3.2. Tổng hợp nano vàng với chất bảo vệ chitosan
3.2.1. Ảnh hưởng của chitosan
Để khảo sát vai trò của chitosan trong quá trình tổng hợp nano vàng dạng sao, mẫu nano vàng không có sự hiện diện của chitosan được thực hiện tại điều kiện: 2,0 mL HAuCl4 2,5 mM, 0,5 mL ascorbic acid 0,1 M, thể tích mẫu được điều chỉnh vừa đủ 20 mL với nước cất hai lần. Mẫu dung dịch keo nano vàng tạo thành có màu đỏ rượu vang, kết quả UV–Vis cho thấy có đỉnh hấp thu cực đại tại bước sóng 534 nm, đặc trưng cho các hạt nano vàng dạng cầu được hình thành chủ yếu trong dung dịch keo [24]. Khi thực hiện phản ứng tổng hợp với sự hiện diện của chitosan với nồng độ thay đổi từ 0,015 đến 0,2 % (kl/tt), màu sắc của dung dịch keo thay đổi từ màu xanh dương nhạt cho đến màu xanh tím. Hiện tượng này có thể dự đoán cho sự hình thành nhiều hình dạng khác của nano vàng ngoài dạng cầu, đặc trưng với các bước sóng cực đại hấp thu trên phổ UV–Vis tại vị trí 607 và 604 nm, tương ứng với nồng độ chitosan được sử dụng trong hệ phản ứng là 0,045 và 0,06 % (kl/tt). Cường độ hấp thu tại các đỉnh này cũng tăng dần từ 0,989 đến 1,114, có thể là do sự tăng số lượng hạt nano vàng trong dung dịch keo. Khi tiếp tục tăng nồng độ chitosan đến 0,1 %, xuất hiện đỉnh hấp thu tại bước sóng 614 nm tương ứng với cường độ 1,039.
Tuy nhiên, mẫu chỉ ổn định trong khoảng thời gian 24 giờ sau khi phản ứng kết thúc, sau đó có hiện tượng keo tụ xảy ra. Điều này có thể được giải thích là do khi tăng nồng độ chitosan, các mạch polymer có sự cuộn xoắn lẫn nhau gây nên hiện tượng tự keo tụ dẫn đến hệ nano không bền [92]. Theo nghiên cứu trước đây [93], các mạch đại phân tử chitosan sẽ có hiện tượng tự cuộn xoắn và tự keo tụ khi nồng độ lớn hơn 0,1–0,3 % (kl/tt) do các liên kết hidro nội phân tử được hình thành.
Những phân tử chitosan tự cuộn xoắn này có thể ngăn cản sự phát triển của các hạt nano vàng bằng cách bao phủ lên toàn bộ bề mặt của hạt nano và kết quả có thể dẫn đến sự giảm kích thước hạt khi tăng nồng độ của chitosan [92]. Ngoài ra, khi tăng
nồng độ chitosan thì các phân tử này sẽ cung cấp thêm nhiều hơn tương tác điện tích giữa các ion AuCl4- tích điện âm và các nhóm NH3+ tích điện dương nên các hạt nano vàng sẽ được giữ bên trong các mạng lưới các phân tử chitosan đan xen với nhau, và nằm sâu bên trong cấu trúc của chitosan [92].
Hình 3.6. Phổ UV–Vis của mẫu nano Au được tổng hợp với chitosan tại các nồng độ khác nhau thay đổi từ 0 đến 0,2 % (kl/tt)
Kết quả phân tích ảnh SEM (Hình 3.7) các mẫu nano vàng được tổng hợp với chitosan tại các nồng độ 0,015 %, 0,06 % và 0,1 % (kl/tt) cũng phù hợp với những dự đoán dựa trên kết quả phổ UV–Vis. Khi tăng nồng độ chitosan từ 0,015 % đến 0,1 % thì kích thước hạt nano vàng dạng sao giảm dần trong khoảng từ 150 nm, 100 nm đến 90 nm (Hình 3.7 a–c). Hình dạng của hạt nano vàng hình thành chủ yếu là dạng sao với các đỉnh nhọn và nhỏ, phân bố tương đối đồng đều trong hệ keo. Khi tiếp tục tăng nồng độ của chitosan từ 0,1 đến 0,2 %, trên phổ UV–Vis nhận thấy có sự chuyển dịch xanh về phía sóng ngắn (từ 614 nm đến 584 nm) và cường độ hấp thu cực đại giảm (từ 1,039 đến 1,005), có thể là do sự giảm kích thước và số lượng của hạt nano tạo thành. Từ các kết quả phân tích quang phổ UV–Vis và ảnh SEM cho thấy quá trình tổng hợp hạt nano vàng dạng sao cần sử dụng chitosan 0,06 % là thích hợp, nếu sử dụng nồng độ chitosan vượt mức giới hạn sẽ ảnh hưởng đến độ
bền. Kết quả của nghiên cứu này cũng phù hợp với các báo cáo trước đây [92][94].
Bên cạnh đó, nồng độ của chitosan đóng vai trò rất quan trọng trong kiểm soát hình dạng của hạt nano vàng thông qua mô hình tự cuộn xoắn đại phân tử. Nồng độ chitosan 0,06 % được lựa chọn cho các khảo sát tiếp theo.
Bảng 3.1. Kết quả UV-Vis của mẫu nano Au được tổng hợp với chitosan tại các nồng độ khác nhau thay đổi từ 0 đến 0,20 % (kl/tt)
Mẫu Chitosan (%) (kl/tt) Bước sóng (nm) Độ hấp thu (a.u.)
CS 0 0 534 0,789
CS 0,015 0,015 565 0,811
CS 0,045 0,045 607 0,989
CS 0,06 0,060 604 1,114
CS 0,075 0,075 599 1,048
CS 0,1 0,10 614 1,039
CS 0,2 0,20 584 1,005
Hình 3.7. Ảnh SEM các mẫu nano vàng được tổng hợp với nồng độ chitosan khác nhau: (a) 0,015 %, (b) 0,06 %, và (c) 0,1 % (thang đo 300 nm)
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chitosan cho thấy khi tăng nồng độ từ 0–0,06
% (kl/tt) thì cường độ hấp thu tăng cao nhất là 1,114 tại bước sóng hấp thu 604 nm với nồng độ chitosan 0,06 % (Hình 3.6). Khi tăng dần lượng chitosan, cường độ hấp thu cực đại của các mẫu giảm tuyến tính (Bảng 3.1). Điều này có thể giải thích do chitosan có cấu trúc mạch polymer có chức năng bảo vệ hạt nano, tuy nhiên nếu lượng chitosan nhiều sẽ tụ lại thành từng đám và khi đó chức năng bảo vệ của chitosan giảm đi, làm cho các hạt tạo thành liên kết với nhau, qua đó làm giảm dần cường độ hấp thu cực đại của mẫu.
a b c