(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng

(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng(Luận văn thạc sĩ file word) Ảnh hưởng của vòng cyclodextrin trên hệ nanocomposite AgNPs cyclodextrin alginate và ứng dụng của chúng

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO

1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ nano

Khái niệm "nanomet" được Richard Zsigmondy, người đoạt giải Nobel Hóa học năm 1925, giới thiệu lần đầu Ông đã sử dụng thuật ngữ này để mô tả kích thước của các hạt, đồng thời là người đầu tiên thực hiện việc đo kích thước hạt keo vàng thông qua kính hiển vi.

Công nghệ nano hiện đại là đứa con tinh thần của Richard Feynman (1918 -

Năm 1988, nhà vật lý Richard Feynman, người đoạt giải Nobel Vật Lý năm 1965, đã có một bài thuyết trình ấn tượng tại cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tổ chức tại Caltech vào năm 1959.

"Có rất nhiều chỗ trống ở cấp vi mô" là câu nói nổi tiếng của Richard Feynman, người đã giới thiệu khái niệm can thiệp vào vật liệu ở cấp độ nguyên tử, mở ra những suy nghĩ mới về công nghệ Giả thuyết của ông đã được chứng minh là chính xác, và vì lý do này, ông được xem là cha đẻ của công nghệ nano hiện đại Đến năm 1974, Norio Taniguchi, một nhà khoa học Nhật Bản, đã lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ "công nghệ nano", định nghĩa nó là quá trình xử lý, tách, hợp nhất và biến dạng vật liệu ở cấp độ nguyên tử hoặc phân tử.

Thời kỳ vàng son của công nghệ nano bắt đầu vào những năm 1980 với sự khám phá các fullerene của Kroto, Smalley và Curl, là dạng phân tử lớn của carbon Năm 1986, Eric Drexler xuất bản cuốn sách “Những cổ máy sáng tạo: kỷ nguyên công nghệ nano đang tới,” giới thiệu viễn cảnh công nghệ nano phân tử Khoa học về công nghệ nano tiếp tục phát triển khi nhà khoa học Nhật Bản Iijima phát triển các ống nano cacbon.

Sự khởi đầu của thế kỷ 21 đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học nano và công nghệ nano Tại Hoa Kỳ, Feynman đã đóng góp quan trọng vào việc định hình các ưu tiên khoa học quốc gia thông qua khái niệm can thiệp vào vật liệu ở cấp độ nguyên tử Tổng thống Bill Clinton đã khuyến khích tài trợ cho nghiên cứu công nghệ mới này trong bài phát biểu tại Caltech vào ngày 21 tháng 1 năm 1999.

Năm 2002, Tổng thống George W Bush đã ký một đạo luật quan trọng về Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ nano thế kỷ 21, đánh dấu bước tiến trong việc đưa công nghệ nano trở thành một ưu tiên quốc gia.

Trong nửa thế kỷ qua, công nghệ nano đã trở thành nền tảng cho nhiều ứng dụng công nghiệp quan trọng, với sự phát triển nhanh chóng Trong lĩnh vực dược phẩm, công nghệ này đã tạo ra những đột phá trong thiết bị y tế, bao gồm cảm biến chẩn đoán sinh học, hệ thống phân phối thuốc và đầu dò hình ảnh Bên cạnh đó, ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm cũng ghi nhận sự gia tăng đáng kể trong việc ứng dụng vật liệu nano nhằm cải tiến quy trình sản xuất, bao bì, kéo dài tuổi thọ và nâng cao sinh khả dụng.

Công nghệ nano ngày nay ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống hàng ngày, mang lại nhiều lợi ích tiềm năng đa dạng Tuy nhiên, sự tiếp xúc rộng rãi với các hạt nano đã tạo ra những lo ngại về nguy cơ sức khỏe và môi trường Điều này đã dẫn đến sự phát triển của các ngành khoa học như độc tính vật liệu nano và công nghệ dược nano Các ứng dụng y tế của vật liệu nano bao gồm cải thiện phân phối thuốc, lớp phủ kháng khuẩn cho thiết bị y tế, giảm viêm và phát hiện tế bào ung thư Mặc dù vậy, sự thiếu hụt dữ liệu độc tính đáng tin cậy vẫn khiến khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người trở thành một mối quan tâm lớn.

1.1.2 Khái niệm công nghệ nano

Công nghệ nano là lĩnh vực chuyên về thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc và thiết bị ở quy mô nanomet (1 nm = 10 −9 m) Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano có thể không rõ ràng, nhưng cả hai đều tập trung vào vật liệu nano.

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano.

Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển sang tính chất lượng tử trong vật liệu vĩ mô, nơi có hàng triệu nguyên tử, cho phép các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa và thường có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên Tuy nhiên, ở các cấu trúc nano với số lượng nguyên tử ít hơn, các tính chất lượng tử trở nên rõ ràng hơn Chẳng hạn, một chấm lượng tử có thể được xem như một đại nguyên tử, với các mức năng lượng tương tự như một nguyên tử.

Khi vật liệu có kích thước nanomet, tỷ lệ nguyên tử trên bề mặt tăng lên đáng kể so với tổng số nguyên tử Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các hiệu ứng bề mặt, khiến tính chất của vật liệu ở kích thước nanomet trở nên khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.

Các vật liệu có giới hạn kích thước nhất định đối với các tính chất vật lý và hóa học của chúng Khi kích thước vật liệu nhỏ hơn giới hạn này, các tính chất của nó sẽ bị thay đổi hoàn toàn Kích thước này được gọi là kích thước tới hạn Vật liệu nano sở hữu những tính chất đặc biệt nhờ kích thước của chúng có thể so sánh với kích thước tới hạn của các tính chất vật liệu.

Khi kích thước của một kim loại giảm xuống dưới quãng đường tự do trung bình của điện tử, thường từ vài đến vài trăm nanomet, định luật Ohm không còn áp dụng Thay vào đó, điện trở của vật liệu nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử Tuy nhiên, không phải tất cả các vật liệu nano đều có tính chất khác biệt; điều này phụ thuộc vào tính chất cụ thể của vật liệu được nghiên cứu.

Các tính chất như điện, từ, quang và hóa học đều có độ dài tới hạn trong khoảng nanomet (nm), dẫn đến việc ngành khoa học và công nghệ liên quan được gọi là khoa học nano và công nghệ nano.

VẬT LIỆU NANO

1.2.1 Khái niệm vật liệu nano

Vật liệu nano là cầu nối giữa khoa học nano và công nghệ nano, với kích thước dao động từ vài nanomet đến vài trăm nanomet, tùy thuộc vào bản chất và tính chất của vật liệu được nghiên cứu.

Khoa học nano là lĩnh vực nghiên cứu các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử.

Công nghệ nano là lĩnh vực chuyên về thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống, với khả năng điều khiển hình dáng và kích thước ở quy mô nanomet.

Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng, v.v có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nm đến 100 nm.

1.2.2 Phân loại vật liệu nano

Vật liệu được phân chia thành ba trạng thái chính: rắn, lỏng và khí Hiện nay, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vật liệu nano, trong đó vật liệu rắn được ưu tiên hàng đầu, tiếp theo là chất lỏng và khí.

Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano.

Vật liệu nano một chiều là loại vật liệu có kích thước nano ở hai chiều, trong khi điện tử có khả năng tự do di chuyển theo một chiều duy nhất Các ví dụ điển hình của vật liệu này bao gồm dây nano và ống nano.

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.

Vật liệu nano hay nanocomposite bao gồm các thành phần có kích thước nanomet, với cấu trúc có thể là không chiều, một chiều hoặc hai chiều, tạo thành sự đan xen giữa các yếu tố khác nhau.

Về tính chất vật liệu được phân loại thành:

- Vật liệu nano kim loại.

- Vật liệu nano bán dẫn.

- Vật liệu nano từ tính.

- Vật liệu nano sinh học.

HẠT NANO KIM LOẠI

1.3.1 Khái niệm hạt nano kim loại

Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano từ 1 nanomet đến 100 nanomet được tạo thành từ các kim loại.

1.3.2 Tính chất hạt nano kim loại

Một trong những đặc điểm nổi bật của nano kim loại là màu sắc của hạt nano phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của chúng Chẳng hạn, ánh sáng phản xạ từ bề mặt vàng ở dạng khối có màu vàng, nhưng khi kích thước hạt thay đổi, ánh sáng truyền qua có thể chuyển sang màu xanh nước biển hoặc màu da cam Hiện tượng thay đổi màu sắc này xảy ra do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, và chỉ các hạt nano kim loại với các điện tử tự do mới có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, tạo ra hiện tượng quang học đặc trưng.

Hạt nano bạc không chỉ có tính chất đặc biệt mà còn được biết đến với khả năng diệt khuẩn hiệu quả Từ hàng ngàn năm trước, việc sử dụng bình bạc để bảo quản sữa đã cho thấy khả năng giữ cho sữa lâu hỏng Nguyên nhân của hiện tượng này hiện nay được lý giải là do bạc tác động lên enzym liên quan đến quá trình hô hấp của các sinh vật đơn bào.

1.3.3 Các phương pháp chế tạo hạt nano

Có nhiều phương pháp nghiên cứu đã được công bố để tổng hợp nano kim loại, được chia thành hai loại chính: phương pháp đi từ trên xuống và phương pháp đi từ dưới lên.

Phương pháp từ trên xuống để tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu bao gồm các quá trình vật lý như nghiền và biến dạng, giúp chuyển đổi vật liệu thể khối thành hạt nano Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tiết kiệm chi phí và hiệu quả cao, phù hợp cho nhiều loại vật liệu với kích thước lớn Tuy nhiên, nó cũng đòi hỏi nhiều năng lượng và thiết bị phức tạp, đồng thời tính đồng nhất của hạt nano không cao.

Phương pháp nghiền là quá trình mà vật liệu dạng bột được trộn với các viên bi cứng trong một cái cối, có thể là máy nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay Các viên bi va chạm, làm giảm kích thước bột xuống cấp độ nano, tạo ra vật liệu nano không chiều, hay còn gọi là các hạt nano.

Phương pháp biến dạng, sử dụng các kỹ thuật đặc biệt, cho phép tạo ra sự biến dạng lớn mà không làm hỏng vật liệu, thường được gọi là các phương pháp SPD Nhiệt độ trong quá trình gia công có thể được điều chỉnh tùy theo từng trường hợp; nếu nhiệt độ gia công vượt quá nhiệt độ kết tinh lại, quá trình này được gọi là biến dạng nóng, ngược lại, nếu thấp hơn, thì được gọi là biến dạng nguội Kết quả của quá trình này là tạo ra các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có độ dày nanomet).

Phương pháp từ dưới lên tổng hợp hạt nano từ ion hoặc nguyên tử kim loại thông qua phản ứng hóa học, bức xạ và sinh học mang lại hiệu quả cao nhờ tạo ra hạt nano đồng nhất, kích thước nhỏ và đồng đều Dù thiết bị chế tạo đơn giản, phương pháp này lại có hạn chế trong việc sản xuất chỉ một lượng nhỏ hạt nano.

Phương pháp bức xạ sử dụng các loại bức xạ như tử ngoại, khả kiến, vi sóng và bức xạ gamma để khử ion về nguyên tử Mặc dù phương pháp này mang lại hiệu suất tổng hợp cao, nhưng nó cũng yêu cầu đầu tư vào thiết bị đắt tiền.

- Phương pháp khử hóa học là phương pháp sử dụng một chất khử để khử

Au 3+ trong muối vàng thành nguyên tử Au 0

Phương pháp sinh học sử dụng vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men và thực vật để khử ion kim loại, trong đó vi khuẩn được cấy vào dung dịch chứa ion bạc để tạo ra hạt nano bạc Phương pháp này không chỉ đơn giản và thân thiện với môi trường mà còn có khả năng sản xuất hạt với số lượng lớn.

HẠT NANO BẠC

1.4.1 Giới thiệu về kim loại bạc

Trong nhiều thế kỷ, bạc đã được sử dụng để điều trị bỏng và các vết thương mạn tính cũng như diệt khuẩn có trong nước [15].

Bạc đã tồn tại từ thời tiền sử, với các đống xỉ chứa bạc được phát hiện ở Tiểu Á và các đảo thuộc biển Aegean, chứng minh rằng bạc đã được tách ra khỏi chì từ thiên niên kỷ thứ 4 TCN Trong suốt hàng nghìn năm, bạc không chỉ được sử dụng để trang trí và làm đồ dùng gia đình mà còn đóng vai trò quan trọng trong thương mại và làm nền tảng cho nhiều hệ thống tiền tệ Bạc từng được coi là kim loại quý thứ hai chỉ sau vàng.

Một số tính chất vật lý của bạc:

- Độ cứng (so với độ cứng của kim cương bằng 10): 2.7.

- Độ dẫn điện (so với Hg = 1): 59.

- Độ dẫn nhiệt (so với Hg = 1): 49.

Bạc là kim loại chuyển tiếp màu trắng, mềm và dễ uốn, nổi bật với khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất trong tất cả các kim loại Mặc dù có tính dẫn điện vượt trội, bạc ít được sử dụng trong ngành công nghiệp điện do giá thành cao Thay vào đó, bạc thường được dùng để đúc tiền, tráng gương và làm đồ trang sức Kim loại này xuất hiện tự nhiên dưới dạng nguyên chất, hợp kim với vàng và các kim loại khác, cũng như trong các khoáng vật như argentit và chlorargyrit.

1.4.2 Giới thiệu về hạt nano bạc

Nano bạc là một trong những vật liệu nano phổ biến nhất, với sản lượng lên tới năm trăm tấn hạt nano bạc mỗi năm và dự báo sẽ tiếp tục tăng trưởng trong những năm tới.

Nồng độ AgNO3 ảnh hưởng đến kích thước của nano bạc, với kích thước dao động từ 0.1 đến 100 nm và màu sắc từ vàng đến nâu đen trong dung dịch keo Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của nano bạc là nguyên nhân chính tạo ra sự thay đổi màu sắc này.

Nano bạc có diện tích bề mặt riêng lớn, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với bạc kích thước lớn Nó ổn định ở nhiệt độ cao, có chi phí sản xuất thấp, và sở hữu tính năng kháng khuẩn, kháng nấm, cũng như khả năng khử mùi hiệu quả Đặc biệt, nano bạc an toàn cho sức khỏe con người và động vật khi sử dụng ở liều lượng kháng khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm).

1.4.3 Ứng dụng của hạt nano bạc

Hạt nano bạc đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu xúc tác, tăng cường bề mặt và quang phổ Raman, đồng thời có ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực y sinh học.

Nano bạc đóng vai trò quan trọng trong công nghệ phát hiện sinh học phân tử nhờ vào độ nhạy cao và khả năng xúc tác Nó được sử dụng rộng rãi trong cảm biến sinh học và thuốc, với khả năng ức chế và tiêu diệt vi khuẩn mạnh mẽ, cũng như có hoạt động chống nấm và chống viêm hiệu quả.

Nano bạc được ứng dụng trong việc tẩm băng, gạc để ngăn ngừa nhiễm trùng, chế tạo khẩu trang diệt khuẩn và sản xuất nước rửa tay khô Ngoài ra, nano bạc còn được kết hợp với dịch chiết từ thảo dược để tạo ra các sản phẩm diệt khuẩn an toàn và hiệu quả.

Sơn kháng khuẩn được chế tạo bằng cách trộn bột nano bạc với sơn, giúp phủ lên các bề mặt như phím điện thoại di động, tường nhà và những khu vực cần bảo vệ Với khả năng kháng khuẩn vượt trội, nano bạc không chỉ ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn mà còn tiêu diệt nấm mốc, từ đó nâng cao tính thẩm mỹ và kéo dài tuổi thọ của công trình.

Nano bạc được ứng dụng trong mỹ phẩm, bao gồm gel, thuốc mỡ và bông phấn, với nghiên cứu nhằm phát triển sản phẩm khử mùi có khả năng kháng khuẩn lâu dài Công nghệ này đang được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm làm đẹp của các thương hiệu như Nano Cyclic (Mỹ), Nanopoly và Nanogist Co Ltd (Hàn Quốc).

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO NANO BẠC

Các phương pháp mới trong việc chế tạo hạt nano kim loại quý như bạc và vàng đang được chú trọng, nhờ vào đặc tính quang học phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của chúng.

Nhu cầu phát triển hạt nano thân thiện với môi trường ngày càng tăng, đặc biệt thông qua các phương pháp tổng hợp không sử dụng hóa chất độc hại Mặc dù nhiều phương pháp hiện tại vẫn dựa vào hóa chất độc hại, chuyển đổi vật liệu thấp và yêu cầu năng lượng cao, nhưng trong thập kỷ qua, tổng hợp xanh đã thu hút sự chú ý đáng kể Phương pháp tổng hợp xanh không chỉ hiệu quả và thân thiện với môi trường, mà còn dễ thực hiện và loại bỏ hoàn toàn hóa chất độc hại.

Nano bạc đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, dẫn đến việc nghiên cứu nhiều kỹ thuật tổng hợp các hạt nano bạc Một số phương pháp phổ biến bao gồm khử hóa học, khử điện hóa, bức xạ tia gamma, chiếu xạ tia cực tím, phương pháp siêu âm và phương pháp vi sóng.

Mặc dù hạt nano bạc và vàng được coi là tương thích sinh học, nhưng các phương pháp tổng hợp hóa học có thể để lại hóa chất độc hại trên bề mặt, gây ra tác động tiêu cực trong ứng dụng y học.

Tổng hợp hạt nano thông qua vi sinh vật hoặc thực vật có thể cải thiện tính tương thích sinh học của chúng Các nhà nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng hệ thống sinh học như nấm men, nấm và vi khuẩn Gần đây, sự quan tâm đặc biệt đã được dành cho tổng hợp sinh học hạt nano qua trung gian thực vật nhờ vào quy trình đơn giản và thân thiện, giúp loại bỏ nhu cầu duy trì vi khuẩn.

HỆ NANOCOMPOSITE KIM LOẠI

Kim loại kích thước nano gắn trên nền nanocomposite mang kép là vật liệu vượt trội nhờ cấu trúc đặc biệt, trong đó polymer giữ vai trò bao bọc và ổn định hạt kim loại Có hai phương pháp chế tạo nanocomposite polymer/kim loại: in-situ và ex-situ.

Phương pháp in-situ là kỹ thuật phân tán các ion kim loại vào mạng lưới polymer, sau đó khử chúng bằng hóa chất, nhiệt hoặc bức xạ để tạo ra hạt nano Ngoài ra, các hạt nano kim loại cũng có thể được phân tán trong dung dịch monome, tiếp theo là quá trình trùng hợp để hình thành polymer chứa hạt nano kim loại Phương pháp này mang lại sản phẩm nanocomposite với cấu trúc phân tán đồng đều.

Phương pháp ex-situ bắt đầu bằng việc chế tạo nano kim loại và thụ động hóa hữu cơ để ngăn chặn sự kết tụ do năng lượng bề mặt lớn Tiếp theo, các hạt nano kim loại được phân tán vào dung dịch polymer thông qua quá trình khuấy trộn cơ học hoặc siêu âm Tuy nhiên, phương pháp này gặp khó khăn trong việc đạt được độ phân tán đồng đều của vật liệu.

Phương pháp in-situ ngày càng trở nên phổ biến nhờ khả năng phân tán nano kim loại trong polymer tốt hơn và tạo ra nanocomposite ổn định hơn Trong lĩnh vực công nghệ y sinh dược học, nanocomposite polymer/kim loại được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống dẫn truyền thuốc, cảm biến sinh học, cũng như trong việc làm giàu và phân tách trong thử nghiệm miễn dịch.

KHÁI QUÁT VỀ CÁC CYCLODEXTRIN

Cyclodextrin (CD) là các oligosaccharid mạch vòng, bao gồm sáu, bảy, hoặc tám đơn vị glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4 glycosyl Các CD tự nhiên có dạng bột kết tinh màu trắng, với bề mặt ưa nước nhờ vào các nhóm hydroxyl bên ngoài, trong khi khoang bên trong lại kỵ nước Khoang kị nước ổn định này có khả năng làm chất mang, bao bọc các phân tử khác, từ đó có tiềm năng trong việc thay đổi hoặc cải thiện các đặc tính lý hóa và sinh học của các phân tử đó.

Bảng 1.1 Một số thuộc tính của các cyclodextrin [36]

Trạng thái α-CD β-CD γ-CD

Khối lượng phân tử (g/mol) 972 1135 1297 Độ hòa tan trong nước ở 25 o C (mg/mL) 145 18.5 232 Đường kính ngoài (nm) 1.46 1.54 1.75 Đường kính trong (nm) 0.47 - 0.53 0.6 - 0.65 0.75 – 0.83

So với α-CD và β-CD thì γ-CD khả năng hòa tan trong nước cao nhất Hiện nay

-CD được sử dụng nhiều nhất do có tính hữu ích và giá thành rẻ hơn các dạng α-CD và

-CD Beta cyclodextrin chiếm khoảng 70% sản lượng CDs toàn cầu trong khi α-CD chiếm khoảng 15% và γ-CD khoảng 5% [37].

Hình 1.1 Cấu tạo của α-Cyclodextrin, β-Cyclodextrin và -Cyclodextrin

Một số ứng dụng của các cyclodextrin:

Các α-CD có khoang bên trong nhỏ nhất và khả năng chống thủy phân bằng enzym cao nhất, khiến chúng trở thành chất ổn định lý tưởng cho hương vị, màu sắc và chất tạo ngọt trong ngành công nghiệp thực phẩm Chúng đặc biệt hòa tan tốt trong nước với các acid béo và một số vitamin, đồng thời được sử dụng như chất điều chỉnh hương vị trong sữa đậu nành và chất hấp thụ trong các sản phẩm bánh kẹo Nghiên cứu cho thấy rằng một số phân tử gắn kết với α-CD tương thích tốt hơn so với β-CD hoặc γ-CD nhờ vào kích thước khoang bên trong nhỏ hơn.

Các β-CD tự nhiên là loại cyclodextrin phổ biến nhất trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, nhờ vào khả năng ổn định và kiểm soát sự bay hơi của các sản phẩm như nước hoa và sữa tắm Chúng cũng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm khác, bao gồm kem đánh răng, kem dưỡng da, kem chống nắng, chất làm mềm vải, khăn giấy và sản phẩm khử mùi dưới cánh tay.

Trong ngành thực phẩm, β-CD được sử dụng như một chất hỗ trợ để loại bỏ cholesterol từ các sản phẩm như sữa, bơ và trứng, nhằm sản xuất các sản phẩm từ sữa ít cholesterol Ngoài ra, β-CD còn giúp cải thiện hương vị và nâng cao khả năng bảo quản của sản phẩm, kéo dài thời gian sử dụng hiệu quả hơn.

Trong ngành dược phẩm, β-CD có khả năng cải thiện độ hòa tan trong nước của các chất ít tan, từ đó nâng cao hiệu quả dược lý của thuốc Ngoài ra, β-CD còn giúp giảm vị đắng và mùi khó chịu của các chế phẩm thuốc.

Trong nông nghiệp, việc sử dụng β-CD để tạo phức với các hóa chất như thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu và chất điều hòa sinh trưởng có thể làm chậm quá trình nảy mầm của hạt giống Mặc dù cây phát triển chậm hơn ban đầu, nhưng sự phát triển sau đó được cải thiện, mang lại năng suất thu hoạch cao hơn từ 20% đến 45%.

Trong công nghiệp thực phẩm, γ-CD có thể được sử dụng như một chất mang và ổn định hương vị, màu sắc và vitamin tan trong dầu.

Trong y học, γ-CD đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ ổn định và kéo dài thời hạn sử dụng của thuốc Nó được sử dụng làm tá dược trong các sản phẩm bôi ngoài da, thuốc uống và tiêm.

CD còn là chất hòa tan mà không làm thay đổi các đặc tính hóa lý và sinh học của thuốc.

KHÁI QUÁT VỀ ALGINATE

Sodium alginate (C6H7O6Na)n là một polysaccharide được hình thành từ hai loại phân tử β-D-mannuronate (M) và α-L-guluronate (G) thông qua liên kết 1-4 glucoside, với ba loại cấu trúc có thể gặp: polyM (M-M-M-M), polyG (G-G-G-G) và polyGM (G-M-G-M) Chất này có khả năng phân hủy sinh học, an toàn cho người và động vật, và có khả năng tạo gel hoặc màng Phương pháp phổ biến để tạo gel alginate là sử dụng liên kết ngang ion với cation hóa trị hai, thường là Ca 2+ Nhờ tính tương thích sinh học, dễ sử dụng, không độc hại và chi phí thấp, sodium alginate có thể hoạt động như một chất ổn định dạng keo, giúp duy trì sự đồng nhất của các hạt nano kim loại và ngăn chặn sự kết tụ của chúng.

Hình 1.2 Cấu tạo của sodium alginate [44]

 Một số ứng dụng của sodium alginate

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, alginat đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định và cải thiện khả năng phân tán của các hỗn hợp, tạo nhũ tương, tăng độ nhớt và hình thành gel cho sản phẩm như mứt và thạch Ngoài ra, alginat còn giúp làm xốp cho bánh mì, tăng nhiệt độ nóng chảy của chocolate và các sản phẩm ngọt, từ đó nâng cao độ bền và chống dính Hơn nữa, alginat cũng được sử dụng trong bảo quản thực phẩm đông lạnh, ngăn chặn vi khuẩn xâm nhập và duy trì độ ẩm trong sản phẩm lâu hơn.

Trong ngành dệt may, alginate đóng vai trò là chất phụ gia cho thuốc nhuộm, giúp tăng cường độ sáng và độ bền của sợi vải Việc sử dụng một lượng nhỏ alginate có thể thay thế một khối lượng lớn tinh bột trong quá trình quay sợi, mang lại hiệu quả kinh tế và chất lượng cao cho sản phẩm.

Alginate, trong y học, thường được sử dụng dưới dạng hydrogel trong các ứng dụng y sinh học như chữa lành vết thương, phân phối thuốc và kỹ thuật mô Ngoài ra, trong công nghệ bào chế thuốc, alginate đóng vai trò là chất ổn định, nhũ tương hóa và tạo đặc cho dung dịch, cũng như làm vỏ bọc thuốc.

KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA NANO BẠC

Gần đây, hạt nano kim loại đã thu hút sự chú ý đáng kể trong nghiên cứu nhờ tiềm năng to lớn của chúng trong vai trò chất xúc tác.

Chất thải từ thuốc nhuộm màu công nghiệp là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước Nano bạc đã chứng minh hiệu quả trong việc xử lý các loại thuốc nhuộm ô nhiễm nhờ vào diện tích bề mặt lớn và chi phí hợp lý Nghiên cứu cho thấy hoạt tính xúc tác của nano bạc có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như cấu trúc tinh thể, hình thái, kích thước, hình dạng và đặc tính của chất mang.

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của methyl orange

Methyl orange là một chất chỉ thị màu phổ biến trong nhiều lĩnh vực phân tích, bao gồm phòng thí nghiệm, dệt may, in ấn và sản xuất giấy Tuy nhiên, methyl orange có tính độc hại và gây nguy hiểm cho môi trường nước.

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của rhodamine B

Rhodamine B được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dệt may với các mục đích khác nhau và trở thành một chất ô nhiễm nguy hiểm.

Tiếp xúc với Rhodamine B có thể gây dị ứng, dẫn đến mẩn ngứa da, mắt và ảnh hưởng đến đường hô hấp như ho, ngứa cổ và khó thở Do đó, các hạt nano kim loại như vàng, bạc và palladium được lựa chọn làm chất xúc tác hiệu quả để phân huỷ loại thuốc nhuộm hữu cơ này.

4-Nitrophenol (còn được gọi là p-nitrophenol hoặc 4-hydroxynitrobenzen) là một hợp chất phenolic có nhóm nitro ở vị trí đối diện của nhóm hydroxyl trên vòng benzen.

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của 4-nitrophenol

Trong những năm gần đây, hợp chất nitro thơm đã trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, được sử dụng trong sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc nhuộm, chất làm dẻo, thuốc diệt nấm và thuốc nổ Tuy nhiên, những hợp chất này có thể gây ra nguy hiểm nghiêm trọng khi thải ra môi trường Đặc biệt, 4-nitrophenol đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) xác định là chất ô nhiễm ưu tiên do tính hòa tan và ổn định cao trong nước, cũng như khả năng tồn tại lâu dài mà không bị phân hủy, dẫn đến sự tích tụ trong đất sâu.

4-nitrophenol là một hợp chất độc hại, khó phân hủy sinh học, có khả năng gây tổn thương cho hệ thần kinh trung ương, gan, thận và máu của cả người và động vật Hợp chất này còn có thể làm hỏng ty thể và ức chế quá trình chuyển hóa năng lượng trong cơ thể.

Việc khử hoặc chuyển đổi 4-NP rất quan trọng cho môi trường và công nghiệp Hạt nano kim loại, đặc biệt là AgNPs và AuNPs, đã thu hút sự chú ý lớn nhờ vai trò xúc tác trong việc khử và phân hủy thuốc nhuộm Các kim loại quý này có nhiều ứng dụng tiềm năng và hiệu quả về chi phí AgNPs đã được ứng dụng rộng rãi trong xúc tác các phản ứng như oxy hóa ethylene thành ethylene oxide và methanol thành formaldehyde.

Nano bạc có khả năng xúc tác hiệu quả, ổn định, dễ chuẩn bị và thân thiện với môi trường, mang lại hiệu quả chi phí cao, mở ra tiềm năng cho các ứng dụng công nghiệp Quá trình khử với sự tham gia của các hạt nano kim loại và NaBH4 là một kỹ thuật mới, nhanh chóng trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nguồn nước Phương pháp này nổi bật với khả năng xác định 4-nitrophenol đã được khử thành 4-aminophenol bằng mắt thường thông qua sự thay đổi màu sắc của dung dịch từ vàng sang không màu.

Nano kim loại có khả năng phản ứng vượt trội hơn so với kim loại hạt tương ứng nhờ kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn Trong số các loại nano kim loại, nano bạc và nano vàng nổi bật với tính ổn định, khả năng dẫn điện tốt, hoạt tính xúc tác cao cùng với đặc tính kháng khuẩn, chống virus và kháng nấm.

TỔNG QUAN VỀ NGƯU BÀNG

• Họ: Cúc (Asterraceae hay Compositae)

1.10.1.Đặc điểm của ngưu bàng

Tên khoa học: Arctium lappa Linn

Tên gọi khác: đại đao, ác thực, hắc phong, thử niêm.

Cây ngưu bàng, hay còn gọi là burdock trong tiếng Anh và củ gobo trong tiếng Nhật, là một loại cây thân thảo sống hàng năm, cao từ 1 đến 1,5 mét Cây lưu trữ hầu hết các chất dinh dưỡng trong năm đầu tiên, với các cành phân nhánh ở phía trên Lá cây có hình trái xoan, mọc thành hoa thị ở gốc và so le trên thân, có phiến lá rộng từ 40 đến 50 cm, đầu lá tù hoặc nhọn, cuống lá dài và mặt dưới lá phủ nhiều lông trắng Hoa của cây ngưu bàng có hình đầu, mọc ở đầu cành với đường kính từ 2 đến 4 cm và cánh hoa màu tím nhạt Quả của cây nhỏ, có màu xám nâu.

Củ ngưu bàng là một loại thảo dược quý với nhiều công dụng cho sức khỏe Củ có hương vị đặc trưng, từ nhạt đến ngọt và hơi hăng, tùy thuộc vào độ tuổi và chất lượng Một vị đắng nhẹ cũng tồn tại trong củ, nhưng thường khó nhận ra Mùi vị ngon nhất được cho là nằm ngay dưới lớp vỏ Củ ngưu bàng còn non có độ mềm mại cao, dễ gãy khi uốn cong, mềm hơn cả củ cà rốt Ngược lại, củ già có lớp vỏ mỏng, hơi khô và có mùi đất đặc trưng.

Trong thập kỷ qua, các kỹ thuật phân tích hiện đại đã giúp xác định nhiều thành phần chính của cây ngưu bàng, bao gồm tannin, arctigenin, arctiin, acid caffeic, acid chlorogenic, inulin, sitosterol-beta-D-glucopyranoside và diarctigenin Bên cạnh đó, cây ngưu bàng còn chứa nhiều chất dinh dưỡng thiết yếu như acid amin, với tỷ lệ aspartic acid từ 25–28% và arginine từ 18–20%, cùng với các vitamin B1, B2, C và A.

1.10.3.Tác dụng dược lý và công dụng

Cây ngưu bàng sở hữu nhiều hoạt tính sinh học quan trọng, bao gồm khả năng kháng viêm, chống ung thư, kiểm soát tiểu đường và kháng virus, góp phần vào các ứng dụng dược lý hiệu quả.

Diarctigenin và arctigenin, có mặt trong hạt, củ và lá của cây ngưu bàng, đã được chứng minh có tác dụng điều trị hiệu quả các bệnh viêm như viêm khớp dạng thấp, viêm mãn tính và xơ vữa động mạch.

- Hoạt động chống ung thư

Bảo vệ tế bào khỏi độc tố giúp giảm nguy cơ hình thành khối u và ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư Các flavonoid và polyphenol trong củ cây ngưu bàng có thể góp phần ức chế di căn ung thư.

- Hoạt tính chống bệnh tiểu đường

Nghiên cứu cho thấy củ và quả của cây ngưu bàng có khả năng hạ đường huyết hiệu quả Trong đó, Sitosterol-beta-Dglucopyranoside được xem là hoạt chất mạnh mẽ nhất, có tác dụng ức chế glycosidase, hứa hẹn tiềm năng trong điều trị tiểu đường và bệnh béo phì.

Các thành phần phenolic như acid caffeic và acid chlorogenic có trong củ ngưu bàng có tác dụng ức chế mạnh lên herpesvirus (HSV-1, HSV-2) và adenovirus (ADV-3, ADV-11) [60].

Củ ngưu bàng không chỉ giúp thanh lọc cơ thể mà còn bồi bổ sức khỏe, phòng chống các bệnh mãn tính và tăng cường sức đề kháng Ngoài ra, nó còn hỗ trợ cải thiện chất lượng giấc ngủ, giúp ăn ngon miệng và giảm đường huyết hiệu quả.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.1 Tổng hợp hệ nanocomposite bạc

Khảo sát các điều kiện tối ưu để tổng hợp nanocomposite bạc:

- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến tỉ lệ khối lượng hệ gel lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc

- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến nhiệt độ phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.

- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến thời gian phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.

2.1.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

Phổ hấp thụ UV-Vis là quá trình chuyển dịch điện tử trong phân tử từ trạng thái năng lượng cơ bản lên trạng thái năng lượng kích thích, với sự khác biệt về độ lớn của năng lượng hấp thụ.

Vùng sóng tử ngoại (UV) nằm trong khoảng 200 – 400 nm, trong khi vùng khả kiến (Vis) có khoảng 400 – 800 nm Khi các bức xạ điện từ tương tác với các phân tử có cấu trúc khác nhau, chúng sẽ hấp thụ và phát xạ năng lượng theo cách khác nhau Kết quả của quá trình này tạo ra phổ, từ đó có thể xác định cấu trúc phân tử một cách ngược lại.

Phương pháp này dựa trên định luật Lambert - Beer, cho thấy rằng độ hấp thụ mật độ quang (A) liên quan trực tiếp đến bản chất của vật chất, độ dày của môi trường truyền ánh sáng và nồng độ của dung dịch.

Trong đó: A: mật độ quang (độ hấp thụ) ε: hệ số hấp thụ phân tử l: độ dày của cuvet đựng dung dich (cm)

Khi tia đơn sắc chiếu vào dung dịch, giá trị mật độ quang đo đạt mức tối đa, dẫn đến kết quả phân tích có độ nhạy và độ chính xác cao nhất.

Dựa trên kết quả cường độ hấp thụ và bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) của dung dịch nanocomposite bạc trong khoảng từ 200-800 nm, có thể dự đoán sự thay đổi về kích thước và hình dạng của nanocomposite bạc.

2.1.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua là thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc của vật rắn, hoạt động bằng cách chiếu chùm electron có năng lượng cao qua mẫu vật mỏng Thiết bị sử dụng thấu kính từ để tạo ra hình ảnh với độ phóng đại lớn, có thể lên tới hàng triệu lần Hình ảnh thu được có thể hiển thị trên màn huỳnh quang, film quang học, hoặc được ghi nhận bằng máy chụp kỹ thuật số.

Hạt nanocomposite bạc đã được phân tích về sự phân bố, hình dạng và kích thước thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua JEM-1400 với điện thế gia tốc 100kV.

2.1.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM)

Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) là một công cụ mạnh mẽ cho phép quan sát vi cấu trúc của vật rắn với độ phân giải cực cao, đủ để phân tích sự tương phản của các lớp nguyên tử trong cấu trúc tinh thể HRTEM, như Tecnai G2 20 S-TWIN, FEI, hoạt động ở thế gia tốc 200 kV, giúp nghiên cứu cấu trúc tinh thể ở cấp độ nguyên tử một cách chi tiết.

2.1.5 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)

Phổ hồng ngoại là sự hấp thụ năng lượng quay và dao động của các phân tử Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài, chúng có thể trải qua quá trình quay, dao động hoặc cả hai cùng một lúc Để kích thích quá trình này, tia sáng vùng hồng ngoại được sử dụng.

Các chất hữu cơ hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở ngững tần số trong vùng từ 10000 đến 100cm -1 và biến thành năng lượng của dao động phân tử.

Sự hấp thụ trong phổ hồng ngoại được ứng dụng để phân tích cấu trúc hợp chất trong khoảng 4000 đến 600 cm -1 Để nghiên cứu các nhóm chức có tác dụng khử và ổn định hạt nano, các mẫu nano blank và nanocomposite bạc đã được sấy khô và dịch chiết củ ngưu bàng sau khi cô quay để loại bỏ nước Phân tích được thực hiện bằng bức xạ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) trên máy quang phổ Bruker, Tensor 27 FTIR (Đức) với vùng bước sóng từ 4000 đến 500 cm -1 và độ phân giải 0,5 cm -1, trong đó trục tung biểu thị cường độ hấp thụ qua độ truyền qua (%) và trục hoành biểu thị số sóng (cm -1).

2.1.6 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX hay EDS) là một kỹ thuật phân tích hóa học, cho phép xác định thành phần của vật rắn thông qua việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật khi tương tác với bức xạ Kỹ thuật này chủ yếu dựa vào sự tương tác của chùm điện tử có năng lượng cao trong kính hiển vi điện tử, giúp thu được ảnh vi cấu trúc của vật rắn.

Khi chùm điện tử năng lượng cao chiếu vào vật rắn, nó xuyên sâu vào nguyên tử và tương tác với các lớp điện tử bên trong, tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng cho từng nguyên tử của các chất có mặt Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn cung cấp thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu, cũng như tỷ lệ phần trăm của các nguyên tố này.

Mẫu rắn nano bạc được phân tích bằng máy EMAX ENERGY EX-400 của Horiba để đo EDX tại Phòng thí nghiệm siêu cấu trúc.

Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương.

2.1.7 Phương pháp phân tích nhiệt TG-DTA

Phân tích nhiệt trọng (TG) là một phương pháp phân tích quan trọng, ghi lại sự thay đổi khối lượng của mẫu theo nhiệt độ hoặc thời gian Phương pháp này cho phép theo dõi liên tục sự thay đổi khối lượng trong quá trình gia nhiệt hoặc làm lạnh, từ đó giúp phân tích định lượng các biến đổi vật lý và hóa học Những biến đổi này có thể bao gồm sự mất nước, phân hủy, oxy hóa, khử, cũng như các hiện tượng vật lý như thăng hoa, bay hơi, hấp thụ và khử hấp thụ.

Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là một kỹ thuật quan trọng trong việc đo lường sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu thử và mẫu chuẩn để xác định các biến đổi nhiệt diễn ra trong quá trình gia nhiệt hoặc làm lạnh Kỹ thuật này sử dụng cặp nhiệt điện gắn tại tấm đế kim loại của giá đỡ mẫu để phát hiện và ghi lại sự chênh lệch nhiệt độ theo thời gian, từ đó tạo ra đường đặc trưng DTA, giúp khảo sát các phản ứng thu nhiệt và tỏa nhiệt của mẫu.

THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ NGUYÊN LIỆU

Sử dụng các thiết bị có sẵn tại các phòng thí nghiệm phòng Công nghệ Hóa dược, Viện Công nghệ Hóa học như sau:

- Cân phân tích vi lượng (Micro Balance).

- Máy khuấy từ gia nhiệt (Heating Magnetic Stirrer-VELP Scientifica).

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

- Máy cô quay (Heidolph, LABOROTA 4000eco, Đức).

- Bể rửa siêu âm (Ultrasonic Steri-Cleaner)

- Máy bơm lọc hút chân không

- Tủ sấy, tủ hút, tủ lạnh

- Pipet 1mL, 2mL, 5mL, 10mL.

- Bình cô quay 100 mL, 250 mL.

Ống sinh hàn, ống nhỏ giọt thủy tinh, phễu, giấy lọc, đĩa petri nhựa, muỗng kim loại, cá từ, nút cao su, giá đỡ, bóp cao su và chai bi chứa mẫu là những dụng cụ cần thiết trong phòng thí nghiệm Những thiết bị này hỗ trợ quá trình thí nghiệm và phân tích, giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong nghiên cứu khoa học.

Hóa chất sử dụng trong quy trình được mua từ Sigma-Aldrich Chemicals (St. Louis, MO, USA): Bạc nitrat (AgNO3).

Hóa chất Hungary: Alpha Cyclodextrin Hydrate, 98+%, Gamma Cyclodextrin Hóa chất Pháp: Beta Cyclodextrin

Hóa chất Trung Quốc: Sodium Alginate(Alg): (C6H7NaO6)n.

Hóa chất Netherlands: Calcium Axetate Hydrate, 99%: Ca(CH3COO)2.H2O Hóa chất Ấn Độ: 4-nitrophenol 99%, Methyl Orange 99%, Rhodamine B, 98%.

Củ ngưu bàng khô (Arctium lappa Linn) được mua tại công ty thực dưỡng Khai Minh (Thành phố Hồ Chí Minh).

Cách xử lý mẫu: xay nhỏ củ ngưu bàng khô.

THỰC NGHIỆM

 Chuẩn bị dịch chiết củ ngưu bàng: quy trình thực hiện theo Sơ đồ 2.1.

Cân 10g củ ngưu bàng khô đã xay nhỏ cho vào bình cầu 250mL, thêm 100mL nước cất hai lần và đun hồi lưu ở 100 oC trong một giờ với ống hồi lưu được làm lạnh liên tục để tăng hiệu suất chiết xuất Sau khi dung dịch nguội, tiến hành lọc hút chân không Dịch chiết thu được được bảo quản ở 4oC và sẽ được sử dụng làm chất khử AgNO3 cho các thí nghiệm tiếp theo.

Xay nhỏ Mẫu nguyên liệu

Nước cất hai lần Đun hồi lưu 1 giờ Lọc hút chân không Dịch chiết

Sơ đồ 2.1 Quy trình chiết xuất củ ngưu bàng

Hình 2.1 Hệ thống đun hồi lưu (A), lọc hút chân không (B) và dịch chiết củ ngưu bàng thu được (C)

 Pha dung dịch sodium alginate theo tỷ lệ 0.7g/100mL H2O

Cân 0.7 gam sodium alginate hòa tan vào 100 mL nước cất hai lần, khuấy từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ 1200 vòng/phút trong 60 phút, rồi siêu âm trong vòng 30 phút.

 Pha dung dịch calcium acetate hydrate theo tỷ lệ 0.65g/100mL H2O

Cân 0.65 gam calcium acetate hydrate hòa tan vào 100 mL nước cất hai lần, khuấy từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ 1200 vòng/phút trong 60 phút, siêu âm trong vòng 30 phút.

 Pha dung dịch AgNO3 theo tỷ lệ 0.625g/20mL H2O

Cân 0.625 gam AgNO3 hòa tan vào 20 mL nước cất hai lần, khuấy từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ 1200 vòng/phút trong 60 phút, rồi siêu âm trong vòng 30 phút.

 Pha dung dịch cyclodextrin theo tỷ lệ 0.16g/100mL H2O

Cân 0.16 gam cyclodextrin hòa tan vào 100 mL nước cất hai lần, khuấy từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ 1200 vòng/phút trong 60 phút, rồi đem đi đánh siêu âm trong vòng 30 phút.

 Tỉ lệ giữa các hóa chất sử dụng được dựa trên các khảo sát và chọn ra các tỉ lệ thích hợp sau:

 Tỉ lệ khối lượng giữa alginate : CD = 8 : 1

 Tỉ lệ khối lượng giữa alginate : calcium acetate hydrate = 4:1

 Nồng độ của AgNO3 là 5% so với tổng nồng độ của alginate và CD

 Tất cả đều sử dụng khối lượng alginate làm chuẩn. malginate = 0.7 g

Tỉ lệ alginate và CD là 8:1  mCD = 0.7/8 = 0.0875 g

Mà CD đã pha 0.16g/100mL  VCD = 0.0875x100/0.16 = 54.69 mL

Tỉ lệ alginate và Ca2+ là 4:1  mCa2+ = 0.7/4 = 0.175 g

Mà Ca2+ đã pha 0.65g/100mL  VCa2+ = 0.175x100/0.65 = 26.92 mL mAgNO3 = 5%(mCD + malginate + mCa2+) = 5%(0.0875 + 0.7 + 0.175) = 0.048 g nAg+ = 0.048/108 = 0.00044 mol  mAgNO3= 0.0757 g

Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm, ly tâm, rửa với nước cất

Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm, ly tâm, rửa với nước cất

Hệ gel CD/Alg Dung dịch CD

Dung dịch calcium acetate Dung dịch alginate

Mà AgNO3 theo tỉ lệ 0.625g/20mL

2.3.2 Quy trình tổng hợp hệ nanocomposite bạc

 Tổng hợp các hệ chất mang α-CD/Alg, β-CD/Alg và γ-CD/Alg không chứa ion bạc (nano blank).

 Hệ nanocomposite CD/Alg được tổng hợp bằng phương pháp tạo gel giữa

Alg/Ca 2+ và CD Dung dịch CD/Alg được để qua đêm để ổn định kích thước.

 Tiến hành thí nghiệm theo Sơ đồ 2.2:

Sơ đồ 2.2 Quy trình tổng hợp hệ chất mang CD/Alg không chứa ion bạc

Nhỏ từ từ 26.9 mL dung dịch calcium acetate hydrate vào 100 mL dung dịch sodium alginate, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ 1200 vòng/phút để tạo ra hệ gel không màu Sau đó, thực hiện đánh siêu âm trong 30 phút để phân tán các phân tử trong hỗn hợp và để qua đêm cho gel lắng xuống Hệ gel thu được được ly tâm và rửa với nước cất 3 lần, mỗi lần ly tâm kéo dài 15 phút với tốc độ 3000 vòng/phút, nhằm loại bỏ các tạp chất và thu được hệ gel Alg/Ca 2+.

Cho từ từ 54.7 mL dung dịch CD vào hệ gel Alg/Ca 2+, khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ 1200 vòng/phút Sau đó, siêu âm hỗn hợp thêm 30 phút và để qua đêm Cuối cùng, ly tâm 3 lần với nước cất, mỗi lần 15 phút ở tốc độ 3000 vòng/phút để thu được hệ chất mang CD/Alg.

 Tổng hợp các hệ nanocomposite AgNPs/α-CD/Alg, AgNPs/β-CD/Alg và AgNPs/γ-CD/Alg.

Dung dịch Ag + /CD được trộn với gel Alg/Ca 2+ và khuấy trong 1 giờ, sau đó để ổn định qua đêm Hệ nanocomposite AgNO3/α-CD/Alg được ly tâm và rửa sạch bằng nước cất.

Hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg được tạo ra thông qua quá trình cho dịch chiết củ ngưu bàng vào hỗn hợp AgNO3/CD/Alg và khuấy ở nhiệt độ 90oC trong điều kiện không có ánh sáng, cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng nâu.

 Tiến hành thí nghiệm theo Sơ đồ 2.3:

Dung dịch alginate Dung dịch calcium acetate hydrate

Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm, ly tâm, rửa với nước cất Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm

Hệ gel Alg/Ca 2+ Ag+/CD

Dịch chiết củ ngưu bàng

Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm, ly tâm, rửa với nước cất

Hệ gel Ag + /CD/Alg

Hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg

Ly tâm, rửa với nước cất Sấy khô

Sơ đồ 2.3 Quy trình tổng hợp hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg

Nhỏ từ từ 26.9 mL dung dịch calcium acetate hydrate vào 100 mL dung dịch sodium alginate trong bercher, khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ 1200 vòng/phút, thu được gel không màu Sau đó, thực hiện đánh siêu âm trong 30 phút để phân tán các phân tử trong hỗn hợp tốt hơn và để gel lắng xuống qua đêm.

Hệ gel thu được đem ly tâm và rửa với nước cất thực hiện lặp lại 3 lần để rửa sạch hoàn toàn chất

Hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg được tạo ra từ các chất rắn bẩn và hóa chất dư thừa Quá trình ly tâm diễn ra trong 15 phút với tốc độ 3000 vòng/phút, từ đó thu được hệ gel Alg/Ca 2+.

Hỗn hợp Ag + /CD được pha chế song song với việc tạo hệ gel Alg/Ca 2+ bằng cách cho 2.4 mL dung dịch AgNO3 vào 54.7 mL dung dịch CD Sau đó, hỗn hợp được khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ 1200 vòng/phút và cuối cùng được đem đi siêu âm.

30 phút giúp các phân tử trong hỗn hợp phân tán tốt hơn và để mẫu qua đêm.

Cho từ từ hỗn hợp Ag + /CD vào hệ gel Alg/Ca 2+, khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 60 phút với tốc độ 1200 vòng/phút, sau đó siêu âm thêm 30 phút và để qua đêm Hệ gel thu được được ly tâm và rửa với nước cất, thực hiện lặp lại 3 lần để loại bỏ hoàn toàn chất bẩn và hóa chất dư thừa, mỗi lần ly tâm diễn ra trong khoảng thời gian nhất định.

15 phút, tốc độ quay là 3000 vòng/phút, thu được hệ gel Ag + /CD/Alg.

Dịch chiết củ ngưu bàng được đưa vào hệ gel Ag + /CD/Alg và khuấy liên tục để nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho quá trình khử ion Ag +, từ đó thu được các nanocomposite bạc.

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VÒNG CYCLODEXTRIN ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỆ NANOCOMPOSITE BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG PHỔ UV – VIS

TRÌNH HÌNH THÀNH HỆ NANOCOMPOSITE BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG PHỔ UV – VIS

Hệ nanocomposite bạc được hình thành thông qua việc quan sát sự thay đổi màu sắc của các dung dịch nano sau phản ứng Để xác định đặc điểm của chúng, quang phổ UV-Vis được đo trong khoảng bước sóng từ 200 đến 800 nm.

Nghiên cứu này đã tối ưu hóa quy trình tổng hợp hệ nanocomposite bạc bằng cách điều chỉnh các thông số khác nhau, nhằm xác định điều kiện tổng hợp tối ưu cho sản phẩm nano có chất lượng vượt trội về kích thước, hình dạng, phân bố và trạng thái tích tụ.

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin và tỉ lệ khối lượng hệ gel so với thể tích dịch chiết lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.

 Chọn điều kiện để thực hiện phản ứng như sau:

- Tỉ lệ khối lượng hệ nanocomposite mang ion Ag+ (g/mL H 2 O) thay đổi lần lượt: 0.1 g/mL H2O; 0.5 g/mL H2O; 1.0 g/mL H2O; 1.5 g/mL H2O.

- Thể tích dịch chiết: 0.1 mL.

- Nhiệt độ tiến hành phản ứng ở 90 o C.

- Thời gian thực hiện phản ứng là 120 phút.

- Tốc độ khuấy 1200 vòng/phút.

Sử dụng pipet để hút chính xác thể tích dịch chiết củ ngưu bàng và cho vào 4 chai bi đã được bọc bên ngoài bằng giấy nhôm tráng bạc, tương ứng với tỷ lệ khối lượng của hệ nanocomposite mang ion Ag+ đã được chỉ định.

Đặt 4 lọ thủy tinh lên bếp khuấy từ và khuấy với tốc độ 1200 vòng/phút, duy trì nhiệt độ 90 độ C trong suốt 120 phút để thực hiện phản ứng.

Khi phản ứng kết thúc, dung dịch chuyển từ không màu sang màu vàng nâu Tiếp theo, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis của bốn mẫu dung dịch nano vừa thu được để nghiên cứu quá trình hình thành nanocomposite bạc.

 Thực hiện khảo sát lần lượt các hệ Ag + /α-CD/Alg, Ag + /β-CD/Alg và Ag + /γ- CD/Alg.

2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin và nhiệt độ phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.

 Chọn điều kiện để thực hiện phản ứng như sau:

- Tỉ lệ khối lượng hệ nanocomposite mang ion Ag+ (g/mL H 2 O): 1.5 g/mL

- Thể tích dịch chiết: 0.1 mL.

- Nhiệt độ tiến hành phản ứng thay đổi lần lượt là: 30 o C, 50 o C, 70 o C, 90 o C,

- Thời gian thực hiện phản ứng là 120 phút.

- Tốc độ khuấy 1200 vòng/phút.

Sử dụng pipet để hút chính xác thể tích dịch chiết củ ngưu bàng, sau đó cho vào 5 chai bi đã được bọc bên ngoài bằng giấy nhôm tráng bạc Tỉ lệ khối lượng của hệ nanocomposite mang ion Ag+ là 1.5 g/mL H2O, đây là tỉ lệ tối ưu cho quá trình này.

- Tiếp đến tiến hành khuấy từ từng mẫu với tốc độ 1200 vòng/phút, ở các nhiệt độ nêu trên trong khoảng thời gian thực hiện phản ứng là 120 phút.

Sau khi phản ứng kết thúc, dung dịch chuyển từ trạng thái không màu sang màu vàng nâu Tiếp theo, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis của 5 mẫu dung dịch nano vừa thu được để nghiên cứu quá trình hình thành nanocomposite bạc.

 Thực hiện khảo sát lần lượt các hệ Ag + /α-CD/Alg, Ag + /β-CD/Alg và Ag + /γ- CD/Alg.

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin và thời gian phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.

 Chọn điều kiện để thực hiện phản ứng như sau:

- Tỉ lệ khối lượng hệ nanocomposite mang ion Ag+ (g/mL H 2 O): 1.5 g/mL

- Thể tích dịch chiết: 0.1 mL.

- Nhiệt độ tiến hành phản ứng tối ưu: 120 o C.

- Thời gian khảo sát phản ứng lần lượt: 0 phút, 20 phút, 40 phút, 60 phút, 80 phút, 100 phút, 120 phút, 140 phút, 160 phút.

- Tốc độ khuấy 1200 vòng/phút.

Sử dụng pipet để hút chính xác thể tích dịch chiết củ ngưu bàng, sau đó cho vào becher 250mL đã được bọc bên ngoài bằng giấy nhôm tráng bạc Tỉ lệ khối lượng của hệ nanocomposite mang ion Ag+ là 1,5 g/mL H2O, đây là tỉ lệ tối ưu cho quá trình này.

- Tiếp đến tiến hành khuấy từ với tốc độ 1200 vòng/phút, ở nhiệt độ tối ưu

120 o C trong khoảng thời gian thực hiện phản ứng là 120 phút.

Khi phản ứng đạt mốc thời gian khảo sát, sử dụng pipet để hút 0,5 mL dung dịch phản ứng từ becher vào chai bi và định mức lên 5 mL bằng nước cất hai lần Tiếp theo, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hình thành nanocomposite bạc.

 Thực hiện khảo sát lần lượt các hệ Ag + /α-CD/Alg, Ag + /β-CD/Alg và Ag + /γ-CD/Alg.

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VÒNG CYCLODEXTRIN ĐẾN ĐẶC TÍNH HÓA LÝ CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

TÍNH HÓA LÝ CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

Các hệ nanocomposite AgNPs/α-CD/Alg, AgNPs/β-CD/Alg và AgNPs/γ-CD/Alg đã được lựa chọn sau khi khảo sát điều kiện tối ưu Sau đó, chúng được tách ly tâm và rửa bằng nước cất lặp lại 3 lần để loại bỏ các chất không lắng và tạp chất khác, mỗi lần ly tâm kéo dài 15 phút với tốc độ 3000 vòng/phút.

Sau khi thu lại mẫu rắn đã lắng và làm sạch, tiến hành đặt vào đĩa petri thủy tinh và sấy khô ở nhiệt độ 90 o C qua đêm Mẫu sau đó được lưu trữ để phục vụ cho các phản ứng và khảo sát các đặc tính hóa lý tiếp theo, như thể hiện trong Hình 2.2.

Hình 2.2 Quy trình khảo sát các đặc tính hóa lý của nanocomposite bạc với các vòng cyclodextrin khác nhau

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VÒNG CYCLODEXTRIN ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

TÍNH XÚC TÁC CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

The synthesized nanocomposite systems AgNPs/α-CD/Alg, AgNPs/β-CD/Alg, and AgNPs/γ-CD/Alg were utilized as catalysts to investigate the reduction reactions of 4-nitrophenol, methyl orange, and rhodamine B in the presence of excess NaBH4.

Pha hóa chất để tiến hành thí nghiệm như sau:

 Pha dung dịch 4-nitrophenol 1mM

Cân 0.0014g 4-nitrophenol hòa tan vào 10mL nước cất hai lần, thu được dung dịch 4-nitrophenol 1mM.

 Pha dung dịch methyl orange 1mM

Cân 0.0033g methyl orange hòa tan vào 10mL nước cất hai lần, thu được dung dịch MO 1mM.

 Pha dung dịch rhodamine B 1mM

Cân 0.0048g Rhodamine B hòa tan vào 10mL nước cất hai lần, thu được dung dịch RB 1mM.

Cân 0.0095g NaBH4 hòa tan vào 5mL nước cất hai lần, thu được dung dịch NaBH4 0.05M.

 Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến hoạt tính xúc tác của hệ nanocomposite bạc trong phản ứng khử 4-nitrophenol

 Thực hiện lần lượt đối với xúc tác AgNPs/α-CD/Alg, AgNPs/β-CD/Alg và AgNPs/γ-CD/Alg.

 Tiến hành 3 phép đo sau:

Để thực hiện phép đo, lấy 1mL dung dịch 4-nitrophenol 1mM và pha loãng với 10mL nước cất hai lần Sau đó, hút 3mL dung dịch đã pha loãng vào cuvet thạch anh, tạo ra dung dịch có màu vàng nhạt Cuối cùng, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis để xác định đỉnh hấp thụ của 4-nitrophenol.

Để thực hiện phép đo, lấy 2.5mL dung dịch 4-nitrophenol 1mM và thêm vào 0.5mL dung dịch NaBH4 0.05M, sau đó cho vào cuvet thạch anh Quan sát sự thay đổi màu sắc từ vàng nhạt sang vàng tươi Cuối cùng, tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis để xác định đỉnh hấp thụ của dung dịch.

Trong phép đo thứ ba, 4mg xúc tác nanocomposite bạc được thêm vào dung dịch trong cuvet của phép đo thứ hai Sau khi phản ứng kết thúc, dung dịch chuyển từ màu vàng tươi sang không màu Quá trình này được theo dõi bằng quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trong khoảng bước sóng từ 200 đến 800 nm để xác định thời gian khử hoàn toàn 4-nitrophenol khi có sự hiện diện của xúc tác nanocomposite bạc.

 Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến hoạt tính xúc tác của hệ nanocomposite bạc trong phản ứng khử methyl orange

Thực hiện tương tự như thí nghiệm với 4-nitrophenol

 Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến hoạt tính xúc tác của hệ nanocomposite bạc trong phản ứng khử rhodamine B

Thực hiện tương tự như thí nghiệm với 4-nitrophenol và methyl orange

Trong phản ứng khử methyl orange và rhodamine B, sản phẩm tạo thành là các chất ít độc hại hơn do mất các nối đôi C=N và N=N Đối với phản ứng khử 4-nitrophenol, sản phẩm 4-aminophenol là chất trung gian quan trọng, được sử dụng trong sản xuất thuốc giảm đau và hạ sốt như acetanilide, paracetamol và phenacetin Động học phản ứng được xác định qua quang phổ UV – Vis, theo dõi sự thay đổi cường độ hấp thụ theo thời gian Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ tác chất và chất xúc tác, nhưng trong khảo sát này, nồng độ ion BH4¯ lớn hơn nhiều so với các dung dịch khác, khiến tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ NaBH4 và chất xúc tác, do đó, phản ứng khử các chất màu được xem là phản ứng giả định bậc nhất Động học phản ứng được mô tả bằng phương trình ln (At/A0) = -kt, trong đó k là hằng số tốc độ phản ứng, t là thời gian, [A0] là nồng độ chất màu tại t = 0 và [At] là nồng độ tại thời điểm t, xác định bằng cường độ hấp thụ cực đại.

Sự khác biệt lớn về thế oxy hóa khử giữa các phân tử chất cho và chất nhận tạo ra rào cản động học trong phản ứng Việc áp dụng chất xúc tác như nanocomposite bạc đã chứng minh là một giải pháp hiệu quả để vượt qua vấn đề này Cơ chế phản ứng diễn ra nhờ vào diện tích bề mặt tiếp xúc lớn của các hạt nanocomposite bạc, giúp vận chuyển điện tử từ chất cho điện tử BH₄¯ đến chất nhận điện tử là các chất màu.

Quá trình phân hủy 4-nitrophenol và metyl orange trong môi trường lương dư NaBH4 được hỗ trợ bởi xúc tác nanocomposite bạc Để nghiên cứu khả năng tái sử dụng của xúc tác, các mẫu nanocomposite bạc được thu hồi từ cuvet thạch anh sau mỗi lần thí nghiệm, sau đó được rửa sạch bằng nước cất hai lần trước khi tiếp tục sử dụng.

Sĩ 49 GVHD: TS Nguyễn Thành

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM CHUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VÒNG CYCLODEXTRIN ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỆ

HƯỞNG CỦA VÒNG CYCLODEXTRIN ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỆ NANOCOMPOSITE BẠC

Dung dịch alginate Dung dịch calcium acetate hydrate

Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm, ly tâm, rửa với nước cất Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm

TG-DTA Hệ gel Alg/Ca 2+ Ag + /CD

Thế zeta Khuấy đều, siêu âm, để qua đêm, ly tâm, rửa với nước cất

Dịch chiết củ ngưu bàng

Hệ gel Ag + /CD/Alg

TEM HRTEM Thế zeta Kích thước

Ly tâm, rửa với nước cất

Hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg rắn

Khảo sát hoạt tính xúc tác

Sơ đồ 2.4 Sơ đồ quy trình chung nghiên cứu ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến quá trình hình

Hệ nanocomposite AgNPs/CD/Alg thich hợp

Hệ dung dịch nanocomposite AgNPs/CD/Alg

Sĩ 50 GVHD: TS Nguyễn Thành

Danh thành hệ nanocomposite bạc

Sĩ 51 GVHD: TS Nguyễn Thành

MSHV: 18803139 HVTH: Võ Thanh Trúc