Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
7 Khái quát về nguyên liệu trong tổng hợp xanh nano kim loại bạc trên hệ mang α-CD/Alginate

7 Khái quát về nguyên liệu trong tổng hợp xanh nano kim loại bạc trên hệ mang α-CD/Alginate

Tải bản đầy đủ - 0trang

18



Phân tử α-CD có bề mặt ngồi ưa nước và khoang bên trong kỵ nước. Do sự

hình thành cấu tạo ghế của các đơn vị glucopyranose, phân tử α-CD có hình dạng

nón cụt thay vì hình trụ. Các nhóm chức hydroxyl định hướng ở mặt ngồi hình

nón, trong đó những nhóm hydroxyl bậc một ở phía vành hẹp của hình nón và

những nhóm hydroxyl bậc hai ở vị phía vành rộng hơn. Khoang bên trong được bao

bọc bởi khung carbon với các nguyên tử hydro và cầu oxy làm cho nó có tính kỵ

nước [29], [30], [27], [31].



Hình 1. 7 Đặc điểm cấu tạo của α-CD

Kích thước của α-CD: đường kính trong từ 0,47 nm đến 0,53 nm, đường kính

ngồi 1,46 nm, chiều cao 0,79 nm [27], [31].

1.7.1.3



Tính chất và ứng dụng của Alpha Cyclodextrin



 Tính chất

Trạng thái

Số đơn vị glucopyranose

Khối lượng phân tử (g/mol)



Dạng tinh thể bột màu trắng

6

972

GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



19



Độ hoà tan trong nước

14,5

o

(g/100mL) ở 25 C

Thể tích khoang bên trong

0,174

3

(nm )

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

278

Bảng 1. 2 Tính chất vật lý của α-CD [27], [31]

Khoang bên trong có tính năng quan trọng vì nó cung cấp khả năng hình

thành phức hợp với những phân tử có tính chất khác nhau. Thế nhưng các phân tử

này phải có kích thước tương thích với khoang bên trong của α-CD để tạo thành

một phức hợp ổn định. Sự tạo thành phức của phân tử α-CD dựa trên tương tác giữa

“host - guest” (chủ thể - khách thể). Đây là hiện tượng một “khách thể” bị giữ, bị

bao bọc bên trong khoang của phân tử “chủ thể” α-CD và một phân tử α-CD sẽ

chứa một phân tử “khách thể” [32], [33].

Phân tử α-CD có độ hòa tan trong nước cao hơn β-CD nhưng lại thấp hơn so

với γ-CD. Nhìn chung, độ hòa tan trong nước của phân tử α-CD thấp hơn so với các

saccharide khơng vòng và các dextrin tuyến tính do có sự liên kết hydro tương đối

mạnh giữa các α-CD ở trạng thái tinh thể. Vì thế, việc thay thế nhóm hydroxyl bằng

một nhóm trung tính (hydroxypropyl) hoặc một nhóm ion (carboxymethyl, amin

bậc ba, amin bậc bốn) sẽ dẫn đến kết quả cải thiện đáng kể khả năng hòa tan trong

nước của chúng [34], [30], [35], [36].

So với các oligosaccharide mạch thẳng thì phân tử α-CD bền về mặt hóa học.

Các acid mạnh như Acid Hydrochloric, Acid Sulfuric có thể phân hủy α-CD tạo ra

hỗn hợp các oligosaccharide khác nhau (từ mạch thẳng do α-CD bị mở vòng cho

đến tận glucose). Tốc độ thủy phân tăng khi nhiệt độ và nồng độ acid tăng. Sự thủy

phân hầu như không xảy ra trong môi trường acid yếu như acid hữu cơ. Ngồi ra, αCD cũng khơng bị thủy phân bởi kiềm dù ở nhiệt độ cao và các phân tử này không

thể bị thủy phân bởi các enzyme amylase nhưng được lên men bởi hệ vi sinh đường

ruột [30], [34].

 Ứng dụng



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



20



Cyclodextrin đã được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm dược phẩm, mỹ

phẩm cũng như các sản phẩm của ngành công nghiệp khác. Hiện nay, sản lượng

Cyclodextrin hàng năm đạt hơn 10.000 tấn, trong đó có khoảng 70% là β-CD, 15%

là α-CD, 5% là γ-CD và 10% còn lại là các dẫn xuất của nó. Các nhà nghiên cứu

cho rằng sử dụng α-CD ở liều thấp bằng đường uống thì vẫn an tồn. Vì vậy, α-CD

đã được liệt kê trong một số nguồn dược điển bao gồm Dược điển Hoa Kỳ, Dược

điển Châu Âu và Dược điển Nhật Bản. Ngồi ra, nó còn thường được sử dụng làm

phụ gia thực phẩm để hỗ trợ q trình nhũ hố, ổn định hương vị [37], [38].

1.7.2



Sodium Alginate (Natri Alginate)



1.7.2.1 Nguồn gốc của Sodium Alginate

Alginate là loại polymer sinh học biển phong phú và nhiều thứ hai trên thế

giới, xếp sau cellulose và lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà hóa học người Anh

E.C.C. Stanford vào năm 1881. Alginate có trong thương mại thường được chiết

xuất nhiều nhất từ tảo nâu bao gồm các loài Laminaria, Macrocystis, Ascophyllum,

Eclonia, Lessonia, Durvillea và Sargassum. Bên cạnh đó, Alginate cũng được tổng

hợp bởi một số vi khuẩn như loài Azotobacter và Pseudomonas. Các dạng Alginate

bao gồm Acid Alginic, muối Canxi, Kali, Amoni của Acid Alginic thế nhưng Natri

Alginate là dạng chính được sử dụng nhiều nhất [39], [40], [41].

1.7.2.2 Cấu tạo của Sodium Alginate

Công thức phân tử: (C6H7O6Na)n

Sodium Alginate là một dẫn xuất polysaccharide tuyến tính của Acid Alginic,

gồm hai phân tử β-D-Mannuronic acid (M) và α-L-Guluronic acid (G) liên kết với

nhau bằng liên kết 1,4-glycoside. Việc chuyển đổi Acid Alginic thành Sodium

Alginate nhằm hỗ trợ khả năng hòa tan trong nước của nó. Các monomer trong

phân tử có thể liên kết ngẫu nhiên với nhau theo ba loại khối: poly-G (G-G-G-G),

poly-M (M-M-M-M) hoặc poly-GM (GM-GM) [42], [43], [39].



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



21



Hình 1. 8 Cấu tạo của Sodium Alginate

1.7.2.3 Tính chất và ứng dụng của Sodium Alginate

 Tính chất

Alginate là một polymer sinh học được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp

vì nó có sẵn trong tự nhiên, có khả năng tương thích sinh học, phân hủy sinh học,

khơng độc hại và chi phí thấp. Sodium Alginate dễ hòa tan trong nước, tạo dung

dịch keo nhớt có độ dính và độ nhớt cao, nó khơng tan trong rượu và các dung môi

hữu cơ như Chloroform, Ether. Ngoài ra, Sodium Alginate dễ bị cắt mạch bởi các

yếu tố acid, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, enzyme. Khi tương tác với acid vơ cơ thì

chuyển thành Acid Alginic, do đó người ta lợi dụng tính chất này để tinh chế Acid

Alginic trong cơng nghiệp [44], [42], [39].

Khi hòa tan Alginate vào nước thì nó sẽ ngậm nước và tạo thành dung dịch

có độ nhớt. Độ nhớt tỷ lệ thuận với chiều dài phân tử của Alginate. Trong một số

trường hợp có thể gia tăng độ nhớt ở nồng độ thấp với sự hiện diện của các cơ chất

(CaSO4, CaSO3). Các ion Ca2+ liên kết với Alginate tạo liên kết chéo trong phân tử

gia tăng, làm gia tăng trọng lượng phân tử và độ nhớt của dung dịch [44].

Một ưu điểm nổi trội của Alginate chính là khả năng tạo gel. Alginate thường

được sử dụng dưới dạng hydrogel trong y sinh, bao gồm chữa lành vết thương, vận

chuyển dược chất (màng hydrogel bao bọc thuốc) và bao bọc tế bào, mô. Polymer

hydrogel là loại polymer ưa nước nhưng không tan trong nước. Trong môi trường

nước, mạch polymer hấp thụ nước và tạo ra một mạng ba chiều các chuỗi mạch

GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



22



polymer. Phương pháp phổ biến nhất để điều chế hydrogel từ dung dịch Alginate

tan trong nước là kết hợp với các tác nhân liên kết ngang ion, chẳng hạn như các

cation hóa trị hai (ví dụ ion Ca 2+). Các cation hóa trị hai chỉ liên kết với các khối

Guluronate (khối G) của chuỗi Alginate vì cấu trúc của các khối G cho phép mức độ

phối hợp cao. Các khối G của một polymer tạo mối nối với các khối G của chuỗi

polymer liền kề theo mô hình “Box egg” của liên kết chéo dẫn đến cấu trúc gel. Tuy

ion Ca2+ khơng hình thành liên kết mạnh nhất nhưng nó được sử dụng thường xun

nhất vì đặc tính khơng độc hại và chi phí thấp [42], [45].



Hình 1. 9 Sự kết hợp giữa ion Ca2+ và Alginate

 Ứng dụng

 Trong y học

Vai trò của Alginate trong dược phẩm rất quan trọng vì nó là các tác nhân ổn

định, làm đặc, tạo gel, vật liệu tương thích sinh học, không gây bệnh và không độc

hại.

Alginate hoạt động như một rào cản vật lý để giảm các cơn trào ngược dạ

dày, một số sản phẩm dược từ Alginate được sử dụng để điều trị triệu chứng ợ nóng

và viêm thực quản. Một số nghiên cứu tiết lộ rằng Sodium Alginate có thể di

chuyển đến thực quản trước các dịch tiết của dạ dày và do đó giúp ích trong việc



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



23



giảm dịch tiết acid. Ngoài ra, Alginate còn có tác dụng trong việc điều trị bệnh béo

phì, tiểu đường, làm chất kháng khuẩn, kháng virus và kháng nấm [46].

Gel của Alginate đã được nghiên cứu để có thể vận chuyển các loại thuốc có

kích thước nhỏ.Bên cạnh đó, Alginate là một chất tuyệt vời cho việc vận chuyển các

loại thuốc protein, bởi protein có thể kết hợp với Alginate dựa trên những điều kiện

tương đối mà khơng làm giảm thiểu sự biến tính của protein và gel có thể bảo vệ

protein khỏi sự phân hủy cho đến khi nó được giải phóng. Một loạt các đề tài đã

được nghiên cứu để kiểm soát tốc độ giải phóng protein từ gel Alginate. Nhìn

chung, tốc độ giải phóng protein từ gel Alginate là nhanh chóng bởi độ xốp và bản

chất ưa nước của gel.

Việc băng bó vết thương theo cách truyền thống (ví dụ như gạc) là bảo vệ

cho vết thương khô, tránh cho vết thương tiếp xúc với tác động có hại bên ngồi.

Giờ đây theo phương thức hiện đại hơn, băng Alginate tạo ra môi trường ẩm để kích

thích q trình lành vết thương. Băng Alginate hấp thụ dịch tiết ra từ vết thương,

sau đó gel sẽ cung cấp nước cho vết thương tạo môi trường ẩm và giảm thiểu khả

năng nhiễm trùng tại đây [45].

 Trong công nghiệp thực phẩm

Sodium Alginate là một loại phụ gia thực phẩm tự nhiên nên được ứng dụng

rộng rãi và có triển vọng tốt trong ngành cơng nghiệp thực phẩm. Vì Sodium

Alginate tạo thành gel ở nhiệt độ thấp, do đó hữu ích trong việc tái cấu trúc những

thực phẩm có thể bị hư hỏng hoặc bị oxy hóa ở nhiệt độ cao chẳng hạn như sản

phẩm thịt, trái cây và rau quả. Ngồi ra, nó còn tạo độ ngon miệng trong các sản

phẩm, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

Sodium Alginate còn là chất làm đặc, ổn định trong kem, có thể ngăn được

sự tạo thành tinh thể đá băng. Trong kem, nó ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể

của Lactose, làm bền bọt, tạo độ nhớt và độ mịn cho kem, tạo gel, có khả năng giữ

nước cho kem, làm cho kem không bị tan chảy [44], [47].



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



24



1.7.3



Củ ngưu bàng



1.7.3.1 Đặc điểm của của ngưu bàng

Cây ngưu bàng (tên khoa học là Arctium lappa Linn) thuộc họ Asteraceae, là

loại cây thân thảo lớn, thường sống hai năm, cao khoảng 1,5 m. Lá cây to rộng có

hình trái tim, chiều dài khoảng 50 cm còn chiều rộng khoảng 30 cm, mặt trên lá có

màu xanh đậm trong khi mặt dưới có màu xanh xám nhạt và được phủ lơng tơ. Hoa

màu đỏ hoặc tím nhạt hợp thành vòng tròn có đường kính 2 cm, mọc ở đầu cành.

Cây ngưu bàng đã được sử dụng trị liệu ở Châu Âu, Bắc Mỹ và Châu Á trong hàng

trăm năm qua. Củ, hạt và lá của cây ngưu bàng đã được nghiên cứu vì sự phổ biến

của nó đối với y học cổ truyền Trung Quốc [2], [48], [49].

A



B



Hình 1. 10 Cây ngưu bàng (A)3 và củ ngưu bàng (B)4



1.7.3.2



Thành phần hoá học



Các thành phần chủ yếu được phân lập từ cây ngưu bàng đã được xác định

trong thập kỷ qua bao gồm: lignans, terpenoids, polyphenols, polysaccharide,…

Bên cạnh đó, nó còn chứa các thành phần dinh dưỡng: amino acid, kim loại,

vitamin, protein, carbohydrate, khoáng chất,…[2], [48].



3 http://tapchitrungnien.com/cay-nguu-bang-cao-luong-my-vi-tri-bach-benh-cua-nguoi-nhat.html

4 http://imgsg.blogspot.com/2016/10/cu-nguu-bang-burdock.html?m=0



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



25



1.7.3.3



Công dụng dược lý



Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây ngưu bàng có các hoạt tính sinh học như

lợi tiểu, hạ nhiệt, kháng sinh, tăng cường hệ thống tiêu hóa, điều trị ung thư, chống

bệnh tiểu đường, kháng virus [2], [48].

Ở bên trong hạt, một số hợp chất có hoạt tính chống viêm và có tác dụng ức

chế hiệu quả đối với sự phát triển của khối u như ung thư tuyến tụy. Đối với dịch

chiết từ lá, các hợp chất được phân lập có thể ức chế sự tăng trưởng của vi sinh vật

trong khoang miệng. Đặc biệt, củ ngưu bàng đã được sử dụng nhiều nhất trong các

mục đích điều trị. Chẳng hạn một số thành phần hóa học có trong củ được tìm thấy

có thể giải độc trong máu, thúc đẩy tuần hoàn máu lên bề mặt da, tái tạo và chữa

bệnh trên da. Các chất chống oxy hoá và các hợp chất chống bệnh tiểu đường cũng

đã được tìm thấy tại đây. Hơn thế nữa, củ ngưu bàng có hiệu quả vơ cùng to lớn

trong việc loại bỏ kim loại nặng ra khỏi cơ thể chúng ta [2].

1.8



Các cơng trình nghiên cứu trước đây



1.8.1



Tình hình nghiên cứu trên thế giới



Năm 2013, Shihong Lin và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp hạt nano

bạc-Alginate nhằm mục đích khử trùng nước uống dựa vào ba phương pháp khác

nhau. Trong phương pháp thứ nhất, đầu tiên các hạt ion bạc được hấp thụ bởi các

hạt Alginate, sau đó khử bằng Natri Borohydride (NaBH 4) tạo ra hạt có kích thước

là 2,45 ± 0,62 nm. Trong phương pháp thứ hai, các hạt nano bạc được tổng hợp với

lớp phủ ion citrate, sau đó kết hợp với các hạt Alginate trong q trình tạo gel tạo ra

hạt có kích thước 28,56 ± 13,45 nm. Ở phương pháp thứ ba, các ion bạc bị khử

đồng thời với sự gel hố của Alginate tạo ra hạt có kích thước 2,61 ± 0,92 nm. Từ

kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp thứ ba đạt được hiệu quả tốt nhất [50].

Năm 2014, Arkadius Maciollek and Helmut Ritter đã báo cáo về việc tổng

hợp nano bạc ổn định trong thời gian dài bằng cách sử dụng bạc nitrat và copolymer

từ N-isopropylacrylamide (NIPAM) và mono-(1H-triazolylmethyl)-2-methylacrylβ-cyclodextrin đóng vai trò là chất khử và chất ổn định. Việc khử được thực hiện

GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



26



trong nước tại pH trung tính ở nhiệt độ phòng. Hai nhà nghiên cứu đã sử dụng chất

khử tự nhiên (Cyclodextrin) thân thiện với môi trường mà không sử dụng chất khử

độc hại hoặc chất khử bổ sung nào khác. Các hạt nano hình cầu với kích thước khác

nhau có thể được điều chỉnh từ 30 - 100 nm dựa vào sự thay đổi nồng độ bạc nitrat,

nồng độ của chất khử và chất ổn định hoặc thời gian phản ứng [51].

Năm 2015, Foliatini và cộng sự đã tổng hợp xanh thành cơng các hạt nano

bạc trong vòng 1 - 2 phút dưới sự chiếu xạ vi sóng từ muối AgNO 3 và dung dịch

Alginate. Tại đây các phân tử Alginate đóng vai trò vừa là chất khử, vừa là chất ổn

định. Độ pH và tỷ lệ nồng độ của Alginate/muối kim loại ảnh hưởng lớn đến sự

phân bố và kích thước của hạt nano. Tỷ lệ này càng cao thì kích thước hạt càng nhỏ,

sự phân bố càng hẹp. Bài báo cáo này cho thấy khả năng kiểm soát hình dạng, kích

thước hạt dựa vào điều chỉnh tỷ lệ nồng độ của Alginate/muối kim loại, pH và

cường độ ion [52].

Năm 2015, Shakeel Ahmed và đồng nghiệp tổng hợp nano bạc bằng cách sử

dụng dịch chiết của lá Sầu đâu (tên khoa học Azadirachta indica). Dịch chiết của lá

đóng vai trò là chất khử. Đặc tính hạt nano bạc qua quang phổ UV-Vis với bước

sóng nằm trong khoảng 436 - 446 nm và kích thước hạt trung bình là 34 nm. Hơn

thế nữa, các hạt nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn chống lại vi khuẩn gram dương

(Staphylococcus aureus) và vi khuẩn gram âm (Escherichia coli) [53].

Năm 2017, Geeta Arya và các cộng sự đã đưa ra phương án nghiên cứu phân

hủy chất gây ô nhiễm và thuốc nhuộm hữu cơ (chủ yếu liên quan đến nitro-amines

và thuốc nhuộm azo) do con người gây ra bằng cách tổng hợp nano bạc từ lá Đậu

(tên khoa học Cicer arietinum). Các hạt nano bạc này sau khi được tổng hợp có khả

năng giảm độc tố có hại và các sản phẩm phụ của chúng, từ đó làm giảm các chất ơ

nhiễm mơi trường. Sau khi tối ưu hóa nồng độ AgNO3, tỷ lệ chất phản ứng, thời

gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng trong việc tổng hợp hạt nano, người ta thấy

rằng các hạt nano bạc tối ưu có thể được tổng hợp tại nồng độ dung dịch 1 mM

AgNO3 ở 25oC trong vòng 40 phút với tỷ lệ dịch chiết là 1:10. Đặc tính hạt nano bạc



GVHD: TS. Nguyễn Thành Danh



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

7 Khái quát về nguyên liệu trong tổng hợp xanh nano kim loại bạc trên hệ mang α-CD/Alginate

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×