Vàng là kim loại rất được các nhà kim hoàn ưa chuộng vì đặc tính không bị oxi hóa. Nhưng ở kích thước nano, đặc tính này đã hoàn toàn thay đổi. Từ cuối những năm của thập niên 80 thế kỉ XX, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã chứng minh phân tử vàng có kích thước nhỏ hơn 5 nm có thể tham gia phản ứng oxi hóa với cacbonmonoxit (CO) để tạo thành CO2. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp hạt vàng nano với hạt đồng nano để tạo thành thể lai, giúp xúc tác cho việc giảm thiểu CO2 [60, 61, 80, 93].
Đồng là một trong những kim loại có thể biến CO2 thành nhiên liệu hydrocacbon năng lượng thấp. Khi được đưa vào một điện cực có dòng điện kích thích, đồng hoạt động như một chất xúc tác mạnh, tạo ra một phản ứng điện hóa với CO2, biến khí nhà kính này thành metan hoặc metanol. Nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu tiềm năng này của đồng để tạo ra một phương pháp tái chế hiệu quả khí CO2 thải từ nhà máy điện. Thay vì thải ra ngoài không khí, CO2 sẽ được truyền qua một chất xúc tác đồng và trở thành khí metan [60, 61, 72].Tuy nhiên, đồng dễ dàng bị oxy hoá, là kim loại không ổn định nên có thể làm chậm đáng kể phản ứng với CO2 và tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn như CO và axít fomic. Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Massachuset đã đưa ra một giải pháp có thể làm giảm năng lượng cần thiết để đồng chuyển hóa CO2, đồng thời làm cho kim loại này ổn định hơn nhiều. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hạt đồng nano rất nhỏ trộn với hạt vàng nano, có khả năng chống ăn mòn. Trong thí nghiệm, họ đã phủ các hạt lai này lên các điện cực và thấy rằng để phản ứng với CO2 các hạt này cần ít năng lượng hơn các hạt nano đồng nguyên chất [76]. Ngoài
41
ra vàng có thể tham gia phản ứng ở nhiệt độ thấp (-700) trong khi đó một số chất xúc tác khác như Platin chỉ phản ứng ở trên 100 oC [60, 61, 80, 93].
1.3.5.4. Ứng dụng của dung dịch vàng nano trong mỹ phẩm
Dung dịch vàng nano đã được đánh giá là an toàn và tương hợp sinh học [44, 69, 105]. Độc tính của dung dịch vàng nano phụ thuộc chủ yếu vào kích thước hạt. Nghiên cứu độc tính tế bào của dung dịch vàng nano còn nhiều kết quả chưa thống nhất nhưng phần lớn kết luận là hạt vàng có kích thước nhỏ hơn 2 nm hoặc lớn hơn 20 nm thì gây độc tế bào cao hơn khoảng kích thước khác, nguyên nhân do khả năng thâm nhập và mức độ đào thải của vàng nano kích thước khác nhau bởi hệ thống cơ thể [26, 31, 38, 76, 109, 144].
Hình 1.24.Sản phẩm kem dưỡng có chứa vàng nano [101]
Kem dưỡng ẩm mặt bao gồm nhiều thành phần, trong đó có chứa những hạt vàng nano có kích thước trung bình 10-15 nm hoặc nhỏ hơn (hình 1.24). Chiều dài trung bình tế bào người là 10 micromet (lớn gấp 2500 lần so với kích thước nano). Do đó, hạt vàng nano dễ dàng thấm sâu vào da hoặc những tế bào dưới da một cách nhánh chóng [101]. Đây là môi trường diễn ra sự cải thiện và tái tạo các tế bào mới. Sự phân chia tế bào đòi hỏi nguồn năng lượng được tạo ra một cách tự nhiên gồm những xung điện cực nhỏ. Do đó, vàng nano trở nên hữu dụng trong trường hợp này vì nó là chất dẫn điện tốt không độc, khả năng tương hợp sinh học cao và diện tích bề mặt hạt lớn cho hiệu quả tối ưu [67, 68, 101, 105, 138].
Ngoài ra, theo các tài liệu y khoa, vàng có thể đẩy mạnh hệ miễn dịch khiến da tươi sáng, tóc bóng mượt và giúp ngăn chặn lão hóa. Vàng có thể thẩm thấu đến 99% vào lớp tế bào đáy giúp kích thích sản sinh những tế bào khoẻ mạnh làm chậm
42
quá trình lão hoá của collagen và elastin. Vì vậy, ngăn ngừa được tình trạng da bị chảy xệ, làm sáng da qua việc làm chậm sự sản sinh melanin, phục hồi nét thanh xuân, giúp da tươi trẻ và rạng rỡ. Khoa học đã chứng minh các gốc tự do là nguyên nhân gây ra lão hoá, và chỉ có chất chống oxy hoá mới “vô hiệu hoá” được chúng. Do nhiều nguyên nhân, cơ thể con người sản sinh ra nhiều chất peroxit và gốc tự do. Vàng có tính chống oxi hóa mạnh, vì vậy làm giảm oxy hoá và gốc tự do ngay từ bên trong cơ thể ra bên ngoài, giúp trẻ hoá da hiệu quả. Kem chứa vàng nano có tác dụng tối ưu khả năng hydrat hóa, tái tạo tế bào da mới như khi còn trẻ bằng cách kích thích chất tạo keo cũng như các sản phẩm tạo độđàn hồi cho da [101, 105].
43
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
- Muối vàng HAuCl4.3H2O, etanol (C2H5OH), gum arabic, hydroxyetylxenlulozơ
(HEC), polyvinyl pyrrolidon (PVP), anhydrit axetic (CH3CO)2O, nước tinh khiết, Merk, Đức
- Chitosan (CTS) có độđề axetyl (ĐĐA) ~90%, khối lượng phân tử trung bình (Mw) 168.000 g/mol là sản phẩm của Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ
Bức xạ.
- Axít lactic loại tinh khiết, hãng Shanghai Chemical Co., Trung Quốc. - Các hóa chất khác: dạng tinh khiết.
2.2. Thiết bị, dụng cụ
- Nguồn chiếu xạ gamma Co-60, SVST Co-60/B, Hungary, suất liều ~1,33 kGy/giờ
tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp. HCM.
- Nguồn Gamma Chamber 5000, BRIT, Ấn độ, suất liều ~ 5,0 kGy/giờ tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt.
- Máy đo quang phổ UV-Vis, UV-2401PC, Shimadzu, Nhật Bản tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp. HCM.
- Máy đo phổ hồng ngoại FTIR- 8400S, SHIMADZU, Nhật bản tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp. HCM.
- Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker Avance 500 MHz, Đức tại trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp. HCM.
- Máy sắc ký gel (GPC) 110, detector RI, Agilent (Mỹ) ở nhiệt độ 30 0C, sử dụng cột 250 và 500 Utrahydrogel của hãng Waters. Dung môi 0,25 M CH3COOH/ 0,25 M CH3COONa. Mẫu chuẩn là Pullulan có Mw từ 780 đến 380.000 Da.
- Máy chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy- TEM), JEM1010, JEOL, Nhật bản tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, Hà Nội. - Máy đo nhiễu xạ tia X: Advance 8-Bruker, Germany tại Viện Khoa học Vật liệu
44
2.3. Phương pháp thực nghiệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.1. Điều chế chitosan tan trong nước
Hình 2.1.Sơđồ tóm tắt qui trình chế tạo chitosan tan trong nước
2.3.1.1. Xác định ĐĐA (%) của chitosan và CTTN
Để phân biệt chitin và chitosan khái niệm độ deaxetyl hoặc độ axetyl (ĐA = 100 – ĐĐA) đã được sử dụng, thực chất là sự khác nhau về hàm lượng của nhóm - NHCOCH3 và nhóm -NH2 trong chitin và chitosan.
Có nhiều phương pháp để xác định độ deaxetyl như dùng phương pháp chuẩn
độ, phổ 1H-NMR, phổ hồng ngoại, phổ UV,.. . Trong luận án này độ deaxetyl được xác định thông qua phổ hồng ngoại (IR) với kỹ thuật ép viên KBr và phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR.
Với phương pháp phổ hồng ngoại độ deaxetyl được tính theo công thức: ĐĐA(%) = 100 – (2.1)
Trong đó A1320 và A1420 là mật độ quang tương ứng tại các đỉnh hấp phụ
1320cm-1 và 1420 cm-1 của nhóm -OCH3 và nhóm -CH2 [32]. Sấy khô 600 trong tủ sấy đối lưu α- Chitosan(vỏ tôm) ĐĐA ~90% Hòa tan bằng
axít lactic 3% 500ml dung dịch chitosan 5% + 150 ml C2H5OH Axetyl hóa bằng dung dịch (15ml (CH3CO)2O + 135 ml C2H5OH) Dung dịch chitosan đã axetyl hóa Điều chỉnh đến pH = 7- 7,5 bằng NH4OH 5% Chitosan tan trong
nước (CTTN) dạng gel ướt Kết tủa, lọc và rửa tủa bằng C2H5OH CTTN dạng bột khô Khu ấ y 2 gi ờ ở nhi ệ t độ ph òn g (A1320/A1420 – 0,3822) 0,03133
45
Với phổ cộng hưởng từ hạt nhân độ daecetyl được tính bằng công thức [78, 79].
ĐĐA(%) = H1D × (2.2)
Trong đó H1D và H1Ac là cường độ của H1 trong vòng glucozơ chứa nhóm amin (-NH2) và vòng glucozơ chứa nhóm aminoaxetyl (-NHCOCH3)
2.3.1.2. Khảo sát sự thay đổi ĐĐA (%) trong quá trình axetyl hóa của CTTN theo thời gian phản ứng theo thời gian phản ứng
Để khảo sát độ deaxetyl hóa của CTTN theo thời gian phản ứng. Các mẫu CTTN được điều chế bằng cách axetyl hóa dung dịch chitosan tại các thời gian 0,5; 1; 2; 3 và 5 giờ. Điều chỉnh pH của 5 mẫu dung dịch chitosan thu được đến pH = 7 bằng dung dịch NH4OH 5%, sau đó kết tủa, lọc và rửa kết tủa bằng etanol. Sấy khô tủa CTTN ở 60 oC, các mẫu CTTN được ghi phổ hồng ngoại (IR). ĐĐA của các mẫu CTTN này được xác định theo công thức (2.1).
2.3.1.3. Ảnh hưởng pH đến độ tan của CTTN
Hòa tan 1 gam CTTN (ĐĐA ~ 49%) vào 5 cốc thủy tinh mỗi cốc chứa 100ml nước. Dung dịch trong mỗi cốc được điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 1N và HCl 1N để thu được pH lần lượt là: 2; 5; 7; 9 và 12. Để yên 4 giờ, sau đó đo độ
truyền qua tại bước sóng 600 nm bằng máy quang phổ UV-Vis [52].
2.3.2. Chế tạo dung dịch vàng nano
Quy trình chế tạo dung dịch vàng nano dùng CTTN làm chất ổn định được thực hiện theo các bước như sau: hòa tan CTTN trong nước sau đó cho dung dịch muối HAuCl4 vào dung dịch CTTN. Dung dịch Au3+/CTTN được đưa vào lọ thủy tinh loại 25 ml của hãng Schott, Đức có nút vặn kín khí bằng nhựa. Các mẫu được gắn liều kế etanol-clobenzen để xác định liều xạ. Liều xạ được xác định theo quy trình ASTM international, 2004 [2]. Sau đó, các mẫu được chiếu xạ trên nguồn gamma Co-60. Quy trình chế tạo dung dịch vàng nano được trình bày tóm tắt trong hình 2.2.
100 (H1D + HAc/3)
46
Hình 2.2.Mô hình tóm tắt qui trình chế tạo dung dịch vàng nano
Tuy nhiên, tùy theo mục đích nghiên cứu của từng thí nghiệm mà có sự thay
đổi về nồng độ, độ deaxetyl, khối lượng phân tử,.. của chất ổn định cũng như sự
thay đổi pH trong dung dịch ion vàng và suất liều bức xạ.
2.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Au3+ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano
Hòa tan HAuCl4.3H2O và CTTN bằng nước để tạo hai dung dịch cái (stock solution) nồng độ tương ứng là Au3+ 10 mM và CTTN 2% (w/v). Từ dung dịch Au3+ 10 mM lấy các thể tích tương ứng là 0,25; 0,625; 1,25; 2,5 và 5 ml cho từ từ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
vào 12,5 ml dung dịch CTTN 2%, chỉnh pH =7,5-8 bằng NH4OH 5% rồi định mức
đầy bằng nước đến thể tích 25 ml, khuấy đều ~10 phút. Các mẫu chuẩn bị ở trên tương ứng với nồng độ Au3+ là 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 2,0 mM, và nồng độ CTTN không đổi là 1%. Đưa dung dịch Au3+/CTTN vào lọ thủy tinh loại 25 ml của hãng Schott, Đức có nút vặn kín khí bằng nhựa, chiếu xạ tiến hành trên nguồn gamma Co-60 theo liều xạ khác nhau, suất liều 1,33 kGy/giờ.
Dung dịch vàng nano (Gold nanoparticles
47
Hình 2.3. Nguồn gamma Co-60 tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ
Bức xạ, Thành phố Hồ Chí Minh
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng nano
Hòa tan HAuCl4.3H2O và CTTN bằng nước để tạo hai dung dịch cái (stock solution) nồng độ tương ứng là Au3+ 10 mM và CTTN 2,5% (w/v). Từ dung dịch CTTN 2,5% lấy các thể tích tương ứng là 1; 2,5; 5; 10 và 20 ml, cho từ từ vào 2,5 ml dung dịch Au3+ 10 mMvào các thể tích CTTN vừa lấy, chỉnh pH =7,5-8 bằng NH4OH 5% rồi định mức đầy bằng nước đến thể tích 25 ml, khuấy đều ~10 phút. Các mẫu chuẩn bị ở trên tương ứng với nồng độ CTTN là 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 2,0%, và nồng độ Au3+ không đổi là 1 mM. Đưa dung dịch Au3+/CTTN vào lọ thủy tinh loại 25 ml của hãng Schott, Đức có nút vặn kín khí bằng nhựa, chiếu xạ tiến hành trên nguồn gamma Co-60, liều 8 kGy và suất liều 1,33 kGy/giờ.
2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng khối lượng phân tử của CTTN đến đặc trưng của dung dịch vàng nano
Chuẩn bị 4 mẫu dung dịch CTTN có ĐĐA ~ 49% với KLPT khác nhau lần lượt là 155.000, 127.000, 87.000, và 29.000 g/mol, nồng độ 2% (w/v), được điều chỉnh bằng phương pháp cắt mạch bức xạ chitosan dạng bột và dạng dung dịch. Lấy 2,5 ml Au3+ 10 mM vào 12,5 ml CTTN 2% có KLPT khác nhau sau đó định mức mỗi mẫu tới 25ml, chỉnh pH =7,5-8 bằng NH4OH 5% rồi định mức đầy bằng nước
đến thể tích 25 ml, khuấy đều ~10 phút. Các mẫu chuẩn bị ở trên tương ứng với nồng độ CTTN là 1,0%, và nồng độ Au3+ không đổi là 1 mM. Đưa dung dịch Au3+/CTTN vào lọ thủy tinh loại 25 ml của hãng Schott, Đức có nút vặn kín khí
48
bằng nhựa, các mẫu được chiếu xạ ở liều xạ 8 kGy trên nguồn gamma Co-60, suất liều 1,33 kGy/giờ.
2.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng suất liều bức xạ đến đặc trưng của dung dịch vàng nano vàng nano
Chuẩn bị 4 mẫu dung dịch vàng Au3+ 1 mM/CTTN 1% như sau: lấy 2,5 ml Au3+ 10 mM vào 12,5 ml CTTN 2% có KLPT 155.000 g/mol, chỉnh pH =7,5-8 bằng NH4OH 5% rồi định mức đầy bằng nước đến thể tích 25 ml, khuấy đều ~10 phút. Đưa dung dịch Au3+/CTTN vào lọ thủy tinh loại 25 ml của hãng Schott, Đức có nút vặn kín khí bằng nhựa. Mẫu được chiếu xạ trên nguồn gamma Cell GC 5000 tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt, với suất liều khác nhau lần lượt là 0,5; 1,25; 2,5 và 5,0 kGy/giờ.
Hình 2.4. Nguồn gamma Chamber 5000 tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt
2.3.2.5. Điều chỉnh gia tăng kích thước của dung dịch vàng nano sử dụng hạt mầm
Dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% có kích thước hạt ~10 nm được sử
dụng làm hạt mầm để điều chỉnh tăng kích thước hạt. Thành phần dung dịch được chuẩn bị như sau: lấy một phần thể tích dung dịch Au nano (Au0) 1 mM pha trộn với 2,5; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0 và 40,0 phần thể tích dung dịch Au3+ 1 mM. Tổng nồng độ vàng ([Au3+]+[Au0]) trong dung dịch là 1 mM và tỉ lệ nồng độ [Au3+]/[Au0] là 2,5; 5; 10; 20, 30 và 40. Các mẫu được chiếu xạ ở liều xạ 8 kGy trên nguồn gamma Co-60, suất liều 1,33 kGy/giờ.
49
2.3.2.6. Khảo sát hiệu ứng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano ở các kích thước hạt khác nhau thước hạt khác nhau
Để đánh giá hiệu ứng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano, muối 2,2'- azino-bis(3-etylbenzothiazolin-6-sunfonic axít) (ABTS) 7,4 mM được phản ứng với K2S2O8 2,6 mM để tạo gốc tự do cation ABTS•+ và được giữ trong bóng tối 16 giờở
23 oC. Dung dịch ABTS và ABTS•+được pha loãng với nước theo tỉ lệ 1:18 (v/v) để đạt được mật độ quang là 1 ± 0,1 ở bước sóng 734 nm. Lấy 0,6 ml Au nano có kích thước hạt là 10; 20; 38 và 53 nm cho vào các cuvet chứa 1ml dung dịch đã pha loãng ABTS (mẫu đối chứng) và ABTS•+. Các mẫu được đo mật độ quang theo thời gian trên máy UV-Vis ở bước sóng 734 nm. Hiệu suất bắt gốc tự do được tính theo công thức: Hiệu suất, % = (AC – AS)×100/AC, trong đó AC là mật độ quang của dung dịch ABTS•+ + H2O (mẫu đối chứng) và AS là mật độ quang của dung dịch ABTS•+có chứa vàng nano với các kích thước hạt khác nhau [124, 139, 140].
Hình 2.5. Qui trình đánh giá hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano/CTTN ở kích thước hạt khác nhau
2.3.2.7. Nghiên cứu độc tính của dung dịch vàng nano
- Thử độc tính trên da được kiểm định tại Trung tâm kiểm nghiệm thuốc, TP. Hồ
Chí Minh theo tiêu chuẩn ISO-10993-10:2010. Thí nghiệm tiến hành ở nhiệt độ
phòng 25 ±3 oC, độẩm tương đối 30-70%. Ánh sáng đảm bảo 12 giờ sáng và 12 giờ
50 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
và nuôi dưỡng trong điều kiện thí nghiệm 5 ngày trước khi thử. Làm sạch lông thỏở
vùng lưng, hai bên cột sống một khoảng 10 cm x 15 cm, mẫu được thử trên 3 con thỏ. Xoa dung dịch vàng nano hàm lượng 200 ppm lên vùng da thỏ (~0,5 ml). Quan