Embed Size (px)
Citation preview
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
LÊ THỊ LÀNH
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀNG NANO
VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số: 62.44.01.19
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
HUẾ, 2015
Công trình được hoàn thành tại Khoa Hóa, trường Đại học Khoa học,
Đại học Huế
Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Trần Thái Hòa
2. PGS. TS. Nguyễn Quốc Hiến
Giới thiệu luận án 1:
Giới thiệu luận án 2:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luận
án tiến sĩ họp tại ……………………………………………….
vào hồi ngày tháng năm
MỞ ĐẦU
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) [35], [39], [81], [93] và những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như làm xúc tác [4], [19], [87], điện hóa [26], [45], [104, cảm biến
sinh học [40], [93], khuếch đại tán xạ Raman bề mặt (surface enhanced Raman
scattering, SERS) [32], đặc biệt là trong y học để chẩn đoán và điều trị ung thư [18],
[39], [40], [126].
Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp khác nhau được nghiên cứu để tổng hợp
vàng nano như phương pháp chiếu xạ [1], [23], [65], [66], phương pháp khử hóa học
[4], [12], [43], khử sinh học [13], [43], phương pháp điện hóa [63], [122], phương
pháp quang hóa [70], phương pháp phát triển mầm [10], [17], [40], [115], [127], ...
Mỗi phương pháp đều tạo ra các hạt vàng nano với hình dạng, kích thước khác nhau
như dạng cầu, dạng thanh, dạng sợi, hình tam giác, hình lăng trụ, hình tứ diện, hình lập
phương, ... [28], [70]. Chẳng hạn, để tổng hợp ra vàng nano dạng cầu thì phương pháp
phổ biến nhất là sử dụng tác nhân khử hóa học như NaBH4 hay natri citrate [63]. Tuy
nhiên, nhược điểm của phương pháp này là sử dụng các tác nhân độc hại, gây ảnh
hưởng đối với môi trường. Gần đây, các nhà khoa học đã sử dụng "phương pháp xanh”
(green method) [13], [37], [80], [92] để tổng hợp vàng nano dạng cầu với mục đích
khắc phục hạn chế nói trên. Trong khi đó, để tổng hợp vàng nano dạng thanh thì
phương pháp được cho là tối ưu nhất cho đến thời điểm hiện tại là phương pháp phát
triển mầm [70], [93], [96]. Sản phẩm tạo thành từ phương pháp này có độ đơn phân
tán, có thể kiểm soát được tỷ lệ dài/ngang (tỷ lệ cạnh) bằng cách thay đổi các yếu tố
ảnh hưởng [70], [93], [96].
Nhiễm bẩn melamine trong sữa gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của
trẻ em và là một vấn đề thu hút sự chú ý của đông đảo cộng đồng xã hội [12], [20],
[22], [44]. Do đó, việc xác định melamine trong thực phẩm nói chung và trong sữa nói
riêng là điều hết sức cần thiết. Cho đến nay, các phương pháp thường được sử dụng,
đó là sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC/MS) [41], sắc ký lỏng ghép nối khối phổ
(LC/MS) [41], [95], sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [85], ELISA [49], [95]. Nhìn
chung, những phương pháp này có độ chính xác cao nhưng yêu cầu thiết bị đắt tiền,
tốn nhiều thời gian và phải có chuyên viên thực hiện. Gần đây, một số tác giả trên thế
giới đã tìm ra phương pháp mới, sử dụng vàng nano để xác định melamine với ưu
điểm rẽ, nhanh, đơn giản và độ nhạy cao [32], [33], [36]. Dựa vào sự thay đổi màu của
dung dịch vàng nano khi có mặt melamine, có thể định tính melamine. Đồng thời, có
thể định lượng hàm lượng melamine trong sữa dựa vào phép đo trắc quang. Các hạt
vàng nano được tổng hợp từ các phương pháp khác nhau đã được sử dụng cho mục
đích này. Tuy nhiên, việc sử dụng vàng nano để xác định melamine vẫn chưa được
nghiên cứu một cách đầy đủ.
Phương pháp von-ampe hòa tan là một phương pháp phân tích điện hóa hiện đại
với nhiều ưu điểm như chi phí thấp, độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp, độ chọn lọc
cao. Điện cực làm việc thường được sử dụng là điện cực thủy ngân với ưu điểm là có
khả năng tạo hỗn hống được với nhiều kim loại đồng thời khoảng thế hoạt động về
phía âm lớn. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là dễ tắc mao quản và độc tính cao. Do
vậy, xuất hiện ngày càng nhiều các công trình nghiên cứu biến tính điện cực để khắc
phục hạn chế này, trong đó điện cực biến tính vàng nano đang thu hút sự quan tâm
đáng kể của nhiều nhà khoa học bởi những tính chất độc đáo của nó khi ở kích thước
nano. Hiện nay, trên thế giới, các nhà khoa học đã chế tạo thành công điện cực biến
tính vàng nano để xác định một số ion kim loại và hợp chất hữu cơ [45], [62], [98].
Trong đó, việc xác định axit uric trong các đối tượng sinh học đang nhận được sự quan
tâm lớn bởi vì nồng độ axit uric trong mẫu huyết thanh, nước tiểu sẽ giúp cho chúng ta
biết dấu hiệu của một số bệnh, đặc biệt là bệnh gout.
Hiện nay, hiện tượng kháng thuốc của vi khuẩn đang trở nên ngày càng phổ biến.
Do vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng các hạt nano kim loại với mục đích
ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Đã có một số công bố tổng hợp vàng nano từ các
dịch chiết quả nho, hoa hướng dương, trà, ... và sử dụng vàng nano để ức chế vi khuẩn
với nhiều khả quan [11], [13], [24], [52], [55]. Tuy nhiên, nghiên cứu kháng khuẩn của
vàng nano cũng chưa được phát triển đầy đủ.
Mặc dù vàng nano đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau, tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề mới mẻ, hứa hẹn nhiều khám phá mới từ chúng.
Trong xu thế đó, tại Việt Nam hiện nay cũng có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên
cứu tổng hợp vàng nano cũng như khảo sát các ứng dụng của chúng. Tuy nhiên, chưa
có một công trình nào nghiên cứu một cách hệ thống quá trình tổng hợp vàng nano
cũng như các yếu tố ảnh hưởng. Do vậy, tiếp tục đi sâu nghiên cứu tổng hợp và khảo
sát các ứng dụng của chúng là rất cần thiết.
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo vàng nano
và một số ứng dụng”.
Những điểm mới của luận án:
Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu có hệ thống về tổng hợp và
khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu vàng nano. Lần đầu tiên sử dụng chitosan tan
trong nước làm chất khử và chất ổn định để tổng hợp vàng nano dạng cầu. Ngoài ra kết
quả cũng thu được một vài điểm mới về khả năng xác định melamine trong sữa, biến
tính điện cực với giới hạn phát hiện thấp cũng như khả năng kháng khuẩn tốt của vàng
nano đặc biệt là vàng nano dạng thanh.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Phần tổng quan giới thiệu chung về vật liệu vàng nano, chitosan, melamine, biến
tính điện cực vàng nano và khả năng kháng khuẩn của vàng nano.
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ
THỰC NGHIỆM
2.1. MỤC TIÊU
Tổng hợp vật liệu vàng nano dạng cầu, dạng thanh và một vài ứng dụng.
2.2. NỘI DUNG
- Nghiên cứu tổng hợp vàng nano dạng cầu (GNP) bằng phương pháp khử sử
dụng WSC làm chất khử đồng thời làm chất ổn định.
- Nghiên cứu tổng hợp vàng nano dạng thanh (GNR) bằng phương pháp phát
triển mầm sử dụng cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) làm chất bảo vệ.
- Nghiên cứu sử dụng vàng nano để xác định melamine trong sữa.
- Nghiên cứu chế tạo điện cực biến tính vàng nano để phân tích axit uric trong
huyết thanh và nước tiểu.
- Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của vàng nano.
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng các phương pháp: UV-Vis, UV-Vis/DR, XRD, TEM, FT-IR, EDX, đo
độ nhớt.
2.4. THỰC NGHIỆM
Nghiên cứu tổng hợp vàng nano dạng cầu bằng phương pháp khử sử dụng
chitosan tan trong nước làm chất khử và ổn định. Nghiên cứu tổng hợp vàng nano
dạng thanh bằng phương pháp phát triển mầm. Nghiên cứu sử dụng vàng nano để xác
định melamine trong sữa. Nghiên cứu biến tính điện cực vàng nano để xác định axit
uric bằng phương pháp von-ampe hòa tan anot. Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của
vàng nano.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. TỔNG HỢP VÀNG NANO DẠNG CẦU BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHỬ SỬ
DỤNG CHITOSAN TAN TRONG NƢỚC LÀM CHẤT KHỬ VÀ CHẤT ỔN
ĐỊNH
3.1.1. Điều chế chitosan tan trong nƣớc (WSC)
Từ kết khả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng N-acetyl hóa và phản ứng
với H2O2 ,chọn điều kiện thích hợp để điều chế WSC là: thời gian phản ứng N-acetyl
hóa là 2 giờ và thời gian phản ứng với H2O2 là 3 giờ. Hình ảnh của chitosan và sản
phẩm được trình bày trên hình 3.4.
Hình 3.4. Chitosan (a), bột WSC (b) và dung dịch WSC (c)
3.1.2. Tổng hợp vàng nano dạng cầu (GNP)
3.1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng
a) Ảnh hƣởng của thời gian khử
Phổ UV-Vis hình 3.7 cho thấy, khi tăng thời gian khử thì cực đại hấp thụ tăng.
Hình 3.7b cho thấy, cực đại hấp thụ tăng nhanh trong thời gian đầu của phản ứng,
chậm hơn sau 8 giờ và sau 31 giờ hầu như không thay đổi.
Hình 3.7. Phổ UV-Vis (a) và giản đồ biểu diễn cực đại hấp thụ (b) của GNP theo thời
gian khử
Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt cho thấy, tại thời gian 31 giờ ,kích thước hạt
lớn hơn so với tại 8 giờ nhưng không đáng kể đồng thời các hạt kém đồng đều hơn. Từ
kết quả khảo sát, chúng tôi chọn thời gian khử là 8 giờ.
b) Ảnh hƣởng của nhiệt độ khử
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khử đến độ ổn định của vàng nano được thực
hiện ở 4 nhiệt độ là 65, 75, 85 và 95C. Kết quả thu được tại nhiệt độ 85C, sản phẩm
có độ ổn định tốt nhất..
c) Ảnh hƣởng nồng độ Au3+
Kết quả ảnh TEM hình 3.12 cho thấy, khi tăng nồng độ Au3+
kích thước hạt tăng
nhưng độ đồng đều giảm.
Hình 3.12. Ảnh TEM của GNP tại các nồng độ Au3+
khác nhau
c) Ảnh hƣởng nồng độ WSC
Ngược với ảnh hưởng của Au3+
, ảnh TEM hình 3.14 cho thấy, khi tăng nồng độ
WSC, kích thước hạt giảm.
Hình 3.14. Ảnh TEM của GNP tại các nồng độ WSC khác nhau
d) Ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử của WSC
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng phân tử WSC đến độ ổn định của
GNP cho thấy, khi giảm khối lượng phân tử WSC thì GNP kém bền hơn.
3.1.2.2. Tính chất, hình thái và cấu trúc của GNP
Kết quả nghiên cứu cho thấy, sản phẩm thu được có dạng cầu với đường kính
trung bình khoảng 8 nm, là tinh thể có cấu trúc lập phương tâm mặt .
3.1.2.3. Cơ chế hình thành vật liệu
Từ các kết quả nghiên cứu và tham khảo tài liệu, chúng tôi đưa ra cơ chế hình
thành GNP theo phản ứng 3.2 và hình 3.29.
Hình 3.20. Cơ chế hình thành GNP
3.1.2.3. Nghiên cứu động học của phản ứng khử Au3+
bằng WSC
Động học phản ứng được nghiên cứu bằng phương pháp nồng độ đầu. Kết quả
cho thấy phương pháp nồng độ đầu cho kết quả rất lặp lại và thuận lợi cho việc nghiên
cứu động học. Phương trình động học của phản ứng khử Au3+
bằng WSC là: r = k.
[Au3+
]. [WSC]0,088
(%.s-1
) với k = 85,5 s-1
(%-0,088
).
3.1.2.4. Nghiên cứu gia tăng độ ổn định của GNP
Kết quả nghiên cứu cho thấy, để tăng độ ổn định của GNP, có thể thêm WSC vào
sau phản ứng với nồng độ thích hợp. Trong nghiên cứu này, với khoảng nồng độ WSC
khảo sát, chúng tôi nhận thấy, nồng độ WSC 0,3% là nồng độ thích hợp để dung dịch
vàng nano được bảo vệ ổn định trong 6 tháng lưu trữ.
3.1.2.5. Nghiên cứu tăng kích thước hạt GNP bằng phương pháp phát triển mầm
Kết quả nghiên cứu cho thấy, bằng phương pháp phát triển mầm, sử dụng hạt
mầm là GNP, có thể tăng kích thước hạt. Tại tỷ lệ [Au3+
]/[Au0] bằng 8, kích thước hạt
tăng hơn gấp đôi so với hạt mầm.
3.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀNG NANO DẠNG THANH (GNR) BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÁT TRIỂN MẦM
3.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng
3.2.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol [Ag+]/[Au
3+]
Hình 3.26. Phổ UV-Vis (a) và đồ thị biểu diễn bước sóng của dao động LSPR và độ hấp
thụ quang R với tỷ lệ [Ag+]/[Au
3+] .
Kết quả ghi phổ UV-Vis cho thấy, trong trường hợp không có Ag+ thì sản phẩm chỉ
có dao động TSPR, khi thêm Ag+ vào thì GNR đã hình thành với 2 dao động LSPR và
TSPR.
Hình 3.28. Ảnh TEM của GNR tại các tỷ lệ [Ag+]/[Au
3+]khác nhau.
Kết quả ảnh TEM hình 3.28 cho thấy, khi không có Ag+ thì có một lượng nhỏ
GNR tạo thành có tỷ lệ cạnh rất lớn (khoảng 15). Khi thêm Ag+ thì sản phẩm chủ yếu
là các hạt hình que. Tại tỷ lệ [Ag+]/[Au
3+] bằng 0,2 thì hiệu suất tổng hợp lớn nhất và
tỷ lệ cạnh cao. Do đó, chúng tôi chọn tỷ lệ [Ag+]/[Au
3+] = 0,2 cho các nghiên cứu tiếp
theo.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol [AA]/[Au3+
]
Hình 3.32. Ảnh TEM của GNR tại các tỷ lệ [AA]/[Au3+
]khác nhau.
Kết quả ảnh TEM hình 3.32 cho thấy, khi tăng tỷ lệ [AA]/[Au3+
] thì tỷ lệ cạnh
giảm, đặc biệt khi tăng tỷ lệ [AA]/[Au3+
] lên 2,5 thì sản phẩm tạo thành không còn
dạng thanh mà có dạng giống khúc xương.
Từ kết quả khảo sát, chúng tôi chọn [AA]/[Au3+
] = 1,0.
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ Au3+
Kết quả khảo sát cho thấy, trong khoảng nồng độ khảo sát (từ 5-20 mM), tỷ lệ cạnh
đạt cực đại tại giá trị nồng độ Au3+
bằng 10 mM.
3.2.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ CTAB
Hình 3.36. Ảnh TEM của GNR tại các nồng độ CTAB khác nhau
Ảnh TEM hình 3.36 cho thấy, tại nồng độ CTAB nhỏ (0,01 M) thì không tạo
thành vàng nano que, tỷ lệ cạnh đạt cực đại tại nồng độ CTAB bằng 0,1 M. Do đó,
chúng tôi chọn nồng độ CTAB = 0,1 M.
3.2.1.4. Ảnh hưởng của giá trị pH
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH cho thấy, trong khoảng pH khảo sát (từ 1
đến 2,8), sản phẩm tạo thành đều là các hạt vàng nano dạng thanh và tại giá trị pH
bằng 1,7, tỷ lệ cạnh đạt cực đại. Do đó chúng tôi chọn pH = 1,7.
3.2.2. Cơ chế hình thành GNR
3.2.2.1. Giai đoạn tạo mầm vàng
Trong giai đoạn này, NaBH4 khử nhanh Au3+
về Au0
Hình 3.40. Giai đoạn tạo mầm trong quá trình tổng hợp GNR
3.2.2.2. Giai đoạn phát triển mầm
Trong giai đoạn này, hạt mầm phát triển với sự định hướng của Ag+ và CTAB
như minh họa trên hình 3.41, tạo ra GNR.
Hình 3.41. Cơ chế phát triển của GNR dưới sự định hướng của Ag+ và CTAB
3.2.3. Tính chất, hình thái và cấu trúc của vật liệu GNR
Kết quả nghiên cứu cho thấy, sản phẩm thu được chủ yếu là dạng thanh với hệ số
cạnh AR 5, có một lượng nhỏ hạt dạng cầu, sản phẩm có 2 cực đại hấp thụ, là dao
động TSPR và LSPR, là tinh thể có cấu trúc lập phương tâm mặt .
3.3. ỨNG DỤNG VÀNG NANO DẠNG CẦU ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG
MELAMINE TRONG SỮA
3.3.1. Kết quả thiết lập đƣờng chuẩn
Hình 3.45a cho thấy, khi thêm melamine vào dung dịch vàng nano, có sự thay đổi
màu của dung dịch từ màu đỏ tía sang màu tím hoặc xanh tối. Phổ UV-Vis hình 3.45b
cho thấy, GNP chỉ có một cực đại hấp thụ tại bước sóng 520 nm, khi thêm melamine
vào thì còn xuất hiện thêm một cực đại hấp thụ tại bước sóng khoảng 650 nm. Ngoài
ra, ảnh TEM hình 3.48 cho thấy, trong khi GNP là các hạt dạng cầu, phân bố tương đối
đồng đều thì khi thêm melamine vào, các hạt đã có sự kết dính lại với nhau.
Kết quả khảo sát cho thấy có sự tương quan tuyến tính giữa tỷ lệ A650/A520 và
nồng độ melamine trong khoảng nồng độ từ 0,05 đến 1,00 mg/L với hệ số tương quan
lớn (R2 = 0,998).
Hình 3.45. Sự thay đổi màu (a) và phổ UV-Vis (b) của dung dịch vàng nano và vàng
nano-melamine với các nồng độ melamine khác nhau (mg/L)
3.3.2. Cơ chế phản ứng của vàng nano và melamine
Cơ chế phản ứng của GNP và melamine được trình bày trên hình 3.48. Theo đó,
các phân tử melamine với 3 nhóm NH2, tích điện dương sẽ dễ dàng kết hợp với các
phân tử vàng nano tích điện âm trên bề mặt bởi TPP.
Hình 3.48. Cơ chế phản ứng giữa vàng nano và melamin
3.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng
3.3.3.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt
Kết quả khảo sát cho thấy, hạt có kích thước nhỏ nhạy hơn, cụ thể là thời gian
chuyển màu nhanh hơn và tỷ lệ A650/A520 lớn hơn. Do đó, chúng tôi chọn hạt KT1 với
kích thước 8,6 nm để nghiên cứu.
b
3.3.3.2. Ảnh hưởng của pH
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH cho thấy, trong môi trường axit và bazơ, tỷ lệ
A650/A520 nhỏ và tỷ lệ này đạt cực đại trong môi trường trung tính pH=7.
3.3.4. Đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp
Kết quả đánh giá độ tin cậy cho thấy, phương pháp trắc quang sử dụng vàng nano
xác định melamine có khoảng tuyến tính trong khoảng nồng độ melamine từ 0,05 –
1,00 mg/L với phương trình đường chuẩn có dạng: A650/A520 = 0,0211 0,0203) +
(2,13 ± 0,0436).CMel, hệ số tương quan R2 = 0,998; giới hạn phát hiện thấp (4,9.10
-5
g/L) và độ lặp lại rất tốt. Do đó có thể áp dụng phương pháp này để phân tích mẫu
thực tế.
3.3.5. Xác định melamine trong mẫu sữa
Tiến hành xác định melamine trong 7 mẫu sữa bằng phương pháp trắc quang sử
dụng vàng nano và bằng phương pháp HPLC. Kết quả được trình bày trong bảng 3.17.
Từ bảng 3.17 cho thấy, không có sự khác nhau về mặt thống kê giữa 2 phương pháp
này. Ngoài ra, kết quả còn cho thấy, độ thu hồi của phương pháp nằm trong khoảng từ
94 đến 111% là chấp nhận được.
Bảng 3.17. Kết quả xác định melamine trong 7 mẫu sữa thật sử dụng vàng nano và
phương pháp HPLC
Mẫu
CMel10-3
(g/l) Độ thu
hồi (%)
Phân tích
bằng HPLC
(yi) Thêm vào (c)
Tính được
(xi)
1 0,05
0,047 0,03 94
0,051
2 0,08
0,089 0,01 111
0,083
3 0,10
0,094 0,01 94
0,095
4 0,40
0,430 0,20 108
0,390
5 0,50
0,489 0,01 98 0,527
6 0,80 0,760 0,10 95
0,840
7 1,00 1,207 0,04 99 0,995
3.3.6. Ảnh hƣởng của một số ion, aminoacetic axit (AA) và axit ascorbic (vitamin
C) đến quá trình xác định melamine trong sữa
Ảnh hưởng của các ion Ca2+
, Mg2+
, Zn2+
, Fe3+
và Na+, AA và VC được thể hiện
trên hình 3.53. Kết quả cho thấy, các yếu tố này không ảnh hưởng đáng kể đến quá
trình xác định melamine trong sữa của vàng nano.
Hình 3.53. Ảnh hưởng của các ion, AA và VC đến tỷ lệ A650/A520 tại các nồng độ khác
nhau của tác nhân ảnh hưởng
3.4. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH VÀNG NANO ĐỂ XÁC
ĐỊNH AXIT URIC BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN
3.4.1. Khảo sát đặc tính điện hóa của các loại điện cực
Khảo sát đặc tính điện hóa của 3 loại điện cực: glassy cacbon (GCE); điện cực
biến tính bởi hạt vàng nano trên nền glassy cacbon (GCE/GNP) và điện cực biến tính
bởi màng L-cystein và hạt vàng nano trên nền glassy cacbon (GCE/L-cys/GNP) bằng
phương pháp von-ampe hòa tan anot (DP-ASV) và von-ampe vòng (CV). Kết quả
được trình bày trên bảng 3.21 và hình 3.55 và 3.56
Bảng 3.21. Giá trị Ep, Ip, b, và RSD của các điện cực trong DP-ASV
Loại điện
cực
Ep,TB
(mV)(*)
Ip,TB
(μA)(*)
RSD
(%) b (μA/μM)
GCE 603 1,552 0,29 0,056
GCE/GNP 597 0,113 5,57 0,004
GCE/L-
cys/GNP 611 19,00 2,78 0,711
Từ bảng 3.21 có thể thấy điện cực GCE/GNP có Ip rất thấp, độ lặp lại của Ip kém
(RSD = 5,57%). So với điện cực GCE không biến tính thì điện cực GCE/L-cys/GNP
có Ip gấp 12 lần, tín hiệu ổn định và lặp lại tốt. Hình 3.15 cho thấy, đường DP-ASV
của axit uric với các peak rất cân đối với hệ số tương quan R = 0,992. Do đó, điện cực
GCE/L-cys/GNP rất khả quan trong việc xác định axit uric.
Hình 3.55. Đường DP-ASV của UA theo các lần thêm chuẩn (a) và trong 4 lần lặp lại
(b) (điện cực GCE/L-cys/GNP)).
Đường CV hình 3.56 cho thấy, cả 3 điện cực đều xuất hiện đỉnh hòa tan anot
(Epa), không xuất hiện đỉnh hòa tan catot. Do đó có thể cho rằng quá trình điện hóa xảy
ra bề mặt điện cực của UA là quá trình bất thuận nghịch.
Hình 3.56. Các đường CV của 3 loại điện cực khác nhau
3.4.2. Nghiên cứu quá trình biến tính điện cực
Quá trình biến tính điện cực được minh họa trên hình 3.57.
Hình 3.57. Quá trình biến tính điện cực GCE
3.4.2.1. Khảo sát nồng độ L-cys
Kết quả khảo sát nồng độ L-cys cho thấy, trong khoảng nồng độ từ 0,5 đến 8
mM, cường độ pic IP đạt cực đại tại nồng độ L-cys bằng 1 mM. Ngoài ra, kết quả quét
DP-ASV tại nồng độ này cho thấy, tín hiệu dòng đỉnh hòa tan thu được khá cao, độ lặp
lại tốt và phương trình hồi quy tuyến tính sau các lần thêm chuẩn có hệ số tương quan
cao (R = 0,997). Do đó, chúng tôi chọn nồng độ của dung dịch L-cys là 1,0 mM.
3.4.2.2. Khảo sát số vòng quét L-cys
Kết quả khảo sát số vòng quét L-cys cho thấy, trong khoảng số vòng quét từ 10
đến 60 vòng, cường độ pic IP đạt cực đại tại số vòng quét bằng 20 vòng. Ngoài ra,
đường DP-ASV của UA với số vòng quét n = 20, cho thấy cường độ Ip cao (Ip =
23,51), độ lặp lại tốt (RSD = 2,26%). Do đó, chúng tôi chọn số vòng quét n = 20 để
biến tính điện cực.
3.4.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến tín hiệu hòa tan
3.4.3.1. Ảnh hưởng của pH
Ảnh hưởng của pH đến tín hiệu hòa tan được trình bày trên hình 3.62 và bảng
3.26. Kết quả cho thấy, tại pH = 2,2, giá trị Ip của UA lớn hơn so với giá trị Ip tại pH =
3,2. Tuy nhiên, tại giá trị pH này, độ lặp lại rất kém (RSD = 18,6%). Khi tăng pH từ
3,2 đến 4,8, Ip cao và khá ổn định, độ lặp lại của Ip khá tốt (RSD = 1,86% - 3,06%).
Tại pH = 8,8, giá trị Ip rất thấp và độ lặp lại kém (RSD = 13,5%). Như vậy, tại các giá
trị pH quá thấp hay quá cao, độ ổn định của điện cực kém, làm hạn chế quá trình oxi
hóa của UA trên bề mặt điện cực.
Từ kết quả khảo sát, chúng tôi chọn pH = 3,2 cho các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 3.62. Sự phụ thuộc của Ip vào pH (a) và các đường von-ampe hòa tan của UA tại
giá trị pH khác nhau (b)
Bảng 3.26. Giá trị Ep, Ip, và RSD với các giá trị pH khác nhau
pH Ep,TB (mV)
Ip,TB (μA) RSD (%)
2,2 712 28,07 18,6
3,2 641 26,06 3,06
4,1 613 26,06 4,17
4,8 536 25,50 1,86
5,8 436 15,63 1,84
6,8 386 6,675 1,36
8,0 328 5,898 1,94
8,8 278 2,587 13,5
3.4.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét thế cho thấy, khi tăng tốc độ quét thế
từ 20 đến 120 mV/s thì tín hiệu dòng tăng. Tuy nhiên, khi tăng v từ 60 đến 120 mV/s,
số điểm đo trong quá trình quét giảm, do Ustep tăng dẫn đến trong quá trình ghi đo tín
hiệu bỏ qua cực đại của peak, mất đỉnh peak hoặc làm peak bị biến dạng. Ngoài ra, thế
đỉnh (Ep) bị dịch chuyển về phía dương khi tăng v. Từ kết quả khảo sát, chúng tôi chọn
tốc độ quét thế v = 20 mV/s.
3.4.4. Đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp
Kết quả đánh giá độ tin cậy cho thấy, phương pháp DP-ASV sử dụng điện cực
biến tính vàng nano xác định axit uric có khoảng tuyến tính trong khoảng nồng độ UA
từ 2 – 40 µM với hệ số tương quan R2 > 0,99; giới hạn phát hiện thấp (2,66 ± 0,29
μM.) và độ lặp lại rất tốt. Do đó có thể áp dụng phương pháp này để phân tích mẫu
thực tê.
3.4.5. Áp dụng thực tế
Sau khi kiểm tra độ tin cậy của phương pháp, chúng tôi tiến hành áp dụng phân
tích mẫu thực với 2 đối tượng là mẫu nước tiểu và mẫu huyêt thanh. Lý lịch mẫu được
trình bày trên bảng 3.32.
3.4.5.1. Lý lịch mẫu
Lý lịch mẫu được trình bày trên bảng 3.32.
Bảng 3.32. Ký hiệu và lý lịch mẫu
Mẫu Mẫu nước tiểu Mẫu huyết thanh
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Kí
hiệu
NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 HT1 HT2 HT3 HT4 HT5
Đối
tượng
Nữ Nam Nữ Nữ Nữ Nam Nữ Nữ Nữ Nữ
Tuổi 51 28 26 22 26 48 36 26 35 40
3.4.5.2. Kết quả phân tích
a) Mẫu nƣớc tiểu
Kết quả xác định độ đúng được trình bày trên hình 3.68 và bảng 3.33. Từ kết quả
cho thấy Từ kết quả trên cho thấy, giá trị độ thu hồi nằm trong khoảng từ 94,7 đến
126,4% là chấp nhận được.
Hình 3.68. Đường von-ampe hòa tan của UA: TN1 (a); TN2 (b) của mẫu NT1 và TN1
(c); TN2 (d) của mẫu NT5
Bảng 3.33. Độ thu hồi của một số mẫu nước tiểu
Mẫu C1 (μM) Co (μM) C2 (μM) Rev
(%)
NT1
7,93 6,00 13,61 94,72
7,32 6,00 14,19 114,5
7,38 6,00 14,41 117,1
NT4 12,12 6,00 19,62 125,0
12,22 6,00 19,80 126,4
NT5
14,91 6,00 21,56 110,8
15,02 6,00 21,91 114,9
14,49 6,00 21,23 112,4
Tiếp theo, tiến hành phân tích 05 mẫu nước tiểu. Kết quả được trình bày trong
bảng 3.6.
Bảng 3.34. Nồng độ UA trong một số mẫu nước tiểu
Số thí nghiệm
lặp lại
Hàm lượng UA trong mẫu nước tiểu (mM)
NT1 NT2 NT3 NT4 NT5
1 1,59 2,44 1,14 2,41 2,98
2 1,47 2,43 1,30 2,46 3,00
3 1,48 2,28 1,37 2,56 2,90
TB Sd 1,51±0,07 2,38±0,09 1,27±0,11 2,47±0,08 2,96±0,06
Từ kết quả, cho thấy độ lặp lại của trong 3 lần đo là khá tốt.
b) Mẫu huyết thanh
Kết quả xác định độ đúng được trình bày trên bảng 3.36. Từ kết quả cho thấy Từ
kết quả trên cho thấy, giá trị độ thu hồi nằm trong khoảng từ 115,7 đến 123,6% là
chấp nhận được.
Bảng 3.36. Độ thu hồi của một số mẫu huyết thanh
Mẫu C1 (μM) Co (μM) C2 (μM) Rev
(%)
HT1
5,662 6,000 13,08 123,6
6,246 6,000 13,39 119,1
6,415 6,000 13,63 120,3
HT2
3,796 6,000 10,93 118,9
3,989 6,000 11,14 119,2
4,118 6,000 11,24 118,7
HT4
5,041 6,000 11,98 115,7
5,135 6,000 12,27 118,9
5,058 6,000 12,22 119,3
Tiếp theo, tiến hành phân tích 05 mẫu huyết thanh. Kết quả được trình bày trong
bảng 3.37.
Bảng 3.37. Nồng độ của UA trong năm mẫu máu
Số thí
nghiệm
lặp lại
Hàm lượng UA trong mẫu máu (M)
HT1 HT2 HT3 HT4 HT5
1 557 380 424,40 504 240,12
2 625 400 - 514 -
3 642 412 - 506 -
TB Sd 608±45 397±16 - 508±5 -
Từ kết quả cho thấy, độ lặp lại của các mẫu trong 3 lần đo là khá tốt với RSD nhỏ
hơn 7,5%. Hàm lượng UA trong mẫu HT1 (nam) cao hơn các mẫu HT2 đến HT4 – là
các mẫu nữ. bình thường (137 M) và hai mẫu HT3 và HT4 cao hơn giới hạn trên
(393 M).
3.5. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA VÀNG NANO
Trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của cả 2 loại vàng
nano tổng hợp được, đó là: vàng nano dạng cầu (GNP) và dạng thanh (GNR). Ở đây, 4
loại vi khuẩn được chọn là các loại vi khuẩn có khả năng gây ngộ độc thức ăn, gồm E.
Coli (ký hiệu: E. C), Salmonella Typhimurium (S. T), Listeria monocytogenes (L.
M), Staphylococcus aureus (S. A). Kết quả được trình bày ở hình 3.73 và hình 3.74.
Ghi chú: A: mẫu + E.C; B: mẫu + S. T; C: mẫu+ L. M; D: mẫu+ S. A; E: Ks + E.C; F: Ks + S. T; G: Ks + L. M;
H: Ks + S. A
Hình 3.73. Kết quả kháng khuẩn của mẫu GNP (a: quan sát bằng mắt thường; b: sử
dụng thuốc thử Alamar Blue)
Từ hình 3.73 ta thấy, vi khuẩn phát triển làm cho môi trường BHI vẫn đục, lắng
cặn (cột 0) và khi thêm thuốc thử Alamar Blue vào thì môi trường chuyển sang màu
hồng (cột 0). Khi cho kháng sinh Kanamycin (Ks) vào để ức chế sự phát triển của vi
khuẩn thì môi trường sẽ không bị đục mà có màu vàng tươi, không lắng cặn đồng thời
môi trường sẽ giữ nguyên màu xanh khi thêm thuốc thử Alamar Blue vào (dãy E, F, G,
H trừ cột 0). Khi cho vàng nano dạng cầu (nồng độ từ 0,150,0 µg/mL) vào các ống
nghiệm có chứa vi khuẩn, thì môi trường có màu vàng tươi, không lắng cặn (hình
3.20a) và khi bổ sung thuốc thử Alamar Blue vào thì môi trường vẫn giữ nguyên màu
xanh (hình 3.73b). Kết quả này chứng tỏ vàng nano dạng cầu có khả năng ức chế cả 4
chủng vi khuẩn E. Coli, Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes và
Staphylococcus aureus. Mặt khác, ta thấy khả năng kháng khuẩn của vàng nano dạng
cầu đối với 4 loại vi khuẩn trên là gần như nhau, tức là nồng độ tối thiểu của vàng
nano có khả năng ức chế vi khuẩn (MIC) là 0,1 µg/mL, trừ trường hợp đối với vi
khuẩn Salmonella Typhimurium thì MIC là 0,2 µg/mL.
Ghi chú: A: mẫu + E.C; B: mẫu + S. T; C: mẫu+ L. M; D: mẫu+ S. A; E: Ks + E.C; F: Ks + S. T; G:
Ks + L. M; H: Ks + S. A
Hình 3.74. Kết quả kháng khuẩn của mẫu GNR (a: quan sát bằng mắt thường; b: sử
dụng thuốc thử Alamar Blue)
Hình 3.74 cho thấy GNR cũng có khả năng ức chế sự phát triển của cả 4 chủng vi
khuẩn trên và khả năng kháng khuẩn của GNR rất tốt, thể hiện ở nồng độ ức chế tối
thiểu nhỏ, đặc biệt là đối với 2 loại vi khuẩn Listeria monocytogenes (MIC<0,0002
µg/mL) và Staphylococcus aure (MIC = 0,0008 µg/mL). Từ hình 3.21 còn thấy, khả
năng kháng khuẩn của vàng nano dạng thanh đối với các loại vi khuẩn là khác nhau,
điều này được thể hiện rõ ở giá trị MIC của GNR đối với các vi khuẩn khác nhau
nhiều (cụ thể là MICE.C = 0,05 µg/mL; MICS.T = 0,2 µg/mL; MICL.M < 0,0002 µg/mL
và MICS.A = 0,0008 µg/mL). Kết quả cũng cho thấy, nồng độ ức chế tối thiểu của vàng
nano dạng thanh đối với 2 loại vi khuẩn Listeria monocytogenes và Staphylococcus
aure nhỏ hơn so với kháng sinh Kanamycin.
KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Từ các kết quả thu được, chúng tôi rút ra các kết luận như sau:
1. Đã điều chế được chitosan tan trong nước (WSC) có độ đeacetyl hóa (ĐĐA)
khoảng 50% từ chitosan và sử dụng WSC làm chất khử đồng thời làm chất ổn định để
tổng hợp vàng nano dạng cầu (GNP) với độ đồng đều, độ bền cao, kích thước trung
bình khoảng 8 nm. Điều kiện tối ưu để điều chế vàng nano là: Nồng độ WSC: 0,5%;
nồng độ Au3+
: 0,5 mM; nhiệt độ khử: 85oC và thời gian khử: 8 giờ. Đã điều chỉnh tăng
kích thước hạt vàng nano bằng phương pháp phát triển mầm, bằng cách thể thay đổi
tăng tỷ lệ [Au3+
]/[Au0], có thể thu được kích thước hạt trong khoảng từ 24 đến 35 nm
2. Bằng phương pháp phát triển mầm, chúng tôi đã tổng hợp thành công vàng
nano dạng thanh (GNR) có độ đơn phân tán cao, kích thước hạt trung bình khoảng 15
nm 76 nm. Trong quá trình tổng hợp vàng nano dạng thanh, CTAB và Ag+ đóng vai
trò là chất định hướng cho sự phát triển bất đẳng hướng của hạt mầm để tạo thành
dạng thanh. Các điều kiện tối ưu để tổng hợp GNR là: Tỷ lệ mol Ag+/Au
3+ = 0,2; tỷ lệ
mol AA/Au3+
= 1,5; nồng độ Au3+
= 10 mM; nồng độ chất hoạt động bề mặt CTAB =
0,1 M và giá trị pH = 1,5.
3. Sử dụng vàng nano dạng cầu GNP, bằng mắt thường có thể định tính được sự
có mặt của melamine trong sữa đồng thời có thể định lượng được melamine trong sữa
bằng phương pháp trắc quang, sử dụng vàng nano cầu GNP với nhiều ưu điểm như
nhanh, rẻ tiền, giới hạn phát hiện thấp 0,049 mg/L, khoảng tuyến tính từ 0,05 – 1,00
mg/L, có độ nhạy, độ lặp lại cao.
4. Kiểu điện cực biến tính GCE/L-Cys/GNP cho tín hiệu nền cao nhất so với
điện cực nền glassy carbon (GC) và điện cực biến tính (GCE/GNP). Đã tìm ra được
điều kiện tối ưu để xác định axit uric bằng phương pháp DP-ASV, đó là: Nồng độ L-
cys = 1 mM; số vòng quét CV khi tạo màng L-cys là 20 vòng; pH = 3,2; thế điện phân,
Edep là 200 mV; thời gian điện phân, tdep là 20 s; biên độ xung, ΔE = 80 mV; tốc độ
quét là 20 mV/s, đồng thời xác định được hệ số chuyển điện tử (α) trên bề mặt điện
cực là 0,283 và hằng số tốc độ chuyển electron Ks là 9,88 s-1
. Phương pháp này có độ
lặp lại cao với RSD dao động từ 0,94 đến 3,61 (%) với 9 phép đo lặp lại (n = 9).
Khoảng tuyến tính từ 2 đến 40 µM với độ nhạy là1,487 ± 0,103 (μA/μM). Giới hạn
phát hiện là 2,66 ± 0,29μM và giới hạn định lượng là 7,47†12 μM. Đã tiến hành áp
dụng xác định axit uric trong hai đối tượng mẫu thực tế, đó là mẫu nước tiểu và mẫu
huyết thanh.
5. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của hai loại vàng nano cho thấy,
vàng nano dạng cầu và vàng nano dạng thanh đều có khả năng ức chế được sự phát
triển của vi khuẩn, trong đó vàng nano dạng thanh (GNR) có khả năng kháng khuẩn
tốt hơn, đặc biệt là đối với 2 loại vi khuẩn Listeria monocytogenes và Staphylococcus
aureus thì GNR có khả năng ức chế tốt hơn so với kháng sinh Kanamycin.
Như vậy, công trình luận án đã tổng hợp được vàng nano dạng cầu có kích
thước trong khoảng từ 8 – 15 nm và vàng nano dạng thanh với đường kính khoảng 15
nm 76 nm, có triển vọng trong ứng dụng phân tích các hợp chất và một số ứng dụng
khác.
KIẾN NGHỊ
Để hoàn thiện đề tài này, chúng tôi xin kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu, phát triển
ứng dụng vàng nano trong mỹ phẩm, y sinh học, đặc biệt trong lĩnh vực phát hiện và
điều trị bệnh.
CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
A. Các bài báo trên tạp chí
1. Lê Thị Lành, Nguyễn Trần Quỳnh Chi, Đinh Quang Khiếu, Trần Thái Hòa
(2012), “Nghiên cứu tổng hợp nano vàng hình que bằng phương pháp phát triển
mầm”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 50 (3B), tr. 295-300.
2. Lê Thị Lành, Nguyễn Thị Thanh Hải, Trần Thái Hòa (2012), “Tổng hợp nano
vàng sử dụng chitosan tan trong nước làm chất khử và chất ổn định”, Tạp chí
Khoa học, Đại học Huế, 74A (5), tr. 65-75.
3. Lê Thị Lành, Nguyễn Thị Thanh Hải, Trần Thái Hòa (2012), “Nghiên cứu ảnh
hưởng của thời gian phản ứng khử đến quá trình tổng hợp keo vàng nano với
việc sử dụng chitosan tan làm chất khử và chất ổn định”, Tạp chí Công nghiệp
Hóa chất, 12, tr. 25-29.
4. Mai Duy Hiển, Lê Thị Lành, Đinh Quang Khiếu, Lê Thị Thanh Tuyền, Trần
Thái Hòa (2013), “Ảnh hưởng của các thông số đến quá trình tổng hợp vật liệu
nano vàng dạng que cho việc bọc silica”, Tạp chí Hóa học, 51 (6ABC), trang
229 – 233.
5. Thi Lanh Le, Quang Khieu Dinh, Thai Hoa Tran, Hai Phong Nguyen, Thi Le
Hien Hoang, Quoc Hien Nguyen (2014), “Sythesis of water soluble chitosan
stabilized gold nanoparticles and detection of uric acid”, IOP Publishing
Vietnam Academy of Science and Technology, Advances in Natural Sciences:
Nanoscience and Nanotechnology, 5, pp. 1-6.
6. Le Thi Lanh, Nguyen Quoc Hien, Tran Thai Hoa, Dinh Quang Khieu (2013),
“A study on the synthesis of gold nanoparticles using water soluble chitosan as
reducer/stabilizer agent”, Tạp chí Hóa học, đã nhận đăng.
7. Nguyễn Hải Phong, Lê Thị Lành, Hoàng Thị Lệ Hiền, Trần Thị Tố Loan,
Nguyễn Văn Hợp, Trần Thị Phương Diệp (2014), “Nghiên cứu phát triển điện
cực đĩa than thủy tinh được biến tính với L-Cystein và vàng nano cho phương
pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân xác định axit uric”, Tạp chí phân tích
Hóa, Lý và Sinh học, 19 (3), tr. 51 – 57.
8. Lanh T. Le, Hai - Phong Nguyen, Quang - Khieu Dinh, Thai - Long Hoang,
Quoc - Hien Nguyen, Thai - Hoa Tran and Thanh - Dinh Nguyen (2015),
“Water-Soluble Acetylated Chitosan-Stabilized Gold Nanosphere Bioprobes”,
Materials Chemistry and Physics, 149-150, pp. 324-332.
B. Tham gia hội nghị
9. Le Thi Lanh, Nguyen Tran Quynh Chi, Nguyen Quoc Hien, Dinh Quang
Khieu and Tran Thai Hoa (2013), “Study on synthesis of gold nanoparticles
using water soluble chitosan as reducer/stabilizer agent and detection of
melamine in milk based on label-free gold nanoparticles”, Proceedings The 4th
International Workshop on Nanotechnology and Application, pp. 462-466, 14-
16 November 2013, Vung Tau, Vietnam.
MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
HUE UNIVERSITY
COLLEGE OF SCIENCES
LE THI LANH
STUDY ON FABRICATION GOLD
NANOPARTICLES AND SEVERAL
APPLICATIONS
Major: Theoretical Chemistry and Physical Chemistry
Code: 62.44.01.19
PHD DISSERTATION ABSTRACT
HUE, 2015
The work was completed at the Department of Chemistry, College of
Sciences, Hue University
The primary academic supervisor: 1. Prof. Dr. Tran Thái Hòa
The secondary academic supervisor: 2. Assoc. PhD. Nguyen Quoc Hien
The 1st peer reviewer:
The 2nd peer reviewer:
The oral defense will be taken place at...
The dissertation can be found at:
-National Library of Vietnam
-Centrer of Information-Library, National University of Hanoi
INTRODUCTION
Gold nanoparticles was one of nanomaters has being given attention of many
scientist at home and abroad due to their unique optical properties, especially was
surface plasmon resonance (SPR) phenomenon [32], [36], [63], [72], [81] and their
derivative applications in many fields include the catalysis field [4], [18], [79],
electrochemistry [39], [42], [57], [63], sensitive bio-sensor [37], [85], [94], surface
enhanced Raman scattering (SERS) [63], epsecially cancer diagnostic and therapy
[17], [36], [37].
Nowaday, a number of different methods have been studied for the synthesis of
gold nanoparticles, such as irradiation method [1], [22], [58], [59], chemical reduction
method [4], [12], [21], biological reduction [13], [49], electrochemical method [63],
photochemical method [10], [16], [37], [106], [116], ... Each method make gold
nanoparticles with different shapes and sizes such as spherical particles, rods, wires,
triangles, prisms, tetrahedrons, cubes, ... [26], [63]. For instance, to synthesize
spherical gold nanoparticles, the most popular methods was used chemical reducer as
NaBH4 or sodium citrate [63]. However, the weakness of this method is use toxic
agents, which inevitably result in serious enviromental issues. In order to minimize or
eliminate pollution to the environment, recently, „green‟ methods are required for
preparing gold nanoparticles. Meanwhile, the most optimal method for preparing gold
nanorods is seed-mediated growth method [63], [85], [88]. The products from this
method was single disperse, aspect ratio (AR) was could controled by change
influence factors [63], [85], [88].
Melamine contamination in milk influence serious children‟s health and is the
problem attracting interest of full social community [12], [19], [21], [31], [41].
Therefore, determination of melamine in general food and in particular milk is quite
needed. Currently, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) [33], [41], liquid
chromatography-mass spectrometry (LC-MS) [33], [41], [87], high-performance liquid
chromatography (HPLC) [77], enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) [46]-
based methods are most commonly used for analysis of melamine. In general, these
methods are high exact but expensive equipment, time-consuming, and labor-
intensive. Hence, a fast, low-cost, highly sensitive, and selective method for trace
melamine detection in real samples is urgently needed. Recently, some scientist found
new method-used gold nanoparticles to determine melamine with many advantage as a
low-cost, fast, simple and highly sensitive, selective [31], [33]. Basing on colorimetric
assays have recently drawn extensive attentions for its simplicity, ease of observation
by naked eyes and without the requirements for complicated instrumentation.
Simultaneously, we could quantify melamine in milk by photometric. Gold
nanoparticles that synthesizing by different methods was used for this purpose.
However, using gold nanoparticles to determine melamine have still not studied
sufficient yet.
Anodic stripping voltammetry method was a modern electrochemical analytic
method with many advantages such as low-cost, high sensitivity, low detection limit,
high selectivity. Working electrode being often used was mercury electrode with
advantage as make amalgam with many metals and simultaneously around the
activities of the large negative. However, disadvantage was easy stuck capillary and
high toxicity. Therefore, more and more word have developed modified electrode to
overcome this disadvantage, inthere gold nanoparticles – modified electrode was
attracting much interest of many scientist because of its unique properties when
nanometer. Nowaday, around the word, scientists fabricated successfully gold
nanopartiles – modified to determine some metal ionic and organic compound [39],
[42], [56]. In there, determination of uric acid in biological object was being much
attention because of uric acid concentrationnin in serum and urine samples that
symptom of several diseases, especially gout.
Nowaday, medicine resistant strains of bacterial was becoming popularly and
the worldwide escalation of bacterial resistance to conventional medical practices
is a serious threatens for human health. Therefore, there is an immediate need to
develop new approaches to handle this problem. One of the promising
approaches for overcoming bacterial resistance is the use of metallic nanoparticles.
There were some report synthesis gold nanoparticles from grapes fruit extract, sun
flower, tea, ... and used gold nanoparticles to inhibit bacterial much good [11], [13],
[23], [49], [51]. However, studying on in-vitro antibacterial activity of gold
nanoparticles have still not developed complete yet.
Although gold nanoparticles was studied and applied in many different field,
but there was many new issues, promising much discovery from their. In that trend, in
Viet Nam, many scientists have studied on synthesis of gold nanoparticles as well as
survey their application. However, there have not work that studying on synthesis of
gold nanoparticles systematically and effect factors. Therefore, further study on
synthesis and examination their applications is essential.
Stemming from this reality, we chose the theme: Study on fabrication gold
nanoparticles and several applications".
The new location of the thesis:
This is the first project in Vietnam systematic research synthesis and study the
applicability of the gold nano-materials. First time using water-soluble chitosan as
reducing and stabilizing agent for the synthesis of gold nano-spherical. In addition, the
results also acquired some new points about the ability to determine melamine in milk,
modified electrodes with low detection limits and good antibacterial properties of nano
gold, especially gold nano- rods.
CHAPTER 1. LITERATURE REVIEW
Overview introduce general about gold nano materials, chitosan, melamine,
gold modified electrodes and antibacterial of gold nanoparticles.
CHAPTER 2. AIMS, CONTENTS, METHODS AND
EXPERIMENTALS
2.1. AIMS
Synthesis of gold nanospheres, nanorods and several applications.
2.2. CONTENTS
- Study on synthesis of spherical gold nano (GNP) by reduction method using
WSC as reducing and stabilizing agents.
- Study on synthesis of gold nanorods (GNR) by seed-mediated growth method
using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as stabilizer.
- Study on using gold nanoparticles to determine melamine in milk.
- Study on preparation gold nano modified electrode for analysis of uric acid in
serum and urine.
- Study on antibacterial of gold nanoparticles.
2.3. METHODS
Use the methods: UV-Vis, UV-Vis/DR, XRD, TEM, FT-IR, EDX, viscometer.
2.4. EXPERIMENTAL
Study on synthesis of spherical gold nano by by reduction method using WSC
as reducing and stabilizing agents. Study on synthesis of gold nanorods by seed-
mediated growth method. Study on using gold nanoparticles to determine melamine in
milk. Study on modifying gold nano electrode to determine uric acid by anodic
stripping voltammetry method. Study on antibacterial of gold nanoparticles.
CHAPTER 3. RESULTS AND DISCUSSION
3.1. SYNTHESIS OF SPHERICAL GOLD NANO BY REDUCTION METHOD
USING WATER-SOLUBLE CHITOSAN AS REDUCING AND STABILIZING
AGENTS.
3.1.1. Prepare water-soluble chitosan (WSC)
From the survey result the influence of N-acetylation reaction time and reaction
with H2O2, select appropriate conditions for preparing the WSC are: response time N-
acetylation of 2 hours and the reaction time with H2O2 is 3 hours. Pictures of chitosan
and products are shown in Figure 3.4.
Figure 3.4. Chitosan (a), WSC powder (b) và WSC solution (c)
3.1.2. Synthesis of spherical gold nano (GNP)
3.1.2.1. The affecting factors
a) Effect of reducting time
UV-Vis spectrum figure 3.7 shows that, when increasing reduction time, the
absorption maximum increases. Figure 3.7b shows the absorption maximum increase
quickly in the beginning of reaction, slower after 8 hours and after 31 hours almost
unchanged.
Figure 3.7. UV-Vis spectrum (a) and schematic representation of GNP absorption
maximum (b) follow reduction time
TEM images and particle size distribution showed that at 31 hours, particle size
greater than at 8 hours but not significantly simultaneously less more uniform
particles. From the survey results, we choose the reducing time is 8 hours.
b) Effect of reducing temperature
Study on effect of reducing temperature to stability of gold nanoparticles was
done at four temperature of 65, 75, 85 and 95C. The result show that at 85C, the
stability of product is best.
c) Effect of Au3+
concentration
The result of figure TEM 3.12 show that when increasing Au3+
concentration,
the particles size increased but the uniformity decreased.
Figure 3.12. TEM image of GNP at different Au3+
concentrations
d) Effect of WSC concentration
In contrast to the effect of Au3+
, TEM image figure 3.14 show, when increasing
WSC concentration, the particle size decreased.
Figure 3.14. TEM image of GNP at different WSC concentrations
e) Effect of WSC molecular weight
The survey result influence of WSC molecular weight to stability of GNP show
when decreasing WSC molecular weight, GNP was less stable.
3.1.2.2. Property, morphologycal and structure of GNP
The study result showed that product is spherical shape with an average
diameter of about 8 nm, is face-centured cubic crystal structure.
3.1.2.3. The mechanism of material formation
From study result and refer to document, we propose formation mechanism of
GNP according to reaction 3.2 and figure 3.20.
Hình 3.20. Formation mechanism of GNP
3.1.2.4. Kinetic study of reduced reaction Au3+
by WSC
Reaction kinetic was studied by means of the first concentration. The result
showed that the result of the first concentration method was repeatable and convenient
for kinetic study. Dynamical equation of reduced reaction Au3+
by WSC was: r = k.
[Au3+
]. [WSC]0,088
(%.s-1
) with k = 85,5 s-1
(%-0,088
).
3.1.2.5. Study on increasing the stability of GNP
The study result showed that, in order to increase the stability of GNP, which
could add to WSC after reaction with appropriate concentration. In this study, with
survey WSC concentration range, we found that added WSC concentration of 0,3%
was appropriate for gold nano solution protecd stable for 6 month storage.
3.1.2.6. Study on increasing particles size of GNP by seed-mediated growth method
The study result showed that, by seed-mediated growth method, used seed was
GNP, could increase particles size. At the [Au3+
]/[Au0] rate was 8, particles size
increase more than doubled compared the seed.
3.2. STUDY ON SYNTHESIS GOLD NANORODS (GNR) BY SEED-
MEDIATED GROWTH
3.2.1. The affecting factors
3.2.1.1. Effect of [Ag+]/[Au
3+] mol rate
Figure 3.26. UV-Vis spectrum (a) and graph demonstrate wavelength of LSPR
oscillating and optical absorbance R (b) with [Ag+]/[Au
3+] mol rate
The result of UV-Vis spectroscopy showed that, in the absence of Ag+, was
only TSPR oscillating, when adding Ag+, GNR was taken form with two oscillating:
LSPR and TSPR.
Figure 3.28. TEM image of GNR at different [Ag+]/[Au
3+] mol ratio
The result of TEM image figure 3.28 showed that, in the absence of Ag+, a little
GNR was taken form with very large AR ratio (about 15). When adding Ag+, the
essential product was nanorods partiles. At [Ag+]/[Au
3+] ratio of 0,2, the synthesis
productivity was largest and high aspect ratio (AR). Therefore, we chose [Ag+]/[Au
3+]
ratio of 0,2 for next study.
3.2.1.2. Effect of [AA]/[Au3+
] mol ratio
Figure 3.32. TEM image of GNR at different [AA]/[Au3+
]mol ratio
The result of TEM image figure 3.32 showed that, when increasing [AA]/[Au3+
]
ratio, AR decreased, especially when increasing [AA]/[Au3+
] ratio to 2,5, the product
was not nanorod, was dogbone shape.
From servey result, we chose [AA]/[Au3+
] ratio of 1,0.
3.2.1.3. Effect of Au3+
concentration
The servey result showed that, in servey concentration range (from 5-20 mM),
AR was maximum at Au3+
concentratio of 10 mM.
3.2.1.4. Effect of CTAB concentration
Figure 3.36. TEM image of GNR at different CTAB concentrations
TEM image figure 3.36 showed that, at small CTAB concentration (0,01 M),
there was not created gold nanorods, AR was maximum at CTAB concentration of 0,1
M. Therefore, we chose CTAB concentration of 0,1 M.
3.2.1.5. Effect of pH value
The effect of pH study result showed that, in survey pH range (from 1 to 2,8),
product was even gold nanorods and at pH value of 1,7, AR was maximum. Therefore,
we chose pH of 1,7.
3.2.2. The mechanism of GNR formation
3.2.2.1. Stage creating gold seed
In this stage, NaBH4 reduce quickly Au3+
to Au0
Figure 3.40. Stage creating gold seed in synthesis of GNR
3.2.2.2. Stage seed-mediated growth
In this stage, seed grewth with alignment of Ag+ and CTAB such as illustration
at figure 3.41, creating GNR.
Figure 3.41. Growth mechanism of GNR with alignment of Ag+
and CTAB
3.2.3. Property, morphologycal and structure of GNR materials
The study result showed that, products was essential rod shape with AR 5,
little spherical particles, products had two maximum absorbance, were TSPR and
LSPR oscillating, was face-centured cubic crystal structure.
3.3. APPLICATION GOLD NANOSPHERE TO DETERMINE MELAMINE
CONTENT IN MILK
3.3.1. The result setting up directrix
Figure 3.45a showed that when adding melamine to gold nano solution,
solution colour changed from purple to violet or deep blue. UV-Vis spectrum figure
3.45b showed that GNP was only one maximum absorbance at wavelength 520 nm,
when adding melamine to, occured another maximum absorbance at wavelength about
650 nm. Beside, TEM image figure 3.13 showed that while GNP was spherical shape,
distributed fairly uniform but when adding melamine, particles was adhesive together.
The survey result showed that there had linear correlation between A650/A520
ratio and melamine concentration in concentration range from 0,05 to 1,00 mg/L with
large correlation coeffiient (R2 = 0,998).
Figure 3.45. Color change (a) and UV-Vis spectrum (b) of gold nano solution and
gold nano-melamine solution with different melamine concentrations (mg/L)
3.3.2. The reaction mechanism of gold nanoparticles and melamine
The reaction mechanism of GNP and melamine was showed in figure 3.48.
Melamine molecules with three group NH2, charged positive which will combine
easily with gold nano molecular-charged negative on surface by TPP.
Figure 3.48. The reaction mechanism between gold nano and melamine
3.3.3. The effect factors
3.3.3.1. Effect of particles size
The survey result showed that, small particles was more sensitive, specific color
transfer time was more quickly and A650/A520 ratio was larger. Therefore, we chose
KT1 particles with size 8,6 nm to study.
b
3.3.3.2. Effect of pH
The survey result effecting of pH showed that, in acid and basic environment,
A650/A520 ratio was small and this ratio was maximum in neuter environment pH=7.
3.3.4. Evaluate fidelity of method
The evaluate fidelity result showed that, photometry method using gold nano to
determine melamine had linear interval in melamine concentration range from 0,05 to
1,00 mg/L with base line equation: A650/A520 = (0,0211 0,0203) + (2,13 ±
0,0436).CMel, correlation coefficient R2 = 0,998; low detection limit (4,9.10
-5 g/L) and
good repeatability. Therefore, could apply this method to analyse raw samples.
3.3.5. Determination melamine in milk
Determination melamine in 7 milk samples by photometry method using gold nano
and by HPLC method. The result was showed in table 3.17. From table 3.17 showed
that, there was not different about statistic between two these methods. Beside, result
showed even that recovery of method about from 94 to 111% was acceptable.
Table 3.17. The result of determination melamine in 7 raw milk using gold nano and
HPLC method
Sample CMel10
-3 (g/l) Recovery
(%)
Analyse by
HPLC (yi) Add (c) Calculate (xi)
1 0,05
0,047 0,03 94
0,051
2 0,08
0,089 0,01 111
0,083
3 0,10
0,094 0,01 94
0,095
4 0,40
0,430 0,20 108
0,390
5 0,50
0,489 0,01 98 0,527
6 0,80 0,760 0,10 95
0,840
7 1,00 1,207 0,04 99 0,995
3.3.6. Effect of some ion, aminoacetic acid (AA) and ascorbic acid (vitamin C) on
determination melamine in milk
Effect of ion Ca2+
, Mg2+
, Zn2+
, Fe3+
, Na+, AA and VC was showed in figure
3.53. The result showed that factors affect insignificantly to determination melamine
in milk of gold nano.
Figure 3.53. Effect of ions, AA and VC on A650/A520 ratio at different concentration of
effect agents
3.4. STUDY ON FABRICATING GOLD NANO MODIFIED ELECTRODE TO
DETERMINE URIC ACID BY ANODIC STRIPPING VOLTAMMETRY
METHOD
3.4.1. Survey electrochemical characteristic of types of electrode
Surveying electrochemical characteristic of 3 types of electrode: glassy carbon
(GCE); electrode modified by gold nanoparticles on glassy carbon base (GCE/GNP)
and electrode modified by L-cystein membrane and gold nanoparticles on glassy
carbon baes (GCE/L-cys/GNP) by differential pulse anodic stripping voltammetry
method (DP-ASV) and cyclic voltammetry (CV). The result was showed in table 3.21,
figure 3.55 and 3.56
Table 3.21. Ep, Ip, b values and RSD of electrodes in DP-ASV
Types of
electrodes
Ep,TB
(mV)(*)
Ip,TB
(μA)(*)
RSD
(%) b (μA/μM)
GCE 603 1,552 0,29 0,056
GCE/GNP 597 0,113 5,57 0,004
GCE/L-
cys/GNP 611 19,00 2,78 0,711
From table 3.21 showed that GCE/GNP electrode had very low current intensity
(Ip), bad repeatability of Ip (RSD = 5,57%). As compared with unmodified GCE
electrode, GCE/L-cys/GNP electrode had Ip 12 times, signal was stable and good
repeat. Figure 3.55 showed that, DP-ASV curves of uric acid with very balanced
peaks, correlation coefficient R = 0,992. Therefore, GCE/L-cys/GNP electrode was
very satisfactory in determination uric acid.
Figure 3.55. DP-ASV curves of UA at times of standard adding (a) and 4 times repeat
(b) (GCE/L-cys/GNP electrode)
CV curves figure 3.56 showed that, 3 electrode even appear anodic stripping
peak (Epa), didn‟t appear catodic stripping peak. Therefore, electrochemical process
occur electrode surface of UA was nonreversible process.
Figure 3.56. CV curves of 3 types of different electrodes
3.4.2. Study on process modifying electrode
Process modifying electrode was illustrated on figure 3.57.
Figure 3.57. Process modifying GCE electrode
3.4.2.1. Survey L-cys concentration
The result of survey L-cys concentration showed that, in range concentration
from 0,5 to 8 mM, peak intensity IP was maximum at L-cys concentration of 1 mM.
Beside, the result of DP-ASV sweep at this concentration showed that signal of
stripping peak current was rather high, good repeatability and linear recurrent equation
after times of standard adding had high correlated coefficient (R = 0,997). Therefore,
we chose L-cys concentration of 1,0 mM.
3.4.2.2. Survey number of L-cys sweep cycle
The survey result of number of L-cys sweep cycle showed that, in number of
sweep cycle range from 10 to 60 cycle, peak intensity IP was maximum at number of
sweep cycle of 20 cycle. Beside, DP-ASV curve of UA with number of sweep cycle n
= 20 showed that intensity Ip was high (Ip = 23,51), good repeatability (RSD = 2,26%).
Therefore, we chose number of sweep cyclic n = 20 to modify electrode.
3.4.3. Study on effect factors to stripping signal
3.4.3.1. Effect of pH
Effect of pH to stripping signal was showed in figure 3.62 and table 3.26. The
result showed that, at pH = 2,2, Ip value of UA was bigger than Ip value at pH = 3,2.
However, at this pH value repeatability was very bad (RSD = 18,6%). When
increasing pH from 3,2 to 4,8, Ip was high and rather stable, reapeatability of Ip was
rather good (RSD = 1,86% - 3,06%). At pH = 8,8, Ip value was very low and
repeatability was bad (RSD = 13,5%). So, at past low or past high pH values, stability
of electrode was bad, do limit oxidation process of UA on electrode surface.
From survey result, we chose pH = 3,2 for next study.
Figure 3.62. The relationship of Ip on pH (a) and ASV curves of UA at different
pH values (b)
Table 3.26. Ep, Ip values and RSD with different pH values
pH Ep,TB (mV)
Ip,TB (μA) RSD (%)
2,2 712 28,07 18,6
3,2 641 26,06 3,06
4,1 613 26,06 4,17
4,8 536 25,50 1,86
5,8 436 15,63 1,84
6,8 386 6,675 1,36
8,0 328 5,898 1,94
8,8 278 2,587 13,5
3.4.3.2. Effect of potential sweep rate
The result of surveying effect of potential sweep rate showed that, when
increasing potential sweep rate from 20 to 120 mV/s, current signal increased.
However, when increasing v from 60 to 120 mV/s, measure dots in sweep procees
decreased, because of Ustep increasing tend in record measure signal process skip
maximum of peak, losing peak or deformed peak. Beside, peak potential (Ep) was
moved to positive side when increasing v. From the survey result, we chose potential
sweep rate v = 20 mV/s.
3.4.4. Evaluate fidelity of method
The evaluate fidelity result showed that, DP-ASV method using gold nano
modified electrode to determine uric acid had linear interval in range UA
concentration from 2 – 40 µM with correlation coefficient R2 > 0,99; low limit
detection (2,66 ± 0,29 μM) and very good repeatability. Therefore, we could apply this
method to analyse raw samples.
3.4.5. Application to fact
After of checking fidelity of method, we carry out analyse raw samples with 2
object was urine samples and serum samples. Samples curriculum vitae was exhibited
in table 3.32.
3.4.5.1. Samples curriculum vitae
Samples curriculum vitae was exhibited in table 3.32.
Table 3.32. Symbol and samples curriculum vitae
Sample Urine samples Serum samples
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Symbol NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 HT1 HT2 HT3 HT4 HT5
Sex Female Male Female Female Female Male Female Female Female Female
Age 51 28 26 22 26 48 36 26 35 40
3.4.5.2. Analytical result
a) Urine samples
The result of accuracy determination was exhibited in figure 3.68 and table
3.33. From result showed that, the recovery value about from 94,7 to 126,4% was
acceptable.
Figure 3.68. ASV curves of UA: TN1 (a); TN2 (b) of NT1 sample and TN1 (c); TN2 (d)
of NT5 sample
Table 3.33. Recovery of some urine samples
Samples CUA (μM) CUA adding
(μM)
CUA finding
(μM) Rev (%)
NT1
7,93 6,00 13,61 94,72
7,32 6,00 14,19 114,5
7,38 6,00 14,41 117,1
NT4 12,12 6,00 19,62 125,0
12,22 6,00 19,80 126,4
NT5
14,91 6,00 21,56 110,8
15,02 6,00 21,91 114,9
14,49 6,00 21,23 112,4
Next, analyseing 05 urine samples. The result was exhibited in table 3.34.
Table 3.34. UA concentration in some urine samples
Number
of
repeat
test
UA concentration in urine samples (mM)
NT1 NT2 NT3 NT4 NT5
1 1,59 2,44 1,14 2,41 2,98
2 1,47 2,43 1,30 2,46 3,00
3 1,48 2,28 1,37 2,56 2,90
TB Sd 1,51±0,07 2,38±0,09 1,27±0,11 2,47±0,08 2,96±0,06
From result showed that repeatability of 3 times measurement was rather good.
b) Urine samples
The result of accuracy determination was exhibited in table 3.36. From the
result showed that, the recovery values about from 115,7 to 123,6% was acceptable.
Table 3.36. Recovery of some urine samples
Samples CUA (μM) CUAadding
(μM)
CUAfinding
(μM) Rev (%)
HT1
5,662 6,000 13,08 123,6
6,246 6,000 13,39 119,1
6,415 6,000 13,63 120,3
HT2
3,796 6,000 10,93 118,9
3,989 6,000 11,14 119,2
4,118 6,000 11,24 118,7
HT4
5,041 6,000 11,98 115,7
5,135 6,000 12,27 118,9
5,058 6,000 12,22 119,3
Next, analysing 05 urine samples. The result was exhibited in table 3.37.
Table 3.37. UA concentration in 05 blood samples
Number
of repeat
test
UA concentration in blood samples (M)
HT1 HT2 HT3 HT4 HT5
1 557 380 424,40 504 240,12
2 625 400 - 514 -
3 642 412 - 506 -
TB Sd 608±45 397±16 - 508±5 -
From the result table 3.37 showed that, the repeatability of samples in 3 times
of measurement was rather good with RSD < 7,5%. UA content in HT1 sample (male)
was higher than samples from HT2 to HT4 (female samples) and 2 samples HT3 and
HT4 was higher than upper limit (393 M).
3.5. STUDY ON ABILITY ANTIBACTERIAL OF GOLD NANOPARTICLES
In this subject, we study on ability antibacterial of 2 types of synthesized gold
nano, those was: gold nanospheres (GNP) and gold nanorods (GNR). Here, 4 types of
bacterials being chosen was types of bacterials which was ability to take food
poisoning, consist of E. Coli (symbol: E. C), Salmonella Typhimurium (S. T), Listeria
monocytogenes (L. M), Staphylococcus aureus (S. A). The result was exhibited in
figure 3.73 and figure 374.
Note: A: sample+E.C; B: sample+S. T; C: sample+L. M; D: sample+S. A; E: Ks + E.C; F: Ks+S.
T; G: Ks+L. M; H:Ks+S. A
Figure 3.73. The antibacterials result of mẫu GNP samples (a:observe by eyes; b:
using Alamar Blue reagent)
From figure 3.73 showed that, bacterials grow which make BHI medium turbid,
sediment (column 0) and when adding Alamar Blue reagent, medium changed to pink
(column 0). When adding Kanamycin antibiotics (Ks) to inhibit bacterials growing,
medium will not be opaque but had bright yellow, no sedimentation simultaneously
medium will remain still blue when adding Alamar Blue reagent (row E, F, G, H
except column 0). When adding gold nanospheres (concentration from 0,150,0
µg/mL) to test-tubes containing bacterials, then medium has bright yellow color, no
sedimentation (figure 3.73a) and the additional Alamar Blue reagent into medium
remain still blue (figure 3.73b). This result demonstrate gold nanospheres likely inhibit
4 bacterials inoculates at all E. Coli, Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes
và Staphylococcus aureus. On the other hand, possibility antibacterial of gold
nanospheres against 4 types of bacterials was almost the same, ie the minimum
concentration of gold nano capable of inhibiting bacteria (MIC) of 0.1 µg/mL, except
for cases of Salmonella Typhimurium, the MIC was 0.2 µg/mL.
Note: A: sample+E.C; B: sample+S. T; C: sample+L. M; D: sample+S. A; E: Ks + E.C; F: Ks+S.
T; G: Ks+L. M; H:Ks+S. A
Figure 3.74. The antibacterials result of mẫu GNR samples (a:observe by eyes; b:
using Alamar Blue reagent)
Figure 3.74 showed that, GNR is also capable of inhibiting the growth of 4
bacteria both and antibacterial properties of GNR very good, showing at a minimum
inhibitory concentration small, especially for the two types of bacteria Listeria
monocytogenes (MIC < 0.0002 µg/mL) and Staphylococcus aure (MIC = 0.0008
µg/mL). From figure 3.74 also showed, antibacterial activity of gold nano rods for
types of bacteria was different, this can be seen in the MIC values of GNR for
bacterials was many different (namely MICE .C = 0.05 µg/mL; MICS.T = 0.2 µg/mL;
MICL.M < 0.0002 µg/mL and MICS.A = 0.0008 µg/mL). Results also showed that the
minimum inhibitory concentration of the gold nanorods for 2 bacterium Listeria
monocytogenes and Staphylococcus aure smaller than the Kanamycin antibiotic.
Figure 3.75. The chart represents the MIC value of the gold nano and antibiotics for 4
bacterials
Figure 3.75 showed GNR had better antibacterial than GNP, expressed in
MIC values of GNR much smaller than the MIC of GNP, except in the case of
Salmonella typhimurium, both of which are valuable MIC equal. What is noteworthy
here is the MIC values of GNR smaller than the Kanamycin antibiotic for 2 bacterium
Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus.
From the survey results of antibacterial nano gold, we found that the two
types of gold nano synthesis are capable of inhibiting the growth of bacteria, including
gold nano- rods (GNR) is likely antimicrobial better, especially for the two types of
bacteria Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus is capable of inhibiting
GNR better than the Kanamycin antibiotic.
CONCLUSION OF THE THESIS
From these result, we draw the following conclusion:
1. Has been prepared water-soluble chitosan (WSC) has a chemical deacetyl
(DDA) about 50% from chitosan and using WSC as reducing agent and as a stabilizer
for the synthesis of gold nano- spherical (GNP) with high uniformity, durability,
average size of about 8 nm. Optimal conditions for the preparation of nano gold: WSC
concentration: 0.5%; Au3+
concentration of 0.5 mM; reducing temperature: 85C and
reducing time: 8 hours. Have adjusted the size of gold nanoparticles by means of
developing germ, by increasing the rate can change [Au3+
]/[Au0], can be obtained
particle size in the range from 24 to 35 nm.
2. By seed-mediated growth, we have successfully synthesized gold nanorods
(GNR) with high mono-distributed, the average particle size of about 15 nm, 76 nm. In
the synthesis of gold nano rods, CTAB and Ag+ acts as a quality oriented anisotropic
growth of a seed to form a rod. The optimal conditions for the synthesis GNR is: mole
ratio Ag+/Au
3+ = 0.2; molar ratio AA/Au
3+ = 1.5; Au
3+ concentration = 10 mM;
concentration of surfactant CTAB = 0.1 M and pH value of 1.5.
3. Use the spherical nano gold GNP, with the naked eye can qualitatively the
presence of melamine in milk, can simultaneously quantify melamine by photometric
method using gold nano GNP with many advantages as fast, inexpensive, low
detection limit 0.049 mg/L, the linear range from 0.05 to 1.00 mg/L, with high
sensitivity, reproducibility.
4. Type electrodes modified GCE/L-Cys/GNP has highest signal versus
background glassy carbon electrode (GC) and the modified electrode (GCE/GNP). We
find the optimal conditions to determine uric acid by DP-ASV method, which is: L-
Cys concentration = 1 mM; of CV scan within the membrane L–Cys is 20 rounds; pH
= 3.2; electrical distribution, Edep is 200 mV; electrolysis time, tdep 20 s; pulse
amplitude, ΔE = 80 mV; scan rate is 20 mV/s and determine the electron transfer
coefficient (α) on the electrode surface is 0.283 and the electron transfer rate constant
Ks is 9.88 s-1
. This method has high repeatability with RSD ranged from 0.94% to
3.61% to 9 repeat measurements (n = 9). Linear range from 2 to 40 µM with
sensitivity was 1,487 ± 0.103 μA/μM. Detection limit was 2.66 ± 0,29 μM and limit of
quantitation was 7.47 † 12 μM. Conducted apply determine uric acid in the form of
two real objects, such as urine and serum samples.
5. The results of antibacterial of two types of gold nanoparticles showed,
spherical gold nano and god nanorods are capable of inhibiting the growth of bacteria,
including gold nanorods (GNR) have antibacterial better, especially for the second
bacterium Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus is capable of inhibiting
GNR better than Kanamycin antibiotic.
Thus, the thesis was synthesized spherical gold nano wiht size range from 8-15
nm and gold nanorods with a diameter of about 15nm x 76 nm, with promising
applications in the analysis of the compound and some other applications.
RECOMMENDATIONS
To complete this topic, we recommend: Continuing research and development
of gold nano applications in cosmetics, biomedicine, especially in the field of detection
and treatment of disease.
LIST OF ACADEMIC WORKS PUBLISHEDTHE THESIS
A. On the magazine
1. Le Thi Lanh, Nguyen Tran Quynh Chi, Dinh Quang Khieu, Tran Thai Hoa
(2012), “Study on synthesis gold nanorods by seed-mediated growth method”,
Journal of Science and Technology, 50 (3B), pp. 295-300.
2. Le Thi Lanh, Nguyen Thi Thanh Hai, Tran Thai Hoa (2012), “Synthesis gold
nanoparticles using water soluble chitosan as reducing and stabilizing agents”,
Journal of Science, Hue University, 74A (5), pp. 65-75.
3. Le Thi Lanh, Nguyen Thi Thanh Hai, Tran Thai Hoa (2012), “Study on effect
of reducing time on synthesis of gold nanoparticles utilizing water soluble
chitosan as reducer and stabilizer agents”, Journal of Chemical Industry, 12, pp.
25-29.
4. Mai Duy Hien, Le Thi Lanh, Đinh Quang Khieu, Le Thi Thanh Tuyen, Tran
Thai Hoa (2013), “Effects of crucial parameters on synthesis of highly
monodispersed gold nanorods for silica coating”, Journal of Chemistry, 51
(6ABC), pp. 229 – 233.
5. Thi Lanh Le, Quang Khieu Dinh, Thai Hoa Tran, Hai Phong Nguyen, Thi Le
Hien Hoang, Quoc Hien Nguyen (2014), “Sythesis of water soluble chitosan
stabilized gold nanoparticles and detection of uric acid”, IOP Publishing
Vietnam Academy of Science and Technology, Advances in Natural Sciences:
Nanoscience and Nanotechnology, 5, pp. 1-6.
6. Le Thi Lanh, Nguyen Quoc Hien, Tran Thai Hoa, Dinh Quang Khieu (2013),
“A study on the synthesis of gold nanoparticles using water soluble chitosan as
reducer/stabilizer agent”, Journal of Chemistry, received post.
7. Nguyen Hai Phong, Le Thi Lanh, Hoang Thi Le Hien, Nguyen Van Hop, Tran Thi
To Loan (2014) “Study on development glass carbon electrode modified with L-
cystein and gold nanoparticles for differential pulse anodic stripping voltammetry to
determine uric acid”, Journal of Chemical , Physical Analytical and Biological, 19 (3),
pp. 51-57.
8. Lanh T. Le, Hai - Phong Nguyen, Quang - Khieu Dinh, Thai - Long Hoang,
Quoc - Hien Nguyen, Thai - Hoa Tran and Thanh - Dinh Nguyen (2015),
“Water-Soluble Acetylated Chitosan-Stabilized Gold Nanosphere Bioprobes”,
Materials Chemistry and Physics, 149-150, pp. 324-332.
B. Join conference
9. Le Thi Lanh, Nguyen Tran Quynh Chi, Nguyen Quoc Hien, Dinh Quang
Khieu and Tran Thai Hoa (2013), “Study on synthesis of gold nanoparticles
using water soluble chitosan as reducer/stabilizer agent and detection of
melamine in milk based on label-free gold nanoparticles”, Proceedings The 4th
International Workshop on Nanotechnology and Application, pp. 462-466, 14-16
November 2013, Vung Tau, Vietnam.
