Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng dịch chiết nước lá chè xanh và khả năng kháng khuẩn của nó trên vật liệu cacbon hoạt tính

TRt c' các vi khuPn /0u không bE lUn vJi kháng sinh b:c và vì thQ các h:t nano b:c không bE mRt tác d2ng.. Ngoài ra, các h:t nano b:c sr giúp t:o ra các oxygen ho:t tính t[ trong không k

B GIÁO D"C VÀ $ÀO T%O

!I H#C À N%NG

VÕ TH& TI(P

NGHIÊN C*U T-NG H.P NANO B!C

D&CH CHI(T N+3C LÁ CHÈ XANH

VÀ KH4 N6NG KHÁNG KHU8N C9A NÓ TRÊN V;T LI<U CACBON HO!T TÍNH

LU;N V6N TH!C S= KHOA H#C

à N?ng - NBm 2014

B GIÁO D"C VÀ $ÀO T%O

!I H#C À N%NG

VÕ TH& TI(P

NGHIÊN C*U T-NG H.P NANO B!C

D&CH CHI(T N+3C LÁ CHÈ XANH

VÀ KH4 N6NG KHÁNG KHU8N C9A NÓ TRÊN V;T LI<U CACBON HO!T TÍNH

Chuyên ngành : Hóa hCu cE

Mã sF : 60.44.27

LU;N V6N TH!C S= KHOA H#C

NgDIi hDJng dKn khoa hLc: PGS.TS LÊ TM H4I

à N?ng - NBm 2014

LNI CAM OAN

Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên c!u c$a riêng tôi

Các s& li)u k+t qu, nêu trong lu.n v/n là trung th1c và ch"a t2ng "4c ai công b& trong b6t kì công trình nào khác

Tác gi' lu)n v+n

Võ ThO TiQp

MSC LSC

MT UU 1

1 Lý do ch-n /0 tài 1

2 M2c tiêu nghiên c4u 2

3 $7i t58ng và ph:m vi nghiên c4u 2

4 Ph59ng pháp nghiên c4u 2

5 Ý ngh;a khoa h-c và th>c ti?n cAa /0 tài 3

6 B7 c2c cAa lu)n v+n 3

CH+/NG 1: T-NG QUAN 4

1.1 KHÁI QUÁT VB CÔNG NGHD NANO 4

1.1.1 LEch sG hình thành cAa công nghH nano 4

1.1.2 V)t liHu nano 5

1.1.3 C9 sI khoa h-c 7

1.1.4 Tình hình nghiên c4u v0 h:t nano trong và ngoài n5Jc 9

1.1.5 Kng d2ng cAa v)t liHu nano 10

1.1.6 Các ph59ng pháp tMng h8p v)t liHu nano 13

1.2 H%T NANO B%C 16

1.2.1 GiJi thiHu v0 b:c kim lo:i 16

1.2.2 $Oc tính kháng khuPn cAa b:c 17

1.2.3 C9 chQ kháng khuPn cAa b:c 18

1.2.4 GiJi thiHu v0 h:t nano b:c 20

1.2.5 Các ph59ng pháp chQ t:o h:t nano b:c 21

1.2.6 Tính chRt cAa h:t nano b:c 26

1.2.7 Snh h5Ing cAa nano b:c /Qn s4c khTe con ng5Ui 29

1.2.8 Kng d2ng cAa nano b:c 30

1.3 TWNG QUAN VB CÂY CHÈ 33

1.3.1 GiJi thiHu chung 33

1.3.2 $Oc /iXm cây chè 34

1.3.3 Thành phYn hóa h-c 37

1.3.4 Tác d2ng d58c lý - Công d2ng 37

1.4 KHÁI QUÁT VI KHUZN 38

1.4.1 Khái niHm chung v0 vi khuPn 38

1.4.2 S9 l58c v0 vi khuPn ESCHERICHIA COLI (E coli) 39

1.4.3 Tính chRt nuôi cRy 40

1.4.4 Kh' n+ng gây bHnh 40

1.4.5 TriHu ch4ng nhi?m khuPn và cách phòng ng[a 40

1.5 CACBON HO%T TÍNH (THAN HO%T TÍNH) 41

1.5.1 TMng quan v0 than ho:t tính 41

1.5.2 Các d:ng than ho:t tính 41

1.5.3 Công d2ng cAa than ho:t tính 42

CH+/NG 2: NGUYÊN LI<U VÀ PH+/NG PHÁP NGHIÊN C*U 44

2.1 NGUYÊN LIDU, D"NG C" VÀ HÓA CH\T 44

2.1.1 Nguyên liHu 44

2.1.2 D2ng c2 và hóa chRt 44

2.2 XÁC $]NH THÔNG S_ HÓA LÝ 45

2.2.1 Xác /Enh /` Pm 45

2.2.2 Xác /Enh hàm l58ng tro 46

2.3 KHSO SÁT CÁC YaU T_ SNH HLbNG $aN QUÁ TRÌNH CHIaT LÁ CHÈ 47

2.3.1 Kh'o sát td lH ren/lTng 47

2.3.2 Kh'o sát thUi gian chiQt 47

2.4 $]NH DANH THÀNH PHfN NHÓM CH\T HÓA HgC TRONG D]CH CHIaT LÁ CHÈ 48

2.5 KHSO SÁT CÁC YaU T_ SNH HLbNG $aN QUÁ TRÌNH T%O

NANO B%C 50

2.5.1 Kh'o sát nhng /` dung dEch b:c nitrat 50

2.5.2 Kh'o sát td lH thX tích dEch chiQt 50

2.5.3 Kh'o sát pH môi tr5Ung t:o nano b:c 50

2.5.4 Kh'o sát nhiHt /` t:o nano b:c 51

2.6 PHLcNG PHÁP NGHIÊN CKU H%T NANO B%C 51

2.6.1 Ph59ng pháp phM tG ngo:i và phM kh' kiQn (UV-VIS) 51

2.6.2 Kính hiXn vi /iHn tG truy0n qua (TEM) 53

2.6.3 PhM tán sec n+ng l58ng tia X (EDX) 55

2.6.4 PhM nhi?u x: tia X (XRD) 56

2.7 KHS NiNG KHÁNG KHUZN CjA NANO B%C TRÊN CACBON HO%T TÍNH 57

2.7.1 Môi tr5Ung nuôi vi khuPn E coli 57

2.7.2 HRp ph2 nano b:c trên than ho:t tính 58

2.7.3 $ánh giá kh' n+ng kháng khuPn cAa nano b:c tPm trên than ho:t tính 58

2.8 Sc $k QUY TRÌNH THlC NGHIDM TWNG HmP NANO B%C VÀ KHS NiNG KHÁNG KHUZN CjA NÓ TRÊN CACBON HO%T TÍNH 58

CH+/NG 3 : K(T QU4 VÀ TH4O LU;N 60

3.1 KaT QUS XÁC $]NH CÁC THÔNG S_ HÓA LÍ 60

3.1.1 Xác /Enh /` Pm 60

3.1.2 Xác /Enh hàm l58ng tro 60

3.2 KaT QUS KHSO SÁT CÁC YaU T_ SNH HLbNG $aN QUÁ TRÌNH CHIaT LÁ CHÈ 61

3.2.1 Kh'o sát td lH ren/lTng 61

3.2.2 Kh'o sát thUi gian chiQt 63

DANH MSC CÁC CHX VI(T TYT

BHA Butylated hydroxyanisole

BHT Butylated hydroxytoluene

E coli Vi khuPn Escherichia coli

EDX PhM tán sec n+ng l58ng tia X

HIV/AIDS H`i ch4ng suy gi'm mi?n dEch mec ph'i MHH Men ho:t hóa

DANH MSC CÁC B4NG

1.1 $` dài tJi h:n cAa m`t s7 tính chRt cAa v)t liHu 8

2.1 Môi tr5Ung nuôi cRy vi khuPn n5Jc mem - peptin 57 3.1 KQt qu' xác /Enh /` Pm trong lá chè 60 3.2 KQt qu' xác /Enh hàm l58ng tro trong lá chè 60 3.3 KQt qu' hiHu suRt kháng khuPn cAa nano b:c tPm trên

than ho:t tính

79 3.4 KQt qu' hiHu suRt kháng khuPn cAa than ho:t tính 79

1.2 Robot nano giúp lo:i bT tQ bào ung th5 10

1.4 C9 chQ phá vp màng tQ bào vi khuPn cAa nano b:c 19 1.5 Ion b:c vô hiHu hóa enzym chuyXn hóa oxy cAa vi khuPn 20

1.7 M`t s7 4ng d2ng nano b:c trong /Ui s7ng 30 1.8 Kng d2ng cAa nano b:c vào s9n và xG lí n5Jc th'i 32

1.10 S'n phPm thu7c tr[ bHnh MIFUM có ch4a nano b:c 33

1.12 Búp trà và s'n phPm chQ biQn t[ búp trà 36

2.1 Nguyên liHu chè t59i và lá chè /ã xG lí 44

2.4 HH th7ng hiXn vi /iHn tG truy0n qua JEM-1400 54 2.5 Kính hiXn vi /iHn tG quét JMS 5410 có kèm thêm ph2 kiHn

EDX

56

3.1 $h thE biXu di?n 'nh h5Ing cAa td lH ren/ lTng /Qn quá trình t:o

3.3 $h thE biXu di?n 'nh h5Ing cAa thUi gian chiQt

/Qn quá trình t:o nano b:c

3.8 S> thay /Mi màu sec trong quá trình t:o nano b:c vJi s> biQn

thiên thX tích dEch chiQt

70

3.9 Snh h5Ing cAa td lH thX tích dEch chiQt /Qn quá trình t:o nano

b:c

70

3.10 S> thay /Mi màu sec trong quá trình t:o nano b:c vJi s> biQn

thiên pH môi tr5Ung

3.13 Snh h5Ing cAa nhiHt /` /Qn quá trình t:o nano b:c 75

3.15 Hình 3.15 PhM EDX cAa mqu nano b:c tMng h8p 77

b kích th5Jc nano, b:c t+ng ho:t tính sát khuPn lên gRp 50000 lYn so vJi I kích th5Jc ion Các h:t nano b:c có thX tiêu diHt /58c 650 loài vi khuPn khác nhau chd trong vòng m`t phút TRt c' các vi khuPn /0u không bE lUn vJi kháng sinh b:c và vì thQ các h:t nano b:c không bE mRt tác d2ng Ngoài ra, các h:t nano b:c sr giúp t:o ra các oxygen ho:t tính t[ trong không khí hoOc trong n5Jc và t[ /ó phá hAy các tQ bào cAa vi khuPn Các h:t nano b:c /58c /5a vào trong m-i chRt duo và 4ng d2ng khá r`ng rãi trong /Ui s7ng Nano b:c /5a vào các polimer nh5 polietylen (PE), polipropylen (PP), các lo:i giRy,

v'i…có kh' n+ng diQt chQt ba lo:i vi khuPn: t7 c8u khu9n vàng, Bacillus và E coli

$i0u chQ b:c nano có rRt nhi0u ph59ng pháp khác nhau, nh5ng ph59ng pháp sinh h-c /58c xem là ru ti0n và ít rAi ro nhRt T+ng c5Ung m7i quan tâm /Qn vRn /0 môi tr5Ung, trong /0 tài này, sG d2ng ph59ng pháp tMng h8p h:t nano b:c bong cách sG d2ng các chRt chiQt xuRt t[ th>c v)t Quá trình /i0u chQ h:t nano là lành tính, không sG d2ng bRt kv hóa chRt /`c h:i nào

b ViHt Nam cwng nh5 trên thQ giJi, cây chè /58c biQt /Qn t[ rRt lâu bIi

nhxng công d2ng tuyHt vUi cAa nó Cây chè có tên khoa h-c là Camellia sinensis thu`c h- Theaceae.Là loài cây mà lá và chhi cAa chúng /58c dùng /X s'n xuRt trà Cây chè có nguhn g7c t[ khu v>c $ông Nam Á, nh5ng ngày nay

2

/58c trhng phM biQn I nhi0u n9i trên thQ giJi, trong các khu v>c nhiHt /Ji và c)n nhiHt /Ji Nó là lo:i cây xanh lâu n+m m-c thành b2i hoOc các cây nhT, thông th5Ung /58c xén tda /X thRp h9n 3 mét khi /58c trhng /X lRy lá

ViHt Nam là n5Jc nhiHt /Ji gió mùa, khí h)u nóng Pm là /i0u kiHn thu)n l8i cho viHc sinh sôi và phát triXn cAa các loài vi khuPn gây bHnh 'nh h5Ing /Qn s4c khTe con ng5Ui ViHc tìm m`t biHn pháp h:n chQ ng+n ng[a các vi khuPn có h:i /X b'o vH c`ng /hng là rRt cYn thiQt và /ang /58c xã h`i quan tâm

VJi nhxng lý do trên, chúng tôi ch-n /0 tài nghiên c4u vJi n`i dung

"Nghiên c u t#ng h'p nano b)c t+ dung d-ch AgNO 3 b/ng d-ch chi1t n!3c

lá chè xanh và kh4 n5ng kháng khu6n c7a nó trên v9t li:u cacbon ho)t tính"

2 M]c tiêu nghiên c_u

- Xây d>ng quy trình /i0u chQ h:t nano b:c t[ dung dEch AgNO3 bong dEch chiQt n5Jc lá chè xanh

- ThG tác d2ng kháng khuPn cAa h:t nano b:c tMng h8p /58c trên v)t liHu cacbon ho:t tính

3 Fi tD`ng và pham vi nghiên c_u

Lá chè xanh /58c thu hái t:i $à Nyng

4 PhDEng pháp nghiên c_u

Nghiên c!u lý thuy+t

- Thu th)p các thông tin tài liHu liên quan /Qn /0 tài

- XG lý các thông tin v0 lý thuyQt /X /5a ra các vRn /0 cYn th>c hiHn trong quá trình th>c nghiHm

Ph"5ng pháp th1c nghi)m

- KiXm tra tính kháng khuPn cAa nano b:c trên v)t liHu cacbon ho:t tính

vJi vi khuPn E coli

5 Ý nghba khoa hLc và thdc tien cfa [\ tài

- Nghiên c4u này giúp cho chúng ta hiXu biQt rõ h9n v0 ph59ng pháp /i0u chQ h:t nano b:c bong ph59ng pháp sinh h-c, lành tính, ít /`c h:i

- T)n d2ng nguhn nguyên liHu syn có rRt nhi0u I n5Jc ta là lá chè, /X tMng h8p h:t nano b:c

- So vJi các ph59ng pháp khG trùng truy0n th7ng, nano b:c có tính kháng khuPn cao, không t:o s'n phPm ph2 gây /`c vJi môi tr5Ung và con ng5Ui Có kh' n+ng 4ng d2ng trong xG lí môi tr5Ung

6 BF c]c cfa lugn vBn

Ngoài phYn mI /Yu (3 trang), kQt lu)n và kiQn nghE (2 trang) và 35 tài liHu tham kh'o, lu)n v+n ghm có 7 b'ng, 40 hình và 3 ch59ng nh5 sau:

Ch59ng 1 – TMng quan

Ch59ng 2 – Nguyên liHu và ph59ng pháp nghiên c4u

Ch59ng 3 – KQt qu' và th'o lu)n

4

CH+/NG 1 T-NG QUAN

1.1 KHÁI QUÁT VV CÔNG NGH< NANO

1.1.1 LOch sh hình thành cfa công nghZ nano

Thu)t ngx công nghH nano (nanotechnology) xuRt hiHn t[ nhxng n+m

70 cAa thQ kz XX, chd viHc thiQt kQ, phân tích, chQ t:o và 4ng d2ng các cRu trúc, thiQt bE và hH th7ng bong viHc /i0u khiXn hình dáng, kích th5Jc trên quy

mô nanomet Chúng có /` chính xác rRt cao 0,1 - 100nm, t4c là chính xác /Qn t[ng lJp nguyên tG, phân tG [2]

Ti0n t7 nano xuRt hiHn trong tài liHu khoa h-c lYn /Yu tiên vào n+m

1908, khi Lohman sG d2ng nó /X chd các sinh v)t rRt nhT vJi /5Ung kính 200nm N+m 1974, Tanigushi lYn /Yu tiên sG d2ng thu)t ngx công nghH nano hàm ý s> liên kQt các v)t liHu cho ks thu)t chính xác trong t59ng lai HiHn t:i trong khoa h-c, ti0n t7 nano biXu thE con s7 10-9 t4c kích th5Jc 1 phYn tz mét Cho tJi nay, vqn ch5a có /58c m`t /Enh ngh;a th7ng nhRt v0 công nghH nano

Công nghH nano /ã thn t:i trong t> nhiên m`t thUi gian dài M`t ví d2 /iXn hình là nhxng chiQc long siêu mEn trên bàn chân cAa th:ch sùng cho phép

nó bám vào t5Ung và th)m chí là I mOt d5Ji cAa tRm kính nom ngang

Theo c9 quan Hàng Không Vw tr2 Hoa Kv (NASA), công nghH nano là công nghH chQ t:o ra các cRu trúc, v)t liHu, thiQt bE và hH th7ng ch4c n+ng vJi kích th5Jc /o bong nanomet (kho'ng t[ 1 /Qn 100nm) và khai thác 4ng d2ng các /Oc tính /`c /áo cAa nhxng s'n phPm này Công nghH nano cwng có thX hiXu là ngành công nghH d>a trên các hiXu biQt v0 các quy lu)t, hiHn t58ng, tính chRt cAa cRu trúc v)t lý có kích th5Jc /Oc tr5ng I thang nano [4]

Công nghH nano là khoa h-c liên ngành, là s> kQt tinh cAa nhi0u thành

tM ch4c thu`c chính phA /ã t+ng nhi0u lYn

V)t liHu nano có thX là nhxng t)p h8p cAa các nguyên tG kim lo:i hay phi kim (/58c g-i là Cluster) hay phân tG cAa các oxit, sunfua, nitrua, borua… có kích th5Jc trong kho'ng t[ 1 /Qn 100nm $ó cwng có thX là nhxng v)t liHu x7p vJi /5Ung kính mao qu'n nom trong giJi h:n t59ng t>

(zeolit, photphat, cacbonxylat kim lo:i…) [8]

V)t liHu nano là /7i t58ng cAa công nghH nano, kích th5Jc cAa v)t liHu nano /58c tr'i r`ng $X có m`t con s7 d? hình dung, nQu ta có m`t qu' cYu có bán kính bong qu' bóng bàn thì thX tích /ó /A /X làm ra rRt nhi0u h:t nano có kích th5Jc 10nm NQu ta xQp các h:t /ó thành m`t hàng dài kQ tiQp nhau thì /` dài cAa chúng bong m`t ngàn lYn chu vi trái /Rt [8]

6

b Các lo)i v9t li:u nano

V)t liHu nano là v)t liHu trong /ó có ít nhRt m`t chi0u có kích cp nanomet V0 tr:ng thái v)t liHu có thX là ren, lTng, hoOc khí [5], [12] V0 hình d:ng v)t liHu nano có thX chia thành các lo:i :

-V)t liHu nano ba chi0u (c' ba chi0u có kích cp nanomet hay còn g-i là v)t liHu nano không chi0u) nh5 /ám nano, dung dEch keo nano, h:t nano…

- V)t liHu nano hai chi0u là v)t liHu có hai chi0u là kích th5Jc nanomet,

ví d2 nh5 màng mTng

- V)t liHu nano m`t chi0u là v)t liHu trong /ó chd có m`t chi0u là kích th5Jc nanomet Ví d2 nh5 dây nano, 7ng nano,…

Hính 'nh mô phTng v)t liHu nano thX hiHn trong hình 1.1

Hình 1.1 Mô ph;ng v.t li)u kh&i (3D), màng nano (2D), dây nano (1D)

và h<t (0D) nano

- V)t liHu có cRu trúc nano chd có m`t phYn cAa v)t liHu có kích th5Jc nano hoOc cRu trúc cAa nó có nano không chi0u, m`t chi0u và hai chi0u /an xen lqn nhau Cwng theo cách phân lo:i theo hình dáng cAa v)t liHu, m`t s7 ng5Ui /Ot tên s7 chi0u bE giJi h:n I kích th5Jc nano NQu nh5 thQ thì h:t nano

là v)t liHu nano 3 chi0u, dây nano là v)t liHu nano 2 chi0u và màng mTng là v)t liHu nano 1 chi0u

Phân lo:i theo tính chRt v)t liHu thX hiHn s> khác biHt I kích th5Jc nano + V)t liHu nano kim lo:i

7

+ V)t liHu nano bán dqn

+ V)t liHu nano t[ tính

+ V)t liHu nano sinh h-c

Nhi0u khi ng5Ui ta ph7i h8p hai cách phân lo:i vJi nhau, hoOc ph7i h8p hai khái niHm nhT t:o ra các khái niHm mJi Ví d2, /7i t58ng cAa chúng ta sau /ây là ‘’h:t nano kim lo:i’’ trong /ó ‘’h:t’’ /58c phân lo:i theo hình dáng,

‘’kim lo:i’’ /58c phân lo:i theo tính chRt

1.1.3 CE si khoa hLc

Công nghH nano d>a trên ba c9 sI khoa h-c chính [33]:

- Chuyjn tiQp tk tính chlt cm [ijn [Qn tính chlt lD`ng th: Khác vJi v)t liHu kh7i, khi I kích th5Jc nano thì các tính chRt l58ng tG /58c thX hiHn rRt rõ ràng Vì v)y khi nghiên c4u v)t liHu nano chúng ta cYn tính tJi các th+ng giáng ngqu nhiên b kích th5Jc càng nhT thì các tính chRt l58ng tG càng thX hiHn m`t cách rõ ràng h9n Ví d2 m`t chRm l58ng tG có thX /58c coi nh5 m`t /:i nguyên tG, nó có các m4c n+ng l58ng gi7ng nh5 m`t nguyên tG.

- HiZu _ng b\ mnt: Cùng m`t kh7i l58ng nh5ng khi I kích th5Jc nano

chúng có diHn tích b0 mOt lJn h9n rRt nhi0u so vJi khi chúng I d:ng kh7i

$i0u này có ý ngh;a rRt quan tr-ng trong các 4ng d2ng cAa v)t liHu nano có liên quan tJi kh' n+ng tiQp xúc b0 mOt cAa v)t liHu, nh5 trong các 4ng d2ng v)t liHu nano làm chRt diHt khuPn $ây là m`t tính chRt quan tr-ng làm nên s> khác biHt cAa v)t liHu có kích th5Jc nanomet so vJi v)t liHu I d:ng kh7i

- o dài tJi han: Kích th5Jc tJi h:n là kích th5Jc mà I /ó v)t gix

nguyên các tính chRt v0 v)t lý, hóa h-c khi I d:ng kh7i NQu kích th5Jc v)t liHu mà nhT h9n kích th5Jc này thì tính chRt cAa nó hoàn toàn bE thay /Mi NQu ta gi'm kích th5Jc cAa v)t liHu /Qn kích cp nhT h9n b5Jc sóng cAa vùng ánh sáng thRy /58c (400 - 700nm), theo Mie hiHn t58ng "c`ng h5Ing plasmon b0 mOt" x'y ra và ánh sáng quan sát /58c sr thay /Mi ph2 thu`c vào b5Jc sóng ánh sáng x'y ra hiHn t58ng c`ng h5Ing Hay nh5 tính dqn /iHn cAa

là gì Chính nhU nhxng tính chRt lý thú cAa v)t liHu I kích th5Jc tJi h:n nên công nghH nano có ý ngh;a quan tr-ng và thu hút /58c s> chú ý /Oc biHt cAa các nhà nghiên c4u

B,ng 1.1 =? dài t@i h<n c$a m?t s& tính ch6t c$a v.t li)u

$` dài liên kQt cOp Cooper 0,1-100

9

1.1.4 Tình hình nghiên c_u v\ hat nano trong và ngoài nDJc

Ngày nay trên thQ giJi cwng nh5 trong n5Jc, khoa h-c và công nghH nano /ang phát triXn rRt m:nh mr và /58c 4ng d2ng r`ng rãi trong các ngành khoa h-c khác nhau nh5 /iHn tG, v)t lý, hóa h-c, sinh h-c, y h-c, môi tr5Ung… trong /ó nMi b)t là các 4ng d2ng cAa nó trong viHc xG lí nhi?m khuPn, không gây /`c h:i cho con ng5Ui và không gây kích 4ng da

Do các 4ng d2ng kì diHu cAa công nghH nano, ti0m n+ng kinh tQ cwng nh5 t:o ra s4c m:nh v0 quân s> nên hiHn nay trên thQ giJi /ang x'y ra cu`c ch:y /ua sôi /`ng v0 phát triXn và 4ng d2ng công nghH nano Hoa Kv, Nh)t B'n, Trung Qu7c, $4c là nhxng c5Ung qu7c /ang chiQm l;nh thE tr5Ung công nghH nano

b ViHt Nam, tuy chd mJi tiQp c)n vJi công nghH nano trong nhxng n+m gYn /ây nh5ng cwng có nhxng b5Jc chuyXn t:o ra s4c hút mJi Nhà n5Jc cwng dành m`t kho'ng ngân sách khá lJn cho ch59ng trình nghiên c4u công nghH nano cRp qu7c gia vJi s> tham gia cAa nhi0u tr5Ung $:i h-c và ViHn nghiên c4u

Ph59ng pháp chQ t:o h:t nano kim lo:i nói chung và chQ t:o nano b:c nói riêng /ã /58c rRt nhi0u nhà khoa h-c trên thQ giJi nghiên c4u Ph59ng pháp th5Ung /58c sG d2ng chA yQu là: /iHn hóa, khG hóa h-c, khG nhiHt, sinh h-c, khG do b4c x: ion hóa… Nguyên tec chung cAa các ph59ng pháp này là khG ion kim lo:i trong dung dEch thành nguyên tG kim lo:i, sau /ó các nguyên

tG liên kQt vJi nhau thành t)p h8p rhi phát triXn kích th5Jc thành các h:t nano

và sG d2ng polyme /X Mn /Enh h:t H5Jng nghiên c4u 4ng d2ng chính cAa nano b:c t)p trung vào kh' n+ng kháng l:i các lo:i vi khuPn, virut, các 4ng d2ng trong các thiQt bE y tQ và trong các thiQt bE diHt khuPn, l-c n5Jc.v.v

Theo nh)n /Enh cAa nhi0u chuyên gia, công nghH nano sr t:o nên m`t

10

cu`c cách m:ng /`t phá trong nhi0u ngành khoa h-c và /Ui s7ng, t:o ti0n /0

cho m`t “thQ giJi nhT h9n và thông minh h9n’’ [11]

1.1.5 *ng d]ng cfa vgt liZu nano

V)t liHu nano là m`t trong nhxng l;nh v>c nghiên c4u /dnh cao sôi /`ng nhRt trong thUi gian gYn /ây $i0u /ó /58c thX hiHn bong s7 các công trình khoa h-c, s7 các bong phát minh sáng chQ, s7 các công ty có liên quan /Qn khoa h-c, công nghH nano t+ng theo cRp s7 mw S'n phPm t[ v)t liHu nano

có nhi0u 5u viHt, trong /ó có hai 5u viHt chính /ó là:

- Vì kích th5Jc cRu trúc nano rRt nhT do /ó tiêu t7n ít v)t liHu, ít n+ng

l58ng, ít gây ô nhi?m môi tr5Ung và giá thành gi'm

- S'n phPm công nghH nano có nhi0u tính n+ng mJi, không thX thay thQ bong các v)t liHu khác /58c

Vì v)y công nghH nano /ã nhanh chóng thâm nh)p các ngành công nghiHp và m-i l;nh v>c /Ui s7ng, các 4ng d2ng /iXn hình nh5:

a Công ngh: nano v3i v;n <= s c kho> và y t1

ViHc 4ng d2ng thành t>u cAa công nghH nano vào y tQ, b'o vH s4c khou

sr t:o ra b5Jc nh'y v-t mJi cAa thE tr5Ung dEch v2 y tQ và thiQt bE y tQ Nó làm t+ng t7c /` và hiHu qu' trong chuPn /oán, /i0u trE bHnh VJi công nghH này, ng5Ui ta /ã chQ t:o /58c các thiQt bE siêu nhT và /A “thông minh” /X /5a thu7c /Qn /úng /Ea chd cYn thiQt trong c9 thX, hay có thX can thiHp lên các tM ch4c tQ bào trong c9 thX /X có thX /'m b'o thu7c không 'nh h5Ing /Qn nhxng tQ bào khou m:nh gây tác d2ng ph2 nguy hiXm [5], [12], [35]

M`t l;nh v>c mJi cAa công nghH nano /ang /58c phát triXn là chQ t:o các v)t liHu nano có tính chRt mô phTng sinh h-c, t[ /ó có thX thay thQ, sGa chxa /58c các mô hTng trong c9 thX con ng5Ui

HiHn nay, y tQ nano /ang t)p trung vào nhxng m2c tiêu b4c xúc nhRt

11

/7i vJi s4c khTe con ng5Ui, /ó là bHnh do di truy0n có nguyên nhân t[ gen, các bHnh nan y hiHn nay nh5: HIV/AIDS, ung th5, tim m:ch, các bHnh /ang lan r`ng nh5: béo phì, tiXu /5Ung, liHt rung (Parkinson), mRt trí nhJ (Alzheimer)… Robot nano gúp lo:i bT tQ bào ung th5 /58c mô t' I hình 1.2

Hình 1.2 Robot nano giúp lo<i b; t+ bào ung th"

b Công ngh: nano v3i v;n <= n5ng l!'ng và môi tr!?ng [5], [35]

$X gi'i quyQt vRn /0 n+ng l58ng - m`t thách th4c nghiêm tr-ng trong thQ kd này, ng5Ui ta /ã thu /58c nhi0u kQt qu' kh' quan t[ công nghH nano Các lo:i pin mOt trUi vJi hiHu suRt cao, giá thành gi'm, chRt xúc tác nano /X nâng cao hiHu suRt chuyXn n+ng l58ng cAa hy/rocacbon thành nhiHt n+ng, v)t liHu nano /X chQ t:o các lo:i v)t liHu /iHn t[ mJi, các thiQt bE /i0u khiXn mJi

nhom tiQt kiHm n+ng l58ng /ã xuRt hiHn

Các chRt làm s:ch môi tr5Ung cwng /ang là vRn /0 /58c quan tâm Các lo:i h:t nano ho:t tính cao có thX hRp th2 hoOc v)n chuyXn chRt gây ô nhi?m thành d:ng keo huy0n phù hoOc sol khí Các h:t này cwng có thX tham gia vào các quá trình hoá h-c ph4c t:p trong khí quyXn hoOc trong /Rt mà ta có thX l>a ch-n /X khec ph2c hoOc làm gi'm nh| các th'm h-a ô nhi?m môi tr5Ung

c Công ngh: nano v3i công ngh: thông tin

S> ra /Ui cAa máy tính /iHn tG /ã mI ra cu`c Cách M:ng khoa h-c

12

công nghH thông tin vJi nhxng b5Jc phát triXn /`t phá trong nhxng th)p niên cu7i thQ kd XX cho /Qn nay Tuy nhiên, các linh kiHn máy tính sG d2ng công nghH này /ã tiHm c)n giJi h:n lý thuyQt và tiQp t2c phát triXn, chúng trI nên quá /et /T NQu không tìm ra /58c biHn pháp thay thQ hxu hiHu các linh kiHn

cw này thì sr không thX /áp 4ng /58c nhu cYu cAa b` nhJ ngày càng lJn theo t7c /` phát triXn rRt nhanh cAa công nghH thông tin T[ /ây công nghH nano ra /Ui, /ã /5a ra m`t gi'i pháp tuyHt vUi cho bài toán hóc búa này $ó chính là chRm l58ng tG ChRm l58ng tG là m`t h:t (bán dqn, kim lo:i, polyme) có bán kính cp vài nanomet Ng5Ui ta /ã nghiên c4u và chQ t:o /58c các chíp máy tính vJi các chRm l58ng tG g-i là chíp nano có /` tích h8p rRt cao, triXn v-ng cho phép t+ng dung l58ng b` nhJ cAa máy tính lên có thX ch4a thông tin t[ tRt c' các th5 viHn trên thQ giJi trong thiQt bE nhT nh5 m`t viên /5Ung

d Công ngh: nano trong c( khí, v9t li:u

Công nghH nano hiHn nay t)p trung nghiên c4u m:nh trong l;nh v>c v)t liHu ViHc tìm ra nhxng v)t liHu mJi vJi tính n+ng c9-lí-hoá /Oc biHt /X 4ng d2ng trong c9 khí, xây d>ng /ang là l;nh v>c nghiên c4u m:nh nhRt trong

ngành khoa h-c này

Các 7ng nanocacbon là lo:i v)t liHu nano có rRt nhi0u 4ng d2ng quý

Do cRu trúc /Oc biHt, nên các 7ng nanocacbon vô cùng b0n vxng, có /` b0n c9 h-c gRp 10 lYn thép và có tính b0n nhiHt rRt cao Chúng /58c dùng vào làm

nguyên liHu s'n xuRt cho xe h9i, máy bay, tàu vw tr2…

Các nhà khoa h-c Ms cwng /ang chQ t:o ra các phòng thí nghiHm siêu nhT có thX nom g-n trong lòng bàn tay nhU công nghH nano Nhxng phòng thí

nghiHm này có thX cho ngay kQt qu' phân tích I n9i A bHnh

$Oc biHt, công nghH nano trong t59ng lai còn có thX cho phép t:o ra nhxng v)t liHu gYn gi7ng vJi v)t liHu trong c9 thX con ng5Ui nhom thay thQ

13

nhxng phYn c9 thX bE hTng cAa con ng5Ui

e Công ngh: nano v3i an ninh qu@c phòng

Qu7c phòng cwng là m`t l;nh v>c /ang rRt chú ý /Qn nghiên c4u công nghH nano GiJi quân s> Ms giU /ây /Oc biHt quan tâm /Qn công nghH này

$i0u d? hiXu là nhxng thiQt bE ks thu)t siêu nhT có thX trI thành vw khí nguy hiXm h9n c' bom nguyên tG VJi m`t /`i quân vô hình và s> nhân b'n, robot siêu nhT có thX tiêu diHt ku thù trong chJp nhoáng

HiHn nay, công nghH nano /ang là m`t thách th4c /7i vJi chiQn l58c phát triXn khoa h-c I nhi0u n5Jc, /Oc biHt là nhxng n5Jc có n0n khoa h-c phát triXn nh5 Ms, $4c, Pháp và Nh)t B'n

Ngoài nhxng 4ng d2ng c9 b'n trên, công nghH nano còn có nhi0u 4ng d2ng quan tr-ng trong nhi0u ngành ngh0 khác nhau nh5 th>c phPm, nông nghiHp,… Trên c9 sI khoa h-c và th>c ti?n /ã thu /58c, ta có thX thRy rong chec chen công nghH nano sr t:o nên m`t cu`c cách m:ng ch5a t[ng có trong khoa h-c và /Ui s7ng

1.1.6 Các phDEng pháp tmng h`p vgt liZu nano

Có hai ph59ng pháp c9 b'n /X tMng h8p v)t liHu nano là ph59ng pháp

/i t[ trên xu7ng và ph59ng pháp /i t[ d5Ji lên

a Ph!(ng pháp <i t+ trên xu@ng (top-down)

Ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng là ph59ng pháp t:o h:t kích th5Jc nano t[ các h:t có kích th5Jc lJn h9n Nguyên lý cAa ph59ng pháp là dùng ks thu)t nghi0n hoOc biQn d:ng /X biQn các v)t liHu /Qn kích th5Jc lJn v0 kích

th5Jc nano [5]

* Ph"5ng pháp nghiAn

V)t liHu I d:ng b`t /58c tr`n lqn vJi nhxng viên bi /58c làm t[ các v)t liHu rRt c4ng và /Ot trong c7i Máy nghi0n có thX là nghi0n lec, nghi0n rung,

14

nghi0n quay Các viên bi c4ng va ch:m vào nhau và phá vp b`t /Qn kích

th5Jc nano KQt qu' thu /58c là v)t liHu nano không chi0u

* Ph"5ng pháp bi+n d<ng

Ph59ng pháp biQn d:ng có thX là /ùn thuz l>c, tu7t, cán, ép NhiHt /`

có thX /58c /i0u chdnh tuv thu`c vào t[ng tr5Ung h8p c2 thX NQu nhiHt /` lJn h9n nhiHt /` phòng thì g-i là biQn d:ng nóng, còn nhiHt /` nhT h9n nhiHt /` phòng thì g-i là biQn d:ng ngu`i KQt qu' thu /58c là các h:t nano m`t chi0u (dây nano) hoOc hai chi0u (lJp có chi0u dày nm)

Nhìn chung ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng là ph59ng pháp /9n gi'n, khá hiHu qu', có thX chQ t:o /58c m`t l58ng lJn v)t liHu Tuy nhiên tính /hng nhRt cAa v)t liHu không cao, t7n nhi0u n+ng l58ng cwng nh5 trang thiQt bE và

do v)y ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng ít /58c dùng /X /i0u chQ v)t liHu nano

so vJi ph59ng pháp /i t[ d5Ji lên

b Ph!(ng pháp <i t+ d!3i lên (bottom-up)

Ng58c vJi ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng, ph59ng pháp /i t[ d5Ji lên

hình thành v)t liHu nano t[ các nguyên tG hoOc ion

Lu /iXm cAa ph59ng pháp này là tMng h8p /58c v)t liHu nano vJi kích th5Jc nhT, /hng /0u PhYn lJn các v)t liHu nano hiHn nay /58c /i0u chQ t[ ph59ng pháp này Nó có thX là ph59ng pháp v)t lý, hoá h-c hoOc kQt h8p c'

và cho phép tMng h8p v)t liHu vJi kh7i l58ng lJn Ph59ng pháp này chA yQu

/X t:o ra các h:t nano kim lo:i

- Ph59ng pháp sG d2ng các h:t nano có syn trong t> nhiên

Các chRt có syn trong t> nhiên nh5 zeolit, các h:t sét, các phân tG sinh h-c,… có rRt nhi0u các l{ nhT vJi kích th5Jc nanomet Các chRt này vì thQ có thX làm khuôn ph'n 4ng tMng h8p v)t liHu nano,…

* Ph"5ng pháp sinh hBc [5]

Ph59ng pháp sinh h-c là ph59ng pháp sG d2ng các tác nhân nh5 vi rút,

vi khuPn và dEch chiQt t[ th>c v)t có kh' n+ng khG ion kim lo:i t:o nguyên tG

16

kim lo:i vJi kích th5Jc nano Ph59ng pháp này /9n gi'n, thân thiHn vJi môi tr5Ung, không /`c h:i và ít t7n kém

1.2 H!T NANO B!C

1.2.1 GiJi thiZu v\ bac kim loai [9], [35]

B:c /58c kí hiHu là Ag, nom I ô th4 47 trong b'ng hH th7ng tuYn hoàn các nguyên t7 hoá h-c, thu`c phân nhóm ph2 nhóm IB

CRu hình electron cAa nguyên t7 b:c I lJp ngoài cùng là 4d105s1

B:c kim lo:i kQt tinh I d:ng l)p ph59ng tâm diHn, có bán kính nguyên

tG là 1.44A0 B:c là kim lo:i nOng, m0m, có ánh kim, màu treng (màu nguyên

thuz cAa b:c là màu xám), có hai /hng vE b0n là 107Ag (51.9%) và 109Ag (48.1%)

M`t s7 hong s7 v)t lý cAa b:c /58c th7ng kê I b'ng 1.2

B,ng 1.2 M?t s& hCng s& v.t lý c$a b<c

Tz kh7i $`

c4ng thang Moxo

$` dqn /iHn Hg=1

$` dqn nhiHt Hg=1

Kim lo:i b:c xuRt hiHn trong t> nhiên I d:ng nguyên chRt và I d:ng h8p kim vJi vàng và các kim lo:i khác, I trong các khoáng v)t nh5 argentit (Ag2S) và chlorargyit (AgCl) HYu hQt b:c /58c s'n xuRt là s'n phPm ph2 cAa /i0u chQ /hng, vàng chì, krm

NhiHt /` sôi, nhiHt /` nóng ch'y và nhiHt th+ng hoa cAa b:c cao h9n nhi0u so vJi hYu hQt các kim lo:i khác V0 /` dqn /iHn và dqn nhiHt, b:c /4ng /Yu tRt c' các kim lo:i B:c cwng v58t xa các kim lo:i khác v0 tính duo, d?

17

dát mTng và d? kéo s8i

Tr:ng thái ôxi hóa Mn /Enh nhRt cAa b:c là +1 (ch}ng h:n nh5 nitrat

K[AgF4])

V0 mOt hoá h-c b:c là kim lo:i rRt kém ho:t /`ng B:c không tác d2ng vJi oxi không khí I /i0u kiHn th5Ung nh5ng khi I nhiHt /` cao thì b:c hRp th2 oxi vJi l58ng khá lJn, nên b:c /58c xem là m`t kim lo:i quý /iXn hình Tuy nhiên, khi có s> xuRt hiHn cAa H2S trong không khí thì b:c chuyXn t[ màu treng sang xám xEt do t:o Ag2S

Trong phòng thí nghiHm, /X /i0u chQ b:c ng5Ui ta dùng các chRt hxu c9 hoOc nhiHt /` /X khG Ag+ cAa AgNO3 v0 Ag

2AgNO3 2Ag + 2NO3000C 2 + O2

1.2.2 nc tính kháng khupn cfa bac

B:c và các h8p chRt cAa b:c thX hiHn tính /`c /7i vJi vi khuPn, virus, t'o và nRm Tuy nhiên, khác vJi các kim lo:i nOng khác (chì, thAy ngân…) b:c không thX hiHn tính /`c vJi con ng5Ui

T[ xa x5a, ng5Ui ta /ã sG d2ng /Oc tính này cAa b:c /X phòng bHnh Ng5Ui cM /:i sG d2ng các bình bong b:c /X l5u trx n5Jc, r58u dRm Trong thQ

kz 20, ng5Ui ta th5Ung /Ot m`t /hng b:c trong chai sxa /X kéo dài /` t59i cAa sxa B:c và các h8p chRt cAa b:c /58c sG d2ng r`ng rãi t[ /Yu thQ kz XIX /Qn gixa thQ kz XX /X /i0u trE các vQt bTng và khG trùng

Sau khi thu7c kháng sinh /58c phát minh và /5a vào 4ng d2ng vJi hiHu qu' cao ng5Ui ta không còn quan tâm /Qn tác d2ng kháng khuPn cAa b:c nxa Tuy nhiên, t[ nhxng n+m gYn /ây, do hiHn t58ng các chAng vi sinh ngày càng trI nên kháng thu7c, ng5Ui ta l:i quan tâm trI l:i /7i vJi viHc 4ng d2ng

Hình 1.3 Tác ?ng c$a ion b<c lên vi khu9n

NQu các ion b:c /58c lRy ra khTi tQ bào ngay sau /ó, kh' n+ng ho:t /`ng cAa vi khuPn l:i có thX /58c ph2c hhi

1.2.3 CE chQ kháng khupn cfa bac

Các h:t nano b:c có kích th5Jc t[ 1 – 10nm thì thX hiHn tác /`ng m:nh /7i vJi vi khuPn Do kích th5Jc nhT thì kh' n+ng tác /`ng và thâm nh)p cAa h:t nano b:c qua lJp màng vi khuPn là rRt t7t Vì thQ tác d2ng diHt khuPn I bên trong c9 thX vi khuPn rRt hiHu qu' $hng thUi I kích th5Jc nano thì diHn tích b0 mOt cAa h:t nano lJn h9n rRt nhi0u so vJi kh7i h:t cAa nó Cho nên kh' n+ng t59ng tác vJi vi khuPn thông qua tiQp xúc b0 mOt t+ng lên NQu kích th5Jc cAa h:t nano càng nhT thì càng t7t BIi vì kích th5Jc càng nhT thì /Oc tính diHt khuPn là rRt lJn [19] C9 chQ pha vp màng vi khuPn cAa nano b:c thX hiHn I hình 1.4

19

Hình 1.4 C5 ch+ phá vD màng t+ bào vi khu9n c$a nano b<c

Các h:t nano có thX có rRt nhi0u hình d:ng khác nhau nh5 hình que, hình cYu, hình tam giác,… Và s> thX hiHn cAa các h:t nano b:c vJi cùng nhng /`, s> phân b7 nh5ng vJi các hình d:ng khác nhau là không gi7ng nhau Các h:t nano b:c có hình tam giác c2t có tính kháng khuPn cao h9n các h:t hình cYu và các h:t nano que có tính kháng khuPn thRp nhRt

Keo nano b:c có nhng /` càng cao và s> phân b7 /0u thì kh' n+ng diHt khuPn càng t7t Tuy nhiên khi nhng /` quá cao, do n+ng l58ng b0 mOt h:t nano lJn, nên các h:t nano b:c sr va ch:m vào nhau và phá vp cRu trúc nano

Vì v)y chúng ta cwng cYn tìm nhng /` thích h8p /X các h:t phân b7 /hng /0u,

và tránh kQt tAa

Nano b:c kháng khuPn theo hai c9 chQ chính [23]:

- Làm biQn chRt vi khuPn bong cách phá vp các n7i disulfut (-S-S) trong

vi khuPn, nó rRt quan tr-ng vì nó /óng vai trò nh5 m`t công tec /óng, mI thu)n nghEch /X t:o ra protein khi tQ bào vi khuPn gOp các ph'n 4ng oxi hóa

$ây là cRu trúc quan tr-ng cAa các enzyme trong vi khuPn vJi tính chRt xúc tác, nano b:c vô hiHu hóa enzyme mà vi khuPn, virus và nRm cYn cho quá trình chuyXn hóa oxygen

- Phá vp màng tQ bào vi khuPn bong ph'n 4ng oxi hóa: nano b:c giúp

20

t:o ra oxy ho:t tính trong không khí hoOc t[ n5Jc Nhxng oxy ho:t tính có kh' n+ng phá vp màng tQ bào hoOc thành tQ bào vi khuPn Sau khi Ag+ tác /`ng lên lJp màng b'o vH cAa tQ bào vi khuPn gây bHnh nó sr /i vào bên trong tQ bào và ph'n 4ng vJi nhóm sunfuahydrin – SH cAa phân tG enzym chuyXn hóa oxy và vô hiHu hóa men này dqn /Qn 4c chQ quá trình hô hRp cAa

tQ bào vi khuPn [18] (hình 1.5)

MHH + 2Ag MTD + 2HSH

SH

SAgSAg

Hình 1.5 Ion b<c vô hi)u hóa enzym chuyFn hóa oxy c$a vi khu9n

Ngoài ra các ion b:c còn có kh' n+ng liên kQt vJi các base cAa DNA và trung hòa /iHn tích cAa g7c phosphate do /ó ng+n chOn quá trình sao chép DNA (hình 1.6) BiQn /Mi /ó làm vi khuPn phát triXn ch)m, cu7i cùng bE tiêu diHt

Hình 1.6 Ion b<c liên k+t v@i các base c$a DNA

1.2.4 GiJi thiZu v\ hat nano bac

B:c kim lo:i t[ lâu /ã /58c sG d2ng làm chRt diHt khuPn, nh5ng khi I tr:ng thái phân tán vJi kích th5Jc nanomet thì kh' n+ng diHt khuPn cAa b:c

- $` b0n hóa h-c cao, không bE biQn /Mi d5Ji tác d2ng cAa ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khG thông th5Ung

- Chi phí cho quá trình s'n xuRt thRp

- Wn /Enh I nhiHt /` cao

Các h:t nano b:c có hiHn t58ng c`ng h5Ing Plasmon b0 mOt HiHn t58ng này t:o nên màu sec t[ vàng nh:t /Qn nâu sqm cho các dung dEch có ch4a h:t nano b:c, các màu sec ph2 thu`c vào nhng /` và kích th5Jc h:t nano

1.2.5 Các phDEng pháp chQ tao hat nano bac

Ng5Ui ta có thX sG d2ng các quy trình khác nhau cwng nh5 các /i0u kiHn khác nhau: chRt /Yu, ph59ng pháp, /i0u kiHn l-c, rGa, sRy, nung,… /X /i0u chQ nano b:c kích cp khác nhau ph2c v2 cho nhxng m2c /ích khác nhau

$X ch-n ph59ng pháp /i0u chQ h:t nano b:c phù h8p cYn xem xét vRn /0 kinh tQ, yêu cYu cAa quá trình /i0u chQ cwng nh5 chRt l58ng cAa h:t nano,

vì m{i lo:i ph59ng pháp, m{i hóa chRt sr t:o kích cp nano khác nhau $hng

22

thUi kh' n+ng Mn /Enh h:t nano b:c trong các /i0u kiHn khác nhau là khác nhau Do /ó, cYn ph'i chú ý ch-n ph59ng pháp phù h8p, hóa chRt phù h8p vJi m2c /ích 4ng d2ng

Nói chung, cwng gi7ng nh5 các v)t liHu nano khác, nano b:c chA yQu /58c tMng h8p bong hai ph59ng pháp chính là ph59ng pháp v)t lý và ph59ng pháp hóa h-c b /ây chúng tôi chd /0 c)p /Qn m`t s7 ph59ng pháp /iXn hình /ã /58c biQt khá r`ng rãi trên thQ giJi

a Ph!(ng pháp 5n mòn laze [18]

$ây là ph59ng pháp t[ trên xu7ng V)t liHu ban /Yu là m`t tRm b:c /58c /Ot trong m`t dung dEch có ch4a chRt ho:t hóa b0 mOt M`t chùm laser d:ng xung có buJc sóng 532 nm, /` r`ng xung là 10 ns, tYn s7 10Hz, n+ng l58ng m{i xung là 90mJ, /5Ung kính vùng kim lo:i bE tác d2ng t[ 1nm - 3nm D5Ji tác d2ng cAa chùm laser xung, các h:t nano có kích th5Jc kho'ng 10

nm /58c hình thành và /58c bao phA bIi chRt ho:t hóa b0 mOt CnH2n+1SO4Na (vJi n = 8, 10, 12, 14) nhng /` t[ 0,001 /Qn 0,1 M [26]

Các tác nhân khG rRt /a d:ng, th5Ung dùng là hidro và nhxng h8p chRt

23

ch4a hidro nh5 fomandehit [22], hydzazin, mu7i tactrat, xitrat, NaBH4 [32], các polyol…M{i ph59ng pháp khG /X /i0u chQ h:t nano b:c sr t59ng 4ng vJi m{i lo:i hóa chRt M{i ph59ng pháp khG /0u có c9 chQ c2 thX t59ng 4ng vJi tác nhân khG c2 thX

+ Tác nhân b'o vH

Các chRt b'o vH này có vai trò chA ch7t trong viHc /i0u chdnh kích th5Jc h:t b:c, bong cách kh7ng chQ s> lJn lên cAa các h:t b:c và ng+n c'n s> keo t2 cAa chúng Các chRt b'o vH th5Ung là các polyme và các chRt ho:t /`ng b0 mOt nh5 polyvinylancol, polyetylenglycol, xenluloaxetat, silica…

C9 chQ làm b0n có thX /58c gi'i thích nh5 sau:

Phân tG các chRt làm b0n th5Ung có các nhóm phân c>c có ái l>c m:nh vJi ion Ag+ và các phân tG b:c kim lo:i $ó là nhóm -OH I PVA, xenluloaxetat, silica,… nhóm ch4a nguyên tG O, N trong PVP, nhóm -COO trong các axit béo, nhóm -SH trong các thiol Rn(SH)(OH) Trong quá trình ph'n 4ng, do các ion Ag+ /ã /58c gen lên trên các polyme nên không thX lJn lên m`t cách t> do H9n nxa các h:t nano b:c khi v[a hình thành /ã /58c ng+n cách vJi nhau bIi lJp vT polyme lJn và không thX kQt t2 /58c vJi nhau

$i0u này /ã kh7ng chQ c' quá trình lJn lên và t)p h8p cAa các h:t, do /ó d? t:o kích th5Jc h:t nhT và /hng /0u

Ngoài ra các h:t nano b:c còn /58c làm b0n theo c9 chQ làm b0n cAa các h:t keo Khi ion Ag+ ch5a bE khG hoàn toàn, chúng /58c hRp ph2 trên b0 mOt h:t và t:o thành các mixen ghm nhân b:c, m`t lJp chRt b'o vH và lJp /iHn kép cAa Ag+ và NO-

3 NhU lJp /iHn kép này mà các h:t nano b:c mang /iHn tích trái dRu và /Py nhau, tránh hiHn t58ng keo t2

Bên c:nh /ó các yQu t7 khác nh5: pH, nhng /` chRt tham gia ph'n 4ng, nhiHt /` cAa ph'n 4ng, t7c /`, thUi gian ph'n 4ng… cwng 'nh h5Ing tJi chRt

24

l58ng s'n phPm t:o thành Ví d2 khi pH quá lJn sr x'y ra quá trình t:o thành

Ag2O nên khó kh7ng chQ ph'n 4ng, /Oc biHt khi pH cao, ion OH- làm mTng lJp /iHn kép bao ngoài h:t nano làm các h:t nano d? t)p h8p Khi nhng /` thRp, t7c /` cung cRp chRt ph'n 4ng nhT, các h:t nano th5Ung t:o thành nhT

và /hng /0u h9n

Ph59ng pháp này th5Ung /58c sG d2ng nhi0u trong phòng thí nghiHm

vì quy trình s'n xuRt ra nano b:c khá /9n gi'n, không /òi hTi thiQt bE quá hiHn /:i, d? kh7ng chQ các /iHu kiHn ph'n 4ng /X thu /58c kích th5Jc h:t theo mong mu7n /hng thUi có thX tMng h8p vJi l58ng lJn Vì v)y ph59ng pháp khG hóa h-c vJi nhxng 5u /iXm nMi b)t sr là s> l>a ch-n t7i 5u /X tMng h8p các lo:i v)t liHu này

M`t ví d2 sG d2ng ph59ng pháp v)t lý /X chQ t:o h:t nano b:c là dùng tia laser xung có b5Jc sóng 500nm, /` dài xung 6ns, tYn s7 10 Hz, công suRt 12-14mJ [27], chiQu vào dung dEch AgNO3 nh5 là nguhn kim lo:i và sodium /odecyl sulfate nh5 chRt ho:t hóa b0 mOt /X thu /58c h:t nano b:c

d Ph!(ng pháp hóa lý

Ph59ng pháp này là ph59ng pháp trung gian gixa hóa h-c và v)t lý Nguyên lí là dùng ph59ng pháp /iHn phân kQt h8p vJi siêu âm /X t:o h:t

25

nano Ph59ng pháp /iHn phân thông th5Ung chd có thX t:o màng mTng kim lo:i Tr5Jc khi x'y ra s> hình thành màng, các nguyên tG kim lo:i sau khi /58c /iHn hóa sr t:o các h:t nano bám lên trên /iHn c>c âm Lúc này ng5Ui ta tác d2ng m`t xung siêu âm /hng b` vJi xung /iHn phân thì h:t nano kim lo:i

sr rUi khTi /iHn c>c /i vào dung dEch [7]

Lò vi sóng là m`t thiQt bE gia nhiHt, nó cung cRp m`t l58ng nhiHt Mn /Enh và gia nhiHt /hng /0u SG d2ng lò vi sóng tiQn hành khG ion Ag+ thành

Ag0 theo quy trình polyol /X t:o thành h:t nano b:c Trong ph59ng pháp này, mu7i b:c và chRt khG êm dEu có tác d2ng tr8 giúp cho quá trình khG Ag+ v0

Ag0 nh5: C2H5OH, HCHO…

D5Ji tác d2ng cAa vi sóng các phân tG có c>c nh5 các phân tG Ag+ và các chRt tr8 khG sr nóng lên và chuyXn /`ng rRt nhanh, nhiHt /58c cRp /0u cho toàn dung dEch Do v)y, quá trình khG b:c sr nhanh chóng và êm dEu h9n các ph59ng pháp khác [17]

e Ph!(ng pháp sinh hBc

Ph59ng pháp này sG d2ng các tác nhân có kh' n+ng khG ion b:c t:o nguyên tG b:c kim lo:i [14], [15]

Ag+ Ag0

Các tác nhân sinh h-c th5Ung là:

- T[ các vi khuPn Pseudomonas stutzeri, Lactobacillus, Bacillus

subtilis, Bacillus licheniformis, các lo:i nRm Verticillium, penicillium,

fusarium semitectum, Aspergillus flavus

C9 chQ cAa quá trình tMng h8p nano b:c I vi sinh v)t vqn ch5a /58c tìm hiXu t5Ung t)n nh5ng /a s7 gi' thuyQt cho rong quá trình này liên quan /Qn ho:t /`ng cAa enzyme khG nitrate (nitrate reductase) do vi sinh v)t tiQt ra Quá trình khG bet /Yu bIi s> v)n chuyXn electron t[ các chRt cho electron /Qn

Biological

26

Ag+ /X khG các ion Ag+ t:o thành các nguyên tG Ag Các enzyme ph2 thu`c NADH nh5 nitrate reductase /óng vai trò chRt v)n chuyXn /iHn tG Bên c:nh các enzyme này, m`t s7 naphthoquinone và anthraquinone tìm thRy I nRm Fusarium oxysporum cwng có thX /óng vai trò chRt truy0n /iHn tG trong quá trình khG kim lo:i bIi tính chRt oxi hóa khG /Oc tr5ng cAa chúng

- T[ các dEch chiQt t[ các lo:i th>c v)t: dEch chiQt lá bàng, lá d59ng mai, lá s' chanh, lá nha /am, dEch chiQt cAa các lo:i trái cây Các lo:i dEch chiQt th>c v)t ch4a chA yQu là polyphenol, ankaloid, flavonoid [19], [28], [29] các chRt này sr khG ion Ag+ thành Ag Ph59ng pháp này /9n gi'n, thân thiHn vJi môi tr5Ung có thX t:o ra các h:t nano b:c vJi kích th5Jc nhT $Oc biHt t:o ra dung dEch keo nano b:c b0n, không bE oxi hóa các các dEch chiQt v[a /óng vai trò là chRt khG, v[a là chRt làm Mn /Enh h:t nano b:c

1.2.6 Tính chlt cfa hat nano bac

a Tính ch;t quang

Tính chRt quang h-c cAa h:t nano b:c bet nguhn t[ hiHn t58ng c`ng h5Ing Plasmon b0 mOt (surface plasmon resonance) do /iHn tG t> do trong h:t nano hRp th2 ánh sáng chiQu vào Kim lo:i có nhi0u /iHn tG t> do, các /iHn tG t> do này sr dao /`ng d5Ji tác d2ng cAa /iHn t[ tr5Ung bên ngoài nh5 ánh sáng Thông th5Ung các dao /`ng bE d)p tet nhanh chóng bIi các sai hTng m:ng hay bIi chính các nút m:ng tinh thX trong kim lo:i khi quãng /5Ung t>

do trung bình cAa /iHn tG nhT h9n kích th5Jc Nh5ng khi kích th5Jc cAa kim lo:i nhT h9n quãng /5Ung t> do trung bình thì hiHn t58ng d)p tet không còn nxa mà /iHn tG sr dao /`ng c`ng h5Ing vJi ánh sáng kích thích Do v)y, tính chRt quang cAa h:t nano /58c có /58c do s> dao /`ng t)p thX cAa các /iHn tG dqn /Qn t[ quá trình t59ng tác vJi b4c x: sóng /iHn t[ Khi dao /`ng nh5 v)y, các /iHn tG sr phân b7 l:i trong h:t nano làm cho h:t nano bE phân c>c

27

/iHn t:o thành m`t l5png c>c /iHn Do v)y xuRt hiHn m`t tYn s7 c`ng h5Ing ph2 thu`c vào nhi0u yQu t7 nh5ng các yQu t7 v0 hình dáng, /` lJn cAa h:t nano và môi tr5Ung xung quanh là các yQu t7 'nh h5Ing nhi0u nhRt Ngoài ra, m)t /` h:t nano cwng 'nh h5Ing /Qn tính chRt quang NQu m)t /` loãng thì có thX coi nh5 gYn /úng h:t t> do, nQu nhng /` cao thì ph'i tính /Qn 'nh h5Ing cAa quá trình t59ng tác gixa các h:t

$7i vJi các h:t kim lo:i có tính /7i x4ng cYu, các ph59ng dao /`ng là nh5 nhau và chd c`ng h5Ing I m`t tYn s7 nhRt /Enh Nh5ng h:t nano b:c d:ng hình cYu có m`t tính chRt quang /`c /áo là b5Jc sóng 4ng vJi /dnh c`ng h5Ing plasmon có thX thay /Mi t[ 400 nm (ánh sáng tím) cho /Qn 530 nm (ánh sáng xanh l2c nh:t) nQu nh5 ta thay /Mi kích th5Jc h:t hoOc thay /Mi môi tr5Ung bao quanh b0 mOt h:t

b Tính ch;t <i:n

Tính dqn /iHn cAa kim lo:i rRt t7t, hay /iHn trI cAa kim lo:i nhT nhU vào m)t /` /iHn tG t> do cao trong /ó $7i vJi v)t liHu kh7i, các lí lu)n v0 /` dqn d>a trên cRu trúc vùng n+ng l58ng cAa chRt ren $iHn trI cAa kim lo:i /Qn t[ s> tán x: cAa /iHn tG lên các sai hTng trong m:ng tinh thX và tán x: vJi dao /`ng nhiHt cAa nút m:ng (phonon) T)p thX các /iHn tG chuyXn /`ng trong kim lo:i (dòng /iHn I) d5Ji tác d2ng cAa /iHn tr5Ung (U) có liên hH vJi nhau thông qua /Enh lu)t Ohm: U = IR, trong /ó R là /iHn trI cAa kim lo:i $Enh lu)t Ohm cho thRy /5Ung I-U là m`t /5Ung tuyQn tính Khi kích th5Jc cAa v)t liHu gi'm dYn, hiHu 4ng l58ng tG do giam hãm làm rUi r:c hóa cRu trúc vùng n+ng l58ng HH qu' cAa quá trình l58ng tG hóa này /7i vJi h:t nano là I-U không còn tuyQn tính nxa mà xuRt hiHn m`t hiHu 4ng g-i là hiHu 4ng chen Coulomb (Coulomb blockade) làm cho /5Ung I-U bE nh'y b)c vJi giá trE m{i b)c sai khác nhau m`t l58ng e/2C cho U và e/RC cho I, vJi e là /iHn tích cAa

28

/iHn tG, C và R là /iHn dung và /iHn trI kho'ng n7i h:t nano vJi /iHn c>c

c Tính ch;t t+

Các kim lo:i quý nh5 vàng, b:c, có tính nghEch t[ I tr:ng thái kh7i

do s> bù tr[ cOp /iHn tG Khi v)t liHu thu nhT kích th5Jc thì s> bù tr[ trên sr không toàn diHn nxa và v)t liHu có t[ tính t59ng /7i m:nh Các kim lo:i có tính set t[ I tr:ng thái kh7i nh5 các kim lo:i chuyXn tiQp set, côban, niken thì khi kích th5Jc nhT sr phá vp tr)t t> set t[ làm cho chúng chuyXn sang tr:ng thái siêu thu)n t[ V)t liHu I tr:ng thái siêu thu)n t[ có t[ tính m:nh khi có t[ tr5Ung và không có t[ tính khi t[ tr5Ung bE nget /i, t4c là t[ d5 và l>c kháng t[ hoàn toàn bong không

d Tính ch;t nhi:t

NhiHt /` nóng ch'y cAa v)t liHu ph2 thu`c vào m4c /` liên kQt gixa các nguyên tG trong m:ng tinh thX Trong tinh thX, m{i m`t nguyên tG có m`t s7 các nguyên tG lân c)n có liên kQt m:nh g-i là s7 ph7i vE Các nguyên tG trên b0 mOt v)t liHu sr có s7 ph7i vE nhT h9n s7 ph7i vE cAa các nguyên tG I bên trong nên chúng có thX d? dàng tái sep xQp /X có thX I tr:ng thái khác h9n Nh5 v)y, nQu kích th5Jc cAa h:t nano gi'm, nhiHt /` nóng ch'y sr gi'm

e Tính ch;t xúc tác

Do h:t nano có s7 l58ng nguyên tG ho:t /`ng trên b0 mOt lJn h9n so vJi kim lo:i kh7i nên h:t nano /58c sG d2ngtrong xúc tác sr t7t h9n so vJi các chRt ren thông th5Ung

H:t nano có cRu trúc rRt chOt chr v0 kích th5Jc nguyên tG mà l58ng lJn khác th5Ung cAa các nguyên tG có trên b0 mOt Có thX /ánh giá s> t)p trung này bIi công th4c: Ps = 4N(-1/3)x100

Trong /ó: Ps: td s7 cAa s7 nguyên tG trên b0 mOt

N: tMng s7 nguyên tG trong h:t v)t liHu

29

M`t h:t nano vJi 13 nguyên tG I cRu hình lJp vT ngoài thì có tJi 12 nguyên tG trên b0 mOt và chd m`t I phía trong H:t nano Ag 3nm có ch4a kho'ng 1000 nguyên tG thì có 40% tMng s7 nguyên tG trên b0 mOt H:t có /5Ung kính 150 nm ch4a kho'ng 107 nguyên tG thì chd có kho'ng 1% nguyên

1.2.7 4nh hDing cfa nano bac [Qn s_c khqe con ngDIi

Nano b:c /58c /5a vào sG d2ng vJi m2c /ích kháng khuPn và ng+n ng[a s> phát triXn cAa vi khuPn $i0u /ó nói lên m7i quan hH gixa nano b:c

và con ng5Ui

M`t nghiên c4u t[ Odense Universitets Hospital cho thRy nano b:c không có t59ng tác m:nh vJi c9 thX con ng5Ui và cwng không là tác nhân gây /`c Chính vì v)y, nano b:c không gây 'nh h5Ing /Qn s4c khTe con ng5Ui và /58c xem là vô h:i Các nhà khoa h-c còn ch4ng minh các h:t nano b:c sr /58c gi'i phóng ra khTi c9 thX theo thUi gian [20], [35]