Nghiên cứu chế tạo chế phẩm vi hạt silica gắn nano bạc sử dụng oligochitosan làm chất ổn định ứng dụng để sản xuất phân bón lá kích kháng bệnh

Tham gia đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm Đề cương hoàn chỉnh Vật liệu vi hạt silica có kích thước < 100 µm có độ tinh sạch cao, có t

Trang 1

SỞ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TP HỒ CHÍ MINH

TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẾ PHẨM VI HẠT SILICA GẮN NANO BẠC SỬ DỤNG OLIGOCHITOSAN LÀM CHẤT ỔN ĐỊNH ỨNG DỤNG LÀM NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN BÓN LÁ KÍCH

Trang 3

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Thuộc: Chương trình mục tiêu phát triển rau an toàn trên địa bàn Thành phố giai đoạn 2016 - 2020 (231/QĐ-UBND)

2 Chủ nhiệm nhiệm vụ:

Họ và tên: Nguyễn Xuân Tuấn

Ngày, tháng, năm sinh: 17/12/1990 Nam/ Nữ: Nam

Học hàm, học vị: Thạc sỹ

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên

Chức vụ: Nhân viên phòng CNSH Vật liệu và Nano

Trang 4

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: TS Nguyễn Đăng Quân

Số tài khoản: 3713.0.1007645 Kho bạc: Nhà nước TP HCM

Tên cơ quan chủ quản nhiệm vụ: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

Trang 5

Đối với đề tài:

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban hành

Ghi chú

2019 của Trung tâm Công nghệ Sinh học

vụ nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm

2019 của Trung tâm Công nghệ Sinh học

Trang 6

“Nghiên cứu chế tạo chế phẩm vi hạt silica gắn nano bạc sử dụng oligochitosan làm chất ổn định ứng dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón lá kích kháng bệnh”

4 Tổ chức phối hợp thực hiện nhiệm vụ:

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1

5 Cá nhân tham gia thực hiện nhiệm vụ:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)

Trang 7

Nội dung tham gia

chính

Sản phẩm chủ yếu đạt

được

Ghi chú*

Chủ nhiệm nhiệm

vụ

Xây dựng kế hoạch

và tổ chức thực hiện, phân tích kết quả thực nghiệm, báo cáo tổng kết các kết quả nghiên cứu

Báo cáo đề cương, tiến độ

và nghiệm thu hoàn chỉnh

Tham gia xây dựng

đề cương chi tiết

Tham gia nghiên cứu chế tạo vi hạt silica

từ trấu

Tham gia nghiên cứu cắt mạch chitosan dạng bột bằng phương pháp chiếu

xạ Nghiên cứu chế tạo

vi hạt silica gắn AgNPs được ổn định trong chitosan bằng phương pháp chiếu

xạ

Tham gia đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm

Đề cương hoàn chỉnh Vật liệu vi hạt silica có kích thước < 100 µm có

độ tinh sạch cao, có thể dùng để chế tạo nguyên liệu SiO2/AgNPs/OCTS

Xây dựng thành công quy trình chiếu xạ chitosan tạo chitosan Mw thấp từ các dạng ban đầu khác nhau

Vật liệu chitosan Mw thấp có kích thước phân

tử thấp (Mw <150 kDa) khác nhau bằng phương pháp chiếu xạ

SiO2/AgNPs/OCTS

Xác định được hoạt tính của enzyme chitinase ở các cây đậu nành mầm không sử dụng và có sử

Trang 8

chế tạo được

Tham gia xây dựng quy trình chế tạo phân bón lá silica gắn AgNPs sử dụng oligochitosan làm chất ổn định bằng phương pháp chiếu

xạ

Xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ sở cho chế phẩm

SiO2/AgNPs/OCTS

Tham gia hoàn thiện báo cáo nghiện thu của nhiệm vụ

SiO2/AgNPs/OCTS ở các nồng độ khác nhau trong quá trình nảy mầm

Xác định nồng độ chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS phù hợp có khả năng kích kháng, phòng bệnh trên đối tượng đậu nành

Quy trình chế tạo phân bón lá silica gắn AgNPs

có khả năng kích kháng bệnh trên cây đậu nành ở

từ trấu

xạ

Tham gia nghiên cứu chế tạo vi hạt silica gắn AgNPs được ổn

oligochitosan bằng phương pháp chiếu

xạ

Vật liệu vi hạt silica có kích thước < 100 µm có

độ tinh sạch cao, có thể dùng để chế tạo chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS

Xây dựng thành công quy trình chiếu xạ chitosan tạo chitosan Mw thấp từ các dạng ban đầu khác nhau

SiO2/AgNPs/OCTS

Chuyển công tác

Trang 9

xạ

Tham gia đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm phân

SiO2/AgNPs/OCTS chế tạo được

xạ

Tham gia xây dựng

bộ tiêu chuẩn cơ sở cho chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS

độ tinh sạch cao, có thể dùng để chế tạo phân bón

lá SiO2/AgNPs/OCTS

Xây dựng thành công quy trình chiếu xạ chitosan tạo chitosan mw thấp từ các dạng ban đầu khác nhau

Vật liệu chitosan MW thấp có kích thước phân

SiO2/AgNPs/OCTS

SiO2/AgNPs/OCTS ở các nồng độ khác nhau trong quá trình nảy mầm Xác định nồng độ chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS phù hợp có khả năng kích kháng, phòng bệnh trên đối tượng đậu nành

có khả năng kích kháng bệnh trên cây đậu nành ở lớn (100 lít)

Trang 10

Tham gia đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm phân bón lá SiO2/AgNPs/OCTS chế tạo được

Xác định nồng độ SiO2/AgNPs/OCTS phù hợp có khả năng kích kháng, phòng bệnh trên đối tượng đậu nành, cây rau cải

từ trấu

độ tinh sạch cao, có thể dùng để chế tạo chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS

Trang 11

định trong chitosan bằng phương pháp chiếu xạ

Tham gia đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS chế tạo được

xạ

trình chiếu xạ chitosan tạo chitosan Mw thấp từ các dạng ban đầu khác nhau

SiO2/AgNPs/OCTS

có khả năng kích kháng bệnh trên cây đậu nành ở)

xạ

- Xây dựng thành công quy trình chiếu xạ chitosan tạo chitosan Mw thấp từ các dạng ban đầu khác nhau

Trang 12

chế tạo vi hạt silica gắn AgNPs được ổn

xạ

Tham gia đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm SiO2/AgNPs/OCTS chế tạo được

Tham gia xây dựng quy trình chế tạo phân bón lá silica gắn AgNPs sử dụng oligochitosan làm chất ổn định bằng phương pháp chiếu xạ

khác nhau bằng phương pháp chiếu xạ

SiO2/AgNPs/OCTS

có khả năng kích kháng bệnh trên cây đậu nành ở

(Nội dung, thời gian, kinh

phí, địa điểm, tên tổ chức

người tham gia )

Ghi chú*

1

2

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

Trang 13

Số

TT (Nội dung, thời gian, kinh

phí, địa điểm )

(Nội dung, thời gian,

kinh phí, địa điểm )

Ghi chú*

1

2

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1 Xây dựng đề cương 4/2019 4/2019 N X Tuấn

L Q Luân

2 Nội dung 1: Nghiên cứu chế

tạo vi hạt silica từ trấu

8/2019

12/2019

Nội dung 3: Nghiên cứu chế

tạo vi hạt silica gắn AgNPs

được ổn định trong

oligochitosan bằng phương

pháp chiếu xạ

4/2019 - 2/2020

4/2019 - 6/2020

Trang 14

5

Nội dung 4: Đánh giá hiệu quả

kháng nấm trong điều kiện in

SiO2/AgNPs/OCTS chế tạo

được

10/2020

4/2021

5/2021

Nội dung 6: Xây dựng quy

trình chế tạo nguyên liệu phân

9/2020-5/2021

Nội dung 7: Xây dựng bộ tiêu

chuẩn cơ sở cho chế phẩm

SiO2/AgNPs/OCTS

11/2020

10/2020-6/2021

- Lý do thay đổi (nếu có): Gia hạn đề tài theo yêu cầu của Hội đồng đánh giá tiến

độ và kinh phí đề tài được cấp không đúng tiến độ

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Trang 15

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1

Nguyên liệu phân bón lá

công nghệ cao có nguồn gốc

tự nhiên SiO2/AgNPs/OCTS

Lít

%

µm

% ppm

- Hàm lượng vi hạt silica

- Kích thước vi hạt silica

- Hàm lượng oligochitosan

- Hàm lượng AgNPs

- Kích thước hạt AgNPs

Trang 16

Theo

kế hoạch

80

d) Kết quả đào tạo:

Theo kế hoạch

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp:

Theo

kế hoạch

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

Đạt kết quả tốt

Trang 18

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

1.1 Giới thiệu về silica 4

1.2 Phương pháp sol-gel 4

1.2.1 Giới thiệu 4

1.2.2 Lịch sử phát triển 5

1.2.3 Quá trình chính xảy ra trong sol-gel 5

1.2.4 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong quá trình gel hóa 5

1.3 Chitosan 7

1.3.1 Giới thiệu về chitosan 7

1.3.2 Các phương pháp chế tạo oligochitosan (OCTS) và ứng dụng công nghệ bức xạ trong chế tạo oligochitosan 8

1.4 Tổng quan về nano bạc 9

1.4.1 Giới thiệu về nano bạc 9

1.4.2 Tính chất kháng khuẩn của AgNPs 10

1.5 Cơ chế gắn AgNPs lên vi hạt silica sử dụng CTS làm chất ổn định 12

1.6 Độc tính của silica, AgNPs và CTS 13

1.7 Tồng quan về cây đậu nành 16

1.7.1 Cây đậu nành 16

1.7.2 Cấu tạo cây đậu nành 16

1.7.2.1 Cấu tạo rễ cây đậu nành 16

1.7.2.2 Thân, cành, lá 17

1.7.2.3 Hoa - quả - hạt 17

1.7.3 Các loại bệnh hại trên cây đậu nành 19

1.7.3.1 bệnh hại do nấm, vi khuẩn và virus 19

1.7.3.2 Dịch hại do côn trùng 24

Trang 19

1.8 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của nhiệm vụ 26

Chương 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Vật liệu 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

Nội dung 1: Nghiên cứu chế tạo vi hạt silica từ trấu 30

2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý trấu đến khả năng tinh sạch của tro trấu 31

2.2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý HCl lên quá trình tinh sạch tro trấu 31

2.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung đến quá trình hình thành tro trấu 31

2.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý của NaOH lên khả năng hình thành Na 2 SiO 3 từ tro trấu 32

2.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ butanol/nước và tỉ lệ CTAB đến quá trình hình thành vi hạt silica trong phản ứng sol-gel 32

2.2.1.5 Xác định các đặc trưng của mẫu tro trấu, vi hạt silica sau chế tạo 33

Nội dung 2: Nghiên cứu cắt mạch CTS bằng phương pháp chiếu xạ 34

2.2.2 Nghiên cứu cắt mạch CTS bằng phương pháp chiếu xạ 34

2.2.2.1 Nghiên cứu cắt mạch CTS dạng bột khô 34

2.2.2.2 Nghiên cứu cắt mạch CTS dạng thấm ướt 34

2.2.2.3 Nghiên cứu cắt mạch CTS dạng thấm ướt kết hợp với H 2 O 2 34

2.2.2.4 Xác định các đặc trưng của mẫu CTS sau chế tạo 34

Nội dung 3: Nghiên cứu chế tạo vi hạt silica gắn AgNPs được ổn định trong CTS bằng phương pháp chiếu xạ 35

2.2.3 Nghiên cứu chế tạo vi hạt silica gắn AgNPs được ổn định trong CTS bằng phương pháp chiếu xạ 35

2.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của liều xạ đến các đặc trưng cấu tạo của mẫu AgNPs/SiO 2 /CTS 36

2.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CTS ban đầu đến các đặc trưng cấu trúc của dịch huyền phù SiO 2 /AgNPs/CTS 37

2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của Mw CTS ban đầu đến đặc trưng cấu trúc của dịch huyền phù SiO 2 /AgNPs/OCTS 37

Trang 20

2.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ vi hạt SiO 2 đến các đặc trưng cấu trúc của

dịch huyền phù AgNPs/ SiO 2 /CTS 38

2.2.3.6 Xác định các đặc trưng của mẫu AgNPs/SiO 2 /OCTS sau chiếu xạ 38

Nội dung 4: Đánh giá hiệu quả kháng nấm của chế phẩm AgNPs/SiO 2 /OCTS chế tạo được in vitro 39

Nội dung 5: Đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm phân bón lá AgNPs/SiO 2 /OCTS chế tạo được 40

2.3 Các kỹ thuật sử dụng chính 44

Chương 3 - KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 45

Nội dung 1: Nghiên cứu chế tạo vi hạt silica từ trấu 45

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý trấu đến khả năng tinh sạch của tro trấu 45

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý HCl lên quá trình tinh sạch tro trấu 45

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung đến quá trình hình thành tro trấu 49 3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý của NaOH lên khả năng hình thành Na 2 SiO 3 từ tro trấu 52

3.1.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ butanol/nước và tỉ lệ CTAB đến quá trình hình thành vi hạt silica trong phản ứng sol-gel 54

3.1.4.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ butanol/nước đến quá trình hình thành vi hạt silica trong phản ứng sol-gel 54

3.1.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ CTAB đến kích thước và khối lượng hạt nano silica 55

Nội dung 2: Nghiên cứu chế tạo CTS Mw thấp bằng phương pháp chiếu xạ 59

3.2 Nghiên cứu chế tạo CTS Mw thấp bằng phương pháp chiếu xạ 59

3.2.1 Nghiên cứu chế tạo CTS Mw thấp bằng phương pháp chiếu xạ dạng bột khô 59 3.2.2 Chế tạo CTS Mw thấp bằng phương pháp chiếu xạ kết hợp H 2 O 2 62

Nội dung 3: Nghiên cứu chế tạo vi hạt silica gắn AgNPs được ổn định trong CTS bằng phương pháp chiếu xạ 65

3.3 Nghiên cứu chế tạo AgNPs/SiO 2 /OCTS bằng phương pháp chiếu xạ 65

3.3.1 Các đặc trưng cấu tạo của AgNPs/SiO 2 /OCTS 65

3.3.2 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước AgNPs và Mw OCTS trong mẫu AgNPs/SiO 2 /OCTS sau chiếu xạ 68

Trang 21

3.3.2.1 Ảnh hưởng của liều xạ đến kích thước AgNPs và Mw OCTS trong mẫu

AgNPs/SiO 2 /OCTS sau chiếu xạ 68

3.3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ CTS ban đầu đến kích thước AgNPs và Mw OCTS trong mẫu AgNPs/SiO 2 /OCTS sau chiếu xạ 69

3.3.2.3 Ảnh hưởng của Mw CTS ban đầu đến kích thước AgNPs và Mw OCTS trong mẫu AgNPs/SiO 2 /OCTS sau chiếu xạ 70

3.3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ vi hạt SiO 2 đến kích thước AgNPs và Mw OCTS trong mẫu AgNPs/SiO 2 /OCTS sau chiếu xạ 71

Các bước thực hiện quy trình: 75

Nội dung 4: Đánh giá hiệu quả kháng nấm in vitro của chế phẩm AgNPs/SiO2 /OCTS chế tạo được 76

Nội dung 5: Đánh giá hiệu quả kích kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển của chế phẩm phân bón lá AgNPs/SiO 2 /OCTS chế tạo được 79

3.5.1 Khảo sát khả năng kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển trên mầm đậu nành và đánh giá hoạt động của enzyme chitinase in vitro của chế phẩm 79

3.5.2 Khảo sát khả năng kháng bệnh, tăng cường sinh trưởng và phát triển ở đậu nành khi xử lý với các nồng độ khác nhau của chế phẩm AgNPs/SiO 2 /OCTS trên đồng ruộng 81

Chương 4 - KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 95

4.1 Kết luận 95

4.2 Đề nghị 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

Trang 22

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron

Microscope) TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron

Microscope) UV-vis Quang phổ tử ngoại - khả kiến (Ultraviolet–visible

spectroscopy) XRD Nhiễu xạ tia X (Diffractometry X Ray)

Trang 23

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3.1 Hiệu lực diệt nấm theo các kích thước AgNPs khác nhau 77

Bảng 3.2 Hiệu ứng tăng trưởng của chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS trên mầm

đậu nành 80

Bảng 3.3 Sinh trưởng của cây đậu nành được phun chế phẩm

AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ khác nhau 85

Bảng 3.4 Tỉ lệ bệnh và chỉ số rỉ sắt thân gây ra bởi nấm Phakopsora pachyrhizi

trên cây đậu nành phun chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ

khác nhau 87

Bảng 3.5 Tỉ lệ bệnh và chỉ số bệnh thối thân gây ra bởi nấm Phialophoria sp

trên cây đậu nành phun chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ

khác nhau 87

Bảng 3.6 Tỉ lệ cây bị hại và chỉ số hại của rệp sáp trên cây đậu nành phun chế

phẩm AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ khác nhau 89

Bảng 3.7 Tỉ lệ cây bị hại sâu ăn lá sâu đục quả trên cây đậu nành phun chế

phẩm AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ khác nhau 91

Bảng 3.8 Các chỉ tiêu phát triển và năng suất của cây đậu nành phun chế phẩm

AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ khác nhau 92

Trang 24

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc mạng của silica vô định hình và tinh thể 4 Hình 1.2 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong điều kiện xúc tác acid 6 Hình 1.3 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong điều kiện xúc tác base 6 Hình 1.4 Sự phát triển cấu trúc màng trong quá trình sol-gel 7 Hình 1.5 Cấu trúc phân tử của CTS 7 Hình 1.6 Cơ chế diệt vi khuẩn của AgNPs thông qua các tương tác với protein

Hình 2.3 Sơ đổ bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm

AgNPs/SiO2/OCTS đến khả năng sinh trưởng phát triển và kích kháng bệnh trên cây đậu nành tại Trung tâm CNSH Tp Hồ Chí Minh 42

Hình 3.1 Hiệu suất thu nhận tro trấu từ vỏ trấu ở các thời gian nung khác nhau

khi tiền xử lý với HCl ở các nồng độ khác nhau 45

Hình 3.2 Tro trấu sau khi tiền xử lý với HCl ở các nồng độ và thời gian xử lý

Trang 25

Hình 3.6 Tro trấu thu nhận ở các thời gian nung và nhiệt độ nung

Hình 3.10 Kích thước vi hạt silica ở các tỉ lệ butanol/nước khác nhau 54

Hình 3.11 Khối lượng vi hạt silica thu được ở các tỉ lệ butanol/nước

Hình 3.14 Kích thước vi hạt silica dùng trong chế tạo chế phẩm

AgNPs/SiO2/OCTS đo bằng phương pháp nhiễu xạ laser 57

Hình 3.15.Vi hạt silica dùng trong chế tạo chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS 58

Hình 3.16 Phổ tán xạ năng lượng tia X và thành phần cấu trúc của mẫu vi hạt

silica dùng trong chế tạo chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS 58

Hình 3.17 Mw của CTS sau khi chiếu xạ dạng bột khô ở các liều khác nhau 59

Hình 3.18 Mẫu CTS sau khi chiếu xạ dạng bột khô ở các liều khác nhau 60

Hình 3.19 Phổ UV-Vis của CTS sau khi chiếu xạ dạng bột khô ở các liều khác

nhau 60

Hình 3.20 Phổ FT-IR của CTS sau khi chiếu xạ dạng bột khô ở các liều xạ

khác nhau 61

Hình 3.21 Các mẫu CTS ở các điều kiện xử lý khác nhau sau khi chiếu xạ 62

Hình 3.22 Mw của CTS theo nồng độ H2O2 và liều chiếu xạ khác nhau 62

Trang 26

Hình 3.23 Phổ UV-Vis của mẫu CTS theo nồng độ H2O2 khác nhau 64

Hình 3.24 Phổ FT-IR của CTS khi chiếu xạ kết hợp xử lý H2O2 65

Hình 3.25 Phổ UV-Vis của mẫu AgNPs/SiO2/OCTS sau chiếu xạ 66

Hình 3.26 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu AgNPs/SiO2/OCTS sau chiếu

xạ 67

Hình 3.27 Hình chụp trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu

AgNPs/SiO2 67

Hình 3.28 Kích thước hạt AgNPs và Mw của CTS sau chiếu xạ của mẫu

AgNPs/SiO2/OCTS ở các liều xạ khác nhau 68

Hình 3.29 Kích thước hạt AgNPs và Mw CTS của mẫu AgNPs/SiO2/OCTS

sau chiếu xạ ở các nồng độ CTS ban đầu khác nhau 69

Hình 3.30 Kích thước hạt AgNPs và Mw CTS của mẫu AgNPs/SiO2/OCTS

sau chiếu xạ ở các Mw CTS ban đầu khác nhau 70

Hình 3.31 Kích thước hạt AgNPs và Mw của CTS của mẫu

AgNPs/SiO2/OCTS sau chiếu xạ ở các nồng độ vi hạt SiO2 ban đầu khác nhau 71

Hình 3.32 Ảnh SEM hạt AgNPs gắn trên vi hạt silic của chế phẩm

AgNPs/SiO2/OCTS 72

Hình 3.33 Phổ tán xạ năng lượng tia X và thành phần cấu tạo của mẫu

AgNPs/SiO2/OCTS sau ly tâm 73

Hình 3.34 Quy trình công nghệ chế tạo nguyên liệu phân bón lá kích kháng

bệnh AgNPs/SiO2/OCTS 74

Hình 3.35 Sinh trưởng của nấm F oxysporum, R solani và C gloeosporioides

trên môi trường có bổ sung chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS, vi hạt silica và

OCTS 78

Hình 3.36 Các mầm đậu nành sau 3 ngày xử lý chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS

ở các nồng độ khác nhau 79

Trang 27

Hình 3.37 Hoạt độ enzyme chitinase của mầm đậu nành khi xử lý với các nồng

độ khác nhau của chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS 81

Hình 3.38 Sinh trưởng của cây đậu nành sau 25 ngày trồng và xử lý chế phẩm

AgNPs/SiO2/OCT ở các nồng độ khác nhau 82

Hình 3.41 Tỷ lệ bệnh và chỉ số bệnh gây ra bởi nấm trên cây đậu nành phun

với các nồng độ khác nhau của chế phẩm AgNPs/SiO2/OCT 86

Hình 3.42 Một số loại bệnh hại gây ra trên cây đậu nành trong quá trình trồng

thực nghiệm tại Trung tâm CNSH Tp Hồ Chí Minh 88

Hình 3.43 Tỷ lệ cây bệnh và chỉ số bệnh gây ra bởi rệp sáp trên cây đậu nành

phun với các nồng độ khác nhau của chế phẩm AgNPs/SiO2/OCT 89

Hình 3.44 Tỷ lệ cây bệnh gây ra bởi sâu xanh trên cây đậu nành phun với các

nồng độ khác nhau của chế phẩm AgNPs/SiO2/OCT 90

Hình 3.45 Các chỉ tiêu năng suất của cây đậu nành phun với các nồng độ khác

nhau của chế phẩm AgNPs/SiO2/OCTS ở các nồng độ khác nhau 93

Hình 3.46 Cây đậu nành ở giai đoạn thu hoạch quả (68 ngày tuổi) 94

Trang 28

MỞ ĐẦU

Hiện nay, tình hình dịch hại do vi sinh vật gây ra trên cây trồng, đặc biệt

là cây rau ngày càng diễn biến phức tạp Các loại dịch bệnh trên cây rau ngày càng diễn biến phức tạp, điển hình như bệnh sương mai, héo xanh, lỡ cổ rễ, phấn trắng gây giảm năng suất, chất lượng cây trồng và thiệt hại lớn về kinh tế cho người nông dân Cùng với đó là thói quen sử dụng ồ ạt và không có kiểm soát về liều lượng và loại thuốc bảo vệ thực vật hóa học để giải quyết vấn đề dịch hại làm ảnh hưởng khá nghiêm trọng đến sức khỏe người tiêu dùng cũng như nông dân trực tiếp sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Chính vì vậy, việc tạo ra một sản phẩm an toàn, thân thiện với môi trường, người sử dụng cũng như có khả năng kích kháng giúp cây trồng đề kháng lại đa dạng các loại dịch hại do

vi sinh vật gây ra là hướng đi đúng đắn và cần thiết trong giai đoạn hiện nay Cùng với đó, chương trình mục tiêu phát triển rau an toàn trên địa bàn Thành phố giai đoạn 2016 - 2020 (231/QĐ - UBND) với mục tiêu chung là góp phần thực hiện hiệu quả Đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững Phát triển rau an toàn trên địa bàn Thành phố nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, xây dựng chuỗi thực phẩm

an toàn, tạo mối liên kết hợp tác chặt chẽ giữa các thành phần tham gia chuỗi,

từ đó nâng cao nhận thức, hành vi của người sản xuất, chế biến và tiêu dùng; chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, phòng chống thiên tai dịch bệnh nhằm nâng cao thu nhập và cải thiện đời sống nông dân Một trong những nội dung chủ yếu của chương trình là sản xuất và ứng dụng các chế phẩm sinh học phục

vụ sản xuất rau an toàn nhằm giảm chi phí đầu vào, nâng cao năng suất, giá trị sản phẩm và góp phần nâng cao chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm

Phương pháp tăng cường khả năng chống chịu, đề kháng thực vật thông qua cơ chế phytoalexin là một xu hướng phát triển nông nghiệp xanh đang được chú trọng nghiên cứu trong thời gian gần đây, với ưu điểm là sử dụng các chất

Trang 29

kích kháng thực vật (elicitor) với một lượng nhỏ, an toàn, thân thiện với môi trường và người sử dụng

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã có nhiều kinh nghiệm trong việc nghiên cứu chitosan (CTS) như là chất kích kháng thực vật, nâng cao sức chống chịu, kháng bệnh trên thực vật Năm 2005, nhóm nghiên cứu đã chứng minh CTS được cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ có khả năng tăng cường khả năng sống sót ngoài vườn ươm, đề kháng lại các vi sinh vật gây hại trên đối tượng:

cây cúc, cây salem, cây hoa cát tường và dâu tây in vitro bằng cơ chế kích kháng (thúc đẩy hoạt động của enzyme chitosanase) (Luan et al., 2005)

CTS là một polymer có nguồn gốc tự nhiên chiết xuất từ vỏ tôm cua - phụ phẩm của nghành chế biến thủy hải sản, CTS có khả năng thúc đẩy hoạt động của các enzyme phytoalexin khác như phenylalanine ammonia lyase, peroxidases và chitinase trong quá trình nảy mầm của hạt đậu nành và đại mạch

(Luan et al., 2006)

Nano silica chế tạo từ tro trấu được quan tâm rộng rãi như là một nguồn nguyên liệu phụ phẩm từ nông nghiệp, rẻ tiền, có trong cấu trúc vách tế bào thực vật, tăng cường khả năng chống xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh vào tế bào thực vật thông qua cơ chế tăng cường hoạt động của các enzyme chitinase,

peroxidase, polyphenoloxydase,… (Belanger et al., 1995) Các nghiên cứu về

khả năng tăng cường chống chịu, đề kháng thực vật của nano silica kháng lại các vi sinh vật gây bệnh và tăng cường khả năng sinh trưởng phát triển của thực

vật ngày càng được quan tâm rộng rãi (Dung et al., 2017; Suriyaprabha et al., 2014; Phu et al., 2018) Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiệu quả kích kháng

bệnh cũng như gia tăng năng suất cây trồng của chế phẩm phụ thuộc vào nồng

độ sử dụng, kích thước phân đoạn oligochitosan (OCTS) cũng như kích thước hạt silica Nano bạc được biết đến là một tác nhân có khả năng kháng khuẩn,

kháng nấm và virus cao (Shin, 2017) Ngoài ra, nano bạc còn tham gia vào một

Trang 30

số chu trình chuyển hóa của cây trồng, hấp phụ ethylen, hợp chất phenolic và

tăng cường sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng (Nhựt et al., 2014)

Bên cạnh đó, vẫn chưa nghiên cứu nào đề cập đến việc kết hợp cả ba loại trên vào trong một sản phầm nhằm nâng cao đến mức tối đa hiệu quả kích kháng

bệnh, gia tăng năng suất cây trồng Do đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo chế phẩm vi hạt silica gắn nano bạc sử dụng oligochitosan làm chất

ổn định ứng dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón lá kích kháng bệnh”

có ý nghĩa rất lớn trong quá trình chế tạo một chế phẩm sạch, 3 trong 1 bằng phương pháp chiếu xạ, ứng dụng kích kháng bệnh trên đối tượng cây đậu nành, phù hợp với các mục tiêu của chương trình rau an toàn của Thành phố

Ý nghĩa và tính mới về khoa học và thực tiễn

- Nhiệm vụ ứng dụng công nghệ cao để tạo ra một sản phẩm hoàn toàn mới, an toàn đối với người sử dụng và thân thiện với môi trường, hạn chế sử dụng thuốc BVTV hóa học tràn lan Từ đó giảm giá thành nông sản và tăng khả năng cạnh tranh của nông sản trên thị trường

- Tận dụng tối đa các phụ phẩm của nghành nông nghiệp và thủy sản giảm

ô nhiễm môi trường và gia tăng tối đa giá trị nông sản

- Việc ứng dụng công nghệ bức xạ ứng dụng trong sản xuất phân bón lá

là một phương pháp hiệu quả để giải quyết một số vấn đề như sau:

+ Ứng dụng công nghệ chiếu xạ có nhiều ưu điểm nổi bật như: phản ứng ở nhiệt độ bình thường, dễ dàng điều chỉnh quá trình, sản phẩm không cần tinh chế, tạo vật liệu mới, thuận lợi cho quá trình ứng dụng ở quy mô lớn, hiệu quả kinh tế cao

+ Sự kết hợp giữa chitosan, vi hạt silica và nano bạc vừa góp phần kích kháng bệnh trên thực vật thông qua hiệu ứng phytoxylen, vừa ngăn ngừa

và tiêu diệt các mầm bệnh gây hại cây trồng mà còn có khả năng kích thích sinh trưởng, phát triển và gia tăng năng suất cây trồng

Trang 31

Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về silica

Silica là thành phần chính trong vỏ trái đất, kết hợp các oxit khác như magie, nhôm, canxi, sắt tạo thành khoáng silicat trộn lẫn trong đất đá Cách đây hàng triệu năm, silica ở dạng thạch anh đã được tách ra từ đá silicat bằng phương pháp rửa với nước Một số nơi trên trái đất silica tồn tại ở dạng vô định hình như khoáng opan Các phân tử silica không tồn tại ở dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau thành phân tử rất lớn Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình Trong tự nhiên silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc

vi tinh thể (thạch anh, triđimit, cristobalit, cancedoan, đá mã não), đa số silica tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc dạng keo và có cấu trúc vô định hình (silica colloidal)

Cấu trúc silica

Silica cấu trúc vô định hình có hình thức trái với silica tinh thể được xác định thông qua sự sắp xếp ngẫu nhiên các đơn vị phân tử

Hình 1.1 Cấu trúc mạng của silica vô định hình và tinh thể

Silica vô định hình có kích thước nhỏ, hoạt tính cao, diện tích bề mặt lớn

Vì vậy, silica vô định hình có nhiều ứng dụng

1.2 Phương pháp sol-gel

1.2.1 Giới thiệu

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật tổng hợp hóa keo để tạo ra các vật

Trang 32

liệu có hình dạng mong muốn ở nhiệt độ thấp Nó được hình thành trên cơ sở phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ từ các chất gốc (alkoxide precursors)

(Brinker and Scherer, 2014)

1.2.2 Lịch sử phát triển

Giữa năm 1800, các nhà khoa học có sự quan tâm đến phương pháp gel để tạo gốm sứ và kính được bắt đầu với Ebelman và Graham khi nghiên cứu về gel Silic Năm 1950 - 1960 Roy các cộng tác viên đã sử dụng phương pháp sol-gel để tạo ra gốm sứ mới với thành phần là các đồng chất hóa học, bao gồm: Si, Al, Zn v.v Mà không sử dụng phương pháp gốm truyền thống Bột, sợi, độ dày màng và thấu kính quang học thì được tạo bởi phương pháp Sol-Gel

sol-1.2.3 Quá trình chính xảy ra trong sol-gel

Quá trình sol-gel là một phương pháp hóa học ướt, tổng hợp các phần tử huyền phù dạng keo rắn trong chất lỏng và sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ khung chất rắn, được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển tiếp sol-gel Trong quá trình sol-gel các phần tử trung tâm trải qua

2 phản ứng hóa học cơ bản: phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ (dưới xúc tác axit hoặc bazơ) để hình thành một mạng lưới trong toàn dung dịch Phản ứng thủy phân: Phản ứng thủy phân thay thế nhóm alkoxide (-OR) trong liên kết kim loại alkoxide bằng nhóm hydroxyl (-OH) để tạo thành liên kết kim loại-hydroxyl

Phản ứng ngưng tụ: Phản ứng ngưng tụ tạo nên liên kết kim kim loại, là cơ sở cấu trúc cho các màng oxide kim loại Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên kết kim loại-oxide-kim loại không ngừng tăng lên

loại-oxide-tạo ra một mạng lưới kim loại, oxide trong dung dịch (Le et al., 2015)

1.2.4 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong quá trình gel hóa

Sol chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian Đến một thời điểm nhất định, các hạt hút lẫn nhau để trở thành những phần tử lớn hơn Các phần tử này tiếp

Trang 33

tục phát triển đến kích thước cỡ 1 nm thì tùy theo xúc tác có mặt trong dung dịch mà phát triển theo những hướng khác nhau

Hình 1.2 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong điều kiện xúc tác acid

Dưới điều kiện xúc tác, hạt sẽ phát triển thành polymer mạch nhánh ngẫu nhiên hoặc mạch thẳng cơ bản, đan xen vào nhau

Dưới điều kiện xúc tác bazơ các hạt phát triển thành các cluster phân nhánh ở mức độ cao nhiều hơn, không xen vào nhau trước khi tạo thành gel, chúng thể hiện như những cluster riêng biệt

Hình 1.3 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong điều kiện xúc tác base Như vậy, với các loại xúc tác khác nhau, chiều hướng phát triển của hạt sol cũng có phần khác biệt Sự phát triển của các hạt trong dung dịch là sự ngưng tụ, làm tăng số liên kết Kim loại - Oxide - Kim loại tạo thành một mạng

lưới trong khắp dung dịch (Brinker and Scherer, 2014)

Trang 34

Hình 1.4 Sự phát triển cấu trúc màng trong quá trình sol-gel

1.3 Chitosan

1.3.1 Giới thiệu về chitosan

Chitosan (CTS) là một polymer tự nhiên được hình thành từ N-deacetyl hóa chitin, mang điện tích dương, không có độc tính, có khả năng phân hủy sinh học, và tương hợp sinh học CTS có cấu tạo từ các đơn vị glucosamine, hay các 2-amino-2-deoxy-D-glucose liên kết với nhau bởi nối β(1-4) glucoside

Hình 1.5 Cấu trúc phân tử của CTS Thuật ngữ CTS được dùng khi hàm lượng nitơ cao hơn 7% khối lượng phân tử hay khi độ deacetyl cao hơn 60% Sự khác biệt cơ bản của chitin và CTS là khả năng hòa tan của chúng trong dung dịch acid loãng, CTS hòa tan nhiều trong các dung dịch pH thấp còn chitin hầu như không tan CTS được điều chế bằng cách deacetyl hóa chitin thu được từ vỏ tôm và cua Việc tạo ra nhóm amin từ acetamindideoxy carbohydrate có thể thực hiện được trong các điều kiện acid và kiềm nhưng một số trở ngại về mặt lập thể có thể gây cản trở

Trang 35

phản ứng Nhiều nỗ lực đã được đưa ra nhưng nhóm N-acetyl không thể loại

bỏ bằng acid nếu không kèm theo sự thủy phân mạch polysaccharide (Tsaih and Chen, 2003)

1.3.2 Các phương pháp chế tạo oligochitosan (OCTS) và ứng dụng công nghệ bức xạ trong chế tạo oligochitosan

Oligochitosan (OCTS) là sản phẩm từ CTS được cắt mạch và có khối lượng phân tử thấp Cho đến nay, nhiều phương pháp chế tạo OCTS đã được

sử dụng sử dụng bao gồm:

- Phương pháp sử dụng tác nhân hóa học (Tømmeraas et al., 2001;

Cabrera and Van Cutsem, 2005)

- Phương pháp dùng tác nhân sinh học sử dụng các enzyme (Cabrera and Van Cutsem, 2005)

- Phương pháp siêu âm (Tsaih and Chen, 2003)

- Phương pháp vi sóng (Xing et al., 2005)

- Phương pháp chiếu xạ (tia γ-Co-60, electron beam) (Luan et al., 2005; Duy et al., 2011; Hien et al., 2012)

Phương pháp cắt mạch hóa học được cho là phương pháp đơn giản nhất Tuy nhiên, phương pháp này thường gặp bất lợi do quá trình cắt mạch thường kèm theo sự thay đổi cấu trúc của CTS, thường là bị deamination và thậm chí

là phá vỡ vòng glucopyranose

Ngoài ra, phương pháp cắt mạch hóa học còn có những hạn chế nữa là

hiệu suất thấp và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường là khá cao (Du et al., 2018)

Trong khi đó, phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay là thủy phân sinh học Nhiều nghiên cứu đã sử dụng enzyme để thủy phân CTS chế tạo OCTS ứng dụng cho cây trồng Phương pháp này cũng cho thấy một số nhược điểm như phải sử dụng enzyme đặc hiệu nên chi phí cao và khó tạo ra sản phẩm có khối lượng phân tử như mong muốn Nhiều nghiên cứu đã cho thấy phương pháp bức xạ là hiệu quả có nhiều ưu điểm nổi bậc so với những phương pháp

Trang 36

khác chủ yếu là không sử dụng chất xúc tác nên sản phẩm tạo thành là tinh khiết, dễ dàng điều chỉnh khối lượng phân tử OCTS, chi phí thấp, an toàn môi trường và dễ sản xuất ở qui mô công nghiệp

1.4 Tổng quan về nano bạc

1.4.1 Giới thiệu về nano bạc

Nano bạc (AgNPs) là những hạt bạc có kích thước từ 0,1 đến 100 nm AgNPs thường ở dưới dạng dung dịch keo với các chất ổn định là polymer giúp cho các hạt bạc không bị kết tụ Bạc có kích thước nano thể hiện một số đặc tính ưu việt so với bạc bình thường, đó là một kháng sinh tự nhiên có khả năng phòng ngừa sự truyền nhiễm và vô hiệu hoá các enzyme trọng yếu tham gia trao đổi oxy của vi khuẩn, virus và vi nấm, từ đó phá hủy màng tế bào của vi sinh vật Vi khuẩn không thể có bất kỳ khả năng miễn dịch nào đối với bạc Trong tự nhiên bạc không độc, không dị ứng, không tích tụ và vô hại với cả động vật hoang dã và môi trường

Công nghệ nano đã tạo ra được những hạt bạc có kích thước nano có đặc tính sinh học cao, độc tính thấp Ngoài ra, AgNPs còn có thể làm tăng hoạt động chuyển hoá của tế bào dẫn đến sự tăng tốc độ tăng trưởng của thực vật AgNPs là một ứng dụng hoàn thiện của khoa học và công nghệ nano đối với bạc để tăng tính năng diệt khuẩn, sát trùng và khử mùi, được ứng dụng trong sản xuất rau sạch Các hạt nano có kích thước siêu nhỏ làm cho các hạt

có diện tích bề mặt lớn cân đối với khối lượng của chúng Kích thước nano cho phép bạc tương tác dễ dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả kháng khuẩn Hiệu quả này lớn tới mức 1 g AgNPs có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng

trăm mét vuông chất nền (Paull et al., 2003)

AgNPs có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Đây là hiện tượng xảy

ra do tác động điện trường của sóng điện từ vào các điện tử tự do trên bề mặt của hạt nano Điện trường làm phân cực hạt, dồn điện tử về một phía tạo ra hai vùng Một vùng mang điện tích âm và vùng còn lại mang điện tích dương Vì

Trang 37

bản chất sóng điện trường dao động làm cho sự phân cực bề mặt dao động theo

Sự dao động này được gọi là “Plasmon” Đám mây điện tích trên bề mặt hạt cũng sẽ dao động lúc âm lúc dương theo nhịp điệu và cường độ điện trường Ở một kích thước và hình dạng thích hợp của hạt nano, độ dao động (tần số) của đám mây điện tích sẽ trùng hợp với độ dao động của một vùng ánh sáng nào

đó Sự cộng hưởng xảy ra và vùng ánh sáng này sẽ bị các hạt nano hấp thụ Đây

là hiện tượng tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa AgNPs với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt đã tạo nên tính chất quang học của AgNPs

1.4.2 Tính chất kháng khuẩn của AgNPs

AgNPs được xem như một tác nhân kháng vi sinh vật có tác dụng ức chế mạnh mẽ với phổ hoạt động khá rộng đối với vi khuẩn, nấm và virus (Shin, 2004) Tuy nhiên, hiện nay có nhiều ý kiến khác nhau về những tác động của AgNPs đối với hoạt động của vi sinh vật

Hình 1.6 Cơ chế diệt vi khuẩn của AgNPs thông qua các tương tác với

protein và nucleic acid (Nasrollahi et al., 2011)

Một số giả thuyết cho rằng, AgNPs có khả năng kháng khuẩn là do tính chất hóa học của các ion Ag+ Ion này gây ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào làm tê liệt vi khuẩn nhờ vào sự liên kết mạnh với peptidoglycan, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn Nếu các ion

Trang 38

bạc được loại ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn lại

có thể được phục hồi Mặt khác, do động vật không có thành tế bào, vì vậy sẽ

không bị tổn thương khi tiếp xúc (Shin, 2004; Zhu et al., 2000; Nasrollahi et

al., 2011).

Một số nghiên cứu khác cũng cho thấy AgNPs có khả năng tương tác trực tiếp với các protein trên thành tế bào của vi sinh vật từ đó làm thay đổi cấu trúc cũng như tính chất của thành tế bào Ngoài ra, các ion Ag+ còn có khả năng tương tác với các protein cũng như các nucleic acid tích điện âm bên trong tế bào chất bằng cách liên kết với các nhóm chức năng như thiol, phosphate, hydroxyl, imidazol và indole Các tương tác này dẫn tới việc thành tế bào vi khuẩn bị phá hủy, các protein quan trọng như ribosome cũng như các protein

vận chuyển bị thay đổi cấu trúc dẫn tới sự bất hoạt các protein này (Zhu et al., 2000; Nasrollahi et al., 2011).

Hình 1.7 Cơ chế diệt nấm của AgNPs thông qua tác động của các gốc

oxy hóa tự do (ROS) đến ty thể và DNA (Nasrollahi et al., 2011)

Bên cạnh đó, vi khuẩn cũng bị tiêu diệt bởi các gốc oxy hóa tự do (ROS) Các gốc này được sinh ra khi các ion Ag+ tương tác với các thành phần của tế

bào vi khuẩn (Nasrollahi et al., 2011).

Tương tự, AgNPs đã được Kim và cs (2009) chứng minh là có khả năng tấn công làm vỡ màng tế bào đối với vi nấm Chúng làm lỏng lẻo màng tế bào

Trang 39

và phá vỡ màng, tiêu diệt tế bào vi nấm

Hình 1.8 Các cơ chế tác động của AgNPs đến vi sinh vật (Nasrollahi et al.,

1.5 Cơ chế gắn AgNPs lên vi hạt silica sử dụng CTS làm chất ổn định

Cơ chế khử Ag+ thành Ag nano được mô tả tóm tắt như sau (Kharisov et

Trang 40

Phương pháp điều chế AgNPs bằng bức xạ γ Co-60 có nhiều thuận lợi do phản ứng thực hiện trong điều kiện thường, hiệu suất tạo AgNPs cao, không sử dụng chất khử hóa học và dễ dàng kiểm soát kích thước hạt nano thông qua điều chỉnh suất liều và nồng độ các chất phản ứng, có khả năng áp dụng sản xuất lớn và đáp ứng được yêu cầu sản xuất sạch

Ag+ được khử thành Ago chủ yếu do electron solvát (e-aq) và gốc tự do hydrogen (H) được hình thành từ phản ứng xạ ly các phân tử nước có mặt trong dung dịch Ngoài ra, gốc tự do hydroxyl (OH) hình thành trong phản ứng xạ

ly nước có thể phản ứng với các alcohol như etanol, metanol, isopropanol, v.v tạo thành các gốc tự do hydroxyalkyl cũng góp phần vào phản ứng khử Ag+ ở dạng cụm (Ag+ ion clusters) thàng cụm Ago (Ago clusters)

Trong khi đó, khi có mặt của hệ keo SiO2 (được tạo thành do các hạt mang diện tích âm) các hạt Ag+ đễ dàng được hấp thu lên trên bề mặt của hạt SiO2,

và khi chiếu xạ Ag+ trên bề mặt hạt SiO2 sẽ bị khử như phản ứng ở trên tạo thành các clusters kim loại bao quanh các hạt SiO2 (hình 1.9)

Hình 1.9 Sơ đồ phản ứng tạo AgNPs gắn trên vi hạt SiO2 (Hien et al., 2015)

Hơn nữa, do có mặt của CTS trong dung dịch khi đi chiếu xạ, vi hạt SiO2

đã được gắn bạc sẽ được gắn trên mạch của CTS đồng thời CTS sẽ bị cắt mạch tạo thành OCTS và cuối cùng tạo thành hệ ổn định đồng nhất AgNPs/SiO2/CTS

1.6 Độc tính của silica, AgNPs và CTS

Các nghiên cứu về độc tính của CTS có nguồn gốc tự nhiên (CTS chiết xuất từ vỏ tôm) cho thấy các sản phẩm này khá an toàn với người sử dụng ngay

Định dạng
Số trang	179
Dung lượng	8,11 MB