Luận văn thạc sĩ Công nghệ sinh học: Màng Bacterial Cellulose cố định bạc nano ứng dụng

Mang Bacterial Cellulose BC cỗ định bạc nano ứng dụng làm mang lọcnước uông nhiém khuan Nhiễm khuẩn môi trường nước là một van dé cấp bách không phải chỉ ở ViệtNam mà trên toàn thế giới,

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS TS NGUYEN THUY HUONG

Cán bộ cham nhận xét 1: cecccccccccccsccscccceccsscsscsseeseeseescescescsscescsscsscssceseeseeseeseess

Cán bộ chấm nhận xét 2:_ - i2: St ke E22 ES3ES3E53E58E23E5EE5EE5EE55E5E2eEeEssrd

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐÔNG CHAM BAO VỆ LUẬN VANTHẠC SĨ

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA, ngày 16 tháng 11 năm 2012

Tp HCM, ngay 20 thang 08 nam 2012

-000 -NHIEM VU LUAN VAN THAC Si

Ho va tén hoc vién: VO CONG DANH Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1985 Nơi sinh : Đăk NôngChuyên ngành: Công nghệ Sinh học

MSHV: 10310607

1- TEN DE TÀI: Màng BC cổ định bạc nano và ứng dụng

2- NHIỆM VỤ LUẬN VAN:— Tạo màng BC bằng phương pháp lên men truyền thống.

— Khảo sát khả năng kháng khuẩn của bạc nano tự do va bạc nano hap phụ lên

màng BC.

— Tối ưu hoá quá trình hấp phụ dịch bạc nano vào mang BC theo phương pháp đáp

ứng bê mặt — phương án câu trúc có tâm.

— Ung dung mang BC hấp phụ bac nano ở điều kiện tối ưu làm màng lọc xử lý

nước uống nhiễm khuẩn và màng băng vết thương.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VU: Tháng 8 năm 20114- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: Tháng 08 năm 20125- HO VA TEN CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS TS NGUYEN THUY HƯƠNGNội dung va dé cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYỂN NGANH

QUAN LY CHUYEN NGANH

PGS TS NGUYEN THUY HUGNG

Con nguyện khắc ghi trong tim công ơn sinh thành và dưỡng duc của chamẹ Cha mẹ là nguồn động lực thôi thúc con phan dau trong qua trinh hoc Con xincam ơn tất cả những người thân trong gia đình đã hết lòng quan tâm, chăm sóc, luônbên cạnh ủng hộ và động viên con vững vàng hơn trên con đường học vấn.

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Dai học Bách Khoa Tp HồChí Minh đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin được gởi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Thuý Hương đãtận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong những lúc khó khăn Cô đã truyền đạt nhữngkiến thức và kinh nghiệm quý báu giúp em hoàn thành tốt luận văn này

Em xin chân thành cam ơn các Thay Cô trong Bộ môn Công nghệ Sinh hocđã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình học tập tại

Trường.

Em xin cảm ơn TS Trần Thị Dung đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giup emtrong khoảng thời gian thực hiện luận văn tại trường Cao đăng Kinh tế Công nghệTp Hồ Chí Minh

Em xin cảm on anh Khang, anh Quân đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ em trongnhững lúc khó khăn.

Xin cảm ơn hai người bạn của tôi: Khoa và Phát, những người luôn bên tôi

trong những lúc gian nan, khó khăn nhất

Xin cảm ơn các bạn lớp Cao học khóa 2010 đã luôn giúp đỡ, quan tâm và

chia sẻ những khó khăn trong suốt thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2012

VÕ CÔNG DANH

TOM TAT

Nhiễm khuẩn môi trường nước là một van dé cấp bach không phải chỉ ở Việt Nam

mà trên toàn thế giới, đặc biệt tại các nước kém phát triển Tổ chức Y tế Thế giới đã cảnhbáo răng 80% trường hợp bệnh tật tại các nước nghèo là do nguồn nước bị nhiễm khuẩn.Trong dé tai này, chúng tôi chế tao mang Bacterial Cellulose cố định bac nano làm manglọc nước Kết quả thí nghiệm cho thấy sau thời gian nuôi cấy 48 giờ, tạo được mang BCvới độ dày 1 mm với độ bền kéo là 2.6 (kg/cm’) và tốc độ thâm thấu 33.1 lít.m”.h' Dé tốiưu hoá quá trình hap phụ dịch bạc nano vào mang BC có bề dày 1 mm, chúng tôi sử dungphương pháp đáp ứng bề mặt — phương án cấu trúc có tâm Kết qua chỉ ra nồng độ bạc

nano trong nghiên cứu không ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ, nhiệt độ, thời gian, chế độ

lắc tối ưu của quá trình hấp phụ lần lượt là 24 °C, 60 phút, 200 rpm Sử dụng màng BC hấpphụ bạc nano ở điều kiện tối ưu ứng dụng trong lọc nước uống nhiễm khuẩn Màng chohiệu quả diệt khuẩn 100%, đáp ứng các chỉ tiêu vi sinh và hoá lý theo tiêu chuẩn nướcuống của Bộ Y tế Màng BC có định bạc nano đáp ứng được yêu cau làm màng lọc nước

Bỏng là một trong những tai nạn thương tâm nhất thường gặp trong đời sống hăngngày và thường để lại những di chứng nặng nề về thâm mỹ cũng như sức khỏe cho con

người Các vết thương do bỏng nặng có nguy cơ nhiễm trùng cao Các vi khuẩn thườnggặp là tụ cầu vàng, trực khuẩn mú xanh, có thể cả uốn ván Nhiễm trùng tại chỗ bỏng cóthé gây nhiễm trùng máu Sử dụng màng BC hap phụ bạc nano ở điều kiện tối ưu ứng dụnglàm màng trị bỏng Kết quả cho thây, màng chữa lành vết bỏng sâu sau 21 ngày điều trị.Vết bỏng sau khi lành giống như da bình thường, hầu như không để lại sẹo và lông phát

triển bình thường trên bề mặt vết bỏng Màng chữa lành hoàn toàn vết thương rách dađường kính 2 cm sau 10 ngày điều trị Mang BC cổ định bạc nano hoàn toàn đáp ứng được

yêu cầu làm màng băng vết thương nói chung và vết bong nói riêng, đặc biệt là ton thương

nhiễm khuẩn trong nghiên cứu thử nghiệm cận lâm sàng.

Một phan các kết quả của luận văn thé hiện qua hai bài báo:1 Võ Công Danh, Nguyễn Thuý Hương (2012) Lọc nước uống nhiễm khuẩn

bằng mang Bacterial Cellulose cô định bac nano.2 Võ Công Danh, Nguyễn Thuý Hương (2012) Ứng dụng màng Bacterial

Cellulose cỗ định bạc nano làm mang tri bong

Water infection is an urgent issue not only in Vietnam but also all over the world,especially in developing countries World Health Organization (WHO) warns thatapproximately 80% of diseases in poor nations are caused by infected water In this paper,a silver nanoparticles-coated Bacterial Cellulose (BC) film was fabricated and used as abacterial filter for contaminated drinking The results showed that after 48 hours of

bacterial culture, BC membranes with 1 mm thickness, 2.6 kg/cm’ in ultimate tensilestrength, 33.1 litre/m’/h in speed of osmosis were produced The central composite design

combined with response surface methodology was used to optimize the absorption processof silver nanoparticles solutions into BC membranes with 1 mm thickness The resultsshowed that the concentration of silver nanoparticles does not influence in this process.

Optimal temperature, time and rotation speed were 24 °C, 60 minutes and 200 rpm,

respectively BC silver nanoparticles composite membranes were used as bacterial filtersfor contaminated drinking water The bactericidal effects of these membranes were 100%,satisfying the microorganism and physics-chemistry specification which conforms to thestandards of Ministry of Health.

Burn is one of the most pitiful accidents in daily life and it usually have aestheticand healthful sequalae Severely burned wounds increase risks of bacterial infection.Bacteria commonly found are Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, evenClostridium tatani Infected burn wounds may lead to sepsis A silver nanoparticels-coatedBC was applicated in the treatment of burned wounds The results showed that the deepburned wounds could be healed after 21-day treatment The healed wounds are similar tonormal skin without causing scar, and hair was likely to grow normally on the surface ofburned wound Small wounds at diameter of 2 cm were completely healed after 10 days oftreatment Silver nanoparticels-coated BC films meet the demands of wound dressing ingeneral and wound treatment in particular, especially for bacterial infection in nonclinicalstudies.

A part of these results of the research is shown 1n two papers:1 Vo Cong Danh, Nguyen Thuy Huong (2012) The use of silver nanoparticles-

coated Bacterial Cellulose film for bacterial drinking water filtration.2 Vo Cong Danh, Nguyen Thuy Huong (2012) Application of silver

nanoparticles-coated Bacterial Cellulose in the treatment of burned wounds.

MỤC LỤC

MUC B9°[dẢỔỔẠỔẠỔI.ddddẨẢỎỞÚỒŨÚỒ IV

DANH MỤC BẢNG cà St té th HH He viiDANH MUC HINH 05 viiiDANH MỤC SO ĐỎ - tt nh HH HH1 re ixDANH MỤC CÁC TU VIET TAT ooeeeccescessessssesseesessecseeessesnecneencenssesnesueeneenesesneeneees xChương 1: MO DAU wu cecccccscccscsssceccscscescscsccececscsvscsecevavscessacsevevscecssvacsavavscessevacsees |Chương 2: TONG QUAN TALI LIEU G6 s33 St vn reo 4

2.1 Bacterial CeÏÏUÏOSe- S133 13309011111 1111 1990 0 20 2 0 11 1 vn 42.1.1 Các vi sinh vật sản sinh celluloSe€ - cc< ccc++ c1 cees 4

2.1.2 Cau trúc của Bacterial Cellulose -. ¿2 2 + +k + E+Eek+E+eeEererrerees 52.1.3 Tính chất của BC ch nh Hee 82.1.4 Quá trình sinh tổng hop BC s1 1S SE ng ng 92.1.5 Các yếu tố anh hưởng đến quá trình tạo BC 55s <+s+sssxsecxẻ 112.1.6 Một số ứng dụng của BC «sư S12 1g ng net 13

2.2 BAC NANO -.ccc QC n HH SH ng TH ng TH ng HH ch ch cu cà 142.2.1 Giới thiệu hoá học nanO ‹- - -‹ << {c1 E31 11 11 1k1 cv vẻ 142.2.2 Đặc tính của bạc añO - + + c csn CS S1 SH Y SH Y ng ven 15

2.2.3 Cơ chế diệt khuân c:cc St 2t th rhthtrrHgrHHrrrrrrree 17

2.2.4 Phương pháp tạo bac nañnO << 3311111311111 1111111551311 111122 24

2.2.5 Ứng dụng của bac 'añO s6 <2 S621 5 531 3 9E SE cv re cet 26

2.3 Màng ÏỌC HƯỚC c2 Q9 0101010 10001010 11111111110 10 1111111 v0 0 cv vớ 282.3.1 Phân ÍOạI - - CS c H211 110111 SY TH ng HH nh cv re 28

2.3.2 Tính chất các mảng lọc NUGC ¿se ket rvcke 292.3.3 Chất lượng mang lọc ƯỚC - Gv S32 E SE Event 312.4 Các chi tiêu đánh giá chất lượng nguồn nước ¿sex se+e+£sxsxcxe 312.5 Vet {HƯƠn t1 1S TT TT TH HT TH TT HT ng nơ 35

2.5.1 Khái niỆm - c QC H213 S19 SH TY ng KH nh cv re 352.5.2 Phân ÍOạI - - ccc SH 1n S0 SH SH TH TH HH nh cv 36

2.5.5 Chăm sóc vết fhương c- xxx S112 11g ng ng dt 382.6 Tổng quan về bỏng - - + kx t1 1v S11 111 11T HH TT ng ri 392.6.1 Khái quát về tình hình bỏng ¿6 6xx SE EE SE rvcee 39

2.6.2 Phân loại bỏng - c0 001110110010 11111111 110010 11111111111 1 1 11v vờ 412.6.3 Tac mhan gay DONG 6a - 1I'¬ 42

2.6.4 Nhiễm khuân vết DONG cccescescescesscesescescsvsceccevscscevscessavscearscnees 422.6.5 Chăm sóc vết bỏng -csktstS1 S111 S111 1 11111 HH ng net 432.6.6 Băng vết bỏng ¿c1 111v 1S 101g H11 HT HT ng net 44

2.7 Các nghiên cứu trong và ngoài NƯỚC - -c c5 << 231111155 sss 44

Chương 3: VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP 6s xxx EEsEsEceEseeeree 51

B.D Vat 8¬ 513.2 Phương pháp nghiÊn CỨU - c3 2101020311313 1158311111111 1115 1111 x2 57

3.2.1 Sơ đồ nghiên CỨU - k1 E S11 TT TT TH HT ng rnườn 573.2.2 Tao mang BC băng phương pháp lên men tinh truyền thống 583.2.3 Kiểm tra tính chất cơ lý của mang BC cv EsEekresed 623.2.4 Đánh giá chất lượng dịch bạc nano + «<< <<<<+c+sssssssssss 633.2.5 Tối ưu hoá quá trình hap phụ bạc nano vào màng BC 653.2.6 Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước -ssc+s+scss¿ 693.2.7 Ứng dung màng BC cố định bac nano lọc nước uống nhiễm khuẩn 703.2.8 Thử nghiệm mang BC cố định bac nano lam mang băng vết thuong 71Chương 4: KET QUÁ VA BIEN LUẬN - SG c ESxSESvSEEvcEvsvcservcke 724.1 Tạo màng BC bang phương pháp lên men tĩnh truyền thống 724.1.1 Khảo sát một số đặc điểm của giỗng A xyÏiiin -ccccscsece: 724.1.2 Tạo mang BC bang phương pháp lên men tĩnh truyền thống 744.2 Đánh giá chất lượng dịch bạc nanO - + + + << << +33 ssss 79

4.2.1 Nghiên cứu hình thái của bac nano bằng kính hién vi điện tử truyền qua

4.3 Tối ưu hoá quá trình hap phụ dịch bac nano vào mang BC theo phương phápđáp ứng bề mặt — phương án cau trúc có aM ¿- ¿xxx EsEsx£eEseekrersed 82

4.3.1 Xac dinh hoat tinh khang khuẩn của mảng BC sau khi hấp phụ dịch bạc

I1090AI 1084015050007 ẦẢ 87

4.3.2 Ứng dụng mang BC có định bac nano lọc nước uống nhiễm khuẩn 904.3.3 Thử nghiệm mang BC cố định bạc nano làm mang băng vết thương 93Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - G- + + SE kề SE SE ceeserkcee 99S21 K@t na 995.2 Kiến nghị, G- E111 TT TH TH TT TH TT ng ni 100I.)00I9008057 90.8407.0001 101

PHỤ LỤC

DANH MỤC BANG

Bảng 2.1: Câu trúc của mang phụ thuộc vao loại vi khuẩn tạo màng cellulose 7Bang 2.2: Tinh chất của một số loại 0511190102111 3]Bang 2.3: Chỉ tiêu vi sinh cho nước uống đóng chai .- 5-5 55s sec: 35

Bang 3.1: Thí nghiệm đo độ dày màng BC .-.- 55c 5S << ssssss 62

Bang 3.2: Giá trị các điểm sao cho œ trong thiết kế CCD 5s xxx: 66Bang 3.3: Các mức của các yếu tô ảnh hưởng trong quá trình hap phụ dịch bac nano

VAO MANG BC LAaAa ae G ::i1I1I.I.` 67

Bang 3.4: Mã hoá thiết kế thí nghiệm theo RSM-CCD 5 5 6c sex 68Bang 4.1: Kiểm tra một số đặc điểm sinh hoá của A xyÏiim .- 74Bang 4.2: Bé dày của mang BC G1 11c HT ng ngưng ru 75Bang 4.3: Độ bền kéo của màng BC s1 11g ng ngu 75Bang 4.4: Tốc độ thắm thấu của màng BC G1 SE SE cv reeo 76Bang 4.5: Kết quả kiểm tra khả năng lọc vi sinh của màng BC . - 78Bang 4.6: Khả năng kháng khuẩn của dịch bạc nano nồng độ 30 ppm 80Bang 4.7: Kết quả thực nghiệm theo RSM-CCD để tối ưu hoá hap phụ lượng bạc

DANH MUC HINH

Hình 2.1: Vi khuẩn 4 xylinum có bao nhay cấu tạo bởi cellulose eee 5Hình 2.2: Anh SEM mang BC từ A xylinum trong nuôi cấy tinh (A) và nuôi cấy

2075 ằẽa 6

Hình 2.3: BC của A xylinum trong nuôi cay tinh (A) và nuôi cấy lắc (B) 7Hình 2.4: Cấu trúc không gian của cellulose I (hình A) và cellulose II (hình B) 8

Hình 2.5: Top-down và bottom-up trong công nghệ nano - - «<< 15

Hình 2.6: Các cơ chế diệt khuẩn của bac nano c.ccceccccsccessescesesescesceseeseseeseeseacenees 18Hình 2.7: Lop peptidoglycan ở vi khuẩn Gram dương va Gram âm 18Hình 2.8: Anh TEM của vi khuẩn E coli (A) Tế bào vi khuẩn E coli (B) Phóng toanh A (C) Thanh tế bào E coli sau khi tác dụng với bac nano 900 ppm (D) Tế bao

E coli sau khi tác dụng với bac nano 900 ppm OM, màng ngoài; PG, lớp

peptidoglycan; CM, mang tế bào chất 6k1 E311 1 1112 5 g1 ru 19Hình 2.9: Cơ chế tác động của bạc nano làm co nguyên sinh - s5: 20Hình 2.10: Anh TEM của E coli (A) và Staphylococcus aureus (B) trước (a) và sau

khi bị tiêu diệt (b, c, d) bởi bạc nanO - <5 << 22111101110 1111111111111 111111122 21

Hình 2.11: Bạc nano đóng vai trò là chất mang của amoxicillin - 23Hình 2.12: Câu tạo lõi lọc RO - ¿cty 30Hình 2.13: Cau tạo mang UJE - 6 1x1 5 vn HT TH ru 31Hình 3.1: Giống tho Newzealand .ccceccccscccsescssesscesesescscscesescevsvscssesesvevscseeeeeas 52Hình 3.2: Sơ đô tiễn trình nghiên cỨu s3 SE 1S cv reo 57

Hình 3.3: Quy trình lên men tạo màng BC - 5-2231 1 133315 60Hình 3.4: Quy trình xử lý màng BC sau khi lên men 755 + 55s << << <3 61

Hình 4.1: Khuan lạc A xylinum trên thạch đĩa (A) và A xylinum trên môi trường

019085130119: 0ã511ẼẺẼ57587 1l a 72Hình 4.2: ⁄4 xylinum tạo lớp màng dày trên môi trường lỏng 73

Hình 4.3: A xylinum dưới kính hiển vi (vật kính 100 ) - 55c 73Hình 4.4: Biểu đồ sự tương quan giữa độ bền kéo va bề day của màng BC 76Hình 4.5: Biểu đồ sự tương quan giữa tốc độ thâm thấu và bể day của màng BC 77

Hình 4.6: Anh TEM của dich bac nano ở mức phóng dai khác nhau 79Hình 4.7: Kha năng kháng khuẩn của bac nano đối với Staphylococcus aureus (A)

Af: D0) 1 0 ) ee 82

Hình 4.8: Mat đáp ứng khối lượng bac nano theo thời gian va chế độ lac $6Hình 4.9: Đồ thị đáp ứng bề mặt biểu diễn mối quan hệ của x; (thời gian), x4 (chếđộ lắc) và y (khối lượng bạc nañn0) - 5 - s xxx 1 SE SE 1E vn ng 87Hình 4.10: Kết qua phân tích đường kính vòng kháng khuẩn theo nồng độ bangphan mềm Statgraphics (dấu X xếp cùng cột chỉ sự giống nhau của các nghiệm

Hình 4.11: Hoạt tinh kháng vi khuẩn E coli (A) va Staphylococcus aureus (B) củamang BC hấp phụ bac nano với các nồng độ khác nhau 2: 5-5 <5: 89Hình 4.12: Anh SEM mang BC (A) va bạc nano cô định vào màng BC (B, C) 89Hình 4.13: Hình ảnh minh hoa sự gan két bac nano trén mang BC 9]Hình 4.14: Thời gian lành vết thương (A) và diện tích ton thương theo thời gian (B)

ẶẦú.Ắ Ăn 94

Hình 4.15: Diện tích vết thương của thỏ điều trị với màng BC-Ag và băng gạc bánthấm sau thời gian 0; 7 va 10 ngày - - St 1S T TH HT HT ng ru 94Hình 4.16: Thời gian lành vết bong (A) và diện tích bong theo thời gian (B) 97Hình 4.17: Diện tích vết bỏng của thỏ điều trị với màng BC-Ag và băng gạc bánthấm sau 9; 13 và 18 ngày c1 n HT TH TT TT Hàn HT ng ru 98

Hình 4.18: Mang BC (A) va mang BC-Ag (B) cccccccsesseseecceeeceeeeeececeseesaaeees 98

DANH MUC SO DO

Sơ đồ 2.1: Con đường chuyển hoá fructose va glucose ở A xyÏiwwm 11

BC: Bacterial cellulose

BYT: Bộ Y Tế

CCD: Central composite designsCFU: Colony Forming UnitEPA: Environmental Protection AgencyEDS: Energy Dispersive SpectrometryFDA: Food and Drug AdministrationFE: Field Emission

ICP - AAS: Inductivity Coupled Plasma Atomic Absorption SpectrometryICP - MS: Inductivity Coupled Plasma Mas Spectrometry

IL-1, IL-6, IL-10: Interleukin-1, Interleukin-6, Interleukin-10MPN: Most Probable Number

NXB: Nhà xuất bản

ppb: part per billionppm: part per millionPP: PolypropylenePVDF: Polyvinylidene fluoride

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

SEM: Scanning Electron MicroscopyRSM: Response Surface Methodology

TCVN: Tiêu Chuan Việt Nam

TEM: Transmisson Electron MicroscopeTGF-B Transforming Growth Factor B

TNF: Tumour Necrosis Factor

STT: Số thứ tựTp HCM: Thành phố Hồ Chí Minh

WHO: World Health Organization

1.1 Đặt vẫn đề1.1.1 Mang Bacterial Cellulose (BC) cỗ định bạc nano ứng dụng làm mang lọc

nước uông nhiém khuan

Nhiễm khuẩn môi trường nước là một van dé cấp bách không phải chỉ ở ViệtNam mà trên toàn thế giới, đặc biệt tại các nước kém phát triển Tổ chức Y tế Thếgiới đã cảnh báo răng 80% trường hợp bệnh tật tại các nước nghèo là do nguồnnước bị nhiễm khuẩn, trong đó nhiễm khuẩn Escherichia coli được xem như là tácnhân chính gây ra các bệnh dich tả, tiêu chảy & !°7! 74)

Theo chương trình Môi Trường của Liên Hiệp Quốc, mỗi năm có 5 đến 10triệu người chết vì những bệnh do nhiễm khuẩn môi trường nước Dién hình là bệnhtiêu chảy với khoảng 4 ty trường hợp, làm 1.9 triệu người chết mỗi năm, hau hết là

10 85! Tại Việt Nam, bệnh tiêu chảy là nguyên nhân

những trẻ em dưới năm tuôi !thứ ba (sau nguyên nhân sơ sinh và viêm phổi) gây tử vong nhiều trẻ em dưới nămtuổi, là một trong mười bệnh gây chết người hàng dau tại Việt Nam, với ước tính9400 người chết mỗi năm l?°Ì,

Việt Nam có nguồn tài nguyên nước mặt và nước ngâm dồi dào Nhưng hiệnnay, lượng nước bị ô nhiễm là rất lớn va có xu hướng tăng nhanh Gan đây, trongmột đánh giá chất lượng nước ở quy mô lớn của Bộ Y tế Việt Nam, chỉ có 29.9%của tat cả các mẫu lay từ nguồn cung cấp nước sạch đáp ứng các tiêu chuẩn củaWHO Ủ!:Š! Do đó, giải quyết vẫn dé nước sạch là một trong những van dé cần thiếtvà cấp bách nhất hiện nay |),

Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng nhiều công nghệ lọc nước có sử dụng mànglọc như lọc tham thấu ngược, vi lọc, siêu lọc, màng lọc nano Tuy nhiên, các loạimàng lọc nảy đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành còn khá cao và chưa đápứng được nhu cầu sử dụng của người dân Vi vậy, cần phải tìm kiếm các phươngpháp chế tạo màng lọc đơn giản, rẻ tiền và hơn hết màng phải cho hiệu quả lọc nướcđáng tin cậy Phương pháp sản xuất mang cellulose từ Acetobacter xylinum (A

Nhiều kết qua nghiên cứu tạo mang cellulose từ A xylinum cho thay có thé taomang cellulose với bề dày tùy ý và có thé dùng trong xử lý nước Tuy nhiên, bảnthân màng cellulose không có khả năng diệt khuẩn Vì vậy, cần kết hợp mảngcellulose vi khuẩn với một chất có khả năng diệt khuẩn dé làm màng lọc trong xử lý

nước 19 33, 84]

Bạc nano hiện được xem là tác nhân kháng khuẩn hiệu quả với phố khángkhuẩn rất rộng Theo nhiều nghiên cứu, bạc nano có thể tiêu diệt khoảng 650 chungvi sinh vật gây bệnh ở người, kể cả các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh '?* 7°! Cóthé nói sự kết hợp giữa mang cellulose vi khuẩn với bạc nano sẽ tạo nên vật liệu tiềmnăng trong xử lý nước Hiện nay, ở Việt Nam chưa có công bố nào về sử dụng màngcellulose vi khuẩn cố định bạc nano làm màng lọc nước Vì vậy, nghiên cứu màngcellulose vi khuân có định bạc nano và ứng dụng trong xử lý nước là can thiết và cóý nghĩa quan trọng nhằm đem lại nguồn nước sạch cải thiện đời sống người dân.1.1.2 Màng BC cố định bạc nano ứng dụng làm mang băng vết thương

Nhiễm trùng là biến chứng thường xảy ra sau chan thương kín, vết thươnghoặc sau khi phẫu thuật Khi có vết thương, da sẽ bị khuyết mất mô, các thương tíchcủa các loại mô sẽ ảnh hưởng đến da, mô liên kết, cân cơ Tại da, nơi đây là cửa ngõ

cho vi khuân xâm nhập vào cơ thé gây nguy cơ nhiễm trùng l° Ÿ!,

Bỏng là một trong những tai nạn thương tâm nhất thường gặp trong đời sốnghằng ngày và thường dé lại những di chứng nặng né về thâm mỹ cũng như sức khỏecho con người Theo thống kê, trung bình mỗi năm Viện bỏng quốc gia tiếp nhận

[16,771 Các vếttrên 2000 trường hợp bỏng, trong đó chiếm hơn một nửa là trẻ em

thương do bỏng nặng có nguy cơ nhiễm trùng cao Các vi khuẩn thường gặp là tụcầu vàng, trực khuẩn mủ xanh, có thể cả uốn ván Nhiễm trùng tại chỗ bỏng có thégây nhiễm trùng mau | '°Ì,

Băng kín vết thương là tạo ra môi trường thích hợp cho sự lành vết thương,giúp bảo vệ vết thương không bị va chạm, tôn thương và hạn chế nhiễm khuẩn

ngoại với giá thành rất cao l` Š 17!Cellulose từ 44 xylinum có dạng sợi rất mảnh và được kết hợp với nhau để tạothành màng mỏng đã được chứng minh là có độ bền kéo cao, độ đàn hồi và khảnăng giữ nước cao Mặt khác, màng cellulose rất mềm mại, tinh khiết, không độc

35, 59, 80, 90

hại, không gây dị ứng Ì | Với khả năng diệt hon 650 loại vi khuẩn gây bệnh

23 771" dung dich bạc nano kết hợp mang BC hứa hen sẽ tạo ra bang gạc vô0 người

trùng trong điều trị vết thương nhiễm khuẩn.Với những yêu cầu thực tiễn trên, dé tài “Mang Bacterial Cellulose co địnhbạc nano và ứng dụng” là cần thiết và có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc xửlý nguồn nước, điều trị vết thương nhiễm khuẩn, bảo vệ sức khỏe cuộc sống người

dân.1.2 Mục tiêu

Đánh giá khả năng sử dụng mảng BC hấp phụ bạc nano trong hai hướng ứngdụng: Xử lý nước uống nhiễm khuân và Điều trị vết thương nhiễm khuẩn

2.1 Bacterial Cellulose2.1.1 Các vi sinh vật san sinh cellulose

Cellulose có thé được tao ra từ một số loài vi khuẩn như Acetobacter,

Aerobacter, Alchromobactr, Agrobacterium, Alacaligenes, zotobacler,

Pseudomonas, Rhizobium va Sarcina Tuy nhiên, những vi khuẩn thuộc loàiAcetobacter tao ra lượng cellulose nhiều hon và có giá trị thương mại cao honnhững loài khác !?”!

Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân b6 rộng rai

trong tự nhiên và có thé phân lập được các vi khuẩn này từ không khí, đất, nước,

lương thực thực phẩm, giảm, rượu, bia, hoa qua, Có khoảng 20 loài thuộc giống

Acetobacter đã được phan lập va mô tả như: A xylinum, Acetobacter aceti,

Acetobacter orleansen Trong đó, giéng A xylinum được xem như là một vi sinh

vật tạo cellulose hữu hiệu nhất H22 561,

> Sơ lược về vi khuẩn A xylinum

Ching A xylinum thuộc nhóm vi khuẩn acetic và có nguồn từ Philippin

Y Phân loại

Theo khóa phân loại Bergey, A xylinum thuộc:Lớp Schizomycetes

Bộ PseudomonadalesBộ phụ Pseudomonadieae

Họ Pseudomonadaceae |*”!¥ Dac điểm hình thái

A xylinum có dạng hình que, dài khoảng 2 um, Gram (-), có thé di động hoặckhông di động không sinh bào tử Tế bào đứng riêng rẽ hoặc kết thành chuỗi dài.Khuẩn lạc của A xylinum có kích thước tròn, nhỏ (đường kính 2 — 5 mm), bề mặtnhay và trơn bóng, phần giữa khuẩn lạc lỗi, dày và sam màu hơn các phần xung

¬ > [29

quanh, ria mép nhãn !'Ì,

A xylinum thuộc loại vi khuẩn hiểu khí bắt buộc nên chúng tăng trưởng ở bềmặt tiếp xúc giữa môi trường lỏng và môi trường không khí, có khả năng tạo vángcellulose khá day và chắc trên môi trường nuôi cây Nhiệt độ tối ưu để A xylinumphát triển từ 28 — 32 °C, khoảng pH từ 5.4 — 6.3 Theo Hestrin (1947), pH tối ưu củachúng là 5.5 và vi khuẩn không phát triển được ở nhiệt độ 37 °C (ngay cả trong môitrường dinh dưỡng tối ưu) Vi khuẩn có khả năng chịu được pH thấp nên khi nuôicay dé thu nhận BC người ta thường bồ sung acid acetic vào môi trường để tránhnhững vi sinh vật tap nhiễm |"),

Một số đặc điểm sinh hóa đặc trưng của A xylinum: (1) oxy hóa ethanol thành

acid acetic, (2) catalase dương tính, (3) không sinh trưởng trên môi trường Hoyer,

(4) chuyển hóa glucose thành acid (5) chuyển hóa glycerol thànhdihydroxyacetone, (6) không sinh sắc tố nâu, (7) có khả năng sinh tong hopcellulose ?7!,

Về nguồn dinh dưỡng, A xylinum có thé lên men nhiều loại đường khác nhau:glucose, galactose, sucrose, maltose, lactose, manitol Chúng có thé chuyén hoa

glucose thành acid gluconic, làm pH môi trường giảm từ 1 — 2 đơn vi **',

2.1.2 Cau trúc của Bacterial CelluloseBacterial Cellulose (BC) là một chuỗi polymer do các glucopyranose nối vớinhau bang liên kết B-1,4 glucan BC gồm các sợi có cau trúc dang dai ruy băng(ribbon) Khi quan sát dưới kính hiến vi điện tử, người ta thấy được cau trúc dạngxoăn của dai sợi Trong quá trình hình thành BC, từ các sợi sơ cấp (subfibril) có

chiều rộng 70 - 80 nm, chiều day 3 - 5 nm Những tập hợp dải sợi cellulose có chiềudai 1 - 9 um hình thành nên mạng lưới dày đặc, được 6n định bởi các liên kết hydro.

Thông thường, BC có mức độ polymer hoá từ 2000 - 6000, một vai trường

hợp đạt đến 16000 - 20000, trong khi đó cellulose thực vật có mức độ polymer hoákhoảng 13000 - 14000 So với cellulose thực vật, BC có độ kết tinh cao hơn, thắmnước tốt hơn, sức bền cơ học ở trạng thái âm cao hon và dễ uốn nan hơn l!°- *4!,

Kích thước của sợi va cau trúc của màng phụ thuộc vào loại vi khuẩn tạomang cellulose, điều kiện nuôi cấy Ở điều kiện nuôi cấy tĩnh, vi khuẩn tổng hợp

những màng cellulose trên bề mặt của dịch nuôi cấy, tại ranh giới giữa bề mặt dịchlỏng và lớp không khí giàu oxy Các màng BC này gọi là các màng BC trên môi

trường tinh (Static BC, S-BC) Các soi cellulose sơ cấp liên tục được tạo ra từnhững lỗ xếp dọc trên bé mặt té bao của vi khuẩn, liên kết lại thành các vi sợi vàđây xuống sâu hơn trong môi trường dinh dưỡng Trong môi trường nuôi cấy lắc,các sợi BC được tạo ra nối với nhau và bẻ nhánh nhiều hơn trong môi trường fĩnh

gọi là Agitated BC (A-BC) A-BC tạo ra dưới dạng các hạt nhỏ, hạt hình sao hay

các sợi dài, chúng phân tán tốt trong môi trường

Hình 2.2: Anh SEM màng BC từ 4 xylinum trong nuôi cấy tĩnh (A)

và nuôi cấy lắc (B) P®: ”?I,Sự khác biệt về cấu trúc không gian ba chiều của S-BC và A-BC được quansát rõ hơn bằng kính hiển vi điện tử Những sợi S-BC kéo dài và nam chồng lên cácsợi khác nhau theo chiều đan chéo nhau trong khi các sợi A-BC thì rỗi và cong

tinh của chúng cũng khác nhau.

Hình 2.3: BC của 4 xylinum trong nuôi cấy tĩnh (A) và nuôi cấy lắc (B) °7!.Kích thước của sợi và cẫu trúc của mang phụ thuộc vào loại vi khuẩn tạo

mảng cellulose, môi trường nuôi cây và điêu kiện nuôi cây.

Bang 2.1: Cấu trúc của mang phụ thuộc vào loại vi khuẩn tao mang cellulose !“* *7!

Giống Cấu trúc cellulose

Acetobacter Lop soi ngoai bao tao thanh cac dai

Achromobacter Dang soiAerobacter Dang soi

Agrobacterium Dang soi nganAlcaligenes Dang soi ngan

Pseudomonas Các sợi không tách biệt nhau

Rhizobium Dang soi ngan

Sarcina Cellulose di hinh

Zoogloea Chưa xác định rõ cau trúcTrong tự nhiên tồn tại phố biến hai dạng kết tinh là cellulose I va cellulose II,được phân biệt bởi kỹ thuật phân tích băng tia X, quang phố hoặc tia hồng ngoại.Tuy vào điều kiện môi trường nuôi cấy và giống vi khuẩn mà cellulose dang nao

chiêm ưu thê:

từ môi trường nuôi cấy tĩnh thường có dạng màng dày trên bé mặt môi trường, cóưu thế trong việc tạo màng, phù hợp với thiết bị lên men và độ chịu lực cao.

- Cellulose II: các chuỗi B- 1,4 glucan sắp xếp ngẫu nhiên, hầu như khôngsong song, liên kết với nhau bởi một lượng lớn nối hydrogen và được tổng hợptrong môi trường nuôi cây lắc Cellulose II chỉ được tập hợp ở một vài sinh vật (mộtsố tảo, vi khuẩn: sarcina ventriculi, A xylinum ) Các sợi cellulose tao ra thườngphân bố trong khắp môi trường nuôi cấy hoặc kết hợp với nhau tạo dạng hạt nhỏhoặc hạt hình sao BC tạo ra từ môi trường nuôi cấy lắc tuy độ chịu lực không caobằng nuôi cấy tĩnh nhưng lại có ưu thế ở độ trương nở và ngậm nước cao

A xylinum tông hợp được cả hai loại cellulose I và cellulose II Cellulose Icó thé chuyển thành cellulose II nhưng cellulose II thì không thé chuyển thànhcellulose I HŠ: 32: 3,

Hình 2.4: Cau trúc không gian của cellulose I (hình A)

và cellulose II (hình B) *!,

2.1.3 Tính chất của BC- _ Trọng lượng nhẹ, kích thước ôn định, độ bền hoá học, cơ học và sức căng

cao Hơn nữa, mang BC chịu được sự tác động của môi trường như khuấy trộn và

các áp lực, kha năng chịu nhiệt tốt

- Kha năng giữ nước va độ âm cao, có thê dé dàng điêu chỉnh độ xôp, thuận

cellulose kết tinh dị hình trong quá trình nuôi cấy tao cellulose.- BC là polymer sinh học có độ tinh sạch cao, được tong hop ma khong ganvới lignin nên dé dang bi phân huỷ bởi một số nhóm vi sinh vật Được xem lànguôn vật liệu mới có nhiều ưu thé trong tương lai °”°*!,

2.1.4 Quá trình sinh tổng hợp BC

A xylinum là vi khuẩn không có khả năng quang hop, chúng có thé sử dungnguồn carbon là các monosaccharide (như D-glucose) dé tạo ra cellulose ngoại baochi trong vài ngày Trong môi trường nuôi cấy tĩnh, 4 xyjjzm tạo ra màngcellulose ngay trên bề mặt tiếp xúc giữa môi trường và không khí

Sinh tổng hợp BC ở A xylinum là một tiễn trình bao gồm nhiều bước, đượcđiều hoà một cách chuyên biệt và chính xác bang một hệ thống chứa nhiều loạienzyme, phức hop xúc tác và các protein điều hoà Quá trình gồm hai giai đoạn

chính:

> Giai đoạn polymer hoá: trước tiên, enzyme glucosekinase xúc tac phản ứng

phosphoryl hoá chuyển glucose thành glucose-ó-phosphate Enzymephosphoglucomutase tiếp tục chuyển hoá glucose-6-phosphate thành glucose-1-phosphate Sau đó, glucose-l-phosphate được chuyển hoá thành uridinediphosphoglucose nhờ enzyme pyrophosphorylas Cuối cùng, uridinediphosphoglucose tổng hợp nên sẽ được polymer hoá thành cellulose, cellulose tiết

ra môi trường ngoại bào nhờ một phức hợp protein màng là cellulose synthase.

Một số chủng loại 4 xylinum (như A xylinum ssp., Sucrofermentans

BPR2001) có kha năng sử dung đường fructose hiệu qua hơn Nhờ các enzyme

fructosekinase, fructose-1-phosphatekinase và hệ thống phosphotransferases, chúngsẽ chuyển hoá fructose thành glucose-6-phosphate dé tham gia vào quá trình tươngtự như trên dé tao cellulose

> Giai đoạn kết tinh: vị trí hình thành cellulose là ở chu chất Soi cellulose

được tiêt ra ngoại bào nhờ các câu trúc lỗ trên màng tê bào chat Dau tiên, các chuôi

từ 6 - 8 glucan tạo ra được gọi là các sợi sơ cấp Các chuỗi này kết hợp với nhau

nhờ lực liên kết yếu Van der Waals nên chỉ tổn tại trong một thời gian ngăn, sau đó,

nhờ các liên kết hydro mà chúng sẽ tạo thành các sợi co bản gồm 16 chuỗi glucan.Các sợi cơ bản tiếp tục kết hợp với nhau tạo thành các vi sợi, roi tir các vi sợi taothành các dai Cuối cùng, các dai tu họp hình thành mang cellulose

Sau đây là các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hop cellulose vikhuẩn:

CS: cellulose synthaseFBP: fructose-1,6-biphosphate phosphatase.GK: glucokinase

FK: fructokinaseG6PDH: glucose-6-phosphate dehydrogenaseIPFK: fructose-1-phosphate kinase

PGI: phosphoglucoisomerasePGM: phosphoglucomutase

PTS: hệ thống của phosphotransferase

UGP: UDP-glucose pyrophosphorylaseFru-bi-P: fructose-1,6-bi-phosphateFru-6-P: fructose-6-phosphateGlc-6-P: glucose-6-phosphateGlc-1-P: glucose-1-phosphatePGA: phosphogluconic acidUDPGlc: uridine diphosphoglucose

Kích thước, hình dang, độ trong suốt và ty lệ các dang cua cellulose tuỳthuộc vao vị trí xúc tác của phức chat enzyme Cellulose được tổng hop từ 4.xylinum là sản phẩm cuối cùng của sự biến dưỡng carbon, phụ thuộc vào trạng tháisinh lý tế bảo và có liên quan đến chu trình pentose phosphate hoặc chu trình Krebs,đi kèm với quá trình chuyển hoá glucose Ở 4 xylinum, su tong hợp cellulose cóliên hệ chặt chẽ đến tiến trình dị hoá oxid hoá và tiêu thụ khoảng 10% năng lượngcó nguồn gốc từ những phản ứng dị dưỡng Sự tổng hợp BC không gây trở ngại cho

các quá trình đồng hoá khác, bao gồm sự tổng hop protein 77:37 °°,

CELLULOSE

CS |UDPGlc Glucose

Ạ ATP

GKUGP ADP

FKFructose aid Fru-6-P

2.1.5.1 Phuong pháp lên men

Ngày nay, việc san xuất BC được thực hiện bang nhiều phương pháp lênmen khác nhau: nuôi cấy lắc, nuôi cấy tĩnh trên khay mỗi phương pháp sẽ cho racác loại sản phẩm BC khác nhau về đặc tính hoá lý va cau trúc khác nhau, ứng với

những mục đích sử dụng khác nhau.

Nuôi cay tĩnh hay lên men bề mặt, BC tạo ra thường ở dang màng (S-BC)tích luỹ trên bề mặt giữa môi trường không khí và môi trường dinh dưỡng S-BCthương mại thường được dùng làm thực phẩm (thạch dừa), màng bao thực phẩm,mảng rung truyền âm thanh, màng lọc nước, màng trị bỏng Đây là phương pháp

cô điển nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thé giới.

Nuôi cay lắc hay lên men bé sâu, khi nuôi cấy vi khuẩn trong các thùng lên

men chứa dịch môi trường có cánh khuấy và thôi khí oxy, BC tạo ra có dạng sợi

huyền phù, hoặc dạng khối không đồng nhất (dang hạt nhỏ, hình tròn, elip ) Hìnhthức nuôi cấy nay thích hợp cho sản xuất BC công nghiệp cần quy mô lớn và mậtđộ tế bào cao, ứng dụng làm vật liệu trong các ngành mỹ phẩm, chất nhũ hoá Tuynhiên, lên men bé sâu thường xuất hiện các chủng đột biến Cel- một cách ngẫu

nhiên sau thời gian lên men Các chủng này sẽ không còn khả năng sinh sản BC, vì

thé làm giảm đáng kể hiệu suất sinh tong hợp BC 117? ®!,2.1.5.2 Diéu kiện nuôi cấy

Nhiệt độ: khoảng nhiệt độ tối ưu dé sản sinh cellulose là 28 — 32 °C Nhiệt độquá thấp sẽ làm chậm quá trình lên men, còn nhiệt độ cao hơn khoảng tối đa sẽ ứcchế hoạt dong, đến một lúc nào đó sẽ ngừng sản sinh tế bào, làm giảm hiệu suất lên

men H5 29)

pH: A xylinum phát triển thuận lợi trên môi trường có pH thấp, do đó trongnuôi cay thu nhận BC, người ta thường b6 sung acid acetic vào môi trường nhằmlàm giảm pH và hạn chế tạp nhiễm Khoảng pH tối ưu trong sản xuất cellulose là từ4 - 7 Ngoài ra, do A xylinum vừa sản sinh ra cellulose lẫn enzyme cellulase trongquá trình nuôi cay, vì vậy trong sản xuất công nghiệp, pH thường được điều chỉnh ở

4 - 4.5 dé thu được lượng cellulose nhiều nhất ?? *7!,

Nông độ oxy: A xylinum là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, do đó, điều kiện tiênquyết khi lên men tạo sinh khối là sự thông khí Trong thực tế, độ thông khí quyếtđịnh năng suất BC thu được Vì vay, khi lên men chìm người ta thường sử dụnghình thức sục khí cung cấp oxy hoặc sử dụng cánh khuấy Với lên men tĩnh, cầndùng dụng cụ có bề mặt rộng, thoáng và lớp môi trường mỏng

Ngoài ra, áp suất oxy cũng ảnh hưởng đến khả năng hình thành cellulose:cellulose hình thành dưới áp suất oxy thấp sẽ có sự phân nhánh nhiều hơn so vớitrong điều kiện áp suất oxy cao Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và độ

chịu lực của lớp màng BC l“>?!!,

2.1.5.3 Môi trưởng dinh dưỡng

Nguồn carbon: glucose, fructose, lactose, galctose, arabinose được xem lànhững co chất thích hợp cho quá trình tổng hop BC của A xylinum Nguồn carbontừ glucose được cho là có hiệu quả nhất trong việc tăng hiệu suất sản sinh cellulose

Nguồn nito: cao nam men và peptone được xem là nguồn cung cấp nito tốtnhất cho sự phát triển tế bào của các vi khuẩn thuộc nhóm Acetobacter Một số acidamin như methionine, glutamate luôn hiện diện trong môi trường nuôi cay của A.xylinum vì chúng có ảnh hưởng quan trọng đến sự phát triển của tế bào và sự tonghợp cellulose Ngoài ra, người ta có thể bổ sung vào môi trường một số muối

amonium phosphate, dịch chiết bắp dé tăng hiệu suất sản sinh cellulose °” ”',

2.1.5.4 Nguồn nguyên liệu cho quá trình lên men

Hiện tại, ở Việt Nam và một số quốc gia khác, nguồn nguyên liệu chủ yếu vàtruyền thống dé sản xuất BC là nước dừa giả Trong nước dừa già có chứa nhiềucarbohydrate, vitamin, acid amin và các chất kích thích sinh trưởng rất thuận lợicho sự phát triển của A xylinum Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu này chỉ mang tinhchat địa phương, có thé không phù hợp về số lượng và chất lượng khi tiễn hành lênmen ở quy mô công nghiệp Ngoài nước dừa, một số môi trường khác được thửnghiệm dé sản xuất BC là: nước mía, ri đường, dịch phụ phẩm trái cây !"'-”',2.1.6 Một số ứng dụng của BC

Trong thực phẩm: với công dụng như là một chất làm đặc, vật liệu ôn địnhdịch huyền phù, vật liệu làm vỏ bọc thực phẩm, BC được ứng dụng nhiều trongthành phần các món ăn (thạch dừa, kem it calorie, bánh kẹo), chất nhũ hoá (trongnước ép trái cây), chất làm đặc (trong kem, dầu giẫm trộn salad), màng bao thựcphẩm, vỏ bọc xúc xích P18)

Trong y học: người ta tâm một số hoá chất, thuốc đặc trị vào mảng BC dùnglàm mang tri bỏng, màng băng vết thương, làm tác nhân vận chuyền thuốc, tá duoctự rã, da nhân tạo, mạch máu nhân tạo Ngoài ra, BC còn được sử dụng làm chất

K 4: R14 oe ^ 16, 17, 58, 59

mang cô định tê bao vi sinh vat | 17,98, 99]

Trong mỹ phẩm: với kha năng giữ 4m cao nhưng không bám lại trên da saukhi rửa và không gây tác dụng phụ như một số chất giữ âm khác, huyền phù BCđóng góp trong thành phan của kem dưỡng da, gel vuốt tóc, chất làm nền của móngnhân tao, chất tăng độ bền và dày cho nước làm bóng móng tay, chất 6n định trang

thái cầu trúc mỹ phẩm °° °°!

Trong bảo vệ môi trường: BC được ứng dụng làm các miếng xốp hút dầutràn, làm chất hấp phụ khi cần loại bỏ các chất độc hại trong xử lý nước ô nhiễm,phân tach các dung môi hữu cơ l'Š* 3 °°!

Trong công nghiệp: BC là vật liệu nhân tạo dùng sản xuất quân áo, giày dép,mảng rung chuyển đôi âm thanh (nhờ khả năng chịu lực tốt, tốc độ truyền âm cao),tác nhân kết dính gỗ trong sản xuất gỗ nhân tạo, giấy phủ, giấy in có tính hút và giữ

32, 56

mực cao & °°!2.2 Bac nano2.2.1 Giới thiệu hoá hoc nano

Nanomet là điểm kì điệu trong kích thước chiều dài, điểm mà tại đó những vậtsáng chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cấp độ nguyên tử va phân tử của thé giới tự

nhiên.

“Hội chứng công nghệ nano” về cơ bản đang tràn qua tất cả các lĩnh vực củakhoa học và công nghệ, và sẽ thay đối hầu hết ban chất của mọi đối tượng do conngười tạo ra trong thế ký tiếp theo Nói chung, công nghệ nano có nghĩa là kỹ thuậtsử dụng kích thước từ 0.1 nanomet đến 100 nanomet để tạo ra sự biến đổi hoàn toànly tính một cách sâu sắc do hiệu ứng kích thước lượng tử (quantum size effect).Trong công nghệ nano có phương thức từ trên xuống dưới (top-down) nghĩa là chianhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano và phươngthức từ dưới lên trên (bottom-up) nghĩa là lắp ghép những hạt cỡ phân tử hay nguyêntử lại để thu được kích thước nano

trữ nước Những người khai hoang Châu Mỹ đặt một đồng tiền băng bạc vào trongcốc sữa trước khi uống Các nhà thờ thường dùng các ly, cốc làm bằng bạc !”Ì.

Hiện nay, cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ vẫn sử dụng bạc cho hệ thống lọcnước trong tàu con thoi Bac và các muối bạc đã được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷXIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng Nhưng sau khi thuốc

kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao người ta không

còn quan tâm đến giá trị diệt trùng của bạc nữa Tuy nhiên, từ những năm gan đây,do hiện tượng các chủng vi sinh ngày cảng trở nên kháng thuốc, người ta lại quantâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các đặc trưng khác của bạc.Gần đây, các kết quả nghiên cứu mới nhất về tính khử trùng của bạc đã khăng định

bạc ở kích thước nano có hiệu quả sát khuân cao hơn bạc ở kích thước micro nhiêu

lần I2: 791

Các hạt bạc nano có kích thước nhỏ hơn 100 nm và chứa từ 10000 - 15000

nguyên tử bạc HH Do vay, bạc nano có diện tích bề mặt riêng rất lớn Hiện nay, bạcnano được biết đến với nhiều đặc tính độc đáo

2.2.2.1 Diệt khuẩn

Đặc tính sinh học quan trọng của bạc nano là tác nhân diệt khuẩn hiệu quả vớiphố kháng khuẩn rất rộng, khoảng 650 chủng vi sinh vật gây bệnh ở người, kế cả cácchủng vi khuẩn kháng kháng sinh Do đó, bạc nano được xem như là kháng sinh thếhé mới l®: 7!

Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh đặc tính diệt khuẩn của bạc nano Nghiêncứu của Hernane và cộng sự (2011) cho thay bạc nano có thé tiêu diệt đượcStaphylococcus aureus và E coli Nhiều nghiên cứu khác cũng cho thay, bac nano có

thê tiêu diệt được các vi khuan: Vibrio cholerae, pseudomonas aeruginosa,

Salmonella typhi, Staphylococcus epidermidis “* ** ° “', Các nghiên cứu cũngcho thay bac nano co tinh khang khuẩn mạnh hơn ion bac 47,

Ngoài kha năng diệt khuẩn, bạc nano có tác dụng nhanh diệt một số loài nắmpho biến là Aspergillus, Candida va Saccharomyces Hơn nữa, những hạt bạc nano

có đường kính 5 - 20 nm có khả năng ức chế sự sao chép của virus HIV-1 !'”!,

Mặt khác, đặc tính quý của bạc nano với vai trò chất sát trùng là bạc không bịcác chủng vi sinh gây bệnh thích nghi như nhiều hóa chất sát trùng khác Điều này đãthúc đây hướng nghiên cứu sử dụng bạc nano trong nhiều lĩnh vực !”'.

2.2.2.2 Không độc hại

Nguyên t6 bạc không độc hại đối với cơ thé con người với liều lượng tươngđối cao Theo Tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ, cơ thể con nguoi có thể nhận liên tụcmỗi ngày từ 0.3 mg đến 0.4 mg bạc trong suốt cuộc đời mà không bị ảnh hưởng đếnsức khỏe Vì vậy, bạc ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hoạtđộng khoa học sản xuất Người ta cũng đã chứng minh được răng trong thiên nhiênbạc không tạo ra những hợp chat làm tốn hại sinh thái và ô nhiễm môi trường !”Ì.2.2.2.3 Phân tán ồn định

Bạc nano có khả năng phân tán 6n định trong các loại dung môi khác nhau

(trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như

benzen, toluen) Bạc nano có thể phân tán trong polymer băng nhiều cách khác nhau

như:

- Phân tán bạc nano trong polymer nóng chảy và khuấy trộn mạnh (có thé sử

dụng rung siêu âm).

— Hoà tan polymer trong một loại dung môi thích hợp rồi cho bạc nano phân

tán vào Cho bay hơi dung môi sẽ thu được bạc nano phân tán trong polymer.

- Khử trực tiếp muối bạc trong polymer (dạng nhũ tương hoặc dạng hoà tan)để thu được dạng phân tán của bạc nano trong polymer

Ngoài những đặc tính ưu việt trên bạc nano còn có độ bên hoá học cao, khôngbị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hoá khử thông thường

Mặt khác, bạc nano 6n định ở nhiệt độ cao và chỉ phí cho quá trình sản xuất thấp L3,

2.2.3 Cơ chế diệt khuẩn

Mặc dù tác dụng kháng khuẩn của các hat bạc nano đã được nghiên cứu rộngrãi, nhưng cơ chế diệt khuẩn của chúng vẫn chưa được hiểu rõ Hiện nay tồn tại một

sô quan điêm giải thích cơ chê diệt khuân và vô hiệu hoá virus của bạc nano (hình2.6) "2l,

Vi khuẩn có thành tế bào khác nhau được chia làm hai nhóm: Gram âm vàGram dương Việc chia nhóm này dựa trên độ dày của lớp peptidoglycan trên vách tếbào Lớp peptidoglycan ở vi khuẩn Gram âm mỏng hơn Gram dương và có kíchthước khoảng 2 — 3 nm Cu thé hon, peptidoglycan chiếm hơn 50% trọng lượng khôcủa thành tế bào vi khuẩn Gram dương, trong khi đó ở vi khuẩn Gram âm tỷ lệ naychỉ khoảng từ 5 - 10%” ”*!,

Theo nhiều nghiên cứu cho thay, bạc nano thé hiện tính kháng khuẩn trên vikhuẩn Gram dương thấp hơn ở vi khuẩn Gram âm vì vi khuân Gram dương có lớp

peptidoglycan day tạo nên sức bền và độ cứng cho tế bảo l?* 777) 7Ì; ngoai ra, Ở VI

khuẩn Gram âm có lớp lipopolysaccharide tích điện âm nên hút điện dương của ionbạc (do bạc nano phóng thích) Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano có thé liên quanđến lớp peptidoglycan, mà lớp peptidoglycan chỉ có ở vi sinh vật mà không có ởđộng vật có vú Vì vậy, nếu khả năng kháng khuẩn của bạc có liên quan đến lớppeptidoglycan thì sẽ dé dang và đặc hiệu khi dùng bạc nano là tác nhân kháng khuẩn

[53 71]

Hình 2.8: Anh TEM của vi khuẩn E coli (A) Tế bào vi khuẩn E coli (B) Phóng toảnh A (C) Thành tế bào E coli sau khi tác dụng với bạc nano 900 ppm (D) Tế bảo

E coli sau khi tác dụng với bạc nano 900 ppm OM, màng ngoài; PG, lớp

peptidoglycan; CM, màng tế bào chat !°7!,

trước (a) và sau khi bị tiêu diệt (b, c, d) bởi bạc nano °”!,2.2.3.2 Hat bạc xâm nhập vào bên trong té bào vi khuẩn làm rồi loạn quả trìnhtrao đổi chất

Cơ chế này thì chưa được rõ ràng hoàn toàn nhưng quá trình nghiên cứu chothay rang E coli khi được xử lý với bac nano thì hình thái của màng nguyên sinhchất thay đổi làm tăng tính thấm qua màng tế bào vi sinh vật, phá vỡ chuỗi vậnchuyền điện tử làm ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất qua màng nguyênsinh chất Tế bảo mất đi khả năng điều khiến quá trình vận chuyển các chất quamàng nguyên sinh chất Vì thế, tế bào sẽ bị tiêu diệt !”Í

Nếu các ion bạc được lay ra khỏi tế bào ngay sau khi tương tác với bạc nano,khả năng hoạt động của vi khuẩn có thé lại được phục hồi Các tế bào động vật cấpcao có lớp mang bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vat, không cho phép cácion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tốn thương khi tiếp xúc với các ion này Cóthể nói, tác dụng của ion bạc ở đây không mang tính đặc thù về bệnh lý giống nhưthuốc kháng sinh, mà mang tính đặc thù về cấu trúc tế bào Vì vậy bất kì một tế bào

nào không có lớp màng bảo vệ bên vững vê hoá học đêu dê dàng bị bạc tác động,

chăng hạn như các loại virus ngoại bảo (extracellular virus) Đồng thời bạc tác dụngnhư một chất xúc tác nên ít bị tiêu hao trong quá trình sử dung !“: “1,

Ngoài ra, khi hạt bạc nano xâm nhập vào bên trong tế bào vi khuẩn thì nó sẽliên kết với những nhóm phosphour và sulphurhydrin -SH của các hợp chất bêntrong tế bào như là DNA, protein, enzyme, làm cho DNA không sao chép được,bất hoạt protein va enzyme dẫn đến cản trở quá trình trao đối chất va tạo ra

23,55

hydrogen peroxide nên tế bao sẽ bị chết l:®°Ï_ Ngoài những quan điểm trên, một số

quan diém cho răng bạc nano gan vào bê mặt màng tê bào hay ngăn cản sự hình

thành màng sinh học !”!,2.2.3.3 Tác động của hạt bạc nano lên phosphotyrosine của protein vì khuẩn

Tyrosine là một trong 20 loại acid amin dùng để tổng hợp protein Chứcnăng: là chất nhận nhóm phosphate từ protein kinase Phosphoryl hóa tyrosine tạora phosphotyrosine là bước quan trọng nhất (key step) trong việc truyền tính trạngvà điều khiến hoạt tính của enzyme

Đề nghiên cứu hoạt tính của hạt bạc nano lên việc truyền tính trạng trong quátrình tăng trưởng của vi khuẩn Gram âm va Gram dương như thé nào, người ta đã

dùng hai đại diện đó là E coli (Gram âm) và S aureus (Gram dương) Khi xử lý vi

khuẩn với bạc nano thì ở vi khuẩn Gram dương S aureus gần như không có sự thayđối nào trong quá trình phosphoryl hóa protein Tuy nhiên, ở vi khuẩn Gram âm thibạc nano làm cho vi khuẩn Gram âm không thé phosphoryl hóa ở hai đoạn peptidelớn (150 và 110 kDa) ở E coli và S typhi Vì việc phosphoryl tyrosine ở vi khuẩnsẽ hoạt hóa nhiều tiền protein như là những nguyên tố RNA polymerase sigma và

UDP glucose dehydrogenase, giảm quá trình phosphoryl hóa làm ngăn cản hoạt

động của những enzyme này làm ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng của vi khuẩn.Một bài báo cáo gần đây đã trình bày việc phosphoryl hóa tyrosine của proteinsingle-stranded DNA-binding, đây là những phân tử kết hợp với DNA ở những giai

đoạn khác nhau khi DNA thực hiện chức năng sao chép va tái bắt cặp |,

2.2.3.4 Hoạt tính kháng khuẩn của bạc nano khi kết hợp với kháng sinhTrong một thí nghiệm trên vi khuẩn E coli: Cho 5 pg/ml bạc nano có kíchthước 20 nm vào dịch vi khuẩn thì không hề thấy có bất kì tác động nảo lên vikhuẩn Cũng trên E coli, cho 0.15 mg/ml amoxicillin vào dich vi khuẩn thì chỉ làmchậm sự phát triển của vi khuẩn Còn khi ta kết hợp sử dụng cả bạc nano vàamoxicillin với nồng độ như trên lên vi khuẩn £ co/i thì hiệu quả thay đổi rất đángké, hoạt động phát triển của vi khuẩn giảm mạnh.

Cơ chế của hiệu quả kháng khuẩn phối hợp giữa bac nano va amoxicillin cóthể được giải thích như sau: amoxicillin dễ dàng liên kết với hạt bạc nano doamoxicillin có chứa nhiều nhóm hydroxyl va amido Trong trường hợp nay bạcnano đóng vai trò là chất mang giúp cho amoxicillin tiếp xúc với tế bao vi khuẩn dédàng hơn nên làm tăng khả năng kháng khuẩn của amoxicillin

Ngoài amoxicillin ra thì còn có nhiều kháng sinh khác khi kết hợp với bạcnano thì hoạt tinh tăng lên rất rõ rệt như là ampicillin, gentamycin, kanamycin,streptomycin và vancomycin Khả năng kháng khuẩn của những kháng sinh nay khikết hợp với bạc nano có hiệu quả tốt hơn trên vi khuẩn gram âm như là E coli vàPseudomonas aeruginosa, hoạt tính kháng khuẩn yếu hơn trên Staphylococcus

2.2.3.5 Cỏc yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu quả khỏng khuẩn của bạc nano

> _ Kớch thước hạt bạc nano

Hoạt tớnh khỏng khuẩn của bạc nano phụ thuộc vào kớch thước của hạt bạcnano Hạt bạc nano cú kớch thước càng nhỏ thỡ diện tớch tiếp xỳc cảng lớn, do đúkhả năng khỏng khuẩn càng cao Nghiờn cứu của Morones và cộng sự (2005) chothay hạt bac nano cú kớch thước từ 1 — 10 nm cho hoạt tinh khang khuẩn cao

Nghiờn cứu mới nhất của Panacek và cộng sự (2006) khăng định cỏc hạt bạc nano

cú kớch thước 25 nm cho hoạt tớnh khỏng khuẩn cao nhất !* đè,

> _ Hinh dạng hạt bạc nano

Khả năng khỏng khuẩn của bac nano cũn phụ thuộc vào hỡnh dạng khụng giancủa hạt bac nano Nghiờn cứu của Pal và cộng sự (2007) trờn vi khuẩn E coli chothấy hạt bạc nano cú dạng hỡnh tam giỏc cụt cho khả năng khỏng khuẩn cao nhất sauđú đến hỡnh cầu và cuối cựng là hạt bạc nano hỡnh gậy l3 7) ”2!,

> _ Nụng độ dịch bạc nanoKết quả nghiờn cứu của Morones và cộng sự (2005) về sự ảnh hưởng của cỏcnụng độ khỏc nhau trờn vi khuẩn Gram õm E coli cho thay nồng độ bạc nano lờnđến 75 ug/ml thỡ vi khuẩn vẫn phỏt triển nhưng tăng trờn mức này thỡ vi khuẩnkhụng phỏt triển '“†

> Liộu lượng dịch bạc nanoShrivastava và cộng sự (2008) tổng hợp cỏc hạt bạc nano cú kớch thước 10-15nm Sau đú, họ khảo sỏt sự ảnh hưởng của liều lượng trờn vi khuẩn Gram õm vaGram dương nghiờn cứu Kết quả thấy răng hoạt tớnh của cỏc hạt bạc nano phụ

Cỏc tỏc nhõn hoỏ học thường sử dụng là: NaBH, sodium citrate, hydrogen,

hydrogen peroxide, hydroxylammine, hydrazine, formaldehyde và các dẫn xuất củanó như EDTA, các monosaccharide, Ứng với mỗi hoá chat sẽ có một phươngpháp khử để điều chế hạt bạc nano: phương pháp khử citrate ứng với tác nhâncitrate, phương pháp khử EDTA ứng với tác nhân EDTA Mỗi phương pháp đều

z RK A z rege ^ 3 A [30, 31, 41, 46, 52có cơ chế cụ thé tương ứng với tac nhân khử cụ thé P2242 46°712.2.4.2 Phương pháp vat ly

Đây là phương pháp sử dụng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ như

tia UV, gamma, tia laser dé khử ion bạc tạo thành hat bac nano Dưới tác dụng củacác tác nhân vật lý, có nhiều quá trình bién đổi của dung môi và các chất phụ giatrong dung môi dé sinh ra các gốc hoá học có tác dụng khử ion bạc thành bac kimloại để chúng kết tụ tạo các hạt bạc nano

Một thí dụ sử dụng phương pháp vật ly để chế tạo hạt bạc nano là dùng các tialaser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6 ns, tần số 10 hz công suất 12—14

Mw !"" chiếu vào dung dich AgNO; như là nguồn kim loại và sodium dodecyl

sulfate (SDS) như chất hoạt hoá bề mặt để thu được hạt bạc nano Kích thước củahat bac nano tạo ra băng phương pháp laser phụ thuộc vào chiều dai bước sóng vàcường độ của laser °"! Phương pháp vật lý có nhiều ưu điểm như: đơn giản honphương pháp hoá học Tuy nhiên, để tạo tác nhân vật lý cần thiết bị hiện đại và chỉphí cao |77!,

2.2.4.3 Phương pháp su dụng lò vi song

Lò vi sóng là một thiết bị gia nhiệt, nó cung cấp một nhiệt lượng 6n định vagia nhiệt đồng đều Sử dung lò vi sóng tiến hành khử ion Ag’ thành Ag’ theo quytrình polyol để tạo thành hạt bạc nano Trong phương pháp này muối bạc và chấtkhử có tác dung trợ giúp cho quá trình khử Ag’ về Ag’ như: C;H;OH, C;H:(OH);,C;H:(OH);, HCHO cũng như chất 6n định hạt bạc nano khi nó tạo thành Dưới tácdụng của vi sóng các phân tử có cực như các phân tử Ag’ và các chat trợ khử sẽnóng lên rất nhanh, nhiệt cung cấp đều cho toàn dung dịch do vậy mà quá trình khửbạc sẽ nhanh chóng hơn các phương pháp khác 7!

2.2.5 Ung dung của bac nano

Bac có hai đặc điểm nỗi bat là tính dẫn điện tốt và tinh kháng khuẩn cao Theođó, bạc nano cũng có hai ứng dụng quan trọng làm vật liệu dẫn điện và làm chất khửtrùng Về vật liệu dẫn điện, bạc nano thường được sử dụng làm keo dẫn điện, vải dẫnđiện chống tĩnh điện, lớp bảo vệ điện từ Vé tính khử trùng, bạc nano thường đượcứng dụng làm chat tiệt tring, kháng khuẩn, khử mùi hôi, '°Ì

Hiện nay trên thế giới đã sản xuất nhiều sản phẩm tiêu dùng có chứa bạc nano

như:

> Cung cấp các thiết bị cho trẻ em: những đồ dùng cho trẻ em được làm từnhựa có chứa thêm thành phân bạc nano có tác dụng khử trùng Qua kiểm tra xácđịnh cho thấy chúng có khả năng tiêu diệt được trên 99.9% vi khuẩn !”Ì,

> Thùng chứa bang nhựa: bac nano được đưa vào trong vat liệu chứa bangnhựa dé tăng kha năng diệt khuẩn và các chức năng khác Dac biệt là dé bảo quảnthức ăn người ta cho chúng vào trong hộp nhựa có chứa bạc nano Ví dụ, rau diépvẫn còn tươi nguyên sau 12 ngày bảo quản trong hộp nhựa có chứa bạc nano trongkhi với cùng loại rau diép nay bảo quản trong thùng nhựa bình thường sẽ bi hỏngtrong 3 ngày !”Ì,

> Sản xuất bao bì, đóng gói: bạc nano được đưa vào trong các vật liệu làm baobì để bảo quản thực phẩm, tiêu diét vi khuẩn giữ cho thực phẩm luôn tươi mà không

gây độc hại cho người sử dung !”'

> Thiết bị gia đỡnh: loại nhựa chủ yếu dựng dộ sản xuất cỏc thiết bị gia dụng là

ABS (Acrylonitril Butadien Styren) được trộn với bạc nano Vật liệu nay cú tỏcdụng giữ cho mụi trường trong sạch và tăng cường cỏc chức năng khỏc Loại vật

liệu này rất thõn thiện với mụi trường và cú khả năng tiờu diệt cỏc loại vi khuẩn vanam cao Hiện nay, cỏc hóng Samsung, LG (Lucky-Goldstar) đó đưa cỏc thiết bịnhư tủ lạnh, điều hoà, mỏy xử lý khớ, dụng cụ lọc nước, mỏy giặt, cú sử dụng bạcnano ra thị trường Theo cụng bố của cỏc hóng này và đó được Cục thực phẩm vàdược phẩm (FDA), Cục Bảo vệ Mụi trường Mỹ (EPA) kiểm định thỡ hầu như cỏcloại vi khuẩn trong mỏy đều bị tiờu diệt Trong mỏy giặt, cụng nghệ này tạo thànhhệ thống diệt khuẩn của mỏy mà khụng cần phải đun sụi nước hay sử dụng một biệnphỏp nao khỏc Cỏch làm nay ớt tốn kộm điện năng mà vẫn bảo đảm hiệu quả Bờn

cạnh tỏc dụng diệt khuẩn, bạc nano cũn cú tỏc dụng khử mựi Kết quả nghiờn cứucho thấy, tủ lạnh cú chứa bạc nano cú thộ bảo quản thực phẩm tới 15 ngày mà vẫn

giữ nguyờn được mựi vị 7? 778!> Sản xuất kem đỏnh răng và cỏc chất tay rửa: nhiều cụng ty đó đưa ra thịtrường cỏc loại kem đỏnh răng cú chứa bạc nano cú tỏc dụng làm trắng răng, làmrăng thờm chắc và làm sạch cả những 16 hong của rang, ngăn chặn sõu răng và mựihụi Đặc biệt, chỳng cú khả năng loại bỏ cỏc bựa răng và loại trừ cỏc bệnh về răngmiệng Ngoài ra, cỏc sản phẩm cú chứa bạc nano như bột giặt, nước xả làm mềmvải, xà phũng tắm, sữa tam cũng đó được đưa ra thị trường !”',

> Trang phục: cỏc nhà khoa học của trung tõm nghiờn cứu NanoHorizons (Hoa

Kỳ) đó nghiờn cứu đưa bạc nano vào trong bớt tất để khử mựi hụi và khử trựng, quầnỏo để chống ban, khẩu trang Cỏc sản phẩm này sẽ cú mặt trờn thị trường với giỏcả cú thể chấp nhận được lđ' “1,

> Sản xuất thuốc chữa bệnh: hiện nay một số hóng dược phẩm trờn thế giới đóđưa ra cỏc loại thuốc dạng viờn hoặc dạng thuốc nước chứa bạc nano Bờn cạnh đú,hướng sử dụng bạc nano cố định vào cỏc mảng cellulose điều trị bỏng đang đượcquan tõm đặc biệt Cỏc sản phẩm bac nano tụn tại dưới dạng gel cũng đang được

ơ re Tay Ê 23, 37, 50, 58

nghiờn cứu và hứa hen mang lại nhiều lợi ớch trong y hoc 77°" °° đè,

> Thiết bị điện tử: các nhà khoa học của hãng IBM (International BusinessMachines) cũng đang nghiên cứu ứng dụng bạc nano để sản xuất các linh kiện điệntử phục vụ cho nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng !Ì.

2.3 Màng lọc nướcMàng được gọi là màng mỏng khi màng có bê dày 0.05 mm - 2 mm Màng cókhả năng tạo ra sức cản đê tách các phân tử có trong nước như cặn lơ lửng, cặn và

ion hoà tan, dung môi khi cho dung dịch nước đi qua |"

2.3.1 Phân loại

Người ta đưa ra nhiều cách phân loại màng, tuy nhiên có hai cách phân loạithông dụng nhất đó là phân loại theo vật liệu cầu tạo mảng và theo công nghệ lọc.2.3.1.1 Theo vật liệu cấu tạo màng

Màng lọc được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau: kim loại, gốm, su,

polymer, composite Mang kim loại thường được lam bang thép không ri và đượcsử dụng trong công nghệ vi lọc Mang gốm, sứ được làm từ những loại gốm sứ đãđược xử lý để có kích thước 16 màng đồng đều va được sử dụng trong công nghệ vi

lọc, công nghệ siêu lọc Màng lọc polymer như màng cellulose, màng polysunfone,

màng polyvinylidenedifluoride được sử dụng nhiều nhất và màng loc cellulosecũng có nhiều loại Một số loại màng lọc cellulose đang được sử dụng làm màng

loc: Cellulose acetate (CA), Cellulose nitrate (CN), Cellulose tái sinh (RC),

Cellulose triacetate (CTA) 77!

2.3.1.2 Theo công nghệ locMang sử dung theo công nghệ: vi lọc (MF: microfiltration), siêu loc (UF:

ultrafiltration), loc nano (nanofiltration) va loc thâm thấu ngược (RO: reverse

: 1,29

osmosis) L! ӕ,

2.3.2 Tính chất các màng lọc nước2.3.2.1 Tính chất một số loại màng cellulose

Cellulose acetate (CA) bên nhiệt (đến 180 °C), ưa nước, hap thụ và dính bámcác phân tử protein thấp Tương thích hoá học với các dung dịch có pH 4 - 8; khôngtương thích hoá học với côn, hydrocarbon và các loại dầu Mang CA thường đượcứng dụng lọc dịch vô trùng, lọc kiểm tra vi sinh vật

Cellulose nitrate (CN) bền nhiệt (đến 130 °C), ưa nước, tốc độ lọc lớn, khả

năng bám với protein, nucleic acid lớn Tương thích hoa học với các dung dịch có

pH 4 - 8 Mang CN thường được ứng dung lọc kiểm tra vi sinh vat, dùng làm mang

lai phân tử (Northen-blot, Southern-blot, Western-blot).

Cellulose tái sinh (Cellulose regeneration - RC) bền nhiệt (đến 130 ”C), ưanước, tương thích hoá học với hầu hết các loại dung môi hữu cơ Màng RC thường

được sử dụng lọc vô trùng các dung môi hữu cơ, lọc vô trùng nước, các dung dịch

và dung môi kiềm, siêu lọc

Cellulose triacetate (CTA) bền nhiệt hon cellulose acetate, rất ưa nước, cótính hấp phụ và bám dính thấp Tương thích hoá học với các dung dịch có pH từ 4-

8 Mang CTA thường được ứng dụng tinh sạch và tách protein, peptide, làm sạch

Ầ ^ r 4 r 12 on v ° ° Ke [1,29

mau cho phân tích sac ký long hiệu năng cao, loại pyrogen, loại muôi H2,2.3.2.2 Một số công nghệ sử dụng màng lọc nước

> Tham thấu ngược (RO)

Là một mang mong làm từ vật liệu Cellulose Acetate, Plyamide, mang TFC

có những lễ nhỏ tới 0.001 um Tất cả các mang nay đều chịu áp suất cao nhưng khảnăng chịu pH và chlorine không giống nhau

Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của mangRO Sử dung tính chat của mang bán thâm thấu cho nước chảy qua, tat cả các chấthoà tan bị giữ lại, trừ một vài phân tử hữu cơ rất gần nước (khối lượng mol nhỏ,phân cực mạnh) Các tạp chất sẽ bị dòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài Vớicách thức này, bề mặt của mảng RO liên tục được rửa sạch và có tuôi thọ tới 2-5

Hàm lượng cặn không tan (mg/l): được xác định bang cách lọc một đơn vịthé tích nước nguồn qua giấy lọc, rồi dem sấy khô ở nhiệt độ (105 — 110 °C) Hamlượng cặn của nước ngâm thường nhỏ (30 — 50 mg/l), chủ yếu do cát mịn có trongnước gây ra Hàm lượng cặn của nước sông dao động rat lớn (20 — 5000 mg/l), cókhi lên tới 30000 mg/l Cùng một nguồn nước, hàm lượng cặn dao dộng theo mùa,

mùa khô nhỏ, mùa lũ lớn Cặn có trong nước sông là do các hạt cát, sét, bùn bị dòng

nước x6i rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động thực vật mục nát hòatan trong nước Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biệnpháp xử lý đối với các nguồn nước mặt Hàm lượng cặn của nước nguồn càng caothì việc xử lý cảng phức tạp và tốn kém

Độ màu của nước (tính bằng độ): được xác định theo phương pháp so sánhvới thang màu coban Độ màu của nước bị gây bởi các hợp chất hữu cơ, các hợpchất keo sắt, nước thải công nghiệp hoặc do sự phát triển của rong, rêu, tảo Nướcao, hỗ thường có độ màu cao

Mùi và vị của nước: nước có mùi là do trong nước có các chất khí, các muốikhoáng hòa tan, các hợp chất hữu cơ và vi trùng, nước thải công nghiệp chảy vào,các hóa chất hòa tan Nước có thể có mùi bùn, mùi mốc, mùi tanh, mùi cỏ lá, mùi

Độ cứng của nước: là đại lượng biểu thị hàm lượng các muối của canxi vàmagie có trong nước Có thé phân biệt thành 3 loại độ cứng: độ cứng tạm thoi, độcứng vĩnh cửu và độ cứng toàn phần Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng cácmuối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie có trong nước Độ cứng vĩnh cửubiểu thị tổng hàm lượng các muối còn lại của canxi và magie có trong nước Độcứng toàn phan là tong của hai loại độ cứng trên Độ cứng có thé được đo băng độ