Tổng hợp xanh nano vàng từ dịch chiết nấm ngọc cẩu, ứng dụng làm vật liệu xúc tác xử lý chất hữu cơ và định lượng glucose

Mục đích nghiên cứu

Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano vàng, bạc từ dung dịch Au 3+ bằng dịch chiết nấm Ngọc Cẩu Đánh giá các đặc tính hóa lý của nano vàng được tổng hợp từ dung dịch

Au 3+ bằng tác nhân khử là dịch chiết Nấm Ngọc Cẩu Đánh giá khả năng làm xúc tác trong phản ứng phân hủy nitrophenol và dùng làm cảm biến sinh học trong nhận biết glucose.

Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp chiết tách: phương pháp ngâm gia nhiệt trong môi trường nước

 Tổng hợp nano vàng bằng phương pháp khử hóa học

 Khảo sát điều kiện tối ưu của các quá trình bằng phương pháp luân phiên từng biến

 Đánh giá hóa lý bằng phương pháp hiện đại như FT – IR, SEM, TEM, XRD, DLS, … để nhận danh, đánh giá các sản phẩm của quá trình

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

 Tạo ra vật liệu nano vàng thân thiện với môi trường, phục vụ cho ứng dụng xúc tác và cảm biến sinh học.

 Góp phần khẳng định đa dạng trong cách tận dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên trong nông nghiệp tại Viêt Nam.

 Ứng dụng được cơ sở lý thuyết vào thực tế mang lại giá trị kinh tế thực tiễn.

 Hướng tới sản xuất sạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

TỔNG QUAN

Giới thiệu về công nghệ nano

1.1.1.1 Khái niệm công nghệ nano

Công nghệ nano hiện nay vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu mới, công nghệ này liên quan đến việc xây dựng vật liệu và thiết bị trên quy mô nanomet Một nanomet bằng một phần tỷ mét, đường kính của một sợi tóc người trung bình là 80.000 nanomet Ở quy mô như vậy, các quy tắc thông thường của vật lý và hóa học không còn được áp dụng nữa Ví dụ, các đặc tính của vật liệu, chẳng hạn như màu sắc, độ bền, độ dẫn điện của chúng, có thể khác nhau đáng kể giữa kích thước nano và micro Do đó, vật liệu có kích thước nano sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được [13].

Hình 1.1 Mô hình hóa so sánh giữa kích thước nanomet với kích thước dạng khối truyền thống

Công nghệ nano còn có triển vọng trong nhiều lĩnh vực mới do vật liệu nano thể hiện các đặc tính hóa học và vật lý thú vị với môi trường như tăng độ bền của vật liệu chống lại ứng suất cơ học hoặc thời tiết, diện tích bề mặt riêng cao và khả năng phản ứng hóa học của các hạt nano và khả năng hấp thụ cũng như hấp phụ lớn [17]

Vật liệu nano (NM) thường được phân loại dựa trên hình thái, kích thước, tính đồng nhất, và sự kết tụ Tùy thuộc vào phương thức tổng hợp mà hình thái hoặc hình dạng của vật

4 liệu nano là khác nhau Các đặc điểm chính của hình thái học bao gồm độ phẳng, hình cầu và tỷ lệ khung hình [18].

Dựa trên kích thước, vật liệu nano được phân loại gồm 0 chiều (0D), 1 chiều (1D), 2 chiều (2D) và 3 chiều (3D) Dựa trên thành phần, vật liệu nano được tổ chức thành bốn loại chính: NM dựa trên carbon, NM dựa trên hữu cơ, NM dựa trên vô hình và NM dựa trên hỗn hợp [18].

Năm 1959, Tiến sĩ Richard Feynman đã có một nghiên cứu hấp dẫn về công nghệ nano, ông đưa ra ý tưởng về khả năng hình thành một nền công nghệ mới, trong đó con người có thể xếp chồng các loại nguyên tử, phân tử để thiết kế một dụng cụ cực kỳ nhỏ (microscopic) hay thiết kế một dụng cụ to ngay từ cấu trúc phân tử của nó Hiện nay, phương pháp được gọi là "công nghệ nano” [3].

Sau Feynman, các nhà khoa học tài ba trong 50 năm qua đã nghiên cứu, thu thập và sáng tạo ra nhiều phương pháp mới để tiếp cận, phát triển ngành công nghệ nano [3].

Năm 1981, hai nhà nghiên cứu G Binnig và H Rohrer đã công bố kính hiển vi quét đường hầm do 2 ông phát minh đã nhìn thấy được nguyên tử [3].

Và năm 1990, D Eigler và E Schweizer cũng đã phát hiện được nguyên tử Đây là lần đầu tiên hai ông nhìn thấy nguyên tử trong nghiên cứu của mình, ông đã sử dụng đầu dò để di chuyển từng đơn vị nguyên tử theo ý của mình Nhờ đó, nghiên cứu phác họa của Feynman năm 1959 đã thành hiện thực [3]. Đầu những năm 2000, lĩnh vực này đã thu hút được sự chú ý về mặt khoa học, chính trị và thương mại Các cuộc tranh luận đã nổi lên liên quan đến các định nghĩa và ý nghĩa tiềm năng của công nghệ nano, được minh họa trong báo cáo của Hiệp hội Hoàng gia về công nghệ nano [3]. Đến nay, ứng dụng của nano trong các lĩnh vực khác nhau như năng lượng, thuốc men và dinh dưỡng… vẫn ngày càng phát triển rất nhiều.

1.1.3 Tổng hợp nano kim loại

Trong phương pháp này, vật liệu có các hạt lớn sẽ chuyển về các hạt nhỏ có kích thước nano thông qua các phương pháp xử lí hóa học và vật lý [113] Nó bao gồm các phương pháp như nghiền bằng thiết bị nghiền, cắt da bằng phương pháp đốt nóng, cắt đốt bằng nhiệt và laser Mặc dù các phương pháp từ trên xuống rất dễ thực hiện nhưng chất lượng sản phẩm hạt nano từ phương pháp này thường kém hơn sản phẩm của phương pháp từ dưới lên Và mặt hạn chế chính của công nghệ này là vấn đề nhiễm tạp chất từ thiết bị nghiền, diện tích bề mặt hạt thấp, sự phân bố về hình dạng và kích thước không đều và tốn nhiều thời gian, năng lượng [114].

Tổng hợp các hạt nano bằng phương pháp từ dưới lên thì các hạt nano được hình thành từ các phân tử nhỏ hơn như sự liên kết của các nguyên tử hoặc các hạt nhỏ Trong phương pháp này, các hạt vật liệu có cấu trúc nano của màng lọc nano được hình thành và sau đó được lắp ráp để tạo ra hạt nano cuối cùng Ưu điểm của phương pháp là có thể được kiểm soát được hình thái học và cấu trúc tinh thể của các hạt nano Tuy nhiên, phương pháp này lại khó lắng động với vật liệu đa thành phần và tiềm ẩn các nguy cơ độc hại về hóa chất [115].

1.1.3.3 Tổng hợp xanh Để khắc phục những thiếu sót của phương pháp hóa học, phương pháp sinh học đã ra đời như một lựa chọn khả thi Quy trình thích hợp nhất để tổng hợp các hạt nano (NP) là quy trình sinh học do không phức tạp, vô hại và hiệu quả về chi phí Các chất khử và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp NP Các vật liệu hóa học được sử dụng trong các quy trình vật lý và hóa học để tổng hợp NP là nguy hiểm và cực kỳ độc hại với môi trường Trong khi đó, hóa chất và vi sinh vật được sử dụng trong các quá trình sinh học không chỉ vô hại đối với môi trường xung quanh mà còn an toàn đối với các sinh vật mục tiêu Đó là lý do tại sao quy trình thích hợp nhất và được khuyến nghị để tổng hợp NP là quy trình sinh học Hiện tại, rất cần phát triển các quy trình và phương pháp bền vững để tạo ra các hạt nano, vì các hạt nano là cần thiết để ứng dụng trong các lĩnh vực có thể liên quan trực tiếp đến con người Phương pháp tổng hợp xanh các hạt nano có thể được nhóm lại theo năm phương pháp sau: Phương pháp polysaccharide, phương pháp Tollens, phương pháp chiếu xạ, phương pháp polyoxometalates và phương pháp sinh học [116].

1.1.4 Ứng dụng của nano kim loại

Những sản phẩm công nghệ nano được ứng dụng trong một số lĩnh vực của vật liệu nano như là làm tác nhân kháng khuẩn, kem chống nắng có hạt nano, tăng cường sợi carbon sử dụng hạt nano silica và ống nano carbon cho vải dệt chống vết bẩn [28] [29].

Công nghệ nano cũng đang được phát triển để ứng dụng cho nhiều quy trình công nghiệp và xử lý nước thải [30] Làm sạch và dọn dẹp môi trường ứng dụng bao gồm khử muối nước, lọc nước, xử lý nước thải, xử lý nước ngầm [31] Trong công nghiệp, các ứng dụng có thể bao gồm vật liệu xây dựng, hàng hóa quân sự, gia công dây nano, thanh nano vài lớp graphene [32] Hiện nay, các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ sinh học để tạo ra nano và đó là lĩnh vực nghiên cứu dựa trên nền tảng sinh học trong ngành khoa học lai giữa khoa học và công nghệ sinh học [33].

Giới thiệu về cây nấm ngọc cẩu

Cynomorium Songaricum (CD) thường được gọi là cây nấm ngọc cẩu một loài thực vật sống ở các vùng miền núi Việt Nam để tận dụng các nguyên liệu sẵn có tại địa phương và thân thiện với môi trường Cynomorium Songaricum cũng có ở Trung Quốc, Bắc Phi và khu vực Địa Trung Hải, trong CD có rất nhiều thành phần quan trọng như flavonoid,phenolic, steroid, triterpenes, lignans, alkaloid… được sử dụng để giúp chống oxy hóa,tăng cường miễn dịch cũng như cải thiện tình trạng sinh lý ở nam giới [12-19].

Theo nghiên cứu, người ta tìm thấy trong nấm ngọc cẩu có chứa một số thành phần có lợi sau: Gentianine, Chất béo, Choline, Carpaine, Vitexin, Orienti, Choline, axit amin, tinh dầu, Testosterone, L Arginin… [19] Với những thành phần hoạt chất trên nấm ngọc cẩu có tác dụng như một vị thần dược trong điều trị các bệnh lý liên quan tới xương khớp như đau lưng, tê tay chân, mỏi gối và những chứng bệnh liên tới tới sinh lý khác [12].

Theo hình dạng bên ngoài, nấm ngọc cẩu được phân thành 2 loại là nấm đực và nấm cái: những cây nấm ngọc cẩu đực thường có thân hình tỏ dần đều từ trên xuống, bề mặt nhẵn, cao từ 10-15 cm, đặc biệt có cây phát triển vượt bậc tới 30-40 cm Màu sắc của những cây nấm đực là đỏ hoặc nâu sẫm, chúng được tạo thành bởi cán hoa li ti mọc dọc theo thân cây Chúng sẽ có mùi thơm hơn nấm cái Vì vậy, loại này cũng thường được dùng để ngâm rượu nhiều hơn Còn Nấm ngọc cẩu cái thường có kích thước bé hơn nấm đực, hình dạng bên ngoài nhìn khá giống bắp ngô chứ không có chóp rõ rệt như ở nấm đực.

Củ của nấm cái non và ít bị xơ hơn nấm đực, nhưng lại không có mùi thơm bằng [12].

Kim loại vàng

1.3.1 Giới thiệu về kim loại vàng

Vàng là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Au và số nguyên tử 79 Số nguyên tử này khiến nó trở thành một trong những nguyên tố có số nguyên tử cao xuất hiện trong tự nhiên Vàng là một kim loại chuyển tiếp tương đối mềm, cực kỳ dễ uốn, thuộc nhóm 11 trong bảng tuần hoàn và có khối lượng phân tử là 196,96 79 electron của nó được sắp xếp theo cấu hình [Xe] 4f 14 5d 10 6s 1 [80].

Các hạt nano vàng dạng keo đã được các nghệ nhân sử dụng trong nhiều thế kỷ do màu sắc rực rỡ được tạo ra từ sự tương tác của chúng với ánh sáng nhìn thấy Gần đây hơn, những đặc tính quang điện tử độc đáo này đã được nghiên cứu và sử dụng trong các ứng dụng công nghệ cao như quang điện hữu cơ, đầu dò cảm giác, tác nhân điều trị, phân phối thuốc trong các ứng dụng sinh học và y tế, chất dẫn điện tử và xúc tác Các đặc tính quang học và điện tử của các hạt nano vàng có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi kích thước, hình dạng, hóa học bề mặt hoặc trạng thái tập hợp [81].

1.3.2 Khả năng xúc tác của nano vàng

Ngày nay, vàng được sử dụng trong ngành điện tử ứng dụng làm chân các linh kiện điện tử nhằm tạo các mối tiếp xúc bền vững và dẫn truyền [82] Năm 1980, Haruta và cùng cộng sự đã phát hiện rằng nano vàng có khả năng làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa khí cacbon monooxit CO không chỉ ở nhiệt độ thường 20-30oC mà còn ở nhiệt độ 70oC [83]. Đây là phản ứng quan trọng để khử độc và chống cháy nổ trong các không gian kín, không thoáng khí như dưới hầm mỏ, trong các thiết bị lặn, tàu ngầm, tàu vũ trụ hoặc để tái tạo lượng CO2 [84].

Sau đó, có rất nhiều nghiên cứu về khả năng xúc tác của nano vàng [85] Tuy nhiên, các hạt nano vàng rất dễ kết tụ lại với nhau để hình thành các hạt lớn hơn nên chúng thường được gắn lên các chất mang như Fe2O3, Co3O4, MnOx, … [86] [87] [88].

1.3.3 Khả năng cảm biến sinh học của nano vàng

Trong một nghiên cứu khác, đã trình bày một phương pháp đơn giản để tổng hợp các hạt nano vàng (AuNPs) và axit L-glutamic tương hợp sinh học ( Glu-AuNPs ) Đặc trưng và ứng dụng của Glu-AuNPs giúp cải thiện khả năng phát hiện so màu của các ion Cr3+trong môi trường pH phù hợp Glu-AuNPs cho thấy phản ứng so màu tăng cường đối với các ion Cr3+ từ

400 nM trở đi ở pH = 6 Khi có mặt Cr3+ và ở pH = 6, Glu-AuNPs hiển thị một đỉnh hấp thụ mới ở bước sóng 641 nm cùng với sự giảm dần của đỉnh gốc ở bước sóng 525 nm Chiến lược hỗ trợ pH này được hỗ trợ thêm bởi các cuộc điều tra mẫu nước máy và nước hồ, cho thấy khả năng phát hiện ion Cr3+ trở nên tối ưu hơn [113] [114].

1.3.4 Ứng dụng của nano vàng

Vàng đã được sử dụng rộng rãi mọi nơi trên khắp thế giới như một phương tiện chuyển đổi tiền tệ, ngoài ra vàng còn được dùng làm các loại trang sức quý giá Thời Trung

Cổ, vàng thường được xem là chất có lợi cho sức khoẻ với niềm tin rằng một thứ hiếm và đẹp là thứ tốt cho sức khoẻ [94] Đồng vị vàng-198, (bán rã 2,7 ngày) được dùng trong một số phương pháp điều trị ung thư và để điều trị một số loại bệnh [95].

Ngày nay vàng còn được sử dụng trong thực phẩm và có mã số cho phụ gia thực phẩm E– 175 [96] Vàng lá, bông hay bụi vàng được phũ lên trên thực phẩm cho giới thượng lưu, đặc biệt là bánh kẹo và đồ uống, vàng được xem như là vật trang trí [97]. Trong nhiếp ảnh, các chất liệu màu bằng vàng được dùng để chuyển đổi màu của các điểm trắng và đen trên giấy ảnh thành màu xám và xanh hay để tăng sự ổn định của chúng Được dùng trong in tông nâu đỏ, vàng tạo ra các tông đỏ, Kodak đã công bố các công thức cho nhiều kiểu tông màu từ vàng, trong đó sử dụng vàng từ muối clorua [98].

1.3.5 Một số nghiên cứu về nano vàng

AuNPs đã được sử dụng rộng rãi nhờ vào hình dáng và đặc tính của nó, sử dụng trong lĩnh vực y sinh, trong thiết bị điện tử và một số ứng dụng môi trường

Trong số các nano, hạt nano vàng được sử dụng rộng rãi trong trị liệu y tế, liệu pháp gen và các mục đích chẩn đoán và sinh học [72] [73] [74] Nano vàng dễ tổng hợp bằng kỹ thuật khử hóa học và chúng có độc tính thấp so với các vật liệu nano khác nhau [72] Một số báo cáo đã chỉ ra rằng khả năng kháng khuẩn của nano vàng không cao vì vùng ức chế đối với vi khuẩn E coli và S aureus thu được lần lượt chỉ là 7 mm và 16 mm [75] [76]. Các hạt nano vàng đã được sử dụng trong việc lắp ráp các cảm biến sinh học điện hóa và đo ampe để chẩn đoán bệnh nhân bị u tế bào mầm và ung thư biểu mô tế bào gan [77].

Các điện cực biến đổi hạt nano vàng được sử dụng trong việc lắp ráp các cảm biến sinh học DNA điện hóa Chúng tạo thành công cụ phân tích hữu ích để chẩn đoán và phát hiện DNA cụ thể theo trình tự do các ưu điểm vốn có của chúng là chi phí thấp, độ nhạy và phản ứng nhanh [77].

Các ứng dụng của hạt nano trong nghiên cứu môi trường ít hơn so với nghiên cứu y sinh học Các hạt nano có thể được sử dụng làm chất xúc tác sinh học để khử clo, giám sát vi sinh vật, sự phân hủy và hiệu quả thu hồi của hóa chất [78].

1.3.5.1 Một số nghiên cứu trong nước

Năm 2014, tác giả Đoàn Văn Hồng Thiện cùng cộng sự đã tổng hợp nano vàng từ dịch chiết chanh Nano vàng tạo ra có dạng hình cầu với kích thước trung bình là 13.6±5.48 nm ởđiều kiện tối ưu của tỷ lệ dịch chiết chanh: nồng độ Au3+ là: 1:1, nhiệt độ phản ứng ở 65o C và thời gian phản ứng là 45 phút Nano vàng có nhiều tiềm năng ứng dụng vào xúc tác, cảm biến sinh học hay kỹ thuật sinh học [100].

Năm 2018, tác giả Nguyễn Ngọc Khánh Anh cùng các cộng sự đã tổng hợp nano vàng từ dịch chiết lá trà, sau đó ứng dụng nano vàng trong mỹ phẩm Kết quả thu được là đã tổng hợp được nano vàng bằng cách sử dụng tác nhân khử từ dung dịch chiết lá trà, ở nhiệt độ phòng Nano vàng được tạo thành từ phương pháp này có dạng hình cầu với kích thước trung bình khoảng 13,78 nm Khi cho nano vàng vào kem nền cho kết quả không kích ứng da và hàm lượng vàng trong kem nền là 7,55 ppm [101].

Đường Glucose

1.4.1 Giới thiệu chung về glucose

Hợp chất D - (+) –glucose hoặc dextrose là 2,3,4,5,6- pentahydroxyhexaldehyde, được biểu thị thông thường là C6H12O6 với khối lượng phân tử là 180,16 kDa Glucose dễ hòa tan trong nước ở dạng bột Dưới 50℃, − D -glucose hydrat là dạng bền; tại 50℃ thì thu được dạng khan và ở nhiệt độ cao hơn- atures, thu được − D -glucose.

D-Glucose vừa là rượu đa chức vừa là anđehit Nó được phân loại như một aldose, một ký hiệu cho các loại đường có chứa nhóm anđehit Glucose có bốn carbon bất đối nguyên tử: C-2, C-3, C-4 và C-5.

Hình 1.3 Cấu trúc của D-glucose

Glucose được tìm thấy trong trái cây, mật ong, là đường tự do chính lưu thông trong máu của người và động vật Nó là nguồn năng lượng trong chức năng tế bào, và điều hòa sự trao đổi chất của nó có tầm quan trọng rất lớn Các phân tử của tinh bột, cacbohydrat - dự trữ drateofplants, bao gồm hàng nghìn đơn vị asdothose của xenlulozơ Glucose cấu tạo nên glycogen, chất dự trữ carbohydrate trong hầu hết các tế bào động vật không xương sống và có xương sống, nhiều loại nấm, động vật nguyên sinh Glucose cũng có trong thực đơn ăn kiêng như một phần của disaccharides sucrose (glucose và fructose), lactose (glucose và galactose) và maltose (glucose).

1.4.2 Vai trò sinh học của glucose

Chẩn đoán và điều trị bệnh tiểu đường đã trở thành một mối quan tâm lớn vì hơn 117 triệu người mắc bệnh tiểu đường trên khắp thế giới, và dự báo con số này sẽ đạt 300 triệu người vào năm 2025 Mục tiêu quan trọng nhất trong điều trị bệnh tiểu đường là kiểm soát chặt chẽ nồng độ đường huyết, tương ứng khoảng 3.9-5.0 mM và 7.8-11.0 mM đối với người khỏe mạnh và bệnh nhân tiểu đường, ngụ ý rằng các xét nghiệm hoặc cảm biến đáng tin cậy, phổ biến và dễ sử dụng có sẵn trên thị trường [115].

Trong chẩn đoán lâm sàng, một số phân tử sinh học liên quan đến bệnh (như glucose, axit uric và sarcosine) thường được đo thông qua phân tích so màu gián tiếp Cụ thể, những phân tử sinh học này bị oxy hóa với sự xúc tác của các enzyme oxidase tương ứng tạo thành hydrogen peroxide (H2O2), có thể tạo ra các gốc hydroxyl (-OH) bằng các xúc tác của peroxidase (như HRP).

(HRP - Horseradish peroxidase là một metalloenzyme với nhiều đồng dạng, nó xúc tác quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khác nhau bằng hydrogen peroxide).

HRP, như một chất xúc tác sinh học, có những ưu điểm vượt trội chẳng hạn như đặc tính chất nền cao và hiệu quả cao theo điều kiện nhẹ, làm cho phương pháp có tính chọn lọc cao với nhiễu ít hơn Tất nhiên, là một enzym tự nhiên, HRP có nhược điểm cố hữu của chi phí cao, khó chuẩn bị, thấp ổn định và dễ dàng biến tính trong các điều kiện khắc nghiệt, cản trở các ứng dụng rộng rãi của nó Do đó, nhiều nỗ lực nhiều đã được thực hiện trong việc khám phá peroxidase giống như để thay thế HRP trong việc xây dựng các thử nghiệm enzym Một loạt nano- vật liệu, bao gồm các kim loại quý (Au, Ag, Pt, Pd và Rh), oxit kim loại chuyển tiếp hoặc chalcogenide (Fe3O4, Co3O4, CeO2, VS2, CuS, Fe3S4), và dựa trên vật liệu nano cacbon, đã được báo cáo là có hoạt động giống peroxidase, đã được sử dụng như peroxidase mimetic để phát hiện H2O2, glucose, axit uric,

Hơn nữa, độ ổn định kém và tính tương thích sinh học của vật liệu nano cũng hạn chế tính thực tiễn của chúng các ứng dụng Do đó, các nhà nghiên cứu cần phải khám phá các enzym tự nhiên mới với nhiều nguồn và chi phí thấp, và áp dụng chúng trong phân tích so màu [116].

Trong thử nghiệm glucose, phải sử dụng men glucose oxidase (GOx) để tạo ra độ chọn lọc duy nhất cho glucose Tuy nhiên, GOx không giống trường hợp của HRP, việc thay thế HRP bằng một chất xúc tác không chứa enzym trong cảm biến sinh học rất được quan tâm hiện nay để tăng khả năng ổn định cũng như giảm chi phí thương mại [117].

THỰC NGHIỆM

Nguyên liệu, thiết bị, dụng cụ và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

Nấm ngọc cẩu phát triển mạnh mẽ ở trong các khu rừng ẩm, nằm trên độ cao 1500m so với mực nước biển Ở Việt Nam, nấm được tìm thấy nhiều nhất tại các tỉnh miền núi phía Bắc như Tam Đảo, Yên Bái, Lào Cai, Cao Bằng, Hòa Bình, Sơn La, Sapa, trên đỉnh dãy Hoàng Liên Sơn.

Bảng 2.1 Danh sách thiết bị sử dụng

STT Tên thiết bị Hãng sản xuất

1 Bếp điện, tủ sấy, tủ hút và cân phân tích

2 Máy quang phổ UV-VIS Máy Metash UV-5100

3 Máy đo phổ FTIR Máy Tensor 27

4 Nhiễu xạ tia X (XRD) Máy Shimadzu 6100

5 Máy đo EDX Máy S – 4800 Hitachi

6 Kính hiển vi điện tử truyền qua Máy JEM 2100, JEOL

7 Thiết bị phân tích kích thước hạt Máy Horiba SZ-100

Bảng 2.2 Danh sách dụng cụ sử dụng

7 Phễu – giấy lọc – đũa khuấy – muỗng cân – bình tia – bóp cao su

Bảng 2.3 Hóa chất sử dụng

STT Tên hóa chất Công thức

4 2-Nitrophenol hay o-Nitropenol (2-NP) O 2 NC 6 H 4 OH

5 3-Nitrophenol hay m-Nitropenol (3-NP) O 2 NC 6 H 4 OH

Chuẩn bị dịch chiết sử dụng trong nghiên cứu

Nấm ngọc cẩu sau khi thu hoạch được rửa sạch bằng nước cất 2 lần để lại bỏ chất bẩn bám trên bề mặt, sau đó tiến hành cắt nhỏ để chiết lấy dịch chiết Khối lượng nấm ngọc cẩu và lượng nước tinh khiết dùng để chiết là 1:1, thời gian chiết là 60 phút, nhiệt độ được duy trì trên 90 o C Sau đó dịch chiết được lọc qua giấy lọc để loại bỏ cặn, dịch chiết được cho vào bình và được bảo quản lạnh ở nhiệt độ 5-10 o C.

Hình 2.1 Xử lý nguyên liệu nấm ngọc cẩu

Lưu ý: Do được chiết bằng nước nên thời gian bảo quản dịch chiết khá ngắn, thường từ 3-5 ngày, sau thời gian này không nên dùng dịch chiết đề tổng hợp nano vàng.

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chuẩn bị dịch chiết từ nấm ngọc cẩu

Quy trình tổng hợp nano vàng và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp 13 1 Quy trình tổng hợp nano vàng

2.3.1 Quy trình tổng hợp nano vàng

Tổng hợp nano vàng bằng cách cho dung dịch Au 3+ phản ứng trực tiếp với dịch chiết nấm ngọc cẩu Hỗn hợp dung dịch đem đi khuấy đều và gia nhiệt cho đến khi dung dịch xuất hiện màu tím Khảo sát các yếu tố: nồng độ Au 3+ , nhiệt độ và thời gian phản ứng nhằm tìm ra các thông số tối ưu để tổng hợp nano vàng.

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình tổng hợp AuNPs

Hình 2.4 Sơ đồ minh họa cho quá trình tổng hợp AuNPs với các ứng dụng

2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch vàng đến khả năng khử của dịch chiết

Tiến hành cho dung dịch Au 3+ và dịch chiết nấm ngọc cẩu phản ứng trực tiếp với nhau, trong các điều kiện sau:

Với nồng độ dung dịch Au 3+ lần lượt là: 0.5, 0.75, 1, 1.25 mM

Mỗi mẫu thí nghiệm được mang đi đo UV-Vis để xác nhận sự hình thành của nano vàng Phổ UV-Vis của nano vàng có peak đặc trưng nằm trong khoảng bước sóng từ 530-

550 nm Vì vậy, nếu kết quả đo phổ nằm trong khoảng bước sóng dặc trưng từ 530-550 nm thì ta kết luận có sự hình thành của nano vàng.

Bảng 2.4 Thông số các giá trị khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch vàng đến khả năng khử của dịch chiết

STT Nồng độ Au 3+ Thời gian (phút) Nhiệt độ ( o C)

2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử của dịch chiết

Tiến hành cho dung dịch Au 3+ và dịch chiết nấm ngọc cẩu phản ứng trực tiếp với nhau, ở các điều kiện sau:

Với nhiệt độ tổng hợp lần lượt là: 40, 50, 60, 70 o C

550 nm Vì vậy, nếu kết quả đo phổ nằm trong khoảng bước sóng dặc trưng từ 530-550 nm thì ta kết luận có sự tạo thành của nano vàng.

Bảng 2.5 Thông số các giá trị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử của dịch chiết

2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng khử của dịch chiết

Tiến hành cho dung dịch Au 3+ và dịch chiết nấm ngọc cẩu phản ứng trực tiếp với nhau, ở các điều kiện sau:

Với thời gian tổng hợp lần lượt là: 15, 30, 45, 60, 75 phút

550 nm Vì vậy, nếu kết quả đo phổ nằm trong khoảng bước sóng dặc trưng từ 530-550 nm thì ta kết luận có sự hình thành của nano vàng.

Bảng 2.6 Thông số các giá trị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử của dịch chiết

Đặc trưng nano vàng bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại

2.4.1 Phương pháp trắc quang UV-VIS

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV-Vis (Ultraviolet-Visible) là phương pháp phân tích sử dụng phổ hấp thụ hoặc phản xạ trong phạm vi vùng cực tím cho tới vùng ánh sáng nhìn thấy được Để xác định bước sóng đặt trưng của hạt nano vàng, bạc và nghiên cứu về khả năng làm xúc tác của nano vàng, bạc thông qua sự suy giảm độ hấp thu được theo dõi bằng phương pháp UV-Vis Phổ hấp thụ sẽ khác nhau khi các hạt nano kim loại có kích thước và hình dạng khác nhau Các hạt nano có kích thước càng lớn thì vị trí đỉnh cộng hưởng càng dịch về phía bước sóng dài Để phân tích phổ hấp thu của các mẫu nano vàng bạc, các mẫu này được đo bằng phương pháp UV-Vis trên phòng thí nghiệm D14, trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, số 12 Nguyễn Văn Bảo, P 4, Q Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh.

Phương pháp nhiễu xạ tia X - X-ray diffraction (XRD) được dùng để xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu, định lượng pha tinh thể và kích thước trung bình của tinh thể Để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các mẫu nano vàng bạc, các mẫu này được đo bằng phương pháp XRD trên máy Shimadzu 6100 (Japan) với hiệu thế gia tốc = 40 kV, cường độ dòng điện 30 mA, góc quét từ 10 - 80 o , bước quét 2 o /phút, tại trường đại học Công nghiệp TP HCM, số 12 Nguyễn Văn Bảo, P 4, Q Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh.

Hình 2.5 Phổ chuẩn XRD của nano vàng 2.4.3 Phương pháp FTIR

Trong luận văn này, để xác định các nhóm liên kết khác nhau của mẫu nano vàng, dịch chiết đã tổng hợp được đo bằng phương pháp FT-IR trên máy 55 EQUINOX Bruker (Đức) tại trường đại học Công nghiệp TP HCM, số 12 Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q Gò Vấp,

Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao – High-Resolution Transition Electron Microscopy (HR-TEM) là thiết bị hiệu quả nhất trong lĩnh vực nghiên cứu về nano HR- TEM cho phép xác định hình thái cấu trúc bên trong của vật liệu nano với độ phân giải có thể lên tới 0,1 mm Các mẫu lỏng nano vàng, bạc, được tổng hợp đo bằng phương pháp HRTEM trên máy JEM 2100 Hãng sản xuất: JEOL, Nhật Bản, với các thông số chính: thế phát: 200 kV, sợi đốt: LaB6, độ phân giải giữa hai điểm: 0,23 nm, hai đường: 0,14 nm, khả năng nhiễu xạ: nhiễu xạ lựa chọn vùng (SAED), nhiễu xạ chùm hội tụ (CBED) với góc nhiễu xạ rộng Tại Viện Khoa Học Vật Liệu - Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam, tại số 18 Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội.

Phổ tán xạ năng lượng tia X hay phổ tán sắc năng lượng (Energydispersive X-ray spectroscopy) là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với chùm điện tử có năng lượng cao Để xác định thành phần hóa học của mẫu nano vàng, bạc, các mẫu này được đo bằng phương phápEDX tích hợp trên máy FE-SEM S4800 tại Nanotechnology Lab, SHTP labs Lô I3, đườngN2, khu công nghệ cao, quận 9, TP Hồ Chí Minh.

Phương pháp tán xạ ánh sáng động – Dynamic Light Scattering (DLS) là một phương pháp dùng để xác định sự phân bố kích thước của các hạt nhỏ hơn dẫn đến sự phân rã nhanh hơn của dấu vết cường độ phân tán, nhằm xác định sự phân bố kích thước của các hạt nano vàng, bạc Các phép đo DLS định kỳ của một mẫu có thể cho thấy các hạt có tổng hợp theo thời gian hay không bằng cách xem liệu bán kính thủy động lực của hạt có tăng hay không.Nếu các hạt tập hợp lại, sẽ có hạt lớn hơn với bán kính lớn hơn Trong một số máy DLS, độ ổn định tùy thuộc vào nhiệt độ có thể được phân tích bằng cách kiểm soát nhiệt độ tại chỗ Để xác định sự phân bố kích thước của các hạt nano vàng, bạc, các mẫu này được đo bằng phương pháp DLS trên máy Horiba Sz 100 tại khoa Công nghệ Hóa học, trường Đại học Công NghiệpTP.HCM, số 12 Nguyễn Văn Bảo, P 4, Q Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh.

Khảo sát hoạt tính xúc tác của nano vàng

Phản ứng phân hủy của các chất ô nhiễm có thể được thực hiện với NaBH 4 với sự có mặt của nano vàng làm chất xúc tác và việc kiểm tra động học của nó có thể đưa ra đánh giá quan trọng cho phản ứng Phân tích khả năng xúc tác được kiểm tra bằng cách xem xét các giá trị của hằng số tốc độ Tỷ lệ phản ứng phân hủy thường phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng và chất xúc tác.

2.5.1 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP với nano vàng là chất xúc tác Để đánh giá hoạt tính xúc tác của nano vàng tổng hợp ở thể rắn và quá trình phân hủy của 2-NP được thực hiện bằng cách sử dụng lượng dư NaBH 4 , phản ứng này thường được sử dụng như một phản ứng đặc trưng Dung dịch phản ứng bao gồm: 2-NP (2.5 ml, 0.1 mmol/L) trộn với NaBH 4 dư (0.5 ml, 0.1 mol/L), nano vàng (3 mg) được thêm vào sau đó. Kết quả được theo dõi bởi máy đo quang phổ UV-Vis tại những khoảng thời gian khác nhau để thấy được sự biến mất peak 410 nm và chuyển thành peak ở khoảng 290 nm theo thời gian.

2.5.2 Khảo sát phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP với nano vàng là chất xúc tác Để đánh giá hoạt tính xúc tác của nano vàng tổng hợp ở thể rắn và quá trình phân hủy của 3-NP được thực hiện bằng cách sử dụng lượng dư NaBH 4 , phản ứng này thường được sử dụng như một phản ứng đặc trưng Dung dịch phản ứng bao gồm: 3-NP (2.5 ml, 0.1 mmol/L) trộn với NaBH 4 dư (0.5 ml, 0.1 mol/L), nano vàng (3 mg) được thêm vào sau đó.Kết quả được theo dõi bởi máy đo quang phổ UV-Vis tại những khoảng thời gian khác nhau để thấy được sự biến mất peak 390 nm và chuyển thành peak ở khoảng 300 nm theo thời gian.

Khảo sát năng lượng hoạt hóa của nano vàng

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tính toán năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi có mặt AuNPs được đánh giá qua giá trị hằng số tốc độ k trong phản ứng phân hủy nitrophenol ở các nhiệt độ khác nhau Năng lượng hoạt hóa dưới sự ảnh hưởng của nhiệt độ tuân theo phương trình Arhenrius [85][86]:

2.6.1 Khảo sát năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP có nano vàng làm xúc tác

Dung dịch phản ứng bao gồm: 2-Nitrophenol (2.5 ml, 0.1 mmol/L) trộn với NaBH 4 dư (0.5 ml, 0.1 mol/L) Phản ứng được thực hiện trong từng điều kiện nhiệt độ khác nhau, cụ thể từ nhiệt độ phòng 30 o C lần lượt đến 40, 50, 60, 70 o C Trong từng điều kiện nhiệt độ trên, tiến hành đo UV-Vis để thu được phổ hấp thu khi chưa có xúc tác AuNPs và khi có 3 mg xúc tác vào Kết quả theo dõi bởi máy đo quang phổ UV-Vis tại những khoảng thời gian và nhiệt độ khác nhau để thấy được sự biến mất peak 410 nm và chuyển thành peak ở khoảng 290 nm theo thời gian.

2.6.2 Khảo sát năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP có nano vàng làm xúc tác.

Dung dịch phản ứng bao gồm: 3-Nitrophenol (2.5 ml, 0.1 mmol/L) trộn với NaBH 4 dư (0.5 ml, 0.1 mol/L) Phản ứng được thực hiện trong từng điều kiện nhiệt độ khác nhau, cụ thể từ nhiệt độ phòng 30 o C lần lượt đến 40, 50, 60, 70 o C Trong từng điều kiện nhiệt độ trên, tiến hành đo UV-Vis để thu được phổ hấp thu khi chưa có xúc tác AuNPs và khi có 3 mg xúc tác vào Kết quả theo dõi bởi máy đo quang phổ UV-Vis tại những khoảng thời gian và nhiệt độ khác nhau để thấy được sự biến mất peak 390 nm và chuyển thành peak ở khoảng 300 nm theo thời gian.

Định lượng glucose

2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH

Các thí nghiệm được thực hiện trong dung dịch đệm Axetat ở các pH khác nhau lần lượt là pH = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 Dung dịch tiến hành thực nghiệm gồm: 1000àL dung dịch đệm, 60 àL dung dịch nano vàng, 200 àL TMB 5 mM, 300 àL H 2 O 2 5 mM. Điều chỉnh pH của các dung dịch trên bằng NaOH 1M và HCl 1M Các hỗn hợp thu được cần để yên 30 phút trong nồi cách thủy 50 o C để phản ứng xảy ra, sau đó chúng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi được chuyển vào cuvet thủy tinh để đo UV-VIS Và mật độ quang ở bước sóng 652 nm (A 652nm ) được ghi lại.

2.7.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

Thớ nghiệm này được tiến hành như sau mỗi dung dịch phản ứng bao gồm: 1000 àL dung dịch đệm (pH = 5), 60 àL dung dịch nano vàng, 200 àL TMB 5 mM, 300 àL H 2 O 2 5 mM Các hỗn hợp trên được giữ lần lượt ở nhiệt độ phòng (27 o C), 30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 oC, 70 o C, 80 o C trong 30 phút để phản ứng xảy ra hoàn toàn Sau đó chúng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi được chuyển vào cuvet thủy tinh để đo UV-Vis Và mật độ quang ở bước sóng 652 nm (A 652nm ) được ghi lại.

2.7.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine (TMB) Để xác định ảnh hưởng của nồng độ TMB chúng tôi đã xây dựng một thí nghiệm có 7 mẫu được chuẩn bị bao gồm: 1000àL dung dịch đệm (pH = 5), 60 àL dung dịch nano vàng,

300 àL H 2 O 2 5 mM và 200 àL TMB ở cỏc nồng độ lần lượt là: 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5,

5 mM Các hỗn hợp thu được cần để yên 30 phút trong nồi cách thủy 50 o C để phản ứng xảy ra, sau đó chúng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi được chuyển vào cuvet thủy tinh để đo UV-Vis Và mật độ quang ở bước sóng 652 nm (A 652nm ) được ghi lại.

2.7.4 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích xúc tác sử dụng

Các thí nghiệm tối ưu hóa thể tích lượng xúc tác sử dụng đã được tiến hành trong các hỗ hợp chứa: 1000 àL dung dịch đệm (pH = 5), 200 àL TMB 5 mM, 300 àL H 2 O 2 5 mM và 10 àL đến 70 àL dung dịch nano vàng, tương ứng Cỏc hỗn hợp thu được cần để yờn 30 phút trong nồi cách thủy 50 o C để phản ứng xảy ra, sau đó chúng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi được chuyển vào cuvet thủy tinh để đo UV-Vis Và mật độ quang ở bước sóng 652 nm (A 652nm ) được ghi lại.

2.7.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian

Thớ nghiệm này được tiến hành như sau mỗi dung dịch phản ứng bao gồm: 1000 àL dung dịch đệm (pH = 5), 60 àL dung dịch nano vàng, 200 àL TMB 5 mM, 300 àL H 2 O 2 5 mM Quá trình khử được thực hiện ở 50 o C trong khoảng khảo sát thời gian từ 10 đến 80 phút Sau đó chúng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi được chuyển vào cuvet thủy tinh để đo UV-Vis Và mật độ quang ở bước sóng 652 nm (A 652nm ) được ghi lại.

2.7.6 Khỏa sát độ nhạy của phép thử H 2 O 2

Sau khi tìm được thông số tối ưu của phản ứng Để hiểu rõ hơn về khả năng oxy hóa TMB red thành TMB ox của H 2 O 2 ta tiến hành thí nghiệm độ nhạy với các mẫu như sau:

Bảng 2.7 Thí nghiệm độ nhạy của phép thử H 2 O 2

Mẫu 60 AuNPs 200 TMB 300H 2 O 2 1 ml Đệm

Phản ứng được tiến hành tại nhiệt độ 50 o C, trong 60 phút Các mẫu thí nghiệm này sẽ được kiểm tra bằng cách quét UV-Vis để xác định sự hình thành của TMB ox

2.7.7 Dựng đường chuẩn H 2 O 2 Để thực hiện nghiên cứu này, ta đã xác định H 2 O 2 bằng cách thay thế enzymHorseradish Peroxidase (HRP) bằng dung dịch nano vàng Một hỗn hợp đã dược chuẩn bị với nồng độ H 2 O 2 được khảo sát từ 10 μL đến 400 μL và các thông số được cố định baoL đến 400 μL đến 400 μL và các thông số được cố định baoL và các thông số được cố định bao gồm:

Bảng 2.8 Các thông số để dựng đường chuẩn H 2 O 2

STT Dung dịch Nhiệt độ à à

2.7.8 Tính toán LOD của phép thử H 2 O 2

Giới hạn phát hiện (LOD) được xác định bằng cách thực hiện với nồng độ H 2 O 2 50 àM, thực hiện 11 mẫu ở nồng độ như nhau Tiến hành đo độ hấp thu quang của cỏc dung dịch ở bước sóng tối ưu Từ đó, xác định được độ lệch chuẩn và LOD.

2.7.9 Khảo sát độ nhạy của phép thử glucose Để hiểu rõ hơn về khả năng oxy hóa TMB red thành TMB ox của H 2 O 2 ta tiến hành thí nghiệm độ nhạy với các mẫu như sau:

Bảng 2.9 Thí nghiệm độ nhạy của phép thử Glucose Mẫu 50 àL Glucose 100 àL GOx 60 àL 200 àL TMB 1 ml đệm

Các mẫu thí nghiệm này sẽ được kiểm tra bằng cách quét UV-Vis để xác định sự hình thành của TMBox.

2.7.10 Dựng đường chuẩn glucose Để xác định glucose, ta cần có một hỗn hợp đã được chuẩn bị với nồng độ glucose được khảo sát từ 0.1 mM đến 1.2 mM và các thống số được cố định ở Bảng 3.2 Các hỗn hợp thu được cần để yên 20 phút trong nồi cách thủy 50 o C để phản ứng xảy ra, sau đó chúng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi được chuyển vào cuvet thủy tinh để đo UV- Vis Và mật độ quang ở bước sóng 652 nm (A 652nm ) được ghi lại.

Bảng 2.10 Các thông số để dựng đường chuẩn glucose

STT Dung dịch Nhiệt độ à

2.7.11 Tính toán LOD của phép thử glucose

Giới hạn phát hiện (LOD) được xác định bằng cách thực hiện với nồng độ Glucose100àM, thực hiện 11 mẫu ở nồng độ như nhau Tiến hành đo độ hấp thu quang của cỏc dung dịch ở bước sóng tối ưu Từ đó, xác định được độ lệch chuẩn và LOD.

2.7.12 Thí nghiệm trên mẫu giả lập Để đánh giá khả năng định lượng glucose, ta tiến hành thí nghiệm dựa trên mẫu Glucose biết trước nồng độ là 0 àM và 500 àM

Thờm 100 μL đến 400 μL và cỏc thụng số được cố định baoL enzim GOx vào 50 μL đến 400 μL và cỏc thụng số được cố định baoL Glucose cú nồng độ tương ứng là 1 àM và 2 àM, ủ tại 50 o C trong 60 phút Thêm vào hỗn hợp 200 μL đến 400 μL và các thông số được cố định baoL TMB 5 mM và 60 μL đến 400 μL và các thông số được cố định baoL nano Au 3+ ,

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả khảo sát thông số tối ưu nano vàng

3.1.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Au 3+ đến khả năng khử của dịch chiết

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng bước sóng từ 530-550 nm Điều này cho thấy chúng chính là dung dịch nano vàng. Quan sát kết quả thí nghiệm, có thể nhận thấy cường độ hấp thu của mẫu thu được có xu hướng tăng ở nồng độ dung dịch Au 3+ từ 0.5 mM đến 1 mM. Ở nồng độ 1.25 mM thì độ hấp thu đo được có xu hướng giảm do các hạt nano vàng trở nên kém bền sẽ kết hợp với nhau tạo thành các hạt có kích thước to và lắng dần xuống. Như vậy, ở khảo sát này chọn giá trị nồng độ dung dịch Au 3+ là 1 mM để khảo sát các điều kiện tiếp theo.

Hình 3.1 Phổ UV-Vis về sự ảnh hưởng của nồng độ Au 3+ và Độ hấp thu cực đại tại nồng khác nhau

Hình 3.2 Kết quả khảo sát nồng độ dung dịch Au 3+

3.1.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử của dịch chiết

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng 530-550 nm Điều này cho thấy chúng chính là dung dịch nano vàng Quan sát kết quả thí nghiệm, có thể nhận thấy khi tăng nhiệt độ phản ứng thì giá trị mật độ quang tăng dần Điều này chứng tỏ nhiệt độ càng cao sẽ càng tạo điều kiện cho sự hình thành các hạt nano vàng sinh ra càng nhiều.

Tuy nhiên, ở nhiệt độ 80 o C trở lên thì độ hấp thu có xu hướng giảm có thể là do các hạt nano vàng trở nên không bền và các hạt bắt đầu xuất hiện hiện tượng keo tụ làm độ hấp thu giảm xuống Vậy ở khảo sát này, chọn giá trị nhiệt độ tối ưu để tổng hợp là 70 o C tiếp tục khảo sát các điều kiện tiếp theo.

Hình 3.3 Phổ UV-Vis về sự ảnh hưởng của nhiệt độ và Độ hấp thu cực đại tại nhiệt độ khác nhau

Hình 3.4 Kết quả khảo sát nhiệt độ của dung dịch Au 3+

3.1.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng khử của dịch chiết

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng 530-550 nm Điều này cho thấy chúng chính là dung dịch nano vàng Quan sát kết quả thí nghiệm, có thể nhận thấy rằng cường độ hấp phụ của mẫu thu được có xu hướng tăng theo thời gian phản ứng.

Tuy nhiên nếu thời gian phản ứng từ 75 phút trở lên các hạt nano vàng trở nên kém bền và có hiện tượng keo tụ lắng dần xuống làm độ hấp thu giảm Điều này chứng tỏ, khi thời gian phản ứng càng lâu thì hệ nano trở nên kém bền và không thể tạo ra thêm nano vàng Vậy chọn giá trị tối ưu của thời gian là 60 phút để tổng hợp.

Hình 3.5 Phổ UV-Vis về sự ảnh hưởng của thời gian và Độ hấp thu cực đại tại thời gian khác nhau

Hình 3.6 Kết quả khảo sát thời gian của dung dịch Au 3+

3.1.4 Các thông số và điều kiện tốt nhất để tổng hợp nano vàng

Bảng 3.1 Thông số và điều kiện tối ưu để tổng hợp nano vàng

STT Thông số và điều kiện Giá trị

1 Nồng độ Au 3+ (mM) 1 mM

3 Thời gian phản ứng (phút) 60 phút

Hình 3.7 Tổng hợp nano vàng theo điều kiện tối ưu (a) mẫu nano vàng lỏng,

Hình 3.8 (a) Phổ UV-VIS của nano vàng theo thời gian, (b) Độ hấp thu cực đại theo thời gian khác nhau Để khảo sát độ bền này, dung dịch nano vàng được tổng hợp từ các thông số tối ưu đã được đo UV-Vis trong một tháng Cứ ba ngày một lần, 2.5 ml nano vàng được lấy để đoUV-Vis và quan sát độ hấp thụ ở bước sóng 540 nm Kết quả cho thấy độ hấp thụ giảm dần theo thời gian, nhưng sau 31 ngày đỉnh hấp thụ vẫn không giảm về 0 (hình 3.8 (a)) Điều này chứng tỏ các hạt nano vàng khá bền theo thời gian, điều này có thể là do các hạt nano được bao bọc bởi các thành phần trong dịch chiết nấm Ngọc cẩu tạo sự ổn định trong dung dịch keo Hình 3.8 (b) cho thấy sự thay đổi giảm đáng kể của cường độ hấp thu cực đại tại thời gian khác nhau.

Kết quả nghiên cứu các đặc trưng hóa lý của nano vàng

Hình 3.9 Phổ XRD của nano vàng

So sánh với phổ XRD nano vàng chuẩn (hình 2.6), đặc trưng cấu trúc tinh thể nano vàng được chứng minh qua kết quả XRD (hình 3.9) kết quả tương thích với phổ chuẩn XRD (hình 2.6) Mẫu XRD của hạt nano vàng cho thấy các đỉnh nhiễu xạ ở các góc 2θ là 38,18 o (111),

44,36 o (200), 64,59 o (220) và 77,55 o (311) đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt của Au

[8, 31] Kết quả cũng chỉ ra rằng các tinh thể có hướng phát triển ưa thích trong các mặt phẳng chỉ số Miller (111) do đỉnh nhiễu xạ cao nhất của hạt nano vàng ở một góc khoảng 38° Ngoài ra, kích thước tinh thể trung bình của hạt nano vàng là 22,6nm, có thể được tính bằng phương trình Debye-Scherrer d =0.9λ/βcosθ, trong đó d (nm) là kích thước tinh thể trung bình, βcosθ, trong đó d (nm) là kích thước tinh thể trung bình, βcosθ, trong đó d (nm) là kích thước tinh thể trung bình, β(radian) là toàn chiều rộng ở một nửa cực đại, λ (0,1540 nm) là bước sóng của bức xạ tia XCuKα được sử dụng và ' θ ' (độ) là góc nhiễu xạ Bragg.

3.2.2 Kết quả TEM và HR-TEM

Hình 3.10 (a) Ảnh TEM của nano vàng ở kích thước 50nm, (b) Ảnh TEM của nano vàng, (c) Ảnh nhiễu xạ của nano vàng, (d) Ảnh HR-TEM của nano vàng

Kích thước, hình dạng và hình thái bề mặt của các hạt nano vàng được quan sát bằng hình ảnh TEM và HR-TEM Hình ảnh 3.10 (a)(b)(c) cho thấy các hạt nano vàng có nhiều hình dạng khác nhau như: hình cầu, hình tam giác, hình lục giác Các hạt có kích thước phân bố chủ yếu từ 10 nm đến 30 nm Quan sát hình 3.10 (c)(d) một lần nữa cho thấy rõ sự xuất hiện của tinh thể nano vàng Mạng rìa của nano vàng (c) tương ứng với mặt phẳng

(111), (200), (220) và (311) trong cấu trúc lập phương tâm mặt của các mặt phẳng vàng Sự khác biệt về hình dạng và kích thước của hạt nano vàng có thể là do sự khác biệt về thành phần hóa học của dịch chiết cây nấm Ngọc cẩu

Hình 3.11 Phổ FT-IR của dịch chiết và nano vàng

Thành phần của dịch chiết khô của nấm ngọc cẩu và nano vàng được kiểm tra bằng phân tích FTIR (hình 3.11) Nhóm OH xuất hiện ở đỉnh phổ 3300 là của flvanoit, ancaloit,

…phù hợp với các nghiên cứu trước đây [18,19] Trong đó, các hợp chất polyoic tan trong nước đóng vai trò quan trọng nhất là giảm và ổn định trong quá trình sinh tổng hợp nano vàng [8] [32] [33] Nhóm C-H cung xuất hiện ở đỉnh 2924 cm -1 và nhóm C-N ở 1026 cm -1

[8, 9] Ngoài ra, sự hiện diện của C=C ở 1578 cm-1 cũng như C=O trong xeton aryl hoặc phân tử đường ở 1725 cm -1 [2, 57] và dao động 1419 cm -1 được đặc trưng bởi COO- của cacbonxylic trong cây [5] Trong nano vàng, các đỉnh quang phổ cũng cho kết quả tương tự, các đỉnh chỉ bị lệch một chút do có mặt kim loại Từ đó, người ta chỉ ra rằng các thành phàn hữu cơ trong dịch chiết nấm ngọc cẩu vừa đóng vai trò là chất khử vừa làm ổn định các hạt nano vàng.

Hình 3.12 STEM-Mapping và phổ EDX ((a, b) và (c)) của nano vàng

Thành phần của các nguyên tố và sự phân bố của chúng trong dung dịch keo cũng được đánh giá thông qua lập biểu đồ STEM Hình ảnh cho thấy sự hiện diện của vàng ở các đỉnh 2.2, 9.75, 11.5 và 13.4 keV (hình (c)) Ngoài ra còn có sự xuất hiện của các nguyên tố C (0,4keV), O (0,5keV), Cl (2,6 keV) … liên quan đến thành phần của dịch chiết nấm Ngọc cẩu Theo đó, hàm lượng trung bình của vàng trong nano vàng là 13,1% và tổng hàm lượng trung bình của C và O là 52% Có thể thấy rằng thành phần hữu cơ trong dịch chiết có vai trò ổn định các hạt nano Trong hình 3.12 (a, b) cũng cho thấy sự phân bố không đồng đều của các hạt nano vàng Các hạt vàng có xu hướng tụ lại ở một số vị trí nhất định mà không trải đều.

Hình 3.13 Phân bố kích thước hạt của nano vàng

Từ biểu đồ phân bố kích thước hạt nano vàng ta thấy kích thước phân bố không đồng đều và phân bố chủ yếu trong khoảng 10 - 30 nm, với kích thước động học trung bình được tìm thấy thông qua DLS là 36,7 nm.

Hình 3.14 Kết quả thế Zeta

Sự phân tán keo được kiểm tra độ ổn định thông qua điện thế zeta, là điện thế trên bề mặt của các hạt keo Kết quả cho thấy rằng CD-AuNPs có độ ổn định cao, thế zeta được tìm thấy là -45,9 mV Điều này chứng minh thêm cho kết quả UV-Vis sau 31 ngày (Hình3.8), độ hấp thụ của CD-AuNPs vẫn không giảm về 0 Chứng tỏ các hạt nano vàng tổng hợp khá bền theo thời gian, điều này có thể là do các hạt nano được bao bọc bởi các thành phần trong dịch chiết CD tạo nên sự ổn định trong dung dịch keo.

Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác của nano vàng

3.3.1 Kết quả phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP có nano vàng làm xúc tác

0min 1min 3min 5min 7min 10min 13min 15min

Hình 3.15 Phổ UV-Vis về suy giảm hàm lượng 2-NP phản ứng với NaBH 4 có nano vàng làm xúc tác (a) và động học bậc nhất của phản ứng (b)

Hình 3.16 (a) NaBH 4 + 2-NP, (b) sau khi cho nano vàng vào

Trong khảo sát này, nồng độ NaBH 4 được sử dụng là rất cao trong khi nồng độ của nano vàng thấp hơn nhiều so với các chất gây ô nhiễm Do đó, tốc độ phản ứng là độc lập với cả NaBH 4 , chất xúc tác và sự suy giảm của 2-NP là phản ứng bậc nhất đối với nồng độ các chất gây ô nhiễm [106]. Động học phản ứng có thể được biểu diễn bằng phương trình ln (A t ) = -kt + lnA o ,trong đó k là hằng số tốc độ bậc nhất giả, t là thời gian phản ứng, [A 0 ] là nồng độ 2-NP tại thời điểm t = 0 và [A t ] là nồng độ 2-NP tại thời điểm t có thể thu được từ độ hấp thụ cực

Dung dịch phản ứng bao gồm NaBH 4 và 2-NP, khi thêm NaBH 4 vào 2-NP dung dịch có màu vàng nhạt thì ngay lập tức màu của dung dịch sẽ chuyển sang màu vàng đậm có đỉnh hấp thu cực đại ở bước sóng 410 nm do sự hình thành ion 2-nitrophenolate trong kiềm trung bình mặc dù sự phân hủy không xảy ra Ngay khi bổ sung nano vàng vào dung dịch thì màu của dung dịch dần biến mất Phổ UV-Vis cho thấy những thay đổi về độ hấp thụ của các đỉnh trong quá trình phản ứng (hình a) Sự giảm dần của độ hấp thụ ở bước sóng

410 nm và tăng đồng thời đỉnh mới ở bước sóng 290 nm chứng tỏ quá trình chuyển hóa 2-

NP thành 2-aminophenol (2-AP) đang xảy ra.

Kết quả cho thấy sự chuyển 2-NP thành 2-aminophenol (2-AP) với sự có mặt của AuNPs đã được hoàn thành trong 15 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (At) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 1.81x10 -3 s -1

Bảng 3.2 So sánh các hằng số tốc độ phản ứng khi sử dụng nano bạc làm xúc tác cho sự khử 2-nitrophenol

Kích thước Tài liệu tham

Loại xúc tác Dịch chiết trung bình k (s -1 )

AuNPs Vỏ trái dừa nước 15-20 3.54x10 -3 [10]

Nấm Ngọc Cẩu 10-30 1.81x10 -3 This study

3.3.2 Kết qủa phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP có nano vàng làm xúc tác

Hình 3.17 Phổ UV-Vis về suy giảm hàm lượng 3-NP phản ứng với NaBH 4 có nano vàng làm xúc tác (a) và động học bậc nhất của phản ứng (b)

Hình 3.18 (a) NaBH 4 + 3-NP, (b) sau khi cho nano vàng vào

Trong khảo sát này, nồng độ NaBH 4 được sử dụng là rất cao trong khi nồng độ của nano vàng thấp hơn nhiều so với các chất gây ô nhiễm Do đó, tốc độ phản ứng là độc lập với cả NaBH 4 , chất xúc tác và sự suy giảm của 3-NP là phản ứng bậc nhất đối với nồng độ các chất gây ô nhiễm [106]. Động học phản ứng có thể được biểu diễn bằng phương trình ln (A t ) = -kt + lnA o ,trong đó k là hằng số tốc độ bậc nhất giả, t là thời gian phản ứng, [A0] là nồng độ 3-NP tại thời điểm t = 0 và [A t ] là nồng độ 3-NP tại thời điểm t có thể thu được từ độ hấp thụ cực đại ở 390 nm Hằng số k có thể được xác định trực tiếp từ hệ số góc của đường thẳng từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng.

Dung dịch phản ứng bao gồm NaBH 4 và 3-NP, khi thêm NaBH 4 vào 3-NP dung dịch có màu vàng nhạt thì ngay lập tức màu của dung dịch sẽ chuyển sang màu vàng đậm có đỉnh hấp thu cực đại ở bước sóng 390 nm do sự hình thành ion 3-nitrophenolate trong kiềm trung bình mặc dù sự phân hủy không xảy ra Ngay khi bổ sung nano vàng vào dung dịch thì màu của dung dịch dần biến mất Phổ UV-Vis cho thấy những thay đổi về độ hấp thụ của các đỉnh trong quá trình phản ứng (hình a) Sự giảm dần của độ hấp thụ ở bước sóng

390 nm và tăng đồng thời đỉnh mới ở bước sóng 300 nm chứng tỏ quá trình chuyển hóa 3-

NP thành 3-aminophenol (3-AP) đang xảy ra.

Kết quả cho thấy sự chuyển hóa 3-NP thành 3-aminophenol (3-AP) với sự có mặt của AuNPs đã được hoàn thành trong 15 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 390 nm Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (At) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 1.30x10 -3 s -1

Bảng 3.3 So sánh các hằng số tốc độ phản ứng khi sử dụng nano vàng làm xúc tác cho sự khử 3-nitrophenol

Kích thước Tài liệu tham

Loại xúc tác Dịch chiết trung bình k (s -1 )

Nấm Ngọc Cẩu 10-30 1.30x10 -3 This study

Kết quả khảo sát năng lượng hoạt hóa 39 1 Kết quả năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP có nano vàng làm xúc tác39

3.4.1 Kết quả năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH 4 và 2-NP có nano vàng làm xúc tác

Năng lượng hoạt hóa cũng được nghiên cứu cho 2-NP Năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng [42] Trong công việc này, việc tính toán năng lượng hoạt hóa giúp ta đánh giá chính xác hơn về hoạt tính xúc tác của nano vàng Hằng số tốc độ phản ứng được tính toán ở các giá trị nhiệt độ khác nhau (30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 o C, 70 o C) để tìm năng lượng hoạt hóa theo phương trình Arhenrius

0min 1min 3min 5min 7min

Hình 3.19 Phổ UV-Vis về suy giảm hàm lượng 2-NP phản ứng với NaBH 4 có nano vàng làm xúc tác ở 30 o C (a) và động học bậc nhất của phản ứng (b) Ở nhiệt độ 30 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 2-NP thành 2-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 3.76x10 -3 s -1

Hình 3.20 Phổ UV-Vis về suy giảm hàm lượng 2-NP phản ứng với NaBH 4 có nano vàng làm xúc tác ở 40 o C (a) và động học bậc nhất của phản ứng (b)

Tương tự nhiệt độ 40 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 2-NP thành 2-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 5.16x10 -3 s -1

Tiếp tục ở nhiệt độ 50 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 2-NP thành 2-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k =5.87x10 -3 s -1

Sau đó ta thực hiện tương tự ở nhiệt độ 60 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 2-NP thành 2-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng. Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k =6.25x10 -3 s -1

Cuối cùng ta thực hiện tương tự ở nhiệt độ 70 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 2-

NP thành 2-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng.Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng,hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 7.11x10 -3 s -1

Hình 3.24 Hằng số tốc độ phản ứng bậc nhất (a) và năng lượng hoạt hóa trong phản ứng phân hủy 2-NP (b)

Cuối cùng kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng cũng tăng theo (hình 3.24 (a)) Với sự có mặt của nano vàng làm chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa trong phản ứng phân hủy 2-NP là 11.61 kJ Nó chỉ ra rằng sự có mặt của xúc tác làm giảm đáng kể rào cản động học của phản ứng nói trên, vì năng lượng hoạt hóa này thấp hơn nhiều so với các phản ứng hữu cơ thông thường [43, 44].

3.4.2 Kết quả năng lượng hoạt hóa phản ứng giữa NaBH 4 và 3-NP có nano vàng làm xúc tác

Năng lượng hoạt hóa cũng được nghiên cứu cho cả trường hợp 3-NP Năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng

[42] Trong công việc này, việc tính toán năng lượng hoạt hóa giúp ta đánh giá chính xác hơn về hoạt tính xúc tác của nano vàng Hằng số tốc độ phản ứng được tính toán ở các giá trị nhiệt độ khác nhau (30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 o C, 70 o C) để tìm năng lượng hoạt hóa theo phương trình Arhenrius

Hình 3.25 Phổ UV-Vis về suy giảm hàm lượng 3-NP phản vàng làm xúc tác ở 30 o C (a) và động học bậc nhất của ứng với NaBH 4 có nano phản ứng (b) Ở nhiệt độ 30 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 3-NP thành 3-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 390 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 1.65x10 -3 s -1

Tương tự nhiệt độ 40 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 3-NP thành 3-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 2.57x10 -3 s -1

Tiếp tục ở nhiệt độ 50 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 3-NP thành 3-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 3.73x10 -3 s -1

Sau đó ta thực hiện tương tự ở nhiệt độ 60 o C ta có thể thấy khả năng phân hủy 3-NP thành 3-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng. Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 4.50x10 -3 s -1

Cuối cùng ta thực hiện tương tự ở nhiệt độ 70 o C, có thể thấy khả năng phân hủy 3-

NP thành 3-AP với sự có mặt của nano vàng đã hoàn thành trong 10 phút với bằng chứng từ sự hấp thu gần như bằng không tại bước sóng 410 nm điều này cho thấy năng lượng hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong phản ứng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng. Mối quan hệ tuyến tính có được quan sát từ phương trình ln (A t ) so với thời gian phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng (hình b) Giá trị k = 4.80x10 -3 s -1

Hình 3.30 Hằng số tốc độ phản ứng bậc nhất (a) và năng lượng hoạt hóa trong phản ứng phân hủy 3-NP (b)

Cuối cùng kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng cũng tăng theo (hình 3.30 (a)) Với sự có mặt của nano vàng làm chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa trong phản ứng phân hủy 3-NP là 20.92 kJ Nó chỉ ra rằng sự có mặt của xúc tác làm giảm đáng kể rào cản động học của phản ứng nói trên, vì năng lượng hoạt hóa này thấp hơn nhiều so với các phản ứng hữu cơ thông thường [43, 44].

Định lượng glucose

3.5.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH

Ab so rb an ce pH = 5

0.5 pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 pH = 10 pH = 11 0.0

Ab so rb an ce 0.25

Hình 3.31 Phổ UV-Vis của TMB ox chịu ảnh hưởng của pH (a), Độ hấp thu cực đại tại các pH khác nhau (b)

Hình 3.32 Ảnh hưởng của pH đến phản ứng

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng bước sóng từ 640-652 nm Quan sát kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất của xúc tác có xu hướng tăng ở pH từ 1-5 điều này cho thấy hiệu suất của xúc tác hoạt động tốt ở môi trường axit, ở pH = 6 trở lên thì độ hấp thu đo được có xu hướng giảm Như vậy, ở khảo sát này ta chọn giá trị pH tối ưu là 5 để khảo sát các điều kiện tiếp theo.

3.5.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ

Hình 3 33 Phổ UV-Vis của TMB ox chịu ảnh hưởng của nồng độ (a), Độ hấp thu cực đại tại các nồng độ khác nhau (b)

Hình 3.34 Ảnh hưởng của nồng độ TMB đến phản ứng

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng bước sóng từ 640-652 nm Quan sát kết quả thí nghiệm cho thấy nồng độ TMB càng cao thì cường độ hấp thu của dung dịch càng cao nghĩa là nồng độ TMB tăng thì quá trình oxy hóa sẽ diễn ra mạnh hơn Do đó, chúng tôi chọn nồng độ TMB là 5 mM để tiếp tục khảo sát các thông số sau.

3.5.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

Ab so rb an ce 0.6

Hình 3.35 Phổ UV-Vis của TMB ox chịu ảnh hưởng của nhiệt độ (a), Độ hấp thu cực đại tại các nhiệt độ khác nhau (b)

Hình 3.36 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng bước sóng từ 640-652 nm Quan sát kết quả thí nghiệm cho thấy quá trình oxy hóa có xu hướng tăng ở nhiệt độ từ 27 o C-50 o C và có phổ hấp thụ cao nhất ở nhiệt độ 50 o C chứng tỏ rằng quá trình oxy hóa xảy ra ở nhiệt độ này là thuận lợi nhất, ở nhiệt độ từ 50 o C trở lên thì độ hấp thu đo được có xu hướng giảm là do phản ứng bị cản trở bởi sự phân hủy nhanh của H 2 O 2 thành oxy và nước Như vậy, ở khảo sát này chọn giá trị nhiệt độ là 50 o C là nhiệt dộ tối ưu để khảo sát các điều kiện còn lại.

3.5.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích xúc tác sử dụng

10àL 20àL 30àL 40àL 50àL 60àL 70àL

Hình 3.37 Phổ UV-Vis của TMB ox chịu ảnh hưởng của thể tích xúc tác sử dụng

(a), Độ hấp thu cực đại tại các thể tích xúc tác khác nhau (b)

Từ kết quả thu được của phổ UV-vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng bước sóng từ 640-652 nm Quan sát kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ phổ hấp thu tăng giảm khụng đồng đều ở thể tớch xỳc tỏc là 60 àL cho thấy hiệt suất của xỳc tỏc là tốt nhất Do đú, chỳng tụi chọn thể tớch xỳc tỏc sử dụng 60 àL là thể tớch tối ưu cho phản ứng.

3.5.5 Kết quả khảo sát thời gian

Ab so rb an ce 70 min

Ab so rb an ce

Hình 3.38 Phổ UV-Vis của TMB ox chịu ảnh hưởng của thời gian (a), Độ hấp thu cực đại tại các thời gian khác nhau (b)

Từ kết quả thu được của phổ UV-Vis cho thấy các đỉnh hấp phụ hầu hết nằm trong khoảng bước sóng từ 640-652 nm Quan sát kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian phản ứng tăng dần thì cường độ phổ hấp thu tăng Tuy nhiên khi thời gian khảo sát vượt quá 60 phút, độ hấp thu thay đổi không lớn và có xu hướng giảm Do đó, ta chọn thời gian tối ưu cho phản ứng oxy hóa TMB red là 60 phút để tiết kiệm thời gian.

3.5.6 Kết quả khảo sát độ nhạy của phép thử H 2 O 2

Hình 3.39 Phổ UV-Vis sau 60 phút phản ứng của hỗn hợp: (1) AuNPs+H 2 O 2 , (2)

AuNPs+TMB, (3) TMB+H 2 O 2 , (4) AuNPs+TMB+H 2 O 2

Hình 3.40 Các mẫu thu được sau 60 phút phản ứng với: (1) AuNPs+TMB+H 2 O 2 ,

Từ kết quả đo UV-Vis (Hình 3.39), trong trường hợp không có chất xúc tác là AuNPs (TMB+H 2 O 2 ) và không có TMB (AuNPs+H 2 O 2 ) thì không có peak xuất hiện tại bước sóng 652nm Tại trường hợp có TMB+H 2 O 2 xuất hiện peak ở bước sóng 652 nm với cường độ thấp, dung dịch có màu xanh lam nhạt điều này cho thấy phản ứng oxy hóa TMB red thành TMB ox rất chậm Với trường hợp còn lại có đầy đủ các yếu tố, thì xuất hiện peak ở bước sóng 652 nm với cường độ mạnh, dung dịch có màu xanh lam đậm. Điều này có thể cho thấy rằng AuNPs có bề mặt riêng lớn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa của peroxidase và tạo ra hydroxyl tương ứng, như sau [119]:đầu tiên AuNPs tác dụng với H 2 O 2 tạo ra Au (I), sau đó Au (I) tác dụng với TMB red sinh ra TMB ox có màu xanh lam.

Hình 3.41 Mô hình minh họa cho quá trình nhận biết glucose

Như vậy, có thể thấy rằng hoạt động của Au (I) trên bề mặt AuNPs có thể là nguyên nhân dẫn đến sự giống nhau về hoạt động của AuNPs so với peroxidase.

3.5.7 Kết quả dựng đường chuẩn H 2 O 2

Hình 3.42 Phổ UV-Vis sự thay đổi độ hấp thu theo nồng độ H2O2

Hình 3.43 Sự thay đổi màu của mẫu theo nồng độ H 2 O 2

Từ kết quả đo UV-Vis trong hình 3.42, ta nhận thấy peak tại bước sóng 652 nm tăng dần theo nồng độ H2O2.

Hình 3.44 Đồ thị bậc I biểu diễn đường chuẩn H 2 O 2

Tiến hành dựng đường chuẩn H 2 O 2 trong khoảng nồng độ từ 10- 400 àM, tại cỏc giỏ trị độ hấp thu tối đa ở bước sóng 652 nm ta thu được 9 điểm tạo thành đường thẳng tuyến tính theo phương trình bậc I: y = 0.0017x + 1.0903 với giá trị R 2 = 0.99

3.5.8 Kết quả LOD của phép thử H 2 O 2

Hình 3.45 Các mẫu thí nghiệm LOD của phép thử H 2 O 2

Bảng 3.4 Mật độ quang của 11 mẫu phản ứng có cùng nồng độ H 2 O 2

STT Độ hấp thu Nồng độ (àM) ̅ Độ lệch chuẩn

Từ bảng 3.4 ta tính được giá trị LOD:

Vì 4 < R < 10 nên ta kết luận được nồng độ dung dịch thử là phù hợp và LOD tính được là đáng tin cậy.

3.5.9 Kết quả khảo sát độ nhạy của phép thử glucose

Hình 3.46 Phổ UV-Vis sau 60

GOx, (2) TMB + Glucose + GOx, (3) phút của hỗn hợp phản ứng: (1) AuNPs + Glucose + AuNPs + Glucose + TMB + GOx, (4) AuNPs + GOx + TMB

Hình 3.47 Các mẫu thu được

GOx, (2) TMB + Glucose + GOx, (3) sau 60 phút phản ứng với: (1) AuNPs + Glucose + AuNPs + Glucose + TMB + GOx, (4) AuNPs + GOx + TMB

Từ kết quả đo UV-Vis trong hình 3.46, trong trường hợp không có TMB (AuNPs +Glucose + GOx), không có chất xúc tác là AuNPs (TMB + Glucose + GOx) và không có glucose (AuNPs + GOx + TMB) thì không có sự xuất hiện của peak tại bước sóng 652 nm.Còn đối với trường hợp có đầy đủ các yếu tố, thì xuất hiện peak ở bước sóng 652 nm với cường độ mạnh, dung dịch có mùa xanh lam đậm Điều này cho thấy phản ứng oxy hóaTMB red thành TMB ox xảy ra rất nhanh.

3.5.10 Kết quả dựng đường chuẩn glucose

Hình 3.48 Phổ UV-Vis sự thay đổi độ hấp thu theo nồng độ Glucose

Hình 3.49 Sự thay đổi màu của mẫu thí nghiệm theo nồng độ glucose

Từ kết quả đo UV-Vis trong hình 3.48, ta nhận thấy peak tại bước sóng 652 nm tăng dần theo nồng độ Glucose.

Hình 3.50 Đồ thị bậc I biểu diễn đường chuẩn Glucose

Tiến hành dựng đường chuẩn Glucose trong khoảng nồng độ từ 100-1200 àM ta thu được kết quả là 11 điểm tạo thành đường thẳng tuyến tính bậc I theo phương trình: y = 0.0003x + 1.6173 với giá trị R 2 = 0.9869.

3.5.11 Kết quả LOD của phép thử glucose

Hình 3.51 Các mẫu thí nghiệm LOD của phép thử glucose Bảng 3.5 Mật độ quang của 11 mẫu phản ứng có cùng nồng độ glucose

STT Độ hấp thu Nồng độ (àM) ̅

Nồng độ trung bình Độ lệch chuẩn

Từ bảng 3.5 ta tính được giá trị LOD:

Vì 4 < R < 10 nên ta kết luận được nồng độ dung dịch thử là phù hợp và LOD tính được là đáng tin cậy.

Bảng 3.6 So sánh LOD với các nghiên cứu trước Vật liệu Nồng độ (mM) LOD (àM) Tài liệu tham khảo

3.5.12 Kết quả thí nghiệm trên mẫu giả lập

Hình 3.52 Phổ UV-Vis kết quả mẫu giả lập của Sample 1 và Sample 2

Hình 3.53 Mẫu giả lập của Sample 1 và Sample 2

Dựa vào kết quả UV-Vis thu được (hình 3.52) và phương trình đường chuẩn Glucose: y

= 0.0003x + 1.1673, ta tớnh được nồng độ thực tế của 2 mẫu giả lập lần lượt là 0 àM và 526 àM với hiệu suất thu hồi đạt 0 % và 105.2 %, gần đỳng với nồng độ lý thuyết đưa ra.

Bảng 3.7 Kết quả mẫu giả lập của Sample 1 và Sample 2

Mẫu Nồng độ Glucose lý Nồng độ Glucose Hiệu suất thu hồi thuyết (àM) thực tiễn (àM)

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	3,75 MB