Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano Ag /CuO

Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 93(05): 65 - 69<br /> <br /> NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH<br /> KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO Ag/CuO<br /> Nguyễn Thị Ngọc Linh*, Trịnh Ngọc Hoàng, Nguyễn Thị Hồng Hoa<br /> Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Trong công trình này, nano Ag/CuO được tổng hợp từ bạc nitrat, đồng nitrat, và natricacbonat theo<br /> phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm với các tỉ lệ khối lượng khác nhau của sản phẩm<br /> Ag:CuO là (0:100), (2:100), (6:100) và (10:100). Đánh giá đặc tính cấu trúc tinh thể của sản phẩm<br /> bằng phương pháp XRD và SEM đồng thời khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của chúng với chủng<br /> Escherichia coli bằng phương pháp khối thạch. Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu tổng hợp<br /> được có dạng hạt, hình cầu, với phương pháp đồng kết tủa cho chất lượng tinh thể tốt hơn phương<br /> pháp tẩm và tốt nhất là vật liệu (6:100). Các sản phẩm thu được đều có khả năng kháng khuẩn tuy<br /> nhiên vật liệu (6:100) theo phương pháp đồng kết tủa có khả năng kháng khuẩn tốt nhất.<br /> Từ khóa: Công nghệ nano, vật liệu, nano Ag/CuO, hoạt tính kháng khuẩn.<br /> <br /> MỞ ĐẦU*<br /> Bạc và các sản phẩm từ bạc đã được sử dụng<br /> trong đời sống và y học từ xa xưa. Hiện nay,<br /> công nghệ nano phát triển đã mở ra những<br /> triển vọng ứng dụng mới cho các sản phẩm từ<br /> bạc [3]. Hạt nano bạc có những tính chất vô<br /> cùng độc đáo mà bạc khối và bạc ion không<br /> có được như: độ bền cơ học cao, hoạt tính xúc<br /> tác cao, tính siêu thuận từ, tính diệt<br /> khuẩn…[1].<br /> <br /> AgNO3 + Cu(NO3)2 + H2O (Ký hiệu S1)<br /> Na2CO3 + H2O<br /> (Ký hiệu S2)<br /> Ag2CO3↓, Cu2(OH)2CO3↓<br /> Sấy ở 700C, 10 giờ<br /> <br /> Điều chế bạc kim loại có kích thước nano có<br /> thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác<br /> nhau [4]. Trong nghiên cứu này chúng tôi đề<br /> cập đến phương pháp tổng hợp vật liệu nano<br /> bạc gắn trên các hạt CuO theo phương pháp<br /> đồng kết tủa và phương pháp tẩm, đồng thời<br /> khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu.<br /> THỰC NGHIỆM<br /> Tổng hợp vật liệu nano Ag/CuO<br /> Vật liệu nano Ag/CuO được tổng hợp theo<br /> phương pháp đồng kết tủa và phương pháp<br /> tẩm từ các chất ban đầu là bạc nitrat AgNO3,<br /> đồng nitrat Cu(NO3)2 natricacbonat Na2CO3<br /> (đều của Đức). Quy trình tổng hợp sản phẩm<br /> được trình bày theo các sơ đồ (hình 1 và 2)<br /> như sau:<br /> *<br /> <br /> Tel: 0984 792522<br /> <br /> Nung ở 5000C, 4 giờ<br /> <br /> Ag/CuO<br /> Hình 1. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano Ag/CuO<br /> theo phương pháp đồng kết tủa<br /> <br /> Lượng AgNO3 và Cu(NO3)2 được sử dụng để<br /> đạt các tỉ lệ về khối lượng khác nhau của sản<br /> phẩm Ag:CuO là (0:100), (2:100), (6:100) và<br /> (10:100). Lượng Na2CO3 được lấy dư nhằm<br /> đảm bảo quá trình phản ứng xảy ra hoàn toàn.<br /> Trong quá trình điều chế với phương pháp<br /> đồng kết tủa, dung dịch S2 được bổ sung từ từ<br /> (10ml/5phút) vào dung dịch S1. Sau đó khuấy<br /> trộn hỗn hợp thu được bằng máy khuấy từ<br /> trong 1 giờ để phản ứng xảy ra hoàn toàn.<br /> Thu kết tủa, rửa sạch, sấy ở 700C trong 10 giờ<br /> và nung ở 5000C trong 4 giờ. Với phương<br /> pháp tẩm, dung dịch S4 được bổ sung từ từ<br /> 65<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> (10ml/5phút) vào dung dịch S3. Sau đó khuấy<br /> trộn hỗn hợp thu được bằng máy khuấy từ<br /> trong 1 giờ. Thu kết tủa, rửa sạch rồi trộn với<br /> dung dịch S5 (lượng nước trong dung dịch S5<br /> chỉ dùng vừa đủ tan tinh thể AgNO3. Sấy sản<br /> phẩm ở 700C trong 10 giờ và nung ở 5000C<br /> trong 4 giờ.<br /> Cu(NO3)2 + H2O (Ký hiệu S3)<br /> Na2CO3 + H2O<br /> (Ký hiệu S4)<br /> Cu2(OH)2CO3↓<br /> AgNO3 + H2O<br /> (Ký hiệu S5)<br /> AgNO3/Cu2(OH)2CO3<br /> Sấy ở 700C, 10 giờ<br /> Nung ở 5000C, 4 giờ<br /> Ag/CuO<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano Ag/CuO<br /> theo phương pháp tẩm<br /> <br /> Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật<br /> liệu nano Ag/CuO<br /> Các mẫu Ag/CuO được thử hoạt tính kháng<br /> khuẩn với chủng vi khuẩn Escherichia coli bằng<br /> phương pháp khối thạch cải tiến [5], [6], [7].<br /> Cân 0,15g vật liệu pha loãng trong cốc thủy<br /> tinh 100ml chứa thạch nóng chảy (nồng độ<br /> 2%) để tạo khối thạch. Đợi thạch đông dùng<br /> khoan nút chai khoan các khối thạch có<br /> đường kính 0,5 cm.<br /> Cấy gạt vi khuẩn Escherichia coli lên các đĩa<br /> petri chứa môi trường MPA để nuôi vi khuẩn.<br /> Chuyển các khối thạch cần thử hoạt tính đặt<br /> lên trên các đĩa petri đã cấy vi khuẩn kiểm<br /> định trên. Để các đĩa petri vào trong tủ lạnh từ<br /> 2 – 4h, sau đó để vào tủ ấm 28 – 30oC cho<br /> đến khi vi khuẩn mọc. Sau 24 - 48h đọc kết<br /> quả. Thí nghiệm được lặp lại 5 lần để lấy kết<br /> quả trung bình qua các lần thử.<br /> Hoạt tính kháng khuẩn được xác định theo<br /> công thức D - d (mm), trong đó D là kích thước<br /> vòng vô khuẩn và d là đường kính khối thạch.<br /> <br /> 93(05): 65 - 69<br /> <br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Đặc trưng vật liệu nano Ag/CuO<br /> Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu<br /> được ghi trên máy D8 Advanced Brucker<br /> (Đức). Kết quả (hình 3 và 4) cho thấy mẫu<br /> (0:100) chỉ xuất hiện các pic của CuO ở 2θ =<br /> 32,550, 38,70, 390, 48,90; các mẫu (2:100),<br /> (6:100), (10:100) ngoài các pic của CuO còn<br /> xuất hiện các pic đặc trưng của Ag ở 2θ =<br /> 38,20, 44,30, 64,450. Qua kết quả tính toán<br /> (bảng 1) chúng tôi thấy rằng với cùng hàm<br /> lượng Ag trong các mẫu thì phương pháp<br /> đồng kết tủa cho kích thước hạt Ag là nhỏ<br /> hơn trong đó mẫu (6:100) cho kích thước hạt<br /> là nhỏ nhất (25,28 nm).<br /> Kết quả phân tích các mẫu Ag/CuO bằng<br /> phương pháp SEM (thiết bị FESEM S-4800)<br /> cho thấy cả hai quy trình tổng hợp đều cho<br /> vật liệu có cấu trúc dạng hạt, hình cầu. Sự<br /> phân bố các hạt Ag và CuO của các mẫu tổng<br /> hợp theo phương pháp đồng kết tủa đồng đều<br /> hơn các mẫu tổng hợp theo phương pháp tẩm.<br /> Đồng thời phương pháp đồng kết tủa cũng<br /> cho vật liệu có độ xốp cao hơn điển hình là<br /> mẫu (6:100) (hình 5c). Trong khi đó phương<br /> pháp tẩm thường thấy hiện tượng kết cụm<br /> thành khối, khi hàm lượng bạc trong vật liệu<br /> càng cao thì sự kết cụm càng lớn (hình 6).<br /> Qua các kết quả phân tích trên chúng tôi thấy<br /> rằng vật liệu Ag/CuO với tỉ lệ khối lượng<br /> tương ứng là 6:100 được tổng hợp theo<br /> phương pháp đồng kết tủa cho chất lượng tinh<br /> thể tốt hơn các mẫu còn lại.<br /> <br /> Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu Ag/CuO theo<br /> phương pháp đồng kết tủa với các tỉ lệ khối lượng<br /> Ag:CuO là (a) 0:100;<br /> (b) 2: 100; (c) 6:<br /> 100; (d) 10: 100<br /> <br /> 66<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 93(05): 65 - 69<br /> <br /> Bảng 1. Kích thước hạt Ag trong các mẫu<br /> <br /> Hình 4. Giản đồ XRD của mẫu Ag/CuO theo<br /> phương pháp tẩm với các tỉ lệ khối lượng Ag:CuO<br /> là (a) 0:100; (b) 2: 100; (c) 6: 100; (d) 10: 100<br /> <br /> Kích thước Ag (nm)<br /> <br /> Mẫu<br /> Ag:Cu<br /> O<br /> <br /> Phương pháp<br /> đồng kết tủa<br /> <br /> Phương pháp<br /> tẩm<br /> <br /> 2:100<br /> <br /> 28,1<br /> <br /> 29,72<br /> <br /> 6:100<br /> <br /> 25,28<br /> <br /> 28,7<br /> <br /> 10:100<br /> <br /> 26,74<br /> <br /> 29,3<br /> <br /> Hình 5. Ảnh SEM các mẫu Ag/CuO theo phương pháp đồng kết tủa<br /> (a) 0:100; (b) 2: 100; (c) 6: 100; (d) 10: 100<br /> <br /> Hình 6. Ảnh SEM các mẫu Ag/CuO theo phương pháp tẩm (a) 2: 100; (b) 6: 100; (c) 10: 100<br /> <br /> Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano Ag/CuO<br /> <br /> Hình 7. Hình ảnh khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Ag/CuO theo phương pháp đồng kết tủa (a)<br /> 0:100; (b) 2:100; (c) 6: 100; (d) 10:100 và phương pháp tẩm (e) 2:100; (g) 6: 100; (h) 10:100<br /> <br /> 67<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Bảng 2. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu<br /> nano Ag/CuO<br /> Phương<br /> pháp<br /> tổng hợp<br /> <br /> Hoạt tính kháng khuẩn<br /> của vật liệu Ag/CuO (mm)<br /> 0:10 2:100 6:100<br /> 10:100<br /> 0<br /> <br /> Đồng<br /> kết tủa<br /> <br /> 0<br /> <br /> 6,85<br /> <br /> 8,70<br /> <br /> 6,35<br /> <br /> Tẩm<br /> <br /> 0<br /> <br /> 6,55<br /> <br /> 7,00<br /> <br /> 6,05<br /> <br /> Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu<br /> nano Ag/CuO chúng tôi thấy rằng mẫu<br /> (0:100) chỉ có một vòng, đó là vòng ức chế sự<br /> phát triển của vi khuẩn. Điều đó chứng tỏ vật<br /> liệu CuO chỉ có khả năng ức chế vi khuẩn.<br /> Các mẫu còn lại chứa Ag đều có hai vòng:<br /> vòng trong là vòng kháng khuẩn, còn vòng<br /> ngoài là vòng ức chế (hình 7). Kết quả khảo<br /> sát cũng cho thấy, các mẫu vật liệu được tổng<br /> hợp theo phương pháp đồng kết tủa có kích<br /> thước vòng vô khuẩn lớn hơn các mẫu vật<br /> liệu được tổng hợp theo phương pháp tẩm,<br /> trong đó mẫu (6:100) cho kích thước vòng vô<br /> khuẩn lớn nhất (8,70 mm). Điều này có thể<br /> được giải thích là do các mẫu vật liệu tổng<br /> hợp theo phương pháp đồng kết tủa có độ xốp<br /> cao hơn, các hạt nhỏ đồng đều (đặc biệt mẫu<br /> 6:100) nên có khả năng khuếch tán ra môi<br /> trường tốt hơn. Còn những mẫu tổng hợp theo<br /> phương tẩm thường thấy xuất hiện sự kết cụm<br /> thành khối nên giảm khả năng khuếch tán ra<br /> môi trường, dẫn đến vòng vô khuẩn nhỏ. Kết<br /> quả này cũng chứng tỏ rằng vật liệu tổng hợp<br /> theo phương pháp đồng kết tủa cho chất<br /> lượng tinh thể tốt hơn theo phương pháp tẩm.<br /> KẾT LUẬN<br /> 1. Vật liệu nano Ag/CuO với các tỉ lệ khối<br /> lượng Ag:CuO khác nhau được điều chế từ<br /> bạc nitrat, đồng nitrat, và natricacbonat theo<br /> phương pháp đồng kết tủa và phương pháp<br /> <br /> 93(05): 65 - 69<br /> <br /> tẩm. Kết quả phân tích đặc tính vật liệu cho<br /> thấy vật liệu tổng hợp theo phương pháp đồng<br /> kết tủa cho độ xốp cao hơn, sự phân bố các<br /> hạt Ag và CuO đồng đều, kích thước hạt Ag<br /> nhỏ hơn phương pháp tẩm. Trong đó mẫu cho<br /> chất lượng tinh thể tốt nhất ở tỉ lệ khối lượng<br /> Ag:CuO là 6:100.<br /> 2. Các vật liệu tổng hợp được đều có hoạt tính<br /> kháng khuẩn cao, vật liệu tổng hợp theo<br /> phương pháp đồng kết tủa cho kích thước<br /> vòng vô khuẩn lớn hơn vật liệu được tổng<br /> hợp theo phương pháp tẩm, trong đó mẫu<br /> (6:100) cho kích thước vòng vô khuẩn lớn<br /> nhất. Điều này cũng cho thấy khả năng ứng<br /> dụng thực tế của vật liệu nano Ag/CuO là<br /> rất cao.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Đỗ Thị Trâm Anh (2006), Tổng hợp và khảo<br /> sát các hoạt tính SERS và kháng khuẩn của bạc<br /> nano trên chất mang silica, luận văn thạc sĩ, Đại<br /> học sư phạm Hà Nội.<br /> [2]. Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý<br /> trong hóa học, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội.<br /> [3]. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano,<br /> Nxb Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.<br /> [4]. Long – Shuo Wang, Jian – Cheng Deng,<br /> Yang, Ting Chen (2008), Preparation and<br /> catalytic properties of Ag/CuO – composites via a<br /> new method, Meterials Chemistry and Physics<br /> 108, 165-169.<br /> [5]. Nguyễn Thanh Hà (1991), Phương pháp kỹ<br /> thuật khoanh giấy kháng sinh khuếch tán. Kỹ thuật<br /> xét nghiệm vi sinh vật Y học, Nxb Y học, Hà Nội.<br /> [6]. Nguyễn Xuân Thành, (2007), Thực tập vi sinh<br /> vật chuyên ngành, ĐH Nông nghiệp I Hà Nội.<br /> [7]. Trần Thanh Thủy, (1998), Hướng dẫn thực<br /> hành vi sinh vật học, Nxb Giáo dục, Hà Nội.<br /> <br /> 68<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 93(05): 65 - 69<br /> <br /> SUMMARY<br /> STUDY ON SYNTHESIS AND ANTIBIOTIC ACTIVITY INVESTIGATION<br /> OF Ag/CuO NANOMATERIALS<br /> Nguyen Thi Ngoc Linh*, Trinh Ngoc Hoang, Nguyen Thi Hong Hoa<br /> College of Sciences – TNU<br /> <br /> In this research, Ag/CuO were synthesized from silver nitrate, copper nitrate and sodium carbonate<br /> by copper precipitate method and soak method. Proportions of silver/copper mono-oxide by<br /> quantity are (0:100), (2:100), (6:100) and (10:100). We appraised product crystal structure by<br /> XRD and SEM methods, at the same time we surveyed material antibiotic activity with<br /> Escherichia coli strain by agar streak method. The result showed that, materials are seed, ball<br /> shape. Copper precipitate method is better than soak method. Copper precipitate method have<br /> good crystal structure, best at proportion of 6:100. All product had antibiotic activity, but material<br /> was created with 6:100 proportion showed best antibiotic activity against Escherichia coli.<br /> Key words: nano technology, material, Ag/CuO nano, antibiotic activity.<br /> <br /> Ngày nhận bài: 11/4/2012, ngày phản biện: 23/5/2012, ngày duyệt đăng:<br /> *<br /> <br /> Tel: 0984 792522<br /> <br /> 69<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />