phương pháp chiếu xạ gamma Co-60
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
Mẫu dung dịch keo Thời gian lưu giữ (ngày)
1 15 30 60 90 120 150 180 Au nano/CTTN + HEC 0,5% max 549,5 565,0 574,0 584,5 598,0 Keo tụ OD 0,450 0,343 0,268 0,214 0,105 Au nano/CTTN + GUM 0,5% max 549,5 558,5 568,0 575,5 586,0 Keo tụ OD 0,449 0,395 0,395 0,395 0,121 Au nano/CTTN + PVP 0,5% max 549,5 556,5 565,5 578,0 596,5 Keo tụ OD 0,451 0,326 0,235 0,195 0,094 Au nano/CTTN + CTTN 0,25% max 549,5 554,0 561,0 570,0 584,0 Keo tụ OD 0,449 0,384 0,364 0,289 0,196 Au nano/CTTN + CTTN 0,5% max 549,5 550,5 558,5 563,0 571,0 578,5 585,0 Keo Tụ OD 0,450 0,397 0,385 0,374 0,368 0,354 0,321 Au nano/CTTN + CTTN 1,0 % max 549,5 550,0 553,5 556,0 560,0 568,0 572,5 578,0 OD 0,450 0,398 0,388 0,380 0,372 0,364 0,360 0,356 Dung dịch vàng nano được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ có thể điều chỉnh kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt thông qua sự thay đổi nồng độ ion Au3+ ban đầu, nồng độ chất ổn định, pH và suất liều. Đối với những ứng dụng
112
đòi hỏi kích thước hạt vàng lớn và đồng đều thì phương pháp điều chỉnh tăng kích thước hạt sử dụng hạt mầm là phương pháp khá hữu hiệu. Tuy nhiên, khi kích thước hạt tăng đồng nghĩa với sự không bền vững tập hợp của hệ keo. Hạt vàng nano dễ bị sa lắng và keo tụ dưới tác dụng của lực trọng trường. Kết quả theo dõi độ ổn định của hạt vàng nano chế tạo bằng phương pháp hạt mầm cho thấy dung dịch vàng nano có kích thước hạt ~ 53 nm chỉ ổn định được 20 ngày sau khi chế tạo (bảng 3.17).
Do vậy, nghiên cứu gia tăng tính ổn định của dung dịch vàng nano có kích thước hạt lớn là điều cần thiết. Các chất ổn định khác nhau như gum arabic (GUM), hydroxyetylxenlulozơ (HEC), polyvinyl pyrrolidon (PVP) và CTTN đã được sử dụng để nghiên cứu gia tăng tính ổn định của dung dịch vàng nano có kích thước hạt lớn. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.18 cho thấy khi bổ sung các chất ổn định là GUM, HEC, PVP với nồng độ 0,5% thì gia tăng thời gian ổn định của dung dịch vàng nano có kích thước ~ 53 nm lên 3 tháng. Đối với các mẫu vàng nano được bổ sung bằng chính CTTN thì độ ổn định tăng theo nồng độ CTTN cụ thể, khi tăng nồng độ CTTN từ 0,25 lên 0,5 và 1% thì thời gian ổn định của dung dịch vàng nano tăng tương ứng từ 3 lên 5 và 6 tháng. Điều này chứng tỏ dung dịch vàng nano được bổ sung bằng chính CTTN có sự ổn định tốt hơn khi bổ sung các polyme khác.
3.10. Nghiên cứu độc tính của dung dịch vàng nano
Mẫu dung dịch vàng nano 1 mM/CTTN 1% được dùng để thử nghiệm độc tính tiếp xúc qua da thỏ tại Viện kiểm nghiệm thuốc, Tp.HCM và độc tính cấp qua đường miệng trên chuột tại viện Vắc Xin Pasteur, Tp. Đà Lạt.
Kết quả kiểm tra độc qua tiếp xúc vùng da cho thấy mẫu dung dịch vàng nano/CTTN ở nồng độ 50% (0,5 mM Au nano) và 100% (1 mM Au nano) khi tiếp xúc qua vùng da lưng của thỏ, sau 72 giờ quan sát và theo dõi thấy da thỏ vẫn bình thường, không gây kích ứng da (K=0, phụ lục 1). Kết quả kiểm tra độc tính cấp qua đường miệng đã dùng đến liều 10,1 mg Au nano/kg thể trọng (50,5ml dung dịch Au nano 1 mM/kg thể trọng) nhưng chuột vẫn không chết, không tìm thấy độc tính ở liều này trong mẫu vàng nano 1mM/CTTN 1% (phụ lục 2).
113
Từ những kết quả kiểm tra độc tính của dung dịch vàng nano/CTTN đã xác nhận dung dịch vàng nano không độc, an toàn để sử dụng trong các lĩnh vực y-sinh, mỹ phẩm và các lĩnh vực khác.
3.11. Khảo sát hiệu ứng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano ở các kích thước hạt khác nhau
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
Khả năng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano tại cùng một nồng độ 20 (mg/l) với các kích thước hạt khác nhau được khảo sát bằng phương pháp bắt gốc tự do cation ABTS+● (hình 3.37). Kết quả cho thấy khả năng chống oxi hóa cao nhất đối với dung dịch vàng nano có kích thước hạt nhỏ 10 nm và giảm dần khi kích thước hạt tăng lên 20, 38 và 53 nm. Ngoài ra, hiệu ứng chống oxi hóa của CTTN cũng đã được khảo sát. Kết quả trong hình 3.37 chỉ ra rằng hiệu suất bắt gốc tự do của CTTN ở nồng độ 0,1% có giá trị nhỏ nhất (34,4%) so với có kích thước 10 nm (100%) và sau đó giảm xuống 90,1, 80,2 và 71,4% tương ứng với kích thước hạt vàng nano là 20, 38 và 53 nm tại cùng một thời gian phản ứng là 450 phút. Chitosan và oligochitosan là những chất có hoạt tính chống oxi hóa [83]. Vì vậy, CTTN cũng thể hiện hoạt tính chống oxi hóa tương tự như chitosan. Hoạt tính bắt gốc tự do của CTTN góp phần tăng cường hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano/CTTN. Nghiên cứu hoạt tính chống oxi hóa của CTTN ở KLPT khác nhau cần
Thời gian (phút) Hi ệ u su ấ t b ắ t g ố c t ự do (% ) 10 30 50 70 90 110 0 100 200 300 400 500 CTTN 0,1% 53 nm 38 nm 20 nm 10 nm
114
được thực hiện để tìm ra khoảng KLPT thích hợp vừa có khả năng ổn định tốt dung dịch vàng nano vừa đóp góp hiệu quả vào hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano/CTTN.
Yakimovich và cộng sự (2008) [152] khi đánh giá khả năng chống oxi hóa (bắt gốc tự do OH●) của dung dịch vàng nano được ổn định bằng chitosan thông qua phổ cộng hưởng spin điện tử (ESR) cho rằng sự tương tác của vàng nano với các gốc tự do phụ thuộc vào kích thước, bề mặt riêng, và nồng độ. Hơn nữa, Yakimovich và cộng sự (2008) cũng đề cập rằng hạt vàng nano với kích thước lớn có diện tích bề mặt riêng thấp và thể hiện hoạt tính chống oxi hóa thấp hơn so với kích thước hạt nhỏ [152]. Esumi và cộng sự (2003) [46] cũng đã nghiên cứu tác dụng chống oxi hóa của dung dịch vàng nano/chitosan và kết luận rằng vàng nano được ổn định bằng chitosan trong khoảng nồng độ từ 0,01 đến 0,1% có hiệu suất bắt gốc tự do cao nhất, nhưng với nồng độ cao hơn của chitosan, hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano/chitosan giảm [46]. Nguyên nhân là do hạt vàng nano bị bao phủ bởi chitosan có nồng độ cao dẫn đến làm giảm tương tác của vàng với gốc tự do, và do đó là hoạt tính chống oxi hóa của hạt vàng nano đã phần nào bị ức chế. Esumi và cộng sự (2003) [46] cũng khảo sát khả năng chống oxi hóa của vàng nano/chitosan theo nồng độ vàng nano. Kết quả cho thấy khả năng chống oxi hóa tăng khi nồng độ vàng nano tăng, và dung dịch vàng nano/chitosan có khả năng chống oxi hóa cao gấp 80 lần so với axít ascorbic [46].
115
Chương 4: KẾT LUẬN 4.1. Kết Luận
Nghiên cứu chế tạo dung dịch vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co- 60 với tính mới là sử dụng CTTN để ổn định hạt vàng nano, đồng thời nghiên cứu một cách có hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng tính chất của dung dịch vàng nano với những kết quả thu được như sau:
- Chitosan tan trong nước trong khoảng pH rộng (pH = 2-12), có ĐĐA ~50% và KLPT Mw ~155.000 g/mol đã được chế tạo bằng phương pháp axetyl hóa chitosan (ĐĐA ~90%, Mw ~168.000 Da).
- Dung dịch vàng nano đã được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 dùng CTTN làm chất ổn định và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng: nồng độ Au3+, nồng độ và KLPT của chất ổn định CTTN, suất liều bức xạ và độ pH đến đặc trưng tính chất của dung dịch vàng nano:
Bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) tăng từ 511 lên 530 nm, mật độ quang (OD) giảm từ 0,403 xuống 0,354 và kích thước hạt vàng nano tăng từ 4,58
đến 15,57 nm tương ứng với sự tăng nồng độ Au3+ từ 0,1 đến 2,0 mM. Sự
tăng kích thước hạt phù hợp theo phương trình: dAu nano (nm) = - 0,2211[Au3+]2 + 5,9688[Au3+] + 4,4494 (R2 = 0,9903) với nồng độ chất ổn
định CTTN là 1%. Dung dịch vàng nano ở nồng độ thấp có độ ổn định tốt hơn so với dung dịch vàng nano ở nồng độ cao.
λmax giảm từ 535,5 xuống 520 nm, OD tăng từ 0,174 lên 0,403 và kích thước hạt vàng nano giảm tương ứng từ 20,62 xuống 8,84 nm với nồng độ chất ổn
định CTTN tăng từ 0,1 đến 2,0%. Sự giảm kích thước hạt phù hợp theo phương trình: dAu nano (nm) = 5,3305[CTTN]2 - 17,8100[CTTN] + 22,1590 (R2 = 0,9992) với nồng độ Au3+ là 1 mM. Nồng độ chất ổn định càng cao thì dung dịch vàng nano có độổn định càng tốt.
116
Khối lượng phân tử chất ổn định CTTN tăng từ 29.000 đến 155.000 g/mol
λmax tăng từ 522 lên 532 nm, OD giảm từ 0,375 xuống 0,318, kích thước hạt vàng nano giảm tương ứng từ 22,38 xuống 9,8 nm và thể hiện mối tương quan theo phương trình: dAu nano (nm) = 0,0005Mw2 - 0,2009Mw + 27,8350 (R2 = 0,9996). Kết quả khảo sát độ ổn định của dung dịch vàng nano theo KLPT của CTTN cho thấy KLPT càng cao thì dung dịch vàng nano có độổn
định càng tốt.
Suất liều tăng từ 0,5 đến 5 kGy/giờ kích thước hạt vàng nano giảm tương
ứng từ 16,45 xuống 6,10 nm và thể hiện mối tương quan với suất liều theo phương trình: dAu nano nm = 0,6302(SL)2 - 5,7224(SL) + 18,9840 (R = 0,9972). λmax giảm từ 529 xuống 518 nm và OD tăng từ 0,33 lên 0,40 tương
ứng với sự giảm kích thước hạt.
pH tăng kích thước hạt vàng nano giảm. Trong khoảng pH từ 2-12 kích thước hạt vàng nano giảm tương ứng từ 56,43 xuống 8,92 nm, λmax giảm từ
557 xuống 519 nm và OD tăng từ 0,263 lên 0,394. Độổn định của dung dịch vàng nano phụ thuộc đáng kể vào pH. Dung dịch vàng nano có pH cao (9- 12) có độổn định tốt hơn dung dịch vàng nano có pH thấp (2-5).
Tính sáng tạo của luận án còn được thể hiện trong việc chủđộng tạo ra kích thước hạt vàng nano khác nhau, có tính đơn phân tán theo phương pháp sử dụng hạt mầm và nghiên cứu hoạt tính chống oxi hóa của vàng nano ở kích thước hạt khác nhau. Kích thước hạt vàng nano được điều chỉnh gia tăng từ 9,80 nm (hạt mầm) đạt giá trị cực đại (53,12 nm) ở tỉ lệ [Au3+]/[Au0] = 10. Hoạt tính chống oxi hóa của dung dịch vàng nano giảm khi kích thước hạt vàng nano tăng từ 10 đến 53 nm.
Kết quả nghiên cứu gia tăng tính ổn định của dung dịch vàng nano có kích thước hạt lớn cho thấy dung dịch vàng nano/CTTN được gia tăng độổn định bằng CTTN tốt hơn dùng các loại polymer khác như GUM, HEC và PVP.
117
Những kết quả thu được từ luận án cho phép xây dựng một 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 các nhu cầu ứng dụng khác nhau với những điều kiện thích hợp như sau:
Để tạo ra dung dịch vàng nano có kích thước hạt ≤ 10 nm bằng phương pháp chiếu xạ gamm Co-60 thì suất liều thích hợp từ 2,5-5 kGy, nồng độ
Au3+ trong khoảng 0,1-1 mM, nồng độ CTTN từ 1-2%, pH của dung dịch trong khoảng từ 7-9 và KLPT của CTTN được điều chỉnh trong khoảng 130.000-150.000 g/mol.
Để thu được dung dịch vàng nano có kích thước hạt lớn, có độ phân tán hẹp, hạt vàng nano sẽđược gia tăng kích thước hạt bằng cách sử dụng hạt mầm. Kích thước hạt vàng được điều chỉnh tới ~53nm từ hạt mầm 10nm với tỉ lệ [Au3+]/[Au0] =10:1. Kích thước hạt vàng có thểđiều chỉnh cho đến ~100 nm nếu sử dụng hạt mầm có kích thước lớn như 20-50 nm.
Dung dịch vàng nano được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 dùng CTTN làm chất ổn định, không độc, không gây kích ứng da và có độ ổn định tốt rất triển vọng để phát triển ứng dụng trong lĩnh vực y-sinh, mỹ phẩm và các lĩnh vực khác.
4.2. Kiến Nghị
Tiếp tục theo dõi độổn định của các dung dịch vàng nano theo thời gian lưu giữ ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp (5-10oC) bằng phổ UV-Vis và chụp ảnh TEM.
Nghiên cứu phát triển ứng dụng dung dịch vàng nano/CTTN trong lĩnh vực y sinh học và mỹ phẩm.
118
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Quang Đông, Nguyễn Bích Thảo, Trần Mạnh Hùng (2012), “Nghiên cứu chế tạo hạt vàng nano bằng phương pháp ăn mòn laser và triển vọng ứng dụng trong y sinh”, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Đại học Thái Nguyên, Số
6 (64), tr. 331-335.
2. Nguyễn Quốc Hiến (2006), Hóa học bức xạ và các quá trình công nghệ bức xạ chế tạo vật liệu polyme, Giáo trình giảng dạy đại học, Khoa Hóa, Đại học Đà Lạt.
3. Nguyễn Quốc Hiến (2009), “Nghiên cứu xử lý hóa học kết hợp với bức xạ chế
tạo chất kích kháng bệnh sinh học dùng trong nông nghiệp cho cây lúa và cây mía”, Báo cáo đề tài cấp Bộ, Mã sốĐTCB/06/07-01.
4. Nguyễn Quốc Hiến, Đặng Văn Phú, Nguyễn Thị Kim Lan, Nguyễn Tuệ Anh, Nguyễn Xuân Dung, Bùi Duy Du, Nguyễn Thị Phương Phong, Bùi Duy Cam (2009), “Chế tạo vàng nano bằng phương pháp chiếu xạ”, Tạp Chí Hóa Học, Số 2 (47), tr. 174-179.
5. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang, phổ hấp thụ UV-Vis, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội.
6. Trương Kim Hiếu (2006) Giáo trình công nghệ nano, Bộ môn Vật Lý Ứng Dụng, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Tp.HCM, tr. 125-128.
7. Hà Thúc Huy (2000), Giáo trình Hóa keo, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM. 8. Lê Thị Lành, Nguyễn Thị Thanh Hải, Trần Thái Hòa (2012), “Tổng hợp vàng
nano sử dụng chitosan tan trong nước làm chất khử và chất ổn định”, Tạp chí Khoa học Đại Học Huế, Số 5 (74), tr 65-75.
9. Cù Thành Long (2007), Giáo trình phương pháp thống kê trong thực nghiệm hóa học, Giáo trình giảng dạy đại học, Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia TP. HCM.
10. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano: công nghệ nền và vật liệu nguồn, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.
119
11. Phạm Ngọc Nguyên (2004), Giáo trình kỹ thuật phân tích vật lý, NXB Khoa Học Kỹ Thuật , Hà Nội.
12. Huỳnh Thị Cẩm Quyên và Nguyễn Thị Phương Phong (2012), “Chế tạo vật liệu vàng nano-chitosan định hướng ứng dụng trong dược phẩm”, Báo cáo nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Lạc Hồng.
13. Nguyễn Duy Thiện, Chu Đình Kiểm, Nguyễn Ngọc Long (2009), “Nghiên cứu chế tạo thanh nano vàng từ vàng kim loại bằng phương pháp điện hóa siêu âm”, Tuyển tập Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ 6, Đà Nẵng 8-10/11/2009, tr 539-542.
14. Nguyễn Công Tráng, Trần Minh Nguyệt, Nguyễn Quang Huấn, Lại Xuân Nghiễm, Nguyễn Doãn Thái, Đỗ Thế Chân, Trần Quế Chi, Nguyễn Quốc Trung (2007), “Nghiên cứu công nghệ chế tạo và hoạt tính xúc tác của nano vàng trên chất mang Fe2O3”, Tạp Chí Hóa học, Số 6 (45), tr 671-675.
15. Hà Xuân Vinh (2007), Công nghệ nano-đầu tư và đầu tư mạo hiểm, NXB Trẻ.
Tiếng Anh
16. Akhavan A., Kalhor H.R., Kassaee M.Z., Sheikh N., Hassanlou M. (2010), “Radiation synthesis and characterization of protein stabilized gold nanoparticles”, Chemical Engineering Journal, 159, pp. 230-235.
17. Alkilany A.M., Murphy C.J. (2010), “Toxicity and cellular uptake of gold nanoparticles: what we have learned so far?”, Journal of Nanoparticle Research, 12, pp. 2313-2333.
18. Amendola V., Polizzi S., Meneghetti M. (2006), “Laser ablation synthesis of gold nanoparticles in organic solvents”, The Journal of Physical Chemistry B, 110, pp. 7232-7237.
19. Andreescu D., Sau T.K., Goia D.V. (2006), “Stabilizer-free nanosized gold sols”, Journal of Colloid and Interface Science, 298, pp. 742-751.
20. Anh N.T., Phu D.V., Duy N.N., Du B.D., Hien N.Q. (2010), “Synthesis of alginate stabilized gold nanoparticles by -irradiation with controllable size