Sau khi tiến hành thí nghiệm 2 (mục 2.3.2) với dung dịch alginate ở các nồng độ 0,2%; 0,4%; 0,6%; 0,8%; 1,0% có số lớp lần lượt 4 lớp, 8 lớp, 12 lớp và 16 lớp.
Bảng 3.2Kết quả khảo sát alginate ở nồng độ 0,2% và số lớp ảnh hưởng tới độ dày màng
Số lớp
a, b, c, d: thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Đ ộ dà y 800744,4 700 600 500 400 300 100 0 ± 39,400 504,433 ± 20,723 268,267 ± 35,779 134,100 200± 17,881 481216 Số lớp
Hình 3.3Biểu đồ biểu diễn độ dày màng ở nồng độ alginate 0,2% với số lớp tương ứng
4
Nhận xét:
Dựa vào bảng 3.2 và hình 3.3, kết quả cho thấy có sự tăng dần về độ dày khi thay đổi số lớp. Ở nồng độ alginate 0,2% phủ trong 4 lớp thì độ dày màng là 134,100 ± 17,881; trong 8 lớp thì độ dày màng là 268,267 ± 35,7794; 12 lớp thì màng có độ dày 504,433 ± 20,723 và trong 16 lớp thì độ dày màng thu được là 744,400 ± 39,400. Qua đây cho thấy độ dày màng từ 4 lớp tới 12 lớp có sự chênh lệch đáng kể.Độ dày màng từ 4 lớp đến 16 lớp thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Độ dày màng tăng tuyến tính theo số lớp phủ, mỗi lớp thu nhận được nằm trong khoảng 1 – 100 nm nên ở nồng độ Alginate 0,2% có thể tạo được màng có kích thước nano.
Bảng 3.3Kết quả khảo sát alginate ở nồng độ 0,4% và số lớp ảnh hưởng tới độ dày màng
Số lớp
a, b, c, d: thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
4
Đ ộ d ày 761,133 900± 30,556 800 700 600 500 400 300 ± 15,252 200 100 0
Hình 3.4Biểu đồ biểu diễn độ dày màng ở nồng độ alginate 0,4% với số lớp tương ứng
Nhận xét:
Dựa vào bảng 3.3 và hình 3.4, kết quả cho thấy độ dày màng tăng dần qua các lớp. Ở nồng độ alginate 0,4% phủ trong 4 lớp thì độ dày màng là 167,900 ± 15,252; trong 8 lớp thì độ dày màng là 221,600 ± 21,574; 12 lớp thì màng có độ dày 569,600 ± 23,124 và trong 16 lớp thì độ dày màng thu được là 761,133 ± 30,556. Qua đây cho thấy rằng, mặc dù có tăng dần độ dày qua các lớp nhưng tăng không đều do kỹ thuật nhúng thủ công.Tuy nhiên, sự chênh lệch về độ dày màng qua các lớp là đáng kể.Các lớp từ 4 lớp đến 16 lớp thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Mỗi lớp thu nhận cũng đều nằm trong khoảng từ 1 – 100 nm nên ở nồng độ alginate 0,4% có thể tạo được màng kích thước nano.
Bảng 3.4Kết quả khảo sát alginate ở nồng độ 0,6% và số lớp ảnh hưởng tới độ dày màng
Số lớp
a, b, c, d: thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
445,000 500± 9,539 450 400 350 Đ ộ dà y 159,700 200± 6,129 242,100 ± 4,747
Hình 3.5Biểu đồ biểu diễn độ dày màng ở nồng độ alginate 0,6% với số lớp tương ứng
Nhận xét:
Dựa vào bảng 3.4 và hình 3.5, độ dày màng tăng tuyến tính theo số lớp phủ. Ở nồng độ alginate 0,6% phủ trong 4 lớp thì độ dày màng là 80,933 ± 4,500; trong 8 lớp thì độ dày màng là 159,700 ± 6,129; 12 lớp thì màng có độ dày 242,100 ± 4,747 và trong 16 lớp thì độ dày màng thu được là 445,000 ± 9,539. Qua đây cho thấy độ
dày màng qua các lớp có sự chênh lệch đáng kể.Các lớp từ 4 lớp đến 16 lớp thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Mỗi lớp thu nhận cũng đều nằm trong khoảng từ 1 – 100 nm nên ở nồng độ alginate 0,4% có thể tạo được màng kích thước nano.
Bảng 3.5Kết quả khảo sát alginate ở nồng độ 0,8% và số lớp ảnh hưởng tới độ dày màng
Số lớp
a, b, c, d: thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Đ ộ d ày 18001487,330 ± 32,316 1600 1184,670 1400 1200 1000 800 600 410,667 ± 23,029 400 200 0 4 8 12 16 Số lớp
Hình 3.6Biểu đồ biểu diễn độ dày màng ở nồng độ alginate 0,8% với số lớp tương ứng
Nhận xét:
Dựa vào bảng 3.5 và hình 3.6, kết quả cho thấy độ dày màng tăng dần qua các lớp. Ở nồng độ alginate 0,8% phủ trong 4 lớp thì độ dày màng là 410,667 ± 23,029; trong 8 lớp thì độ dày màng là 999,333 ± 23,029; 12 lớp thì màng có độ dày 1184,670 ± 10,786và trong 16 lớp thì độ dày màng thu được là 1487,330 ± 32,316. Sự chênh lệch về độ dày màng qua các lớp là đáng kể.
Qua đây nhận thấy ở 12 lớp và 16 lớp, độ dày màng vượt khoảng kích thước nano.Ở 4 lớp và 8 lớp vẫn ở khoảng kích thước nano nhưng mỗi lớp lại không nằm trong khoảng từ 1 – 100 nm. Vậy ở nồng độ alginate 0,8% không tạo được màng có kích thước nano.
Bảng 3.6Kết quả khảo sát alginate ở nồng độ 1,0% và số lớp ảnh hưởng tới độ dày màng
Số lớp
a, b, c, d: thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
4
Đ ộ dà y 4000 3451,330 3500 3000 2500 2000 1500 848,667 ± 19,858 1000 500 0 Số lớp
Hình 3.7Biểu đồ biểu diễn độ dày màng ở nồng độ alginate 1,0% với số lớp tương ứng
Nhận xét:
Dựa vào bảng 3.6 và hình 3.7, kết quả cho thấy độ dày màng tăng tuyến tính qua các lớp. Ở nồng độ alginate 1,0% phủ trong 4 lớp thì độ dày màng là 848,667 ± 19,858; trong 8 lớp thì độ dày màng là 1241,670 ± 19,088; 12 lớp thì màng có độ dày 2709,670 ± 17,010 và trong 16 lớp thì độ dày màng thu được là 3451,330 ± 29,195. Sự chênh lệch về độ dày màng qua các lớp là đáng kể.Qua đây có thể thấy ở 4 lớp, độ dày lớp màng vẫn ở khoảng kích thước nano nhưng mỗi lớp lại không nằm trong khoảng từ 1 – 100 nm.Còn ở 8 lớp, 12 lớp và 16 lớp thì độ dày màng đã vượt qua ngưỡng micromet.Vậy ở nồng độ alginate 1,0% không tạo được màng có kích thước nano.
Trong quá trình tạo màng alginate, độ dày lớp màng phụ thuộc rất nhiều vào độ nhớt của dung dịch và số lần phủ nhúng.Dung dịch alginate có nồng độ càng cao thì độ nhớt càng cao.Theo công thức Landau-Levich xác định độ dày màng (mục
1.3.2.1) cho thấy, độ dày của lớp màng tỷ lệ thuận với độ nhớt dung dịch hay nói cách khác là tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch alginate.
Các kết quả trên cho thấy ở các nồng độ 0,2%; 0,4%; 0,6% độ dày lớp màng thỏa điều kiện kích thước mỗi màng trong khoảng 1 – 100nm. Vậy ở khoảng nồng độ từ 0,2% đến 0,6% sẽ tạo được màng alginate ở kích thước nano.
3.2.2 Kết quả khảo sát nồng độ algianate và số lớp ảnh hưởng đến cấu trúc bề mặt màng
Hình 3.8Cấu trúc bề mặt màng alginate ở nồng độ 0,2% - 4 lớp
4
Hình 3.9Cấu trúc bề mặt màng alginate ở nồng độ 0,4% - 4 lớp
Hình 3.10Cấu trúc bề mặt màng alginate ở nồng độ 0,6% - 4 lớp
Nhận xét:
Sự tạo ảnh trong SEM là kết quả từ sự tương tác của chùm electron với nguyên tử tại bề mặt của mẫu. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông
4
qua việc phân tích các bức xạ này.Do đó, ảnh tạo thành phụ thuộc vào năng lượng chùm electron tương tác với mẫu, số nguyên tử của mẫu và độ dày của mẫu.
Thông qua kết quả chụp SEM ở hình 3.8, 3.9, 3.10 cũng chỉ ra sự khác biệt về cấu trúc bề mặt màng phủ ở mỗi nồng độ. Ở nồng độ 0,2% cho thấy màng không phẳng, có nhiều vết loang lỗ trên bề mặt. Ở nồng độ 0,4% cho thấy cấu trúc màng tốt hơn so với lớp màng ở nồng độ 0,2%, tuy nhiên lớp màng lại không đồng nhất, tạo nên các rảnh nhỏ trên bề mặt màng. Ở nồng độ 0,6% cấu trúc bề mặt màng tốt hơn rất nhiều, màng đồng nhất, không loang lỗ nhiều, bề mặt màng khá phẳng.Độ nhớt dung dịch càng cao thì gradient vận tốc (hay vận tốc trượt) của dung dịch càng thấp. Do đó, ở nồng độ 0,6% độ nhớt dung dịch cao nên có khả năng phủ lên bề mặt lam kính tốt hơn, đồng đều hơn, lớp màng phủ liên tục, ít loang lỗ hơn. Còn ở nồng độ 0,2% và 0,4% thì khi phủ lên lam kính thường loang, không tạo thành lớp màng đồng nhất mà tụ lại ở một số điểm; chính vì vậy màng tạo ra ở nồng độ 0,6% có cấu trúc màng tốt nhất.
Kết luận: Dựa vào phương pháp chụp SEM và phương pháp xử lý ANOVA thì nhúng màng ở nồng độ 0,6% - 4 lớp là tối ưu nhất để tạo màng alginate kích thước nano.
3.3Kết quả khảo sát nồng độ canxi lactate tạo màng nano
Sau khi tiến hành thí nghiệm 3 (mục 2.3.3), ta thu được các kết quả như sau:
Bảng 3.7Kết quả khảo sát nồng độ Canxi lactate ảnh hưởng tới độ dày màng
a, b, c, d: thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
5
Đ ộ dà y 180152,000 ±17,578 160 140± 16,623 120 80 60 40 20 0 10075,867 ± 3,325 1,01,52,02,5 Nồng độ (%)
Hình 3.11Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ canxi lactate đến độ dày màng
Hình 3.12Cấu trúc bề mặt màng alginate nồng độ 0,6% - canxi lactate 1,0% - 4 lớp
Hình 3.13Cấu trúc bề mặt màng alginate nồng độ 0,6% - canxi lactate 1,5% - 4 lớp
Hình 3.14Cấu trúc bề mặt màng alginate nồng độ 0,6% - canxi lactate 2,0% - 4 lớp
Hình 3.15Cấu trúc bề mặt màng alginate nồng độ 0,6% - canxi lactate 2,5% - 4 lớp
Hình 3.16Độ dày màng Alginate 0,6% - 4 lớp – nồng độ canxi lactate 2,0%
Nhận xét:
Theo Alleut (1963), ion Ca2+ là ion tạo gel với alginate cho hiệu quả tốt nhất. Phản ứng xảy ra là sự liên kết giữa ion Ca2+ với phân tử guluronic, ion Ca2+ gắn kết
trong khoảng trống của hai phân tử guluronic trong chuỗi của alginate, phần không liên kết là acid mannuronic kết quả là tạo thành cấu trúc dạng “Box-egg”.
Dựa vào bảng 3.7 và hình 3.11, kết quả cho thấy có sự chênh lệch về độ dày màng ở các nồng độ canxi lactate khác nhau. Độ dày màng giảm dần từ nồng độ 1,0% đến nồng độ 2,0%, nhưng sau đó lại tăng ở nồng độ 2,5%. Ở nồng độ 1,0% độ dày màng là 152,000 ± 17,578; canxi lactate ở nồng độ 1,5% thì độ dày lớp màng là 121,333 ± 16,623; ở nồng độ 2,0% độ dày màng là 75,867 ± 3,325 và khi ở nồng độ 2,5% thì độ dày lớp màng là 113,667 ± 10,786. Qua kết quả trên, người thực hiện đề tài thấy rằng độ dày lớp màng ở các nồng độ canxi lactate từ 1,0% đến 2,5% có sự chênh lệch đáng kể. Ở các nồng độ 1,0%; 1,5%; 2,0%; 2,5% thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%. Dựa vào kết quả SEM ở các hình 3.12, 3.13, 3.14, 3.15 ta cũng nhận thấy sự khác biệt ở cấu trúc bề mặt màng ở các nồng độ canxi lactate khác nhau. Ở các nồng độ 1,0%; 1,5% và 2,5% cấu trúc bề màng loang lỗ rất nhiều, màng không phẳng, lồi lõm. Màng ở nồng độ 2,0% thì có cấu trúc tương đối tốt hơn so với ba nồng độ còn lại, màng phẳng, ít loang lỗ hơn. Nguyên nhân của sự khác biệt này có thể là do mật độ ion Ca2+ có mặt trong sự liên kết tạo gel với alginate. Nồng độ Ca2+ càng cao thì khả năng liên kết với alginate càng tốt.
Kết luận: Dựa vào phương pháp chụp SEM và phương pháp xử lý ANOVA thì màng nhúng vào dung dịch alginate 0,6% - Canxi lactate 2,0% - 4 lớp là các thông số tối ưu để tạo màng alginate kích thước nano.
5
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1Kết luận
Bước đầu tạo được màng nano alginate theo phương pháp nhúng. Màng được tạo thành nhờ liên kết ngang giữa ion dương canxi trong dung dịch canxi lactate với ion âm trong dung dịch alginate tạo nên màng liên kết chặt chẽ, kích thước mỗi lớp màng nằm trong khoảng vài chục nanomet.
Màng nano alginate được tạo thành ở các thông số: Nồng độ Alginate: 0,6%
Nồng độ Canxi lactate: 2,0% Số lớp: 4 lớp
Độ dày màng: 75,867 ± 3,325 (nm)
4.2Kiến nghị
Mặc dù đã cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài, song dogiới hạn về thời gian, điều kiện trang thiết bị cũng như điều kiện kinh tế nên đề tài vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sót. Đề tài chỉ dừng lại ở bước đầu tạo nên màng Alginate ở kích thước nano, người thực hiện đề tài xin đề xuất một số ý kiến:
Tối ưu quy trình để tạo màng có độ dày đồng đều, bề mặt đồng nhất Xác định các tính chất của màng
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái màng Ứng dụng màng bao nano alginate vào thực phẩm và y sinh
5
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Hùng (2004), Bài giảng dược liệu học, trang 38-39, 86-87, 144-145.
[2] Trần Lê Bảo Hà (2004), Thiết kế đánh giá màng màng gelatin-alginate trong điều trị tổn thương bỏng, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP. HCM.
[3] Arnauld JP, Laroix C, Choplin L (1992), Effect of agitation rate on cell release raye and metabolism during continues fermentation with entrapped growing Lactobacillus casei subsp. casei, Biotech Tech, 261-265.
[4] Bruening, M.; Dotzauer, D. (2009), Polymer films, Nat Mater, 8, 449 – 450. [5] Céline Sartori, Dudley S. Finch, Brian Ralph, Keith Gilding (1997),
Determination of the cation content of alginate thin films by FTIR spectroscopy, Polymer, 38, 43-51.
[6] Chiarelli, P. A.; Joha l, M. S.; Casso n, J. L.; et al. (2001),Fabrication of highly ordered multilayer films using a spin self-assembly method, Adv. Mater, 13, 1167. [7] Chiarelli, P. A.; Johal, M. S.; Holmes, D. J.; et al (2002), Polyelectrolyte spin- assembly, Langmuir, 18, 168 – 173.
[8] D. Lourdin, H. Bizot, P. Colona (2001),“Antiplasticization” in Starch – Glycerol Films, Journal of Applied Polymer Science, 63, 1047-1053.
[9] Dubas, S. T.; Schlenoff, J. B.(1999), Factor controlling the growth ò polyelectolyte multilayers, Macromolecules, 32, 8153– 8160.
[10] Felix, O.; Zheng, Z. Q.; Cousin, F.; Decher, G (2009), Are sprayed LbL-films stratified? A first assessment of the nanostructure of spray-assembled multilayers by neutron reflectometry,C. R. Chim., 12, 225 – 234.
[11] George M, Abraham TE, 2006, Polyionic hydrocolloids for the intestinaldelivery of protein drugs,J Control Release;114:1–14.
5
[12] Hay ID, Rehman ZU, Ghafoor A, Rehm BHA, 2010, Bacterial biosynthesis of alginates, J Chem Technol Biotechnol, 85:752–9.
[13] Henriette M.C. Azeredo, Kelvi W.E. Miranda, Hálisson L. Ribeiro, Morsyleide F. Rosa, Diego M. Nascimento (2012),Nanoreinforced alginate–acerola puree coatings on acerola fruits, Journal of Food Engineering, 505-510.
[14] Izquierdo, A.; Ono, S. S.; Voege l, J. C.; et al. (2005),Dipping versus spraying: exploring the deposition conditions for speeding up layer-by-layer assembly,
Langmuir, 21, 7558 – 7567.
[15] Jankowski T, Zielinska M (1997), Encapsulation of lactic and bacteria with alginate/starch capsules, Biotechnol Technol, 31-34.
[16]Kharlampieva, E.; Kozlovsk aya, V.; Chan, J.; et al (2009), Spin-assisted layer- by-layer assembly: variation of stratification as studied with neutron reflectivity,
Langmuir, 25, 14017 – 14024.
[17] Kolasinska, M.; Krastev, R.; Gutberlet, T.; Warszyns ki, P. (2009), layer-by- layer deposition of polyelectrolytes. Dipping versus spraying, Langmuir, 25, 1224 – 1232.
[18] Krogman, K. C.; Lyon, K. F.; Hammond, P. T. J. (2008), Metal Ion Reactive Thin Films Using Spray Electrostatic LbL Assembly, Journal of Physical Chemistry B, 112, 14453 – 14460.
[19]Krogman, K. C.; Zacharia, N. S.; Schroede r, S.; Hammond, P. T. (2007),Automated process for improved uniformity and versatility of layer-by-layer deposition, Langmuir, 23, 3137 – 3141.
[20] Ladhari, N.; Hemmerle, J.; Ringwald, C.; et al (2008), Stratified PEI-(PSS- PDADMAC)20-PSS-(PDADMAC-TiO2)n multilayer films produced by spray deposition, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 322, 142 – 147.
5
[21] Linman, M. J.; Culver, S. P.; Cheng, Q. (2009), Fabrication of fracture-free nanoglassified substrates by layer-by-layer deposition with a paint gun technique for real-time monitoring of protein-lipid interactions, Langmuir, 25, 3075 – 3082. [22]Lu, C. H.; Donch, I.; Nolte, M.; Fery, A. (2006),Au nanoparticle-based multilayer ultrathin films with covalently linked nanostructures: Spraying layer-by- layer assembly and mechanical property characterization, Chemistry of Materials, 18, 6204 – 6210.
[23] Maria G. Carneiro-da-Cunha, et al. (2010),Physical and thermal properties of a chitosan/alginate nanolayered PET film, Carbohydrate Polymer, 153-159.
[24] Matthew D. Cathell,Caroline L.Schauer (2006),Structurallycolored thin films of Ca2+-cross-linked alginate, Biomacromolecules, 8, 33-41.
[25] Mehdi Alboofetileha, Masoud Rezaei, Hedayat Hosseini, Mehdi Abdollahia (2013), Antimicrobial activity of alginate/clay nanocomposite films enriched with essential oils against three common foodborne pathogens, Food Control, 1-7.
[26] Merrill, M. H.; Sun, C. T. (2009),Fast, simple and eficent asembly ò nanolayered materials and devices, Nanotechnology, 20, 756 011 – 756067.