Bài viết trình bày việc tiến hành tổng hợp nano bạc dạng phiến theo hai phương pháp gồm phương pháp của Kai Li và các đồng nghiệp bằng cách sử dụng phương pháp khử hóa học với AgNO3/NaBH4/polyvinylpyrrolidone (PVP)/trisodium citrate (Na3CA)/H2O2 trong môi trường nước ở nhiệt độ phòng.
Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO BẠC DẠNG PHIẾN ĐƯỢC ĐIỀU CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỬ HÓA HỌC Đỗ Ngọc Tú*, Nguyễn Thị Tố Uyên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh *Tác giả liên hệ: dntu1607@gmail.com TĨM TẮT Trong đề tài này, chúng tơi tiến hành tổng hợp nano bạc dạng phiến theo hai phương pháp gồm phương pháp Kai Li đồng nghiệp cách sử dụng phương pháp khử hóa học với AgNO3/NaBH4/polyvinylpyrrolidone (PVP)/trisodium citrate (Na3CA)/H2O2 môi trường nước nhiệt độ phịng Sau đó, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng tác chất đến hình dạng nano bạc khảo sát tính diệt khuẩn hạt nano bạc dạng phiến dựa vào phương pháp đếm khuẩn lạc để xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) Nano bạc điều chế được ứng dụng làm gel rửa tay Từ khóa: Nano bạc, tính kháng khuẩn, H2O2, Acid L-Ascorbic SINGLE STEP OF SILVER NANOPLATES AND THEIR ANTIBACTERIAL EFFECTS Do Ngoc Tu*, Nguyen Thi To Uyen University of Science – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: dntu1607@gmail.com ABSTRACT Silver nanoplates were synthesized through the single step chemical redution method with sodiumborohydride (NaBH4) played as reducer, Trisodium Citrate (TSC) played as protective agent and H2O2 or Acid L-Ascorbic played as shape control agent The results of the analysis from UV-Vis, TEM spectrums showed that the silver nanoparticles were spherical and their particle size was 17,90±2,48 nm when synthesized without H2O2 The silver nanoplates was formed when the concentration of H2O2 was injected The antibacterial activity of sperical silver nanoparticles and silver nanoplates were processed by counting colonies on agar petri disks method, determining minimun ihibitory concentration (MIC) It was found that silver nanoplates were higher Escherichia coli antibacterial effect than spherical silver nanoparticles, while their Staphylococcus aureus antibacterial effects were the same Keywords: Silver nanoplate, antibacterial effect, H2O2 nghiên cứu Vật liệu nano bạc dạng phiến tổng hợp cách khử trực tiếp ion Ag+ thông qua bước với hạt nano bạc có kích thước nhỏ đóng vai trị mầm, phát triển tiếp tục tạo thành phiến tác dụng tác nhân quang hóa ví dụ đèn LED, tác dụng chất hoạt động bề mặt Một bất lợi phương pháp tạo mầm trung gian phản ưng thường diễn nhiều chí nhiều ngày, bên cạnh hình dạng vật liệu nano bạc tạo thành phụ thuộc lớn vào mầm nano bạc, địi hỏi nhiều kỹ thuật q trình chế tạo Vì lí đó, khử trực tiếp ion Ag+ tạo thành nano bạc dạng phiến quan tâm Kai Li đồng TỔNG QUAN Nano bạc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác như: xúc tác, lượng tử ánh sáng, y học, cảm biến, nhờ vào tính chất quang học đặc biệt, bên cạnh đó, vật liệu nano bạc có khả diệt khuẩn mà lại không gây tác hại đáng kể cho người môi trường, nano bạc lý tưởng cho loạt ứng dụng y sinh học, nông nghiệp, công nghiệp, môi trường Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng chủ yếu sử dụng nano bạc dạng cầu có bước sóng hấp thu hạn chế vùng 400-450 nm Vì vậy, nano bạc dạng phiến với bước sóng hấp thu trải dài từ vùng 500-800 nm có nhiều khả ứng dụng thu hút quan tâm 13 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học nghiệp nghiên cứu điều khiển hình dạng ứng dụng hiệu điều chế gel rửa tay nano bạc dạng phiến H2O2 với nano bạc diện NaBH4 Trisodium citrate Poly Vinyl Pyrolidone Một nhóm nghiên cứu THỰC NGHIỆM khảo sát khả diệt khuẩn E.coli nano Chế tạo nano bạc dạng phiến bạc dạng phiến tam giác phương pháp Vật liệu nano bạc dạng phiến chế tạo vòng kháng khuẩn, kết cho thấy nano bạc phương pháp khử hóa học trực dạng phiến tam giác cho hiệu tốt Kai Li cộng có thay đổi hình hạt cầu Trong nghiên cứu này, chúng nồng độ với H2O2 chế tạo nano bạc dạng phiến với hình Trộn dung dịch hỗn hợp ml AgNO3 0.025 dạng kích thước thay đổi (màu sắc dung M 3,6 ml Trisodium Citrate 0.1 M (TSC) dịch thay đổi theo hiệu ứng plasmon với 25 ml nước cất khuấy mạnh nhiệt bề mặt) phương pháp khử trực tiếp, tác độ phịng Sau 21 µL PVP 0.1 M 230 nhân định hướng xác định hình thái H2O2 µL NaBH4 0.1 M thêm nhanh Để đánh giá hiệu diệt khuẩn, vào dung dịch Cuối cùng, cho H2O2 30wt-% xác định nồng độ ức chế tối thiểu vật liệu vào dung dịch để yên 20 phút Dung nano bạc E.coli S.aureus dịch chuyển từ suốt sang vàng, cam, phương pháp đếm khuẩn lạc đĩa thạch để đỏ, tím cuối xanh dương Bảng Các thí nghiệm khảo sát nồng độ H2O2 Tên mẫu AgNO3 TSC PVP H2O2 NaBH4 0,005M 0,5M 0,05M 30% 0.1M mL mL µL µL µL E1 2,00 E2 E3 2,00 2,00 E4 3,60 84 230 3,60 3,60 84 84 60 120 230 230 2,00 3,60 84 180 230 E5 2,00 3,60 84 240 230 E6 2,00 3,60 84 300 230 phương pháp đếm khuẩn lạc đĩa thạch Cấy chủng khuẩn lạc vào ống nghiệm nước cất với nồng độ pha loãng từ 10-1 đến 10-5 E.coli, 10-4 S.aureus (10 mL toàn dung dịch), dùng pipet hút 0,1 mL dung dịch cấy trải từ ống nghiệm lên đĩa thạch để làm đối chứng Dùng pipet lấy 0,9ml dung dịch mẫu nano bạc pha loãng nước cất 0,1ml khuẩn pha loãng vào eppendorf, nồng độ khuẩn eppendorf 10-5 với E.coli, 10-4 với S.aureus Mẫu nano bạc eppendorf có nồng độ 2,5; 5; 7,5; 10; 15 20 µg/mL Lắc vortex, để mẫu nano bạc vi khuẩn tiếp xúc phút, dùng pipet hút 0,1 mL dung dịch từ eppendorf cấy trải lên đĩa thạch Các đĩa thạch cho vào tủ ấm 300C, đếm khuẩn lạc xuất đĩa thạch sau 24 E.coli 72 S.aureus Nồng độ ức chế tối thiểu xác định Các phương pháp phân tích Các mẫu phân tích máy đo phổ UV-vis (Jacco V-670) Dùng pipet lấy 1mL dung dịch mẫu nano bạc mL nước cất cho vào cuvet thạch anh tiến hành đo mẫu bước sóng từ 300 đến 800 nm, tốc độ 100 nm/phút Đối với phân tích TEM (JEM – 1400, Japan), mẫu mẫu rửa cồn, quay ly tâm với tốc độ 9.000 vòng 30 phút 25ºC đánh siêu âm 20 phút, sau đem nhỏ giọt lưới đồng đường kính mm, để khơ nhiệt độ phịng, đặt băng dính cacbon dẫn điện tiến hành phân tích 100kV TEM Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) Vi khuẩn E.coli (2x108 CFU/mL) S.aureus (2x107 CFU/mL) cung cấp từ Viện Pasteur, bảo quản tủ ấm 300C Nồng độ ức chế tối thiểu mẫu nano bạc loại vi khuẩn thực 14 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 nồng độ thấp dãy nồng độ thí nghiệm mà đĩa thạch khơng xuất khuẩn lạc Kỷ yếu khoa học 400 nm, cho thấy xuất nano bạc dạng phiến tam giác mà tồn hạt nano bạc dạng cầu dung dịch Khi tăng dần tỉ lệ thể tích H2O2, mẫu E3, E4, E5, E6 xuất peak thứ vị trí bước sóng 336 nm đặc trưng cho chiều dày phiến mỏng, cho thấy mẫu có xuất nano bạc dạng phiến tam giác Quan sát đỉnh quang phổ thứ ba (đỉnh có vị trí bước sóng dài nhất) chúng tơi thấy tăng dần thể tích H2O2 vị trí đỉnh dịch chuyển dần đến bước sóng dài từ E3 (591 nm), E4 (619 nm) đến E5 (643 nm), mẫu E6 (636 nm) vị trí đỉnh dịch chuyển dần vào bước sóng ngắn so với E5 Điều ảnh hưởng hình dạng kích thước nano bạc dạng phiến mẫu, dẫn đến thay đổi màu sắc mẫu hình cụ thể kích thước vật liệu nano bạc mẫu E5>E4>E3 Riêng vị trí bước sóng hấp thu E6 giảm so với E5, kích thước phiến nano tam giác mẫu E6 nhỏ E5 nồng độ H2O2 cao gây bào mịn cạnh phiến làm chiều dày phiến tăng Từ đó, cho rằng, H2O2 nhân tố định hình thành nano bạc dạng phiến Kết TEM KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN Kết UV-Vis Hình Quang phổ hấp thu UV-vis mẫu khảo sát theo nồng độ H2O2 Bảng Bảng liệu UV-Vis mẫu nano bạc bảng Mẫu Bước sóng Abs E1 405 1.65 E2 407 1.70 E3 434-591 0.89-2.01 E4 446-619 0.84-2.29 E5 454-643 0.77-2.35 E6 450-636 078-2.42 Theo quang phổ hấp thụ UV-vis hình chúng tơi nhận xét Mẫu E1 khơng có diện H2O2 quy trình điều chế cho peak hấp thụ vị trí bước sóng Hình Hình TEM mẫu E1, E2 E5 Hình (A) Biểu đồ phân bố kích thước cạnh nano bạc dạng phiến mẫu E5 (B) Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ hình dạng nano bạc dạng phiến mẫu E5 15 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Theo kết hình trình bày, chúng tơi có nhận xét sau Mẫu E1 khơng có diện H2O2 tạo thành nano bạc hình cầu Mẫu E2 có xuất nano bạc dạng phiến, phần lớn dạng hình cầu Đến mẫu E5 xuất nhiều nano bạc dạng phiến dung dịch với hình thái phiến tam giác có chiều dày khoảng đến nm, kích thước đồng phân bố từ khoảng 16 nm đến 29 nm, tập trung nhiều kích thước 21 26 nm So sánh ảnh TEM hai mẫu E2 E5, cho thấy mẫu tổng hợp với thể tích H2O2 240 µL cho hạt nano bạc dạng phiến có hình dạng rõ, kích thước đồng Kết hoàn toàn phù hợp với kết UV-Vis trên, khẳng định H2O2 có vai trị quan trọng việc hình thành nano bạc dạng phiến Mặc dù H2O2 thường biết đến chất oxy hóa mạnh, thực có hai tính oxy hóa khử, tùy thuộc vào độ pH hệ thống H2O2 hoạt động chất khử làm giảm lượng ion vô dung dịch Ekgasit cộng quan sát thấy H2O2 kích hoạt chuyển đổi hình dạng nano bạc dạng cầu thành nano dạng phiến mà khơng cần có tham gia tác nhân khử bổ sung kết luận H2O2 có chức chất định hướng hình dạng chọn lọc loại kim loại Ag tác nhân khử Ag+ (A) H2O2 đóng vai trị chất oxy hóa: Ag0 + H2O2 → Ag+ + OH- + OH Ag0 + OH → Ag+ + OH(2) H2O2 đóng vai trị chất khử: Trong dung dịch kiềm, H2O2 dạng gốc tự HO2 tách thành dạng anion O2-, bắt đầu phản ứng dây chuyền sau dẫn đến phân hủy xúc tác nhanh chóng H2O2 giải phóng O2: O2- + H2O2 → OH- + OH + O2 OH + H2O2 → H2O + HO2 Theo báo cáo Xue Mirkin cộng sự, O2 môi trường xung quanh giúp chuyển đổi hạt nano bạc hình cầu thành nano bạc dạng phiến Vai trị O2 chuyển hóa hạt nano Ag thành Ag+, sau phức hợp ligands sử dụng nguồn Ag+ cho phát triển nano dạng phiến Kỷ yếu khoa học Ag0 + 1/2O2 + H2O → Ag+ + 2OH2Ag++H2O2+2OH−→ 2Ag0+2H2O+O2 Tóm lại, H2O2 giúp giải có chọn lọc mặt khơng ổn định, hạt có khiếm khuyết thành ion Ag+ phát triển hạt nano bạc dạng phiến Ngoài ra, TSC tạo thuận lợi cho phát triển hạt nano đẳng hướng dị hướng cách gắn ưu tiên vào mặt phẳng Ag {111} PVP thúc đẩy tăng độ dày phiến cách ưu tiên xếp vào cạnh Ag {100} Kết khảo sát kháng khuẩn Bảng Giá trị MIC mẫu nano bạc E1 (khơng có H2O2) E5 (240 µL H2O2) E.coli S.aureus Nồng độ ức chế tối thiểu (µg/mL) Mẫu E.coli S.aureus E1 10 15 E5 15 Ta thấy MIC mẫu E1 với hạt nano bạc hình cầu 10µg/mL với E.coli 15 µg/mL với S.aureus, gần tương đồng với nghiên cứu Dipali Nagaonkar cộng sự, nano bạc diệt E.coli hiệu so với S.aureus Trong kết mẫu E5 5µg/mL với E.coli 15 µg/mL với S.aureus MIC mẫu với S.aureus tương đương Tuy nhiên với E.coli, mẫu E5 với đa phần vật liệu nano bạc dạng phiến với kích thước 15-30 nm cho thấy hiệu diệt khuẩn cao so với mẫu E1 vật liệu nano bạc hình cầu với kích thước~15 nm, cụ thể với giá trị MIC mẫu E5 (5 µg/mL) 1/2 mẫu E1 (10 µg/mL) Sự khác biệt hiệu diệt khuẩn E.coli giải thích chế diệt khuẩn vật liệu nano bạc Một chế diệt khuẩn nano bạc E.coli nhiều nhà khoa học chấp nhận nano bạc tiếp xúc gây hại trực tiếp màng vi khuẩn, tạo thành lỗ thủng diệt chúng Mặt khác, nguyên tử bạc nằm vị trí đỉnh, cạnh vật liệu nano bạc dạng phiến (bề mặt {111}) có tính chất kháng khuẩn mạnh Trong nghiên cứu chúng tôi, mẫu E5 với phần lớn nano bạc dạng phiến, nguyên từ bạc nằm cạnh phiến tam giác đỉnh, cạnh phiến tam giác đóng vai trị quan trọng, có khả tiếp xúc tạo thành lỗ thủng màng vi khuẩn E.coli tốt so với bề mặt hình cầu Vì mẫu 16 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 E5 có khả diệt E.coli tốt giá trị MIC 1/2 mẫu E1 Với S.aureus, chế diệt khuẩn nhiều nhà khoa học chấp nhận nano bạc tiếp xúc với bề mặt vi khuẩn giải phóng ion Ag+, ion tương tác tĩnh điện với bề mặt điện tích âm màng vi khuẩn, xâm nhập vào bên vơ hiệu hóa chúng Do cho khả tiếp xúc với S.aureus giải phóng ion Ag+ mẫu E1 mẫu E5 tương đương nhau, hình dạng vật liệu nano bạc khơng đóng vai trị định, có giá trị MIC 15 µg/mL Kỷ yếu khoa học thấy khơng có H2O2, dung dịch nano bạc có mũi hấp thu vị trí 400nm tương ứng với hạt hình cầu có kích thước trung bình 15 nm, hàm lượng H2O2 tăng dần mẫu xuất thêm mũi hấp thu với vị trí cường độ hấp thu tăng dần mũi nhỏ vị trí 336 nm với hệ sử dụng H2O2 đặc trưng cho độ dày phiến mỏng Với phương pháp khử hóa học với AgNO3/NaBH4/polyvinylpyrrolidone (PVP)/trisodium citrate (Na3CA)/H2O2 cho nano bạc dạng phiến tam giác với kích thước khoảng 15-30 nm Bằng cách xác định nồng độ ức chế tối thiểu, nano bạc dạng phiến (MIC = µg/mL) cho thấy hiệu diệt khuẩn E.coli tốt hình cầu (MIC = 10 µg/mL) ảnh hưởng cạnh đỉnh phiến nano bạc Hiệu diệt khuẩn S.aureus tương đương với MIC mẫu 15 µg/mL KẾT LUẬN Chế tạo thành công vật liệu nano bạc dạng phiến phương pháp khử hóa học với hệ AgNO3/NaBH4/polyvinylpyrrolidone (PVP)/trisodium citrate (Na3CA)/H2O2 đóng vai trị quan trọng việc hình thành nano bạc dạng phiến Qua phân tích UV-Vis cho TÀI LIỆU THAM KHẢO S.-H C Y.-S L C.-C L C.-M T.-C L J.-C C a C.-L H SHAN-WEI LEE, “Effect of Temperature on the Growth of Silver Nanoparticles Using Plasmon-Mediated Method under the Irradiation of Green LEDs,” Materials, no 7, p 7781-7798, 2014 Q W Y S S Q F C Y L Z KAI LI, “Shape transformation of Ag nanospheres to triangular Ag nanoplates: Hydrogen peroxide is a magic reagent,” Integrated Ferroelectrics, vol 169, p 22-28, 2006 C H H L T B J K PHAM VAN DONG, “Chemical synthesis and antibacterial activity of novel-shaped silver nanoparticles,” Nano Letters, p 2:9, 2012 R G M K S S P VINODKUMAR ETACHERI, “Single Step Morphology-Controlled Synthesis of Silver Nanoparticles,” MRS Proceedings, vol 1217, 2010 G S M a C A MIRKIN, “Rapid thermal synthesis of silver nanoprisms with chemi-cally tailorable thickness,” Adv Mater, vol vol 17, no 5, p 412–41, 2005 D N a M RAI, “Biogenic silver-gold nanoparticles with enhanced antimicrobial potential over silver and gold monometallic nanoparticles,” Advanced Materials Letters, vol vol 6, pp p 334-341, 2015 Y K T A J M S SUKDEB PAL, “Does the Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles Depend on the Shape of the Nanoparticle? A Study of the Gram-Negative Bacterium Escherichia coli,” Appl Environ Microbiol, p 73(6): 171, 2007 Mar 17 ... NGHIỆM khảo sát khả diệt khuẩn E.coli nano Chế tạo nano bạc dạng phiến bạc dạng phiến tam giác phương pháp Vật liệu nano bạc dạng phiến chế tạo vòng kháng khuẩn, kết cho thấy nano bạc phương pháp khử. .. hiệu diệt khuẩn E.coli giải thích chế diệt khuẩn vật liệu nano bạc Một chế diệt khuẩn nano bạc E.coli nhiều nhà khoa học chấp nhận nano bạc tiếp xúc gây hại trực tiếp màng vi khuẩn, tạo thành... nguyên tử bạc nằm vị trí đỉnh, cạnh vật liệu nano bạc dạng phiến (bề mặt {111}) có tính chất kháng khuẩn mạnh Trong nghiên cứu chúng tôi, mẫu E5 với phần lớn nano bạc dạng phiến, nguyên từ bạc nằm