1.1 KHÁI QUÁT VẬT LIỆU NANO
1.1.7. Tổng hợp nano kim loại bằng phương pháp sinh học (Sinh tổng hợp nano
Mặc dù có rất nhiều công nghệ bao gồm phương pháp hóa học và vật lý đã phát triển nhưng việc tổng hợp các hạt nano kim loại theo phương pháp sinh học vẫn tiếp tục đƣợc tiến hành bởi các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới. Bất lợi lớn trong phương pháp vật lý là năng suất thấp, và trong phương pháp hóa học là việc sử dụng các dung môi độc và tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm (Mallic et al., 2004). Hơn nữa, các hạt nano tổng hợp còn hóa chất trên bề mặt chúng (Singh et al., 2010. Tất cả những yếu tố này hạn chế các ứng dụng y học của hạt nano tổng hợp theo những phương pháp đó. Từ khía cạnh y tế, các ứng dụng của hạt nano tăng lên rất nhiều chỉ khi người ta tập trung vào các phương pháp sinh học.
a. Nguyên liệu trong phương pháp sinh tổng hợp hạt nano
Có rất nhiều nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên phục vụ cho quá trình sinh tổng hợp hạt nano kim loại. Chính vì vậy, có rất nhiều nghiên cứu đề cập đến quá trình sinh tổng hợp hạt nano. Hệ thống sinh vật khác nhau nhƣ thực vật, sản phẩm của thực vật (rễ, than, lá, củ, mủ…), tảo, nấm, nấm men, vi khuẩn và thậm chí cả virus được sử dụng thường xuyên như chất khử sinh học của các hạt nano.
b. Các bước của quá trình sinh tổng hợp hạt nano kim loại
Sự sinh tổng hợp các hạt nano kim loại bao gồm 3 bước chính: một là chọn lựa các chất khử; hai là chọn lựa môi trường dung môi và ba là chọn lựa chọn tác nhân làm bền hóa.
Nguyên tắc của quá trình sinh tổng hợp hạt nano kim loại
Nguyên tắc cơ bản chính của sự sinh tổng hợp của các hạt nano là sự khử các ion kim loại bằng phân tử sinh học khác nhau nhƣ các enzim/protein, axit amin, poli saccarit… và vitamin có trong các sinh vật.
Ƣu điểm của sự sinh tổng hợp nano
Phương pháp sinh học tương đối đơn giản, ít tốn thời gian trong quá trình tổng hợp hạt nano.
Từ khía cạnh y tế, các ứng dụng của hạt nano tăng lên rất nhiều chỉ khi người ta tập trung vào các phương pháp sinh học.
Có rất nhiều nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên phục vụ cho quá trình tổng hợp xanh hạt nano.
Hơn nữa, năng suất cao, độc tính thấp, chi phí thấp và không gây ảnh hưởng đến môi trường.
Một ưu điểm khác là kích thước của các hạt nano tổng hợp cũng có thể được kiểm soát dễ dàng bằng các thông số khác nhau nhƣ độ pH và nhiệt độ.
c. Ưu điểm của việc sử dụng thực vật để điều chế nano kim loại
Ý tưởng sử dụng chiết xuất thực vật cho quá trình tổng hợp sinh học các hạt nano kim loại dựa trên sự quan sát thấy rằng thực vật có thể hấp thụ và chuyển hóa sinh học các ion kim loại trong đất và dung dịch.
Năm 2002, những nghiên cứu của Gardea-Torresdey và cộng sự đã khẳng định có sự tạo mầm và phát triển của hạt nano vàng (Au) trong loài cỏ linh lăng đƣợc trồng trong môi trường giàu ion AuCl4-.
Hạt nano bạc và vàng là trọng tâm đặc biệt của tổng hợp thực vật.. Ngoài ra, theo một số các nghiên cứu đã chứng minh, thực vật cũng đƣợc cũng có khả năng tạo ra các hạt nano đồng và hợp kim vàng-bạc-đồng. Một vài loại thực vật, nhƣ Brassica juncea (mù tạt Ấn Độ), Medicago sativa (Cỏ linh lăng) và Helianthus annuus (Hoa hướng dương), đã được tìm thấy để điều chế nano bạc, niken, coban, kẽm và đồng.
Năm 2009, Hạt nano bạc đƣợc điều chế từ các loài thực vật Acalyha indica, có kích thước trong khoảng 15-50 nm.
Năm 2012, theo Patil và các cộng sự, sản phẩm từ thực vật nhƣ chất chiết từ lá của loài thực vật hương nhu tía (Ocimum tenuiflrum) đã được chứng minh có thể tổng hợp các hạt nano bạc có kích thước trong khoảng 25-40 nm.
Năm 2012, theo Mohan Kumar và các cộng sự, chiết xuất của Terminalia chebula (chiên liêu) tổng hợp hạt nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn tốt chống lại cả vi khuẩn Gam dương và Gam âm.
Ảnh hưởng của các chất hóa học hoc trên tổng hợp hạt nano bạc đã được nghiên cứu trong một vài loài thực vật, giống nhƣ bryophyllum, Cyrus và Hydrilla.
Trong bryophyllum, sự hiện diện của một số chất nhƣ anthraquinon, emodin, là những tác nhân khử dẫn đến việc điều chế các hạt nano bạc. Trong Cyrus, các nghiên cứu cho thấy rằng benzoquinones nhƣ cyeroquinone, dietchequinone và remirin đã có vai trò quan trọng trong việc điều chế.
Chiết trong nước các chất sẵn có trong thực vật như flavonoid, terpenoid, polyphenol, ancaloit… dễ dàng.
Việc khử ion kim loại khi sử dụng chiết xuất thực vật khá nhanh, dễ dàng tiến hành ở nhiệt độ phòng và áp suất thường, dễ dàng mở rộng quy mô, việc khử các ion kim loại khi so sánh với các enzim của vi khuẩn và nấm đòi hỏi ít thời gian hơn vì việc tổng hợp phân tử hạt nano sử dụng chiết xuất thực vật không cần có quy trình tỉ mỉ của sự chuẩn bị nuôi cấy tế bào và tăng trưởng tế bảo vi sinh vật
Nhìn chung, chiết xuất thực vật bao gồm cả chất khử và chất làm bền.
Vì các lý do trên, chiết xuất thực vật đã đƣợc sử dụng nhiều nhất trong công nghệ sinh tổng hợp hạt nano.
O
O
O
Flanvonoids
N
N N
HO
NH N
Alkaloids
O OH HO OH
O O
HO
OH
OH OH
OH
O O
HO
OH OH
Polyphenols
CH3 CH3
CH3
OH CH3
Terpenoids
Hình 1.6. Tổng hợp nano kim loại từ dịch chiết thực vật [9]
+ ion kim loại MNP