Nghiên cứu chế tạo vàng nano chitosan bằng phương pháp chiếu xạ gamma co 60

Do đó, điểm độc đáo của luận án còn được thể hiện ở việc chủ động tạo ra hạt vàng nano có kích thước hạt khác nhau bằng phương pháp phát triển kích thước hạt từ hạt mầm cũng như các thôn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-   -

NGUYỄN NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO/CHITOSAN BẰNG

PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

TP HỒ CHÍ MINH-2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -   -

NGUYỄN NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO/CHITOSAN BẰNG

PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60

Chuyên ngành : Hoá lý thuyết và hóa lý

Mã số : 62 44 31 01

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thị Dung Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Cửu Khoa Phản biện 3: PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan Phản biện độc lập 1: PGS.TS Đỗ Trường Thiện Phản biện độc lập 2: PGS.TS Đặng Mậu Chiến Phản biện độc lập 3: PGS.TS Huỳnh Đại Phú

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN QUỐC HIẾN

TP HỒ CHÍ MINH-2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Một số kết quả của công trình đã được tôi và nhóm nghiên cứu công bố trên các tạp chí khoa học của Việt Nam và quốc tế Các kết quả này là hoàn toàn trung thực và chưa được công

bố trong bất cứ công trình nào khác

Tác giả

NGUYỄN NGỌC DUY

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp Hồ Chí Minh đã đào tạo và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận án này

Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Ban Đào tạo sau Đại học và tập thể các Thầy Cô bộ môn Hóa lý, khoa Hóa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình giảng dạy em trong suốt thời gian học tập

Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc, em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành công trình luận án này

Em vô cùng biết ơn những lời nhận xét và góp ý quí báu của các Thầy Cô cho bản luận án này

Tôi xin cảm ơn các anh chị đồng nghiệp đã chia sẻ kinh nghiệm và động viên trong suốt thời gian làm đề tài luận án

Xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên tinh thần quí báu của gia đình, bạn bè và người thân

iii

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Các chữ viết tắt viii

Danh mục bảng x

Danh mục hình xii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu vật liệu vàng nano 4

1.1.1 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp hóa học 4

1.1.2 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp sinh học 5

1.1.3 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bay hơi vật lý 5

1.1.4 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp nghiền 6

1.1.5 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser 7

1.1.6 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp phân hủy nhiệt 8

1.1.7 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện hóa 9

1.1.8 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp siêu âm 10

1.1.9 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện phân kết hợp siêu âm 11

1.1.10 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp quang hóa 12

1.1.11 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bức xạ vi sóng điện từ 13

1.1.12 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp polyol 13

1.1.13 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 14

1.2 Những vấn đề còn tồn tại trong việc nghiên cứu chế tạo vàng nano và công việc đề tài cần tập trung nghiên cứu 19

1.3 Cơ sở lý thuyết 21

1.3.1 Cấu trúc và tính chất của vàng 21

iv

1.3.2 Tổng quan về chitin và chitosan 22

1.3.3.1 Cấu trúc và tính chất của chitosan và CTTN 22

1.3.3.2 Cơ chế ổn định hạt vàng nano của CTTN 26

1.3.3 Tính chất của dung dịch vàng nano 27

1.3.3.1 Sự phát huỳnh quang 27

1.3.3.2 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 28

1.3.3.3 Các tính chất cơ lý của dung dịch vàng nano 30

1.3.3.4 Độ bền của hệ dung dịch nano kim loại 32

1.3.4 Các ứng dụng của dung dịch vàng nano 35

1.3.4.1 Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong y học 35

1.3.4.2 Ứng dụng của dung dịch vàng nano xác định hàm lượng melamin trong sữa 38

1.3.4.3 Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong xúc tác 40

1.3.4.4 Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong mỹ phẩm 41

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 43

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất 43

2.2 Thiết bị dụng cụ 4.3 2.3 Phương pháp thực nghiệm 44

2.3.1 Điều chế chitosan tan trong nước 44

2.3.1.1 Xác định ĐĐA (%) của chitosan và CTTN 44

2.3.1.2 Khảo sát sự thay đổi ĐĐA (%) trong quá trình axetyl hóa của CTTN theo thời gian phản ứng 45

2.3.1.3 Ảnh hưởng pH đến độ tan của CTTN 45

2.3.2 Chế tạo dung dịch vàng nano 45

2.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Au 3+ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 46

2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 47

v

2.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng KLPT của CTTN đến đặc trưng của dung

dịch vàng nano 47

2.3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng suất liều bức xạ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 48

2.3.2.5 Điều chỉnh gia tăng kích thước hạt vàngnano sử dụng hạt mầm 48

2.3.2.6 Khảo sát hiệu ứng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano ở các kích thước hạt khác nhau 49

2.3.2.7 Nghiên cứu độc tính của dung dịch vàng nano 50

2.3.2.8 Khảo sát độ ổn định và gia tăng độ ổn định của dung dịch vàng nano theo thời gian lưu giữ 50

2.3.3 Đo phổ UV-vis 51

2.3.4 Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 51

2.3.5 Đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 53

2.3.6 Đo phổ hồng ngoại 53

2.3.7 Đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 54

2.3.8 Đo sắc ký gel 54

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56

3.1 Đặc trưng tính chất của chitosan tan trong nước 56

3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian axetyl hóa đến ĐĐA(%) và khả năng hòa tan của CTTN 56

3.1.2 Ảnh hưởng của pH đến độ tan của CTTN 62

3.2 Đặc trưng của dung dịch vàng nano được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ dùng CTTN làm chất ổn định 61

3.2.1 Phổ UV-vis của dung dịch CTTN, CTTN/Au3+ và dung dịch vàng nano ổn định trong CTTN (Au/CTTN) 61

3.2.2 Ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano dùng CTTN làm chất ổn định 64

3.2.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của của dung dịch vàng nano dùng CTTN làm chất ổn định 65

vi

3.2.4 Phổ IR của của dung dịch vàng nano dùng CTTN làm chất ổn định 66

3.3 Ảnh hưởng nồng độ Au 3+ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 69

3.4 Ảnh hưởng của nồng độ CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 75

3.5 Ảnh hưởng KLPT của CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 80

3.6 Ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 85

3.7 Ảnh hưởng của pH đến đặc trưng của dung dịch vàng nano 89

3.8 Điều chỉnh tăng kích thước hạt vàng nano bằng hạt mầm 95

3.9 Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của dung dịch vàng nano được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ dùng CTTN làm chất ổn định 101

3.9.1 Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của dung dịch vàng nano dùng CTTN 1% làm chất ổn định ở các nồng độ Au3+ khác nhau 101

3.9.2 Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của các mẫu vàng nano 1 mM theo nồng độ CTTN khác nhau 103

3.9.3 Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của mẫu vàng nano 1 mM/CTTN 1% không pha loãng và pha loãng bằng nước, NaCl, CTTN 106

3.9.4 Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của mẫu vàng nano 1 mM/CTTN 1% ở pH khác nhau 108

3.9.5 Độ ổn định theo thời gian lưu giữ của mẫu vàng nano được chế tạo theo phương pháp hạt mầm ở các tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0] khác nhau 110

3.9.6 Nghiên cứu gia tăng độ ổn định của dung dịch vàng nano chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 111

3.10 Nghiên cứu độc tính của vàng nano 112

3.11 Khảo sát hiệu ứng chống oxi hóa của vàng nano /CTTN ở các kích thước hạt khác nhau 113

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 115

4.1 Kết luận 115

4.2 Kiến Nghị 117

vii

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ

ĐƯỢC CÔNG BỐ

PHỤ LỤC

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

[Au3+]: Nồng độ ion Au3+

ABTS: 2,2’-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic axít)

ABTS+: Gốc tự do ABTS, dùng để thử hoạt tính chống oxi hóa

AO, %: % chống oxi hóa, bắt gốc tự do ABTS+ so với đối chứng nước

dtb: Kích thước trung bình của hạt AuNPs

EB: Electron Beam

FTIR: Phổ hồng ngoại

GUM: Gum Arabic

HA: Hyaluronan

HEC: Hydroxyethylcellulose

KLPT: Khối lượng phân tử

Liều xạ: Liều hấp thụ bức xạ (kGy)

ix

nm: Nanomét = 10-9 mét

1H-NRM: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

OD: Mật độ quang đo từ phổ UV-Vis

OD734: Mật độ quang đo tại bước sóng 734 nm

PAA: Polyacrylic axít

SDS: Sodium dodecyl sulfat

SPR: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt

Suất liều bức xạ: Liều hấp thụ bức xạ trong một đơn vị thời gian (kGy/giờ) TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV-Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến

max: Bước sóng hấp thụ cực đại

x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan

Bảng 2.1 Các phản ứng của da và mức độ kích ứng da

Bảng 2.2 KLPT và thời gian lưu của các mẫu chuẩn Pullulan

Bảng 3.1 ĐĐA của các mẫu CTTN theo thời gian axetyl hóa

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của ĐĐA lên khả năng hòa tan trong nước của CTTN Bảng 3.3 Độ truyền qua của các mẫu CTTN 1% ở những giá trị pH khác nhau Bảng 3.4 Bước sóng (max), liều xạ bão hòa (Dbh) và kích thước hạt trung bình

(dtb) của dung dịch vàng nano ổn định trong CTTN 1% với nồng độ

Au3+ khác nhau ở pH=7,5-8, suất liều 1,33 kGy/giờ

Bảng 3.5 max, OD và dtb của dung dịch vàng nano/HA 0,2% ở các nồng độ Au3+

khác nhau

Bảng 3.6 max, OD và dtb của dung dịch vàng nano mẫu Au3+ 1 mM với nồng độ

khác nhau của CTTN có KLPT 155.000 g/mol, ở pH=7,5-8, suất liều 1,33 kGy/giờ

Bảng 3.7 max, OD và dtb của dung dịch vàng nano mẫu Au3+ 1 mM với nồng độ

alginat khác nhau

Bảng 3.8 OD, max, Dbh và dtb của dung dịch vàng nano mẫu Au3+ 1 mM/CTTN

1% có KLPT khác nhau, ở pH=7,5-8, suất liều 1,33 kGy/giờ

Bảng 3.9 Sự thay đổi giá trị OD, max, và dtb của dung dịch vàng nano 1

mM/CTTN 1% theo suất liều khác nhau, pH=7,5-8, CTTN có KLPT 155.000 g/mol

Bảng 3.10 Sự thay đổi giá trị OD, max, và dtb của dung dịch vàng nano/HA ở các

suất liều chiếu xạ khác nhau

Bảng 3.11 OD, max, Dbh và dtb của dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% (CTTN

có KLPT 155.000 g/mol) ở pH khác nhau được điều chỉnh pH bằng HCl 1M và NaOH 1M, suất liều 1,33 kGy/giờ

xi

Bảng 3.12 OD, max, và dtb của dung dịch vàng nano 1mM/CTTN 1% (CTTN có

KLPT 155.000 g/mol) ở tỉ lệ [Au3+]/[Au0] khác nhau, pH=7,5-8, suất liều 1,33 kGy/giờ

Bảng 3.13 Sự thay đổi giá trị OD và λmax theo thời gian lưu giữ của các dung dịch

vàng nano ở các nồng độ khác nhau và nồng độ CTTN ban đầu là 1%

Bảng 3.14 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian lưu giữ của dung dịch vàng nano

1 mM theo nồng độ CTTN khác nhau

Bảng 3.15 Giá trị max, OD của dung dịch vàng nano/CTTN từ mẫu Au3+ 1

mM/CTTN 1% không pha loãng và pha loãng bằng nước, bằng dung dịch NaCl, và CTTN nồng độ khác nhau theo tỉ lệ thể tích 1:1

Bảng 3.16 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian của dung dịch vàng nano 1

mM/CTTN 1% ở các pH khác nhau

Bảng 3.17 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian của các mẫu vàng nano được chế

tạo theo phương pháp hạt mầm ở các tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0]

Bảng 3.18 Sự thay đổi OD và λmax theo thời gian của dug dịch vàng nano 1 mM +

([Au3+]/[Au] = 10:1) được bổ sung các chất ổn định khác nhau

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng kỹ thuật ngưng tụ khí trơ

Hình 1.2 Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser Hình 1.3 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện hóa

Hình 1.4 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp rung siêu âm

Hình 1.5 Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp điện phân kết hợp

siêu âm

Hình 1.6 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp quang hóa

Hình 1.7 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp bức xạ vi sóng điện từ Hình 1.8 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp polyol

Hình 1.9 Cấu trúc lập phương tâm mặt Fm-3m của tinh thể Au

Hình 1.10 Hình dạng khác nhau của hạt vàng nano

Hình 1.11 Cấu trúc của chitin và chitosan

Hình 1.12 Nguồn nguyên liệu điều chế chitosan

Hình 1.13 Phản ứng axetyl hóa chitosan bằng anhydritaxetic

Hình 1.14 Cơ chế của sự phát huỳnh quang (1): Sóng kích hoạt (2): Quá trình điện

tử chuyển từ trạng thái năng lượng cao về trạng thái năng lượng thấp hơn (3): Sóng phát ra; (●) điện tử

Hình 1.15 Sự phát huỳnh quang ánh sáng xanh của hạt vàng nano chứa 8 nguyên

Hình 1.19 Hạt vàng nano giúp chẩn đoán và điều trị ung thư

Hình 1.20 Hạt vàng nano mang thuốc đến các tế bào ung thư

Hình 1.21 Cơ chế phát hiện melamin trong sữa bằng dung dịch vàng nano vàng

nano/chitosan (a), vàng nano/chitosan + 1×10-3 g/l melamin (b), vàng nano/chitosan + 5×10-3 g/l melamin và ảnh TEM

xiii

Hình 1.22 Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo vàng nano sau khi cho melamin

ở các nồng độ khác nhau

Hình 1.23 Phổ UV-Vis của AuNPs và AuNPs + melamin (a) và đường chuẩn định

lượng hàm lượng melamin (b)

Hình 1.24 Sản phẩm kem dưỡng có chứa vàng nano

Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt qui trình chế tạo chitosan tan trong nước

Hình 2.2 Mô hình tóm tắt quá trình chế tạo keo vàng nano

Hình 2.3 Nguồn gamma Co-60 tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công

nghệ Bức xạ, Thành phố Hồ Chí Minh

Hình 2.4 Nguồn gamma Chamber 5000 tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt Hình 2.5 Qui trình đánh giá hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng

nano/CTTN ở kích thước hạt khác nhau

Hình 2.6 Máy đo phổ UV-Vis

Hình 2.7 Máy chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Hình 2.8 Máy đo nhiễu xạ tia X (XRD)

Hình 2.9 Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR

Hình 2.10 Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Hình 2.11 Máy đo sắc ký gel (GPC)

Hình 2.12 Đường chuẩn tương quan giữa KLPT và thời gian lưu của pullulan Hình 3.1 Độ deacetyl của các mẫu CTTN theo thời gian axetyl hóa

Hình 3.2 Phổ IR của mẫu chitosan ban đầu có ĐĐA = 90% (a), chitosan axetyl

hóa ĐĐA là 67,3% (b), 49,2% (c) và 47,1% (d)

Hình 3.3 Phổ cộng hưởng proton của chitosan ban đầu

Hình 3.4 Phổ cộng hưởng proton của mẫu chitosan axetyl trong thời gian 2 giờ Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của CTS (a) và CTTN (b)

Hình 3.6 Chitosan axetyl hóa trong thời gian 2 giờ và được kết tủa bằng cồn Hình 3.7 Màu của dung dịch vàng ion (a) và dung dịch vàng nano sau khi chiếu

xạ (b)

xiv

Hình 3.8 Hình UV-Vis của dung dịch CTTN, Au3+ 1 mM/CTTN 1%, Au0/CTTN

(a) và dung dịch Au0/CTTN theo liều chiếu xạ (b)

Hình 3.9 Cường độ hấp thụ của dung dịch vàng nano/CTTN theo liều xạ (Au3+ 1

mM/ CTTN 1% pha loãng bằng nước 1/10)

Hình 3.10 Ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano (Au

0,1 mM/CTTN 1%)

Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vàng nano/CTTN

Hình 3.12 Phổ hồng ngoại của mẫu CTTN (a) và vàng nano/CTTN (b)

Hình 3.13 Cơ chế ổn định hạt vàng nano trong dung dịch CTTN

Hình 3.14 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ Au3+

Hình 3.15 Sự tương quan kích thước hạt của dung dịch vàng nano/CTTN theo

nồng độ Au3+ 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 2,0 mM

Hình 3.16 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano/CTTN

với nồng độ Au3+ 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; và 2,0 mM

Hình 3.17 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano/alginat

0,5% với nồng độ Au3+ khác nhau: (A, a) 0,25; (B, b) 0,5 và (C, c) 1

xv

Hình 3.23 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% (a) và mối

tương quan giữa kích thước hạt theo KLPT của CTTN khác nhau 155.000; 127.000; 87.000 và 29.000 g/mol (b)

Hình 3.24 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1

mM/CTTN 1% theo KLPT của CTTN: 155.000; 127.000; 87.000 và 29.000 g/mol

Hình 3.25 Sự tương quan giữa kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1

mM/CTTN 1% ở suất liều khác nhau 0,5; 1,25; 2,5 và 5 kGy/giờ

Hình 3.26 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano 1

mM/CTTN 1% theo suất liều bức xạ khác nhau 0,5; 1,25; 2,5 và 5 kGy/giờ

Hình 3.27 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% ở pH= 2, 5, 7, 9

và 12

Hình 3.28 Màu của dung dịch vàng nano chế tạo tại các pH khác nhau từ 2-12 Hình 3.29 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch 1 mM/CTTN 1% ở

các giá trị pH = 2, 5, 7, 9 và 12

Hình 3.30 Tương quan giữa kích thước hạt, λmax (a) và phổ UV-Vis (b) của dung

dịch vàng nano theo tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0]= 2,5:1; 5:1; 10:1; 20:1;

30 :1 và 40:1

Hình 3.31 Màu của dung dịch vàng nano sau khi chiếu xạ ở các tỉ lệ [Au3+]/[Au0]

= 2,5:1 (A); 5:1 (B); 10:1 (C); 20:1 (D); 30:1 (E); 40:1 (F); 50:1 (G)

Hình 3.32 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt vàng nano theo tỉ lệ nồng độ

[Au3+]/[Au0] lần lượt là 0 (hạt mầm); 2,5:1; 5:1; 10:1; 20:1; 30:1 và 40:1

Hình 3.33 Ảnh TEM theo tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0] lần lượt là 2 (a); 4 (b); 6 (c)

và 8 (d)

Hình 3.34 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ Au3+ sau 180

ngày lưu giữ

xvi

Hình 3.35 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN theo nồng độ CTTN sau

180 ngày lưu giữ

Hình 3.36 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của dung dịch vàng nano mẫu 1

mM/CTTN 1% theo thời gian lưu giữ

Hình 3.37 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN, vàng nano/CTTN + nước

và vàng nano/CTTN + 0,9% NaCl sau 20 ngày lưu giữ

Hình 3.38 Màu của dung dịch vàng nano sau 180 ngày lưu giữ ở các pH= 2, 5, 7, 9

và 12

Hình 3.39 Phổ UV-Vis của dung dịch vàng nano/CTTN ở pH =2, 5, 7 9 và 12 sau

180 ngày lưu giữ

Hình 3.40 Sự tương quan giữa hiệu suất bắt gốc tự do theo thời gian của các dung

dịch vàng nano với kích thước hạt khác nhau 10, 20, 38 và 53 nm

MỞ ĐẦU

Trong số các dung dịch nano kim loại như Au, Ag, Pt, Cu….dung dịch vàng nano được quan tâm nghiên cứu bởi những tính chất đặc biệt như tính xúc tác [80], tính quang nhiệt [69], tính sinh học [31, 87, 105, 156], Nhiều phương pháp khác nhau đã được sử dụng để điều chế dung dịch vàng nano Trong đó khử vàng ion (Au3+) bằng các chất khử hóa học là một trong những phương pháp được sử dụng khá phổ biến Các chất khử hóa học thường được sử dụng như citrat [54, 87, 122, 155], axít ascorbic [19, 86], NaBH4 [70, 103, 108, 114, 147], hydroquinon [131], Tuy nhiên, phương pháp khử hóa học có một số trở ngại lớn là do phải sử dụng chất khử hóa học có nguy cơ gây hại cho môi trường sinh thái và sản phẩm dung dịch vàng nano có độ tinh khiết không cao do tồn dư chất khử trong sản phẩm vàng nano

Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng các tác nhân khử có nguồn

gốc sinh học như vi khuẩn Brevibacterium casei [77], Pseudomonas fluorescens [121], nấm Aspergillus oryzaevar.viridis [29], Fusarium semitectum [125] hay nước

chiết từ thực vật như nước chiết cây hoa mộc lan và cây hồng [133], nước chiết nhân sâm [90], nước chiết từ củ gừng [81], để khử Au3+ tổng hợp dung dịch vàng nano đã thu hút được nhiều quan tâm nghiên cứu Phương pháp khử bằng tác nhân sinh học được đánh giá là thân thiện môi trường, sản phẩm an toàn sinh học phù hợp với yêu cầu ứng dụng trong sinh y Tuy nhiên, dung dịch vàng nano được tổng hợp bằng chất khử nguồn gốc sinh học khó kiểm soát đặc trưng kích thước hạt vàng nano Ngoài ra, chất lượng và điều kiện bảo quản nghiêm ngặt dung dịch khử nguồn gốc sinh học cũng gây những hạn chế nhất định, đặc biệt đối với khả năng áp dụng sản xuất lớn

Bên cạnh phương pháp khử hóa học và phương pháp khử bằng tác nhân sinh học, dung dịch vàng nano còn được chế tạo theo một số phương pháp khác như: bức

xạ ánh sáng mặt trời [97], bức xạ microwave [128], bức xạ tia UV [67, 153, 154], bức xạ tia X [144, 156], phương pháp ăn mòn laser[1, 13, 45], điện hóa [42], điện phân kết hợp siêu âm [64], Mặc dù các phương pháp này được đánh giá thân

bố kích thước hạt thông qua việc chủ động hiệu chỉnh nồng độ ion vàng ban đầu, nồng độ chất ổn định, pH, liều xạ… và iv) Phương pháp chế tạo giản tiện, có khả năng sản xuất khối lượng lớn, có hiệu quả kinh tế và không sử dụng các chất khử nên thân thiện môi trường

Hạt vàng tạo ra có kích thước nhỏ (nm) nên có năng lượng bề mặt riêng lớn do vậy chúng có khuynh hướng kết tụ lại với nhau để giảm năng lượng bề mặt Chất ổn định thường là các polyme được sử dụng để bảo vệ hạt vàng tạo ra ở kích thước nano Xu hướng chung hiện nay là sử dụng các polyme có nguồn gốc tự nhiên như glycine [58], dopamin [109], tannic [120], dịch chiết thực vật [36, 57, 75, 82, 90,

104, 126, 133], protein [16] hyaluronan [63, 79], heparin [56], các polysacarit như alginat [20], tinh bột [71], betaglucan [126], chitosan [4, 13, 28, 41, 47, 66, 106, 136], gum arabic [150], Chitosan là chất ổn định được dùng phổ biến do có những ưu điểm nổi bật như: có nguồn gốc tự nhiên, có tính phân hủy sinh học, tương hợp sinh học, không gây độc môi trường, có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng oxi hóa, chống ung thư, tăng miễn dịch và hiệu ứng kích kháng bệnh thực vật (elicitor) và động vật Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất làm hạn chế khả năng ứng dụng của chitosan đó là khả năng hòa tan Chitosan chỉ tan trong môi trường axít, không tan trong nước Do vậy, tính mới cũng như tính sáng tạo của luận

án đó là dùng chitosan có khả năng tan trong nước để làm chất ổn định hạt vàng nano chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60

Ngoài ra, các ứng dụng khác nhau lại yêu cầu hạt vàng nano có kích thước hạt khác nhau như ứng dụng trong xúc tác yêu cầu hạt vàng nano nhỏ hơn 5 nm [60, 61, 80], ứng dung trong y sinh để chuẩn đoán và điều trị ưng thư thì kích thước hạt vàng nano thích hợp nhất trong khoảng 30-40 nm [28, 44], ứng dụng trong mỹ phẩm thì kích thước phù hợp để hạt vàng nano hấp thụ vào tế bào là 50 nm [37] Do

đó, điểm độc đáo của luận án còn được thể hiện ở việc chủ động tạo ra hạt vàng nano có kích thước hạt khác nhau bằng phương pháp phát triển kích thước hạt từ hạt mầm cũng như các thông số khác và minh chứng hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano ở các kích thước hạt khác nhau

Bằng phương pháp tiếp cận hệ thống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ sử dụng CTTN làm chất ổn định, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến các thông số đặc trưng và tính chất của dung dịch vàng nano Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:

- Nghiên cứu chế tạo CTTN từ chitosan dùng làm chất ổn định dung dịch vàng nano

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Au3+, nồng độ CTTN, khối lượng phân

tử CTTN, suất liều, pH đến đặc trưng tính chất của dung dịch vàng nano

- Điều chỉnh gia tăng kích thước hạt vàng nano sử dụng hạt mầm

- Nghiên cứu khả năng gia tăng độ ổn định và độ bền của dung dịch vàng nano

- Khảo sát hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano

Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho những nghiên cứu tiếp theo trong việc chế tạo dung dịch nano kim loại bằng phương pháp bức xạ Từ kết quả luận án cho phép xây dựng quy trình công nghệ sản xuất dung dịch vàng nano với số lượng lớn, có khả năng điều chỉnh kích thước hạt theo yêu cầu nhằm đáp ứng nhu cầu ứng dụng trong y sinh (chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư, chất mang và ly giải thuốc…), trong mỹ phẩm (chất chống oxi hóa) và trong nhiều lĩnh vực khác

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu chế tạo vàng nano

1.1.1 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp hóa học

Trên thế giới cũng như trong nước, việc nghiên cứu chế tạo dung dịch vàng nano có kích thước hạt vàng trung bình nhỏ hơn 100 nanomét (nm) đã được nhiều công trình thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau Khử hóa học là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến để chế tạo dung dịch vàng nano theo phương thức từ dưới lên (bottom-up) Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử vàng ion thành vàng kim loại Nghiên cứu tiên phong trong phương pháp này là nhóm tác giả Turkevich (còn được gọi là phương pháp Turkevich) với công trình được công bố năm 1951, dùng citrat vừa là chất ổn định

và vừa là chất khử để khử Au3+ tổng hợp dung dịch vàng nano có kích thước trong khoảng 16 – 150 nm trong điều kiện khuấy liên tục ở nhiệt độ 100 oC [54, 87, 123, 155] Cho đến nay, phương pháp Turkevich vẫn được áp dụng rộng rãi, tuy nhiên có một số cải tiến nhằm tăng khả năng kiểm soát đặc trưng kích thước của dung dịch vàng nano như bổ sung chất khử hóa học là NaBH4 [39], thêm chất ổn định như axít tannic [120] và alginat [20, 132]

Trên cơ sở phát triển phương pháp Turkevich, nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp dung dịch vàng nano từ dung dịch Au3+ theo phương pháp hóa học sử dụng các chất khử hóa học như: Axít ascorbic [19, 86], NaBH4 [70, 103, 108, 114, 147], hydroquinon [131], đã được áp dụng phổ biến Nhóm tác giả Huỳnh Thị Cẩm Quyên và Nguyễn Thị Phương Phong đã nghiên cứu chế tạo vật liệu vàng nano-chitosan định hướng ứng dụng trong dược phẩm, dùng vitamin C làm chất khử

và chitosan làm chất ổn định, đề tài nghiên cứu cấp trường đại học Lạc hồng [12] Hạt vàng nano thu được có kích thước hạt trong khoảng 10 - 12 nm với thời gian điều chế là 240 phút ở 80 oC, pH = 5 và tỉ lệ Au3+:vitamin C = 10:5 Mặc dù vậy, phương pháp khử hóa học có một số trở ngại lớn là do phải sử dụng chất khử hóa học có nguy cơ gây hại cho môi trường sinh thái và sản phẩm dung dịch vàng nano

có độ tinh khiết không cao do tồn dư chất khử trong sản phẩm vàng nano

1.1.2 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp sinh học

Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng các tác nhân khử có nguồn gốc

sinh học như vi khuẩn Brevibacterium casei [77], Pseudomonas fluorescens [121], nấm Aspergillus oryzaevar.viridis [29], Fusarium semitectum [125] hay nước chiết

từ thực vật như nước chiết cây hoa mộc lan và cây hồng [133], nước chiết nhân sâm

[90], nước chiết từ thảo mộc (Barbated skullcup) [146], glucan chiết xuất từ nấm [126], nước chiết tử củ gừng (Zingiber officinale) [82], cây tía tô (Coleus

amboinicus Lour) [104], lá chè xanh [57], hạt đậu bắp (Abelmoschus esculentus)

[75], lá cây Murraya Koenigii [113], cây lô hội (Aloe vera) [36], cây linh lăng (Alfalfa) [82], trái đào (Anacardium occidentale) [129], quả cây hoa cúc (Tansy

fruit) [43], để khử Au3+ tổng hợp dung dịch vàng nano đã thu hút được nhiều quan tâm nghiên cứu

Phương pháp khử bằng tác nhân sinh học được đánh giá là thân thiện môi trường, sản phẩm an toàn sinh học phù hợp với yêu cầu ứng dụng trong sinh y Tuy nhiên, dung dịch vàng nano được tổng hợp bằng chất khử nguồn gốc sinh học khó kiểm soát đặc trưng kích thước hạt vàng nano Ngoài ra, chất lượng và điều kiện bảo quản nghiêm ngặt dung dịch khử nguồn gốc sinh học cũng gây những hạn chế nhất định, đặc biệt đối với khả năng áp dụng sản xuất lớn

Bên cạnh phương pháp khử hóa học và phương pháp khử bằng tác nhân sinh học, dung dịch vàng nano còn được chế tạo theo một số phương pháp khác

1.1.3 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bay hơi vật lý

Bay hơi vật lý là một phương pháp từ trên xuống (top-down) cũng là một công

cụ giúp ích cho sự phát triển công nghệ nano Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuật ngưng tụ khí trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn [137]

Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: Người tiên phong cho kỹ thuật này là Gleiter (1984)

[53] để nghiên cứu các tính chất hạt nano ở trạng thái rắn Trong phương pháp này, sợi vàng tinh khiết khoảng 0,5 gam với chiều dài 10 nm và đường kính 1 nm đã được hoá hơi ở nhiệt độ cao trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi vàng

nguyên tử quá bão hòa được ngưng tụ và phát triển thành hạt vàng khi tiếp xúc với khí heli được làm lạnh bởi nitơ lỏng (hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng kỹ thuật ngưng tụ khí trơ [88]

Kích thước hạt vàng được điều chỉnh dễ dàng thông qua sự thay đổi các thông

số trong buồng bay hơi như áp suất, nhiệt độ, Trong công trình của Lee và cộng

sự (2005) [88] hạt vàng nano thu được có kích thước 1 nm ở nhiệt độ 1124 oC và áp suất 133 Pa Kích thước hạt tăng lên 12 nm và 30 nm khi thay đổi nhiệt độ lần lượt

là 1316 oC và 1507 oC

Kỹ thuật đồng ngưng tụ: Tương tự như kỹ thuật ngưng tụ khí trơ nhưng quá

trình phát triển hạt được điều chỉnh bằng dung môi thích hợp đồng ngưng tụ (thường là izo-propanol hoặc là axeton) Bằng cách thay đổi nhiệt độ ngưng tụ, loại dung môi, nồng độ kim loại, Hạt vàng nano thu được bằng phương pháp này có kích thước hạt nhỏ (< 5 nm) và đơn phân tán [27]

Vàng nano được chế tạo bằng phương pháp bay hơi vật lý có độ tinh khiết cao, đơn phân tán và dễ dàng điều chỉnh kích thước hạt tuy nhiên điểm hạn chế lớn nhất của phương pháp này là yêu cầu cao về nhiệt độ và áp suất khi chế tạo vàng nano

1.1.4 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp nghiền

Trong kỹ thuật nghiền, vật liệu được chuẩn bị ở dạng bột sẽ được trộn lẫn với những viên bi được làm từ những vật liệu rất cứng và để cùng trong cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hay là nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh) Trong kỹ thuật này các viên bi cứng sẽ va chạm với nhau và phá vỡ vật liệu bột tới kích thước nano, kết quả là ta thu được vật liệu nano không chiều (hạt

nano) Nhược điểm của phương pháp này là chậm và cần nhiều thời gian để đạt được kích thước nhỏ nhất có thể Ưu điểm của phương pháp này là tương đối rẻ [135, 149]

1.1.5 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser

Chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser thì vật liệu ban đầu là một tấm vàng được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt Một chùm laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10

Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3

mm Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt [13] (hình 1.2)

Hình 1.2 Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser [13]

Chùm laser được hội tụ bằng một bộ các linh kiện quang học và được chiếu tới vuông góc với bề mặt tấm kim loại Hệ được lắp đặt sao cho khoảng cách từ thấu kính đến bề mặt tấm kim loại đúng bằng tiêu cự của thấu kính nhằm tăng cường sự hội tụ của chùm laser Để hệ cố định, gắn thấu kính và gương bán mạ trên giá cố định Để tạo ra sự ăn mòn kim loại đều và để ngăn chặn hiệu ứng kết hợp, tấm kim loại được quay trong quá trình ăn mòn laser

Hạt vàng nano tạo ra được ổn định bằng các chất ổn định khác nhau như chất hoạt động bề mặt như là trinatri citrat dihydrat (C6H7Na3O7), natri dodecyl sunfat (CH3-(CH2)11-OSO3Na) hay các polyme như polyvinyl ancol (PVA), polyvinyl pyrrolidon (PVP) [18] , Kích thước hạt vàng nano cũng như độ phân tán được điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số xung laser như bước sóng, cường độ,

thông lượng, thời gian xung cũng như nồng độ của chất ổn định Tác giả Nguyễn

Quang Đông và cộng sự (2012) [1] đã điều chế dung dịch vàng nano bằng phương

pháp ăn mòn laser trong nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Khoa học Công nghệ

của trường đại học Thái nguyên với tựa bài “Nghiên cứu chế tạo hạt nano vàng

bằng phương pháp ăn mòn laser và triển vọng ứng dụng trong y sinh”

Trong công trình của Elsayed và cộng sự (2013) [45] dung dịch vàng nano

được điều chế bằng chùm laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns,

tần số 20 Hz Kích thước hạt vàng được điều chỉnh bằng cách tăng năng lượng của

chùm laser Kích thước hạt vàng giảm từ 14 xuống 13, 13, 12 và 8 nm khi tăng năng

lượng chùm laser lần lượt tương ứng từ 7 lên 11, 14, 18 và 35 J/cm2 Tuy nhiên, khi

tăng năng lượng chùm laser lên 53, 70 và 88 J/cm2 thì kích thước vàng lại tăng

tương ứng là 11, 13 và 14 nm

Chế tạo vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser được đánh giá là phương

pháp tổng hợp “xanh” vì không dùng chất khử do vậy dung dịch vàng nano tạo ra

có độ tinh khiết cao, dễ dàng tạo ra hạt vàng nano có kích thước hạt khác nhau bằng

cách thay đổi năng lượng chùm laser Tuy nhiên, điểm hạn chế của phương pháp

này là dung dịch vàng nano có sự phân bố kích thước hạt rộng (đa phân tán) do quá

trình keo tụ cũng như sự không đồng đều của các hạt vàng nano tạo ra khi bắn chùm

laser vào miếng vàng [18 45]

1.1.6 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp phân hủy nhiệt

Hạt vàng nano kích thước khác nhau được tổng hợp bằng phương pháp gia

nhiệt các muối vàng như HAu(seO4)2, MAu(seO4)2 với M là K, Rb hoặc là Cs hay

oxit vàng như Au2O3.2H2O Quá trình phân hủy nhiệt tạo hạt vàng nano được biểu

diễn như sau [45]:

2MAu(SeO4)2 -> 2Au + M2SeO4 + 3SeO2 + 3O2 (1.1)

HAu(SeO4)2 -> 2Au + H2O + 4SeO2 + 3.5O2 (1.2)

Au2O3.2H2O -> Au2O3 (<160 oC) (1.3)

Au2O3 -> Au2O (160-345oC) (1.4)

Au2O -> 2Au (>345 oC) (1.5)

Nguyễn Công Tráng và cộng sự (2007) nghiên cứu chế tạo vàng nano bằng phương pháp phân hủy nhiệt, công trình được đăng trên Tạp chí Hóa học với tựa đề

“Nghiên cứu công nghệ chế tạo và hoạt tính xúc tác của nano vàng trên chất mang

Fe2O3” [14] Trong nghiên cứu này xúc tác Au/Fe2O3 đã được chế tạo, kích thước hạt vàng trên mẫu nung ở 300 oC nằm trong khoảng 1,2-7,8 nm và được ứng dụng làm xúc tác trong phản ứng oxi hóa CO và H2 Cũng giống như phương pháp bay hơi vật lý, chế tạo vàng nano bằng phương pháp phân hủy nhiệt có ưu điểm là sản phẩm có độ tinh khiết cao tuy nhiên phương pháp này khó áp dụng sản xuất vàng nano ở qui mô lớn

1.1.7 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện hóa

Hạt vàng nano được điều chế trong bình điện phân với điện cực vàng làm anod

và điện cực platin làm catot có kích thước 30x10x0,5 mm Cả 2 điện cực đều có độ tinh khiết 99,99% Cationic cetyltrimethylammonium bromide và cationic tetradecyltrimethylammonium bromide được sử dụng làm chất ổn định để ngăn cản quá trình keo tụ của hạt vàng nano tạo thành từ đó điều chỉnh kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt (hình 1.3) Quá trình điện phân được thực hiện trong thời gian 25 phút, ở 40 oC với cường độ dòng điện 5 mA Phương pháp điện hóa thường được dùng để chế tạo màng nano, bột nano, dây nano, Để tạo ra keo vàng nano phương pháp điện hóa thường được kết hợp với rung siêu âm Một cách điện phân khác cũng được sử dụng để điều chế vàng nano đó là điện phân dung dịch muối vàng HAuCl4 với điện cực trơ là platin [42]

Hình 1.3 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện hóa [42]

1.1.8 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp siêu âm

Quá trình rung siêu âm tạo ra âm thanh của sự sủi bọt khí, đó là sự hình thành

và mất đi một cách rất nhanh của các bọt khí nhỏ hoặc là sự thoát khí trong lòng chất lỏng Sự phá vỡ mạnh mẽ của các bọt khí cũng như thoát khí nhanh trong dung dịch đã tạo ra năng lượng rất cao (~ 10 eV) trong khoảng thời gian rất ngắn (~ 10-

10s) Năng lượng ước tính lên đến 5000 K và 1000 atm Chính năng lượng và áp suất cao này đã gây ra sự phân ly nước để tạo thành các gốc tự do hydrogen (H•) và gốc hydroxyl (•OH) [106, 112, 140] H sinh ra do quá trình phân ly nước dễ dàng khử

Au3+ thành vàng nguyên tử (Au0) [156, 141] do thế oxi hóa-khử (E0) của Au3+/Au0

ổn định cũng như chất bắt gốc tự do [106, 112, 140] (hình 1.4)

Hình 1.4 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp rung siêu âm [112]

Park và cộng sự (2006) [112] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của năng lượng sóng siêu âm và tỉ lệ muối vàng/nồng độ chất ổn định đến kích thước hạt và sự phân

bố kích thước hạt được điều chế bằng phương pháp rung siêu âm Kết quả cho thấy kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt giảm từ 18 xuống 10 và 7 nm khi giảm

tỉ lệ HAuCl4/SDS tương ứng từ 1, 0,2 và 0,05 và hạt vàng nano thu được có nhiều hình dạng khác nhau như hình cầu, hình dây, dạng bản và dạng đĩa tròn Khi tăng năng lượng rung siêu âm từ 30 đến 90 W, kích thước hạt giảm tương ứng từ 20 xuống 10 nm

1.1.9 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp điện phân kết hợp siêu âm

Hình 1.5 Sơ đồ chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp điện phân kết hợp

siêu âm [68]

Đây là phương pháp kết hợp cả vật lý và hóa học, nguyên lý là dùng phương pháp điện phân kết hợp với phương pháp siêu âm để chế tạo hạt nano Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại, trước khi hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano và bám trên điện cực âm Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với

xung điện phân thì hạt nano sẽ rời khỏi điện cực và di chuyển vào trong dung dịch (hình 1.5) Điều chế vàng nano bằng phương pháp điện hóa siêu âm cũng được nhóm tác giả Nguyễn Duy Thiện và cộng sự công bố trong hội nghị vật lý chất rắn

và khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6 tại Đà nẵng năm 2011 [13]

Phương pháp điện phân, siêu âm đều là những phương pháp tạo ra vàng nano

có độ tinh khiết cao, đặc biệt phương pháp điện phân kết hợp siêu âm còn có thể tạo

ra vàng nano ở các hình dạng khác nhau như hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, [64] Mặc dù vậy, cũng giống như các phương pháp đã nêu trên các phương pháp này chỉ thích hợp chế tạo dung dịch vàng nano ở qui mô phòng thí nghiệm

1.1.10 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp quang hóa

Sử dụng nguồn bức xạ UV từ đèn cực tím xenon-thuỷ ngân (150W) để chiếu

xạ hỗn hợp dung dịch vàng ion [59], chất bắt gốc tự do như iso-propanol, axeton, metanol, và các polyme làm chất ổn định như PVP [145], PEG [40], SDS [109] (hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp quang hóa [40]

Dong và cộng sự (2007) [40] đã tạo ra dung dịch vàng nano có kích thước trung bình ~ 7,5 nm với chất ổn định là SDS được tạo ra do sự khử vàng ion bởi tia cực tím và gốc tự do tương tự như phương pháp khử bức xạ Kích thước hạt vàng giảm xuống 6,7 nm khi sử dụng chất ổn định là sodium dodecylbenzen và 3,1 nm với chất ổn định PEG Phương pháp quang hóa cũng là phương pháp tổng hợp

“xanh” vì không cần sử dụng chất khử và sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao Tuy nhiên, phương pháp này còn hạn chế khi chế tạo lượng dung dịch lớn ở quy mô công nghiệp do tia UV có độ xuyên sâu thấp

1.1.11 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp bức xạ vi sóng điện từ

Dung dịch hỗn hợp ban đầu gồm vàng ion, chất khử như axít citric [22], và chất ổn định như octadecylamin, tetradecylamin và decylamin [128] được chiếu xạ

vi sóng điện từ (hình 1.7) Dưới tác dụng của sóng ngắn và nhiệt nóng phân bố đều trong dung dịch sẽ xúc tiến quá trình khử và phát triển thành hạt vàng kim loại nhanh chóng Dung dịch vàng nano thu được có kích thước hạt trung bình ~ 1-10

nm, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng [22]

Hình 1.7 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp bức xạ vi sóng điện từ [22]

Bằng việc sử dụng chất khử đồng thời làm chất ổn định có nguồn gốc sinh học kết hợp với nhiệt tạo ra dưới tác dụng của bức xạ vi sóng điện tử vàng nano nhanh chóng được tạo thành và có kích thước hạt nhỏ, đồng đều Dung dịch vàng nano chế tạo bằng phương pháp này rất thích hợp cho những ứng dung y sinh

1.1.12 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp polyol

Quá trình polyol được biết đến giống như phương pháp khử hóa học Ion kim loại trong dung dịch bị khử thành kim loại bởi sự chênh lệch về thế oxi hóa khử tiêu chuẩn giữa ion kim loại và dung môi Trong phương pháp polyol, thì etylenglycol được sử dụng đồng thời vừa là chất khử vừa là dung môi Vàng ion được khử thành vàng kim loại trong dung dịch nóng (60-70 oC) với cơ chế khử ion vàng được đề nghị như sau [89, 143]:

2HOCH2-CH2OH -> 2CH3CHO + 2H2O (1.11) 2CH3CHO + Mn+ -> n/2 CH3-CO-COCH3 + M0 + nH+ (1.12) Kích thước và hình dạng hạt vàng nano được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ khử ion vàng trong dung dịch bằng cách cung cấp năng lượng dưới dạng

nhiệt hoặc là thay đổi nồng độ chất ổn định Lee và cộng sự (2006) [89] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng tỉ lệ NaHCO3/Au tới kích thước hạt cũng như hình dạng và sự phân bố kích thước hạt trong quá trình điều chế dung dịch vàng nano dùng etylenglycol làm chất khử và PVP làm chất ổn định Kết quả cho thấy khi tăng tỉ lệ NaHCO3/Au từ 1:1 lên 3:1; 5:1; 10:1 kích thước hạt vàng giảm tương ứng là 19,75 xuống 15,13; 11,82; và 11,65 nm Phương pháp polyol kết hợp với phương pháp vi sóng để tăng hiệu quả gia nhiệt từ đó dễ dàng điều chỉnh kích thước cũng như hình dạng của hạt vàng nano thu được [143] (hình 1.8)

Hình 1.8 Sơ đồ chế tạo vàng nano bằng phương pháp polyol [89]

Trong một công trình khác, tác giả Lê Thị Lành và cộng sự công bố trên tạp chí Khoa học, đại học Huế công trình tổng hợp vàng nano sử dụng chitosan tan trong nước làm chất khử và chất ổn định [8] Oligochitosan được dùng để khử muối vàng và chitosan tan trong nước được dùng để ổn định hạt vàng nano Hạt vàng nano thu được có kích thước hạt trong khoảng 5-15 nm ở nhiệt độ 85 oC với nồng

độ muối vàng ban đầu là 0,25 mM và nồng độ chất ổn định là 0,5%

1.1.13 Chế tạo vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60

1.1.13.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ bức xạ

Hóa học bức xạ là một lĩnh vực nghiên cứu về tương tác của bức xạ ion hóa (γ,

X, dòng điện gia tốc ) lên các hệ hóa học Do năng lượng bức xạ cao nên khi đi qua môi trường vật chất làm cho nhiều hạt bị ion hóa và kích thích phát sinh ra gốc

tự do từ đó xảy ra các phản ứng hóa học theo những phương hướng khác nhau [2]

 Một số khái niệm và định nghĩa [2]

- Bức xạ ion hóa: bức xạ đi qua môi trường vật chất gây ra quá trình ion hóa

- Đơn vị năng lượng: electron volt (eV) là năng lượng của một electron chuyển động dưới điện thế 1V

- Suất liều hấp thụ (P) P=D/t là năng lượng hấp thụ bức xạ bởi một đơn vị vật chất trong một đơn vị thời gian Đơn vị là: rad/s, rad/h, Gy/s, min, h

- Cường độ bức xạ: Năng lượng bức xạ truyền qua đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian Đơn vị: erg/ (cm2), MeV/ (cm2/s)

- Hoạt độ phóng xạ: Là số nguyên tử đồng vị phóng xạ phân rã trong một đơn vị thời gian Đơn vị là: Curie (Ci), 1Ci = 3.7x1010eV về năng lượng bức xạ

- Giá trị G được tính nếu biết liều và nồng độ Đối với phản ứng hóa học bức xạ thông thường giá trị G khoảng từ 10-15, nhưng với phản ứng dây chuyền giá trị

G có thể lớn hơn

 Nguồn bức xạ

Nguồn bức xạ được dùng thông thường nhất là nguồn gamma phát ra từ đồng

vị phóng xạ Co60 (Co60 được điều chế trong các lò phản ứng hạt nhân) Nguồn bức

xạ gamma (Co60) có thời gian bán hủy là 5,26 năm Năng lượng bức xạ gamma: gồm hai tia bức xạ gamma có năng lượng tương ứng là E1 = 1,173 MeV và E2 = 1,332 MeV và năng lượng tổng cộng là E = E1 + E2 = 2,5 MeV Công suất bức xạ là

P = 0,0148 W/Ci hay P = 67,567 kCi/kW [2]

1.1.13.2 Thuyết gốc tự do về phân ly bức xạ nước

Quá trình chiếu xạ dung dịch làm phát sinh các gốc tự do từ nước tác động

đến quá trình khử Au3+ về Au0 Vì vậy cần xem xét cơ chế phân ly bức xạ của nước

 Cơ chế phân ly bức xạ nước:

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu xác định các sản phẩm trung gian và sản phẩm bền tạo thành trong quá trình phân ly bức xạ của nước và tập hợp các kết quả của nhiều công trình nghiên cứu khác nhau, thuyết gốc tự do về sự phân ly bức xạ của nước đã được mô tả tóm tắt như sau: [2, 31, 63]

- Phản ứng giữa các sản phẩm phân ly bức xạ nước với chất tan (10-10s)

- Có thể viết phương trình tóm tắt như sau:

Hydro nguyên tử thể hiện tính chất khử, phản ứng khử của nó phụ thuộc vào

tính chất của chất tan và pH của môi trường Khi pH tăng hoạt tính khử của nó tăng

lên Trong dung dịch axít, hydro nguyên tử có thể biểu hiện tính oxi hoá Theo ý

kiến của một số tác giả thì H+ được tạo thành trong môi trường axít như sau:

H + H+  H2+ (1.24)

Các ion này có khả năng oxi hoá sắt (II), iodua và một số hợp chất hữu cơ Giá trị pKa của phản ứng bằng hoặc thấp hơn 2,7 Gốc tự do OH có tính chất oxi hoá, đôi khi gốc OH cũng là tác nhân khử, ví dụ như trong trường hợp có mặt KMnO4 Khi pH >9 gốc OH có thể phân ly

OH  H+ + O- (1.25)

Hydro phân tử không phản ứng trực tiếp với chất tan nhưng có thể phản ứng với gốc OH

H2 + OH  H + H2O (1.26) Khi xét về sự chuyển hoá phân ly phóng xạ trong dung dịch nước, thì khả năng phản ứng này xảy ra cũng cần phải được tính đến Hydroperoxit và gốc hydroperoxit HO2 có thể là tác nhân oxi hoá hoặc là khử phụ thuộc vào điều kiện

và tính chất của chất tan Gốc HO2 có thể phân ly thành ion:

HO2  H + O2- (1.27)

Giá trị pKa của phản ứng này khoảng 2-3 Rõ ràng là trong môi trường axít mạnh, HO2 tồn tại ở trạng thái không phân ly và trong môi trường kiềm thì tồn tại ở trạng thái ion oxy Gốc HO2 là tác nhân oxi hoá mạnh và ion O2- là tác nhân khử mạnh

Các sản phẩm phân tử trong dung dịch chiếu xạ có thể được đo bằng nhiều phương pháp phân tích khác nhau Sự có mặt của các gốc tự do được xác nhận bằng phản ứng của nó với chất tan Bằng phép đo G(S) (hiệu suất chuyển hoá phân ly bức

xạ của chất tan), đo G(H2) và G(H2O2) (hiệu suất đo được của H2 và H2O2), dùng các số liệu thực nghiệm để thiết lập phương trình tỷ lượng các phản ứng hóa học bức xạ của hệ nghiên cứu rồi từ đó có thể tính toán được hiệu suất đầu của các sản phẩm phân ly bức xạ nước Hiệu suất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nồng độ chất tan, pH của dung dịch, suất liều, [2, 31, 63]

1.1.13.2 Cơ chế của quá trình khử hóa bức xạ

Cơ chế khử Au 3+ bằng bức xạ gamma Co-60: Khi chiếu xạ dung dịch Au3+

có nước, e–aq và H sinh ra do quá trình xạ ly nước dễ dàng khử Au3+ thành vàng

nguyên tử (Au0) [141, 156] do thế oxi hóa-khử (E0) của Au3+/Au0 ~ 1,5 V [119] dương hơn E0(H2O/e–aq) = –2,8 V và E0(H+/H) = –2,3 V Quá trình khử Au3+ để hình thành Auo theo các bước sau [20, 99, 141, 156]:

Phản ứng (1.31) là giai đoạn hình thành hạt nhân Au0 nguyên tử, phản ứng (1.32) là giai đoạn hấp thụ Au3+ tự do lên hạt nhân Au0 và kết tụ giữa các hạt vàng mới sinh hình thành và phát triển kích thước hạt Tùy thuộc vào tốc độ phản ứng khử mà hạt vàng nano nhận được có kích thước khác nhau Khi tốc độ khử nhanh, phản ứng hình thành hạt nhân ưu tiên, kết quả nhận được hạt vàng nano kích thước nhỏ Ngược lại, tốc độ khử chậm thuận lợi cho phản ứng hấp phụ dẫn đến hình thành hạt vàng nano kích thước lớn [99, 141] Do Auo mới sinh có đặc tính kết tụ [23] nên trong hầu hết các phương pháp hóa ướt cần thiết phải bổ sung chất có vai trò ổn định để kiểm soát kích thước hạt vàng trong phạm vi nanomét Các chất ổn định kích thước hạt vàng nano thông qua tương tác tĩnh điện hoặc ức chế không gian đã được ứng dụng như: Chất vô cơ là NaOH [144], NaHCO3 [89] và các chất hữu cơ được dùng phổ biến như là citrat [114, 132, 154, 155], PAA và PMAA [146],

PA [141], PVA [23, 50, 103], PVP [86, 102, 153], PEG [38], alkylamin [128], dendrime [97],

Trên thế giới nhiều công trình chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ đã được công bố với các chất ổn định khác nhau [16, 20, 30, 63, 74, 92]

Xu thế chung hiện nay trong chế tạo dung dịch vàng nano thường sử dụng các chất

có hoạt tính sinh học, nguồn gốc tự nhiên như glycin [58], dopamin [109], tannic [120], dịch chiết thực vật [36, 57, 75, 82, 90, 104, 126, 133], protein [16] hyaluronan [63, 79], heparin [56], các polysacarit như alginat [20], tinh bột [71], betaglucan [126], chitosan [4, 13, 28, 41, 47, 66, 106, 136], gum arabic [150], để làm chất ổn định dung dịch vàng nano

Mặc dù vậy trong nước, cho đến nay chỉ mới có một công trình của Nguyễn Quốc Hiến và cộng sự (2009) [4] đăng trên Tạp chí Hóa Học với tựa bài “Chế tạo vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ” được công bố Trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã khảo sát ảnh hưởng nồng độ chitosan và nồng độ muối vàng ban đầu đến kích thước hạt vàng nano Hạt vàng nano thu được có kích thước trong khoảng 16-

25 nm và ổn định tốt trong 6 tháng Trên thế giới việc sử dụng công nghệ bức xạ để chế tạo dung dịch nano kim loại nói chung và dung dịch vàng nano nói riêng đã có nhiều công trình đã được công bố [16, 20, 30, 63, 99, 124, 141] Tuy nhiên, việc nghiên cứu các chất ổn định mới nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng của dung dịch vàng nano trong các lĩnh vực y sinh, mỹ phẩm và nhiều lĩnh vực khác cũng như một nghiên cứu có hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng tính chất của dung dịch vàng nano nhằm tìm ra một qui trình hữu hiệu nhất để chế tạo dung dịch vàng nano với quy mô lớn là rất cần thiết

1.2 Những vấn đề còn tồn tại trong việc nghiên cứu chế tạo vàng nano và công việc đề tài cần tập trung nghiên cứu

So với phương pháp khử hóa học các phương pháp chế tạo vàng nano khác như ăn mòn laser, điện phân, điện hóa, siêu âm, vi sóng điện từ, được đánh giá là thân thiện với môi trường, sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết nhưng chúng lại khó có thể áp dụng sản xuất vàng nano với qui mô lớn Do vậy, cần có một phương pháp chế tạo dung dịch vàng nano hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu chủ yếu sau: i) Qui trình chế tạo phải đáp ứng với các nguyên tắc của phương pháp sản xuất xanh

“green method” mà cụ thể đối với việc chế tạo dung dịch nano kim loại từ dung dịch muối của chúng thì cần phải xem xét đến tính an toàn của dung môi, chất khử

và chất ổn định ii) Sản phẩm dung dịch vàng nano có kích thước hạt đồng nhất, độ

ổn định tốt, độ tinh khiết cao và có những tính chất sinh lý hóa phù hợp với nhiều mục đích ứng dụng iii) Qui trình công nghệ sản xuất phải giản tiện, dễ kiểm soát, không gây tác động xấu đến môi trường và iv) đặc biệt là khả năng triển khai sản xuất qui mô lớn (mass production scale)

Nghiên cứu chế tạo CTTN từ chitosan dùng làm chất ổn định dung dịch vàng nano cũng như khả năng chủ động điều chỉnh kích thước hạt vàng nano được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 là những nội dung nghiên cứu có tính mới, sáng tạo và đáp ứng được những yêu cầu của một phương pháp chế tạo vàng nano hiệu quả như sau [16, 20, 30, 63, 99, 124, 141]:

- Quá trình tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường nên có thể sử dụng các chất ổn định không bền với nhiệt

- Tác nhân khử tự sinh trong quá trình chiếu xạ phân tán đều trong toàn hệ phản ứng Chuyển hóa hoàn toàn vàng ion thành vàng kim loại

- Sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao, dễ dàng kiểm soát kích thước và phân

bố kích thước hạt thông qua việc chủ động hiệu chỉnh nồng độ ion vàng ban đầu

ổn định hạt vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60

Ngoài ra, các ứng dụng khác nhau lại yêu cầu hạt vàng nano có kích thước hạt khác nhau Do đó, điểm độc đáo của luận án còn được thể hiện ở việc chủ động tạo

ra hạt vàng nano có kích thước hạt khác nhau bằng phương pháp phát triển kích

thước hạt từ hạt mầm cũng như các thông số khác và minh chứng hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano ở các kích thước hạt khác nhau

Để đạt được mục tiêu trên, luận án được tiến hành với những nội dung sau:

- Nghiên cứu chế tạo chitosan tan trong nước dùng làm chất ổn định dung dịch vàng nano

- Nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của dung dịch vàng nano như: liều xạ chuyển hóa bão hòa vàng ion thành vàng nguyên tử, suất liều bức

xạ, nồng độ vàng ion, nồng độ và khối lượng phân tử của CTTN cũng như pH của dung dịch, từ đó thiết lập một qui trình tối ưu để chế tạo dung dịch vàng nano với qui mô lớn cũng như giảm giá thành của sản phẩm

- Nghiên cứu điều chỉnh gia tăng kích thước hạt vàng sử dụng hạt mầm nhằm đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau

- Nghiên cứu độ ổn định cũng như gia tăng độ ổn định của dung dịch vàng nano

và khảo sát khả năng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano nhằm ứng dụng trong các mục tiêu khác nhau của sản xuất và đời sống

1.3 Cơ sở lý thuyết

1.3.1 Cấu trúc và tính chất của vàng

Vàng kim loại được khám phá lần đầu tiên ở Bulgari cách nay khoảng 5.000 năm [31] Vàng có ký hiệu Au do xuất phát từ tiếng la tinh “aurum” là một kim loại quý, dễ dát mỏng, có tỉ trọng 19,3 g/cm3 và độ dẫn điện 0,45×106 /phútcm, dẫn nhiệt 3,17 W/phútK cao chỉ xếp thứ ba sau bạc và đồng kim loại Trong bảng hệ thống tuần hoàn vàng xếp thứ 79, khối lượng phân tử 197 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 1,064 oC và nhiệt độ sôi là 2,856 oC Vàng là một kim loại tương đối trơ về mặt hóa học, chỉ tan trong dung dịch axít cường toan, trong dung dịch muối kiềm cyanua và đặc biệt không bị oxi hóa trong điều kiện thường [31, 119]

Vàng có cấu hình điện tử [Xe] 4f145d106s1 hoặc [Xe] 4f145d96s2 Nguyên tử vàng có năng lượng ở hai mức 5d và 6s xấp xỉ nhau nên có sự cạnh tranh giữa lớp d

và lớp s Điện tử của vàng có thể dịch chuyển về cả hai trạng thái này Về cơ bản vàng có thể có tính chất từ do có một phần điện tử 5d chưa lấp đầy, tuy nhiên các

lớp d chưa lấp đầy có thể nằm dưới các lớp lấp đầy, nên vàng khối không có từ tính Các điện tử hóa trị trong kim loại vàng rất linh động, tạo nên tính dẻo dai đặc biệt của vàng và phổ của nó cũng khá phức tạp Năng lượng liên kết Au → Au3+ + 3e− = 1,498 V Vàng kết tinh có cấu trúc lập phương tâm mặt (hình 1.9), nhóm đối xứng

Fm-3m, hằng số mạng a = 4,078 Å [118] Mỗi nguyên tử Au liên kết với 12 nguyên

tử xung quanh tạo nên cấu trúc xếp chặt như nhiều nguyên tố kim loại khác Khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử vàng là 2,884 Å, do đó bán kính vàng nguyên tử được coi là 1,442 Å Mỗi nguyên tử lại có các electron rất linh động nên

ở dạng khối, vàng có độ dẫn điện và nhiệt tốt Khi được chia nhỏ đến trạng thái phân tử có kích thước vài nanomet (nm), nguyên tố này thể hiện nhiều đặc tính khác biệt như tính chất quang, điện, tính sinh học,

Hình 1.9 Cấu trúc lập phương tâm mặt Fm-3m của tinh thể Au [118]

Vàng nano đã và đang là mục tiêu nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực bao gồm

các lĩnh vực điện tử, công nghệ nano và chế tạo các vật liệu mới, trang sức, linh kiện điện tử và điều trị bệnh như bệnh khớp, bệnh thần kinh, ung thư và chăm sóc sắc đẹp [31, 118, 119] Hạt vàng nano được nghiên cứu điều chế đầu tiên có dạng hình cầu, sau này để mở rộng khả năng ứng dụng, các nhà nghiên cứu, đã tạo ra nhiều loại hạt vàng nano khác nhau với nhiều tính năng mới lạ [24, 118] (hình 1.10)

Hình 1.10 Hình dạng khác nhau của hạt vàng nano [119]

1.3.2 Tổng quan về chitin và chitosan

1.3.2.1 Cấu trúc và tính chất của chitin, chitosan và chitosan tan trong nước

Chitin và chitosan là một polyme sinh học có cấu trúc như sau: [83]