TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA MÀNG Ag/TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG TRONG DIỆT KHUẨN

  ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ KIM CƯƠNG TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA MÀNG Ag/TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG TRONG DIỆT KHUẨN Chuyên ngành:QUANG HỌC Mã số chuyên ngành: 60 44 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÂM QUANG VINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2012  LỜI CẢM ƠN W o0o X Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lâm Quang Vinh, người thầy nhiệt tình hướng dẫn tơi suốt thời gian làm nghiên cứu khoa học, hết lịng giúp đỡ tơi vật chất tinh thần để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tình giảng dạy thầy trường đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp HCM Những kiến thức mà thầy cô truyền đạt tảng vững cho tơi q trình học tập sau trường Tôi xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Phương Phong, cán Phịng Thí nghiệm Quang Phổ II, Phịng Vật lý Chất rắn, Phịng Vi sinh, Phịng Thí nghiệm Hóa lý hỗ trợ, tạo điều kiện cho tơi q trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến anh chị lớp Quang học K20 động viên, giúp đỡ nghiên cứu, cảm ơn em sinh viên làm việc phịng thí nghiệm đặc biệt em Phan Văn Hưng, hỗ trợ tơi nhiều q trình thực luận văn Nhân dịp dành tình cảm đặc biệt, lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, anh chị em, bạn bè thân thiết chia khó khăn, thơng cảm hỗ trợ tôi, cho thêm nghị lực để thực thành cơng luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Nguyễn Thị Kim Cương       Luận văn thạc sĩ vật lý     MỤC LỤC W o0o X  MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU PHẦN TỔNG QUAN 10 CHƯƠNG 10 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL 10 1.1 Các q trình xảy Sol-Gel 10 1.1.1 Phản ứng thủy phân .10 1.1.2 Phản ứng ngưng tụ 10 1.2 Các giai đoạn sol gel 11 1.3 Ưu điểm nhược điểm trình Sol-Gel 11 1.3.1 Ưu điểm .11 1.3.2 Nhược điểm 12 1.4 Chế tạo vật liệu màng 12 1.4.1 Phương pháp tạo màng nhúng kéo 12 1.4.2 Quá trình xử lý nhiệt .13 CHƯƠNG 14 TỔNG QUAN vỀ HẠT NANO BẠC 14 2.1 Các nghiên cứu hạt nano bạc ngồi nước .14 2.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 14 2.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 15 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     2.2 Đặc tính hạt nano bạc 16 2.2.1 Hiệu ứng bề mặt 16 2.2.2 Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt 17 2.3 Cơ chế diệt khuẩn nano bạc 18 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả diệt khuẩn keo nano bạc 19 2.5 Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc .20 2.5.1 Phương pháp từ lên (bottom – up) 20 2.5.2 Tổng hợp keo nano bạc phương pháp polyol .20 2.5.2.1 Cơ chế phản ứng .21 2.5.2.2 Cơ chế ổn định hạt bạc PVP 21 2.5.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng hạt nano bạc 22 CHƯƠNG 24 TỔNG QUAN VỀ TIO2 24 3.1 Các dạng thù hình TiO 24 3.2 Cấu trúc tinh thể TiO2 24 3.3 Tính chất quang xúc tác TiO2 .25 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác TiO2 27 3.4.1 Hiệu ứng tái hợp electron – lỗ trống .27 3.4.2 Hiệu ứng bề mặt 27 3.4.3 Ảnh hưởng yếu tố kích thước hạt 27 3.4.4 Độ kết tinh tinh thể 27 3.5 Một số phương pháp làm tăng hoạt tính xúc tác quang hóa TiO2 28 3.5.1 Tổng quát 28 3.5.2 Vật liệu TiO2 pha tạp nguyên tố kim loại .28 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     3.6 Ứng dụng vật liệu TiO2 diệt khuẩn khử trùng 29 CHƯƠNG 30 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU VÀ CÁC CHỦNG VI KHUẨN .30 4.1 Các phương pháp phân tích mẫu 30 4.1.1 Đo phổ hấp thụ Uv-Vis 30 4.1.2 Phép đo nhiễu xạ tia X 31 4.1.3 Phân tích hạt FE - SEM 32 4.1.4 Phép đo truyền qua TEM 33 4.1.5 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 33 4.2 Khái quát vi khuẩn 34 4.2.1 Khái niệm chung vi khuẩn .34 4.2.2 Vi khuẩn E.coli .34 PHẦN THỰC NGHIỆM 36 CHƯƠNG 36 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN KẾT QUẢ 36 5.1 Tổng hợp hạt nano bạc 36 5.1.1 Hóa chất 36 5.1.2 Dụng cụ 36 5.1.3 Quá trình thực nghiệm 37 5.1.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt nano bạc .37 5.1.4.1 Tối ưu hóa lượng chất khử .37 5.1.4.2 Thay đổi thời gian khuấy 38 5.2 Tổng hợp TiO2 .41 5.2.1 Hóa chất 41 5.2.2 Dụng cụ thí nghiệm .41 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     5.2.3 Quy trình thực nghiệm 41 5.2.4 Kết 42 5.3 Tổng hợp dung dịch pha tạp nano Ag vào sol TiO2 43 5.3.1 Hóa chất 43 5.3.2 Quy trình thực nghiệm 44 5.3.3 Tối ưu hóa nồng độ pha tạp Ag 44 5.3.4 Kết chụp XRD mẫu bột Ag/TiO2 47 5.4 Tạo lớp màng Ag/TiO2 49 5.4.1 Xử lí bề mặt đế 49 5.4.2 Tạo màng phủ nhúng 49 5.5 Tạo vải chứa Ag/TiO2 54 5.5.1 Hóa chất 54 5.5.2 Cách tiến hành .54 5.6 Khảo sát diệt khuẩn .57 5.6.1 Chuẩn bị 57 5.6.2 Khảo sát tính diệt khuẩn dung dịch nano bạc, TiO2, Ag/TiO2 màng Ag/TiO2 57 5.6.2.1 Kết diệt khuẩn dung dịch Ag Ag/TiO2 58 5.6.2.2 Kết diệt khuẩn màng Ag/TiO2 60 5.6.3 Khảo sát tính diệt khuẩn vải Ag/TiO2 61 PHẦN KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT   PVP: Polivinyl Pirrrolidone EG: Ethylene Glycol TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua(Transmission Electron Microscopy) FE-SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Field EmissionScanning Electron Microscope) QXT: Quang xúc tác UV: Vùng tử ngoại (Ultraviolet) VIS: Vùng khả kiến (Visible) UV-Vis: Phổ tử ngoại- Khả kiến (Ultraviolet - Visible) XRD: Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) EDX: Phổ tán sắc Năng lượng tia X(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) ROS: Phân tử hoạt động hóa học có chứa Oxygen (Reactive Oxygen Species)   HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     DANH MỤC HÌNH ẢNH   Hình 1.1: Tạo màng phương pháp nhúng kéo 12  Hình 2.1: Sự phụ thuộc diện tích bề mặt vào kích thước hạt 16  Hình 2.2: Dao động đám mây electron bị chiếu sáng [16] 17 Hình 2.3: Màu sắc dung dịch keo bạc (kích thước giảm từ trái sang phải) 18  Hình 2.4: Phổ UV- Vis hạt nano bạc có kích thước khác nhau.[3] 18  Hình 2.5: Cơng thức cấu tạo PVP 21  Hình 2.6: Cơ chế ổn định hạt nano bạc PVP 22  Hình 3.1: Các dạng thù hình TiO2 24  Hình 3.2: Cơ chế xúc tác quang TiO2 25  Hình 3.3: Thế oxy hóa lỗ trống điện tử 25  Hình 3.4: Sự cân mức Femi mối nối kim loại bán dẫn 29  Hình 3.5: Khả diệt khuẩn màng TiO2 29  Hình 4.1: Vi khuẩn E.coli 35  Hình 5.1: Quy trình tổng hợp nano bạc 37  Hình 5.2: Phổ hấp thụ Uv-Vis keo nano Ag thay đổi theo thể tích EG 38  Hình 5.3: Phổ hấp thụ Uv-Vis keo nano Ag thay đổi theo thời gian 39  Hình 5.4: Màu sắc phổ hấp thụ dung dịch nano Ag tối ưu tổng hợp 40  Hình 5.5: Ảnh TEM dung dịch nano Ag tạo 40  Hình 5.6: Sơ đồ thực nghiệm tổng hợp TiO2 42  Hình 5.7: Xác định độ rộng vùng cấm TiO2 42  Hình 5.8: Phổ XRD mẫu bột TiO2 nung 500oC 43  Hình 5.9: Quy trình tổng hợp dung dịch keo nano Ag/TiO2 44  Hình 5.10: Dịch chuyển Eg dung dịch Ag/TiO2 nồng độ Ag khác nhau44  Hình 5.11: Phổ hấp thụ dung dịch keo nano Ag/TiO2 tối ưu 45  Hình 5.12: Sự giảm Eg TiO2 dung dịch Ag/TiO2 46  Hình 5.13: Phổ XRD mẫu bột Ag/TiO2 nung nhiệt độ khác 47  Hình 5.14: Phổ XRD TiO2 Ag/TiO2 nung 500oC 48  Hình 5.15: Phổ hấp thụ màng Ag/TiO2 phủ nhúng 51  HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     Hình 5.16: Kết chụp EDX mẫu màng Ag/TiO2 phủ nhúng 52  Hình 5.17: Sự giảm Eg màng Ag/TiO2 so với màng TiO2 53  Hình 5.18: Mơ hình hạt nano TiO2 hạt nano Ag 54  Hình 5.19: Quy trình tạo vải Ag/TiO2 54 Hình 5.20: Ảnh FE-SEM bề mặt mẫu vải 56  Hình 5.21: Kết chụp EDX mẫu vải nhúng Ag/TiO2 56  Hình 5.22: Kết diệt khuẩn dung dịch nano Ag 58  Hình 5.23: Kết diệt khuẩn dung dịch Ag/TiO2 59  Hình 5.24: Kết diệt khuẩn màng 60  Hình 5.25: Các mẫu vải ngâm dung dịch Ag, TiO2, Ag/TiO2 62  Hình 5.26: Kết diệt khuẩn mẫu vải ngâm nồng độ thời gian ngâm khác 63  Hình 5.27: Cơ chế hình thành hoạt tính diệt khuẩn ROS 64  HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 5.1: Thay đổi thể tích chất khử EG 37  Bảng 5.2: Thay đổi thời gian khuấy 38  Bảng 5.3: Kết diệt khuẩn Ecoli theo thời gian 61  Bảng 5.3: Kết diệt khuẩn Bacillus subtilis theo thời gian 61  HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương Luận văn thạc sĩ vật lý     Hình 5.20 trình bày bề mặt mẫu vải mẫu vải ngâm dung dịch Ag/TiO2 nồng độ 20ppm chụp từ kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) Từ hình ảnh cho thấy hạt TiO2 phân bố tương đối đồng bề mặt sợi vải, độ phóng đại nhỏ nên chưa nhìn thấy hạt bạc bám vải, hình dạng sợi vải khơng thay đổi sau ngâm vào dung dịch Ag/TiO2 Bên cạnh đó, kết chụp phổ EDX hình 5.21 mẫu cho thấy có mặt Ag TiO2 vải Điều khẳng định hạt keo nano Ag/TiO2 có khả bám dính tốt vải cotton 5.6 Khảo sát diệt khuẩn Để xác định hoạt tính kháng khuẩn hạt nano bạc, TiO2 dung dịch Ag/TiO2, tiến hành khảo sát khả tiêu diệt vi khuẩn dung dịch chế tạo đối tượng vi khuẩn đại diện E.coli môi trường LB 5.6.1 Chuẩn bị Tạo môi trường LB: cho 2g cao thịt, 2g pepton, 4g muối NaCl, 400ml nước cất, 8g agar, lắc đều, sau đem hấp cho agar tan, đổ môi trường đĩa petri, chờ cho môi trường đặc lại Tạo môi trường lỏng: tương tự môi trường LB không cho agar vào, đổ môi trường vào aclen (mỗi aclen 25ml) đem hấp để vơ trùng.[28]   5.6.2 Khảo sát tính diệt khuẩn dung dịch nano bạc, TiO2, Ag/TiO2 màng Ag/TiO2 Bước 1: Chuẩn bị • Chuẩn bị dung dịch keo nano Ag với nồng độ Ag (mg/l) tương ứng: 0;10;20 Dung dịch Ag/TiO2 với nồng độ Ag (mg/l) tương ứng: 0;10;20 • Chuẩn bị màng TiO2 màng Ag/TiO2 nồng độ pha tạp Ag 1%, 1.5%, 2%, 2.5% với tốc độ nhúng 12 cm/phút Bước 2: Cách tiến hành • Chuẩn bị aclen vơ trùng HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 57 Luậận văn thạcc sĩ vật lý     • Hút dịch khuẩnn E.coli choo vào aclenn để mơi trư ường aclen có OD O = 0.1 • Hút dung dịch nano Ag, T TiO2, nano Ag/TiO2 để đ đạt nồng g độ tương ứng cho o vào acclen, bỏ mààng TiO2 vàà Ag/TiO2 vào v acleen, có đánh số thứ tự tư ương ứng g • Đặt c aclen vào v máy lắc, ánh sáng đèn huuỳnh quangg, lắc với tốốc độ 2500 vòng/phútt Bước 3: Trải khuẩẩn: Dùng ppipet hút 0.1ml mẫu chho vào đĩa petri chứa môi trường LB, lấyy que gạt dàn d mẫẫu lên bề mặt môi trườ ờng n khô Nuôii ủ 37oC 244 Bước 4: Đếm số lư ượng khuẩnn lạc có trênn đĩa 5.6.2.1 Kết diệt d khuẩn dung dịch d Ag vàà Ag/TiO2 Đối vớ ới dung dịchh TiO2, khii cho vào môi m trường LB, dung dịch bị đặcc lại, nh lắc trảải khuẩn đư ược khơơng tiến hàn • Dun ng dịch nan no bạc Chúng tiến hàành đếm khhuẩn lạc trêên đĩa Petri P đư ược kết sauu: Hình 5.222: Kết diệt d khuẩn dung dịchh nano Ag a Đĩa Đ petri chhứa dung môôi b Đĩa Đ petri chhứa nano bạạc nồng độ 10ppm c Đĩa Đ petri chhứa nano bạạc nồng độ 220ppm Luậận văn thạcc sĩ vật lý     Trên đĩĩa petri khôông chứa nano bạc vớ ới OD = 0.11, thấy vi khhuẩn mọọc khắp bề mặt m lớp LB thành mộtt lớp dày dặc, d không đếm khuẩnn lạc đượ ợc Trên đĩaa petri nồngg độ nano A Ag 10ppm chúng c thhấy xuất hiệện 15 khuẩnn lạc Trêên đĩa petri nồng độ Ag A 20ppm cchúng th hấy xuất hiệện khuẩn lạc Từ đóó cho thấấy tăng nồng độ Ag lênn hiệu q diệt khuuẩn tăăng Dung dịch nan no bạc có kh diệệt khuẩn tốtt nồng độ 20ppm • Kết khảo sát s nồng độộ diệt khuẩẩn dun ng dịch Ag//TiO2 Hình 5.223: Kết ddiệt khuẩn c dung dịch Ag/TiO2 a Đĩa peetri chứa du ung môi b Đĩa peetri chứa Ag/TiO A ng độ Ag 100ppm nồn c Đĩa peetri chứa Ag/TiO A ng độ Ag 200ppm nồn Trên đĩĩa petri chứa Ag/TiO2 nồng n độ Agg 10ppm thấy t xuất hiiện khuuẩn lạc Trêên đĩa petri chứa Ag/TiO2 với nồnng độ Ag làà 20ppm chúúng khônng thấấy xuất hiệnn khuẩn lạc Từ cho thấy nồng độ Ag tăngg hiệu diệt d khuẩn ccũng tăn ng, dung dịcch Ag/TiO2 có khả nănng diệt hồn n tồn vi khuuẩn nồngg độ 20ppm Luận văn thạc sĩ vật lý     5.6.2.2 Kết diệt khuẩn màng Ag/TiO2 • Theo nồng độ Ag pha tạp Thủy tinh   Màng TiO2 Màng Ag/ TiO2 (2%) Hình 5.24: Kết diệt khuẩn màng Từ kết diệt khuẩn, so sánh bề dày lớp vi khuẩn lại môi trường LB, thấy hiệu diệt khuẩn màng Ag/TiO2 mạnh so với màng TiO2 Nguyên nhân pha tạp Ag vào TiO2 hình thành mức lượng vùng cấm TiO2 làm giảm Eg TiO2 phân tán hạt kim loại Ag ma trận TiO2 Khi chiếu ánh sáng có lượng thích hợp vào màng, điện tử kích thích từ vùng hóa trị lên vùng dẫn TiO2, mức lượng hoạt động bẫy điện tử làm cho điện tử lỗ trống giảm tái hợp trình chiếu xạ làm tăng cường tính diệt khuẩn TiO2 bên cạnh hạt Ag màng trực tiếp tham gia vào trình diệt khuẩn với TiO2, làm cho hiệu diệt khuẩn tăng lên đáng kể Chúng chưa thực đếm khuẩn lạc lượng vi khuẩn mẫu nhiều, nguyên nhân nồng độ vi khuẩn chọn khảo sát lớn màng có bề mặt nhỏ bỏ vào lượng lớn dung dịch, bề dày màng tương đối mỏng (80nm), bề mặt màng khơng tiếp xúc với tồn vi khuẩn dung dịch thời gian phù hợp để tiêu diệt vi khuẩn HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 60 Luận văn thạc sĩ vật lý     • Theo thời gian diệt khuẩn Đối với vi khuẩn E.Coli Bảng 5.3: Kết diệt khuẩn Ecoli theo thời gian Tên mẫu Thời gian khảo sát 30 phút 60 phút 120 phút Màng TiO2 75200 17800 4560 Màng Ag/TiO2 (2%) 50 35   Từ kết diệt khuẩn Ecoli theo thời gian, thấy màng Ag/TiO2 (2%) có khả diệt khuẩn mạnh màng TiO2 diệt hoàn toàn vi khuẩn sau h Đối với vi khuẩn Bacillus subtilis Bảng 5.3: Kết diệt khuẩn Bacillus subtilis theo thời gian   Tên mẫu Thời gian khảo sát 30 phút 60 phút 120 phút Màng TiO2 11900 5635 3995 Màng Ag/TiO2 (2%) 2855 320 Tương tự diệt khuẩn Ecoli, thấy màng Ag/TiO2 (2%) có khả diệt khuẩn Bacillus subtilis mạnh màng TiO2 diệt hoàn toàn vi khuẩn sau h 5.6.3 Khảo sát tính diệt khuẩn vải Ag/TiO2 • Chuẩn bị mẫu vải nhúng vào dung dịch nano Ag 40ppm, dung dịch TiO2, dung dịch Ag/TiO2 nồng độ Ag 0ppm, 20ppm (một mẫu nhúng 15 phút mẫu nhúng 30 phút), 30ppm, 40ppm, 50ppm Trước đem diệt khuẩn, mẫu vải chiếu UV 30 phút HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 61 Luận văn thạc sĩ vật lý     • Chuẩn bị aclen vơ trùng, đặt vải vào aclen Hút 1ml dịch khuẩn có OD = 0.05 trải lên bề mặt vải Sau 3giờ tiến hành xác định số lượng vi khuẩn cịn lại vải • Pha lỗng dịch nuôi cấy từ 10-1 đến 10-5: Đầu tiên ta hút 9ml nước cất cho vào aclen, lắc đều, ta nồng độ pha loãng 10-1 Tiếp tục hút 1ml dịch vi khuẩn nồng độ pha loãng 10-1 cho vào ống nghiệm chứa 9ml nước cất vô trùng, ta nồng độ pha loãng 10-2, …, tiếp tục pha lỗng đến đạt nồng độ pha lỗng 10-5 • Trải khuẩn: Hút 0.1ml mẫu nồng độ (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5) cho vào đĩa Petri chứa môi trường LB, nồng độ pha loãng tiến hành trải đĩa Petri, riêng nồng độ 10-3 ta tiến hành trải đĩa petri để quan sát Lấy que gạt dàn mẫu lên bề mặt môi trường khô Nuôi ủ 30oC 24 • Đếm số lượng khuẩn lạc có đĩa • Kết diệt khuẩn vải nhúng Ag/TiO2 Các mẫu vải đem diệt khuẩn Hình 5.25: Các mẫu vải ngâm dung dịch Ag, TiO2, Ag/TiO2 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 62 Luận văn thạc sĩ vật lý     Kết sau:   0ppm TiO2   Ag 40ppm Ag/TiO2 20ppm Hình 5.26: Kết diệt khuẩn mẫu vải ngâm nồng độ thời gian ngâm khác Từ kết thu được, so sánh hiệu diệt khuẩn với mẫu đối chứng, nhận thấy mẫu vải ngâm Ag (40ppm), Ag/TiO2 (20ppm) diệt khuẩn tốt, lượng vi khuẩn bị tiêu diệt hoàn toàn, hiệu diệt khuẩn 100% Đối với mẫu vải nhúng TiO2, thấy mẫu có khả diệt khuẩn, nhiên yếu Ag Ag/TiO2, bề mặt môi trường LB nhiều vi khuẩn chưa diệt Từ cho thấy thêm Ag vào TiO2 hiệu diệt khuẩn tăng lên Điều giải thích theo chế sau Khi TiO2 dạng tinh thể anatase hoạt hóa ánh sáng có bước sóng (λ) thích hợp xảy chuyển điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn Tại vùng hóa trị xảy phản ứng sau: TiO2(h+) + H2O OH* + H+ + TiO2 TiO2(h+) + OH- HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 63 OH* + TiO2 (5.1) (5.2) Luậận văn thạcc sĩ vật lý     TiO2(h+)+22H2O TiO O2+H2O2+22H+ ( (5.3) Tại vùn ng dẫn có ự hình thànnh gốc g O2- H HO2*: TiO2(e-) + O2 O2- + H+ 2HO O2* - TiO O2(e ) + H2O2 H2O2 +*O2- O2*- + TiO2 H 2* HO ( (5.4) ( (5.5) H2O2 + O2 ( (5.6) - HO* + OH + TiO O2 ( (5.7) O2 + HO* + OH H- ( (5.8) Cơ chếế diệt khuẩnn E.coli màng Ag/T TiO2 qá trình quan ng oxy hóa nước n phân giải oxy o làm sinnh RO OS như: gốốc hydroxyll *OH, gốc superoxit , màng tế bào peptidoglyycans hiddro peroxit H2O2 Các ROS tươngg tác với thàành phần m axit amino hình thành h malonndialdehyd (MDA) Cáác MDA có ó thể kết hợ ợp m bất hoạt protein p tron ng màng tếế bào, DNA A giết chhết vi khuẩnn thêm m Ag làm vào o TiO2, nhờ hiệu ứng cộng hưởngg Plasmon bề mặt làm m tăng lượnng photon tớ ới bề mặặt màng vải v với bướ ớc sóng trùnng với đỉnh Plasmon (kkhoảng 410 0nm, vvung khảả kiến) Đồng thời Sự giảm Eg củủa TiO2 giú úp thúc đẩyy hình thànhh ROS điềều kiện ánh sáng khả kiến, k giảm tái t hợp điệnn tử lỗ trốnng Cuối cùùng tăng hiệu quảả diệt khuẩnn đáng kể   H Hình 5.27: Cơ C chế hình thành ho oạt tính diệt khuẩn k c ROS Ngoài ra, r hạt bạc tồn tạii bề mặặt màng cũũng tham giia vào q trình t diệệt khuẩn, ch húng bám dính d với cácc thành phầần điện tíchh âm bề b mặt tế bàào vi khuuẩn làm thaay đổi tính thấm t hô hấp củaa màng tế bào b Đồng thhời, hạtt bạc Luận văn thạc sĩ vật lý     có kích thước nhỏ chui vào tế bào, kết hợp với enzym hay DNA có chứa nhóm sunphua hặc phốt phát gây bất hoạt enzym hay DNA dẫn đến gây chết tế bào Chính điều làm cho dung dịch, màng vải chứa Ag/TiO2 có khả diệt khuẩn mạnh chứa TiO2 Do hạn chế mặt thời gian, nên chúng tơi chưa khảo sát độ bám dính hạt Ag TiO2 sợi vải qua lần giặt Theo kết tác giả Nguyễn Thị Phương Phong tạp chí phát triển KH&CN, hạt Ag TiO2 bám vải giảm tăng số lần giặt, làm cho hiệu diệt khuẩn giảm Có thể dự đốn hiệu suất kháng khuẩn trì tốt sau lần giặt mẫu có nồng độ 50ppm HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 65 Luận văn thạc sĩ vật lý     PHẦN KẾT LUẬN   Kết đạt Trong trình tổng hợp nghiên cứu tính chất hạt nano bạc pha tạp Ag/TiO2 nhằm ứng dụng diệt khuẩn, đạt kết đáng ý sau: ™ Tổng hợp dung dịch keo nano bạc pha tạp Ag/TiO2 phương pháp sol – gel với hạt nano bạc tổng hợp có dạng hình cầu, phân bố đồng đều, mật độ lớn, kích thước khoảng – 7nm, có độ ổn định cao ™ Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano bạc như: nồng độ chất khử Ethylene Glycol, thời gian nhiệt độ khuấy,… Qua đó, chúng tơi tìm thơng số tối ưu tổng hợp hạt nano bạc ™ Tổng hợp dung dịch Ag/TiO2 nồng độ pha tạp Ag thấp từ 0,5% đến 3% có khả diệt hồn tồn vi khuẩn 20ppm, vơ hại người ™ Tiến hành tạo màng Ag/TiO2 phương pháp phủ nhúng, chọn tốc độ nhúng thích hợp để tạo màng đồng đều, khả bám dính tốt Màng Ag/TiO2 có khả diệt khuẩn mạnh màng TiO2, diệt hoàn toàn vi khuẩn sau 2h tiếp xúc với vi khuẩn ™ Tìm cách đưa hạt Ag/TiO2 lên sợi vải làm trang với nồng độ thấp, vô hại người môi trường, hướng tới ứng dụng tạo trang y tế ™ Dung dịch nano bạc, Ag/TiO2 tạo có khả diệt tốt vi khuẩn E.coli (vi khuẩn gram âm) nồng độ Ag thấp 20ppm Vải ngâm dung dịch Ag/TiO2 nồng độ từ 20ppm trở lên có khả diệt khuẩn tốt với OD=0.05           HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 66 Luận văn thạc sĩ vật lý     Hạn chế đề tài: ™ Dung dịch Ag/TiO2 sau tổng hợp nhanh chóng bị gel hóa, phải tiến hành tạo màng ngay, điều làm ảnh hưởng đến thời gian khảo sát tạo màng nhiều lớp ™ Do giới hạn thời gian đề tài nên chúng tơi chưa khảo sát độ bám dính hạt Ag/TiO2 bề mặt vải khả diệt khuẩn vải sau lần giặt   Hướng phát triển đề tài ™ Thử nghiệm tính kháng khuẩn nano bạc nano Ag/TiO2 với chủng vi khuẩn gây bệnh khác (vi khuẩn gram âm, gram dương, kể nấm mốc) ™ Xác định nồng độ hạt nano bạc để dung dịch Ag/TiO2 lượng Ag bám vải có tác dụng kháng khuẩn tối ưu ™ Kiểm tra nồng độ Ag lại vải khả diệt khuẩn vải sau lần giặt HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 67 Luận văn thạc sĩ vật lý     TÀI LIỆU THAM KHẢO W o0o X  TIẾNG VIỆT [1] Ngô Thị Hồng Lê (2011), Nghiên cứu chế tạo tính chất bán dẫn pha từ loãng TiO2 anatase pha tạp Co phương pháp sol-gel phún xạ catot, luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam [2] Huỳnh Chí Cường (2005), Hợp chất TiO2 ứng dụng, Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp HCM [3] Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Các hạt nano kim loại (Metallic nanoparticles)”, Tạp chí khoa học cơng nghệ [4] Ngơ Võ Kế Thành, Nguyễn Thị Phương Phong, Đặng Mậu Chiến (2009), “Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn vải cotton ngâm dung dịch keo nano bạc”, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 12, Số 03 – 2009 [5] Nguyễn Thị Phương Loan (2011), Tổng hợp Ag/TiO2 ứng dụng diệt khuẩn, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh [6] Trần Minh Hải (2011), Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc ứng dụng sinh học, Luận văn tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Công nghệ [7] Nguyễn Xuân Văn, Nghiên cứu chế tạo màng mỏng TiO2 nhằm cho mục tiêu ứng dụng quang xúc tác, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Công nghệ [8] Nguyễn Thị Thanh Loan, Trần Quang Vinh, Nguyễn Thế Anh, Nguyễn Thị Thu Trang, 2010, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu khử khuẩn Ag/TiO2 kích thước nano đánh giá hiệu lực diệt khuẩn E.coli”, Tạp chí Hóa học, T 48, Tr 366 – 370 [9] Lê Thị Thu Hiền, Nơng Văn Hải, Lê Trần Bình (2004), “Bài tổng quan cơng nghệ sinh học nano”, Tạp chí Cơng nghệ Sinh học, Số 2, Tr.133-148 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 68 Luận văn thạc sĩ vật lý     [10] Phạm Thị Thu Hà (2011), Tổng hợp hạt nano bạc màng Ag/TiO2 ứng dụng quang xúc tác, Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Đại học Khoa học Tư Nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh [11] Thái Thị Thu Hiền (2009), Nghiên cứu Flour hóa TiO2- Rutile kim loại - khảo sát hoạt tính hóa vùng VIS, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh [12] Bùi Thanh Hương (2005), Luận án Tiến sĩ Hóa học, Viện Cơng nghệ Hóa, Thành phố Hồ Chí Minh TIẾNG ANH [13] Lisa C Klein (1987), Sol-Gel Technology for thin films, Fibers, Preforms, electronics and specialty shapes, Noyes Publications, New Jersey [14] Jeffrey Brinker C, George W Scherer (1990), Sol-gel science –The Physics and Chemistry of Sol -Gel Processing, Boston San Diego New York [15] Mihail.C, Roco (2003), Converging science and technology at the nanoscale opportunities for education and training, Nuture biotechnology volume 21, pp.1247-1249 [16] Kendall M Hurst (2006), Characteristics and applications of antibacterial nano-silver, Auburn University [17] PENG Bing, WANG Jia, CHAI Li-yuan, MAO Ai-li, WANG Yun- yan, (2007) Preparation of nano-Ag/TiO2 thin-film, Central South University [18] M Raffia, J.I Akhter, M.M Hasan (2005), Effect of annealing temperature on Ag nano-composite synthesized by sol–gel, Pakistan [19] Shahab Ansari Amin, Mohammad Pazouki, Azarmidokht Hosseinnia (2009), Synthesis of TiO2–Ag nanocomposite with sol–gel method and investigation of its antibacterial activity against E coli, Materials and Energy Research Center, MeshkinDasht, Karaj, Iran [20] Koichi Awazu, Makoto Fujimaki, Carsten Rockstuhl, Junji Tominaga, Hirotaka Marakami, Yoshimichi Ohki, Naoya Yoshida, and Toshiya Watanabe HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 69 Luận văn thạc sĩ vật lý     (2008), A plasmonic photocatalyst consisting of silver nanoparticles embedded in titanium dioxide, JACS articles [21] Det Tekni – Naturvidenskabelige Fakultet (2006), Projet N344 silver nanoparticles, Institute for Physics and Nanotechnology – Aalborg University [22] RATYAKSHI and R.P.CHAUHAN (2009), “Colloidal Synthesis of Silver Nano Particles”, Asian Journal of Chemistry,Vol 21, No 10, P.113-116 [23] Masakazu Anpo (2004), Bull Chem, Soc Jpm.; 77; P.1427 – 1442 [24] Tiwari DK, Behary J, Sen P (2008), Time and dose-dependent antimicrobial potential Ag nanoparticles synthesized by top-dow approach, Current Science, 95(5), pp.647-655 [25] Akira Fujishima, Tata N.Rao, Donald A.TryK (2002), “Titan dioxyt photo-Catalysis”, Journal of Photochemistry and Photobiologic, P.1-15 [26] Jean–Marie Herrmann (1999), Heterogeneous photocatalysis: Funnda- mentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants, Catalysis today, 53 (1), p.115-129 [27] Xubin Pan, Iliana Medina-Ramirez, Ray Mernaugh, Jingbo Liu (2010), Nanocharacterization and bactericidal performance of silver modified titania photocatalyst, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 77, p 82–89 [28] S.X Liu , Z.P Qu , X.W Han , C.L Sun (2004), A mechanism for enhanced photocatalytic activity of silver-loaded titanium dioxide, Catalysis Today 93–95, p877–884 [29] Man Sig Lee, Seong-Soo Hong, Madjid Mohseni (2005), “Synthesis of photocatalytic nanosized TiO2–Ag particles with sol–gel method using reduction agent”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 242,p 135–140 [30] Tryk DA, Fujishima A, Honda K,Recent topics in photoelectrochemistry: achievements and future prospects, Electrochim Acta 2000;45:2363–76 [31] Umebayashi T, Yamaki T, Itoh H, Asai K Band gap narrowing of titanium dioxide by sulfur doping Appl Phys Lett 2002;81(3):454–6 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 70 Luận văn thạc sĩ vật lý     [32] Ying Yu, Hai-Hong Wu, Bao-Lin Zhu (2008), Preparation, Characterization and Photocatalytic Activities of F-doped TiO2 Nanotubes, CatalLeft, 165- 171 [33] Kamal K Gupta, Manjeet Jassal, ashwini K Agrawal (2008), “Sol –gel deriver titanium dioxide finishing of cotton fabric for self cleaning”, Indian Journal of Fibre and Textile Research, vol 33, p 443-450 [34] C Yang, G L Liang, K M Xu, P Gao, B Xu (2009), Bactericidal functionalization of wrinkle-free fabrics via covalently bonding TiO2@Ag nanoconjugates, Springer Science and Business Media [35] Meng Ni, Michael K.H Leung , Dennis Y.C Leung, K Sumathy (2007), “A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 [36] Xing-Gang Hou, Mei-Dong Huang, Xiao-LingWu, An-Dong Liu (2009), “Preparation and studies of photocatalytic silver-loaded TiO2 films by hybridsol–gel method”, Chemical Engineering Journal 146 ,p 42–48 [37] Jung H S, Shin H, Kim J R, Kim J Y and Hong K S, (2004), Langmuir [38] Daoud W and Xin J, Chem Commun, (2005), 18, 2110 [39]  H.E Chao, Y.U Yuna, H.U Xingfang, A Larbot, 2003, “Effect of silver doping on the phase transformation and grain growth of sol-gel titania powder”,Journal of the European Ceramic Society 23, p 1457–1464 HVTH: Nguyễn Thị Kim Cương 71 ... chứng tỏ TiO2 chất thích hợp tác nhân chống khuẩn Ag/TiO2 Ag/TiO2 trở thành đối tượng nghiên cứu thú vị phức tạp, vật liệu đầy tiềm ứng dụng y sinh học Mục đích nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag/TiO2. .. sát diệt khuẩn .57 5.6.1 Chuẩn bị 57 5.6.2 Khảo sát tính diệt khuẩn dung dịch nano bạc, TiO2, Ag/TiO2 màng Ag/TiO2 57 5.6.2.1 Kết diệt khuẩn dung dịch Ag Ag/TiO2. .. tính chất cụ thể, chức khác nhau, ứng dụng y tế.[17] Shahab Ansari Amin, Mohammad Pazouki, Azarmidokht Hosseinnia, 2009, khảo sát khả diệt khuẩn Ecoli màng Ag/TiO2, khảo sát khả diệt khuẩn màng vào