tổng hợp nano bạc và nghiên cứu khả năng ứng dụng sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Minh Hải NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO NANO BẠC ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Minh Hải NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO NANO BẠC ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kỹ thuật Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Đăng Khoa HÀ NỘI - 2011 Lời cảm ơn Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Trần Đăng Khoa đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Hoài Hà, Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã nhận xét, góp ý cho khóa luận của tôi. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn KS. Phạm Thị Bích Đào, Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc Gia Hà Nội. CN. Nguyễn Thị Hòa, Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tập thể các Thầy, Cô giáo và cán bộ của Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã cung cấp các kiến thức tiền đề để tôi hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận. Tóm tắt nội dung Trong những năm gần đây việc nghiên cứu hạt nano rất được quan tâm bởi những tính chất đặc biệt và lý thú của nó. Trong số các loại hạt nano được nghiên cứu, ứng dụng thì hạt nano bạc đã gây được sự chú ý đặc biệt bởi tính chất kháng khuẩn vượt trội. Trên thế giới nano bạc đã được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng trong rất nhiều các sản phẩm gần gũi với đời sống như: tẩm trên băng cứu thương, phủ lên các loại sợi vải, sử dụng để chống nhiễm khuẩn nước sinh hoạt, các đồ dùng cho trẻ em Ở Việt Nam, việc nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano nói chung, nano bạc nói riêng vẫn còn khá mới mẻ và mới được tiến hành trong thời gian gần đây. Với mục đích nghiên cứu những tính chất lý thú của keo nano bạc, tôi đã thực hiện chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp hóa khử bọc PVP và PEG. Nghiên cứu, khảo sát tính chất của hạt nano bạc bằng UV-vis và FE-SEM, tiến hành thử nghiệm khả năng kháng khuẩn và tương tác của nano bạc chế tạo với nấm mốc và vi tảo. Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, với sự hướng dẫn của TS. Trần Đăng Khoa. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Những nội dung khóa luận có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận. Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011 Sinh viên thực hiện khóa luận Trần Minh Hải Mục Lục Trang\ HÀ NỘI - 200<số cuối của năm bảo vệ KLTN> 1 Mục Lục 6 8 MỞ ĐẦU 9 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10 1.1. Khái quát về công nghệ nano 10 1.1.1. Lịch sử hình thành của công nghệ nano 10 1.1.2. Cơ sở khoa học 10 1.1.3. Các nghiên cứu về hạt nano trong và ngoài nước 11 1.2. Khái quát về keo nano bạc 12 1.2.1. Sơ lược về tính chất và đặc tính của bạc 12 1.2.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano bạc 13 1.2.3. Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP và PEG 16 1.2.4. Ứng dụng của keo nano bạc 18 1.3. Khái quát về vi khuẩn 20 1.3.1. Khái niệm chung về vi khuẩn 20 1.3.2. Vi khuẩn E.coli 20 1.3.3. Vi khuẩn Staphylococcus 21 1.3.4. Tính diệt khuẩn của keo nano bạc 22 1.4. Khái quát về nấm mốc 24 1.5. Khái quát về tảo 25 1.5.1. Khái niệm chung về tảo lục 25 1.5.2. Vi tảo Chlorella 25 Chương 2. VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 VÀ THỰC NGHIỆM 27 2.1. Vật liệu, trang thiết bị sử dụng 27 2.1.1. Các dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 27 2.1.2. Các hoá chất sử dụng 28 2.1.3. Các đối tượng nghiên cứu 28 2.2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm 28 2.2.1. Chế tạo keo nano bạc 28 2.2.2. Phân tích bằng máy quang phổ hấp thụ UV-vis 30 2.2.3. Phân tích hạt bằng FE-SEM 30 2.2.4. Khảo sát hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc 31 2.2.5. Thử nghiệm sự tương tác giữa keo nano bạc với nấm mốc 31 2.2.6. Nuôi cấy vi tảo 32 2.2.7. Sự tương tác giữa keo nano bạc với tảo vi tảo 34 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1. Chế tạo keo nano bạc 35 3.2. Phân tích hạt bằng tia UV-vis 37 3.3. Phân tích hạt bằng FE-SEM 38 3.4. Khả năng kháng khuẩn của các dung dịch keo nano bạc 39 3.5. Sự tương tác giữa keo nano bạc với nấm mốc 41 3.6. Lựa chọn môi trường nuôi cấy vi tảo 41 3.7. Sự tương tác giữa keo nano bạc với vi tảo 44 3.7.1. Đường cong chuẩn hóa giữa mật độ quang với mật độ tảo 44 3.7.2. Khả năng tương tác của keo nano bạc với vi tảo trong dung dịch 45 3.7.3. Khả năng tương tác của keo nano bạc với vi tảo khi tẩm lên màng xốp 48 KẾT LUẬN 49 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 50 PHỤ LỤC 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Danh mục chữ viết tắt Da Đơn vị khối lượng Danton E.coli Vi khuẩn E.coli Escherichia Coli FE-SEM Kính hiển vi trường điện tử quét Field emission scanning electron microscopy PVP Polyvinyl pyrrolidon PEG polyethylene Glycol UV - vis Quang phổ hấp thụ trắc quang UV - vis Ultraviolet-visible spectroscopy MỞ ĐẦU Khoa học, công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ mới, phát triển rất nhanh chóng. Vật liệu được chế tạo bằng công nghệ này thể hiện nhiều tính chất mới lạ do hiệu ứng kích thước. Khoa học và công nghệ nano trên cơ sở kết hợp đa ngành đã tạo nên cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật. Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới xem công nghệ nano là mục tiêu mũi nhọn để đầu tư phát triển. Ước tính tổng đầu tư cho lĩnh vực công nghệ nano trên toàn thế giới xấp xỉ 3 tỷ đôla và đã có hàng trăm sản phẩm của công nghệ nano được thương mại, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, hóa học, y sinh, môi trường….[5,10]. Trong công nghệ nano thì hạt nano là một vật liệu quan trọng. Một trong những hạt nano được sử dụng sớm và rộng rãi nhất là hạt nano bạc. Ở kích thước nano bạc thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt và vô cùng quý giá, đặc biệt là tính kháng khuẩn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano, hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50.000 lần so với bạc ion [15,9]. Nhờ khả năng kháng khuẩn tuyệt vời mà nano bạc đã được ứng dụng trong rất nhiều sản phẩm như: tẩm trên băng cứu thương, phủ lên các loại sợi vải, sử dụng để khử trùng nước, các đồ dùng cho trẻ em Trong những năm gần đây, việc gia tăng vi khuẩn siêu kháng thuốc kháng sinh, các loại nấm gây bệnh thiếu thuốc đặc trị thì việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm chứa nano bạc để tiêu diệt chúng là hướng đi mới và cấp thiết [17]. Đó là lý do mà tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu và chế tạo nano bạc ứng dụng trong sinh học”. Các nội dung của đề tại như sau: + Chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp hóa khử, sử dụng NaBH 4 làm tác nhân khử, hạt được bọc bởi PVP và PEG. + Nghiên cứu, khảo sát tính chất của keo bạc nano chế tạo bằng phân tích quang phổ hấp thụ UV-vis, và chụp ảnh bằng FE-SEM. + Ứng dụng để nghiên cứu khả năng diệt khuẩn và khả năng tương tác với nấm mốc, vi tảo của keo bạc nano. Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái quát về công nghệ nano 1.1.1. Lịch sử hình thành của công nghệ nano Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ những năm 70 của thế kỷ XX, chỉ việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét. Chúng có độ chính xác rất cao 0,1 - 100nm, tức là chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử. Tiền tố nano xuất hiện trong tài liệu khoa học lần đầu tiên vào năm 1908, khi Lohman sử dụng nó để chỉ các sinh vật rất nhỏ với đường kính 200nm. Năm 1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano hàm ý sự liên kết các vật liệu cho kỹ thuật chính xác trong tương lai. Hiện tại trong khoa học, tiền tố nano biểu thị con số 10 -9 tức kích thước 1 phần tỷ mét. Cho tới nay, vẫn chưa có được một định nghĩa thống nhất về công nghệ nano. Theo cơ quan Hàng Không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng (khoảng từ 1 đến 100nm) và khai thác ứng dụng các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này. Công nghệ nano cũng có thể hiểu là ngành công nghệ dựa trên các hiểu biết về các quy luật, hiện tượng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng ở thang nano [4]. Có thể nói, trong thời điểm hiện tại, tiềm năng phát triển của một công nghệ hay kỹ thuật mới rõ nhất qua nguồn ngân sách nghiên cứu hàng năm và doanh thu đem lại từ các sản phẩm thương mại của nó. Được toàn thế giới nghiên cứu và đầu tư phát triển, ngân sách đầu tư cho công nghệ nano của các tổ chức thuộc chính phủ đã tăng khoảng 7 lần từ 430 triệu năm 1997 lên 3 tỉ USD năm 2003 [12,23]. 1.1.2. Cơ sở khoa học Công nghệ nano dựa trên ba cơ sở khoa học chính: + Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: khác với vật liệu khối, khi ở kích thước nano thì các tính chất lượng tử được thể hiện rất rõ ràng. Vì vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các thăng giáng ngẫu nhiên. Càng ở kích thước nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể hiện một cách rõ ràng hơn. Ví dụ [...]... hóa học (2001) đã chế tạo được hạt nano bạc bằng phương pháp khử các ion bạc sử dụng tác nhân oleate trong polyme ổn định, thu được các hạt bạc có kích thước từ 4 – 7nm Các nhà khoa học Việt Nam cũng bắt đầu triển khai ứng dụng công nghệ nano trong chế tạo thuốc hướng đích và kết hoạch nghiên cứu ứng dụng của các hạt nano trong y - sinh học để chẩn đoán và chữa bệnh Bài báo “chế tạo và ứng dụng hạt nano. .. những chất được tập trung nghiên cứu mạnh nhất Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc là kháng sinh tự nhiên và không gây tác dụng phụ Nano bạc không gây phản ứng phụ, không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ . PVP và PEG. + Nghiên cứu, khảo sát tính chất của keo bạc nano chế tạo bằng phân tích quang phổ hấp thụ UV-vis, và chụp ảnh bằng FE-SEM. + Ứng dụng để nghiên cứu khả năng diệt khuẩn và khả năng. hạt nano bạc bằng phương pháp hóa khử bọc PVP và PEG. Nghiên cứu, khảo sát tính chất của hạt nano bạc bằng UV-vis và FE-SEM, tiến hành thử nghiệm khả năng kháng khuẩn và tương tác của nano bạc. kết với nhau thành tập hợp rồi phát triển kích thước thành các hạt nano và sử dụng polyme để ổn định hạt. Hướng nghiên cứu ứng dụng chính của nano bạc tập trung vào khả năng kháng lại các loại