Nghiên cứu điều chế nano Ag trên nền Dextran

Trong bài viết này, vật liệu nano bạc (AgNPs) được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học sử dụng dextran với vai trò vừa là chất khử vừa là chất bảo vệ. Một số thông số ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp nano bạc như: Nồng độ bạc sulfate pentahydrate, nồng độ dextran đã được nghiên cứu.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số (2020) NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO AG TRÊN NỀN DEXTRAN Tôn Nữ Mỹ Phương* ,Nguyễn Thị Thanh Hải, Trần Thái Hòa Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế * Email: myphuong1705@gmail.com Ngày nhận bài: 5/3/2020; ngày hoàn thành phản biện: 18/3/2020; ngày duyệt đăng: 14/7/2020 TÓM TẮT Trong báo này, vật liệu nano bạc (AgNPs) tổng hợp phương pháp khử hóa học sử dụng dextran với vai trò vừa chất khử vừa chất bảo vệ Một số thông số ảnh hưởng tới trình tổng hợp nano bạc như: nồng độ bạc sulfate pentahydrate, nồng độ dextran nghiên cứu Sự hình thành hạt AgNPs, cấu trúc, hình thái vật liệu sau tổng hợp phân tích phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV–Vis), phổ tán sắc lượng tia X (EDX), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) Từ khóa: dextran, nano bạc, phương pháp khử hóa học MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ nano ngày phát triển, số lượng lớn vật liệu nano với tính chất độc đáo mở nhiều ứng dụng hội nghiên cứu [1] Vật liệu nano bạc (AgNPs) với nhiều đặc tính bật ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khác như: y sinh [2], dẫn thuốc [3], xử lý nước [4], nơng nghiệp [5]… Bên cạnh đó, AgNPs áp dụng mực in, chất kết dính, thiết bị điện tử, bột nhão… độ dẫn cao [6] AgNPs thường tổng hợp phương pháp kỹ thuật hóa lý như: khử hóa học [7], xạ tia gamma [8], vi nhũ tương [9], phương pháp điện hóa [10], laser [11], thủy nhiệt [12], vi sóng [13] khử quang hóa [14] Trong thời gian gần đây, hạt nano bạc nhận ý lớn nhà nghiên cứu khả phòng vệ đặc biệt chúng chống lại nhiều loại vi sinh vật xuất thuốc chống lại loại kháng sinh thường sử dụng [1][2] Bạc biết đến với đặc tính kháng khuẩn sử dụng nhiều năm lĩnh vực y tế cho ứng dụng kháng khuẩn chí cho thấy ngăn chặn liên kết HIV với tế bào chủ [15] Đặc biệt, nano bạc sử dụng lọc nước khơng khí để loại bỏ vi sinh vật [16],[17] Ngồi ra, hạt nano bạc (Ag NPs) có tính chất vật lý hóa học đặc biệt, giá tương đối rẻ [18], nghiên cứu chuyên sâu để xúc tác giảm 4-NP thành 4-AP [19] epoxid hóa 73 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran ethylene, phản ứng ghép dehydrogenative silane khớp nối Suzuki [20][21][22] Các hạt nano bọc polymer thử nghiệm với vai trị xúc tác cấu trúc nhóm polyme chức bề mặt dự kiến đóng vai trị quan trọng để bảo vệ hạt nano nhỏ ngăn chúng tập hợp lại với thể hoạt động xúc tác quan trọng[10] Dextran polysaccharide (còn gọi polyglucin) polymer sinh học, hòa tan nước bao gồm đơn vị glucose đơn thể lặp lặp lại liên kết 1,6-a-d-glucopyranosyl Nó có nhiều ứng dụng thực phẩm, lĩnh vực y tế liên quan chức sinh học, chẳng hạn tá dược, chất nhũ hóa, chất mang, chất ổn định [23][24] Trong phạm vi báo này, AgNPs tổng hợp phương pháp khử hóa học Q trình thực phản ứng khử Ag2SO4·5H2O dung môi nước, sử dụng dextran chất khử đồng thời chất bảo vệ Kích thước hình dạng hạt điều chỉnh thông số thực nghiệm PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất Các hóa chất sử dụng trực tiếp không qua tinh chế gồm muối bạc sulfate pentahydrate (Ag2SO4·5H2O, 98%, Merck), dextran (canada), ammoni hydrate (NH4OH, 25-28%, Meck), ethanol (C2H5OH,98%, Meck) 2.2 Các phương pháp đặc trưng vật liệu Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo AgNPs/dextran đo máy quang phổ UV-Vis Jasco-V630, Nhật Bản Nhiễu xạ tia X (XRD) thực hệ thống D8 ADVANCE (Bruker, Đức) Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) thực JEOL JEM-2100F microscope thành phần nguyên tố xác định phương pháp phân tích tia X tán sắc điện tử (EDX) 2.3 Thực nghiệm Dung dịch chuẩn bị sau: Cân 4,02 gam Ag2SO4 5H2O (M = 401,80 đvC) pha nước cất lần định mức đến 500 mL thu dung dịch Ag+ nồng độ 20 mM Dung dịch chuẩn bị gồm gam dextran khuấy 50ml nước cất lần tan hoàn toàn định mức đến 100 mL thu dung dịch dextran 5% 74 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số (2020) Bảng Tóm tắt điều kiện khảo sát tổng hợp vật liệu nano AgNPs/dextran Kí hiệu mẫu Điều kiện khảo sát Nồng độ dextran Nồng độ Ag+ 0,05 mM 0,10 mM 0,15 mM 0,20 mM A1 A2 A3 A4 D1 D2 D3 D4 0,50% 0,25% 0,50% 0,75% 1,00% 0,10 mM Dung dịch dung dịch hòa tan hồn tồn vào dịng khuấy mạnh nhiệt độ 90oC 30 phút thu dung dịch keo nano bạc Dung dịch kết tủa ethanol, ly tâm lấy phần rắn nung 350 oC thu vật liệu rắn AgNPs đặc trưng phương pháp giản đồ nhiễu xạ XRD, ảnh TEM phổ EDX KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nồng độ bạc sulfate pentahydrate Kết ghi phổ UV-Vis cho thấy tăng nồng độ Ag+ cực đại hấp thụ tăng cao hơn, bước sóng hấp thụ cực đại có dịch chuyển phía bước sóng ngắn chứng tỏ kích thước hạt nano bạc tạo thành nhiều kích thước hạt nano nhỏ Từ kết trên, mẫu ứng với nồng độ Ag+ 0,10 mM chọn nồng độ tối ưu Độ hấp phụ 0,5mM 1,0mM 1,5mM 2,0mM 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 350 400 450 500 550 600 650 Bước sóng(nm) Hình Phổ UV-Vis dung dịch keo AgNPs nồng độ Ag+ khác 3.2 Ảnh hưởng nồng độ dextran Phổ UV-Vis cho thấy, tăng nồng độ dextran bước sóng hấp thụ cực đại 75 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran có dịch chuyển nhẹ vùng có bước sóng dài hơn, cực đại hấp thụ tăng cao Ngược lại, ta giảm nồng độ dextran khả bảo vệ chúng cực đại hấp thụ giảm Điều giải thích nồng độ dextran đủ để chuyển hóa ion Ag+ thành nano bạc 0,5%, tăng nồng độ lên cao hạt nano sinh kết dính với làm kích thước hạt tăng dần Trên sở đó, nồng độ dextran tối ưu chọn 0,50% Độ hấp phụ 1.8 0,25mM 0,50mM 0,75mM 1,00mM 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 350 400 450 500 550 600 650 Bước sóng(nm) Hình Phổ UV-Vis dung dịch keo AgNPs nồng độ dextran khác 3.3 Đặc trưng vật liệu AgNPs Kết đo giãn đồ nhiễu xạ XRD vật liệu AgNPs trình bày hình 140000 (1 1) 120000 Intensity (cps) 100000 80000 (2 0) 60000 40000 (2 0) 20000 (3 1) (2 2) 30 40 50 60 70 80 90 2-theta (degree) Hình Giản đồ nhiễu xạ XRD vật liệu AgNPs Từ kết XRD Ag, nhận thấy đo góc rộng XRD (30÷90) góc 2θ nằm khoảng 38.2, 46.3, 64.9, 77.8 85.7 độ tương ứng với mặt (1 1) , (2 76 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số (2020) 0), (2 0), (3 1) (2 2) cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) kim loại Ag (JCPDS file No.04-0783)[23] Dựa vào pick cực đại, chúng tơi xác định kích thước hạt dựa vào Công thức Sherrer độ bán rộng cực đại đỉnh hấp thụ lớn tính kích thước trung bình hạt nano bạc thu D= k   cos (1) Trong đó: D kích thước bình qn vi tinh thể, nhỏ kích thước hạt β độ rộng nửa cường độ cực đại (FWHM) (radians) θ góc Bragg (đơn vị độ) λ : bước sóng k : hệ số Scherrer, giá trị mặc định 0,9 B 140000 Intensity (cps) 120000 100000 80000 60000 40000 20000 36.5 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 2-theta (degree) Cường độ (cps) Cường độ (cps) 140000 140000 120000 y = 421099x - 20000000 120000 100000 R = 0,9833 y = -415982x + 20000000 R2 = 0,9935 100000 80000 80000 60000 60000 40000 40000 20000 37.95 38.00 38.05 38.10 38.15 38.20 38.25 38.30 38.25 38.30 38.35 38.40 38.45 38.50 38.55 2-theta (deg) 2-theta (deg) 77 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran Hình Pick hấp phụ cực đại hai đường hồi quy tuyến tính Như vậy, chúng tơi chế tạo hạt nano bạc với kích thước khoảng 50nm cách khử muối bạc chất khử dextran Kết hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phân bố kích thước vật liệu AgNPs trình bày hình Hình Ảnh TEM AgNPs giản đồ phân bố kích thước hạt Dựa vào kết chụp ảnh TEM mẫu dung dịch nano bạc Hình chứng minh hình dạng hạt nano bạc có dạng hình cầu với độ đồng cao kích thước hạt nano vàng dao động từ 30 đến 70 nm Phần lớn hạt vàng nano có kích thước khoảng 50nm phù hợp với kết XRD Kết EDX vật liệu AgNPs trình bày hình Bảng Thành phần nguyên tử Thành phần % khối lượng % số nguyên tử O 11,85 44,25 Cl 6,15 10,36 Ag 82,00 45,40 Totals 100,00 Hình Kết EDX 78 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số (2020) Kết EDX cho thấy có nguyên tố bạc nguyên tố thành phần dextran oxi clo q trình làm sạch, EDX khơng hiệu với nguyên tố nhẹ hidro nên không xuất kết quả, khẳng định bạc nano điều chế khơng có tạp chất KẾT LUẬN Nghiên cứu khảo sát số thông số tối ưu trình tổng hợp vật liệu AgNPs/dextran phương pháp khử hóa học nồng độ bạc sulfate pentahydrate, nồng độ dextran Ở điều kiện phản ứng sử dụng hệ dung môi nước, nhiệt độ 90 °C, thời gian 30 phút, sản phẩm vật liệu nano bạc thu có hình thái hạt gần cầu, có độ đồng kích thước hình dạng, với kích thước hạt trung bình khoảng 50 nm LỜI CẢM ƠN Học viên cao học hỗ trợ chương trình học bổng đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ nước Quỹ Đổi sáng tạo Vingroup (VINIF) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V K Sharma, R A Yngard, and Y Lin, “Silver nanoparticles: Green synthesis and their antimicrobial activities,” Adv Colloid Interface Sci., vol 145, no 1–2, pp 83–96, 2009 [2] K Chaloupka, Y Malam, and A M Seifalian, “Nanosilver as a new generation of nanoproduct in biomedical applications,” Trends Biotechnol., vol 28, no 11, pp 580–588, 2010 [3] L L Lin et al., “Nanoparticles and microparticles for skin drug delivery,” Adv Drug Deliv Rev., vol 63, no 6, pp 470–491, 2011 [4] T A Dankovich and D G Gray, “Bactericidal paper impregnated with silver nanoparticles for point-of-use water treatment,” Environ Sci Technol., vol 45, no 5, pp 1992–1998, 2011 [5] R Nair, Y Yoshida, D S Kumar, S H Varghese, B G Nair, and T Maekawa, “Nanoparticulate material delivery to plants,” Plant Sci., vol 179, no 3, pp 154–163, 2010 [6] K Park, D Seo, and J Lee, “Conductivity of silver paste prepared from nanoparticles,” Colloids Surfaces A Physicochem Eng Asp., vol 313–314, pp 351–354, 2008 [7] Z Khan, S A Al-Thabaiti, A Y Obaid, and A O Al-Youbi, “Preparation and characterization of silver nanoparticles by chemical reduction method,” Colloids Surfaces B Biointerfaces, vol 82, no 2, pp 513–517, 2011 [8] P Chen, L Song, Y Liu, and Y e Fang, “Synthesis of silver nanoparticles by γ-ray irradiation in acetic water solution containing chitosan,” Radiat Phys Chem., vol 76, no 7, pp 1165–1168, 2007 79 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran [9] W Zhang, X Qiao, and J Chen, “Synthesis and characterization of silver nanoparticles in AOT microemulsion system,” Chem Phys., vol 330, no 3, pp 495–500, 2006 [10] F M Reicha, A Sarhan, M I Abdel-Hamid, and I M El-Sherbiny, “Preparation of silver nanoparticles in the presence of chitosan by electrochemical method,” Carbohydr Polym., vol 89, no 1, pp 236–244, 2012 [11] J P Abid, A W Wark, P F Brevet, and H H Girault, “Preparation of silver nanoparticles in solution from a silver salt by laser irradiation,” Chem Commun., vol 7, pp 792–793, 2002 [12] J Yang and J Pan, “Hydrothermal synthesis of silver nanoparticles by sodium alginate and their applications in surface-enhanced Raman scattering and catalysis,” Acta Mater., vol 60, no 12, pp 4753–4758, 2012 [13] S Alrokayan, A Khan, M Alhoshan, A S Aldwayyan, A M El-Toni, and M Alsalhi, “Microwave-assisted synthesis of silver nanoparticles using poly-Nisopropylacrylamide/acrylic acid microgel particles,” Colloids Surfaces A Physicochem Eng Asp., vol 377, no 1–3, pp 356–360, 2011 [14] E I Alarcon et al., “The biocompatibility and antibacterial properties of collagen-stabilized, photochemically prepared silver nanoparticles,” Biomaterials, vol 33, no 19, pp 4947–4956, 2012 [15] A Aragón-Piđa, N Niđo-Martínez, G A Martínez-Castón, F Ruiz, J R MartínezMendoza, and F Martínez-Gutierrez, “Characterization of silver nanoparticles synthesized on titanium dioxide fine particles,” Nanotechnology, vol 19, no 6, p 065711, 2008 [16] W L Chou, D G Yu, and M C Yang, “The preparation and characterization of silverloading cellulose acetate hollow fiber membrane for water treatment,” Polym Adv Technol., vol 16, no 8, pp 600–607, 2005 [17] Q Chen et al., “Preferential facet of nanocrystalline silver embedded in polyethylene oxide nanocomposite and its antibiotic behaviors,” J Phys Chem C, vol 112, no 27, pp 10004– 10007, 2008 [18] M A Shenashen, S A El-Safty, and E A Elshehy, “Synthesis, morphological control, and properties of silver nanoparticles in potential applications,” Part Part Syst Charact., vol 31, no 3, pp 293–316, 2014 [19] W Zhang, F Tan, W Wang, X Qiu, X Qiao, and J Chen, “Facile, template-free synthesis of silver nanodendrites with high catalytic activity for the reduction of p-nitrophenol,” J Hazard Mater., vol 217–218, pp 36–42, 2012 [20] S K Das, T Parandhaman, N Pentela, A K M Maidul Islam, A B Mandal, and M Mukherjee, “Understanding the biosynthesis and catalytic activity of Pd, Pt, and Ag nanoparticles in hydrogenation and Suzuki coupling reactions at the nano-bio interface,” J Phys Chem C, vol 118, no 42, pp 24623–24632, 2014 [21] T C R Rocha, M Hävecker, A Knop-Gericke, and R Schlögl, “Promoters in heterogeneous catalysis: The role of Cl on ethylene epoxidation over Ag,” J Catal., vol 312, pp 12–16, 2014 [22] C Wang, Z Zhang, G Yang, Q Chen, Y Yin, and M Jin, “Creation of Controllable HighDensity Defects in Silver Nanowires for Enhanced Catalytic Property,” Nano Lett., vol 16, 80 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số (2020) no 9, pp 5669–5674, 2016 [23] K P Bankura et al., “Synthesis, characterization and antimicrobial activity of dextran stabilized silver nanoparticles in aqueous medium,” Carbohydr Polym., vol 89, no 4, pp 1159–1165, Aug 2012 [24] K Bankura et al., “Antibacterial activity of Ag–Au alloy NPs and chemical sensor property of Au NPs synthesized by dextran,” Carbohydr Polym., vol 107, pp 151–157, Jul 2014 SYNTHESIS OF SILVER NANOPARTICLES ON DEXTRAN Ton Nu My Phuong* ,Nguyen Thi Thanh Hai, Tran Thai Hoa Department of Chemistry, University of Sciences, Hue University * Email: myphuong1705@gmail.com ABSTRACT In this paper, silver nanoparticles (AgNps) were synthesized by chemical reduction method using dextran as reducing agent and protecting agent The parameters affecting the synthesis of silver nanoparticles included silver sulfate concentration and dextran concentration The formation of Ag nanoparticles, the morphology and structure of the material after synthesis were analyzed by UV-Vis spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD) Keywords: dextran, silver nanoparticles, chemical reduction method 81 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran Tôn Nữ Mỹ Phương tốt nghiệp cử nhân chuyên ngành Hóa học trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện học viên cao học khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: vật liệu nano Nguyễn Thị Thanh Hải sinh ngày 17 tháng 04 năm 1982 Thừa Thiên Huế Năm 2005, bà tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Công nghệ thực phẩm sinh học trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Năm 2011, bà nhận thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết hóa lý trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện bà nghiên cứu sinh trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Từ năm 2008 đến nay, bà làm nghiên cứu viên khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: vật liệu nano, hóa dược Trần Thái Hịa sinh ngày 27 thánh 12 năm 1955, Hà Tĩnh Ông tốt nghiệp cử nhân Hóa học Trường Đại Tổng hợp Hà Nội năm 1977 tốt nghiệp Tiến sĩ ngành Hóa học năm 2001 Trường ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội Ơng phong học hàm Phó giáo sư năm 2005 Giáo sư năm 2013 Ông giảng dạy Khoa Hóa học, trường Đại học Tổng hợp Huế (nay trường Đại học Khoa học, Đại học Huế) từ năm 1978 đến Lĩnh vực nghiên cứu: Vật liệu nano, Các hợp chất Polyshaccharide, Hóa học tính tốn 82 ... dung dịch keo AgNPs nồng độ Ag+ khác 3.2 Ảnh hưởng nồng độ dextran Phổ UV-Vis cho thấy, tăng nồng độ dextran bước sóng hấp thụ cực đại 75 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran có dịch chuyển nhẹ... 77 Nghiên cứu điều chế nano Ag dextran Hình Pick hấp phụ cực đại hai đường hồi quy tuyến tính Như vậy, chúng tơi chế tạo hạt nano bạc với kích thước khoảng 50nm cách khử muối bạc chất khử dextran. .. bạc nano điều chế tạp chất KẾT LUẬN Nghiên cứu khảo sát số thông số tối ưu trình tổng hợp vật liệu AgNPs /dextran phương pháp khử hóa học nồng độ bạc sulfate pentahydrate, nồng độ dextran Ở điều