Nghiên cứu ứng dụng hạt nano au tổng hợp xanh từ dịch chiết la hán quả làm cảm biến sinh học đinh lượng cation pbii và xúc tác cho phản ứng chuyển hoá chất hữu cơ

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng hạt nano au tổng hợp xanh từ dịch chiết la hán quả làm cảm biến sinh học đinh, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Dương Trường Giang
• Người hướng dẫn: TS. Đoàn Văn Đạt
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Hạt Nano Vàng Từ La Hán Quả Làm Cảm Biến Sinh Học Và Xúc Tác
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng từ la hán quả

Nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng từ la hán quả đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực công nghệ nano. Hạt nano vàng (AuNPs) có nhiều ứng dụng trong y học, cảm biến sinh học và xúc tác. Việc tổng hợp hạt nano vàng từ la hán quả không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá khả năng của hạt nano vàng trong việc phát hiện và xử lý các chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng như Pb(II).

1.1. Khái niệm về hạt nano vàng và la hán quả

Hạt nano vàng là các hạt có kích thước từ 1 đến 100 nm, được biết đến với tính chất quang học đặc biệt. La hán quả là một loại trái cây tự nhiên, chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe. Việc sử dụng dịch chiết từ la hán quả để tổng hợp hạt nano vàng không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn an toàn cho sức khỏe.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong công nghệ nano

Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp mới để phát hiện và xử lý ô nhiễm môi trường. Cảm biến sinh học từ hạt nano vàng có thể giúp phát hiện nhanh chóng các ion kim loại nặng, từ đó bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường và thách thức trong phát hiện kim loại nặng

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước do kim loại nặng như Pb(II), đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các phương pháp truyền thống để phát hiện kim loại nặng thường phức tạp và tốn kém. Do đó, cần có những giải pháp mới, hiệu quả hơn để giải quyết vấn đề này. Nghiên cứu này nhằm phát triển một phương pháp đơn giản và hiệu quả hơn thông qua việc sử dụng hạt nano vàng.

2.1. Tác động của kim loại nặng đến sức khỏe con người

Kim loại nặng như Pb(II) có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm tổn thương hệ thần kinh và các bệnh về da liễu. Việc phát hiện sớm và xử lý các ion kim loại nặng là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.2. Những hạn chế của các phương pháp phát hiện hiện tại

Các phương pháp hiện tại như quang phổ hấp thụ nguyên tử và sắc ký khí thường yêu cầu thiết bị phức tạp và chi phí cao. Điều này làm giảm khả năng tiếp cận và hiệu quả trong việc phát hiện kim loại nặng trong môi trường.

III. Phương pháp tổng hợp hạt nano vàng từ la hán quả

Phương pháp tổng hợp hạt nano vàng từ dịch chiết la hán quả được thực hiện theo quy trình đơn giản và hiệu quả. Dịch chiết từ la hán quả không chỉ cung cấp các hợp chất hữu ích mà còn giúp giảm thiểu tác động đến môi trường. Nghiên cứu này sẽ trình bày chi tiết quy trình tổng hợp và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này.

3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano vàng

Quy trình tổng hợp bao gồm việc chiết xuất dịch từ la hán quả và sau đó cho phản ứng với dung dịch Au3+. Các yếu tố như nồng độ, nhiệt độ và thời gian phản ứng sẽ được khảo sát để tối ưu hóa quy trình.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

Nghiên cứu sẽ khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Au3+, nhiệt độ và thời gian đến kích thước và hình dạng của hạt nano vàng. Những yếu tố này có thể ảnh hưởng lớn đến tính chất quang học và khả năng xúc tác của hạt nano.

IV. Ứng dụng của hạt nano vàng trong cảm biến sinh học và xúc tác

Hạt nano vàng có khả năng hoạt động như một cảm biến sinh học hiệu quả trong việc phát hiện các ion kim loại nặng. Ngoài ra, chúng còn có khả năng xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ, như giảm nitrophenol thành aminophenol. Nghiên cứu này sẽ trình bày chi tiết về các ứng dụng này.

4.1. Khả năng phát hiện ion kim loại nặng

Hạt nano vàng có thể được sử dụng để phát hiện ion Pb(II) trong nước thông qua sự thay đổi màu sắc. Phương pháp này đơn giản, nhanh chóng và không yêu cầu thiết bị phức tạp.

4.2. Khả năng xúc tác cho phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hạt nano vàng có thể xúc tác cho phản ứng giữa NaBH4 và nitrophenol, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Khả năng tái sử dụng của xúc tác cũng được khảo sát để đảm bảo tính bền vững.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng từ la hán quả đã mở ra nhiều triển vọng trong việc phát hiện và xử lý ô nhiễm môi trường. Các kết quả cho thấy hạt nano vàng không chỉ hiệu quả trong việc phát hiện ion kim loại nặng mà còn có khả năng xúc tác cho các phản ứng hữu cơ. Tương lai, nghiên cứu này có thể được mở rộng để phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực y học và môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong bảo vệ môi trường

Nghiên cứu này góp phần quan trọng trong việc phát triển các phương pháp mới để phát hiện và xử lý ô nhiễm môi trường, từ đó bảo vệ sức khỏe con người và hệ sinh thái.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của hạt nano vàng trong các lĩnh vực khác như y học và công nghệ sinh học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về công nghệ nano 1. Khái niệm về công nghệ nano Công nghệ nano là ngành công nghệ hiện đại và được ứng dụng vô cùng rộng rãi trong các lĩnh vực liên quan đến phân tích, chế tạo, thiết kế hệ thống và thiết bị cùng với đó nó cũng đóng góp rất lớn trong khoa học bề mặt, hoá học hữu cơ, sinh học phân tử, vật lý bán dẫn, lưu trữ năng lượng [11][12],…. Bằng việc điều khiển kích thước và hình dáng trên quy mô nm (nm, 1 nm = 10-9 m), vật liệu nano này có những tính năng riêng biệt mà ta không tìm thấy được ở các loại vật liệu truyền thống trước đây [13].

Các tính năng ấy có được là nhờ vật liệu chỉ ở kích thước nano nó làm cho diện tích bề mặt của vật liệu tăng Hình 1. So sánh kích thước các vật đáng kể so với các loại vật liệu truyền thống [13]. Vật liệu nano Người ta phân loại vật liệu nano dựa trên hai yếu tố đó là trạng thái tồn tại và theo một dạng nữa là trạng thái hình dáng của vật liệu: Theo trạng thái tồn lại của vật liệu bào gồm ba dạng đó là: Dạng rắn, lỏng và trạng thái khí (theo nghiên cứu trích dẫn thì trạng thái nano rắn đang được sử dụng phổ biến và nó cũng là lĩnh vực được nghiên cứu nhiều nhất trong ngành công nghệ vật liệu hay cụ thể hơn là ngành vật liệu nano) [14]. Theo hình dáng của vật liệu, vật liệu nano là vật liệu mà trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano, nên người ta đặt tên cho chúng dựa trên số chiều không gian bị giới hạn bởi kích thước đó như sau: 5 Vật liệu nano không chiều được hiểu là cả ba chiều điều có kích thước nano [14].

Ví dụ: đám nano, hạt nano Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó có một chiều ở kích thước nano [14]. Ví dụ: dây nano, ống nano Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano [14]. Ví dụ: màng mỏng Ngoài ra còn có vật liệu Nanocomposite trong đó một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó bao gồm các dạng nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen vào nhau tạo thành [14]. Nguồn gốc của công nghệ nano Năm 1959 nhà vật lý thiên tài Richard Feynman đã đặt ra nhiều ý tưởng về kỹ thuật thu nhỏ vật liệu, từ ý tưởng táo bạo ấy đã là nền móng cho một công nghê mới ra đời mà ngày nay gọi là công nghệ Nano.

Tận đến năm 1974 thì nhà nghiên cứu Nario Taniguchi người nhật bản mới sử dụng thuật ngữ công nghệ nano để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử nhưng chưa được nhiều người chú ý [15]. Sau bài nghiên cứu đầy thuyết phục của Feynman thì các nhà nghiên cứu mới bắt đầu tìm hiểu, và mở rộng ý tưởng mà Feynman đã đặt ra. Sau đó một loạt công bố của các nhà khoa học làm cho ý tưởng của Feynman đã từng bước được nhiều người đón nhận. Năm 1981 hai nhà nghiên cứu của công ty IBM, là G.

Rohrer, tuyên bố với thế giới là hai ông đã nhìn thấy nguyên tử bằng kính Hình 1. Richard Feynman hiển vi quét đường hầm (scanning tunelling microscope) do hai ông phát minh [15]. Schweizer cũng tại IBM lần đầu tiên cảm được nguyên tử. Hai ông sử dụng đầu dò của STM để di chuyển từng đơn vị nguyên tử theo ý của mình [15].

Đầu những năm 2000, chính phủ của một số nước tiên tiến đầu tư, thúc đẩy mạnh khoa học và công nghệ, trong đó ngành công nghệ nano đặc biệt được chú trọng, các cuộc tranh luận xung quanh thuật ngữ công nghệ nano ngày càng sôi nổi hơn và có nhiều bước tiến vượt bậc [16]. Và hiện nay, ngành công nghệ nano cũng chưa có dấu hiệu suy giảm, được ứng dụng nhiều lĩnh vực trong cuộc sống như: vật liệu, mỹ phẩm, y sinh,… 1. Các phương pháp tổng hợp nano kim loại: Phương pháp ăn mòn laser: Ta tiến hành chiếu một chùm laser có bước sóng ở 532 nm, kèm với các thông số như sau độ rộng xung 10 ns, tần số 10 Hz, và mức năng lượng mỗi xung là 90 mJ, lên 6 đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1–3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser thì các hạt có kích thước nano khoảng 10 nm được hình thành [17].

Phương pháp khử hoá lý: Là một phương pháp kết hợp giữa vật lý và hoá học. Nguyên tắc là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để từ đó tạo ra được hạt nano. Thông qua quá trình điện phân thì các hạt nano bám lên điện cực âm, lúc đó người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano sẽ tự rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [18][19]. Phương pháp từ dưới lên: Các hạt nano được tạo ra bằng cách cho nguyên tử hay phân tử kết hợp lại với nhau.

Phương pháp này dễ dàng thay đổi các thông số hay hệ phản ứng của quá trình tổng hợp, khi đó kích thước, hình dạng và cấu tạo ra các sản phẩm có chất lượng cũng như khả năng ứng dụng tốt hơn [20]. Phương pháp này cần sử dụng các tác chất là phức cơ kim hay muối kim loại thích hợp với quy trình tổng hợp. Bù lại phương pháp này có thể áp dụng được ở cả ba trạng thái tồn tại của vật liệu là rắn, lỏng, khí và ta có thể kiểm soát kích thước hạt qua quá trình kiểm soát sự hình thành mầm và phát triển hạt [20]. Phương pháp từ trên xuống: Sử dụng các quá trình nghiền cơ học để chia nhỏ vật liệu khối thành kích cỡ nano từ các quá trình nghiền cơ học.

Có một số ưu điểm hơn so với phương pháp từ dưới lên đó là thao tác đơn giản, hạn chế quá trình bay hơi và các chất thải độc hại sinh ra trong phương pháp từ dưới lên từ đó có tác dụng tích cực trong việc bảo vệ môi trường. Tuy nhiên do sử dụng chủ yếu là các phương pháp cơ học nên chất lượng các hạt nano tạo ra từ phương pháp này có chất lượng thấp hơn phương pháp từ dưới lên, sản phẩm bị nhiễm tạp chất từ thiết bị nghiền, diện tích bề mặt hạt thấp, sự phân bố về hình dạng và kích thước không đều và tốn nhiều năng lượng [20]. Ứng dụng của nano kim loại Vì là một công nghệ đã được nghiên cứu từ nhiều năm trước nên bề dày ứng dụng của vật liệu nano vô cùng đồ sộ có thể kể đến như: Trong ngành công nghiệp điện tử và cơ khí hiện nay. Các bộ phận hay linh kiện được làm bằng vật liệu nano cho một tốc độ xử lý cực nhanh, ngoài ra nó còn được dùng để chế tạo máy tính nano, các thiết bị ghi thông tin với kích thước cực nhỏ, làm màn hình điện thoại, sơn phủ lên các thiết bị hay linh kiện như bàn phím, chuột, thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ.

Trong công nghệ chuyển đổi và phân phối năng lượng quá trình truyền tải năng lượng sử dụng các chất siêu dẫn nhiệt độ cao được tối ưu hoá ở thiết kế bề mặt ở cấp độ nano làm tăng hiệu năng của quá trình truyền tải. Dây truyền tải năng lượng sử dụng các ống nano Cac-bon (CNT). Cùng với đó được ứng dụng để chế tạo các loại pin nhiên liệu. 7 Lĩnh vực xử lý nước thải, nano kim loại cũng đang được phát triển để ứng dụng cho nhiều quy trình công nghiệp và xử lý và phát hiện các thành phần ion kim loại nặng trong nước thải [21].

Làm sạch và dọn dẹp môi trường ứng dụng bao gồm khử muối nước, lọc nước, xử lý nước thải, xử lý nước ngầm [21]. Trong công nghiệp, các ứng dụng có thể bao gồm vật liệu xây dựng, hàng hóa quân sự, gia công dây nano, thanh nano vài lớp Graphene [22]. Cùng với những ứng dụng nổi bật đã được đề cập trước đó thì công nghệ nano cũng mang lại vô số những ứng dụng và tiện ích thuận lợi cho ngành y và được xem là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ Nano: 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 [23]. Một nghiên cứu đã cho kết quả là các hạt nano vàng sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó có thể dùng các tia như siêu âm, laser, hồng ngoại để kích thích gia nhiệt các hạt nano vàng, nhiệt nóng sẽ tiêu diệt tế bào ung thư mà không hại tế bào lành khác [23].

Giới thiệu về La Hán Quả (SG) 1. Sơ lược về La Hán Quả (SG) Tên khoa học Siraitia grosvenorii Giới Plantea Bộ Cucurbitales Họ Cucurbitaceae Tông Joliffieae Phân Tông Thladianthinae Chi Siraitia La hán quả hay tên khoa học gọi là Siraitia grosvenorii (SG), một loài thuộc thực vật họ Cucurbitaceae, và quả của nó còn thường được gọi là Luo hanguo (LHG). SG được trồng rộng rãi ở tỉnh Quảng Tây Trung Quốc, Indonesia và Việt Nam và Thái Lan. LHG đã được sử dụng từ nhiều thập kỷ trước ở Trung Quốc như một chất làm ngọt tự nhiên và là một loại thuốc truyền thống để điều trị các bệnh như tắc nghẽn phổi [24-29], cảm lạnh và đau họng [27-29].

Năm 1987, LHG đã được công nhận là một loại quả ăn được và có tính dược học vô cùng phong phú cho sức khoẻ con người [30]. Đến nay, sau nhiều công trình nguyên cứu về dược tính của SG ta hoàn toàn khẳng định được rằng LHG có tác dụng điều trị các loại bệnh như: ho, các bệnh liên quan đến hô hấp, bảo vệ gan, giảm glucose, tăng 8 cường miễn dịch và chống ung thư [30]. Do đó các sản phẩm được tạo thành từ LHG đã được phê duyệt như là thực phẩm chức năng bổ sung vào chế độ ăn uống của một số quốc gia lớn như Nhật Bản, Hoa Kỳ, New Zealand và Úc [24]. Nhờ các đặc tính dược học quý giá trên nên LHG càng ngày càng có giá trị kinh tế cao nên SG được nhân giống và lai tạo ra nhiều giống cây mới để có thể phát huy tối đa được thành phần dược học đó và phát triển trồng được ở quy mô lớn [30].

Mô tả về La Hán Quả Các bài báo đã nghiên cứu về hình dáng và màu sắc của La hán quả cho ta được những nhận định sau đây: SG là thực vật dạng lưỡng niên và có thân leo [31]. Chiều dài thân cây từ 1-3 met.