Tóm tắt Luận án Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô cơ (Ag, Fe3O4 – hữu cơ (chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng dụng trong y sinh

giờ, 5 giờ, 7 giờ, 9 giờ, 24 giờ, đến quá trình khử Ag+. Phương pháp sử dụng lò vi sóng 50ml dung dịch A được đặt trong lò vi sóng (model MW-ER-01, Lab kits) tại 70oC, công suất 200 w trong các khoảng thời gian khác nhau: 2 phút, 5 phút, 7 phút, 10 phút và 60 phút, thu được nanocompozit CS/AgNPs3. Các mẫu Nanocompozit CS/AgNPs chế tạo theo các phương pháp trên được đặc trưng cấu trúc bằng phổ hồng ngoại (IR), đánh giá độ tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), xác định thành phần nguyên tố bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), nghiên cứu tính chất quang học bằng phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis). Hình thái học của CS/AgNPs được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). 2.2.1.3. Phương pháp đưa nanocompozit CS/AgNPs lên trên bề mặt vải Tiến hành tẩm nanocompozit CS/AgNPs trên vải theo quy trình như sau: Bước 1: Vải polyeste được cắt với diện tích chính xác 2 cm2, cân chính xác khối lượng, được làm sạch bề mặt bằng plasma. Bước 2: Nanocompozit CS/AgNPs được pha loãng trong dung dịch axit xitric 5%, nồng độ khoảng 200 ppm, khuấy đều trong 30 phút. Bước 3: Vải polyeste được ngâm tẩm trong dung dịch nanocompozit CS/AgNPs 30 phút, sau đó đem sấy nhẹ ở nhiệt độ 40-50oC trong 2 giờ. Quy trình ngâm tẩm vải được thực hiện 3 lần, sau đó sấy khô đến khối lượng không đổi. 2.2.1.4. Phương pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs Cur được hòa tan trong 10 ml etanol, khuấy ở nhiệt độ 500C để Cur tan hoàn toàn đến bão hòa. Nhỏ từ từ dung dịch Cur vào 50 ml dung dịch CS/AgNPs 200 ppm, tiếp tục khuấy ở nhiệt độ 50-60oC đến khi xuất hiện kết tủa thì dừng quá trình. 43 Tiếp tục khuấy thêm 30 phút tại nhiệt độ đó để dung môi etanol bay hết, dừng quá trình thu được CS/AgNPs-Cur. Sản phẩm được tiến hành đo quang phổ hấp thụ UV-vis để xác định khả năng mang Cur. 2.2.2. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano sắt từ trên nền chitosan (CS/MNPs) 2.2.2.1. Phương pháp đồng kết tủa Fe3O4 tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa của muối Fe2+ và Fe3+ bởi NaOH, theo phương trình phản ứng: 2Fe3+ + Fe2+ + 8OH- = Fe3O4 + 4H2O Cân chính xác lượng muối Fe2+ và Fe3+ theo tỷ lệ số mol 1:2, hòa tan hai muối vào 20 ml nước cất, bổ sung một lượng nhỏ axit HCl nhằm hạn chế sự thủy phân của muối sắt. Cân 0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1 giờ ở 50oC. Nhỏ từ từ dung dịch chứa hỗn hợp muối Fe vào dung dịch CS, khuấy trộn trong 30 phút để thu được dung dịch đồng nhất, được dung dịch A. Phương pháp đồng kết tủa sử dụng hệ khuấy trộn trong điều kiện trơ Đưa dung dịch A vào trong thiết bị phản ứng như hình 2.2. Trước khi phản ứng tiến hành bơm sục N2 trơ trong 15 phút để loại bỏ không khí. Cân lượng NaOH phản ứng vừa đủ với lượng Fe2+ và Fe3+ theo phương trình phản ứng, hòa tan trong 20 ml H2O được dung dịch B. Mở van, nhỏ giọt từ từ dung dịch B vào dung dịch A trong khoảng 10 phút, trong điều kiện khuấy mạnh và sục N2, để phản ứng diễn ra trong 30 phút. Quan sát quá trình phản ứng qua sự thay đổi của màu sắc từ kết tủa nâu sang đen. Kết thúc quá trình pH dung dịch khoảng 8-10 đảm bảo lượng muối Fe đã phản ứng hết. Sản phẩm thu được ký hiệu CS/MNPs1, 44 Hình 2.2. Chế tạo CS/MNPs1 sử dụng hệ khuấy trộn trong điều kiện trơ Đổ sản phẩm sau phản ứng ra cốc có mỏ, dùng nam châm thu sắt từ và rửa với nước cất đến khi pH = 7 nhằm loại hết sản phẩm phụ và các chất dư chưa phản ứng. Kết tủa thu được phân tán trong 100ml nước cất bằng siêu âm. Dung dịch chứa nano sắt từ nồng độ 0,7% bền trong điều kiện thường. Phương pháp đồng kết tủa trong hệ vi lưu Phương pháp này dựa trên quá trình đồng kết tủa xảy ra trong các kênh vi lưu được chế tạo bởi vật liệu polymetylsilosan (PDMS), mô hình cấu tạo hệ vi lưu được trình bày trên hình 2.3. Hình 2.3. Mô hình chế tạo CS/MNPs2 trong hệ thống vi lưu Dung dịch B Dung dịch A Đầu ra Đầu vào 1 Đầu vào 3 Đầu vào 2 Đầu vào 1 Đầu vào 2 Đầu vào 2 45 Hệ vi lưu (microfluidic) có cấu tạo gồm hệ phức hợp như bơm, khoang chứa, khoang trộn, các van đóng mở. Hệ kênh vi lưu có đường kính khoảng 10-50 μm nối với nhau tùy theo mục đích, cho phép các phản ứng hóa học diễn ra. Chất lỏng hoặc khí được đưa vào thông qua hệ thống bơm có điều khiển tốc độ. Quá trình tổng hợp CS/MNPs được tiến hành trong hệ vi lưu PDMS Các dòng chất lỏng từ các đầu vào 1, 2 và 3 tạo thành các dòng chất lỏng song song. Lớp diclometan (DCM) ngăn quá trình xảy ra mãnh liệt của phản ứng tạo kết tủa do điều này dễ dẫn đến hiện tượng tắc kênh, các chất tham gia phản ứng khuếch tán vào lớp DCM và phản ứng xảy ra từ từ đồng thời kích thước CS/MNPs được điều khiển. Dựa vào độ ổn định của dòng và quan sát phản ứng tránh hiện tượng tắc kênh vi lưu, các điều kiện tác nhân phản ứng và tốc độ dòng được lựa chọn phù hợp như trình bày trên bảng 2.1. Bảng 2.1. Các điều kiện sử dụng tổng hợp CS/ MNPs2 trong kênh vi lưu Đầu vào Tác nhân phản ứng Tốc độ dòng (μl/phút) 1 DCM 80 2 Dung dịch A 15 3 NH4OH 15 Kết quả thu được ở đầu ra sản phẩm CS/MNPs2 có màu đen, các hạt CS/MNPs2 thu được bằng nam châm ngoài được rửa vài lần với nước cất cho đến khi trung tính. 2.2.2.2. Phương pháp oxi hóa kết tủa Phương pháp này dựa trên quá trình oxi hóa kết tủa muối Fe2+ theo phương trình phản ứng: 3Fe2+ + 2NO3 - + 2OH- => Fe3O4 + 2NO2 - + H2O 0,2 g CS hòa tan trong 50 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1giờ tại nhiệt độ 50oC. Cân lượng chính xác FeCl2.6H2O hòa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn. Nhỏ từ tử dung dịch FeCl2 vào dung dịch CS, khuấy đều trong 30 phút, thu được dung dịch A. 46 Cân lượng NaNO3 + NaOH theo phương trình phản ứng, hòa tan vào 20 ml H2O đến tan hoàn toàn, thu được dung dịch B. Dưới điều kiện khuấy trộn mạnh và gia nhiệt ở 50-60oC, nhỏ từ từ dung dịch B vào hỗn hợp dung dịch A. Quá trình phản ứng được quan sát bởi sự kết tủa và màu sắc kết tủa tạo thành. Sản phẩm CS/MNPs3 có màu đen được thu bằng nam châm và lọc rửa đến khi pH về trung tính. Hình 2.4. Sơ đồ quá trình tổng hợp CS/MNPs3 Nanocompozit CS/MNPs thu được từ 3 phương pháp trên được tiến hành phân tích hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét FESEM và kính hiển vi điện tử truyền qua TEM; phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X; phân tích tính chất từ bằng phương pháp từ kế mẫu rung. 2.2.2.3. Phương pháp phân tán CS/MNPs trong CS biến tính với chất phát quang Chất phát quang flourescent isothiocyanat (FITC) thường được sử dụng trong kỹ thuật đánh dấu huỳnh quang, là hợp chất màu vàng có thể gắn kết với các kháng thể mà không ảnh hưởng tới hoạt tính của kháng thể. Khi bị kích thích bởi tia UV hay ánh sáng xanh, FITC phát quang thành ánh sáng màu xanh lá. 0,1 g CS hòa tan trong 20 ml axit axetic 2%, khuấy trong 1 giờ tại nhiệt độ 50oC. Cân 0,02 g FITC hòa tan trong 5 ml etanol. FeCl2/CS NaNO3 + NaOH 47 Nhỏ từ từ dung dịch FITC vào dung dịch CS trong 5 phút trong điều kiện tránh ánh sáng, tiếp tục khuấy thêm 1giờ, được phức hợp CS-FITC (dung dịch A). Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml, nhỏ giọt chậm vào 5ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút, thu được FMNPs – M1. Chuẩn bị 10 ml dung dịch CS/MNPs2 nồng độ 0,3 mg/ml nhỏ giọt chậm vào 15ml dung dịch A, tránh ánh sáng, khuấy trong 30 phút thu, được FMNPs-M2 . Các dung dịch thu được FMNPs-M1 và FMNPs-M2 giữ trong điều kiện tránh ánh sáng được tiến hành đo các tính chất: xác định từ độ bão hòa bằng phương pháp từ kế mẫu rung và tính chất quang bằng phương pháp phát huỳnh quang. 2.2.3. Chế tạo nanocompozit chứa hạt nano bạc- sắt từ trên nền chitosan (CS/AgNPs-MNPs) Qua quá trình nghiên cứu các vật liệu CS/AgNPs và CS/MNPs, lựa chọn được vật liệu có nhiều đặc tốt nhất, tiếp tục chế tạo nanocompozit đa thành phần CS/AgNPs-MNPs. 2.2.3.1. Phương pháp chế tạo nanocompozit CS/AgNPs-MNPs Vật liệu nanocompozit CS/AgNPs-MNPs được tổng hợp bằng phương pháp phân tán ex-situ, phối trộn các thành phần CS/AgNPs và CS/MNPs: Chuẩn bị 50 ml dung dịch MNPs/CS nồng độ 0,7% và 50 ml dung dịch AgNPs/CS nồng độ 500 ppm, trộn vào nhau và khuấy mạnh trong 1 giờ tại nhiệt độ phòng. Sau đó, nanocompozit được thu lại bằng nam châm, rửa bằng nước cất để loại bỏ các thành phần dư. 2.2.3.2. Phương pháp mang curcumin lên vật liệu CS/AgNPs-MNPs Phân tán 0,2g CS/AgNPs-MNPs trong 50ml H2O, nhỏ từ từ 10ml dung dịch Cur bão hòa trong etanol vào, khuấy ở nhiệt độ 50-60oC. Đến khi xuất hiện kết tủa thì dừng lại. Tiếp tục khuấy thêm 30 phút để dung môi etanol bay hết, thu được sản phẩm CS/AgNPs-MNPs-Cur. 48 2.2.3.3. Thực nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ Các phép đo nhiệt-từ được thực hiện trong từ trường xoay chiều có tần số 236 kHz và cường độ 40 ÷ 100 Oe trên thiết bị RDO-HFI, công suất đầu ra 5kW. Chi tiết về thiết kế thí nghiệm được minh hoạ trên hình 2.5. Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ. Các mẫu đo được đặt trong thiết bị thử nghiệm đốt nhiệt cảm ứng từ, cách nhiệt với môi trường ngoài bằng một vỏ bình thuỷ tinh được hút chân không 10-3 ÷ 10-4 Torr. Nhiệt độ mẫu được quan sát bằng mắt thường với nhiệt kế thủy ngân (độ chính xác 0,5 oC) và bằng đồng hồ vạn năng Keithley 2001 sử dụng cặp nhiệt Cu- Const. Mối tương quan giữa nhiệt độ mẫu với thời gian áp từ trường lên mẫu thí nghiệm được thiết lập, gọi là đường đốt nhiệt từ (hình 2.6). 49 Hình 2.6. Đường đốt nhiệt từ Tốc độ hấp thụ nhiệt (SAR-specific absorbtion rate), được xác định từ công thức s i m T SLP C m t    , trong đó C là nhiệt dung riêng của hệ mẫu (hạt từ và dung dịch), ms là khối lượng tổng cộng của hệ mẫu và mi là khối lượng hạt từ, T t   là tốc độ tăng nhiệt ban đầu, xác định từ tiếp tuyến của đường cong đốt nhiệt từ tại thời điểm bật từ trường, hay được xác định là tốc độ tăng nhiệt trong giây đốt đầu tiên. 2.3. Các phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Phương pháp xác định cấu trúc nanocompozit 2.3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Phương pháp XRD xác định thành phần cấu trúc mạng tinh thể của mẫu cần nghiên cứu. Dựa vào số lượng, vị trí và cường độ của vạch phổ nhiễu xạ thu được và so sánh với ngân hàng vạch phổ có thể nhận biết pha tồn tại trong mẫu nghiên cứu. Trong luận án cấu trúc tinh thể của vật liệu được phân tích nhiễu xạ tia X trên thiết bị Siemens D-500 với bức xạ Cu-Kα (bước sóng λ=1,5406Ao) - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN. N h iệ t đ ộ ( o C ) 50 2.3.1.2. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) Phương pháp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X dùng để phân tích thành phần các nguyên tố trong mẫu nanocompozit. Các mẫu nanocompozit được phân tích EDX trên máy JSM 6490-JED 2300, JEOL - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN. 2.3.1.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Phương pháp phổ hồng ngoại (InfraRed Spectroscopy - IR) phân tích, đánh giá các liên kết hóa học trong hợp chất. Các vân phổ phổ hồng ngoại đặc trưng nhóm chức đặc trưng cho các các liên kết có mặt trong phân tử hợp chất hoá học. Các mẫu vật liệu nanocompozit được sấy khô, ép viên với KBr đo trên máy FTIR NEXUS 670 của hãng NICOLET - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN. 2.3.2. Phương pháp xác định hình thái học nanocompozit 2.3.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) với độ phân giải cao dùng để nghiên cứu hình thái, cấu trúc vật liệu nanocomopozit: hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt ngoài ra còn xác định được cách sắp xếp các thành phần nano trong vật liệu. Trong luận án các phân tích TEM được thực hiện trên thiết bị JEM 1010 - Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; thiết bị JEM-1400 Đại học Busan – Hàn Quốc. 2.3.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét xạ trường FESEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) được sử dụng để xác định hình thái bề mặt và kích thước hạt của các vật liệu đã chế tạo. Trong luận án, phân tích FESEM được thực hiện trên thiết bị S4800 của hãng Hitachi (Nhật Bản), tại Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KHCNVN; thiết bị JSM-6700F tại Đại học Busan – Hàn Quốc; thiết bị Hitachi S-480 tại Viện Vệ sinh dịch tễ. 51 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa, lý, sinh của nanocompozit 2.3.3.1. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) Phương pháp từ kế mẫu rung được sử dụng để khảo sát tính chất từ của các vật liệu cấu trúc nano có chứa hạt Fe3O4. Trong quá trình đo, mẫu phân tích bị từ hóa bởi một từ trường mạnh và dao động điều hòa với biên độ nhỏ quanh cuộn pick-up. Các phân tích tính chất từ trong luận án được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung - Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KHCNVN. 2.3.3.2. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis) Phương pháp phổ UV-vis được sử dụng trong nghiên cứu này để khảo sát quá trình hình thành nanocompozit CS/AgNPs và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu sau khi mang thuốc đồng thời định lượng lượng thuốc Cur trên hệ chất mang. Trong luận án này phổ hấp thụ UV-vis được đo trên máy UV-vis Agilent 8453 – Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KHCNVN. 2.3.3.3. Phương pháp phổ huỳnh quang Huỳnh quang là hiện tượng phát ra ánh sáng (không kể bức xạ của vật đen tuyệt đối) khi vật liệu tương tác với các hạt hay bức xạ. Phổ huỳnh quang (PL) là đường cong biểu diễn sự phân bố cường độ phát quang theo tần số hay bước sóng của bức xạ. Tính chất quang của vật liệu được khảo sát bằng phổ PL trên hệ đo quang, với máy đô phân giải cao tại phòng thí nghiệm trọng điểm – Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm KHCNVN và phòng thí nghiệm phân tích huỳnh quang Đại học Busan – Hàn Quốc. Hệ laze có bước sóng kích thích 300nm và 495 nm từ Trung tâm MEMS – Đại học Busan – Hàn Quốc. 2.3.3.4. Phương pháp thử hoạt tính sinh học Phương pháp đục lỗ thạch Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng nuôi cấy vi khuẩn (NA). Sau đó, môi trường NA được hấp khử trùng và đổ vào các đĩa petri với thể tích khoảng 15ml để tạo mặt thạch. 52 Chuẩn bị các chủng vi khuẩn thử nghiệm: Cấy các chủng vi khuẩn thử nghiệm vào môi trường tăng sinh vi khuẩn (TSB) đã được khử trùng. Ủ ở 370C trong thời gian từ 6-8h để các chủng vi khuẩn hoạt hóa và tăng sinh. Xác định mật độ tế bào vi khuẩn bằng phương pháp đo mật độ quang ở bước sóng 625nm. Độ đục của vi khuẩn phải trong khoảng từ 0,08 đến 0,1 để tương ứng với mật độ vi khuẩn khoảng 1 – 2 x 108 CFU/ml. Mật độ vi khuẩn này sẽ được cố định để tiến hành sử dụng cho thử hoạt tính kháng khuẩn của mẫu thử nghiệm. Chuẩn bị các chất thử nghiệm: Dùng pippetman hút chính xác 100µl dung dịch vi khuẩn đã chuẩn bị cho vào đĩa petri chứa môi trường NA, dùng que trải thủy tinh trải đều vi khuẩn lên trên mặt thạch của môi trường NA. Đợi mặt thạch tương đối khô, tiến hành đục những lỗ thạch. Dùng pippetman hút chính xác 100µl các chất thử nghiệm cho vào các lỗ thạch. Các thao tác phải được tiến hành trong điều kiện vô trùng. Ủ các đĩa petri này trong 24 giờ ở nhiệt độ 370C, quan sát kết quả dựa vào vòng kháng khuẩn. Nếu mẫu có tạo vòng kháng khuẩn chứng tỏ chất thử nghiệm có khả năng kháng được chủng vi khuẩn thử nghiệm. Các thử nghiệm sinh học được tiến hành tại Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KHCNV. 53 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nanocompozit chứa hạt nano bạc trên nền chitosan (CS/AgNPs) 3.1.1. Chế tạo nanocompozit CS/AgNPs Nanocompozit nano bạc trên nền CS được chế tạo theo ba phương pháp: phương pháp sử dụng chất khử NaBH4, phương pháp gia nhiệt và phương pháp sử dụng lò vi sóng như đã trình bày trong phần 2.2.1. 3.1.1.1. Phương pháp sử dụng chất khử NaBH4 CS/AgNPs1 được chế tạo theo phương pháp khử hóa học sử dụng NaBH4 đóng vai trò là tác nhân khử, khử ion Ag+ thành Ag, như trình bày ở phần 2.2.1. Các mẫu nanocompozit chế tạo được với các điều kiện thời gian phản ứng khác nhau: 5 phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút, được phân tích phổ UV-vis để xác định pic hấp thụ cực đại. Hình 3.1A trình bày phổ UV-vis của vật liệu trước và sau khi khử 30 phút, bước sóng hấp thụ cực đại (max) là 413 nm, các mẫu khác cũng có cùng max như vậy. Hình 3.1B trình bày sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang (ABS) của các mẫu theo thời gian phản ứng. 400 600 800 1000 1200 0 1 2 CS/AgNPs1 cs/AgN03 Buoc song (nm) D o h a p t h u ( A U ) 0 20 40 60 80 100 120 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 D o h a p t h u ( A U ) Thoi gian (ph) Hình 3.1. (A) Phổ UV-vis của CS/AgNPs trước và sau khi khử bằng NaBH4 trong 30 phút; (B) Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào thời gian khử Quan sát hình 3.1 B ta thấy độ hấp thụ tăng nhanh trong 30 phút đầu, sau đó hầu như không tăng. Như vậy, phản ứng khử Ag+ thành Ag diễn ra nhanh do NaBH4 là chất khử mạnh. Kết quả tương đồng với tài liệu đã công bố [67]. A B Thời gian (phút) Bước sóng (nm) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) 413 nm Đ ộ h ấp t h ụ (a .u CS/AgNPs1 CS/AgNO3 54 3.1.1.2. Phương pháp gia nhiệt CS/AgNPs2 được chế tạo theo phương pháp sử dụng CS là chất khử Ag+ trong điều kiện gia nhiệt. Quá trình chế tạo được thực hiện trong 7h tại các nhiệt độ khác nhau: 60, 70, 90oC. Các mẫu thu được được phân tích phổ UV-vis và trình bày trên hình 3.2 400 600 800 1000 0.0 0.4 0.8 1.2 D o h a p t h u ( A U ) Buoc song (nm) 60 o C 70 o C 90 o C Hình 3.2. Phổ hấp thụ UV-vis của CS/AgNPs2 với các nhiệt độ phản ứng khác nhau Các mẫu nanocompozit đều có λmax tại 400nm, mẫu chế tạo ở nhiệt độ 90oC có cường độ pic hấp thụ mạnh nhất. Nguyên nhân khiến quá trình khử Ag+ thành Ag xảy ra chậm ở nhiệt độ thấp là do chitosan là chất khử yếu. Và Ag+/Ag có tính oxy hóa yếu (thế oxy hóa khử chuẩn bằng 0,8V). Do đó, nhiệt độ cao là cần thiết để thúc đẩy quá trình khử ion bạc thành hạt nano bạc. Tuy nhiên, không nên chế tạo ở nhiệt độ cao hơn 90oC vì sự lắng tụ của các hạt nano bạc có thể xảy ra; đồng thời chitosan có thể bị phân hủy. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới quá trình khử cũng được khảo sát với 1 giờ, 3 giờ, 5 giờ, 7 giờ, 9 giờ, 11 giờ, nhiệt độ phản ứng giữ nguyên ở 90oC. Kết quả phân tích UV-vis các mẫu nanocompozit được trình bày trên hình 3.3. Bước sóng (nm) Đ ộ h ấp t h ụ (a .u 60oC 70oC 90oC 55 0 5 10 15 20 25 0.0 0.5 1.0 1.5 D o h a p t h u ( A B S ) Thoi gian (h) Hình 3.3. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào thời gian khử Quan sát hình 3.3 ta thấy trong 9 giờ đầu, cường độ hấp thụ tăng nhanh theo thời gian phản ứng, sau đó hầu như tăng không đáng kể. Do đó, chúng tôi lựa chọn 9 giờ là thời gian để tiến hành phản ứng. 3.1.1.3. Phương pháp sử dụng lò vi sóng Nanocompozit CS/AgNPs3 được chế tạo trong điều kiện lò vi sóng như đã được trình bày trong phần 2.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình khử Ag+ về Ag được khảo sát bằng các phân tích phổ UV-vis (hình 3.4). 400 600 800 1000 0 1 2 3 CS/AgNPs3 CS/AgNO3 Buoc song (nm) D o h a p t h u ( A u ) 0 10 20 30 40 50 60 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 D o h a p t h u ( A U ) Thoi gian (ph) Hỉnh 3.4. (A) Phổ UV-vis của nanocompozit trước và sau khi khử trong lò vi sóng trong 10 phút; (B) Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của CS/AgNPs3 vào thời gian khử A B Thời gian (giờ) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) Bước sóng (nm) Thời ian (phút) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) Đ ộ h ấp th ụ (a.u ) 433 nm Đ ộ h ấp t h ụ (a .u Đ ộ h ấp t h ụ (a .u Đ ộ h ấp t h ụ (a .u CS/AgNO3 CS/AgNPs 56 Kết quả cho thấy CS/AgNPs có max là 433 nm, độ hấp thụ quang tăng nhanh theo thời gian phản ứng trong 10 phút đầu tiên, sau đó hầu như không tăng. Có thể kết luận 10 phút là thời điểm kết thúc phản ứng. Cơ chế phản ứng khử Ag+ thành Ag bằng CS được giả thiết như sau: Bước 1: Các ion Ag+ được hấp phụ vào CS Bước 2: Phản ứng tạo thành CS/AgNPs Theo cơ chế này, đầu tiên ion Ag+ sẽ tạo liên kết với nhóm -NH2 của CS do sự chia sẻ cặp electron tự do của nguyên tử N và sự cạnh tranh hấp phụ của Ag+ và H+ đối với nguyên tử N. Thêm vào đó, phức R-NH2Ag+ bị thủy phân với H2O tạo AgOH. Bước 2 quá trình tạo thành CS/AgNPs, đầu tiên sản phẩm AgOH không bền tiếp tục bị thủy phân thành Ag2O, tiếp theo Ag2O bị khử bởi nhóm CH2-OH của CS tạo Ag và nhóm CH2–OH bị oxy hóa thành -CHO. -CHO tiếp tục khử Ag2O tạo thành Ag và gốc -COO-. Kết quả Ag+ bị khử thành Ag bởi CS và phân tán trong mạng lưới CS. - Trong quá trình phản ứng trên, CS vừa đóng vai trò giúp các ion Ag+ phân tán đều trên bề mặt, vừa đóng vai trò là tác nhân khử ion Ag+ thành Ag. Tuy nhiên CS là tác nhân khử yếu nên phản ứng khử xảy ra chậm. - Sau khi hạt nano bạc được tạo thành, chúng phân tán trong mạng CS và tránh được hiện tượng kết tụ. Khả năng khử AgNO3 của CS bằng phương pháp khử trong lò vi sóng và phương pháp khử hóa học bằng NaBH4 được so sánh thông qua thí nghiệm đánh giá định tính Ag+ còn dư trong dung dịch sản phẩm sau phản ứng với anion Cl-. Ảnh chụp kết quả phương pháp thử Ag+ dư với Cl- được trình bày trên hình 3.5. 57 Hình 3.5. Ảnh chụp dung dịch chứa CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 sau khi bổ sung HCl So sánh cả 2 mẫu CS/AgNPs1 và CS/AgNPs3 với thuốc thử là ion Cl-, kết quả thu được âm tính, cả 2 dung dịch trong suốt, không xuất hiện kết tủa. Điều này chứng tỏ AgNO3 đã phản ứng hết (Ag+ đã bị khử hoàn toàn thành Ago). Phương pháp khử bằng CS trong lò vi sóng chứng tỏ ưu điểm hơn hẳn, khả năng khử mạnh trong thời gian ngắn, sản phẩm có độ tinh khiết cao. CS/AgNPs đã được chế tạo thành công theo 3 phương pháp: phương pháp khử hóa học dùng NaBH4 với lượng dư NaBH4 (để đảm bảo quá trình xảy ra hoàn toàn) kết thúc sau 30 phút; phương pháp khử dùng CS trong điều kiện khuấy gia nhiệt tại nhiệt độ 90oC kết thúc sau 9 giờ; phương pháp khử trong lò vi sóng kết thúc sau 10 phút. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, phương pháp khử hóa học sử dụng NaBH4 có ưu điểm là trình khử xảy ra hoàn toàn, tuy nhiên có nhược điểm là chứa lượng dư chất phản ứng NaBH4 và tạo ra các sản phẩm phụ NaNO3 và B2H6, nên ứng dụng của CS/AgNPs sẽ bị hạn chế, đặc biệt trong lĩnh vực y sinh. Trong ba phương pháp này, phương pháp sử dụng lò vi sóng có ưu điểm hơn cả, khắc phục được các nhược điểm của hai phương pháp còn lại, độ tinh khiết cao, thời gian phản ứng ngắn. 3.1.2. Đặc trưng cấu trúc Phân tích phổ IR CS/AgNPs1 CS/AgNPs3 58 Cấu trúc của nanocompozit CS/AgNPs2 và CS/AgNPs3 được nghiên cứu bằng phổ hồng ngoại IR. Kết quả thu được trên hình 3.6. Hình 3.6. Phổ IR của nanocompozit CS/AgNPs và CS Quan sát hình 3.6 ta thấy trên phổ IR của nanocompozit có sự xuất hiện một số pic mới tại vị trí 1628 cm-1, 1410 cm-1 trong vùng từ 1390 đến 1600 cm-1 gây ra bởi tương tác giữa các Ag với mạng lưới CS [48, 100]. Về cơ bản các pic của nanocompozit mới tạo thành giống các pic của CS, điều này chứng tỏ điều kiện gia nhiệt và lò vi sóng không phá vỡ trúc của CS. Như vậy phương pháp sử dụng lò vi sóng để tổng hợp CS/AgNPs3 thể hiện ưu điểm hơn hẳn về thời gian, độ tinh sạch cũng như hiệu suất của quá trình. Phân tích nhiễu xạ tia X Cấu trúc tinh thể của Ag trong nanocompozit CS/AgNPs được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Giản đồ nhiễu xạ tia X của CS và CS/AgNPs3 được trình bày trên hình 3.7. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 CS/AgNPs2 CS/AgNPs3 C ư ờ n g đ ộ (a .u ) Số sóng (cm-1) CS 59 Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của: (A) CS và (B) CS/AgNPs Giản đồ nhiễu xạ tia X của CS thể hiện các pic tại giá trị 11,7o và 20,2o, phù hợp với tài liệu công bố liên quan giản đồ nhiễu xạ tia X của CS [67]. Trên giản đồ không xuất hiện pic nhiễu xạ của các tạp chất. Giản đồ nhiễu xạ tia X của nanocompozit CS/AgNPs (Hình 3.7B) xuất hiên các pic tại (111), (200), (220), (311) đặc trưng cho tinh thể Ag (theo ngân hàng phổ JCPDS card No 04-0783) [65], [92], [37]. Thành phần nguyên tố của nanocompozit CS/AgNPs3 được phân tích định tính và định lượng bằng phương pháp EDX, kết quả trình bày trên hình 3.8 và bảng 3.1. Hình 3.8. Phổ EDX của CS/AgNPs3 A B C ư ờ n g đ ộ ( a .u ) Góc nhiễu xạ 2θ Góc nhiễu xạ 2θ C ư ờ n g đ ộ ( a .u ) 10 20 30 40 50 60 60 Bảng 3.1. Hàm lượng các nguyên tố trong CS/AgNPs3 Nguyên tố Năng lượng (keV) Khối lượng (%) Nguyên tử (%) Sai số (%) C K* 0,277 18.12 28.12 0,16 N K* 0,392 5.74 7.64 0,392 O K 0,525 48.76 56.81 0,525 Na K 1.041 4.22 3.42 1.041 Ag L 2.983 23.16 4.00 0,76 Trên phổ EDX của vật liệu ta quan sát thấy các pic đặc trưng của C, O, N, Na, Ag trong thành phần của nanocompozit CS/AgNPs3. Với sự xuất hiện pic của C tại mức năng lượng E = 0,277k