Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết cây cỏ hôi cho các ứng dụng sinh học

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Thu thập tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài  Tìm hiểu và tổng hợp các phương pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên cứu, để đưa ra các v n đề c

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ SÁU

TỔNG HỢP NANO ĐỒNG SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT CÂY CỎ HÔI CHO CÁC ỨNG DỤNG

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Thị Thanh Ngọc

Người phản iện 1: Người phản iện 2: Luận v n thạc s được ảo vệ tại Hội đồng ch m ảo vệ Luận v n thạc s Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng n m Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm:

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Thị Sáu MSHV: 15001521

Ngày, tháng, n m sinh: 01/01/1982 Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 60520301

I TÊN ĐỀ TÀI:

Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết cây cỏ hôi cho các ứng dụng sinh học

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Thu thập tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài

 Tìm hiểu và tổng hợp các phương pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên cứu, để đưa ra các v n đề cần thực hiện

 Khảo sát và đánh giá các thông số ảnh hưởng đến quá trình chiết cây cỏ hôi

 Khảo sát và đánh giá các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt nano đồng

 Khảo sát và đánh giá hoạt tính sinh học của hạt nano đồng

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 591 QĐ-ĐHCN ngày 01/02/2018

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng /2019

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Thanh Ngọc

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô khoa Công nghệ Hóa học đã tận tâm truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý áu, định hướng nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thanh Ngọc người cô đầy tâm huyết với nghề đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, định hướng và truyền lửa đam mê nghiên cứu, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc đến toàn thể thầy cô trong khoa Công nghệ Hóa học cũng như trong Bộ môn, TS Trần Thị Thanh Ngọc, các bạn đồng nghiệp lời chúc sức khỏe, luôn hạnh phúc, thành công trong cuộc sống và trong công việc

Mặc dù đã cố gắng hết khả n ng để hoàn thành áo cáo nhưng với lượng kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên khó tránh khỏi những thiếu sót Tôi r t mong nhận được nhiều đóng góp từ quý thầy cô để luận v n được hoàn thiện hơn

th y hạt nano tổng hợp được có dạng hình cầu, với kích thước trung bình khoảng 10nm Các hạt nano này thể hiện khả n ng kháng khuẩn tốt trên một số loại vi sinh vật gây bệnh thường gặp trên người và thực vật

5-Từ khóa: Cỏ hôi, keo nano đồng, vi sinh vật

iii

ABSTRACT

In this study, copper nanoparticles were synthesized by chemical reduction using Copper sulphate (CuSO4) as precursor and leaf extract of Chromolaena odorata as reducing agent In which, optimal parameters for the extraction of Chromolaena odorata leaf to obtain the highest amount of reducing agent is as follows: Extraction temperature of 80oC, leaf / water volume ratio of 1/2 and extraction time

of 60 minutes

The formation of copper nanoparticles was predicted and their optical properties were analyzed using UV-VIS The structural characterization of synthesized nanoparticles was carried out using XRD and TEM SEM were used for morphological observations The SEM and TEM results show that the obtained copper nanoparticles are spherical in shape with an average size of around 5-10nm

It was also found that the synthesized nanoparticles have the ability to inhibit the growth of various pathogenic microorganisms

Keywords: Copper Nanoparticles, Chromolaena odorata, Antimicrobial activity

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận v n này là trung thực, và không sao chép từ

b t kỳ một nguồn nào và dưới b t kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu

Học viên

Nguyễn Thị Sáu

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt v n đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1Đối tượng nghiên cứu 2

3.2Phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 2

5.Ý ngh a thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1Giới thiệu khoa học nano 4

1.2Tổng hợp hạt kim loại nano 5

1.2.1 Từ trên xuống (Top Down) 5

1.2.2 Từ dưới lên (Bottom Up) 5

1.3Tổng hợp dung dịch keo 5

1.4Sự ổn định hạt kim loại nano 7

1.4.1Sự ổn định t nh điện 7

1.4.2Sự ổn định không gian 7

1.5Các hiệu ứng gây ra bởi hạt nano 7

1.5.1Hiệu ứng bề mặt 7

1.5.2Hiệu ứng kích thước 8

1.6Tính ch t hạt nano 9

1.6.1Tính ch t quang học 9

1.6.2Tính ch t điện 9

1.6.3Tính ch t từ 10

1.6.4Tính ch t nhiệt 10

vi

1.7Giới thiệu về kim loại đồng 10

1.8Tổng quan về tổng hợp nano đồng 12

1.9Đặc tính sinh học của nano đồng 14

1.10Đặc điểm sinh học của một số vi sinh vật 16

1.10.1Đặc tính sinh học khuẩn Bacillus subtillis 16

1.10.2Đặc tính sinh học khuẩn Staphylococcus aureus 18

1.11Các biện pháp khống chế vi sinh vật trên thế giới và Việt Nam 20

1.11.1Phương pháp T ng nhiệt 20

1.11.2Phương pháp qua lọc 21

1.11.3Bức xạ (radiation) 22

1.11.4Phương pháp hóa học 22

1.12Tổng quan về cây cỏ hôi 26

1.13Các phương pháp chiết dịch từ thực vật 27

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 30

2.1Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 30

2.1.1Mục tiêu nghiên cứu 30

2.1.2Nội dung nghiên cứu 30

2.2Nguyên liệu, hóa ch t và thiết ị 30

2.2.1Nguyên liệu 30

2.2.2Thiết ị 31

2.2.3Hóa ch t 31

2.3Thực nghiệm 32

2.3.1Chiết dịch từ lá Cỏ hôi 32

2.3.2Tổng hợp nano Đồng sử dụng tác nhân khử là dịch chiết lá Cỏ hôi 35

2.3.3Khảo sát hoạt tính sinh học của hạt nano đồng 37

2.4Thiết ị phân tích 39

2.4.1Phương pháp h p thu hồng ngoại iến đổi Fourie (FT – IR) 39

2.4.2Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 40

2.4.3Nhiễu xạ tia X (XRD) 41

2.4.4Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 41

vii

2.4.5Phương pháp phổ h p thụ tử ngoại và khả kiến (UV-VIS) 42

2.4.6Phương pháp phổ tán xạ n ng lượng tia X (EDX) 42

2.4.7Phương pháp sắc ký lỏng LC-MS 43

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45

3.1Kết quả khảo sát quá trình chiết dịch lá cỏ hôi 45

3.1.1Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết dịch 46

3.1.2Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết 50

3.1.3Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lá/nước 53

3.1.4Phân tích đánh giá sản phẩm dịch chiết 56

3.2Kết quả tổng hợp nano đồng từ dịch chiết lá cỏ hôi và ch t nền CuSO4 58

3.2.1Khảo sát nồng độ dung dịch CuSO4 59

3.2.2Khảo sát tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) 61

3.2.3Khảo sát nhiệt độ tổng hợp 62

3.2.4Khảo sát thời gian phản ứng 64

3.2.5Phân tích đánh giá sản phẩm keo nano đồng 66

3.3Kết quả khảo sát quá trình kháng khuẩn của vật liệu nano đồng 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

1.Kết luận 75

2 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 81

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 86

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 C u trúc của nguyên tử Cu(a), Vật liệu được mạ đồng ( ) 11

Hình 1.2 Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu 15

Hình 1.3 Trực khuẩn Bacillus su tilis 17

Hình 1.4 Tụ cầu khuẩn Staphylococcus aureus 19

Hình 1.5 Kim loại kháng khuẩn Ag, Au 25

Hình 1.6 Cây Cỏ hôi 27

Hình 2.1 Quy trình chiết dịch từ lá Cỏ hôi 32

Hình 2.2 Dịch chiết Cỏ hôi quá trình khảo sát điều kiện thời gian chiết 33

Hình 2.3 Quy trình tổng hợp nano đồng 35

Hình 2.4 Cơ chế của phản ứng 36

Hình 3.1 Dịch chiết cây cỏ hôi 45

Hình 3.2 Biểu đồ UV-Vis của dịch chiết thu được khi thay đổi thời gian chiết 47

Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian chiết đến độ h p thu cực đại của dịch chiết thu được 47

Hình 3.4 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian chiết dịch đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 48

Hình 3.5 Biểu đồ UV-Vis của dịch chiết thu được khi thay đổi nhiệt độ chiết 50

Hình 3.6 Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến độ h p thu cực đại của dịch chiết ở các nhiệt độ khác nhau 50

Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ chiết dịch đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 51

Hình 3.8 Biểu đồ UV-Vis của dịch chiết thu được khi thay đổi tỷ lệ lá/nước 53

Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ lá/nước đến nồng độ ch t khử trong dịch chiết 53

Hình 3.10 Biểu đồ UV-Vis ảnh hưởng của tỷ lệ lá/nước đến quá trình tạo nano 54

Hình 3.11 Kết quả FT – IR của dịch chiết lá cỏ hôi 56

Hình 3.12 Kết quả phân tích LC-MS của dịch chiết cỏ hôi 58

Hình 3.13 Sự ảnh hưởng nồng độ dung dịch CuSO4 đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng 59

Hình 3.14 Biểu đồ ảnh hưởng nồng độ CuSO4 đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 60

Hình 3.15 Sự ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chiết/CuSO4 (ml) đến hiệu su t tổng hợp keo nano đồng 61

Hình 3.16 Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ Dịch chiết:CuSO4 (ml) đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 61 Hình 3.17 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp đến hiệu su t tổng hợp keo

ix

nano đồng 62

Hình 3.18 Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 63 Hình 3.19 Sự ảnh hưởng của thời gian tổng hợp đến hiệu su t tổng hợp keo nano

đồng 64

Hình 3.20 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ h p thu cực đại dung dịch nano Cu 64

Hình 3.21 Mẫu keo đồng nano 66

Hình 3.22 Kết quả FT – IR của keo nano đồng 67

Hình 3.23 Kết quả FT – IR của đồng sunfat 67

Hình 3.24 Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD 68

Hình 3.25 Ảnh SEM của keo nano đồng 69

Hình 3.26 Ảnh SEM của keo nano đồng 69

Hình 3.27 Ảnh TEM của keo nano đồng 70

Hình 3.28 Ảnh TEM của keo nano đồng 70

Hình 3.29 Phổ EDX của mẫu nano đồng tổng hợp 71

Hình 3.30 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Bacillus su tilis 72

Hình 3.31 Khả n ng kháng khuẩn của nano đồng với vi khuẩn Staphylococcus aureus 72

Hình 3.32 Phần tr m ức chế vi khuẩn của ion đồng và nano đồng 73

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số nguyên tử và n ng lượng ề mặt của hạt nano hình cầu 8

Bảng 1.2 Điều kiện ước chừng để diệt khuẩn bằng sức nóng ẩm 21

Bảng 1.3 Một số loại hóa ch t thường được sử dụng làm ch t kháng khuẩn 23

Bảng 2.1 Dụng cụ và thiết ị nghiên cứu 31

Bảng 2.2 Các yếu tố khảo sát trong quá trình chiết dịch 34

Bảng 3.1 Các thông số và điều kiện được khảo sát của quá trình chiết dịch từ lá cỏ hôi 46

Bảng 3.2 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát thời gian chiết 49

Bảng 3.3 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát nhiệt độ

chiết 52

Bảng 3.4 Kết quả độ h p thu cực đại của sản phẩm sau quá trình khảo sát tỷ lệ lá/nước 55

Bảng 3.5 Thông số và điều kiện tốt nh t của quá trình chiết dịch lá cỏ hôi 56

Bảng 3.6 Thành phần dịch lá cỏ hôi trong dung môi nước phân tích LC-MS 57

Bảng 3.7 Các thông số và điều kiện được khảo sát 58

Bảng 3.8 Các thông số và điều kiện tổng hợp keo nano đồng 65

Bảng 3.9 Thành phần các nguyên tố có trong dung dịch chứa nano đồng 71

Bảng 3.10 Kết quả đường kính kháng khuẩn của nano đồng 73

xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

EDX Energy-Dispersive X-ray

FT – IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

LC-MS Liquid Chromatography - Mass Spectrometry SEM Scanning Electron Microscope

TEM Transmission Electron Microscopy

XRD X-ray Diffraction

UV-Vis Ultraviolet–Visible Spectroscopy

đó, công nghệ y sinh là một trong những ngành bị ảnh hưởng mạnh mẽ nh t như việc sử dụng nano trong dẫn truyền thuốc, nano kháng khuẩn, vật liệu nano thay thế

bộ phận con người, Khi nói đến nano không thể không nhắc đến các hạt nano kim loại như hạt nano Au, Ag, Pt,… những hạt nano này được sử dụng r t sớm và có r t nhiều ứng dụng bổ ích Tuy nhiên, do chi phí tổng hợp tốn kém, giá thành cao mà việc sử dụng nano vàng, bạc trên một quy mô lớn khó có thể thực hiện được Trong khi đó đồng là một kim loại khá dồi dào, phổ biến, rẻ tiền và dễ tìm th y trong tự nhiên Các nghiên cứu trong những n m gần đây cho th y các hạt nano đồng cũng mang những tính n ng ưu việt không kém gì các hạt nano vàng, bạc, đặc biệt là tính kháng khuẩn Chính vì vậy, hạt nano đồng đang nhận được sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu

Trong nghiên cứu này nano đồng được tổng hợp từ muối Cu2+ với ch t khử là dịch chiết từ cây cỏ hôi, một cây cỏ mọc dại r t nhiều ở Việt Nam Đây được xem là con đường tổng hợp ít tốn kém, thân thiện với môi trường Đặc biệt, các hạt nano tổng hợp theo phương pháp này thường là sạch, an toàn vì không sử dụng các ch t khử độc hại, vì vậy có thể ứng dụng trong các l nh vực y học

Các công trình nghiên cứu trước đã chỉ ra rằng cây cỏ hôi chứa r t nhiều hợp ch t hóa học thuộc họ Carotenoids, polyols,… Đây là những hợp ch t có tính khử mạnh thích hợp thay thế các hợp ch t hữu cơ Dân gian thường sử dụng cây cỏ hôi như

2

một loại thuốc cầm máu, mỹ phẩm, tuy nhiên nhìn chung cỏ hôi vẫn là một cây cỏ hoang mọc dại, không có giá trị kinh tế

Bên cạnh sự phát triển của y sinh, là sự gia t ng không ngừng của các loại vi khuẩn

có tính kháng thuốc cao gây bệnh đang đe dọa cuộc sống của con người và các sinh vật khác Do đó việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới có thể kháng khuẩn như nano đồng để dần thay thế cho hạt nano vàng, bạc là hướng đi mới và c p thiết Với những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội dung “Tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết cây cỏ hôi cho các ứng dụng sinh học”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả n ng tổng hợp nano đồng từ dung dịch Cu2+

bằng tác nhân khử là dịch chiết lá cây cỏ hôi Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano đồng từ dung dịch Cu2+bằng dịch chiết lá cây cỏ hôi Đánh giá khả n ng kháng khuẩn của hạt nano đồng tổng hợp được để ứng dụng làm ch t kháng khuẩn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

 Cây cỏ hôi

 Hạt nano Cu tổng hợp từ muối đồng

 Một số loại vi khuẩn thường gặp

3.2 Phạm vi nghiên cứu

 Cây cỏ hôi được thu hái tại huyện Hóc Môn, Thành phố Hồ Chí Minh

 Muối Cu sử dụng trong đề tài là CuSO4

4 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thực nghiệm

 Phương pháp chiết tách: phương pháp ngâm gia nhiệt trong môi trường nước

 Tổng hợp nano đồng bằng phương pháp khử hóa học

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

 Tạo ra vật liệu mới thân thiện với môi trường, phục vụ cho ứng dụng kháng khuẩn

 Góp phần khẳng định đa dạng trong cách tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệp tại Viêt Nam

 Ứng dụng được cơ sở lý thuyết vào thực tế mang lại giá trị kinh tế thực tiễn

 Hướng tới sản xu t sạch và phát triển bền vững, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

4

1.1 Giới thiệu khoa học nano

Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và vận dụng vào các vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy mô đó, tính ch t của vật liệu khác hẳn với tính ch t của chúng tại các quy mô lớn hơn Công nghệ nano (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các c u trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m) Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano Công nghệ nano bao gồm các v n đề chính sau đây:

 Cơ sở khoa học nano

 Phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nm

 Chế tạo vật liệu nano

 Ứng dụng vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nh t một chiều có kích thước nano mét Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến ch t lỏng và khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano

 Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện

tử được tự do trên một chiều ví dụ, dây nano, ống nano,

 Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ, màng mỏng,

5

 Ngoài ra còn có vật liệu có c u trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc c u trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

1.2 Tổng hợp hạt kim loại nano

1.2.1 Từ trên xuống (Top Down)

Phương pháp từ trên xuống bao gồm quá trình chia nhỏ vật liệu khối thành kích cỡ nano từ các quá trình nghiền cơ học Phương pháp này thuận lợi bởi đơn giản và tránh được quá trình ay hơi cũng như các độc tố thường có trong công nghệ từ dưới lên (bottom-up) Tuy nhiên, ch t lượng sản phẩm hạt nano từ quá trình nghiền thường kém hơn sản phẩm của phương pháp từ dưới lên Mặt hạn chế chính của công nghệ này là v n đề nhiễm tạp ch t từ thiết bị nghiền, diện tích bề mặt hạt th p,

sự phân bố về hình dạng và kích thước không đều, và tốn nhiều n ng lượng [1]

1.2.2 Từ dưới lên (Bottom Up)

Phương pháp từ dưới lên sử dụng nguyên tử hay phân tử kết hợp lại tạo thành hạt nano Phương pháp này dễ kiểm soát hơn so với phương pháp từ trên xuống bởi dễ dàng thay đổi các thông số hay hệ phản ứng của quá trình tổng hợp, khi đó kích thước, hình dạng và c u tạo của hạt nano có thể được kiểm soát Phương pháp từ dưới lên thường tạo ra các sản phẩm có ch t lượng cũng như khả n ng ứng dụng tốt hơn

Các công nghệ này nói chung có thể áp dụng được trong các trạng thái khí, lỏng, rắn và thậm chí là trạng thái siêu tới hạn Vì thế việc ứng dụng các phương pháp từ dưới lên để tạo ra sản phẩm cuối cùng là r t nhiều Các phương pháp này thường đòi hỏi việc sử dụng các tác ch t là phức cơ kim hay muối kim loại thích hợp, các tác ch t này sẽ bị phân hủy hay khử Quá trình này có thể kiểm soát kích thước hạt qua quá trình kiểm soát sự hình thành mầm và phát triển hạt

1.3 Tổng hợp dung dịch keo

Khoa học về tổng hợp dung dịch keo nano được đề cập bởi thí nghiệm của Michael Faraday vào giữa thế kỷ XIX Dung dịch keo màu đỏ sẫm của hạt vàng nano được

6

tạo ra bằng cách khử (AuCl4) với phosphorus là tác nhân khử Gần đây, phương pháp khử này tiếp tục được phát triển với các điều kiện tổng hợp khác nhau, kết quả nhận được các hệ keo vàng nano với đường kính của các hạt nằm trong khoảng từ 3 đến 30 nm Đây là một ví dụ về phản ứng khử hóa học, phương pháp thường dùng

để chế tạo vật liệu kim loại nano Ngoài ra, còn có các phương pháp khác như phân hủy nhiệt, hay khử quang học các ion kim loại [1]

Tổng quan tình hình về tổng hợp dung dịch các hạt nano hiện tại cho th y có sự tập trung chủ yếu vào phương pháp khử hóa học, được thực hiện trên cơ sở quá trình khử các ion kim loại bởi ch t khử trong dung môi thích hợp Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, thiết bị đơn giản và có thể tạo số lượng lớn, đồng thời có thể dễ dàng điều chỉnh hình dạng, kích thước, độ phân bố và một số tính ch t của hạt nano bằng cách thay đổi các thông số thực nghiệm cũng như thay đổi hệ phản ứng trong quá trình tổng hợp [2] [3]

Các yếu tố cơ ản và quan trọng nh t để thực hiện quá trình gồm: dung môi, ch t khử và ch t bảo vệ Hầu hết các phương pháp tổng hợp dung dịch đều sử dụng các dung môi hữu cơ như: nước, ethylen glycol, ethanol, diethylen glycol, Các ch t khử được sử dụng trong các nghiên cứu gần đây thường th y như: hydrazin hydrat (N2H4.H2O), natri phosphinat monohydrat (NaH2PO4.H2O), natri borohydrid (NaBH4), kali borohydrid (KBH4), acid ascorbic (C6H8O6), natri formaldehyd sulfoxylat (CH3NaO3S) Một v n đề thường th y đối với các hạt kim loại nano trong quá trình tổng hợp là chúng có khuynh hướng kết tụ, lắng đọng cũng như ề mặt dễ

bị oxi hóa Để giải quyết những v n đề này, quá trình tổng hợp thường được tiến hành trong môi trường khí trơ kết hợp với sử dụng các ch t bảo vệ Các ch t này sẽ tạo một lớp bảo vệ bên ngoài bề mặt các hạt nano, ngoài ra chúng còn có thể đóng vai trò kiểm soát quá trình tạo mầm, ng n chặn quá trình phát triển hạt, do đó chúng cũng được biết đến là tác nhân kiểm soát hình dạng và kích thước các hạt nano Các

ch t bảo vệ được biết tới như: Polyvinyl pyrrolidone (PVP), cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), benzildiethylen triamin (BDT), sodium lauryl sulfat (SLS),…

7

1.4 Sự ổn định hạt kim loại nano

Yêu cầu trước tiên đối với quá trình tổng hợp các hạt nano nói chung và hạt kim loại nano nói riêng là quá trình bảo vệ, ng n chặn sự kết tụ và lắng đọng của các hạt, vì nếu điều này xảy ra sẽ ảnh hưởng x u đến tính ch t và khả n ng ứng dụng Phương pháp phổ biến để thực hiện là đưa các hạt nano vào ch t nền bảo vệ Tùy theo yêu cầu đối với các hạt nano về tính ch t, khả n ng ứng dụng mà quá trình tổng hợp sẽ sử dụng ch t bảo vệ thích hợp Có 2 cơ chế được đề nghị đối với việc

ổn định các hạt kim loại nano là ổn định t nh điện (electrostatic stabilisation) và ổn định không gian (steric stabilisation) [1] [4] [5]

1.4.1 Sự ổn định tĩnh điện

Phương pháp này thường sử dụng đối với quá trình tổng hợp và điều chỉnh sự phân

bố kích thước hạt Mỗi hạt kim loại nano được bao bọc bởi một lớp điện kép (electrical dou le layer), do đó gây ra sự đẩy giữa các hạt lân cận Lớp điện kép này được hình thành bởi sự h p thu của các ion âm trong dung dịch lên bề mặt hạt kim loại nano Các ion âm này được hút bởi các ion kim loại mang điện dương tại bề mặt tinh thể kim loại của hạt nano Điều này giúp ổn định và kiểm soát quá trình phát triển của các hạt kim loại nano được hình thành Các ion âm có thể sinh ra bởi tác ch t, ch t khử có sẵn trong dung dịch

1.4.2 Sự ổn định không gian

Sự ổn định không gian đạt được khi hình thành liên kết giữa hạt nano với các phân

tử ch t bảo vệ như: polymer, ch t hoạt động bề mặt, hay các ligand

1.5 Các hiệu ứng gây ra bởi hạt nano

1.5.1 Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỷ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia t ng Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính ch t khác biệt so với tính ch t của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn

8

gọi là hiệu ứng bề mặt t ng Sự thay đổi về tính ch t có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước Chúng ta cần lưu ý đặc điểm này trong nghiên cứu và ứng dụng

Bảng 1.1 Số nguyên tử và n ng lượng ề mặt của hạt nano hình cầu

Năng lượng

bề mặt (erg/mol)

Năng lượng

bề mặt/Năng lượng tổng (%)

này đã làm nên cái tên “vật liệu nano” mà ta thường nghe đến ngày nay Ở vật

liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính ch t vật lí đã iết Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được với

độ dài đặc trưng đó thì tính ch t có liên quan đến độ dài đặc trưng ị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính ch t đã iết trước đó Ở đây không có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính ch t khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính ch t đi kèm của vật liệu đó Cùng một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính ch t này thì th y khác lạ sơ với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính ch t khác thì lại không có gì khác biệt

cả Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở

b t cứ kích thước nào

từ Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện Do vậy xu t hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nh t Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính ch t quang Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt [5] [6] [7]

1.6.2 Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại r t tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên c u trúc vùng n ng lượng của ch t rắn Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện

tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng

(phonon) Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại Định luật Ohm cho th y đường I-U là một

10

đường tuyến tính Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa c u trúc vùng n ng lượng Hệ quả của quá trình lượng tử hóa

này đối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xu t hiện một hiệu ứng gọi

là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực [5]

[6] [7]

1.6.3 Tính chất từ

Các kim loại quý như vàng, ạc… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô an, ni ken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá

vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường

bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không [5] [6] [7]

1.6.4 Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên

tử trong mạng tinh thể Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có

số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm có Tm = 950°C [5] [6] [7]

1.7 Giới thiệu về kim loại đồng

Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và số nguyên tử bằng 29 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao Đồng nguyên ch t mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ Nó được sử dụng

11

làm ch t dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau

Đồng là một trong số ít các kim loại xu t hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể

sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng Do đó nó có được con người sử dụng

từ r t sớm khoảng 8000 TCN Nó là kim loại đầu tiên được nung chảy từ quặng của

nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu tiên được đúc thành khối vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên được tạo thành hợp kim với các loại khác, là thiếc để tạo

ra đồng đỏ vào khoảng 3500 TCN [1] [7] [8] [9]

Hình 1.1 C u trúc của nguyên tử Cu(a), Vật liệu được mạ đồng ( )

Kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn n m Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi an đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là сuprum Các hợp ch t của

nó thường tồn tại ở dạng muối đồng(II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm

do những tính ch t hóa học và vật lý r t đặc trưng Các tính ch t đặc biệt của các hạt kim loại nano gồm: độ dẫn điện cao, hoạt tính xúc tác, tính ch t điện, quang học, từ tính

Đồng nano cùng với các hạt kim loại nano quý như vàng và ạc được nghiên cứu rộng rãi trong số các vật liệu kim loại nano vì hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt thể hiện rõ ràng trong phổ quang học ở vùng nhìn th y, cùng với hiệu ứng lượng tử khi ở c p độ nano Hầu hết các tính ch t quang của hạt kim loại nano được thể hiện tương ứng với kích thước nhỏ và bề mặt đặc biệt của chúng Cho đến nay, đồng nano đã được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau Các phương pháp tổng hợp đồng nano có thể kể đến như: chiếu xạ điện tử (electron beam irradiation), quá trình plasma (plasma process), phương pháp khử hóa học, phương pháp tổng hợp in-situ (in-situ synthesis), khử qua hai ước (two-step reduction method), khử muối kim loại có sự hỗ trợ của nhiệt vi sóng, [1] Nói chung, các phương pháp tổng hợp đồng nano thường được phân thành hai phương pháp chính là phương pháp vật lý và hóa học Tuy nhiên, các phương pháp vật lý có những hạn chế như

ch t lượng sản phẩm các hạt nano tạo ra không cao, quá trình thực hiện đòi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp và tốn kém Trong khi đó, các phương pháp trên cơ sở của quá trình hóa học nói chung là phổ biến bởi đơn giản, chi phí th p, hình dạng, sự phân bố kích thước của các hạt nano đồng tạo thành có thể được kiểm soát bởi sự thay đổi thành phần trong hệ phản ứng tổng hợp như: dung môi, ch t bảo vệ, ch t khử, ch t phân tán hoặc thay đổi các thông số kỹ thuật của phản ứng tổng hợp như:

13

thời gian, nhiệt độ, pH, nồng độ ch t bảo vệ, nồng độ tác ch t, nồng độ ch t khử, tỷ

lệ giữa tác ch t và ch t bảo vệ,…

Một số nghiên cứu về nano đồng:

Ở Việt Nam hiện nay các công trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano đồng trong kháng khuẩn chưa có nhiều công bố

N m 2011, Phòng thí nghiệm Công nghệ nano, Đại học quốc gia Tp.HCM đã sử dụng phương pháp khử hóa học để tổng hợp vật liệu nano đồng với tiền ch t là đồng sulfat, ch t khử NaBH4 Kết quả nghiên cứu đã thu được các hạt nano đồng có kích thước trung bình khoảng 10 nm

N m 2011, Nguyễn Thị Phượng Phong và cộng sự đã tổng hợp vật liệu nano Cu bằng phương pháp khử đối với Cu oxalate, CuCl2, CuSO4, sử dụng ch t khử là ethylene glycole, diethyleneglycole, glycerin kết hợp hỗ trợ của vi sóng để làm nguyên liệu chế tạo thuốc bảo vệ thực vật

N m 2017, Bùi Duy Du và cộng sự đã tổng hợp vật liệu nano đồng oxit trong zeolit

A với ch t khử là hydrazine hydrat trong môi trường azơ Kết quả thu được hạt nano đồng oxit có kích thước là 40 nm và có hoạt tính kháng khuẩn chống lại Escherichia coli, kết quả nghiên cứu có thể được sản xu t với quy mô lớn để xử lý nước và ứng dụng nông nghiệp

N m 2011, Đặng Thị Mỹ Dung đã nghiên cứu tổng hợp nano đồng từ CuSO4 với

ch t khử Borohydride natri trong dung môi polyethylene glycol (PEG), ch t bền là PVP thu được hạt nano có kích thước hạt 10nm

N m 2012, Võ Quốc Khương tổng hợp nano đồng từ Cu(NO2)2.3H2O với ch t khử

là N2H4.2H2O trong dung môi là nước với ch t bền là CTAB và PVP

Trên thế giới hiện nay các công trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano đồng trong kháng khuẩn đã có nhiều công bố

N m 2003, Hai-tao Zhu và cộng sự tổng hợp nano đồng từ CuSO4.5H2O với ch t khử là hypophosphite trong dung môi là nước, ch t bền là PVP (K30) Kết quả thu được sau 5 phút khu y trộn nhờ vi sóng, hạt nano có kích thước là 10nm

14

N m 2005, Young Hwan Kim và cộng sự sử dụng phương pháp nhiệt phân phức Cu-oleate tổng hợp nano đồng từ CuCl2 trong dung môi là nước với ch t bền là Sodium oleate ở 290oC thu được hạt nano 12.7nm

N m 2006, Chunwei và cộng sự tổng hợp nano đồng từ Cu(NO3)2 với ch t khử là Ascorbic acid trong dung môi là nước, ch t bền là PVP Kết quả thu được hạt nano đồng nhưng thời gian phản ứng dài, lượng tác ch t phản ứng lớn

N m 2009, Zang Qui-li và cộng sự tổng hợp nano đồng từ CuSO4 với ch t khử là Borohyride trong dung môi nước, ch t bền là EDTA thu được kích thước hạt nano 100nm ở nhiệt độ phản ứng 30oC

N m 2010, Mustafa Bicer và cộng sự tổng hợp nano đồng từ CuSO4.5H2O với ch t khử là Asor ic acid trong dung môi nước, ch t bền là CTAB thu được kích thước hạt nano tại pH = 6.5 là 90nm

N m 2013, nhóm nghiên cứu trường đại học quốc gia Chungbuk Hàn Quốc tổng hợp nano đồng từ CuSO4.5H2O và dịch chiết lá cậy mộc lan trong dung môi nước thu được hạt nano đồng Và một số nghiên cứu tổng hợp nano Cu từ CuSO4 với tác nhân khử là dịch chiết từ một số loại lá cây như lá cây hương nhu tía, ngót nghẻo, xuyên tâm liên, cáp gai đen,…

1.9 Đặc tính sinh học của nano đồng

Trong l nh vực y sinh học, hoạt tính sinh học của các hạt kim loại nano vẫn đang được nghiên cứu rộng rãi vì hoạt tính này phụ thuộc vào kích thước Kích thước của các hạt kim loại nano gần như tương đồng với c u trúc các phân tử sinh học Một trong các ứng dụng trong l nh vực y sinh học của các hạt kim loại nano là chúng được sử dụng như tác nhân kháng khuẩn nhằm trị bệnh và diệt các loại vi sinh vật kháng thuốc Tuy nhiên, những đặc tính sinh học hay khả n ng tương thích sinh học của các hạt kim loại nano là v n đề cần được nghiên cứu sâu

15

Hình 1.2 Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu Hoạt tính sinh học của các hạt kim loại nano có được chủ yếu từ hiệu ứng bề mặt của chúng Các hạt nano kích thước càng nhỏ thì tỷ lệ diện tích bề mặt so với khối lượng càng cao, điều này làm cho chúng dễ dàng tương tác một cách chặt chẽ với màng tế bào vi sinh vật mà không chỉ bởi việc giải phóng ra các ion kim loại trong dung dịch Các nghiên cứu cho th y rằng, các hạt kim loại nano thể hiện hoạt tính sinh học với sản phẩm được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau Nhiều hạt nano kim loại và oxit kim loại như Au, Ag, TiO2, ZnO, MgO… thể hiện hoạt tính ức chế sự phát triển với nhiều chủng vi sinh vật khác nhau bao gồm n m, vi khuẩn gram âm, vi khuẩn gram dương và cả vi rút Ưu điểm nổi bật của các hạt kim loại nano khi được sử dụng với vai trò như những tác nhân kháng vi sinh vật là chúng ít độc hại với tế bào của người, các loại động vật có vú so với các dạng ion tương ứng từ 7 đến 50 lần và có hiệu lực tác dụng kéo dài như một nguồn các nguyên tố trong cơ thể vi sinh vật Trong số các hạt kim loại nano, đồng nano cũng nhận được sự quan tâm nhiều bởi có những tính ch t tương đồng với các hạt kim loại nano qúy như ạc và vàng, khả n ng được sử dụng rộng rãi bởi giá thành rẻ là những ưu điểm tạo cho đồng nano tiềm n ng ứng dụng như tác nhân kháng vi sinh vật trong tương lai Trong những n m gần đây, việc tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật của đồng nano đã được thể hiện trong một số báo cáo của các nhà khoa học trên thế giới Kết quả cho th y đồng nano cho hoạt tính kháng và diệt

16

với nhiều chủng loại vi khuẩn và n m gây bệnh, cơ chế chính xác cho quá trình kháng và diệt vi sinh [4] [10] [11] [12] [13] [14]

1.10 Đặc điểm sinh học của một số vi sinh vật

1.10.1 Đặc tính sinh học khuẩn Bacillus subtillis

Bacillus subtilis được phát hiện lần đầu tiên vào n m 1835 do Christion Erenberg

N m 1941, Bacillus subtilis được phát hiện trong phân ngựa bởi tổ chức y học Nazi

của Đức Lúc đầu, chúng được dùng chủ yếu để phòng bệnh lị cho các inh s Đức

chiến đ u ở Bắc Phi Gần đây, Bacillus subtilis đã được nghiên cứu, sử dụng rộng rãi trên thế giới Bacillus subtilis được sử dụng ngày càng phổ biến và được xem

như sinh vật phòng và trị các bệnh về rối loạn đường tiêu hóa, các chứng viêm ruột, viêm đại tràng, tiêu chảy…

Ngày nay, Bacillus subtilis đã và đang được nghiên cứu rộng rãi với nhiều tiềm

n ng và ứng dụng hiệu quả trong ch n nuôi, công nghiệp, xử lý môi trường…

Theo phân loại Bacillus subtilis thuộc:

– Giới (Kingdom): Bacteria

– Ngành (Division): Firmicutes

– Lớp (Class): Bacilli

– Bộ (Order): Bacillales

– Họ (Family): Bacillaceae

– Giống (Genus): Bacillus

– Loài (Species): Bacillus subtilis

17

Hình 1.3 Trực khuẩn Bacillus subtilis

Bacillus subtilis là trực khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, bắt màu tím Gram (+), kích thước

0,5 – 0,8µm x 1,5 – 3µm, đơn lẻ hoặc thành chuỗi ngắn Vi khuẩn có khả n ng di động, có 8 – 12 lông, sinh bào tử hình bầu dục nhỏ hơn nằm giữa hoặc lệch tâm tế

ào, kích thước từ 0,8 – 1,8µm

Vi khuẩn Bacillus subtilis phát triển trong điều kiện hiếu khí, tuy nhiên vẫn phát

triển được trong môi trường thiếu oxy Nhiệt độ tối ưu là 37oC, pH thích hợp

khoảng 7,0 – 7,4 Vi khuẩn Bacillus subtilis phát triển hầu hết trên các môi trường

dinh dưỡng cơ ản

Chúng phân bố hầu hết trong môi trường tự nhiên, phần lớn cư trú trong đ t và rơm

rạ, cỏ khô nên được gọi là “trực khuẩn cỏ khô” Ngoài ra, chúng còn có mặt trong

các nguyên liệu sản xu t như ột mì (trong bột mì vi khuẩn Bacillus subtilis chiếm

75 – 79% vi khuẩn tạo bào tử), bột gạo, trong các thực phẩm như mắm, tương,

chao… Bacillus subtilis đóng vai trò đáng kể về mặt có lợi cũng như mặt gây hại

trong quá trình biến đổi sinh học

18

Bacillus subtilis có vai trò lớn trong việc giữ ổn định thế quân bình vi khuẩn đường

ruột bằng cơ chế cạnh tranh sinh tồn, và khả n ng gây ức chế các vi khuẩn gây bệnh

ở đường ruột, do tác dụng bởi những sản phẩm tiết của nó

Bacillus subtilis có hệ thống enzyme tương đối hoàn chỉnh, các enzyme có khả

n ng thủy phân glucid, lipid, protid, enzyme cenlulase biến đổi ch t xơ thành các loại đường dễ tiêu, lecitinase thủy phân các ch t béo phức hợp, enzyme phân giải gelatin, ezyme phân giải fibrin và một loại enzyme giống lysozyme gây tác dụng trực tiếp dung giải một số loại vi khuẩn Proteus gây bệnh trong đường ruột [15] [16] [17]

1.10.2 Đặc tính sinh học khuẩn Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus thuộc giống Staphylococcus, do đó mang những tính ch t

chung của Staphylococcus.S.aureus là những vi khuẩn hình cầu, không di động,

gram dương, đường kính 0,5  1,5 µm, tế bào xếp thành hình chùm nho, không di động Thành tế bào kháng với lysozyme và nhạy với lysotaphin, một ch t có thể phá hủy cầu nối pentaglycin của tụ cầu

S.aureus là những vi khuẩn hiếu khí hay kị khí tùy nghi, có enzyme catalase phân

giải oxy già giải phóng oxy và nước

S.aureus cho phản ứng đông huyết tương dương tính do chúng tiết ra enzyme

coagulase Đây được xem là tính ch t đặc trưng của S aureus, là tiêu chuẩn để phân

biệt S aureus với các tụ cầu khác Có hai dạng coagulase: coagulase cố định (bound coagulase) gắn vào thành tế bào và coagulase tự do (free coagulase) được phóng thích khỏi thành tế ào Có hai phương pháp để thực hiện thử nghiệm coagulase là thực hiện trên lam kính và trong ống nghiệm

Ngoài ra, chúng còn cho phản ứng DNAse, phosphatase dương tính, có khả n ng lên men và sinh acid từ manitol, trehalose, sucrose T t cả các dòng S aureus đều nhạy với Novobicine, có khả n ng t ng trưởng trong môi trường chứa đến 15% muối NaCl (Trần Linh Thước, 2002)

19

Hình 1.4 Tụ cầu khuẩn Staphylococcus aureus

Staphylococcus là một chủng vi khuẩn có thể gây ra r t nhiều bệnh nhiễm trùng

trong cơ thể Đây là chủng vi khuẩn thường gặp trên da người và trong điều kiện ình thường chúng không gây bệnh Có hơn 30 chủng tụ cầu khuẩn có thể gây bệnh,

tuy nhiên phổ biến nh t vẫn là tụ cầu vàng Staphylococcus aureus Nếu vi khuẩn

này xâm nhập vào cơ thể, thông qua các vết thương trên da hay qua đường hô h p, chúng có thể gây ra các nhiễm trùng r t nghiêm trọng

Tụ cầu có thể gây ra r t nhiều bệnh nhiễm trùng khác nhau Hầu hết các nhiễm trùng có thể gây viêm khu trú hay hình thành ổ nhiễm trùng gọi là áp-xe Các nhiễm trùng nông trên da như chốc lở hay viêm mô tế bào là phổ biến nh t Những phụ nữ cho con bú có thể bị nhiễm một bệnh do tụ cầu gọi là chứng viêm vú, có thể giải phóng vi khuẩn vào sữa mẹ Tụ cầu phải khi xâm nhập vào phổi có thể gây viêm phổi Khi vào xương nó có thể gây viêm tủy xương Nhiễm khuẩn huyết do tụ cầu vàng cũng có thể gây nhiễm trùng ở tim và van tim (viêm cơ tim) Nếu tụ cầu lưu thông trong máu, nó có thể được đưa đến r t nhiều hệ cơ quan trong cơ thể và gây các bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng, có thể nguy hiểm đến tính mạng (nhiễm khuẩn huyết) Nhiễm khuẩn huyết có thể dẫn tới sốc hay suy đa phủ tạng và gây tử vong

Tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA) là một chủng tụ cầu vàng kháng với những kháng sinh nhóm penicillin bao gồm methicillin, penicillin, amoxicillin và oxacillin MRSA được coi là một loại “siêu vi khuẩn” do hiện nay nó đã trở nên đề kháng với

r t nhiều loại kháng sinh mà trước kia có thể sử dụng để tiêu diệt MRSA trong các

mỳ ống), các loại ánh nướng có kem và các sản phẩm từ sữa [15] [16] [17]

B t cứ ai cũng có thể bị nhiễm bệnh, tuy nhiên những đối tượng có nguy cơ cao

- Người có hệ miễn dịch yếu

- Có vết thương trên da hay mắc bệnh ngoài da

- Bệnh nhân phẫu thuật

- Sử dụng các ống thông (đặt nội khí quản)

1.11 Các biện pháp khống chế vi sinh vật trên thế giới và Việt Nam

1.11.1 Phương pháp Tăng nhiệt

T ng nhiệt là phương pháp thường dùng nh t để diệt khuẩn Chủ yếu có phương pháp dùng sức nóng ẩm và sức nóng khô Nhiệt độ th p cũng được sử dụng để ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Đây là phương pháp quan trọng ngành vi sinh vật học thực phẩm Ở nhiệt độ -20°C hay th p hơn, vật phẩm bị đông lạnh, vi sinh vật bị đình chỉ sinh trưởng Một số vi sinh vật bị chết vì các tinh thể

ng là phá vỡ màng tế bào [17]

21

Bảng 1.2 Điều kiện ước chừng để diệt khuẩn bằng sức nóng ẩm

Vi sinh vật Tế bào dinh dưỡng Bào tử

Vi khuẩn 10 min, 60-70°C Trên 800 min, 100°C 0,5-12

bị qua lọc tầng sâu Phương pháp diệt khuẩn nhờ lọc còn dùng để lọc không khí Hai ví dụ thường gặp là khẩu trang dùng trong ngoại khoa và nút bông dùng cho các ống nghiệm hay các bình nuôi c y vi sinh vật Không khí đi qua được nhưng vi sinh vật thì bị giữ lại bên ngoài Phòng c y Laminar thoáng khí nhưng an toàn sinh học (Laminar flow iological safety ca inet) đã sử dụng màng lọc không khí bằng các hạt hiệu lực cao HEPA (highefficiency particulate filter) [17]

22

1.11.3 Bức xạ (radiation)

Bức xạ tử ngoại (Ultraviolet radiation-UV) với ước sóng 260 nm có hiệu ứng diệt khuẩn r t mạnh, tuy nhiên không có khả n ng xuyên qua thủy tinh, các màng bẩn, nước và một số cơ ch t khác Vì vậy UV chỉ dùng để diệt khuẩn trong một số trường hợp, ví dụ diệt khuẩn không khí trong tủ c y, phòng nuôi c y hoặc bền ngoài một số vật thể UV cũng có thể dùng để diệt khuẩn nước, phải là một tầng nước mỏng đi qua đèn UV để đủ sức diệt mầm bệnh và các vi sinh vật khác Bức xạ ion hóa (ionizing radiation) hay bức xạ điện ly có sức xuyên r t mạnh và được dùng r t tốt để diệt khuẩn Tia gamma từ nguồn co alt 60 được dùng để diệt khuẩn nguội đối với ch t kháng sinh, kích tố (hormones), chỉ khâu vết thương, các vật liệu y học bằng ch t dẻo (plastic) như ống tiêm Tia gamma còn được diệt khuẩn và tiêu độc (pasteurize) đối với thịt và các thực phẩm khác Bức xạ ion hóa có thể diệt các vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm như Escherichia coli O157:H7, Staphylococcus aureus, Campylobacter jejuni [17]

1.11.4 Phương pháp hóa học

Có nhiều loại hóa ch t được dùng làm ch t kháng khuẩn, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Trước khi chọn sử dụng hóa ch t nào phải hiểu rõ đặc tính của ch t đó Trong trường hợp pha r t loãng và có mặt ch t hữu cơ thì ch t đó vẫn có thể tác dụng có hiệu quả lên các nhân tố truyền nhiễm (vi khuẩn Gram dương, Gram âm, vi khuẩn kháng acid, nội bào tử của vi khuẩn, các loại n m và virus ), mặt khác lại phải không có hại đối với cơ thể người, không làm n mòn các vật phẩm nói chung Trong thực tiễn, r t khó đạt đến tiêu chuẩn vừa có hiệu lực vừa

ít độc đối với cơ thể Một số hóa ch t tuy hiệu lực th p nhưng vì khá vô hại nên vẫn được sử dụng Ch t kháng khuẩn phải ổn định khi bảo quản, không có mùi vị khó chịu, tan trong nước và trong dầu để dễ xâm nhập vào vi sinh vật và phải có sức

c ng ề mặt th p để xâm nhập được vào các khe trên bề mặt Nếu giá không cao càng tốt

Một v n đề nghiêm trọng là việc sử dụng quá mức Triclosan và các ch t diệt khuẩn (germicides) khác Ch t kháng khuẩn (antibacterial) này hiện th y có mặt trong các

23

sản phẩm như ch t khử mùi (deodorant), nước súc miệng, xà phòng, thớt cắt rau, đồ chơi trẻ em Triclosan hầu như đang có mặt khắp nơi, hậu quả là đã xu t hiện các

vi khuẩn kháng Triclosan Vì vậy việc dùng quá mức các ch t kháng khuẩn có khả

n ng sinh ra những hậu quả khó lường

Bảng 1.3 Một số loại hóa ch t thường được sử dụng làm ch t kháng khuẩn

Hóa chất Nồng độ sử dụng Mức độ hoạt tính

Hợp ch t của

Loại Phenol: là ch t kháng khuẩn được sử dụng rộng rãi đầu tiên Hiện nay phenol

và các dẫn xu t như các loại cresol, các loại xylenol và orthophenylphenol đã được dùng để làm ch t kháng khuẩn trong các phòng thí nghiệm và bệnh viện Chúng có

ưu điểm là có thể diệt vi khuẩn lao khi có mặt các ch t hữu cơ Sau khi sử dụng có

24

thể duy trì tác dụng khá lâu trên bề mặt vật thể Nhưng chúng có mùi khó chịu và có

thể làm kích thích da

Cồn: là một trong những loại ch t kháng khuẩn thường dùng Cồn có thể làm chết

cả vi khuẩn và n m nhưng không làm chết được bào tử Một số virút chứa lipid cũng ị cồn làm chết Ethanol và Isopopanol là hai loại cồn thường dùng để diệt khuẩn, nồng độ thường dùng là 70-80%, nồng độ này làm biến tính protein, còn có thể làm hòa tan màng lipid

Các Halogens: I và Cl là hai loại kháng vi sinh vật quan trọng I thường được dùng

làm thuốc phòng thối (antiseptic) ngoài da Nó làm chết vi sinh vật do oxy hóa các thành phần tế bào, iod hóa (iodinating) các protein Với nồng độ cao có thể làm chết bào tử, nói chung là sử dụng KI với nồng độ 2 % hay cao hơn iodine trong dung dịch nước-ethanol Mặc dầu I là ch t phòng thối có hiệu quả nhưng cũng có thể làm

tổn thương da, có thể làm biến màu da, còn có thể gây dị ứng (allergie)

Clo là một ch t tiêu độc tốt, khống đắt, lại dễ dàng sử dụng nên r t hay được sử dụng Với một lượng nước uống nhỏ có thể tiêu độc bằng những viên halozone Halozone (acid parasulfone dichloramido enzoic) sau khi đưa vào nước sẽ từ từ giải phóng ra chloride, sau khoảng nửa giờ có thể đạt tới mục đích tiêu độc Ch t này thường được sử dụng trong trường hợp thiếu nước sạch để uống

Dung dịch Cl là ch t tiêu độc có hiệu quả trong gia đình và trong các phòng thí nghiệm Có thể dùng nồng độ pha loãng 100 lần dịch tẩy trắng gia dụng (household bleach) phối hợp với ch t tẩy không ion hóa (non ionic detergent) sao cho nồng độ

ch t tẩy vào khoảng 0,8% Hỗn hợp này vừa làm sạch vừa loại bỏ vi khuẩn

Các Kim loại nặng: Trong nhiều n m các ion kim loại nặng như Hg, Ag, As, Zn và

Cu thường được dùng để làm ch t diệt khuẩn (germicides) Nhiều kim loại nặng có tác dụng ức chế vi sinh vật (bacteriostatic) hơn là diệt khuẩn Hiện các ch t này đã được thay thế bằng các ch t khác có độc tính th p hơn và có hiệu quả hơn Nhưng cũng có thường hợp ngoại lệ, ví dụ dung dịch 1% AgNO3 thường được dùng làm thuốc nhỏ mắt để phòng bệnh lậu ở mắt (trong nhiều bệnh viện người ta dùng Erythromycin để thay thế nitrat bạc vì ch t kháng sinh này có hiệu quả chống cả

25

Chlamydia lẫn Neisseria Bạc sulfadiazine thường được dùng trong điều trị bỏng CuSO4 thường được dùng để diệt tảo có hiệu quả trong ao hồ và các bể ơi Kim loại nặng kết hợp với protein, làm b t hoạt protein và cũng có thể làm kết tủa protein của tế bào

Hình 1.5 Kim loại kháng khuẩn Ag, Au

Các muối ammon bậc bốn: Các ch t tẩy (Detergents - từ gốc La Tinh detergere có

ngh a là loại trừ) là những phân tử hữu cơ được dùng làm các ch t giữ âm (wetting agents) và nhũ hóa (emulsifiers) vì chúng vừa có cực thân nước (polar hydrophilic) vừa có những gốc phi cực kỵ nước (nonpolar hydrophobic ends) Chúng có thể làm tan các ch t khó hòa tan bởi các phương pháp khác, vì vậy dùng làm ch t tẩy rửa,

giặt giũ r t có hiệu quả, nhưng cơ chế khác với các ch t béo có trong xà phòng

Mặc dầu các ch t tẩy dạng ion có chức n ng kháng vi sinh vật nh t định nhưng chỉ

có các ch t tẩy rửa cationic (ion dương) mới có tác dụng tiêu độc Thường dùng

nh t là các muối ammon bậc bốn, chúng làm phá vỡ màng tế ào, cũng có thể làm biến tính protein

Các Aldehyde: Hai loại aldehyde thường được sử dụng là Formaldehyde và

Glutaraldehyde Chúng có phản ứng r t mạnh, có thể kết hợp với acid nucleic và protein và làm b t hoạt chúng, còn có thể làm b t hoạt thông qua việc liên kết chéo (crosslinking) và alkyl hóa (alkylating) Chúng có thể làm chết bào tử, có thể dùng làm ch t diệt khuẩn hóa học Formaldehyde thường được dùng dưới dạng hòa tan trong nước hay trong cồn Dung dịch đệm 2% glutaraldehyde là một loại ch t tiêu

26

độc có hiệu quả và thường được dùng để tiêu độc các phòng thí nghiệm và bệnh viện Glutaraldehyd trong 10 phút đã đủ để tiêu độc nhưng để giết chết bào tử cần

tới 12 giờ

Các khí diệt khuẩn: Có nhiều vật phẩm không chịu được nhiệt độ cao như các đ a

Petri bằng ch t dẻo, các ống tiêm nhựa, các bộ phận của máy tim-phổi nhân tạo, các ống dẫn, ống nói cần diệt khuẩn bằng khío ethylene oxide (EtO) EtO có thể kết hợp với protein, có thể làm chết cả vi sinh vật lẫn bào tử EtO nhanh chóng xuyên

qua được các bao bì bằng ch t dẻo nên là một loại ch t tiêu độc đặc biệt hiệu quả

Tiêu độc bằng EtO r t giống với tiêu độc trong nồi cao áp Cần khống chế nồng độc EtO, nhiệt độ và độ ẩm Với EtO thuần khiết thường dùng nồng độ 10-20% phối hợp với CO2 hay dichlorodifluorromethane Với các vật dụng sạch cần xử lý ở 38°C trong 5-8 giờ, nếu ở 54°C cần xử lý trong 3-4 giờ Nồng độ EtO là là 700mg/lít.Vì EtO có độc tính lớn cho nên sau khi tiêu độc cần thổi khí mạnh để loại trừ hết EtO

đi

1.12 Tổng quan về cây cỏ hôi

Cỏ hôi (Bớp bớp hay còn gọi là ba bớp, lốp bốp, cỏ Lào, yến bạch, cỏ hôi, cỏ Việt Minh, cỏ Nhật, cây cộng sản, cây phân xanh), danh pháp hai phần: Chromolaena odorata là loài thực vật nhiệt đới bản địa ở vùng Caribê và Bắc Mỹ thuộc họ Cúc (Asteraceae) Chúng đã phát tán sang vùng nhiệt đới ở châu Á, Tây Phi và một phần Úc Đây là một loài cây bụi, có nhiều thân chính và tỏa nhiều nhánh hoặc thân ở gần gốc, tạo thành các tầng Bớp bớp thường mọc ở những nơi bãi hoang, thảo nguyên, bìa rừng [8] [18] [19]

Ở tuổi trưởng thành, cây thường cao từ 0,5 m đến 1,5 m Tuổi thọ của cây khoảng

từ 1 – 2,5 n m Loài này ưa sáng, chịu đựng tốt trong điều kiện khí hậu hanh khô Bớp bớp nằm trong diện quan trọng của thảm thực vật Sau khi xu t hiện, loài thực vật này nhanh chóng lan rộng ở Việt Nam, được ghi nhận n m 1935 cùng lúc với sự

xu t hiện của phong trào cộng sản nên còn được gọi là cây cộng sản Bớp bớp có thể được sử dụng làm dược liệu, dùng cho cầm máu tốt, trong chiến tranh được các chiến s dùng trong quân y