Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng dịch chiết nước rễ cây xáo tam phân

Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng dịch chiết nước rễ cây xáo tam phân, mở ra ứng dụng mới trong y học và công nghệ.

• Tác giả: Phạm Hoàng Mỹ Hương
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Tự Hải
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Nano Bạc Từ Dung Dịch AgNO3 Bằng Tác Nhân Khử Dịch Chiết Nước Rễ Cây Xáo Tam Phân
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.6. Bố cục của khoá luận
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Công nghệ nano và vật liệu nano
• 1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano
• 1.1.2. Khái niệm công nghệ nano
• 1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
• 1.2. Giới thiệu về vật liệu nano
• 1.3. Ứng dụng của vật liệu nano
• 1.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano
• 1.5. Hạt nano bạc
• 1.5.1. Giới thiệu về kim loại bạc
• 1.5.2. Giới thiệu về hạt nano bạc
• 1.5.3. Tính chất của hạt nano bạc
• 1.5.4. Ứng dụng của hạt nano bạc
• 1.5.5. Các phương pháp tổng hợp hạt nano bạc
• 1.6. Cây Xáo tam phân
• 1.6.1. Giới thiệu chung về cây Xáo tam phân
• 1.6.2. Phân bố cây Xáo tam phân
• 1.6.3. Đặc điểm hình thái của cây Xáo tam phân
• 1.6.4. Điều kiện sinh thái và cách trồng cây Xáo tam phân
• 1.6.5. Thành phần hoá học có trong cây Xáo tam phân
• 1.6.6. Công dụng của cây Xáo tam phân
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ và hoá chất
• 2.2. Xác định thành phần các chất có trong dịch chiết nước rễ cây Xáo tam phân
• 2.3. Khảo sát điều kiện tối ưu tổng hợp nano bạc từ dịch chiết rễ cây Xáo tam phân
• 2.3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết/thể tích dung dịch AgNO3
• 2.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano bạc
• 2.3.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch
• 2.3.4. Ảnh hưởng của thời gian tạo nano bạc
• 2.4. Phương pháp xác định thành phần hoá học của dịch chiết rễ cây Xáo tam phân
• 2.5. Phương pháp khảo sát sự hình thành nano bạc và đặc trưng hạt nano bạc
• 2.5.1. Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến (UV-VIS)
• 2.5.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.5.3. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 2.5.4. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.6. Sơ đồ quy trình thực nghiệm tổng hợp nano bạc
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Thành phần các chất hoá học trong dịch chiết nước rễ cây Xáo tam phân
• 3.2. Điều kiện tối ưu tổng hợp nano bạc từ dịch chiết nước rễ cây Xáo tam phân
• 3.2.1. Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano bạc
• 3.2.3. Ảnh hưởng của pH dịch chiết
• 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian tạo nano bạc
• 3.3. Đặc trưng hoá lý của nano bạc tổng hợp được
• 3.3.1. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 3.3.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 3.3.3. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tổng hợp nano bạc từ AgNO3 bằng dịch chiết cây xáo tam phân

Tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng dịch chiết nước rễ cây xáo tam phân là một lĩnh vực nghiên cứu đang thu hút sự chú ý trong ngành hóa học. Nano bạc, với tính chất kháng khuẩn vượt trội, đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, bảo quản thực phẩm và môi trường. Việc sử dụng dịch chiết từ cây xáo tam phân không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn thân thiện với môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững.

1.1. Giới thiệu về nano bạc và ứng dụng của nó

Nano bạc là dạng hạt bạc có kích thước nanomet, nổi bật với khả năng kháng khuẩn và kháng virus. Các ứng dụng của nano bạc bao gồm trong y tế, sản xuất vật liệu kháng khuẩn và bảo quản thực phẩm. Nghiên cứu cho thấy nano bạc có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn và virus, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm y tế.

1.2. Tại sao chọn dịch chiết từ cây xáo tam phân

Cây xáo tam phân chứa nhiều hợp chất chống oxy hóa và có khả năng kháng khuẩn. Dịch chiết từ rễ cây này có thể hoạt động như một tác nhân khử hiệu quả trong quá trình tổng hợp nano bạc. Việc sử dụng dịch chiết tự nhiên không chỉ an toàn mà còn giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Thách thức trong việc tổng hợp nano bạc từ AgNO3

Mặc dù tổng hợp nano bạc từ AgNO3 bằng dịch chiết cây xáo tam phân có nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Các yếu tố như điều kiện pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng có thể ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của hạt nano bạc. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm chất lượng cao.

2.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình tổng hợp

pH của dung dịch có thể ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và ổn định của nano bạc. Nghiên cứu cho thấy rằng pH tối ưu giúp tăng cường khả năng khử của dịch chiết, từ đó tạo ra hạt nano bạc với kích thước đồng nhất và tính chất tốt hơn.

2.2. Nhiệt độ và thời gian phản ứng

Nhiệt độ cao có thể thúc đẩy quá trình tổng hợp nhưng cũng có thể dẫn đến sự phân hủy của các hợp chất trong dịch chiết. Thời gian phản ứng cũng cần được kiểm soát để đảm bảo rằng nano bạc được hình thành một cách hiệu quả mà không làm giảm chất lượng sản phẩm.

III. Phương pháp tổng hợp nano bạc hiệu quả từ dịch chiết

Để tổng hợp nano bạc từ AgNO3 bằng dịch chiết nước rễ cây xáo tam phân, cần áp dụng các phương pháp khoa học chính xác. Các bước thực hiện bao gồm chuẩn bị dịch chiết, điều chỉnh các yếu tố như pH, nhiệt độ và thời gian, và cuối cùng là phân tích đặc trưng của hạt nano bạc tạo thành.

3.1. Quy trình chuẩn bị dịch chiết

Dịch chiết được chuẩn bị bằng cách chưng ninh rễ cây xáo tam phân với nước. Quá trình này giúp chiết xuất các hợp chất có khả năng khử, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổng hợp nano bạc từ AgNO3.

3.2. Các bước tổng hợp nano bạc

Quá trình tổng hợp bao gồm việc trộn dịch chiết với dung dịch AgNO3, điều chỉnh pH và nhiệt độ. Sau đó, hỗn hợp được giữ trong một khoảng thời gian nhất định để nano bạc hình thành và phát triển.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của nano bạc

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano bạc tổng hợp từ dịch chiết nước rễ cây xáo tam phân có kích thước nhỏ và tính chất kháng khuẩn tốt. Các ứng dụng thực tiễn của nano bạc này rất đa dạng, từ y tế đến bảo quản thực phẩm, mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển.

4.1. Đặc trưng của nano bạc tổng hợp

Nano bạc tổng hợp có kích thước đồng nhất và hình dạng ổn định, điều này giúp tăng cường khả năng kháng khuẩn. Phân tích bằng phương pháp TEM và EDX cho thấy thành phần hóa học và cấu trúc của hạt nano bạc đạt yêu cầu.

4.2. Ứng dụng trong y tế và bảo quản thực phẩm

Nano bạc có thể được ứng dụng trong các sản phẩm y tế như băng gạc kháng khuẩn và trong bảo quản thực phẩm để kéo dài thời gian sử dụng. Những ứng dụng này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

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

Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ AgNO3 bằng dịch chiết nước rễ cây xáo tam phân đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực hóa học xanh. Với những kết quả đạt được, có thể khẳng định rằng phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả cho thấy nano bạc tổng hợp có tính chất kháng khuẩn tốt và có thể được ứng dụng rộng rãi. Việc sử dụng dịch chiết từ cây xáo tam phân là một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu hóa học xanh.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu có thể mở rộng để khám phá thêm các loại cây khác có khả năng tổng hợp nano bạc, cũng như ứng dụng trong các lĩnh vực khác như năng lượng và môi trường. Điều này sẽ giúp nâng cao giá trị của nano bạc trong thực tiễn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vật liệu kích thước nanomet sở hữu những đặc tính hóa - lý và sinh học khác biệt so với vật liệu ở trạng thái khối nhờ hiệu ứng kích thước và hiệu ứng bề mặt. Trong số các hạt nano kim loại, nano bạc (AgNPs) là vật liệu có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus vượt trội và mức độ tương thích sinh học cao. Bạc dạng hạt nano được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng, y sinh học, bảo quản thực phẩm và xử lý môi trường. Các phương pháp tổng hợp nano truyền thống (như phương pháp vật lý và hóa học thông thường) thường yêu cầu thiết bị phức tạp, tiêu tốn năng lượng hoặc sử dụng dung môi và chất khử hóa học độc hại, tiềm ẩn nguy cơ tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người.

Xu hướng phát triển hiện nay là áp dụng các nguyên lý của hóa học xanh, sử dụng các hợp chất tự nhiên từ thực vật làm tác nhân khử và tác nhân bọc ổn định cho quá trình khử ion $\text{Ag}^+$ thành $\text{Ag}^0$. Việt Nam có nguồn dược liệu phong phú, trong đó cây Xáo tam phân (Paramignya trimera (Oliver) Burkill, họ Cam chanh Rutaceae) là loài cây bản địa có thành phần hoạt chất chống oxy hóa cao, đặc biệt là các hợp chất terpenoid, coumarin và hợp chất chứa nhóm hydroxyl trong rễ. Khóa luận tập trung vào việc tận dụng nguồn dịch chiết nước từ rễ Xáo tam phân để tổng hợp nano bạc theo định hướng hóa học xanh.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể:

1. Xây dựng quy trình tổng hợp nano bạc từ dung dịch $\text{AgNO}_3$ và dịch chiết nước rễ cây Xáo tam phân.
2. Đưa ra phương pháp hoá học xanh tổng hợp nano bạc an toàn, ít độc và tiết kiệm chi phí.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hạt nano bạc được tổng hợp từ dung dịch muối bạc nitrate ($\text{AgNO}_3$) và dịch chiết nước của rễ cây Xáo tam phân.
• Phạm vi nguyên liệu: Rễ cây Xáo tam phân (Paramignya trimera) thu mua tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Nghiên cứu thực nghiệm tập trung vào quá trình chiết tách, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp và phân tích đặc trưng hóa lý của hạt nano tạo thành.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình khoa học

Nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết về khoa học nano và hóa học keo:

• Cơ sở khoa học nano: Khi kích thước vật liệu giảm xuống dưới độ dài tới hạn, cấu trúc vùng năng lượng bị giam hãm lượng tử và tỷ số nguyên tử trên bề mặt ($P_s$) tăng vọt theo công thức $P_s = 4N^{-1/3} \times 100$ (với $N$ là tổng số nguyên tử trong hạt), làm tăng mạnh diện tích bề mặt riêng và hoạt tính xúc tác.
• Hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (SPR): Dưới tác động của điện trường ánh sáng tới, các electron tự do trong vùng dẫn của hạt nano bạc kim loại dao động tập thể, tạo nên dải hấp thụ đặc trưng trong vùng khả kiến tại bước sóng khoảng 400–450 nm.
• Cơ chế tổng hợp xanh: Các chất chuyển hóa thứ cấp trong dịch chiết thực vật (chứa các nhóm chức $-\text{OH}$, $-\text{COOH}$, $-\text{NH}_2$, $-\text{CH}_2-$, $\text{C}=\text{N}$) đóng vai trò là chất khử nhường electron để khử ion $\text{Ag}^+$ thành bạc kim loại $\text{Ag}^0$, đồng thời hoạt động như chất bọc bảo vệ bề mặt giúp phân tán và ngăn chặn sự keo tụ của các hạt nano.

Đại lượng / Hằng số vật lý của bạc kim loại	Giá trị theo văn bản
Số hiệu nguyên tử / Cấu hình electron	47 / $[\text{Kr}]4d^{10}5s^1$
Nhiệt độ nóng chảy	960 °C
Nhiệt độ sôi	2167 °C
Nhiệt thăng hoa	283,6 kJ/mol
Tỷ khối	10,50 $\text{g/cm}^3$
Độ cứng theo thang Mohs	2,7

Phương pháp nghiên cứu

Khóa luận áp dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong hóa học phân tích và hóa học vật liệu:

• Phương pháp chiết tách: Sử dụng phương pháp chưng ninh (chiết đun hồi lưu) rễ cây với dung môi nước cất 2 lần. Tiến hành chiết lỏng - lỏng phân đoạn dịch chiết nước bằng các dung môi có độ phân cực tăng dần: $n$-hexane, chloroform, ethyl acetate và ethanol để phân lập các nhóm hợp chất.
• Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS): Phân tích và định danh các hợp chất hữu cơ có trong các phân đoạn dịch chiết rễ Xáo tam phân dựa trên thời gian lưu và tỷ lệ khối lượng trên điện tích ($m/z$).
• Phương pháp quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Theo dõi sự hình thành hạt nano bạc và xác định mật độ quang ($A$) theo định luật Beer-Lambert trong dải bước sóng 350–700 nm.
• Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Quan sát hình thái học, cấu trúc và đo phân bố kích thước hình học của các hạt nano bạc.
• Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX): Xác định sự có mặt của nguyên tố bạc và tỷ phần thành phần nguyên tố trong mẫu.
• Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD): Dựa trên định luật Bragg ($2d\sin\theta = n\lambda$) để xác định cấu trúc mạng tinh thể và độ kết tinh của hạt nano bạc.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các tài liệu khoa học về công nghệ nano, hạt nano bạc và cây Xáo tam phân:

• Khái niệm và lịch sử công nghệ nano: Ghi nhận tiền đề từ bài phát biểu năm 1959 của Richard Feynman, định nghĩa thuật ngữ của Norio Taniguchi (1974) và các công trình của K. Eric Drexler (1986). Phân loại vật liệu nano thành các dạng: không chiều (0D - hạt nano), một chiều (1D - dây nano, ống nano), hai chiều (2D - màng mỏng) và nanocomposite.
• Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano: So sánh phương pháp đi từ trên xuống (nghiền cơ học, biến dạng) và phương pháp đi từ dưới lên (vật lý: bay hơi - ngưng tụ, xung laser; hóa học: Brust-Schiffrin, Turkevich; sinh học: sử dụng vi khuẩn, vi nấm; hóa học xanh: sử dụng dịch chiết thực vật).
• Đặc điểm hạt nano bạc: Trình bày các hiệu ứng plasmon bề mặt, tính chất điện (hiệu ứng chắn Coulomb), tính chất nhiệt và ba giả thiết cơ chế kháng khuẩn (liên kết với nhóm $-\text{SH}$ của protein màng, ức chế enzyme hô hấp tế bào, phá hủy liên kết hydro trong chuỗi DNA).
• Tổng quan về Xáo tam phân (Paramignya trimera): Mô tả vị trí phân loại (họ Rutaceae), vùng phân bố (tập trung tại vùng duyên hải Nam Trung Bộ như Khánh Hòa, Ninh Thuận), đặc điểm hình thái thân leo có gai, lá đơn, hoa mẫu 3 màu trắng ngà, quả mọng chứa 2 hạt. Dẫn các công bố trước về thành phần tinh dầu rễ chứa các sesquiterpene chính ($\beta$-caryophyllene 19%, $\alpha$-caryophyllene 24,8%, $trans$-muurola-4(14),5-diene 25%) và tác dụng dược lý ức chế 5 dòng tế bào ung thư (HepG2, HTC116, MDA-MB-231, OVCAR-8, HeLa).

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị mẫu, hóa chất và bố trí thí nghiệm:

• Chuẩn bị dịch chiết: Tuyển chọn rễ Xáo tam phân từ 3 năm tuổi trở lên, rửa sạch bằng nước cất 2 lần, chẻ nhỏ thành sợi mảnh. Thực hiện chưng chiết trong bình cầu có gắn ống sinh hàn theo tỷ lệ 10 g rễ / 100 mL nước cất ở nhiệt độ sôi trong 80 phút. Dịch chiết sau đó được chiết phân đoạn với các dung môi $n$-hexane, chloroform, ethyl acetate và ethanol để phân tích GC-MS.
• Khảo sát các thông số tổng hợp nano bạc: Quy trình tổng hợp được tiến hành theo phương pháp khảo sát đơn yếu tố:
  1. Khảo sát tỷ lệ thể tích: Giữ cố định 15 mL dung dịch $\text{AgNO}_3$ 1 mM, biến thiên thể tích dịch chiết từ 1 mL đến 8 mL ($T = 60\ ^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 5$, $t = 60$ phút).
  2. Khảo sát nhiệt độ phản ứng: Thay đổi nhiệt độ ở các mức 40, 50, 60, 70, 80, 90 °C và nhiệt độ sôi (100 °C).
  3. Khảo sát pH môi trường: Điều chỉnh pH dịch chiết ở các giá trị 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
  4. Khảo sát thời gian phản ứng: Đo độ biến thiên phản ứng từ 60 phút đến 330 phút (bước nhảy 30 phút).
• Phương thức đánh giá: Dung dịch nano bạc sau khi tổng hợp được pha loãng 10 lần và đo mật độ quang trên máy quang phổ UV-Vis để chọn ra điều kiện có độ hấp thụ cực đại ($A_{max}$) cao nhất.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm phân tích định tính dịch chiết và quá trình tối ưu hóa phản ứng tổng hợp nano bạc:

• Thành phần hóa học của dịch chiết rễ Xáo tam phân: Phân tích GC-MS từ các phân đoạn chiết đã phát hiện 26 hợp chất hữu cơ chính thuộc các nhóm sesquiterpene, acid béo, dẫn xuất coumarin và phytosterol.

Nhóm hợp chất	Các chất tiêu biểu phát hiện qua GC-MS	Công thức phân tử
Terpenoid / Sesquiterpene	Alpha-Cubebene, Alpha-Copaene, Caryophyllene, Alpha-Bergamotene, Humulene, Gamma-Muurolene, Germacrene D, Beta-Copaene, Alpha-Muurolene, Gamma-Cadinene, Delta-Cadinene	$\text{C}{15}\text{H}{24}$
Sesquiterpenoid chứa oxy	Caryophyllene oxide	$\text{C}{15}\text{H}{24}\text{O}$
Amide	2,2-Dimethyl-N-phenethylpropionamide	$\text{C}{13}\text{H}{19}\text{NO}$
Acid béo	n-Hexadecanoic acid (Palmitic acid) Oleic acid Octadecanoic acid (Stearic acid)	$\text{C}{16}\text{H}{32}\text{O}2$ $\text{C}{18}\text{H}{34}\text{O}2$ $\text{C}{18}\text{H}{36}\text{O}_2$
Dẫn xuất Coumarin (Pyranocoumarin)	2H,8H-Benzo[1,2-b:3,4-b']dipyran-2-one, 6-methoxy-8,8-dimethyl- 2H,8H-Benzo[1,2-b:5,4-b']dipyran-2-one, 5-methoxy-8,8-dimethyl- 2H,8H-Benzo[1,2-b:5,4-b']dipyran-2-one, 5-methoxy-8,8-dimethyl-10-(3-methyl-2-butenyl)- 2H,8H-Benzo[1,2-b:3,4-b']dipyran-2-one, 9,10-dihydro-9-hydroxy-8,8-dimethyl- 2H,8H-Benzo[1,2-b:5,4-b']dipyran-2-one, 8,8-dimethyl-	$\text{C}{15}\text{H}{14}\text{O}4$ $\text{C}{15}\text{H}{14}\text{O}4$ $\text{C}{20}\text{H}{22}\text{O}4$ $\text{C}{14}\text{H}{14}\text{O}4$ $\text{C}{14}\text{H}{12}\text{O}_3$
Phytosterol / Steroid	Ergost-5-en-3-ol, (3beta)- Campesterol Stigmasterol Gamma-Sitosterol Stigmasta-3,5-dien-7-one	$\text{C}{28}\text{H}{48}\text{O}$ $\text{C}{28}\text{H}{48}\text{O}$ $\text{C}{29}\text{H}{48}\text{O}$ $\text{C}{29}\text{H}{50}\text{O}$ $\text{C}{29}\text{H}{46}\text{O}$

Sự hiện diện của các nhóm chức alcohol ($-\text{OH}$ trong phytosterol, coumarin) và các liên kết đôi chưa bão hòa đóng vai trò cung cấp electron khử $\text{Ag}^+$ thành $\text{Ag}^0$.

• Khảo sát điều kiện tối ưu tạo nano bạc:
  • Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết: Mật độ quang tăng dần khi thể tích dịch chiết tăng từ 1 mL đến 6 mL trên 15 mL $\text{AgNO}3$ 1 mM và đạt cực đại tại 6 mL với $A{max} = 0,272$. Khi thể tích vượt quá 6 mL, lượng chất khử tăng cao làm tốc độ tạo mầm quá nhanh, dẫn tới sự lớn lên của kích thước hạt và hiện tượng keo tụ, làm giảm mật độ quang.
  • Ảnh hưởng của nhiệt độ: Mật độ quang tăng theo nhiệt độ từ 40 °C đến 80 °C và đạt đỉnh tại 80 °C với $A_{max} = 0,306$. Vượt quá 80 °C, nhiệt phân hủy các chất bảo vệ hoặc thúc đẩy tương tác va chạm gây tụ hạt khiến $A$ giảm.
  • Ảnh hưởng của pH dịch chiết: Mật độ quang tăng mạnh từ pH 4 đến pH 7, đạt giá trị lớn nhất tại pH = 7 với $A_{max} = 0,367$. Ở môi trường kiềm ($\text{pH} > 7$), tốc độ khử quá nhanh làm tăng kích thước hạt và gây keo tụ dung dịch.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Xác định điều kiện chiết nước tối ưu từ rễ cây Xáo tam phân: tỷ lệ rắn/lỏng là 10 g rễ / 100 mL nước cất 2 lần, nhiệt độ sôi, thời gian 80 phút.
• Định danh được 26 hợp chất hữu cơ bằng phương pháp GC-MS trong các phân đoạn chiết, chứng minh dịch chiết chứa nhiều hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa và khử ion kim loại.
• Xác lập được bộ thông số tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch muối $\text{AgNO}_3$ 1 mM:
  • Thể tích dịch chiết rễ: 6 mL trên 15 mL dung dịch $\text{AgNO}_3$ 1 mM.
  • Nhiệt độ phản ứng: 80 °C.
  • Giá trị pH dung dịch: pH = 7 (môi trường trung tính).
  • Độ hấp thụ quang tại đỉnh cộng hưởng plasmon đạt $A_{max} = 0,367$ (ở độ pha loãng 10 lần).
• Xác nhận các đặc trưng vật lý của hạt nano thông qua phổ EDX (khẳng định sự hiện diện của nguyên tố Ag), kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (đánh giá kích thước và hình thái hạt) và phổ XRD (xác định cấu trúc mạng tinh thể bạc).

Đóng góp của đề tài

• Chứng minh tính khả thi của việc sử dụng rễ cây Xáo tam phân thu hái tại Khánh Hòa làm tác nhân khử sinh học để chế tạo vật liệu nano bạc, thay thế các hóa chất khử độc hại (như $\text{NaBH}_4$, hydrazine).
• Đóng góp vào chuỗi nghiên cứu nâng cao giá trị sử dụng của nguồn dược liệu thực vật bản địa Việt Nam trong lĩnh vực công nghệ vật liệu mới và hóa học xanh.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Mẫu nguyên liệu chỉ được thu thập tại một địa bàn (thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa), chưa đánh giá sự biến thiên về hàm lượng hoạt chất khử của rễ Xáo tam phân theo các mùa thu hái hoặc các vùng địa lý khác nhau.
• Thí nghiệm khảo sát tối ưu hóa mới thực hiện trên một nồng độ tiền chất muối bạc cố định ($\text{AgNO}_3$ 1 mM).
• Khóa luận dừng lại ở việc tổng hợp và xác định các đặc tính hóa lý cơ bản; các thử nghiệm hoạt tính sinh học cụ thể của hạt nano bạc tạo thành (như khả năng ức chế vi khuẩn kiểm chứng in vitro, độc tính tế bào) chưa được triển khai chi tiết trong phạm vi văn bản này.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối bạc $\text{AgNO}_3$ và đánh giá độ bền keo tụ của dung dịch nano bạc theo thời gian lưu trữ ở các điều kiện nhiệt độ, ánh sáng khác nhau.
• Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano bạc tổng hợp được đối với các chủng vi khuẩn gây bệnh (như Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli).
• Thử nghiệm khả năng kháng nấm và hoạt tính gây độc tế bào ung thư của hạt nano bạc nhằm định hướng ứng dụng trong y sinh và dược phẩm.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận cung cấp nguồn tư liệu học thuật hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Hóa học, Công nghệ Vật liệu, Sư phạm Hóa học: Cung cấp quy trình chi tiết về việc ứng dụng dịch chiết thảo mộc trong tổng hợp vật liệu nano theo định hướng hóa học xanh.
• Người làm nghiên cứu về chiết xuất dược liệu và phân tích hợp chất tự nhiên: Phần thực nghiệm chiết lỏng - lỏng phân đoạn và bảng số liệu định danh 26 hợp chất bằng GC-MS trong rễ Xáo tam phân là tài liệu tham khảo cụ thể về thành phần hóa học của loài Paramignya trimera.
• Các nghiên cứu tối ưu hóa phản ứng keo: Cách thức bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng đơn yếu tố (tỷ lệ chất phản ứng, pH, nhiệt độ) dựa trên phương pháp đo mật độ quang UV-Vis là quy trình chuẩn mực, dễ áp dụng cho các đề tài nghiên cứu tương tự về hạt nano kim loại (Ag, Au, Cu).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vai trò hóa học của dịch chiết nước rễ cây Xáo tam phân trong quá trình tổng hợp nano bạc là gì?
Dịch chiết rễ Xáo tam phân đóng vai trò kép: vừa là tác nhân khử (nhờ các hợp chất chứa nhóm alcohol, nối đôi trong terpenoid, phytosterol và coumarin nhường electron khử ion $\text{Ag}^+$ thành bạc kim loại $\text{Ag}^0$), vừa là tác nhân bọc bề mặt (capping agent) giúp ổn định hạt nano và ngăn chặn hiện tượng tụ tập hạt.

2. Điều kiện tối ưu để tổng hợp nano bạc trong khóa luận này được xác định là bao nhiêu?
Các thông số tối ưu gồm: 6 mL dịch chiết nước rễ Xáo tam phân phản ứng với 15 mL dung dịch $\text{AgNO}3$ 1 mM; nhiệt độ tổng hợp duy trì ở 80 °C; pH môi trường đạt mức trung tính ($\text{pH} = 7$). Tại điều kiện này, mật độ quang đo được đạt cực đại $A{max} = 0,367$ (đo sau khi pha loãng 10 lần).

3. Tại sao khi tăng nhiệt độ phản ứng trên 80 °C hoặc tăng pH lớn hơn 7, mật độ quang hấp thụ của dung dịch nano bạc lại giảm?
Khi nhiệt độ vượt quá 80 °C hoặc môi trường chuyển sang kiềm mạnh ($\text{pH} > 7$), tốc độ khử ion bạc diễn ra quá nhanh làm mất cân bằng giữa giai đoạn tạo mầm và phát triển hạt, dẫn đến hiện tượng keo tụ các hạt nano, tạo thành các hạt có kích thước lớn và làm giảm độ hấp thụ quang của dung dịch.

4. Khóa luận sử dụng những phương pháp hiện đại nào để xác định đặc trưng của hạt nano bạc tạo thành?
Nghiên cứu sử dụng 4 kỹ thuật phân tích chính: quang phổ UV-Vis (xác định dải cộng hưởng plasmon bề mặt ở 400–450 nm), phổ tán sắc năng lượng tia X - EDX (xác định thành phần nguyên tố bạc), kính hiển vi điện tử truyền qua - TEM (quan sát hình thái và kích thước hạt), và phổ nhiễu xạ tia X - XRD (xác định cấu trúc tinh thể).

5. Nhóm hợp chất hữu cơ nào chiếm ưu thế trong các phân đoạn dịch chiết rễ Xáo tam phân được phát hiện bởi GC-MS?
Các nhóm hợp chất chính gồm các sesquiterpene hydrocarbon (chiếm phần lớn với 11 hợp chất có công thức $\text{C}{15}\text{H}{24}$ như Caryophyllene, Humulene, Copaene, Cadinene), các dẫn xuất pyranocoumarin (như các dẫn xuất dipyran-2-one), các acid béo mạch dài (acid palmitic, oleic, stearic) và các phytosterol (campesterol, stigmasterol, gamma-sitosterol).

---

Kết luận

Khóa luận của sinh viên Phạm Hoàng Mỹ Hương đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch $\text{AgNO}_3$ sử dụng dịch chiết nước rễ cây Xáo tam phân (Paramignya trimera) làm tác nhân khử thân thiện môi trường. Nghiên cứu đã định danh được 26 thành phần hóa học trong dịch chiết bằng phương pháp GC-MS và xác định chính xác các điều kiện tối ưu cho phản ứng (tỷ lệ 6 mL dịch chiết / 15 mL $\text{AgNO}_3$ 1 mM, nhiệt độ 80 °C, pH 7). Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng ứng dụng nguồn thảo dược Xáo tam phân trong công nghệ vật liệu nano xanh, cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc phát triển các chế phẩm nano kim loại có hoạt tính sinh học trong y học và đời sống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Công nghệ nano và vật liệu nano 1. Nguồn gốc của công nghệ nano [28] Cha đẻ của công nghệ nano chính là Richard Feynman. Năm 1959, Feynman có bài phát biểu nổi tiếng “There is a plenty room at the bottom” (Còn những khoảng trống ở cấp vi mô).

Trong đó, ông cho biết quan điểm về khả năng nghiên cứu và thao tác ở cấp độ nguyên tử. Với tầm nhìn tương lai rằng chúng ta có thể chế tạo, sắp xếp cấu trúc các nguyên tử để tạo nên những vật liệu mới và những cấu trúc siêu nhỏ. Chính Feynman cũng là người đặt nền móng cho công nghệ nanorobot. Trong một bài tiểu luận của mình sau đó, ông đề cập đến khái niệm “swallowing the doctor” với một đội ngũ robot siêu nhỏ để có thể đưa vào cơ thể người bệnh và tiến hành phẩu thuật hoặc điều trị ngay từ bên trong.

Cũng chính Richard Feynman là người có ý tưởng chế tạo những robot nano để sử dụng trong việc chữa bệnh từ bên trong cơ thể. Mặc dù là người đề xướng ra lý thuyết công nghệ nano, nhưng vào lúc đó Feynman vẫn chưa thể tiến hành nghiên cứu và ứng dụng nó vào thực tế. Vì có hai thách thức rất lớn mà ông không thể giải quyết với công nghệ khoa học thời đó. Thứ nhất là các động cơ siêu nhỏ và thứ hai là năng lượng cung cấp cho các nanorobot.

Đến năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” được giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử, mặc dù nó vẫn chưa được biết đến rộng rãi. Ông định nghĩa như sau: “Công nghệ nano chủ yếu bao gồm việc xử lý, tách, hợp nhất và làm biến dạng vật liệu chỉ bằng một nguyên tử hoặc một phân tử”. Dựa trên tiền đề về công nghệ nano của Richard Feynman, định nghĩa về công nghệ nano đã được tiến sĩ K. Eric Drexler khai thác sâu hơn trong cuốn sách “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology” (1986) và cuốn “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation”.

Từ đây, thuật ngữ công nghệ nano bắt đầu trở nên phổ biến, hàng loạt phát minh đã ra đời, phục vụ đắc lực cho cuộc sống. Khái niệm công nghệ nano [25] Thuật ngữ “công nghệ nano” được biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX. Chữ nano, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỷ 4 lần (10-9). Ví dụ: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet = 1 phần tỷ mét.

Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet. So sánh kích thước của một số vật Micromet µm = 103 nm nm Độ dài sợi tóc 80 – 200 80.000 Vi khuẩn ecoli 1 1.000  ánh sáng thấy được 400 – 750 Virus đậu mùa 0,2 – 0,3 200 – 300 Đường kính AND 2 1 nguyên tử 0,1 Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:  Cơ sở khoa học nano  Phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet  Chế tạo vật liệu nano  Ứng dụng vật liệu nano 1. Cơ sở khoa học của công nghệ nano [24][1][2] Công nghệ nano chủ yếu dựa trên ba cơ sở khoa học sau:  Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.

Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.  Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa các nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng (gọi là tỉ số ƒ). Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích 5 thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số ƒ tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị ƒ này tăng lên đáng kể.

Hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các gá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano là tương đối dễ dàng. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu Đường Tỉ số nguyên Năng lượng Năng lượng bề Số nguyên kính hạt tử trên bề mặt bề mặt mặt/năng lượng tử nano (nm) (%) (erg/mol) tổng (%) 10 30.000 40 8,16 x 1011 14,3 2 250 80 2,04 x 1012 35,3 1 30 90 9,23 x 1012 82,2  Kích thước tới hạn Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi, người ta gọi đó là kích thước tới hạn.

Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ nguyên các tính chất về vật lý, hóa học khi ở dạng khối. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa.

Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Mỗi vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bạn thân trong một vật liệu cũng có nhiều kích thước tới hạn ứng với các tính chất khác nhau của chúng. Bởi vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất sẽ nghiên cứu là gì. Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm.

Chính vì thế mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano. Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu Lĩnh vực Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Bước sóng điện tử 10-100 Quãng đường tự do trung bình không Tính chất điện 1-100 đàn hồi Hiệu ứng đường ngầm 1-10 Độ dày vách đômen 10-100 Tính chất từ Quãng đường tán xạ spin 1-100 Hố lượng tử 1-100 Tính chất Độ dài suy giảm 10-100 quang Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100 Tính siêu dẫn Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Tính chất cơ Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100 1. Giới thiệu về 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: 7 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 một chiều (hai 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. Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Chỉ là vấn đề kích thước thôi thì không có gì đáng nói, điều đáng nói là kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất.Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này.

Ứng dụng của vật liệu nano Vật liệu nano chỉ có tính chất thú vị khi kích thước của nó so sánh được với các độ dài tới hạn của tính chất và đối tượng ta nghiên cứu. Vật liệu nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus. Công nghệ nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… và tác động đến toàn xã hội.

Trong 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 qui mô phân tử hay tế bào.