CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.4. CHẾ TẠO CẤU TRÚC Au/TiO2
2.4.1. Chế tạo màng mỏng TiO2 [52]
Một loạt các màng siêu mỏng được chế tạo bằng phương pháp phủ nhúng, với các hợp chất nano copolyester-TiO2 làm chất tan và axit chloroform-trifluoroacetic làm dung mơi. Độ dày, hình thái bề mặt và tính chất nhiệt của màng đã được nghiên cứu. Kết quả chỉ ra rằng độ dày của màng siêu mỏng được cải thiện khi nồng độ dung dịch tăng lên. Nhiệt độ chuyển tiếp của thủy tinh giảm từ 64,2 °C xuống 51,2 °C với sự giảm độ dày của màng từ 3.275 μm xuống 22 nm.
Dung môi được pha chế với tỉ lệ thể tích axit cloroform: trifluoroacetic là 6:1 và được bảo quản trong kho dự trữ. Mẫu copolyester polyetylen terephthalat kết hợp 0,4 trọng lượng % TiO2 (CPT-0,4) được rửa bằng axeton, làm khô trong chân không ở 130 0C và nghiền nhỏ, sau đó cho qua
sàng tiêu chuẩn 200 mắt lưới. Các mẫu bột đã sàng được cân để chuẩn bị dung dịch có nồng độ khối lượng 0,1%, 0,2%, 0,4%, 0,6% và 1,0%. Màng siêu mỏng được chuẩn bị bằng cách nhúng các tấm kính vào dung dịch trên ở 45° trong 3 s, lấy chúng ra và để yên trong 3 s, sau đó lặp lại ba lần. Cuối cùng, các màng siêu mỏng thu được được làm khơ tự nhiên trong 30 phút và sau đó được làm khơ chân khơng ở 25 0C trong 12 giờ.
Hình 2.7. Chuẩn bị các màng siêu mỏng thông qua phương pháp phủ nhúng 2.4.2. Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2.
Bước 1: Pha dung dịch gồm: 35 ml nước cất, 1 ml PS, 14 ml cồn
nguyên chất rồi khuấy đều.
Bước 2: Đặt 04 tấm kính thẳng đứng (2 cm x 2,5 cm) đã được rửa sạch
(bằng cách rung siêu âm với nước cất và ethanol rồi sấy ở 90 oC) vào cốc đựng 50 ml dung dịch trên.
Bước 3: Cho cốc đã ngâm kính vào lị sấy duy trì ở 60oC khoảng 03 ngày đến nào dung dịch bay hơi hoàn toàn và dung dịch bám đều lên 04 tấm kính.
Bước 4: Sau đó nhỏ dung dịch TiCl4 nồng độ 0,4 M lên mỗi tấm kính
Bước 5: Cho mẫu vào lị sấy 90oC trong 2 giờ.
Bước 6: Nung mẫu ở 450oC trong vịng 2 giờ trong khơng khí. Kết quả
của quá trình ủ nhiệt ta thu mẫu TiO2 có cấu trúc quả cầu tổ ong nano.
Hình 2.8. Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2
2.4.3. Biến tính bề mặt TiO2 có cấu trúc tở ong bởi các hạt nano vàng. Bước 1: 0,1g PVP + 10ml ethanol: Khuấy từ đến khi tan hết (dd A). Bước 2: 1ml HAuCl4 + dd A: Khuấy từ 15 phút (dd B).
Bước 3: Cho các đế TiO2 được chế tạo ở mục 2.2 vào dd B (ngập trong
dd B). Tiến hành chiếu tia UV, Khảo sát trong thời gian 20 phút.
Bước 4: Sau khi chiếu UV xong, lấy mẫu ra khỏi dung dịch rửa lại
nhiều lần với ethanol, rồi sấy khô mẫu ở nhiệt độ 600C.
Hình 2.9. Quy trình gắn các hạt vàng lên bề mặt vật liệu cầu rỗng TiO2 2.5. PHÂN TÁN CÁC HẠT NANO VÀNG VÀ Au/TiO2 LÊN BẢN MỎNG TLC CÓ CHỨA CURCUMIN
2.5.1. Phương pháp kết hợp phổ SERS và TLC để phát hiện nhanh dược liệu curcumin
2.5.1.1. Dược liệu Curcumin[53]
Curcumin là thành phần chính của curcuminoit (C21H20O6) – một chất trong củ nghệ thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) được sử dụng như một gia vị phổ biến ở Ấn Độ. Có hai loại curcuminoid khác là desmethoxycurcumin và bis-desmethoxycurcumin. Các curcuminoid là các polyphenol và là chất tạo màu vàng cho củ nghệ.
Hình 2.10. Ba thành phần chủ yếu trong curcuminoid
Nghệ được lấy từ thân rễ của cây Curcuma longa Linn. Ba thành phần hóa học chính và hoạt tính sinh học của nghệ là khoảng 77% curcumin (CUR), 17% demethoxycurcumin (DMC) và 3% bisdemethoxycurcumin (BDMC), thuộc về curcuminoids.
Hình 2.11. Cấu trúc hóa học của Curcumin (CUR), demethoxycurcumin (DMC), và bisdemethoxycurcumin (BDMC)
Curcumin từ nghệ có dạng bột màu vàng cam huỳnh quang, không mùi, bền với nhiệt độ, không bền với ánh sáng, nhiệt độ nóng chảy 1800 0C ÷ 1850
0C. Khi ở dạng dung dịch curcumin dễ bị phân hủy bởi ánh sáng và nhiệt độ, tan trong chất béo, etanol, metanol, diclometan, aceton, acid acetic và hầu như không tan trong nước ở mơi trường axít hay trung tính (độ tan < 10 mg ở 25
0C). Tan trong môi trường kiềm tạo dung dịch màu đỏ đậm rồi ngã tím, tan trong mơi trường axít có màu đỏ tươi. Theo quan điểm của các nhà khoa học, cho thấy curcumin phát triển chức năng tinh thần, có tác dụng tốt cho não, các notron, giảm stress, trầm cảm, trạng thái lo âu. Curcumin làm vơ hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thư mới, giúp cơ thể phịng ngừa và chống ung thư. Curcumin có khả năng ức chế sự tạo khối u, tác động đến hầu hết các giai đoạn của quá trình hình thành và phát triển khối u đột biến phát triển di chuyển.
Hình 2.12. Quá trình hình thành – di căn khối u và bước tác động của Curcumin
Theo nhiều nghiên cứu cho thấy curcumin là một chất có triển vọng lớn trong điều trị viêm gan B, C và nhiễm HIV, chống oxi hóa, chống viêm khớp, chống thối hóa, chống thiếu máu cục bộ và kháng viêm. Hiện nay, curcumin ở nhiều nước trên thế giới được coi như vừa là thuốc vừa là thực phẩm chức năng được điều chế dưới nhiều dạng khác nhau. Ngoài ra, rất nhiều loại thực phẩm được nhuộm màu bằng curcumin như thực phẩm ăn kiêng, sản phẩm từ rau quả, thịt,cá, gia vị, nước sốt, đồ uống, …
2.5.1.2. Phát hiện nhanh và khảo sát dược liệu Curcumin bằng phương pháp kết hợp TLC - phổ SERS
Hình 2.13. Sơ đồ tiến hành TLC - SERS Bước 1: Các bước thực hiện sắc kí bản mỏng
- Cho dung môi Dichlormethane:ethyl acetate pha với tỉ lệ 1:0; 1:1; 3:1; 4:1; 5:1; và 6:1 vào bình triển khai sắc kí, đặt vào đó một mẫu giấy lọc rồi đậy kín bình, để n ít phút đến khi dung mơi trong bình ổn định.
- Mẫu chất được pha lỗng trong dung mơi methanol CH3OH, dùng mao quản loại caphina có đường kính , nhỏ 1 giọt chất lên bản mỏng sao cho vết chấm nhỏ và tròn ở tuyến xuất phát.
- Dùng máy sấy, sấy nhẹ để đuổi hết dung môi khỏi vệt chấm rồi đặt bản mỏng thẳng đứng hoặc lệch 750 so với phương nằm ngang vào bình triển khai sắc kí, chú ý sao cho dung mơi trong bình triển khai nằm dưới vạch xuất phát và đi lên đều. Tiến hành triển khai sắc kí đến khi dung mơi chạm đến vạch mép trên thì lấy bản mỏng ra.
- Phát hiện vệt chất bằng đèn tử ngoại ở hai bước sóng 254 nm và 365 nm (hoặc ta có thể dùng thuốc để phá hiện vệt chất là dung dịch ceri sunfat trong acid H2SO4, sấy khơ rồi hơ nóng từ từ trên bếp điện đến khi hiện màu).
Bước 2: Gắn các hạt nano Au lên các phân tử dược liệu
- Nhỏ 1 giọt dung dịch nano Au đã chế tạo được lên vị trí đã xác định được vệt chất ở trên.
Bước 3: Đo phổ Raman của vệt chất Curcumin.
2.5.2. Đo phổ Raman curcumin trên đế SERS và trên bản mỏng TLC[54]
Hình 2.14. Sơ đồ mô tả hệ thống máy quang phổ Raman
ngoại (UV), khả kiến (Vis) hoặc hồng ngoại gần (NIR). Ánh sáng tán xạ được thu vào một thấu kính và được đi qua bộ lọc nhiễu hoặc quang phố kế để thu phổ Raman của mẫu. Chùm tia laze thường được dùng làm nguồn sáng bởi cường độ lớn và khả năng tập trung vào một điểm nhỏ trên mẫu. Ánh sáng laze phân cực và được xác định bởi tỉ lệ phân cực. Thường laze khí hay dùng là argon cho 2 vạch phát xạ mạnh tại bước sóng 514 nm và 488 nm. Vì tán xạ Raman tự phát rất yếu nên khó khăn chính của quang phổ Raman là tách tán xạ này khỏi tán xạ Rayleigh có cường độ cao. Nói chính xác hơn, vấn đề chính khơng ở bản thân tán xạ Rayleigh mà do cường độ ánh sáng lạc từ tán xạ Rayleigh có thể lớn hơn nhiều so với cường độ của tín hiệu Raman khả dụng ở khoảng rất gần với bước sóng laser. Trong nhiều trường hợp, vấn đề này được giải quyết một cách đơn giản bằng cách cắt đi dải phổ gần với vạch laser là vùng ánh sáng lạc có ảnh hưởng lớn nhất. Người ta sử dụng bộ lọc nhiễu (đã có trên thị trường) để cắt dải phố ± 80-120 cm-1 từ vạch laser. Phương pháp này hiệu quả trong việc loại bỏ ánh sáng lạc nhưng không cho phép đo được các chế độ Raman tần số thấp trong khoảng dưới 100 cm-1.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ TỔNG HỢP CAC HẠT NANO BẠC, HẠT NANOVÀNG VÀ Au/TiO2 VÀNG VÀ Au/TiO2
3.1.1. Tởng hợp nano bạc
Có khá nhiều phương pháp chế tạo Ag nano điển hình như: Phương pháp ăn mịn laser; phương pháp khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại; phương pháp khử hóa lí đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí; phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Thơng thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên cịn gọi là phương pháp hóa ướt....
Phương pháp vi sóng là một kĩ thuật cấp nhiệt bằng việc tạo dao động phân tử ở tốc độ rất cao, khả năng cấp nhiệt nhanh và đồng nhất, giống như quá trình thủy nhiệt ở nhiệt độ cao. Dung dịch ban đầu là dung dịch AgNO3, tác nhân khử là các dung môi hữu cơ, chất ổn định là PVP hoặc PVA. Dưới tác dụng của vi sóng thì các hạt nano, dây nano, tấm nano... được hình thành. Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phịng thí nghiệm vì quy trình sản xuất ra nano Ag khá đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ khống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn đồng thời có thể tổng hợp với lượng lớn. Vì vậy phương pháp khử hóa học kết hợp với vi sóng là phương pháp khá tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu này.
Hạt nano bạc hấp thụ mạnh ánh sáng khả kiến khi tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số dao động plasma của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt bạc, hiện tượng này được gọi là hiện tượng cộng hưởng plasma bề mặt (surface plasmon resonance). Chính hiện tượng này làm cho hạt nano bạc
trong thủy tinh có màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua. Bạc nano thường có màu vàng tươi hoặc màu xám... tùy thuộc vào kích thước và hình dáng của nó, trong khi đó bạc khối lại có màu trắng. Như vậy, tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất.
Hình 3.1. Dung dịch hạt nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp vi sóng.
Cơ chế của q trình khử ion Ag+ trong ethylene glycol (EG) được biểu diễn bởi các phương trình:
CH2OH – CH2OH CH3CHO + H2O
2CH3CHO + 2Ag + 2Ag 0 + 2H + + CH3COCOCH3
Hình 3.1 cho thấy nano bạc được chế tạo bằng phương pháp khử hóa học kết hợp với vi sóng có màu vàng đặc trưng của hạt nano bạc, cảm quan tốt, dung dịch đều màu, đồng nhất. Trên hình, ta thấy có sự thay đổi nhẹ về sắc vàng của nano bạc qua 4 mẫu là tùy thuộc vào nồng độ pha chế và tốc độ và thời gian của lị vi sóng mà ta cài đặt. Mẫu 4 (hình 3.1) cho thấy các hạt nano bạc hình thành tốt, cảm quan tốt hơn các mẫu còn lại, màu vàng đều và đồng nhất khẳng định phản ứng tạo hạt nano bạc xảy ra hoàn toàn thuận lợi trong các điều kiện khảo sát.
Trong quá trình chế tạo, ta cần lưu ý dung dịch các hạt nano bạc có thể giữ màu tốt trong khoảng 2 tuần nếu được bảo quản kĩ lưỡng không bị chiếu sáng trong nhiệt độ thích hợp. Nếu để q thời gian và khơng được bảo quản kĩ thì màu sắc và độ đồng nhất của dung dịch sẽ bị thay đổi do các hạt nano bạc bị oxi hóa nên ta cần sử dụng ngay sau khi chế tạo để tránh bị oxi hóa làm thay đổi tính chất của nó.
3.1.2. Tởng hợp nano vàng
Hình 3.2. cho ta thấy dung dịch hạt nano vàng có màu rượu nho, rất đồng đều được tổng hợp bằng phương pháp khử ion từ muối vàng HAuCl4.
Dung dịch nano vàng đã chế tạo có tính ổn định cao vì trong khoảng một tháng sau khi điều chế, các hạt nano vàng trong dung dịch khơng bị vón cục, kết tụ lại.
Phương trình phản ứng hình thành các hạt nano vàng được biểu diễn như sau:
Trong đó C4H6O4(aq) là succinic acid
Hình 3.2. Dung dịch hạt nano vàng được tổng hợp bằng phương pháp khử ion từ muối vàng
So với các hạt nano bạc thì màu sắc và độ đồng nhất của dung dịch các hạt nano vàng giữ được bền hơn do vàng có độ bền hóa học cao hơn bạc rất nhiều.
3.2. KẾT QUẢ HÌNH THÁI BỀ MẶT (Optical Spectroscopy)
Hình 3.3. Ảnh SEM thể hiện hình thái bề mặt vật liệu TiO2 cấu trúc xốp tổ ong (trái) và Au-TiO2 tương ứng (phải)
Hình 3.3 trình bày ảnh SEM của vật liệu TiO2 thu được trước (bên trái) và sau khi chiếu tia UV vào cốc thủy tinh chứa tấm kính đã phủ TiO2 và dung dịch muối vàng (bên phải). Hình 3.3 cho thấy vật liệu TiO2 có cấu trúc tổ ong xốp. Sau khi chiếu xạ UV thì cấu trúc TiO2 cầu xốp vẫn còn giữ được như cấu trúc ban đầu của TiO2, ngồi ra cịn có các hạt Au có kích thước khơng đồng đều tạo thành bám lên bề mặt TiO2.
3.3. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X phân tích pha tinh thể của vật liệu TiO2 xốp tở ong (đường màu hồng phía dưới) và TiO2 biến tính bề mặt với vật liệu Au (Au- TiO2) (đường màu xanh lá phía trên)
Có thể nhận thấy pha cấu trúc của TiO2, và Au-TiO2, các đỉnh nhiễu xạ tại vị trí góc 2θ = 25,3º; 37,9º; 48,0o; 54,1º; 55,1º, 62,7º và 69,1o thể hiện cấu trúc tinh thể của TiO2 pha anatase, tương ứng với mặt phẳng nhiễu xạ tinh thể (101), (004), (200), (105), (211), (204) và (116) của anatase TiO2 (đường màu tím ở phía dưới). Đối với vật liệu Au-TiO2, trên giản đồ nhiễu xạ tia X cho
thấy xuất hiện đầy đủ các peak của pha TiO2 anatase. Đồng thời trên giản đồ còn xuất hiện thêm các đỉnh nhiễu xạ tại 44.2° (200), 64.3° (220) của tinh thể Au (đường màu xanh lục ở phía trên). Kết quả cho thấy vật liệu TiO2 và Au chúng tôi tổng hợp được độ tinh khiết cao, có cấu trúc tổ ong cũng như đã gắn thành công các hạt nano Au lên trên bề mặt TiO2 qua việc xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ của TiO2 và Au thì khơng thấy xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ nào khác.
3.4. KẾT QUẢ PHỔ HẤP THỤ UV-vis
Hình 3.5. Phổ hấp thụ UV–vis của các hạt nano bạc
Kết quả đo phổ hấp thụ UV-vis của các hạt nano bạc qua từng mẫu được thể hiện ở hình 3.6 cho thấy độ rộng của các đỉnh hấp thụ có sự khác nhau tùy thuộc vào nồng độ.
Hình 3.6. Phổ hâp thụ UV-vis của các hạt nano Ag (màu xanh, phía dưới) và nano Au (màu đỏ, phía trên)
Các hạt nano vàng có đỉnh hấp thụ tại 523 nm cịn các hạt nano bạc thì lại có đỉnh hấp thụ tại 429 nm (hình 3.7). Sự mở rộng của các đỉnh hấp thụ cho thấy các hạt nano vàng và bạc tổng hợp được có kích thước khơng đồng đều. Do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt gây ra đối với các kim loại vàng và bạc nên xuất hiện các đỉnh phổ tại 523 nm và 429 nm.
3.5. KẾT QUẢ DO CURCUMIN
3.5.1. Kết quả phổ IR của curcumin