Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt, may: Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm" là nhằm tổng hợp được AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn, lá Huyết dụ; Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng AgNPs tổng hợp được; Nâng cao độ bền kháng khuẩn của vải viscose có chứa AgNPs bằng fibroin tơ tằm (Fib).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt, may: Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Thị Lan Hương NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÁNG KHUẨN CHO VẢI VISCOSE BẰNG NANO BẠC TỔNG HỢP XANH VÀ FIBROIN TƠ TẰM Ngành: Công nghệ dệt, may Mã số: 9540204 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội - 2022
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Ngọc Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
A. THÔNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, vật liệu dệt kháng khuẩn đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và các doanh nghiệp dệt may. Nhiều chất kháng khuẩn mới, xơ chức năng mới và công nghệ nano đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng cho vật liệu dệt để tạo ra các sản phẩm ưu việt hơn. Sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay không chỉ góp phần tạo ra những sản phẩm đáp ứng hiệu quả kháng khuẩn tốt mà còn đòi hỏi phải đáp ứng tính sinh thái, an toàn đối với con người và môi trường. Do đó, hướng nghiên cứu và phát triển các vật liệu dệt kháng khuẩn theo xu thế bền vững, sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tái sinh, thân thiện với môi trường ngày càng được chú trọng. Vật liệu dệt được xử lý kháng khuẩn thường là các loại vật liệu có nhiều tính chất quý, phạm vi sử dụng rộng rãi nhưng lại dễ bị tổn hại bởi vi khuẩn, nấm mốc. Vải viscose là một trong số các vải từ cellulose tái sinh có nhiều ưu điểm như khả năng hút ẩm tốt, mềm mại, thông thoáng nhưng dễ bị vi khuẩn tấn công do có cấu trúc xốp, có khả năng giữ nước, oxi tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn sinh sôi phát triển. Sự sinh trưởng của vi khuẩn trên vải không những gây khó chịu cho người mặc như gây mùi, kích ứng da mà còn ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu như bị thay đổi màu sắc, tính chất cơ học của vải và đặc biệt có thể là nguyên nhân dẫn đến lây truyền bệnh tật. Vì vậy, xử lý kháng khuẩn cho vải viscose là cần thiết để nâng cao giá trị và mở rộng phạm vi sử dụng cho vật liệu này. Để xử lý kháng khuẩn cho vải viscose có thể sử dụng các hợp chất kháng khuẩn như chitosan, triclosan, các hợp chất từ thực vật, các hợp chất polymer chứa amoni bậc 4, nano kim loại, oxit kim loại… Trong số đó, AgNPs được biết đến với khả năng diệt được nhiều chủng vi khuẩn và nấm mốc khác nhau. Do có tính chất ưu việt như vậy nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng AgNPs để xử lý kháng khuẩn cho vật liệu dệt nói chung và cho viscose nói riêng. Các nghiên cứu thường được thực hiện theo hai hướng: tổng hợp AgNPs trực tiếp trên vật liệu dệt hoặc tổng hợp AgNPs trước và xử lý cho vật liệu sau. Do khó kiểm soát lượng AgNPs đưa lên vải cũng như ảnh hưởng của các chất phản ứng đến tính chất của vải nên hướng tổng hợp trực tiếp ít được nghiên cứu hơn. 1
Việc tổng hợp AgNPs trước khi xử lý cho vật liệu dệt có thể thực hiện bằng phương pháp “top-down” (nổ điện, ăn mòn laze, nghiền cơ học...) hoặc phương pháp “bottom-up” (ngưng tụ nguyên tử, sol-gel...). Hầu hết các phương pháp này đều có ít nhiều hạn chế, hoặc phải sử dụng các trang thiết bị hiện đại, phức tạp, hoặc phải dùng các hóa chất đắt tiền, không thân thiện với môi trường. Gần đây, phương pháp tổng hợp AgNPs theo con đường hóa học xanh đang được tập trung nghiên cứu và ứng dụng. Theo phương pháp này, các hoạt chất có trong dịch chiết từ thực vật, tảo, vi khuẩn, nấm, men được sử dụng để làm tác nhân khử và chất ổn định các hạt nano bạc. Các hoạt chất có trong dịch chiết từ thực vật có thể đóng vai trò là chất khử và chất ổn định hạt nano bạc thường là polyphenol, alkaloid, axit béo, protein… Phương pháp tổng hợp này đang cho thấy nhiều ưu điểm là chi phí thấp, thân thiện với môi trường, không sử dụng nguồn năng lượng cao, không sử dụng các hóa chất độc hại và có thể tổng hợp quy mô lớn. Dựa trên các cơ sở khoa học về tổng hợp xanh, luận án sẽ tổng hợp AgNPs sử dụng chất khử có trong dịch chiết quả Bồ hòn và lá Huyết dụ. Cho đến nay chưa có công trình nào công bố sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ để tổng hợp AgNPs và cũng đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn để tổng hợp AgNPs nhưng còn một số hạn chế. Vải kháng khuẩn ngoài khả năng kháng khuẩn cao cần có độ bền kháng khuẩn tốt sau nhiều chu kỳ giặt. Do AgNPs rất dễ khuếch tán ra môi trường trong quá trình giặt nên vải xử lý bằng tác nhân kháng khuẩn này cần được xử lý hoàn tất để tăng liên kết của các hạt AgNPs với vật liệu dệt. Nhiều nghiên cứu đã thực hiện biến tính bề mặt vật liệu dệt bằng việc sử dụng các hợp chất có chứa nhóm amin, thiol, cacboxyl… thông qua phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp để tăng khả năng liên kết giữa AgNPs với vật liệu. Để đảm bảo yêu cầu sinh thái cho vải dệt sau xử lý, nghiên cứu gần đây sử dụng chitosan để nâng cao độ bền kháng khuẩn cho vải bông chứa AgNPs. Dựa trên cơ sở này, luận án sẽ sử dụng fibroin tơ tằm, một polymer tự nhiên chứa nhiều nhóm amin có ái lực cao với AgNPs, để xử lý tăng độ bền kháng khuẩn cho vải viscose chứa AgNPs. Để thực hiện, fibroin tơ tằm cần được hòa tan thành dung dịch để ngấm sâu vào xơ sợi và tái sinh về dạng ban đầu sau khi loại dung môi. Để tăng hiệu quả kinh tế và ý nghĩa của nghiên cứu, luận án sử dụng nguồn fibroin từ vỏ kén tằm đã cắt lấy nhộng. Một số làng nghề ở nước ta hiện nay không chỉ bán kén cho những người ươm tơ mà bán nhộng để làm thực phẩm, vị thuốc 2
còn phần vỏ kén bán cho thương lái với giá rất rẻ hoặc bỏ đi. Do đó, nghiên cứu này kết hợp AgNPs tổng hợp xanh với fibroin từ kén tằm thải để xử lý cho vải viscose nhằm tạo ra vải có khả năng kháng khuẩn tốt và độ bền kháng khuẩn cao hơn so với vải viscose chỉ xử lý bằng AgNPs. Thêm nữa, ở nước ta hiện nay, các hợp chất kháng khuẩn xử lý cho vật liệu dệt ở quy mô công nghiệp phần lớn được nhập từ nước ngoài. Trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về xử lý kháng khuẩn cho vải. Tuy nhiên, các hóa chất xử lý đa số phải nhập khẩu với giá thành cao và một số ít sử dụng các hợp chất được sản xuất trong nước. Do đó, nghiên cứu tạo ra tác nhân kháng khuẩn cho vật liệu dệt có phổ kháng khuẩn rộng, độ bền kháng khuẩn với giặt tốt và đảm bảo tính sinh thái là cần thiết. Từ những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm” đã được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề trên và đáp ứng nhu cầu cấp thiết của ngành dệt may Việt Nam. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Tổng hợp được AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn, lá Huyết dụ. - Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng AgNPs tổng hợp được. - Nâng cao độ bền kháng khuẩn của vải viscose có chứa AgNPs bằng fibroin tơ tằm (Fib). 3. Nội dung nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh. - Nghiên cứu hòa tan fibroin tơ tằm, tái sinh fibroin trên vải viscose. - Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh và đánh giá độ bền kháng khuẩn sau các chu kỳ giặt. - Nghiên cứu nâng cao độ bền kháng khuẩn của vải viscose có chứa AgNPs bằng fibroin tơ tằm. 4. Phương pháp nghiên cứu của luận án - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: khảo cứu các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm chế tạo AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh, hòa tan fibroin tơ tằm, xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng AgNPs và fibroin tơ tằm. - Phương pháp phân tích và đánh giá: Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như UV-Vis, FTIR, XRD, SEM, EDX, TEM, TGA, 3
Kjeldahl, AAS... để đánh giá mẫu nghiên cứu. Sử dụng các tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn Việt Nam để đánh giá khả năng kháng khuẩn, tính chất cơ lý của vải viscose trước và sau xử lý. 5. Ý nghĩa khoa học của luận án - Góp phần làm rõ quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết từ quả Bồ hòn và lá Huyết dụ thân thiện với môi trường. - Góp phần làm rõ khả năng sử dụng AgNPs tổng hợp xanh để xử lý kháng khuẩn cho vải viscose. - Giải thích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ bền kháng khuẩn của vải viscose xử lý bằng AgNPs và fibroin tơ tằm thông qua các kết quả phân tích theo các tiêu chuẩn. - Chứng minh hiệu quả của việc sử dụng fibroin tơ tằm để nâng cao độ bền kháng khuẩn cho vải viscose xử lý bằng AgNPs. 6. Giá trị thực tiễn của luận án - Đã tổng hợp được AgNPs bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn và lá Huyết dụ làm chất khử. - Đã xây dựng được quy trình hòa tan và tái sinh fibroin tơ tằm từ kén tằm Bombyx mori. Quy trình này sử dụng hệ thống lọc dòng ngang để loại bỏ muối dư giúp quá trình tái sinh fibroin hiệu quả hơn. - Đã xử lý kháng khuẩn cho vải viscose sử dụng AgNPs và fibroin tơ tằm đảm bảo độ bền kháng khuẩn sau 30 chu kỳ giặt. Kết quả của nghiên cứu này đã tạo ra vải viscose kháng khuẩn có thể ứng dụng cho các sản phẩm như khẩu trang kháng khuẩn, quần áo kháng khuẩn... 7. Những điểm mới của luận án - Đã xây dựng quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết của lá Huyết dụ làm chất khử ion bạc và chất ổn định nano bạc tạo thành. Quy trình này cho đến nay vẫn chưa được tác giả khác công bố. - Đã được xây dựng Quy trình xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá Huyết dụ kết hợp với fibroin. 8. Kết cấu của luận án Luận án gồm 3 chương chính: Chương 1. Tổng quan nghiên cứu Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận Kết luận 4
B. NỘI DUNG CHÍNH Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose Tổng quan về vải viscose và xử lý kháng khuẩn cho vải viscose: giới thiệu vải viscose, các tác nhân kháng khuẩn, cơ chế kháng khuẩn và phân tích rõ một số nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý kháng khuẩn cho vải vsscose. Qua đó cho thấy xử lý kháng khuẩn cho vật liệu viscose là cần thiết để nâng cao giá trị và mở rộng phạm vi ứng dụng cho loại vải này. 1.2. Tổng quan về nano bạc và phương pháp tổng hợp 1.2.1. Tổng quan về nano bạc Trình bày đặc điểm cấu tạo, tính chất, phương pháp tổng hợp nano và các phương pháp xác định đặc tính hạt nano bạc. 1.2.2. Tổng quan về tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết thực vật Phân tích một số công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh (các nguồn thực vật, thành phần các hợp chất có trong dịch chiết thực vật có khả năng khử, quy trình tổng hợp, ưu và nhược điểm của phương pháp tổng hợp này). Từ tổng quan cho thấy rằng ở nước ta có rất nhiều loại thực vật chứa các hợp chất có khả năng khử ion bạc để tạo thành nano bạc. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra loại thực vật mới để tổng hợp nano bạc là rất cần thiết, góp phần vào việc tạo ra các sản phẩm thân thiện môi trường, phát triển bền vững. 1.2.3. Xử lý kháng khuẩn cho vật liệu cellulose bằng nano bạc Ở mục này trình bày các công trình nghiên cứu sử dụng AgNPs để xử lý kháng khuẩn cho vật liệu từ celulose, cụ thể, phân tích về các phương pháp để đưa nano bạc lên vật liệu, các phương pháp tăng độ bền kháng khuẩn cho vật liệu cellulose nano bạc, ảnh hưởng của vật liệu dệt kháng khuẩn bằng nano bạc đến sức khỏe và môi trường. Các nghiên cứu cho thấy: phương pháp xử lý, điều kiện công nghệ xử lý khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng kháng khuẩn cũng như độ bền kháng khuẩn của vật liệu sau xử lý. Để nâng cao độ bền kháng khuẩn có nhiều biện pháp như biến tính bề mặt vật liệu trước khi đưa AgNPs lên bằng phương pháp vật lý, hóa học hoặc sử dụng một số hợp chất polymer nhằm tăng khả năng liên kết giữa bạc và vải. Các hợp chất được lựa chọn trong các trường hợp này thường là các hợp chất có 5
nhóm amin, đây là nhóm chức có ái lực lớn và có khả năng tạo liên kết đồng hóa trị với AgNPs như dopamine, PDDA, chitosan, dẫn xuất của chitosan… 1.3. Tổng quan về fibroin tơ tằm Trình bày đặc điểm cấu tạo, tính chất và ứng dụng của fibroin tơ tằm. Phân tích các công trình nghiên cứu trên thế giới về hoà tan và tái sinh fibroin tơ tằm, phương pháp xác định đặc tính của fibroin và ứng dụng của fibron tơ tằm trong các lĩnh vực. 1.4. Tổng quan về đánh giá hoạt tính kháng khuẩn Phần này trình bày các phương pháp và các tiêu chuẩn để đánh giá hạt tính kháng khuẩn của tác nhân kháng khuẩn và của vật liệu dệt kháng khuẩn. Phân tích các ưu, nhược điểm cũng như ứng dụng của các phương pháp kiểm nghiệm này. Dựa trên cơ sở đó để lựa chọn phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn phù hợp với đối tượng nghiên cứu. Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu: Vải viscose dệt thoi, quả Bồ hòn, lá Huyết dụ, kén tằm Bombyx mori. Hóa chất: Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm: Bạc nitrat, canxi clorua, liti bromua, natri cacbonat... Dụng cụ và thiết bị: Sử dụng các dụng cụ và thiết bị dùng để tổng hợp nano bạc, hòa tan fibroin tơ tằm, xử lý hoàn tất vải viscose và các thiết bị phân tích, đánh giá tính chất vật liệu. 2.2. Nội dung nghiên cứu 2.2.1. Tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh a. Sử dụng nguồn nguyên liệu quả Bồ hòn Việt Nam Điều kiện chiết tách dung dịch từ quả Bồ hòn: 100°C, 30 phút, R = 1:5 (g quả khô/ml nước cất), chiết 2 lần. Các phương án tổng hợp nano bạc: [AgNPs] = 10, 20, 30, 40, 50 mM, dịch chiết quả Bồ hòn nồng độ 0,5 g/l saponin. Thời gian phản ứng: 4, 8, 12, 16 và 24 giờ tại nhiệt độ 50℃. b. Sử dụng nguồn nguyên liệu lá Huyết dụ Việt Nam Điều kiện chiết tách dung dịch từ lá Huyết dụ: 100°C, 10 phút, R = 1:20 (g lá khô/ml nước cất). Hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết xác định bằng phương pháp pH vi sai (TCVN 11028:2015). 6
Hình 2.4: Quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn. Các phương án tổng hợp nano bạc: [AgNPs] = 6, 10, 14, 18 mM, dịch chiết lá Huyết dụ nồng độ 10 mg/l anthocyanin. Thời gian phản ứng: 2, 4, 6, 8 giờ tại nhiệt độ 50℃. Hình 2.6: Quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ. 2.2.2. Hòa tan và tái sinh fibroin tơ tằm a. Hòa tan fibroin tơ tằm Khảo sát các phương án tái sinh fibroin trong hệ dung môi CaCl2, LiBr. b. Tái sinh fibroin tơ tằm * Phương án 1: Sử dụng các dung môi, dung dịch để tái sinh fibroin trực tiếp (CaCl2, Al2(SO4)3, CH3OH, C2H5OH, (CH3)2CO). * Phương án 2: Sử dụng hệ thống lọc dòng ngang để loại bỏ muối dư, sau đó tái sinh fibroin trên vải viscose. Sử dụng phương pháp ngấm ép - sấy - gia nhiệt. Điều kiện xử lý: [Fib]: 1,0%, 2,5% và 5,0%, nhiệt độ sấy 110 ± 3℃, 120 giây. c. Nhuộm màu Để đánh giá khả năng tái sinh của fibroin trên vải viscose sử dụng thuốc nhuộm axit C.I. Acid Blue 203 và đánh giá khả năng nhuộm màu của vải sau xử lý bằng thuốc nhuộm hoạt tính C.I. Reactive Yellow 176. 2.2.3. Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng dung dịch AgNPs và fibroin tơ tằm a. Vải viscose được xử lý bằng dung dịch AgNPs 7
Quy trình xử lý được mô tả trên Hình 2.10. Hình 2.10: Sơ đồ quy trình ngấm ép vải viscose bằng dung dịch nano bạc. b. Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng dung dịch AgNPs và Fib - PA1: Vải Vis được ngấm ép AgNPs trước, fibroin sau (VisAgFib). - PA2: Vải viscose được ngấm ép Fib trước, AgNPs sau (VisFibAg). - PA3: Vải viscose được ngấm ép hỗn hợp dung dịch fibroin trộn AgNPs (VisFib@Ag). Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh 3.1.1. Sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn làm chất khử 3.1.1.1. Kết quả chiết tách và tổng hợp nano bạc Hàm lượng saponin trong dịch chiết quả Bồ hòn thu được 54,3  3,3 g/l, pha loãng dịch chiết đến nồng độ saponin đạt 0,5 g/l dùng để tổng hợp nano bạc. Dựa trên kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bạc nitrat (Hình 3.1) và thời gian phản ứng (Hình 3.2), đã xác định được điều kiện tổng hợp AgSa tối ưu: 50℃, 12 giờ, [AgNO3] = 30 mM và dịch chiết quả Bồ hòn có nồng độ saponin 0,5 g/l. Tại điều kiện này, nano bạc thu được có có 1 peak hấp thụ cực đại tại bước sóng 428 nm. Điều kiện này được sử dụng để tổng hợp nano bạc cho các phân tích đánh giá tiếp theo. Hình 3.1: Màu sắc và phổ UV-Vis của dung Hình 3.2: Màu sắc và phổ UV-Vis dịch Sa và AgSa khi thay đổi nồng độ AgNO3 của AgSa khi thay đổi thời gian phản ứng. tổng hợp. Ảnh HR-TEM của AgSa và biểu đồ phân bố kích thước hạt (Hình 3.3) cho thấy AgSa có dạng hình cầu, kích thước từ 10 - 25 nm và kích thước trung bình của hạt là 17,3 nm. Kết quả này phù hợp với nhận 8
định trong phân tích UV-Vis và các tài liệu đã được công bố về tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh. Hình 3.4a là giản đồ XRD của AgSa cho thấy AgSa có cấu trúc lập phương tâm mặt như các nghiên cứu đã công bố. Hình 3.3: Ảnh TEM của AgSa và biểu đồ phân bố kích thước hạt. Hình 3.4: Giản đồ XRD của AgSa (JCPDS No. 04- Hình 3.5: Kết quả phân 0783) (a), tích nhiệt TGA/DTA phổ FTIR của Sa và AgSa (b). của AgSa. Phổ FTIR của Sa và AgSa (Hình 3.4b) đã chứng minh các hợp chất có trong dịch chiết quả Bồ hòn đã đóng vai trò là chất khử và chất ổn định trong quá trình tổng hợp nano bạc. Từ kết quả phân tích nhiệt TGA/DTA của AgSa trên Hình 3.5 tính được hiệu suất quá trình tổng hợp AgSa là 37,31 (%). AgSa có hoạt tính kháng khuẩn tốt với chủng gram âm P. aeruginosa và gram dương S. aureus. Cơ chế diệt khuẩn là sự bám dính của AgNPs vào thành tế bào vi khuẩn, xâm nhập vào bên trong tế bào, giải phóng ion bạc gây độc cho tế bào dẫn đến cái chết của vi khuẩn. Hình 3.6: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgSa. 9
3.1.2. Sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ làm chất khử 3.1.2.1. Kết quả chiết tách và tổng hợp nano bạc Hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai là 109,72 ± 0,63 mg/l, pha loãng dịch đến nồng độ anthocyanin đạt 10 mg/l để tổng hợp AgNPs. Từ kết quả phân tích UV-Vis (Hình 3.8, 3.9) xác định được điều kiện tổng hợp AgCol tối ưu: 50℃, 6 giờ, [AgNO3] = 14 mM và dịch chiết lá Huyết dụ có nồng độ anthocyanin 10 mg/l. Hình 3.8: Màu sắc và phổ UV-Vis của Hình 3.9: Màu sắc và phổ UV-Vis của dung dịch Col và AgCol khi thay đổi dung dịch AgCol với thời gian phản nồng độ AgNO3 phản ứng. ứng khác nhau. Ảnh TEM trên Hình 3.10 cho thấy các hạt nano bạc có dạng hình cầu, kích thước hạt trung bình 28,5 nm. Hình 3.10: Ảnh TEM của AgCol ở các độ phóng đại khác nhau. Kết quả này phù hợp với nhận định trong phân tích UV-Vis và một số nghiên cứu đã công bố AgNPs tổng hợp xanh. Hình 3.11a là giản đồ XRD của AgCol cho thấy AgCol có cấu trúc lập phương tâm mặt. Ngoài ra, trên giản đồ XRD của của AgCol còn thấy xuất hiện các peak của tinh thể nano AgCl. Kết quả phân tích phổ FTIR trên hình 3.11b có thể chứng minh các hợp chất có trong dịch chiết lá Huyết dụ đã đóng vai trò là chất khử và chất ổn định trong quá trình tổng hợp nano bạc. Giản đồ TGA trên Hình 3.12 cho thấy có sự thay đổi khối lượng tại 600℃ tương ứng với giá trị TGA là 81,89%, hiệu suất phản ứng là 81,24%. 10
Hình 3.11: Giản đồ XRD của AgCol (a) và phổ Hình 3.12: Kết quả phân tích FTIR của Col, AgCol (b). nhiệt TGA/DTA của AgCol. Cơ chế tổng hợp được trình bày trên hình 3.14. Hình 3.13: Cơ chế tổng hợp AgNPs từ bạc nitrat sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ làm chất khử. AgCol có khả năng kháng khuẩn tốt đối với 3 chủng vi khuẩn gram âm (E. coli, P. aeruginosa, S. enterica) và 3 chủng gram dương (S. aureus, B. cereus, E. faecalis). Hình 3.15: Hoạt tính kháng khuẩn của AgCol với các chủng vi khuẩn thử nghiệm (±SD, n = 3). 11
3.2. Hòa tan và tái sinh fibroin tơ tằm 3.2.1. Khả năng hòa tan của fibroin tơ tằm trong các hệ dung môi Luận án đã chọn hệ dung môi LiEtW với tỷ lệ hoà tan thích hợp là 2,8 g fibroin tơ tằm/10 ml LEtW, tỷ lệ này đã cao hơn nhiều lần so với các nghiên cứu đã công bố. 3.2.2. Khả năng tái sinh của fibroin tơ tằm 3.2.2.1. Tái sinh trong các hệ dung môi, dung dịch Kết quả tái sinh fibroin trong các dung môi, dung dịch cho thấy dung môi axeton và dung dịch Al2(SO4)3 kết tụ fibroin và loại LiBr dư rất tốt. Điều này có thể giải thích rằng axeton là dung môi có khả năng làm các mạch polypeptit bị co cụm và ion Al3+ có thể đã thay thế ion Li+ trong phức fibroin-Li+, làm keo tụ các polymer này. 3.2.2.2. Tái sinh trên vải viscose Kết quả phân tích SEM, FTIR, khả năng nhuộm màu với thuốc nhuộm axit, sự thay đổi tính chất của vải và kết quả phân tích hàm lượng nitơ có trên vải sau xử lý chứng tỏ rằng Fib đã tái sinh trên vải viscose và mặc dù liên kết tạo bởi các nhóm chức của fibroin và vải viscose là liên kết vật lý nhưng khá bền vững thể hiện qua hàm lượng fibroin có trên mẫu vải sau 30 chu kỳ giặt vẫn còn 45,37% so với mẫu vải chưa giặt. Cường độ (a.u) Số sóng (cm-1) Hình 3.23: Phổ FTIR của các mẫu Vis, VisFib, ReFib, DeSilk. Doc (a) (b) (a) Ngang (b) 500 Doc 300 30 50 Ngang Độ thoáng khí (l.m2/s) 250 25 400 Độ độ bền đứt (N) Độ giãn đứt ℇ (%) 40 Hệ số độ rủ (%) 200 20 Thoáng khí 300 30 Doc (%) Ru 150 15 200 20 100 10 100 10 50 5 0 0 0 0 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Hình 3.24: Độ thoáng khí và hệ số độ rủ của các mẫu vải VisFib. 12
Doc (a) Ngang (b) Doc 300 30 Ngang 250 25 Độ độ bền đứt (N) Độ giãn đứt ℇ (%) 200 20 Doc (%) 150 15 100 10 50 5 0 0 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Hình 3.25: Độ bền kéo đứt và độ giãn đứt của các mẫu vải VisFib. Doc Ngang (a) (b) 120 20 Độ Mao dan (mm (mm2/s) 100 Góc hồi nhàu () 15 mao dẫn /s) 80 2 60 10 40 5 20 0 0 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Vis VisFib1 VisFib2 VisFib3 Hình 3.26: Góc hồi nhàu và độ mao dẫn của các mẫu vải VisFib. Bảng 3.5: Hàm lượng fibroin của các mẫu vải VisFib Nồng độ % fibroina Tỷ lệ % nitơ theo TT Mẫu fibroin theo fibroin Kjeldahl (%) Kjeldahl giảm (%) 1 Vis - 0,019 - - 2 VisFib 2,5 0,244 1,406 - 3 VisFibW10 2,5 0,168 0,931 33,8 4 VisFibW30 2,5 0,121 0,638 54,6 a Hệ số chuyển đổi phần trăm nitơ sang fibroin là 6,25. Từ kết quả các phân tích thu được, luận án đề xuất cơ chế hoà tan và tái sinh fibroin tơ tằm trên vải viscose trong Hình 3.27. Hòa tan Tạo phức Tái sinh Hình 3.27: Cơ chế tạo phức, tái sinh fibroin tơ tằm trên vải viscose. 13
3.3. Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng dung dịch nano bạc và fibroin tơ tằm 3.3.1. Vải viscose được xử lý bằng dung dịch nano bạc Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của mức ép đến hoạt tính kháng khuẩn của các mẫu vải viscose được trình bày trên Hình 3.28 cho thấy mức ép 80% có đường kính kháng khuẩn lớn nhất (AATCC90-2011). Hình 3.28: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAg khi thay đổi mức ép. Hình 3.30: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAg khi thay đổi nồng độ AgNPs. Từ kết quả trên, luận án lựa chọn mẫu vải được xử lý với nồng độ AgNPs 80 g/ml, mức ép 80% để xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc. Kết quả đánh giá hiệu quả kháng khuẩn được trình bày trong Bảng 3.8. Bảng 3.8: Hiệu suất kháng khuẩn của vải VisAg trước và sau các chu kỳ giặt Mật độ vi Mât độ vi khuẩn Hiệu suất khuẩn ban sau thời gian tiếp kháng khuẩn Mẫu Chủng khuẩn đầu xúc (CFU/ml) (%) (CFU/ml) 0 giờ 1 giờ 0 giờ 1 giờ 5 5 3,50105 - - Vis 1,9810 2,1310 VisAgW0 1,64105 8,7104 0 46,95 99,99 E. coli 5 VisAgW10 1,4510 4,5104 0 68,97 99,99 (ATCC 8739) VisAgW20 1,35105 3,7104 2,4104 72,59 82,22 VisAgW30 2,08105 9,4104 4,1104 54,81 80,29 5 Vis S. aureus 2,9610 3,08105 4,80105 - - VisAgW0 (ATCC2592) 2,2910 5 7,6104 0 66,81 99,99 14
VisAgW10 1,78105 4,2104 0 76,40 99,99 VisAgW20 3,01105 1,28105 28 57,48 90,70 VisAgW30 3,50105 1,62105 44 53,71 87,43 Hình 3.32: Ảnh SEM của các mẫu vải Hình 3.33: Phổ EDX của các mẫu vải VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt. VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt.. Ảnh SEM (Hình 3.32) và phổ EDX (Hình 3.33) của các mẫu vải VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt đã chứng minh AgNPs đã được đưa lên vải và còn lại trên vải sau 30 chu kỳ giặt. Phổ FTIR của mẫu vải viscose sau khi xử lý bằng AgNPs không xuất hiện peak mới hình Vis thành chứng tỏ quá trình xử lý không có phản ứng hoá học xảy ra. VisAgW0 AgNPs 1383,35 1057,01 (c) 1629,07 2925,62 Transmittance (a.u) Cường độ (a.u) 3438,70 2877,33 1638,68 (b) 1364,38 3318,57 1017,60 1638,63 2887,51 (a) 1364,85 3331,97 1017,85 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 -1 Số sóng Wavenumber (cm )(cm-1) Hình 3.34: Phổ FTIR của vải viscose (a), VisAg (b) và AgNPs (c). Bảng 3.9: Hàm lượng AgNPs trên vải VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt Nồng Lượng AgNPs Tỷ lệ Số lần Số chu độ trên vải theo AgNPs TT Mẫu ngấm kỳ giặt AgNPs AAS giảm ép (g/ml) (mg/kg) (%) 1 Vis - - - - - 2 VisAgW0 0 80 2 642,02 - 3 VisAgW30 30 80 2 313,43 51,2 15
Kết quả phân tích hàm lượng bạc trên vải (Bảng 3.9) cho thấy sau 30 chu kỳ giặt tỷ lệ bạc giảm 51,2%. Tuy nhiên, hiệu quả kháng khuẩn đối với 2 chủng thử nghiệm vẫn đạt trên 80%. 3.3.2. Vải viscose được xử lý bằng dung dịch nano bạc và fibroin tơ tằm 3.3.2.1. Vải viscose được ngấm ép AgNPs trước và fibroin sau Kết quả đánh giá ảnh hưởng của nồng độ AgNPs khả năng kháng khuẩn theo phương pháp khuếch tán (AATCC 90-2011) trên Hình 3.35 cho thấy để đảm bảo độ bền kháng khuẩn của vải sau các chu kỳ giặt thì điều kiện xử lý tối ưu theo phương án này là mức ép 80%, nồng độ AgNPs 80 g/ml. Hình 3.35: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAgFib khi thay đổi nồng độ AgNPs. Hiệu suất kháng khuẩn của mẫu vải VisAgFib sau các chu kỳ giặt vẫn duy trì 99,99% (Bảng 3.11). Kết quả chụp SEM và EDX, FTIR của các mẫu vải viscose trước và sau xử lý (Hình 3.37, 3.38, 3.39) chứng minh bạc đã được đưa lên vải và còn trên vải sau 30 chu kỳ giặt. Bảng 3.11: Hiệu suất kháng khuẩn của vải VisAgFib trước và sau các chu kỳ giặt Mật độ vi Mât độ vi khuẩn Hiệu suất khuẩn ban sau thời gian tiếp kháng khuẩn Mẫu Chủng khuẩn đầu xúc (CFU/ml) (%) (CFU/ml) 0 giờ 1 giờ 0 giờ 1 giờ Vis 1,98105 2,13105 3,50105 - - VisFib 1,98105 2,23105 3,60105 - - VisAgFibW0 E. coli 3,62105 9,6104 0 73,48 99,99 VisAgFibW10 (ATCC 8739) 2,34105 5,2104 0 77,78 99,99 VisAgFibW20 3,02105 3,1104 0 89,74 99,99 VisAgFibW30 2,69105 5,8104 0 78,44 99,99 Vis 2,96105 3,08105 4,80105 - - S. aureus VisFib 2,96105 3,02105 3,71105 - - (ATCC2592) VisAgFibW0 251105 2,2104 5103 91,24 98,01 16
VisAgFibW10 2,67105 1,3104 0 95,13 99,99 VisAgFibW20 3,02105 3,7104 0 87,75 99,99 VisAgFibW30 2,63105 6,9104 0 73,76 99,99 Hình 3.37: Ảnh SEM của các mẫu vải Hình 3.38: Phổ EDX của các mẫu vải Vis VisAgFib trước và sau 30 chu kỳ giặt. VisAgFib trước và sau AgNPs kỳ giặt. VisAgFibW0 30 chu ReSAl 1231 3280,46 2937,30 1622 1515 1068 (d) Transmittance (a.u) 1057,01 (c) Cường độ (a.u) 1383,35 2925,62 1629,07 3438,70 1640,15 2888 3317,36 1365,91 (b) 1018,49 1638,63 2887,51 1364,85 3331,97 (a) 1017,85 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Số sóng (cm-1) Wavenumber (cm-1) Hình 3.39: Phổ FTIR của vải Vis (a), VisAgFib (b), AgNPs (c) và ReFib (d). Từ kết quả đánh giá tính kháng khuẩn, ảnh SEM và xác định hàm lượng AgNPs trên vải (Bảng 3.12) cho thấy rằng khả năng kháng khuẩn vẫn đạt 99,99 % sau 30 chu kỳ giặt có thể do đóng góp của fibroin giúp cho hạt AgNPs giải phóng có kiểm soát hơn (Bảng 3.13). Bảng 3.12: Hàm lượng AgNPs trên vải VisAgFib trước và sau 30 chu kỳ giặt Nồng độ Lượng AgNPs Số chu Tỷ lệ AgNPs TT Mẫu AgNPs trên vải theo kỳ giặt giảm (%) (g/ml) AAS (mg/kg) 1 Vis - - - - 2 VisAgFibW0 0 80 606,23 - 3 VisAgFibW30 30 80 341,47 43,67 17
Bảng 3.13: Hàm lượng fibroin của các mẫu vải VisAgFib Số Nồng % nitơ % fibroina Tỷ lệ chu TT Mẫu độ Fib theo theo fibroin kỳ (%) Kjeldahl Kjeldahl giảm (%) giặt 1 Vis - - 0,019 - - 2 VisAgFibW0 0 2,5 0,195 1,10 - 3 VisAgFibW30 30 2,5 0,122 0,644 41,45 a Hệ số chuyển đổi phần trăm nitơ sang fibroin là 6,25. 3.3.2.2. Vải viscose được ngấm ép dung dịch fibroin trước và ngấm ép dung dịch AgNPs sau (VisFibAg) Hình 3.40: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisFibAg khi thay đổi nồng độ AgNPs. Từ kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn, xác định được điều kiện tối ưu để xử lý theo phương án này là mức ép 80%, ngấm ép fibroin tơ tằm 2,5% trước, sau đó ngấm ép AgNPs nồng độ 80 g/ml. Kết quả đánh giá hiệu quả kháng khuẩn của các mẫu vải VisFibAg sau xử lý và sau 30 chu kỳ giặt vẫn đạt 99,99% (Bảng 3.15). Bảng 3.15: Hiệu quả kháng khuẩn của vải VisFibAg trước và sau các chu kỳ giặt Mât độ vi khuẩn Hiệu suất kháng Mật độ vi Chủng sau thời gian tiếp khuẩn Mẫu khuẩn ban khuẩn xúc (CFU/ml) (%) đầu (CFU/ml) 0 giờ 1 giờ 0 giờ 1 giờ Vis 1,98105 2,13105 3,50105 - - VisFib 1,98105 2,23105 3,60105 - - VisFibAgW0 E. coli 1,89  105 0 0 99,99 99,99 VisFibAgW10 (ATCC 8739) 1,99  105 1,9104 0 90,45 99,99 VisFibAgW20 2,13  105 4,1104 0 80,75 99,99 VisFibAgW30 2,06  105 2,3104 0 88,83 99,99 Vis 2,96105 3,08105 4,80105 - - VisFib 2,96105 3,02105 3,71105 - - VisFibAgW0 S. aureus 2,40  105 7,7104 1,5104 67,92 93,75 VisFibAgW10 (ATCC2592) 1,97  105 4,3104 4,0103 78,17 97,97 VisFibAgW20 2,70  10 5 8,010 4 0 70,37 99,99 5 0 25,11 99,99 VisFibAgW30 2,19105 1,6410 18