intTypePromotion=1

Chế tạo và khảo sát hoạt tính kháng nấm của hạt đồng nano được ổn định bằng Chitosan

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

0
6
lượt xem
0
download

Chế tạo và khảo sát hoạt tính kháng nấm của hạt đồng nano được ổn định bằng Chitosan

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, kim loại đồng có kích thước nanomet đã được tổng hợp bằng phương pháp hoá học sử dụng chitosan làm chất ổn định và NaBH4 làm chất khử. Sự hình thành hạt đồng nano được xác định bằng màu sắc đặc trưng và phổ UV-vis. Hình thái và kích thước hạt được xác định bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chế tạo và khảo sát hoạt tính kháng nấm của hạt đồng nano được ổn định bằng Chitosan

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN SAIGON UNIVERSITY TẠP CHÍ KHOA HỌC SCIENTIFIC JOURNAL ĐẠI HỌC SÀI GÒN OF SAIGON UNIVERSITY Số 71 (05/2020) No. 71 (05/2020) Email: tcdhsg@sgu.edu.vn ; Website: http://sj.sgu.edu.vn/ CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG NẤM CỦA HẠT ĐỒNG NANO ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG CHITOSAN Copper nanoparticles stabilized by Chitosan: preparation and antifungal activity ThS. Phạm Thị Giang Anh(1), TS. Đặng Xuân Dự(2) Trường Đại học Sài Gòn (1),(2) TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, kim loại đồng có kích thước nanomet đã được tổng hợp bằng phương pháp hoá học sử dụng chitosan làm chất ổn định và NaBH4 làm chất khử. Sự hình thành hạt đồng nano được xác định bằng màu sắc đặc trưng và phổ UV-vis. Hình thái và kích thước hạt được xác định bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Kết quả cho thấy khi với sự hiện diện của chitosan, các hạt đồng nano đã được chế tạo thành công với kích thước hạt khoảng 3,7 nm. Vật liệu thu được thể hiện hoạt tính kháng nấm tốt. Nấm mốc Aspergillus niger bị ức chế gần như hoàn toàn ở nồng độ đồng nano 50 ppm. Từ khóa: chất ổn định, chitosan, đồng nano, hoạt tính kháng nấm ABSTRACT In this present paper, copper nanoparticles were prepared by a chemical method using chitosan as a stabilizer and NaBH4 as a reducing agent. The formation of copper nanoparticles was confirmed by the characteristic of colour and UV-vis spectra. The morphology and particle size of the material were determined by transmission electron microscopy (TEM). The results showed that copper nanoparticles with a particle size of 3,7 nm were successfully prepared in the presence of chitosan. The as-prepared materials exhibited a good antifungal activity. The Aspergillus niger fungus was almost entirely inhibited by the copper nanoparticles at the concentration of 50 ppm. Keywords: stabilizer, chitosan, copper nanoparticles, antifungal activity 1. Mở đầu kim loại quý như bạc, vàng và bạch kim Chế tạo và nghiên cứu hoạt tính của thường được ứng dụng khá hiệu quả trong các hạt nano kim loại với kích thước và các lĩnh vực nêu trên. Tuy vậy, do giá hình dạng khác nhau nhằm khám phá các thành cao nên việc sản xuất chúng để ứng tính chất cũng như khả năng ứng dụng của dụng rộng rãi với số lượng lớn là kém khả chúng trong các lĩnh vực khác nhau như y thi. Để giải quyết vấn đề đó, đồng nano sinh [1], điện tử, quang học [2], và xúc tác được xem là lựa chọn tốt để thay thế do giá [3], [4]… là những hướng nghiên cứu hấp thành khá rẻ. dẫn, thu hút được nhiều sự quan tâm trong Chế tạo đồng nano thường khó thu thời gian gần đây. Vật liệu nano của các được hiệu suất cũng như độ tinh khiết cao Email: dangxuandu@sgu.edu.vn 34
  2. PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN vì bề mặt dễ bị oxi hóa, sản phẩm dễ lẫn 2.1. Nguyên liệu và hóa chất CuO và Cu2O. Để khắc phục hạn chế này, Chitosan với khối lượng phân tử 90 các chất chống oxy hoá thường được sử kDa được cung cấp bởi công ty Cổ phần dụng cho quá trình chế tạo. Một số loại Đầu tư và Công nghệ Hương Nam, Bà Rịa polymer cũng thường được sử dụng nhằm - Vũng Tàu. NaBH4 là sản phẩm tinh khiết ổn định hệ hạt, tránh sự keo tụ và bảo vệ của Merck (Đức), CuSO4.5H2O dạng tinh hạt khỏi bị oxy hoá. Những nghiên cứu đó khiết của Beijing (Trung Quốc). Các hóa đều hướng đến mục tiêu chung là tạo ra các chất khác như acid acetic, acid ascorbic… hạt đồng nano có kích thước nhỏ với độ ổn được sử dụng ở dạng tinh khiết phân tích. định cao để khai thác tối đa các ứng dụng Nước cất hai lần được sử dụng cho toàn bộ của chúng. thí nghiệm. Chitosan là một polymer tự nhiên 2.2. Phương pháp thực nghiệm được chế tạo bằng quá trình đề axetyl hóa 2.2.1. Chế tạo đồng nano ổn định bằng chitin sử dụng kiềm đặc. Chitosan có ưu chitosan điểm nổi bật là phân hủy sinh học, không Sơ đồ quy trình chế tạo đồng nano theo độc, có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, tài liệu [3], chỉ thay đổi khối lượng phân tử chống oxi hóa.v.v. [3]. Những nghiên cứu chitosan và nồng độ, được thể hiện trên gần đây cho thấy, chitosan có khả năng ổn Hình 1. Hòa tan 0,25 gam CuSO4.5H2O định tốt các hạt nano và hạn chế quá trình bằng nước cất thu được 40 mL dung dịch oxy hóa [3]. Ngoài ra, loại polymer này tồn CuSO4 nồng độ 0,025M, thêm 100 mL acid tại khá phong phú trong tự nhiên, dễ tách acetic 0,1M chứa 1% chitosan theo khối chiết ở điều kiện bình thường, vì vậy rất có lượng, khuấy hỗn hợp trên trong vòng 20 triển vọng áp dụng ở quy mô lớn. phút bằng máy khuấy từ gia nhiệt. Cho 0,5 Trong nghiên cứu này, đồng nano mL acid ascorbic 0,5M vào hỗn hợp phản được chế tạo bằng cách khử ion Cu2+ với ứng, tiếp tục khuấy từ trong 20 phút. Nhỏ NaBH4 chất khử, chitosan làm chất ổn 0,5 mL NaBH4 0,4M vào hỗn hợp, tiếp tục định, cơ chế ổn định các hạt đồng nano khuấy 5 phút, dung dịch chuyển sang màu bằng chitosan cũng được thảo luận. Ngoài nâu đen. Tiếp tục khuấy từ 30 phút để phản ra, sản phẩm tạo thành cũng được kiểm tra ứng xảy ra hoàn toàn. Dung dịch đồng nano hoạt tính chống nấm ở các nồng độ khác hình thành được bảo quản trong điều kiện nhau đối với chủng Aspergillus niger. nhiệt độ phòng, tránh tiếp xúc với không khí 2. Thực nghiệm cho các nghiên cứu tiếp theo. 35
  3. SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) Hình 1. Sơ đồ quy trình chế tạo đồng nano 2.2.2. Đặc trưng đồng nano K2HPO4, KCl, FeSO4.7H2O, MgSO4.7H2O Đồng nano sau khi chế tạo được đặc và sucrose vào cốc rồi khuấy từ cho tới khi trưng bằng phương pháp phổ UV-vis trên tan hết. Tiếp đến, chuyển dung dịch vào thiết bị UV - DR 5000; phương pháp nhiễu bình định mức rồi thêm nước để thu được xạ tia X, sử dụng thiết bị đo XRD với bức 500 mL dung dịch. Đổ dung dịch ra lại cốc xạ CuKα (λ = 0,15406 nm), thế tăng tốc thủy tinh rồi điều chỉnh pH = 6 bằng NaOH 40kV, 40mA, góc 2θ = 20° – 90°, tốc độ 1M hoặc HCl 1M, thêm agar và tiếp tục quét 0,03°/s. Hình thái và kích thước hạt khuấy từ trong khoảng 10 phút. Cuối cùng, được xác định bằng kính hiển vi điện tử đổ môi trường vào 2 bình erlen dung tích truyền qua (TEM) trên thiết bị JEM-1400. 250 ml, đậy kín bằng bông và bọc bên 2.2.3. Khảo sát hoạt tính kháng nấm mốc ngoài bằng giấy để hấp vô trùng. Dung dịch keo đồng nano sau khi chế Môi trường mẫu tạo, được khảo sát hoạt tính kháng nấm Thành phần và cách pha tương tự như mốc Aspergillus Niger theo các bước sau: môi trường đối chứng nhưng cho thêm a) Pha môi trường đồng nano vào dung dịch sau khi chỉnh pH Môi trường Crapek (môi trường đối để được nồng độ đồng nano khoảng từ 20 chứng): ppm đến 100 ppm, đồng nano được thêm Thành phần gồm Sucrose 15g, NaNO3 vào dưới dạng dung dịch, nồng độ được 1,5g, K2HPO4 0,5g, KCl 0,25g, FeSO4.7H2O tính theo nồng độ ion Cu2+. 0,05g, MgSO4.7H2O 0,25g, Agar 15g. b) Hấp dụng cụ, môi trường Cách pha: cân chính xác thành phần Dụng cụ và môi trường được hấp vô của môi trường, cho 200ml nước cất vào trùng ở 121ºC trong 30 phút sử dụng nồi cốc thủy tinh, sau đó thêm lần lượt NaNO3, hấp khử trùng Tomy Autoclave. Dụng cụ 36
  4. PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN sau khi hấp vô trùng được sấy ở nhiệt độ Cấy nấm mốc Aspergillus Niger vào 120ºC. môi trường mẫu và môi trường đối chứng. c) Đổ môi trường Sau 5 ngày nuôi cấy, quan sát kết quả phát Pha từ từ dung dịch môi trường mẫu triển nấm mốc trên môi trường mẫu và môi có chứa đồng nano và môi trường đối trường đối chứng để đánh giá hiệu quả chứng vào các đĩa petri đã hấp vô trùng. kháng nấm của dung dịch keo đồng nano. Giai đoạn này được tiến hành trong tủ cấy. 3. Kết quả và thảo luận d) Nuôi cấy 3.1. Sự hình thành keo đồng nano Hình 2. Phổ UV-vis của dung dịch trước và sau phản ứng Sự thay đổi màu sắc của dung dịch được cũng cho màu nâu đen đặc trưng, phản ứng được thể hiện trên Hình 2. Trước tương tự như trong nghiên cứu của chúng phản ứng, dung dịch có màu xanh dương, tôi. là màu đặc trưng của ion Cu2+. Khi thêm Theo các nghiên cứu trước đây, đỉnh NaBH4 vào hệ phản ứng và khuấy đều, hấp thụ gây ra do hiện tượng plasmom của dung dịch dần chuyển sang màu nâu đen, là dung dịch keo đồng nano được ghi nhận màu đặc trưng của dung dịch đồng nano trên phổ UV-vis trong khoảng bước sóng [3]. Phản ứng khử ion đồng Cu2+ bằng từ 500 – 600 nm [1], [7]. Hình 2 cho thấy NaBH4 diễn ra như sau [5]: trước phản ứng, khi vừa thêm NaBH4 vào CuSO4 + 2 NaBH4 + 6 H2O → Cu + dung dịch, chưa quan sát rõ đỉnh hấp thụ ở 2H3BO3 + 7H2 + Na2SO4 khoảng bước sóng trên. Sau phản ứng, xuất Usman và cộng sự đã chế tạo đồng hiện hấp thụ cực đại tại 579 nm là bước nano sử dụng chitosan làm chất ổn định sóng hấp thụ đặc trưng của dung dịch keo [6]. Kết quả dung dịch keo đồng nano thu đồng nano [3]. 37
  5. SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) Hình 3. Giản đồ XRD của chitosan và đồng nano ổn định bằng chitosan Giản đồ XRD của chitosan và vật liệu xạ tương đối cao hoàn toàn trùng hợp với đồng nano ổn định bằng chitosan được thể đỉnh nhiễu xạ chuẩn của kim loại đồng tại hiện lần lượt ở Hình 3a và Hình 3b. Hình các góc 2θ = 43,35°; 2θ = 50,60° và 2θ = 3a cho thấy các đỉnh nhiễu xạ ở 2θ = 9,26° 74,17° tương ứng với các mặt (111), (200) và 2θ = 19,82°, đây là hai đỉnh nhiễu xạ và (220) thuộc ô mạng Bravais trong cấu đặc trưng của chitosan [3], [8]. Đối với trúc lập phương tâm diện của kim loại giản đồ nhiễu xạ của vật liệu đồng nano, đồng [3], [7]. ngoài 2 đỉnh nhiễu xạ của chitosan còn 3.2. Hình thái và kích thước hạt keo quan sát được 3 đỉnh có cường độ nhiễu đồng nano Hình 4. Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của các mẫu đồng nano 38
  6. PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN Hình 4 mô tả hình thái và kích thước Nguyên tử oxy giàu electron của nhóm của những hạt đồng nano. Hình ảnh cho hydroxyl phân cực và của nhóm ether trong thấy hạt có dạng hình cầu, phân bố khá phân tử chitosan tương tác với điện tích đồng đều, kính thước hạt từ 2 đến 10 nm, dương của cation kim loại [9]. Nhờ đó, đường kính trung bình vào khoảng 3,7 nm. chitosan đóng vai trò vừa như một chất Như vậy, sự có mặt của chitosan đóng vai điều khiển sự tạo thành hạt nhân keo vừa trò là chất ổn định đã hạn chế được sự phát như là một chất ổn định [10]. Ngoài ra, nhờ triển mầm, do đó kích thước hạt thu được có nhóm amine và nhóm hydroxyl có ái lực tương đối nhỏ. Ngoài ra sự có mặt của mạnh với ion kim loại, chitosan được gắn chitosan còn được cho là tác nhân giảm với kim loại thông qua sự tạo phức bằng thiểu sự oxy hoá bề mặt, ngăn cản sự keo cách chuyển electron. Theo cách đó, chúng tụ, làm bền cho hệ keo đồng nano [8]. thúc đẩy sự tạo thành hạt nhân keo đồng. Cơ chế ổn định keo đồng nano của Sự hình thành phức giữa chitosan và Cu2+ chitosan đã được một số tác giả đề cập [1], làm cho khả năng khử ion đồng cũng diễn [6], [8]. Theo đó, khi thêm Cu2+ vào dung ra thuận lợi hơn [8]. dịch chitosan, ion Cu2+ được gắn vào đại 3.3. Khả năng kháng nấm của đồng phân tử chitosan bằng tương tác tĩnh điện. nano ổn định bằng chitosan Hình 5. Sự phát triển của nấm mốc Aspergillus niger sau 5 ngày cấy trên đĩa petri Hình 5 là kết quả thử nghiệm hoạt tính được sự phát triển của nấm mốc. Từ kết quả diệt nấm mốc Aspergillus niger với các thí nghiệm có thể nhận thấy khả năng phát mẫu của đồng nano được ổn định bằng triển của nấm mốc Aspergillus niger đã bị chitosan có nồng độ khác nhau. Sau 5 ngày ức chế gần như hoàn toàn ở nồng độ đồng nuôi cấy mẫu, kết quả cho thấy đối với mẫu nano là 50 ppm. Pariona và cộng sự (2019) đối chứng - không có đồng nano, nấm phát đã tổng hợp đồng nano và khảo sát khả triển rất mạnh. Đối với các mẫu có chứa năng ức chế một số loại nấm như Fusarium đồng nano khả năng phát triển của nấm solani, Neofusicoccum sp và Fusarium mốc bị ức chế đáng kể sau 5 ngày nuôi cấy. oxysporum [11]. Kết quả cho thấy nồng độ Ở mẫu chứa đồng nano nồng độ 25 ppm tối thiểu để cho hiệu quả ức chế hoàn toàn nấm mốc phát triển tương đối yếu sau 5 các loại nấm trên là 750 ppm lớn hơn nhiều ngày nuôi cấy so với mẫu đối chứng. Trong so với nghiên cứu của chúng tôi. Nguyên khi đó, các mẫu có đồng nano ở nồng độ 50 nhân có thể là do đồng nano thu được trong ppm và 100 ppm gần như không quan sát nghiên cứu của Parion là khoảng 8 nm, lớn 39
  7. SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 71 (05/2020) hơn so với trong nghiên cứu của chúng tôi. kháng vi sinh vật tốt nhất mặc dù kích Ngoài ra, sự khác biệt về các chủng nấm thước hạt trung bình tương đối lớn hơn so trong nghiên cứu của chúng tôi (Aspergillus với khi đồng nano được ổn định bởi dung niger) cũng có thể là nguyên nhân làm dịch chitosan 0,5% [3]. Nhìn chung, hạt cho nồng độ ức chế nấm tối thiểu tương nano khi được ổn định bởi các loại đối nhỏ. polymer sinh học sẽ có thuận lợi trong việc Nhìn chung khả năng kháng nấm và kéo dài thời gian phóng thích, cải tiến được kháng khuẩn của đồng nano phụ thuộc vào tính chất kháng vi sinh vật của chúng. Tuy nhiều yếu tố cho đến thời điểm này vẫn vậy, nồng độ chất ổn định tối ưu cho hoạt còn là một chủ đề mở cần tiếp tục bàn luận, động của các hạt nano vẫn là vấn đề cần đặc biệt khi chúng được ổn định bởi được nghiên cứu. chitosan là một tác nhân cũng có hiệu ứng 4. Kết luận kháng khuẩn. Theo một số nghiên cứu gần Đồng nano đã được chế tạo khá đơn đây, đối với vật liệu đồng được ổng định giản bằng phương pháp khử hoá học sử bằng chitosan, tốc độ khuếch tán của đồng dụng chitosan làm chất ổn định. Sự hình nano được phóng thích (release) khỏi môi thành pha đồng nano đã được xác định dựa trường chitosan là yếu tố quyết định đến vào màu sắc đặc trưng và tín hiệu plasmom khả năng kháng khuẩn. Và vì vậy, cần chú trên phổ UV-vis. Kết quả cho thấy các hạt ý là không phải kích thước hạt nhỏ của vật đồng nano thu được có dạng hình cầu, kích liệu sẽ cho hiệu quả kháng vi sinh vật tốt, thước hạt khoảng 3,7 nm. Dung dịch keo vì trong trường hợp đó, khả năng hạt được đồng nano thu được có khả năng ức chế tốt bọc bởi một lớp polymer tương đối dày, sự phát triển của nấm mốc. Ở nồng độ lớn dẫn đến tốc độ phóng thích chậm và hiệu hơn 50 ppm, đồng nano đã ức chế gần như quả kháng vi sinh vật trong trường hợp này hoàn toàn sự phát triển của nấm mốc sau 5 thường không cao. Usman và cộng sự ngày nuôi cấy. Với phương pháp chế tạo (2013) đã xem xét khả năng kháng khuẩn đơn giản, sản phẩm có hoạt tính kháng nấm của đồng nano được ổn định bằng chitosan cao, đồng nano rất có triển vọng để chế tạo với các nồng độ khác nhau. Kết quả cho với quy mô lớn làm các chế phẩm kháng thấy ở nồng độ chitosan 0,2% cho hiệu quả nấm ứng dụng trong nông nghiệp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tokarek. K, Hueso. J. L, Kuśtrowski. P, Stochel. G, Kyzioł. A, “Green Synthesis of Chitosan-Stabilized Copper Nanoparticles”, European Journal of Inorganic Chemistry, 2013 (28), 4940-4947, 2013. [2] Ponce. A. A, Klabunde. K. J, “Chemical and catalytic activity of copper nanoparticles prepared via metal vapor synthesis”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 225(1), 1-6, 2005. [3] Usman. M. S, El Zowalaty. M. E, Shameli. K, Zainuddin. N, Salama. M, Ibrahim. N. A, “Synthesis, characterization, and antimicrobial properties of copper nanoparticles”, International journal of nanomedicine, 8, 4467, 2013. 40
  8. PHẠM THỊ GIANG ANH - ĐẶNG XUÂN DỰ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN [4] Raffi. M, Mehrwan. S, Bhatti. T. M, Akhter. J. I, Hameed. A, Yawar. W, Ul Hasan, M. M, “Investigations into the antibacterial behavior of copper nanoparticles against Escherichia coli”, Annals of microbiology, 60(1), 75-80, 2010. [5] De. S, Mandal. S, “Surfactant-assisted shape control of copper nanostructures”. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 421, 72-83, 2013. [6] Usman. M. S, Ibrahim. N. A, Shameli. K, Zainuddin. N, Yunus. W. M. Z. W, “Copper nanoparticles mediated by chitosan: synthesis and characterization via chemical methods”, Molecules, 17(12), 14928-14936, 2012. [7] Dang. T. M. D, Le. T. T. T, Fribourg-Blanc. E, Dang. M. C, “The influence of solvents and surfactants on the preparation of copper nanoparticles by a chemical reduction method”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2(2), 025004, 2011. [8] Manikandan. A, Sathiyabama. M, “Green synthesis of copper-chitosan nanoparticles and study of its antibacterial activity”, Journal of Nanomedicine & Nanotechnology, 6(1), 1, 2015. [9] Zain. N. M, Stapley. A. G. F, Shama. G, “Green synthesis of silver and copper nanoparticles using ascorbic acid and chitosan for antimicrobial applications”, Carbohydrate polymers, 112, 195-202, 2014. [10] Muzzarelli. R. A, “Potential of chitin/chitosan-bearing materials for uranium recovery: An interdisciplinary review”, Carbohydrate Polymers, 84(1), 54-63, 2011. [11] Pariona. N, Mtz-Enriquez. A. I, Sánchez-Rangel. D, Carrión. G, Paraguay-Delgado. F, Rosas-Saito. G, “Green-synthesized copper nanoparticles as a potential antifungal against plant pathogens”, RSC advances, 9(33), 18835-18843, 2019. Ngày nhận bài: 04/5/2020 Biên tập xong: 15/5/2020 Duyệt đăng: 20/5/2020 41
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2