CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Công nghệ Nano 1. Khái quát công nghệ nano Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ nano đang được biết đến như một phép màu.
Với kích thước bề dày khá nhỏ là nanomet đã đem lại nhiều tính năng vượt trội, đang dần thay thế với vật liệu có kích thước micromet và milimet. Trong vòng hai mươi năm qua, ngành công nghệ nano luôn là một ngành công nghệ mũi nhọn của thế giới. Hàng tỷ đô la được đầu tư mỗi năm cho nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano, hơn 3000 phát minh được đăng kí bản quyền sáng chế mỗi năm, càng ngày càng có nhiều sản phẩm ứng dụng nano được đưa ra thị trường. Dự đoán trong vòng 10 – 15 năm nữa, công nghệ nano sẽ tạo nên khoảng 1000 tỷ USD trong kinh doanh thương mại và sẽ có nhiều ảnh hưởng đến xã hội và con người.
Tuy nhiên, hầu như ở các nước chưa có các quy định chặt chẽ về vấn đề phát triển, sử dụng vật liệu nano và chưa có các đánh giá chính xác về mức độ an toàn của sản phẩm nano [9]. Công nghệ nano có nhiều tiềm năng to lớn nhưng cần được phát triển một cách có trách nhiệm, không chỉ chạy theo lợi nhuận mà cần phải nghiên cứu nghiêm túc các tác động đến con người và môi trường nhằm giảm thiểu tối đa các nguy cơ tiềm ẩn của nó. Khái niệm về Công nghệ Nano được nhắc đến năm 1959 khi nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử. Những năm 1980, nhờ sự ra đời của hàng loạt thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực Nano.
Công nghệ Nano 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. NGUYỄN THỊ LỆ THỦY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ ĐÁNH GIA NANOLYCOPENE THS. VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG bắt đầu được đầu tư nghên cứu và phát triển mạnh mẽ. Ra đời mới hơn hai mươi năm, là một ngành công nghệ non trẻ, nhưng công nghệ Nano đang phát triển với tốc độ chóng mặt [9].
Công nghệ Nano (tiếng Anh: Nanotechnology) là ngành công nghiệp liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1nm = 10-9m) [10]. Vật liệu nano Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet. Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí.
Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau: Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano. Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên 1 chiều (2 chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano. Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng. Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau [10].
Tình hình hiện nay Hiện nay, vật liệu nano được áp dụng rộng rãi trong và ngoài nước vì đặc tính của nó khá tốt, được ưa chuộng nhiều. Phát triển mạnh mẽ nhiều lĩnh vực. 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. NGUYỄN THỊ LỆ THỦY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ ĐÁNH GIA NANOLYCOPENE THS.
VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG a) Y sinh học Các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở quy mô phân tử hay tế bào. Hiện nay, con người đã chế tạo ra hạt nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chuẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư,… Ví dụ như việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế bào. Một nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó chúng được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu diệt các khối u.
Không dừng lại ở đó, các nhà khoa học còn nghiên cứu một dự án nanorobot vô cùng đặc biệt. Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ, có thể đi vào bên trong cơ thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết. Việc cung cấp thuốc một cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như hiệu quả điều trị [10]. Nanorobot xâm nhập vào cơ thể con người điều trị bệnh 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
NGUYỄN THỊ LỆ THỦY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ ĐÁNH GIA NANOLYCOPENE THS. VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG Công nghệ nano trong tương lai không xa sẽ giúp con người chống lại căn bênh ung thư quái ác. Ngay cả những căn bênh ung thư khó chữa nhất như ung thư não, các bác sĩ sẽ có thể dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất kỳ phương pháp hóa trị độc hại nào. b) Các lĩnh vực khác *Điện tử - cơ khí Chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lí cực nhanh, chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, màn hình máy tính, điện thoại, tạo ra các vật liệu nano siêu nhẹ- siêu bền sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ,…[10].
Pin Nano siêu nhỏ - Môi trường Chế tạo ra màng lọc nano lọc được các phân tử gây ô nhiễm, các chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn…[10]. - May mặc Một ý tưởng vô cùng đặc biệt với loại quần áo có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo đã trở thành hiện thực với việc áp dụng các hạt nano bạc. Các hạt nano bạc này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế bào của chúng. Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
NGUYỄN THỊ LỆ THỦY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ ĐÁNH GIA NANOLYCOPENE THS. VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG mẫu quần áo thể thao và đặc biệt hơn là được sử dụng trong một loại quần lót khử mùi. Không chỉ dừng lại ở công dụng khử mùi, công nghệ nano có thể biến chiếc áo bạn đang mặc thành một trạm phát điện di động. Sử dụng các nguồn năng lượng như gió, năng lượng mặt trời và với công nghệ nano bạn sẽ có thể sạc điện cho chiếc smartphone của mình mọi lúc mọi nơi.
Ứng dụng này còn được sử dụng rộng rãi hơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả năng chuyển hóa năng lượng tự nhiên thành điện năng. Tuy nhiên ứng dụng này vẫn đang trong quá trình thử nghiệm [10]. - Nông nghiệp Hiện nay tại Việt Nam đã có một số ứng dụng của công nghệ nano trong sản xuất các loại phân bón lá, thuốc trừ nấm bệnh cho cây trồng. Hai nguyên tố được tiếp cận đầu tiên ở dạng nano là nano bạc (Ag) và nano đồng (Cu).
Đây là hai nguyên tố có tính chất kháng khuẩn mạnh và càng mạnh hơn khi nó được chia tách thành các hạt có kích thước nanomet. Nhưng trong hai nguyên tố này, có một nguyên tố là thành phần dinh dưỡng của cây và của con người, đó là đồng, cái còn lại (bạc Ag) thì không. Vì thế, đồng ở dạng nano được sử dụng như phân bón lẫn thuốc trừ nấm bệnh, vi khuẩn trên cây trồng, trở thành một loại thuốc bảo vệ thực vật không những không độc hại cho con người và môi trường mà còn giúp cung cấp dinh dưỡng vi lượng đồng cho cây với một liều lượng cực nhỏ vừa đủ, giúp cây thoát khỏi tình trạng bị ngộ độc do tích lũy đồng dư thừa trong đất [10]. Khái quát về lycopene Lycopene là một sắc tố caroten và carotenoid màu đỏ tươi là một hóa chất thực vật được tìm thấy trong nhiều loại rau quả có màu đỏ như gấc, cà 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
NGUYỄN THỊ LỆ THỦY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ ĐÁNH GIA NANOLYCOPENE THS. VŨ THỊ HỒNG PHƯỢNG chua, dưa hấu, đu đủ, ổi đỏ, bưởi đỏ, nhưng không có trong dâu tây hay anh đào. Mặc dù lycopen về mặt hóa học là một loại caroten, nhưng nó không có hoạt tính của vitamin A. Thực phẩm không có màu đỏ cũng có thể chứa lycopen, chẳng hạn như các loại đỗ, đậu [2].
Ở thực vật, tảo và các sinh vật có khả năng quang hợp khác, lycopen là một hợp chất trung gian quan trọng trong tổng hợp sinh học nhiều loại carotenoid, bao gồm cả beta caroten, hợp chất đóng vai trò trong quá trình tạo ra sắc tố đỏ, vàng hay cam, quang hợp và bảo vệ chống cháy sáng. Giống như mọi carotenoid khác, lycopen là một hydrocarbon không bão hòa, nghĩa là một alken không thay thế [1]. Cấu trúc và tính chất hóa lý Lycopen là một tetraterpen và được tổ hợp từ 8 khối isopren chỉ bao gồm cacbon và hydro. Nó không hòa tan trong nước.
Mười một liên kết đôi tiếp hợp của lycopen tạo ra màu đỏ đậm và hoạt tính chống ôxi hóa cho nó. Nhờ có màu nóng và không độc nên lycopen là một màu thực phẩm (E160d) hữu dụng và nó cũng được phê chuẩn cho phép sử dụng tại nhiều quốc gia, trong đó có Hoa Kỳ, Australia và New Zealand và EU [2]. a) Cấu trúc phân tử lycopene Các phân tử lycopene là một chuỗi mở của carotenoid chưa bão hòa với 40 cacbon có công thức phân tử là C40H56 có khối lượng phân tử của 536 Da và là một trong những carotenoid tổng hợp bởi thực vật và vi sinh vật quang hợp. Lycopene có 13 liên kết đôi, trong đó có 11 liên kết đôi liên hợp, chính vì vậy nó hoạt động như một chất chống lại các tác nhân oxy hóa như tia UV[4].