MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học và công nghệ nano đã có những bước phát triển mạnh mẽ, những nghiên cứu và công nghệ nano được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong cuộc sống, đặc biệt là lĩnh vực y – sinh học. Ứng dụng của vật liệu ở kích thước nano vào quá trình chẩn đoán và điều trị bệnh là một hướng nghiên cứu đang chiếm nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Chúng ta đã biết, vàng (Au) là nguyên tố kim loại chuyển tiếp, không độc, có khả năng tương thích sinh học và được xem là trơ nhất trong tất cả các kim loại. Thế nhưng khi tồn tại ở kích thước nano, các hạt nano vàng xuất hiện nhiều hoạt tính khác biệt so với trạng thái vật liệu khối như: có khả năng xúc tác các phản ứng sinh hóa, thay đổi bước sóng hấp thụ theo kích thước của hạt, mang đặc tính gắn kết với các phân tử sinh học… Do đó, các hạt nano vàng đang có tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghệ sinh học và lĩnh vực xúc tác.
Với tiềm năng ứng dụng rộng lớn của nano vàng hiện nay, trong nội dung đề tài này chúng tôi thực hiện nghiên cứu “chế tạo vật liệu nano vàng-chitosan định hướng ứng dụng trong dược phẩm”. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về kim loại vàng (Au) 1. Tổng quát - Tên thường gọi: vàng - Ký hiệu hóa học: Au - Số khối 79, thuộc nhóm IB, chu kỳ 6.
- Phân loại: thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp. - Khối lượng nguyên tử: 196,967 đ.C - Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24f145p66s1. - Bán kính nguyên tử: 0,144nm. - Bán kính ion (Au+1): 0,137nm.
- Cấu trúc tinh thể (ở 20°C): lập phương tâm mặt (FCC). Tính chất vật lý của vàng Vàng ở điều kiện thường (t = 20°C) tồn tại dạng thể rắn, có ánh kim. Vàng là kim loại có tính dẻo cao, dễ dát mỏng và kéo sợi. Người ta có thể dát vàng thành lá mỏng đến mức ánh sáng có thể xuyên qua.
Vàng có tỷ trọng chất rắn (ở 20°C) là 19,32g/cm3, sôi tại nhiệt độ 2807°C, nóng chảy tại nhiệt độ 1064°C. Vàng có rất nhiều đồng vị từ 183Au đến 204 Au nhưng trong đó chỉ có một đồng vị bền tồn tại trong thiên nhiên là 197Au (chiếm 100%). Trong các kim loại thì vàng dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt. Tính chất hóa học Hoạt tính hóa học của vàng tương đối nhỏ, nó không tan trong hầu hết các acid.
Vàng không phản ứng trực tiếp với oxi, nhưng khi ở nhiệt độ cao, như nhiệt độ nóng chảy, vàng có khả năng hấp phụ oxi. Aur + 3NO3-dd + 6H+dd → Au3+dd + 3NO2kk + 3H2Ol Au3+dd + 4Cl-dd → AuCl4-dd 3 Vàng hóa hợp trực tiếp với Se, Te khi nung các đơn chất trong ampun hàn kín. Thành phần của các hợp chất tạo thành khá phức tạp, trong đó đơn giản hơn cả là AuSe3, AuTe2. Vàng có phản ứng với các halogen.
Khi cho khí clo đi qua vàng nung nóng sẽ tạo ra muối clorua tương ứng (AuCl3). Vàng chỉ phản ứng với flo ở nhiệt độ cao. Ứng dụng của vàng Trong nền kinh tế: vàng là một loại tiền tệ đặc biệt dùng để trao đổi trong hơn 5. Lượng vàng tích trữ của một nước ảnh hưởng đến nền kinh tế của nước đó.
Ở Việt Nam, dùng vàng để lưu trữ (tiết kiệm) là một hình thức phổ biến của người dân.1: Vàng thỏi Trong nha khoa: theo các nhà khảo cổ, vàng được sử dụng trong nha khoa cách đây hơn 3000 năm. Những người Etrusca sống vào thế kỷ thứ 7 sau công nguyên đã dùng các mẫu vàng để thay thế những chiếc răng bị hỏng. Đến thế kỷ 16, một cuốn sách khảo cứu nha khoa đã giới thiệu vàng lá như là một vật liệu để lấp các lỗ hỏng trong răng. Khoảng vài thập niên trước, dùng vàng thay thế những chiếc răng bị hỏng rất phổ biến ở nước ta.
Tuy nhiên, hiện nay giá trị của vàng tăng cao nên việc sử dụng vàng làm răng giả đã giảm đáng kể. Trong y học: theo Viện Nghiên Cứu Khoa Học quốc gia Pháp (CNRS), các nhà nghiên cứu hiện đang thực hiện nhiều thử nghiệm về hạt nano vàng, trong đó có thử nghiệm cho phép tiêu hủy các tế bào ung thư. Từ nhiều năm nay, các tế bào ung 4 thư được xử lý bằng hai liệu pháp xạ trị và hóa trị. Các nhà nghiên cứu đang tìm các phương pháp trị liệu tế bào ung thư bằng cách ghép những phân tử thuốc trên những hạt nano vàng để chúng hoạt động tương tự như đạn sinh học.
Nghiên cứu này đang được thực hiện từ 3 đến 4 năm nay tại Pháp nhưng chưa được ứng dụng trong liệu pháp chữa bệnh. Phương pháp thứ hai đã được các nhà nghiên cứu Mỹ thử nghiệm ở chuột: đó là kết hợp các hạt nano vàng với tia X để tăng hiệu quả trong việc phát hiện các tế bào ung thư. Vàng từng là liệu pháp chữa bệnh phổ biến trong thời Cổ đại tại Ai Cập, Ấn Độ và Trung Quốc để chữa các bệnh đậu mùa, loét ngoài da hay ban đỏ. Cuối tháng 11/2006, nhóm nghiên cứu "GdR OrNano" thuộc Viện CNRS đã tập trung 130 nhà khoa học (chuyên ngành hóa học, vật lý, sinh học…) thuộc 40 phòng thí nghiệm Pháp để nghiên cứu về các hạt nano vàng.
Theo CNRS, hiện nay các hạt nano vàng có thể được sử dụng trong nhiều lãnh vực như quang học, điện tử, hóa học như chống ô nhiễm và làm chất xúc tác. Đây là một trong các chất kim loại nổi trội nhất trong đầu thế kỷ 21.2: Ứng dụng trong điều trị ung thư Trang trí thiết kế: nhu cầu vàng phục vụ cho lĩnh vực này ước tính khoảng 90 tấn/năm và được sử dụng cho nhiều đối tượng khác nhau, từ trang sức, mặt đồng hồ, bút máy, bút chì cho đến gọng kính và các dụng cụ trang trí phòng tắm. Từ nhiều thế kỷ trước, vàng được sử dụng để trang trí các mái vòm hoặc trần nhà trong các công trình kiến trúc công cộng, chủ yếu là do khả năng chống bào mòn của 5 vàng đồng nghĩa với việc tuổi thọ của các tác phẩm bằng vàng sẽ lâu hơn rất nhiều so với các bức họa thông thường.3: Ngôi nhà được trang trí bằng vàng Điện tử: vai trò chính của vàng trong lĩnh vực điện tử được ứng dụng vào các công tắc, bộ chuyển mạch, cục rơle và các khớp nối. Công tắc được mạ điện với một lớp màng mỏng bằng vàng tăng khả năng dẫn lên nhiều lần.
Việc gắn vàng lên công tắc nhằm đảm bảo cho việc phân tán nhiệt lượng một cách nhanh chóng, và giúp ngưng lại quá trình oxi hoá hoặc bị mờ do tác động của nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao. Một ứng dụng khác của vàng trong kỹ thuật điện là các thiết bị bán dẫn, ở đó các dây hoặc “mảnh” vàng đủ nhỏ được dùng đề kết nối các chi tiết như bóng bán dẫn với các vi mạch, và trong các bảng mạch thì được dùng để liên kết các chip điện tử lại với nhau.4: Sử dụng vàng trong các mạch điện 1. Tổng quan về chitosan 1. Cấu trúc của chitosan 6 Chitosan là một loại polime carbohydrate tự nhiên có thể tạo ra bằng cách deacetyl hoá chitin.5: Công thức cấu tạo của chitin và chitosan Chitosan là dẫn xuất deacetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C2.
Chitosan được cấu tạo từ các mắc xích D- glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết α-(1-4)-glycoside [1],[2]. Tính chất của chitosan Không độc, tính tương thích sinh học cao và có khả năng phân hủy sinh học nên không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường. Cấu trúc ổn định. Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH < 6,3) và kết tủa ở những giá trị pH cao hơn, hóa tím trong dung dịch iod.
Có tính kháng khuẩn tốt. 7 Chitosan là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử giảm dần theo thời gian do phản ứng tự ngắt mạch, nhưng khi trọng lượng phân tử giảm thì hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi. Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng. Khi pH < 6,3, chitosan có tính điện dương cao.
Trong phân tử chitosan có chứa nhóm -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N- acetyl-D- glucosamin có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin, vừa là amid. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-. Mặt khác, chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết α-(1-4)-glycoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất như: acid, bazơ, tác nhân oxy hoá và các enzyme thuỷ phân [1], [2]. Ứng dụng của chitosan Trong y tế, chitosan có tác dụng làm màng chữa bỏng, tá dược độn trong làm cốm, tá dược ổn định viên nén, thuốc trị viêm loét dạ dày tá tràng.
Chitosan-colagen hỗn hợp làm giảm cholesterol trong máu làm giảm sự hấp thụ lipid. Chitin được dùng làm da nhân tạo, thuốc diệt khuẩn, chỉ khâu trong phẫu thuật. Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan làm phụ gia thực phẩm duy trì hương vị tự nhiên, ổn định màu, nhũ tương, làm dày cấu trúc, màng bảo quản rau quả tươi, làm trong nước quả ép, giữ màu sắc và hương vị tự nhiên của sản phẩm. Trong công nghiệp in, chitosan làm chất keo cảm quang, trong công nghiệp nhuộm làm tăng độ màu vải nhuộm.
Trong nông nghiệp, oligochitosan làm thuốc tăng trưởng thực vật và kích thích gây tạo kháng sinh thực vật, thuốc diệt nấm bệnh cho thực vật, gia tăng hệ số nhân và sinh khối tươi cho cây nuôi cấy mô. Trong khoa học kỹ thuật, chitosan làm dung dịch tăng độ khuyếch đại của kính hiển vi, xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt: thu hồi ion kim loại, protein, phenol, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm [1], [2]. Tổng quan về nano vàng 1. Hạt nano kim loại Khoa học và công nghệ nano là thuật ngữ đang được sử dụng phổ biến hiện nay, đối tượng của chúng là những vật liệu có một hay nhiều chiều có kích thước ở cấp độ nanomet.
Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974, do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử.
