TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.) VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

TÓM TẮT Trong đề tài này dung dịch nano bạc được tổng hợp theo phuơng pháp khử hóa học với chất khử là dịch chiết lá bằng lăng nước Lagerstroemia speciosa L., muối bạc được sử dụng là bạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA

PHAN MINH PHỤC

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.)

VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH HÓA HỌC

2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA

PHAN MINH PHỤC

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.)

VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH HÓA HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ts TÔN NỮ LIÊN HƯƠNG

2017

Trường Đại Học Cần Thơ

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Bộ Môn Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

- -

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1 Cán bộ hướng dẫn: Ts Tôn Nữ Liên Hương

2 Tên đề tài:

“Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng nước

(Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn”

3 Sinh viên thực hiện: Phan Minh Phục MSSV: B1303963

4 Nội dung nhận xét:

5 Nhận xét về hình thức của LVTN:

a Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị chi tiết và đầy đủ):

 Đánh giá về nội dung thực hiện của đề tài:

Trường Đại Học Cần Thơ

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Bộ Môn Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

- -

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1 Cán bộ hướng dẫn: Ts Tôn Nữ Liên Hương

2 Tên đề tài:

“Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng nước

(Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn”

3 Sinh viên thực hiện: Phan Minh Phục MSSV: B1303963

4 Nội dung nhận xét:

5 Nhận xét về hình thức của LVTN:

d Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị chi tiết và đầy đủ):

 Đánh giá về nội dung thực hiện của đề tài:

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, dạy bảo to lớn từ các thầy, cô, bạn bè và gia đình Vì vậy, em xin gửi lời cảm

ơn chân thành và sâu sắc nhất đến:

Quý thầy, cô Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là quý thầy, cô Bộ môn Hóa – Khoa Khoa học Tự nhiên đã truyền đạt những kiến thức quý báu, những

kỹ năng bổ ích trong suốt bốn năm em học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn cô Tôn Nữ Liên Hương đã quan tâm, giúp đỡ, theo dõi, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt luận văn của mình

Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong PTN Hóa dược 2 đã luôn đồng hành, quan tâm, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến những thành viên trong gia đình đã luôn luôn ủng hộ, quan tâm, chăm sóc và tạo mọi điều kiện để con hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2017

Phan Minh Phục

TÓM TẮT

Trong đề tài này dung dịch nano bạc được tổng hợp theo phuơng pháp khử

hóa học với chất khử là dịch chiết lá bằng lăng nước

(Lagerstroemia speciosa L.), muối bạc được sử dụng là bạc nitrat (AgNO3)

Kích thước và hình thái của các hạt nano bạc có thể được kiểm soát bởi các

thông số như: môi trường pH, tỉ lệ thể tích dịch chiết với dung dịch bạc nitrat,

nồng độ bạc nitrat, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng

Quang phổ hấp thụ UV-Vis được sử dụng để xác định sự hiện diện của

nano bạc trong dung dịch sau phản ứng Đỉnh hấp thụ cực đại của nano bạc sẽ

nằm trong khoảng từ 400 - 420 nm Kết quả chụp TEM giúp xác dịch được dạng

hình cầu và kích thước các hạt nano bạc từ 20 - 35 nm

Dung dịch nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn tốt với vi khuẩn

Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa

Từ khóa: bằng lăng nước, Lagerstroemia speciosa L., nano bạc

Trường Đại Học Cần Thơ

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

DỊCH CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.)

VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên

cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận

văn cùng cấp nào khác

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

Phan Minh Phục

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN i

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH BẢNG ix

DANH SÁCH HÌNH x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Sơ lược tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 3

2.2 Sơ lược về công nghệ nano và vật liệu nano 4

2.2.1 Sơ lược về công nghệ nano 4

2.2.2 Vật liệu nano 6

2.2.3 Hạt nano bạc 8

2.3 Tổng quan về cây bằng lăng nước 18

2.3.1 Phân loại 18

2.3.2 Đặc điểm 19

2.3.3 Công dụng và thành phần hóa học 19

2.4 Phương pháp nghiên cứu nano bạc 21

2.4.1 Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến UV - Vis 21

2.4.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 22

2.5 Giới thiệu vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa 24

2.5.1 Vi khuẩn Staphylococcus aureus 24

2.5.2 Vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa 25

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.1 Dụng cụ và hóa chất 26

3.1.1 Dụng cụ và thiết bị 26

3.1.2 Hóa chất 26

3.2 Nguyên liệu tổng hợp 26

3.2.1 Dung dịch ổn định hạt nano bạc 26

3.2.2 Dung dịch bạc nitrat (AgNO3) 27

3.2.3 Dịch chiết lá bằng lăng nước 27

3.3 Điều chế dịch chiết lá bằng lăng nước 27

3.3.1 Xác định độ ẩm 27

3.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá bằng lăng nước 28

3.4 Định tính các nhóm chức hóa học trong dịch chiết lá bằng lăng nước 29

3.4.1 Triterpenoid - steroid 29

3.4.2 Alkaloid 30

3.4.3 Flavonoid 30

3.4.4 Saponin 30

3.4.5 Tannin 30

3.5 Khảo sát các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc 31

3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 31

3.5.2 Khảo sát tỉ lệ Vchiết: VAgNO3 31

3.5.3 Khảo sát nồng độ dung dịch AgNO3 32

3.5.4 Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc 32

3.5.5 Khảo sát thời gian tạo nano bạc 33

3.6 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc 33

3.7 Sơ đồ quy trình thực nghiệm tạo nano bạc từ dịch chiết lá bằng lăng nước 35

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

4.1 Kết quả xác định độ ẩm 36

4.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá bằng lăng nước 36

4.2.1 Ảnh hưởng của thời gian chiết 36

4.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng 38

4.3 Kết quả định tính thành phần nhóm chất hóa học trong dịch chiết lá bằng lăng nước 39

4.4 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc 39

4.4.1 Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc 39

4.4.2 Khảo sát tỉ lệ Vchiết: VAgNO3 40

4.4.3 Khảo sát nồng độ dung dịch AgNO3 41

4.4.4 Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc 42

4.4.5 Khảo sát thời gian tạo nano bạc 44

4.5 Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano bạc 45

4.6 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc 45

4.6.1 Khảo sát hoạt tính kháng vi khuẩn S.aureus của dung dịch nano bạc 45

4.6.2 Khảo sát hoạt tính kháng vi khuẩn P.aeruginosa của dung dịch nano bạc 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

KẾT LUẬN 47

KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 50

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [14] 5

Bảng 2.2 Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu [15] 6

Bảng 2.3 Hằng số vật lý của bạc 8

Bảng 2.4 Tổng hợp nano bạc từ vi khuẩn và kích thước hạt tổng hợp [16] 15

Bảng 2.5 Tổng hợp nano bạc từ nấm và kích thước hạt nano tổng hợp [16] 15

Bảng 2.6 Tổng hợp từ dịch chiết thực vật và kích thước hạt nano tổng hợp [16] 16

Bảng 3.1 Thực nghiệm kiểm tra tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc 34

Bảng 4.1 Kết quả xác định độ ẩm trong lá bằng lăng nước 36

Bảng 4.2 Điều kiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng chiết lá bằng lăng nước 36

Bảng 4.3 Điều kiện khảo sát ảnh hường của thời gian chiết 36

Bảng 4.4 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng chiết lá bằng lăng nước 38

Bảng 4.5 Kết quả định tính các nhóm chức hóa học 39

Bảng 4.6 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường tạo nano bạc 39

Bảng 4.7 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ Vchiết: VAgNO3 40

Bảng 4.8 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch AgNO3 41

Bảng 4.9 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tạo nano bạc 42

Bảng 4.10 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của thời gian tạo nano bạc 44

Bảng 4.11 Kết quả kháng vi khuẩn S.aureus của dung dịch nano bạc 45

Bảng 4 12 Kết quả kháng vi khuẩn P.aeruginosa của dung dịch nano bạc 46

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Giản đồ về dao động plasmon cho một hạt nano hình cầu 9

Hình 2.2 Đặc điểm về hình thái cây và hoa bằng lăng nước 19

Hình 2.3 Công thức hóa học của một số hợp chất trong lá bằng lăng nước 20

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng cấu tạo của máy quang phổ 21

Hình 2.5 Phổ chuẩn của các hạt nano bạc với các đường kính khác nhau [18] 22

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua 23

Hình 2.7 Staphylococcus aureus 24

Hình 2.8 Pseudomonas aeruginosa 25

Hình 3.1 Sơ đồ thực nghiệm 35

Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình tạo nano bạc 37

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng đến quá trình tạo nano bạc 38

Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano bạc 40

Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của thể tích dịch chiết đến quá trình tạo nano bạc 41

Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 đến quá trình tạo nano bạc 42

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano bạc 43

Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tạo nano bạc 44

Hình 4.8 Ảnh TEM của hạt nano bạc (thang đo 100 nm) 45

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AAS Atomic Absorption Spectrophotometric AgNPs Silver nanoparticles

UV – Vis Ultraviolet – Visible

TEM Transmission Electron Microscopy SEM Scanning Electron Microscope

XRD X – ray Diffraction

S aureus Staphylococcus aureus

P aeruginosa Pseudomonas aeruginosa

PVA polyvinylpyrrolidon

PVP polyvinyl ancol

LB Luria - Bertani

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay công nghệ nano phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: y học, sinh học, công nghệ xúc tác, công nghệ thông tin, quang học, dệt may, mỹ phẩm,… Trong đó công nghệ nano bạc được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm

Nano bạc có nhiều tính chất khác hẳn với bạc khối như tính chất quang,

từ, điện… Nhưng đặc trưng nhất của nano bạc là tính kháng khuẩn Tất cả các

vi khuẩn không đề kháng với kháng sinh bạc, vì thế các hạt nano bạc không bị mất tác dụng Ngoài ra, các hạt nano bạc cũng giúp tạo ra các oxygen hoạt tính

từ không khí hoặc nước và từ đó phá hủy màng tế bào của vi khuẩn Nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, chúng được đưa vào các polymer như polyetylen (PE), polypropylen (PP), các loại giấy, vải…

Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng nhiều phương pháp khác nhau Tuy nhiên, các phương pháp này lại tạo ra nhiều phụ phẩm độc hại sau quá trình tổng hợp Vì vậy, việc sử dụng phương pháp hóa học xanh là cần thiết để giải quyết vấn đề về môi trường, chẳng hạn như việc giảm thiểu chất phản ứng hoặc dung môi

Đề tài “Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng

nước (Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn” nghiên

cứu tổng hợp hạt nano từ dung dịch bạc nitrat với dịch chiết lá bằng lăng nước

và phân tích một số đặc tính của hạt nano bạc tạo thành Đề tài hướng tới việc giảm thiểu sử dụng hóa chất và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có là lá bằng lăng nước để tổng hợp nano bạc Từ đó có thể nâng cao giá trị sử dụng cũng như tiềm năng khai thác của cây bằng lăng nước

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài “Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng

nước (Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn” bao

gồm các mục tiêu sau:

- Xây dựng quy trình tạo nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân

khử dịch chiết lá bằng lăng nước (Lagerstroemia speciosa L.)

- Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc đối vi khuẩn

Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá bằng lăng nước

- Định tính các nhóm chức trong dịch chiết lá bằng lăng nước

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc

- Xác định đặc tính của dung dịch nano bạc bằng UV – Vis và TEM

- Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc đối với vi khuẩn

Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Sơ lươ ̣c tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới

Công nghệ nano là một khoa học mới đang phát triển rất nhanh chóng và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống như điện tử, hóa học, y sinh, Trong đó, nano bạc rất được chú ý vì nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn cao, không độc hại với con người và môi trường

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng nano bạc như: phân hủy nhiệt tạo ra hạt nano bạc [1], hoạt động kháng khuẩn phụ thuộc vào hình dáng của nano bạc [2]; tổng hợp và khảo sát các đặc tính

diệt khuẩn của hạt nano bạc [3]; tổng hợp nano bạc từ Fusanrium oxysporium

[4] Các nghiên cứu cho thấy nano bạc không thể phân biệt giữa các chủng vi khuẩn khác nhau và do đó có thể tiêu diệt các cả các vi khuẩn có lợi [5] Nano bạc gây độc với tế bào hơn so với amiăng [6] Nano bạc độc hại đối với các loài thủy sản vì ion bạc có thể tương tác với mang cá và ức chế hoạt động basolateral

Na+, K+- ATPase, gây ức chế osmoregulation trong cá [7],… Mặc dù, những nghiên cứu này cho rằng nano bạc có thể gây ra độc tính đối với sinh vật Nhưng các nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện in vitro là khác biệt so với trong điều kiện cơ thể và ở nồng độ các hạt nano bạc khá cao

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực nano trên thế giới, trong nước cũng có khá nhiều đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này Các nghiên cứu khoa học tiêu biểu như: chế tạo nano bạc bằng phương pháp hóa ướt ứng dụng diệt khuẩn E.Coli [8], chế tạo nano bạc bằng phương pháp chiếu xạ, sử dụng polyvinylpyrrolidone/ chitosan làm chất ổn định [9], nghiên cứu tổng hợp và đánh giá khă năng khử khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính [10], nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp Ag-nano/ carbon nanotubes (CNTs)/ cotton và ứng dụng trong xử lý nước nhiễm khuẩn [11], nghiên cứu chế tạo hạt Ferit gatnet R3Fe5O12 (R=Y, Gd, Dy) có kích thước Nanomet [12], nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano – composite từ polyester bão hòa và đất sét biến tính bằng poly (Ethylene Oxid) [13],…

2.2 Sơ lươ ̣c về công nghệ nano và vật liệu nano

2.2.1 Sơ lươ ̣c về công nghệ nano

2.2.1.1 Khái niệm

Công nghệ nano 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 nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m) Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính chất 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

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

2.2.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Khoa học và công nghệ nano là một trong những thuật ngữ được sử dụng rộng rãi nhất trong khoa học vật liệu ngày nay Bởi vì, đối tượng là vật liệu nano Vật liệu nano có những tính chất khác hẳn với các tính chất của vật liệu khối đã được nghiên cứu trước đó Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano

so với vật liệu khối dựa trên 2 hiện tượng sau:

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

Qua Bảng 2.1 cho biết một số giá trị của hạt nano hình cầu Với một hạt

nano có đường kính 5 nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 3000 nguyên tử, tỉ

số f là 40%, năng lượng bề mặt là 8,16×1011 và tỉ số năng lượng bề mặt trên năng lượng toàn phần là 14,3% Tuy nhiên, các giá trị vật lí giảm đi một nửa khi kích thước của hạt nano tăng gấp hai lần lên 10 nm

Bảng 2.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [14]

Năng lượng trên

bề mặt (erg/mol)

Năng lượng

bề mặt/ Năng lượng tổng (%)

Bảng 2.2 Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu [15]

Tính chất Thông số Độ dài đặc trưng (nm)

Điện

Bước sóng điện từ 10 - 100 Quãng đường tự do trung bình không

Quang

Hố lượng tử (bán kính Bohr) 1 - 100

Độ dài suy giảm 10 - 100

Độ sâu bề mặt kim loại 10 - 100 Hấp thụ Plasmon bề mặt 10 - 500

Cơ

Tương tác bất định xứ 1 - 1000

Bán kính khởi động đứt vỡ 1 - 100 Sai hỏng mầm 0,1 - 10

Độ nhăn bề mặt 1 - 10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1 - 10 Siêu phân tử

Độ dài Kuhn 1 - 100 Cấu trúc nhị cấp 1 - 10 Cấu trúc tam cấp 10 - 1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1 - 10

2.2.2 Vật liệu nano

2.2.2.1 Khái niệm

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano Tính chất của vật liệu nano phụ thuộc vào kích thước của chúng, cỡ nanomet đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất lý hóa của vật liệu thông thường Vật liệu nano có kích thước từ vài nanomet đến vài trăm nanomet tùy thuộc vào phương pháp chế tạo và ứng dụng của chúng

2.2.2.2 Phân loại vật liệu nano

Có nhiều cách phân loại vật liệu nano, mỗi cách phân loại cho ra rất nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn các khái niệm Sau đây là một vài

cách phân loại thường dùng

Phân loại theo hình dáng của vật liệu

Vật liệu nano không chiều là vật liệu mà cả ba chiều đều có kích thước nano, ví dụ đám nano, hạt nano

Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều tự do, hai chiều có kích thước nano Ví dụ dây nano, ống nano

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

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nano composite 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

Phân loại theo tính chất vật liệu

Thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano như vật liệu nano kim loại, vật

liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học,…

Ngoài ra có thể phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới Ví dụ, với đối tượng là “hạt nano kim loại” trong đó “hạt” được phân loại theo hình dáng, “kim loại” được phân loại theo tính chất hoặc “vật liệu nano từ tính sinh học” trong đó cả “từ tính” và

“sinh học” đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất

2.2.2.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Phương pháp từ trên xuống (top - down): là phương pháp tạo vật liệu

nano từ vật liệu khối ban đầu

Nguyên lý: phương pháp này sử dụng kỹ thuật nghiền hoặc biến dạng để biến vật liệu có kích thước lớn về kích thước nano

Ưu điểm: đơn giản, khá hiệu quả, có thể tạo ra một lượng lớn vật liệu nano với hạt nano có kích thước tương đối nhỏ 10 – 100 nm

Khuyết điểm: tính đồng nhất của các hạt nano không cao, có thể tạo nên khuyết tật ở cấu trúc bề mặt hạt nano, tốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức tạp

Phương pháp từ dưới lên (bottom - up): tạo hạt nano từ các ion hoặc

các nguyên tử kết hợp lại với nhau Đây là phương pháp phổ biến hiện nay để

chế tạo hạt nano kim loại

Nguyên lý: phương pháp này dựa trên việc hình thành các hạt nano kim loại từ các nguyên tử hoặc ion Các nguyên tử hay ion khi được xử lí bởi các tác nhân vật lý hoặc hóa học sẽ kết hợp với nhau tạo thành hạt nano

Ưu điểm: tạo ra các hạt nano có tính đồng nhất cao, có kích thước tương đối

nhỏ và đồng đều Tạo ra ít các khuyết tật trên cấu trúc bề mặt hạt nano và trang

thiết bị đơn giản

Khuyết điểm: Chỉ tạo ra được một lượng nhỏ vật liệu nano

2.2.3 Hạt nano bạc

2.2.3.1 Giới thiệu về kim loại bạc

Bạc được sử dụng trong hàng nghìn năm để trang trí và như đồ dùng gia

đình, để buôn bán và làm cơ sở cho nhiều hệ thống tiền tệ Trong một thời gian

dài nó được coi là kim loại quý thứ hai sau vàng bởi những đặc tính quý giá của

nó

Bạc có ký hiệu là Ag, số nguyên tử 47, thuộc phân nhóm IB trong bảng

tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lượng phân tử là 107,868 (đơn vị C) Cấu hình electron [Kr] 4d105s1

Trạng thái oxi hóa ổn định nhất của bạc là +1 (chẳng hạn như bạc nitrat:

AgNO3) và ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có số oxi hoá +2 Trong

tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là 107Ag (52%) và 109Ag (48%)

Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính

dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất, có giá trị điện trở thấp nhất trong các kim loại

Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan trong một

số axit mạnh như acid nitric, acid sufuric đặc nóng,…

Nhiệt độ thăng hoa (KJ/mol)

Tỷ khối

Độ cứng thang moxo

Độ dẫn điện

Hg =1

Độ dẫn nhiệt

Hg = 1

Bạc là kim loại quý có giá trị lâu dài, được sử dụng làm đồng tiền xu, đồ

trang sức, chén đũa và các đồ dùng trong gia đình và như một khoản đầu tư ở

dạng tiền xu và nén Kim loại bạc được dùng trong công nghiệp làm chất dẫn

và tiếp xúc, trong gương và trong điện phân của các phản ứng hóa học Các hợp

chất của được dùng trong phim ảnh Bạc nitrat pha loãng được dùng làm chất

tẩy khuẩn Các ứng dụngtrong y học của bạc đã và đang được nghiên cứu lâm

sàng

2.2.3.2 Giới thiệu về nano bạc

Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm Do có diện

tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các

bạc ở dạng khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn

Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt Hiện tượng

này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano

bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano

Hình 2.1 Giản đồ về dao động plasmon cho một hạt nano hình cầu

(http://www.numis.northwestern.edu/Research/Projects/Nanoparticles.shtml)

Plasmon bề mặt là những sóng điện từ được truyền dọc theo giao diện kim

loại - điện môi Đơn giản hơn, ta có thể định nghĩa: plasmon bề mặt là sự dao

động của điện tử tự do ở bề mặt của hạt nano với sự kích thích của ánh sáng tới

Cường độ điện trường của plasmon bề mặt giảm theo hàm mũ khi xa dần giao

diện kim loại - điện môi

Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích các electron tự

do bên trong vùng dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động đồng pha Khi kích

thước của một tinh thể nano kim loại nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới, hiện

tượng cộng hưởng plasmon bề mặt xuất hiện

Nano bạc có đặc tính kháng khuẩn và ngăn ngừa vi khuẩn phát sinh tới

99,99%, lợi ích hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm kháng khuẩn khác Nano

bạc sẽ kết hợp với các bức tường tế bào của vi khuẩn gây bệnh, sau đó sẽ trực

tiếp nhận được bên trong vi khuẩn và nhanh chóng kết hợp với sulphydryl (-SH) của enzyme chuyển hóa oxi để diệt chúng, để chặn đường hô hấp và quá

trình trao đổi chất và làm nghẹt thở vi khuẩn

2.3.3.3 Tính chất hạt nano bạc

Hạt nano kim loại có hai tính chất khác biệt so với vật liệu khối đó là hiệu

ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước Tuy nhiên, do đặc điểm các hạt nano có tính

kim loại, tức là có mật độ điện tử tự do lớn thì các tính chất thể hiện có những

đặc trưng riêng khác với các hạt không có mật độ điện tử tự do cao

a Tính chất quang học

Nano bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các

màu sắc khác nhau đã từ rất lâu Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng

cộng hưởng Plasmon bề mặt do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ ánh sáng

chiếu vào Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động

dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng Thông thường các

dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút

mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ

hơn kích thước

Ngược lại, khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường thì hiện

tượng ngắt điện không còn mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng

kích thích Vì vậy, tính chất quang của hạt nano là do sự dao động của các điện

tử dẫn đến quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ Khi dao động các điện

tử sẽ phân bố trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực tạo thành điện lưỡng

cực Xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố Các yếu tố

về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường ảnh hưởng nhiều nhất Ngoài

ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ loãng thì

hạt dạng tự do

b Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật

độ điện tử tự do cao Đối với vật liệu khối, độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng

lượng của chất rắn Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các

sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng

(phonon) Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác

dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR,

trong đó R là điện trở của kim loại Định luật Ohm cho thấy đường I - U là một

đường tuyến tính Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do

giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng Hệ quả của quá trình lượng

tử hóa này đối với hạt nano là I - U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một

hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường

I - U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và

e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực

c Tính chất từ

Các kim loại có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự cho nhận cặp điện

tử Khi vật liệu kích thước nhỏ thì sự cho nhận trên sẽ không bền và vật liệu có tính từ tương đối mạnh Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, côban, niken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ

d Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một

số các nguyên tử lân cận nhất định có liên kết mạnh gọi là số phối vị Các nguyên

tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm

e Tính chất xúc tác

Hạt nano có số lượng nguyên tử hoạt động trên bề mặt lớn hơn so với kim loạị Vì vậy, hạt nano sử dụng trong xúc tác sẽ tốt hơn so với các chất rắn thông thường Hạt nano có cấu trúc chặt chẽ về kích thước với lượng lớn các nguyên

tử có trên bề mặt Xác định sự tập trung các nguyên tử bằng công thức:

Ps = 4N(-1/3)×100 Trong đó: Ps: tỉ số của số nguyên tử trên bề mặt

N: Tổng số nguyên tử trong hạt vật liệu Một hạt nano với 13 nguyên tử ở cấu hình lớp vỏ ngoài thì có tới 12 nguyên

tử trên bề mặt và chỉ một ở phía trong Hạt nano bạc 3 nm có chứa khoảng 1000 nguyên tử thì có 40% tổng số nguyên tử trên bề mặt Hạt có đường kính 150 nm chứa khoảng 107 nguyên tử thì có khoảng 1% nguyên tử trên bề mặt

Với hiệu ứng bề mặt, sự thay đổi khả năng phản ứng của hạt nano từ hiệu ứng điện tử Sự thay đổi này trong cấu trúc điện tử có thể làm tăng hoạt tính xúc tác đặc biệt trong hạt nano mà khác rất nhiều so với hiệu ứng ở vật liệu khối

Phổ quang học chỉ ra rằng cấu trúc điện tử của kim loại nhỏ hơn khoảng 5

nm so với vật liệu khối Một lượng nhỏ các nguyên tử kéo theo kết quả của sự thành lập các dải electron với phạm vi của các electron hóa trị lớn hơn, và trong vùng nhỏ hơn của dải hóa trị Sự biến đổi năng lượng và cấu trúc điện tử được phát ra bởi độ cong bề mặt của hạt nano kim loại làm tăng độ co bóp của hàng rào so với vật liệu khối Hằng số hàng rào nhỏ hơn là nguyên nhân làm thay đổi trung tâm của dải d tới những năng lượng cao hơn, làm tăng khả năng phản ứng của bề mặt chất bị hút bám

Có sự gia tăng một số cạnh và góc trong hàng rào kim loại và điều này có thể làm cho phản ứng khác so với bề mặt phẳng của kim loại Sự gia tăng phản ứng tại những vị trí sắp xếp hụt của các hạt có thể rất lớn, nó quyết định một mức độ rất lớn hoạt tính xúc tác của vật liệu, mặc dù sự tập trung này là rất thấp Những hạt nano của một dãy lớn của sự chuyển tiếp giữa kim loại và oxit kim loại đã được tìm thấy những hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào kích thước hạt Điều này đang được nghiên cứu Hình dạng, sự ổn định và sắp xếp của các hạt

đã được chứng minh có ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác Trong các ứng dụng cụ thể của hạt nano, hoạt tính xúc tác cần đến một chất nền phù hợp để ổn định, bảo vệ, ngăn ngừa sự kết tụ và có thể thu hồi lại Hiện nay, sự quan tâm trong việc tìm kiếm các phương pháp có hiệu quả để chế tạo vật liệu xúc tác có hạt nano với các chất nền như các oxit vô cơ, nhôm, silica và titan hay các polyme

f Tính kháng khuẩn của nano bạc

Vật liệu nano bạc vừa kết hợp được những tính chất ưu việt của vật liệu nano, vừa kết hợp được những tính chất quý báu của Ag kim loại nên có rất nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, một ứng dụng quan trọng của nano bạc

đó là hoạt tính diệt khuẩn của nó Nhiều công trình khoa học nghiên cứu giải thích hoạt tính diệt khuẩn của bạc Tuy nhiên, cơ chế chính xác của bạc và ion

Ag+ tấn công vào vi sinh vật như thế nào thì không thực sự rõ ràng Hiện nay, các nhà khoa học đưa ra 3 giả thiết về cơ chế diệt khuẩn:

- Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh,

đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin (-SH) của enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa enzyme làm ức chế quá trình hô hấp của vi khuẩn

- Ag+ ngăn cản quá trình hô hấp của các vi sinh vật, virus do Ag+ có khả năng ức chế các enzim tham gia vào quá trình hô hấp như xitocrom, oxidaza, các muối của sucxinat dehydrogenaza…

- Ag+ tấn công vào các ADN của tế bào vi khuẩn, phá huỷ các mạch nucleotit bằng cách chuyển chỗ, làm đảo lộn các liên kết hidro giữa các nhóm purin và các nhóm pyrimidin liền kề nhau

Tuy là chất độc đối với các loài vi khuẩn, virus nhưng Ag lại không độc hại với các tế bào sống của cơ thể con người và động thưc vật

2.3.3.3 Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc

a Phương pháp ăn mòn laser

Đây là phương pháp từ trên xuống Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có chứa chất hoạt động bề mặt Một chùm laser xung

có bước sóng 532 nm, độ rộng xung 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung

là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng là 1 – 3 mm Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt động bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 có nồng độ từ 0.001 M đến 0.1 M [19]

b Phương pháp khử hóa học

Trong phương pháp này, các tác nhân hóa học được sử dụng để khử ion bạc tạo thành bạc kim loại Thông thường, phản ứng được thực hiện trong dung dịch lỏng nên còn gọi là phản ứng hóa ướt

Cơ chế của quá trình khử hóa học: Ag+ + e- → Ag

Trong phương pháp này, ion Ag+ dưới tác dụng của chất khử sẽ tạo ra nguyên tử Ag, sau đó các nguyên tử này kết hợp với nhau tạo thành các hạt bạc

có kích thước nano

Thông thường, nguồn cung cấp ion Ag+ là các muối của bạc như AgNO3 Các tác nhân khử hóa học có thể sử dụng là: sodium citrate, citric acid, ethanol, ethylene glycol, hydrogen, hydrogen peroxid, hydroxylamine, hydrazine, formaldehyde và các dẫn xuất của nó,…

Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt động bề mặt Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử Phương pháp bao bọc phức tạp nhưng có nhiều tính năng hơn

ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm Khi đó 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

e Phương pháp hóa siêu âm

Đây là phương pháp sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ thực hiện các phản ứng hóa học để tổng hợp hạt nano Trong đó, các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm như một dạng xúc tác Hóa siêu âm được ứng dụng

để chế tạo rất nhiều loại vật liệu nano như vật liệu nano xốp, nano dạng lỏng, hạt nano, ống nano,…

và chất ổn định không độc hại

- Tổng hợp nano bạc từ vi khuẩn: cơ chế sinh tổng hợp nano bạc là sự hiện

diện của enzyme reductase nitrat Các enzyme chuyển đổi nitrat thành nitrit Trong quá trình khử nitrat được chuyển thành nitrit và điện tử được chuyển giao cho các ion bạc Vì vậy, các ion bạc được giảm xuống còn bạc (Ag+ đến Ag)

Bảng 2.4 Tổng hợp nano bạc từ vi khuẩn và kích thước hạt tổng hợp [16]

- Tổng hợp từ nấm: so với vi khuẩn, nấm có thể sản xuất số lượng lớn của

các hạt nano vì chúng có thể tiết ra một lượng lớn các protein để nâng cao năng suất của các hạt nano Cơ chế tổng hợp hạt nano bạc từ nấm theo các bước sau đây: bẫy các ion Ag+ ở bề mặt của các tế bào nấm và khử tiếp theo các ion bạc bởi các enzyme hiện diện trong nấm Các enzym ngoại bào như naphthoquinones và anthraquinones được cho là để tạo điều kiện khử

Bảng 2.5 Tổng hợp nano bạc từ nấm và kích thước hạt nano tổng hợp [16]

hợp từ vi khuẩn Cơ chế chính quá trình này là sự khử các ion bởi các nhóm

chức thực vật Các nhóm chức hữu cơ chính tham gia là triterpenoid, flavonoid, alkaloid, tanin, saponin và quinon

Bảng 2.6 Tổng hợp từ dịch chiết thực vật và kích thước hạt nano tổng hợp [16]

4 Lá Long não

6 Vỏ Tích Lan quế

2.3.3.4 Dung dịch keo nano bạc

Hệ keo là hệ có độ phân tán cao, trong đó pha phân tán (hay hạt keo) gồm tập hợp nhiều phân tử kích thước xấp xỉ từ 10-7 – 10-5 cm (1 – 100 nm), không thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học, phân bố trong môi trường phân tán, hệ không đồng nhất (hệ dị thể)

Muốn cho hệ keo được bền vững, phải làm tăng lực đẩy tĩnh điện, làm giảm xác suất va chạm hiệu quả của các hạt keo.Thường người ta sử dụng các phương pháp:

- Tạo cho bề mặt các hạt keo hấp phụ điện tích

- Giữ cho hệ keo có nồng độ nhỏ

- Tạo cho bề mặt hạt keo hấp phụ chất bảo vệ (chất hoạt động bề mặt hoặc một số hợp chất cao phân tử)

Trong dung dịch, bạc có thể tồn tại ở dạng ion Ag+, Ag2+ hay trong các hợp chất chứa bạc như oxit, các ion phức hoặc ở dạng nano bạc Nano bạc là các cụm phân tử bạc có kích thước nanomet huyền phù trong dung dịch ở dạng các hạt keo phân tán Với cơ chế bảo vệ hạt keo thích hợp thì các hạt keo này trở nên bền vững, không bị cộng kết hay lắng đọng

2.2.3.5 Ứng dụng hạt nano bạc

a Trong y tế

Trong lĩnh vực y học, nano bạc được sử dụng rất phổ biến Nano bạc không chỉ làm các dung dịch có tính sát trùng rất cao trên cơ thể Hiện nay, các nghiên cứu còn tìm ra phương pháp phủ nano bạc 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, các nghiên cứu 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 khuẩn 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 Các vi khuẩn không đề kháng với kháng sinh bạc, vì thế các hạt các hạt nano bạc không bị mất tác dung

Hiện nay, các sản phẩm y tế đã ứng dụng phương pháp dùng nano bạc như: găng tay, khẩu trang kháng khuẩn và các loại vải kháng khuẩn trong bệnh viện,… Kết quả mang lại khá thành công, được chấp nhận

b Vật dụng, trang thiết bị

- Hàng tiêu dùng: nano bạc được đưa vào các polymer như polyethylene (PE), polypropylene (PP) có khả năng giết chết nhiều loại vi khuẩn: tụ cầu khuẩn

vàng, Bacillus pneumoniae, Escherichia coli, ….và khả năng khử mùi hiệu quả

Hiện nay một số mặt hàng tiêu dùng có sử dụng nano bạc như tủ lạnh, máy điều hoà, máy giặt, đầu ti (núm vú), bình sữa cho trẻ sơ sinh, hộp đựng thực phẩm, nước rửa rau, các loại sơn, mỹ phẩm, ca uống nước,…

- Kỹ thuật dệt may: nano bạc còn được đưa vào vải sợi giúp áo quần hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm, giảm mùi hôi và giảm thiểu rủi ro nhiễm khuẩn và nấm, chống tĩnh điện và cân bằng sinh học cho da Nano bạc được ứng dụng trong sản xuất các loại quần áo thể thao ngoài trời, áo choàng phòng thí nghiệm và phẫu thuật, khăn trẻ em,… Ngoài ra còn sử dụng trong công nghiệp bao bì

- Xúc tác: Khi được sử dụng làm xúc tác thì các hạt nano bạc thường được phủ lên các chất mang là silica phẳng, alumina,… Chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano bạc bám trên các chất mang đồng thời có thể làm tăng độ bền, tăng tính chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi kết khối cục bộ giúp kéo dài thời gian hoạt động của chất xúc tác

c Xử lý môi trường

Hạt bạc có diện tích bề mặt riêng khá lớn, có kích thước nano Nano bạc

có hoạt tính khá cao được ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường Cụ thể, xử

lý nước nhiễm khuẩn và lọc nước uống theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO)

d Ứng dụng trong nông nghiệp

Ngày nay, nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp Nano bạc

nhằm tiêu diệt những vi khuẩn, nấm gây bệnh thường có ở trên cây trồng Đặc biệt, ứng dụng nano bạc vào thuốc bảo vệ thực vật và dung dịch nước rửa kháng khuẩn không gây hại cho người sử dụng

2.3 Tổng quan về cây bằng lăng nước

Loài: Lagerstroemia speciosa L

Bằng lăng nước còn có nhiều tên gọi khác nhau ở các quốc gia như: Giant Crape-myrtle, Queen's Crape-myrtle, Banaba Plant (Philippines), Pride (Ấn Độ), Queen's flower…

2.3.2 Đặc điểm

Bằng lăng nước là loại cây thân gỗ, cao khoảng 10-20 m, phân cành cao, thẳng, tán dày Lá màu xanh lục, hình bầu dục hay hình giáo dài, cứng, không lông, dài đến 20 cm, cuống to Cụm hoa hình tháp ở ngọn các cành, màu tím hồng, mọc thẳng Nụ hoa hình cầu, hoa lớn 6 cánh, có móng ngắn, trên cánh có những ngấn nhăn nhỏ

Hình 2.2 Đặc điểm về hình thái cây và hoa bằng lăng nước

Bằng lăng nước ra hoa vào giữa mùa hè, thường nở rộ vào khoảng tháng

6 Quả nang, hình trứng, quả mọc thành chùm, kích thước 20×18 mm, nằm trong đài, mở theo 6 mảnh Khi tươi quả có màu xanh nhạt, lúc già có màu xám, khi chín màu đen bung ra để phát tán hạt

Ở Việt Nam, cây phân bố rất nhiều ở khu vực miền Bắc Trung Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên Trên thế giới phân bố ở các nước vùng Nam và Đông Nam Á như: Myanma, Malaysia, Thái Lan, Lào, Campuchia, Philippines Ở Nam Trung Quốc, Ấn Độ và Australia cũng gặp loài này

2.3.3 Công dụng và thành phần hóa học

Trong y học, sử dụng lá bằng lăng nước để trị bệnh đái tháo đường, rễ và

vỏ điều trị sốt, đau và loét dạ dày, trái đắp trị lở miệng Mặt khác, cây bằng lăng nước với hoa tím, bóng mát còn được trồng làm cây cảnh ở đường phố, công

sở, trường học Hàng năm, lượng cành được mé nhánh nhiều nhưng chưa được

sử dụng [17]

Một hợp chất đã nghiên cứu từ bằng lăng nước nhứ các acid triterpen oleanolic acid, arjunolic acid, asiatic acid, maslinic acid, corosolic acid,… và các tannin như lagerstroemin, flosin B và reginin A Trong đó corasolic acid là chất chính trong bằng lăng nước

Công thức hóa học của một số hợp chất trong lá, vỏ thân cây bằng lăng nước được mô tả ở Hình 2.3

Maslinic acid Ursolic cid

Olenoic acid Betulinic acid

Corosolic acid 3,7,8-tri-O-methylellagic acid

Largestroemin Reginin A Hình 2.3 Công thức hóa học của một số hợp chất trong lá bằng lăng nước

Các hợp chất trong bằng lăng nước có khả năng giải phóng H+ là tác nhân khử Ag+ thành Ag Do đó đề tài đã sử dung dịch chiết lá bằng lăng nước trong tổng hợp nano bạc

2.4 Phương pháp nghiên cứu nano bạc

Một vấn đề thiết yếu đối với đề tài này là xác định đặc tính hạt nano bạc tạo thành Bước đầu tiên là xác định các hạt nano bạc có được tạo thành sau quá trình tổng hợp hay không Thêm vào đó, nano bạc cần được phân tích về kích thước, hình dạng, cũng như số lượng Một số phương pháp giúp xác định các đặc tính của các vật liệu nano: UV-Vis, XRD, SEM, TEM, AAS,… Trong phạm

vi luận văn này, các phương pháp được sử dụng là UV - Vis, TEM

2.4.1 Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến UV - Vis

Nguyên tắc đo quang phổ hấp thu UV – Vis

Phổ tử ngoại khả kiến ((Ultraviolet - Visible Spectroscopy - UV-Vis) là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ rất lâu Phổ tử ngoại khả kiến của các hợp chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thu năng lượng từ ngoài

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng cấu tạo của máy quang phổ

Phổ hấp thụ sẽ khác nhau khi các hạt nano kim loại có kích thước và hình dạng khác nhau Phổ hấp thụ của hạt nano bạc mà có dạng hình cầu thì chỉ có một đỉnh ở khoảng 400 – 450 nm Các hạt nano có kích thước càng lớn thì vị trí đỉnh cộng hưởng càng dịch về phía bước sóng dài trong dải bước sóng từ

350 – 600 nm

Bản chất của phổ hấp thụ không phải do sự dịch chuyển giữa các mức năng lượng mà là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Khi tần số của sóng ánh sáng tới bằng tần số dao động của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt nano Au,

Ag sẽ có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Ánh sáng được chiếu tới hạt nano Au, Ag, dưới tác dụng của điện trường ánh sáng tới, các điện tử trên bề mặt hạt nano Au, Ag được kích thích đồng thời dẫn tới một dao động đồng pha (dao động tập thể), gây ra một lưỡng cực điện ở hạt nano Au, Ag

Theo tính toán của Mie cho các hạt dạng cầu thì vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào ba yếu tố cơ bản :

- Thứ nhất: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào hình dạng, kích

thước của kim loại kích thước nano (L x,y,z)

- Thứ hai: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào bản chất của chính vật liệu đó (phụ thuộc vào hằng số điện môi của vật liệu)

- Thứ ba: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh kim loại đó (εm hoặc tỷ số ε0/εm)

Hình 2.5 Phổ chuẩn của các hạt nano bạc với các đường kính khác nhau [18]

2.4.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmisson Electron Microscope - TEM) được dùng phổ biến trong nghiên cứu cấu trúc ở cấp độ nano TEM cho phép quan sát chính xác cấu trúc nano với độ phân giải lên đến 0,2 nm và có thể đạt được độ phóng đại 400.000 lần với nhiều vật liệu và có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu lần với các nguyên tử Dựa vào ảnh TEM chụp các phần tử nano bạc xác định được kích thước và hình dáng của hạt nano tạo thành, đồng thời xem xét kích thước đó đã đảm bảo là tốt hay chưa để hoạch định quá trình điều chế nano bạc

Nguyên tắc

Phương pháp dựa trên việc sử dụng chùm tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu Chùm tia được tạo ra từ catot qua hai “tụ quang” điện tử sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu Khi chùm tia điện tử va vào mẫu sẽ phát ra các chùm tia điện

tử truyền qua Các điện tử truyền qua này đi qua điện thế gia tốc rồi vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng Tín hiệu được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tương ứng trên màn Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử phát

ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu

Các bước của ghi ảnh TEM: chiếu một chùm electron qua một mẫu vật, tín hiệu thu được sẽ được phóng to và chuyển lên màn huỳnh quang cho kết quả quan sát Mẫu vật liệu chuẩn bị cho TEM phải mỏng để cho phép electron có thể xuyên qua giống như tia sáng có thể xuyên qua vật thể trong hiển vi quang học, do đó việc chuẩn bị mẫu sẽ quyết định tới chất lượng của ảnh TEM

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua