Ngày nay, công nghệ nano đặc biệt nano kim loại ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong nước cũng như trên thế giới trong đó nano bạc là một trong những nano kim loại được nghiên cứu nhiều. Các hạt nano bạc (AgNPs) có hoạt tính quang điện tốt, tính trơ về mặt hoá học cũng như khả năng tương thích sinh học cao và độc tính thấp nên được ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến để phát hiện nhanh các ion kim loại, thuốc trừ sâu và kháng sinh. Các hạt nano bạc được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp vật lý, hóa học và sinh học. Phương pháp vật lý có nhiều ưu điểm như các hạt nano thu được có kích thước nhỏ, độ tinh khiết cao, được tổng hợp nhanh, không dùng hoá chất nhưng nhược điểm là yêu cầu sử dụng dung môi, nguồn năng lượng lớn với các thiết bị phức tạp. Phương pháp hóa học được sử dụng nhiều nhất trong tổng hợp AgNPs do mang lại hiệu quả cao và thiết bị đơn giản nhưng phương pháp này chi phí lớn và không thân thiện với môi trường. Trong khi đó, tổng hợp AgNPs bằng phương pháp sinh học có nhiều ưu điểm như đơn giản, dễ thực hiện, không độc và giá thành rẻ. Nano bạc có khả năng phát hiện ion kim loại như Hg²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Fe³⁺ với độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp và dễ dàng quan sát bằng mắt thường. Hơn nữa, nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt.

Trầu rừng (Piper chaudocaum) thuộc chi Piper, là cây thân leo, cành nhẵn, màu xám khi khô và được dân gian sử dụng rộng rãi để chữa các bệnh như đau đầu, cảm cúm, xương khớp. Cho đến nay, chỉ có một công bố về thành phần hoá học của cây Trầu rừng trong đó piperine là hợp chất được phân lập từ loài này. Piperine, một alkaloid được phân lập nhiều nhất từ chi Piper, thể hiện hoạt tính kháng khuẩn, kháng viêm và gây độc tế bào đáng kể đồng thời có thể sử dụng như tác nhân khử hoá và bền hoá trong quá trình tổng hợp xanh nano bạc. Vì vậy, trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ thân cây Trầu rừng ứng dụng để phát hiện lượng vết ion Fe³⁺ dựa trên sự thay đổi màu sắc của dung dịch và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs.  

1. Thực nghiệm

1.1. Vật liệu

Các hoá chất được sử dụng gồm AgNO₃, Zn(NO₃)₂, Mn(NO₃)₂, Cu(NO₃)₂, Pb(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, Mg(NO₃)₂, Cd(NO₃)₂, Cr(NO₃)₃, H₃AsO₄, NaOH, HCl và EtOH của hãng Merck, có độ tinh khiết cao > 99%. Cây Trầu rừng (Piper chaudocaum) được thu hái vào tháng 3 năm 2022 tại huyện Mai Châu, tỉnh Sơn La.

1.2. Điều chế dịch chiết thân cây Trầu rừng

Dịch chiết từ thân cây Trầu rừng được chiết theo quy trình sau: Thân cây Trầu rừng sau khi cắt nhỏ được rửa sạch bằng nước cất hai lần, sau đó sấy khô ở 50⁰C đến khối lượng không đổi. Thân cây Trầu rừng khô được nghiền nhỏ để điều chế dịch chiết. 1 L nước khử ion vào 100g bột khô thân cây Trầu rừng và chiết siêu âm trong thời gian 2 giờ. Dịch chiết thu được bằng cách lọc hỗn hợp chiết trên giấy lọc Whatman số 1 và được bảo quản ở nhiệt độ 4⁰C để dùng cho chế tạo vật liệu nano bạc.

1.3. Tổng hợp nano bạc (AgNPs)

Hạt nano bạc được chế tạo theo quy trình của nhóm nghiên cứu Khiếu Thị Tâm có cải tiến: Nhỏ từ từ 20 mL dịch chiết từ thân cây Trầu rừng vào cốc đựng 200 mL dung dịch AgNO₃ nồng độ 1,25 mM, sau đó thêm từ từ dung dịch NaOH 1 M vào dung dịch trên cho đến khi pH của dung dịch là 12. Hỗn hợp phản ứng được khuấy liên tục trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ 60⁰C. Dung dịch nano bạc thu được có màu nâu vàng được ly tâm ở tốc độ 13000 vòng/phút trong thời gian 10 phút và được rửa nhiều lần bằng nước cất 2 lần đến pH bằng 7 để loại bỏ tạp chất và được dùng để xác định các đặc trưng của vật liệu.

1.4. Phương pháp đánh giá tính chất của vật liệu

Tính chất đặc trưng của AgNPs chế tạo được đánh giá bằng các phương pháp phân tích hoá lý hiện đại như phổ FTIR, Raman, XRD được thực hiện đo tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên, SEM được đo tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam và TEM được đo ở Viện vệ sinh dịch tễ. Liên kết của AgNPs được đánh giá dựa vào phổ hồng ngoại (thiết bị Perkin Elmer Spectrum Two) với dải đo từ 4000 cm-1 đến 500 cm-1 và phổ Raman (thiết bị Horiba XploRa, Pháp) với số sóng từ 200 đến 4000 cm-1. Cấu trúc tinh thể của AgNPs được đánh giá dựa vào giản đồ XRD (Brucker, Japan) hoạt động ở 30 kV với bức xạ Cu-Kα (bước sóng λ = 0,154056 nm) với góc quét 2q từ 20 đến 80o. Hình thái của AgNPs được tiến hành khảo sát qua phép đo kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên thiết bị Hitachi S-4800 và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) trên thiết bị JEOL 2100F.

1.5. Phát hiện màu ion Fe³⁺ bằng AgNPs

1.5.1. Đánh giá độ chọn lọc phát hiện ion Fe3+ của AgNPs Để đánh giá độ chọn lọc phát hiện ion Fe³⁺ của AgNPs, 0,5 mL dung dịch chứa ion As⁵⁺, Cd²⁺, Cr³⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ và Fe³⁺ có nồng độ 10^-4 M được thêm vào 3 mL dung dịch AgNPs đã được pha loãng. Sau đó, lắc đều, quan sát sự thay đổi màu và đo hấp thụ UV-Vis.

1.5.2. Đánh giá độ nhạy phát hiện ion Fe³⁺ của AgNPs

Độ nhạy phát hiện màu ion Fe³⁺ của AgNPs được đánh giá bằng sự thay đổi độ hấp thụ UV Vis: 0,5 mL dung dịch chứa ion Fe³⁺ với nồng độ từ 1,0 mM đến 200 mM được thêm vào dung dịch AgNPs được pha loãng bằng nước khử ion. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp nhận biết ion Fe³⁺ dựa trên sự biến đổi màu của dung dịch AgNPs.

1.5.3. Ứng dụng nhận biết ion Fe³⁺ trong mẫu nước sinh hoạt

Để đánh giá khả năng ứng dụng thực tế của AgNPs trong việc phát hiện ion Fe³⁺, chúng tôi tiến hành phát hiện ion Fe³⁺ trong mẫu nước được lấy ở Phòng thí nghiệm Khoa Hoá học, trường Đại học Khoa học Thái Nguyên. Mẫu nước được lọc qua giấy lọc trước khi dùng để xác định ion Fe³⁺. 0,5 mL mẫu nước được thêm vào 3 mL dung dịch AgNPs đã được pha loãng bằng nước khử ion.

1.6. Hoạt tính kháng khuẩn

Hoạt tính kháng khuẩn của mẫu AgNPs được thử nghiệm ba lần trên 2 chủng vi khuẩn là P. aeruginosa (ATCC 15442) và S. aureus (ATCC 25923) sử dụng phương pháp khuếch tán thạch. Khả năng kháng khuẩn của AgNPs được xác định dựa vào đường kính vòng kháng khuẩn xung quanh giếng thạch chứa mẫu thử nghiệm. AgNPs được pha trong DMSO thành các nồng độ 100, 50 và 25 µg/mL. 100 μL dịch vi khuẩn với mật độ 106 được trải đều trên đĩa thạch Luria Bertani. Tiến hành đục lỗ tạo giếng thạch có đường kính 6 mm và nhỏ 50 μL dịch chiết thân cây trầu rừng và AgNPs với các nồng độ khác nhau. Các đĩa thử nghiệm được ủ ở 37 ± 2 °C trong 24 giờ và sau đó đo đường kính vùng ức chế.

2. Kết luận

Tóm lại, nghiên cứu này đã thông báo rằng nano bạc được tổng hợp xanh sử dụng dịch chiết thân cây Trầu rừng có thể ứng dụng để phát hiện lượng vết ion Fe³⁺ và khả năng kháng khuẩn. Nano bạc được tổng hợp xanh sử dụng dịch chiết thân cây Trầu rừng có dạng hình cầu, kích thước khoảng 4-17 nm, được bao bọc bởi các thành phần hữu cơ có trong dịch chiết. Các hạt nano bạc có thể dùng để phát hiện màu ion Fe³⁺ có độ chọn lọc và độ nhạy cao với giá trị LOD và LOQ lần lượt bằng 0,372 mM và 1,244 mM, có thể ứng dụng AgNPs chế tạo được để xác định lượng vết ion Fe³⁺ trong nước sinh hoạt. Nồng độ Fe³⁺ trong mẫu nước sinh hoạt được xác định bằng AgNPs là 30,0 ± 1,245 mM. Nano bạc thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt với 2 chủng vi khuẩn thử nghiệm là P. aeruginosa và S. aureus.