KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG NANO BẠC TRÊN CHẤT MANG ALPHA CYCLODEXTRIN / ALGINATE SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT CỦ NGƯU BÀNG LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ nano trở thành vấn đề thời quan tâm nhiều nhà khoa học Công nghệ nano đời tạo nên bước phát triển nhảy vọt cho ngành công nghiệp, nông nghiệp, y tế, thực phẩm,…Nhiều cơng trình nghiên cứu khoa học từ vật liệu nano ứng dụng hiệu sống, chăm sóc sức khoẻ bảo vệ môi trường Trong số loại hạt nano nghiên cứu, ứng dụng hạt nano bạc gây ý đặc biệt khả ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt tính chất kháng khuẩn vượt trội AgNPs tìm thấy có tiềm chống lại tế bào ung thư phổi người từ dịch chiết cúc la mã [1] Việc tổng hợp hạt nano kim loại bạc có phương pháp thường sử dụng phương pháp hoá học phương pháp vật lý Nguyên tắc chung hầu hết phương pháp khử ion kim loại có muối thành nguyên tử kim loại, sau nguyên tử kết hợp với tạo thành hạt bạc có kích thước nano Tuy nhiên phương pháp sử dụng thiết bị đắt tiền, dung mơi hữu hố chất độc hại ảnh hưởng đến sức khoẻ người môi trường xung quanh Vì để khắc phục vấn đề trên, “hóa học xanh” đời với chiết xuất từ thực vật khơng sử dụng hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường mở thêm lựa chọn đầy triển vọng trình tổng hợp AgNPs Trong khoá luận này, AgNPs tổng hợp cách sử dụng dịch chiết củ ngưu bàng (tên khoa học Arctium lappa Linn) Củ ngưu bàng có hoạt tính sinh học lợi tiểu, hạ nhiệt, hạ đường huyết, kháng sinh, chống u bướu Ngoài củ ngưu bàng có chất chống oxy hố nên có khả ngăn ngừa ung thư, hạ thấp cholesterol máu [2] Từ lý trên, chọn đề tài nghiên cứu: “Tổng hợp ứng dụng nano bạc chất mang Alpha Cyclodextrin/Alginate sử dụng dịch chiết củ ngưu bàng” GVHD: TS Nguyễn Thành Danh  Mục tiêu đề tài Đề tài nghiên cứu với mục tiêu đơn giản, tiết kiệm chi phí, mang lại hiệu xanh, sạch, thân thiện với môi trường  Nội dung đề tài  Khảo sát điều kiện tổng hợp composite AgNPs/α-CD/Alginate  Nghiên cứu tính chất hố lý composite AgNPs/α-CD/Alginate  Ứng dụng hệ composite cho xúc tác phản ứng khử hợp chất ô nhiễm môi trường gồm: 4-Nitrophenol, Metyl Orange, Rhodamine B  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Nghiên cứu giúp hiểu biết rõ phương pháp điều chế hạt nano bạc     phương pháp hóa học xanh đơn giản, tốn kém, độc hại Tận dụng nguồn nguyên liệu xanh củ ngưu bàng để tổng hợp hạt nano  Bố cục khóa luận gồm chương Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận GVHD: TS Nguyễn Thành Danh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung công nghệ nano 1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ nano Sự phát triển khoa học nhờ vào ước mơ, trí tưởng tượng người cơng nghệ nano sinh từ điều Khái niệm “nanomet” đề xuất lần Richard Zsigmondy, người đoạt giải Nobel hóa học vào năm 1925 Nhà vật lý thiên tài Richard Feynman cha đẻ công nghệ nano đại Năm 1959, họp Hiệp hội Vật lý Hoa kỳ Caltech, ơng trình bày diễn thuyết với tựa đề “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Còn khoảng trống cấp vi mơ) Trong đó, ơng cho biết quan điểm khả nghiên cứu thao tác cấp độ nguyên tử Giả thuyết Feynman chứng minh xác ơng xem cha đẻ cơng nghệ nano đại Hình 1: Nhà vật lý Richard Feynman1 http://www.atomicarchive.com/Bios/FeynmanPhoto.shtml GVHD: TS Nguyễn Thành Danh Hơn thập kỷ sau, nhà khoa học người Nhật Norio Taniguchi người sử dụng thuật ngữ “nanotechnology” (cơng nghệ nano) Ơng cho công nghệ nano bao gồm việc xử lý, tách, hợp biến dạng vật liệu nguyên tử phân tử Vào năm 1981 với phát triển “scanning tunneling microscope” (kính hiển vi quét xun hầm) "nhìn thấy" ngun tử riêng biệt công nghệ nano đại bắt đầu phát triển Đầu kỷ 21 cho thấy quan tâm ngày gia tăng lĩnh vực trội khoa học nano công nghệ nano Tại Hoa Kỳ, khái niệm thao tác vật chất cấp độ nguyên tử Feynman đóng vai trò quan trọng việc hình thành ưu tiên hàng đầu khoa học quốc gia Vào ngày 21 tháng năm 2000, tổng thống Bill Clinton tài trợ cho việc nghiên cứu công nghệ phát biểu Caltech Ba năm sau tổng thống George W Bush ký đạo luật Nghiên cứu Phát triển Công nghệ nano kỷ 21 Công nghệ nano trở thành tảng cho ứng dụng công nghiệp tăng dần theo cấp số nhân Chẳng hạn dược phẩm, công nghệ nano có ứng dụng thiết bị y tế cảm biến sinh học dùng để chẩn đốn, hệ thống phân phối thuốc đầu dò hình ảnh Đối với ngành thực phẩm mỹ phẩm, việc sử dụng vật liệu nano tăng lên đáng kể để cải tiến sản xuất, bao bì, thời hạn sử dụng Ngày nay, lợi ích với tiềm công nghệ nano nhiều đa dạng Tuy nhiên, vật liệu chứa hạt nano mối quan ngại sức khỏe người môi trường Những mối quan tâm dẫn đến xuất ngành khoa học Nanotoxicology (độc tính vật liệu nano) Nanomedicine (cơng nghệ dược nano) Một số lợi ích vật liệu nano y tế gồm cải thiện việc phân phối thuốc, giảm viêm, lớp phủ kháng khuẩn thiết bị y tế, phát tế bào ung thư Bên cạnh đó, thiếu liệu đáng tin cậy độc tính nên khả ảnh hưởng đến sức khoẻ người mối quan tâm lớn [3] GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 1.1.2 Khái niệm công nghệ nano Công nghệ nano thuật ngữ lĩnh vực khoa học kỹ thuật nơi tượng diễn kích thước quy mơ nanomet sử dụng thiết kế, phân tích, sản xuất, ứng dụng vật liệu, cấu trúc, thiết bị hệ thống [4] 1.1.3 Ứng dụng công nghệ nano Công nghệ nano ngành công nghệ sử dụng nhiều lĩnh vực y học, điện tử, may mặc, thực phẩm,…  Y học Nhiều phương pháp điều trị ung thư khác thử nghiệm để hạn chế khối u phát triển tiêu diệt chúng cấp độ tế bào Ví dụ hạt nano vàng đưa đến khối u bên thể, sau chúng tăng nhiệt độ tia laser hồng ngoại chiếu từ bên để tiêu diệt khối u Ngồi ra, nhà khoa học nghiên cứu dự án nanorobot vơ đặc biệt Những robot có kích thước siêu nhỏ vào bên thể người để đưa thuốc điều trị đến phận cần thiết  Điện tử Một số sản phẩm phổ biến chuột, bàn phím, vỏ bọc phủ lớp nano kháng khuẩn Công nghệ nano đóng góp khơng nhỏ lĩnh vực cơng nghệ lượng Pin nano tương lai có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers Các cực pin có diện tích bề mặt lớn nhiều lần, giúp lưu trữ nhiều điện kích thước pin ngày thu hẹp  May mặc Ngành công nghiệp thời trang áp dụng công nghệ nano số loại vải đặc biệt Người ta sử dụng hạt nano bạc có khả diệt vi khuẩn gây GVHD: TS Nguyễn Thành Danh mùi khó chịu quần áo Các hạt nano bạc thu hút vi khuẩn tiêu diệt tế bào chúng  Thực phẩm Công nghệ nano giúp lưu trữ thực phẩm lâu nhiều lần cách tạo vật liệu đựng thực phẩm có khả diệt khuẩn Ví dụ nhiều loại tủ lạnh số loại hộp thực phẩm cao cấp phủ lớp nano bạc bên để tiêu diệt vi khuẩn 1.2 Vật liệu nano 1.2.1 Khái niệm Vật liệu nano loại vật liệu có kích thước nanomet, đối tượng nghiên cứu liên kết hai lĩnh vực khoa học nano cơng nghệ nano Kích thước vật liệu nano nằm khoảng từ vài nanomet đến vài trăm nanomet, phụ thuộc vào chất vật liệu với tính chất cần nghiên cứu [5] 1.2.2 Phân loại Đối với trạng thái vật liệu, người ta chia thành ba nhóm trạng thái rắn, trạng thái lỏng trạng thái khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu chủ yếu vật liệu rắn, đến chất lỏng khí  Dựa vào hình dáng vật liệu người ta phân thành loại:  Vật liệu nano không chiều: Đây loại vật liệu ba chiều có kích thước nano, khơng chiều tự cho điện tử Ví dụ đám nano, hạt nano, …  Vật liệu nano chiều: Đây loại vật liệu hai chiều có kích thước nano, điện tử tự chiều hai chiều lại khơng tự Ví dụ ống nano, dây nano,…  Vật liệu nano hai chiều: Đây loại vật liệu chiều có kích thước nano điện tử tự hai chiều Ví dụ màng mỏng,… GVHD: TS Nguyễn Thành Danh  Dựa vào tính chất vật liệu thể khác biệt kích thước nano     người ta phân thành loại: Vật liệu nano kim loại Vật liệu nano bán dẫn Vật liệu nano từ tính Vật liệu nano sinh học Dựa vào cách phối hợp hai cách phân loại với phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo khái niệm mới, người ta phân loại sau:  Hạt nano kim loại: “hạt” phân loại theo hình dáng, “kim loại” phân loại theo tính chất  Vật liệu nano từ tính sinh học: “từ tính”, “sinh học” phân loại theo tính chất [5] 1.3 Hạt nano 1.3.1 Khái niệm hạt nano Thành phần công nghệ nano hạt nano Theo tiêu chuẩn ISO ASTM, hạt nano hạt có kích thước từ đến 100 nanomet Các hạt nano thường phân loại thành hạt hữu cơ, vô cơ, cacbon chúng thể tính chất so với hạt lớn vật liệu [6] 1.3.2 Phương pháp tổng hợp hạt nano Có hai phương pháp để tổng hợp hạt nano phương pháp từ xuống “top – down” phương pháp từ lên “bottom – up” [5], [7] Top - down - Là chia nhỏ khối vật liệu có kích thước lớn để tạo thành vật liệu có kích thước nanomet phương pháp học (nghiền, cán, đùn), phương pháp ăn mòn laser,… Bottom - up - Là lắp ghép nguyên tử, phân tử để thu hạt có kích thước nano phương pháp hoá học sol - gel, lắng đọng hoá học, phương pháp tự lắp ghép, phương pháp khử vật lý; khử hoá GVHD: TS Nguyễn Thành Danh lý; khử hóa học,… - Phương pháp thường áp dụng hạt nano kim loại bạc, vàng,… Ưu điểm: đơn giản, hiệu Ưu điểm: tiện lợi, hạt tạo có Nhược điểm: thiết bị đắt tiền, tạo kích thước nhỏ đồng đều, thiết vật liệu có tính đồng khơng bị đơn giản cao Nhược điểm: điều chế lượng lớn vật liệu nano tốn Bảng 1 Phương pháp tổng hợp hạt nano 1.4 Hạt nano kim loại 1.4.1 Khái niệm nguồn gốc hạt nano kim loại  Khái niệm Khái niệm hạt nano kim loại dùng để mô tả hạt có kích thước nano từ đến 100 nanomet tạo thành từ kim loại [8]  Nguồn gốc Từ hàng nghìn năm nay, người sử dụng hạt nano kim loại (hạt nano vàng, hạt nano bạc) Nổi tiếng phải kể đến cốc Lycurgus người La Mã chế tạo vào khoảng kỉ thứ tư trước Công nguyên, trưng bày bảo tàng Anh Chiếc cốc có màu xanh lục nhìn ánh sáng phản xạ cốc có màu đỏ nhìn ánh sáng từ cốc xuyên qua thành cốc Các phép phân tích ngày cho thấy cốc có hạt nano vàng bạc có kích thước 70 nm Đến năm 1857, Michael Faraday nghiên cứu cách hệ thống hạt nano vàng nghiên cứu phương pháp chế tạo, tính chất ứng dụng hạt nano kim loại thực bắt đầu Các nhà khoa học thiết lập phương pháp chế tạo hiểu tính chất thú vị hạt [8] GVHD: TS Nguyễn Thành Danh Hình 2: Chiếc cốc Lycurgus trưng bày bảo tàng Anh 1.4.2 Tính chất hạt nano kim loại  Tính chất quang Tính chất quang học hạt nano xuất sản phẩm nguời từ thời cổ đại Các tượng bắt nguồn từ tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt Vì chất kim loại có nhiều điện tử tự plasmon bề mặt dao động điện tử tự bề mặt hạt nano tác dụng điện từ trường bên ngồi ánh sáng Nếu kích thước hạt nano kim loại nhỏ so với bước sóng ánh sáng tới tượng cộng hưởng plasmon bề mặt xảy Màu sắc hạt nano phụ thuộc nhiều vào kích thước, hình dạng mơi trường xung quanh chúng [5]  Tính dẫn điện Các kim loại có khả dẫn điện tốt điện trở kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự cao vùng dẫn [5]  Tính chất nhiệt Khi kích thước hạt nano giảm nhiệt độ nóng chảy giảm [5]  Tính chất từ https://www.amusingplanet.com/2016/12/lycurgus-cup-piece-of-ancient-roman.html GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 88 Phụ lục Sự phân bố kích thước hạt dung dịch mẫu nano bạc GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 89 Phụ lục Thế zeta dung dịch nano trống GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 90 Phụ lục Thế zeta dung dịch nano bạc GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 91 Phụ lục Kết phổ FT-IR α-CD GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 92 Phụ lục Kết phổ FT-IR dịch chiết củ ngưu bàng GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 93 Phụ lục Kết phổ FT-IR nano blank GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 94 Phụ lục Kết phổ FT-IR AgNPs GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 95 Phụ lục Kết phổ FT-IR Sodium Alginate GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 96 Phụ lục 10 Kết phổ EDX mẫu rắn AgNPs GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 97 Phụ lục 11 Kết TGA-DTA α-CD GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 98 Phụ lục 12 Kết TGA-DTA nano blank GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 99 Phụ lục 13 Kết TGA-DTA AgNPs GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 100 Phụ lục 14 Một số hình ảnh TEM dung dịch AgNPs GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 101 Phụ lục 15 Một số hình ảnh HRTEM dung dịch AgNPs GVHD: TS Nguyễn Thành Danh 102 Phụ lục 16 Một số hình ảnh FESEM dung dịch AgNPs GVHD: TS Nguyễn Thành Danh ... hướng đến tổng hợp xanh AgNPs hệ chất mang Alpha Cyclodextrin/ Alginate cách sử dụng dịch chiết củ ngưu bàng (tên khoa học Arctium lappa Linn) 1.6 Nghiên cứu ứng dụng xúc tác nano bạc Các hạt nano. .. Tổng hợp nano bạc Khảo sát điều kiện tối ưu để tổng hợp nano bạc:  Khảo sát ảnh hưởng nồng độ tác chất đến trình tổng hợp nano bạc  Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến trình tổng hợp nano. .. có chất chống oxy hố nên có khả ngăn ngừa ung thư, hạ thấp cholesterol máu [2] Từ lý trên, chọn đề tài nghiên cứu: Tổng hợp ứng dụng nano bạc chất mang Alpha Cyclodextrin/ Alginate sử dụng dịch