Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của Ag kích thước nanomet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

NGUYỄN ĐÌNH ĐẠT

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN,

KHÁNG NẤM CỦA Ag KÍCH THƯỚC NANOMET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

NGUYỄN ĐÌNH ĐẠT

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN,

KHÁNG NẤM CỦA Ag KÍCH THƯỚC NANOMET

Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ

Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRỊNH NGỌC CHÂU

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CÁM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với PGS-TS. Trịnh Ngọc

Châu, Bộ môn Hóa vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên

– Đại học Quốc Gia Hà Nội và TS Nguyễn Thi Bích Hường – Giảng viên Học

Viện Hậu Cần đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn

này.

Tôi xin chân thành cảm ơn tới quý thầy cô trong khoa Hóa, cũng như

ban lãnh đạo trường Đại học KHTN - ĐHQGHN đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ

cho tôi.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm bộ

môn Hóa vô cơ, khoa Hóa học trường Đại học KHTN - ĐHQGHN đã giúp đỡ

tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1

Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3

1.1. Khái quát về hạt nano .................................................................................... 3

1.2. Hạt nano kim loại - bạc nano ........................................................................ 5

1.2.1. Giới thiệu về bạc nano .............................................................................. 5

1.2.2. Tính chất của hạt bạc nano ...................................................................... 5

1.2.3. Các phương pháp chế tạo hạt bạc nano .................................................... 8

1.2.3.1. Phương pháp bay hơi vật lý .................................................................. 9

1.2.3.2. Phương pháp ăn mòn laze ..................................................................... 9

1.2.3.3. Phương pháp hóa siêu âm .................................................................... 9

1.2.3.4. Phương pháp khử hóa học .................................................................. 10

1.2.4. Các phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc hạt bạc nano...................... 12

1.2.4.1. Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) .......................................... 12

1.2.4.2. Ảnh TEM .......................................................................................... 14

1.2.4.3. Ảnh FE-SEM .................................................................................... 15

1.2.4.4. Phổ hấp thụ nguyên tử ....................................................................... 15

1.2.5. Đặc tính kháng khuẩn của bạc ................................................................ 18

1.2.5.1. Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano ..................................................... 18

1.2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn của keo bạc nano ...... 20

1.2.6. Ứng dụng của hạt bạc nano .................................................................... 20

1.3. Khái quát về vi khuẩn .................................................................................. 24

1.4. Khái quát về nấm mốc .................................................................................. 24

Chương 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................... 26

2.1. Chế tạo dung dịch keo bạc nano .................................................................. 26

2.1.1. Hoá chất ................................................................................................. 26

2.1.2. Vải dùng trong nghiên cứu ...................................................................... 26

2.1.3. Vi khuẩn và hóa chất cho thử nghiệm vải kháng khuẩn ............................ 26

2.1.4. Các máy móc thiết bị, dụng cụ ................................................................. 27

2.2. Phương pháp điều chế .................................................................................. 28

2.3. Kỹ thuật thực nghiệm ................................................................................... 30

2.3.1. Phổ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS) ........................................................... 30

2.3.2. Chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM .............................. 30

2.3.3. Phổ hấp thụ nguyên tử AAS ..................................................................... 31

2.3.4. Chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét FE – SEM ............................... 32

2.4. Thử hoạt tính sinh học của vải tẩm keo bạc nano ...................................... 33

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 36

3.1. Điều chế dung dịch keo bạc nano ................................................................. 36

3.1.1. Chọn chất bảo vệ ..................................................................................... 36

3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt ...................................... 37

3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của công suất lò vi sóng .......................................... 38

3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt ............................................ 39

3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ chất bảo vệ và bạc nitrat ( AgNO3:PVP ) .. 42

3.1.6. Khảo sát độ bền của dung dịch keo bạc nano theo thời gian ................... 45

3.2. Kết quả chụp SEM các mẫu vải .................................................................. 47

3.3. Kết quả xác định hàm lượng bạc nano bằng phương pháp AAS .............. 49

3.4. Kết quả thử hoạt tính sinh học .................................................................... 49

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 56

Tiếng Việt .......................................................................................................... 56

Tiếng Anh .......................................................................................................... 57

Internet .............................................................................................................. 59

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Plasmon bề mặt của kim loại ................................................................. 6 Hình 1.2: Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng ................................ 7 Hình 1.3: Công thức cấu tạo PVP ......................................................................... 11 Hình 1.4: Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVP ................................................... 12 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo UV-VIS. ............................................ 13 Hình 1.6: Sơ đồ nguyên tắc của một máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử............ 16 Hình 1.7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn ....................................................... 19 Hình 1.8: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ..................... 19 Hình 1.9: Ion bạc liên kết với các base của DNA ................................................. 19 Hình 1.10: Bình sữa bạc nano và tất bạc nano ..................................................... 22 Hình 1.11: Các sản phẩm gia dụng có khả năng kháng khuẩn ............................ 23 Hình 1.12: Các loại khẩu trang bạc nano ............................................................. 23 Hình 2.1: Vải may lễ phục, quân phục ................................................................... 26 Hình 2.2: Hình ảnh máy khuấy từ và lò vi sóng điều chế dung dịch keo nano Ag ... 28 Hình 2.3: Máy quang phổ UV-VIS ......................................................................... 30 Hình 2.4: Kính hiển vi điện tử truyền qua ............................................................. 31 Hình 2.5: Mẫu vải thí nghiệm và vải ngâm trong dung dịch dịch keo bạc nano ..... 31 Hình 2.6: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử theo phương pháp không ngọn lửa.. 32 Hình 2.7: Kính hiển vi điện tử quét ....................................................................... 33 Hình 2.8: Dung dịch keo bạc nano pha chế được và các mẫu vải đã cắt nhỏ ........ 35 Hình 3.1: Dung dịch keo bạc nano điều chế được với chất bảo về PVP và SDS ..... 36 Hình 3.2: Trình bày sự hình thành các hạt kim loại Ago qua từng giai đoạn. ........ 37 Hình 3.3: Dung dịch keo bạc nano điều chế trên bếp khuấy từ .............................. 37 Hình 3.4: Dung dịch keo bạc nano điều chế trong lò vi sóng ................................. 37 Hình 3.5: Các dung dịch keo bạc nano điều chế được .......................................... 39 Hình 3.6: Các dung dịch keo bạc nano điều chế trong những thời gian gia nhiệt . 40 Hình 3.7:Phổ UV-vis của các mẫu keo bạc nano khảo sát theo thời gian .............. 41 Hình 3.9: Các dung dịch keo bạc nano điều chế theo tỉ lệ AgNO3:PVP khác nhau 43 Hình 3.10: Phổ UV-vis các dung dịch khảo sát theo tỉ lệ AgNO3:PVP .................. 43 Hình 3.11: Kết quả chụp TEM mẫu 1c và giản đồ phân bố kích thước hạt ............. 44 Hình 3.12: Kết quả chụp TEM mẫu 3c và giản đồ phân bố kích thước hạt ............ 44 Hình 3.13: Hình ảnh dung dịch keo bạc nano theo thời gian ................................. 45 Hình 3.14: Sơ đồ quy trình điều chế keo bạc nano ................................................. 46 Hình 3.15: Ảnh mẫu vải 1 chưa tẩm dung dịch keo bạc nano ................................ 47 Hình 3.16: Ảnh mẫu vải 1 đã tẩm dung dịch keo bạc nano .................................... 47 Hình 3.17: Ảnh mẫu vải 2 chưa tẩm keo bạc nano ................................................. 48 Hình 3.18: Ảnh mẫu vải 2 tẩm dung dịch keo bạc nano ......................................... 48 Hình 3.19: Kết quả thử hoạt tính sinh học của mẫu vải 1 ...................................... 50 Hình 3.20: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 2 ............................................. 52

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. 8 Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu ................... 3 Bảng 1.2: Số nguyên tử và kích thước của hạt bạc nano ......................................... 5 Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng ............................................................................. 26 Bảng 2.2: Các thí nghiệm đã làm với chất bảo về PVP ở công suất lò 100W ......... 29 Bảng 2.3: Các thí nghiệm đã làm với chất bảo về PVP ở công suất lò 230W ......... 29 Bảng 3.1: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của công suất của lò vi sóng .......... 38 Bảng 3.2: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nghiệt .................. 40 Bảng 3.3: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ AgNO3:PVP .................... 42 Bảng 3.4: Hàm lượng bám dính của bạc nano trên hai mẫu vải .............................. 49 Bảng 3.5: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 1 tẩm dung dịch keo bạc nano . 51 Bảng 3.6: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 2 .............................................. 53

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua

FE-SEM Scanning transmission electron Kính hiển vi điện tử quét

microscopy

PVP Polyvinyl pyrolidone

SDS Sodium dodecyl sunfate

UV-VIS Ultraviolet–visible spectroscopy Phổ tử ngoại và phổ khả kiến

VSV Vi sinh vật

KHTN Khoa học tự nhiên

ĐHQGHN Đại học Quốc Gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

Ngày nay trên thế giới cũng như trong nước, khoa học và công nghệ nano

đang phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa

học khác nhau như điện tử, vật lý, hóa học, sinh học, y học, môi trường...trong đó

nổi bật là các ứng dụng của nó trong các việc xử lý nhiễm khuẩn, không gây độc

hại cho con người và không gây kích ứng da…trong đó công nghệ bạc nano được

các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm.

Bạc nano có rất nhiều tính chất khác hẳn với bạc khối như tính chất quang,

từ, điện…nhưng đặc trưng nhất của bạc nano là tính kháng khuẩn. Bạc nano có khả

năng giết chết hơn 650 loại vi khuẩn khác nhau chỉ trong vòng một phút. Tất

cả các vi khuẩn không bị lờn với kháng sinh bạc và vì thế, các hạt bạc nano không

bị mất tác dụng. Ngoài ra, các hạt bạc nano cũng sẽ giúp tạo ra các oxygen hoạt tính

từ trong không khí hoặc từ trong nước và từ đó phá hủy các màng tế bào của vi

khuẩn. Các hạt bạc nano đã được đưa vào mọi chất dẻo và ứng dụng khá rộng

rãi trong đời sống. Bạc nano được đưa vào các polymer như polyetylen (PE),

polypropylen (PP), các loại giấy, vải… có khả năng giết chết nhiều loại vi khuẩn

như Escherichia coli, Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Bacillus cereus,

Aspergillussp…

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng bạc

nano như: tổng hợp keo bạc trong pha nước/dầu (Wanzhong Zhang,

Xueliang Qiao, Jianguo Chen) ; chế tạo khẩu trang phẩu thuật chứa bạc nano với

hiệu suất kháng khuẩn cao (Sougata Sarkar, Atish Dipankar Jana, Samir Kumar

Samanta, Golam Mostafa); cơ chế kháng khuẩn của bạc nano (Y. Li, P. Leung, L.

Yao, Q. w. Song, E. Newton); tổng hợp và khảo sát các tính chất lý hoá của hạt

bạc nano trong cao su thiên nhiên (N. H. H. Abu Bakar, J. Ismail, M. Abu Bakar);

sản xuất bạc nano ứng dụng trong dược phẩm (X. Chen, H. J. Schluesener); chế tạo

màng lọc nước kháng khuẩn bằng mút xốp Polyurethane chứa bạc nano (Prashant

Jain, T. Pradeep); hiệu quả tính kháng của dung dịch keo bạc nano lên vải sợi (H.

J. Lee, S. Y. Yeo, S. H. Jeong); phân hủy nhiệt tạo ra hạt bạc nano (S. Navaladian,

B. Viswanathan, R. P. Viswanath, T. K. Varadarajan).

1

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực nano trên thế giới, trong

nước cũng có khá nhiều đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này tiêu biểu như: ứng dụng

dung dịch keo bạc nano ngâm tẩm trên vật liệu polyurethan để xử lý nguồn nước

uống nhiễm khuẩn; chế tạo bạc nano trên nền cao su thiên nhiên bằng phương pháp

khử hóa học; chế tạo hạt keo bạc nano trong PVP bởi tia gama (Bùi Duy Du, Đặng

Văn Phú, Nguyễn Ngọc Duy, Nguyễn Thị Kim Lan, Võ Thị Kim Lang, Ngô Võ

Kế Thành, Nguyễn Thị Phương Phong và Nguyễn Quốc Hiền); chế tạo màng

lọc nước kháng khuẩn bằng mút xốp Polyurethane chứa bạc nano (Nguyễn Thị

Phương Phong, Võ Kế Thành, Phan Huê Phương).

Dung dịch keo bạc nano được điều chế với tiền chất là bạc nitrat, chất bảo

vệ là polyvinyl pyroidone (PVP), chất khử là ethyleneglycol có sự hỗ trợ của nhiệt

vi sóng. Đây là một phương pháp khá tiện lợi, đơn giản, thời gian phản ứng nhanh.

Từ những ưu điểm của bạc nano cũng như tính hữu ích, sự khác biệt của phương

pháp khử hóa học so với phương pháp khác đã thúc đẩy cho chúng tôi chọn đề

tài:

“Tổng hợp và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của Ag

kích thước nanomet ”

làm đề tài nghiên cứu khoa học với các mục tiêu sau:

 Điều chế dung dịch keobạc với chất khử là ethyleneglycol bằng phương

pháp khử hóa học có sự hỗ trợ nhiệt của vi sóng.

 Khảo sát kích thước của hạt bạc nano điều chế được theo chất bảo vệ, theo thời

gian, theo công suất lò vi sóng, theo tỉ lệ của chất bảo vệ và AgNO3

 Khảo sát khả năng bám dính của dung dịch keo bạc nano điều chế được trên

một số loại vải dùng trong quân đội

 Khảo sát khả năng kháng khuẩn của dung dịch bạc nano đối với một số

chủng vi khuẩn, chủng nấm gây bệnh phổ biến bằng phương pháp vòng vô

khuẩn.

2

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Khái quát về hạt nano

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu, chế tạo các vật liệu có cấu trúc, hình dạng với kích thước nanômét (nm) (1nm = 10-9

m). Các hạt nano (nanoparticles) có kích thước khoảng vài nm đến 100 nm, vật

liệu nano là những vật liệu có kích thước từ vài nm đến vài trăm nm. Ở kích thước

nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt do sự thu nhỏ kích thước và tăng diện

tích mặt ngoài [6], [12]. Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà

vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học

đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử. Nhưng

thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario

Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả

năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử.

Khi vật liệu ở vào kích cỡ nanomet thì chúng có đặc điểm nổi bật là các đặc

tính liên quan đến hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước.

Trước tiên là về hiệu ứng bề mặt. Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa

số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Hiệu ứng bề

mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu

ứng càng lớn và ngược lại [6], [12]. Bảng 1.1 cho biết một số giá trị điển hình của

hạt nano hình cầu.

Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

Đường kính Số Tỉ số nguyên tử Năng lượng Năng lượng bề mặt

hạt nano nguyên tử trên bề mặt (%) bề mặt trên năng lượng tổng

(J/mol) 30.000 20 4,8.104 (%) 7,6 (nm) 10

4.000 40 8,6. 104 14,3 5

250 80 2,04. 105 14,3 2

30 90 9,23. 105 82,2 1

3

Thứ hai, về hiệu ứng kích thước. Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã

làm cho vật liệu này có nhiều đặc điểm khác với các vật liệu truyền thống. Mỗi

một tính chất của vật liệu đều được quy định bởi một độ dài đặc trưng hay còn

gọi là kích thước tới hạn. Các tính chất của vật liệu có độ dài đặc trưng đều ở

kích thước nanomet mà ngày nay người ta thường nói là “vật liệu nano”.

Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần so với độ dài đặc

trưng với các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so

sánh với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị

thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Không có sự

chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu

nano. Khi nói đến vật liệu nano, người ta đã nghiên cứu đến tính chất đi kèm

của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính chất

này thì khác so với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính chất khác thì

lại không có gì khác biệt. Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất

cứ kích thước nào.

Ví dụ: đối với kim loại, quãng đường tự do trung bình của điện tử có giá

trị vài chục nm. Khi dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại, nếu kích thước

của dây rất lớn so với quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại

này thì chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây dẫn. Định luật cho thấy sự tỉ lệ

tuyến tính của dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây.

Nếu thu nhỏ kích thước của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng

đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa

dòng và thế không còn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn là e2/ħ,

trong đó e là điện tích của điện tử, ħ là hằng số Planck. Lúc này hiệu ứng lượng

tử xuất hiện. Có rất nhiều tính chất bị thay đổi giống như độ dẫn, tức là bị lượng tử

hóa do kích thước giảm đi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ

điển - lượng tử trong các vật liệu nano do việc giam hãm các vật thể trong một

không gian hẹp mang lại (giam hãm lượng tử).

4

1.2. Hạt nano kim loại - bạc nano

1.2.1. Giới thiệu về bạc nano

Nano kim loại là khái niệm dùng để chỉ các hạt có kích thước nano được

tạo thành từ các kim loại. Hạt bạc nano là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm

đến 100nm.

Cấu hình electron của bạc: 1s2 2s22p63s23p63d104s24p64d105s1

Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm.

Bán kính ion bạc: 0,23 nm.

Bảng 1.2: Số nguyên tử và kích thước của hạt bạc nano

Kích thước của hạt nano Ag (nm) 1 5 20

Số nguyên tử 31 3900 250000

❖ Đặc tính chung của bạc nano

- Hạt bạc nano có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với vật liệu khối do

1.2.2. Tính chất của hạt bạc nano

- Các hạt bạc nano có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng

khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn nhờ có diện tích bề mặt lớn.

này làm cho các dung dịch có chứa hạt bạc nano có màu các màu sắc khác

- Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi

nhau phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.

- Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao.

- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các

xa.

dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như

- Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các

benzene, toluene).

- Ổn định ở nhiệt độ cao [6], [12].

tác nhân oxy hóa khử thông thường.

5

❖ Tính chất quang

Ở kích thước nanomet, các hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại

quý như vàng, bạc, đồng, platin có một hiệu ứng đặc biệt đó là “Cộng hưởng

Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance - SPR), làm cho chúng có những

màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua.

Trong kim loại có một loại plasma là plasma khí điện tử được sinh ra do các

electron trong kim loại tách ra khỏi liên kết với nguyên tử chuyển thành

các electron dẫn chuyển động tự do. Khi có sự kích thích của ánh sáng, những

chuyển động tự do này của electron trên bề mặt kim loại sẽ tạo ra sóng truyền

dọc theo bề mặt kim loại, gọi là sóng điện từ bề mặt (surface electromagnetic

waves) truyền đi theo phương song song với kim loại hay với bề mặt chung của

môi trường điện môi như hình 1.1. Hiện tượng này được gọi là “Plasmon bề

mặt” của kim loại (surface plasmon - SPs) [33], [6].

Hình 1.1: Plasmon bề mặt của kim loại

Sự kích thích của plasmon bề mặt bởi ánh sáng gọi là “cộng hưởng

Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance_SPR). Hiện tượng này có được khi

tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số dao động plasma của các điện tử

dẫn trên bề mặt kim loại.

Hiện tượng trên được giải thích như sau: Khi có ánh sáng, tức là có điện từ

trường tương tác với bề mặt kim loại, dao động của vec tơ điện trường và vectơ từ

trường của ánh sáng làm cho điện tử tự do của kim loại dao động, các điện tử ở

chỗ này bị nén lại, mật độ điện tử tăng lên; điện tử ở chỗ kia bị dãn ra, mật độ

điện tử giảm xuống. Vì vậy, ánh sáng tạo ra sóng mật độ điện tử lan truyền

trong plasma điện tử ở kim loại.

6

Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng

mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự

do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của kim

loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn

nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất

quang của hạt nano có được do sự dao động chung của các điện tử dẫn đến từ

quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vây, các điện

tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một

lưỡng cực điện [6], [14].

Hình 1.2: Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng

Các hạt bạc nano có hiệu ứng hấp thụ và tán xạ ánh sáng rất mạnh do hiệu

ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Màu sắc của dung dịch nano là do hiệu ứng

Plasmon bề mặt gây ra. Hình dáng, độ lớn và mật độ của hạt nano sẽ ảnh hưởng

đến tính chất quang của dung dịch nano. Các hạt nano vàng, bạc, đồng thể hiện

bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt trong vùng ánh sáng khả kiến, sẽ có một

phần ánh sáng đó bị hấp thụ, một phần phản xạ; phần ánh sáng phản xạ này quy

định màu sắc của hạt nano kim loại.

Ví dụ: Hạt bạc nano kích thước nhỏ sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng phổ

màu từ tím đến màu lục (400nm-500nm) trong khi đó nó lại phản xạ ánh sáng

vàng (600nm) nên dung dịch có màu vàng. Khi kích thước hạt bạc nano tăng lên

thì bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt lớn hơn, nếu kích thước hạt tiếp tục

tăng tới gần mức giới hạn của vật liệu khối thì hiện tượng cộng hưởng plamon

bề mặt sẽ di chuyển về vùng phổ gần hồng ngoại, hầu như tất cả ánh sáng khả

7

kiến bị phản xạ làm cho các hạt nano ở kích thước này có màu gần như trong

❖Tính chất từ

suốt.

Ở trạng thái khối, bạc có tính nghịch từ do sự bù trừ cặp điện tử. Khi thu

nhỏ kích thước đến kích thước nano thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa

❖Tính chất điện

và hạt bạc nano có từ tính khá mạnh.

Bạc là một trong những kim loại dẫn điện tốt nhất. Khi kích thước của

hạt giảm dần về kích cỡ nanomet, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc

hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với

hạt bạc nano là xuất 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 đối với U và e/RC đối với I, trong đó e là điện tích của điện tử, C

❖Tính chất nhiệt

và R là điện dung và điện trở kháng nối hạt nano với điện cực.

Nhiệt độ nóng chảy của bạc nguyên chất ở dạng khối là khá lớn. Khi

kích thước bạc giảm xuống cỡ nanometer thì nhiệt độ nóng chảy của bạc giảm

xuống thấp hơn (xấp xỉ vài trăm độ C).

1.2.3. Các phương pháp chế tạo hạt bạc nano

Có 2 phương pháp để điều chế hạt nano kim loại bạc: phương pháp từ dưới

lên và phương pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên “bottom-up” là phương

pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ

trên xuống “top-down” là phương pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu.

Đối với hạt bạc nano, người ta thường điều chế bằng phương pháp từ dưới lên. Nguyên tắc là khử ion Ag+ thành Ag. Các ion này sau đó liên kết với nhau tạo thành

hạt nano và các hạt nano này sẽ được bọc bởi các chất ổn định như PVP, PVE,

chitosan.v.v. Các phương pháp từ trên xuống ít được sử dụng vì bạc nano chế tạo

bằng phương pháp này thường có kích thước hạt lớn và không đồng đều. Hiện nay

các vật liệu kim loại nano như vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dưới dạng

bột hay dung dịch keo được chế tạo chủ yếu bằng các phương pháp sau:

8

1.2.3.1. Phương pháp bay hơi vật lý

Bay hơi vật lý là phương pháp từ trên xuống, đó là một công cụ góp phần

cho sự phát triển của công nghệ nano. Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuật ngưng tụ khí

trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun trên bia bắn.

+ Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độ cao

trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi bạc nguyên tử quá bão hòa được

ngưng tụ và phát triển thành hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli và được làm lạnh bởi

nitơ lỏng.

+ Kỹ thuật đồng ngưng tụ: tương tự như ngưng tụ khí trơ nhưng quá trình hình

thành và phát triển hạt xảy ra trên lớp bằng dung môi thích hợp.

Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ và đồng ngưng tụ được thực hiện ở nhiệt độ cao (>2.0000C), sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao, kích thước hạt bạc nano trung

bình 75nm (phương pháp ngưng tụ khí trơ), 12nm (phương pháp đồng ngưng tụ)

[9].

1.2.3.2. Phương pháp ăn mòn laze

Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt

trong một dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser dạng xung có

buớc sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10Hz, năng lượng mỗi xung là

90mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1nm - 3nm. Dưới tác dụng của chùm

laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao

phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na (với n = 8, 10, 12, 14) nồng độ từ 0,001

đến 0,1 M [16].

1.2.3.3. Phương pháp hóa siêu âm

Phương pháp hóa siêu âm là các phản ứng hóa học được hỗ trợ bởi sóng siêu

âm cũng được dùng để tạo hạt nano. Hóa siêu âm là một chuyên ngành của hóa học,

trong đó các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm như một dạng

xúc tác. Sóng siêu âm là sóng dọc, là quá trình truyền sự co lại và giãn nở của chất

lỏng. Tần số thường sử dụng trong các máy siêu âm là 20 kHz cao hơn ngưỡng

nhận biết của tai người (từ vài Hz đến 16 kHz). Khi sóng siêu âm đi qua một chất

lỏng, sự giãn nở do siêu âm gây ra áp suất âm trong chất lỏng kéo các phân tử chất

9

lỏng ra xa nhau. Nếu cường độ siêu âm đủ mạnh thì sự giãn nở này sẽ tạo ra những

lỗ hổng trong chất lỏng. Sự phát triển của các lỗ hổng phụ thuộc vào cường độ siêu

âm. Khi cường độ siêu âm cao, các lỗ hổng nhỏ có thể phát triển rất nhanh. Sự giãn

nở của các lỗ hổng đủ nhanh trong nửa đầu chu kì của một chu kì sóng siêu âm, nên

đến nửa sau chu kì thì nó không có đủ thời gian để co lại nữa. Dưới các điều kiện

này, kích thước của một lỗ hổng sẽ dao động theo các chu kì giãn nở và co lại.

Trong khi dao động như thế lượng khí hoặc hơi khuyếch tán vào hoặc ra khỏi lỗ

hổng phụ thuộc vào diện tích bề mặt. Diện tích bề mặt sẽ lớn hơn trong quá trình

giãn nở và nhỏ hơn trong quá trình co lại. Do đó, sự phát triển của lỗ hổng trong quá

trình giãn nở sẽ lớn hơn trong quá trình co lại. Sau nhiều chu kì siêu âm, lỗ hổng sẽ

phát triển. Lỗ hổng có thể phát triển đến một kích thước tới hạn mà tại kích thước

đó lỗ hổng có thể hấp thụ hiệu quả năng lượng của sóng siêu âm. Kích thước này

gọi là kích thước cộng hưởng, nó phụ thuộc vào tần số của sóng âm. Ví dụ, với tần

số 20 kHz, kích thước này khoảng 170 mm. Lúc này, lỗ hổng có thể phát triển rất

nhanh trong một chu kì duy nhất của sóng siêu âm. Một khi lỗ hổng đã phát triển

quá mức, ngay cả trong trường hợp cường độ siêu âm thấp hay cao, nó sẽ không thể

hấp thụ năng lượng siêu âm một cách có hiệu quả được nữa. Và khi không có năng

lượng tiếp ứng, lỗ hổng không thể tồn tại lâu được. Chất lỏng ở xung quanh sẽ đổ

vào và lỗ hổng bị suy sụp. Sự suy sụp của lỗ hổng tạo ra một môi trường đặc biệt

cho các phản ứng hoá học - các điểm nóng (hot spot). Hóa siêu âm được ứng dụng

để chế tạo rất nhiều loại vật liệu nano như vật liệu nano xốp, nano dạng lỏng, hạt

nano, ống nano.

1.2.3.4. Phương pháp khử hóa học

Khử hóa học là một phương pháp được sử dụng phổ biến để chế tạo bạc nano

theo phương thức từ dưới lên.

Trước hết là về cơ chế của quá trình khử hóa học: Phương pháp khử hóa học

là dùng các tác nhân hóa học để khử ion bạc thành bạc kim loại. Thông thường,

phản ứng được thực hiện trong dung dịch lỏng nên còn gọi là phản ứng hóa ướt.

Ag+ + e- → Ag0

Thông thường, nguồn cung cấp ion Ag+ là các muối của bạc như AgNO3.

Các tác nhân khử thường dùng là: natri bohydrua, focmandehyt, xitrat,

ethyleneglycol, NaBH4, ethanol,…. Gần đây có một số công trình nghiên cứu chế 10

tạo keo bạc nano và bột bạc nano từ bạc nitrat nhưng sản phẩm trung gian là oxit bạc (Ag2O) rồi từ Ag2O tiếp tục khử về Ag0 nhằm thu được keo bạc có nồng độ cao.

Để các hạt bạc nano phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám,

người ta bao phủ hạt bạc nano bằng một lớp polyme, điều này giúp cho các hạt

được bảo vệ tốt hơn tránh hiện tượng kết tủa, hơn nữa phương pháp này có thể làm

’'

cho bề mặt hạt nano có tính chất cần thiết.

Về các tác nhân khử hóa học: Tác nhân khử Sodium citrate “C6H5O7Na3 Trong quá trình khử, bề mặt của hạt bạc nano hấp thụ các ion Ag+ tạo ra lớp ion

dương trên bề mặt. Tiếp đó các ion âm citrate có nghiệm vụ bám xung quanh các

hạt nano bằng lực hút tĩnh điện ngăn không cho chúng kết hợp lại với nhau. Nhờ

vậy mà bề mặt của hạt bạc nano có một lớp keo citrate giúp chúng lơ lửng và phân

tán đều trong dung dịch. Citrate trong quá trình vừa đóng vai trò làm tác nhân khử ion Ag+ để tạo thành hạt bạc nano, vừa đóng vai trò làm chất ổn định cho hạt bạc

nano.

Tác nhân khử NaBH4 khác với phương pháp sử dụng Sodium citrate, ở

phương pháp này sau khi kết thúc phản ứng khử, người ta sử dụng các polyme như

PVP, PVA, PEG, Chitosan…, làm tác nhân ổn định. Các polyme này bao bọc hạt

bạc nano, ngăn chúng kết tụ với nhau, vì vậy mà hạt nano được bảo vệ tốt và tránh

kết tủa.

Tác nhân khử polyol: Dùng chất khử là các ancol đa chức để khử Ag+ thành

Ag kim loại. Quá trình khử được thực hiện trong môi trường là chính các ancol có

hòa tan các chất hoạt động bề mặt, các polyme này bao bọc hạt nano Ag tạo thành

và ngăn không cho chúng kết tụ với nhau. Hạt nano điều chế được có kích thước

nhỏ và bền vững.

Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP được mô tả như sau:

Hình 1.3: Công thức cấu tạo PVP

11

PVP được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp các vinyl pyrolidon, là các polyme ưa

nước và hòa tan trong nước, không độc, được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, các hạt bạc hấp thụ mạnh lên bề mặt của

PVP, chuỗi polyvinyl pyrolidon tạo ra hiệu ứng không gian, ngăn cản sự kết hợp

giữa các hạt. Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP gồm các giai đoạn:

+ Đầu tiên, PVP chuyển một cặp electron từ nguyên tử oxi và nitơ trên mạch

sang các orbital s và p các ion bạc tạo nên kiên kết phối trí với ion bạc.

+ PVP thúc đẩy sự hình thành nhân của kim loại bạc do phức ion Ag+ - PVP dễ bị khử hơn so với ion Ag+ tự do trong dung dịch vì ion Ag+ nhận điện tử từ PVP.

+ Chuỗi PVP ngăn cản sự kết tụ của các hạt bạc do hiệu ứng không gian.

Hình 1.4: Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVP

1.2.4. Các phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc hạt bạc nano

1.2.4.1. Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV - Vis (Ultraviolet – Visible),

là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu. Phổ tử ngoại và khả kiến

của các hợp chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa các mức năng

lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các orbitan liên kết

hoặc không liên kết lên các orbitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn,

đòi hỏi phải hấp thu năng lượng từ ngoài vào.

Máy đo phổ UV – Vis dùng để xác định độ tinh khiết của một hợp chất,

nhận biết cấu trúc các chất, phân tích hỗn hợp xác định khối lượng phân tử, dự

12

đoán kích thước phân tử… Khi tiến hành đo phổ của các mẫu thì mỗi mẫu sẽ cho

ta một dạng phổ có chiều cao đỉnh phổ xác định và đặc trưng cho dạng hợp chất

đó. Do vậy khi đo phổ hấp thụ của dung dịch bạc nano ta sẽ thu được dạng phổ

có đỉnh với chiều cao lớn nhất ứng với bước sóng khoảng 400 nm – 530 nm, từ

kết quả đó ta sẽ xác định được sơ bộ rằng ta đã chế tạo ra dung dịch bạc nano

và cũng dự đoán được kích thước của phân tử bạc nano.

Cho chùm ánh sáng có độ dài sóng xác định có thể thấy được (Vis)

hay không thấy được (UV – IR) đi qua vật thể hấp thụ (thường ở dạng dung

dịch). Dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thụ bởi dung dịch mà suy ra nồng độ

của dung dịch đó.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo UV-VIS.

(1.1) Với Io= IA + Ir + I

Trong đó:

Io : Cường độ ban đầu của nguồn sáng.

I : Cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch.

IA: Cường độ ánh sáng bị hấp thu bởi dung dịch.

Ir : Cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch, giá trị này

được loại bỏ bằng cách lặp lại 2 lần đo. Theo đó, các hạt bạc nano tạo ra có đỉnh

phổ hấp thụ tại bước sóng từ 400 nm đến 530 nm.

Xử lý số liệu để xác định đỉnh cường độ hấp thụ và bước sóng hấp thụ theo

thời gian, theo nồng độ và sự thay đổi kích thước hạt theo thời gian, theo nồng

độ [6], [12].

13

1.2.4.2. Ảnh TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua, Transmission Electron Microscopy,

(TEM) là một công cụ rất mạnh trong việc nghiên cứu cấu trúc ở cấp độ nano. Nó

cho phép quan sát chính xác cấu trúc nano với độ phân giải lên đến 0.2 nm.

Công dụng chủ yếu của thiết bị này là để xác định một cách chính xác kích thước

của hạt nano.

Dựa vào ảnh chụp các hạt bạc nano bằng TEM, chúng ta xác định được

kích thước và hình dáng của hạt nano tạo thành, sự phân bố hạt. Phương pháp này

ngày càng được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu vật liệu nano. Tuy

nhiên ảnh TEM không thể hiện được phần chất bảo vệ quanh hạt nano mà nó chỉ

thể hiện phần lõi bạc kim loại của hạt bạc mà thôi.

Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử truyền qua: hình ảnh TEM

thu được chính là do sự tán xạ của chùm electron xuyên qua mẫu.

• Hệ thống chiếu sáng (illumination system).

• Hệ thống thấu kính (objective lens and stage).

• Hệ thống phân tích hình ảnh (image system).

Cấu tạo máy gồm 3 bộ phận chính:

Hệ thống chiếu sáng gồm: Súng phóng chùm electron, thấu kính hội tụ,

màng ngăn. Hệ thống này có tác dụng chiếu chùm electron lên mẫu. Những thấu

kính hội tụ sử dụng trường điện từ để tập trung chùm electron

Chùm electron sẽ bị tán xạ khi đi qua mẫu và đến vật kính, những hình

ảnh đầu tiên về mẫu được tạo ra trên vật kính này. Bộ phận điều chỉnh độ mở

của vật kính tách chùm electron ra và tạo sự tương phản cho hình ảnh.

Hệ thống phân tích ảnh sử dụng nhiều thấu kính khác nhau bao

gồm intermediate lens và projector lens để phóng đại và tập trung hình ảnh lên

màn ảnh hiển thị [6], [12].

14

1.2.4.3. Ảnh FE-SEM

“FE - SEM” là loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh của bề mặt vật

liệu với độ phân giải cao, bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét lên bề mặt

vật liệu. Việc tạo ảnh của vật liệu được thực hiện qua việc ghi nhận và phân

tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt.

Cấu tạo: Gồm một súng phóng điện tử theo chiều từ dưới lên, ba thấu

kính tĩnh điện và hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa thấu kính thứ hai và thứ

ba, và ghi nhận chùm điện tử thứ cấp bằng một ống nhân quang điện.

Nguyên lý hoạt động: Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử, sau

đó được tăng tốc và hội tụ thành chùm điện tử hẹp nhờ hệ thống thấu kính từ và

quét trên bề mặt vật liệu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của FE-

SEM được xác định từ kích thước của chùm điện tử hội tụ, kích thước của

chùm điện tử này được hạn chế bởi quang sai, do đó FE-SEM không có được

độ phân giải tốt nhất. Độ phân giải còn phụ thuộc vào tương tác giữa bề mặt vật

liệu và điện tử [6], [12].

1.2.4.4. Phổ hấp thụ nguyên tử

Như đã biết, vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử và nguyên tử là phần tử

nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố. Trong điều kiện bình thường nguyên

tử không thu hay phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ lúc này nguyên tử tồn tại

ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và có mức năng lượng thấp nhất của

nguyên tử. Khi ở trạng thái hơi nguyên tử tự do nếu chiếu một chùm tia sáng có

những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì các nguyên tử tự do sẽ hấp

thụ các bức xạ có bước sóng nhất định, ứng với những tia bức xạ mà nó có thể phát

ra được trong quá trình phát xạ. Lúc đó nguyên tử đã nhận năng lượng dưới dạng

các tia bức xạ và nó chuyển lên trạng thái kích thích, có năng lượng cao hơn trạng

thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình đó

gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này 15

được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.

Nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ một vạch phổ hấp thụ của một

nguyên tố và nồng độ C trong mẫu phân tích, lí thuyết và thực nghiệm cho thấy

rằng: trong một vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ

và nồng độ của nguyên tố đó trong đám hơi cũng tuân theo định luật Bugơ - Lămbe

- Bia:

D = 0,43. K.C.l

K : Hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào chiều dài sóng

C : Nồng độ nguyên tố cần xác định có trong ngọn lửa

l : Chiều dày của lớp hấp thụ

D : Mật độ quang của ngọn lửa ( D= lg I0/ I)

Dựa vào giá trị mật độ quang, người ta xác định nồng độ nguyên tử của

nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu. Biểu thức trên chứng tỏ mật độ quang

của lớp hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tử chứa trong đó tại bước sóng

hấp thụ ứng với nguyên tố đó. Tính tỉ lệ này được bảo toàn trong một khoảng nồng

độ nhất định, tùy thuộc vào tính chất của nguyên tố cần xác định và tính chất của

đèn. Sự phụ thuộc trên là cơ sở thực tiễn của phương pháp phân tích hấp thụ nguyên

5

3

6

1

2

4

7

8

tử định lượng.

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên tắc của một máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử

1. Đèn catôt rỗng 2. Bộ ngắt chùm sáng

3. Ngọn lửa 4. Máy đơn sắc

5. Bộ phận quang 6. Bộ khuếch đại

7. Microampe 8. Bộ tự ghi

16

Kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hoá

trong ngọn lửa. Nhưng kĩ thuật này phát triển rất nhanh và hiện được ứng dụng rất

phổ biến vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao có khi gấp

hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa.

Phép đo không ngọn lửa đòi hỏi một lượng mẫu tương đối nhỏ. Thông

thường mỗi lần đo chỉ cần từ 20 đến 50 l do đó không cần nhiều mẫu phân tích,

việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng hơn.

Về nguyên tắc kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa là quá trình nguyên tử

hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn

và trong môi trường khí trơ.

Dụng cụ để nguyên tử hoá theo kĩ thuật này gồm các nhóm chính như sau:

- Các loại cuvet graphít

- Các loại cốc graphít

- Các loại thuyền làm bằng kim loại chịu nhiệt như Tali

Quá trình nguyên tử hóa không ngọn lửa thường gồm 3 giai đoạn:

+ Sấy khô mẫu: thường ở nhiệt độ 100 - 1500C trong thời gian 20 đến 40 giây

với lượng mẫu nhỏ hơn 100 l - nhiệt độ và thời gian sấy phụ thuộc vào bản chất

của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan.

+ Tro hóa: Đốt cháy các chất hữu cơ và nung luyện mẫu ở nhiệt độ thuận lợi

cho giai đoạn nguyên tử hóa - nhiệt độ tro hóa phụ thuộc vào bản chất của mỗi

nguyên tố và dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại - nhiệt độ tro hóa thường thấp hơn nhiệt độ tro hóa giới hạn của nguyên tố từ 30 - 500C ; thời gian tro hóa thường

từ 20 - 60 giây với lượng mẫu đưa vào cuvét nhỏ hơn 100 l trong đó 1/3 thời gian

dùng để nâng nhiệt độ từ nhiệt độ sấy đến nhiệt độ tro hóa đã đặt; 2/3 thời gian

dùng để luyện mẫu ở nhiệt độ tro hóa đã chọn.

+ Nguyên tử hóa: là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ, thời gian rất

ngắn, từ 3 đến 6 giây, đôi khi có thể đến 10 giây. Tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn (1500 - 20000C/ 1 giây) để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hóa.

Nhiệt độ nguyên tử hóa của mỗi nguyên tố phụ thuộc vào bản chất của

nguyên tố, trạng thái và thành phần của mẫu.

17

+ Thiết bị quang học: Thiết bị này bao gồm, dụng cụ quang học (máy đơn sắc

hay kính lọc) dùng để tách các vạch phân tích của nguồn, các thấu kính, các màng

chắn và các gương phụ để đưa các chùm sáng từ nguồn qua bộ phận hấp thụ.

+ Thiết bị thu và ghi: Thiết bị này gồm bộ ghi ánh sáng bao gồm bộ nhân quang

và các thiết bị điện để nuôi bộ khuyếch đại dòng quang điện. Bộ ghi có thể là thiết

bị đọc biểu kiến, thiết bị tự ghi hoặc thiết bị hiện số cùng các sơ đồ điện tương ứng

của nguồn nuôi hay là thiết bị để in.

1.2.5. Đặc tính kháng khuẩn của bạc

Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo

và nấm. Từ xa xưa, người ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh.

Người cổ đại sử dụng các bình bằng bạc để lưu trữ nước, rượu, dấm. Trong thế

kỷ 20, người ta thường đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tươi của

sữa. Bạc và các hợp chất của bạc được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến

giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng. Trong cung đình các triều

đại của Trung Quốc và Việt Nam trước đây cũng đã dùng các loại chén, bát, đũa

bằng bạc với mục địch diệt khuẩn.

Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu

quả cao người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc

nữa. Tuy nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày

càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng

khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dạng hạt có kích

thước nano [12].

1.2.5.1. Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo

nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế

bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay

sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi. Do động vật

không có thành tế bào, vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các

ion này.

18

Hình 1.7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn

Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây

bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào, phản ứng với nhóm sunfuahydrin (SH)

của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá

trình hô hấp của tế bào vi khuẩn [12].

Hình 1.8: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn

Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và

trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA

Hình 1.9: Ion bạc liên kết với các base của DNA

19

Cơ chế diệt nấm của bạc nano hiện nay chưa rõ ràng, tuy nhiên khả năng diệt

nấm của bạc nano đã được công bố trong nhiều tài liệu nghiên cứu [27]

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

Kích thước, hình dạng, nồng độ và sự phân bố của hạt bạc nano là các yếu

tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính kháng khuẩn của keo bạc nano.

Kích thước hạt bạc nano là yếu tố quan trọng quyết định khả năng diệt

khuẩn của chúng. Hạt bạc nano có kích thước càng nhỏ thì khả năng diệt khuẩn của

chúng càng mạnh, vì khi ở kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa diện tích bề mặt và

thể tích càng lớn và hạt cũng có thể dễ dàng tương tác với vi khuẩn hơn. Tuy

nhiên các hạt có kích thước nhỏ lại có khuynh hướng liên kết với nhau trong quá

trình lưu trữ tạo thành các hạt lớn hơn gây ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn và

bảo quản keo bạc nano. Do đó trong quá trình chế tạo chúng ta phải tìm ra các

phương pháp vừa tạo ra hạt bạc nano có kích thước nhỏ vừa bền vững.

Các hạt bạc nano được tạo ra có nhiều hình dạng khác nhau như: hình

que, hình cầu, hình tam giác…trong đó các hạt bạc nano hình tam giác cụt thể

hiện tính kháng khuẩn cao hơn các hạt bạc nano hình cầu, các hạt bạc nano que có

tính kháng khuẩn thấp nhất.

Keo bạc nano có nồng độ càng cao và sự phân bố đều thì khả năng

diệt khuẩn càng tốt. Tuy nhiên khi nồng độ quá cao, do năng lượng bề mặt hạt

nano lớn, nên các hạt bạc nano sẽ va chạm vào nhau và phá vỡ cấu trúc nano. Vì

vậy chúng ta cũng cần tìm nồng độ thích hợp để các hạt phân bố đồng đều và

tránh kết tủa [12], [23].

1.2.6. Ứng dụng của hạt bạc nano

Trong những năm gần đây, bạc nano được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh

vực, từ y–sinh đến những vật dụng tiêu dùng hằng ngày. Một số ứng dụng điển

• Trong chẩn đoán: nano Ag được sử dụng trong các đầu dò sinh học và

hình như sau:

hàng loạt các xét nghiệm mà nó đóng vai trò là các mũi sinh học trong chẩn

• Trong điều trị: bạc nano là tác nhân tiêu diệt các tế bào ung thư hữu

đoán định lượng.

hiệu. Người ta phát hiện ra rằng tại bước sóng hấp thụ mạnh được biến đổi

20

thành nhiệt năng trong khoảng thời gian rất ngắn cỡ pico giây. Như vậy nếu ta

gắn các hạt bạc nano này vào các tế bào, sau đó chiếu laser tại bước sóng hấp thụ

cực đại Plasmon thì các hạt bạc nano sẽ hấp thụ photon và ngay lập tức chuyển

thành nhiệt năng, làm cho nhiệt độ xung quanh hạt bạc tăng lên nhanh chóng,

• Ứng dụng quang học: nano Ag được sử dụng hiệu quả trong việc hội tụ

phá vỡ vật chất xung quanh nó. Điều này có ứng dụng lớn trong điều trị ung thư.

ánh sáng, tăng phổ quang học bao gồm tăng độ phát huỳnh quang của kim loại

(Metal- enhanced Fluorescence – MEF) và gia tăng tán xạ Raman bề mặt

• Tuy nhiên, ứng dụng quan trọng của bạc nano là hoạt tính kháng

(surface-enhanced Raman scattering – SERS).

khuẩn (antibacterial). Các hạt nano Ag có diện tích bề mặt rộng (hiệu ứng bề

mặt) làm tăng khả năng tiếp xúc với vi khuẩn và nấm, phát huy mạnh hiệu quả

diệt khuẩn và nấm. Khi tiếp xúc với vi khuẩn và nấm, hạt bạc nano có xu hướng

lấy điện tử hoặc oxy từ cơ quan hô hấp của vi khuẩn để tạo ra oxit bạc, ngăn cản

sự hô hấp, gây ảnh hưởng bất lợi đến sự trao đổi chất và ức chế sự phát triển

của tế bào, do đó diệt được vi khuẩn.

Bằng các kỹ thuật chụp ảnh kính hiển vi điện tử có độ phóng đại cao (TEM,

FE-SEM…), kết quả nghiên cứu cho thấy hạt bạc nano bám dính với các

thành phần điện tích âm trên bề mặt tế bào vi khuẩn, virut làm thay đổi tính thấm

và sự hô hấp của màng tế bào. Đồng thời các hạt bạc có kích thước nano chui

vào trong tế bào, kết hợp với các enzym hay DNA có chứa nhóm sunphua hoặc

• Trong đời sống

phốt phát gây bất hoạt enzym hay DNA gây chết tế bào.

Các nhà nghiên cứu đại học Clemson (Mỹ) vừa chế tạo một loại chất phủ

mới, giúp con người có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử

dụng các hạt bạc nano có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc người. Hạt nano tạo ra các

bướu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polimer làm bướu vĩnh viễn bám vào vải. Khi

vải tiếp xúc với nước, chẳng hạn dưới trời mưa, chất bẩn sẽ bị cuốn trôi dễ dàng.

Brown nói: “Người mặc vẫn cần một ít nước để loại bỏ chất bẩn. Tuy nhiên quá

trình giặt sẽ nhanh hơn và không phải giặt thường xuyên như quần áo hiện nay”

[12].

Có thể gắn lớp phủ vào mọi loại vải, từ polyester, bông cho tới lụa. Chất phủ 21

mới cũng có tiềm năng được phủ lên quần áo trẻ em, quần áo bệnh viện, đồ thể

thao, quân phục và áo mưa. Các ứng dụng khác bao gồm vải bạt, vải phủ lên đồ gỗ

ngoài bãi cỏ và mui xếp của ôtô.

Với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ nano,

trong thời gian tới người ta còn khám phá ra nhiều đặc tính ưu việt hơn nữa của hạt

bạc nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lượng cuộc sống và tiến

bộ xã hội.

Các mặt hàng tiêu dùng bằng kim loại bạc nguyên chất hoặc được phủ bạc

là rất đắt. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, pha các nguyên liệu

khác với hạt bạc nano là một phương pháp thích hợp để khai thác tính chất của

bạc. Bạc ở dạng hạt nano tương tác dễ dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả

kháng khuẩn, 1 gam hạt bạc nano có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng

trăm mét vuông chất nền [12].

Hình 1.10: Bình sữa bạc nano và tất bạc nano

Hiện nay, trên thế giới đã sản xuất nhiều sản phẩm tiêu dùng có chứa bạc

nano như hộp đựng thức ăn, bình sữa trẻ em làm bằng nhựa có pha thêm bạc

nano, hay các thiết bị gia đình như máy giặt, tủ lạnh, máy điều hoà,.v.v. đều sử

dụng bạc nano để diệt khuẩn, hạt bạc nano được tẩm vào các loại sợi để diệt khuẩn

và khử mùi.

22

(a)

(b)

Hình 1.11: Các sản phẩm gia dụng có khả năng kháng khuẩn

(a) Mỹ phẩm kháng khuẩn.

❖Ứng dụng trong y tế

(b) Hộp đựng thức ăn, chai đựng nước uống

Trong lĩnh vực y tế, bạc nano được sử dụng để tẩm vào các loại băng,

gạc băng bó vết thương nhằm tránh nhiễm trùng. Hay việc chế tạo khẩu trang

có tẩm bạc nano dùng để diệt vi khuẩn, bảo vệ con người.

Hình 1.12: Các loại khẩu trang bạc nano

+ Khẩu trang bạc nano: Được thiết kế với 3 - 4 lớp gồm 2 lớp vải, một lớp

vật liệu tẩm bạc nano và than hoạt tính ở giữa, loại khẩu trang này có khả

năng diệt khuẩn, diệt virus, lọc không khí rất tốt. Lớp vải tẩm bạc nano có chức

năng diệt vi khuẩn, virus, nấm bị giữ lại trên khẩu trang đồng thời có tác dụng khử

mùi.

23

❖Ứng dụng trong công nghiệp

Sơn kháng khuẩn: Bột bạc nano được trộn với sơn và phủ lên các phím điện

thoại di động, tường nhà và các bề mặt cần được bảo vệ. Với khả năng kháng

khuẩn tuyệt vời bạc nano sẽ giữ cho bề mặt không bị nhiễm khuẩn cũng như

tiêu diệt nấm mốc làm tăng tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình.

Thiết bị điện tử: Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu ứng dụng bạc

nano để sản xuất linh kiện điện tử phục vụ nhu cầu ngày càng cao của người

tiêu dùng. Các thiết bị điện tử ứng dụng công nghệ nano sẽ có kích thước nhỏ

gọn hơn nhưng lại có tốc độ xử lý và tuổi thọ cao hơn các thiết bị sử dụng các

công nghệ truyền thống.

1.3. Khái quát về vi khuẩn

Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào, có cấu trúc tế bào đơn giản không có

nhân (Prokaryote – sinh vật nhân sơ). Vi khuẩn hiện diện ở khắp mọi nơi trong đất,

nước, không khí, kể cả những nơi có điều kiện sống khắc nghiệt như trên miệng núi

lửa hay trên băng tuyết.v.v. Có rất nhiều chủng vi khuẩn, và mỗi chủng vi khuẩn

đều có sự khác nhau về đặc tính và hình thái.

Vi khuẩn có nhiều hình dáng và được gọi tên theo hình dạng của chúng như

trực khuẩn (bacillus), hình cầu, xoắn khuẩn (spirillum), hình que, cầu khuẩn

(coccus)… hình dáng vi khuẩn là một đặc điểm quan trọng để nhận dạng các chi

được đặt tên theo hình dạng.

Trong vi trùng học, nhà khoa học Gram đã tìm ra phương pháp nhuộm màu

vi khuẩn để phân biệt chúng. Nhóm bắt màu tím được gọi là Gram dương (+), nhóm

bắt màu hồng được gọi là Gram âm (-).

Vi khuẩn có ích hoặc có hại cho môi trường, thực vật và động vật bao gồm

cả con người. Một số loại vi khuẩn là tác nhân gây bệnh như bệnh uốn ván

(tetanus), sốt thương hàn (typhoid fover), giang mai (syphilis), tả (cholera), lao

(tuberculosis)…

1.4. Khái quát về nấm mốc

Nấm mốc là vi sinh vật chân hạch, ở thể tản, tế bào không có diệp lục tố,

sống dị dưỡng (hoại sinh, ký sinh, cộng sinh). Một số ít nấm ở thể đơn bào có hình

trứng, đa số có hình sợi, sợi có ngăn vách (đa bào) hay không có ngăn vách (đơn

bào). Sợi nấm thường là một ống hình trụ dài có kích thước lớn nhỏ khác nhau tùy

24

loại. Đường kính của sợi nấm thường từ 3-5µm, chiều dài của sợi nấm có thể tới vài

chục centimet, Các sợi nấm phát triển dài theo kiểu tăng trưởng ngọn. Trên môi

trường đặc và trên một số cơ chất trong tự nhiên, bào tử nấm, tế bào nấm hoặc một

đoạn sợi nấm có thể phát triển thành một hệ sợi nấm có hình dạng nhất định gọi là

khuẩn lạc nấm.

Hầu hết các loại nấm mốc không cần ánh sáng trong quá trình sinh trưởng. Nhiệt độ tối ưu để nấm mốc phát triển là 25-280C và pH tốt nhất từ 5-6.5. Nấm mốc

nói chung có hai hình thức sinh sản là sinh sản vô tính, nấm hình thành bào tử, hoặc

sinh sản hữu tính hình thành giao tử đực và giao tử cái.

Nấm mốc có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người một cách trực tiếp như

làm hư hỏng, giảm phẩm chất thực phẩm. Nấm mốc còn gây hư hại vật dụng, quần

áo… hay gây bệnh cho người, động vật và cây trồng. Tuy nhiên, các quy trình chế

biến thực phẩn có liên quan đến lên men đều cần tới sự có mặt của vi sinh vật trong

đó có nấm mốc. Nấm mốc cũng giúp tổng hợp kháng sinh, một số enzym và các

hoạt chất khác dùng trong công nghiệp thực phẩm, y dược và sử dụng rộng rãi trên

khắp thế giới.

25

Chương 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Chế tạo dung dịch keo bạc nano

2.1.1. Hoá chất

Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng

Tên hóa chất Công thức Hãng sản xuất Thành phần

Polyvinyl pyrolidone (PVP) Ấn Độ M= 55.000g/mol (C6H9NO)n

Sodium dodecylsunfate Ấn Độ M=288g/mol C12H25SO4Na

Bạc Nitrate Trung Quốc 99% AgNO3

Ethyleneglycol Trung Quốc 99% C2H4(OH)2

2.1.2. Vải dùng trong nghiên cứu

Vải dùng trong nghiên cứu của đề tài này được cung cấp bởi Tổng công ty

may 28 Bộ quốc phòng được minh họa trên hình 2.1.

Hình 2.1: Vải may lễ phục, quân phục

2.1.3. Vi khuẩn và hóa chất cho thử nghiệm vải kháng khuẩn

Vi khuẩn sử dụng trong việc đánh giá khả năng kháng khuẩn của vải tẩm

dung dịch keo bạc nano do phòng thí nghiệm vi sinh – bộ môn vi sinh và sinh

học trường Đại học Dược Hà Nội. Hóa chất cho việc thực hiện công đoạn sinh

học này bao gồm:

26

- Môi trường canh thang nuôi cấy vi khuẩn kiểm định: NaCl 0,5% ; Pepton

0,5% ; cao thịt 0,3% ; nước vđ 100ml. Môi trường thạch thường : NaCl 0,5% ;

Pepton 0,5% ; cao thịt 0,3% ; thạch 1,6% ; nước vđ 100ml. Môi trường

Sabouraud: Pepton 1%; glucose 2%; thạch 1,6 %, nước vừa đủ 100 ml.

- Streptomycin : 20 IU/ml đối với vi khuẩn Gr(-).

- Benzathin penicillin: 20 IU/ml đối với vi khuẩn Gr(+).

- Kháng sinh chống nấm itraconazol 400 μg/ml pha trong methanol.

2.1.4. Các máy móc thiết bị, dụng cụ

Để thực hiện các công đoạn chế tạo và đánh giá các sản phẩm chế tạo ra,

trong luận văn này chúng tôi sử dụng các thiết bị và dụng cụ như sau:

- Lò vi sóng với công suất tối đa 1050W (model Electrolux EMM 2011-Thụy

Điển)

- Tủ sấy với nhiệt độ tối đa 250oC (model MEMMERT UNB-400 của Nhật

Bản)

- Cân phân tích trọng lượng tối đa 210 gam (model TE214S, Sartorius -

Germany)

- Máy quang phổ tử ngoại khả kiến (UV - Vis) (model V-630 của hãng Jasco

Nhật Bản) và máy quang phổ SHIMAZDU 2450 của Nhật bản

- Tủ cấy vô trùng (model MCV711ATS, Sanyo - Japan)

- Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) (model JEM-1010 của hãng JEOL –

Japan)

- Kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FE - SEM) (model S4800 của hãng

HITACHI Japan)

- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Model 6800 của Shimazdu, Nhật

Bản)

- Các dụng cụ để thử nghiệm vi sinh như: Pipet, pipetman, đầu tip vô

trùng, gòn thấm, gòn không thấm, đĩa Petri, que trải, ống nghiệm

- Ống nghiệm, lọ thủy tinh nhỏ, banh, kẹp, kéo, thước, cốc thủy tinh chịu

nhiệt, piet loại 1ml, 5ml, 25ml, giấy cân, giấy bọc, nilon bọc….

27

2.2. Phương pháp điều chế

Để điều chế dung dịch keo bạc nano chúng tôi tiến hành thí nghiệm với tiền

chất là bạc nitrat, chất khử ethyleneglycol và chất bảo vệ là PVP hay SDS nhưng thực

hiện việc gia nhiệt theo 2 cách khác nhau: gia nhiệt trực tiếp trên bếp khuấy từ và gia

nhiệt bằng lò vi sóng. Sau khi chọn dược chất bảo vệ, chúng tôi tiến hành khảo sát các

yếu tố sau để tìm được điều kiện điều chế tốt nhất:

- Khảo sát theo phương pháp gia nhiệt

- Khảo sát theo tỉ lệ chất bảo vệ và bạc nitrat

- Khảo sát theo thời gian gia nhiệt trong lò vi sóng

- Khảo sát theo công suất lò vi sóng

Công thức chung của cả hai phương pháp điều chế có thể tóm tắt như sau: Lấy

30ml ethyleneglycol vào cốc thủy tinh chịu nhiệt loại 100ml, cân 0,2g chất bảo vệ thêm vào cốc và đưa lên máy khuấy từ khuấy liên tục trong thời gian 1 giờ ở 800C.

Thêm tiếp vào cốc 0,04g bạc nitrat và khuấy tiếp trên bếp trong 1 giờ hoặc đưa vào lò

vi sóng để gia nhiệt trong thời gian 3 phút ở công suất lò 100W

Hình 2.2: Hình ảnh máy khuấy từ và lò vi sóng điều chế dung dịch keo nano Ag

Các thí nghiệm đã tiến hành được tổng kết trong bảng sau:

28

Bảng 2.2: Các thí nghiệm đã làm với chất bảo về PVP ở công suất lò 100W

Công Thời Tỉ

suất Gian lệ STT C2H6O2 PVP(g) AgNO3(g)

1a 30ml 0.2 0.04 1:05 100W 1'

1b 30ml 0.2 0.04 1:05 100W 2'

1c 30ml 0.2 0.04 1:05 100W 3'

1d 30ml 0.2 0.04 1:05 100W 4'

2a 30ml 0.2 0.02 1:10 100W 1'

2b 30ml 0.2 0.02 1:10 100W 2'

2c 30ml 0.2 0.02 1:10 100W 3'

2d 30ml 0.2 0.02 1:10 100W 4'

3a 30ml 0.2 0.013 1:15 100W 1'

3b 30ml 0.2 0.013 1:15 100W 2'

3c 30ml 0.2 0.013 1:15 100W 3'

3d 30ml 0.2 0.013 1:15 100W 4'

4a 30ml 0.2 0.01 1:20 100W 1'

4b 30ml 0.2 0.01 1:20 100W 2'

4c 30ml 0.2 0.01 1:20 100W 3'

4d 30ml 0.2 0.01 1:20 100W 4'

Bảng 2.3: Các thí nghiệm đã làm với chất bảo về PVP ở công suất lò 230W

6a 30ml 0.2 0.04 1:05 230W 1'

6b 30ml 0.2 0.04 1:05 230W 2'

6c 30ml 0.2 0.04 1:05 230W 3'

6d 30ml 0.2 0.04 1:05 230W 4'

7a 30ml 0.2 0.02 1:10 230W 1'

7b 30ml 0.2 0.02 1:10 230W 2'

7c 30ml 0.2 0.02 1:10 230W 3'

7d 30ml 0.2 0.02 1:10 230W 4'

29

2.3. Kỹ thuật thực nghiệm

2.3.1. Phổ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS)

Phổ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS) của các dung dịch keo bạc nano được ghi

trên máy V630 của hãng Jasco Nhật bản tại bộ môn Hóa vô cơ và máy UV –vis

shimazdu 2450 của Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - ĐHQGHN

Hình 2.3: Máy quang phổ UV-VIS

2.3.2. Ảnh TEM

Sau khi chụp phổ tử ngoại khả kiến, chúng tôi lựa chọn 2 dung dịch keo bạc

nano có bước sóng hấp thụ nhỏ là 408nm và 414nm có độ hấp thụ lớn (là những bước

sóng đặc trưng của dung dịch keo bạc nano) để tiến hành chụp ảnh bằng kính hiển vi

điện tử truyền qua tại phòng thí nghiệm siêu cấu trúc - Viện vệ sinh dịch tễ Trung

ương nhằm xác định kích thước trung bình và sự phân bố kích thước hạt bạc nano điều

chế được

30

Hình 2.4: Kính hiển vi điện tử

truyền qua

2.3.3. Phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Vải sử dụng trong thí nghiệm của luận văn này được chúng tôi xin từ Tông

công ty may 28 Bộ quốc phòng là những loại vải được dùng để may lễ phục và quân

phục trong Quân đội. Trước hết, vải được giặt sạch, phơi khô dưới ánh nắng mặt trời

và cắt thành những miếng vải nhỏ với kích thước 0,5cm x 0,5cm. Ngâm miếng vải vào

dung dịch keo bạc nano điều chế được trong thời gian 2 giờ rồi lấy ra làm khô và giặt

lại bằng nước sạch để loại bỏ hết phần keo bạc nano liên kết yếu trên bề mặt vải.

Hình 2.5: Mẫu vải thí nghiệm và vải ngâm trong dung dịch dịch keo bạc nano

Miếng vải đã ngâm tẩm dung dịch keo bạc nano được tiến hành phá mẫu bằng

cách ngâm trong 1ml dung dịch HNO30,5M trong thời gian 1 giờ để các hạt bạc nano

bám trên bề mặt vải có thể bị hòa tan hoàn toàn vào dung dịch.

31

Dung dịch sau khi phá mẫu được tiến hành chụp phổ hấp thụ nguyên tử theo

phương pháp không ngọn lửa để xác định nồng độ Ag (theo mg/l) từ đó tính ra lượng Ag bám trên vải (theo mg/cm2)

Hình 2.6: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử theo phương pháp không ngọn lửa

2.3.4. Ảnh FE – SEM

Tiếp theo chúng tôi tiến hành chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét tại phòng

thí nghiệm siêu cấu trúc – Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương. Hình ảnh chụp FE – SEM

cho phép ta đánh giá mức độ và cách thức bám dính của hạt keo bạc nano trên bề mặt

vải

32

Hình 2.7: Kính hiển vi điện tử quét

2.4. Thử hoạt tính sinh học của vải tẩm keo bạc nano

Vải sau khi tẩm keo bạc nano và được khảo sát kỹ lưỡng bằng nhiều phương

pháp hóa lý khác nhau được mang đi thử nghiệm hoạt tính sinh học tại phòng thí

nghiệm vi sinh khoa Vi sinh và sinh học – Trường Đại học Dược Hà Nội.

Để thực hiện thử nghiệm này trước tiên chúng tôi cắt nhỏ miếng vải thành

những mảnh nhỏ kích thước 0,5 x 0,5 cm rồi tiến hành ngâm tẩm trong các dung dịch

keo bạc nano trong thời gian 2h. Các dung dịch keo bạc nano được chuẩn bị sẵn gồm

dung dịch keo nano 100%, dung dịch keo pha loãng trong ethyleneglycol theo các tỉ lệ

1:1; 1:2; 1:3 và 1:4. Sau khi pha loãng, lấy mỗi dung dịch 1ml để ngâm tẩm vải. Vải ngâm sau 2 giờ được lấy ra làm khô trong tủ sấy ở 800C trong 15 phút rồi mang giặt lại

bằng nước sạch để loại bỏ phần keo bạc nano bám dính yếu trên bề mặt vải. Sau khi giặt sạch vải được làm khô lại trong tủ sấy ở 800C trong 15 phút và chia thành các

33

mẫu. Một số miếng vải sau khi ngâm tẩm bằng dung dịch keo bạc nano 100% như trên

được giặt lại 5 lần để kiểm tra khả năng kháng khuẩn bạc nano sau nhiều lần giặt.

 Nguyên tắc: Mẫu thử (có chứa hoạt chất thử) được đặt lên lớp thạch dinh dưỡng

đã cấy vi sinh vật kiểm định, hoạt chất từ mẫu thử khuếch tán vào môi trường thạch sẽ

ức chế sự phát triển của vi sinh vật kiểm định tạo thành vòng vô khuẩn (vô nấm).

 Tiến hành:

- Các miếng vải (giấy lọc) vô trùng và đã được sấy khô được tẩm với 3 lần với

dung dịch mẫu thử (kháng sinh chuẩn), sau mỗi lần tẩm các miếng vải (giấy lọc) có chứa mẫu thử (hoặc chuẩn) đều được sấy trên nhiệt độ < 60oC đến khô hết dung môi.

- Chuẩn bị môi trường và cấy vi sinh vật kiểm định:

Vi sinh vật kiểm định được cấy vào môi trường canh thang, rồi nuôi cấy cho phát triển trong tủ ấm 37oC trong thời gian 18-24 giờ đến nồng độ 107 tế bào/ml (kiểm tra

bằng pha loãng và dãy dịch chuẩn) (Nấm mốc được nuôi trên môi trường Sabouraud thạch nghiêng ở 28 oC trong 5 ngày, rồi sử dụng dung dịch xà phòng 0,2% vô trùng lấy đính bào tử với nồng độ 105 bào tử/ml). Môi trường thạch thường (cũng như Sabouraud) vô trùng (tiệt trùng 118oC/30 phút) được làm lạnh về 45-500C và được cấy

giống vi sinh vật kiểm định vào với tỷ lệ 2,5 ml/ 100 ml. Lắc tròn để vi sinh vật kiểm

định phân tán đều trong môi trường thạch, rồi đổ vào đĩa Petri vô trùng với thể tích

20ml/đĩa và để cho thạch đông lại.

- Đặt mẫu thử và mẫu đối chứng: khoanh vải (giấy lọc) đã được tẩm chất thử

(kháng sinh chứng) và xử lý như trên được đặt lên bề mặt môi trường thạch (thạch

thường cũng như Sabouraud) chứa vi sinh vật kiểm định theo sơ đồ định sẵn.

- Ủ các đĩa Petri có mẫu thử và mẫu đối chứng được đặt như trên trong tủ ấm ở toC = 37oC đối với vi khuẩn (ở 28-30oC đối với vi nấm) trong 18-24h đối với vi khuẩn

(24-72 giờ đối với vi nấm), rồi sau đó lấy ra đọc kết quả, đo đường kính vòng vô

khuẩn (vô nấm) nếu có ( thước kẹp Panmer độ chính xác 0,02 mm).

34

- Đánh giá kết quả: Dựa trên đường kính vòng vô khuẩn (vô nấm) và được đánh

n

n



2

)



 D (

i D

i D

i

 1

i

giá theo công thức:

1 n

n



1



= s = D

: Đường kính trung bình vòng vô khuẩn (vô nấm) D

Di: Đường kính vòng vô khuẩn (vô nấm)

s: Độ lệch thực nghiệm chuẩn có hiệu chỉnh

n: Số thí nghiệm làm song song (3).

Hình 2.8: Dung dịch keo bạc nano pha chế được và các mẫu vải đã cắt nhỏ được sử

dụng để ngâm tẩm

35

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Điều chế dung dịch keo bạc nano

3.1.1. Chọn chất bảo vệ

Để chọn chất bảo vệ chúng tôi đã tiến hành 2 thí nghiệm hoàn toàn tương tự

nhau: Lấy 30ml ethyleneglycol vào 2 cốc thủy tinh chịu nhiệt loại 100ml, cân 0,2g

chất bảo vệ PVP hoặc SDS thêm vào mỗi cốc và đưa lên máy khuấy từ khuấy liên tục trong thời gian 1 giờ ở 800C. Thêm tiếp vào cốc 0,04g bạc nitrat và đưa vào lò vi sóng

để gia nhiệt trong thời gian 3 phút ở công suất lò 100W.

Kết quả với chất bảo vệ SDS chúng tôi thu được dung dịch có màu xám đen

dạng huyền phù. Dung dịch này khi lắng lọc bằng phương pháp quay li tâm thì thấy

xuất hiện kết tủa. Trong khi đó với chất bảo vệ là PVP chúng tôi thu được dung dịch

có màu vàng đặc trưng của dung dịch keo bạc nano [13].

Hình 3.1: Dung dịch keo bạc nano điều

chế được với chất bảo về PVP và SDS

Với những kết quả này chúng tôi đã quyết định lựa chọn PVP làm chất bảo vệ

cho quá trình điều chế dung dịch keo bạc nano.

Cơ chế chung cho việc hình thành các mầm và phát triển các mầm thành

các hạt keo kim loại được mô tả theo như tài liệu tham khảo [32] bao gồm 2 bước chính: (1) các ion kim loại bạc (Ag+) trong dung dịch bị khử bởi chất khử phù hợp từ

đó hình thành các nguyên tử. Các nguyên tử này đóng vai trò như các mầm và xúc

tác cho quá trình khử các ion kim loại còn lại trong dung dịch. Sau khi hình thành, các nguyên tử hợp lại đưa đến hình thành các cụm hạt kim loại Ago và được bảo vệ

bởi các polyme PVP.

36

Hình 3.2: Trình bày sự hình thành các hạt kim loại Ago qua từng giai đoạn.

3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt

Để khảo sát ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt, chúng tôi đã tiến hành 2 thí

nghiệm như sau: Lấy 30ml ethyleneglycol vào 2 cốc thủy tinh chịu nhiệt 100ml, cân

0,2g PVP thêm vào mỗi cốc và đưa lên máy khuấy từ khuấy liên tục trong thời gian 1 giờ ở 800C. Sau thời gian 1 giờ thêm tiếp vào mỗi cốc 0,04g bạc nitrat. Cốc 1 được

đưa vào lò vi sóng để gia nhiệt trong thời gian 3 phút ở công suất 100W, cốc 2 tiếp tục

khuấy trên bếp khuấy từ trong thời gian 1 giờ.

Kết quả quá trình điều chế trên bếp khuấy từ chúng tôi chỉ thu được một dung

dịch trong suốt có màu vàng rất nhạt, còn quá trình điều chế có gia nhiệt của lò vi sóng

chúng tôi thu được dung dịch trong suốt có màu vàng đặc trưng của dung dịch keo bạc

nano [13].

Hình 3.3: Hình 3.4: Dung

Dung dịch keo dịch keo bạc

bạc nano điều nano điều chế

chế trên bếp trong lò vi sóng

khuấy từ

Từ kết quả thí nghiệm này chúng tôi đi đến quyết định lựa chọn phương pháp

điều chế keo bạc nano với tiền chất là bạc nitrat, chất khử là ethyleneglycol, chất bảo

vệ là PVP có gia nhiệt bằng lò vi sóng.

37

3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của công suất lò vi sóng

Để khảo sát ảnh hưởng của công suất lò vi sóng, chúng tôi tiến hành một dãy

các thí nghiệm khác nhau với tiền chất là bạc nitrat (0,04g hoặc 0,02g), chất khử là

ethyleneglycol (30ml), chất bảo vệ là PVP (0,2g) với thời gian gia nhiệt là từ 1 đến 4

phút ở công suất lò vi sóng lần lượt là 100W và 230W.

Bảng 3.1: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của công suất của lò vi sóng

Tỉ lệ Thời Công

gian suất STT C2H6O2(ml) AgNO3(g) PVP(g) AgNO3:PVP

30 1a 0.04 0.2 1:5 1 100W

30 1b 0.04 0.2 1:5 2 100W

30 1c 0.04 0.2 1:5 3 100W

30 1d 0.04 0.2 1:5 4 100W

30 6a 0.04 0.2 1:5 1 230W

30 6b 0.04 0.2 1:5 2 230W

30 6c 0.04 0.2 1:5 3 230W

30 6d 0.02 0.2 1:5 4 230W

30 2a 0.02 0.2 1:10 1 100W

30 2b 0.02 0.2 1:10 2 100W

30 2c 0.02 0.2 1:10 3 100W

30 2d 0.02 0.2 1:10 4 100W

30 7a 0.02 0.2 1:10 1 230W

30 7b 0.02 0.2 1:10 2 230W

30 7c 0.02 0.2 1:10 3 230W

30 7d 0.02 0.2 1:10 4 230W

\

38

Kết quả chúng tôi thu được các dung dịch điều chế ở công suất lò 100W là dung

dịch keo bạc nano có màu vàng đặc trưng, nhưng dung dịch điều chế ở công suất lò

230W thì chỉ thu được dạng dung dịch có màu vàng với thời gian gia nhiệt 1 phút hoặc

2 phút còn ở thời gian gia nhiệt 3 phút hoặc 4 phút chỉ thu được dung dịch màu xám

đen rất đục.

Nhóm 1 Nhóm 6 Nhóm 2 Nhóm 7

Hình 3.5: Các dung dịch keo bạc nano điều chế được ở công suất lò 100W và 230W

Như vậy có thể khẳng định rằng ở công suất lò vi sóng cao 230W không điều

chế được dung dịch keo bạc nano hoặc có điều chế được nhưng chất lượng không tốt.

Điều này có thể giải thích là do ở công suất lớn tốc độ quá trình khử xảy ra nhanh, các

nguyên tử bạc tạo thành sẽ nhanh chóng keo tụ với nhau tạo thành các hạt có kích

thước lớn, vì vậy ta không thu được dung dịch keo như mong muốn.

Từ kết quả khảo sát này chúng tôi quyết định chọn phương pháp điều chế keo

bạc nano ở công suất lò 100W

3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt

Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt chúng tôi tiến hành một loạt các

thí nghiệm khác nhau với 30ml ethyleneglycol, 0,2g PVP, 0,04g hoặc 0,02g bạc nitrat, nhiệt độ bếp khuấy từ là 800C và công suất của lò vi sóng là 100W

39

PVP Tỉ lệ Thời gian Cực đại STT C2H6O2 AgNO3

(ml) (g) (g) gia nhiệt hấp thụ AgNO3:PVP

(phút) (nm)

30 0.2 0.04 1:5 1 360 1a

30 0.2 0.04 1:5 2 418 1b

30 0.2 0.04 1:5 3 421 1c

30 0.2 0.04 1:5 4 430 1d

30 0.2 0.02 1:10 1 385 2a

30 0.2 0.02 1:10 2 417 2b

30 0.2 0.02 1:10 3 432 2c

30 0.2 0.02 1:10 4 434 2d

Bảng 3.2: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nghiệt

Kết quả thu được các dung dịch keo bạc nano như trong hình 3.6

Nhóm 1 Nhóm 2

Hình 3.6: Các dung dịch keo bạc nano điều chế trong những thời gian gia nhiệt khác

nhau

Từ kết quả này cho thấy với thời gian gia nhiệt trong lò vi sóng khác nhau

chúng ta thu được các dung dịch keo bạc nano có cực đại hấp thụ ánh sáng khác nhau

và theo hướng lớn dần. Một số công trình cũng nghiên cứu về dung dịch keo bạc nano

40

[13] cho thấy ở cực đại hấp thụ khoảng 420nm thì kích thước hạt nano bạc nhỏ và

đồng đều nhất. Kết quả chụp phổ UV-VIS các dung dịch thu được cũng cho ta thấy rõ

1.4

s b A

1d 1c 1b 1a

1.2

430

1.0

421

0.8

418

0.6

0.4

0.2

360

0.0

200

300

400

500

600

700

Wavelength (nm)

điều đó.

Hình 3.7:Phổ UV-vis của các mẫu keo bạc nano khảo sát theo thời gian (bước sóng

1.0

s b A

434

0.8

2d 2c 2b 2a

0.6

432

417

0.4

0.2

385

0.0

300

400

500

600

700

Wavelength (nm)

1a-360nm; 1b-418nm; 1c-421nm;1d-430nm)

Hình 3.8: Phổ UV-vis các dung dịch keo bạc nano nhóm 2 (2a-385nm; 2b-417nm; 2c-

432nm; 2d-434nm)

41

Kết quả nhận được từ hình 3.7 cho thấy với nồng độ bạc nitrat cao (lượng bạc

nitrat là 0,04g), đỉnh hấp thụ dời về phía bước sóng cao hơn (từ 360 tăng lên 418, 421,

416, 430nm) tương ứng với thời gian tiếp xúc với vi sóng tăng (từ l phút đến 2 phút,

3phút, 4phút). Điều này được giải thích dựa trên hiệu ứng giam cầm lượng tử. Khi

kích thước hạt tăng dần thì bước sóng hấp thụ dịch chuyển về phía bước sóng lớn (dịch

chuyển đỏ) [3]. Như vậy với cùng nồng độ chất phản ứng, cùng công suất lò vi sóng

thì khi tăng thời gian phản ứng, khả năng tạo hạt nano càng nhiều và khả năng các hạt

nano va chạm kết tụ với nhau để tạo hạt lớn hơn là rất hợp lý.

Kết quả ở hình 3.8 với nồng độ bạc nitrat thấp hơn của nhóm 1 (lượng bạc nitrat

là 0,02g), cũng nhận thấy có sự chuyển dịch về phía bước sóng lớn khi tăng thời gian

phản ứng. Tuy nhiên, so với trường hợp nồng độ bạc nitrat cao thì sự chuyển dịch này

nhỏ hơn (thí dụ như từ 1a với bước sóng 360nm đến 1b là 418nm thì từ 2a là 385nm

đến 2b chỉ là 417nm).

Từ các kết quả nghiên cứu này chúng tôi quyết định lựa chọn phương pháp điều

chế dung dịch keo bạc nano với thời gian gia nhiệt trong lò vi sóng là 3 phút.

3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ chất bảo vệ và bạc nitrat ( AgNO3:PVP )

Để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ các chất chúng tôi đã tiến hành các

thí nghiệm sau đây với cùng tiền chất bạc nitrat, chất bảo vệ PVP, chất khử

ethyleneglycol và cùng thời gian gia nhiệt trong lò vi sóng là 3 phút nhưng thay đổi tỉ

lệ của PVP: AgNO3 lần lượt là 1:5; 1:10; 1:15; 1:20. Các thí nghiệm được tóm tắt

trong bảng sau

PVP Tỉ lệ Thời gian Cực đại STT C2H6O2 AgNO3

(g) (phút) hấp thụ (nm) (ml) (g) AgNO3:PVP

30 0.2 0.04 1:5 1c 3 421

30 0.2 0.02 1:10 2c 3 432

30 0.2 0.013 1:15 3c 3 419

30 0.2 0.01 1:20 4c 3 424

Bảng 3.3: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ AgNO3:PVP

42

Kết quả chúng tôi thu được các dung dịch keo bạc nano có màu vàng đặc trưng

có cực đại hấp thụ ánh sáng có giá trị như trong bảng 3.3 và hình 3.9 dưới đây.

Hình 3.9: Các dung dịch

keo bạc nano điều chế

theo tỉ lệ AgNO3:PVP

khác nhau

Các kết quả này cho thấy có sự ảnh hưởng rõ rệt của tỉ lệ AgNO3:PVP đến kích

thước hạt nano bạc của điều chế được. Điều này được thể hiện ở cực đại hấp thụ ánh

1.4

s b A

1.2

4c 3c 2c 1c

424

1.0

419

0.8

0.6

432

0.4

421

0.2

0.0

300

400

500

600

700

Wavelength

sáng của các dung dịch keo bạc nano.

Hình 3.10: Phổ UV-vis các dung dịch khảo sát theo tỉ lệ AgNO3:PVP

Chúng tôi nhận thấy rằng với các tỉ lệ 1:5 và 1: 10 thì cực đại hấp thụ ánh sáng

dao động quanh các giá trị 420nm là bước sóng của dung dịch keo bạc nano có kích

thước nhỏ và đồng đều nhất [13]. Kết quả này được làm rõ hơn qua ảnh TEM của các

dung dịch keo bạc nano 1c và 3c.

43

Hình 3.11: Kết quả chụp TEM mẫu 1c và giản đồ phân bố kích thước hạt

Từ kết quả chụp TEM, sử dụng phần mềm Perfect Screen Ruler đo kích thước

các đối tượng trên màn hình chúng tôi tính được kích thước hạt trung bình của các hạt

bạc nano điều chế được là 9.3nm. Đồng thời trên giản đồ phân bố kích thước hạt cũng

xác định được rằng các hạt keo bạc nano tạo được phân bố chủ yếu trong khoảng 6 đến

10nm. Như vậy kích thước hạt bạc nano điều chế được khá nhỏ, đạt được theo mong

muốn.

Hình 3.12: Kết quả chụp TEM mẫu 3c và giản đồ phân bố kích thước hạt

44

Từ ảnh chụp TEM và sử dụng phần mềm đo kích thước các đối tượng trên màn

hình Perfect Screen Ruler chúng tôi tính được kích thước trung bình của hạt bạc nano

tạo thành là 23nm. Đồng thời trên giản đồ phân bố kích thước hạt ta cũng thấy được

rằng các hạt keo bạc nano tạo được phân bố chủ yếu ở kích thước 24 đến 30 nm. Kết

quả này cho thấy các hạt keo bạc nano tạo được trong thí nghiệm này khá lớn, tuy

nhiên vẫn trong khoảng kích thước cho phép của hạt nano. Điều này cho thấy phương

pháp điều chế được lựa chọn là khá tốt, đáp ứng được mục tiêu đặt ra.

Như vậy với kết quả chụp TEM 2 mẫu 1c và 3c chúng tôi xác định được kích

thước hạt bạc nano trung bình là 9,3nm và 23 nm là khá tốt, trong đó mẫu 1c cho kích

thước hạt bé hơn. Từ những kết quả thực nghiệm này chúng tôi đi đến quyết định chọn

tỉ lệ AgNO3:PVP là 1:5 để điều chế dung dịch keo bạc nano.

3.1.6. Khảo sát độ bền của dung dịch keo bạc nano theo thời gian

Để khảo sát độ bền của dung dịch keo bạc nano theo thời gian chúng tôi tiến

hành theo dõi sự biến đổi màu sắc, trạng thái của dung dịch keo bạc nano điều chế

được theo phương pháp đã nêu trên theo thời gian. Hình ảnh của dung dịch keo bạc

nano theo thời gian được chụp lại như hình 3.13

Dung dịch mới điều chế Dung dịch sau 1 tuần Dung dịch sau 4 tháng

Hình 3.13: Hình ảnh dung dịch keo bạc nano theo thời gian

45

Kết quả cho thấy màu sắc, trạng thái của dung dịch keo bạc nano điều chế được

hầu như không bị biến đổi theo thời gian. Như vậy phương pháp điều chế dung dịch

keo bạc nano mà chúng tôi đã lựa chọn là hoàn toàn phù hợp, dung dịch keo bạc nano

điều chế được có chất lượng tốt, có thể sử dụng để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

Với rất nhiều các khảo sát khác nhau của quá trình điều chế dung dịch keo bạc

nano như chất bảo vệ, phương pháp gia nhiệt, thời gian gia nhiệt, tỉ lệ chất bảo vệ và

bạc nitrat, công suất lò vi sóng. Chúng tôi đi đến lựa chọn cuối cùng về phương pháp

điều chế dung dịch keo bạc nano theo sơ đồ sau

PVP(0,2g) C2H4(OH)2(30ml)

Khuấy trên máy khuấy từ 1h ở 800C

Dung dịch đồng nhất

+AgNO3 và khuấy (0,04g)

Dung dịch

Gia nhiệt trong lò vi sóng trong thời gian 3 phút ở 100W

Dung dịch keo Ag nano

Ghi phổ UV-VIS

Chụp TEM

Hình 3.14: Sơ đồ quy trình điều chế keo bạc nano

46

3.2. Kết quả chụp SEM các mẫu vải

Kết quả chụp SEM của mẫu vải khi chưa ngâm trong dung dịch keo bạc nano

và đã ngâm trong dung dịch keo bạc nano được đưa ra trên hình 3.15 đến 3.18

Sợi vải phóng đại lên 200 lần Sợi vải phóng đại lên 10000 lần

Hình 3.15: Ảnh mẫu vải 1 chưa tẩm dung dịch keo bạc nano

Sợi vải phóng đại lên 2000 lần Sợi vải phóng đại lên 10000 lần

Hình 3.16: Ảnh mẫu vải 1 đã tẩm dung dịch keo bạc nano

47

Sợi vải phóng đại lên 100 lần Sợi vải phóng đại lên 500 lần

Hình 3.17: Ảnh mẫu vải 2 chưa tẩm keo bạc nano

Sợi vải phóng đại lên 100 nghìn lần Sợi vải phóng đại lên 10 nghìn lần

Hình 3.18: Ảnh mẫu vải 2 tẩm dung dịch keo bạc nano

Vải sau khi được giặt sạch và phơi khô dưới ánh nắng mặt trời được tiến hành

ngâm tẩm các dung dịch keo bạc nano với các nồng độ khác nhau. Hình ảnh SEM của

48

sợi vải trước khi ngâm tẩm là tương đối xù xì, điều này cho phép ta dự đoán được khả

năng bám dính tốt của các hạt bạc nano trên bề mặt vải.

3.3. Kết quả xác định hàm lượng bạc nano bằng phương pháp AAS

Hàm lượng bạc nano bám trên các mẫu vải được xác định bằng phương pháp

phân tích phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định hàm lượng Ag bám dính trên bề mặt

vải. Kết quả xác định được hàm lượng bạc bám dính trên vải trong 2 mẫu vải mà

chúng tôi đã ngâm tẩm được đưa ra trong bảng 3.4

Bảng 3.4: Hàm lượng bám dính của bạc nano trên hai mẫu vải

Mẫu vải 1 0.5655mg/l

Mẫu vải 2 0.5525mg/l (2.26x10-3 mg/cm2) (2.21x10-3mg/cm2)

Với các kết quả này có thể khẳng định phương pháp ngâm tẩm mà chúng tôi đã

lựa chọn là phù hợp

3.4. Kết quả thử hoạt tính sinh học

Phương pháp vòng kháng khuẩn được sử dụng để kiểm tra tính kháng khuẩn

của dung dịch keo bạc nano chế tạo được. Mẫu được thử nghiệm trên 4 chủng vi

khuẩn và một chủng nấm do Bộ y tế quy định được thực hiện tại khoa vi sinh - sinh

học Trường Đại học Dược Hà Nội

- Vi khuẩn Gram (-):

Escherichia coli ATCC 25922 (E. coli)

Proteus mirabilis BV 108 (P. mirabilis)

- Vi khuẩn Gram (+):

Bacillus pumilus ATCC 10241 (B. pumillus)

Bacillus cereus ATCC 9946 (B. cereus)

- Vi nấm : Aspergillus sp. VSSH1401 (Asp.sp)

49

Hình ảnh và kết quả thử nghiệm với 2 mẫu vải lần lượt được đưa ra trên hình

3.19; 3.20 và bảng 3.5; 3.6

E. Coli P. mirabilis

B. pumillus B. cereus

Vi nấm

Asp.sp

Hình 3.19: Kết quả thử hoạt tính sinh học của mẫu vải 1

50

Bảng 3.5: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 1 tẩm dung dịch keo bạc nano

Tỉ lệ dd keo B. pumillus B. cereus P. mirabilis E. coli Asp. sp. ST











bạc nano : T

Ethyleneglycol

D

D

D

(mm) (mm) (mm) D (mm) D (mm)

1:1 12,87 12,25 13,02 14,20 14,73 1

1:2 10,73 11,19 11,95 12,45 12,40 2

1:3 10,24 10,67 10,93 12,33 11,53 3

1:4 10,27 10,03 10,18 11,87 11,77 4

100% 14,47 14,62 15,43 15,61 9,53 5

Chứng âm 0 0 0 0 0 6

Kháng sinh 15,44 17,11 14,67 15,10 12,73 7

51

E. coli P. mirabilis

B. pumillus B.Cereus

Vi nấm

Asp.sp

Hình 3.20: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 2

52

Bảng 3.6: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 2

STT Tỉ lệ dd keo

B. pumillus B. cereus

P.

E. coli

Asp.

bạc nano :

mirabilis

sp.(sau 1

Ethyleneglycol

ngày)











D

(mm) D

(mm) D

(mm) D

(mm) D

(mm)

1:1

11,24

11,40

11,27

10,25

10,74

1

1:2

10,55

11,34

10,77

9,57

10,00

2

1:3

10,35

11,36

10,70

9,04

10,01

3

1:4

10,03

10,63

10,39

8,67

9,61

4

100%

12,17

12,83

12,72

10,89

11,53

5

Keo Ag 100%

11,49

11,53

11,17

10,40

10,93

6

đã giặt 5 lần

Chứng âm

0

0

0

0

0

7

Kháng sinh

13,07

18,47

19,17

19,22

12,69

8

Kết quả thử hoạt tính sinh học của hai mẫu vải đã tẩm dung dịch keo bạc

nano cho thấy chúng đều thể hiện hoạt tính sinh học với các chủng khuẩn và nấm

đem thử.

Nhìn chung mẫu vải 1 có đường kính vòng vô khuẩn trên các dòng khuẩn và

nấm đem thử lớn hơn so với mẫu vải 2, cho thấy mẫu vải 1 có hoạt tính sinh học tốt

hơn mẫu vải 2. Điều này có thể được giải thích do khả năng bám dính của bạc nano

trên mẫu vải 1 tốt hơn mẫu vải 2 (Bảng 3.4).

53

Đường kính vòng vô khuẩn trên các dòng khuẩn và nấm đem thử của hai

mẫu vải cũng giảm dần khi tăng tỷ lệ pha loãng dung dịch keo bạc nano do hàm

lượng bám dính của các hạt keo bạc nano trên các mẫu vải là ít đi.

Kết quả thử nghiệm cũng cho ta thấy sau khi ngâm tẩm vải trong dung dịch

keo bạc nanno rồi giặt lại 5 lần thì khả năng kháng khuẩn của vải vẫn rất tốt, điều

này cho ta thấy khả năng ứng dụng thực tế của vải tẩm dung dịch keo bạc nano

trong thực tế.

54

KẾT LUẬN

1. Đã chế tạo thành công dung dịch bạc nano từ tiền chất bạc nitrat, chất bảo vệ

polyvinylpyrolidone (PVP) trong môi trường ethyleneglycol với sự hỗ trợ của nhiệt

vi sóng.

2. Phương pháp điều chế keo bạc nano với tỉ lệ AgNO3:PVP là 1:5 ở công suất lò vi

sóng 100W trong thời gian 3 phút tạo được dung dịch keo bạc nano có chất lượng

tốt nhất. Các nghiên cứu về phổ UV-Vis cho thấy các mẫu chỉ cho một đỉnh hấp

thụ có bước sóng từ 402-420nm đặc trưng với dung dịch keo bạc nano. Kết quả

TEM cho thấy kích thước trung bình của hạt bạc nano dao động trong khoảng

từ 9-23nm.

3. Dung dịch keo bạc nano có khả năng bám dính tốt trên bề mặt một số loại vải dùng để may lễ phục và quân phục trong quân đội với hàm lượng khoảng 2,2.10- 3mg/cm2 4. Vải tẩm dung dịch keo bạc nano với hàm lượng 2,2.10-3g/cm2 có khả năng kháng

được 4 chủng vi khuẩn và 1 chủng nấm do Bộ Y tế quy định. Mức độ kháng khuẩn

tuy chưa bằng kháng sinh Streptomycin : 20 IU/ml hay Benzathin penicillin: 20

IU/ml nhưng cơ bản có hiệu quả là khá tốt.

Kết quả này cho phép mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng dung dịch keo bạc

nano vào thực tế.

55

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Lê Huy Chính (2003), Vi sinh y học, Nhà xuất bản Y học

2. Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2004), Công nghệ nano điều khiển đến từng

nguyên tử, phân tử, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật.

3. Vũ Đăng Độ (2003), Hóa học nano và định hướng nghiên cứu ở khoa Hóa

trường Đại học Khoa học tự nhiên, Nhà xuất bản ĐHQGHN

4. Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp Vật lý trong Hóa học, Nhà xuất bản Đại

học Quốc Gia Hà Nội

5. Nguyễn Hoàng Hải (2007), Hạt nano kim loại, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

Hà Nội

6. Lê Thị Thu Hiền, Nông Văn Hải, Lê Trần Bình (2004), “Tổng quan về công

nghệ sinh học nano”, Tạp chí công nghệ sinh học 2(2), Tr. 133-148.

7. Nguyễn Thị Như Miên (2006), Tổng hợp bạc kim loại kích cỡ nano bằng phương

pháp khử hóa học với chất khử Natri Bohidrua-NaBH4, Khóa luận tôt nghiệp,

Đại học KHTN-ĐHQGHN

8. Trần Văn Nhân (2004), Giáo trình hóa học chất keo, Nhà xuất bản Đại học Quốc

Gia Hà Nội.

9. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano công nghệ nền và vật liệu nguồn, Nhà

xuất bản Hà Nội.

10. Nguyễn Thị Phương Phong (2009), Giáo trình hóa học nano, Đại học Lạc

Hồng.

11. Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học,

Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội.

56

Tiếng Anh

12. Baker C. , Pradhan A. , Pakstis L. , Pochan D.J. , and Shah S.I. (2005),

”Synthesis and antibacterial properties of silver nanoparticles”, Journal of

Nanoscience and Nanotechnology, Vol 5, pp. 244-249.

13. Boris V. L'vov (2000), “Kinetics and mechanism of thermal decomposition of

nickel, manganese, silver, mercury and lead oxalates”, Thermochimica

Acta, Vol. 364, pp. 99-109.

14. Det Teknisk- Naturvidenskabelige Fakultet (2006), Projet N344 Silver

Nanoparticles, Institute for Physics and Nanotechnology - Aalborg University.

15. Hari Singh Nalwa (2005),” Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology”,

Journal of Nanoscience and Nanotechnology, USA, vol 11 pp.120-134.

16. Hongshui Wang, Xueliang Qiao, Jiang Chen, Shiyuan Ding (2005), Colloids

and Surfaces. Physicochem. Eng. Aspects 256 pp. 111-115.

17. Libor Kvítek, Robert Prucek (2005) “Review the preparation and application of

silver nanoparticles,” Journal of Materials Science, pp. 25-28.

18. Marcato P. D. ,Souza G. I. H. et al. (2006), Antibacterial activity of silver

nanoparticles synthesized by Fusarium oxysporum, 2nd Mercosur Congress on Chemaical Engineering.

19. Monica Popa, Trinitat Pradell, Daniel Crespo, Jos´e M. Calder´on-Moreno

(2007), Stable silver colloidal dispersions using short chain

polyethyleneglycol”, Colloids and Surfaces A, Physicochem. Eng. Aspects

303, pp. 184–190

20. Navaladian S.,Viswanathan B., Varadarajan T. K. and Viswanath R. P.

(2008), “Microwave-assisted rapid synthesis of anisotropic Ag nanoparticles

by solid state transformation”, Nanotechnology, 19, pp 18-29.

21. Navaladian S. ,Viswanathan B.,Varadarajan T. K. and Viswanath R. P.

57

(2007),” Thermal decomposition as route for silver nanoparticles”, Nanoscale

Research Letters, Vol. 2, No. 1, pp. 44-48.

22. Shrivastava. S, et al (2007), “Characterization of enhanced antibacterial effects

of novel silver nanoparticles”, nanotechnology, 18, pp 1-9.

23. Siddhartha Shrivastava, Tanmay Bera, Arnab Roy, Gajendra Singh,

Ramachandrarao P. and Debabrata Dash (2007), “Characterization of

enhanced antibacterial effects of novel silver nanoparticles”, Nanotechnology,

18, pp 124-133.

24. Singh. M,et al (2008), “Nanotechnology in medicine and antibacterial efect of

silver nanoparticles”, Digest journal of Nanomaterials and Biostructures,

carbohydrate Polymers.

25. Sondi I. and Salopek-Sondi B. (2004), “Silver nanoparticles as antimicrobial

agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria”, Journal

of Colloid and Interface Science ,Vol. 275, pp. 177-182.

26. Sukdeb Pal, Yu Kyung Tak, and Joon Myong Song (2007), “Does the

antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of

the nanoparticle? A study of the gram-negative bacterium escherichia

coli”, Applied And Environmental Microbiology, Vol. 73, pp. 1712-1720.

27. Sally D. Solomon, Mozghan Bahadory,Aravindan V. Jeyarajasingam, Susan A.

Rutkowsky, and Charles Boritz (2007), “Synthesis and Study of Silver

anoparticles”, Journal of Chemical Education, 84 (2), pp. 322-325.

28. Taneja. B, Ayyub. B, Chandra. R (2002), “Size dependence of the optical

spectrum in nanocrytalline silver”, Physical Review B, Vol. 65, pp. 1-6.

29. Tiwari. DK, Behary. J, Sen. P (2008), “Time and dose-dependent antimicrobial

potential Ag nanoparticles synthesized by top-dow approach”, Current

Science, 95(5), pp. 647-655.

30. Weast, R.C, J.A. Spadaro, R.O.Becker, et al (1988-1989), Handbook of

Chemistry and Physics, 69th edu CRC press, Inc, Boca Raton, FL, pp.127-128.

58

31. William Dunn (2004), “Application of nanoparticles in biology and medicine”,

Journal of Nanobiotechnology, 16, pp. 38-42.

32. Yiwei Tan, Yongfang Li and Daoben Zhu (2003), Journal of Colloid and

Interface Science 258 pp. 244-251.

33. Yingjie Zhu, Yitai Zhang, Zuyao Chen (1993), Material Letters 17, pp. 314-

318.

34. Yu. H, et al (2007), “Preparation and antibacterial effects of PVA_PVP

hydrogels containing silver nanoparticles”, J.Appl. Polym. Sci, 103, pp.125-

133.

Internet

1. www.wikipedia.com.

2. www.nanocomposite.net

3. www.nanoine.com/nano/e_nano01.php

4. www.nano-silver.com/index.html

5. ww.jrnanotech.com/index.html

59