Nghiên cứu tổng hợp nano đồng và ứng dụng

Các nghiên cứu gần đây cho thấy các hạt nano đồng có tính năng ưu việt không kém gì các hạt nano vàng, bạc, đặc biệt tính kháng khuẩn. Bài viết trình bày việc sử dụng phương pháp xanh để tổng hợp hạt nano đồng bằng cách sử dụng các chất chiết xuất là dịch chiết lá chè xanh và vỏ trái chuối hột với dung dịch đồng nitrat.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKHT 2018 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG VÀ ỨNG DỤNG LÊ MỸ HẠNH1, VÕ VĂN TÂN2 Học viên Cao học, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Tóm tắt: Phương pháp tổng hợp xanh nano đồng cách sử dụng dịch chiết chè xanh vỏ trái chuối hột với dung dịch đồng nitrat nghiên cứu Phổ UV-Vis nano đồng dịch chiết vỏ trái chuối hột tươi dịch chiết chè tươi cho peak có cường độ lớn với bước sóng đặc trưng nano đồng từ 560 – 580 nm Ảnh TEM cho thấy nano Cu có dạng hình cầu, phân bố đồng với kích thước từ 4,18 – 5,11 nm Dung dịch nano đồng tổng hợp có hoạt tính kháng chủng vi khuẩn gram (+) Staphylococcus aureus gram (-) Escherichia coli Từ khóa: Nano đồng, dịch chiết chè, kháng khuẩn ĐẶT VẤN ĐỀ Các nghiên cứu gần cho thấy hạt nano đồng có tính ưu việt khơng hạt nano vàng, bạc, đặc biệt tính kháng khuẩn Nano đồng tổng hợp nhiều phương pháp khác nhau, thường hướng đến mục tiêu chung tạo hạt nano có kích thước nhỏ, độ đồng cao nhằm khai thác tối đa khả ứng dụng [4] Quá trình tổng hợp xanh cách sử dụng chiết xuất loại thực vật đóng vai trị quan trọng, đường tốn kém, thân thiện với mơi trường khơng liên quan đến hóa chất độc hại Đặc biệt, phương pháp tổng hợp hạt nano, an toàn để ứng dụng lĩnh vực y sinh học [1, 2] Dịch chiết từ chè xanh (Camellia sinenssis) vỏ trái chuối hột (Musa balbisiana Colla) nguyên liệu phổ biến, có chứa nhiều catechin, flavanoid, polyphenol,… [3, 5, 6] thành phần khử hiệu ổn định trình tạo nano đồng Trong báo này, chúng tơi sử dụng phương pháp xanh để tổng hợp hạt nano đồng cách sử dụng chất chiết xuất dịch chiết chè xanh vỏ trái chuối hột với dung dịch đồng nitrat THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, nguyên liệu - Cu(NO3)2, C2H5OH, số hóa chất khác, nước cất - Lá chè xanh, trái chuối hột thu mua chợ Đông Ba, thành phố Huế, sau rửa bảo quản kín tủ lạnh (8oC) 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp: Sử dụng phương pháp tổng hợp xanh dịch chiết chè xanh vỏ trái chuối hột để tổng hợp nano đồng, thân thiện với môi trường [1, 2] - Phương pháp đánh giá sản phẩm: Sử dụng phương pháp: phổ UV-Vis khảo sát hiệu ứng Plasmon bề mặt nano đồng thiết bị UV-1800 phổ hồng ngoại khảo sát hợp chất hữu làm bền nano đồng thiết bị FT-IR (Shimadzu – Nhật Bản) Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Ảnh TEM chụp hình thái hạt nano bạc thiết bị (HF-3300, Hitachi) Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Thử nghiệm hoạt tính sinh học chủng vi khuẩn viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam 240 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2018 | 11/2018 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết chè vỏ trái chuối hột 3.1.1 Nghiên cứu điều chế dịch chiết a) b) Hình Phổ hồng ngoại dịch chiết chè (a) dịch chiết vỏ trái chuối hột (b) Từ phổ hồng ngoại hình 1, thấy peak hai loại dịch chiết chè vỏ trái chuối hột có dạng tương tự nhau: 3427,51 – 3354,21 cm-1 (nhóm –OH liên kết hiđro), 1656,85 - 1647,21 cm-1 (nhóm COO-), 1280,73 – 1274,95 cm-1 (eter) Các nhóm chức hợp chất polyphenol, flavonoid, alkaloid đặc trưng dịch chiết chè vỏ trái chuối hột tham gia phản ứng tạo nano Cu Che tuoi 2.4 Dich chiet Che tuoi Che kho 2.2 2.0 Mat quang, (dvtd) 1.8 1.6 1.4 Che kho 1.2 1.0 0.8 Dich chiet 0.6 0.4 0.2 0.0 555 a) 570 585 600 Buoc song, nm 615 630 b) Hình Phổ UV-Vis so sánh mật độ quang dịch chiết dung dịch nano từ dịch chiết chè (a), dịch chiết vỏ chuối hột (b) Từ phổ UV-Vis hình 2, thấy dịch chiết chè dịch chiết vỏ trái chuối hột chưa tham gia phản ứng với dung dịch Cu(NO3)2 nên không cho peak đặc trưng Các đường phổ UV-Vis sản phẩm nano Cu tạo thành từ dịch chiết chè dịch chiết vỏ trái chuối hột với dung dịch Cu(NO3)2 cho peak đặc trưng nano đồng nằm khoảng từ 550 – 600 nm; nhận thấy mật độ quang dịch chiết chè tươi (2,26323 đvtđ) mạnh chè khô (1,26783 đvtđ) mật độ quang dịch chiết vỏ trái chuối hột tươi (2,52324 đvtđ) mạnh vỏ trái chuối hột khô (1,77826 đvtđ) Điều đúng, đơn vị khối lượng chè khơ vỏ chuối hột khơ có hợp chất hữu bị tác dụng nên khả tạo nano đồng yếu Từ đó, lựa chọn chè tươi vỏ trái chuối hột tươi để tiến hành đun lấy dịch chiết 3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn/lỏng tạo dịch chiết Từ phổ UV-Vis hình 3, cho thấy tăng khối lượng chè vỏ trái chuối hột từ gam đến 10 gam mật độ quang tăng nồng độ chất hữu tạo nano đồng dịch chiết tăng Khi tỷ lệ rắn/ lỏng 10 g/100 mL giá trị mật độ quang (đvtđ) đo dịch chiết chè Amax = 2,53830 dịch chiết vỏ trái chuối hột Amax = 2,49744, 241 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKHT 2018 nghĩa lượng nano đồng tạo thành tốt Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ rắn/ lỏng đó, dung dịch nước chiết chứa nhiều chất hữu làm hạt nano đồng tạo nhanh, dễ bị keo tụ thành hạt kích thước lớn (qua ảnh TEM) Do đó, chọn tỷ lệ rắn lỏng tối ưu để hình thành nano đồng 10 g/100 mL 10g/100ml 2.6 5g/100ml 10g/100ml 15g/100ml 20g/100ml 2.4 2.2 Mat quang 2.0 15g/100ml 1.8 1.6 1.4 20g/100ml 1.2 5g/100ml 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 540 560 580 600 620 640 660 Buoc song, nm a) b) Hình Phổ UV-Vis khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ rắn/ lỏng tạo dịch chiết chè (a) dịch chiết vỏ trái chuối hột (b) đến trình hình thành nano đồng 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng dung dịch Cu(NO3)2 đến trình hình thành nano đồng 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ 0,0020 mM 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0,0005 mM 0,0002 mM 555 a) 0,0002 mM 0,0005 mM 0,0010 mM 0,0020 mM 0,0010 mM Mat quang Mat quang 0,0005M 570 585 600 615 Buoc song, nm 630 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,0002M 0,0003M 0,0004M 0,0005M 0,0004M 0,0003M 0,0002M 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 645 b) Buoc song, nm Hình Phổ UV-Vis khảo sát ảnh hưởng nồng độ Cu(NO3)2 đến trình hình thành nano đồng từ dịch chiết chè (a) dịch chiết vỏ trái chuối hột (b) Từ phổ UV-Vis hình 4, cho thấy nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 tăng dần từ 0,2 mM đến 2,0 mM giá trị mật độ quang đo tăng dần, nghĩa lượng nano đồng tổng hợp tăng Tuy nhiên trình bảo quản dung dịch chứa hạt nano đồng, thấy xuất kết tủa đồng mẫu có nồng độ 1,0 mM; 2,0 mM Nghĩa hạt nano đồng tạo thành nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 từ mM trở lên không bền điều kiện khảo sát Do chọn nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 thích hợp 0,5 mM, dịch chiết chè, mật độ quang (đvtđ) Amax = 2,78320 nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 0,2 mM dịch chiết vỏ chuối hột, mật độ quang (đvtđ) Amax = 2,17010 Như dịch chiết chè phối hợp với nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 0,5 mM; dịch chiết vỏ trái chuối hột phối hợp với nồng độ dung dịch Cu(NO3)2 0,2 mM để tổng hợp nano đồng Điều thành phần chất hữu có dịch chiết chè tham gia phản ứng khử Cu2+ tốt dịch chiết vỏ trái chuối hột 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ dịch chiết dung dịch Cu(NO3)2 Từ phổ UV-Vis hình 5, cho thấy nano đồng tạo với tỷ lệ dịch chiết chè dịch chiết vỏ trái chuối hột với dung dịch Cu(NO3)2 1:5 (mL/mL) Kết mật độ quang Amax = 2,90135 dịch chiết chè Amax = 2,65514 dịch chiết vỏ trái chuối hột, nghĩa lượng nano đồng tạo thành tỷ lệ tốt 242 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2018 | 11/2018 Do đó, chọn tỷ lệ dịch chiết chè, dịch chiết vỏ trái chuối hột với dung dịch Cu(NO3)2 tối ưu 1:5 (mL/mL) để tạo nano đồng (1) (1) 1:5 3.0 1:3 1:2 1:3 1:5 1:6 1:2 2.8 2.6 2.4 Mat quang 1:6 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 540 550 560 570 580 a) 590 600 610 620 630 640 650 b) Buoc song, nm Hình Phổ UV-Vis khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dịch chiết chè (a) dịch chiết vỏ trái chuối hột (b) với dung dịch Cu(NO3)2 3.2.3 Ảnh hưởng pH pH = 3.2 pH = pH = pH = pH = pH = 3.0 2.8 2.6 2.4 pH = Mat quang 2.2 2.0 1.8 pH = 1.6 pH = 1.4 pH = 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 540 555 570 585 a) 600 615 630 645 b) Buoc song, nm Hình Phổ UV-Vis khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hình thành nano đồng từ dịch chiết chè (a) vỏ trái chuối hột (b) Từ phổ UV-Vis hình 6, cho thấy giá trị mật độ quang tăng lên dần pH tăng từ đến Ở pH = lượng hiđroxit đồng tạo thành, dẫn đến tượng keo tụ, hạt nano đồng tổng hợp ít, làm giảm mật độ quang Do đó, chọn giá trị pH tối ưu 8, đảm bảo giá trị mật độ quang (đvtđ) cao Amax = 3,01312 dịch chiết chè Amax = 3,31476 dịch chiết vỏ trái chuối hột 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian 3.2 35p 3.0 10p 15p 25p 35p 50p 50p 2.8 2.6 25p 2.4 15p Mat quang 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 10p 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 540 a) 560 580 600 620 640 660 680 700 b) Buoc song, nm Hình Phổ UV-Vis khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hình thành nano đồng từ dịch chiết chè (a) dịch chiết vỏ trái chuối hột (b) 243 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKHT 2018 Từ phổ UV-Vis hình 7, cho thấy thời gian tổng hợp nano đồng tăng mật độ quang tăng, dịch chiết chè thời gian 35 phút cho mật độ quang (đvtđ) Amax = 2,98122; dịch chiết vỏ trái chuối hột thời gian 25 phút cho mật độ quang Amax = 2,87854 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ o 90 C 3.0 o 2.8 t phong o 50 C o 90 C o 100 C o 100 C 2.6 2.4 Mat quang 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 o t phong 1.2 o 50 C 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 560 a) 580 600 620 640 660 680 700 720 740 b) Buoc song, nm Hình Phổ UV-Vis khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hình thành nano đồng từ dịch chiết chè (a) dịch chiết vỏ trái chuối hột (b) Từ phổ UV-Vis hình 8, cho thấy nhiệt độ tăng dần lên 90oC mật độ quang tăng dần Khi nhiệt độ 90oC mật độ quang (đvtđ) đạt giá trị Amax = 3,12011 dịch chiết chè Amax = 3,82099 dịch chiết vỏ trái chuối hột Nhưng tăng nhiệt độ 90oC phản ứng xảy mạnh làm xuất hạt có kích thước lớn Do chọn nhiệt độ phản ứng 90oC để tổng hợp nano đồng từ dịch chiết chè dịch chiết vỏ trái chuối hột 3.3 Sản phẩm nano đồng tổng hợp a) c) b) Hình Các hình ảnh nano đồng tổng hợp Dung dịch nano đồng tổng hợp (a); Ảnh TEM mẫu nano đồng thu từ dịch chiết chè (b) dịch chiết vỏ trái chuối hột (c) Từ ảnh sản phẩm nano đồng tổng hợp hình (a), cho thấy nano đồng dung dịch suốt có màu đỏ Kết ảnh TEM hình (b) (c) cho thấy, sản phẩm nano đồng có dạng hình cầu, phân bố tương đối đồng Các hạt nano đồng tổng hợp từ dịch chiết chè có kích thước từ 4,18 nm đến 5,11 nm; sản phẩm nano đồng từ dịch chiết trái chuối hột 244 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2018 | 11/2018 có kích thước từ 4,31 nm đến 5,06 nm Như vậy, kết khẳng định dịch chiết chè xanh vỏ trái chuối hột có khả khử tốt để tạo nano đồng 3.4 Hoạt tính sinh học nano đồng Bảng Kết thử hoạt tính sinh học dung dịch nano đồng tổng hợp Tên mẫu Nano đồng Đường kính vịng vơ khuẩn, (mm) Gram (+) Gram (-) Nấm Staphylococcus aureus Escherichia coli Candida albicans 14 Dung dịch nano đồng tổng hợp có khả kháng chủng vi sinh vật gram (+) Staphylococcus aureus gram (-) Escherichia coli, khơng có tác dụng kháng chủng nấm men Candida albicans KẾT LUẬN Đã nghiên cứu tổng hợp nano đồng dịch chiết chè điều kiện tối ưu chiết dịch chè tươi 50oC, 30 phút, tỷ lệ rắn/ lỏng 10 gam/100mL; với dung dịch Cu(NO3)2 tỷ lệ 1:5 (mL/mL) nồng độ 0,5 mM, môi trường pH = 8, thời gian tổng hợp tạo nano đồng 35 phút, nhiệt độ 90oC Đã nghiên cứu tổng hợp nano đồng dịch chiết vỏ trái chuối hột điều kiện tối ưu chiết dịch vỏ trái chuối hột tươi 50oC 30 phút, tỷ lệ rắn/lỏng 10 g/100mL; với dung dịch Cu(NO3)2 tỷ lệ 1:5 (mL/mL) nồng độ 0,2 mM, môi trường pH = 8, thời gian tổng hợp tạo nano đồng 25 phút, nhiệt độ 90oC Phổ UV-Vis nano đồng dịch chiết vỏ trái chuối hột tươi dịch chiết chè tươi cho peak có cường độ lớn với bước sóng đặc trưng nano đồng từ 560 – 580 nm Ảnh TEM nano đồng tổng hợp từ dịch chiết chè dịch chiết vỏ trái chuối hột cho thấy nano Cu có dạng hình cầu, phân bố đồng với kích thước từ 4,18 – 5,11 nm Đã thử nghiệm tính hoạt tính sinh học dung dịch nano đồng tổng hợp Kết mẫu thử có hoạt tính kháng chủng vi khuẩn gram (+) Staphylococcus aureus (tụ cầu khuẩn) gram (-) Escherichia coli (tiêu chảy) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Võ Văn Tân, Ngơ Xn Trí (2017) Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ nitrat bạc dịch chiết chè Truồi Tạp chí Hóa học Ứng dụng, số (T.38), tr 30-33 Võ Văn Tân, Phan Thị Thủy Tiên, Trần Đồng Linh Chi (2018) Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 với dịch chiết vỏ trái chuối hột, Tạp chí Hóa học Ứng dụng, số (T.42), tr 42-46 Đặng Ngọc Dung, Phạm Thiện Ngọc, Nguyễn Thị Hà (2002) Chiết xuất đánh giá sơ thành phần polyphenol chè xanh Việt Nam, Tạp chí Nghiên cứu Y học, số 18, tr.35 – 39 Cao Văn Dư, Nguyễn Thị Phương Phong, Nguyễn Thị Kim Phượng (2013) Nghiên cứu tổng hợp điều chỉnh kích thước hạt nano đồng hệ glycerin/PVP, Tạp chí Hóa học, T.51 (2C), tr 745-749 Bùi Mỹ Linh, Huỳnh Tú Quyên (2001) Chiết xuất phân lập số hợp chất phân cực chuối hột, Tạp chí Y học thành phố Hồ Chí Minh, phụ số 6, tr 145 - 147 Arawande JO, Komolafe EA (2010) Antioxidative potentials of banana and plantain peel extracts on crude palm oil, Ethnobot Leafl 14:559–569 245 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKHT 2018 Title: THE SYNTHESIS OF COPPER NANO PARTICLES AND APPLICATION Abstract: The synthesis of copper nano particlest with reducing agents, obtains from the extracts of dried fresh tea leaf and banana skin are researched The results shows that the extracts from fresh tea leaf and banana skin are better than other The absorption spectrum of Cu particles is in the 560 – 580 nm band TEM shows copper nano particles are spheres with size of 4.18 – 5.11 nm The antibacterial activity of Cu- nano has been tested, which is efficient against bacterial strains of Staphylococcus aureus and Escherichia coli Keywords: Copper nano, tea leaf, Musa balbisiana Colla, antibacterial activity 246 ... ảnh nano đồng tổng hợp Dung dịch nano đồng tổng hợp (a); Ảnh TEM mẫu nano đồng thu từ dịch chiết chè (b) dịch chiết vỏ trái chuối hột (c) Từ ảnh sản phẩm nano đồng tổng hợp hình (a), cho thấy nano. .. (2017) Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ nitrat bạc dịch chiết chè Truồi Tạp chí Hóa học Ứng dụng, số (T.38), tr 30-33 Võ Văn Tân, Phan Thị Thủy Tiên, Trần Đồng Linh Chi (2018) Nghiên cứu tổng hợp nano. .. trái chuối hột có khả khử tốt để tạo nano đồng 3.4 Hoạt tính sinh học nano đồng Bảng Kết thử hoạt tính sinh học dung dịch nano đồng tổng hợp Tên mẫu Nano đồng Đường kính vịng vơ khuẩn, (mm)