SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÀ NỘI-AMSTERDAM-CẦU GIẤY
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài: TỔNG HỢP CANXI CACBONAT NANO VỚI KÍCH THƯỚC
TUỲ Ý VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH SINH KHẢ DỤNG TRÊN CHUỘT
Lĩnh vực: Hoá sinh
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
- TS.Tạ Văn Thạo
- Đơn vị công tác: Khoa hoá học - Đại học
sư phạm Hà Nội
TÁC GIẢ:
1. Ngô Ngọc Mai
Lớp:11 Trường THPT chuyên Hà Nội-Amsterdam
2. Chu Minh Hiếu
Lớp:11 Trường THPT chuyên Hà Nội-Amsterdam
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Mục lục
1
1
2
2
Tóm tắt
Canxi là yếu tố quan trọng không thể thiếu của cơ thể. Hiện nay, nhiều
người bổ sung canxi qua sữa và một số người bị mắc sỏi thận do hàm lượng
canxi được bổ sung trong sữa cao hơn so với nhu cầu canxi của mỗi người.
Canxi bổ sung trong sữa được sử dụng ở kích thước nano vì tính sinh khả dụng
ở kích thước nano của canxi là ưu việt hơn hẳn. Nhận thấy sự cần thiết của việc
cung cấp cho mỗi người lượng canxi khác nhau, nhóm tìm hiểu các yếu tố ảnh

cơ thể, tránh mắc bệnh sỏi thận.
3
3
I. Giới thiệu chung
1. Lí do lựa chọn đề tài
Sức khoẻ của con người là vấn đề rất được quan tâm, trong đó bổ sung
canxi là nhu cầu thiết yếu của mỗi người. Canxi là yếu tố rất quan trọng trong cơ
thể con người, là thành phần chính trong xương và răng; giúp hấp thu vitamin
B
12
; điều hoà sự co bóp của cơ (đặc biệt là cơ tim); trong quá trình đáp ứng miễn
dịch; truyền dẫn thần kinh; tham gia vào quá trình đông máu của cơ thể.
Hiện nay, trên thế giới có một thực trạng( theo thống kê của Hiệp hội
Loãng xương Quốc tế (IOF)), cứ 3 người phụ nữ thì có 1 người bị loãng xương;
con số này ở nam giới là 1/5. Sở dĩ tỉ lệ người bị loãng xương lớn đến như vậy là
do khẩu phần ăn hàng ngày không đáp ứng đủ nhu cầu canxi của cơ thể. Theo
báo cáo của Viện Dinh dưỡng Quốc gia Việt Nam bữa ăn hàng ngày cung cấp
lượng canxi trung bình 482mg/ngày, trong khi đó, lượng canxi cần thiết cho mỗi
người là khoảng 1000mg/ngày.
Chính vì vậy, ngoài khẩu phần ăn hàng ngày, nhiều người còn bổ sung
Canxi bằng cách sử dụng thực phẩm chức năng, đặc biệt là sữa. Trên thị trường,
các loại sữa đều chứa một lượng Canxi nhất định, tuy nhiên, với các loại sữa
khác nhau thì hàm lượng canxi cũng rất khác nhau, dao động từ 120mg đến
1860mg trong 100ml sữa; trong khi đó hầu hết các hãng sữa không có khuyến
cáo lượng sử dụng trong một ngày. Đó là lí do một bộ phận người sử dụng quá
lượng canxi cần thiết trong một ngày - nguyên nhân chính gây nên sỏi thận. Vì
thế, nhóm tập trung nghiên cứu hiệu suất hấp thu canxi vào cơ thể trên
chuột theo thời gian, nồng độ và kích thước hạt canxi bổ sung trong sữa.
Hơn nữa, một số nghiên cứu đã chỉ ra kích thước hạt canxi được bổ sung
ảnh hưởng tới sự hấp thu canxi của cơ thể (ion Ca

b) Nghiên cứu hiệu suất hấp thu canxi vào cơ thể phụ thuộc vào thời gian,
nồng độ và kích thước hạt CaCO
3
nano bổ sung trong sữa
2. Mục tiêu cụ thể
a) Tiến hành tổng hợp CaCO
3
theo phương pháp đồng kết tủa và Sol-gel
đồng kết tủa. So sánh CaCO
3
được tổng hợp theo hai phương pháp để thấy được
ưu điểm của phương pháp Sol-gel đồng kết tủa
b) Khảo sát sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian (0, 30, 60, 120, 240,
480 phút), nồng độ CaCO
3
bổ sung trong sữa (0, 5, 10, 20, 40 mg/ml) và kích
thước hạt CaCO
3
(50, 100, 200, 500 nm)
III. Tính mới
1. Sử dụng phương pháp mới “Sol-gel đồng kết tủa” để tổng hợp canxi
cacbonat nano ở nhiều kích thước khác nhau
2. Nghiên cứu tính sinh khả dụng của CaCO
3
nano trên chuột thông qua
mức độ hấp thu phụ thuộc vào kích thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano bổ sung
trong sữa
5

có canxi, yếu tố vi lượng không thể thiếu, để duy trì các hoạt động sống, cơ thể
sẽ lấy canxi từ xương để bù vào lượng canxi bị thiếu hụt. Đây chính là nguyên
nhân gây loãng xương ở phần lớn những người sau 35 tuổi, đặc biệt là phụ nữ.
6
6
Theo Hiệp hội Loãng xương Quốc tế, tỉ lệ mắc loãng xương ở nữ là 1/3, còn ở
nam là 1/5.
3. Canxi và bệnh sỏi thận
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sữa bổ sung canxi nhưng nếu bổ
sung quá nhiều sẽ dẫn đến thừa canxi, sẽ gây sỏi thận. Theo Tổ chức Tiết niệu
Thế giới (2008) 60% những người mắc sỏi thận là do bổ sung quá nhiều canxi
vào cơ thể [2].
4. Canxi hữu cơ và canxi cacbonat
Canxi bổ sung trong sữa được phân làm hai loại: canxi hữu cơ (canxi
citrat) và canxi vô cơ (canxi cacbonat). Canxi citrat - Ca
3
(C
6
H
5
O
7
)
2
- được hấp
thu tốt hơn canxi cacbonat [3], tuy nhiên, canxi citrat lại làm tăng hấp thu nhôm
qua đường tiêu hoá lên hơn 8 lần so với khi không sử dụng canxi citrat [4], có
thể gây ngộ độc nhôm và trong thời gian dài, gây ra nguy cơ suy thoái não theo
kiểu bệnh Alzheimer. Đây là vấn đề ít được người sử dụng chú ý đến.
Trong khi đó, một số nghiên cứu đã chứng minh tính sinh khả dụng của

nhau nhưng mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm nhất định.
Phương pháp nghiền cơ học là phương pháp rất phổ biến trước đây. Tuy
nhiên, phương pháp này tạo ra CaCO3 thường có kích thước lớn hơn 1µm, lại
không đồng đều về kích thước và hình dạng.
7
7
Phương pháp sục CO
2
(ít được sử dụng hơn) sử dụng rất nhiều năng lượng
nhưng lượng sản phẩm lại rất ít (0,173g CaCO
3
/100ml Ca(OH)
2
).
Phương pháp nung canxi nitrat trong axit citric ở 600oC tạo ra lượng lớn
khí NO
2
rất độc hại (tổng hợp được 1000g CaCO
3
cũng sẽ tạo ra 224l khí NO
2
ở
đktc) [6].
Phương pháp đồng kết tủa tổng hợp CaCO
3
ở kích thước micromet.
Các phương pháp trên có những nhược điểm nhất định và đều không điều
khiển được kích thước hạt CaCO
3
Phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa” khắc phục được những nhược điểm

cất 2 lần (H
2
O); và các thiết bị: cân điện tử, máy khuấy từ, máy rung siêu âm,
dụng cụ micropippet, tủ sấy, máy li tâm.
2.2. Quy trình tổng hợp CaCO
3
theo phương pháp đồng kết tủa
Trộn 200ml dung dịch Na
2
CO
3
0,2M với
200ml dung dịch CaCl
2
0,2M, khuấy đều
bằng máy khuấy từ.
CaCl
2
+ Na
2
CO
3


CaCO
3
↓+ 2NaCl
Để dung dịch lắng sau 1 ngày.
Lọc 2 lần kết tủa thu được và sấy khô ở
120

H
8
O
7


Ca
3
(C
6
H
5
O
7
)
2
↓
(keo)
+ 6HCl
Thêm amoniac (NH
3
) để trung hoà độ pH của dung dịch đến khi dung dịch có
pH=7 (dùng giấy quỳ để nhận biết).
Dùng máy rung siêu âm đánh tan kết tủa keo Ca
3
(C
6
H
5
O

C trong 120 phút.
9
9
3. Kết quả và thảo luận
3.1. So sánh CaCO
3
tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa và Sol-
gel đồng kết tủa
Hình 1: Hình ảnh SEM của CaCO
3
tổng hợp theo: a) phương pháp
đồng kết tủa không có axit citric; b) phương pháp “Sol-gel đồng kết tủa” trong
dung dịch axit citric 2M.
Hình 1 là hình ảnh SEM của CaCO
3
tổng hợp theo phương pháp đồng kết
tủa của CaCl
2
với Na
2
CO
3
(Hình 1a), và phương pháp sol-gel đồng kết tủa sử
dụng CaCl
2
và Na
2
CO
3
trong dung dịch axit citric 2M, được trung hòa bằng NH3

3
nano đo từ hình ảnh TEM.
Hình 1.2 là ảnh TEM của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng
kết tủa (Hình 2a) và biểu đồ phân bố kích thước của các hạt nano này (Hình
2b). Từ ảnh TEM cho thấy kích cỡ và hình dạng các hạt nano tương đối đồng
đều, đường kính phân bố trong khoảng 45-55nm (~77%).
Ghi chú: Hình ảnh TEM của CaCO3 nano ở các kích thước 100nm và 200nm,
nhóm bổ sung ở phụ lục (trang 16).
11
11
3.2.2. Kết quả EDS và XRD
Hình 3: a) phổ EDS và b) phổ XRD của CaCO
3
nano tổng hợp theo phương
pháp sol-gel đồng kết tủa.
Hình 3 chỉ ra phổ EDS (Hình 3a) và phổ XRD (Hình 3b) của nano canxi
cacbonat tổng hợp được theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa. Kết quả EDS
cho thấy mẫu canxi nano tổng hợp được có thành phần gồm 3 nguyên tố Ca, C
và O, tỉ lệ % nguyên tử phù hợp với công thức CaCO
3
(~ 1:1:3) và không chứa
các nguyên tố khác. Kết quả chụp XRD cho thấy tinh thể canxi nano tồn tại ở
dạng đơn pha, có độ tinh khiết cao.
12
12
3.3. Tổng hợp CaCO
3
nano với kích thước tuỳ ý

khi nồng độ axit citric tăng dần (từ 0,25M đến 2,0M) tương ứng. Hơn nữa, khi
nồng độ axit citric giảm, thì độ đồng đều của kích thước và hình dạng của các
hạt CaCO
3
nano tạo ra cũng giảm. Hiện cơ chế của quá trình này vẫn chưa được
làm rõ, các kết quả thu được đều dựa trên số liệu thực nghiệm.
Như vậy, CaCO
3
nano với kích thước tùy ý có thể tổng hợp được dựa trên
sự thay đổi nồng độ của axit citric trong khoảng 0,25M đến 2,0M theo phương
pháp sol-gel đồng kết tủa. Đây cũng là phương pháp mới, lần đầu được đề xuất
để tổng hợp canxi cacbonat nano (dựa vào sự tìm hiểu của nhóm trên các tạp chí
quốc tế như Science, Nature, ACS, RCS, Wiley hay Elsevier…).
13
13
3.3.2. Biểu đồ mối tương quan giữa nồng độ axit citric và kích thước
hạt CaCO
3
nano
Biểu đồ 1: Mối liên hệ giữa kích cỡ hạt CaCO
3
nano và nồng độ axit citric
tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa.
Biểu đồ 1 biểu diễn mối liên hệ giữa kích cỡ hạt CaCO
3
nano và nồng độ
axit citric tổng hợp theo phương pháp sol-gel đồng kết tủa. Biểu đồ cho thấy khi
nồng độ tăng từ 0,25M đến 0,5M thì kích thước hạt CaCO
3
nano giảm mạnh,

Các thí nghiệm này nhằm đưa ra được mức độ hấp thu khác nhau của mỗi
cá thể chuột, phụ thuộc vào thời gian, nồng độ và kích thước tương ứng.
Từ đó có thể đưa ra sự lựa chọn phù hợp cho nhiều đối tượng sử dụng để
có thể hấp thu canxi một cách hiêu quả nhất.
2. Thực nghiệm
2.1. Hoá chất, thiết bị và đối tượng
Trong quá trình nghiên cứu tính sinh khả dụng của CaCO
3
nano, nhóm sử
dụng các vật liệu: CaCO
3
nano, nước cất 2 lần (H
2
O), sữa tươi; các thiết bị: dụng
cụ micropippet, máy rung siêu âm, máy li tâm; đối tượng nghiên cứu: chuột nhắt
có khối lượng trung bình 250g (cung cấp bởi Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương)
với điều kiện chăm sóc, dinh dưỡng như nhau.
2.2. Cách tiến hành
Mỗi cá thể chuột thí nghiệm được cho uống 200µl sữa đã bổ sung CaCO
3
nano bằng dụng cụ mic. Thu máu chuột sau các khoảng thời gian 30, 60, 120,
240, 480 phút Các mẫu máu ngay được lập tức li tâm để thu huyết tương, từ đó,
phân tích hàm lượng canxi có trong mẫu.
Kết quả phân tích sẽ được so sánh với nhau và so sánh với kết quả của các
nhóm đối chứng: nhóm đối chứng 1 (thu máu chuột bình thường không cho
uống sữa), nhóm đối chứng 2 (thu máu sau 2h uống sữa không bổ sung CaCO
3
).
2.3. Khảo sát sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian
Sử dụng sữa được bổ sung CaCO

1 4,34023 4,3411 4,2833 4,3989 4,340883
2 5,26665 5,26341 5,2078 5,3255 5,26584
4 3,902 3,9551 3,9099 3, 8489 3,903975
8 3,0038 2,9929 2,982 2,9879 2,99165
Biểu đồ 2: Sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian
Biểu đồ 2 cho thấy nồng độ canxi trong huyết tương lúc đầu tăng dần, đạt
giá trị cao nhất tại thời điểm 120 phút, sau đó lại giảm dần. Đến 480 phút,
nồng độ Canxi trong huyết tương gần như bằng với nồng độ ban đầu.
16
16
3.2. Sự hấp thu canxi của chuột phụ thuộc vào nồng độ CaCO
3
nano
bổ sung trong sữa
Nồng độ CaCO
3
nano bổ
sung trong sữa (mg/L)
Nồng độ canxi trong
huyết tương (ppb)
0 (nhóm đối chứng 2) 4,00472
5 4,50183
10 4,99823
20 5,26584
40 5,29036
Biểu đồ 3: Nồng độ canxi trong huyết tương chuột và nồng độ CaCO
3

nano bổ sung trong sữa tương ứng
Biểu đồ 3 cho thấy, nồng độ canxi trong máu tăng dần ở những mẫu

18
3.4. Sự hấp thu canxi của chuột phụ thuộc vào kích thước hạt CaCO
3
nano bổ sung trong sữa
Nhóm chuột uống sữa không thêm canxi là nhóm chuột đối chứng 2
Biều đồ 5: Sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian và kích thước hạt
CaCO
3
nano bổ sung trong sữa tương ứng
Biều đồ 5 cho thấy hàm lượng canxi trong máu ở những nhóm chuột được
bổ sung thêm canxi cao hơn rõ rệt nồng độ canxi trong máu ở nhóm chuột đối
chứng. Lượng canxi hấp thu và nồng độ canxi máu tăng dần theo chiều tăng của
kích thước hạt CaCO
3
nano.
4. Kết luận
Dựa trên nghiên cứu về sự hấp thu canxi của chuột theo thời gian và hiệu
suất hấp thu phụ thuộc vào kích thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano bổ sung
trong sữa, nhóm đã xây dựng được những biểu đồ về mối tương quan giữa kích
thước và nồng độ hạt CaCO
3
nano với sự hấp thu canxi của chuột. Các thí
nghiệm cho thấy 2 giờ là khoảng thời gian canxi được hấp thu tốt nhất;
20mg/ml là nồng độ CaCO
3
nano trong sữa giúp canxi được hấp thu với lượng
lớn nhất; CaCO
3

3
nano 13
Hình 4: Hình ảnh SEM của CaCO
3
nano với nồng độ axit citric thay đổi 14
Biểu đồ 1: Mối liên hệ giữa kích cỡ hạt CaCO
3
nano và nồng độ axit citric 15
Biểu đồ 2: Sự hấp thu canxi theo thời gian 17
Biểu đồ 3: Sự hấp thu canxi phụ thuộc vào nồng độ CaCO
3
nano trong sữa 18
Biểu đồ 4: Hiệu suất hấp thu canxi của chuột 19
Biểu đồ 5: Sự hấp thu canxi phụ thuộc vào kích thước hạt CaCO
3
nano 20
Hình ảnh TEM của CaCO
3
nano ở kích thước 100nm và 200nm
20
20
X. Tài liệu tham khảo
[1] (Influence of nano-size reduction on absorption and bioavailability of
calcium from fortified milk powder in rats [Arezoo Erfanian,

Hamed
Mirhosseini, Mohd Yazid Abd Manap, Babak Rasti, Mohd Hair Bejo] [Food
Research International] {2014})
[2] (Mechanism of calcium oxalate renal stone formation and renal tubular
cell injury [Masao Tsujihata] [International Journal of Urology] {2008})