Chế tạo và khảo sát hoạt tính kháng nấm của hạt đồng nano được ổn định bằng Chitosan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
SAIGON UNIVERSITY
TẠP CHÍ KHOA HỌC
SCIENTIFIC JOURNAL
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
OF SAIGON UNIVERSITY
Số 71 (05/2020)
No. 71 (05/2020)
Email: ; Website: />
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG NẤM CỦA
HẠT ĐỒNG NANO ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG CHITOSAN
Copper nanoparticles stabilized by Chitosan: preparation and antifungal activity
ThS. Phạm Thị Giang Anh(1), TS. Đặng Xn Dự(2)
Trường Đại học Sài Gịn

(1),(2)

TĨM TẮT
Trong nghiên cứu này, kim loại đồng có kích thước nanomet đã được tổng hợp bằng phương pháp hoá
học sử dụng chitosan làm chất ổn định và NaBH4 làm chất khử. Sự hình thành hạt đồng nano được xác
định bằng màu sắc đặc trưng và phổ UV-vis. Hình thái và kích thước hạt được xác định bằng phương
pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Kết quả cho thấy khi với sự hiện diện của chitosan, các hạt
đồng nano đã được chế tạo thành cơng với kích thước hạt khoảng 3,7 nm. Vật liệu thu được thể hiện
hoạt tính kháng nấm tốt. Nấm mốc Aspergillus niger bị ức chế gần như hồn tồn ở nồng độ đồng nano
50 ppm.
Từ khóa: chất ổn định, chitosan, đồng nano, hoạt tính kháng nấm
ABSTRACT
In this present paper, copper nanoparticles were prepared by a chemical method using chitosan as a
stabilizer and NaBH4 as a reducing agent. The formation of copper nanoparticles was confirmed by the
characteristic of colour and UV-vis spectra. The morphology and particle size of the material were
determined by transmission electron microscopy (TEM). The results showed that copper nanoparticles

with a particle size of 3,7 nm were successfully prepared in the presence of chitosan. The as-prepared
materials exhibited a good antifungal activity. The Aspergillus niger fungus was almost entirely
inhibited by the copper nanoparticles at the concentration of 50 ppm.
Keywords: stabilizer, chitosan, copper nanoparticles, antifungal activity

kim loại quý như bạc, vàng và bạch kim
thường được ứng dụng khá hiệu quả trong
các lĩnh vực nêu trên. Tuy vậy, do giá
thành cao nên việc sản xuất chúng để ứng
dụng rộng rãi với số lượng lớn là kém khả
thi. Để giải quyết vấn đề đó, đồng nano
được xem là lựa chọn tốt để thay thế do giá
thành khá rẻ.
Chế tạo đồng nano thường khó thu
được hiệu suất cũng như độ tinh khiết cao

1. Mở đầu
Chế tạo và nghiên cứu hoạt tính của
các hạt nano kim loại với kích thước và
hình dạng khác nhau nhằm khám phá các
tính chất cũng như khả năng ứng dụng của
chúng trong các lĩnh vực khác nhau như y
sinh [1], điện tử, quang học [2], và xúc tác
[3], [4]… là những hướng nghiên cứu hấp
dẫn, thu hút được nhiều sự quan tâm trong
thời gian gần đây. Vật liệu nano của các
Email:

34

PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

vì bề mặt dễ bị oxi hóa, sản phẩm dễ lẫn
CuO và Cu2O. Để khắc phục hạn chế này,
các chất chống oxy hoá thường được sử
dụng cho quá trình chế tạo. Một số loại
polymer cũng thường được sử dụng nhằm
ổn định hệ hạt, tránh sự keo tụ và bảo vệ
hạt khỏi bị oxy hoá. Những nghiên cứu đó
đều hướng đến mục tiêu chung là tạo ra các
hạt đồng nano có kích thước nhỏ với độ ổn
định cao để khai thác tối đa các ứng dụng
của chúng.
Chitosan là một polymer tự nhiên
được chế tạo bằng quá trình đề axetyl hóa
chitin sử dụng kiềm đặc. Chitosan có ưu
điểm nổi bật là phân hủy sinh học, khơng
độc, có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm,
chống oxi hóa.v.v. [3]. Những nghiên cứu
gần đây cho thấy, chitosan có khả năng ổn
định tốt các hạt nano và hạn chế q trình
oxy hóa [3]. Ngoài ra, loại polymer này tồn
tại khá phong phú trong tự nhiên, dễ tách
chiết ở điều kiện bình thường, vì vậy rất có
triển vọng áp dụng ở quy mơ lớn.
Trong nghiên cứu này, đồng nano
được chế tạo bằng cách khử ion Cu2+ với

NaBH4 chất khử, chitosan làm chất ổn
định, cơ chế ổn định các hạt đồng nano
bằng chitosan cũng được thảo luận. Ngoài
ra, sản phẩm tạo thành cũng được kiểm tra
hoạt tính chống nấm ở các nồng độ khác
nhau đối với chủng Aspergillus niger.
2. Thực nghiệm

2.1. Nguyên liệu và hóa chất
Chitosan với khối lượng phân tử 90
kDa được cung cấp bởi công ty Cổ phần
Đầu tư và Công nghệ Hương Nam, Bà Rịa
- Vũng Tàu. NaBH4 là sản phẩm tinh khiết
của Merck (Đức), CuSO4.5H2O dạng tinh
khiết của Beijing (Trung Quốc). Các hóa
chất khác như acid acetic, acid ascorbic…
được sử dụng ở dạng tinh khiết phân tích.
Nước cất hai lần được sử dụng cho tồn bộ
thí nghiệm.
2.2. Phương pháp thực nghiệm
2.2.1. Chế tạo đồng nano ổn định bằng
chitosan
Sơ đồ quy trình chế tạo đồng nano theo
tài liệu [3], chỉ thay đổi khối lượng phân tử
chitosan và nồng độ, được thể hiện trên
Hình 1. Hịa tan 0,25 gam CuSO4.5H2O
bằng nước cất thu được 40 mL dung dịch
CuSO4 nồng độ 0,025M, thêm 100 mL acid
acetic 0,1M chứa 1% chitosan theo khối
lượng, khuấy hỗn hợp trên trong vòng 20

phút bằng máy khuấy từ gia nhiệt. Cho 0,5
mL acid ascorbic 0,5M vào hỗn hợp phản
ứng, tiếp tục khuấy từ trong 20 phút. Nhỏ
0,5 mL NaBH4 0,4M vào hỗn hợp, tiếp tục
khuấy 5 phút, dung dịch chuyển sang màu
nâu đen. Tiếp tục khuấy từ 30 phút để phản
ứng xảy ra hồn tồn. Dung dịch đồng nano
hình thành được bảo quản trong điều kiện
nhiệt độ phòng, tránh tiếp xúc với khơng khí
cho các nghiên cứu tiếp theo.

35


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 71 (05/2020)

Hình 1. Sơ đồ quy trình chế tạo đồng nano
2.2.2. Đặc trưng đồng nano
Đồng nano sau khi chế tạo được đặc
trưng bằng phương pháp phổ UV-vis trên
thiết bị UV - DR 5000; phương pháp nhiễu
xạ tia X, sử dụng thiết bị đo XRD với bức
xạ CuKα (λ = 0,15406 nm), thế tăng tốc
40kV, 40mA, góc 2θ = 20° – 90°, tốc độ
qt 0,03°/s. Hình thái và kích thước hạt
được xác định bằng kính hiển vi điện tử
truyền qua (TEM) trên thiết bị JEM-1400.
2.2.3. Khảo sát hoạt tính kháng nấm mốc

Dung dịch keo đồng nano sau khi chế
tạo, được khảo sát hoạt tính kháng nấm
mốc Aspergillus Niger theo các bước sau:
a) Pha môi trường
Môi trường Crapek (môi trường đối
chứng):
Thành phần gồm Sucrose 15g, NaNO3
1,5g, K2HPO4 0,5g, KCl 0,25g, FeSO4.7H2O
0,05g, MgSO4.7H2O 0,25g, Agar 15g.
Cách pha: cân chính xác thành phần
của mơi trường, cho 200ml nước cất vào
cốc thủy tinh, sau đó thêm lần lượt NaNO3,

K2HPO4, KCl, FeSO4.7H2O, MgSO4.7H2O
và sucrose vào cốc rồi khuấy từ cho tới khi
tan hết. Tiếp đến, chuyển dung dịch vào
bình định mức rồi thêm nước để thu được
500 mL dung dịch. Đổ dung dịch ra lại cốc
thủy tinh rồi điều chỉnh pH = 6 bằng NaOH
1M hoặc HCl 1M, thêm agar và tiếp tục
khuấy từ trong khoảng 10 phút. Cuối cùng,
đổ môi trường vào 2 bình erlen dung tích
250 ml, đậy kín bằng bơng và bọc bên
ngồi bằng giấy để hấp vơ trùng.
Môi trường mẫu
Thành phần và cách pha tương tự như
môi trường đối chứng nhưng cho thêm
đồng nano vào dung dịch sau khi chỉnh pH
để được nồng độ đồng nano khoảng từ 20
ppm đến 100 ppm, đồng nano được thêm

vào dưới dạng dung dịch, nồng độ được
tính theo nồng độ ion Cu2+.
b) Hấp dụng cụ, môi trường
Dụng cụ và môi trường được hấp vô
trùng ở 121ºC trong 30 phút sử dụng nồi
hấp khử trùng Tomy Autoclave. Dụng cụ
36


PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

sau khi hấp vơ trùng được sấy ở nhiệt độ
120ºC.
c) Đổ môi trường
Pha từ từ dung dịch mơi trường mẫu
có chứa đồng nano và mơi trường đối
chứng vào các đĩa petri đã hấp vô trùng.
Giai đoạn này được tiến hành trong tủ cấy.
d) Nuôi cấy

Cấy nấm mốc Aspergillus Niger vào
môi trường mẫu và môi trường đối chứng.
Sau 5 ngày nuôi cấy, quan sát kết quả phát
triển nấm mốc trên môi trường mẫu và môi
trường đối chứng để đánh giá hiệu quả
kháng nấm của dung dịch keo đồng nano.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Sự hình thành keo đồng nano

Hình 2. Phổ UV-vis của dung dịch trước và sau phản ứng
Sự thay đổi màu sắc của dung dịch
phản ứng được thể hiện trên Hình 2. Trước
phản ứng, dung dịch có màu xanh dương,
là màu đặc trưng của ion Cu2+. Khi thêm
NaBH4 vào hệ phản ứng và khuấy đều,
dung dịch dần chuyển sang màu nâu đen, là
màu đặc trưng của dung dịch đồng nano
[3]. Phản ứng khử ion đồng Cu2+ bằng
NaBH4 diễn ra như sau [5]:
CuSO4 + 2 NaBH4 + 6 H2O → Cu +
2H3BO3 + 7H2 + Na2SO4
Usman và cộng sự đã chế tạo đồng
nano sử dụng chitosan làm chất ổn định
[6]. Kết quả dung dịch keo đồng nano thu

được cũng cho màu nâu đen đặc trưng,
tương tự như trong nghiên cứu của chúng
tôi.
Theo các nghiên cứu trước đây, đỉnh
hấp thụ gây ra do hiện tượng plasmom của
dung dịch keo đồng nano được ghi nhận
trên phổ UV-vis trong khoảng bước sóng
từ 500 – 600 nm [1], [7]. Hình 2 cho thấy
trước phản ứng, khi vừa thêm NaBH4 vào
dung dịch, chưa quan sát rõ đỉnh hấp thụ ở
khoảng bước sóng trên. Sau phản ứng, xuất
hiện hấp thụ cực đại tại 579 nm là bước
sóng hấp thụ đặc trưng của dung dịch keo

đồng nano [3].
37


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 71 (05/2020)

Hình 3. Giản đồ XRD của chitosan và đồng nano ổn định bằng chitosan
Giản đồ XRD của chitosan và vật liệu
đồng nano ổn định bằng chitosan được thể
hiện lần lượt ở Hình 3a và Hình 3b. Hình
3a cho thấy các đỉnh nhiễu xạ ở 2θ = 9,26°
và 2θ = 19,82°, đây là hai đỉnh nhiễu xạ
đặc trưng của chitosan [3], [8]. Đối với
giản đồ nhiễu xạ của vật liệu đồng nano,
ngoài 2 đỉnh nhiễu xạ của chitosan cịn
quan sát được 3 đỉnh có cường độ nhiễu

xạ tương đối cao hoàn toàn trùng hợp với
đỉnh nhiễu xạ chuẩn của kim loại đồng tại
các góc 2θ = 43,35°; 2θ = 50,60° và 2θ =
74,17° tương ứng với các mặt (111), (200)
và (220) thuộc ô mạng Bravais trong cấu
trúc lập phương tâm diện của kim loại
đồng [3], [7].
3.2. Hình thái và kích thước hạt keo
đồng nano

Hình 4. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của các mẫu đồng nano

38


PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

Hình 4 mơ tả hình thái và kích thước
của những hạt đồng nano. Hình ảnh cho
thấy hạt có dạng hình cầu, phân bố khá
đồng đều, kính thước hạt từ 2 đến 10 nm,
đường kính trung bình vào khoảng 3,7 nm.
Như vậy, sự có mặt của chitosan đóng vai
trị là chất ổn định đã hạn chế được sự phát
triển mầm, do đó kích thước hạt thu được
tương đối nhỏ. Ngồi ra sự có mặt của
chitosan cịn được cho là tác nhân giảm
thiểu sự oxy hoá bề mặt, ngăn cản sự keo
tụ, làm bền cho hệ keo đồng nano [8].
Cơ chế ổn định keo đồng nano của
chitosan đã được một số tác giả đề cập [1],
[6], [8]. Theo đó, khi thêm Cu2+ vào dung
dịch chitosan, ion Cu2+ được gắn vào đại
phân tử chitosan bằng tương tác tĩnh điện.

Nguyên tử oxy giàu electron của nhóm
hydroxyl phân cực và của nhóm ether trong
phân tử chitosan tương tác với điện tích
dương của cation kim loại [9]. Nhờ đó,
chitosan đóng vai trị vừa như một chất

điều khiển sự tạo thành hạt nhân keo vừa
như là một chất ổn định [10]. Ngoài ra, nhờ
có nhóm amine và nhóm hydroxyl có ái lực
mạnh với ion kim loại, chitosan được gắn
với kim loại thông qua sự tạo phức bằng
cách chuyển electron. Theo cách đó, chúng
thúc đẩy sự tạo thành hạt nhân keo đồng.
Sự hình thành phức giữa chitosan và Cu2+
làm cho khả năng khử ion đồng cũng diễn
ra thuận lợi hơn [8].
3.3. Khả năng kháng nấm của đồng
nano ổn định bằng chitosan

Hình 5. Sự phát triển của nấm mốc Aspergillus niger sau 5 ngày cấy trên đĩa petri
được sự phát triển của nấm mốc. Từ kết quả
thí nghiệm có thể nhận thấy khả năng phát
triển của nấm mốc Aspergillus niger đã bị
ức chế gần như hoàn toàn ở nồng độ đồng
nano là 50 ppm. Pariona và cộng sự (2019)
đã tổng hợp đồng nano và khảo sát khả
năng ức chế một số loại nấm như Fusarium
solani, Neofusicoccum sp và Fusarium
oxysporum [11]. Kết quả cho thấy nồng độ
tối thiểu để cho hiệu quả ức chế hoàn toàn
các loại nấm trên là 750 ppm lớn hơn nhiều
so với nghiên cứu của chúng tơi. Ngun
nhân có thể là do đồng nano thu được trong
nghiên cứu của Parion là khoảng 8 nm, lớn

Hình 5 là kết quả thử nghiệm hoạt tính

diệt nấm mốc Aspergillus niger với các
mẫu của đồng nano được ổn định bằng
chitosan có nồng độ khác nhau. Sau 5 ngày
nuôi cấy mẫu, kết quả cho thấy đối với mẫu
đối chứng - khơng có đồng nano, nấm phát
triển rất mạnh. Đối với các mẫu có chứa
đồng nano khả năng phát triển của nấm
mốc bị ức chế đáng kể sau 5 ngày nuôi cấy.
Ở mẫu chứa đồng nano nồng độ 25 ppm
nấm mốc phát triển tương đối yếu sau 5
ngày ni cấy so với mẫu đối chứng. Trong
khi đó, các mẫu có đồng nano ở nồng độ 50
ppm và 100 ppm gần như không quan sát
39


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 71 (05/2020)

hơn so với trong nghiên cứu của chúng tơi.
Ngồi ra, sự khác biệt về các chủng nấm
trong nghiên cứu của chúng tôi (Aspergillus
niger) cũng có thể là nguyên nhân làm
cho nồng độ ức chế nấm tối thiểu tương
đối nhỏ.
Nhìn chung khả năng kháng nấm và
kháng khuẩn của đồng nano phụ thuộc vào
nhiều yếu tố cho đến thời điểm này vẫn
còn là một chủ đề mở cần tiếp tục bàn luận,

đặc biệt khi chúng được ổn định bởi
chitosan là một tác nhân cũng có hiệu ứng
kháng khuẩn. Theo một số nghiên cứu gần
đây, đối với vật liệu đồng được ổng định
bằng chitosan, tốc độ khuếch tán của đồng
nano được phóng thích (release) khỏi mơi
trường chitosan là yếu tố quyết định đến
khả năng kháng khuẩn. Và vì vậy, cần chú
ý là khơng phải kích thước hạt nhỏ của vật
liệu sẽ cho hiệu quả kháng vi sinh vật tốt,
vì trong trường hợp đó, khả năng hạt được
bọc bởi một lớp polymer tương đối dày,
dẫn đến tốc độ phóng thích chậm và hiệu
quả kháng vi sinh vật trong trường hợp này
thường không cao. Usman và cộng sự
(2013) đã xem xét khả năng kháng khuẩn
của đồng nano được ổn định bằng chitosan
với các nồng độ khác nhau. Kết quả cho
thấy ở nồng độ chitosan 0,2% cho hiệu quả

kháng vi sinh vật tốt nhất mặc dù kích
thước hạt trung bình tương đối lớn hơn so
với khi đồng nano được ổn định bởi dung
dịch chitosan 0,5% [3]. Nhìn chung, hạt
nano khi được ổn định bởi các loại
polymer sinh học sẽ có thuận lợi trong việc
kéo dài thời gian phóng thích, cải tiến được
tính chất kháng vi sinh vật của chúng. Tuy
vậy, nồng độ chất ổn định tối ưu cho hoạt
động của các hạt nano vẫn là vấn đề cần

được nghiên cứu.
4. Kết luận
Đồng nano đã được chế tạo khá đơn
giản bằng phương pháp khử hoá học sử
dụng chitosan làm chất ổn định. Sự hình
thành pha đồng nano đã được xác định dựa
vào màu sắc đặc trưng và tín hiệu plasmom
trên phổ UV-vis. Kết quả cho thấy các hạt
đồng nano thu được có dạng hình cầu, kích
thước hạt khoảng 3,7 nm. Dung dịch keo
đồng nano thu được có khả năng ức chế tốt
sự phát triển của nấm mốc. Ở nồng độ lớn
hơn 50 ppm, đồng nano đã ức chế gần như
hoàn toàn sự phát triển của nấm mốc sau 5
ngày nuôi cấy. Với phương pháp chế tạo
đơn giản, sản phẩm có hoạt tính kháng nấm
cao, đồng nano rất có triển vọng để chế tạo
với quy mô lớn làm các chế phẩm kháng
nấm ứng dụng trong nông nghiệp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Tokarek. K, Hueso. J. L, Kuśtrowski. P, Stochel. G, Kyzioł. A, “Green Synthesis of
Chitosan-Stabilized Copper Nanoparticles”, European Journal of Inorganic
Chemistry, 2013 (28), 4940-4947, 2013.

[2]

Ponce. A. A, Klabunde. K. J, “Chemical and catalytic activity of copper

nanoparticles prepared via metal vapor synthesis”, Journal of Molecular Catalysis A:
Chemical, 225(1), 1-6, 2005.

[3]

Usman. M. S, El Zowalaty. M. E, Shameli. K, Zainuddin. N, Salama. M, Ibrahim. N.
A, “Synthesis, characterization, and antimicrobial properties of copper
nanoparticles”, International journal of nanomedicine, 8, 4467, 2013.
40


PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN

[4]

Raffi. M, Mehrwan. S, Bhatti. T. M, Akhter. J. I, Hameed. A, Yawar. W, Ul Hasan,
M. M, “Investigations into the antibacterial behavior of copper nanoparticles against
Escherichia coli”, Annals of microbiology, 60(1), 75-80, 2010.

[5]

De. S, Mandal. S, “Surfactant-assisted shape control of copper
nanostructures”. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering
Aspects, 421, 72-83, 2013.

[6]

Usman. M. S, Ibrahim. N. A, Shameli. K, Zainuddin. N, Yunus. W. M. Z. W,

“Copper nanoparticles mediated by chitosan: synthesis and characterization via
chemical methods”, Molecules, 17(12), 14928-14936, 2012.

[7]

Dang. T. M. D, Le. T. T. T, Fribourg-Blanc. E, Dang. M. C, “The influence of
solvents and surfactants on the preparation of copper nanoparticles by a chemical
reduction method”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and
Nanotechnology, 2(2), 025004, 2011.

[8]

Manikandan. A, Sathiyabama. M, “Green synthesis of copper-chitosan nanoparticles
and study of its antibacterial activity”, Journal of Nanomedicine &
Nanotechnology, 6(1), 1, 2015.

[9]

Zain. N. M, Stapley. A. G. F, Shama. G, “Green synthesis of silver and copper
nanoparticles using ascorbic acid
and chitosan for antimicrobial
applications”, Carbohydrate polymers, 112, 195-202, 2014.

[10] Muzzarelli. R. A, “Potential of chitin/chitosan-bearing materials for uranium
recovery: An interdisciplinary review”, Carbohydrate Polymers, 84(1), 54-63, 2011.
[11] Pariona. N, Mtz-Enriquez. A. I, Sánchez-Rangel. D, Carrión. G, Paraguay-Delgado.
F, Rosas-Saito. G, “Green-synthesized copper nanoparticles as a potential antifungal
against plant pathogens”, RSC advances, 9(33), 18835-18843, 2019.

Ngày nhận bài: 04/5/2020

Biên tập xong: 15/5/2020

41

Duyệt đăng: 20/5/2020