Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat ở những nồng độ khác nhau bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng và lá chè

Cùng với mối quan tâm của thế giới đối với ngành công nghệ nano bạc và tăng cường sự cần thiết của việc bảo vệ môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng hợp hạt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA HOÁ

NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: HỒ THỊ TRÂM

3 Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu quá trình điều chế nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết lá bàng và dịch chiết lá chè

- Ứng dụng nano bạc để bảo quản vỏ tôm

4 Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Lê Tự Hải

5 Ngày giao đề tài: Tháng 10 năm 2015

6 Ngày hoàn thành: Tháng 4 năm 2016

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 29 tháng 4 năm 2016

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày 28 tháng 04 năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình hoàn thành khoá luận tốt nghiệp, tôi đã nhận

được sự giúp đỡ, hỗ trợ và tạo điều kiện tìm tài liệu, hoá chất, dụng

cụ của rất nhiều thầy cô và anh chị Tôi xin chân thành cảm ơn các

thầy cô trong khoa Hoá, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của PGS

TS Lê Tự Hải, cô Võ Thị Kiều Oanh, thầy Nguyễn Đình Chương

cùng các thầy cô trong khoa Hóa đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt khoá

luận tốt nghiệp này

Đà Nẵng, ngày …… tháng … Năm 2016

Sinh viên thực hiện

Hồ Thị Trâm

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

6 Cấu trúc của luận văn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano 5

1.1.1 Nguồn gốc của công nghệ nano [23] 5

1.1.2 Khái niệm công nghệ nano [20] 5

1.1.2.1 Khái niệm vật liệu nano 6

1.1.2.2 Phân loại vật liệu nano 6

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ nano 7

1.1.4 Ý nghĩa khoa học công nghệ nano và khoa học nano 9

1.1.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 10

1.1.5.1 Phương pháp đi từ trên xuống ( Top – down) 10

1.1.5.2 Phương pháp đi từ dưới lên (bottom – up) 11

1.1.6 Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống 13

1.2 Nano bạc 14

1.2.1 Giới thiệu sơ lược về bạc kim loại [19] 15

1.2.2 Đặc tính kháng khuẩn của bạc 16

1.2.3 Khả năng diệt khuẩn của nano bạc 16

1.2.3.1 Vi khuẩn 16

1.2.3.2 Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc 16

1.2.3 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc 17

1.2.4 Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khoẻ con người 18

1.2.5 Các phương pháp điều chế nano bạc 18

1.2.5.1 Phương pháp ăn mòn laze [7] 18

1.2.5.2 Phương pháp sinh học 18

1.2.5.3 Phương pháp vật lý 19

1.2.5.4 Phương pháp hoá lý 19

1.2.5.5 Phương pháp khử hoá học 20

1.3 Ứng dụng của nano bạc 20

1.3.1 Ứng dụng của nano bạc trong y học 20

1.3.2 Ứng dụng công nghệ Nano bạc trong xử lý nước] 21

1.3.3 Ứng dụng của nano bạc vào công nghệ may mặc 22

1.3.4 Ứng dụng trong nông nghiệp 22

1.3.5 Ứng dụng của nano bạc trong sản xuất hàng tiêu dùng 23

1.3.6 Ứng dụng của nano bạc vật dụng, trang thiết bị, trong công nghiệp 23

1.4 Giới thiệu về cây bàng [21] 24

1.4.1 Đặc điểm chung của cây bàng 24

1.4.2 Phân bố và sinh thái học 26

1.4.3 Thành phần hoá học 26

1.4.4 Công dụng 26

1.5 Cây chè [22] 28

1.5.1 Đặc điểm chung của cây chè 28

1.5.2 Phân bố 29

1.5.3 Thành phần hóa học 29

1.5.4 Công dụng của lá chè [27] 29

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 31

2.1 Hóa chất và dụng cụ 31

2.1.1 Hoá chất 31

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 31

2.2 Phương pháp nghiên cứu 31

2.2.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế nano bạc 31

2.2.1.2 Khảo sát tỉ lệ dịch chiết đến quá trình tạo nano bạc 31

2.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano bạc 33

2.2.2 Phân tích hạt nano bạc 33

2.2.3 Ứng dụng diệt khuẩn của nano bạc 34

2.2.3.1 Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn trên vỏ tôm 34

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Khảo sát tỉ lệ dịch chiết lá bàng và lá chè đến quá trình tạo nano bạc 35

3.1.1 Đối với dịch chiết lá bàng 35

3.1.1.1 Đối với dung dịch AgNO3 100 ppm 35

3.1.1.2 Đối với nồng độ AgNO3 200 ppm 35

3.1.1.3 Đối với dung dịch AgNO3 500 ppm 36

3.1.2 Đối với dịch chiết lá chè 37

3.1.2.1 Đối với dung dịch AgNO3 100 ppm 37

3.1.2.2 Đối với nồng độ AgNO3 200 ppm và 500 ppm 38

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của môi trường pH đến quá trình tạo nano bạc được khảo sát ở các nồng độ khác nhau 40

3.2.1 Đối với dịch chiết lá bàng 40

3.2.1.1 Đối với dung dịch AgNO3 100ppm 40

3.2.1.2 Đối với dung dịch AgNO3 200 ppm 41

3.2.1.3 Đối với dung dịch AgNO3 500 ppm 42

3.2.2 Đối với dịch chiết lá chè 43

3.2.2.1 Đối với dung dịch AgNO3 100 ppm 43

3.2.2.2 Đối với dung dịch AgNO3 200ppm 43

3.2.2.3 Đối với dung dịch AgNO3 500ppm 44

3.3 Kết quả chụp TEM 45

3.4 Thử khả năng kháng khuẩn của nano bạc 48

3.4.1 Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của nano bạc trên vỏ tôm 48

3.4.1.1 Đối với dịch chiết lá bàng 48

3.4.1.2 Đối với dịch chiết lá chè 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Khoa học, công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ mới và đang phát triển rất nhanh chóng hiện nay 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…

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 Bạc được con người phát hiện ra từ thời nguyên thuỷ xa xưa

và được người xưa sử dụng rất phổ biến Ngoài việc sử dụng bạc như một món đồ trang sức và tiền tệ, người xưa cũng đã biết đến công dụng diệt khuẩn của bạc và đã

sử dụng nó để tạo ra các vật dụng bảo vệ sức khoẻ hằng ngày như bát, đĩa, cốc uống rượu… để phòng ngộ độc hay thậm chí dùng kim bằng bạc để thử thức ăn có độc hay không Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, người ta thậm chí còn sử dụng các sản phẩm từ bạc để điều trị nhiễm trùng trước khi thuốc kháng sinh ra đời Kinh nghiệm dân gian Việt Nam thì cho rằng bạc có tính năng kị gió Chính vì thế những đồ trang sức bằng bạc được sử dụng nhiều để tránh gió độc… đồng tiền bạc dùng để cạo gió chữa cho người bị ốm, cảm Những việc làm đó tuy mang bản chất kinh nghiệm nhưng bao hàm trong nó là ý nghĩa khoa học sâu sắc Tuy nhiên, tác dụng bảo vệ của bạc chỉ được tận dụng đến mức cao nhất khi công nghệ nano ra đời Các phân tử bạc siêu nhỏ có tính diệt khuẩn mạnh mẽ phóng thích trên một đơn vị diện tích là có giới hạn, do ảnh hưởng của lực liên kết phân tử trên bề mặt đồ dùng tạo thành rào cản cho

sự phóng thích này Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ 1 đến 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như vậy 1 gam bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền Mặt

khác khi bạc có kích cỡ phân tử chỉ từ 3- 5 nano mét, với kích cỡ ở mức vi mô này thì Nano bạc có khả năng tiêu diệt những vi khuẩn gây hại theo nguyên tắc bao bọc trực tiếp tế bào của vi khuẩn và phá vỡ cấu trúc tế bào từ đó vô hiệu hóa sự phát triển của

vi khuẩn Thực tế thí nghiệm cho thấy: Khi tiếp xúc với nano bạc trong khoảng thời gian ngắn chưa đầy 5 phút thì hầu hết các loại vi khuẩn sống (tồn tại trong môi trường sống bình thường) cũng không còn

Theo đánh giá của Viện khoa học vật liệu, nano là công nghệ của thế kỷ 21, giúp bảo vệ và nâng cao chất lượng cuộc sống Nano bạc là ứng dụng hoàn thiện của khoa học và công nghệ nano đối với bạc giúp tăng cường tính năng diệt khuẩn, sát trùng tiêu độc và khử trùng Sỡ dĩ nano bạc hiện nay đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong đời sống vì nano bạc ở trạng thái keo nên không bị thất thoát khi chùi rửa vậy nên khả năng kháng khuẩn sẽ có tác dụng trong suốt quá trình tồn tại của sản phẩm Ngoài ra nano bạc không gây tác dụng phụ cho người sử dụng, và an toàn cho

cả trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ (những đối tượng có sức đề kháng kém), đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường khi sử dụng không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm), không gây ô nhiễm môi trường

Nhờ những tính năng siêu việt trên, Nano bạc được xem như là chất kháng khuẩn

tự nhiên an toàn và hiệu quả Chính vì vậy, giới khoa học đang đầu tư nghiên cứu tổng hợp nano bạc để phục vụ cho các ứng dụng trong đời sống sản xuất và đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong trong y học, nhất là khi hiện tượng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng phổ biến như ngày nay

Cùng với mối quan tâm của thế giới đối với ngành công nghệ nano bạc và tăng cường sự cần thiết của việc bảo vệ môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng hợp hạt nano bạc bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ thực vật xanh Quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào và cũng không gây ô nhiễm môi trường Tôi quyết định sử dụng phương pháp hoá học để điều chế nano bạc bằng nguồn nguyên liệu rất phổ biến trong tự nhiên, từ thực vật, đó chính là lá bàng và lá chè Cây bàng – tên khoa học là Terminalia catappa L, thuộc họ Bàng, là một loài cây thân gỗ lớn sinh sống ở vùng nhiệt đới Do chứa nhiều hóa chất nên lá và vỏ thân cây bàng còn được sử dụng trong

nhiều nền y học cổ truyền khác nhau vào một số mục đích Chẳng hạn, tại Đài Loan người ta dùng các lá rụng làm thuốc chữa một số bệnh liên quan tới gan Tại Surinama chè được làm từ lá bàng được dùng để chữa các bệnh như lỵ và tiêu chảy Người ta cho rằng lá bàng có chứa các chất ngăn cản ung thư (mặc dù không thấy chúng thể hiện khả năng chống ung thư) và các đặc trưng chống oxi hóa cũng như chống phá hủy bộ nhiễm sắc thể Ở Việt Nam, cây bàng rất dễ trồng và được trồng rất phổ biến trong cả nước với công dụng phổ biến để lấy bóng mát Bên cạnh cây bàng, cây Chè có tên khoa học là Camellia sinensis có nhiều vitamin có giá trị dinh dưỡng và bảo vệ sức khoẻ, có tác dụng giải khát, bổ dưỡng và kích thích hệ thần kinh trung ương, giúp tiêu hoá các chất mỡ, giảm được bệnh béo phì, chống lão hoá … Do

đó nước chè đã trở thành thứ nước uống của nhân loại Ngày nay, hầu hết dân cư trên thế giới dùng nước chè làm nước uống hàng ngày Một số nước uống chè thành tập quán và tạo ra được một nền văn hoá nguyên sơ là “văn hoá trà” Ngoài để uống người ta còn dùng nước chè xanh để rửa ráy các vết thương những chỗ lở loét, nhiễm trùng trên cơ thể Vì thế chè không những có tên trong danh mục giải khát mà còn có tên trong từ điển y hoc, dược học Người Nhật Bản khẳng định chè cứu người khỏi bị nhiễm xạ và gọi đó là thứ nước uống của thời đại nguyên tử Vì những lý do như trên

chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat

ở những nồng độ khác nhau bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng và lá chè”

2 Mục đích nghiên cứu

- Xây dựng quy trình điều chế hạt nano bạc từ dịch chiết nước lá bàng, nước lá chè

- Nghiên cứu ứng dụng diệt khuẩn của nano bạc

- Đóng góp thêm những thông tin, tư liệu khoa học về lá bàng và lá chè và phương pháp điều chế nano bạc từ dịch chiết lá bàng và lá chè tạo cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sâu hơn về điều chế và ứng dụng của hạt nano bạc

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Lá bàng và lá chè thu hái tại thành phố Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết

- Tìm hiểu thông tin, tư liệu về cây bàng và cây chè, bạc, nano bạc và các vấn

đề liên quan đến đề tài

- Xử lý các thông tin, tư liệu để đề ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm

- Các phương pháp phân tích công cụ: Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis)

- Dùng phương pháp đo TEM để xác định kích thước hạt

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

* Ý nghĩa khoa học

- Góp thêm tài liệu về qui trình điều chế nano bạc từ nguyên liệu thiên nhiên

- Khảo sát ứng dụng, thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của nano bạc được điều chế từ dịch chiết lá bàng, dịch lá chè

* Ý nghĩa thực tiễn

- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên để điều chế nano bạc bằng phương pháp hoá học, không độc hại và thân thiện với môi trường

- Thử nghiệm khả năng bảo quản vỏ tôm

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn có 62 trang trong đó phần mở đầu 4 trang, kết luận kiến nghị 1 trang, tài liệu tham khảo có 2 trang Luận văn có 3 bảng, 33 hình và đồ thị Nội dung chia thành 3 chương

Chương 1: Tổng quan: 30 trang

Chương 2: Những nghiên cứu thực nghiệm: 4 trang

Chương 3: Kết quả và thảo luận:16 trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

1.1.1 Nguồn gốc của công nghệ nano [23]

Hạt giống của công nghệ nano bắt nguồn từ bài thuyết trình có tính chất tiên tri

“There’s plenty of room at the bottom” (tạm dịch “Còn nhiều chỗ trống ở cấp vi mô”) của nhà vật lý nổi tiếng Richard Feynman vào năm 1959 Ông đặt vấn đề làm sao có thể chứa toàn bộ 24 quyển Bách khoa Từ điển Britannica với tổng cộng 25.000 trang giấy trên đầu cây kim có đường kính 1,5mm mà theo ông thì khả năng thực hiện điều này là hiện hữu Mục đích bài nói chuyện của ông không phải chỉ dừng ở kỹ thuật thu nhỏ (miniaturization) mà còn phác hoạ khả năng hình thành một nền công nghệ mới, trong đó con người có thể di chuyển, chồng chập các loại nguyên

tử, phân tử để thiết kế một dụng cụ cực kỳ nhỏ ở thang vi mô (microscopic) hay thiết

kế một dụng cụ ngay từ cấu trúc phân tử của nó Mãi đến năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” mới được giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện

tử, mặc dù nó vẫn chưa được biết đến rộng rãi Ông định nghĩa như sau: “Công nghệ nano chủ yếu bao gồm việc xử lý, tách, hợp nhất và làm biến dạng vật liệu chỉ bằng một nguyên tử hoặc một phân tử” Dựa trên tiền đề về công nghệ nano của Richard Feynman, định nghĩa về công nghệ nano đã được tiến sĩ K Eric Drexler khai thác sâu hơn trong cuốn sách “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology” (1986) và cuốn “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation” Từ đây, thuật ngữ công nghệ nano bắt đầu trở nên phổ biến, hàng loạt phát minh đã ra đời, phục vụ đắc lực cho cuộc sống

1.1.2 Khái niệm công nghệ nano [20]

Công nghệ nano (nanotechnology), là ngành công nghệ liên quan đến 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 (nm, 1 nm = 10-9

m) Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:

cơ sở khoa học nano, phương pháp quan sát và can thiệp ở qui mô nm, chế tạo vật liệu nano, ứng dụng vật liệu nano

1.1.2.1 Khái niệm vật liệu nano

Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano được điều chế bằng nhiều cách khác nhau Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài của loại vật liệu này.Vật liệu Nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích thước nanomet

Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy mô đó tính chất các vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn

Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano,

nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau Kích thước của vật liệu nano trải một khoảng rộng từ vài nm đến vài trăm nm

1.1.2.2 Phân loại vật liệu nano

Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn sau đó mới đến chất lỏng và khí

Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều

tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

Ngoài ra người ta còn có thể phân loại theo tính chất của vật liệu nano gồm:

- Vật liệu nano kim loại

- Vật liệu nano bán dẫn

- Vật liệu nano từ tính

- Vật liệu nano sinh học

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Công nghệ nano chủ yếu dựa trên ba cơ sở khoa học sau:

- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử

- Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên

tử của vật liệu gia tăng Ví dụ xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ giữa hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3 Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là f= ns/n = 4/n1/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và

r là bán kính của hạt nano Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ

số f tăng lên Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f tăng Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục

Bảng 1.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

Đường

kính hạt

nano (nm)

Số nguyên tử

Tỉ số nguyên

tử trên bề mặt (%)

Năng lượng

bề mặt (erg/mol)

Năng lượng

bề mặt/năng lượng tổng (%)

- Kích thước tới hạn

Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi, người ta gọi đó là kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà

ta thấy hàng ngày Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường

tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm

nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này Không phải bất cứ vật liệu nào có kịch thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu

Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm Chính vì thế mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano

Ta có bảng độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu nano

Bảng 1.2 Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [10]

Độ sâu bề mặt kim loại 10-100

Tính siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100

1.1.4 Ý nghĩa khoa học công nghệ nano và khoa học nano

Khoa học nano và công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và cực kỳ hâp

dẫn ví những lí do sau đây:

Tương tác của các nguyên tử và các điệu tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi

các biến đổi trong phạm vi nano Do đó khi làm thay đổi cấu hình trong thang

nano của vật liệu ta có thể điều khiển được tính chất của vật liệu mà không phải

thay đổi thành phần hóa học của chúng

Vật liệu nao có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên rất lý tưởng dùng vào

chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hóa học hấp phụ và nhả thuốc chữa bệnh từ

từ trong cơ thể, lưu trữ năng lượng và liệu pháp mỹ phẩm

Vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn nhưng lại bền hơn vật

liệu khác Các hạt nano phân tán trên một nền thích hợp có thể tạo ra vật liệu

compozit siêu cứng

Tốc độ tương tác và truyền tín hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơn giữa

các micro rất nhiều và có thể sử dụng các tính chất siêu việt này để chế tạo các

hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lương cao hơn

Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano nên các bộ

phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thì

chúng sẽ sinnh hợp Điều này cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe

1.1.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (top – down) và phương pháp từ dưới lên (bottom – up) Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử

1.1.5.1 Phương pháp đi từ trên xuống ( Top – down)

Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp dùng kỹ thuật nghiền hoặc biến dạng để biến các vật liệu đến kích thước nano

- Phương pháp nghiền

Nguyên lý của phương pháp này là dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành ở nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn được ứng làm vật liệu kết cấu

Vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung, nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều

- Phương pháp biến dạng

Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc nhằm tạo ra sự biến dạng lớn mà không phá hủy vật liệu Phương pháp biến dạng có thể là đùn thuỷ lực, tuốt, cán ép với nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội Kết quả thu được gọi là các vật liệu một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dài nm) Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano Kết quả thu được là các hạt nano một chiều hoặc hai chiều

Nhìn chung phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) Nhưng nó cũng có nhược điểm là các hạt bị keo tụ lại với nhau, khó có thể thu được hạt có kích thước nhỏ, tạo ra vật liệu có tính đồng nhất không cao và tốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức tạp cũng như dễ bị nhiễm bẩn

từ các dụng cụ chế tạo Do vậy, phương pháp đi từ trên xuống ít được dùng để điều chế vật liệu nano so với phương pháp đi từ dưới lên

1.1.5.2 Phương pháp đi từ dưới lên (bottom – up)

Ngược với phương pháp đi từ trên xuống, phương pháp đi từ dưới lên hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion Phương pháp này được phát triển và ứng dụng rất rộng do tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý

* Phương pháp vật lý

Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha

- Phương pháp chuyển pha

Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vô định hình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh)

- Phương pháp bốc bay nhiệt

Vật liệu được đốt “phương pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng điện hồ quang làm cho bay hơi Sau khi ngưng tụ hơi ta sẽ thu được các hạt bột mịn có kích thước nano

Phương pháp vật lý thường được sử dụng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cúng máy tính

* Phương pháp hoá học

Phương pháp hoá học là phương pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion hoặc nguyên

tử Đây là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano

Ưu điểm của phương pháp này là có thể tổng hợp được tất cả các dạng của vật liệu nano như dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là cả các cấu trúc nano phức tạp mô phỏng sinh học Hơn nữa, phương pháp này có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp

- Phương pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên

Các chất có sẵn trong tự nhiên như zoelit, các hạt sét, các phân tử sinh học,… có rất nhiều các lỗ nhỏ với kích thước nanomét Các chất này vì thế có thể làm khuôn phản ứng tổng hợp vật liệu nano,

1.1.6 Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống

Ta có bảng phân bố ứng dụng của vật liệu nano trên thị trường

Bảng1.3 Số loại sản phẩm vật liệu nano và tỉ lệ sử dụng trên thị trường [14]

Công nghệ nano cũng được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh xây dựng (sơn nano), trong chế biến thực phẩm (đóng gói bao bì thực phẩm)… Trong y học, nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó chúng được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu diệt các khối u Công nghệ nano trong tương lai không xa sẽ giúp con người chống lại căn bênh ung thư quái ác Nghiên cứu đã cho kết quả lạc quan khi sử dụng các

hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư Các nhà khoa học còn nghiên cứu một

dự án nanorobot vô cùng đặc biệt Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ, có thể đi vào bên trong cơ thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết Việc cung cấp thuốc một cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như hiệu quả điều trị

Ở lĩnh vực may mặc, các hạt nano bạc có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi

1.2 Nano bạc

1.2.1 Giới thiệu sơ lược về bạc kim loại [19]

Bạc là một trong những kim loại được con người phát hiện ra từ rất sớm (khoảng 5500 đến 6000 năm về trước) chỉ sau vàng và đồng Tuy nhiên lúc bấy giờ bạc được xem là một kim loại rất hiếm do khai thác rất ít

Ký hiệu của bạc là Ag có nguồn gốc từ chữ Argentum trong tiếng la tinh, bạc được biết đến từ thời tiền sử, nó được nhắc tới trong cuốn Chúa sáng tạo ra thế giới, các đống xỉ bạc đã được tìm thấy ở Tiểu Á và trên các đảo thuộc biển Aegean chứng minh rằng bạc đã được tách khỏi chì từ thiên niên kỷ thứ 4 trước công nguyên

Bạc nằm ở ô thứ 47 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, thuộc phân nhóm IB (kim loại chuyển tiếp), chu kỳ 5, có cấu hình electron lớp ngoài cùng

là 4d105s1 Bạc trong tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị ổn định Ag107 và Ag109 với

Ag107 là phổ biến nhất (51,839%) Các đồng vị của bạc hầu hết có sự phong phú như nhau, là một điều rất hiếm đối với các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Khối lượng nguyên tử của bạc là 107,8682(2) g/mol, có 28 đồng vị phóng xạ đã được tìm thấy với đồng vị ổn định nhất là Ag109

với chu kỳ bán rã 41,29 ngày, Ag111 với chu kỳ bán

rã 7,45 ngày, và Ag112 với chu kỳ bán rã 3,13 giờ

Tính chất vật lý của bạc: Bạc là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng hơn vàng một chút), có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có độ đánh bóng cao Bạc nguyên

chất có độ dẫn nhiệt cao nhất trong tất cả các kim loại, độ phản quang cao nhất (mặc

dù nó là chất phản xạ tia cực tím rất kém), và điện trở thấp nhất trong các kim loại

Tính chất hóa học: Kim loại bạc dễ dàng hòa tan trong axit nitric (HNO3) tạo ra bạc nitrat Bạc dễ dàng phản ứng với lưu huỳnh hoặc hydro sulfua H2S tạo ra bạc sulfua Trạng thái ôxi hóa ổn định nhất của bạc là +1 (chẳng hạn như nitrat bạc: AgNO3); ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có số oxi hoá +2 (chẳng hạn như florua bạc (II): AgF2 và +3 (chẳng hạn như tetrafluoroargentat kali: K[AgF4])

1.2.2 Đặc tính kháng khuẩn của bạc

Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và nấm Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc không thể hiện tính độc với con người

Từ xa xưa, người ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh Người cổ đại

sử dụng các bình bằng bạc để lưu trữ nước, rượu dấm Trong thế kỷ 20, người ta thường đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tươi của sữa Bạc và các hợp chất của bạc được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa Tuy nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dưới dạng hạt có kích thước nano Ngày nay, nhiều loại gạc chứa bạc được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi để điều trị vết thương trong bệnh viện Tính kháng khuẩn của bạc làm tăng giá trị của những vật dụng và trang sức làm bằng kim loại này

Hình 1.1 Những cổ vật (ly, chén, bình đựng rượu) bằng bạc

1.2.3 Khả năng diệt khuẩn của nano bạc

1.2.3.1 Vi khuẩn

Vi khuẩn (tiếng Anh và tiếng La Tinh là bacterium, số nhiều bacteria) đôi khi còn được gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) và thường có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân, bộ khung tế bào và các bào quan như ty thể và lục lạp Cấu trúc tế bào của vi khuẩn được miêu tả chi tiết trong mục sinh vật nhân sơ vì vi khuẩn là sinh vật nhân sơ khác với các sinh vật có cấu trúc tế bào phức tạp hơn gọi là sinh vật nhân chuẩn Vi khuẩn là nhóm hiện diện đông đảo nhất, chúng hiện diện khắp nơi trong đất, nước và ở dạng cộng sinh với các sinh vật khác

1.2.3.2 Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc

Các hạt nano bạc có kích thước từ 1 – 10nm thể hiện khả năng mạnh đối với vi khuẩn Do ở kích thước nhỏ, khả năng tác động và thâm nhập của nano bạc qua lớp màng vi khuẩn là rất tốt Đồng thời với kích thước nano, diện tích bề mặt của hạt nano lớn hơn rất nhiều so với số hạt của nó cho nên khả năng tương tác với vi khuẩn thông qua việc tiếp xúc bề mặt tăng lên Nếu kích thước của hạt nano bạc càng nhỏ thì càng tốt, bởi vì kích thước càng nhỏ thì đặc tính diệt khuẩn của nó là rất lớn [12] Nếu kích thước của hạt nano kim loại ở kích thước 5 nm, chúng sẽ có khả năng gây ra hiệu ứng điện tử tức là biến đổi cấu trúc điện tử của bề mặt Do đó khả năng hoạt động bề mặt của hạt nano bạc được tăng cường manh mẽ Kích thước hạt nano giảm thì phần trăm tiếp xúc của các phân tử tương tác tăng lên

Các hạt nano bạc thường có dạng hình khối, số lượng các mặt hình khối cho thấy khả năng tác dụng của vi khuẩn ở mức độ cao hay thấp; số lượng mặt khối càng nhiều khả năng diệt khuẩn của nano bạc càng cao Đồng thời trong quá trình sử dụng nano bạc thường ở trong dung dịch keo phân tán, nơi mà một lượng nhỏ ion bạc đã được che dấu và góp một phần vào khả năng diệt khuẩn của nano bạc

Hình 1.2 Cơ chế diệt khuản của bạc bằng cách tương tác với màng protein

1.2.3 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc

Tác dụng diệt khuẩn của ion bạc được thể hiện ở chỗ ion bạc có khả năng biến đổi cấu trúc tế bào Các ion bạc sẽ kết hợp lại và tác dụng với nhóm sulfate của enzym có trong màng tế bào và làm biến đổi hình thái của màng dẫn đến việc cố định enzym từ đó gây ra tổn thương cho màng tế bào của vi khuẩn giúp ion bạc xâm nhập vào trong cơ thể của vi khuẩn dễ hơn Bên trong cơ thể của vi khuẩn các hạt ion bạc

sẽ tiếp tục tác dụng với các với các bộ phận khác của tế bào bằng việc tác dụng với nhóm sulfate và các vị trí hoạt động của enzym Chính sự tương tác đó là nguyên nhân để khử hoạt tính của enzym dẫn đến giết dần vi khuẩn

Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin – SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn

Hình 1.3 Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn

Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate gây ra phản ứng đime hóa pyridin do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA dẫn đến ức chế tế bào vi khuẩn phát triển

Hình 1.4 Ion bạc liên kết với các base của DNA

1.2.4 Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khoẻ con người

Nano bạc được đưa vào sử dụng với mục đích kháng khuẩn và ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn Điều đó nói lên mối quan hệ của nano bạc và sức khỏe con người Một nghiên cứu của trường đại học y khoa ODENSE cho thấy rằng nano bạc không có tác dụng mạnh đối với sức khỏe con người và cũng không là tác nhân gây độc Chính vì vậy, nano bạc không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và được xem là vô hại

Thông qua các nghiên cứu ít ỏi chưa thể đánh giá hết tác động của các hạt nano bạc đối với sức khỏe con người Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng nano bạc là tác nhân góp phần làm trong sạch môi trường, không phải là chất gây độc cho cơ thể con người

1.2.5 Các phương pháp điều chế nano bạc

1.2.5.1 Phương pháp ăn mòn laze [7]

Đây là phương pháp từ trên xuống Vật liệu ban đầu là một tấm bạc, được đặt trong một dung dịch có chứa một hoạt chất bề mặt Một chùm laze xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1 – 3 mm Dưới tác dụng của chùm laze xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hoá bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 – 0,1M

1.2.5.2 Phương pháp sinh học

- Phương pháp này sử dụng các tác nhân như virut, vi khuẩn có khả năng khử ion bạc thành bạc kim loại [5] Dưới tác dụng của vi khuẩn vi rút thì ion bạc sẽ chuyển thành nguyên tử hạt nano bạc kim loại

Ag Ag0Các tác nhân sinh học thường là: các vi khuẩn MYK3 [4], các loại nấm Verticillium… phương pháp này khá đơn giản và thân thiện với môi trường Hạt tạo

ra có thể cho kích thước từ 2 – 5 nm

- Ngoài ra người ta còn có thể sử dụng các tác nhân khử từ các dịch chiết từ thực vật ví dụ như: lá ổi, chè, giá, nha đam, rau tờn, hồng ngọc, vỏ chanh, cà rốt… Đây là phương pháp khá dễ thực hiện và thân thiện với môi trường Trong đề tài này chúng tôi quyết định chọn dịch chiết nước lá và lá chè làm tác nhân khử để điều chế nano bạc vì trong lá bàng và lá chè có cách nhóm ankaloic có tính khử và quan trọng hơn

là chính dịch chiết lá bàng và lá chè cũng có tác dụng diệt khuẩn Vì vậy khi chọn dịch chiết nước lá bàng và lá chè làm chất khử để điều chế nano bạc thì khả năng diệt khuẩn của nano bạc cũng tăng lên

1.2.5.3 Phương pháp vật lý

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

UV, gamma khử ion bạc thành nano bạc

Ag+ Ag0Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, sẽ xuất hiện các sự biến đổi của dung môi

và các chất phụ gia trong dung môi sẽ sinh ra các gốc hoá học có tác dụng khử ion bạc thành bạc kim loại để chúng keo tụ lại tạo thành các hạt nano bạc

1.2.5.4 Phương pháp hoá lý

Phương pháp này là phương pháp trung gian giữa hoá học và vật lý Nguyên lý: dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano Phương pháp điện phân thông thường chỉ tạo đước các màng mỏng kim loại Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hoá sẽ tạo các hạt nano bám lên cực âm Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [3]

Lò vi sóng là một thiết bị gia nhiệt nó cung cấp một lượng nhiệt ổn định và gia nhiết đồng đều Sử dụng lò vi sóng tiến hành khử ion Ag+ thàng Ag0 theo quy trình trình polyol để tạo hạt nano bạc Trong phương pháp này muối bạc và chất khử êm dịu có tác dụng trợ giúp cho quá trình khử Ag+ thàng Ag0 như C2H5OH…

hv

Biolog ical

Dưới tác dụng của lò vi sóng các phân tử có cực như phân tử Ag và các chất trợ khử sẽ nóng lên và chuyển động rất nhanh nhiệt được cung cấp đều cho toàn dung dịch Do đó quá trình khử bạc sẽ diễn ra nhanh chóng và êm dịu hơn các phương pháp khác

Để chọn lựa được một hóa chất phù hợp tùy thuộc vào tính tinh tế, yêu cầu của quá trình điều chế cũng như chất lượng của hạt nano vì mỗi loại hóa chất sẽ tạo ra một cỡ hạt khác nhau Đồng thời mỗi loại hóa chất cũng cho tính bền vững của dung dịch các hạt nano Ag khác nhau và khả năng đưa hạt nano bạc từ dung dịch nano bạc tạo bởi các hóa chất này tùy thuộc vào sản phẩm ta cần ứng dụng Do đó khi điều chế nano bạc cần chọn lựa chọn thật kỹ hóa chất sử dụng

1.3 Ứng dụng của nano bạc

1.3.1 Ứng dụng của nano bạc trong y học

Trong lĩnh vực y học, bạc nano được sử dụng rất phổ biến, không chỉ làm các dung dịch có tính sát trùng rất cao trên cơ thể, người ta còn tìm ra phương pháp phủ bạc nano lên các dụng cụ y tế để vô trùng tuyệt đối, nhất là các thiết bị hoạt động bên trong cơ thể khi mổ nội soi, tim, phổi, làm khớp xương nhân tạo, những bộ phận giả Gần đây, người ta phát hiện việc dùng nano bạc như một chất kháng sinh thiên nhiên có nhiều ưu điểm so với chất kháng sinh tổng hợp Thứ nhất, các kháng sinh tổng hợp thường có hiệu ứng phụ là diệt cả những enzym và vi sinh vật có ích trong

cơ thể nên sau khi dùng chúng thường làm cơ thể thiếu vitamin và có thể gây tiêu chảy Bạc tránh được hiện tượng này vì bạc diệt vi trùng có hại nhưng không đụng

đến các tế bào và vi khuẩn có ích Bạc còn diệt được nhiều virus mà kháng sinh tổng hợp không làm được Thứ hai sau một thời gian sử dụng kháng sinh tổng hợp, nhiều

vi sinh vật gây bệnh sống sót, và qua vài đời, ở chúng xuất hiện tính đề kháng với các loại kháng sinh Nhưng bạc diệt hoàn toàn mầm bệnh theo một cơ chế khác hẳn, can thiệp vào hoạt động sống của vi trùng gây hại để làm chết chúng nên chúng không thể tự thích nghi để chống lại bạc

Hình 1.5 Các sản phẩm ứng dụng nano bạc trong y tế

1.3.2 Ứng dụng công nghệ Nano bạc trong xử lý nước]

Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA) tại Hoa Kỳ đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu

về tác dụng của ion Ag được sử dụng trong khâu khử trùng nguồn nước uống Cơ quan EPA đã đề nghi mức cho phép hiện tại trong nước uống là 100ppb và hầu hết các công ty cung cấp nước sạch đều sử dụng dưới mức giới hạn trong thiết kế bơm ion Ag+ với tỷ lệ là 60ppb

Kết quả thực tế cho thấy: Chỉ cần với 10ppb đã có thể xử lý nguồn nước sạch , tương ứng với mức chi phí sử dụng với các chất khử trùng truyền thống như Clo Hơn nữa quá trình xử lý nước sạch nhờ sử dụng ion Ag+ thuận lợi hơn nhiều so với cách làm truyền thống và giúp các công ty giảm được phần lớn nguồn vốn đồng thời giúp người tiêu dùng có thể giảm được giá thành sủ dụng nước sạch

Tại Hoa Kỳ, theo thống kê của một công ty cung cấp công nghệ lọc: Hiện nay, hơn một nửa số doanh nghiệp sản xuất theo nước giải khát đóng bình đã sử dụng bạc để khử trùng nước

Hình 1.6 Nước tinh khiết nhờ ứng dụng công nghệ Nano Bạc

1.3.3 Ứng dụng của nano bạc vào công nghệ may mặc

Như đã biết, hạt nano bạc có tính năng diệt khuẩn từ 98- 99%, nên khi được đưa vào xơ sợi thì các hạt nano bạc bám dính phân tán và cũng không gây hại cho da và

có tính diệt khuẩn cao Bạc hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, giảm mùi hôi và giảm thiểu rủi ro nhiễm khuẩn và nấm Áo quần, nhất là tất vớ có sử dụng bạc giúp chúng có thể sử dụng nhiều ngày hơn mà ít bị bốc mùi Bạc được đưa vào áo quần dưới hai dạng: (1) ion bạc được tích hợp vào polymer dùng để tạo sợi vải, (2) phủ bạc kim lọai lên sợi vải

Hiện nay, Nano bạc đã được đưa vào xơ sợi của ngành công nghiệp dệt may như: Cotton , polyeste, PP/PE, PAN, Polyamid, Nylon……

1.3.4 Ứng dụng trong nông nghiệp

Ngày nay nano bạc cũng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, nhằm tiêu diệt những con vi khuẩn, nấm bệnh thường có ở trên cây trồng, đặc biệt hơn nữa là ứng dụng nano bạc vào thuốc bảo vệ thực vật và dung dịch nước rửa kháng khuẩn không gây hại cho người sử dụng

Hình 1.7 Ứng dụng của nano bạc trong nông nghiệp

1.3.5 Ứng dụng của nano bạc trong sản xuất hàng tiêu dùng

Ngày 9/1, nhà máy Amie – cơ sở đầu tiên tại Việt Nam sử dụng công nghệ nano bạc và đạt chuẩn GMP (Good Manufacturing Practise) được chính thức đưa vào hoạt động tại khu công nghiệm Xuân Lâm, huyện Thuận Thành, tỉnh Bắc Ninh

Hình 1.8 Sản phẩm hàng tiêu dùng ứng dụng nano bạc

1.3.6 Ứng dụng của nano bạc vật dụng, trang thiết bị, trong công nghiệp

Năm 2007, công ty AGC Flat Glass Europe (Canada) giới thiệu loại thủy tinh sát khuẩn đầu tiên để đối phó vấn nạn nhiễm khuẩn trong bệnh viện Loại thủy tinh này được phủ một lớp bạc mỏng Hơn nữa, Samsung đưa ra loại máy giặt có lần

xả cuối cùng chứa ion bạc để có thể giúp áo quần kháng khuẩn trong nhiều ngày Kohler đã giới thiệu một dòng sản phẩm bồn cầu có phủ ion bạc để diệt khuẩn

Hình 1.9 Ứng dụng của nano bạc vào thiết bị công nghệ

Sơn kháng khuẩn: Bột nano bạc được trộn với sơn và phủ lên các phím điện thoại di động, tường nhà và các bề mặt cần được bảo vệ Với khả năng kháng khuẩn

tuyệt vời nano bạc sẽ giữ cho bề mặt không bị nhiễm khuẩn cũng như tiêu diệt nấm mốc làm tăng tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình

Hình 1.10 Sơn kháng khuẩn

1.4 Giới thiệu về cây bàng [21]

1.4.1 Đặc điểm chung của cây bàng

Bàng là một loại cây to, có thể mọc cao tới 25m, với tán mọc thẳng, đối xứng, cành nằm ngang, thân cây có đường kính khoảng từ 1 – 1,5 m, thân già màu nâu đậm

ngọn cành Khi cây già hơn thì tán lá của nó trở nên phẳng hơn để tạo thành hình dáng giống như cái bát trải rộng

Lá đơn, to, hình thìa, đầu tròn, mặt trên nhẵn, mặt dưới có lông màu hung nhạt, phiến lá dài từ 20 – 30 cm, rộng 10 – 13 cm, có 2 nốt sần tròn ở đáy phiến cạnh hai bên gân chính, cuốn ngắn, có màu xanh ở mặt trên đậm hơn mặt dướitập trung ở cuối cành nhánh Đây là loài cây có lá sớm rụng vào mùa khô Trước khi rụng, lá chuyển

từ màu xanh sang màu đỏ ánh hồng hay nâu vàng do các sắc tố như violaxanthin, lutein hay zeaxanthin

Hình 1.12 Lá bàng

Hoa bàng đơn tính cùng gốc, các hoa đực và hoa cái mọc trên cùng một cây Cả hai loại hoa có đường kính khoảng 1 cm, có màu trắng hơi xanh, không lộ rõ, không

có cánh hoa, trên cán hoa có lông, chúng mọc trên các nách lá hoặc ở đầu cành

Quả bàng thuộc loại quả hạch hình bầu dục, nhẵn dẹp, đầu hơi nhọn, dài khoảng 3- 4cm, rộng 2-3cm, dày 1,5cm, có nhân cứng, khi non có màu xanh lục, sau đó ngả màu vàng và cuối cùng là màu đỏ khi chín, nạc có vị chua, chứa đến 50% dầu béo Nhân hạt có màu vàng nhạt hoặc lục nhạt giống như màu hạnh nhân, nhân hạt ăn được, có thể rang ăn như đậu phộng

Hình 1.13 Quả bàng