Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Đặc Tính Protein và Axit Amin Trên Bề Mặt Vật Liệu Nanosilica

Luận văn thạc sĩ phân tích hus phân tích đặc tính protein và axit amin trên bề mặt vật liệu nanosilica bằng các phương pháp, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Hoàng Thị Sim
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Tiến Đức
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Phân Tích Đặc Tính Protein Và Axit Amin Trên Bề Mặt Vật Liệu Nanosilica Bằng Các Phương Pháp Quang Phổ Hiện Đại
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu cây Chùm ngây
• 1.2. Đặc điểm thực vật và phân bố
• 1.3. Đặc điểm thực vật
• 1.4. Công dụng của cây Chùm ngây
• 1.5. Các nghiên cứu về hạt Chùm ngây
• 1.5.1. Các nghiên cứu trong nước
• 1.5.2. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.6. Giới thiệu về axit amin L-Tryptophan
• 1.7. Giới thiệu vật liệu nanosilica
• 1.8. Ứng dụng của nanosilica
• 1.9. Lý thuyết về phương pháp hấp phụ
• 1.9.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ
• 1.9.2. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
• 1.9.3. Động học hấp phụ
• 2. CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
• 2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR
• 2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
• 2.3.4. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen XRD
• 2.3.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET
• 2.3.6. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanosilica từ vỏ trấu
• 2.3.7. Phương pháp tách chiết, tinh chế protein từ hạt Chùm ngây
• 2.3.8. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
• 2.3.9. Pha chế các dung dịch
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng của vật liệu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu
• 3.2. Phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 3.3. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
• 3.4. Xác định diện tích bề mặt theo BET
• 3.5. Định tính và định lượng protein tách chiết từ hạt Chùm ngây
• 3.5.1. Phản ứng biure của bột protein tách được từ hạt cây Chùm ngây
• 3.5.2. Phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 3.5.3. Phân tích định lượng protein bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC
• 3.6. Phương pháp phân tích xác định nồng độ L-Trp và nồng độ protein
• 3.6.1. Phân tích L-Trp và protein bằng phương pháp UV-Vis
• 3.6.2. Đường chuẩn xác định axit amin L-Trp và protein tách chiết từ hạt Chùm ngây
• 3.7. Hấp phụ axit amin L-Trp trên vật liệu nanosilica
• 3.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 3.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion
• 3.7.3. Khảo sát lượng vật liệu hấp phụ
• 3.7.4. Khảo sát thời gian hấp phụ
• 3.7.5. Cơ chế hấp phụ
• 3.8. Hấp phụ protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên vật liệu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu
• 3.8.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 3.8.2. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion
• 3.8.3. Khảo sát lượng vật liệu hấp phụ
• 3.8.4. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng
• 3.9. Đánh giá sự thay đổi điện tích bề mặt vật liệu hấp phụ bằng phương pháp đo thế zeta
• 3.10. Đánh giá sự thay đổi nhóm chức bề mặt bằng phổ hồng ngoại
• 3.11. Hấp phụ đẳng nhiệt
• 3.12. Hấp phụ động học
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phân Tích Protein và Axit Amin Trên Nanosilica

Phân tích protein và axit amin trên vật liệu nanosilica là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học phân tích. Nanosilica, với đặc tính bề mặt cao và khả năng hấp phụ tốt, đã trở thành một vật liệu lý tưởng để nghiên cứu sự tương tác của protein và axit amin. Việc sử dụng các phương pháp quang phổ hiện đại giúp đánh giá chính xác các đặc tính này, từ đó mở ra nhiều ứng dụng trong sinh học và công nghệ môi trường.

1.1. Đặc Điểm Của Nanosilica Trong Phân Tích Hóa Học

Nanosilica (SiO2) là một vật liệu có kích thước nano, với diện tích bề mặt lớn và tính chất hóa học đa dạng. Đặc điểm này giúp nanosilica hấp phụ hiệu quả các phân tử protein và axit amin, tạo điều kiện cho việc phân tích và nghiên cứu sâu hơn về các tương tác hóa học.

1.2. Vai Trò Của Protein và Axit Amin Trong Nghiên Cứu

Protein và axit amin là những thành phần thiết yếu trong sinh học. Chúng không chỉ tham gia vào cấu trúc tế bào mà còn đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng sinh hóa. Việc phân tích chúng trên bề mặt nanosilica giúp hiểu rõ hơn về tính chất và ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực như dược phẩm và công nghệ sinh học.

II. Thách Thức Trong Phân Tích Protein và Axit Amin Trên Nanosilica

Mặc dù việc phân tích protein và axit amin trên nanosilica mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Các yếu tố như pH, lực ion và thời gian hấp phụ có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Do đó, việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất cần thiết để đạt được kết quả chính xác.

2.1. Ảnh Hưởng Của pH Đến Quá Trình Hấp Phụ

pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của protein và axit amin trên nanosilica. Nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi pH có thể làm thay đổi điện tích bề mặt của nanosilica, từ đó ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các phân tử này.

2.2. Lực Ion Và Tác Động Đến Hấp Phụ

Lực ion trong dung dịch cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Các ion có thể tương tác với bề mặt nanosilica và protein, làm thay đổi khả năng hấp phụ. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của lực ion là cần thiết để tối ưu hóa quy trình phân tích.

III. Phương Pháp Quang Phổ Hiện Đại Trong Phân Tích Protein và Axit Amin

Các phương pháp quang phổ hiện đại như UV-Vis, FT-IR và HPLC đã được áp dụng để phân tích protein và axit amin trên nanosilica. Những phương pháp này không chỉ giúp xác định nồng độ mà còn cung cấp thông tin về cấu trúc và tính chất của các phân tử này.

3.1. Phương Pháp UV Vis Trong Phân Tích Protein

Phương pháp UV-Vis là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất để xác định nồng độ protein. Kỹ thuật này dựa trên sự hấp thụ ánh sáng của protein tại các bước sóng nhất định, từ đó cho phép xác định nồng độ và tính chất của protein trong mẫu.

3.2. FT IR Đánh Giá Cấu Trúc Protein

Phương pháp FT-IR giúp xác định cấu trúc hóa học của protein thông qua việc phân tích các liên kết hóa học. Kỹ thuật này cung cấp thông tin chi tiết về các nhóm chức và cấu trúc không gian của protein, từ đó hỗ trợ trong việc hiểu rõ hơn về tính chất của chúng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nanosilica Trong Phân Tích Protein

Nanosilica không chỉ được sử dụng trong nghiên cứu mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như xử lý nước, dược phẩm và công nghệ sinh học. Việc phân tích protein và axit amin trên nanosilica mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng này.

4.1. Nanosilica Trong Xử Lý Nước

Nanosilica đã được chứng minh là hiệu quả trong việc xử lý nước ô nhiễm. Việc hấp phụ protein và axit amin trên nanosilica có thể giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước, từ đó cải thiện chất lượng nước.

4.2. Ứng Dụng Trong Dược Phẩm

Nanosilica có thể được sử dụng để phát triển các hệ thống phân phối thuốc hiệu quả hơn. Việc phân tích protein và axit amin trên nanosilica giúp tối ưu hóa các công thức dược phẩm, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị.

V. Kết Luận Về Phân Tích Protein và Axit Amin Trên Nanosilica

Phân tích protein và axit amin trên vật liệu nanosilica bằng các phương pháp quang phổ hiện đại là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Những kết quả đạt được không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các đặc tính của protein và axit amin mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Nanosilica

Nghiên cứu về nanosilica và khả năng hấp phụ của nó sẽ tiếp tục phát triển. Các nghiên cứu mới có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu suất hấp phụ và mở rộng ứng dụng của nanosilica trong các lĩnh vực khác nhau.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện hấp phụ và phát triển các phương pháp phân tích mới. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả của việc sử dụng nanosilica trong phân tích protein và axit amin.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu cây Chùm ngây 1. Đặc điểm thực vật và phân bố 1. Tên gọi Cây Chùm ngây có tên khoa học là Moringa oleifera Lam.

Pterygosperma, thuộc họ Chùm ngây Moringaceae. Ngoài ra trong tiếng Anh, cây Chùm ngây còn có nhiều tên gọi khác như là cây thần diệu (Miracle tree), cây Kỳ Quan (Wonder tree), cây Vạn Năng (Multipurpose tree), cây Độ sinh (Tree of life, theo quan điểm nhà Phật), cây cải ngựa (Horseradish tree, do rễ non của cây có vị của cải ngựa, mù tạt), cây dùi trống (Drumstick tree, do thân/quả cây giống dùi trống), cây dầu bel (Bel-oil tree, do dầu ép từ hạt cây được bán với tên gọi bel-oil) [1]. Đặc điểm thực vật Cây Chùm ngây thuộc loại cây tiểu mọc, sống ở môi trường khô ráo, không thích nghi với môi trường úng nước. Chùm ngây là cây thân gỗ nhỏ, cao 5 – 6 m có thể đến 10 m, phân cành nhiều.

Lá kép 3 lần dạng lông chim, dài 30 – 60 cm. Hoa màu trắng kem, có cuống, mọc thành chùy ở nách lá, hình dạng giống hoa đậu, có lông, nhiều mật. Quả nang treo, dài 25 – 40 cm, ngang 2 – 3 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía rãnh. Hạt màu đen, tròn, có 3 cạnh, lớn cỡ hạt đậu Hà Lan, có cánh mỏng bao quanh [2].

Các bộ phận của cây Chùm ngây 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phân bố sinh thái Cây Chùm ngây có nguồn gốc ở vùng sơn cước Hi Mã Lạp Sơn ở Tây Bắc Ấn Độ nhưng ngày nay được trồng rộng rãi ở Châu Phi, Trung Mỹ, Nam Mỹ và Đông Nam Á (Campuchia, Malaysia, Indonesia). Ở Việt Nam, Chùm ngây là loài duy nhất của chi Chùm ngây được phát hiện mọc hoang từ lâu đời tại nhiều nơi như Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Ninh Thuận, Bình Thuận, vùng Bảy Núi ở An Giang, đảo Phú Quốc. Tuy vậy trước đây cây ít được biết đến, có nơi trồng chỉ để làm hàng rào.

Chỉ trong vài chục năm trở lại đây khi hạt cây từ nước ngoài được mang về Việt Nam, được trồng có chủ định và qua nghiên cứu người ta thấy cây có nhiều tác dụng đặc biệt nên tưởng là cây mới du nhập. Với nhiều tác dụng đặc biệt nên hiện nay, ở Việt Nam, cây Chùm ngây đã được trồng rất nhiều với quy mô lớn. Công dụng của cây Chùm ngây 1. Thành phần hóa học của cây Chùm ngây Lá Chùm ngây chứa các hợp chất loại flanonoids và phenolic như kaempferol 3-O- alpha-rhamnoside, kaempferol, syringic acid, gallic acid, rutin, quercetin 3-O-beta- glucoside.

Ngoài ra, các flavonol glycosides được xác định đều thuộc nhóm kaempferide nối kết với các rhamnoside hay glucoside cũng được tìm thấy trong lá Chùm ngây. Rễ Chùm ngây chứa Glucosinolates như 4-(alpha-L-rhamnosyloxy)benzyl glucosinolate (khoảng 1%) sau khi chịu tác động của myrosinase, sẽ cho 4-(alpha-L- rhamnosyloxy) benzyl isothiocyanate.05%) sẽ cho benzylisothiocyanate. Hạt Chùm ngây chứa Glucosinolates (như trong rễ) có thể lên đến 9% sau khi hạt đã được khử chất béo. Các acid loại phenol carboxylic như 1-beta-D-glucosyl-2,6-dimethyl benzoate.

Dầu béo (20-50%) trong hạt Chùm ngây chứa phần chính gồm các acid béo như oleic acid (60-70%), palmitic acid (3-12%), stearic acid (3-12%) và các acid béo khác như behenic acid, eicosanoic và lignoceric acid. Một vài số liệu so sánh chất dinh dưỡng ở lá Chùm ngây: - Vitamin C gấp 7 lần nhiều hơn trái Cam 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Vitamin A gấp 4 lần nhiều hơn Cà-rốt - Calcium gấp 4 lần nhiều hơn sữa - Chất sắt gấp 3 lần so với cải bó xôi - Chất đạm (protein) gấp 2 lần nhiều hơn sữa chua. Công dụng Cây Chùm ngây là một loài thực vật được trồng và thu hoạch như một loại rau sạch và là cây thuốc có giá trị. Các bộ phận dùng làm rau gồm: - Đọt và lá non: Được dùng làm rau phổ biến ở Việt Nam, Cam-pu-chia, Phi-líp- pin, Nam Ấn Độ, Sri Lanka và Châu Phi.

- Búp hoa: Được làm rau xào hoặc nấu như đậu Hà Lan. - Hoa: Có thể ăn được khi nấu chín và có mùi như nấm. - Quả và hạt non: Được gọi là "đùi", được dùng làm ra phổ biến ở Châu Á và Châu Phi. Trong vỏ hạt rất giàu vitamin C và vitamin B và các khoáng chất.

Quả và hạt non ăn như Đậu Hà Lan. - Hoa, lá và cành non, trái non đều luộc ăn được, lại có kích thích tiêu hóa và có tính kháng sinh (nhờ chất lacton: ptyrigospermin). Theo Y học cổ truyền nước ngoài thì các bộ phận của cây như lá, rễ, hạt, vỏ cây, quả và hoa có những hoạt tính như kích thích hoạt động của tim và hệ tuần hoàn, hoạt tính chống u-bướu, hạ nhiệt, chống kinh phong, chống sưng viêm, trị ung loét, chống co giật, lợi tiểu, hạ huyết áp, hạ cholesterol, chống oxy-hóa, trị tiểu đường, bảo vệ gan, kháng sinh và chống nấm. Cây đã được dùng để trị nhiều bệnh trong Y học dân gian tại nhiều nước trong vùng Nam Á.

Theo Y học cổ truyền Việt Nam thì cành lá cây Chùm ngây luộc ăn hay sắc uống kích thích tiêu hóa, kiện vị, trị tiêu chảy, kiết lỵ, viêm phổi. Rễ Chùm ngây sắc uống, có tác dụng kiện vị; giã đắp làm sung huyết (tụ máu) thay cải Mù tạc trị thấp khớp. Rễ cây Chùm ngây được cho là có tính kích thích, giúp lưu thông máu huyết, làm dễ tiêu hóa, tác 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] dụng trên hệ thần kinh, làm dịu đau. Hoa có tính kích dục.

Hạt làm giảm đau. Nhựa (gomme) từ thân có tác dụng làm giảm đau. Nghiên cứu tại ĐH Baroda, Kalabhavan, Gujarat (Ấn Độ) về hoạt tính trên các thông số lipid của quả Chùm Ngây, thử trên thỏ, ghi nhận: Thỏ cho ăn Chùm ngây (200mg/kg mỗi ngày) hay uống lovastatin (6mg/kg/ ngày) trộn trong một hỗn hợp thực phẩm có tính cách tạo cholesterol cao, thử nghiệm kéo dài 120 ngày. Kết quả cho thấy Chùm ngây và Lovastatin có tác dụng gây hạ cholesterol, phospholipid, triglyceride, VLDL (Very Low Density Lipoprotein - Lipoprotein mật độ rất thấp), LDL (Low Density Lipoprotein - Lipoprotein mật độ thấp) hạ tỷ số cholesterol/ phospholipid trong máu so với thỏ trong nhóm đối chứng.

Khi cho thỏ bình thường dùng Chùm ngây hay Lovastatin: mức HDL (High Density Lipoprotein) lại giảm hạ nhưng nếu thỏ bị cao cholesterol thì mức HDL lại gia tăng [9]. Bharali cùng cộng sự (2003) đã nghiên cứu dịch chiết hạt Chùm ngây cho thấy khả năng chuyển hóa enzyme chống ung thư gan, chống oxy hóa và chống ung thư da ở chuột [9]. Stussi và cộng sự (2002) đã nghiên cứu và đạt được kết quả là hạt Chùm ngây có chứa protein chuyên dụng cho da và tóc. Dầu của hạt còn được ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm.

Hạt Chùm ngây chứa các peptide có khả năng chống lại sự lão hóa. Dịch chiết từ hạt Chùm ngây còn có tác dụng tốt đối với tóc và được ứng dụng rộng rãi để sản xuất dầu gội đầu [9]. Ping – Hsien Chuang và cộng sự (2008) đã thử nghiệm hoạt tính kháng nấm trên dịch chiết EtOH và tinh dầu của lá và hạt Chùm ngây. Kết quả cho thấy chúng có hoạt tính diệt được nấm gây bệnh loại Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagophytes, Epidermophyton floccosum và Microsporum canis [15].

Các nghiên cứu về hạt Chùm ngây Hạt Chùm ngây tuy nhỏ bé, kích thước chỉ như hạt đậu phộng, nhưng có hàm lượng dưỡng chất rất lớn. Hạt cây Chùm ngây chứa một lượng lớn protein có khối lượng phân tử là 6 – 13kDa. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các nghiên cứu trong nước Trong nước, một số nhóm nghiên cứu sử dụng hạt Chùm ngây thành vật liệu xử lý nước.

Tác giả Võ Thị Hồng và cộng sự đã nghiên cứu đánh giá hiệu quả làm trong nước của hạt cây Chùm ngây bằng một loạt thực nghiệm thực hiện bằng bình chứa trên các mẫu nước đục nhân tạo và tự nhiên. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt cây Chùm ngây trồng và thu hái ở Việt Nam có khả năng làm giảm khoảng 80% độ đục của nước nhân tạo, ngay cả khi độ đục ban đầu chỉ là 50 NTU. Khi sử dụng hạt Chùm ngây để thực hiện quá trình keo tụ với nước sông, hiệu quả giảm độ đục đạt được khoảng 50% đối với nước có độ đục trung bình (44 NTU) nhưng lên tới 76% với nước có đục cao (170 NTU) [5]. Các nghiên cứu ngoài nước Hạt Chùm ngây có tính chất keo tụ.

Để nghiên cứu tính chất keo tụ của hạt Chùm ngây nhiều nhà khoa học đã sử dụng phương pháp phản xạ Neutron (Neutron Reflection). Phương pháp phản xạ neutron cho phép xác định cấu trúc và thành phần của các lớp giao thoa tại bề mặt phân cách pha rắn - lỏng. Các neutron bị phân tán bởi các hạt nhân và chỉ số khúc xạ neutron không chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt nhân mà còn về cách chúng phân tán mạnh mẽ. Hơn nữa, vì tia X và neutron có bước sóng ngắn, nó có độ phân giải cỡ nanomet, khi chiếu vào không bị phá hủy và nó có thể được áp dụng cho các giao diện bị chôn vùi, những thứ không dễ tiếp cận với các kỹ thuật khác.

Ngoài ra, nó cung cấp lợi thế mà sự thay thế đẳng hướng có thể được sử dụng để đạt được độ tương phản lớn trong mật độ chiều dài tán xạ. Phản xạ Neutron hiện đang được sử dụng cho các nghiên cứu hóa học bề mặt (chất hoạt động bề mặt, polyme, lipit, protein và hỗn hợp hấp phụ ở dạng lỏng / lỏng và giao diện rắn / lỏng), từ tính bề mặt (ultrathin Màng Fe, từ tính đa lớp, chất siêu dẫn) và phim rắn (phim Langmuir- Blodgett, phim rắn mỏng, đa lớp, màng polyme) [16]. Một số hạt vật liệu đã được sử dụng nghiên cứu keo tụ trong sự có mặt của protein Chùm ngây như các hạt vàng, silica và polystyren latex. Các hạt này đã được chứng minh có đường cong tán xạ tương đồng nhau.

Kwaambwa và các cộng sự (2010) đã nghiên cứu sự hấp phụ của protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên silica để làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của protein như một chất kết tụ. Nghiên cứu sử dụng phản xạ Neutron để xác định cấu trúc và thành 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phần của các lớp hấp phụ trên bề mặt tiếp xúc protein/silica. Các lớp hấp phụ protein trên silica đã được xác định chứa khoảng 5,5 mg/m2 với nồng độ protein trên 0,025%. Các lớp protein hấp phụ đa lớp cho thấy tương tác giữa các phân tử protein khá mạnh.

Sự hấp phụ mạnh của protein kết hợp với xu hướng liên kết của protein đặc tính như một chất keo tụ của protein trong hạt Chùm ngây [32].