Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN PHAN THỊ THANH TUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA MỘT SỐ CẤU TRÚC NANO BẠC Ag Ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Trang 2 Tôi xin ca
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN PHAN THỊ THANH TUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA MỘT SỐ CẤU TRÚC NANO BẠC (Ag) Ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: TS HOÀNG NHẬT HIẾU LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi, chưa được công bố và sử dụng ở bất cứ một công trình nghiên cứu nào khác Các tài liệu tham khảo và số liệu được trình bày trong đề án đều trung thực và có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về các nội dung trong đề tài nghiên cứu của mình Bình Định, ngày 28 tháng 11 năm 2023 Học viên Phan Thị Thanh Tuyền LỜI CẢM ƠN Trước hết, Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS Hoàng Nhật Hiếu, giảng viên Bộ môn Vật lý - Khoa học Vật liệu, Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn, thầy đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn chuyên ngành cho em để em có thể hoàn thành luận án này Em xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TSKH Nguyễn Thị Mộng Điệp, Trưởng bộ môn sinh học ứng dụng- Nông nghiệp, Khoa Khoa học Tự Nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn đã hướng dẫn rất nhiệt tình cho em biết các phương pháp thực nghiệm kiểm tra khả năng kháng khuẩn của vật liệu Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô thuộc Bộ môn Vật lý- Khoa học vật liệu, thuộc Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy nhơn đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực hành tại phòng thực hành thí nghiệm, giúp em hoàn thành tốt luận án Em xin chân thành cảm ơn! Bình Định, ngày 28 tháng 11 năm 2023 Học viên Phan Thị Thanh Tuyền MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 1 Lí do chọn đề tài 1 2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài 2 3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu: 3 4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 4 5 Phương pháp nghiên cứu 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5 1.1.Tổng quan về các hạt nano 5 1.1.1 Các hạt vi cầu 5 1.1.2 Chấm lượng tử 5 1.1.3 Các hạt kim loại 7 1.2 Giới thiệu hạt nano bạc 8 1.2.1 Cấu trúc của vật liệu nano bạc 8 1.2.2 Tính chất của vật liệu nano bạc 10 1.2.3 Ứng dụng của vật liệu nano bạc 12 1.3 Một số phương pháp chế tạo hạt nano bạc 13 1.3.1 Phương pháp khử hóa học 14 1.3.2 Phương pháp khử sinh học 15 1.3.3 Phương pháp khử vật lý 16 1.4 Ảnh hưởng của nồng độ tiền chất và chất bảo vệ đến hình dạng các hạt nano bạc 17 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 19 2.1 Quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp khử ion 19 2.1.1 Các dụng cụ và hóa chất sử dụng 19 2.1.2 Quy trình chế tạo bạc nano 19 2.2 Một số phương pháp khảo sát mẫu 22 2.2.1 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV – Vis 22 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 24 2.2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2.4 Kiểm tra đường kính vòng kháng khuẩn bằng phương pháp đục lỗ thạch 27 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Khảo sát tính chất quang và cấu trúc vật liệu nano bạc 30 3.1.1 Khảo sát hình thái ảnh SEM………………………………… 3.1.2.Khảo sát phổ XRD……………………………………………… 3.1.3 Khảo sát tính chất quang học của vật liệu nano bạc dựa vào Phổ UV-Vis 3.2 Khảo sát thuộc tính kháng khuẩn 34 3.2.1 Khảo sát thuộc tính kháng nấm Aspergillus của nano bạc…… 3.2.2 Khảo sát thuộc tính kháng vi khuẩn E coli của nano bạc…… 3.2.3 Khảo sát thuộc tính kháng vi khuẩn S aureus của nano bạc KẾT LUẬN CHUNG 39 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI (BẢN SAO) DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên đầy đủ Tên tiếng Việt Nano bạc AgNPs Silver nanoparticles Nhiễu xạ tia X Máy đo quang phổ hấp thụ XRD X- ray Diffraction Kính hiển vi điện tử quét UV-Vis Ultraviolet – Visible Vi khuẩn S.au SEM Scanning electron microscope S.au Staphylococcus aureus E coli Escherichia coli Vi khuẩn E coli DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Chấm lượng tử làm từ vật liệu bán dẫn, kích thước mỗi chấm khoảng 2 -20 nm cấu thành từ hàng ngàn nguyên tử 6 Hình 1.2 Cấu trúc điện tử của kim loại Bạc 8 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt của kim loại Bạc 8 Hình 1.4 Cấu trúc của nano Bạc 10 Hình 1.5 Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc 12 Hình 2.1 Sản phẩm nano bạc được điều chế ở nồng độ 60mM AgNO3, vi sóng trong thời gian 0,5 phút; 1 phút; 1,5 phút; 2 phút 20 Hình 2.2 Sản phẩm đối chứng AgNO3 hòa tan trong nước cất 22 Hình 2.3 Sơ đồ khối thực nghiệm điều chế nano bạc 22 Hình 2.4 Tiến hành khảo sát phổ UV - Vis 24 Hình 2.5 Minh họa về mặt hình học của định luật nhiễu xạ Bragg 25 Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử quét (SEM), hãng sản xuất: Jeol, Nhật Bản 27 Hình 2.7 Các sản phẩm nano bạc được sử dụng để kiểm tra khả năng kháng khuẩn 27 Hình 2.8 Vi khuẩn E coli, vi khuẩn S.aureus, và nấm Aspergillus 28 Hình 2.9 Nấu môi trường LB nuôi vi khuẩn và đục lỗ thạch 28 Hình 2.10 Sản phẩm đục lỗ thạch kiểm tra khả năng kháng khuẩn của nano bạc được điều chế 29 Hình 3.1 Ảnh SEM của các mẫu nano bạc được điều chế 30 Hình 3.2 Giản đồ XRD của nano bạc được tổng hợp từ AgNO3/NaCl/ PVP/EG ở nồng độ AgNO3 là 60mM sau khi chiếu xạ 2 phút 31 Hình 3.3 Phổ UV-Vis của nano bạc được tổng hợp từ AgNO3/NaCl/ PVP/ EG ở nồng độ AgNO3 là 40 mM, 60 mM, 80 mM được vi sóng trong thời gian 1 phút 32 Hình 3.4 Phổ UV-Vis của nano bạc được tổng hợp từ AgNO3/NaCl/ PVP/ EG ở nồng độ AgNO3 là 60mM sau khi chiếu xạ MW trong thời gian 0,5 phút, 1,5 phút và 2 phút 33 Hình 3.5 Kết quả hoạt tính kháng nấm Aspergillus của nano bạc 35 Hình 3.6 Kết quả hoạt tính kháng vi khuẩn E Coli của nano bạc 36 Hình 3.7 Kết quả hoạt tính kháng vi khuẩn S aureus của nano bạc 37 1 MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài Kháng khuẩn là nhu cầu tự nhiên và tồn tại cùng với con người Thời xưa thuyết tự sinh vốn in sâu trong tư tưởng các nhà khoa học lúc bấy giờ, do đó con người chưa có giải pháp để bảo vệ sức khỏe và sống mê tín, … Đến năm 1864 Louis Pasteur đã phát minh ra phương pháp khử khuẩn, khử virus, thuyết tự sinh cũng không còn tồn tại trong đời sống khoa học nữa Có thể nói Louis Pasteur đã đặt nền móng cho tư tưởng kháng khuẩn, kháng virus để bảo vệ sức khỏe, chống bệnh truyền nhiễm cho con người Ngày nay vật liệu nano có nhiều ưu điểm vượt trội về kích thước, tính ổn định và không độc hại so với vật liệu thông thường đã thu hút đông đảo các nhà khoa học quan tâm Qua đó chứng tỏ con người luôn khát khao sáng tạo trong việc tìm ra vật liệu mới dùng cho chế tạo chất kháng khuẩn ngày càng tốt hơn [8][22] Sự bùng nổ trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng chất kháng khuẩn đã kéo theo sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học Vật liệu, Y học, Dược học, đặc biệt trong lĩnh vực chăn nuôi và sản xuất nông nghiệp sạch Trong quá trình phát triển nhanh chóng của khoa học Vật liệu, lĩnh vực vật liệu kháng khuẩn, kháng virus sử dụng trong y tế, trong nông nghiệp đã đặc biệt quan tâm đến tính kháng khuẩn phổ rộng, hoạt tính kháng khuẩn cao, thân thiện với môi trường Có lẽ một trong các hướng giải quyết vấn đề trên là nghiên cứu phát triển vật liệu kháng khuẩn mới Thông thường vật liệu kháng khuẩn gồm hai thành phần mạng nền và tâm kháng khuẩn Trong đó mạng nền tương đối phong phú, đa dạng ở thể lỏng hoặc rắn Tâm kháng khuẩn đòi hỏi đạt kích thước nano, diện tích bề mặt của hạt lớn để đáp ứng gia tăng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn, virus Bên cạnh đó, tiêu chí về thời gian kháng khuẩn hiệu quả đủ dài, tính không độc hại và 2 thân thiện với môi trường của tâm kháng khuẩn luôn được quan tâm đặc biệt Trong những hạt đạt kích thước nano, hạt nano bạc với các tiêu chí về tính kháng khuẩn, kháng virus, chống viêm, kháng nấm và tính không độc hại có nhiều ưu điểm vượt trội, thích hợp cho nhiều đòi hỏi ứng dụng thực tế, đặc biệt là dùng trong vật liệu kháng khuẩn, kháng virus được ứng dụng trong y tế, trong nông nghiệp, trong chăn nuôi Có nhiều phương pháp chế tạo vật liệu như phương pháp tổng hợp vật lý, phương pháp tổng hợp sinh học và phương pháp tổng hợp hóa học Trong đó phương pháp tổng hợp hóa học có nhiều ưu điểm phù hợp chế tạo vật liệu kháng khuẩn, kháng virus tại phòng thí nghiệm Tóm lại, vật liệu kháng khuẩn, kháng virus có vai trò to lớn trong chăm sóc sức khỏe y tế, trong nông nghiệp, trong trồng trọt và chăn nuôi Làm sao để tăng phổ kháng khuẩn, tăng hoạt tính kháng khuẩn đó là một bài toán luôn mang tính thời sự Có lẽ thay đổi môi trường, thay đổi cấu trúc, thay đổi hình dạng tồn tại để cơ chế vật lý, hóa học, sinh học xảy ra dẫn đến xuất hiện cấu trúc phù hợp cho việc định hướng chế tạo vật liệu áp dụng vào thực tiễn luôn là một trong các hướng nghiên cứu Đây cũng chính là một trong các vấn đề đang được quan tâm, nghiên cứu tại bộ môn Khoa học vật liệu, Khoa khoa học tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn Trên cơ sở đó, tôi đã chọn đề tài: “Chế tạo và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của một số cấu trúc nano Bạc (Ag)” 2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Là một vật liệu diệt khuẩn hiệu quả, bạc đã được sử dụng trong lĩnh vực y tế hàng ngàn năm do đặc tính kháng khuẩn phổ rộng của nó, không độc hại với con người ở nồng độ thấp Công nghệ nano giúp làm tăng thêm tỉ lệ bề mặt trên thể tích và hoạt tính xúc tác của nano bạc, dẫn đến tăng cường đáng