Tổng hợp, khảo sát đặc tính và khả năng kháng escherichia coli của vật liệu nanocomposite kẽm oxit:graphene

Tổng hợp, khảo sát đặc tính và khả năng kháng escherichia coli của vật liệu nanocomposite kẽm oxit:graphene Tổng hợp, khảo sát đặc tính và khả năng kháng escherichia coli của vật liệu nanocomposite kẽm oxit:graphene

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC VÀ MÔI TRƢỜNG - - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: TỔNG HỢP, KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG ESCHERICHIA COLI CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE KẼM OXIT/GRAPHENE OXIT VÀ KẼM OXIT/GRAPHENE NGUYỄN TẤN TIẾN NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH ĐỒNG NAI, THÁNG 12 NĂM 2016 TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC VÀ MƠI TRƢỜNG - - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: TỔNG HỢP, KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG ESCHERICHIA COLI CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE KẼM OXIT/GRAPHENE OXIT VÀ KẼM OXIT/GRAPHENE Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TẤN TIẾN NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN HỮU HIẾU TS NGUYỄN HUỲNH BẠCH SƠN LONG ĐỒNG NAI, THÁNG 12 NĂM 2016 Trong suốt trình thực đề tài, tác giả may mắn thầy (cô) tận tình bảo giúp đỡ để tác giả hồn thành tốt nghiên cứu Cho phép tác giả gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Nguyễn Hữu Hiếu, người hướng dẫn tác giả bước đầu nghiên cứu khoa học, khơi dậy tác giả lòng đam mê nghiên cứu tìm hiểu, cho tác giả phương pháp làm, cách thu thập tài liệu đến cách xử lý, chọn lọc thơng tin, tiến hành thí nghiệm viết báo cáo Xin chân thành cảm ơn! Đồng Nai, ngày 20 tháng 11 năm 2016 Tác giả Nguyễn Tấn Tiến Nguyễn Thị Tuyết Trinh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH ii DANH MỤC BẢNG iii LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Cơ sở lý luận Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 5.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu 5.2 Phương pháp khảo sát hình thái, đặc tính cấu trúc vật liệu nanocomposite 5.3 Phương pháp kháng khuẩn CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Graphite 1.2 Graphite oxit 1.3 Graphene oxit 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Ứng dụng GO 1.3.3 Tính kháng khuẩn GO 1.3.4 Phương pháp tổng hợp GO 1.3.4.1 Phương pháp Hummers 1.3.4.2 Phương pháp Brodie 1.3.4.3 Phương pháp Staudenmaier 1.4 Graphene 1.4.1 Khái niệm 1.4.2 Ứng dụng Ge 10 1.4.3 Tính kháng khuẩn Ge .10 1.4.4 Các phương pháp tổng hợp Ge 11 1.4.4.1 Phương pháp Hummers 11 1.4.4.2 Phương pháp tách lớp vi học 11 1.4.4.3 Phương pháp băng dính 12 1.4.4.4 Phương pháp epitaxy 12 1.4.4.5 Phương pháp roll-to-roll 13 1.5 Kẽm oxit 13 1.5.1 Khái niệm 13 1.5.2 Ứng dụng ZnO .14 1.5.3 Tính kháng khuẩn ZnO 15 1.5.4 Phương pháp tổng hợp ZnO 16 1.5.4.1 Phương pháp đồng kết tủa 17 1.5.4.2 Phương pháp polyol .16 1.5.4.3 Phương pháp vi nhũ (microemulsion) 16 1.6 Vật liệu nanocomposite ZnO/GO ZnO/Ge 17 1.6.1 Khái niệm 17 1.6.2 Tổng hợp vật liệu nanocomposite 17 1.6.2.1 Tổng hợp ZnO/GO 17 1.6.2.2 Tổng hợp ZnO/Ge 19 1.6.3 Tính kháng khuẩn ZnO/GO ZnO/Ge 20 1.6.3.1 Tính kháng khuẩn ZnO/GO 20 1.6.3.2 Tính kháng khuẩn ZnO/Ge 21 1.7 Các phương pháp phân tích hình thái, đặc tính cấu trúc vật liệu 22 1.7.1 XRD .22 1.7.2 FTIR 23 1.7.3 Raman 24 1.7.4 TEM 24 1.7.5 BET .25 1.8 Phương pháp khảo sát tính kháng khuẩn với E coli 26 1.8.1 Phương pháp khuếch tán qua lỗ thạch 26 1.8.2 Đặc tính chủng vi khuẩn Escherichia coli .27 1.9 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 29 1.9.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 29 1.9.2 Tình hình nghiên cứu nước 29 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 30 2.1 Hóa chất, thiết bị, dụng cụ địa điểm nghiên cứu 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 31 2.1.3 Địa điểm nghiên cứu .31 2.2 Tổng hợp vật liệu 31 2.2.1 Vật liệu ZnO/GO 31 2.2.1.1 Quy trình tổng hợp GO 31 2.2.1.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO 32 2.2.2 Vật liệu ZnO/Ge 33 2.2.2.1 Quy trình tổng hợp Ge 33 2.2.2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/Ge 34 2.2.3 Phân tích hình thái, cấu trúc đặc tính .35 2.3 Quy trình kháng khuẩn 36 2.3.1 Chuẩn bị môi trường 36 2.3.2 Quy trình kháng khuẩn 37 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 3.1 Hình thái, đặc tính cấu trúc vật liệu 39 3.1.1 Giản đồ XRD 39 3.1.2 Phổ FTIR .39 3.1.3 Phổ Raman 40 3.1.4 Ảnh TEM .41 3.1.5 Kết BET 43 3.2 Khả kháng E coli vật liệu 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Các từ viết tắt Chú thích BET Brunauer Emmett Teller Dh Đường kính hạt Graphite E coli Escherichia coli FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy Ge Graphene Gi Graphite GiO Graphite oxit GO Graphene oxit TEM Transmission Electron Microscopy TSA Tryptone casein soy agar XRD X-Ray Diffaction ZnO Kẽm oxit ZnO/Ge Kẽm oxit - Graphene ZnO/GO Kẽm oxit - Graphene oxit ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc Gi Hình 1.2 Các cấu trúc hóa học khác GiO công bố Hình 1.3 Cấu trúc hóa học GiO .5 Hình 1.4 Quy trình tổng hợp GO từ Gi Hình 1.5 Tính kháng khuẩn GO Hình 1.6 Cấu trúc chiều tổ ong Ge Hình 1.7 Phương pháp tách lớp Gi băng dính 12 Hình 1.8 Cơ chế tạo Ge phương pháp nung nhiệt đế 13 Hình 1.9 Tính kháng khuẩn Ge 10 Hình 1.10 Cấu trúc tinh thể ZnO 14 Hình 1.11 Tính kháng khuẩn ZnO 15 Hình 1.12 Cơ chế kết hợp ZnO/GO 19 Hình 1.13 Sơ đồ minh họa phản ứng tổng hợp ZnO/Ge .20 Hình 1.14 Tính kháng khuẩn ZnO/Ge 21 Hình 1.15 Mơ tả ngun lý hoạt động máy đo FTIR .23 Hình 1.16 Sơ đồ máy quang phổ Raman 24 Hình 1.17 Sơ đồ hoạt động thiết bị BET 26 Hình 1.18 Mơ tả ngun lý hoạt động máy đo TEM 25 Hình 1.19 Khuẩn E coli quan sát qua kính hiển vi điện tử quét 28 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp GO 32 Hình 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu ZnO/GO 33 Hình 2.3 Quy trình tổng hợp Ge 33 Hình 2.4 Quy trình tổng hợp vật liệu ZnO/Ge 35 Hình 2.5 Quy trình kháng khuẩn 38 Hình 3.1 Giản đồ XRD ZnO, GO, Ge, ZnO/GO ZnO/Ge 39 Hình 3.2 Phổ FTIR ZnO, GO, Ge, ZnO/GO ZnO/Ge .40 Hình 3.3 Phổ Raman Gi, GO, Ge, ZnO/GO ZnO/Ge .41 Hình 3.4 Ảnh TEM ZnO/GO ZnO/Ge 42 Hình 3.5 Ảnh kết kháng khuẩn E coli vật liệu Ge, GO, ZnO, ZnO/GO ZnO/Ge 43 Hình 3.6 Ảnh kết kháng khuẩn E coli ZnO/GO ZnO/Ge 44 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng .30 Bảng 3.1: Bảng số liệu so sánh diện tích bề mặt riêng (BET) ZnO/GO ZnO/Ge .43 Bảng 3.2: Bảng kết kháng khuẩn E coli hai vật liệu ZnO/GO ZnO/Ge 45 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bệnh truyền nhiễm vi khuẩn biết đến từ tăng trưởng, tốc độ lây lan nhanh chóng, khả kháng thuốc chúng dẫn đến xuất đột biến sinh học thiếu vắc xin đặc trị vấn đề nghiêm trọng thúc đẩy nghiên cứu nhà khoa học toàn giới Ở nước phát triển, khơng có nhiều thuốc kháng sinh đặc trị chủng vi khuẩn mới, khám bệnh định kỳ quy trình khám bệnh nhanh chóng điều khơng thể Vì thế, bổ sung tác nhân diệt khuẩn loại băng vải dùng băng vết thương để ức chế phát triển vi khuẩn vết thương điều quan trọng (Dizaj et al 2015) Hầu hết vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh thường sử dụng bị nhiễm trùng Từ vấn đề đó, nhà khoa học cần thiết nghiên cứu tác nhân kháng khuẩn hiệu việc ức chế tăng sinh vi sinh vật (Dizaj et al 2015) Nhiều tác nhân kháng khuẩn có kích thước nano kim loại oxit kim loại nhà nghiên cứu công bố năm gần Vật liệu nanocomposite kẽm oxit/graphene (ZnO/Ge) kẽm oxit/graphene oxit (ZnO/GO) tác nhân diệt khuẩn tiềm với chế an tồn cho sức khỏe thân thiện với mơi trường Sự kết hợp ZnO Ge ZnO GO tạo vật liệu có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực kháng khuẩn hướng mà nhà nghiên cứu thực Cơ sở lý luận Vật liệu nanocomposite kết hợp từ hạt nano (ZnO) gắn (GO) (Ge) tạo thành vật liệu có nhiều tính chất vật liệu ZnO, GO Ge Lớp GO có cấu trúc đặc biệt màng mỏng sắc bén cắt xuyên gây tổn thương màng tế bào vi khuẩn E coli Tấm Ge có tính kháng khuẩn tương tự GO, Ge cịn có tính kháng khuẩn đặc trưng ánh sáng kích thích tạo tác nhân diệt khuẩn mạnh Nhưng hai vật liệu gặp nhược điểm dễ tụ lại với kích thước lớn ảnh hưởng trực tiếp đến tính kháng khuẩn Hạt nano ZnO nhà nghiên cứu khẳng định có đặc tính bán dẫn, kích thích tia UV có khả xúc tác quang hóa tạo tác nhân diệt khuẩn mạnh, đặc tính có nhược điểm lớn q trình tái tổ hợp cặp điện tử e-,