“Kết Quả Nghiên Cứu Của Sinh Viên Khoa Công Nghệ Hoá Học”

TS. Nguyễn Cao Hiền

Các hạt nano vàng

Hạt nano vàng được tổng hợp đầu tiên năm 1857 do nhà vật lý Michal Faraday nghiên cứu tổng hợp. Các hạt nano theo tiêu chuẩn American Society for Teting and materials (ASTM) là những hạt có kích thước giới hạn bởi nano từ 1 nm đến 100 nm được sản xuất từ vàng nguyên chất.

Các hạt nano vàng có kích thước từ 1-100 nm có tính chất quang, điện độc đáo khác hẳn so với vật liệu dạng khối (bulk material). Trong đó sự khác nhau giữa hạt nano vàng và kim loại vàng dạng khối là sự thay đổi màu sắc của chúng, cụ thể là chuyển từ màu vàng sang màu đỏ tía, màu tím hoặc màu xanh phụ thuộc vào kích thước của hạt nano vàng. Sự thay đổi này là do hiệu ứng plasmon bề mặt gây ra.

Khi được chia nhỏ đến trạng thái phân tử có kích thước vài nanometer (nm), nguyên tố vàng thể hiện nhiều đặc tính khác biệt. Trước tiên chúng sẽ thay đổi màu sắc, chuyển từ màu vàng sang màu đỏ hoặc tím nhạt. Sự chuyển màu này có được là do trong phân tử nano vàng không hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng quang phổ như các miếng vàng khối thông thường.  Hình 1. (sản phẩm của SV khóa 09)

Tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt. [1]

Hạt nano vàng còn có một tính chất tuyệt vời đó chính là khả năng tương thích sinh học. AuNPs tương đối ổn định trong cơ thể vì ít có khả năng ion hóa so với các kim loại khác. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng vàng tương đối an toàn cả in vitro và in vivo, mặc dù kích thước và nồng độ AuNPs phải nằm trong phạm vi được đề xuất. 2. Cao-Hien Nguyen và cộng sự đã tổng hợp được các hạt nano vàng bằng việc sử dụng β-cyclodextrin (một oligosaccharide có nguồn gốc tinh bột) như một tác nhân chức năng hóa trên bề mặt nano vàng. Các hạt nano AuNPs/CD có kích thước từ 3-12 nm được sử dụng cho mục đích phân phối thuốc trị ung thư 5-fluorouracil (5-FU). Kết quả cho thấy vật liệu nano composite AuNPs/CD có khả năng bảo vệ thuốc hiệu quả, hơn nữa tỷ lệ ức chế tế bào ung thư MCF-7 được tăng cường đáng kể trong khi độc tính giảm đối với tế bào lành [2].

Ứng dụng của các hạt nano vàng

Vàng nano là một trong những vật liệu kích thước nano đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước bởi những tính chất quang học độc đáo của chúng, đặc biệt là hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (surface plasmon resonance, SPR) và những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xúc tác, điện hóa, cảm biến sinh học, khuếch đại tán xạ Raman bề mặt (surface enhanced Raman scattering, SERS), đặc biệt là trong y học để chẩn đoán và điều trị ung thư.

Trong xử lý môi trường: Xử lý nước thải bằng màng thẩm thấu ngược. Phát hiện các ion kim loại độc hại. Những kim loại nặng như Pb²⁺, Cr²⁺ và Hg²⁺ thường là những chất gây độc trong môi trường, gây nên những nguy hại cho sức khỏe cộng đồng nếu chúng có mặt trong nước uống với nồng độ chỉ vài phần triệu. Pb²⁺ rất nguy hiểm cho trẻ em, gây nên chứng chậm phát triển trí tuệ. Đầu cảm thụ sắc kế sử dụng nano vàng rất nhạy để phát hiện ra các ion kim loại nặng này.

Trong lĩnh vực mỹ phẩm: Serum vàng Nano được tinh luyện từ quá trình phân rã chuyển hóa thành dạng phân tử cực nhỏ để dễ dàng thấm sâu vào tế bào đáy của da, kích thích chúng hoạt động, loại bỏ đi những tế bào già yếu và sản sinh nhanh các tế bào mới giúp nuôi dưỡng làn da khoẻ mạnh. Đồng thời, liệu trình cùng lúc kết hợp với serumcollagen để bổ sung dưỡng chất kích thích các sợi keo collagen tăng khả năng đàn hồi, xóa nhanh các vết nhăn, rãnh sâu trên bề mặt da đồng thời nuôi dưỡng làn da trẻ hóa từ tế bào gốc, duy trì sự săn chắc cho da và ngăn chặn sự hình thành các nếp nhăn mới.

Kết quả nghiên cứu của sinh viên khoa CNHH

Nghiên cứu tổng hợp các nano vàng đã được thực hiện trong đề tài khoá luận tốt nghiệp của nhóm sinh viên chuyên ngành Hữu cơ – Khoá 09 (Lê Thị Thùy Trang – 09DHHH1; Phan Thị Thơ Thơ – 09DHHH1). Hiện tại nhóm sinh viên khóa 12 DHHH chuyên ngành Hữu cơ – Mỹ phẩm (Nguyễn Thị Kiều Linh – 12DHHH5, Nguyễn Thị Quỳnh Thơm - 12DHHH5) đang tiếp tục mở rộng chuỗi nghiên cứu này bằng việc sử dụng dịch chiết thực vật giàu polyphenol như vỏ cà phê, vỏ quả thanh long…cho mục đích khử ion Au³⁺ trong dung dịch HAuCl₄ thành các hạt nano vàng. Vật liệu được ứng dụng mang tải và phân phối các dược chất kém tan hoặc chu kỳ bán hủy ngắn.

Quy trình tổng hợp được thực hiện tương đối đơn giản với các dung cụ, thiết bị sẵn có ở Phòng Thí nghiệm chuyên ngành Khoa Công nghệ Hoá học và sự hỗ trợ của Viện Công Nghệ Hóa Học. Quy trình tóm tắt được mô tả như Hình 2. 

Hình 2. Sơ đồ mô phỏng quá trình tổng hợp các hạt nano vàng mamg thuốc (A), kích thước các hạt AuNPs (B)

Những kết quả bước đầu chứng tỏ việc tổng hợp các hạt nano vàng không quá phức tạp trong khi ứng dụng của chúng ở phạm vi rất rộng, không chỉ giới hạn trong lĩnh vực y sinh mà cả ở các lĩnh vực khác như xúc tác, xử lý môi trường v.v. Những kỹ thuật nâng cao chủ yếu ở giai đoạn phân tích hình thái, cấu trúc vật liệu, điều này hiện cơ bản đã được hỗ trợ bởi các thiết bị hiện đại ở các Trung tâm hoặc Viện nghiên cứu trong nước với giá thành khá phù hợp. Các nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hoá học hoàn toàn có thể tham khảo để thực hiện cho mục đích học tập và nghiên cứu của mình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Peter N. Njoki, I-Im S. Lim, Derrick Mott, Hye-Young Park, Bilal Khan, Size Correlation of Optical and Spectroscopic Properties for Gold Nanoparticles, Journal of Physical Chemistry. (2017); 4 (3):186–93.

2. Cao-Hien Nguyen,et al. Cyclodextrin modified with different groups to enhance the drug delivery efficiency of gold nanoparticles to treat cancer Arabian Journal of Chemistry. 2023; 16:1–14.

Khoa Công nghệ Hóa học

Ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học