Nghiên cứu tổng hợp hạt Nano bạc và ứng dụng

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ nano,con người tiến hành chế tạo kim loại bạc ở kích thước nano để nâng cao khảnăng diệt khuẩn và phạm vi ứng dụng của bạc.. Khái niệm và sự r

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC

*********

NGUYỄN THỊ ANH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC VÀ ỨNG DỤNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPChuyên ngành:Hoá Công Nghệ Môi Trường

Người hướng dẫn khoa học

TS.NGÔ TRỊNH TÙNG

Hà Nội - 2012

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, công nghệ nano là một ngành thuộc lĩnh vựckhoa học và công nghệ mới, phát triển nhanh chóng tạo nên bước đột phátrong các ngành điện tử, tin học, y sinh học, môi trường và được ứng dụngrộng rãi trong đời sống Với sự phát triển của khoa học và công nghệ nano,con người tiến hành chế tạo kim loại bạc ở kích thước nano để nâng cao khảnăng diệt khuẩn và phạm vi ứng dụng của bạc Ở kích thước nano bạc thểhiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt và vô cùng quý giá,đặc biệt là tính kháng khuẩn, chống nấm đặc biệt mà không độc hại với cơ thểcon người và môi trường Nhờ khả năng kháng khuẩn mà hiện nay trên thếgiới đã xuất hiện nhiều sản phẩm có sử dụng nano bạc làm chất diệt khuẩn,khử mùi Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa rất thuận lợi cho vi khuẩn sinhsôi và phát triển, nên việc tìm một biện pháp ngăn ngừa vi khuẩn có hại đểbảo vệ cộng đồng là rất cần thiết, đã và đang được xã hội quan tâm Đây cũng

là một hướng nghiên cứu mới ở Việt Nam hiện nay

Khoá luận này,chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano

bạc và ứng dụng” Các nội dung của đề tại như sau:

Chế tạo hạt nano bạc với nồng độ 0,1 tới 1%

Nghiên cứu, khảo sát tính chất, các yếu tố công nghệ đến cấu trúc củahạt nano bạc như tỷ lệ các thành phần, chủng loại chất khử bằng phân tíchnhiễu xạ Tia X, chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử truyền qua(TEM), kínhhiển vi điện tử quét(SEM), quang phổ hấp thụ UV-Vis, và phân tíchnhiệt(TGA)

Nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của nano bạc

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

1.1.1 Khái niệm và sự ra đời của công nghệ nano

Hình1.1.So sánh kích thước các nano tinh thể với các loại vi khuẩn, virus vàcác phân tử

Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ những năm

70 của thế kỷ XX,chỉ việc nghiên cứu, học tập , tổng hợp và sử dụng các loạivật liệu có kích thước nano mét

Tiền tố nano xuất hiện trong tài liệu khoa học lần đầu tiên vào năm

1908, khi Lohman sử dụng để chỉ các sinh vật rất nhỏ với đường kính200nm Năm 1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nanohàm ý liên kết các vật liệu cho kỹ thuật chính xác trong tương lai Tổ chức

Nanotechnology Initiative tại Mỹ định nghĩa công nghệ nano: “là bất cứ thứ

gì liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm”, liên quan đến

công nghệ chế tạo các cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử Độ chính xác ở

đây đòi hỏi rất cao, từ 0,1 đến 100 nm, tức là phải chính xác đến từng lớpnguyên tử, phân tử Mặt khác quá trình vi hình hoá các linh kiện cũng đòi hỏingười ta phải nghiên cứu các lớp mỏng có bề dày cỡ nm, các sợi mảnh có bềngang cỡ nm, các hạt có đường kính cỡ nm Phát hiện ra hàng loạt hiện tượng,tính chất rất mới mẻ, có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực rất khác nhau đểhình thành các chuyên ngành mới có gắn thêm chữ nano Hơn nữa, việcnghiên cứu các quá trình của sự sống xảy ra trong tế bào cho thấy sự sản xuất

ra các chất của sự sống như protein, đều được thực hiện bởi việc lắp ráp vôcùng tinh vi, các đơn vị phân tử với nhau mà thành, tức là cũng ở trong phạm

vi công nghệ nano

1.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Khoa học nano nghiên cứu các vấn đề cơ bản của vật lý học, hoá học,sinh học của các cấu trúc nano Dựa trên các kết quả của khoa học nano điđến nghiên cứu ứng dụng cấu trúc nano Công nghệ nano dựa trên những cơ

sở khoa học chủ yếu sau:

+ Hiệu ứng kích thước lượng tử : Các hệ bán dẫn thấp chiều là những hệ

có kích thước theo một, hai hoặc cả ba chiều có thể so sánh với bước sóngDeBroglie của các kích thước cơ bản trong tinh thể Trong các hệ này, cáckích thước cơ bản (như điện tử, lỗ trống, exciton) chịu sự ảnh hưởng của sựgiam giữ lượng tử khi chuyển động bị giới hạn dọc theo trục bị giam giữ.Hiệu ứng giam giữ lượng tử được quan sát thông qua sự dịch đỉnh về phíasóng xanh trong phổ hấp thụ với sự giảm kích thước hạt Khi kích thước hạtgiảm tới gần bán kính Bohr exciton, thì có sự thay đổi mạnh mẽ về cấu trúcđiện tử và các tính chất vật lý

+ Hiệu ứng kích thước : Các đại lượng vật lý thường được đặc trưngbằng một số đại lượng vật lý không đổi, ví dụ độ dẫn điện của kim loại, nhiệt

độ nóng chảy, từ độ bão hoà của vật liệu sắt từ Nhưng các đại lượng đặc

trưng này chỉ không đổi khi kích thước của vật đủ lớn và ở trên thang nano.Khi giảm kích thước của vật xuống đến thang nano, tức là vật trở thành cấutrúc nano thì các đại lượng đặc trưng nói trên không còn là bất biến nữa,ngược lại chúng sẽ thay đổi theo kích thước và gọi đó là hiệu ứng kích thước.

Sự giảm theo kích thước này được giải thích bằng vai trò của tán xạ điện tửtrên bề mặt càng tăng khi bề dày lớp nano càng giảm

+ Hiệu ứng bề mặt :Các cấu trúc nano có kích thước theo một chiều rấtnhỏ nên chúng có diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích rất lớn Hiệu ứng

bề mặt thường liên quan đến các quá trình thụ động hoá bề mặt, các trạng tháibức xạ bề mặt và sức căng của bề mặt vật liệu Một số tính chất đặc biệt củacác vật liệu cấu trúc nano có nguyên nhân là do các tương tác điện - từ giữachúng qua các lớp bề mặt của những hạt nano cạnh nhau Lực tương tác nàytrong nhiều trường hợp có thể lớn hơn lực tương tác Van der Waals

Bảng 1.1: Diện tích bề mặt của hạt cầu thay đổi theo

kích thước hạt Ở

đây có giả thiết khối lượng

riêng của hạt cầu

1.1.3 Ý nghĩa của khoa học nano và công nghệ nano

Khoa học và công nghệ nano : Có ý nghĩa rất quan trọng và cực kỳ hấpdẫn vì các lý do sau đây:

- Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởngbởi các biến đổi trong phạm vi thang nano Do đó, khi làm thay đổi cấu hình ở

thang nano của vật liệu ta có thể "điều khiển" được các tính chất của vật liệutheo ý muốn mà không cần phải thay đổi thành phần hoá học Ví dụ thay đổikích thước của hạt nano sẽ làm cho chúng đổi màu ánh sáng phát ra hoặc cóthể thay đổi các hạt nano từ tính để chúng trở thành hạt một đômen thì tínhchất từ của nó sẽ thay đổi hẳn.

- Vật liệu nano có diện tích mặt ngoài rất cao nên chúng rất lý tưởng đểdùng vào chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hoá học, hấp phụ, nhả thuốcchữa bệnh từ từ trong cơ thể, lưu trữ năng lượng và cả trong liệu pháp thẩm mỹ

- Vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn, nhưng lại bền hơn

so với cùng vật liệu đó mà không hàm chứa các cấu trúc nano Các hạt nanophân tán trên một nền thích hợp có thể tạo ra các vật liệu compozit siêu cứng

- Tốc độ tương tác và truyền tín hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơngiữa các cấu trúc micro rất nhiều và có thể sử dụng tính chất ưu việt này đểchế tạo các hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn

- Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nên nếucác bộ phận nhân tạo, dùng trong tế bào, có tổ chức cấu trúc nano bắt chước

tự nhiên thì chúng sẽ dễ tương hợp sinh học Điều này cực kỳ quan trọng choviệc bảo vệ sức khoẻ

1.1.4 Công nghệ nền cơ bản trong hoá học nano

Hình 1.2 Công nghệ chế tạo vật liệu cấu trúc nano

Vật liệu nano có thể là bột rời có kích thước hạt từ 0,1 nanomet đến

100 nanomet, có thể là vật liệu khối nhưng cấu tạo từ những hạt có kích thướcnanomet Trong công nghệ nano có phương thức từ trên xuống dưới (top-down) chia nhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có kíchthước nano và phương thức từ dưới lên trên (bottom-up) lắp ghép những hạt

cỡ phân tử hay nguyên tử lại để thu được kích thước nano Đặc biệt, gần đâyviệc thực hiện công nghệ nano theo phương thức bottom-up trở thành kỹ thuật

có thể tạo ra các hình thái vật liệu mà loài người hằng mong ước nên thu hútđược rất nhiều sự quan tâm.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 vàkhông 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

1.2 Tổng quan về nano-kim loại bạc

1.2.1 Giới thiệu về các hạt nano kim loại- Hệ keo.

1.2.1.1 Các hạt nano kim loại

Các hạt nano kim loại đã được biết đến từ rất lâu Người ta đã tìm thấycác hạt kim loại vàng và bạc trong thuỷ tinh từ trên 2000 năm trước dưới dạngcác hạt nano Chúng được sử dụng làm chất tạo màu, thường dùng trong cáccửa kính nhà thờ Năm 1831, Michael Faraday đã nghiên cứu và chứng minhrằng những màu sắc đặc biệt của các hạt kim loại là do kích thước rất nhỏ củachúng chứ không phải là do trạng thái cấu trúc của chúng mang lại

1.2.1.2 Hệ keo

Hệ keo là hệ phân tán mà pha phân tán bao gồm những hạt có kíchthước từ 10-9 10-7m Hệ keo chỉ là một trạng thái phân tán của một chất chứkhông phải là một chất Như vậy một chất bất kỳ cũng đều có thể tồn tại ởtrạng thái phân tán keo, nếu được tạo những điều kiện thích hợp Để phân loại

hệ keo, người ta thường dựa vào độ phân tán để phân loại một cách khái quát

Ngoài ra, theo trạng thái tập hợp của môi trường phân tán người ta phân thànhkeo lỏng, keo rắn, keo khí; Theo tương tác với môi trường, người ta phânthành keo kị lỏng, keo ưa lỏng

Trong nghiên cứu hoá keo người ta còn phân hệ thành son, gel Son lànhững hệ phân tán keo nhưng giữa các hạt keo không có tương tác liên hệchúng với nhau Gel là hệ mà giữa các hạt có tương tác ràng buộc chúng trongmột liên hệ nào đó

1.2.2 Phương pháp chế tạo nano kim loại bạc.

Người ta có thể sử dụng các quy trình khác nhau cũng như các điềukiện khác nhau: chất đầu, phương pháp, điều kiện lọc, rửa, sấy, nung…đểđiều chế bạc nano với kích cỡ khác nhau để phục vụ cho những mục đíchkhác nhau Nói chung, cũng giống như các vật liệu nano khác, bạc nano chủyếu được tổng hợp bằng hai phương pháp vật lý và phương pháp hóa học Ởđây,chúng tôi chỉ đề cập đến một số phương pháp điển hình đã được biết khárộng rãi trên thế giới

1.2.2.1 Phương trình tổng quát điều chế kim loại bạc.

Thông thường kim loại bạc được điều chế từ muối bạc (thường làAgNO3) bằng phản ứng khử Tác nhân khử là các anđehit có công thức chung

là RCHO Trong đó người ta hay sử dụng andehit focmic (HCHO) và đườngglucôzơ (C6H12O6)

* Trong trường hợp ta sử dụng tác nhân khử là andehit focmic:

HCHO + 4AgNO3 + 6NH3 + 2H2O 4Ag + (NH4 )2 CO3 + 4NH4NO3

Đây là phương trình viết gộp của 3 phản ứng:

* AgNO3 + 3NH3 + H2O Ag(NH3)2OH + NH4NO3

* HCOO-NH4+ + 2Ag(NH3)2OH 2Ag + (NH4 )2 CO3 + 3NH3 + H2O

+

* Trong trường hợp ta sử dụng tác nhân khử là đường glucozơ:

CH2OH-(CHOH)4-CHO + 2Ag(NH3)2OH

CH2OH-(CHOH)4-COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O

1.2.2.2 Sử dụng chất hoạt động bề mặt chế tạo nano kim loại bạc

Thông thường, nano bạc được chế tạo dưới dạng các hệ keo nano bằngphương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong đó, cấu tạo mixen của hạtkeo nano bạc bao gồm:

- Nhân trung hoà điện tích: Là tập hợp các nguyên tử bạc có cấu trúctinh thể Số nguyên tử tập hợp thành hạt keo càng nhiều thì kích thước hạt keocàng lớn

- Điện tích hạt keo nano bạc : Bề mặt hạt keo hấp phụ ion Ag+ của dungdịch và tạo ra lớp ion tạo thế Những ion đối (xNO3-, RCOO- ) cũng phân bố

ở 2 vùng: Trong lớp Hemhon và phần còn lại nằm trong lớp khuếch tán.Nhân, lớp tạo thế và lớp Hemhon tạo thành hạt keo nano Bạc Hạt keo và lớpkhuếch tán tạo thành mixen

NO3

-NO 3-

-NO 3 -

Trong quá trình khử ion Ag+ thành Ag, bề mặt hạt keo nano bạc hấpphụ ion Ag+ trong dung dịch và tạo ra lớp ion tạo thế dương trên bề mặt Chấthoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R là gốc hydrocacbon) bị hấp phụ lên bềmặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy, các hạt keo trở nên bền vững và không bị keo tụlại với nhau Sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt cũng giúp cho các hạtkeo vừa có tính ưa nước vừa có tính ưa dầu Do đó, các hạt keo nano bạc cóthể phân tán tốt và bền vững trong cả môi trường phân cực và môi trườngkhông phân cực

Hình 1.4: Sự hình thành của 2 lớp ion oleate trên bề mặt hạt nano bạc

1.2.2.3 Độ bền của hệ keo nano bạc.

Đứng về mặt động học mà xét thì hệ keo là không bền Thông thường

hệ keo không nằm ở vị trí cân bằng nhiệt động, khi không có một tác độngbên ngoài nào khác, hệ keo luôn có khuynh hướng chuyển về trạng thái bềnvững bằng sự giảm bề mặt hệ, thể hiện bằng sự keo tụ hệ keo Tuy nhiên, sựkeo tụ không phải xảy ra ngay tức khắc mà diễn ra trong một khoảng thờigian xác định Đối với những hệ keo bản chất khác nhau, thời gian keo tụcũng khác nhau Nói một cách khác, tốc độ keo tụ của các hệ keo rất khácnhau Như vậy, đứng về mặt động học mà xét hệ keo vẫn tồn tại trong mộtkhoảng thời gian nào đó, lúc đó hệ keo bền …

+ Những phương pháp làm cho hệ keo bền vững

Muốn làm cho hệ keo bền vững phải làm tăng lực đẩy điện, làm giảmxác suất va chạm hiệu quả của các hạt keo, cụ thể là:

- Tạo cho bề mặt các hạt keo hấp phụ điện tích

- Giữ cho hệ keo có nồng độ nhỏ

- Tạo cho bề mặt hạt keo hấp phụ chất bảo vệ, làm cho bề mặt hạt thấmướt tốt Chất bảo vệ thường sử dụng để tạo độ bền cho các hệ keo là các chấthoạt tính bề mặt và một số dung dịch cao phân tử

1.2.2.4 Những yếu tố làm keo tụ hệ keo nano bạc

Keo tụ hệ keo là mặt đối lập với việc tạo ra độ bền cho hệ keo, vì vậymuốn keo tụ hệ keo phải khử bỏ những yếu tố làm cho hệ keo bền Có nhữngphương pháp keo tụ để chế tạo bột nano bạc như sau:

Keo tụ bằng tác dụng của chất điện ly: Đây là phương pháp quan trọngnhất và đã được sử dụng trong khoá luận Sự keo tụ có thể diễn ra trong haitrường hợp giới hạn như sau:

+ Sự keo tụ trung hoà: Chất điện ly thêm vào hệ làm giảm điện tích củaion tạo thế, thể hiện ở sự giảm điện thế bề mặt, do đó làm cho hệ keo tụ.Trong chất điện ly keo tụ, ion có tác dụng keo tụ trực tiếp là ion cùng dấu vớiion nằm trong lớp khuếch tán, đồng thời ngược dấu với ion tạo thế của hạtkeo Như vậy cation keo tụ keo âm, còn anion keo tụ keo dương

+ Sự keo tụ nồng độ: Khi thêm chất điện ly trơ vào hệ, chiều dày lớpkhuếch tán giảm xuống, kéo theo sự giảm lực đẩy điện, do đó hệ keo dễ dàng

bị keo tụ

Keo tụ do sự thay đổi nhiệt độ: Cả hai cách đun nóng và làm lạnh đều

có thể dẫn đến keo tụ hệ keo

A Ag + A

Ag + A

A A A

Ag + A

Keo tụ do pha loãng hoặc cô đặc hệ keo: Khi pha loãng hệ keo có thểlàm tăng độ bền của hệ keo hoặc làm cho hệ keo trở nên kém bền hơn

Keo tụ do tác động cơ học

1.2.2.5 Phân tán nano bạc trong polymer

Nano bạc có thể phân tán trong polyme bằng nhiều cách khác nhaunhư:

+ Phân tán nano bạc trong polyme nóng chảy và khuấy trộn mạnh (có thể

sử dụng rung siêu âm)

+ Hoà tan polyme trong một loại dung môi thích hợp rồi cho nano bạcphân tán vào Cho bay hơi dung môi ta thu được nanô bạc phân tán trongpolyme

+ Khử trực tiếp muối bạc trong polyme (dạng nhũ tương hoặc dạng hoàtan) để thu được dạng phân tán của nano bạc trong polyme

-OH -OH -OH -OH -OH -OH -OH -OH -OH -OH -OH

Hình 1.5 : Minh hoạ trạng thái phân bố của nano Bạc trong Poly(EGDMA)

Nano bạc được pha vào trong các loại polyme với nồng độ khoảng

20 50 ppm có tác dụng kháng khuẩn, chủ yếu sử dụng trong các thiết bị sinhhoạt gia đình

Bảng 1.2: Các loại polyme chứa nano bạc và ứng dụng

PE

Bao bì, màng bảo vệ, đồ chứa bằng nhựa

PP

Bao bì, đồ đựng thức ăn, đồ chứa bằng nhựa

PS

Bàn chải, đồ chứa bằng nhựa, bàn ghế

PET

Chai lọ đựng thức ăn và nước uống

PVC

Da tổng hợp, khăn trải bàn, thảm

ABS

(Acrylonitril/Butadien/Styren) 20 50

Đồ gia dụng (trong tủ lạnh, máy giặt, máy rửa bát đĩa)PES

Đồ dùng trẻ em, chai đựng thuốc

1.2.2.6 Một số phương pháp khác

 Phương pháp bay hơi vật lý

Bay hơi vật lý là phương pháp từ trên xuống, đó là một công cụ gópphần cho sự phát triển của công nghệ nano Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuậtngưng tụ khí trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun trên bia bắn

Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độcao trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi bạc nguyên tử quá bão hòađược ngưng tụ và phát triển thành hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli và đượclàm lạnh bởi nitơ lỏng

Kỹ thuật đồng ngưng tụ: tương tự như ngưng tụ khí trơ nhưng quá trìnhhình thành và phát triển hạt xảy ra trên lớp bằng dung môi thích hợp.

Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ và đồng ngưng tụ được thực hiện ở nhiệt độcao (>2.0000C), sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao, kích thước hạt nano bạctrung bình 75nm(phương pháp ngưng tụ khí trơ), 12nm (phương pháp đồngngưng tụ)

 Phương pháp ăn mòn laze

Đây là phương pháp từ trên xuống Vật liệu ban đầu là một tấm bạcđược đặt trong một dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt Một chùm laserdạng xung có buớc sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10Hz, nănglượng mỗi xung là 90mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1nm - 3nm.Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10

nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na(với n = 8, 10, 12, 14) nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M

 Phương pháp sử dụng màng chất đa điện ly

Lớp màng của chất đa điện ly có đặc điểm có nhiều nhóm mang điệntích trái dấu Một số chất đa điện ly được sử dụng như polyacrylie axit(PPA), Polyallylamin hidroclorua (PAH), Polyetylenimit (PEI) Do đặc điểmcủa các mạch chất đa điện ly là mạch dài nên chúng có thể hình thành các hốtích điện âm kích cỡ nano mét bởi các nhóm cacbonyl, nhóm chứa nitơ Các

hố này sẽ hấp thụ ion Ag+ tạo thành phức bền trên màng Sau đó ta sử dụngcác chất khử thích hợp để khử ion Ag+ thành Ag Đây là phương pháp tạokích thước hạt có độ đồng đều cao và nhỏ

 Phương pháp Polyol

Có thể dùng etylen glycol (PEG) và các điol làm chất khử ở nhiệt độcao trong sự có mặt của chất làm bền để tạo ra các hạt bạc nano Qua nghiên

cứu người ta thấy rằng khả năng khử PEG nhạy hơn, nó lại có mạch cacbon dài nên PEG vừa là chất khử vừa là chất bảo vệ trong quá trình phản ứng.

 Phương pháp phân huỷ nhiệt

Trong phương pháp này người ta thường sử dụng một muối của bạc vàaxit hữu cơ thường là các họ axit béo mạch dài thẳng làm chất bảo vệ Nungmuối đó ở nhiệt độ dưới 3000C trong vòng 2 giờ ta sẽ thu được tinh thể bạcnano với kích cỡ nhỏ và phân bổ kích thước hẹp

Phương pháp này đơn giản, ít độc, tốn ít hoá chất, thời gian phản ứngthấp, dễ dàng tạo ra lượng lớn, kích thước hạt thu được rất nhỏ, phân bốtrong một khoảng hẹp và thường dưới dạng tinh thể

1.2.3.ạt nano kim loại bạc

1.2.3.1 bản về bạc

Tính chất vật lý:

Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, có tính dẻo, dễ dàng dátmỏng, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong cáckim 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 bảngtuần 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%) vàAg-109(48%) Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khảnăng tan trong một số axit mạnh như axit nitric, sufuric đặc nóng v.v

Về mặt hóa học, bạc là kim loại rất kém hoạt động Bạc không tác dụng vớioxi không khí kể cả khi đun nóng nên bạc được xem là kim loại quý điển hình.Bạc có cấu hình electron như sau:

Số nguyên tử chứatrong đó

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

- Chi phí cho quá trình sản xuất thấp

- Ổn định ở nhiệt độ cao

1.2.3.2 Bạc nano và tính ưu việt của bạc nano so với bạc ion và bạc khối

Nano bạc mang đầy đủ tính chất của bạc khối như dẫn điện, dẫn nhiệt,khả năng xúc tác, tính điện quang, khả năng diệt khuẩn Ngoài ra, bạc nano cónhiều tính khác biệt so với bạc kim loại nhờ các đặc tính của nano như diệntích bề mặt lớn, khả năng phân tán tốt trong các dung môi Điển hình như khảnăng diệt khuẩn, xúc tác tốt hơn hẳn so với bạc kim loại hay bạc ion, và lượngbạc cần sử dụng thì ít hơn rất nhiều góp phần tiết kiệm chi phí sản xuất

Khả năng kháng khuẩn xuất hiện cả ở bạc kim loại, bạc ion và bạcnano bởi chúng đều có thể giải phóng ion bạc ra môi trường, và chính nhữngion này đóng vai trò là chất diệt khuẩn Nhưng khi ở trạng thái bạc khối,lượng ion bạc được giải phóng ra là rất ít, còn nếu sử dụng dung dịch ionbạc để diệt khuẩn thì thời gian tác dụng ngắn do tính không bền của ion bạc.Còn ở trạng thái nano, với diện tích bề mặt riêng rất lớn là một hệ giải phóngion bạc tốt, các ion bạc được giải phóng từ từ vào môi trường nên đạt khảnăng diệt khuẩn cao và lâu dài

1.2.3.3 Đặc tính diệt khuẩn của bạc

Trong lịch sử nhân loại bạc được biết đến từ rất sớm là một trongnhững chất diệt khuẩn hiệu quả Người Hy lạp cổ đại dùng các lọ hay bìnhbằng bạc để trữ nước và lọc nước Những người khai hoang châu Mỹ đặt mộtđồng tiền bằng bạc vào trong cốc sữa trước khi uống để giảm sự phát triển của

vi khuẩn Những người khai phá châu Úc lót bạc phía trong bình nước để chonước sạch Trong thế chiến thứ hai, bạc được dùng để khử trùng lên bề mặtvết thương.Việc chúng ta ném bạc vào giếng nước cũng dựa trên huyền thoại

về tính chất làm lành của kim loại Hiện nay, cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ(NASA) vẫn sử dụng bạc cho hệ thống lọc nước trong tàu con thoi Bạc vàcác muối bạc được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX đểđiều trị các vết bỏng và khử trùng Bạc được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống

hàng ngày Thí dụ để tiệt khuẩn hoàn toàn cho một mét khối nước chỉ cần 10đến 20 miligam bạc hay nhựa plastic làm đồ dùng kháng khuẩn chỉ chứa 100miligam bạc trong một kilogam Nhưng sau khi thuốc kháng sinh được phátminh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao người ta không còn quan tâm đếngiá trị diệt trùng của bạc nữa Trong những năm gần đây, do hiện tượng cácchủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đốivới việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các đặc trưng khác của bạc, đặcbiệt là dưới dạng hạt có kích thước nano Hơn 95 phần trăm tụ cầu khuẩn bâygiờ đã kháng cả penicillin Vào những năm 60, methicillin đã được thay thếpenicillin để trị khuẩn tụ cầu.

vi khuẩn đơn bào

Có hai loạ vi khuẩn là vikhuẩn yếm khí và vi khuẩn

kị khíChúng thường sử dụng mộtloại enzim(protein)cho quátrình trao đổi chất

Các nghiên cứu y học đã khẳng định ion bạc có khả năng tiêu diệt hơn

650 chủng vi sinh gây bệnh cho người Mặt khác, nguyên tố bạc không độchại đối với cơ thể con người với liều lượng tương đối cao ( theo Tổ chức bảo

vệ môi trường Mỹ, cơ thể con người có thể nhận liên tục mỗi ngày 0,3-0,4 mg

Ag+ trong suốt cuộc đời mà không bị ảnh hưởng đến sức khoẻ) Vì vậy, ngàynay bạc ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hoạt độngkhoa học sản xuất Mặt khác, đặc tính quý của bạc với vai trò chất sát trùng là

Ag

i UDP-GlcNAc

lipid MurNAc(Pentapeptide)-

B

bạc không bị các chủng vi sinh gây bệnh thích nghi như nhiều hoá chất sáttrùng khác Gần đây, các kết quả nghiên cứu mới nhất về tính khử trùng củabạc đã khẳng định bạc ở kích thước nano có hiệu quả sát khuẩn cao hơn bạc ởkích thước micro nhiều lần Điều này đã thúc đẩy nhiều hướng nghiên cứuchế tạo và sử dụng nano bạc khử trùng trong y tế và đời sống trên thế giới

Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc

A: lipid bi-layer, B: lipopolysaccharide, C: Protein

Hình 1.7 Cơ chế diệt khuẩn của bạcHiện nay tồn tại một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn và vôhiệu hoá virus của bạc, chủ yếu dựa trên cơ sở ức chế quá trình vận chuyểnoxy trong tế bào Quan điểm được nhiều người thừa nhận nhất cho rằng đó là

do bạc tác dụng lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn Màng này là một cấutrúc gồm các prôtêin được liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độcứng cho màng- các prôtêin này được gọi là các peptidoglican Các ion bạctương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy củachúng vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn Nếu các ion bạc

được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn có thểlại được phục hồi Các tế bào động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toànkhác so với tế bào vi sinh vật, không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậychúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này Có thể nói, tác dụngcủa ion bạc ở đây không mang tính đặc thù về bệnh lý giống như thuốc khángsinh, mà mang tính đặc thù về cấu trúc tế bào Vì vậy bất kỳ một tế bào nàokhông có lớp màng bảo vệ bền vững về hoá học đều dễ dàng bị bạc tác động,chẳng hạn như các loại virus ngoại tế bào ( extracellular virus).Do đó, hạtnano bạc chỉ có thể tác dụng với tế bào bậc thấp vì màng tế bào không bềnvững Đồng thời bạc tác dụng như một chất xúc tác nên ít bị tiêu hao trongquá trình sử dụng.

Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý khácđược mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vikhuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhómsunphuahyđrin-SH của phân tử men chuyển hoá oxy và vô hiệu hoá men nàydẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn: