Ai là người đã thực hiện thí nghiệm tổng hợp nano bạc bằng nha đam?

Điều chế nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh có tác dụng gì?

Trong điều chế nano bạc bằng nha đam, hệ Teflon sẽ được gia nhiệt và duy trì ở nhiệt độ bao nhiêu?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Tổng hợp nano bạc từ chiết xuất nha đam

(1) Trong nhiều thập kỷ qua, nano bạc luôn thu hút sự  chú ý của các nhà khoa học trên thế giới, xuất phát từ  những tính chất độc đáo cũng như phạm vi ứng dụng rộng  lớn của vật liệu này. Cụ thể, nano bạc đã được nghiên  cứu sử dụng làm chất xúc tác, đầu dò sinh học hay chất hiện hình. Đặc biệt, nhờ vào hoạt tính kháng  khuẩn hiệu quả, nano bạc được xem là giải pháp tiềm  năng cho nhiều vấn đề về nhiễm khuẩn sinh học, bao  gồm cả vi khuẩn kháng kháng sinh. Vì vậy, rất nhiều  phương pháp tổng hợp từ vật lý đến hóa học đã được đề  xuất để điều chế nano bạc. Một trong những phương pháp  truyền thống phổ biến được nhiều nghiên cứu đề cập là sử  dụng các tác nhân khử hóa học như hydrazine, sodium  borohydride, acid ascorbic... nhằm chuyển hóa ion  bạc thành bạc kim loại. Mặc dù thường tỏ ra hiệu quả,  nhưng phương pháp này vẫn có những hạn chế lớn, bao  gồm độc tính từ các tác chất sử dụng cũng như khó khăn  trong việc loại bỏ các tác chất trên.

(2) Để tránh hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của các chất  độc hại, gần đây giới khoa học đã bắt đầu áp dụng định  hướng của hóa học xanh trong việc điều chế nano bạc,  với hai tiêu chí luôn phải đảm bảo (vừa kinh tế, vừa thân  thiện với môi trường). Trong số các phương pháp hóa  học xanh, phương pháp điều chế nano bạc từ phản ứng  giữa tiền chất bạc với các vi chất hữu cơ hoặc chiết xuất  từ thực vật đang ngày càng cho thấy nhiều tiềm năng và  ưu thế do đây là những tác chất có giá thành thấp, hoạt  tính hóa học cao, quy trình sử dụng đơn giản và thân thiện  với môi trường. Nhờ sở hữu các thành phần có khả năng  khử sinh học như peptide, acid sorbic, acid citric, euphol,  polyhydroxy limonoid, acid ascorbic, acid retinoic, tannins  và acid ellagic, các nhà khoa học tin rằng có thể sử dụng  tảo, nấm và nhiều loại thực vật để điều  chế nano kim loại,  trong đó có nano bạc mà không cần bổ sung tác nhân khử. Ngoài ra, thành phần của thực vật thường hay chứa  các hoạt chất giúp làm bền hóa nano bạc mới được sinh ra  như protein, amino acid, enzyme, polysaccharide, tannin,  saponin... Trong nghiên cứu của mình, Kumar và các  cộng sự đã tổng hợp thành công các hạt nano bạc  hình cầu với đường kính 50-100 nm thông qua chiết xuất  từ cây mắt nhung (Alternanthera dentat) chỉ trong vòng 10  phút phản ứng. Những hạt nano bạc này thể hiện hoạt tính  kháng khuẩn đáng kể đối với Pseudomonas aeruginosa,  Escherichia coli, Klebsiella pneumonia và Enterococcus  faecal. Gần đây, thủy xương bồ (Acorus calamus,  hình 1), một loài thực vật sinh trưởng ở đầm lầy hoặc  những vùng nước lặng (Trung Quốc, Việt Nam, Ấn Độ,  Nhật Bản...) cũng được Nakkala và cộng sự dùng để tổng  hợp nano bạc. Kết quả khảo sát cho thấy, nano bạc  trong nghiên cứu này vừa có hoạt tính chống oxy hóa, vừa  có khả năng kháng khuẩn, thậm chí có thể chống ung  thư. Từ những nghiên cứu trên, có thể thấy, việc tổng hợp  nano bạc với các nguyên liệu thiên nhiên ứng với từng địa  phương đang trở thành một xu thế mới, hấp dẫn, nhận  được rất nhiều sự quan tâm của cộng đồng khoa học.

(3) Các tác nhân khử trong chiết xuất nha đam Nha đam hay lô hội là tên gọi của  một loài cây mọng nước có nguồn gốc từ Bắc Phi vốn  có rất nhiều ứng dụng trong dược phẩm, thực phẩm và  mỹ phẩm nhờ sở hữu nhiều hoạt chất sinh học có khả  năng chống viêm, chống rạn da, chống tia tử ngoại cũng  như thúc đẩy khả năng hồi phục vết thương. Các nhà  khoa học cũng đã tìm ra nhiều thành phần như lignin,  hemicellulose, pectin có thể được sử dụng để khử ion  bạc. Gần đây, Zhang và cộng sự đã chỉ định cụ thể  hydroquinone trong chiết xuất nha đam có vai trò như một  tác nhân khử điển hình. Ngoài ra, những enzyme và  protein lớn tồn tại trong chiết xuất từ lá cây nha đam được  tin rằng có thể liên kết với các ion bạc, từ đó đóng vai trò  như những tác nhân tạo phức. Hơn nữa, các liên kết yếu  giữa các protein trong dung dịch còn giúp phát triển các  hạt nano bạc hình cầu, giúp hình thành các hạt nano bạc  đẳng hướng.  

Điều chế nano bạc từ chiết xuất nha đam

(4) Xuất phát từ những quan điểm trên, nhóm nghiên cứu  của Tiến sĩ Apiwat Chompoosor (Khoa Hóa học, Đại học  Ramkhamhaeng, Thái Lan) đã sử dụng chiết xuất từ lá  cây nha đam để tổng hợp các hạt nano bạc với kích thước  từ 70-192 nm bằng phương pháp thủy nhiệt. Đây là  phương pháp tổng hợp đơn giản cho phép đạt đồng thời  nhiệt độ cao và áp suất cao, vốn là những điều kiện cần  thiết cho phản ứng khử ion bạc thành bạc kim loại. Sản  phẩm sinh ra được nhóm nghiên cứu lần lượt tiến hành  đánh giá khả năng kháng khuẩn đối với hai loại vi khuẩn  S. epidermidis và P. aeruginosa.

(5) Quá trình tổng hợp nano bạc trong nghiên cứu của  Tiến sĩ Chompoosor được thực hiện thông qua hai giai  đoạn. Đầu tiên, dung dịch chiết xuất nha đam được điều  chế từ 50 g lá nha đam đã được rửa và cắt mịn thành  những mẩu nhỏ. Các lá nha đam đã cắt này sẽ được đun  sôi trong nước cất 20 phút và được để nguội tự nhiên đến  nhiệt độ phòng. Sau đó, phần dung dịch được lọc và lưu  trữ trong tủ lạnh ở 4 o C để có được dung dịch chiết xuất.

(6) Ở giai đoạn thứ hai, 0,3 mol AgNO 3  được hòa tan trong  20 ml nước cất rồi hòa với 20 ml dung dịch chiết xuất nha  đam đã được điều chế ở trên, khuấy đều ở nhiệt độ phòng  trong 30 phút. Hỗn hợp dung dịch này sau đó được rót vào  bình thủy nhiệt Teflon với dung tích 100 ml. Hệ Teflon sẽ  được gia nhiệt và duy trì ở nhiều nhiệt độ khác nhau, từ  100-200 o C trong vòng 6 giờ, rồi làm nguội từ từ đến nhiệt  độ phòng. Cuối cùng, dung dịch sau phản ứng được lọc  để thu được kết tủa dạng bột xám, kết tủa này sẽ được rửa  bằng nước cất và sấy khô ở 60 o C trong vòng 6 giờ để thu  được sản phẩm nano bạc. Cường   độ tương   đối 2 θ ( o )

(7) Hầu hết tất cả peak tín hiệu có cường độ cao  đều thuộc về cấu trúc lập phương tâm diện của tinh thể  bạc, phù hợp với phổ tham chiếu JCPDS số 01-071-4613.  Tuy nhiên, chỉ có mẫu được điều chế ở nhiệt độ thủy nhiệt  200 o C mới có thành phần bạc tinh khiết. Ở các nhiệt độ  thấp hơn, phản ứng hóa học chuyển hóa bạc diễn ra với  tốc độ chậm hơn, vì vậy thời gian cần nhiều hơn 6 giờ để  xảy ra hoàn toàn, dẫn đến việc hình thành pha Ag 2 O với  hàm lượng thấp. Ở 100 o C, các hạt nano hình cầu chủ yếu  tồn tại với đường kính khoảng 70,7 nm. Kích thước này  lần lượt tăng lên 79,4 nm ở 150 o C và đạt gần 161,6 nm tại  o C. Như vậy, nhiệt độ thủy nhiệt không chỉ ảnh hưởng  trực tiếp đến thành phần pha mà còn ảnh hưởng đáng kể  đến hình thái của các hạt nano bạc.

(8) Mặc dù khả năng kháng khuẩn của nano bạc đã được  thừa nhận rộng rãi, hoạt tính sinh học của nano bạc sản  xuất từ chiết xuất nha đam vẫn cần được kiểm chứng cụ thể.  Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Chompoosor  đã tiến hành khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano  bạc thông qua thí nghiệm ức chế sự phát triển của hai  loại vi khuẩn S. epidermidis và P. aeruginosa, vốn là hai  chủng vi khuẩn điển hình cho các chứng nhiễm khuẩn  kháng kháng sinh. Kết quả thí nghiệm được thể hiện qua  đường kính vòng kháng khuẩn được tạo ra trên đĩa petri có  chứa thạch dưỡng chất đồng thời với nano bạc và vi khuẩn  sau khi được ủ ở 37 o C trong vòng 24 giờ.  

(9) Cả ba mẫu nano bạc đều cho thấy khả năng kháng  hai loại vi khuẩn hiệu quả. Trong đó, mẫu thủy nhiệt ở  100 o C có đường kính vòng kháng khuẩn đạt 3,65 cm, gần  gấp đôi so với đường kính của hai mẫu điều chế ở 150 và  200 o C. Như vậy, dù mẫu điều chế ở 100 o C không có thành  phần bạc tinh khiết nhưng nhờ nhiệt độ thấp, quá trình  thiêu kết diễn ra hạn chế đã giúp tạo ra các hạt nano bạc  kích thước nhỏ, sở hữu diện tích bề mặt riêng lớn, từ đó có  hoạt tính kháng khuẩn cao. Khi nhiệt độ thủy nhiệt tăng, kích thước hạt tăng khiến diện tích bề mặt riêng giảm, hoạt tính kháng khuẩn cũng giảm.  

(10) Như vậy, bằng con đường hóa học xanh sử dụng chiết  xuất nha đam (loại thực vật có giá thành thấp, phong phú  trong tự nhiên), nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Chompoosor  đã điều chế thành công nano bạc với khả năng kháng  khuẩn hiệu quả, ngay cả đối với những loại khuẩn kháng  kháng sinh. Kết quả này cho thấy tiềm năng rất lớn của  việc ứng dụng các sản phẩm thiên nhiên trong tổng hợp  vật liệu, một hướng nghiên cứu chắc chắn sẽ được phát  triển mạnh trong tương lai.

(Nguồn: “Tổng hợp nano bạc từ chiết xuất nha đam”, Lê Tiến Khoa, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2017)

Nội dung chính được văn bản đề cập là gì?

Nano bạc có tác dụng gì?

1. Do khai thác do trầm một cách tận diệt mà không có biện pháp bảo tồn nên trần hương tự nhiên ở Việt Nam ngày càng hiếm và đắt đỏ. Nghiên cứu về công nghệ tạo trầm hương bền vững do GS.TS. Nguyễn Thế Nhã (Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam) và cộng sự phát triển được kỳ vọng sẽ chấm dứt thực trạng này.

2. “Ăn của rừng rưng rưng nước mắt”, hình ảnh những người săn trầm phải “ngậm ngải tìm trầm” giữa chốn rừng thiêng nước độc, hóa hổ vì nhiều tháng loanh quanh trong rừng có lẽ chỉ tồn tại trong những câu chuyện cổ tích nhưng nỗi vất vả nhọc nhằn để có được những miếng trầm là có thật.

3. “Thực chất, trầm hương là phần gỗ chứa nhựa thơm sinh ra từ thân cây dó" - GS.TS. Nguyễn Thế Nhã cho biết. “Khi cây dó bị thương, cây sẽ hình thành nên những hợp chất để kháng lại sự xâm nhiễm của các vi sinh vật. Dần dần, hợp chất đó biến tính và trở thành trầm”. Cây dó trầm thường có những biểu hiện như: thân cành có 1 bướu, cây nhiều mắt, cây bị bệnh hoặc bị thương; lá cằn cỗi, màu xanh vàng; cây có vỏ kết cấu lõm, lồi và sần sùi, khô nứt, xuất hiện những chấm màu tím, đỏ nâu.

4. Những năm trở lại đây, nhờ nắm được quy luật hình thành trầm hương mà nhiều người đã tiến hành cấy trầm trên cây dó. Ở Việt Nam hiện có sáu loài thuộc chi Do trầm đó là Dó bầu, Dó bà nà, Dó gạch, Dó Vân Nam, Dó trung Quốc và Dó quả nhăn - trong đó Dó bầu là loại phổ biến nhất. “Có nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp đơn giản nhất là vật lý cơ giới – họ sử dụng khoan, dùi nung đỏ, hoặc thậm chí là bóc vỏ quét hóa chất lên. Những phương pháp này vừa cho ra trầm kém chất lượng, mà còn gây hại cho cây” - GS Nhã nhận định.

5. Thêm vào đó, việc khai thác không bền vững quần thể các cây dó trầm trong môi trường sống hoang dã đã dẫn đến sự suy giảm số lượng cá thể tự nhiên, nhiều loài thậm chí có nguy cơ bị tuyệt chủng ngoài tự nhiên. Là người luôn đau đáu với số phận của cây dó trầm, GS.TS. Nguyễn Thế Nhã luôn đặt ra cho mình câu hỏi: Làm thế nào để khai thác trầm hương mà không tận diệt cây?

6. GS.TS. Nguyễn Thế Nhã nhận ra rằng công nghệ sinh học có thể là hướng khai thác an toàn mà ông đang tìm kiếm. Bước đầu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành lấy mẫu các loại có trầm trên khắp Việt Nam, mang về nghiên cứu để phân lập các vi sinh vật - mà chủ yếu là nấm - giúp cây tiết dầu tạo trầm để tạo ra chế phẩm nấmdạng dung dịch. “Có khoảng gần 100 chủng nấm khác nhau, trong đó chúng tôi chọn ra được khoảng bảy chi có khả năng tạo trầm như chị nấm bào tử lưỡi liềm (Fusariumsp.), chi Nấm bào tử lông roi (Pestalotiopsis sp.), chi Nấm mốc (Mucor sp.)...” - TS. Nguyễn Thành Tuấn (Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam), người trực tiếp phân lập nấm, cho biết.     

7. Trong tự nhiên, khi sâu đục vào thân cây, chúng tạo ra vết thương khiến cây bị nhiễm nấm. “Để rút ngắn thời gian, chúng tôi mô phỏng vết đục của sâu bằng cách khoan vào một lỗ nhỏ có đường kính 5mm, sau đó truyền chế phẩm nấm vào lỗ để khởi động cơ chế kháng vi sinh vật của cây, từ đó bắt đầu quá trình tạo trầm” – GS Nhã phân tích.

8. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp này tại huyện Hương Khê (Hà Tĩnh) và Tiên Phước (Quảng Nam) – vốn được biết đến như xứ sở của các loại trầm. Dù kết quả trầm cho ra chất lượng cao, không gây tổn thương quá nhiều đến cây dó như cách đục lỗ truyền thống, cũng như rút ngắn thời gian tạo trầm, tuy nhiên GS Nhã nhận thấy rằng đây vẫn chưa phải là phương án tối ưu. “Tôi muốn giảm thiểu tối đa vết thương trên cây, cũng như có thể rút ngắn thời gian hình thành trầm nhiều hơn nữa” - ông cho biết.

9. Với kinh nghiệm nhiều năm nghiên cứu về trầm hương, Trung tâm nghiên cứu Jülich, Đức đã hỗ trợ các nhóm dự án sử dụng công nghệ nuôi cấy mô in vitro để tạo ra trầm hương. “Chúng tôi lấy mẫu chồi, cành, lá, hạt của cây dó trầm về xử lý để ra được vật liệu sạch, từ đó kích tạo ra mô sẹo. Điều này không hề ảnh hưởng đến cây trong tự nhiên” – TS. Nguyễn Thành Tuấn mô tả. Sau đó, các nhà khoa học đặt mô sẹo vào môi trường dung dịch, lắc lọ dung dịch để tạo ra thêm mô sẹo, sau đó truyền chế phẩm nấm đã tạo ra từ trước vào dung dịch nuôi cấy mô sẹo - giúp hình thành nên các hợp chất có trong trầm hương.

10. Quá trình này diễn ra nhanh hơn nhiều so với khi tạo trầm ngoài rừng. “Tối thiểu phải mất hai năm để thu được trầm chất lượng, trong khi công nghệ sinh học này chỉ mất vài tháng hoặc thậm chí là vài tuần để thu được thành phẩm” - GS Nhã cho biết. “Qua phân tích, loại trầm nhân tạo trong phòng thí nghiệm có đầy đủ những hợp chất cơ bản để tạo hương thơm như trầm ngoài tự nhiên”.

11. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến công nghệ tạo trầm ngoài tự nhiên và trong phòng thí nghiệm. “Cùng một loài dó bầu, nhưng ở mỗi vùng miền khác nhau thì vi sinh vật tạo thành và chất lượng trầm sẽ khác nhau. Ảnh hưởng của khí hậu tới quá trình hình thành trầm hương được đánh giá thông qua ảnh hưởng của các thông số đại diện là nhiệt độ, độ ẩm. Nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng hút chế phẩm sinh học, quá trình gỗ biến đổi màu để hình thành trầm hương”. Chính vì thế, nhóm nghiên cứu đang tiến hành lấy mẫu phân lập các loài nấm ở dó trầm tại khắp các tỉnh thành để tạo ra được các chế phẩm phù hợp với mỗi loài cây.

(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, Để không còn phải “ngậm ngải tìm trầm”, Cổng thông tin của Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 03/12/2020)

Ý nào sau đây thể hiện rõ nhất nội dung chính của bài đọc trên?

Văn bản đã nêu ra chất nào trong chiết xuất nha đam có vai trò như một  tác nhân khử?