Nghiên cứu tạo nano đồng từ dung dịch cuso4 bằng dịch chiết nước lá sả và ứng dụng làm chất kháng khuẩn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TĂNG TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU TẠO NANO ĐỒNG TỪ

DUNG DỊCH CuSO4 BẰNG DỊCH CHIẾT

NƢỚC LÁ SẢ VÀ ỨNG DỤNG LÀM

CHẤT KHÁNG KHUẨN

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

Mã số: 60 44 27

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2014

Công trình đƣợc hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Phản biện 1: TS. Giang Thị Kim Liên

Phản biện 2: TS. Đặng Quang Vinh

Luận văn đã đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn

tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

21 tháng 12 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

 Thƣ viện trƣờng Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Trong vòng 2 thập kỉ gần đây, công nghệ nano là một ngành

nghiên cứu rất phát triển, là một trong những ngành khoa học đƣợc

nghiên cứu nhiều nhất [9]. Vật liệu đƣợc chế tạo bằng công nghệ

nano thể hiện nhiều tính chất mới lạ do hiệu ứng kích thƣớc và đã có

hàng trăm sản phẩm của công nghệ nano đƣợc thƣơng mại hóa dùng

trong nhiều lĩnh vực nhƣ điện tử, hóa học, y sinh, môi trƣờng... Các

hạt nano là một vật liệu nano quan trọng đƣợc các nhà khoa học quan

tâm nghiên cứu. Một cách tổng quát, hạt nano đƣợc định nghĩa là

những hạt có kích thƣớc nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 µm (100nm) và có

những tính chất đặc biệt với kích thƣớc hạt đó. Các hạt nano có một

vài tính chất đặc biệt liên quan đến tính chất xúc tác, tính chất nhiệt

động, độ dẫn điện, tính chất quang học và những ứng dụng sinh học

nhƣ kháng khuẩn, chữa bệnh…Những tính chất đặt biệt của chúng có

đƣợc do năng lƣợng bề mặt cao với một diện tích tiếp xúc rất lớn.

Hạt nano đồng với những tính chất đặt biệt, giống nhƣ những

kim loại quý, có những tính chất nhiệt động và độ dẫn điện khá tốt,

điều này có thể giúp nó trở thành vật liệu tiềm năng trong hệ thống

dẫn điện và mực in tĩnh điện. Ngoài ra, nó còn có khả năng kháng

khuẩn rất cao. Những đặc điểm trên khiến việc nghiên cứu chế tạo

hạt nano đồng là một lĩnh vực đầy tiềm năng.

Có rất nhiều phƣơng pháp chế tạo hạt nano, nhƣ phƣơng

pháp khử nhiệt động, bay hơi kim loại, khử hóa học, bay hơi chân

không, sử dụng tia phóng xạ, kỹ thuật tán nhỏ hạt keo, bắn phá bằng

laze…Tuy nhiên những phƣơng pháp trên đòi hỏi kỹ thuật cao hoặc

sử dụng hóa chất độc hại, không phù hợp với điều kiện kinh tế và cơ

2

sở vật chất ở Việt Nam. Việc nghiên cứu chế tạo hạt nano bẳng

phƣơng pháp sử dụng dịch chiết thực vật làm tác nhân khử và ổn

định kích thƣớc hạt đã đƣợc nghiên cứu bởi rất nhiều công trình trên

thế giới, cùng với nhiều loại vật liệu nano đã đƣợc chế tạo. Đây là

một phƣơng pháp khá hiệu quả, an toàn, thân thiện với môi trƣờng,

chi phí thực hiện thấp, đặc biệt tạo ra đƣợc các hạt nano sạch, không

lẫn các hóa chất độc hại nên hạt nano có thể phát huy đƣợc tối đa các

đặc tính của nó, đặc biệt là đặc tính kháng khuẩn.

Các vi khuẩn và biến thể gây bệnh ngày càng gia tăng không

ngừng, đe dọa cuộc sống của con ngƣời nên việc nghiên cứu chế tạo

ra vật liệu mới có khả năng kháng khuẩn tốt nhƣ nano đồng, thay thế

cho các loại vật liệu nano truyền thống đắt tiền khác nhƣ nano bạc,

nano vàng là một hƣớng đi mới và cấp thiết. Trong những năm gần

đây, các hạt nano kim loại đã thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm bởi

những tính chất đặc biệt về quang học, điện, từ, và hóa học từ hiệu

ứng bề mặt và kích thƣớc nhỏ của chúng.

Ở kích thƣớc nano, đồng có tính diệt khuẩn rất tốt do bề mặt

riêng lớn trên một đơn vị thể tích. Hạt keo đồng đã đƣợc sử dụng làm

chất kháng khuẩn trong nhiều thập kỷ. Vật liệu nano đồng (2 - 5nm)

có đƣợc khả năng diệt khuẩn đáng kể, lên đến 99,9%.

Với những lý do đã nêu trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên

cứu với nội dung: “Nghiên cứu tạo nano đồng từ dung dịch CuSO4

bằng dịch chiết nước lá Sả và ứng dụng làm chất kháng khuẩn”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch

CuSO4 bằng dịch chiết thực vật.

- Đánh giá khả năng tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch

3

CuSO4 bằng tác nhân khử là dịch chiết nƣớc lá sả.

- Thử tác dụng kháng khuẩn của hạt nano đồng tổng hợp đƣợc

để ứng dụng làm chất kháng khuẩn.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Lá sả thu hái trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập tổng hợp tài liệu, tƣ liệu và 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 có thể sử dụng trong quá

trình nghiên cứu.

Phƣơng pháp thực nghiệm

- Phƣơng pháp chiết tách: Sử dụng phƣơng pháp chƣng ninh,

sử dụng dung môi là nƣớc.

- Phƣơng pháp xác định các thông số hóa lý: Xác định độ ẩm,

hàm lƣợng tro.

- Phƣơng pháp phân tích công cụ: Phƣơng pháp quang phổ hấp

thụ phân tử UV-VIS.

- Phƣơng pháp đo TEM, EDX, XRD.

- Phƣơng pháp khả năng kháng khuẩn của nano đồng trên các

loại vi khuẩn.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu này giúp chúng ta hiểu biết rõ hơn về phƣơng

pháp điều chế hạt nano đồng bằng phƣơng pháp hóa học xanh, an

toàn, thân thiện với môi trƣờng, ít tốn kém.

4

- Tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn.

- Trên cơ sở nghiên cứu này, phát triển quy trình để thực hiện

trên quy mô lớn, áp dụng rộng rãi tổng hợp nano đồng bằng phƣơng

pháp khử sử dụng dịch chiết thực vật.

6. Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu (4 trang), kết luận và kiến nghị (2 trang)

và 32 tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 3 phần:

Chƣơng 1: TỔNG QUAN

Chƣơng 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

5

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO

1.1.1. Nguồn gốc công nghệ nano

1.1.2. Vật liệu nano

1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano

1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano trong y dƣợc và công

nghệ sinh học

1.1.5. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano

1.2. HẠT NANO ĐỒNG

1.2.1. Giới thiệu về đồng kim loại

1.2.2. Đặc tính kháng khuẩn của đồng

1.2.3. Cơ chế kháng khuẩn của đồng

1.2.4. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano đồng

1.2.5. Ứng dụng của nano đồng

1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẢ

1.3.1. Đặc điểm cây sả

1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái

1.3.3. Thành phần hóa học

1.3.4. Tác dụng dƣợc lý - công dụng

1.4. SƠ LƢỢC VỀ VI KHUẨN BACILUS SUBTILIS

1.4.1. Đặc điểm phân bố

1.4.2. Đặc điểm hình thái

1.4.3. Khả năng tạo bào tử

1.4.4. Các chất kháng sinh do B. subtilis tổng hợp

6

CHƢƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

2.1.1. Nguyên liệu

Lá sả tƣơi, thu hái tại thành phố Đà Nẵng.

Cách lấy mẫu: Lấy cây sả, xanh, không bị sâu mốc, cắt bớt

phần lá úa, lấy phần lá gần gốc, làm sạch, để khô rồi cắt nhỏ.

2.1.2. Dụng cụ và hóa chất

2.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ

2.2.1. Xác định độ ẩm

2.2.2. Xác định hàm lƣợng tro

2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH CHIẾT LÁ SẢ

2.3.1. Chuẩn bị mẫu

2.3.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng

2.3.3. Khảo sát thời gian chiết

2.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TẠO NANO ĐỒNG

2.4.1. Khảo sát thời gian tạo nano đồng

2.4.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết

2.4.3. Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồng

2.4.4. Khảo sát pH môi trƣờng tạo nano đồng

2.5. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HẠT NANO ĐỒNG

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

2.5.2. Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS)

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

2.5.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

7

2.6. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HẠT

NANO ĐỒNG

Toàn bộ quy trình thực nghiệm nghiên cứu tổng hợp nano

đồng từ dung dịch đồng sunfat bằng tác nhân khử dịch chiết nƣớc lá

sả đƣợc thể hiện ở hình 2.7

Lá sả tƣơi

Mẫu nguyên liệu

Chƣng ninh

Dịch chiết tối ƣu

Tổng hợp hạt

nano đồng

Nghiên cứu hạt

nano đồng

Đo

Tem

Đo

EDX

Đo

XRD

Khảo sát thời gian chiết

Khảo sát tỉ lệ R/L

Khảo sát thời gian tạo

nano

Khảo sát tỉ lệ dịch

chiết/dung dịch CuSO4

Khảo sát nhiệt độ tạo

nano

Khảo sát pH tạo nano

Xác định chỉ số

hóa lý

Độ ẩm Hàm

lƣợng

tro

Quy trình thực nghiệm tổng hợp nano đồng từ dịch chiết lá sả

2.7. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG

KHUẨN

2.7.1. Pha chế môi trƣờng LB

2.7.2. Cách cấy vi khuẩn và quan sát

8

CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÍ

3.1.1. Xác định độ ẩm

Độ ẩm của nguyên liệu đƣợc xác định và trình bày trong bảng

3.1

Bảng 3.1. Kết quả xác định độ ẩm trong lá sả

STT m(g) m1(g) m2(g) w (%) wtb (%)

1 2,011 50,527 50,835 84,684

82,162

2 2,009 47,545 47,906 82,030

3 2,004 56,435 56,770 83,283

4 2,005 53,742 54,170 78,653

Nhận xét: Độ ẩm trung bình trong mẫu lá sả tƣơi là 82,162 %.

Với độ ẩm này, chúng tôi không bảo quản nguyên liệu trong thời gian

dài mà thu hái và xử lý mẫu trong từng buổi thí nghiệm.

3.1.2. Xác định hàm lƣợng tro

Hàm lƣợng tro của nguyên liệu đƣợc xác định và trình bày

trong bảng 3.2.

Bảng 3.2. Kết quả xác định hàm lượng tro của lá sả

STT m(g) m1(g) m3(g) T (%) Ttb (%)

1 2,011 50,527 50,661 6,663

6,276

2 2,009 47,545 47,703 7,864

3 2,004 56,435 56, 544 5,439

4 2,005 53,742 53, 845 5,137

Nhận xét: Hàm lƣợng tro trung bình của mẫu lá sả là rất thấp,

chiếm 6,276% khối lƣợng của lá.

9

3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN

QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ SẢ

3.2.1. Khảo sát theo thời gian chiết

Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá sả tối

ƣu (dịch chiết cho khả năng tạo nano đồng tốt nhất) vào thời gian

chiết, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các thông số nhƣ sau:

- Tỉ lệ rắn lỏng: 20g lá sả/100ml nƣớc cất.

- Nồng độ dung dịch CuSO4: 1mM.

- Tỉ lệ dịch chiết/ dung dịch CuSO4: 5ml/50ml.

- Môi trƣờng pH = 4,5 (pH đo đƣợc của dung dịch mẫu).

- Nhiệt độ tạo nano đồng: Nhiệt độ phòng.

- Thời gian tạo nano đồng: 60 phút.

Cách tiến hành: Cân 10 gam mẫu lá sả, chƣng ninh với 100ml

nƣớc cất, trong thời gian t phút. Lọc lấy dịch chiết. Lấy 5ml dịch

chiết cho vào bình tam giác chứa sẵn 50ml dung dịch CuSO4 1mM,

lắc đều hoặc khuấy bằng máy khuấy từ, để dung dịch tạo nano đồng

khoảng 60 phút. Sau đó đem dung dịch chứa nano đồng đo UV –

VIS. Chọn thời gian tối ƣu ứng với giá trị mật độ quang cao nhất.

Đối với thông số thời gian chiết, các giá trị biến thiên: 15 phút,

30 phút, 45 phút, 60 phút, 90 phút.

Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá sả

tối ƣu vào thời gian chiết đƣợc biểu diễn ở hình 3.1.

10

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết đến

quá trình tạo nano đồng

Nhận xét: Từ kết quả ở hình 3.1 cho thấy khi thời gian chiết

tăng lên thì mật độ quang cao tăng dần, tƣơng ứng với khả năng tạo

nano đồng cũng tăng. Giá trị tối ƣu chọn đƣợc ở thời gian là 45 phút.

Khi tăng thời gian, có thể lƣợng chất khử tạo ra nhiều hơn, dẫn đến

tạo ra nhiều đƣợc hạt nano đồng, hạt đồng sẽ lớn hơn, dẫn đến mật độ

quang giảm, hoặc có thể thời gian tăng dẫn đến chiết ra những chất

không thuận lợi cho quá trình tạo hạt nano đồng.

 Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian chiết tối ƣu là 45 phút.

3.2.2. Khảo sát theo tỉ lệ rắn/lỏng

Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tạo dịch chiết lá sả tối

ƣu vào tỉ lệ khối lƣợng lá sả so với thể tích nƣớc, chúng tôi đã tiến

hành thí nghiệm với các thông số nhƣ sau:

- Thời gian chiết: 45 phút ( đã chọn theo mục 3.2.1)

- Nồng độ dung dịch CuSO4: 1mM.