5. Phương pháp nghiên cứu
2.3. QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÁC HẠT NANO BẠC VÀ HẠT NANO
VÀNG
2.3.1. Quy trình chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp vi sóng
2.3.1.1. Hóa chất, dụng cụ và các thiết bị chế tạo mẫu
- 01 lò vi sóng dân dụng - 01 máy khuấy từ
- Bạc nitrate tinh thể AgNO3 (Shantou Xilong – Trung Quốc, 99,7%) được dùng làm nguồn nguyên liệu ban đầu.
- Ethylene glycol C2H4(OH)2, (Shantou Xilong – Trung Quốc, 96%), được dùng làm dung môi khử.
- Poly(vinyl pyrrolidone) 360K, viết tắt là PVP (Sigma Aldrich – Anh, 99,9%), có công thức hóa học là (C6H9NO)n, được dùng làm chất ổn định.
- Dụng cụ thủy tinh cần thiết và nước khử ion.
2.3.1.2. Tiến trình thực hiện
a. Mẫu 1:
- Bước 1: Khuấy đều 0,007 g = 7 mg PVP vào trong 100 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ trong thời gian 5 phút thu được 100 ml dung dịch PVP/EG.
- Bước 2: Hòa tan 15 ml muối AgNO3 vào10 ml dung dịch PVP/EG
bằng máy khuấy từ trong thời gian 2 phút thu được hỗn hợp dung dịch AgNO3/PVP/EG.
- Bước 3: Cho từng mẫu 15 ml dung dịch AgNO3/PVP/EG vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ trung bình chậm, cấp nhiệt công suất 400 W). Chiếu vi sóng 3 lần với thời lượng là 45 giây/ lần.
b. Mẫu 2:
- Bước 1: Khuấy đều 0,007 g = 7 mg PVP vào trong 100 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ trong thời gian 5 phút thu được 100 ml dung dịch PVP/EG.
- Bước 2: Hòa tan 15 ml muối AgNO3 vào10 ml dung dịch PVP/EG
bằng máy khuấy từ trong thời gian 2 phút thu được hỗn hợp dung dịch AgNO3/PVP/EG.
- Bước 3: Cho từng mẫu 15 ml dung dịch AgNO3/PVP/EG vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ trung bình chậm, cấp nhiệt công suất 400 W). Chiếu vi sóng 2 lần với thời lượng là 1 phút/ lần.
c. Mẫu 3:
- Bước 1: Khuấy đều 0,007 g = 7 mg PVP vào trong 100 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ trong thời gian 5 phút thu được 100 ml dung dịch
PVP/EG.
- Bước 2: Hòa tan 7,5 ml muối AgNO3 vào 2,5 ml dung dịch PVP/EG
bằng máy khuấy từ trong thời gian 2 phút thu được hỗn hợp dung dịch AgNO3/PVP/EG.
- Bước 3: Cho từng mẫu 5 ml dung dịch AgNO3/PVP/EG vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ trung bình chậm, cấp nhiệt công suất 400 W). Chiếu vi sóng 2 lần với thời lượng là 1 phút/ lần.
d. Mẫu 4:
- Bước 1: Khuấy đều 0,007 g = 7 mg PVP vào trong 100 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ trong thời gian 5 phút thu được 100 ml dung dịch PVP/EG.
- Bước 2: Hòa tan 7,5 ml muối AgNO3 vào 10 ml dung dịch PVP/EG
bằng máy khuấy từ trong thời gian 2 phút thu được hỗn hợp dung dịch AgNO3/PVP/EG.
- Bước 3: Cho từng mẫu 5 ml dung dịch AgNO3/PVP/EG vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ trung bình chậm, cấp nhiệt công suất 400 W). Chiếu vi sóng 2 lần với thời lượng là 1 phút/ lần
2.3.2. Quy trình chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp khử ion từ muối vàng
2.3.2.1. Hóa chất, dụng cụ và các thiết bị chế tạo mẫu
- Máy khuấy từ gia nhiệt - Máy rung siêu âm
- Tri sodium citrate dihydrate Na3C6H5O7
+ Dạng bột màu trắng, không mùi, vị mặn + Khối lượng phân tử: 294,1 g/mol.
+ Mất nước ở 150oC và bị phân hủy ở nhiệt độ cao hơn. - Dung dịch muối vàng HAuCl4
2.3.2.2. Tiến trình thực hiện
- Bước 1: Pha dung dịch chất khử Na3C6H5O7.2H2O nồng độ 1% (dung dịch A) như sau :
Cho 0,25g Na3C6H5O7.2H2O vào 25 ml nước cất hai lần, rung siêu âm đến khi tan hết. Ta được dung dịch chất khử Na3C6H5O7.2H2O nồng độ 1%.
- Bước 2: Pha dung dịch muối vàng HAuCl4.3H2O nồng độ 10mM (dung dịch B).
HAuCl4.3H2O có khối lượng nguyên tử là 393,97. Để có dung dịch muối vàng HAuCl4.3H2O nồng độ 10mM, ta cần pha 0,4g HAuCl4.3H2O với 10 ml nước cất hai lần. Vì dung dịch HAuCl4.3H2O nhạy sáng, nên sau khi pha cần bọc kín bằng giấy bạc, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng.
- Bước 3: Tiến hành thí nghiệm tạo hạt nano vàng.
Lấy 0,5 ml dung dịch B ở bước 2 pha với 10 ml nước cất 2 lần vào cốc thủy tinh, lấy giấy bạc bịt kín miệng cốc. Cho cốc lên máy khuấy từ và khuấy đều trong 5 phút, sau đó gia nhiệt cho đến khi dung dịch đạt nhiệt độ 900C
(dung dịch C).
Khi dung dịch trên đạt nhiệt độ 900C; lấy 0,2ml dung dịch A ở bước 1 nhỏ từng giọt vào dung dịch C. Phản ứng khử từ Au3+ thành Au xảy ra ngay khi cho dung dịch A vào. Quan sát màu sắc dung dịch B khi cho dung dịch A vào thì màu sắc của muối vàng thay đổi từ màu vàng đặc trưng sang trong suốt, khi cho chất khử vào lập tức chuyển thành màu tím than, sau đó chuyển dần sang màu đỏ sậm.
Hình 2.5. Sơ đồ tóm tắt quy trình chế tạo hạt nano vàng 2.3.3. Tiến hành nghiên cứu phổ hấp thụ của nano Ag và nano Au
Để tiến hành đo phổ hấp thụ của các mẫu nano Au và nano Ag, chúng tôi sử dụng máy đo phổ hấp thụ UV – Vis Jenway 6800 đặt tại phòng thí nghiệm của Trường đại học Quy Nhơn.
Sử dụng phổ hấp thụ để phân tích một số tính chất của mẫu, có độ nhạy cao, mẫu không bị phá hủy.
Hình 2.6. Máy đo phổ hấp thụ UV – Vis Jenway 6800 Bước 1: Khởi động máy:
- Khởi động máy tính và máy đo.
- Khởi động phần mềm Flight Deck 1.0 chọn Connect.
(Trong thời gian này không mở buồng đo của máy UV – Vis cho tới khi màn hình hiển thị Ready ở góc phải)
Bước 2: Quét đường nền của phổ hấp thụ: - Đặt 2 cuvet vào buồng đo
(Dùng giấy mịn làm sạch cuvet trước khi đưa vào buồng đo) - Chọn Tab Spectrum Scan, đợi cho màn hình xuất hiện chữ Ready. - Chọn Tab Baseline để quét đường nền. Khi máy quét xong: chọn Tab Auto Zero để hiệu chỉnh kết quả đo.
Bước 3: Khảo sát phổ hấp thụ của một số chất lỏng: - Đổ dung dịch nước cần đo vào trong cuvet .
- Quét phổ dung dịch cần đo bằng cách chọn Tab Start.
- Sau khi máy đo xong ấy dung dịch trong cuvet đổ ra ngoài, tắt máy UV- Vis và máy tính.
Bước 4: Xử lí số liệu.
- Xác định đỉnh cực đại của phổ hấp thụ và độ hấp thụ A tại đỉnh cực đại này.
Xử lí số liệu:
Chúng tôi sử dụng phần mềm OriginPro 9.0 để xử lí số liệu. Các số liệu đo phổ hấp thụ được thu thập dưới dạng excel, sau đó tôi tiến hành copy số liệu đưa vào phần mềm OriginPro 9.0 để vẽ đồ thị. Đối với các hạt nano Ag, các đỉnh hấp thụ có được là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Dựa vào sự phụ thuộc vị trí đỉnh hấp thụ vào hình dạng, kích thước của hạt nano, chúng tôi khảo sát hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano Ag, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước hạt.
Trong quá trình làm thực nghiệm, chúng tôi đã tìm hiểu và chế tạo được Ag kích thước nano, dạng hạt, tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lí hoạt động, phương pháp đo phổ hấp thụ. Kết quả của quá trình thực nghiệm sẽ được trình bày cụ thể trong chương sau.
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 môi. 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 khô tự nhiên trong 30 phút và sau đó được làm khô chân không 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 lò 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 với một lượng nhất định(40 µl cm-2); để khô qua đêm ở nhiệt độ phòng.
Bước 5: Cho mẫu vào lò sấy 90oC trong 2 giờ.
Bước 6: Nung mẫu ở 450oC trong vòng 2 giờ trong không 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 tổ 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 môi 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 môi 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 vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thư mới, giúp cơ thể phòng 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 thoái 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 yên ít phút đến khi dung môi trong bình ổn định.
- Mẫu chất được pha loãng trong dung môi 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 môi trong bình triển khai nằm dưới vạch xuất phát và đi lên đều. Tiến hành triển khai sắc kí đến khi dung môi 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 khô 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 không 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