Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu chấm lượng tử carbon chiết xuất từ cây tai tượng ấn Acalypha Indica

Đồ án nghiên cứu hcmute tổng hợp chấm lượng tử carbon tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng ấn acalypha indicia l, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho

• Tác giả: Phạm Đăng Phùng
• Người hướng dẫn: Th.S. Võ Thị Thu Như
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chấm Lượng Tử Carbon Từ Cây Tai Tượng Ấn Acalypha Indica
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Điểm mới của đề tài
• 2. TỔNG QUAN
• 2.1. Chấm lượng tử (QDs)
• 2.1.1. Cấu trúc, tính chất cơ bản của chấm lượng tử
• 2.1.2. Ứng dụng của chấm lượng tử
• 2.2. Chấm lượng tử carbon (CQDs)
• 2.2.1. Giới thiệu về chấm lượng tử carbon
• 2.2.2. Cấu trúc và tính chất của chấm lượng tử carbon
• 2.2.3. Ứng dụng tiềm năng của chấm lượng tử carbon
• 2.2.4. Phương pháp tổng hợp chấm lượng tử carbon
• 2.3. Tổng quan về cây tai tượng Ấn (Acalypha indica L.)
• 2.3.1. Phân loại khoa học cây tai tượng Ấn
• 2.3.2. Đặc điểm hình thái
• 2.3.3. Phân bố và sinh thái
• 2.3.4. Tác dụng sinh học của cây tai tượng Ấn
• 2.3.5. Thành phần hoá học
• 2.3.6. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.4. Vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu
• 3. TỔNG HỢP CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON
• 3.1. Quy trình tổng hợp chấm lượng tử carbon
• 3.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của chấm lượng tử carbon
• 4. CHIẾT HỢP CHẤT TỪ CÂY TAI TƯỢNG ẤN
• 4.1. Quy trình điều chế cao chiết từ cây tai tượng Ấn
• 4.2. Các phương pháp kiểm tra hoạt tính sinh học cao chiết
• 5. TỔNG HỢP CQDs TẢI HỢP CHẤT ĐƯỢC CHIẾT TỪ CÂY TAI TƯỢNG ẤN
• 5.1. Quy trình tổng hợp CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn
• 5.2. Các tính chất của CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn
• 6. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
• 6.1. Tổng hợp chấm lượng tử carbon
• 6.1.1. Sự hình thành chấm lượng tử carbon
• 6.1.2. Cấu trúc của chấm lượng tử carbon
• 6.1.3. Tính chất quang của chấm lượng tử carbon
• 6.2. Hoạt tính sinh học của cao chiết
• 6.2.1. Khả năng kháng khuẩn của cao lá tai tượng Ấn
• 6.2.2. Hoạt tính chống oxi hóa của cao chiết
• 6.2.3. Xác định tổng hàm lượng polyphenol
• 6.3. Kết quả phân tích cấu trúc CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn
• 6.4. Hoạt tính sinh học của CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT

Tóm tắt

I. Nghiên cứu chấm lượng tử carbon

Phần này tập trung vào nghiên cứu chấm lượng tử carbon (CQDs), đặc biệt là quá trình tổng hợp từ mụn sơ dừa bằng phương pháp thủy nhiệt. Phương pháp này được lựa chọn do tính đơn giản, dễ thực hiện và thân thiện với môi trường. Khóa luận đã khảo sát ảnh hưởng của thời gian tổng hợp (4h, 5h, 6h) lên kích thước, cấu trúc và tính chất quang học của CQDs. Các phương pháp phân tích bao gồm phổ hồng ngoại (FT-IR), nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định cấu trúc. Phổ hấp thụ (UV-vis) và phổ phát xạ huỳnh quang (PL) được sử dụng để đánh giá tính chất quang học. Kết quả cho thấy CQDs có pha tinh thể với kích thước trung bình khoảng 4,1285 ± 0,2290 nm. Hiệu suất phát quang tương đối thấp (~6%). Đây là một kết quả quan trọng, cho thấy tiềm năng của việc sử dụng phế phẩm sinh học để tổng hợp vật liệu nano carbon.

1.1 Tổng hợp và đặc trưng CQDs

Quá trình tổng hợp chấm lượng tử carbon từ mụn sơ dừa được thực hiện bằng phương pháp thủy nhiệt. Các thông số tổng hợp, bao gồm thời gian phản ứng, được tối ưu hóa để đạt được kích thước và tính chất mong muốn. Cấu trúc của chấm lượng tử carbon được phân tích chi tiết bằng các kỹ thuật hiện đại như TEM, XRD và FT-IR. Phân tích TEM cung cấp thông tin về hình thái, kích thước và phân bố kích thước hạt của CQDs. Dữ liệu XRD xác định cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết pha. Phổ FT-IR cho phép xác định các nhóm chức năng bề mặt, ảnh hưởng đến tính chất của CQDs. Kết quả cho thấy sự hình thành chấm lượng tử carbon với pha tinh thể và kích thước nano, phù hợp với kết quả nghiên cứu trước đây. Những dữ liệu này chứng minh được sự thành công của phương pháp tổng hợp và cung cấp cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo. Việc sử dụng mụn sơ dừa, một phế phẩm sinh học, làm nguồn nguyên liệu mang tính bền vững và kinh tế.

1.2 Tính chất quang học CQDs

Tính chất quang học của chấm lượng tử carbon được đánh giá thông qua phổ hấp thụ UV-vis và phổ phát xạ huỳnh quang PL. Phổ UV-vis cho thấy bước sóng hấp thụ đặc trưng của CQDs, phản ánh kích thước và cấu trúc điện tử. Phổ PL cung cấp thông tin về bước sóng phát xạ, cường độ phát xạ và hiệu suất lượng tử (QY). Phân tích cho thấy CQDs tổng hợp có bước sóng hấp thụ và phát xạ trong vùng UV-Vis, phù hợp với đặc điểm của CQDs được tổng hợp từ nguồn gốc sinh học. Tuy nhiên, hiệu suất phát quang của CQDs thu được tương đối thấp. Đây là một điểm cần được cải thiện trong các nghiên cứu tiếp theo, có thể thông qua việc tối ưu hóa điều kiện tổng hợp hoặc sử dụng phương pháp xử lý bề mặt để tăng cường tính chất quang học. Việc nghiên cứu kỹ phổ hấp thụ và phổ phát xạ huỳnh quang giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phát quang của CQDs tổng hợp.

II. Chiết xuất và đặc trưng hợp chất từ cây Tai tượng ấn Acalypha indica

Phần này tập trung vào việc chiết xuất hợp chất từ cây tai tượng ấn (Acalypha indica) bằng phương pháp trích ly nóng với hai dung môi là nước và ethanol. Hoạt tính sinh học của các chiết xuất được đánh giá thông qua khả năng kháng khuẩn và kháng oxi hóa. Khả năng kháng khuẩn được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán đĩa. Hoạt tính chống oxi hóa được đánh giá bằng phương pháp DPPH và đo năng lực khử. Hàm lượng polyphenol tổng số cũng được xác định. Kết quả cho thấy chiết xuất nước có hoạt tính chống oxi hóa tốt hơn chiết xuất ethanol. Chiết xuất nước được chọn để ứng dụng trong việc tổng hợp CQDs lai. Phân tích thành phần hóa học Acalypha indica và đánh giá tác dụng của Acalypha indica là cơ sở cho việc lựa chọn dung môi chiết và đánh giá hoạt tính. Nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ thuộc tính của Acalypha indica và tiềm năng ứng dụng trong y sinh.

2.1 Chiết xuất và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn

Chiết xuất hợp chất từ Acalypha indica được thực hiện bằng phương pháp trích ly nóng sử dụng hai dung môi: nước và ethanol. Sau khi chiết, các mẫu được làm khô và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn bằng phương pháp khuếch tán đĩa. Kết quả cho thấy cả hai mẫu chiết xuất đều không có hoạt tính kháng khuẩn đáng kể. Điều này cho thấy hợp chất trong cây tai tượng Ấn có thể không có tác dụng kháng khuẩn trực tiếp hoặc nồng độ hợp chất hoạt tính trong mẫu chiết xuất quá thấp để phát huy tác dụng. Việc sử dụng hai dung môi khác nhau cho phép so sánh hiệu quả chiết xuất và hoạt tính của các hợp chất khác nhau trong cây. Việc không tìm thấy hoạt tính kháng khuẩn cần được xem xét thêm trong các nghiên cứu tiếp theo, có thể liên quan đến phương pháp chiết xuất hoặc loại vi khuẩn sử dụng trong thử nghiệm. Acalypha indica extract cần được nghiên cứu sâu hơn về thành phần và cơ chế hoạt động.

2.2 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa

Hoạt tính chống oxi hóa của các chiết xuất được đánh giá bằng hai phương pháp: DPPH và đo năng lực khử. Phương pháp DPPH đo khả năng bắt gốc tự do DPPH, một chỉ số của hoạt tính chống oxi hóa. Phương pháp đo năng lực khử đánh giá khả năng cho electron của các chiết xuất. Kết quả cho thấy chiết xuất nước có hoạt tính chống oxi hóa tốt hơn chiết xuất ethanol. Điều này cho thấy một số hợp chất phân cực trong cây tai tượng Ấn đóng vai trò quan trọng trong việc chống oxi hóa. Việc xác định tổng hàm lượng polyphenol trong các chiết xuất cung cấp thêm thông tin về thành phần hóa học và có thể giải thích phần nào hoạt tính chống oxi hóa. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của chiết xuất nước Acalypha indica như một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên. Nghiên cứu cần được mở rộng để xác định các hợp chất cụ thể gây ra hoạt tính chống oxi hóa này.

III. Tổng hợp CQDs tải hợp chất từ cây Tai tượng ấn

Phần này mô tả quá trình tổng hợp CQDs tải hợp chất từ cây tai tượng ấn. Chiết xuất nước Acalypha indica được chọn để tải lên CQDs do có hoạt tính chống oxi hóa tốt hơn. Cấu trúc của CQDs sau khi tải được phân tích bằng FT-IR và XRD. Hoạt tính sinh học của CQDs lai được so sánh với CQDs chưa tải. Kết quả cho thấy sự hiện diện của hợp chất từ cây tai tượng ấn trên bề mặt CQDs. Tuy nhiên, hoạt tính chống oxi hóa của CQDs lai lại thấp hơn CQDs chưa tải. Điều này cho thấy sự tương tác giữa CQDs và hợp chất từ cây tai tượng ấn có thể ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học. Nghiên cứu này tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm tối ưu hóa quá trình tải và nâng cao hoạt tính sinh học của CQDs lai. Việc sản xuất chấm lượng tử carbon bền vững và chấm lượng tử thân thiện với môi trường là mục tiêu quan trọng.

3.1 Tổng hợp và đặc trưng CQDs lai

CQDs tải hợp chất Acalypha indica được tổng hợp bằng cách thêm chiết xuất nước vào dung dịch CQDs. Sau khi tổng hợp, CQDs lai được phân tích cấu trúc bằng FT-IR và XRD để xác nhận sự hiện diện của hợp chất từ cây tai tượng ấn trên bề mặt CQDs. Phân tích FT-IR cho thấy sự xuất hiện của các đỉnh hấp thụ mới, cho thấy sự liên kết giữa CQDs và hợp chất từ cây tai tượng ấn. Dữ liệu XRD cho thấy cấu trúc tinh thể của CQDs có thể bị ảnh hưởng sau khi tải. Việc phân tích thành phần hóa học Acalypha indica giúp hiểu rõ hơn về cơ chế tương tác giữa CQDs và các hợp chất này. Kỹ thuật tổng hợp chấm lượng tử cần được cải tiến để tối ưu hóa quá trình tải và tăng hiệu quả.

3.2 Đánh giá hoạt tính sinh học CQDs lai

Hoạt tính sinh học của CQDs lai được đánh giá thông qua khả năng chống oxi hóa bằng phương pháp DPPH. Kết quả so sánh giữa CQDs lai và CQDs chưa tải cho thấy CQDs lai có hoạt tính chống oxi hóa thấp hơn. Điều này có thể do sự che phủ một phần bề mặt CQDs bởi hợp chất từ cây tai tượng ấn, làm giảm khả năng tiếp xúc với gốc tự do. Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn mang tính chất cơ bản, cần được tiếp tục để tối ưu hóa quá trình tải và tìm kiếm các điều kiện tổng hợp phù hợp để tăng cường hoạt tính sinh học của CQDs lai. Ứng dụng chấm lượng tử carbon trong cảm biến, ứng dụng chấm lượng tử carbon trong y sinh và ứng dụng chấm lượng tử carbon trong năng lượng mặt trời là những hướng nghiên cứu thú vị trong tương lai. Mô hình hóa hóa học chấm lượng tử carbon và mô phỏng chấm lượng tử carbon sẽ hỗ trợ cho việc tối ưu hóa quá trình tổng hợp và ứng dụng.