Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương và ứng dụng kháng khuẩn

Một số chất hoạt động bề mặt hay dùng trong việc tổng hợp nano bạc là: AOT sodium sulfosuccinate, CTAB cetyltrimethylammonium bromide, SDS sodium dodecyl sulfate, … 7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP

VI NHŨ TƯƠNG VÀ ỨNG DỤNG

KHÁNG KHUẨN

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

4

3 2

www.trungtamtinhoc.edu.vn 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.2 Tổng quan về nano bạc

Hình 1.10: Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc

Hình 1.11: Sơ đồ ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn

Vi nhũ tương là hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu và pha nước phân tán

đồng nhất vào nhau và được ổn định bởi phân tử các chất diện hoạt trên bề

mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch lỏng

6

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.3 Giới thiệu về phương pháp vi nhũ tương

 Pha dầu: gồm những chất lỏng không phân cực như isopropyl myristat,

triglycerid mạch cacbon trung bình, acid oleic, cyclohexance, dodecance, isooctane và các chất hòa tan hay đồng tan vào chúng như menthol, terpen, tinh dầu

 Pha nước: gồm những chất lỏng phân cực như: nước, ethanol, propyle

glycol và các chất dễ hòa tan hay đồng tan vào chúng

 Chất hoạt động bề mặt: là các chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt

pha, qua đó giúp hình thành vi nhũ tương Một số chất hoạt động bề mặt hay dùng trong việc tổng hợp nano bạc là: AOT (sodium sulfosuccinate), CTAB (cetyltrimethylammonium bromide), SDS (sodium dodecyl sulfate), …

7

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.3 Giới thiệu về phương pháp vi nhũ tương

Có hai loại vi nhũ tương:

Vi nhũ tương thuận – nhũ tương dầu trong nước, ký hiệu là o/w Trong

đó pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước

Vi nhũ tương đảo – nhũ tương nước trong dầu, ký hiệu là w/o Pha phân

tán là nước, pha liên tục là dầu

Thuật ngữ dầu ở đây bao gồm các chất lỏng hữu cơ không tan hoặc tan rất

CHƯƠNG II QUY TRÌNH TỔNG HỢP NANO BẠC

BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG

9

2.1 Quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương

• Hệ vi nhũ tương được sử dụng trong quá trình chế tạo hạt nano bạc là hệ

vi nhũ nước trong dầu (w/o)

• Chất hoạt động bề mặt là AOT

• Tỷ lệ mol giữa H2O và AOT là =5, =7.5 và =10 Chất hoạt động bề mặt AOT được đưa vào trong hệ vi nhũ tương nhằm mục đích hạn chế sự phát triển kích thước của hạt nano bạc

CHƯƠNG II QUY TRÌNH TỔNG HỢP NANO BẠC

BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG

10

2.1 Quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương

• Chuẩn bị hai hệ gồm AOT/dung môi (k/s dung môi khác nhau: cyclohexane, isooctane và dodecane) có cùng thể tích Khuấy từ trong khoảng 30 phút cho AOT tan hoàn toàn trong dung môi Cân khối lượng AgNO3 và NaBH4theo đúng tỷ lệ đã tính toán, sau đó hòa tan vào nước cất để tạo dung dịch AgNO3 (0.1-0.2M) và dung dịch NaBH4 0.2M

• Sau đó nhỏ giọt từ từ dung dịch AgNO3 và NaBH4 vào mỗi hệ AOT/dung môi nói trên để tạo hai hệ vi nhũ tương, một chứa tiền chất (AgNO3), một chứa chất khử (NaBH4) Tỷ lệ mol giữa AgNO3 và NaBH4 được chọn là 1:1

Ta nhận thấy có sự thay đổi màu sắc rõ rệt ở hệ vi nhũ tương chứa AgNO3

Từ không màu, chuyển dần sang màu vàng nhạt Tiếp tục khuấy từ trong vòng 30 phút

CHƯƠNG II QUY TRÌNH TỔNG HỢP NANO BẠC

BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG

11

2.1 Quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương

• Sử dụng tác nhân khử để khử Ag+ thành Ago bằng cách cho hệ vi nhũ tương chứa AgNO3 vào hệ vi nhũ tương NaBH4 với tốc độ nhỏ là 1 giọt/giây Trong quá trình nhỏ giọt, vẫn tiếp tục khuấy từ trong vòng 2 giờ ở mức độ 5, tương đương 500 vòng/phút Đồng thời quan sát thấy dung dịch dần chuyển màu

từ vàng nhạt đến vàng đậm, có khi chuyển sang màu nâu đậm

• Cơ chế hình thành nano bạc được diễn tả trong phương trình (2.1)

AgNO 3 + NaBH 4  Ag + ½ H 2 + ½ B 2 H 6 + NaNO 3 (2.1)

• Sản phẩm sau khi được tạo thành sẽ được chiết ra các lọ bi nhỏ đậy kín, đánh dấu và bảo quản ở nhiệt độ phòng

Hình 2.2: Cường độ tia sáng trong phương pháp đo UV-VIS

Hình 2.3: Máy đo phổ hấp thu UV-Vis tại PTN Hình 2.4: Máy đo TEM, JEM – 1400

2.2 Các phương pháp phân tích mẫu

2.2.3 Phương pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung

dịch nano bạc

Quá trình khảo sát hoạt tính kháng khuẩn được tiến hành tại Công ty cổ

phần dịch vụ Khoa học công nghệ Sắc ký Hải Đăng

Chủng vi khuẩn dùng trong thử nghiệm là khuẩn Escherichia coli ATCC

25922

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc đếm khuẩn lạc để xác định số lượng

tế bào vi sinh vật còn sống hiện diện trong mẫu Tế bào sống là tế bào có

khả năng phân chia và tạo thành khuẩn lạc trên môi trường chọn lọc Trong phương pháp này cần phải pha loãng mẫu thành nhiều độ pha loãng bậc 10

liên tiếp sao cho có độ pha loãng với mật độ tế bào thích hợp để xuất hiện

các khuẩn lạc riêng rẽ trên bề mặt thạch với số lượng đủ lớn hạn chế sai số

khi đếm và tính toán Đếm số khuẩn lạc mọc trên môi trường thạch dinh

dưỡng từ các nồng độ pha loãng sau khi nuôi cấy ở 37oC trong 48 giờ

14

V là dung tích huyền phù tế bào cho vào mỗi dĩa (ml).

 Hiệu suất kháng khuẩn:

Trong đó: N1 là số khuẩn lạc trong dĩa đối chứng

N2 là số khuẩn lạc trong dĩa chứa nano bạc

(2.5)

CHƯƠNG III KẾT QUẢ 3.1 Tổng hợp dung dịch nano bạc

3.2 Kết quả phân tích UV – Vis

3.3 Kết quả phân tích TEM

3.4 Kết quả kiểm tra hàm lượng bạc trong mẫu thực tế 3.5 Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn

16

sau khi tạo thành

Hình 3.2: Dung dịch nano bạc bị kết tủa

nhanh sẽ dẫn đến hiện tượng kết tủa như hình 3.2

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.2 Kết quả phân tích UV-Vis

3.2.1 Khảo sát theo dung môi và tỷ lệ mol giữa nước và chất hoạt động

bề mặt

Dung môi cyclohexane

18

Hình 3.3: Kết quả UV-Vis mẫu nano

bạc với dung môi cyclohexane với

các tỷ lệ mol giữa nước và AOT lần

lượt là là = 5,

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.2 Kết quả phân tích UV-Vis

3.2.1 Khảo sát theo dung môi và tỷ lệ mol giữa nước và chất hoạt động

bề mặt

Dung môi isooctane

19

Hình 3.3: Kết quả UV-Vis mẫu nano

bạc với dung môi isooctane với các

tỷ lệ mol giữa nước và AOT lần lượt

là là = 5,

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.2 Kết quả phân tích UV-Vis

3.2.1 Khảo sát theo dung môi và tỷ lệ mol giữa nước và chất hoạt động

bề mặt

Dung môi dodecane

20

Hình 3.3: Kết quả UV-Vis mẫu nano

bạc với dung môi dodecane với các

tỷ lệ mol giữa nước và AOT lần lượt

là = 5,

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.2 Kết quả phân tích UV-Vis

Nhận xét

Ta đều thấy sự xuất hiện của các đỉnh phổ đặc trưng của bạc với bề rộng

phổ tương đối dài và đối xứng, chứng tỏ các hạt nano tạo thành có dạng hình cầu Ngoài ra, ở tất cả các mẫu còn xuất hiện một đỉnh phổ ở 379

nm Đỉnh này thể hiện rõ nhất ở hình 3.3 với dung môi cyclohexane, đỉnh này cho thấy ngoài cấu trúc hình cầu ra, các hạt nano bạc tạo thành còn có hình dạng lăng kính

Khi tăng tỷ lệ mol giữa nước và chất hoạt động bề mặt AOT thì bước

sóng hấp thu cũng dịch chuyển dần về phía bước sóng dài

21

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.2.2 Khảo sát theo sự thay đổi nồng độ AgNO3

22

Hình 3.6: Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc

theo sự thay đổi nồng độ AgNO 3 khi sử dụng

dung môi dodecane với tỷ lệ

từ 0.1 đến 0.2 M thì bước sóng hấp thụ cũng tăng từ 420 nm đến 439 nm

Điều này có thể giải thích, theo lý thuyết động học, do khi tăng nồng độ, dễ dàng có sự va chạm giữa các hạt bạc với nhau làm cho kích thước của các hạt keo nano bạc tăng dần lên.

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.3 Kết quả phân tích TEM

23

Tiến hành phân tích kết quả đo TEM của các mẫu dung dịch nano bạc với các dung môi khác nhau trong cùng điều kiện

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.3 Kết quả phân tích TEM

Nhận xét

Các hình 3.7, 3.8 và 3.9 thể hiện ảnh TEM của các dung dịch nano bạc ở

thang đo 100 nm và 20 nm Nhìn chung ở các hình đều cho thấy các hạt nano bạc phân bố rải rác chứng tỏ AOT đã làm tốt vai trò chất bảo vệ, ngăn không cho các hạt nano bạc kết lại với nhau tạo thành đám

Các hạt nano bạc sau khi tạo thành có dạng hình cầu và có kích thước

hạt trên dưới 5nm Tuy nhiên, các hạt nano bạc tạo được trong dung môi dodecane lại có hình dạng đồng đều hơn so với trong dung môi cyclohexane và isooctane

25

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.4 Kết quả kiểm tra hàm lượng bạc thực tế trong mẫu

Bảng 3.5: Hàm lượng bạc thực tế trong dung dịch mẫu

Bảng 3.5 thể hiện hàm lượng bạc thực tế trong các mẫu với

tỷ lệ gữa nước và AOT là =5

CHƯƠNG III KẾT QUẢ

3.5 Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn

27

Dung dịch

nano bạc

Dung môi

3.5 Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn

28

Tóm lại:

Từ các kết quả phân tích phổ UV-Vis, TEM và hiệu suất diệt khuẩn như

trên, có thể kết luận rằng chúng tôi đã tổng hợp thành công dung dịch

nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương với các lựa chọn sau đây:

Chất hoạt động bề mặt là AOT

Dung môi được sử dụng là dodecane

Tỷ lệ mol giữa nước và chất hoạt động bề mặt là =5

Tỷ lệ mol giữa AgNO3 và NaBH4 là 1:1

Nồng độ dung dịch AgNO3 và NaBH4 sử dụng là 0.1M và 0.2M

29

KẾT LUẬN

 Với những kết quả đã đạt được, chúng tôi cơ bản đã hoàn thành các mục tiêu

đề ra:

 Tổng hợp thành công hạt nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương.

 Các hạt nano bạc sau khi tạo thành có cấu trúc hình cầu khá đồng nhất, kích

thước nhỏ (chỉ trên dưới 5nm), phân bố đồng đều trong dung dịch, và có độ

ổn định tốt và có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng trong vài tháng

 Nhờ có kích thước nhỏ và phân tán đều trong dung dịch nên diện tích bề mặt

của các hạt nano bạc tăng lên rất nhiều và do đó có khả năng diệt khuẩn rất tốt Chỉ với nồng độ 3.37 ppm (với dung môi cyclohexane), dung dịch nano

bạc đã có thể diệt đến gần 100% lượng vi khuẩn Escherichia coli trong thí

nghiệm chỉ sau 3 phút tiếp xúc

30

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ môn Vật liệu từ và Y – Sinh khoa khoa học vật liệu, Tổng hợp nano

bạc bằng phương pháp vi nhũ tương và ứng dụng để kháng khuẩn, Đại Học

Khoa Học Tự Nhiên, năm 2012

[2] Nguyễn Phước Trung Hòa, Tổng hợp hạt nano bạc sử dụng phương pháp

vi nhũ tương, Đại Học Quốc Gia TP HCM, năm 2013.

[3] Nguyễn Ngọc Hùng, Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc và khả năng sát

khuẩn của nó, Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 2011.

[4] Nguyễn Thị Anh, Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc và ứng dụng, Đại

học Sư Phạm Hà Nội 2, năm 2012

[5] Trần Minh Hải, Nghiên cứu và chế tạo nano bạc ứng dụng trong sinh học,

Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 2011

31