kl le thi ngoc loan

Các dòng sơn này hạn chế tính bám bụi, dễ rửa, chịu được độ va đập… Một trong những tính chất đặc biệt đó là tính kháng khuẩn của vật liệu nano.. Theo cơ quan Hàng Không Vũ trụ Hoa Kỳ NA

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

ĐẠI HỌC TÔN ĐƯC THẮNG

TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP NANO BẠC TRÊN NỀN POLYVINYL ALCOHOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ

TIA HỒNG NGOẠI VÀ KHẢO SÁT

GVHD : PGS.TS HỒ SƠN LÂM

Tp.Hồ Chí Minh 2013

Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hồ Sơn Lâm trong suốt thời gian qua đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong quá trình học tập và

nghiên cứu để em thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn KS Huỳnh Thành Công và các anh, chị phòng Vật Liệu Hữu Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng đã chỉ dẫn truyền đạt những kinh nghiệm quý báu, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt luận văn

Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô và cán bộ trong khoa Khoa Học Ứng Dụng, trường ĐH Tôn Đức Thắng đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu

để hoàn thành khóa luận này

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên , giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận văn này

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Ngọc Loan

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1.Đặt vấn đề 1

1.2.Mục tiêu đề tài 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Khái quát về công nghệ nano 3

2.1.1 Lịch sữ hình thành của công nghệ nano 3

2.1.2 Cơ sở khoa học 3

2.2 Khái quát về keo nano bạc 4

2.2.1 Sơ lược về tính chất và đặc tính của bạc 4

2.2.2 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc 5

2.2.3.Ứng dụng của keo nano bạc 6

2.2.4 Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khỏe con người 9

2.2.5.Các phương pháp tổng hợp nano bạc 10

2.2.6 Tình hình nghiên cứu đề tài nano bạc trên thế giới và ở Việt Nam 11

2.3 Vài nét về các vi khuẩn sử dụng trong nghiên cứu 13

2.3.1.Giới thiệu về Staphylococus 13

2.3.2 Giới thiệu về Escherichia coli 13

2.4 Phương pháp xác định tính chất và kích thước hạt nano bạc 14

2.4.1 Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến – UV-Vis 15

2.4.2 Phương pháp đo hồng ngoại 15

2.4.3 Phương pháp đo nhiễu xạ tia X 16

2.4.4 Kính hiển vi điển tử truyền qua 17

2.5 Các phương pháp phân tích khả năng kháng khuẩn 18

2.5.1 Đo vòng kháng khuẩn 18

2.5.1.1 Kỹ thuật khoanh giấy kháng sinh khuếch tán 18

2.5.1.2.Kỹ thuật đục lỗ khuếch tán 18

2.5.2.Phương pháp đo OD 19

2.5.3 Phương pháp đếm khuẩn lạc 19

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 20

3.1 Dụng cụ và hóa chất sử dụng 20

3.1.1 Các dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 20

3.1.2 Hóa chất sử dụng 20

3.2 Đối tượng khảo sát 20

3.3.Xây dựng mô hình tối ưu hóa 21

3.4.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 23

3.5 Phân tích hóa lý sản phẩm nano bạc / PV-OH 24

3.6 Khảo sát hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc/PV-OH 25

3.7 Thực hiện chương trình tối ưu hóa JMP 4.0 26

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 27

4.1 Cơ chế tạo nano bạc 28

4 2 Phân tích hóa lý một số mẫu nano bạc/PV-OH 28

4.2.1 Phân tích XRD 28

4.2.2 Phân tích TEM 30

4.3 Kết quả khảo sát tính kháng khuẩn của nano bạc/PV-OH 31

4.4 Chế tạo nano bạc khảo sát ở điều kiện tối ưu 36

4.4.1 Phân tích X-ray (XRD) 36

4.4.2 Phân tích TEM 37

4.4.3 Khảo sát tính kháng khuẩn của mẫu M.TU 38

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

PHỤ LỤC 41

TN1 : Thí nghiệm số 1

TN5 : Thí nghiệm số 5

TN14 : Thí nghiệm số 14

DE: đường kính kháng khuẩn E.coli

DS: đường kính kháng khuẩn Staphylococus

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ

Nếu thế kỷ 20 được coi là cuộc cách mạng về công nghệ thông tin thì Thế kỷ

21 sẽ thuộc về công nghệ nano.Công nghệ nano tạo ra nhiều điều kỳ diệu đến nỗi người ta xem nó như một cuộc cách mạng trong Thế kỷ 21 Bằng công nghệ nano, người ta có thể "nhét" tất cả thông tin của 27 cuốn Từ điển Bách khoa toàn thư của Anh nằm gọn trong một thiết bị chỉ bằng sợi tóc Người ta cũng có thể chế tạo ra những con robot mà mắt thường không nhìn thấy được Và còn vô số điều kỳ lạ khác mà con người có thể khai thác nhờ vào công nghệ nano.[1]

Các vật liệu có cấu trúc hoặc kích thước nano có tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu[2] ,do đó chúng có thêm những tính chất khác thường so với cấu trúc hay kích thước bình thường của chúng Ví dụ như vật liệu nano trên cơ sở oxit titan đã được ứng dụng trong công nghiệp ô tô và sơn nước Các dòng sơn này hạn chế tính bám bụi, dễ rửa, chịu được độ va đập…

Một trong những tính chất đặc biệt đó là tính kháng khuẩn của vật liệu nano Nhiều sản phẩm tiêu dùng hàng ngày đã được cải tiến bằng cách kết hợp nano bạc với những vật dụng như tủ lạnh, điều hòa và máy giặt… Ngoài ra các loại đồ chơi trẻ em, quần áo, hộp đựng thực phẩm, chất tẩy quần áo cũng đã sử dụng nano bạc Một số ứng dụng tiềm năng khác của các hạt nano bạc cũng đang được xem xét áp dụng trong mô cấy sinh học, băng vết thương, v.v

Tuy nhiên, để cấu trúc nano phát huy hiệu quả của chúng, cần phải có những chất mang tương ứng, mà không ảnh hưởng đến sự hình thành cấu trúc nano cũng như bảo đảm tính ổn định, lâu dài của chúng Một trong những chất mang như vậy

là Polyvinyl Alcohol Đây là một chất mang mới, chưa có nhiều nghiên cứu [25 ]

Trên cơ sở đó, đề tài “ Tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc trên nền Polyvinyl Alcohol bằng phương pháp chiếu xạ tia hồng ngoại và khảo sát tính kháng khuẩn của chúng.”là nội dung chính của luận văn này

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

-Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật chính ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano bạc như :tỷ lệ Polyvinyl Alcohol để tạo độ nhớt thích hợp ,tỷ lệ chất xúc tiến H2O2, thời gian chiếu đèn hồng ngoại…

- Nghiên cứu, khảo sát tính chất của keo bạc nano chế tạo bằng phân tích XRD, và chụp ảnh TEM

 Nghiên cứu sự ảnh hưởng đến đường kính vòng kháng khuẩn của các yếu tố trên

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1.KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO

2.1.1.Lịch sữ hình thành của công nghệ nano. [3]

Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ những năm 70 của thế kỷ XX, chỉ việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị

và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét Chúng có độ chính xác rất cao 0,1 - 100nm, tức là chính xác đến từng lớp nguyên

tức kích thước 1 phần tỷ mét Cho tới nay, vẫn chưa có được một định nghĩa thống nhất về công nghệ nano Theo cơ quan Hàng Không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng (khoảng từ 1 đến 100nm) và khai thác ứng dụng các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này Công nghệ nano cũng có thể hiểu là ngành công nghệ dựa trên các hiểu biết về các quy luật, hiện tượng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng ở thang nano

2.1.2 Cơ sở khoa học. [3]

Công nghệ nano dựa trên ba cơ sở khoa học chính:

+ Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: khác với vật liệu khối, khi ở kích thước nano thì các tính chất lượng tử được thể hiện rất rõ ràng

Vì vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các thăng giáng ngẫu nhiên Càng ở kích thước nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể hiện một cách rõ ràng hơn Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử

+ Hiệu ứng bề mặt: Cùng một khối lượng nhưng khi ở kích thước nano chúng có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với khi chúng ở dạng khối Điều này,

có ý nghĩa rất quan trọng trong các ứng dụng của vật liệu nano có liên quan tới khả

năng tiếp xúc bề mặt của vật liệu, như trong các ứng dụng vật liệu nano làm chất diệt khuẩn Đây là một tính chất quan trọng làm nên sự khác biệt của vật liệu có kích thước nanomet so với vật liệu ở dạng khối

+ Kích thước tới hạn: Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ nguyên các tính chất về vật lý, hóa học Nếu kích thước vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi Nếu ta giảm kích thước của vật liệu đến kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của vùng ánh sáng thấy được (400 - 700 nm), theo Mie hiện tượng "cộng hưởng plasmon bề mặt" xảy ra và ánh sáng quan sát được sẽ thay đổi phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng xảy ra hiện tượng cộng hưởng Hay như tính dẫn điện của vật liệu khi tới kích thước tới hạn thì không tuân theo định luật Ohm nữa Mà lúc này điện trở của chúng sẽ tuân theo các quy tắc lượng

tử Mỗi vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bản thân trong một vật liệu cũng có nhiều kích thước tới hạn ứng với các tính chất khác nhau của

chúng Bởi vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất sẽ nghiên cứu là gì Chính nhờ những tính chất lý thú của vật liệu ở kích thước tới hạn nên công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự chú ý đặc biệt của các nhà nghiên cứu

2.2 KHÁI QUÁT VỀ KEO NANO BẠC

2.2.1 Sơ lƣợc về tính chất và đặc tính của bạc.[4]

Từ thời Alexander Đại Đế (năm 356-323 trước công nguyên), con người

đã biết sử dụng các dụng cụ bằng bạc để đựng thức ăn và đồ uống góp phần làm giảm nguy cơ gây độc Qua thời gian những đặc tính quý giá của bạc đã được con người khai thác và sử dụng tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích

 Tính chất vật lý:

+ Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại

+ Nhiệt độ nóng chảy là 961.930C

 Tính chất hóa học:

+ Bạc có ký hiệu là Ag, số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lượng phân tử là 107.868 (đơn vị C)

+ Cấu hình electron [Kr]4d105s1 , có số oxi hóa là +1 và +2, phổ biến nhất là trạng thái oxi hóa +1

+ Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là Ag-107(52%) và Ag-109(48%) Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan trong một số axit mạnh như axit nitric, sufuric đặc nóng v.v

+ Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường

+ Chi phí cho quá trình sản xuất thấp

+ Ổn định ở nhiệt độ cao

2.2.2 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc.[23]

Tính kháng khuẩn của nano bạc được giải thích theo một số cơ chế sau

 Với tính chất xúc tác, nano bạc vô hiệu hóa các enzym mà các vi khuẩn và nấm cần cho quá trình trao đổi chất của tế bào dẫn đến quá trình biến dưỡng của vi khuẩn Tác động này làm cho vi khuẩn bị tiêu diệt nhanh chóng

 Hạt nano liên kết với các nhóm chứa phospho trong phân tử DNA làm rối loạn quá trình sao chép DNA làm chết vi khuẩn

 Các hạt nano liên kết với nhóm –SH của protein và enzym trên màng

tế bào dẫn đến sự thay đổi hình thái và gia tăng tính thấm của màng

Sự vận chuyển vật chất qua màng làm vỡ màng tế bào của vi khuẩn

 Nano giúp tạo ra các oxygen từ trong nước hoặc không khí tương tác với các lipid màng làm tổn thương màng

H.2.1 hình SEM các giai đoạn ức chế của nano bạc lên tế bào vi khuẩn E.Coli và Staphylococus

2.2.3.Ứng dụng của keo nano bạc

Vì nano bạc ở trạng thái keo (colloid), không phải dạng ion như thường gặp, mà tồn tại ở dạng bạc nguyên tố nên không bị thất thoát trong khi chùi rửa Trong khi ứng dụng sản phẩm chỉ cần một phần bạc rất nhỏ để kháng khuẩn Khả năng kháng khuẩn có tác dụng suốt quá trình tồn tại của sản phẩm [13]

 Trong y học.[5]

Với tính chất kháng khuẩn nhanh và hiệu quả của các hạt nano bạc đã được ứng dụng khá rộng rãi trong y học Một số sản phẩm chứa nano bạc như băng đắp bỏng, đắp vết thương, găng tay, khẩu trang có khả năng diệt khuẩn cao tới 99 %

H.2.2 Khẩu trang nano bạc do viện môi trường sản xuất H.2.3.Sản phẩm găng bạc có nano bạc

 Trong công nghiệp và sản suất hàng tiêu dùng

- Hãng Mummybear (Hàn Quốc ) đã giới thiệu công nghệ nano silver được ứng dụng vào bình sữa và dụng cụ thức ăn cho em bé Những sản phẩm này đã được Bộ y tế, Viện dinh dưỡng, Cục an toàn vệ sinh thực phẩm, Vinacontrol cấp giấy chứng nhận tiêu chuẩn và chất lượng.[6]

- Ngoài ra, hãng Samsung đã đưa ra phương pháp sử dụng nano bạc vào các thiết bị dân dụng như : máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, máy hút bụi

H.2.4 Bình sữa nano silver H.2.5 Một số thiết bị gia dụng ứng dụng nano bạc

- Màng hô hấp: Đó là một tấm màng mỏng có thể cho khí và hơi nước qua nhưng không thể cho chất lỏng đi qua, có vô số những lỗ khí nhỏ tồn tại trong tấm film Các hạt nano bạc gần đây đã được kết hợp với film polyolefin với đặc tính kháng khuẩn rất tốt

H.2.6.Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film polyolefin

 Trong nông nghiệp

Đối với vật nuôi: Diệt hầu hết các loại nấm và vi khuẩn gây bệnh cho vật nuôi, giảm trực tiếp mùi hôi chuồng trại, có vai trò phòng bệnh rất tốt cho vật nuôi

Đối với thủy sản: Phòng và chữa một số loại bệnh cho tôm, cá, hạn chế ô nhiễm môi trường nước, ổn định môi trường nước, cá tôm ít bị chết…

Sản phẩm thuốc trừ bệnh cây MIFUM 0,6 DD được sản xuất với nồng độ hạt nano bạc 1000 ppm và Chitosan 5000 ppm MIFUM 0,6 DD được khảo nghiệm trừ bệnh đạo ôn, lem lép hạt trên lúa thuộc địa bàn tỉnh Lâm Đồng và đã chứng tỏ ưu việt của mình, cả 2 liều lượng, 0,5 lít MIFUM 0,6 DD và 1 lít MIFUM 0,6 DD/ha đều cho đạt hiệu quả cao trong việc phòng trừ bệnh đạo ôn cổ bông, lem lép hạt trên lúa, nhất là trong giai đoạn 3 – 7 ngày sau khi phun [7]

H.2.7.Thuốc trừ bệnh MIFUM có chứa nano bạc

 Trong công nghệ xử lý nước

Việc sử dụng các hạt bạc có kích thước nano trong công nghệ xử lý nước tương đối khá mới mẻ Do bề mặt riêng khá lớn, hạt bạc có kích thước nano có hoạt tính khá cao trong vấn đề xử lý nước nhiễm khuẩn và đã được khá nhiều nhà khoa học nghiên cứu Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano đã sử dụng vật liệu

polyurethane mút xốp tẩm nano bạc (PU/Ag) để xử lý nước uống nhiễm khuẩn E.coli[14] Nước qua hệ lọc PU/Ag không còn vi khuẩn và uống được theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO)[16]

H.2.8.Thiết bị xử lý nước uống nhiễm khuẩn với cột lọc Polyurethan xốp tẩm nano bạc

2.2.4 Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khỏe con người

Nhờ có kích thước rất nhỏ (0,1 nm – 100nm), diện tích bề mặt tổng cộng của bạc nano rất lớn và hiệu quả hoạt động của bạc nano tăng đáng kể so với hạt bạc

có kích thước lớn hơn (micro) Đây là ưu điểm của hạt nano bạc so với hạt bạc có kích thước lớn hơn và với ion Theo tính toán lý thuyết bạc nano có hoạt tính mạnh hơn ít nhất 40 lần trên mỗi đơn vị bạc so những dung dịch keo bạc thông thường Vì vậy, người ta có thể sử dụng ít bạc hơn để đạt được hiệu quả tương đương Điều này rất có ý nghĩa và theo EPA (Environmental Protection Agency), một người chỉ có thể dùng tối đa 350 μg/ liều dùng mỗi ngày, nếu nhiều hơn sẽ bị hiện tượng Argyria

hay còn gọi là trúng độc bạc Nếu dùng 1 – 2 muỗng càphê/ngày (20 ppm) tương đương 100 – 200 μg/ngày (thấp hơn so với khuyến cáo của EPA về hàm lượng bạc trong nguồn nước cung cấp ở Mỹ), ta sẽ có hiệu quả phòng bệnh rất tốt Điều này đảm bảo cho người dùng có thể sử dụng nano bạc như một chất bổ sung trong bữa

ăn hay trong nước uống mà không bị hiện tượng Argyria Về ảnh hưởng của nano bạc đến sức khoẻ con người, các nhà khoa học cho rằng nano bạc có khả năng diệt

vi khuẩn, mà tiêu hóa của con nguời có được là do các vi khuẩn có lợi cho cơ thể và

vì thế, họ vẫn nghi ngờ rằng các hạt nano bạc cũng có thể diệt các vi khuẩn này và ảnh hưởng đến sức khoẻ Tuy nhiên cho đến nay chưa thấy công trình nào công bố

sự tác hại của nano bạc Công nghệ Nano Silver được các chuyên gia đầu ngành tại viện nghiên cứu khoa học Vật lý và viện Dinh Dưỡng khẳng định là không ảnh hướng tới thực phẩm, sức khỏe và không phải là chất chất độc hại đối với da hay hệ

hô hấp của con người.Các nghiên cứu tại Odense Universitets Hospital cũng đã chứng minh rằng các hạt nano bạc được hấp thu vào trong cơ thể mà không hề gây

ra một tác dụng phụ nào cũng như gây độc cho cơ thể Các nhà khoa học còn chứng minh các hạt nano bạc sẽ được giải phóng ra khỏi cơ thể theo thời gian[22] Các hãng sản xuất những sản phẩm chứa nano bạc chẳng hạn như Samsung phát biểu rằng các sản phẩm của họ đều được thử nghiệm và cho đến nay họ vẫn khẳng định tính an toàn của nó đối với sức khoẻ của người sử dụng [11]

2.2.5.Các phương pháp tổng hợp nano bạc

Có 2 phương pháp để điều chế hạt nano kim loại bạc: phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống Phương pháp từ dưới lên “bottom-up” là phương pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau Phương pháp từ trên

xuống “top-down” là phương pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu Đối

với hạt nano bạc, người ta thường điều chế bằng phương pháp từ dưới lên Nguyên tắc là khử ion Ag+ thành Ag Các ion này sau đó liên kết với nhau tạo thành hạt nano và các hạt nano này sẽ được bọc bởi các chất ổn định như PVP, PVE,

chitosan.v.v Các phương pháp từ trên xuống ít được sử dụng vì nano bạc chế tạo bằng phương pháp này thường có kích thước hạt lớn và không đồng đều Hiện nay các vật liệu kim loại nano như vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dưới dạng bột hay dung dịch keo được chế tạo chủ yếu bằng các phương pháp sau:

– Phương pháp ăn mòn laze: Phương pháp này sử dụng chùm tia laze

với bướ sóng ngắn bắn lên vật liệu khối đặt trong dung dịch có chứa chất hoạt hóa

bề mặt Các hạt nano được tạo thành với kích thước khoảng 10 nm và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt.[12]

– Phương pháp khử hóa học:Phương pháp này sử dụng các tác nhân

hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Để các hạt phân tán tốt trong dung môi

mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho

bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc bằng chất hoạt hóa bề mặt Các hạt nano tạo thành bằng phương pháp này có kích thước từ 10 nm đến 100 nm.[22]

– Phương pháp khử vật lý: Phương pháp khử vật lí dùng các tác nhân

vật lí như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamm, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại Dưới tác dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại.[21]

học và vật lí Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bàm lên điện cực âm Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực

và đi vào dung dịch [23,24]

loại Người ta cấy vi khuẩn MKY3 vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn.[20]

2.2.6 Tình hình nghiên cứu đề tài nano bạc trên thế giới và ở Việt Nam

Nano bạc được biết đến như một vật liệu có khả năng kháng khuẩn rất tốt Những năm gần đây, đề tài nano bạc thu hút được rất nhiều sự quan tâm của giới khoa học

và số lượng bài viết trên thế giới về đề tài này cũng tăng lên khá nhanh Các công

trình này tập trung trình bày về cách chế tạo nano bạc và các tính chất của nano bạc, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn Nano bạc có thể được nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp như vật lí, hóa học, sinh học Những hạt nano bạc cóthể được chế tạo ở dạng bột hoặc dạng lỏng (hạt nano bạc phân tán trong chất bảo vệ như PEG, PVA, PVP để giữ cho những hạt nano bạc không tụ lại thành hạt lớn hơn Khả năng ứng dụng nano bạc trong thực tế là rất lớn Nano bạc có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như đồ gia dụng, sơn, plastic, bao bì, vải sợi, lọc nước …

Ở nước ta, đề tài nano bạc cũng đã bắt đầu được nghiên cứu trong một vài năm gần đây ở một số đơn vị như Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano – ĐHQG TPHCM, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, Trường Đại học Khoa Học Tự nhiên, Viện Khoa Học Vật Liệu Và Ứng Dụng Và đạt được một số kết quả nhất định, nhóm tác giả Nguyễn Đức Nghĩa, Hoàng Mai Hà công bố trên Tạp chí hóa học (2001) đã chế tạo được hạt nano bạc bằng phương pháp khử các ion bạc sử dụng tác nhân oleate trong polyme ổn định, thu được các hạt bạc có kích thước từ 4 – 7nm Bài báo “Tổng hợp nanocompozit Ag/PVA bằng phương pháp khử hóa học”,đăng trên Tạp chí hóa học , 2009 của nhóm tác giả Nguyễn Cửu Khoa, Cao Văn Dư, Trịnh Thị Thanh Huyền.[10]

Gần đây, một số nhà khoa học đã tiến hành sử dụng tia hồng ngoại để tạo các hạt nano kim loại trên nền polymer Tiếp tục hướng nghiên cứu này chúng tôi đã kết hợp chiếu tia hồng ngoại kết hợp với phản ứng khử hóa muối bạc trên nền polymer

và đã nhận được các mẫu polymer ghép nano bạc, mang được những tính năng của hai vật liệu nano và polymer,từ đó góp phần giải quyết được nhu cầu sử dụng kết hợp đặc tính của cả hai loại này Đây là một hướng mới có thể tạo ra nano polymer một cách nhanh, hiệu quả, rẻ tiền

2.3 VÀI NÉT VỀ CÁC VI KHUẨN SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

2.3.1.Giới thiệu về Staphylococcus aureus.[8]

 Hình dạng và kích thước

S aureus là những vi khuẩn hình cầu, đường kính 0,5 – 1,5 μm và đứng thành hình

chùm nho, bắt màu gram dương, không có lông, không nha bào, thường không có

vỏ nhày

H.2.9 Staphylococcus aureus

(Nguồn: Theo <www.extension.org/pages/28432/staphylococcus-aureus>)

 Khả năng gây bệnh

Đường xâm nhập là da (gốc chân lông, chỗ bị thương) và niêm mạc S aureus

không gây nên một chứng bệnh nhất định nhưng thường làm phát sinh nhiều hình

thức nhiễm khuẩn khác nhau S aureus thường gây nên những điểm nung mủ ở da,

ở niêm mạc nhưng có thể xâm nhập vào những cơ quan khác nhau Sự nhiễm trùng xảy ra ở những cơ thể đề kháng sút kém như già yếu, trẻ con bú, bệnh đái tháo đường Thường gây ra các bệnh như : Các nhiễm trùng da và nung mủ sâu,nhiễm trùng huyết,viêm ruột cấp tính,ngộ độc thức ăn,hội chứng da phồng rộp (Scalded skin syndrom),hội chứng shock nhiễm độc (Toxic shock syndrome)

2.3.2 Giới thiệu về Escherichia coli [8]

E coli là trực khuẩn Gram (-), hình que thẳng Kích thước dài, ngắn khác

nhau, trung bình từ 2 – 3 x 0,5 μm; trong những điều kiện không thích hợp (ví dụ

trong môi trường có kháng sinh) vi khuẩn có thể rất dài (6 – 8 μm) Trong cơ thể có

hình cầu trực khuẩn, đứng riêng lẻ đôi khi xếp thành chuỗi ngắn

Rất ít chủng E coli có vỏ, không sinh nha bào, hầu hết có lông và có khả năng

di động Vi khuẩn bắt màu gram âm, có thể bắt màu đều hay sẫm ở hai đầu, khoảng giữa nhạt hơn (Nguyễn Như Thanh và ctv, 1997)

nhất trong nhóm E coli gây bệnh tiêu chảy là E coli O157:H7 E coli có thể gây

nhiều bệnh khác như viêm phổi, viêm màng não, nhiễm khuẩn vết thương Theo báo cáo của chương trình quốc gia giám sát tính kháng thuốc của các vi khuẩn gây bệnh

thường gặp (1988 – 1994) thì E coli đứng hàng thứ hai (sau S aureus) về tỷ lệ phân

lập được từ các loại bệnh phẩm ở nước ta

2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VÀ KÍCH THƯỚC HẠT BẠC

Một vấn đề thiết yếu trong việc nghiên cứu này là xác định và nghiên cứu các phần tử nano bạc Bước đầu tiên là xác định các hạt nano bạc có được tạo thành

sau quá trình tổng hợp hay không Thêm vào đó, mô tả đặc điểm của chúng để khảo sát kích thước, hình dạng, số lượng cũng quan trọng

2.4.1 Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến – UV-Vis [11]

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV-Vis (Ultraviolet-Visible) là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu Phương pháp này dùng để xác định độ tinh khiết của một hợp chất, nhận biết cấu trúc các chất, phân tích hỗn hợp xác định khối lượng phân tử, dự đoán kích thước phân tử … khi tiến hành đo phổ của các mẫu thì mỗi mẫu sẽ cho ta một dạng phổ có chiều cao đỉnh phổ xác định và đặc trưng cho dạng hợp chất đó Do vậy khi đo phổ hấp thu của dung dịch bạc nano

ta sẽ thu được dạng phổ có đỉnh với chiều cao lớn nhất ứng với bước sóng khoảng

400 - 450 nm Từ kết quả đó ta sẽ xác định được sơ bộ rằng ta đã chế tạo ra dung dịch bạc nano và cũng dự đoán được kích thước hạt nano bạc theo các công trình công bố

H.2.11.Máy đo UV – Vis Cari – 100

2.4.2 Phương pháp đo hồng ngoại.[17]

Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chấp hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hơp chất hoá học dao động với nhều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại.Phương pháp này cung

cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp

H.2.12 Máy đo IR EQUINOX 55 (Bruker)

2.4.3.Phương pháp đo nhiễu xạ tia X [18]

Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) được sử dụng để phân tích các vật liệu có cấu trúc, nó cho phép xác định hằng số mạng và các đỉnh đặc trưng cho các cấu trúc đó Đối với kim loại, phương pháp XRD cho phép xác định chính xác sự tồn tại của kim loại trong mẫu dựa trên các đỉnh thu được so sánh với các đỉnh chuẩn của nguyên tố đó

H.2.13 Máy XRD D8 Advance

2.4.4 Kính hiển vi điển tử truyền qua [19]

Kính hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscopy (TEM) là một công cụ rất mạnh trong việc nghiên cứu cấu trúc ở cấp độ nano Nó cho phép quan sát chính xác cấu trúc nano với độ phân giải lên đến 0,2 nm Do đó, phương pháp này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu vật liệu nano

Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử truyền qua: trong phương pháp này, hình ảnh thu được chính là do sự tán xạ của chùm electron xuyên qua mẫu Công dụng chủ yếu của thiết bị này là để xác định một cách chính xác kích thước của hạt nano mà cụ thể ở đây là hạt nano bạc tạo thành Dựa vào ảnh chụp các phần tử nano bạc bằng kính hiển vi điện tử truyền qua chúng ta xác định được kích thước và hình dáng của hạt nano tạo thành, đồng thời xem xét xem kích thước đó đã đảm bảo là tốt hay chưa để hoạch định quá trình điều chế nano bạc

H.2.14 Hệ thống hiển vi điện tử truyền qua JEM – 1400

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN.[8]

2.5.1 Đo vòng kháng khuẩn

Nguyên lý chung là đo vòng kháng khuẩn của chất kháng sinh nói chung cũng như nano bạc nói riêng, nhằm đánh giá tính nhạy cảm với kháng sinh của vi khuẩn gây bệnh

 Các chỉ tiêu theo dõi

Đo đường kính của vòng vô khuẩn để xác định tính nhậy cảm của vi khuẩn với chất thử, nếu:

- Đường kính ≤ 11mm: kháng

- Đường kính 1215 mm: kháng trung bình

- Đường kính ≥ 16 mm: nhạy

 Ưu điểm

- Đơn giản, dễ thực hiện

- Không đòi hỏi thiết bị dụng cụ kỹ thuật cao

 Nhược điểm

- Phương pháp này chỉ giúp ta biết được mức độ kháng khuẩn cuối cùng của dung dịch chất kháng sinh

2.5.1.1 Kỹ thuật khoanh giấy kháng sinh khuếch tán

Dùng kẹp đã khử trùng gấp đĩa giấy hình tròn (có đường kính 5mm, đem hấp khử trùng) có tẩm chất kháng sinh lên trên mặt đĩa petri đã trải khuẩn Đĩa kháng sinh không đặt sát nhau quá, cách thành đĩa khoảng 1 cm Sau thời gian t, kiểm tra vòng kháng khuẩn

2.5.1.2.Kỹ thuật đục lỗ khuếch tán

Sử dụng ống đục, đục lỗ trên bề mặt thạch có chứa sẵn vi khuẩn, đồng thời nhỏ chất kháng sinh vào các lỗ đó Sau thời gian t, kiểm tra vòng kháng khuẩn

2.5.2.Phương pháp đo OD

OD (Optical Density) – là phương pháp dùng để đo nồng độ tế bào có trong dung dịch huyền phù Phương pháp này có ưu điểm lớn là có thể thực hiện trong thời gian ngắn và không gây phá hủy tế bào Nguyên lý của phương pháp này dựa trên hiện tượng tán xạ ánh sáng: Khi truyền qua dung dịch huyền phù, ánh sáng sẽ bị tán xạ Sự tán xạ phụ thuộc vào nồng độ tế bào trong dung dịch huyền phù Nồng độ tế bào càng cao thì sự tán xạ càng lớn.[8]

 Ưu diểm

- Ta có thể biết được ảnh hưởng của chất kháng sinh lên từng pha sinh trưởng của vi khuẩn, từ đó xác định xem ở giai đoạn nào quần thể vi khuẩn dễ bị ảnh hưởng bởi chất kháng sinh nhất

Tính toán số đơn vị hình thành khuẩn lạc theo các công thức thống kê dựa trên thể tích mẫu cấy, số lượng khuẩn lạc trên đĩa, độ pha loãng đã cấy và số lượng đĩa của mỗi độ pha loãng

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM

3.1.DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG

3.1.1 Các dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

Sử dụng các thiết bị có sẵn tại phòng thí nghiệm Vật Liệu Hữu Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, 1 Mạc Đỉnh Chi, tp HCM

- Bếp khuấy từ có gia nhiệt PC-351

- Hệ thống đèn hồng ngoại BOSO THERM_INFAROTFLAME công suất

250 W( tự lắp ) tại phòng thí nghiệm Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng

- Cân phân tích Excell BH-600

- Các hóa chất: PVA (công nghiệp), AgNO3, H2O2 30%, H2O cất 2 lần

- Môi trường cấy vi khuẩn: môi trường cao thịt – pepton cấy vi khuẩn E.Coli và Staphylococcus

3.2.ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT

Tổng hợp nano bạc trên PV-OH bằng phương pháp chiếu tia hồng ngoại đã được tiến hành trước đây tại Viện KHVLUD-Viện KH&CN VN Tuy nhiên, đó chỉ mới là các kết quả có tính thăm dò

Để khẳng định hiệu quả của qui trình công nghệ này, trong luận văn này đã

sử dụng chương trình JMP 4.0 để mô hình hóa và tìm điều kiện tối ưu cho màng vật liệu

Hai chủng vi khuẩn E.Coli VTCCB 883 và Staphylococcus aureus VTCCB

484 dùng để khảo sát tính kháng khuẩn của màng vật liệu được cung cấp bởi phòng Giống Gốc, Viện Pasteur,167 Pasteur P.8 - Quận 3 - tp HCM

3.3.XÂY DỰNG MÔ HÌNH TỐI ƢU HÓA

Để tối ưu hóa điều kiện tạo hạt bạc có kích thước nano có khả năng kháng khuẩn, các yếu tố sau đây được khảo sát:

- Hàm lượng AgNO3 trong mẫu là 5%

- Hàm lượng PV-OH trong mẫu thay đổi từ 0% đến 5%

- Hàm lượng chất khơi mào phản ứng H2O2 thay đổi từ 0% đến 10%

- Thêm H2O để vừa đủ 100% về mặt khối lượng của một mẫu

- Thời gian chiếu tia hồng ngoại thay đổi từ 0giờ đến 4giờ,

Các yếu tố trên đây là điều kiện cần thiết để hình thành màng có nano bạc có khả năng kháng khuẩn với đường kính vòng kháng khuẩn rõ nhất [21-22,24,25]

Tổng hợp các điều kiện trên trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Bảng mã hóa các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano

Bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng kiểu Box Behnken gồm 15 thí nghiệm với giá trị trung tâm là 3 gồm 3 nghiệm thức trung tâm như bảng 3.2

Bảng 3.2:Tối ưu các yếu tố tỷ lệ nồng độ, thời gian chiếu IR bằng phương pháp

H.3.1 Minh họa cách thiết kế thí nghiệm Box- Behnken trong trường hợp ba yếu tố

Trên hình H.3.1, các đơn vị thí nghiệm 13, 14, 15 tương ứng với nghiệm thức tâm Như vậy thí nghiệm gồm 13 nghiệm thức theo cách thiết kế này b= 2

Qua hình H.3.1, ta có một số nhận xét sau:

- Không có nghiệm thức nào được biểu diễn bằng đỉnh của khối vuông ( khác với phương pháp CCD)

- Ngoại trừ nghiệm thức tâm, 12 ngiệm thức còn lại đều được biểu diễn bằng các trung điểm của 12 cạnh khối vuông

- Có tính cầu: 12 nghiệm thức đều nằm trên một hình cầu có bán kính là √

- Vùng không gian gần các đỉnh của hình vuông được khảo sát không kỹ lưỡng bằng phương pháp CCD Điều này cần được lưu ý khi chọn giá trị cho các mức

- Do số nghiệm thức không nhiều nên phương trình hồi quy cho phương pháp này chỉ đạt đến cấp cao nhất là 2

3.4.TỔNG HỢP NANO BẠC THEO MÔ HÌNH XÂY DỰNG

3.4.1.Sơ đồ quy trình công nghệ

3.4.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Trước tiên, PV-OH được hòa tan trong nước vừa gia nhiệt vừa khuấy cho đến khi PV-OH tan hoàn toàn trong nước tạo thành dung dịch đồng nhất Dung dịch AgNO3/H2O2 được hòa tan Trong đó AgNO3 5% và hỗn hợp được bố trí sao cho PV-OH (0%-5%), H2O2(0%-10%) còn lại là H2O vừa đủ 100%