Chế tạo và nghiên cứu quá trình hấp thụ plasmon của các hạt nano bạc nhằm ứng dụng trong diệt khuẩn escherichia coli

Phổ hấp thụ của hạt keo nano bạc có kích thước ~40 nm được tổng hợp bằng phương pháp khử citrate .... Tuy nhiên, việc nghiên cứu đầy đủ quá trình hấp thụ của các hạt nano bạc ở các kích

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Xuân Hòa – người thày đã hướng dẫn, định hướng, hỗ trợ cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và tập thể các thầy cô khoa Vật lý

và Công nghệ, trường Đại học Khoa học – Đại học Thái nguyên, trong suốt hai năm qua đã truyền thụ cho em những kiến thức quý báu để em hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, chia

sẻ và giúp đỡ tôi thực hiện tốt luận văn này

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2018

Học viên

Hà Duy Hiền

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Hạt keo nano bạc 3

1.1.1 Giới thiệu về hạt keo nano bạc 3

1.1.2 Hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt 4

1.2 Các phương pháp chế tạo hạt keo nano bạc 9

1.2.1 Phương pháp từ dưới lên (bottom-up) 9

1.2.2 Phương pháp quang 10

1.3 Tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc 15

1.3.1 Cơ chế kháng khuẩn của hạt keo nano bạc 15

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn của keo nano bạc 17

1.3.3 Ảnh hưởng của hạt keo nano bạc đến sức khỏe con người 18

1.4 Ứng dụng của hạt keo nano bạc 18

1.5 Khái quát về vi khuẩn 20

1.5.1 Khái niệm chung về vi khuẩn 21

1.5.2 Vi khuẩn Gram âm “Escherichia coli” 21

Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC 22

2.1 Trang thiết bị, vật liệu và hóa chất sử dụng 22

2.1.1 Các dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 22

2.1.2 Các hoá chất sử dụng 22

2.2 Chế tạo các hạt keo nano bạc dạng cầu 22

2.2.1 Phương pháp khử hóa học sử dụng citrate 22

2.2.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mẫu 24

2.3 Chế tạo các hạt nano bạc dạng đĩa bằng cảm quang dùng LED 26

2.3.1 Quy trình 26

2.3.2 Ảnh hưởng của lượng TSC lên các đĩa AgNPs 27

2.4 Khảo sát tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc với khuẩn E.coli 27

2.5 Các phương pháp khảo sát 28

2.5.1 Phổ hấp thụ UV-Vis 28

2.5.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope −TEM) 30

2.5.3 Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X 32

2.5.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại 33

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Kết quả chế tạo các hạt keo nano bạc dạng cầu 36

3.1.1 Phổ hấp thụ 36

3.1.2 Hình thái và kích thước hạt 37

3.1.3 Phân tích cấu trúc 37

3.1.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mẫu 39

3.2 Kết quả chế tạo các hạt nano bạc dạng đĩa dẹt 42

3.2.1 Phổ hấp thụ 42

3.2.2 Kích thước và hình dạng 45

3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ TSC lên tính chất quang của hạt keo nano bạc 46

3.3 Tính ổn định của hạt keo nano bạc 50

3.4 Thí nghiệm khả năng diệt khuẩn Escherichia coli 51

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 59

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

6 E coli Escherichia coli Vi khuẩn đại tràng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sự tạo thành dao động Plasmon bề mặt [14] 4

Hình 1.2 Sự phụ thuộc phổ hấp thụ plasmon bề mặt vào kích thước của thanh nano vàng với các tỷ lệ tương quan: R  2, 7, R  3, 3 [16] 8

Hình 1.3 Sơ đồ chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp ăn mòn laser 10

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học của citrate 11

Hình 1.5 Phổ hấp thụ của dung dịch tiền chất Ag trước và sau khi thêm NaBH4 12 Hình 1.6 Phổ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp gồm AgNO3, citrate và BSPP 12

Hình 1.7 Mô hình oxy hóa citrate theo đề xuất của Redmond, Wu và Brus 13

Hình 1.8 Sơ đồ quá trình phát triển nano Ag dạng đĩa tam giác từ Ag dạng cầu 14

Hình 1.9 Một số hình dạng tiêu biểu của quá trình chuyển đổi hình thái học theo Ref 14

Hình 1.10 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn 15

Hình 1.11 Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn 15

Hình 1.12 Ion bạc liên kết với các base của DNA 16

Hình 1.13 Các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút tĩnh điện và phá vỡ cấu trúc màng 16

Hình 1.14 Cơ chế diệt khuẩn của hạt keo nano bạc 17

Hình 1.15 Một vài sản phẩm chứa hạt keo nano bạc 19

Hình 1.16 Hình dạng của vi khuẩn E.coli quan sát dưới kính hiển vi 21

Hình 2.1 Hình minh họa cơ chế phát triển mầm tạo thành các AgNPs bằng phương pháp khử citrate 23

Hình 2.2 a) Thí nghiệm chế tạo hạt nano bạc 23

b) Dung dịch hạt nano bạc sau khi chế tạo 23

Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo mầm Ag 26

Hình 2.4 Phát triển mầm bằng đèn LED với mật độ công suất 0,51 mW/cm2 27

Hình 2.5 Hình ảnh đĩa Petri được đục lỗ để làm thí nghiệm thử kháng khuẩn 28 Hình 2.6 Biểu diễn định luật Lamber-Beer 29

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của hệ đo hấp thụ UV-Vis hai chùm tia 29

Hình 2.8 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua 31

Hình 2.9 Kính hiển vi điện tử truyền qua-TEM tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung

ương 32

Hình 2.10 Giản đồ minh họa về mặt hình học của định luật Bragg 33

Hình 3.1 Phổ hấp thụ của hạt keo nano bạc có kích thước ~40 nm được tổng hợp bằng phương pháp khử citrate 36

Hình 3.2 a) Ảnh TEM của các hạt keo AgNPs; 37

b) Xác suất phân bố kích thước hạt tương ứng 37

Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu AgNPs với [TSC]/[AgNO3] = 5:1 38

Hình 3.4 Phổ FTIR của các AgNPs với tỷ lệ [TSC]/[AgNO3] = 5:1 38

sau khi được tổng hợp 38

Hình 3.5 (a)- Phổ hấp thụ UV-vis của hạt keo nano bạc với tỷ lệ molTSC/AgNO3 khác nhau 40

(b)-Cường độ đỉnh phổ hấp thụ plasmon như một hàm của tỷ lệ mol TSC/AgNO3 40

Hình 3.6 Dung dịch keo hạt nano bạc phụ thuộc vào thời gian phản ứng: 41

(a)-Phổ hấp thụ UV-vis của AgNPs của 7 mẫu theo thời gian 41

(b)-Ảnh chụp dung dịch keo hạt nano bạc tương ứng 41

(c)-Độ hấp thụ phụ thuộc vào thời gian phản ứng tương ứng (a) 41

Hình 3.7 Dung dịch hạt nano bạc phụ thuộc vào độ pH của môi trường: 41

(a)-Phổ hấp thụ UV-vis của các hạt nano bạc ứng với các giá trị pH khác nhau 41

(b)-Các cường độ hấp thụ cực đại tương ứng (a) 41

Hình 3.8 Đặc trưng quang của các AgNPs (với [NaBH4]/[AgNO3] =5:4, 2,5 ml TSC 2,5 mM) sau khi được chế tạo bằng phương pháp quang hóa 44

(a)- Phổ hấp thụ của các hạt AgNPs dạng mầm và các dạng tam giác sau khi chiếu LED (thời gian chiếu 1 h, 2 h, 3 h, 4h) 44

(b)- Ảnh chụp dung dịch bạc sau khi hoàn thiện quy trình chế tạo 44

của các mẫu tương ứng với Hình a 44

Hình 3.9 Giải thích cơ chế hình thành phổ hấp thụ của của các nano đĩa bạc dạng tam giác 44

Hình 3.10 Ảnh TEM của các hạt nano bạc sau khi chế tạo 46

(a)-các mầm nano bạc 46 (b)-phân bố kích thước hạt tương ứng với ảnh a 46 (c) và (d) là ảnh TEM của của các nano bạc dạng đĩa dẹt tam giác được chế tạo bằng cách chiếu LED 46 Hình 3.11 Tính chất quang của các mầm AgNPs với lượng TSC thay đổi 47

(a)-Phổ hấp thụ plasmon của các mầm AgNPs với lượng chất TSC lần lượt 50, 100, 500, 1000, 2500 và 4000 µl 47 (b)- Ảnh chụp dung dịch chứa AgNPs mầm tương ứng với các 47 mẫu hình a 47 Hình 3.12 Tính chất quang của các hạt AgNPs phát triển theo thời gian với các lượng TSC khác nhau 49

(a), (b), (c) và (d) là phổ hấp thụ plasmon của các AgNPs ứng với các thời gian chiếu LED là 1, 2, 3 và 4h 49 (e), (f), (g) và (h) là ảnh chụp kỹ thuật số các dung dịch chứa các AgNPs theo các thời gian 1, 2, 3 và 4h tương ứng thay đổi lượng TSC trong hình a, b, c và d 49 Hình 3.13 Phổ hấp thụ plasmon về sự ổn định của các hạt keo nano bạc [TSC]/[AgNO3]=5:1 sau 2, 12, 21, 23, 30 và 43 ngày 50 Hình 3.14 Kết quả hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs được tổng hợp bằng tác nhân khử citrate chống lại vi khuẩn E.coli Vùng kháng khuẩn của các mẫu T3, T4 và T5 lần lượt là 13 mm, 11 mm và 9 mm 51

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Sự liên quan đến kích thước và số nguyên tử trên bề mặt 3 Bảng 2.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ TSC/AgNO3 đến quá trình tổng hợp các hạt keo nano bạc 24 Bảng 2.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tổng hợp các hạt keo nano bạc 25 Bảng 2.3 Các điều kiện thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của pH 25 Bảng 2.4 Bảng số liệu thay đổi lượng TSC lên sự tạo thành mầm 27

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu hạt nano rất được quan tâm bởi những tính chất đặc biệt và khả năng ứng dụng của nó [1-4] Trong số các loại hạt nano được nghiên cứu, ứng dụng thì hạt keo nano bạc đã gây được sự chú ý đặc biệt bởi tính chất quang và khả năng kháng khuẩn vượt trội [5] Trên thế giới, nano bạc đã được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng trong rất nhiều các sản phẩm gần gũi với đời sống như: tẩm trên băng cứu thương, phủ lên các loại sợi vải, sử dụng để chống nhiễm khuẩn nước sinh hoạt, các đồ dùng cho trẻ em và những năm gần đây đã có nhiều ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp [6] Ở Việt Nam, việc nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano nói chung, nano bạc nói riêng vẫn còn khá mới mẻ và mới được tiến hành trong thời gian gần đây

Tính chất quang của nano bạc phụ thuộc mạnh vào hình dạng và kích thước

do sự cộng hưởng và tán xạ Plasmon bề mặt [7,8] Phổ hấp thụ trải rộng từ tử ngoài gần đến vùng hồng ngoại, điều này cho nhiều ứng dụng lý thú trong y-sinh học như hiện ảnh, tăng trưởng tán xạ Raman bề mặt, hiệu ứng quang nhiệt, làm các cảm biến sinh học [9], Ngoài ra, việc sử dụng tính chất cộng hưởng Plasmon

bề mặt như cảm biến sinh học còn để giám sát, cung cấp các thông tin về các quá trình sinh học hay nó còn hứa hẹn các kết quả vô cùng đặc biệt về tương tác các phân tử sinh học [10] Hiện nay có nhiều nhóm trên thế giới đang nghiên cứu nhiều về khả năng ứng dụng của hạt nano bạc như: kháng khuẩn, khử độc [11] Tuy nhiên, việc nghiên cứu đầy đủ quá trình hấp thụ của các hạt nano bạc ở các kích thước và hình dạng khác nhau vẫn còn thiếu, các cơ chế vật lý vẫn chưa được

lý giải thấu đáo Vì vậy việc thực hiện đề tài “Chế tạo và nghiên cứu quá trình

hấp thụ Plasmon của các hạt nano bạc nhằm ứng dụng trong diệt khuẩn

Escherichia coli” là cần thiết hiện nay Thành công của đề tài sẽ bổ sung vào kho

kiến thức về tính chất quang của nano bạc nói chung và phổ hấp thụ cộng hưởng Plasmon nói riêng Từ nghiên cứu quá trình hấp thụ có thể tìm ra được “cửa sổ” quang học lý thú hứa hẹn cho nhiều ứng dụng khác trong y sinh học

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu quá trình hấp thụ cộng hưởng Plasmon của các hạt nano bạc

dạng cầu và hình dạng khác nhau, từ đó thử nghiệm trong diệt khuẩn E.coli

Phạm vi nghiên cứu

Chế tạo và nghiên cứu quá trình hấp thụ cộng hưởng Plasmon của các hạt nano bạc dạng cầu, đĩa dẹt dạng tam giác

Phương pháp nghiên cứu

Chủ yếu nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm

- Sử dụng lý thuyết Mie và Gans để giải thích cơ chế hấp thụ Plasmon của các hạt kim loại nhỏ

- Sử dụng phương pháp hóa ướt để chế tạo hạt nano bạc bằng Sodium citrate

và sodium borohydride như là tác nhân khử Phương pháp cảm quang dùng đèn LED để chế tạo các hạt nano đĩa dẹt dạng tam giác

- Các phương pháp phổ hấp thụ cộng hưởng và tán xạ Plasmon bề mặt, phổ hồng ngoại để nghiên cứu các tính chất quang của hạt nano bạc

- Phương pháp đo SEM và TEM để xác định kích thước và hình thái hạt nano

- Phổ XRD được sử dụng để nghiên cấu trúc pha của tinh thể bạc

Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu trên các hạt nano bạc dạng cầu, đĩa dẹt dạng tam giác

- Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn E.coli

Nội dung nghiên cứu

- Chế tạo các hạt nano bạc dạng cầu, đĩa dẹt dạng tam giác

- Nghiên cứu quá trình hấp thụ của các hạt nano bạc chế tạo được

- Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano bạc đối với khuẩn E.coli

Báo cáo luận văn được trình bày trong 3 chương không kể phần mở đầu và kết luận:

Chương 1 Tổng quan về các hạt keo nano bạc, các phương pháp chế tạo

và các tính chất của keo nano và các khả năng ứng dụng của nó

Chương 2 Trình bày về thực nghiệm chế tạo mẫu Các phương pháp khảo

sát đo đạc

Chương 3 Trình bày về các kết quả và thảo luận các kết quả đạt được

Chương 1

TỔNG QUAN 1.1 Hạt keo nano bạc

1.1.1 Giới thiệu về hạt keo nano bạc

Hạt keo nano bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm [12] Trong khi thường được miêu tả là "bạc", một số chứa một lượng lớn oxit bạc do tỷ lệ lớn các nguyên

tử bạc từ bề mặt đến khối lượng lớn Rất nhiều hình dạng của các hạt nano có thể được xây dựng tùy thuộc vào ứng dụng Thường được sử dụng là các hạt nano bạc hình cầu nhưng các viên kim cương, hình bát giác và tấm mỏng cũng rất phổ biến [12]

Diện tích bề mặt cực lớn của chúng cho phép phối hợp một số lượng lớn các phối tử Các tính chất của các hạt nano bạc áp dụng cho các phương pháp điều trị của con người đang được điều tra trong các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

và động vật, đánh giá tiềm năng hiệu quả, độc tính và chi phí

− Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1

- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các dung môi phân cực như: nước và trong các dung môi không phân cực như: benzene, toluene)

- 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

1.1.2 Hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt

Cộng hưởng Plasmon bề mặt (SPR) là sự kích thích tập thể đồng thời của tất cả các điện tử “tự do” trong vùng dẫn tới một dao động đồng pha như Hình 1.1

Hình 1.1 Sự tạo thành dao động Plasmon bề mặt [14]

Đối với các hạt có kích thước nhỏ, hiệu ứng SPR không lớn do hấp thụ không mạnh Đối với các hạt to hơn có kích thước vài chục nano mét, khi kích thước của chúng còn nhỏ so với bước sóng ánh sáng thì ánh sáng nhìn thấy có thể kích thích được SPR Đối với cùng những hạt đó, năng lượng của Plasmon khối rất lớn (6-9 eV) [14, 15] Rõ ràng rằng, bề mặt các hạt nano đóng vai trò rất quan trọng trong việc quan sát SPR vì nó thay đổi các điều kiện biên cho khả năng phân cực của kim loại và do đó dịch tần số cộng hưởng về tần số quang học Trong nghĩa đó, hấp thụ Plasmon bề mặt là một hiệu ứng của các hạt nhỏ (hoặc màng mỏng) nhưng chắc

chắn không phải là hiệu ứng kích thước lượng tử

Hình 1.1 minh họa sự tạo thành của dao động Plasmon bề mặt Điện trường của sóng ánh sáng tới tạo nên phân cực của các điện tử dẫn (điện tử tự do) đối với

hạt nano về phần của chúng hoạt động như: lực hồi phục (restoring force) Bằng cách đó, một dao động lưỡng cực của các điện tử với chu kỳ T đã được tạo nên

Hiệu ứng Plasmon bề mặt được giải thích bởi các lí thuyết của Mie và Gans

a) Lý thuyết Mie

Đầu thế kỉ XX, Gustav Mie nghiên cứu tính chất của các hạt chất keo trong dung dịch dạng lỏng để mô tả tính chất quang và điện của chúng Ông đã phát triển lí thuyết có khả năng mô tả toán học sự tán xạ ánh sáng tới của các hạt dạng cầu nhúng trong một môi trường liên tục bằng cách giải phương trình Maxwell khi cho sóng điện từ tương tác với một quả cầu nhỏ, có hằng số điện môi phụ thuộc tần số tương tự vật liệu khối

Theo các tính toán của Mie, chỉ có dao động lưỡng cực là ảnh hưởng đáng

2 ) ( 2 2 2 ) ( 1

2 2

/ 3

] [ ] [

) ( 9

c

) 2 (

27 1

V k

c là tốc độ truyền của ánh sáng trong chân không, m và () = 1() + i2() là hằng số điện môi của môi trường xung quanh và của vật liệu hạt Đầu tiên ta giả thiết là biểu thức độc lập với tần số và là một hàm phức phụ thuộc vào năng lượng,

hấp thụ của hạt nano kim loại nhỏ một cách định tính cũng như định lượng Ngoài

ra người ta còn sử dụng mối liên hệ giữa thiết diện tán xạ (thiết diện dập tắt, thiết

abs

bề mặt phụ thuộc rõ ràng vào kích thước của hạt r Kích thước hạt càng lớn thì

các mode dao động càng cao hơn do ánh sáng lúc đó không còn phân cực hạt một cách đồng nhất được nữa Các mode dao động cao này có vị trí đỉnh phổ ở năng lượng thấp hơn và do đó tần số dao động của Plasmon bề mặt cũng giảm khi kích thước hạt tăng Điều này được mô tả thực nghiệm và cũng tuân theo lý thuyết Mie Phổ hấp thụ quang phụ thuộc trực tiếp vào kích thước hạt được coi như các hiệu ứng ngoài

Lý thuyết Mie chứng minh rằng hệ số tắt không phụ thuộc vào kích thước hạt đối với trường hợp các hạt có kích thước nhỏ hơn 20 nm

Hầu hết các lý thuyết đưa ra đều giả thiết rằng hằng số điện môi của hạt

20 nm Kreibig và Von Fragstein đề xướng tán xạ điện tử trên bề mặt tăng lên đối với các hạt nhỏ khi mà quãng đường tự do trung bình của điện tử dẫn bị giới hạn bởi kích thước vật lý của hạt Quãng đường tự do trung bình của điện tử trong hạt vàng và bạc lần lượt là 40 và 50 nm Nếu các điện tử va chạm đàn hồi với bề mặt hoàn toàn ngẫu nhiên, sự đồng pha dao động ngẫu nhiên bị mất Sự va chạm không đàn hồi với điện tử với bề mặt cũng làm thay đổi pha

Hạt càng nhỏ thì các điện tử chạm tới bề mặt của hạt càng nhanh Điện tử sau đó có thể tán xạ trên bề mặt và mất tính đồng pha nhanh hơn là trong hạt có kích thước lớn hơn Do đó, độ rộng phổ Plasmon tăng khi bán kính của hạt giảm Drude đã đưa ra công thức diễn tả sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào kích thước hạt D:

Trong đó 2p ne2 0m eff

/

,)

vào chi tiết các quá trình tán xạ (tức là tán xạ đẳng hướng hoặc tán xạ khuyếch

Mô hình này hiệu chỉnh sự phụ thuộc 1/r của độ rộng phổ Plasmon như

hàm của kích thước cho các hạt nano được diễn tả bằng gần đúng lưỡng cực trong vùng kích thước nội “intrinsic” (r<20 nm) Thông số A được sử dụng như một thông số “làm khớp các giá trị thực nghiệm” Ưu điểm lớn nhất của lý thuyết này

là đã đưa ra một mô hình mô tả sự phụ thuộc của hằng số điện môi của hạt vào kích thước

cho trục ngắn (độ rộng) của hạt hình trụ hoặc dạng que Khi tỷ lệ tương quan tăng, khoảng cách năng lượng giữa các đỉnh cộng hưởng của hai dải Plasmon tăng Dải năng lượng cao nằm xung quanh 520 nm tương ứng với dao động của các điện tử vuông góc với trục chính (trục dài) và được gọi là hấp thụ Plasmon ngang Dải Plasmon đó giữ không đổi với tỷ lệ tương quan (AR) và trùng với SPR của chấm nano (nano dots) Còn dải hấp thụ ở năng lượng thấp là của các dao động của điện

tử dọc theo trục chính (dài) và được gọi là hấp thụ SPR dọc (Hình 1.2) Hình vẽ

1.2 chỉ ra phổ hấp thụ của hai thanh nano vàng với các tỷ lệ tương quan là 2,7 và 3,3 Cũng từ phổ đó cho thấy rằng; cực đại dải Plasmon theo trục dài (vòng tròn) dịch đỏ khi tăng tỷ lệ tương quan R, trong khi đó cực đại dải Plasmon theo trục ngang (ô vuông) không thay đổi

Hình 1.2 Sự phụ thuộc phổ hấp thụ Plasmon bề mặt vào kích thước của thanh

Phổ hấp thụ quang học của một tập hợp các thanh nano vàng định hướng ngẫu nhiên với tỷ lệ tương quan R có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng sự

mở rộng của lý thuyết Mie

Phổ hấp thụ của các thanh nano vàng (Au nanorod) với tỷ lệ tương quan R được Gans tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết Mie với gần đúng lưỡng cực [17]

2 2 3

2 2

1 1

2 2

e

e e

P P

P   

Và tỷ lệ tương quan R có mối liên hệ như sau

2 2

2 2

1 1

1.2 Các phương pháp chế tạo hạt keo 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 keo nano bạc, thường được điều chế bằng phương pháp từ dưới lên

1.2.1 Phương pháp từ dưới lên (bottom-up)

Đối với hạt nano kim loại như: hạt nano vàng, bạc, bạch kim, thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên Nguyên tắc là khử các ion

liên kết với nhau tạo ra hạt nano

Trong phương pháp từ dưới lên có 3 phương pháp để chế tạo hạt keo nano bạc là: phương pháp khử hóa học, phương pháp vật lý và phương pháp hóa lý Trong đó, phương pháp vật lý và phương pháp hóa lý bị hạn chế bởi thiết bị sử dụng phức tạp, tiêu hao nhiều năng lượng, kích thước hạt lớn và không đồng đều

Do vậy, tôi lựa chọn phương pháp khử hóa học được sử dụng rộng rãi hơn do lợi thế về hiệu suất tổng hợp hạt nano, chi phí thấp, dễ thực hiện, kích thước hạt nhỏ, đồng đều và ít rủi ro Sẽ được trình bày dưới đây:

 Phương pháp khử hóa học:

Cách tiếp cận phổ biến nhất để tổng hợp các hạt nano bạc là sự khử hóa học bởi các chất khử hữu cơ và vô cơ Nói chung, các tác nhân khử khác nhau như:

polyol, chất thử Tollens, N-dimethylformamid (DMF) và copolyme poly (ethylene glycol), tương ứng với từng loại tác nhân khử sẽ tạo ra cỡ hạt khác nhau

cùng dẫn đến sự hình thành các hạt bạc kim loại Nguyên lý cơ bản của phương pháp này được thể hiện:

Điều quan trọng là sử dụng các tác nhân bảo vệ để ổn định các hạt nano phân tán trong quá trình chuẩn bị hạt nano kim loại và bảo vệ các hạt nano có thể hấp thụ hoặc bám vào bề mặt các hạt nano, tránh sự tích tụ của chúng (Oliveira et

al 200) Sự hiện diện của các chất hoạt động bề mặt chứa các nhóm chức năng (ví dụ: thiol, amin, axit và rượu) có thể ổn định bề mặt và bảo vệ các hạt khỏi lắng đọng, tích tụ hoặc mất đi tính chất bề mặt của chúng Các hợp chất polyme như: poly (vinyl alcohol), poly (vinylpyrolidone), poly (ethylene glycol), poly (methacrylic acid), polymethylmethacrylate, chitosan, tinh bột,… đã được báo cáo là các chất bảo vệ hiệu quả để ổn định các hạt nano

với điều kiện trong phòng thí nghiệm, phương pháp đơn giản, không đòi hỏi thiết

bị đắt tiền, ít rủi ro và chế tạo được hạt với kích thước nhỏ

1.2.2 Phương pháp quang

a) Phương pháp quang lí

Các hạt nano Ag được sản xuất bằng phương pháp ăn mòn laser trực tiếp của miếng kim loại đặt trong dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt với laser (xung năng lượng rất cao) cỡ ns bắn ra Sơ đồ chế tạo được mô tả bởi hình dưới đây, vật liệu là một tấm bạc đặt trong dung dịch chứa chất hoạt hóa bề mặt

Hình 1.3 Sơ đồ chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp ăn mòn laser

b) Phương pháp quang hóa

Phương pháp quang hóa là một phương pháp hoá lí, phản ứng khử ion bạc

xảy ra dưới tác dụng của bức xạ Chúng ta có thể gây phản ứng quang hóa bằng tia X trong môi trường Triton X-100 (Octyl phenol Ethoxylate) hay còn gọi là TX-100, nó không chỉ đóng vai trò chất tham gia phản ứng quang hóa mà còn đóng vai trò chất ổn định nhằm tránh kết đám của hạt theo thời gian [18] Quá trình đầu tiên là quá trình oxy hóa TX-100 gây ra bởi các gốc OH-/H+ sinh ra do quá trình quang phân nước tạo ra một rượu có tính khử mạnh, sau đó rượu này sẽ khử các ion bạc thành bạc nguyên tử, do năng lượng liên kết giữa bạc nguyên tử với chính nó và các ion lớn hơn với dung môi nên chúng kết lại tạo ra các hạt chứa

kích thước của hạt bạc ngày càng lớn lên

Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu chế tạo nano Ag bằng phương pháp cảm ứng quang (dùng LED, λ = 532nm), xảy ra với sự có mặt của TSC (C6H5Na3O7.2H2O)

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học của citrate

Cơ chế của phương pháp quang xúc tác xảy ra là do ảnh hưởng của biến đổi citrate Hình dạng nanoprisms sẽ không được quan sát nếu trong phản ứng không có mặt của citrate hoặc thay thế bằng một hợp chất chứa carboxylate khác

Do vậy, citrate đóng vai trò quyết định trong việc có hình thành dạng đĩa nanoprisms hay không

Các phản ứng xảy ra như sau:

Quá trình tạo mầm: Tiền chất chứa Ag là dung dịch muối AgNO3 cung

sau phản ứng (Hình 1.5) Phản ứng xảy ra theo phương trình:

Hình 1.5 Phổ hấp thụ của dung dịch tiền chất Ag trước

và sau khi thêm NaBH 4

Citrate có ba nhóm carboxylic chủ yếu, hai trong số 3 nhóm đó sẽ liên kết với bề mặt bạc, để lại nhóm thứ ba ở bên ngoài bề mặt hạt bạc để chịu trách nhiệm

về sự ổn định của dung dịch keo bạc thông qua lực đẩy tĩnh điện[19] Citrate trong quá trình tạo mầm đóng vai trò là chất ổn định bề mặt hạt, giữ cho kích thước hạt mầm trong khoảng 3nm với đỉnh hấp thụ ở bước sóng 405 nm Dung dịch mầm tạo thành ở dạng hình cầu và có màu vàng nhạt

Hình 1.6 Phổ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp gồm AgNO3, citrate và BSPP

Quá trình biến đổi citrate do chiếu xạ LED: trong dung dịch mầm sau phản

không hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (Hình 1.6).[20]

cấp cho quá trình phát triển hạt Phản ứng xảy ra theo phương trình:

Ag0+ ½ O2 +H2O  Ag++ 2OH

-Ở nhiệt độ phòng phản ứng của citrate là không đáng kể Khi chiếu sáng bằng đèn LED (bước sóng 532nm), các hạt Ag mầm hấp thụ sánh sáng tạo ra dao động Plasmon bề mặt kích thích phản ứng hóa học của citrate, các phân tử citrate trên bề mặt hạt nano Ag bị oxy hóa này thành acetonedicarboxylate và nhường lại

Ag mầm Qua đó, kích thước hạt mầm sẽ phát triển lớn hơn

Hình 1.7 Mô hình oxy hóa citrate theo đề xuất của Redmond, Wu và Brus

Khi bắt đầu phản ứng, các hạt nano mầm hình cầu hấp thụ ánh sáng đẳng hướng, tạo nên các dao động Plasmon lưỡng cực Nhưng sau khi phản ứng của citrate xảy ra thì các hạt Ag mầm không phát triển dạng cầu nữa Khi tiếp tục chiếu sáng, ánh sáng kích thích ưu tiên kích thích Plasmon dao động lưỡng cực dọc Dao động lưỡng cực dọc ưu tiên phát triển theo những góc Do vậy, các hạt hình cầu phát triển dị hướng dẫn đến sự hình thành các dạng nano đĩa tam giác

Khi các đĩa tam giác Ag được tạo ra bởi các dao động lưỡng cực dọc đủ lớn

và có bước sóng dao động Plasmon lớn hơn bước sóng kích thích thì quá trình phát triển tạo đĩa tam giác chậm lại (ánh sáng kích thích không còn kích thích dao động lưỡng cực dọc nữa) Tiếp tục chiếu sáng thì ánh sáng kích thícch dao động tứ cực trên mặt phẳng đĩa làm cho kích thước đĩa lớn hơn trong khi quá trình phát

triển chóp rất chậm dẫn đến sự hình thành các dạng đĩa tam giác cụt Nếu trong phản ứng có sự tham gia của quá trình khử nhiệt và nó nhanh hơn quá trình khử quang thì sẽ phát triển thành các đĩa tròn

Hình 1.8 Sơ đồ quá trình phát triển nano Ag dạng đĩa tam giác

- Phản ứng sẽ dừng lại khi không còn chiếu sáng

Hình 1.9 Một số hình dạng tiêu biểu của quá trình chuyển đổi

hình thái học [22]

1.3 Tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc

1.3.1 Cơ chế kháng khuẩn của hạt keo nano bạc

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các

nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy 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 hoặt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi Do động vật không có thành tế bào,vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này

Hình 1.10 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn

Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô

bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin –SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình

hô hấp của tế bào vi khuẩn [23]

Hình 1.11 Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn [23]

Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA [24]

Hình 1.12 Ion bạc liên kết với các base của DNA [24]

Xét trên góc độ sinh học các nhà nghiên cứu đều có một quan điểm thống nhất rằng hạt keo nano nạc diệt khuẩn theo một trong những cơ chế sau:

− Một là: Nano bạc phá hủy chức năng hô hấp

− Hai là: Nano bạc phá hủy chức năng của thành tế bào

− Ba là: Nano bạc liên kết với DNA của tế bào vi sinh vật và ức chế chức

năng sao chép của chúng, kìm hãm chúng, không cho chúng phát triển mạnh

Hiện nay có nhiều lý thuyết về cơ chế tác dụng diệt vi khuẩn của nano bạc đã được đề xuất, trong đó lý thuyết hấp thụ được nhiều người chấp nhận hơn

cả Bản chất của thuyết này là ở chỗ tế bào vi khuẩn bị vô hiệu hóa là do kết quả của quá trình tương tác tĩnh điện giữa bề mặt mang điện tích âm của tế bào vi

tế bào vi khuẩn và vô hiệu hóa chúng

Hình 1.13 Các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút tĩnh

điện và phá vỡ cấu trúc màng

Cho đến nay, những gì liên quan đến cơ chế tác động của hạt keo nano bạc lên tế bào vi sinh vật (đơn bào), mới chỉ có một quan điểm được hầu hết các nhà khoa học thừa nhận Đó là khả năng diệt khuẩn của hạt keo nano bạc là kết quả của quá trình biến đổi (giải phóng liên tục) các nguyên tử bạc kim loại trên bề mặt

hạt nano nạc thành các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi

lại không có hiệu quả cao mà phải là hạt nano Ag, tức phân tử bạc Có 4 cơ chế diệt khuẩn của hạt keo AgNPs thể hiện bằng hình ảnh dưới đây:

Hình 1.14 Cơ chế diệt khuẩn của hạt keo nano bạc

- Cơ chế thứ nhất: Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng

tế bào, ngăn cản quá trình trao đổi chất (Hình A)

- Cơ chế thứ hai: Phá vỡ màng tế bào, oxy hóa nguyên sinh chất của tế bào

vi khuẩn, phá hủy nguyên sinh chất bởi oxy hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của bạc (Hình B)

- Cơ chế thứ ba: Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng

các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn các quá trình ôxy hóa cũng như Phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn (Hình C)

- Cơ chế thứ tư: vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá

vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấu trúc DNA của tế bào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến cấu trúc DNA (Hình D)

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn của keo nano bạc

Kích thước, hình dạng hạt, nồng độ và sự phân bố là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc

Kích thước hạt keo nano bạc là yếu tố quan trọng quyết định khả năng diệt khuẩn của chúng Hạt keo nano bạc có kích thước càng nhỏ thì khả năng diệt khuẩn của chúng càng mạnh, vì khi ở kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa diện tích

bề mặt và thể tích càng lớn và hạt cũng có thể dễ dàng tương tác với vi khuẩn hơn Tuy nhiên các hạt có kích thước nhỏ lại có khuynh hướng liên kết với nhau trong quá trình lưu trữ tạo thành các hạt lớn hơn gây ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn

và bảo quản keo nano bạc Do đó trong quá trình chế tạo chúng ta phải tìm ra các phương pháp vừa tạo ra hạt nano bạc có kích thước nhỏ vừa bền vững

Các hạt nano có thể có rất nhiều hình dạng khác nhau như: hình que, hình cầu, hình tam giác, … Và sự thể hiện của các hạt nano bạc với cùng nồng độ, sự phân bố nhưng với các hình dạng khác nhau là không giống nhau Các hạt nano bạc có hình tam giác có tính kháng khuẩn cao hơn các hạt hình cầu và các hạt nano que có tính kháng khuẩn thấp nhất

Hạt nano bạc có nồng độ càng cao và sự phân bố đều thì khả năng diệt khuẩn càng tốt Tuy nhiên khi nồng độ quá cao, do năng lượng bề mặt hạt nano lớn, nên các hạt keo nano bạc sẽ va chạm vào nhau và phá vỡ cấu trúc nano Vì vậy chúng ta cũng cần tìm nồng độ thích hợp để các hạt phân bố đồng đều và tránh kết tủa

1.3.3 Ảnh hưởng của hạt keo nano bạc đến sức khỏe con người

Nano bạc được đưa vào sử dụng với mục đích kháng khuẩn và ngăn ngừa

sự phát triển của vi khuẩn Điều đó nói lên mối quan hệ của nano bạc và con người Một nghiên cứu của trường đại học y khoa ODENSE cho thấy hạt keo nano bạc không có tương tác mạnh với cơ thể con người và cũng không là tác nhân gây độc Chính vì vậy, nano bạc không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và được xem là vô hại

1.4 Ứng dụng của hạt keo nano bạc

Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh: Các hạt keo nano bạc được sử dụng trong các cảm biến sinh học và các xét nghiệm nhiều nơi các vật liệu nano bạc có thể được sử dụng làm các thẻ sinh học để phát hiện định lượng

Ứng dụng dẫn điện: Các hạt keo AgNPs được sử dụng trong các loại giấy dẫn điện và được tích hợp vào các vật liệu composite để tăng tính dẫn nhiệt và điện

Ứng dụng quang học: Các hạt keo AgNPs được sử dụng để thu thập năng lượng một cách hiệu quả và tăng cường quang phổ quang học bao gồm cả tăng cường sự phát quang huỳnh quang kim loại (MEF) và tán xạ Raman (SERS)

Ứng dụng kháng khuẩn: Các hạt keo AgNPs được kết hợp trong quần áo, giày dép, sơn, băng vết thương, dụng cụ, mỹ phẩm, chất dẻo cho tính chất kháng

khuẩn của chúng Do thể hiện tính kháng khuẩn tốt nên nano bạc thường được sử dụng để làm chất khử trùng, kháng khuẩn, khử mùi…

Bình sữa làm bằng nhựa có pha

thêm nano bạc

Các hạt keo AgNPs được tẩm vào các loại sợi để diệt khuẩn và khử mùi

Điều hòa Khẩu trang nano bạc

Hình 1.15 Một vài sản phẩm chứa hạt keo nano bạc

Trong năm gần đây nano bạc đã có nhiều ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp Khử mùi hôi và diệt vi khuẩn, nấm theo cơ chế đặc thù, ức chế và kìm hãm quá trình phát sinh và phát triển của virus gây bệnh Khác với các dòng thuốc kháng sinh, nano bạc không có tính kháng thuốc, không độc hại, an toàn khi sử dụng Hạt keo AgNPs không bị thay đổi tính chất, trơ với hầu hết mọi môi trường nên hiệu quả diệt nấm và vi khuẩn rất bền vững Các hạt keo AgNPs có tác dụng diệt nấm khuẩn theo cơ chế đặc thù riêng biệt do đó hạt nano bạc được sử dụng như một loại thuốc BVTV, có vai trò quan trọng trong việc phòng và trị bệnh Hạt nano bạc có tác dụng phòng chống sự xâm nhiễm của nấm và vi khuẩn gây bệnh xâm nhập qua các tế bào lá và rễ Phòng và trị rất tốt các nhóm bệnh do nấm khuẩn gây ra như: bệnh lở cổ rễ, vàng lá thối rễ, các bệnh đốm lá, loét cam, thối nhũn…

− Đối với trồng trọt: Phòng và trị bệnh do nấm, khuẩn và virus gây ra (thay thế hoàn thoàn thuốc BVTV hóa học dùng để phòng trị bệnh trên cây trồng) Sử dụng hạt keo AgNP thường xuyên định kỳ theo các giai đoạn sinh trưởng, phát

triển của cây giúp cây trồng ngăn ngừa chủ động từ xa dịch bệnh, giảm chi phí trong việc BVTV, tăng giá trị nông sản phẩm

+ Nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng cho bộ lá cây trồng qua đó làm tăng hiệu suất quang hợp của cây trồng, tăng cường vận chuyển dinh dưỡng về các cơ quan dự trữ, giúp cây trồng tăng năng suất, sản lượng

+ Sử dụng hạt keo AgNPs trong việc sản xuất giá đỗ và rau mầm làm tăng chất lượng giá đỗ: giảm quá trình gây mùi hôi trong quá trình trồng rau mầm và sản xuất giá đỗ, tăng thời gian bảo quản,tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây bệnh thối nhũn…

+ Bổ sung hạt keo AgNPs vào nước cắm hoa, giúp hoa tươi lâu, kéo dài thời gian chơi hoa, giảm mùi hôi thối và các bệnh thối nhũn hoa…

− Đối với thủy sản:

+ Cải thiện môi trường ao nuôi, giảm mùi hôi tanh của nước

+ Phòng và trị bệnh do các VSV đơn bào gây ra trên: tôm, cá, ba ba, ếch(nấm, vi khuẩn và virus gây bệnh) Hạt keo nano bạc thể hiện vai trò diệt khuẩn cực mạnh trong môi trường nước Trong quá trình di chuyển và phân tán ở môi trường nước chúng vừa khử mùi và tiêu diệt mầm bệnh Các hạt keo nano bạc tồn tại trong môi trường nước trong quá trình phân tán và di chuyển chúng sẽ bám hút trên bề mặt tế bào vi khuẩn và diệt chúng theo cơ chế đặc thù Các hạt keo AgNPs mang điện tích dương, vi sinh vật (VSV) gây bệnh mang điện tích âm do đó hạt keo nano bạc và vi khuẩn gây bệnh sẽ hút nhau

− Đối với chăn nuôi gia súc, gia cầm:

+ Hạt keo AgNPs có tác dụng phòng và trị bệnh thông qua việc phun hạt nano bạc trong môi trường sống của vật nuôi Sử dụng hạt nano bạc pha loãng với nước phun định kỳ 7-10 ngày có tác dụng phòng bệnh rất tốt, chúng sẽ tiêu diệt các nhóm vi khuẩn, nấm gây bệnh trên vật nuôi tồn tại ở môi trường sống Ngoài ra AgNPs còn có tác dụng khử mùi hôi chuồng trại, giúp không khí sạch hơn qua đó phòng bệnh cho vật nuôi một cách chủ động (đặc biệt là bệnh hô hấp)

+ Sử dụng hạt keo AgNPs cho vật nuôi ăn/uống: Tiêu diệt vi khuẩn E coli

gây bệnh đường ruột (tiêu chảy, phân trắng), phòng và trị bệnh cầu trùng trên gà…

1.5 Khái quát về vi khuẩn

1.5.1 Khái niệm chung về vi khuẩn

Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào, có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân (Prokaryote – sinh vật nhân sơ) Vi khuẩn hiện diện ở khắp mọi nơi trong đất, nước, không khí, kể cả những nơi có điều kiện sống khắc nghiệt như: trên miệng núi lửa hay trên băng tuyết.v.v Có rất nhiều chủng vi khuẩn, và mỗi chủng

vi khuẩn đều có sự khác nhau về đặc tính và hình thái

Vi khuẩn có nhiều hình dáng khác nhau và được gọi với tên gọi theo hình

dạng của chúng như: trực khuẩn (bacillus), hình cầu, xoắn khuẩn (spirillum), hình que, cầu khuẩn (coccus)… Hình dáng vi khuẩn là một đặc điểm quan trọng để

nhận dạng các chi được đặt tên theo hình dạng

Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành thử nhiệm khả năng diệt khuẩn của

hạt keo nano bạc với hai lại vi khuẩn là: vi khuẩn Gram âm Escherichia coli (E

coli)

1.5.2 Vi khuẩn Gram âm “Escherichia coli”

Hình 1.16 Hình dạng của vi khuẩn E.coli quan sát dưới kính hiển vi [25]

Đặc điểm:

Escherichia coli (E.coli) hay còn gọi là vi khuẩn đại tràng, là một trong

những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của người và động vật máu nóng Chúng được phát hiện đầu tiên vào năm 1885 do Escherich phát hiện, thuộc

họ vi khuẩn Enterobacteriaceae Chúng là các trực khuẩn Gram âm Kích thước

trung bình (2-3µm) x 0.5 µm Trong những điều kiện không thích hợp vi khuẩn

có thể dài như sợi chỉ

Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC 2.1 Trang thiết bị, vật liệu và hóa chất sử dụng

2.1.1 Các dụng cụ, thiết bị nghiên cứu

Máy khuấy từ gia nhiệt, cân phân tích 4 số GR-200, tủ sấy, máy ly tâm tốc

độ cao Bộ sưu tập các chủng vi khuẩn và box nuôi cấy vi khuẩn; các đĩa petri nuôi cấy vi khuẩn, nấm Máy đo pH để bàn sension 3, máy đo quang phổ hấp thụ UV-Vis HITACHI U-2900 (Japan) Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope-TEM) JEM 1010 (Jeol) Phổ kế hồng ngoại Spectrum FTIR Affinity-1S (SHIMADZU) Máy đo phổ nhiễu xạ tia X

2.1.2 Các hoá chất sử dụng

trò vừa là chất khử vừa là tác nhân ổn định, mua của hãng Sigma Aldrich Các hóa chất đều được pha bằng nước cất 2 lần và nước khử ion

2.2 Chế tạo các hạt keo nano bạc dạng cầu

2.2.1 Phương pháp khử hóa học sử dụng citrate

Đây là phương pháp mà sử dụng một bước để tổng hợp các hạt keo nano bạc với tác nhân khử là TSC TSC ngoài việc đóng vai trò là tác nhân khử còn đóng vai trò là tác nhân ổn định để ngăn cản sự kết đám của hạt nano trong quá trình tổng hợp các hạt nano AgNPs Quá trình tổng hợp được thực hiện như sau:

gia nhiệt đến sôi Tiếp theo, dung dịch TSC được thêm từng giọt vào bình đựng

Ngừng các điều kiện phản ứng và để bình phản ứng nguội dần đến nhiệt độ phòng Quá trình tạo thành hạt nano bạc được mô tả trên Hình 2.1

Hình 2.1 Hình minh họa cơ chế phát triển mầm tạo thành các AgNPs

bằng phương pháp khử citrate

Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như Hình 2.2

Hình 2.2 a) Thí nghiệm chế tạo hạt nano bạc

b) Dung dịch hạt nano bạc sau khi chế tạo

Một số tham số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp hạt nano bạc được khảo sát nhằm tìm ra điều kiện tối ưu để ổn định hạt nano với hiệu suất cộng hưởng

sau;

4Ag+ + C6H5O7Na3 + 2H2O → 4Ag0+ C6H5O7H3 + 3Na+ + H+ +O2↑

Để khảo sát ảnh hưởng của 3 tham số (tỷ lệ mol TCS/AgNO3), thời gian phản ứng và pH), đối với mỗi thí nghiệm chỉ một tham số thay đổi còn các tham

số khác được giữ nguyên

2.2.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mẫu

Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của 3 tham số đối với quá trình tổng hợp các hạt nano bạc, ảnh hưởng cụ thể của từng tham số được trình bày cụ thể sau

đây

a) Ảnh hưởng của tỷ lệ mol TSC/AgNO3 lên AgNPs

Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng chất khử, tiến hành làm 7 thí nghiệm riêng rẽ, với tỷ lệ mol giữaTSC/AgNO3 lần lượt: 2:1; 3,5:1; 5:1; 8:1; 15:1; 20:1 và 35:1 và phản ứng được thực hiện trong 25 phút Thí nghiệm các tỷ lệ này được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ TSC/AgNO3 đến quá trình tổng

b) Ảnh hưởng của thời gian tiêm TSC và thời gian phản ứng lên AgNPs

Thí nghiệm về ảnh hưởng của thời gian phản ứng được chuẩn bị 90ml

lựa chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên quá trình chế tạo các hạt nano bạc Đầu tiên khảo sát sự ảnh hưởng của tốc độ bơm TSC vào dung

chi tiết sẽ được bàn luận trong chương 3 Thứ hai là, khảo sát ảnh hưởng của thời