9. Kết cấu của luận án
1.2.2. Tổng quan về tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng
dụng dịch chiết thực vật
1.2.2.1. Tình hình trên thế giới
Tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết thực vật thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới vì có tính ưu việt hơn phương pháp hóa học thông thường như quy trình, thao tác thực hiện khá đơn giản, chi phí thấp và giảm được đáng kể các chất thải độc hại ra môi trường [63, 66- 68]. Các bộ phận khác nhau của thực vật như lá, vỏ, quả, hoa... đã được dùng để tổng hợp AgNPs và thu được AgNPs có hình dạng, kích thước khác nhau, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Bảng 1.3 tổng hợp một số loại thực vật đã được sử dụng để tổng hợp AgNPs và đặc tính của hạt nano bạc thu được [59, 69].
Bảng 1.3: Một số loại thực vật được dùng để tổng hợp AgNPs
TT Thực vật Chất khử sinh học Hình dạng Kích thước AgNPs (nm) Ứng dụng 1 Hoa nghệ tây (Saffron) Anthocyanin Hình cầu 15 Ứng dụng trong y sinh 2 Củ nghệ (Turmeric) Terpenoid và protein Hình cầu 18 Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp và y sinh 3 Cây vối rừng (S. cumini) Flavonoid Hình cầu 20-60 Chất kháng khuẩn trong dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm...
4 Quả dưa chuột (Cucumis sativus) Phenol Lập phương , lục giác 15 Để chữa lành vết thương và các ứng dụng y tế, điện tử 5 Vỏ cây óc chó (Juglans regia) Protein Hình cầu 10-30 Chất kháng khuẩn 6 Lá bạch đàn (Acalypha indica) Quercetin Hình cầu 20-30 Xử lý nước thải, khử trùng nước uống 7 Lá quả na (Annona squamosa) Phenolic Hình cầu 52 Ứng dụng trong lĩnh vực y học 8 Lá bồ công anh (Taraxacum officinale) Flavonoid, terpenoid, triterpene Hình cầu 15 Điều trị bệnh 9 Lá hoa hồng (Rosa indica) Polyphenol Hình cầu 1-100 Ứng dụng trong lĩnh vực y học 10 Lá ổi (Psidium guajava) Flavonoid Hình cầu 40 Chất kháng khuẩn trong lĩnh vực nông nghiệp 11 Lá uất lý (Prunus japonica) Polysaccharide, flavonoid, Hình cầu, lục giác 26 Y học và dược phẩm
18 TT Thực vật Chất khử sinh học Hình dạng Kích thước AgNPs (nm) Ứng dụng triterpenoid, polyphenol 12 Lá ô liu (Olive) Oleuropein, apigenin-7- glucoside, luteolin-7- glucoside Hình bán cầu 20-25 Trị liệu y học 13 Măng cụt (Garcinia mangostana) flavonoid, polyphenol Hình cầu 65 Chất kháng khuẩn 14 Cây bắt ruồi (Dionaea muscipula) Glucoside, flavonoid, axit phenolic Hình bán cầu 5-10 Chất chống oxi hoá
Các loài thực vật có chứa các hợp khác nhau như carbohydrate, chất béo, protein, phenol flavanoid, terpenoit, ancaloit, anthocyanin... có khả năng khử ion bạc thành nano bạc[58]. Thành phần hoạt chất có tính khử trong thực vật tùy thuộc vào loài và phương pháp chiết xuất được sử dụng. Quy trình tổng hợp nano bạc từ dịch chiết thực vật gồm các bước đơn giản như tách chiết dung dịch, phản ứng với muối bạc, tinh lọc và thu được AgNPs [46]. Để chiết dung dịch từ thực vật các nghiên cứu đã sử dụng nước hoặc cồn, trong đó dung môi nước được dùng nhiều hơn vì mang tính sinh thái và AgNPs tổng hợp được có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực hơn như y tế, sinh học, thực phẩm, dệt may...
Năm 2020, nhóm tác giả M. Maghimaa [70] đã nghiên cứu tổng hợp xanh nano bạc từ lá nghệ (Curcuma longa L.) và xử lý cho vải cotton để kháng khuẩn để chữa lành vết thương. Nghiên cứu này đã thực hiện, chiết dung dịch lá nghệ trong nước ở nhiệt độ sôi, dung dịch thu được cho phản ứng với bạc nitrat ở 37℃, 30 phút. Tiếp theo, hỗn hợp được ly tâm, siêu âm để thu được AgNPs. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hạt nano bạc thu được dạng hình cầu, có kích thước từ 15 - 40 nm. Sử dụng nano bạc tổng hợp được để xử lý cho vải bông với sự hỗ trợ của sóng siêu âm trong vòng 30 phút và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vải với một số chủng vi khuẩn gây bệnh, kết quả cho thấy vải có khả năng kháng khuẩn tốt với các chủng vi khuẩn thử nghiệm [70].
Hình 1.14: Ảnh TEM của AgNPs được tổng hợp bằng dịch chiết lá hồng xiêm. (a) không chiếu đèn, (b) có chiếu đèn.
19
Năm 2018, nhóm tác giả Courrol L.C. [71] đã nghiên cứu chế tạo và đặc tính của AgNPs sử dụng dịch chiết của lá hồng xiêm (Mimusops coriacea) và có sự hỗ trợ chiếu sáng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình tổng hợp nano bạc bằng dịch chiết thực vật là quá trình đơn giản, hiệu quả, thân thiện với môi trường và chế tạo được hạt nano bạc có đường kính trong khoảng 10 - 30 nm (Hình 1.14) [71].
Năm 2020, nhóm tác giả Siwar Jebril [72] đã nghiên cứu tổng hợp nano bạc sử dụng chiết xuất lá xoan và thử nghiệm hoạt tính kháng nấm của nano bạc tổng hợp được. Nghiên cứu này tiến hành tổng hợp nano bạc ở nhiệt độ phòng, thời gian 10 phút. Đặc tính của hạt nano bạc tạo thành được đánh giá thông qua phổ UV-Vis, DLS, SEM, EDS, XRD, FTIR. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt nano bạc tạo thành có kích thước trung bình khoảng 23 nm [72], cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện. Nano bạc tổng hợp được ứng dụng làm chất kháng nấm Verticillium dahlia trong cà tím [72]. Một nghiên cứu khác của tác giả Reem H. A. và cộng sự [73] đã tiến hành tổng hợp nano bạc sử dụng một số loại cây thuốc ở Sudan. Nhóm tác giả đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành hạt nano bạc như nồng độ ion bạc, nồng độ chiết xuất thực vật, nhiệt độ, thời gian phản ứng và pH. Nghiên cứu cũng chỉ ra với các loại thực vật khác nhau thì hạt nano bạc tổng hợp được có hình dạng, kích thước và độ ổn định khác nhau. Các đặc tính này quyết định đặc tính sinh học của hạt nano bạc tổng hợp được [73]. Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu khác trên thế giới đã công bố về sử dụng dịch chiết thực vật để tổng hợp nano bạc ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, y học, sinh học, dệt may… [30, 71].
1.2.2.2. Tình hình ở trong nước
Ở Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu tổng hợp bạc bằng phương pháp xanh sử dụng dịch chiết thực vật. Hầu hết các thực vật được chọn để tổng hợp AgNPs có chứa các hợp chất saponin, tannin, flavonoid, anthocyanin, polyphenolic... Năm 2013, tác giả Huỳnh Thị Mỹ Linh [74] đã nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat (AgNO3) bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng. Tác giả đã dựa trên kết quả phân tích định tính: trong lá bàng có chứa các nhóm chất saponin, tannin, flavonoid (chẳng hạn như các chất kamferol, quercetin, punicalin, tercatin ….) là những chất khử chứa các nhóm chức –OH, C=O. Trên cơ sở đó, tác giả đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano bạc và đánh giá được đặc tính của hạt nano bạc bằng ảnh TEM, EDX, FTIR, XRD. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt nano bạc tổng hợp có dạng hình cầu kích thước từ 9,25 nm đến 26 nm [74].
Năm 2020, tác giả Đặng Tấn Hiệp và cộng sự đã tổng hợp AgNPs bằng dịch chiết vỏ quả chanh dây tím [75]. Nghiên cứu cho thấy thành phần chính của dịch chiết vỏ quả chanh dây tím là anthocyanin đóng vai trò là chất khử ion bạc tạo ra AgNPs có kích thước hạt 61,7 nm, ứng dụng để xác định Pb2+ và Zn2+ trong nước [75].
Năm 2017, tác giả Nguyễn Ngọc Thắng và cộng sự [76] đã nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc làm tác nhân kháng khuẩn cho vải lót giầy bằng phương pháp khử ion bạc trong dung dịch chiết từ lá dâu tằm Việt Nam. Nano bạc tổng hợp được có dạng hình cầu, kích thước 20 - 35 nm và sự phân bố kích thước tương đối đồng đều (Hình 1.15a). AgNPs được tẩm phủ lên trên vải cotton dệt thoi bằng phương pháp ngấm ép - sấy - gia nhiệt, vải sau xử lý có màu sậm hơn so với mẫu vải ban đầu (Hình 1.15b) [76].
Ngoài ra, trong nước còn có một số công trình khác về tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết lá đào [77], củ gừng [78], lá diếp cá
20 [79], lá dừa cạn và hoa bồng bông [80].
Hình 1.15: Ảnh TEM của AgNPs (a) và ảnh chụp mẫu vải cotton trước và sau khi tẩm phủ AgNPs (b) [76].
Qua tổng quan về các loại thực vật sử dụng để tổng hợp nano bạc thấy rằng ở nước ta có rất nhiều loại thực vật chứa các hợp chất có khả năng khử ion bạc để tạo thành nano bạc. Tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hoá học xanh có một số ưu điểm như quy trình đơn giản, an toàn, thân thiện với môi trường và có thể sản xuất với quy mô lớn. Hạt nano bạc được tổng hợp ứng dụng trong lĩnh vực y tế, y sinh và cũng được sử dụng để xử lý cho vải, đồ da để bảo vệ các mặt hàng này khỏi sự tấn công của vi sinh vật gây hại và bảo vệ con người tránh khỏi các mầm bệnh. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra loại thực vật mới để tổng hợp nano bạc là rất cần thiết, góp phần vào việc tạo ra các sản phẩm thân thiện môi trường, phát triển bền vững. 1.2.2.3. Tổng quan về quả Bồ hòn và lá Huyết dụ
a. Quả Bồ hòn
Bồ hòn có tên khoa học là Sapindus mukorossi, thuộc họ Sapindaceae. Cây Bồ hòn trồng nhiều ở châu Á, tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Ở Việt Nam, chúng được trồng nhiều ở Cao Bằng, Lạng Sơn, Tây Nguyên… Quả Bồ hòn là loại quả có hạt, khi chín thịt quả mềm, có hoạt tính như xà phòng nên còn được gọi là quả xà phòng (Soapnut, soapberry, washnut) [81-83]. Quả Bồ hòn được nhiều nước Châu Á, trong đó có Việt Nam sử dụng làm xà phòng giặt quần áo [81, 84]. Quả Bồ hòn là loại quả chứa hạt, cùi quả chiếm khoảng 56% khối lượng của quả và phần còn lại là hạt. Thành phần chính của cùi quả Bồ hòn là saponin, đường, chất keo trong đó saponin chiếm khoảng 10,1% khối lượng của cùi. Hợp chất saponin trong quả Bồ hòn có công thức hóa học là C52H84O11.2H2O đã được chiết ra dưới dạng kết tinh (Hình 1.16) [81, 84].
Có nhiều phương pháp chiết xuất saponin từ quả Bồ hòn như ninh chiết, Soxhlet và hồi lưu, chiết được hỗ trợ của sóng siêu âm, vi sóng và chiết xuất sử dụng dung môi [85]. Trong số đó, phương pháp đơn giản nhất là trích ly bằng phương pháp đun sôi quả với nước, cô đặc dịch chiết và kết tủa saponin bằng metanol [83, 84, 86, 87]. Saponin chiết từ quả Bồ hòn là các glycoside với các đặc tính tạo bọt, được phân loại thành glycones không phân cực gọi là sapogenin và các monosacharides [86, 87]. Công thức phân tử của các saponin có trong họ saponin thu được từ quả Bồ hòn được trình bày trong Bảng 1.4. Phần trăm của các nguyên tố có trong saponin là 51% O, 44% C, 6% H [81]. Theo các nghiên cứu đã công bố, dịch chiết của quả Bồ hòn chứa
21
các hợp chất như saponin, flavonoid, carbohydrate…, những hợp chất này có tính khử [88-90]. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn để tổng hợp AgNPs.
Hình 1.16: Công thức cấu tạo saponin.
Năm 2017, nhóm tác giả Gargi Dinda [88] đã nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn và xúc tác của keo nano bạc được tổng hợp bằng cách sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn. Kết quả nghiên cứu chỉ ra hạt nano bạc tổng hợp được có dạng hình cầu, kích thước 3,52 - 0,58 nm thông qua phổ UV-Vis và TEM (Hình 1.17) [88]. Dung dịch keo nano bạc tổng hợp rất ổn định và các hạt vẫn phân tán tốt sau thời gian một năm lưu trữ, có tính kháng khuẩn tốt đối với các chủng B. subtilis, S. aureus, E. coli và P. aeruginosa [88].
Bảng 1.4: Các saponin có trong quả Bồ hòn
Hình 1.17: Đặc tính hạt nano bạc tổng hợp xanh [88] .
(a) Phổ UV-Vis của AgNPs, (b) ảnh TEM của AgNPs, và (c) biểu đồ phân bố kích thước của AgNPs [88].
Ngoài ra, còn có một số nghiên cứu khác sử dụng quả Bồ hòn để tổng hợp AgNPs kết quả cho thấy AgNPs tổng hợp được có dạng hình cầu kích thước từ 5 - 20
CTCT Khối lượng
phân tử Nguyên tử Ion
C41H66O12 750 [C41H66O12 + Na]+ C46H74O15 866 [C46H74O15 + Na]+ C48H76O17 924 [C48H76O17 + Na]+ C50H78O18 966 [C50H78O18 + Na]+ C53H86O22 1074 [C53H86O22 + Na]+ C58H94O26 1206 [C58H94O26 + Na]+ C59H92O25 1200 [C59H92O25 + Na]+
22
nm [90, 91]. Tuy nhiên, các công trình này vẫn còn một số hạn chế như chưa đưa ra được phương pháp định lượng lượng chất khử để đạt được kết quả tái lặp, chưa xác định hàm lượng AgNPs tinh khiết sau quá trình tổng hợp và chưa xác định hiệu suất phản ứng.
b. Lá Huyết dụ
Cây Huyết dụ có tên khoa học là Cordyline fruticosa L. Ở Việt Nam cây Huyết dụ được gọi bằng nhiều tên khác nhau như: Cây phật dụ, phát tài đỏ, cây thiết thụ, chổng đeng (Tày), quyền diên ái (Dao)… Cây Huyết dụ có hơn 480 loài, thuộc họ loa kèn, thích hợp khí hậu nóng ẩm và nơi có đầy đủ ánh nắng. Lá Huyết dụ được dùng để làm thuốc cầm máu chữa rong huyết, băng huyết, xích bạch đới, thổ huyết, lỵ ra máu, tiểu ra máu, ho ra máu, sốt xuất huyết... [92]. Một số nghiên cứu đã công bố trong dịch chiết lá Huyết dụ có một số thành phần như anthocyanin, steroid, saponin, flavonoid, glicoside, diệp lục, alkaloid và polyphenol, trong đó thành phần chính là anthocyanin [93, 94]. Hợp chất anthocyanin thuộc nhóm flavonoid, không những có khả năng thay đổi màu sắc theo pH mà còn có các tính chất tốt khác như khả năng hòa tan trong nước, độ bền ánh sáng khá tốt và khá bền nhiệt [95]. Công thức cấu tạo chung của anthocyanin được thể hiện trong Hình 1.18 [96].
Hình 1.18: Công thức cấu tạo chung của anthocyanin [96].
Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi, phụ thuộc nhiều vào pH. Tại pH = 1,0 các anthocyanin tồn tại ở dạng oxonium hoặc flavium có độ hấp thụ cực đại, tại pH = 4,5 thì chúng chủ yếu ở dạng hemiketal không màu. Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510 - 540 nm [96]. Ngoài việc cho màu sắc đẹp, anthocyanin còn có những hoạt tính sinh học rất tốt với sức khỏe con người. Chính vì vậy, anthocyanin được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người như: mỹ phẩm, thực phẩm, y học, sản phẩm dệt may [97]. Có nhiều phương pháp tách chiết anthocyanin như chiết xuất rắn - lỏng (Solid-Liquid Extraction), chiết xuất siêu tới hạn (Supercritical Fluid Extraction), chiết xuất sử dụng sóng siêu âm, si sóng... tùy theo mục đích cần thu hồi thành phần nào trong dịch chiết để lựa chọn phương pháp phù hợp [93, 94, 98].
Gần đây có nhiều nghiên cứu sử dụng dịch chiết các loài thực vật giàu anthocyanin để tổng hợp AgNPs như nhụy hoa nghệ tây [69, 99], cải bắp tím [32], vỏ chanh dây tím [75], nếp cẩm [100], quả táo gai [101], hoa đậu biếc [102], quả việt quất [103]. Hầu hết các nghiên cứu này đều dùng dung môi nước để chiết tách các hợp chất có trong thực vật như anthocyanin, saponin, flavonoid, flavonol, glucoside... Những hợp chất này đóng vai trò là chất khử và chất ổn định trong quá trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hoá học xanh. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có công trình nào sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ để tổng hợp AgNPs.
Qua nghiên cứu tổng quan các công trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh trên thế giới và trong nước cho thấy có nhiều loại thực vật được dùng
O R1' R2' R3' R1 R2 R4 R3 3 5 7 Where: R1, R2, R3, R4, R1’, R2’, R3’= H, OH, OCH3or O-glucoside Trong đó: R1, R2, R3, R4, R1’, R2’, R3’= H, OH, OCH3 hoặc O-glucoside
23
để tổng hợp AgNPs. Các nghiên cứu cũng chỉ ra dịch chiết thực vật có chứa các hợp chất polyphenol, axit ascobic, flavonoid, sterol, triterpen, ancaloit, polysacarit, saponin, -phenylethylamine, glucose và fructose, và protein/enzyme có thể khử ion bạc về dạng nano bạc. AgNPs tổng hợp xanh an toàn, sinh thái nên có phạm vi rộng rãi như lĩnh vực y học, thực phẩm, nông nghiệp, dệt may. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các loại thực vật mới để tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh là cần thiết để tạo ra vật liệu nano an toàn, sinh thái và ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực.