

Ảnh SEM của mẫu nano vàng tổng hợp.

42


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm qua, công nghệ nano rất đƣợc quan tâm và phát triển với tốc độ
chóng mặt đã làm thay đổi diện mạo của các ngành khoa học. Công nghệ nano đã có
những ứng dụng to lớn và hữu ích trong các ngành điện tử, năng lƣợng, y học, mỹ phẩm

và nhiều lĩnh vực khác. Việc tổng hợp các hạt có kích thƣớc nano giúp cho việc ứng dụng
vào các lĩnh vực khoa học một cách dễ dàng hơn. Các hạt nano thƣờng gặp là nano bạc,
nano đồng, nano vàng… và mỗi loại sẽ có ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực
nghiên cứu. Đối với hạt nano vàng có nhiều ứng dụng tốt trong lĩnh vực y học, hóa mỹ
phẩm,….[13][14][15] Với tình hình thực tế, nghiên cứu chiết tách và ứng dụng phƣơng
pháp hiện đại để xác định tìm hiểu hạt nano vàng và ứng dụng của nó có nhiều triển vọng
và có ý nghĩ về khoa học và thực tiễn.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano vàng từ dung
dịch HAuCl4 bằng tác nhân khử dịch chiết nƣớc lá cây nha đam”
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Lá cây nha đam (Aloe vera) đƣợc thu mua tại chợ Thanh Khê trên địa bàn thành
phố Đà Nẵng.
3. Mục đích nghiên cứu
 Xây dựng quy trình tổng hợp nano vàng bằng dung dịch HAuCl4 từ dịch chiết nƣớc
lá cây nha đam.
 Đƣa ra phƣơng pháp tổng hợp nano vàng bằng phƣơng pháp hóa học xanh.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết:
 Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.
 Tìm hiểu các phƣơng pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên cứu.
 Xử lý các thông tin về lý thuyết để đƣa ra các vấn đề thực hiện trong quá trình
nghiên cứu.

1


Nghiên cứu thực nghiệm:
 Phƣơng pháp chiết tách: phƣơng pháp chƣng ninh sử dụng dung môi là nƣớc
 Phƣơng pháp phân tích công cụ: phƣơng pháp hấp thụ phân tử (UV-VIS)
 Phƣơng pháp đo TEM, EDX, SEM.

 Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm trƣờng Đại học Sƣ phạm –
Đại học Đà Nẵng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Nghiên cứu này giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn về phƣơng pháp điều chế hạt nano
vàng bằng phƣơng pháp hóa học xanh, lành tính, ít độc, ít tốn kém.
 Tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn là lá cây nha đam để tổng hợp hạt nano vàng.
6. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn gồm 3 chƣơng nhƣ sau:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1.

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO

1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano
a. Khái niệm:[1]
Thuật ngữ “công nghệ nano” đƣợc biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX. Chữ nano
đƣợc gắn vào trƣớc các đơn vị đo để tạo ra các đơn vị ƣớc giảm đi 1 tỷ lần (10-9). Ví dụ:
nano gam = 10-9 g; nano mét = 10-9 m. Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức
nano mét.
Bảng 1.1: So sánh kích thƣớc của một số vật
Micromet µm = 10-3m
Độ dài sợi tóc

Tế bào máu
Vi khuẩn E.coli

Nanomet nm = 10-9m

80 – 200

80.000- 200.000

4–6

4.000 – 6.000

1

1.000

Ánh sáng thấy đƣợc
Virus đậu mùa

400 – 750
0,2-0,3

Đƣờng kính AND

200 – 300
2

1 nguyên tử

0,1

Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:
 Cơ sở khoa học nano
 Phƣơng pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet
 Chế tạo vật liệu nano
 Ứng dụng vật liệu nano
b. Nguồn gốc:[2]
Cha đẻ của công nghệ nano chính là Richard Feynman. Năm 1959, Feynman có bài
phát biểu nổi tiếng “ There is a plenty room at the bottom” (còn những khoảng trống ở
cấp vĩ mô). Trong đó, ông cho biết quan điểm về khả năng nghiên cứu và thao tác ở cấp
3


độ nguyên tử. Với tầm nhìn tƣơng lai rằng chúng ta có thể chế tạo, sắp xếp cấu trúc
nguyên tử để tạo nên những vật liệu mới và những cấu trúc siêu nhỏ. Mặc dù là ngƣời đề
xƣớng ra lý thuyết công nghệ nano, nhƣng vào lúc đó Feynman vẫn chƣa thể tiến hành
nghiên cứu và ứng dụng nó vào thực tế.
Đến năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” đƣợc giáo sƣ Norio Taniguchi của Đại
học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu trúc vi
hình của mạch vi điện tử, mặc dù nó vẫn chƣa đƣợc biết đến rộng rãi. Từ đó, dựa trên tiền
đề về công nghệ nano của Feynman, định nghĩa về công nghệ nano đƣợc tiến sĩ K. Eric
Drexler khai thác sâu hơn trong cuốn sách “Engines of Creation: The Coming Era of
Nanotechnology” (1986) và cuốn “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacring,
and Computation”. Từ đây, thuật ngữ công nghê nano bắt đầu trở nên phổ biển, hàng loạt
phát minh đã ra đời, phục vụ đắc lực cho cuộc sống.[10]
1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano[2][11]
Công nghệ nano chủ yếu dựa trên ba cơ sở khoa học sau:
 Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lƣợng tử đƣợc trung

bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các
thăng giáng ngẫu nhiên. Nhƣng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất
lƣợng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lƣợng tử có thể đƣợc coi nhƣ một đại
nguyên tử, nó có các mức năng lƣợng giống nhƣ một nguyên tử.
 Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nm (nanomet), các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm
tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy, các hiệu ứng có liên quan đến bề
mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có
kích thƣớc nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
 Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thƣớc. Nếu
vật liệu mà nhỏ hơn kích thƣớc này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Ngƣời ta
4


gọi đó là kích thƣớc tới hạn của các tính chất của vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại
tuân theo định luật Ohm ở kích thƣớc vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích
thƣớc của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử trong kim
loại mà thƣờng có giá trị từ vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó
điện trở của vật có kích thƣớc nano sẽ tuân theo các quy tắc lƣợng tử. Không phải bất cứ
vật liệu nào có kích thƣớc nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất
mà nó đƣợc nghiên cứu. Các tính chất khác nhau nhƣ tính chất điện, tính chất từ, tính
chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm. Chính
vì thế mà ngƣời ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công
nghệ nano.
Bảng 1.2: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu
Lĩnh vực

Tính chất
Bƣớc sóng điện từ

10-100

Quãng đƣờng tự do trung bình không đàn
Tính chất điện

hồi
Hiệu ứng đƣờng ngầm

Tính chất từ

Tính chất quang

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

Độ dài giới hạn (nm)

1-100
1-10

Độ dày vách đômen

10-100

Quãng đƣờng ngầm

1-100

Hố lƣợng tử

1-100

Độ dài suy giảm

10-100

Độ sâu bề mặt kim loại

10-100

Độ dài liên kết cặp Copper

0,1-100

Độ thẩm thấu Meisner

1-100

Tƣơng tác bất định xứ

1-1000

Biên hạt

1-10

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0,1-10

Độ nhăn bề mặt

1-10
5


Xúc tác

Siêu phân tử

Miễn dịch

Hình học topo bề mặt

1-10

Độ dài Kuhn

1-100

Cấu trúc nhị cấp

1-10

Cấu trúc tam cấp

10-1000

Nhận biết phân tử

1-10

1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano[2]
Trong ngành công nghiệp điện tử hiện nay, những bộ vi xử lý đƣợc làm từ vật liệu
nano khá phổ biến trên trị thƣờng, một số sản phẩm nhƣ chuột, bàn phím cũng đƣợc phủ
một lớp nano kháng khuẩn. Công nghệ nano cũng đóng góp không nhỏ trong lĩnh vực
điện tử, đặc biệt là công nghệ năng lƣợng nhƣ việc chế tạo pin nano trong tƣơng lai có thể
có diện tích bề mặt lớn hơn nhiều lần và lƣu trữ đƣợc nhiều điện năng hơn.
Bên cạnh đó, công nghệ nano còn ứng dụng trong may mặc với ý tƣởng quần áo có
khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi nhờ áp dụng nano bạc. Một ứng dụng khác của công
nghệ nano có thể biến các nguồn năng lƣợng nhƣ gió, năng lƣợng mặt trời và với công
nghệ nano có thể biến chiếc áo có thể sạc điện cho chiếc điện thoại thông minh, đây thực
sự là ý tƣởng đang trong quá trình thử nghiệm này chắc hẳn sẽ là bƣớc đánh dấu bƣớc
phát triển to lớn của công nghệ nano.
Công nghệ nano còn giúp lƣu trữ, bảo quản thức ăn tốt hơn nhờ việc tạo các vật liệu
thực phẩm có khả năng diệt khuẩn.
Không chỉ dừng ở những ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano hiện nay, cho thấy
việc phát triển ứng dụng nano trong tƣơng lai đem lại nhiều lợi ích trong rất nhiều lĩnh
vực khác nhau, đồng thời nhận định ứng dụng công nghệ nano là vô hạn.
1.1.4. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano[2][11]
Phƣơng pháp từ trên xuống
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức
hạt thô thành cỡ hạt kích thƣớc nano. Đây là các phƣơng pháp đơn giản, rẻ tiền nhƣng rất
hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thƣớc khá lớn (ứng dụng làm

6


vật liệu kết cấu). Trong phƣơng pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột đƣợc trộn lẫn với những
viên bi đƣợc làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể là
nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi
cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thƣớc nano. Kết quả thu đƣợc là vật liệu
nano không chiều (các hạt nano). Phƣơng pháp biến dạng đƣợc sử dụng với các kỹ thuật
đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn (có thể >10) mà không làm phá hủy vật liệu,
nhiệt độ có thể đƣợc điều chỉnh tùy theo từng trƣờng hợp cụ thể, nếu nhiệt độ gia công
lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì đƣợc gọi là biến dạng nóng, còn ngƣợc lại thì đƣợc gọi
biến dạng nguội. Kết quả thu đƣợc là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai
chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng pháp
quang khắc để tạo các cấu trúc nano.[17]
Phƣơng pháp từ dƣới lên
Nguyên lý: vật liệu nano đƣợc hình thành từ các nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp từ
dƣới lên đƣợc phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lƣợng của sản phẩm cuối
cùng. Hiện nay, đa phần các vật liệu nano đều đƣợc chế tạo từ phƣơng pháp này. Phƣơng
pháp từ dƣới lên bao gồm: phƣơng pháp vật lí, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp kết
hợp, phƣơng pháp vi sinh và phƣơng pháp vi nhũ.[16]
Phƣơng pháp vật lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển
pha.
Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý: bốc bay
nhiệt ( đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phƣơng pháp chuyển pha: vật liệu đƣợc nung
nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để
xảy ra chuyển pha vô định hình- tinh thể (kết tinh) ( phƣơng pháp nguội nhanh). Phƣơng
pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.
Phƣơng pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phƣơng pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà
ngƣời ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân

loại các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng
(phƣơng pháp kết tủa, sol-gel,…) và từ pha khí (nhiệt phân,…). Phƣơng pháp này có thể
7


tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,…
Phƣơng pháp kết hợp: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật
lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí,… Phƣơng pháp này có thể tạo các hạt
nano, dây nano, ống nano, màng nano,bột nano,…
Phƣơng pháp sinh học: là phƣơng pháp sử dụng các vi sinh vật nhƣ nấm, vi khuẩn,
vi rút có khả năng khử để khử ion về dạng kim loại. Dƣới tác dụng của những tác nhân
này, ion sẽ chuyển thành hạt nano.

1.2.

HẠT NANO VÀNG

1.2.1. Giới thiệu về kim loại vàng[5]
a. Tổng quát:
Vàng là tên nguyên tố hoá học có ký hiệu Au và số thứ tự nguyên tử 79 thuộc nhóm
11 chu kì 6 trong bảng tuần hoàn, có cấu hình electron là [Xe]4f145d106s1. Là kim loại
chuyển tiếp (hoá trị 3 và 1) mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng và chiếu sáng. Vàng
không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhƣng lại chịu tác dụng của nƣớc cƣờng
toan (3HCl + HNO3) để tạo thành axit cloroauric, cũng nhƣ chịu tác động của dung
dịch xyanua của các kim loại kiềm. Kim loại này có ở dạng quặng hoặc hạt trong đá và
trong các mỏ bồi tích và là một trong số kim loại đúc tiền. Vàng đƣợc dùng làm một tiêu
chuẩn tiền tệ ở nhiều nƣớc và cũng đƣợc sử dụng trong các ngành trang sức, nha
khoa và điện tử. [18][19]
b. Tính chất vật lý:
Vàng là nguyên tố kim loại có màu vàng khi thành khối, nhƣng có thể có màu đen,

hồng ngọc hay tía khi đƣợc cắt nhuyễn. Nó là kim loại dễ uốn, dát nhất; thực tế 1 gam
vàng có thể đƣợc dập thành tấm 1m2. Lá vàng có thể bị dập đủ mỏng để trở thành bán
trong suốt. Ánh sáng truyền qua có màu xanh lục, vì vàng phản chiếu mạnh mẽ với màu
vàng và màu đỏ. Những tấm lợp bán trong suốt cũng phản chiếu mạnh ánh sáng hồng
ngoại làm cho chúng trở nên hữu ích nhƣ tấm tia hồng ngoại trong các tấm lót của những
bộ đồ chịu nhiệt và mặt nạ che mặt trời cho không gian. [9]

8


Vàng có tính dẫn nhiệt và điện tốt (chỉ kém bạc và đồng), không bị tác động bởi
không khí và phần lớn hóa chất.
Vàng là kim loại mềm, thƣờng tạo hợp kim với nhiều kim loại khác làm cho nó cứng
hơn; hợp kim vàng với đồng có màu đỏ; hợp kim vàng với sắt có màu xanh lá; hợp kim
vàng với nhôm có màu tía; hợp kim vàng với bạch kim có màu trắng.
Mật độ: 19,3g/cm3 (ở 0oC, 101 kPa)

Hình 1.1. Lá vàng được dập mỏng
c. Tính chất hóa học:
 Trong không khí vàng không bị biến đổi, vàng chỉ phản ứng với halogen khô khi
đun nóng. Vàng tan trong dung dịch HCl đặc bão hòa Clo hoặc trong dung dịch nƣớc
cƣờng toan do tác dụng của clo nguyên tử
Au + HNO3 +4HCl = HAuCl4+ 2H2O + NO
 Vàng tan trong dung dich xyanua bazo khi có mặt oxy. Khi không có mặt chất oxy
hóa, vàng bền với kiềm.
 Số oxi hóa của vàng trong các hợp chất của nó thay đổi từ -1 đến +5, nhƣng Au(I)
và Au(III) là phổ biến nhất. Trạng thái oxi hóa thƣờng gặp của vàng là +1 và +3

9

1.2.2. Giới thiệu về hạt nano vàng[3][20]
Nano vàng đƣợc mở rộng nghiên cứu ứng dụng, phát triển và tổng hợp kích thƣớc và
hình dạng của nó, mở ra nhiều cơ hội mới và nhiều hƣớng ứng dụng cho nano vàng. Gần
đây có rất nhiều phƣơng pháp phát triển nhằm điều khiển chính xác về kích thƣớc và hình
dạng của nano vàng. Do các nano vàng có dạng bất đẳng hƣớng đƣợc đặc biệt nghiên cứu
vì chúng có các tính chất hóa lý đặc trƣng tùy thuộc vào kích thƣớc và hình dạng của hạt
nano vàng. Các tính chất đặc biệt này là tiền đề để phát triển ứng dụng trong các lĩnh vực
nhƣ: xúc tác, sinh học, năng lƣợng. Trong các dạng nano bất đẳng hƣớng nhƣ dạng thanh,
dạng cầu gai, dạng khối lập phƣơng, dạng tam giác… Tƣơng tác giữa các hạt và lắp ráp
các mạng nano vàng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của các hạt
nano. Các hạt nano vàng biểu hiện các kích cỡ khác nhau, từ 1 nm đến 8 μm và chúng
cũng có các hình dạng khác nhau nhƣ hình cầu, mặt cắt bát diện, hình bát diện, hình răng
cƣa, hình tam giác, hình xoắn nhiều mặt, hình vuông bất thƣờng, tứ diện, nanotriangles,
nanoprisms, lục giác và nanorod.

Hình 1.2: Hình ảnh của các hạt nano ở các hình dạng khác nhau.
Ƣu điểm chính của hạt nano vàng là chúng không gây độc tế bào và lợi ích quan trọng
nhất là bề mặt của chúng, vì chúng có diện tích bề mặt lớn do bề mặt của chúng sẵn sàng
để thay đổi với các phân tử mục tiêu hoặc các chỉ thị sinh học cụ thể và có thể ứng dụng
trong y sinh.
10


1.2.3. Các phƣơng pháp tổng hợp hạt nano vàng[10]
 Phƣơng pháp chiếu xạ γ đƣợc chứng minh là tốt nhất cho việc tổng hợp các hạt
nano vàng với kích thƣớc có thể điều khiển đƣợc và độ tinh khiết cao.
 Phƣơng pháp chiếu xạ bằng lò vi sóng để tổng hợp các hạt nano vàng bằng cách sử
dụng axit xitric làm chất khử và cetyltrimethylamoni bromide (CTAB) làm chất kết dính.
 Phƣơng pháp sinh tổng hợp xanh cho hạt nano vàng có kích thƣớc 25±7 nm đƣợc

thực hiện bằng cách sử dụng màng vỏ trứng sinh học tự nhiên (ESM). Tổng hợp xanh các
hạt nano sử dụng các dung môi và tác nhân khử thân thiện môi trƣờng. Sinh tổng hợp các
hạt nano vàng đi từ thực vật trong những năm gần đây đã thành công và báo cáo về việc
tổng hợp hiệu quả và nhanh chóng. Tổng hợp nano từ thực vật cho giá thành rẻ so với
tổng hợp từ kim loại vàng, đồng thời thực vật cung cấp vàng ở những dạng hoàn toàn
thích hợp với việc sử dụng trong công nghệ nano sịnh học đang phát triển.
 Phƣơng pháp khử hóa học đƣợc sử dụng chủ yếu để tổng hợp các hạt nano dùng
trong nghiên cứu và trong ứng dụng thực tiễn. Có thể nói, khử các hợp chất phức tạp của
kim loại trong dung dịch loãng là cách thức chung nhất để tổng hợp các hạt nano kim
loại. Hiện nay, ngƣời ta mở rộng phƣơng pháp này bằng cách sử dụng các tác nhân vật lý
hay sinh học tác động vào trong quá trình khử để nâng cao hiệu quả của quá trình.
 Phƣơng pháp khử vật lý ngày càng ít đƣợc sử dụng trong nghiên cứu tổng hợp các
hạt nano. Cơ chế chính là dùng các tác nhân vật lý nhƣ chùm điện tử hay các sóng điện từ
năng lƣợng cao nhƣ tia gamma, tia tử ngoại, tia laser, khử ion kim loại thành kim loại.
Phƣơng pháp này có thể thu đƣợc hạt nano có kích thƣớc khác nhau nhƣng phải sử dụng
các chùm tia có năng lƣợng cao gây nguy hại đến sức khỏe con ngƣời trong quá trình
tổng hợp, đồng thời cần máy móc phức tạp, hiện đại để điều khiển các nguồn năng lƣợng
nên đòi hỏi nhiều chi phí cho trang thiết bị.
 Phƣơng pháp vi nhũ là một trong những phƣơng pháp đầy triển vọng vì có khả
năng kiểm soát các phản ứng hóa học xảy ra. Tỉ lệ phản ứng khử kim loại đƣợc điều
chỉnh bằng các tiến trình phân bố kích thƣớc hạt nano tạo thành, kích thƣớc hạt nano tạo
ra khoảng 2-20 nm.

11


1.2.4. Tính chất của hạt nano vàng[4]
 Tính chất quang học: màu sắc của hạt nano phụ thuộc nhiều vào kích thƣớc và
hình dạng của chúng.
 Tính dẫn điện: tính dẫn điện tốt, điện trở kim nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do

cao.
 Tính chất từ: Tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử.
 Tính chất nhiệt: Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết
giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể.
 Xúc tác trên chất mang: xúc tác nano vàng thể hiện tính chọn lọc cao trên nhiều
phản ứng hóa học. Nano vàng có khả năng kháng độc nên có thể chống lại sự nhiễm độc
lƣu huỳnh. Có một số nghiên cứu chứng minh rằng xúc tác nano vàng trên chất mang có
khả năng chịu sự đầu độc của lƣu huỳnh gấp 5-7 lần so với các xúc tác thông thƣờng.
1.2.5. Ứng dụng của hạt nano vàng[8][13][15]
Các hạt nano vàng có đặc tính điện và từ đặc biệt do hình dạng và kích thƣớc của
chúng, vì vậy chúng đã đƣợc quan tâm đặc biệt trong các lĩnh vực nghiên cứu, đặc biệt
trong lĩnh vực cảm biến hóa học và sinh học, quang điện tử, liệu pháp nhiệt quang, hình
ảnh sinh học, ghi nhãn ADN, kính hiển vi và ảnh quang phổ, quang phổ Raman tăng
cƣờng bề mặt, theo dõi và phân phối thuốc, xúc tác và điều trị ung thƣ.
a. Trong y học
Các hạt nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dƣới tác dụng của bức xạ laser. Đặc tính
này có thể đƣợc sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X trong chữa trị một số
bệnh ung thƣ. Các nhà khoa học đã nghiên cứu sự phá hủy của các mô khỏe mạnh bằng
cách sử dụng những viên thuốc trị ung thƣ bên trong khối u. Để đƣa những chất này vào
đúng vị trí, các nhà khoa học tạo ra những viên nhộng rất nhỏ với kích thƣớc vài
nanomet. Vỏ ngoài viên nhộng đƣợc cấu tạo bởi nhiều lớp polyme rất mỏng đặt lên nhau,
cho phép chúng vƣợt qua dễ dàng lớp màng bên ngoài tế bào. Trên bề mặt viên nhộng là
những hạt nano đƣợc sử dụng từ những nguyên tử vàng và bạc. Khi đã hấp thụ vào những

12


tế bào trong khối u, viên nhộng sẽ di chuyển bằng tia hồng ngoại. Sức nóng này sẽ đẩy
những hạt vàng di chuyển khiến viên nhộng vỡ ra và phá vỡ kết cấu những tế bào ác tính.

Hình 1.3: Hạt nano vàng dùng trong dẫn truyền thuốc
b. Trong sinh học:
Các hạt nano vàng ứng dụng trong lắp ráp ADN và cảm biến ADN: tiếp hợp của các
hạt vàng với các nucleotit thiếu đang là một hƣớng quan tâm lớn trong lĩnh vực cảm biến
ADN. Nguyên nhân, nhờ vào tiềm năng sử dụng của khả năng lập trình dựa trên cơ sở
ghép đôi ADN để thiết lập các tinh thể nano trong không gian, đồng thời cung cấp dấu
hiệu chính xác để nhận biết các chuỗi ADN. Trong đó, các hạt nano vàng đƣợc sử dụng
nhƣ là các khối lắp ráp, cho phép lắp ráp các đầu alkanethiol của các nucleotit thiết nhƣ là
một sợi ADN đơn và bổ sung liên kết các sợi nucleotit (ADN) thiếu. Kết hợp các hạt
nano vàng đƣợc liên kết bởi các nucleotit thiếu kích thích có một sự thay đổi màu sắc từ
đỏ đến xanh, đây là nền tảng cho phƣơng pháp cảm ứng ADN. Đặc biệt, sự phụ thuộc
tính chất quang của vùng plasmon bề mặt của hạt nano vàng có đƣờng kính từ 13-17nm
đã mở ra sự phát triển của một phƣơng pháp chẩn đoán có tính chọn lọc cao cho ADN.
c. Trong cảm biến:
Các bộ cảm biến dựa trên hạt nano vàng có thể phát hiện các ion kim loại khác nhau
bằng cách làm việc trên nguyên tắc thay đổi màu sắc do sự kết hợp các hạt nano vàng.
Những loại cảm biến này đã đƣợc sử dụng rộng rãi để phát hiện đồng, chì thủy ngân và
asen trong nƣớc.

13