Tổng quan về tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật và ứng dụng trong lĩnh vực y dược

TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 TỔNG QUAN VỀ TỔNG HỢP XANH NANO BẠC SỬ DỤNG CHIẾT XUẤT THỰC VẬT VÀ ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC Y - DƯỢC Bùi Thị Thu Hà1, Vũ Tuấn Anh1, Trần Bá Hiếu1 Tóm tắt Trong số phương pháp tổng hợp tiểu phân nano, trình tổng hợp xanh nano bạc thu hút ý lĩnh vực Y - Dược đặc tính hóa lý sinh học độc đáo chúng Phương pháp tổng hợp xanh phương pháp sử dụng chiết xuất từ thực vật, sinh vật sống phân tử sinh học làm tác nhân để tổng hợp tiểu phân nano Các tiểu phân nano bạc tổng hợp xanh có tính tương thích sinh học, thân thiện với mơi trường, kinh tế hiệu Tổng quan nhằm làm sáng tỏ tiến gần quy trình tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật (G-AgNP) tiềm chúng ứng dụng kháng khuẩn, mỹ phẩm, chống ung thư, chẩn đoán cảm biến sinh học * Từ khóa: Tổng hợp xanh; Tiểu phân nano bạc; Chiết xuất thực vật AN OVERVIEW OF THE PLANT-MEDIATED GREEN SYNTHESIS OF SILVER NANOPARTICLES FOR MEDICAL AND PHARMACEUTICAL APPLICATIONS Summary In the synthesis of nanoparticles, the green synthesis of silver nanoparticles has gained much attention in biomedicine and pharmacy due to their unique physicochemical and biological properties The green synthesis method uses plant extracts, living organisms, or biomolecules as bioreducing and biocapping agents to synthesize nanoparticles The green synthesized silver nanoparticles are biocompatible, ecofriendly, and cost-effective This review aims to elucidate recent advances in the plant-mediated green synthesis of silver nanoparticles (GAgNP) and their potential in antibacterial, cosmetic, anti-cancer, diagnostic, and biosensor applications * Keywords: Green synthesis; Silver nanoparticles; Plant extracts Học viện Quân y Người phản hồi: Bùi Thị Thu Hà (thuha2405@vmmu.edu.vn) Ngày nhận bài: 23/3/2022 Ngày chấp nhận đăng: 04/5/2022 18 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong số nano kim loại, nano bạc thu hút nhiều quan tâm phạm vi ứng dụng rộng rãi lĩnh vực vi sinh vật học, hóa học, cơng nghệ thực phẩm, sinh học tế bào, y sinh dược học [1] Các đặc tính hóa lý độc đáo nano bạc bao gồm kích thước, hình dạng, diện tích bề mặt lớn, đặc tính quang học, học khả phản ứng hóa học làm cho chúng ứng dụng nhiều lĩnh vực Y Dược Tính độc đáo nano kim loại đến từ phương thức tổng hợp chúng Các phương pháp thông thường để tổng hợp tiểu phân nano bao gồm phương pháp vật lý phương pháp hóa học với nhược điểm lớn chi phí cao, gây nhiễm mơi trường, hóa chất độc hại có khả hấp thu lên bề mặt tiểu phân nano làm giảm tính tương thích sinh học [2] Do đó, cần phát triển phương pháp tổng hợp thay thế, phương pháp tổng hợp xanh Thực vật nguồn tài nguyên thiên nhiên đa dạng phong phú với đặc tính sinh học tuyệt vời ứng dụng rộng rãi lĩnh vực Y - Dược Tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật phương pháp thân thiện với mơi trường, dễ thực hiện, có khả nâng cấp quy mô công nghiệp, kinh tế hiệu [3] Các nghiên cứu cho thấy tính tương thích sinh học an tồn nano bạc tổng hợp xanh, với hoạt tính sinh học cải thiện đáng kể ứng dụng dược phẩm, mỹ phẩm ứng dụng y học Tổng quan tập trung vào nano bạc tổng hợp nhờ trình khử chất chiết xuất thực vật, bao gồm q trình tổng hợp, mơ tả đặc tính ứng dụng tiềm lĩnh vực Y - Dược TỔNG HỢP XANH NANO BẠC SỬ DỤNG CHIẾT XUẤT THỰC VẬT Phương pháp tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật Phương pháp tổng hợp sinh học hay phương pháp tổng hợp xanh bao gồm việc sử dụng nguồn sinh học (thực vật, sinh vật phân tử sinh học), thực vật với nhiều ưu điểm sử dụng để tổng hợp tiểu phân nano thân thiện với môi trường [1, 4] Tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật dựa phương pháp đơn giản, nhanh chóng, cụ thể sau: Dịch chiết thực vật 19 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 trộn đồng với dung dịch muối bạc, thường nhiệt độ phòng, khuấy trộn liên tục, sau tiến hành tinh chế thu hạt nano bạc [2] Quy trình tổng hợp thường diễn nhiệt độ phịng, tiến hành nhiệt độ cao có hỗ trợ vi sóng [5], siêu âm [6] Hình 1: Quy trình tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật [2] Thông thường, dung dịch muối bạc ứng xảy điều kiện nhiệt độ dung dịch bạc nitrat Chiết xuất thực thường gia nhiệt, có hỗ sợ vật có nguồn gốc từ số phận vi sóng, siêu âm Nano bạc với kích [7], vỏ [8], [9], hạt [10], thước trung bình 35 - 40 nm tổng cánh hoa [11], rễ [12], thân rễ [13], hợp thành công cách sử dụng phần thân mặt đất tồn chiết xuất vỏ bưởi chứa hợp chất [14], sử dụng dạng tươi phenolic làm chất khử với hỗ trợ khô Dung môi chiết xuất thường sóng siêu âm giúp phản ứng thực dùng nước, ethanol Phản nhanh so với điều kiện nhiệt 20 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 độ phòng [8] Phương pháp tổng hợp Alternanthera tenella, kết sàng lọc xanh dựa chiếu xạ vi sóng hóa thực vật cho thấy flavonoid đóng hỗ trợ tổng hợp nano bạc vàng vai trò chất khử để hình thành nano cách sử dụng chiết xuất Aerva bạc [17] Quá trình hình thành nano latana cho thấy phản ứng tổng hợp xảy bạc sử dụng chiết xuất thực vật bao nhanh hơn, hạt nano có hình thái gồm hai bước chính: Khử tiền chất khác với hoạt tính xúc tác vượt muối bạc ổn định nano bạc [3, trội [5] 7, 13] Giai đoạn tạo mầm bắt đầu chứa hình thành chelate bạc flavonoid, acid phenolic, alkaloid, nhóm chức thành phần saponin, carbohydrate, acid amin dịch chiết thực vật, protein terpenoid đóng vai trị làm q trình oxy hóa nhóm hydroxyl Dịch chiết thực vật có chất khử chất ổn định việc thành nhóm carbonyl dẫn đến tổng hợp nano bạc từ ion bạc, tạo khử ion kim loại Trong giai nên khả tương thích sinh học cao nano bạc ứng dụng y học dược học [2] Do đa dạng thành phần chiết xuất thực vật, chế xác trình hình thành nano bạc khác Tuy nhiên, chế chung khử ion Ag+ nhóm chức thành phần dịch chiết [15] Chiết xuất vỏ Punica granatum chứa flavonoid kaempferol naringin với dạng glycoside chúng có nhóm hydroxyl (-OH) gây khử ion Ag+, dẫn đến hình thành nano bạc [16] Quá trình tổng hợp nano bạc sử dụng chiết xuất nước đoạn phát triển, thành phần dịch chiết thực vật đóng vai trị chất ổn định tránh kết tụ nano kim loại (Hình 1) [2] Các nhóm hydroxyl tham gia trực tiếp vào q trình tổng hợp chịu trách nhiệm q trình tổng hợp chúng hoạt động phối tử, liên kết với ion kim loại [18] Các nhóm cacbonyl có khả liên kết với ion kim loại, chúng hoạt động chất khử chất hoạt động bề mặt bao phủ tiểu phân nano bạc dẫn đến ổn định [19] Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất, trạng thái kết tụ đặc tính lý hóa nano bạc tổng hợp xanh sử 21 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 dụng dịch chiết thực vật Các yếu tố nhiệt độ Kết cho thấy pH 9, thời quan trọng liên quan đến chiết xuất thực vật bao gồm: Bộ phận thực vật gian phản ứng 90 phút, nồng độ muối bạc 0,001M, tỷ lệ chiết xuất/muối bạc 1/9, nhiệt độ 90 - 100°C tối ưu để tổng hợp nano bạc Các nhóm dùng để chiết xuất, thành phần dịch chiết, hàm lượng chất có dịch chiết, trọng lượng phân tử phân tử sinh học, chất khử, điều kiện bảo quản chiết xuất [7, 12] Do thành phần hóa học khác phận cây, phận chọn để chiết xuất ảnh hưởng đến kích thước nano bạc Sự thay đổi nồng độ chiết xuất thực vật dẫn đến thay đổi kích thước, hình dạng, độ ổn định nano bạc Nồng độ muối bạc, tỷ lệ dịch chiết muối bạc đóng vai trị quan trọng Hơn nữa, yếu tố nhiệt độ, thời gian phản ứng, dung mơi, pH, ánh sáng, oxy hịa tan tạp chất cần đánh giá trình tổng hợp xanh Độ pH yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến khả khử thành phần dịch chiết Ở pH có tính acid, nhóm chức bề mặt tiểu phân nano biểu dạng proton, dẫn đến zeta lớn, tính ổn định [6, 8, 18] Quá trình tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất Acalypha wilkesiana với năm yếu tố tối ưu bao gồm: pH, thời gian, nồng độ, tỷ lệ thể tích 22 hoạt chất saponin, flavonoid, phenol triterpene đóng vai trị chất khử chất ổn định trình tổng hợp [20] Việc kiểm soát yếu tố ảnh hưởng nhằm tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc với suất cao, ổn định Xác định đặc tính nano bạc tổng hợp Khả ứng dụng nano bạc phụ thuộc vào đặc tính chúng Việc xác định đặc tính nano bạc đóng vai trị quan trọng sau tổng hợp Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-VIS sử dụng để theo dõi hình thành, ổn định nano bạc Phần lớn nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định kích thước hình thái nano bạc [6, 8, 19] Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FTIR) giúp đánh giá nhóm chức Quang phổ tán sắc lượng tia X (EDX) xác định thành phần hóa học nhiễu xạ tia X (XRD) xác định trạng thái, cấu trúc tinh thể [5, 17] TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 Bảng 1: Các phương pháp/thiết bị dùng để xác định đặc tính nano bạc [3] STT Phương pháp/thiết bị Mục đích - Xác định hình thành độ ổn định Phương pháp quang phổ hấp thụ nano bạc tử ngoại khả kiến (UV-VIS) - Xác định kích thước, hình thái, nồng độ, cấu trúc, độ hấp thụ, dịch chuyển điện tử Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kính hiển vi điện tử truyền qua Xác định kích thước, hình thái, cấu trúc liên (TEM, HRTEM) kết, cấu trúc tinh thể Kính hiển vi lực nguyên tử Xác định kích thước, hình thái, đặc tính bề (AFM) mặt, kết cấu Kính hiển vi quét xuyên hầm Xác định cấu trúc liên kết, chỉnh sửa bề mặt, (STM) phân tích hóa học Phương pháp tán xạ ánh sáng Xác định phân bố kích thước tiểu phân động (DLS) Phương pháp quang phổ hồng Xác định nhóm chức liên kết hóa học ngoại (FTIR) Thế zeta Phương pháp phân tích nhiệt quét Xác định tính đa hình, vơ định hình vi sai (DSC) 10 Phương pháp phân tích nhiệt Xác định đặc tính lý hóa, động học trọng trường (TGA) 11 Quang phổ tán sắc lượng tia Xác định độ tinh khiết thành phần hóa X (EDX) học 12 Quang phổ hấp thụ tia X (XAS) 13 Quang phổ huỳnh quang tia X Xác định thành phần hóa học, nồng độ, độ (XRF) dày lớp phủ 14 Quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 15 Quang phổ quang điện tử tia X Phân tích hóa học bề mặt, lượng liên kết, (XPS) tinh thể học, hình thành thành phần Xác định kích thước, hình thái, cấu trúc liên kết, cấu trúc tinh thể, thành phần Xác định điện bề mặt độ ổn định keo Xác định cấu trúc điện tử, cấu trúc hình học, thành phần nguyên tố Xác định cấu trúc tinh thể, trạng thái kết tinh, kích thước tinh thể 23 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 Ưu điểm phương pháp tổng hợp xanh sử dụng chiết xuất thực vật thách thức liên quan - So với phương pháp tổng hợp vật lý hóa học, phương pháp tổng hợp xanh tiêu tốn lượng, thời gian; thiết bị đơn giản; giảm thải phụ phẩm; loại bỏ q trình xử lý khơng cần thiết q trình tổng hợp; tương thích sinh học với hệ sinh thái; thân thiện với người môi trường; khả thi quy mô công nghiệp [21] - Phương pháp tổng hợp xanh sử dụng chiết xuất thực vật có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng sinh vật sống phân tử sinh học Quá trình tổng hợp nano sử dụng vi sinh vật thường chậm chi phí trì tốn kém, khó khăn việc xử lý thu nano bạc, việc áp dụng quy mô lớn bị hạn chế Trong đó, thực vật với đa dạng, phong phú, nguồn dự trữ khổng lồ chứa hợp chất khử chất ổn định với hoạt tính sinh học tự nhiên không giúp tổng hợp nano bạc mà cịn cung cấp đặc tính sinh học mong muốn [22] - Chiết xuất từ thực vật coi ứng cử viên lý tưởng cho trình tổng hợp nano Tuy nhiên, trình tổng hợp nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật quy mơ lớn, thực vật phải có nguồn gốc từ địa điểm, chất lượng, thành phần vịng tổng hợp để trì khả tái lập đảm bảo hiệu 24 suất ổn định tiểu phân nano tạo [3] Phần lớn nghiên cứu sử dụng dịch chiết toàn phần thực vật mà nghiên cứu đánh giá vai trị nhóm hoạt chất riêng hoạt chất phân lập từ dịch chiết Việc sử dụng một vài hoạt chất từ chiết xuất thực vật tạo điều kiện thuận lợi cho tiêu chuẩn hóa nguyên liệu - Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hình thành nano bạc bao gồm nhiệt độ, thời gian, pH, tỷ lệ dịch chiết/muối kim loại… Các yếu tố cần tối ưu hóa để đảm bảo kiểm sốt hình dạng, kích thước, độ ổn định, hiệu suất trình tổng hợp nano bạc [12, 21] - Các báo cáo đa số tập trung vào chứng minh tính khả thi quy trình tổng hợp nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật Các hợp chất hữu cơ/phân tử sinh học chịu trách nhiệm cho trình khử ion kim loại chế khử xác khơng xác định Vì vậy, việc xác định xác chế hình thành nano kim loại yêu cầu cần làm sáng tỏ quy trình tổng hợp xanh [3, 4] ỨNG DỤNG G-AgNP TRONG LĨNH VỰC Y - DƯỢC Các ứng dụng bật nano bạc lĩnh vực Y - Dược bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, chống ung thư, xúc tác, chữa lành vết ... TỔNG HỢP XANH NANO BẠC SỬ DỤNG CHIẾT XUẤT THỰC VẬT Phương pháp tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật Phương pháp tổng hợp sinh học hay phương pháp tổng hợp xanh bao gồm việc sử dụng. .. dụng dược phẩm, mỹ phẩm ứng dụng y học Tổng quan tập trung vào nano bạc tổng hợp nhờ trình khử chất chiết xuất thực vật, bao gồm q trình tổng hợp, mơ tả đặc tính ứng dụng tiềm lĩnh vực Y - Dược TỔNG... tổng hợp xanh Thực vật nguồn tài nguyên thiên nhiên đa dạng phong phú với đặc tính sinh học tuyệt vời ứng dụng rộng rãi lĩnh vực Y - Dược Tổng hợp xanh nano bạc sử dụng chiết xuất thực vật phương