TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO VÀNG – CHITOSAN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG DƯỢC PHẨM HUỲNH THỊ CẨM QUYÊN Bieân[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO VÀNG – CHITOSAN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG DƯỢC PHẨM HUỲNH THỊ CẨM QUYÊN Biên Hòa – 11/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO VÀNG – CHITOSAN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG DƯỢC PHẨM SVTH: CVKH: HUỲNH THỊ CẨM QUYÊN PGS TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG PHONG Biên Hòa – 11/2012 i LỜI CÁM ƠN Lời xin gửi đến Ba, Mẹ người nuôi dạy suốt thời gian qua Em xin cám ơn Anh ủng hộ giúp Em ngày tháng gia đình cịn gặp nhiều vất vả Con xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến Cô PGS TS Nguyễn Thị Phương Phong mơn Hố Lý – Khoa Hố – ĐH Khoa Học Tự Nhiên, người thầy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em vượt qua khó khăn suốt q trình thực luận văn Cám ơn Th.S Võ Quốc Khương, chị Nguyễn Trần Tường Vy, tập thể bạn nhóm Nano giúp đỡ hỗ trợ hồn thành khóa luận ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kim loại vàng (Au) .2 1.1.1 Tổng quát 1.1.2 Tính chất vật lý vàng 1.1.3 Tính chất hóa học 1.1.4 Ứng dụng vàng 1.2 Tổng quan chitosan 1.2.1 Cấu trúc chitosan 1.2.2 Tính chất chitosan 1.2.3 Ứng dụng chitosan .7 1.3 Tổng quan nano vàng 1.3.1 Hạt nano kim loại 1.3.2 Tính chất hạt nano kim loại 1.3.2.1 Tính chất quang 1.3.2.3 Tính chất điện 1.3.2.4 Tính chất từ 10 1.3.3 Hạt nano vàng 10 1.3.4 Phương pháp điều chế hạt nano vàng 13 1.3.4.1 Phương pháp khử hóa học 13 iii 1.3.4.2 Phương pháp khử vật lý .15 1.3.4.3 Phương pháp sinh học 15 1.3.4.4 Phương pháp khử hóa lý 17 1.3.5 Ứng dụng hạt nano vàng 18 1.3.5.1 Trong công nghệ sinh học 18 1.3.5.2 Trong xúc tác 20 1.3.5.3 Trong mỹ phẩm 21 1.4 Tổng quan vàng - chitosan 23 1.4.1 Tạo dung dịch nano vàng dung dịch chitosan phương pháp khử hóa học có gia nhiệt thơng thường 23 1.4.2 Ứng dụng nano vàng – chitosan 23 1.5 Tổng quan mỹ phẩm 24 1.5.1 Đối tượng da 24 1.5.2 Các bệnh liên quan đến da 25 1.4.3 Các nguyên liệu dùng mỹ phẩm 27 1.5.4 Mỹ phẩm có chứa hạt nano vàng 30 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .31 2.1 Hóa chất dụng cụ-thiết bị 31 2.1.1 Hóa chất 31 2.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 32 2.2 Nội dung nghiên cứu 33 2.2.1 Các phương pháp phân tích đặc điểm nguyên liệu chitosan 33 2.2.1.1 Phương pháp phân tích FT-IR 33 2.2.1.2 Phương pháp đo sắc ký thẩm thấu gel GPC 34 iv 2.2.1.3.Phương pháp chụp ảnh FE-SEM 35 2.2.2 Phương pháp chế tạo hạt nano vàng 36 2.2.3 Các phương pháp phân tích hạt nano vàng màng nano vàng 37 2.2.3.1 Phương pháp đo phổ hấp thụ máy quang phổ UV-Vis .37 2.2.3.2 Phương pháp chụp ảnh TEM 39 2.2.3.3 Khảo sát tính kháng khuẩn dung dịch nano vàng 40 2.2.4 Phương pháp tạo kem 42 2.2.5 Các phương pháp phân tích mẫu kem kem nano vàng – chitosan 43 2.2.5.1 Phương pháp đo độ lún kim 43 2.2.5.2 Phương pháp kiểm tra độ độc hại (độ kích ứng da) 43 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Phân tích nguyên liệu chitosan phương pháp FT-IR, FE-SEM, GPC 45 3.1.1 Kết phân tích FT-IR 45 3.1.2 Kết phân tích GPC .46 3.1.3 Kết phân tích FE-SEM .46 3.2 Chế tạo hạt nano vàng chitosan 47 3.3 Kết TEM 55 3.4 Kết XRD 60 3.5 Khảo sát tính kháng khuẩn dung dịch nano vàng 61 3.6 Tạo kem kem nano vàng – chitosan .62 3.6.1 Độ lún kim 62 3.6.2 Kết kiểm tra kích ứng da 62 3.6.3 Kiểm tra nồng độ vàng kem 64 v CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 4.1 Kết luận 66 4.2 Đề nghị 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Vàng thỏi Hình 1.2: Ứng dụng điều trị ung thư Hình 1.3: Ngơi nhà trang trí vàng Hình 1.4: Sử dụng vàng mạch điện Hình 1.5: Cơng thức cấu tạo chitin chitosan Hình 1.6: Minh họa chế xuất plasmon bề mặt hạt nano kim loại Hình 1.7: Chiếc cốc Lycurgus .12 Hình 1.8: Một số thực vật dùng sinh tổng hợp hạt nano kim loại 16 Hình 1.9: Ảnh TEM tế bào Yarrowia lipolytica NCIM 3589 có chứa hạt nano vàng bên .17 Hình 1.10: Hạt nano vàng với số đối tượng sinh học 19 Hình 1.11: Hạt nano vàng sử dụng dẫn truyền thuốc .20 Hình 1.12: Đồng vị phóng xạ hạt vàng Au-198 kích thước vài nanomet tiêu diệt khối u 20 Hình 1.13: Ứng dụng nano vàng mỹ phẩm 22 Hình 1.14: Cấu tạo da 25 Hình 1.15: Cơng thức melanin 26 Hình 1.16: Một số dầu mỡ thông dụng 27 Hình 1.17: Cấu trúc chung chất hoạt động bề mặt 28 Hình 2.1: Mấy khuấy từ IKA RET control-vis pipet BIOHIT Proline, Đức 32 Bercher 100ml, bình định mức 50ml 32 Hình 2.2: Máy đo phổ FT- IR BRUKER EQUINOX 55 34 Hình 2.3: Máy sắc ký thẩm thấu gel GPC AGILENT 1100 Series 35 vii Hình 2.4: Máy FE-SEM JSM 740F, Nhật 35 Hình 2.5: Qui trình chế tạo hạt nano vàng chitosan có vitamin C làm chất khử 36 Hình 2.6: (a) Mẫu chứa dung dịch chitosan – vitamin C – HAuCl4 , (b) Mẫu chứa dung dịch nano vàng chitosan 36 Hình 2.7: Sơ đồ quang phổ kế hai chùm tia 37 Hình 2.8: Máy quang phổ UV-Vis-NIR-V670, JASCO .38 Hình 2.9: Máy TEM, JEM-1400, Nhật .39 Hình 2.10: Cấu tạo kính hiển vi điện tử truyền qua 40 Hình 2.11: Sơ đồ tạo kem .42 Hình 2.12: Phương pháp đo độ lún kim 43 Hình 3.1: Phổ FT-IR chitosan nguyên liệu 45 Hình 3.2: Cơng thức cấu tạo chitosan 46 Hình 3.3: Kết phân tích FE-SEM chitosan 46 Hình 3.4: Mẫu khảo sát ảnh hưởng thời gian 48 Hình 3.6: Các mẫu dung dịch nano vàng – chitosan thay đổi tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C 50 Hình 3.7: Phổ UV-Vis mẫu dung dịch keo nano vàng khảo sát ảnh hưởng nHAuCl4/nvitamin C 51 Hình 3.8: Mẫu khảo sát ảnh hưởng pH 52 Hình 3.9: Phổ UV-Vis mẫu dung dịch keo nano vàng khảo sát ảnh hưởng pH 53 Hình 3.10: Mẫu khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 54 Hình 3.11: Phổ UV-Vis mẫu dung dịch keo nano vàng khảo sát 54 Hình 3.12: Ảnh TEM mẫu 56 viii Hình 3.13: Biểu đồ phân bố kích thước hạt nano vàng – chitosan mẫu 56 Hình 3.14: Ảnh TEM khảo sát theo tỷ lệ Mẫu 10 .57 Hình 3.15: Biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu 10 .57 Hình 3.16: Ảnh TEM mẫu dung dịch nano vàng – chitosan chế tạo 58 pH = 58 Hình 3.17: Biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu dung dịch nano vàng – chitosan pH = .58 Hình 3.18: Ảnh TEM dung dịch nano vàng – chitosan không sử dụng chất khử vitamin C 59 Hình 3.19: Biểu đồ phân bố kích thước hạt nano vàng – chitosan không sử dụng chất trợ khử vitamin C 59 Hình 3.20: (a) Ảnh TEM nano vàng – chitosan sử dụng chất trợ khử vitamin C trình điều chế 60 (b) Ảnh TEM nano vàng – chitosan không sử dụng chất khử vitamin C trình điều chế 60 Hình 3.21: Giản đồ XRD mẫu nano vàng điều chế 60 Hình 3.22: (a) Mẫu đối chứng; (b) Mẫu kháng khuẩn dung dịch nano vàng – chitosan 61 Hình 3.23: Kem 62 Hình 3.24: Kem nano vàng – chitosan thành phẩm 65 61 Kết phân tích nhiễu xạ tia X hình 3.21 cho thấy dãy đỉnh phổ, cường độ đỉnh hoàn toàn phù hợp với phổ chuẩn XRD kim loại vàng bao gồm đỉnh d = 2,35535 (2 = 38,20); d=2,04035 (2 = 440); d=1,44350 (2 = 64,60); d=1,23137 (2 = 77,60) tương ứng với mặt phẳng {111 , {200 , {220 , {311 3.5 Khảo sát tính kháng khuẩn dung dịch nano vàng Khảo sát tính kháng khuẩn dung dịch nano vàng – chitosan chế tạo với hai loại chất khử khác loại vi khuẩn gram âm E.Coli Bảng 3.5: Kết khảo sát tính kháng khuẩn dung dịch nano vàng – chitosan Mẫu Mật độ tế bào Đối chứng 2,50 x 106 Nano vàng – chitosan 7,35 x 102 (a) Hiệu suất kháng khuẩn 99,97% (b ) 2,50 x 106 7,35 x 102 Hình 3.22: (a) Mẫu đối chứng; (b) Mẫu kháng khuẩn dung dịch nano vàng – chitosan 62 3.6 Tạo kem kem nano vàng – chitosan 3.6.1 Độ lún kim Bảng 3.6: Độ lún kim kem o tC S T 30 S T 45 S T 54 S T 21,6 21,5 22,3 22,0 25,5 25,0 21,5 21,8 22,6 22,0 22,5 22,5 25,0 25,3 21,3 21,8 22,8 22,1 23,1 23,3 26,1 26,0 24,3 23,1 23,1 22,6 22,3 23,8 26,8 22,3 22,6 22,0 L 22,1 21,6 24,0 23,1 25,3 24,3 23,8 23,3 10 21,1 21,1 24,5 24,5 25,8 24,0 24,6 24,0 15 21,8 22,3 24,8 23,1 23,8 22,1 22,0 22,8 20 21,8 22,3 24,8 23,1 23,8 22,1 22,0 22,8 25 21,8 21,1 24,1 23,6 23,1 23,1 22,8 23,0 30 21,0 21,6 24,5 23,8 23,1 23,8 21,8 21,5 35 21,5 21,8 24,0 23,3 22,8 22.6 21,6 21,0 Qua trình khảo sát ta nhận thấy kem đạt đươc độ ổn định cao Độ lún kim khoảng nhiệt độ khảo sát không chênh lệch cao, chứng tỏ kem ổn định Tiến hành phối nano vàng – chitosan vào kem Hình 3.23: Kem 3.6.2 Kết kiểm tra kích ứng da Tiến hành: Chuẩn bị súc vật: trước ngày thí nghiệm, làm lơng thỏ vùng lưng hai bên cột sống khoảng đủ rộng (2,5cm x 2,5cm) để đặt mẫu thử Chỉ sử dụng thỏ có da khỏe mạnh, đồng lành lặn 40 21,8 22,3 23,8 24,0 22,6 22,5 21,3 21,6 63 Đặt mẫu thử: mẫu thử 03 thỏ, liều chất thử thỏ 0,5ml Đặt mẫu thử chuẩn bị lên gạc khơng gây kích ứng 2,5cm x 2,5cm có độ dày thích hợp đắp lên da Cố định miếng gạc băng dính khơng gây kích ứng 4h Sau bỏ gạc băng dính, chất thử lại làm với nước cất Quan sát ghi điểm Quan sát ghi điểm phản ứng chỗ da đặt chất thử so với da kề bên không đặt chất thử thời điểm giờ, 24 giờ, 48 giờ, 72 sau làm mẫu thử Có thể kéo dài thời gian quan sát có tổn thương sâu để đánh giá đầy đủ khả hồi phục không hồi phục vết thương không nên 14 ngày Đánh giá phản ứng da mức độ gây ban đỏ, phù nề theo quy định bảng 2.3 Bảng 3.7: Mức độ phản ứng da thỏ Phản ứng Điểm đánh giá Sự tạo vẩy ban đỏ - Không ban đỏ - Ban đỏ nhẹ (vừa đủ nhận thấy) - Ban đỏ nhận thấy rõ - Ban đỏ vừa phải đến nặng - Ban đỏ nghiêm trọng (đỏ tấy) đến tạo vẩy để ngăn ngừa tiến triển ban đỏ Gây phù nề - Không phù nề - Phù nề nhẹ (vừa đủ nhận thấy) - Phù nhận thấy rõ (viền phù nề phồng lên rõ) - Phù nề vừa phải (da phồng lên khoảng 1mm) - Phù nề nghiêm trọng (da phồng lên 1mm có lan rộng vùng xung quanh) Tổng số điểm kích ứng tối đa Những thay đổi khác da cần theo dõi ghi chép đầy đủ 4 64 Đánh giá kết Trên thỏ, điểm kích ứng tính tổng số điểm hai mức độ ban đỏ phù nề chia cho số lần quan sát Điểm kích ứng mẫu thử lấy trung bình điểm phản ứng thỏ thử Chỉ sử dụng điểm thời gian quan sát 24 giờ, 48 72 để tính kết Đối chiếu điểm kích ứng với mức độ quy định bảng 3.8 để xác định khả gây kích ứng da thỏ mẫu thử Bảng 3.8: Phân loại phản ứng da thỏ Loại phản ứng Kích ứng khơng đáng kể Kích ứng nhẹ Kích ứng vừa phải Kích ứng nghiêm trọng Điểm trung bình – 0,4 >0,5 – 1,9 >2,0 – 4,9 >5,0 – 8,0 Kết sau kiểm tra tiêu kích ứng da: khơng gây kích ứng da K = 3.6.3 Kiểm tra nồng độ vàng kem Đơn vị tiến hành kiểm tra: trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP.HCM Bảng 3.9: Kết kiểm tra nồng độ vàng kem chứa 10% dung dịch nano vàng – chitosan STT/ NO Chỉ tiêu kiểm nghiệm/ Parameters Au Đơn vị tính/ Unit mg/kg Kết quả/ Phương pháp/ Result Test method 65,1 Ref.AAS- TomeII Bảng 3.10: Kết kiểm tra nồng độ vàng kem chứa 15% dung dịch nano vàng – chitosan STT/ NO Chỉ tiêu kiểm nghiệm/ Parameters Đơn vị tính/ Unit Kết quả/ Result Phương pháp/ Test method Au mg/kg 88,8 Ref.AAS- TomeII Phương pháp VILAS công nhận 65 3.6.4 Ứng dụng nano vàng – chitosan Sản phẩm kem dưỡng da Công ty cổ phần dược phẩm Am Vi hỗ trợ hợp tác nghiên cứu thuộc dịng sản phẩm mỹ phẩm có tính trị liệu Sản phẩm ứng dụng dịch keo nano vàng – chitosan vào thành phần kem nhằm phát huy khả tuyệt vời việc trị nám da, tàn nhang tái tạo da… Hình 3.24: Kem nano vàng – chitosan thành phẩm 66 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Chế tạo thành công dung dịch nano vàng môi trường chitosan với chất khử vitamin C Đã khảo sát yếu tố thời gian, tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C, pH, nhiệt độ xác định điều kiện thích hợp để chế tạo nano vàng – chitosan 240 phút, 80oC, pH = 5,0, tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C = 10:5 Các kết phân tích hóa lý: UV – Vis, TEM, XRD hạt nano vàng phù hợp với nhau: UV – Vis cho đỉnh hấp thu vị trí từ 518nm đến 524nm; giản đồ XRD cho thấy đỉnh đặc trưng cho cấu trúc tinh thể vàng, ảnh TEM cho biết kích thước hạt nano vàng – chitosan phân bố đồng khoảng 10 – 12nm Nano vàng – chitosan phối vào kem với hướng phát triển sản phẩm chăm sóc cá nhân, điều trị bệnh nám da, tàn nhan, tái tạo da… Sản phẩm kem nano vàng chế tạo có độ ổn định cao, khơng kích ứng da (K = 0) hoạt tính kháng khuẩn cao (hiệu suất kháng khuẩn 99,97%) 4.2 Đề nghị Đề tài nghiên cứu thu kết phù hợp dự định ban đầu Kết có giá trị mặt nghiên cứu mang tính khả thi Hy vọng thời gian tới, với kết hợp với Công ty Cổ Phần Dược Phẩm Am Vi, đề tài tiếp tục phát triển áp dụng vào thực tiễn 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh [1].Majeti N V.; Ravi Kumar (2000), “A review of chitin and chitosan applications”, Reactive & Functional Polymers, 46, 1-27 [2].M Rinaudo (2006), “Chitin and chitosan: Properties and applications”, Prog Polym Sci., 31, 603-632 [3].Murday J S (2002), “AMPTIAC”, Newsletter, (1), 5-11 [4].M Kerker, The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation, Academic Press, New York, 1969 [5].C F Bohren and D R Huffman (1969), Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley, New York [6].Antonii F (1618), Panacea Aurea-Auro Potabile, Bibliopolio Frobe-niano: Hamburg [7].Kunckels J (1676), Nuetliche Observationes oder Anmerkungen von Auro und Argento Potabili, Schutzens: Hamburg [8].G Mie (1908), Am Phys 25, 377 [9].W O Miligan and R H Morriss (1964), J Am Chem Soc 86, 3461 [10] Gardea -Torresdey J L., Tiemann K J., Gomez E., Dokken K., Tehuacanero S., Jose –Yacaman M (1999), Nanopart J Res 1, 397 [11].M Yacaman J Gardea-Torresdey (2010), “Researchers Spin Straw Into Gold”, National Geographic News 12 [12].S He, Z Guo, Y Zhang, S Zhang, J Wang, N Gu (2009), “Biosynthesis of gold nanoparticles using the bacteria R capsulate”, Bioelectrochemictry, 18 (64) , 3984-3987 68 [13].Taton, T A.; Mucic, R C.; Mirkin, C A.; Letsinger, R L (2000), “The DNAMediated Formation of Supramolecular Mono- and Multilayered Nanoparticle Structures”, J Am Chem Soc., 122 , 6305-6306 [14].Alivisatos A P.; Johnsson K P.; Peng X.; Wislon T E.; Loweth C J.; Bruchez M P., Jr.; Schultz P G (1996), “Organization of Nanocrystal Molecules Using DNA”, Nature, 382, 609-611 [15].Bieke V B.; Nick D.; Antoine D’H.; Hannah-Laura G.; Karolien J.; Liesbet L.; Serge M.; Guido M.; and Gustaaf B (2011), “Specific Cell Targeting with Nanobody Conjugated Branched Gold Nanoparticles for Photothermal Therapy”, American Chemical Society Nano, (6), 4319-4328 [16].R Grisel, K J Weststrate, A Gluhoi and B E Nieuwenhuys (2002), Gold Bull., 35, 39 [17].G C Bond (2002), “Catal.”, Today, 72, 5-8 [18].P Pyykko (1988), Chem Rev., 88, 563 [19].G C Bond and D T Thompson (1999), Catal Rev Sci Eng., 41, 319 [20].R A Sperling, P R Gil, F Zhang, M Zanella and W J Parak (2008), “Biological applications of gold nanoparticles”, Chem Soc Rev., 37, 1896-1908 [21].Clark L Jr., Lyons C (1962), Ann NY Acad Sci., 102, 29 [22] Schatz, C.; Viton, C.; Delair, T.; Pichot, C.; Domard, A Langmuir 2003, 19, 9896 [23] H.W.Hibbot, Handbook of cosmetic science, Pergamon Press, 1963 Tài liệu tiếng Việt 69 [24] Vương Ngọc Chính, Giáo trình Hương liệu – mỹ phẩm, ĐHBK TPHCM, 2007 [25] Louis Hồ Tấn Tài, Chất tẩy rửa sản phẩm chăm sóc cá nhân, Unilever, 2003 PHỤ LỤC KẾT QUẢ KIỂM TRA HÀM LƯỢNG NANO VÀNG CÓ TRONG KEM NANO VÀNG – CHITOSAN 10% KẾT QUẢ KIỂM TRA HÀM LƯỢNG NANO VÀNG CÓ TRONG KEM NANO VÀNG - CHITOSAN 15% PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KÍCH ỨNG DA CỦA DUNG DỊCH NANO VÀNG – CHITOSAN VÀ KEM NANO VÀNG - CHITOSAN PHỤ LỤC GIẤY XÁC NHẬN ỨNG DỤNG DUNG DỊCH NANO VÀNG – CHITOSAN VÀO CÁC SẢN PHẨM CHĂM SÓC SỨC KHỎE CÁ NHÂN PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH FT - IR