6. Cấu trúc của luận văn
3.1.7. Phân tích sản phẩm tanin
Tiến hành ly tâm tách tanin rắn từ điều kiện tối ưu, rồi đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), kết quả thu được từ phổ đồ theo Hình 3.5.
Nhận x t: Quan sát từ phổ đồ ta có bước sóng cụ thể của từng loại dao động của các nhóm chức đặc trưng ở Bảng 3.3:
Bảng 3.3. Phân tích các dao động từ phổ đồ
Số sóng
(cm-1) Loại dao động Cƣờng độ peak (%)
629 Dao động biến dạng CH của nhân thơm 59,495 844 Dao động của CH nhân thơm thế para 59,423 1033 Dao động hóa trị của nhóm C-O trong C-O-H 40,432
1158 Dao động của nhóm -C-O-C- 44,941
1204 Dao động của =C-O-C (nhóm ete nhân thơm) 45,167
1344 Dao động biến dạng của nhóm O-H 42,445
1453 Dao động biến dạng C = C trong nhân thơm. 40,729 1508 Dao động hóa trị C = C trong nhân thơm. 49,831 1618 Dao động hóa trị của nhóm C = O. 35,261
3386 Dao động hóa trị của nhóm O-H. 24,991
419 629 844 1033 1158 1204 1344 1453 1508 1618 3386 0 10 20 30 40 50 60 70 %Transmittance 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavenumbers (cm-1)
Qua phân tích phổ đồ thấy tanin trong vỏ keo lá tràm có các nhóm chức đặc trưng như: -OH , C=O, C=C thơm, = C – O – C, - C – O – C, CH benzen thế para, CH thơm.
Kết quả này phù hợp với cơ sở lý thuyết về định tính nhóm chức trong tanin của vỏ keo lá tràm.
3.2. KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DỊCH CHIẾT TANIN TỪ VỎ CÂY KEO LÁ TRÀM
3.2.1. Nghiên cứu khảo sát t lệ rắn : lỏng
- Pha 1,50 g tanin/ 1000 mL được dung dịch tanin; - Lấy thể tích dung dịch AgNO3 1 mM là 30 mL; - Thời gian tạo nano bạc: 2 giờ;
- Nhiệt độ: 40oC.
- Thể tích dung dịch tanin ở trên lấy lần lượt với các thể tích: 1mL, 2mL, 3mL, 4mL, 5mL, 6mL, 7mL, 8mL, 9mL, 10mL, 11mL, 12mL.
Cho các thể tích dung dịch tanin lần lượt vào dung dịch AgNO3; sau 2 giờ đem các mẫu đi phân tích phổ UV-Vis. Kết quả thu được theo Hình 3.6
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích tanin và AgNO3 đến sự tạo nano bạc
Nhận x t: Khi tăng thể tích tanin từ 1mL đến 7mL nhận thấy mật độ quang tăng dần, bước sóng khoảng 440nm, trùng với bước sóng của Ag, nhưng vẫn chưa có hiện tượng keo tụ. Tiếp tục lấy thể tích của dung dịch tanin từ 8mL đến 12mL, tại đây mật độ quang tăng dần theo thể tích, tuy nhiên tính từ mẫu 9mL trở lên sau 24 giờ bắt đầu có hiện tượng tạo tụ.
Khi tăng thể tích từ 7 mL đến 12mL, mật độ quang tiếp tục tăng có thể do: lượng ion Ag+
trong dung dịch không đổi, nhưng lượng tanin tăng dần thì lượng ion Ag+ bị khử tăng dần, sản phẩm bạc sinh ra tăng, nhưng đến khi lượng bạc tách ra quá lớn nên bạc có hiện tượng tạo tụ và tạo tinh thể bạc.
Như vậy, chọn thể tích 8mL dung dịch tanin có nồng độ 1,5g/1000 mL trong 30mL dung dịch AgNO31mM ( có giá trị A 1,7) làm tỉ lệ tối ưu nhất. Bước sóng ( λ ) của bạc thu được 440 (nm), phù hợp với đặc tính của kim loại bạc theo lý thuyết.
3.2.2. Nghiên cứu khảo sát n ng độ dung dịch tanin
- Lấy thể tích dung dịch AgNO3 1 mM là 30 mL; - Thời gian tạo nano bạc: 2 giờ;
- Nhiệt độ: 40oC.
- Pha dung dịch tanin với các nồng độ khác nhau ( khối lượng tanin 1000 mL dung dịch), khối lượng tanin trong dung dịch lần lượt là: 1,00g; 2,00g; 3,00g; 4,00g, 5,00g.
Lấy 8 mL dung dịch của tanin có nồng độ khác nhau của mỗi dung dịch trên, đem tác dụng với 30mL dung dịch AgNO3 1mM, với điều kiện như trên. Sau 2 giờ đem mẫu đi phân tích phổ UV-Vis kết quả thu được như Hình 3.7.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình tạo nano bạc
Nhận x t: Mật độ quang A tăng dần khi nồng độ tanin tăng. Tuy nhiên các mẫu có nồng độ 3g, 4g, 5g tanin/ 1000 mL sau một khoảng thời gian 8 giờ thì bắt
400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600.0 0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.00 nm A 1 G r 2 G r 3 G r 4 G r 5 G r
đầu tạo các hạt tụ li ti, tiếp tục giữ các mẫu khoảng 24 giờ có dấu hiệu tráng một lớp bạc kim loại như gương mỏng trên bề mặt thoáng chất lỏng. Riêng mẫu có nồng độ 2g/ 1000 mL vẫn trong suốt không tụ.
Hiện tượng quan sát được như trên là do: khi nồng độ tanin tăng thì lượng ion Ag+ bị khử càng lớn, lượng bạc sinh ra càng nhiều, nhưng lượng bạc quá lớn chúng thì làm tăng kích thước, tăng độ tụ của nano bạc, độ bền các hạt nano bạc không bền theo thời gian, càng để lâu thì có hiện tượng tạo tụ, mặc dù mật độ quang tăng.
Với kết quả khảo sát trên, ta chọn m u pha có nồng độ 2g /1000mL là m u tối ưu, có mật độ quang A 2,18
3.2.3. Nghiên cứu khảo sát yếu tố nhiệt độ
- Tiến hành với mẫu 8 mL dung dịch tanin nồng độ 2,00g/ 1000mL; - 30 mL dung dịch AgNO3 1mM,
- Thời gian 2 giờ;
- Nhiệt độ các mẫu tiến hành trong các mức: 30oC; 40oC; 50oC; 60oC; 70oC; 80oC.
Đem các mẫu thu được sau 2 giờ đo UV – vis, ta được kết quả như Hình 3.8.
Nhận x t: Các mẫu được thực hiện trong cùng điều kiện (2 giờ cho mỗi mẫu) cho thấy mật độ quang A tăng dần. Tuy nhiên, hiện tượng các mẫu diễn ra như sau: mẫu 300
C, 400C không tạo tụ trong dung dịch, màu dung dịch chuyển từ vàng sang màu mận trong vòng từ 1 giờ 30 phút đến khi kết thúc (2 giờ) và vẫn bền sau 2-3 giờ đo máy. Mẫu 50oC tạo thành một lớp gương tráng ngay tại bề mặt chất lỏng và tạo tụ ngay sau đó. Mẫu 80oC, 70oC, 60oC, thời gian màu dung dịch chuyển từ vàng sang mận càng ít. Tuy nhiên, mẫu sau khi lấy ra khỏi bếp đều bị tụ và tráng gương ngay trên bề mặt thoáng chất lỏng.
Thực tế, phản ứng khử ion Ag+ bằng tanin xảy ra cần đun nóng, lượng bạc sinh ra nhanh khi tăng nhiệt độ, nhưng nhiệt độ cao thì khả năng keo tụ thành tinh thể bạc càng dễ dàng. Chính vì vậy ở nhiệt độ thấp dưới 40oC thì phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hiệu suất thấp, nhiệt độ trên 40oC thì phản ứng hóa học xảy ra nhanh hiện tượng tạo tụ, tinh thể bạc ( tráng gương) xuất hiện nhanh, mật độ quang tăng đột biến.
Như vậy, ta chọn nhiệt độ 40oC làm nhiệt độ tối ưu vì m u không tạo tụ, mật độ quang A 2.19.
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT NANO BẠC 3.3.1. Kết quả đo phổ FTIR của nano bạc
Ta tiến hành tổng hợp dung dịch nano bạc từ dung dịch tanin ở điều kiện tối ưu: Nồng độ tanin 2g 1000 mL;
- 30 mL dung dịch AgNO3 1 mM; - Nhiệt độ: 40oC;
- Thời gian: 2 giờ.
Hình 3.9. Phổ FTIR của gel nano bạc tổng hợp
Nhận x t: So sánh hai phổ đồ FTIR ở Hình 3.5 và Hình 3.9 nhận thấy hai phổ đồ có sự khác biệt, từ đó cho ta biết quá trình tạo nano bạc đã thành công. Quan sát từ phổ đồ từ Hình 3.9, ta có bước sóng của từng loại dao động của các nhóm chức đặc trưng trùng với các nhóm chức đặc trưng trong tanin (- OH, - C = C – trong nhân benzen, ...), đồng thời xuất hiện một số peak mới của một số nhóm chức mới. Các peak không thể hiện rõ do nano bạc tạo thành được bọc bởi những hợp chất hữu cơ trong tanin và sản phẩm oxi hóa của tanin. Trên bề mặt các hạt nano bạc có thể được phủ một lớp màng chất hữu cơ, những chất này được xem là chất ổn định bề mặt, các hạt nano bạc bám dính vào không cho các hạt nano bạc kết tụ lại. Như vậy các dẫn xuất của tanin được xem như chất ổn định bề mặt.
3.3.2. Đề nghị cơ chế tạo nano bạc
Dựa trên kết quả phân tích định tính: trong vỏ keo lá tràm có chứa các chất thuộc nhóm chất tanin, ngoài ra trong đó mặt một số chất thuộc flavonoid, saponin ( chẳng hạn như các chất: kamferol, quercetin, punicalin, tercatin,…) là những chất khử chứa các nhóm chức –OH, C=O. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề nghị cơ chế có thể
821 1030 1438 1605 2852 2923 3424 50 55 60 65 70 75 80 85 90 %Transmittance 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Wavenumbers (cm-1)
có cho quá trình khử ion Ag+ từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử tanin. Trong trường hợp của tannin thì phenol, poly phenol là chất bị ôxi hóa thành quinon hoặc cấu trúc quinoid.
Cơ chế này cho thấy các hợp chất poly phenol (dạng enol) đóng vai trò oxi hóa để chuyển thành dạng keto:
>C = C-OH >C – C = O + 2e + 2H+ (1) Ag+ + e Ag (2)
Mặt khác, trong tanin có tanin pyrogallic là những este của gluxit, thường là glucozơ liên kết với một hay nhiều axit trihiđroxibenzencacboxylic, nên có sự thủy phân tạo các phân tử gluxit ( cacbohydrat ). Các hợp chất mono saccarit sau thủy phân ( α – glucose ) tham gia phản ứng khử ion Ag+ trong dung dịch tạo Ag.
Khi cho dung dịch AgNO3 vào dung dịch tanin thì nhiều Ag+ đã được thêm vào dung dịch, trong đó dung dịch có chứa nhiều phân tử nhỏ và lớn hoạt động. Một mặt, các phân tử sinh học có thể làm giảm tốc độ bị khử của Ag+ để có nano bạc. các ion Ag+ trong dung dịch bị các tác nhân gồm những chất khử có khối lượng phân tử lớn và nhỏ khử một phần ion Ag+, tạo nguyên tử Ag, các nguyên tử Ag kết tụ lại với nhau tạo nano bạc, và chúng được kết dính ổn định trên bề mặt của các chất hữu cơ có phân tử khối lớn, như tanin, flavonoid, saponin...
3.3.3. Kết quả đo TEMcủa nano bạc
Dung dịch nano bạc được đo tại Phòng thí nghiệm siêu cấu trúc - Khoa vi rút - Viện vệ sinh dịch tể Trung ương, số 1 - Yersin - Hà Nội. Ảnh TEM của nano bạc được trình bày ở Hình 3.10.
Hình 3.10. Ảnh TEM của mẫu nano bạc
Nhận x t: Từ Hình 3.10 ta thấy hạt nano bạc được tổng hợp từ tanin chiết suất từ vỏ keo lá tràm có dạng hình cầu, kích thước nano bạc tổng hợp được có kích thước tập trung khoảng 22,2 nm đến 39,5 nm.
3.3.4. Kết quả đo RD của nano bạc
Lấy mẫu nano bạc được tổng hợp ở điều kiện tối ưu đem đo tại phòng phân tích mẫu của Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng. Kết quả đo XRD ở Hình 3.11
Meas. data:NanoAg_Theta_2-Theta Inte ns ity (cps) 0 10000 20000 30000 Chlorargyrite, syn, Ag Cl, 01-071-5209 2-theta (deg) 20 30 40 50 60 70 Silver, Ag, 01-071-4613
Hình 3.11. Phổ XRD của mẫu nano bạc
Quan sát giản đồ nhiễu xạ XRD của nano bạc, ta nhận thấy tất cả các đỉnh đều trùng với các đỉnh của tinh thể bạc, nên ta có thể khẳng định toàn bộ ion Ag+ trong AgNO3 đã bị khử tạo bạc. Cường độ các đỉnh hoàn toàn phù hợp với phổ chuẩn của kim loại bạc. Kết quả thu được ta nhận thấy, tinh thể bạc có 3 peak đặc trưng với góc 2θ lần lượt 38,0440; 44,1000; 64,3320; tương ứng với các mặt phản xạ (1,1,1); (2,0,0); (2,2,0) của bạc trong mạng tinh thể. Đối với góc 2θ = 38,0440, tọa độ (1,1,1) thì tinh thể nano bạc thể hiện đỉnh peak cao nhất, có cường độ peak lớn nhất.
Qua các kết quả phân tích từ XRD, tinh thể nano bạc có kiểu mạng tinh thể lập phương tâm diện ( hay fcc).
3.3.5. Kết quả đo ED của nano bạc
Lấy mẫu nano bạc được tổng hợp ở điều kiện tối ưu, tiến hành đo EDX tại Phòng thí nghiệm siêu cấu trúc - Khoa vi rút - Viện vệ sinh dịch tể Trung ương, số 1 - Yersin - Hà Nội được kết quả thể hiện tại Hình 3.12.
Hình 3.12. Phổ ED của mẫu nano bạc
Nhận x t: Quan sát phổ EDX ta thấy mẫu nano bạc được tổng hợp từ tanin, ngoài kim loại Bạc (Ag ) còn có các nguyên tố C, O, đây là những nguyên tố có mặt trong hợp chất hữu cơ, trong phổ không có kim loại khác.
3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC TRONG BẢO QUẢN TÔM THẺ CHÂN TRẮNG
Khi tiến hành ngâm tôm vào nước sinh hoạt và gel nano bạc trong tanin thì quan sát sự thay đổi màu sắc của tôm theo thời gian.
Sau khoảng thời gian gần 4 giờ, tôm đã bắt đầu xuất hiện dấu hiệu hư hại ở cả hai đĩa, tiếp tục quan sát sau 24 giờ ta thu được kết quả sau: phần tôm trong nước hư hại hoàn toàn, trong khi đó tôm được bảo quản trong dung dịch nano chỉ bị hư hại khoảng 40 , như Hình 3.13.
Hình 3.13. Mẫu tôm ngâm trong nước và nano bạc sau 24 gi
Mẫu tôm ngâm trong nước chuyển sang màu hồng, mẫu tôm ngâm trong nano bạc có sự chuyển sang màu hồng một phần ở cùng một thời gian. Chứng tỏ nano có khả năng hạn chế sự hư hại của tôm ở ngay ở nhiệt độ thường.
Nguyên nhân tôm có tẩm nano bạc bảo quản trong thời gian lâu do các yếu tố sau:
- Do các hạt nano bạc liên kết với peptidoglican ở thành tế bào của vi khuẩn gây ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Và sau khi tác động lên màng tế bào vi khuẩn, các hạt nano bạc sẽ thâm nhập vào bên trong tế bào, tương tác với các enzyme tham gia vào quá trình hô hấp dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của vi khuẩn.
- Các ion bạc có thể tương tác với các bazơ nitơ timin và guanin của phân tử ADN làm rối loạn các chức năng của ADN, dẫn đến ức chế quá trình phát triển và
sinh sản của vi sinh vật. Ngoài ra, ion bạc có khả năng bao vây các nhóm –SH có mặt trong tâm hoạt động của rất nhiều loại men và ức chế hoạt tính của chúng. Thí dụ, bạc bao vây hoạt tính ATP của men miozin (protein cơ bản của mô cơ người) có khả năng phân giải ATP giải phóng ra năng lượng. Quá trình diệt khuẩn của ion bạc cũng diễn ra theo cơ chế này.
- Vỏ tôm có Chitin là chất hấp thụ kim loại nặng, nên Chitin hấp thụ nano bạc, đồng thời là chất ổn định nên các nano bạc tồn tại lâu dài trên vỏ tôm.
3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG KHÁNG VI KHUẨN E.COLI CỦA NANO BẠC
Kết quả đo và hình ảnh (trước và sau ủ ở 310C trong 24 giờ) thu nhận được kết quả khảo sát khả năng kháng khuẩn E.coli của nano bạc theo Hình 3.14.
Đối với chủng E.Coli có D = 18 mm; d =14 mm. Vậy hiệu quả kháng khuẩn: C = 18 – 14 = 4 mm. Đường vòng kháng khuẩn là 4 mm.
Khả năng kháng khuẩn E.coli của nano bạc, theo chúng tôi nhận định có thể là do nano bạc khi tiếp xúc với vi khuẩn sẽ ảnh hưởng đến chuyển hóa tế bào và ức chế sự phát triển của tế bào; tăng số lượng các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn các quá trình ôxy hóa cũng như
Phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn, ức chế sự hô hấp, quá trình trao đổi chất cơ bản của hệ thống truyền và vận chuyển chất nền trong các màng tế bào vi khuẩn; ức chế sự nhân và tăng trưởng của các vi khuẩn. Vô hiệu hóa enzyme có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấu trúc ADN của tế bào vi sinh vật tức là tác động