Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp tổng hợp dung dịch keo nano vàng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Phương pháp chủ yếu tổng hợp dung dịch nano vàng là phương pháp hóa ướt – là phương pháp từ dưới lên có sự hỗ trợ nhiệt vi sóng. Ưu điểm của phương pháp này là gia nhiệt đồng đều và thời gian thực hiện phản ứng nhanh, kích thước hạt tạo ra đồng đều nhưng khi cần sản xuất lượng lớn thì khá tốn kém. Mặt khác, chất khử thường được sử dụng trong tổng hợp dung dịch nano vàng là NaBH4 – chất khử mạnh, độc và không thân thiện với môi trường. Phương pháp được lựa chọn sử dụng trong đề tài chế tạo nano vàng sử dụng phương pháp gia nhiệt truyền thống. Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra hạt nano đồng đều, có thể chế tạo lượng lớn hạt nano khi cần mà ít tốn kém hơn phương pháp vi sóng. Hóa chất sử dụng trong đề tài là chitosan làm chất ổn định, vitamin C làm chất khử. Đây là chất khử thân thiện với con người. Khi ứng dụng hạt nano vàng vào kem mỹ phẩm, ngoài tính chất diệt khuẩn của hạt nano vàng thì chitosan và vitamin C còn có tác dụng chống lão hóa da. Vitamin C còn dùng làm chất bảo quản trong mỹ phẩm.
Quá trình tổng hợp nano vàng có độ tinh khiết cao do sử dụng tác chất là Chloroauric acid (HAuCl4), tác chất này tương đối bền với không khí, trong môi trường acid acetic và chitosan, ion Au3+
bị khử thành Auo với sự hiện diện của vitamin C, nguyên tử Au tạo thành sẽ kết tụ với nhau tạo hạt nano vàng và được chitosan bao bọc xung quanh ngăn không cho sự va chạm các hạt nano vàng tạo kích thước lớn hơn.
Có thể sử dụng vitamin C làm chất khử vì nhiệt độ phản ứng xảy ra khoảng 80oC nên acid không bị mất tác dụng. Ngoài ra, chitosan và vitamin C không gây độc hại với môi trường và con người nên thích hợp sử dụng trong quy trình tổng hợp xanh.
Hạt nano vàng tạo thành được đem đi kiểm nghiệm ở BỘ Y TẾ - VIỆN KIỂM NGHIỆM THUỐC có kết quả không độc hại với người.
Trong phương pháp chế tạo dung dịch keo nano vàng sử dụng tiền chất là acid (HAuCl4) và chitosan có tác dụng là chất bảo vệ, vitamin C là chất khử.
3.2.1. Kết quả UV-Vis, TEM, XRD
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình chế tạo nano vàng – chitosan
Trong thí nghiệm này, thể tích chitosan 0,5%wt, thể tích vitamin C 10-3M là 5ml, thể tích HAuCl4 10-3M là 6ml được giữ cố định, thời gian khảo sát từ 60 phút đến 300 phút các kết quả được trình bày trong bảng 3.1 và hình 3.5.
Hình 3.4: Mẫu khảo sát ảnh hưởng của thời gian mẫu 1 mẫu 2 mẫu 3 mẫu 4 mẫu 5
Hình 3.5:Phổ UV-Vis của các mẫu dung dịch keo nano vàng – chitosan theo thời gian: Mẫu 1(60’), 2(120’), 3(180’), 4(240’), 5(300’).
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát theo thời gian
Bảng 3.1 và hình 3.5 cho thấy thời gian thực hiện phản ứng càng lâu thì màu của mẫu nano vàng – chitosan càng đậm từ mẫu 1 đến mẫu 5 ứng với thời gian 60 phút đến 300 phút, màu sắc đổi từ màu hồng sang màu đỏ.
Kết quả UV-Vis (hình 3.6) của các mẫu dung dịch nano vàng cho thấy khi tăng thời gian từ 60 – 300 phút thì độ hấp thu tăng. Độ hấp thu tăng chậm từ mẫu 1 đến mẫu 3. Tiếp tục tăng thời gian 240 phút thì độ hấp thu tăng nhanh từ 0,190
toC pH Thể tích acid acetic 1% (ml) Nồng độ chất khử (M) chitosan (g) t (phút) Abs Peak (nm) 80 4,5 50 10-3 0,25 60 0,150 518,5 120 0,158 519 180 0,190 520,5 240 0,237 521 300 0,208 521 521nm
(mẫu 3) đến 0,237 (mẫu 4). Điều này chứng tỏ hạt nano vàng tạo ra trong dụng dịch khá nhiều, hình dạng mũi có tính đối xứng cao. Khi tiếp tục tăng thời gian lên 300 phút thì độ hấp thu bắt đầu giảm từ 0,237 (mẫu 4) xuống 0,208 (mẫu 5). Có lẽ là khi tăng thời gian quá mức giới hạn của phản ứng, các hạt nano sau khi hình thành, chuyển động va chạm tạo thành hạt kích thước lớn hơn làm giảm số lượng hạt nên độ hấp thu giảm. Vậy dựa vào kết quả UV-Vis, với tỷ lệ nHAuCl4:nVitaminC = 6:5, nhiệt độ 80oC, pH = 4.5, thời gian thích hợp để tổng hợp hạt nano vàng là 240 phút.
Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C .
Trong nghiên cứu này, phản ứng được khảo sát khi giữ nguyên thể tích chitosan, thời gian 240 phút, nhiệt độ 80oC, pH=4,5; thay đổi tỷ lệ nHAuCl4/ nvitamin C từ 1:5 đến 11:5, theo bảng 3.2.
Hình 3.6: Các mẫu dung dịch nano vàng – chitosan khi thay đổi tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C.
Hình 3.7: Phổ UV-Vis của các mẫu dung dịch keo nano vàng khảo sát ảnh hưởng nHAuCl4/nvitamin C.
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C.
Theo hình 3.7 khi tăng tỷ lệ nHAuCl4/nvitamin C thì màu của dung dịch nano vàng – chitosam đậm dần. Kết quả UV-Vis (hình 3.8) của các mẫu dung dịch keo nano vàng khi thay đổi tỉ lệ nHAuCl4:nvitaminC (từ 1:5 đến 10:5), (giữ nguyên
Thể tích acid acetic 1% (ml) Nồng độ chất khử (M) m chitosan (g) nHAuCl4/ nVitaminC t (ph) Abs Peak (nm) 50 10-3 0,25 1:5 240 0,067 492 50 10-3 0,25 2:5 240 0,098 518 50 10-3 0,25 3:5 240 0,108 518 50 10-3 0,25 4:5 240 0,131 518 50 10-3 0,25 5:5 240 0,216 518 50 10-3 0,25 6:5 240 0,251 518 50 10-3 0,25 7:5 240 0.268 522 50 10-3 0,25 8:5 240 0,356 522 50 10-3 0,25 9:5 240 0,463 522 50 10-3 0,25 10:5 240 0,687 522 50 10-3 0,25 11:5 240 0,486 523 522 nm
thể tích vitamin C, thay đổi HAuCl4). Trong khoảng tỉ lệ nHAuCl4:nvitaminC từ 1:5 đến 10:5, nhận thấy độ hấp thu quang tăng dần từ 0,067 – 0,687, chứng tỏ sự gia tăng số lượng các hạt nano vàng tạo thành trong dung dịch và được bảo vệ bởi chất bảo vệ chitosan. Tuy nhiên, khi tăng tỉ lệ nHAuCl4:nvitaminC lên 11:5 thì độ hấp thu bắt đầu giảm từ 0,687 xuống 0,486 lúc này do HAuCl4 tăng, chất bảo vệ không đủ để bảo vệ hạt nano vàng tạo thành nên các hạt nano kết tụ lại với nhau để đạt kích thước lớn, số lượng hạt nano vàng tạo ra ít hơn nên độ hấp thu giảm.
Qua thí nghiệm khảo sát các tỉ lệ nHAuCl4: nvitaminC thì tỉ lệ 10:5 là tỉ lệ tốt nhất để chế tạo hạt nano vàng tại nhiệt độ 80oC.
Khảo sát ảnh hưởng của pH.
Ở thí nghiệm này, thể tích chitosan 0,5%wt, thể tích vitamin C 10-3
là 0,5ml, thể tích HAuCl4 10-3 là 10ml được cố định, ta thay đổi pH dung dịch chitosan 0,5%wt từ 4,0 đến 5,0. Các kết quả được trình bày trong bản 3.3, hình 3.9; 3.10.
Hình 3.8: Mẫu khảo sát ảnh hưởng của pH. Ta nhận thấy màu của mẫu đậm dần từ pH 4,0 – 5,0.
Hình 3.9: Phổ UV-Vis của các mẫu dung dịch keo nano vàng khảo sát ảnh hưởng pH.
Bảng 3.3: Khảo sát ảnh hưởng của pH trong quá trình tạo nano vàng
Theo bảng 3.3 và hình 3.10 độ hấp thu tăng theo giá trị pH.
Dựa vào phổ UV-Vis, ta thấy khi pH tăng thì độ hấp thu tăng do hạt nano vàng được tạo ra nhiều. Khi pH = 4,5 có độ hấp thu 0,688; khi tăng pH = 5,0 thì độ hấp thu tăng mạnh từ 0,688 đến 0,903. Có thể giải thích ở pH = 5,0 thích hợp để chitosan tan tốt trong acid acetic 1% và hạt nano tạo ra nhiều, chitosan làm tốt nhiệm vụ là chất bảo vệ. Nếu tiếp tục tăng pH >5 thì chitosan không tan, vón cục lại. Vậy pH tốt nhất để phản ứng xảy ra tối ưu là 5 [22].
toC pH Thể tích dung môi axitacetic 1% (ml) Nồng độ chất khử (M) Khối lượng chitosan (g) Abs Peak (nm) 80 4,0 50 10-3 0,25 0,660 520 80 4,5 50 10-3 0,25 0,687 522 80 5,0 50 10-3 0,25 0,903 524 524
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Các kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành hạt nano trong dung dịch chitosan được trình bày trong bảng 3.4 và hình 3.11 và 3.12.
Hình 3.10: Mẫu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Hình 3.11: Phổ UV-Vis của các mẫu dung dịch keo nano vàng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.
mẫu 1 mẫu 2 mẫu 3 mẫu 4 mẫu 5 mẫu 6 mẫu 7
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành hạt nano vàng trong dung dịch chitosan.
Kết quả UV-Vis các mẫu dung dịch nano vàng cho thấy khi tăng nhiệt từ 30- 90oC thì độ hấp thu tăng rõ. Độ hấp thu tăng chậm ở các mẫu từ 30 – 70oC. Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 80oC thì độ hấp thu tăng nhanh từ 0.618 (70oC) đến 0,903 (80o
C), điều này chứng tỏ hạt nano vàng tạo ra trong dụng dịch khá nhiều. Khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 90oC thì độ hấp thu bắt đầu giảm từ 0,903 (80o
C) xuống 0,622 (90oC). Có thể là do khi tăng nhiệt độ quá mức giới hạn của phản ứng, các hạt nano sau khi hình thành, chuyển động va chạm hỗn độn tạo thành hạt kích thước lớn hơn làm giảm số lượng hạt nên độ hấp thu giảm. Vậy dựa vào kết quả UV-Vis, với tỷ lệ nHAuCl4: nvitaminC = 10:5, thời gian phản ứng 240 phút, pH = 4,5, nhiệt độ thích hợp tổng hợp hạt nano vàng là 80oC.