TỔNG HỢP NANO BẠCCHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co60 – ỨNG DỤNG LÀM THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

MỞ ĐẦU * Hiện nay, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật BVTV để phịng trừ sâu hại, dịch bệnh bảo vệ mùa màng, giữ vững an ninh lương thực quốc gia luơn là biện pháp quan trọng và chủ yếu,

TẠP CHÍ ĐẠI HỌC SÀI GÒN Số 6 - Tháng 6/2011

TỔNG HỢP NANO BẠC/CHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60 – ỨNG DỤNG LÀM THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

LẠI THỊ KIM DUNG (*)

BÙI DUY DU (***)

TĨM TẮT

Nội dung bài báo nêu kết quả nghiên cứu tổng hợp chất CTS-Ag bằng phương pháp chiếu xạ  Co-60 với liều xạ chuyển hố bão hồ D bh = 16 kGy, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của CTS-Ag

Kết quả khảo sát hoạt tính cho thấy IC 50 là 0,59%, ở nồng độ 1% và 2% CTS-Ag đều thể hiện hoạt tính kháng nấm Corticium salmonicolor cao hơn hẳn so với thuốc đối chứng Validin 3DD

ABSTRACT

Silver nano particle of polychitosan (Mw = 380 kDa, DDA = 70) is synthesized by gamma radiation dosed Co-60 with Dbh = 16 kGy, collection of an average particle size of colloidal silver nano 5 mM obtained from 6 nm to 9 nm and is well soluble in water at pH

3 to 11

Anti-fungal activity of the CTS-Ag for Corticium salmonicolor is conducted at concentration of 1% and IC of 0,59% 50

1 MỞ ĐẦU (*)

Hiện nay, việc sử dụng thuốc bảo vệ

thực vật (BVTV) để phịng trừ sâu hại,

dịch bệnh bảo vệ mùa màng, giữ vững an

ninh lương thực quốc gia luơn là biện pháp

quan trọng và chủ yếu, đa số các loại thuốc

BVTV thường là các chất hố học cĩ độc

tính cao, nếu khơng được quản lí chặt chẽ

(  )

TS, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng – Viện Khoa

học và Cơng nghệ Việt Nam

(  )

KS, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng – Viện Khoa

học và Cơng nghệ Việt Nam

(  )

TS, Trung tâm Khảo, kiểm nghiệm phân bĩn vùng

Nam Bộ - Cục Trồng trọt

và sử dụng đúng cách sẽ gây ơ nhiễm mơi trường sinh thái, ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng Vì vậy, mục tiêu phấn đấu của ngành nơng nghiệp là sản xuất sản phẩm sạch nhằm bảo đảm an tồn, vệ sinh thực phẩm và thân thiện với mơi trường Việc đầu tư nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi các chất cĩ hoạt tính sinh học từ thiên nhiên được xem là giải pháp hữu hiệu, gĩp phần tìm ra lời giải cho bài tốn phát triển nơng nghiệp theo hướng bền vững

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đặc biệt quan tâm nghiên cứu đến

chitin/chitosan như một chất có hoạt tính

sinh học đa tác dụng Chitosan và các dẫn

xuất của nó được nghiên cứu và sử dụng

trong nhiều lĩnh vực: dược phẩm (trị vết

thương, vết bỏng, làm bao bì thuốc, thuốc

chữa bệnh khớp) [1], thực phẩm chức năng

(giảm béo, ), mĩ phẩm (kem dưỡng da,

dầu gội đầu, ) Trong công nghiệp

chitosan còn được dùng làm chất hấp thụ

kim loại trong xử lí nước Trong nông

nghiệp chitosan được dùng làm chất diệt

khuẩn bảo quản thực phẩm, thuốc

BVTV [2, 3, 4]

Ngày nay, trước sự gia tăng của các

loại nấm gây bệnh cho cây trồng đang

thiếu thuốc đặc trị thì việc lựa chọn các chế

phẩm polychitosan chứa bạc nano rất được

quan tâm Hơn nữa bạc nano không gây

phản ứng phụ, không gây độc cho người và

vật nuôi Trong bài báo này chúng tôi trình

bày kết quả nghiên cứu tổng hợp chất kích

kháng sinh học từ polychitosan chứa bạc

nano (CTS-Ag) dùng làm thuốc BVTV

2 THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên liệu

- Bạc nitrat (AgNO3): loại PA,

Merck, Đức

- Etanol (C2H5OH): loại P

- Chitosan DDA 70, (Mw) 380 kDa

- Môi trường nuôi cây nấm: PGA

- Validin 3DD

- Giống nấm Corticium salmonicolor

2.2 Phương pháp

2.2.1 Xác định DDA% và khối

lượng phân tử (M w ) của chitosan:

- DDA% của chitosan được xác định

theo phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR)

A1320/A1420 = 0,3822 + 0,03133  DA

DDA là độ đề axetyl; DA là độ axetyl

A là cường độ hấp thụ tại đỉnh 1320 và

1420 trên phổ IR

- Mw của chitosan được xác định theo phương pháp sắc kí gel thấm qua (GPC)

2.2.2 Thử hoạt tính kháng nấm của CTS-Ag lên nấm Corticium salmonicolor gây bệnh nấm hồng trên một số cây công nghiệp

Theo nguyên tắc, để so sánh tác động của các chất thí nghiệm người ta dùng giá trị IC50 (nồng độ tối thiểu ức chế 50% sinh trưởng) [5]

Tính phần trăm ức chế sinh trưởng theo công thức:

% ức chế sinh trưởng = [(DK1 – DK2)/DK1] x 100

Trong đó: DK1: đường kính tơ nấm trung bình của mẫu đối chứng

DK2: đường kính tơ nấm trung bình của mẫu thí nghiệm

Từ % ức chế sinh trưởng và nồng độ

xử lí, tiến hành xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính dạng y = ax + b Từ đó suy

ra IC50 (nồng độ ức chế 50% tăng trưởng của nấm)

2.3 Cách tiến hành

2.3.1 Tổng hợp CTS-Ag:

Hoà tan chitosan (M w = 380 kDa, DDA = 70) trong dung dịch axid lactic theo tỉ lệ 1(w/v0):1(v/v0) để ổn định trong

16 giờ, lọc qua lưới thép không rỉ (74 micron) điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 2M, khuấy 5 phút, nhỏ từ từ bạc nitrat vào dung dịch theo nồng độ đã định, khuấy đều 10 phút, sau đó chia vào ống nghiệm có nút kín khí, tiến hành sục khí

nitơ 5 phút Đưa vào nguồn chiếu xạ 

Co-60 với liều xạ chuyển hoá bão hoà Dbh =

16 kGy, tại đó ion Ag+

chuyển hoá hoàn toàn thành kim loại Ag thu được chất

CTS-Ag [6]

2.3.2 Thử hoạt tính kháng nấm

Corticium salmonicolor:

Chất CTS-Ag được pha ở 3 nồng độ

1,0 %, 1,6%, 2% và Validin 3DD được pha

ở nồng độ 3% (theo hướng dẫn sử dụng) để

thử hiệu lực với nấm Mỗi nghiệm thức

được lặp lại 3 lần lấy giá trị trung bình

Cách làm môi trường PGA: Khoai tây

cắt dạng hạt lựu bỏ vào bình cầu, thêm

nước cất đun hồi lưu trong 60 phút, lọc lấy

dịch cho vào bình định mức, thêm nước cất

đến 1000 ml Cho agar và đường glucose

khuấy cho tan đều, đun sôi và hấp tiệt

trùng bằng nồi autoclave ở 1210

C trong 15 phút Để nguội đến 450

C, hút lượng thuốc thử cần khảo sát vào bình chứa môi trường

PGA, lắc đều rồi đổ ra đĩa petri vô trùng Ở

mẫu đối chứng lượng thuốc thử được thay

bằng nước cất vô trùng Ở nghiệm thức so

sánh chất thử là Validin 3DD được pha

theo tỉ lệ hướng dẫn Cấy nấm C

salmonicolor vào tâm đĩa, ủ ở nhiệt độ

250C Theo dõi đường kính sinh trưởng của

tơ nấm theo dạng tỏa tròn (mm) trong khoảng thời gian xác định sau cấy [5]

3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Trên phân tử chitosan chứa các nhóm chức như -OH vị trí C-3 và C-6, và -NH2 vị trí C-2 rất linh động và ái lực cao với ion kim loại nên thích hợp sử dụng làm chất ổn định chế tạo nano kim loại Trong dung dịch Ag+

tạo phức với chitosan thông qua liên kết ái điện với nhóm amin (NH2Ag+) khi chiếu xạ, tác nhân e

-aq và H sẽ khử

Ag+ thành Ag0 Sau đó Ag0

hấp thụ Ag+ tạo thành Ag2+, quá trình tiếp diễn tạo Agn+ và tạo hạt bạc nano ổn định trên cấu trúc mạng chitosan Do cấu trúc mạng cồng kềnh và lớp chitosan bao phủ trên bề mặt hạt bạc tích điện dương (-NH3+) nên gây ra lực đẩy tĩnh điện và hiệu ứng ức chế không gian làm hạn chế sự kết tụ của các hạt bạc Ngoài ra chitosan còn thể hiện là chất bắt gốc tự do OH tạo thành gốc tự do chitosan

có khả năng khử bạc ion dạng cluster, góp phần quan trọng cho quá trình phát triển hình thành hạt bạc nano Tiến trình khử bạc ion, phản ứng bắt gốc tự do OH và khử ion bạc cluster tạo bạc nano như sau [7]:

e-aq , H.

Ag+

NH2

NH2

Ag+

NH2

NH2

Ag+

NH2

NH2

Ag+

NH2

NH2

Agn+

NH2

NH2

Agn+

NH2

NH2

Agn+ e

-aq , H.



OH + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH  RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH + H2O

Agn+ + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH  Agn + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH

Như vậy, cho thấy khả năng sử dụng

chitosan thay thế các chất khử hoá học,

chất bắt gốc tự do để chế tạo keo bạc nano

bằng phương pháp chiếu xạ là rất triển

vọng Hơn nữa, keo bạc nano được bảo vệ

bằng chitosan có nhiều điện tích dương (+)

trên bề mặt (do sự proton hoá nhóm –NH2)

sẽ góp phần gia tăng hoạt tính sát khuẩn

của bạc nano [8] Khả năng ổn định keo

bạc nano của các polyme phụ thuộc chủ

yếu vào liên kết hoá học, tương tác tĩnh

điện và hiệu ứng không gian [9] Chúng tôi

sử dụng các kĩ thuật chụp ảnh có độ phóng

đại cao (FE-SEM, FE-TEM, UV-vis ) để

xác định cấu trúc, tính chất của

polychitosan chứa nano bạc (CTS-Ag)

3.1 Xác định cấu trúc, tính chất của

CTS-Ag

Dùng CTS 70 2% với Mw 380 kDa làm

chất ổn định/chất bắt gốc tự do, khi sử

dụng liều xạ chuyển hoá bão hoà Dbh = 16 kGy thì kích thước hạt trung bình của keo bạc nano 5 mM (CTS-Ag) đạt được từ 6

nm đến 9 nm tan tốt trong nước ở pH từ 3

đến 11 Hình 3.2 mô tả phổ hấp thụ UV-vis

của các mẫu được pha loãng bằng nước theo tỉ lệ thể tích 1/50 (tương đương với 0,1mM bạc) Kết quả cho thấy, dung dịch chitosan (CTS) có một đỉnh hấp thụ cực đại tại max 285 nm với cường độ yếu, đây có thể là do sự ion hoá nhóm amin (-NH2 + H+

 -NH3+) của CTS trong môi trường axit Dung dịch CTS/Ag+

trước chiếu xạ có đỉnh hấp thụ tại max 296 nm là đỉnh hấp thụ đặc trưng của phức CTS/Ag+, còn sau chiếu xạ cực đại đỉnh hấp thụ dịch chuyển sang vùng khả khiến max 408,5 nm là đỉnh đặc trưng của CTS/Ag-nano Kết quả này tương tự như nghiên cứu của Murugadoss [10]

Hình 3.1: Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano CTS-Ag

Hình 3.2: Phổ UV-vis của các dung dịch pha loãng bằng nước 1/50

- CTS 70 2% chiếu xạ 16 kGy

- CTS 70 2%, Ag + 5 mM

- Keo bạc nano CTS 70 2%, Ag + 5 mM chiếu xạ 16 kGy (CTS-Ag)

3.2 Khảo sát độ ổn định của CTS-Ag theo thời gian:

Bảng 3.1: Giá trị d tb , E và max của CTS-Ag theo thời gian lưu giữ

Thời

gian

(ngày)

0

10

20

30

40

50

60

D tb nm

d tb : 7,3  1,4

380kDa

Kết quả bảng 3.1 cho thấy CTS-Ag

không pha loãng ổn định sau 6 tháng lưu

giữ Tuy nhiên khi pha loãng CTS-Ag bằng

nước với tỉ lệ 1/50 thì mật độ quang E

giảm theo thời gian Sau 3 tháng E giảm

xuống còn 36% và sau 6 tháng thì giảm

còn 22% so với thời điểm ban đầu Bước

sóng hấp thụ cực đại max của mẫu pha

loãng có xu hướng dịch chuyển sang vùng

ánh sáng đỏ (~ 423 nm) và dao động không

đổi quanh vùng 423 nm theo suốt quá trình

lưu giữ đến 6 tháng Sự giảm E và tăng

max, chứng tỏ, trong dung dịch CTS-Ag có

sự kết tụ, giữa các hạt bạc nano hình thành hạt có kích thước lớn hơn Mẫu pha loãng bằng nước sau 3 tháng, dtb từ 7,7 nm tăng lên đến ~ 14 nm

Kết quả này cũng chứng tỏ CTS-Ag là keo kị nước, nếu pha loãng phải sử dụng ngay hoặc bổ sung chất hoạt động bề mặt

để bảo vệ

Kết quả thử hoạt tính của CTS-Ag trên nấm hồng

Bảng 3.2: khả năng ức chế của CTS-Ag đối với nấm hồng (C salmonicolor)

(%)

1

CTS-Ag

1,0 2,840,19b 70,241,24b

0,59

4 Validin

5 Các chữ cái khác nhau trong cùng một cột ở bảng số liệu thể hiện sự khác biệt về mặt

thống kê ở độ tin cậy 95%

Qua bảng 3.2 cho thấy, ở CTS-Ag

(1%) hiệu lực kháng nấm C samonicolor

không có khác biệt về mặt thống kê ở độ

tin cậy 95% với mẫu so sánh Ở hai nồng

độ 1,6% và 2% của PCS-02 có hiệu lực

kháng nấm C samonicolor cao hơn mẫu so

sánh (có khác biệt về mặt thống kê ở độ tin cậy 95%), IC rất thấp chỉ 0,59% Phần 50

trăm ức chế trung bình ở mẫu thử chứa CTS-Ag khoảng 70,241,24 - 79,981,59%, trong khi phần trăm ức chế trung bình ở mẫu so sánh là 67,500,80%

4 KẾT LUẬN

Bài báo đã trình bày nghiên cứu các

yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

keo bạc nano bằng phương pháp chiếu xạ

trong chất ổn định CTS

- CTS-Ag có M wCTS = 380 kDa, dtb

= 7,3±1,4 nm và tan ở pH từ 3 – 11

- CTS-Ag không pha loãng có độ ổn

định sau 6 tháng lưu giữ

- Ở nồng độ 1% và 2% của CTS-Ag

đều thể hiện hoạt tính kháng nấm

Corticium salmonicolor cao hơn hẳn so với

thuốc đối chứng Validin3DD

Công trình nghiên cứu này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài của

sở KH&CN tỉnh Bình Dương

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 P Sanpui et al, The antibacterial properties of a novel chitosan-Ag-nanoparticle

composite, International Journal of Food Microbiology, 124(2), pp.142-146, 2008

2 H.J Park et al., A new composition of nanosized silica-silver for control of various

plant diseases, The Plant Pathology Journal, 22(3), pp.295-302, 2006

3 M Singh et al., Nanotechnology in medicine and antibacterial effect of silver

nanoparticles, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 3(3), pp.115-122,

2008

4 D.V Phu et al., Synthesis and antimicrobial effects of colloidal silver nanoparticles in chitosan by -irradiation, Journal of Experimental Nanoscience, 5(2), pp.207-213,

2010

5 Lê Xuân Phương, Thí nghiệm vi sinh vật học, Nhà xuất bản Khoa học kĩ thuật, 2003

6 S.P Ramnani, J Biswal, S Sabharwal, Synthesis of silver nanoparticles supported on

silica aerogel using gamma radiolysis, Rad Phys Chem., 76, pp.1290-1294, 2007

7 Janata, E., Structure of the trimer silver cluster Ag+, J Phys Chem B 107,

7334-7336, 2003

8 P Chen et al., Synthesis of silver nanoparticles by -ray irradiation in acetic water

solution containing chitosan, Rad Phys Chem.,76, pp.1165-1168, 2007

9 B.D Du et al., Preparation of colloidal silver nanoparticles in poly (N-vinylpyrrolidone) by -irradiation, Journal of Experimental Nanoscience, 3(3),

pp.207-213, 2008

10 A Murugadoss, A Chattopadhyay, A ‘green’ chitosan-silver nanoparticles composite

as a heterogeneous as well as micro-heterogeneous catalyst, Nanotechnology, 19(1),

pp.01563/1-01563/9, 2008

_

In 1000 cuốn khổ 19 x 27 cm, tại Công Ty TNHH Một Thành Viên In Kinh Tế

(thuộc trường Đại học Kinh tế TP Hồ Chí Minh) 279 Nguyễn Tri Phương, P.5, Q.10

Nộp lưu chiểu tháng …… năm 2011