Luận án Tiến sĩ Công nghệ Dệt, May: Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc sử dụng nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết từ thực vật

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc sử dụng nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết từ thực vật" nhằm tổng hợp được nano bạc sử dụng dịch chiết từ thực vật (lá dâu tằm, lá trầu không) phù hợp để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. Đề xuất cơ chế tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết thực vật...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ Dệt, May: Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc sử dụng nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết từ thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------o0o---------------------- Vũ Tiến Hiếu NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÁNG KHUẨN, KHÁNG NẤM CHO DA LỢN THUỘC SỬ DỤNG NANO BẠC TỔNG HỢP BẰNG DỊCH CHIẾT TỪ THỰC VẬT Ngành: CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Mã số: 9540204 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------o0o---------------------- Vũ Tiến Hiếu NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÁNG KHUẨN, KHÁNG NẤM CHO DA LỢN THUỘC SỬ DỤNG NANO BẠC TỔNG HỢP BẰNG DỊCH CHIẾT TỪ THỰC VẬT Ngành: CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Mã số: 9540204 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Bùi Văn Huấn 2. TS. Nguyễn Ngọc Thắng Hà Nội - 2023 ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các giáo viên hướng dẫn và sự hỗ trợ của các đồng nghiệp. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được tác giả khác công bố. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày…. tháng 09 năm 2023 Người hướng dẫn khoa học Tác giả PGS.TS. Bùi Văn Huấn TS. Nguyễn Ngọc Thắng NCS. Vũ Tiến Hiếu i
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Bùi Văn Huấn, TS. Nguyễn Ngọc Thắng đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô giáo trong Bộ môn Vật liệu & Công nghệ Hóa dệt, Viện Dệt may – Da giầy & Thời trang, Phòng Đào tạo - Bộ phận đào tạo sau đại học, Phòng thí nghiệm dự án JST - JICA ESCANBER cùng toàn thể Thầy, Cô của Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Khoa Công nghệ Sinh học - Trường Đại học Quốc Tế, Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT– Trường Đại học Nguyễn Tất Thành, Phòng vi sinh – Viện sinh học nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Việt Nam, trường Cao đẳng Công Thương Tp. HCM, Viện nghiên cứu Da giầy Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi thực hiện luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Công nghệ Thời trang, các Phòng ban, bạn bè, đồng nghiệp của tôi đang công tác tại trường Cao đẳng Công Thương Tp. Hồ Chí Minh và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tác giả NCS. Vũ Tiến Hiếu ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ I LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................II MỤC LỤC ................................................................................................................ III DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT ................................................................. V DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... VII DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ..................................................................... VIII CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................................................ 5 1.1. Tổng quan về da thuộc và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da ............... 5 1.1.1. Tổng quan về da thuộc ..................................................................................... 5 1.1.2. Tổng quan về xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da .............................. 14 1.2. Tổng quan về nano bạc ...................................................................................... 23 1.2.1. Nano bạc ......................................................................................................... 23 1.2.2. Phương pháp tổng hợp nano bạc .................................................................... 28 1.3. Các phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc .. 44 1.3.1. Phương pháp bán định lượng.......................................................................... 44 1.3.2. Phương pháp định lượng ................................................................................ 46 1.4. Các phương pháp và kỹ thuật đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của vật liệu da thuộc ........................................................................................................ 47 1.4.1. Phương pháp định lượng ................................................................................ 47 1.4.2. Phương pháp đánh giá bán định lượng ........................................................... 50 1.5. Kết luận chương 1 ............................................................................................. 52 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 55 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 55 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 55 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 55 2.1.3. Vật liệu, hóa chất sử dụng .............................................................................. 55 2.1.4. Các chủng vi khuẩn sử dụng .......................................................................... 57 2.1.5. Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................... 57 2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 58 2.2.1. Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh từ lá dâu tằm, lá trầu không ........................................................................................................................ 59 2.2.2. Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc làm lớp lót sản phẩm da bằng nano bạc ............................................................................................ 59 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 60 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết ...................................................................................... 60 2.3.3. Phương pháp phân tích đặc tính vật liệu ........................................................ 67 2.3.4. Phương pháp xác định tính chất của vật liệu .................................................. 71 iii
2.3.5. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc ..... 72 2.3.6. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của da lợn thuộc 73 2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................. 79 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................. 80 3.1. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không .... 80 3.1.1. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm......................... 80 3.1.2. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá trầu không .................... 85 3.1.3. Đề xuất cơ chế tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết thực vật......................... 93 3.1.4. So sánh các phương án tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết lá dâu tằm, lá trầu không ........................................................................................................................ 94 3.2. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của hai loại nano bạc ............. 95 3.2.1. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của hai loại nano bạc .............................. 95 3.2.3. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc AgNPPBL với các nồng độ khác nhau ....................................................................................... 98 3.3. Kết quả xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng nano bạc ...... 102 3.3.1. Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn của da lợn thuộc .......................... 102 3.3.3. Kết quả đánh giá cấu trúc, hình thái bề mặt da lợn thuộc ............................ 114 3.3.4. Kết quả đánh giá sự thay đổi màu sắc và tính chất cơ lý của da .................. 118 3.3.5. So sánh, đánh giá các phương pháp công nghệ xử lý da lợn thuộc bằng nano bạc ........................................................................................................................... 122 3.4. Kết luận chương 3 ........................................................................................... 126 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN ÁN ...................... 127 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................................................. 128 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ................. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 130 iv
DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT Atomic Absorption Spectrophotometric – Phương pháp phổ hấp AAS thụ nguyên tử American Association of Textile Chemists and Colorists - Hiệp hội AATCC các nhà hóa dệt và nhuộm màu hàng dệt may Hoa Kỳ American Type Culture Collection - Bảo tàng giống chuẩn vi sinh ATCC vật Hoa Kỳ ADN Acid deoxyribonucleic DNA Deoxyribonucleic acid – Chuỗi phân tử DNA, hay axit nucleic AgNPs Silver nanoparticles – Nano bạc CSSs Colloidal silver solutions – Dung dịch keo bạc CF Chitosan formate CFU Colony-Forming Unit – Đơn vị hình thành khuẩn lạc Clinical Laboratory Standards Institute - Viện Tiêu chuẩn xét CLSI nghiệm lâm sàng PEG-g-CS poly(ethylene glycol)-grafted-chitosan DNJ Deoxynojirimycin Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy – Phổ tán sắc năng lượng EDX (EDS) tia X ESI Electrospray Ionization - Ion hóa phun điện tử American Society for Testing and Materials - - Hiệp hội thử ASTM nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ Fourier Transform Infrared Spectrometer – Phổ hồng ngoại biến FT-IR đổi Fourier High-resolution Transmission Electron Microscopy – Kính hiển vi HR-TEM điện tử truyền qua độ phân giải cao Liquid chromatography/Mass spectrometry – Sắc ký lỏng/ Khối HPLC/MS phổ MIC Minimal Inhibitory Concentration – Nồng độ ức chế tối thiểu Mul Mulberry – Lá dâu tằm MRSA Methicillin-resistant Staphylococcus aureus nm Nano mét LB Luria-Bertani (Môi trường nuôi cấy vi sinh LB) LDH Lactate Dehydrogenase ppm Parts per million – Một phần một triệu (1 ppm = 1 μl/l = 1 mg/kg), v
là đơn vị đo nồng độ PBL Piper betle L– Lá trầu không PU Polyurethane PTN Phòng thí nghiệm PVA Polyvinylalcohol PVP Polyvinylpyrolidon PEG-g-CS Poly(ethylene glycol)-grafted-chitosan ROS Reactive oxygen species – Các gốc oxy hóa hoạt động Sf Square Feet – Feet vuông SCDLP Môi trường trung tính SPR Surface plasmon resonance - Cộng hưởng plasmon bề mặt SEM Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét Transmission Electron Microscopy – Kính hiển vi điện tử truyền TEM qua TA Axit tannic TGA Thermogravimetry analysis – Phân tích nhiệt trọng lượng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UV Ultraviolet- Tử ngoại UV-Vis Ultraviolet-Visible – Tử ngoại/ Khả kiến XRD X-Ray Difraction – Phổ nhiễu xạ tia X ε Mức ép ZOI Zone of inhibition - Vùng ức chế vi sinh vật vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Mẫu da thuộc được xử lý với các dung dịch keo nano khác nhau . ................ 21 Bảng 1.2. Hạt nano bạc dưới dạng các dung dịch hoặc phân tán ................................... 21 Bảng 1.3. Tổng hợp các nghiên cứu sử dụng các dung dịch chiết từ thực vật để tổng hợp nano bạc [102]. ................................................................................................................ 35 Bảng 1.4: Thành phần các chất chứa trong lá trầu tươi . ................................................. 40 Bảng 1.5. Điều kiện thử nghiệm kháng khuẩn theo CLSI .............................................. 44 Bảng 2.1. Các đặc trưng của da lợn thuộc được sử dụng. ............................................... 56 Bảng 2.2. Bạc nitrat được sử dụng. ................................................................................. 57 Bảng 2.3. Các chủng vi khuẩn và nấm được sử dụng trong nghiên cứu ......................... 57 Bảng 2.4. Các thông số chiết tách lá dâu tằm và lá trầu không. ...................................... 62 Bảng 2.5. Các phương án nghiên cứu điều kiện tổng hợp nano bạc. .............................. 63 Bảng 2.6. Bảng thống kê các giá trị bước sóng và một số nhóm chức tương ứng . ........ 64 Bảng 2.7. Điều kiện xử lý da lợn thuộc phương án ngấm ép bằng AgNPs và ký hiệu mẫu. ......................................................................................................................................... 66 Bảng 2.8. Điều kiện xử lý da thuộc phương pháp ngâm tẩm bằng AgNPs và ký hiệu mẫu. ......................................................................................................................................... 66 Bảng 2.9. Điều kiện xử lý da thuộc phương pháp phun phủ bằng AgNPs và ký hiệu mẫu. ......................................................................................................................................... 67 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của lá trầu không. ........................................................... 90 Bảng 3.2. So sánh các phương án tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết lá dâu tằm, lá trầu không. .............................................................................................................................. 94 Bảng 3.3. Các phương pháp và phương án thí nghiệm xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. .................................................................................................................. 102 Bảng 3.4. Hiệu suất kháng khuẩn của da được xử lý bằng nano bạc tại nồng độ 160 g/ml. ....................................................................................................................................... 107 Bảng 3.5. Hiệu suất kháng khuẩn của da lợn thuộc xử lý nano bạc tại nồng độ 80 g/ml. ....................................................................................................................................... 108 Bảng 3.6. Hiệu suất kháng khuẩn của da lợn thuộc xử lý nano bạc tại nồng độ 20 g/ml ....................................................................................................................................... 109 Bảng 3.7. Tổng hợp hiệu suất kháng khuẩn sau 24 giờ của các mẫu da lợn thuộc được xử lý với nano bạc có nồng độ khác nhau. .......................................................................... 110 Bảng 3.8. Hàm lượng bạc trên da lợn thuộc trước và sau xử lý nano bạc. .................... 116 Bảng 3.9. Kết quả đo màu của các mẫu da lợn thuộc (pLeAg) khi thay đổi mức ép. ... 119 Bảng 3.10. Kết quả đo màu của các mẫu da lợn thuộc (pLeAg) khi thay đổi nồng độ. 119 Bảng 3.11. Kết quả đo màu của các mẫu da lợn thuộc (iLeAg) khi thay đổi nồng độ. . 120 Bảng 3.12. Kết quả đo màu của các mẫu da lợn thuộc (sLeAg) khi thay đổi nồng độ. 120 Bảng 3.13. Kết quả xác định các tính chất cơ lý của da lợn thuộc trước và sau xử lý AgNPs. ....................................................................................................................................... 121 Bảng 3.14. Sự thay đổi màu và hàm lượng bạc trên da lợn thuộc sau xử lý. ................ 123 Bảng 3.15. Hoạt tính kháng khuẩn của da lợn thuộc xác định theo phương pháp bán định lượng. ............................................................................................................................. 123 Bảng 3.16. Hoạt tính kháng khuẩn của da lợn thuộc xác định theo phương pháp định lượng .............................................................................................................................. 123 Bảng 3.17. Hoạt tính kháng nấm của các mẫu da lợn thuộc.......................................... 124 Bảng 3.18. So sánh điều kiện xử lý da lợn thuộc theo 3 phương pháp ......................... 125 vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Mặt cắt da nguyên liệu. ....................................................................................... 5 Hình 1.2. Cấu tạo lớp biểu bì 1. lớp mầm bì; 2. lớp sừng; 3. đầu dây thần kinh ................ 5 Hình 1.3. Các thành phần của bì phu 1) sợi collagen; 2) sợi đàn hồi 3) tế bào kết nối. ..... 6 Hình 1.4. Cấu trúc tổng quát của amino axit (a); glyxin (b) ............................................... 7 Hình 1.5. Cấu tạo của các amino axit cơ bản hình thành nên collagen .............................. 8 Hình 1.6. Liên kết peptit giữa hai axit amin. ...................................................................... 8 Hình 1.7. Cấu trúc mạch polypeptit đơn (a); cấu trúc triple helix của collagen (b) ........... 8 Hình 1.8. (a) Cấu trúc phân cấp của xơ da. ( b-f ) ảnh FE-SEM cấu trúc xơ da ............... 9 Hình 1.9. Mặt cắt đứng của da động vật sau thuộc ........................................................... 11 Hình 1.10. Hình ảnh da lợn thuộc (a) mặt cật, (b) mặt cắt ............................................... 14 Hình 1.11. Cơ chế phản ứng tạo nano bạc ........................................................................ 18 Hình 1.12. Ảnh SEM da xử lý bằng AgNPs@silica ......................................................... 18 Hình 1.13. Ảnh SEM da xử lý nano bạc ........................................................................... 19 Hình 1.14. Ảnh SEM của 3 mẫu da ngâm tẩm: (a) với nước (mẫu đối chứng); (b) với AgNPs và (c) với AgNPs@ SiO2...................................................................................... 19 Hình 1.15. Ảnh SEM mẫu da thuộc bằng các chất khác nhau xử lý AgNPs và Ag@ SiO2. .......................................................................................................................................... 19 Hình 1.16. FE-SEM của mẫu vải cotton, tơ tằm và da thuộc xử lý với AgNPs. .............. 20 Hình 1.17. Khả năng kháng nấm mốc của da lông cừu sau 7 ngày .................................. 21 Hình 1.18. Khả năng kháng nấm mốc Trichoderma viride của da lông sau 7 ngày ......... 21 Hình 1.19. Phổ FT-IR mẫu da xử lý nano bạc (1-4), mẫu da không xử lý nano bạc (5). . 22 Hình 1.21. Cấu trúc tinh thể của bạc ................................................................................ 24 Hình 1.21. Hình dạng, kích thước và đường cong phổ UV-Vis của hạt nano bạc. .......... 24 Hình 1.22. Phổ UV-Vis và màu sắc của AgNPs có đường kính từ 5 - 100 nm. ............... 25 Hình 1.23. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc.................................................................. 27 Hình 1.25. Phổ hấp thụ UV – Vis của ACAgNPs ............................................................ 33 Hình 1.26. Ảnh SEM và phổ hấp thụ UV-Vis của AgNP tổng hợp bằng dung dịch chiết xuất cây nha đam .............................................................................................................. 33 Hình 1.27. Ảnh TEM của AgNPs ..................................................................................... 34 Hình 1.28. Hoạt tính kháng khuẩn nano bạc tổng hợp từ lá trầu không a: 351 mg/L, b: 175 mg/L, c: 88 mg/L, d: dịch chiết lá trầu không .................................................................. 35 Hình 1.29. Hoạt tính kháng khuẩn nano bạc tổng hợp từ lá cây trứng cá a: 518 mg/L, b: 259 mg/L c: 130 mg/L, d: dịch chiết lá trứng cá .............................................................. 35 Hình 1.30. Dâu tằm Việt Nam .......................................................................................... 37 Hình 1.31. Cấu trúc một số nhóm thuộc nhóm Flavon và Flavon glycozit ...................... 37 Hình 1.32. Cấu trúc một nhóm vitamin có trong lá dâu tằm Việt Nam. ........................... 38 viii
Hình 1.33. Cấu trúc một số nhóm caroten trong lá dâu tằm ............................................. 38 Hình 1.34. Cấu trúc DNJ .................................................................................................. 38 Hình 1.35. Ảnh TEM của các hạt nano bạc ...................................................................... 39 Hình 1.36. (a) Sự biến đổi màu khi tổng hợp; (b) Kết quả phổ UV – Vis của AgNPs và (c) ảnh TEM của AgNPs được tổng hợp bằng dịch chiết lá dâu tằm. .................................... 39 Hình 1.37. Lá trầu không .................................................................................................. 40 Hình 1.38. Cấu trúc một số chất hóa học của lá trầu không ............................................. 41 Hình 1.39. Phổ hấp thụ UV-Vis của Ag NPs tổng hợp được ở 5 (a), 10 (b), 20 (c), 40 (d) 80 (e) phút và và ảnh TEM đo AgNPs tại 80 phút ........................................................... 42 Hình 1.40. Hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs đối với S. epidermidis và P. aeruginosa. 45 Hình 1.41. Minh hoạ phương pháp khuếch tán giếng thạch. ............................................ 45 Hình 1.42. Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, µg/ml) của AgNPs ....................................... 47 Hình 1.43. Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm theo ASTM E 2149 .............................. 50 Hình 1.44. Đĩa Petri cho thấy tác dụng kháng khuẩn của các mẫu da thuộc được xử lý bằng AgNPs@SiO2 kháng lại khuẩn Bacillus Subtilis .............................................................. 51 Hình 1.45. Vùng ức chế của CSSs với 29.27 ppm Ag sau: a) 7 ngày; b) 14 ngày ........... 52 Hình 2.1. Hình ảnh lá dâu tằm (a) và lá trầu không (b) .................................................... 55 Hình 2.2. Vùng da lợn thuộc được sử dụng để xử lý nano bạc theo TCVN 7117:2007. . 56 Hình 2.3. Các thiết bị và dụng cụ được sử dụng trong nghiên cứu .................................. 58 Hình 2.5. Sơ đồ quy trình chiết tách chất khử từ lá dâu tằm. ........................................... 61 Hình 2.6. Sơ đồ quy trình chiết tách chất khử từ lá trầu không. ....................................... 61 Hình 2.7. Quy trình tổng hợp AgNPs từ dịch chiết lá dâu tằm, lá trầu không. ................ 62 Hình 2.8. Hình ảnh thiết bị đo HPLC-MS X500R QTOF SCIEX. .................................. 64 Hình 2.9. Sơ đồ quy trình ngấm ép da lợn thuộc bằng dung dịch nano bạc. .................... 65 Hình 2.10. Sơ đồ quy trình ngâm tẩm da lợn thuộc bằng dung dịch nano bạc. ................ 66 Hình 2.11. Sơ đồ quy trình phun phủ da lợn thuộc mộc bằng dung dịch nano bạc. ......... 67 Hình 2.12. Một số đồ thị phân tích TGA/DTA điển hình................................................. 70 Hình 2.13: Quy trình đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs theo tiêu chuẩn CLSI. .......................................................................................................................................... 73 Hình 2.14. Quy trình đánh giá khả năng kháng nấm mốc của da lợn thuộc theo tiêu chuẩn AATCC - TM30. .............................................................................................................. 75 Hình 2.15. Sơ đồ quy trình đánh giá khả năng kháng khuẩn của da lợn thuộc theo tiêu chuẩn TCVN 10944:2015. ................................................................................................ 76 Hình 2.16. Chuẩn bị mẫu khuẩn ....................................................................................... 77 Hình 2.17: Cho khuẩn vào bình chứa mẫu ....................................................................... 77 Hình 2.18: Ủ mẫu trong tủ ấm 24 h .................................................................................. 77 Hình 2.19. Rửa giải mẫu da lợn thuộc sau khi xử lý ........................................................ 77 ix
Hình 2.20. Lấy mẫu đã rửa giải ........................................................................................ 78 Hình 2.21. Cấy trang mẫu lên thạch dinh dưỡng. ............................................................. 78 Hình 2.22. Ủ các đĩa trong tủ ấm 37oC, thời gian 24 h để vi khuẩn phát triển. ................ 78 Hình 3.1. Sự biến đổi màu sắc của dung dịch trong quá trình tổng hợp nano bạc. .......... 80 Hình 3.2. Kết quả đo UV-Vis của dịch chiết từ lá dâu tằm (Mul) và nano bạc (AgNPMul) với nồng độ AgNO3 12 mM. ............................................................................................ 81 Hình 3.3. Kết quả phổ UV-Vis của dung dịch Mul khi thay đổi thời gian phản ứng ....... 81 Hình 3.4. Kết quả phổ UV-Vis của dung dịch Mul khi thay đổi nồng độ AgNO3 ........... 82 Hình 3.5. Kết quả đo HR-TEM của AgNPMul ở các độ phóng đại khác nhau (a) x 100.000 lần, (b) x 200.000 lần. ....................................................................................................... 83 Hình 3.6. Kết quả đo phổ FT-IR dung dịch Mul và AgNPMul. ......................................... 84 Hình 3.7. Kết quả phân tích nhiệt TGA/DTA của AgMul ............................................... 85 Hình 3.8. Sự biến đổi màu sắc trong quá trình tổng hợp nano bạc (PBL) dịch chiết lá trầu không; (AgNP@ PBL) nano bạc có trong dịch chiết lá trầu không; (AgNPPBL) là nano bạc. .......................................................................................................................................... 86 Hình 3.9. Kết quả đo phổ UV-Vis của dịch chiết từ lá trầu không (PBL) và nano bạc (AgNPPBL) với nồng độ AgNO3 10 mM ........................................................................... 86 Hình 3.10. Kết quả đo phổ UV-Vis của AgNPPBL tại các thời gian khử khác nhau với nồng độ AgNO3 10mM .............................................................................................................. 87 Hình 3.11. Kết quả đo phổ UV-Vis của AgNPPBL tại các nồng độ AgNO3 khác nhau ở thời gian 4 giờ .......................................................................................................................... 88 Hình 3.12. Kết quả đo HR-TEM của AgNPPBLở mức độ phóng đại 100K (a) và 200K (b). .......................................................................................................................................... 89 Hình 3.13. Kết quả phân tích HPLC/MS của dịch chiết lá trầu không. ............................ 89 Hình 3.14. Phổ hồng ngoại FT-IR của dịch chiết lá trầu không và AgNPPBL................... 90 Hình 3.15. Giản đồ XRD của AgNPPBL ............................................................................ 91 Hình 3.16. Kết quả phân tích nhiệt TGA/DTA của AgNPPBL .......................................... 92 Hình 3.17. Cơ chế phản ứng tổng hợp nano bạc. ............................................................. 93 Hình 3.18: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn E. coli của (a) AgNPPBL, AgNPce1, AgNPce2, Wce1 (nước thải sau ly tâm lần 1), PBLext (dịch chiết trầu không pha loãng 1:20) và (b) AgNPMul, AgNPce1, AgNPce2, Wce2 (nước thải sau ly tâm lần 2), Mulext (dịch chiết dâu tằm pha loãng 1:5) (± SD, n = 3). .............................................................................. 95 Hình 3.19: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgNPPBL và AgNPMul. (a) M.luteus, (b) S. aureus, (c) P. aeruginosa, (d) E. coli, Streptomycin (30 g/ml); AgNPPBL (100g/ml); 1/2 AgNPPBL (50g/ml); AgNPMul (100g/ml) và 1/2 AgNPMul (50g/ml). ................... 96 Hình 3.20. Kết quả đo đường kính vùng ức chế của AgNPPBL và AgNPMul (± SD, n = 3). .......................................................................................................................................... 97 Hình 3.21. Kết quả hoạt tính kháng nấm C. albicans của AgNPPBL (100µg/ml), AgNPPBL1/2 (50µg/ml); AgNPMul (100µg/ml) và AgNPMul1/2 (50µg/ml), (± SD, n = 3)..................... 98 x
Hình 3.22. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgNPPBL chống lại (a) E. coli, (b) P. aeruginosa và (c) S. aureus: kiểm chứng âm (H2O); kiểm chứng dương (Streptomycin 30 μg/ml); AgNPPBL (100 μg/ml); AgNPPBL 1/2 (50 μg/ml) và AgNPPBL 1/4 (25 μg/ml). .......................................................................................................................................... 99 Hình 3.23. Kết quả đo đường kính vùng kháng khuẩn của AgNPPBL (± SD, n = 3) ........ 99 Hình 3.24. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng nấm C. albicans của (a) AgNPPBL (100 μg/ml); AgNPPBL 1/2 (50 μg/ml) và AgNPPBL 1/4 (25 μg/ml); và đường kính vùng ức chế (b) (± SD, n = 3)........................................................................................................................ 100 Hình 3.25. Hoạt tính kháng nấm mốc A. niger của AgNPPBL, kiểm chứng âm (giấy); AgNPPBL (100 μg/ml); AgNPPBL 1/2 (50 μg/ml) và AgNPPBL 1/4 (25 μg/ml). .............. 100 Hình 3.26. Ảnh chụp vùng ức chế của các mẫu da với 2 chủng vi khuẩn (a) E. coli và (b) S. aureus; (c) đường kính vùng ức chế; da lợn thuộc xử lý AgNPs ở nồng độ 160 g/ml tại mức ép 70% (pLeAg11), 80% (pLeAg12) và 90% (pLeAg13), da thuộc (Le) (±SD, n=3) ........................................................................................................................................ 103 Hình 3.27. Ảnh chụp vùng ức chế của các mẫu da lợn thuộc với 2 chủng vi khuẩn (a) E. coli, và (b) S. aureus: da lợn thuộc ban đầu (Le); kháng sinh Streptomycin (Strep); da thuộc xử lý ngấm ép nồng độ nano bạc tại 160 g/ml (pLeAg12), 80 g/ml (pLeAg22), 40 g/ml (pLeAg32) và 20 g/ml (pLeAg42), (±SD, n=3) .............................................................. 104 Hình 3.28. Ảnh chụp vùng ức chế của các mẫu da lợn thuộc với 2 chủng vi khuẩn (a) E. coli, và (b) S. aureus: da lợn thuộc (Le); kháng sinh Streptomycin (Strep); da lợn thuộc xử lý nano bạc tại nồng độ 160 g/ml (iLeAg1/1), 80 g/ml (iLeAg1/2), 40 g/ml (iLeAg1/4) và 20 g/ml (iLeAg1/8), (±SD, n=3). ................................................................................... 105 Hình 3.29. Ảnh chụp vùng ức chế của các mẫu da lợn thuộc với 2 chủng vi khuẩn (a) E. coli, và (b) S. aureus; đường kính vòng kháng khuẩn (c); da lợn thuộc (Le); kháng sinh (Strep); da lợn thuộc xử lý nano bạc tại nồng độ 160 g/ml (sLeAg1/1), 80 g/ml (sLeAg1/2), 40 g/ml sLeAg1/4) và 20 g/ml (sLeAg1/8), (±SD,n=3). ....................... 106 Hình 3.30. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của da lợn thuộc sau xử lý ngấm ép, ngâm tẩm, phun (pLeAg12, iLeAg11, sLeAg11) nano bạc tại nồng độ 160 g/ml với E. coli và S. aureus sau 0 giờ và 24 giờ. .................................................................................... 107 Hình 3.31. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của da lợn thuộc sau xử lý ngấm ép, ngâm tẩm, phun (pLeAg22, iLeAg12, sLeAg12) nano bạc tại nồng độ 80 g/ml với E. coli và S. aureus sau 0 giờ và 24 giờ .......................................................................................... 108 Hình 3.32. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của da lợn thuộc sau xử lý ngấm ép, ngâm tẩm, phun (pLeAg42, iLeAg18, sLeAg18) nano bạc tại nồng độ AgNPs 20 g/ml với E. coli và S. aureus sau 0 giờ và 24 giờ. ......................................................................... 109 Hình 3.33. Vùng ức chế của các mẫu da lợn thuộc với nấm C.albicans: mẫu da lợn thuộc (Le); da lợn thuộc tẩm kháng sinh (Strep); da lợn thuộc xử lý nano bạc tại nồng độ 160 g/ml, 80 g/ml, 40 g/ml và 20 g/ml, đường kính vùng ức chế (b,d,f), (±SD, n=3). 112 Hình 3.34. Kết quả hoạt tính kháng nấm mốc A.niger của da lợn thuộc trước và sau xử lý ngấm ép (pLeAg), ngâm tẩm (iLeAg), phun (sLeAg), với 2 nồng độ nano bạc tại 160 g/ml (a) và 80 g/ml (b). ......................................................................................................... 113 Hình 3.35. Ảnh SEM các mẫu da lợn thuộc trước và sau xử lý với nano bạc bằng 3 phương pháp ở các độ phóng đại 500, 3000, 5000 lần. ............................................................... 114 xi
Hình 3.36. Ảnh SEM mẫu da lợn thuộc nồng độ 160 g/ml, sau 12 tháng.................... 115 Hình 3.37. Kết quả phân tích EDX mẫu da lợn thuộc trước và sau xử lý nano bạc. ...... 116 Hình 3.38. Phổ FT-IR của da lợn thuộc trước và sau xử lý nano bạc. ........................... 117 Hình 3.39. Đề xuất sơ đồ biểu diễn sự liên kết và phân bố của AgNPs trong da lợn thuộc. ........................................................................................................................................ 118 xii
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Da thuộc là vật liệu tự nhiên truyền thống, rất phù hợp và có giá trị cao, được sử dụng rộng rãi để làm các sản phẩm da (quần áo, giầy dép, găng tay, túi cặp...). Da thuộc mềm mại, thông hơi, hút ẩm tốt nên mang lại cảm giác thoải mái cho người sử dụng [1]. Da thuộc rất đa dạng và phong phú theo dạng da nguyên liệu, theo công nghệ thuộc, theo dạng hoàn tất, theo mục đích sử dụng [2]. Để làm các chi tiết bên ngoài của sản phẩm da thường sử dụng các loại da cật và da váng (được làm từ da bê, da bò, da dê, da cừu và các loại da nốt sần như da trăn, da cá sấu, da đà điểu) và được hoàn tất theo nhiều dạng khác nhau. Da lợn thuộc có nhược điểm về tính thẩm mỹ, có cấu trúc xơ collagen mịn nên dễ xẻ mỏng, có độ bền cao, độ bền mài mòn cao, mềm mại, thông hơi rất tốt, giá thành thấp nên được sử dụng nhiều để làm lớp lót cho sản phẩm da [3]. Do có khả năng hút và giữ ẩm tốt nên khi hấp thụ mồ hôi có chứa protein, vật liệu da sẽ là nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên bề mặt da [4]. Bên cạnh đó, collagen trong cấu trúc da cung cấp các điều kiện lý tưởng khác như độ ẩm, nhiệt độ và oxy cho sự phát triển của vi sinh vật. Hơn nữa, các sản phẩm da giầy hầu như không được giặt trong quá trình sử dụng nên vi sinh vật ngày càng tích tụ và phát triển. Sự phát triển của vi sinh vật trong sản phẩm da có thể gây ra mùi hôi khó chịu, làm bạc màu, giảm độ bền cơ học vật liệu và thậm chí gây bệnh cho da bàn chân người sử dụng [5]. Điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam sẽ là môi trường lý tưởng cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển trên da thuộc trong quá trình bảo quản, vận chuyển cũng như trong quá trình sử dụng sản phẩm da. Do đó, khả năng kháng khuẩn và nấm mốc của các sản phẩm da giầy đang là vấn đề được các nhà khoa học, người tiêu dùng và các doanh nghiệp quan tâm. Sản phẩm da giầy, đặc biệt là lớp lót của sản phẩm, thường tiếp xúc trực tiếp với cơ thể người. Do vậy, vật liệu để làm sản phẩm da giầy ngoài việc cần đáp ứng các yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý còn phải đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái. Chính vì vậy, các tác nhân để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da thuộc làm sản phẩm da giầy phải có hoạt tính cao và phổ kháng khuẩn, kháng nấm rộng, tương thích với da thuộc và các hóa chất xử lý, ổn định trên da thuộc, không làm phai màu và suy giảm các tính chất cơ lý của da thuộc, thân thiện với môi trường, không độc hại đối với con người [5]. Nano bạc (AgNPs) được biết đến với khả năng diệt được nhiều chủng vi khuẩn và nấm khác nhau với hiệu quả cao thông qua việc giải phóng liên tục các ion bạc, có khả năng phá vỡ màng tế bào vi sinh vật, cũng như làm mất hiệu lực của các enzym và các axit nuclei trong DNA [6]. Do vậy, nano bạc đã và đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có xử lý kháng khuẩn cho da thuộc [7]. Có nhiều phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau được nghiên cứu như phương pháp “top-down” bao gồm nổ điện, tia năng lượng cao, bào mòn bằng laze, nghiền cơ học...; hoặc phương pháp “bottom-up” bao gồm ngưng tụ nguyên tử, lắng đọng hơi hóa học... [9]. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp nêu trên đều có ít nhiều hạn chế, hoặc phải sử dụng các trang thiết bị hiện đại, phức tạp, hoặc phải dùng các hóa chất đắt tiền, không thân thiện với môi trường [8]. Gần đây, việc tổng hợp nano bạc theo phương pháp “hóa học xanh” đang được nhiều nhà khoa học tập trung nghiên 1
cứu [6-8]. Theo phương pháp này, các hoạt chất có trong dịch chiết từ thực vật, tảo, vi khuẩn, nấm men được sử dụng để làm tác nhân khử và chất ổn định các hạt nano bạc [8]. Các hoạt chất có trong dịch chiết từ thực vật có thể đóng vai trò là chất khử và chất ổn định hạt nano bạc thường là polyphenol, alkaloid, axit béo, protein... [6- 8]. Phương pháp tổng hợp này đang cho thấy nhiều ưu điểm như chi phí thấp, thân thiện với môi trường, không sử dụng nguồn năng lượng cao, không sử dụng các hóa chất độc hại và có thể tổng hợp quy mô lớn [6-9]. Ở nước ta, cho đến nay, chưa có công bố về sử dụng nano bạc nói chung, nano bạc được tổng hợp sử dụng dịch chiết thực vật để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho vật liệu da. Do vậy, nghiên cứu sinh đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc sử dụng nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết từ thực vật”. 2. Mục tiêu của luận án - Tổng hợp được nano bạc sử dụng dịch chiết từ thực vật (lá dâu tằm, lá trầu không) phù hợp để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. Đề xuất cơ chế tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết thực vật. - Xây dựng được các quy trình công nghệ xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng nano bạc tổng hợp hóa học xanh cho da lợn thuộc sử dụng để làm lớp lót cho sản phẩm da (giầy dép, quần áo, găng tay, túi cặp…) đáp ứng được các yêu cầu về tính kháng khuẩn, kháng nấm và các chỉ tiêu cơ lý. Đề xuất cơ chế liên kết giữa nano bạc và da lợn thuộc. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án • Đối tượng nghiên cứu - Nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không. - Da lợn thuộc được xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng nano bạc tổng hợp hóa học xanh. • Phạm vi nghiên cứu Luận án nghiên cứu tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không Việt Nam làm chất khử ion bạc và chất bảo vệ AgNPs tạo thành với các yếu tố khảo sát bao gồm nồng độ bạc nitrat và thời gian phản ứng. Hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs tổng hợp hóa học xanh được đánh giá dựa trên khả năng ức chế sự phát triển của 4 chủng vi khuẩn và 2 chủng nấm thông dụng. Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng AgNPs tổng hợp hóa học xanh thông qua khảo sát ảnh hưởng của mức ép và nồng độ AgNPs đến khả năng kháng khuẩn, kháng nấm. 4. Nội dung nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh và đánh giá đặc tính, hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc tổng hợp được. - Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng nano bạc tổng hợp hóa học xanh. 2
5. Phương pháp nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu lý thuyết: Khảo cứu các tài liệu, các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, các bài báo khoa học liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án. Đánh giá các vấn đề đã được các nhà khoa học nghiên cứu, những vấn đề nghiên cứu trước còn tồn tại, từ đó xác định định hướng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tiễn ở trong nước, rút ra nhận xét và đưa ra hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án. - Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng AgNPs tổng hợp hóa học xanh. - Phân tích và đánh giá: Sử dụng các phương pháp phân tích bao gồm HPLC/MS, UV-Vis, FT-IR, XRD, SEM, EDX, TEM, TGA, AAS... để đánh giá các mẫu nghiên cứu. Sử dụng các tiêu chuẩn Quốc tế và tiêu chuẩn Việt Nam để đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, đo màu và tính chất cơ lý của da lợn thuộc trước và sau xử lý. Quá trình nghiên cứu và thực nghiệm được tiến hành tại các phòng, Trung tâm thí nghiệm Vật liệu Dệt may - Da giầy, Phòng thí nghiệm dự án JST - JICA ESCANBER, Đại học Bách khoa Hà Nội. Các thí nghiệm phân tích được thực hiện ở Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Viện nghiên cứu Da giầy. Các thí nghiệm đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm tại Khoa Công nghệ Sinh học - Trường Đại học Quốc tế và Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT - Trường Đại học Nguyễn Tất Thành. 6. Ý nghĩa khoa học của luận án - Góp phần làm rõ quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không. - Góp phần làm rõ khả năng sử dụng AgNPs tổng hợp hóa học xanh để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. - Đánh giá được ảnh hưởng của các phương pháp công nghệ (ngấm ép, ngâm tẩm, phun) đến khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và các tính chất cơ lý của da lợn thuộc được xử lý bằng AgNPs tổng hợp hóa học xanh thông qua các kết quả phân tích theo các tiêu chuẩn. 7. Giá trị thực tiễn của luận án - Đã tổng hợp được AgNPs bằng phương pháp tổng hợp hóa học xanh sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không Việt Nam. Nano bạc thu được có đặc tính phù hợp để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. - Thiết lập được các quy trình công nghệ xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng AgNPs tổng hợp hóa học xanh theo các phương pháp ngấm ép, ngâm tẩm và phun cho da lợn thuộc đáp ứng được các yêu cầu về khả năng kháng khuẩn, kháng nấm cũng như các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu để làm lớp lót cho sản phẩm da. Phương pháp phun phù hợp để xử lý da thuộc thành phẩm, có thể áp dụng cho các cơ sở sử dụng da thuộc; Các phương pháp ngấm ép và ngâm tẩm phù hợp với các cơ sở sản xuất thuộc da, được thực hiện ở công đoạn hoàn tất ướt. 3
- Đã xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng AgNPs tổng hợp hóa học xanh cho da lợn thuộc, đáp ứng tốt các yêu cầu về khả năng kháng khuẩn, kháng nấm cũng như các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu làm lớp lót cho sản phẩm da. Công nghệ này có thể ứng dụng để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da thuộc sử dụng cho các mục đích khác nhau như da thuộc làm lớp chi tiết bên ngoài của sản phẩm da, làm đồ nội thất… 8. Tính mới của luận án - Xây dựng được quy trình tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không Việt Nam phù hợp để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. - Sử dụng AgNPs tổng hợp từ dịch chiết lá trầu không để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng các phương pháp công nghệ khác nhau (ngấm ép, ngâm tẩm, phun). Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp công nghệ đến khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và các tính chất cơ lý của da lợn thuộc được xử lý bằng AgNPs tổng hợp hóa học xanh chưa có công trình khoa học nào công bố. 9. Kết cấu của luận án Luận án gồm 3 chương chính: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận. 4
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về da thuộc và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da 1.1.1. Tổng quan về da thuộc 1.1.1.1. Cấu trúc da nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất da thuộc là các bộ da của động vật, trong đó da bê, da bò chiếm khoảng 70%, da cừu 13%, da dê 11%, da lợn 7%, da các loài động vật khác chiếm khoảng 1% [1]. Động vật càng non, độ dày của da càng mỏng và diện tích càng nhỏ, mặt da phẳng, mịn và có ít khuyết tật hơn so với da động vật già. Da của động vật cái có bề mặt mịn hơn (fine grain) so với da động vật đực, ở vùng bụng, nách và cổ có cấu trúc xơ lỏng hơn, do vậy da thành phẩm được làm từ da của động vật cái sẽ có độ bai giãn và độ mềm xốp cao hơn [5]. Bộ da động vật nói chung được cấu tạo từ các lớp như: Lớp biểu bì, lớp bì và lớp thịt dưới da (hình 1.1) và lớp lông phủ, các tuyến mồ hôi và tuyến mỡ. Trong da phân bố các dây thần kinh và các đầu dây thần kinh, có các mạch máu và có thể có các cơ [2]. Hình 1.1. Mặt cắt da nguyên liệu [5]. Trong sản xuất da thuộc người ta chỉ sử dụng lớp bì, còn trong sản xuất da lông thì sử dụng cả lớp biểu bì và lớp lông [5]. Lớp biểu bì: Biểu bì là lớp bề mặt phân bố trực tiếp dưới lớp lông phủ và cấu tạo từ một số 2 dãy tế bào biểu mô (tế bào sừng). Tuỳ thuộc vào mức độ phát triển của biểu bì, mà khi quan sát bằng kính hiển vi có thể thấy từ hai đến sáu lớp. 3 Biểu bì không có ranh giới rõ ràng với lớp bì. Ở 1 một số chỗ, đặc biệt là gần chân lông, biểu bì đi sâu vào lớp bì và đến lượt mình lớp bì lại ăn sâu vào biểu bì bởi các lớp nhú [3, 5]. Hình 1.2. Cấu tạo lớp biểu bì 1. lớp mầm bì; 2. lớp sừng; 3. đầu dây thần kinh [5]. 5
Lớp bì: Là lớp chính của con da nằm ngay dưới lớp biểu bì. Độ dày của lớp này chiếm khoảng 85 – 88% độ dày của da. Lớp này rất dai và chắc. Nó được tạo thành bởi sự đan xen phức tạp của các sợi collagen, và các protit không có cấu trúc xơ (chúng được bỏ đi khỏi lớp bì trong các công đoạn chuẩn bị thuộc). Lớp bì của hầu hết các loại da đều có cấu tạo chung và được phân chia khá rõ ràng thành hai lớp: Lớp nhú (papillary layer) và lớp lưới (reticular layer) [5, 10]. Hình 1.3. Các thành phần của Lớp nhú: Là lớp tiếp giáp với biểu bì, bề mặt của bì phu 1) sợi collagen; 2) sợi lớp này được tạo bởi các bó xơ mịn và được kết chặt đàn hồi 3) tế bào kết nối [5]. với nhau, tạo nên bề mặt da nhẵn phẳng và được gọi là lớp cật (grain). Trong lớp này có chứa lượng lớn các túi chân lông, các tuyến mồ hôi, tuyến mỡ, các chùm sợi collagen mảnh [1, 5]. Lớp lưới: Được cấu tạo từ số lượng lớn các chùm sợi collagen đan bện với nhau và là lớp chặt chẽ và bền chắc nhất xác định độ bền của toàn bộ da và da lông thành phẩm. Độ dày của lớp lưới tăng đáng kể theo độ tuổi của động vật. Tỷ lệ độ dày các lớp của lớp bì dao động tuỳ thuộc vào loại động vật, các phần giải phẫu trên cơ thể động vật (vùng da), điều kiện nuôi dưỡng và thời gian giết mổ. Da nguyên liệu từ các động vật khác nhau được đặc trưng bởi sự đan bện các chùm sợi collagen, có nghĩa là góc nghiêng và mật độ đan xen của chúng, đặc trưng này cũng thay đổi ở các vùng khác nhau của con da. Lớp mỡ (bạc nhạc) dưới da: Lớp mỡ dưới da phân bố trực tiếp dưới lớp bì và cấu tạo từ các sợi collagen dày xốp phân bố nằm ngang và các sợi đàn hồi, giữa chúng có nhiều mạch máu [5]. 1.1.1.2. Cấu tạo hóa học và tính chất của collagen • Thành phần hóa học của da nguyên liệu [1, 2, 3, 4, 5, 10]: Da gồm có 4 thành phần chính là: Nước, các chất khoáng, các chất béo và protein. Nước: Hàm lượng nước trong da khá lớn và phụ thuộc vào hàm lượng chất béo, tuổi, loài động vật và nhiều yếu tố khác. Khi hàm lượng chất béo trong da cao thì hàm lượng nước giảm. Da động vật ít tuổi chứa nhiều nước hơn da động vật nhiều tuổi. Trong da bò lượng nước chiếm khoảng 60%. Trong da, nước tập trung chủ yếu ở lớp bì. Lớp biểu bì và bạc nhạc chứa ít hơn. Nước trong da chia thành 2 loại: - Nước tự do: Nằm giữa các khoảng trống của các sợi collagen. Nước tự do chiếm 60% toàn bộ lượng nước có trong da. Phần nước này dễ dàng bị tách ra trong quá trình bảo quản và ép nước. - Nước tham gia liên kết: Chiếm 40% toàn bộ lượng nước chứa trong da. Chúng liên kết chặt chẽ với sợi collagen tạo thành một hệ keo nên người ta còn gọi là “nước keo”. Ngoài ra nước còn liên kết bằng nhiều mối liên kết khác rất bền vững, muốn tách ra phải dùng phương pháp hóa học và sấy khô. Các khoáng chất: Các chất khoáng chiếm một lượng nhỏ, khoảng 0,5% khối lượng da. Chúng tồn tại dạng các muối vô cơ của các kim loại khác nhau như: Mn, Cu, Fe, Al, Si, Mg… Các khoáng chất này hầu như không ảnh hưởng gì đến quá trình thuộc da. 6