Chế tạo và khảo sát hoạt tính kháng nấm của hạt đồng nano được ổn định bằng Chitosan

1.. Những nghiên cứu đó đều hướng đến mục tiêu chung là tạo ra các hạt đồng nano có kích thước nhỏ với độ ổn định cao để khai thác tối đa các ứng dụng của chúng. Chitosan là một p[r]

ĐẠI HỌC SÀI GÒN OF SAIGON UNIVERSITY

Số 71 (05/2020) No 71 (05/2020)

Email: tcdhsg@sgu.edu.vn ; Website: http://sj.sgu.edu.vn/

CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG NẤM CỦA HẠT ĐỒNG NANO ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG CHITOSAN

Copper nanoparticles stabilized by Chitosan: preparation and antifungal activity ThS Phạm Thị Giang Anh(1), TS Đặng Xuân Dự(2)

(1),(2)Trường Đại học Sài Gịn

TĨM TẮT

Trong nghiên cứu này, kim loại đồng có kích thước nanomet tổng hợp phương pháp hoá học sử dụng chitosan làm chất ổn định NaBH4 làm chất khử Sự hình thành hạt đồng nano xác định màu sắc đặc trưng phổ UV-vis Hình thái kích thước hạt xác định phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Kết cho thấy với diện chitosan, hạt đồng nano chế tạo thành công với kích thước hạt khoảng 3,7 nm Vật liệu thu thể hoạt tính kháng nấm tốt Nấm mốc Aspergillus niger bị ức chế gần hoàn toàn nồng độ đồng nano 50 ppm

Từ khóa: chất ổn định, chitosan, đồng nano, hoạt tính kháng nấm ABSTRACT

In this present paper, copper nanoparticles were prepared by a chemical method using chitosan as a stabilizer and NaBH4 as a reducing agent The formation of copper nanoparticles was confirmed by the characteristic of colour and UV-vis spectra The morphology and particle size of the material were determined by transmission electron microscopy (TEM) The results showed that copper nanoparticles with a particle size of 3,7 nm were successfully prepared in the presence of chitosan The as-prepared materials exhibited a good antifungal activity The Aspergillus niger fungus was almost entirely inhibited by the copper nanoparticles at the concentration of 50 ppm

Keywords: stabilizer, chitosan, copper nanoparticles, antifungal activity

1 Mở đầu

Chế tạo nghiên cứu hoạt tính các hạt nano kim loại với kích thước hình dạng khác nhằm khám phá tính chất khả ứng dụng chúng lĩnh vực khác y

PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN vì bề mặt dễ bị oxi hóa, sản phẩm dễ lẫn

CuO Cu2O Để khắc phục hạn chế này, các chất chống oxy hoá thường sử dụng cho trình chế tạo Một số loại polymer thường sử dụng nhằm ổn định hệ hạt, tránh keo tụ bảo vệ hạt khỏi bị oxy hố Những nghiên cứu đều hướng đến mục tiêu chung tạo hạt đồng nano có kích thước nhỏ với độ ổn định cao để khai thác tối đa ứng dụng của chúng

Chitosan polymer tự nhiên được chế tạo trình đề axetyl hóa chitin sử dụng kiềm đặc Chitosan có ưu điểm bật phân hủy sinh học, khơng độc, có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxi hóa.v.v [3] Những nghiên cứu gần cho thấy, chitosan có khả ổn định tốt hạt nano hạn chế trình oxy hóa [3] Ngồi ra, loại polymer tồn tại phong phú tự nhiên, dễ tách chiết điều kiện bình thường, có triển vọng áp dụng quy mô lớn

Trong nghiên cứu này, đồng nano được chế tạo cách khử ion Cu2+ với

NaBH4 chất khử, chitosan làm chất ổn

định, chế ổn định hạt đồng nano bằng chitosan thảo luận Ngoài ra, sản phẩm tạo thành kiểm tra hoạt tính chống nấm nồng độ khác nhau chủng Aspergillus niger

2 Thực nghiệm

2.1 Nguyên liệu hóa chất

Chitosan với khối lượng phân tử 90 kDa cung cấp công ty Cổ phần Đầu tư Công nghệ Hương Nam, Bà Rịa - Vũng Tàu NaBH4 sản phẩm tinh khiết

của Merck (Đức), CuSO4.5H2O dạng tinh

khiết Beijing (Trung Quốc) Các hóa chất khác acid acetic, acid ascorbic… được sử dụng dạng tinh khiết phân tích Nước cất hai lần sử dụng cho toàn thí nghiệm

2.2 Phương pháp thực nghiệm

2.2.1 Chế tạo đồng nano ổn định chitosan

Sơ đồ quy trình chế tạo đồng nano theo tài liệu [3], thay đổi khối lượng phân tử chitosan nồng độ, thể Hình Hịa tan 0,25 gam CuSO4.5H2O

bằng nước cất thu 40 mL dung dịch CuSO4 nồng độ 0,025M, thêm 100 mL acid

acetic 0,1M chứa 1% chitosan theo khối lượng, khuấy hỗn hợp vòng 20 phút máy khuấy từ gia nhiệt Cho 0,5 mL acid ascorbic 0,5M vào hỗn hợp phản ứng, tiếp tục khuấy từ 20 phút Nhỏ 0,5 mL NaBH4 0,4M vào hỗn hợp, tiếp tục

Hình Sơ đồ quy trình chế tạo đồng nano

2.2.2 Đặc trưng đồng nano

Đồng nano sau chế tạo đặc trưng phương pháp phổ UV-vis thiết bị UV - DR 5000; phương pháp nhiễu xạ tia X, sử dụng thiết bị đo XRD với xạ CuKα (λ = 0,15406 nm), tăng tốc 40kV, 40mA, góc 2θ = 20° – 90°, tốc độ qt 0,03°/s Hình thái kích thước hạt được xác định kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) thiết bị JEM-1400

2.2.3 Khảo sát hoạt tính kháng nấm mốc

Dung dịch keo đồng nano sau chế tạo, khảo sát hoạt tính kháng nấm

mốc Aspergillus Niger theo bước sau:

a) Pha môi trường

Môi trường Crapek (môi trường đối chứng):

Thành phần gồm Sucrose 15g, NaNO3

1,5g, K HPO 0,5g, KCl 0,25g, FeSO .7HO

K2HPO4, KCl, FeSO4.7H2O, MgSO4.7H2O

và sucrose vào cốc khuấy từ tan hết Tiếp đến, chuyển dung dịch vào bình định mức thêm nước để thu 500 mL dung dịch Đổ dung dịch lại cốc thủy tinh điều chỉnh pH = NaOH 1M HCl 1M, thêm agar tiếp tục khuấy từ khoảng 10 phút Cuối cùng, đổ môi trường vào bình erlen dung tích 250 ml, đậy kín bơng bọc bên ngồi giấy để hấp vô trùng

Môi trường mẫu

PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN sau hấp vơ trùng sấy nhiệt độ

120ºC

c) Đổ môi trường

Pha từ từ dung dịch môi trường mẫu có chứa đồng nano mơi trường đối chứng vào đĩa petri hấp vô trùng Giai đoạn tiến hành tủ cấy

d) Nuôi cấy

Cấy nấm mốc Aspergillus Niger vào môi trường mẫu môi trường đối chứng Sau ngày nuôi cấy, quan sát kết phát triển nấm mốc môi trường mẫu môi trường đối chứng để đánh giá hiệu kháng nấm dung dịch keo đồng nano

3 Kết thảo luận

3.1 Sự hình thành keo đồng nano

Hình Phổ UV-vis dung dịch trước sau phản ứng

Sự thay đổi màu sắc dung dịch phản ứng thể Hình Trước phản ứng, dung dịch có màu xanh dương, là màu đặc trưng ion Cu2+ Khi thêm

NaBH4 vào hệ phản ứng khuấy đều,

dung dịch dần chuyển sang màu nâu đen, màu đặc trưng dung dịch đồng nano [3] Phản ứng khử ion đồng Cu2+ NaBH4 diễn sau [5]:

CuSO4 + NaBH4 + H2O → Cu +

2H3BO3 + 7H2 + Na2SO4

Usman cộng chế tạo đồng nano sử dụng chitosan làm chất ổn định [6] Kết dung dịch keo đồng nano thu

được cho màu nâu đen đặc trưng, tương tự nghiên cứu chúng tôi

Theo nghiên cứu trước đây, đỉnh hấp thụ gây tượng plasmom dung dịch keo đồng nano ghi nhận trên phổ UV-vis khoảng bước sóng từ 500 – 600 nm [1], [7] Hình cho thấy trước phản ứng, vừa thêm NaBH4 vào

Hình Giản đồ XRD chitosan đồng nano ổn định chitosan

Giản đồ XRD chitosan vật liệu đồng nano ổn định chitosan thể hiện Hình 3a Hình 3b Hình 3a cho thấy đỉnh nhiễu xạ 2θ = 9,26° và 2θ = 19,82°, hai đỉnh nhiễu xạ đặc trưng chitosan [3], [8] Đối với giản đồ nhiễu xạ vật liệu đồng nano, ngoài đỉnh nhiễu xạ chitosan cịn quan sát đỉnh có cường độ nhiễu

xạ tương đối cao hoàn toàn trùng hợp với đỉnh nhiễu xạ chuẩn kim loại đồng các góc 2θ = 43,35°; 2θ = 50,60° 2θ = 74,17° tương ứng với mặt (111), (200) và (220) thuộc ô mạng Bravais cấu trúc lập phương tâm diện kim loại đồng [3], [7]

PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN Hình mơ tả hình thái kích thước

của hạt đồng nano Hình ảnh cho thấy hạt có dạng hình cầu, phân bố đồng đều, kính thước hạt từ đến 10 nm, đường kính trung bình vào khoảng 3,7 nm Như vậy, có mặt chitosan đóng vai trị chất ổn định hạn chế phát triển mầm, kích thước hạt thu tương đối nhỏ Ngồi có mặt chitosan cịn cho tác nhân giảm thiểu oxy hoá bề mặt, ngăn cản keo tụ, làm bền cho hệ keo đồng nano [8]

Cơ chế ổn định keo đồng nano chitosan số tác giả đề cập [1], [6], [8] Theo đó, thêm Cu2+ vào dung

dịch chitosan, ion Cu2+ gắn vào đại phân tử chitosan tương tác tĩnh điện

Nguyên tử oxy giàu electron nhóm hydroxyl phân cực nhóm ether phân tử chitosan tương tác với điện tích dương cation kim loại [9] Nhờ đó, chitosan đóng vai trị vừa chất điều khiển tạo thành hạt nhân keo vừa như chất ổn định [10] Ngồi ra, nhờ có nhóm amine nhóm hydroxyl có lực mạnh với ion kim loại, chitosan gắn với kim loại thông qua tạo phức cách chuyển electron Theo cách đó, chúng thúc đẩy tạo thành hạt nhân keo đồng Sự hình thành phức chitosan Cu2+ làm cho khả khử ion đồng diễn ra thuận lợi [8]

3.3 Khả kháng nấm đồng nano ổn định chitosan

Hình Sự phát triển nấm mốc Aspergillus niger sau ngày cấy đĩa petri

Hình kết thử nghiệm hoạt tính diệt nấm mốc Aspergillus niger với mẫu đồng nano ổn định chitosan có nồng độ khác Sau ngày nuôi cấy mẫu, kết cho thấy mẫu đối chứng - khơng có đồng nano, nấm phát triển mạnh Đối với mẫu có chứa đồng nano khả phát triển nấm mốc bị ức chế đáng kể sau ngày nuôi cấy Ở mẫu chứa đồng nano nồng độ 25 ppm nấm mốc phát triển tương đối yếu sau ngày nuôi cấy so với mẫu đối chứng Trong khi đó, mẫu có đồng nano nồng độ 50 ppm 100 ppm gần không quan sát

được phát triển nấm mốc Từ kết thí nghiệm nhận thấy khả phát triển nấm mốc Aspergillus niger bị ức chế gần hoàn toàn nồng độ đồng nano 50 ppm Pariona cộng (2019) đã tổng hợp đồng nano khảo sát khả năng ức chế số loại nấm Fusarium

solani, Neofusicoccum sp Fusarium

oxysporum [11] Kết cho thấy nồng độ

hơn so với nghiên cứu chúng tơi Ngồi ra, khác biệt chủng nấm trong nghiên cứu chúng tơi (Aspergillus

niger) nguyên nhân làm

cho nồng độ ức chế nấm tối thiểu tương đối nhỏ

Nhìn chung khả kháng nấm kháng khuẩn đồng nano phụ thuộc vào nhiều yếu tố thời điểm còn chủ đề mở cần tiếp tục bàn luận, đặc biệt chúng ổn định chitosan tác nhân có hiệu ứng kháng khuẩn Theo số nghiên cứu gần đây, vật liệu đồng định bằng chitosan, tốc độ khuếch tán đồng nano phóng thích (release) khỏi môi trường chitosan yếu tố định đến khả kháng khuẩn Và vậy, cần ý khơng phải kích thước hạt nhỏ vật liệu cho hiệu kháng vi sinh vật tốt, vì trường hợp đó, khả hạt bọc lớp polymer tương đối dày, dẫn đến tốc độ phóng thích chậm hiệu quả kháng vi sinh vật trường hợp thường không cao Usman cộng (2013) xem xét khả kháng khuẩn của đồng nano ổn định chitosan với nồng độ khác Kết cho thấy nồng độ chitosan 0,2% cho hiệu

kháng vi sinh vật tốt kích thước hạt trung bình tương đối lớn so với đồng nano ổn định dung dịch chitosan 0,5% [3] Nhìn chung, hạt nano ổn định loại polymer sinh học có thuận lợi việc kéo dài thời gian phóng thích, cải tiến tính chất kháng vi sinh vật chúng Tuy vậy, nồng độ chất ổn định tối ưu cho hoạt động hạt nano vấn đề cần được nghiên cứu

4 Kết luận

Đồng nano chế tạo đơn giản phương pháp khử hoá học sử dụng chitosan làm chất ổn định Sự hình thành pha đồng nano xác định dựa vào màu sắc đặc trưng tín hiệu plasmom trên phổ UV-vis Kết cho thấy hạt đồng nano thu có dạng hình cầu, kích thước hạt khoảng 3,7 nm Dung dịch keo đồng nano thu có khả ức chế tốt sự phát triển nấm mốc Ở nồng độ lớn hơn 50 ppm, đồng nano ức chế gần hoàn toàn phát triển nấm mốc sau ngày nuôi cấy Với phương pháp chế tạo đơn giản, sản phẩm có hoạt tính kháng nấm cao, đồng nano có triển vọng để chế tạo với quy mô lớn làm chế phẩm kháng nấm ứng dụng nông nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tokarek K, Hueso J L, Kuśtrowski P, Stochel G, Kyzioł A, “Green Synthesis of Chitosan-Stabilized Copper Nanoparticles”, European Journal of Inorganic

Chemistry, 2013 (28), 4940-4947, 2013