TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DỊCH CHIẾT HẠNH

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 kim loại bạc, nên có rất nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, đ

NGUYỄN HOÀNG KIM NGÂN

TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DỊCH CHIẾT HẠNH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH HÓA HỌC

2017

NGUYỄN HOÀNG KIM NGÂN

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Bộ Môn Hóa Học Độc lập – Tự do – Hạnh phúc 

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Giáo viên hướng dẫn: Ts Tôn Nữ Liên Hương

2 Đề tài: Tổng hợp nano bạc từ dịch chiết hạnh và ứng dụng khả năng kháng khuẩn

3 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Kim Ngân – MSSV: B1303949 –

Lớp: Hóa học 1 – Khóa: 39

4 Nội dung nhận xét:

a/ Nhận xét về hình thức của LVTN:

………

………

………

b/ Nhận xét về nội dung của LVTN (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ):  Đánh giá nội dung thực hiện của LVTN: ………

………

………

 Những vấn đề còn hạn chế: ………

………

………

c/ Nhận xét đối với sinh viên thực hiện LVTN: ………

………

………

d/ Kết luận, đề nghị và điểm: ………

Cần Thơ, ngày … tháng 5 năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

Ts Tôn Nữ Liên Hương

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cô Tôn Nữ Liên Hương

đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình tôi thực hiện đề tài

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cố vấn Nguyễn Văn Đạt và quý thầy cô trường Đại học Cần Thơ nói chung, khoa Khoa Học Tự Nhiên nói riêng đã giúp đỡ, dạy bảo và truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu về chuyên ngành lẫn kinh nghiệm sống trong suốt những năm học ở giảng đường đại học

Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô tại Bộ môn Hóa Học, khoa Khoa Học Tự Nhiên, cùng các anh chị và các bạn đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đề tài tại phòng thí nghiệm hóa phân tích và hóa sinh, khoa Khoa Học Tự Nhiên

Em xin gửi lời biết ơn đến người thân trong gia đình đã tạo mọi điều kiện

về vật chất lẫn tinh thần để em có thể thực hiện tốt đề tài

Cuối cùng, em xin cảm ơn đến các bạn trong khoa Khoa Học Tự Nhiên, đặc biệt là thành viên của hai lớp Hóa Học khóa 39 đã gắn bó, giúp đỡ, truyền đạt cho nhau kinh nghiệm trong suốt hơn bốn năm học qua và cổ vũ tinh thần

để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này

TÓM TẮT

Kim loại bạc là một chất kháng khuẩn tự nhiên và không độc hại 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 kim loại bạc, nên có rất nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, đặc biệt là trong lĩnh vực kháng khuẩn

Với mong muốn tổng hợp nano bạc theo con đường hóa học xanh, thay thế cho các phương pháp tổng hợp hóa lý truyền thống Đề tài đã nghiên cứu tổng hợp thành công nano bạc bằng phương pháp khử hóa học, tác nhân khử là dịch chiết hạnh, muối bạc được sử dụng là AgNO3 và có sự hỗ trợ của chất ổn định PVP (3%) Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp đã được tối

ưu hóa như sau: nồng độ AgNO3 (10-3 M), tỉ lệ dịch chiết hạnh/AgNO3 (1:2), nhiệt độ phản ứng (50 oC), thời gian phản ứng (40 phút)

Phương pháp UV-Vis được sử dụng để nhận biết sự hiện diện của nano bạc Ảnh chụp TEM giúp xác định hình dạng và kích thước hạt nano bạc

Mẫu nano bạc cũng được thử hoạt tính kháng khuẩn với Escherichia coli

và Staphylococcus aureus Đồng thời, đề tài cũng thử khả năng diệt Coliform

của nano bạc trong môi trường nước mặt

Sau quá trình thực hiện nghiên cứu, kết quả thu được là dung dịch keo nano bạc ổn định, hạt nano bạc có dạng hình cầu, kích thước trung bình khoảng 21,6±1,2 nm Đồng thời, mẫu nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn tốt

với cả vi khuẩn Gram âm Escherichia coli lẫn vi khuẩn Gram dương

Staphylococcus aureus Hơn nữa, sử dụng nano bạc xử lý Coliform trong nước

mặt cũng đem lại kết quả khả quan

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam kết luận văn này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chƣa đƣợc dùng cho bất

cứ luận văn cùng cấp nào khác

Cần thơ, ngày … tháng 5 năm 2017

Nguyễn Hoàng Kim Ngân

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Vật liệu nano 3

2.1.1 Khoa học nano và công nghệ nano 3

2.1.2 Cơ sở khoa học và ứng dụng của vật liệu nano 4

2.1.3 Phân loại vật liệu nano 7

2.1.4 Chế tạo vật liệu nano 7

2.2 Nano bạc 8

2.2.1 Giới thiệu về kim loại bạc 8

2.2.2 Ứng dụng của kim loại bạc 9

2.2.3 Hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc 10

2.2.4 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc 11

2.2.5 Chế tạo nano bạc 12

2.2.6 Ứng dụng của nano bạc trong đời sống 14

2.2.7 Nano bạc đối với sức khỏe con người 17

2.2.8 Dung dịch keo nano bạc 18

2.3 Cây hạnh 19

2.3.1 Giới thiệu chung về cây hạnh 19

2.3.2 Thành phần dinh dưỡng của hạnh 20

2.3.3 Ascorbic acid (vitamin C) 20

2.4 Vi khuẩn 21

2.4.1 Coliform và Escherichia coli 21

2.4.2 Staphylococcus aureus 22

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 23

3.1 Phương pháp nghiên cứu 23

3.1.1 Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp khử hóa học 23

3.1.2 Ổn định hạt nano bạc 24

3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano bạc 26

3.1.4 Xác định đặc tính nano bạc 27

3.1.5 Thử hoạt tính kháng khuẩn 29

3.2 Thực nghiệm 30

3.2.1 Hóa chất và thiết bị 30

3.2.2 Chuẩn bị dung dịch phản ứng 30

3.2.3 Quy trình tổng hợp dung dịch keo nano bạc 31

3.2.4 Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết hạnh/AgNO3 đến quá trình tổng hợp nano bạc 32

3.2.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình tổng hợp nano bạc 32

3.2.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình tổng hợp nano bạc 32

3.2.7 Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 đến quá trình tổng hợp nano bạc 33

3.2.8 Phân tích mẫu nano bạc tối ưu 34

3.2.9 Thử hoạt tính kháng khuẩn của mẫu nano bạc tối ưu 34

3.2.10 Thử khả năng diệt Coliform của nano bạc trong mẫu nước nhiễm khuẩn 34

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

4.1 Kết quả phổ UV-Vis khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano bạc 35

4.1.1 Tỉ lệ dịch chiết hạnh/AgNO3 35

4.1.2 Nhiệt độ phản ứng 37

4.1.3 Thời gian phản ứng 39

4.1.4 Nồng độ AgNO3 41

4.2 Kết quả phân tích mẫu nano bạc tối ưu 43

4.2.1 Kết quả phổ UV-Vis 44

4.2.2 Kết quả chụp TEM 45

4.3 Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc tối ưu 45

4.4 Kết quả xác định tổng số Coliform 46

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47

5.2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 51

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần dinh dƣỡng của hạnh trong 100g phần ăn đƣợc 20Bảng 4.1 Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của mẫu nano bạc tối ƣu …….45Bảng 4.2 Kết quả xác định tổng số Coliform 46

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Cấu trúc tinh thể bạc 9

Hình 2.2 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn 11

Hình 2.3 Ag+ kết hợp với nhóm – SH của enzyme vận chuyển oxi 12

Hình 2.4 Ag+ liên kết với DNA 12

Hình 2.5 Bình sữa nano bạc 14

Hình 2.6 Tất tẩm nano bạc 14

Hình 2.7 Tủ lạnh sử dụng bộ lọc khí nano bạc 15

Hình 2.8 Lồng máy giặt có chứa nano bạc 15

Hình 2.9 Kem dưỡng da thành phần nano bạc 15

Hình 2.10 Cây hạnh, trái hạnh 19

Hình 2.11 Công thức cấu tạo của Ascorbic acid 20

Hình 2.12 Hình dáng E.coli 22

Hình 2.13 Hình dáng S.aureus 22

Hình 3.1 Cơ chế tổng hợp nano bạc từ Acscorbic acid 24

Hình 3.2 Cơ chế ổn định hạt keo bằng hợp chất cao phân tử 25

Hình 3.3 Công thức cấu tạo của PVP 26

Hình 3.4 Cơ chế bảo vệ hạt nano bạc của PVP 26

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng cấu tạo máy quang phổ 28

Hình 3.6 Phổ hấp thụ của hạt nano bạc hình cầu 28

Hình 3.7 Phổ chuẩn của hạt nano bạc theo kích thước hạt 29

Hình 3.8 Sơ đồ quy trình chuẩn bị dịch chiết hạnh 30

Hình 3.9 Dịch chiết hạnh trước và sau khi xử lý 30

Hình 3.10 Sơ đồ tóm tắt quy trình tổng hợp nano bạc từ dịch chiết hạnh 31

Hình 4.1 Dung dịch keo nano bạc với tỉ lệ dịch chiết hạnh/AgNO3 lần lượt là 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 35 Hình 4.2 Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch keo nano bạc với tỉ lệ dịch chiết hạnh/AgNO3 lần lượt là 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 35

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết hạnh/AgNO3 lên

Hình 4.13 Dung dịch keo nano bạc được tổng hợp từ những điều kiện tối ưu 43

Hình 4.14 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu nano bạc tối ưu 44

Hình 4.15 Ảnh TEM mẫu nano bạc tối ưu 45

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý do chọn đề tài

Kim loại bạc (Ag) từ lâu đã được biết đến với đặc tính kháng khuẩn nổi trội Tuy nhiên lại có khó khăn về việc ứng dụng trong cuộc sống, vì nếu dùng bạc khối hay phủ bạc khối cũng là quá đắt Trong những năm gần đây, công nghệ nano đã giúp giải quyết vấn đề trên bằng cách tạo ra vật liệu nano bạc, là một bước nhảy vọt đột phá trong khoa học kỹ thuật và công nghệ 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 kim loại bạc, nên có rất nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, đặc biệt là trong lĩnh vực kháng khuẩn Tác dụng diệt khuẩn càng hiệu quả và nhanh chóng khi kích thước hạt nano bạc càng nhỏ Các nghiên cứu y khoa nghiêm túc cho thấy bạc có khả năng tiêu diệt đến 650 chủng loại khuẩn khác nhau, nghĩa là hầu hết các loại vi khuẩn gây bệnh cho người, đặc biệt là các vi khuẩn gây bệnh đường ruột, gây tiêu chảy như E.coli

Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc không ảnh hưởng đến các tế bào ở người, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Hơn nữa, trong khi tình trạng vi khuẩn kháng thuốc ngày càng nhiều, người ta vẫn chưa phát hiện vi khuẩn nào có cơ chế kháng lại nano bạc Với những ưu điểm vượt trội đó nên nano bạc đang là một

đề tài thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới

Nhiều công trình nghiên cứu đã tổng hợp thành công nano bạc bằng các phương pháp vật lý, hóa học khác nhau Các phương pháp khử hóa học được quan tâm hơn vì quy trình đơn giản, dễ mở rộng quy mô, không đòi hỏi áp suất, năng lượng và nhiệt độ cao Song, phần lớn các phương pháp còn sử dụng một số chất khử độc hại như Hydrazine, Sodium borohydride, Aniline,… gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường sinh thái, cũng như chất lượng cuộc sống của con người và các loài động thực vật Nhằm khắc phục hạn chế trên, đòi hỏi cần phải tìm ra phương pháp tổng hợp đơn giản, tiết kiệm, nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm và thân thiện với môi trường Vì vậy, xu hướng tổng hợp nano bạc bằng con đường hóa học xanh, sử dụng các chất khử được tách chiết từ thiên nhiên đã nổi lên như một phương pháp thay thế cho quy trình tổng hợp hóa học và vật lý truyền thống

Đề tài tập trung hướng tới việc giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại trong quy trình tổng hợp nano bạc Giải pháp dùng dịch chiết hạnh để khử muối bạc giúp tiết kiệm chi phí, không độc hại mà vẫn tạo ra được sản phẩm nano bạc

có chất lượng, có khả năng ứng dụng trong đời sống, nhằm cải thiện sức khỏe con người và môi trường tự nhiên

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Tổng hợp dung dịch keo nano bạc từ dịch chiết hạnh

1.3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano bạc như:

- Tỉ lệ dịch chiết hạnh/dung dịch AgNO3

- Nhiệt độ phản ứng

- Thời gian phản ứng

- Nồng độ AgNO3

Xác định đặc tính của mẫu nano bạc bằng UV-Vis và TEM

Thử hoạt tính kháng khuẩn của mẫu nano bạc với vi khuẩn Escherichia

coli và Staphylococcus aureus

Thử khả năng diệt Coliform của nano bạc trong nước mặt

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Vật liệu nano

2.1.1 Khoa học nano và công nghệ nano

Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng, sự can thiệp vào các vật liệu với quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử Quy mô này tương ứng với kích thước vào cỡ vài nanomet cho đến vài trăm nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m)

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 dạng, kích thước trên quy mô nanomet

Tuy là hai lĩnh vực khác nhau nhưng khoa học nano và công nghệ nano không có một ranh giới rõ ràng và có đối tượng chung là vật liệu nano Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được, nguyên nhân là do sự thu nhỏ kích thước và sự tăng diện tích

bề mặt tiếp xúc [1]

Công nghệ nano được nghiên cứu dựa trên ba cơ sở khoa học chủ yếu 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

- Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nano, số nguyên tử nằm

trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Vì vậy, các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng hơn, làm cho các tính chất của vật liệu nano khác biệt so với vật liệu ở dạng

khối

- 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 Đó được gọi là kích thước tới hạn Các tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và nhiều tính chất vật lý, hóa học khác đều có kích thước tới hạn trong khoảng nanomet Mặt khác, tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước nano của chúng, có thể so sánh với kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu thông thường Chính

vì vậy, vật liệu nano nằm ở ranh giới giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu, từ đó các tính chất khác lạ xuất hiện [1]

Khoa học nano và công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và cực kì hấp dẫn vì những lý do sau đây:

- Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano Do đó, khi làm thay đổi cấu hình trong thang nano của vật liệu thì có thể điều khiển được tính chất của vật liệu

mà không cần phải thay đổi thành phần của chúng Ví dụ, thay đổi kích thước hạt nano sẽ làm chúng đổi màu ánh sáng phát ra

- Vật liệu nano có diện tích bề mặt rất lớn nên rất lý tưởng dùng vào chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hóa học, hấp phụ, 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, bền hơn vật liệu không chứ cấu trúc nano Các hạt nano phân tán trên một môi trường thích hợp có thể tạo ra các loại vật liệu composite siêu cứng

- Tốc độ tương tác và truyền tín hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơn giữa các cấu trúc micro rất nhiều, có thể chế tạo các hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lượng 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 trng tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thì chúng sẽ tương hợp sinh học Điều này cực kì quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe [1]

Công nghệ nano là một khoa học liên ngành, là sự kết tinh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau (bao gồm toán học, vật lý, hoá học, y-sinh học…) và là một ngành công nghệ có nhiều tiềm năng [2]

2.1.2 Cơ sở khoa học và ứng dụng của vật liệu nano

Một trong những đặc điểm quan trọng của vật liệu nano là kích thước vô cùng nhỏ, vì vậy số nguyên tử nằm trên bề mặt của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều so với vật liệu có kích thước lớn hơn Như vậy, nếu ở vật liệu thường, chỉ có một số ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các nguyên tử còn lại nằm sâu phía bên trong, bị các lớp ngoài che chắn, thì trong cấu trúc của vật liệu nano, hầu hết các nguyên tử đều được phơi ra bề mặt hoặc bị che chắn không đáng kể Do vậy diện tích bề mặt của vật liệu nano tăng lên rất nhiều so với vật liệu thông thường Hay nói một cách khác, ở các vật liệu có kích thước nanomet, mỗi nguyên tử được tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình trong tương tác với môi trường xung quanh Điều này đã làm xuất hiện nhiều đặc tính nổi trội, đặc biệt là các tính điện, quang, từ, xúc tác [3]

Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano tăng theo cấp số mũ Sản phẩm từ vật liệu nano có nhiều ưu việt, trong đó có hai ưu việt chính đó là:

- Vì kích thước cấu trúc nano rất nhỏ, do đó tiêu tốn ít vật liệu, ít năng lượng, ít gây ô nhiễm môi trường và giá thành giảm

- Sản phẩm công nghệ nano có nhiều tính năng mới, không thể thay thế bằng các vật liệu khác được

Vì vậy công nghệ nano đã nhanh chóng thâm nhập các ngành công nghiệp và mọi lĩnh vực đời sống, các ứng dụng điển hình như:

- Công nghệ thông tin: Sự ra đời của máy tính điện tử đã mở ra cuộc cách mạng khoa học công nghệ thông tin với những bước phát triển đột phá trong những thập niên cuối thế kỉ XX cho đến nay Tuy nhiên, các linh kiện máy tính sử dụng công nghệ này đã tiệm cận giới hạn lý thuyết và tiếp tục phát triển, chúng trở nên quá đắt đỏ Nếu không tìm ra được biện pháp thay thế hữu hiệu các linh kiện cũ này thì sẽ không thể đáp ứng được nhu cầu của bộ nhớ ngày càng lớn theo tốc độ phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin Từ đây công nghệ nano ra đời, đã đưa ra một giải pháp tuyệt vời cho bài toán hóc búa này Đó chính là chấm lượng tử Chấm lượng tử là một hạt (bán dẫn, kim loại, polymer) có bán kính cỡ vài nanomet Người ta đã nghiên cứu và chế tạo được các chip máy tính với các chấm lượng tử, gọi là chip nano, có độ tích hợp rất cao, triển vọng cho phép tăng dung lượng bộ nhớ của máy tính lên đến có thể chứa thông tin từ tất cả các thư viện trên thế giới trong thiết bị nhỏ như một viên đường Những bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản phẩm như chuột vi tính, bàn phím cũng được phủ một lớp nano bạc kháng khuẩn Pin nano dù có kích thước nhỏ nhưng lưu trữ được nhiều điện năng hơn [4]

- Nông nghiệp: Hiện nay, tại Việt Nam đã có một số ứng dụng của công nghệ nano trong sản xuất các loại phân bón lá, thuốc trừ nấm bệnh cho cây trồng Điển hình là nguyên tố đồng (Cu) có tính chất kháng khuẩn mạnh và càng mạnh hơn khi được chia tách thành các hạt có kích thước nanomet Nano đồng được sử dụng như phân bón lẫn thuốc trừ nấm bệnh, vi khuẩn trên cây trồng, trở thành một loại thuốc bảo vệ thực vật không những giúp cung cấp dinh dưỡng vi lượng đồng cho cây với liều lượng cực nhỏ, vừa đủ, giúp cây

thoát khỏi tình trạng ngộ độc do tích lũy đồng dư thừa trong đất mà còn không

độc hại cho con người và môi trường [5]

- Sức khỏe và y tế: Việc ứng dụng thành tựu của công nghệ nano vào lĩnh vực y tế, bảo vệ sức khoẻ sẽ tạo ra bước nhảy vọt mới của thị trường dịch vụ y

tế và thiết bị y tế Một số ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là:

+ Chẩn đoán: sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử,…) để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào cơ chế bắt cặp bổ sung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể

+ Vận chuyển thuốc: cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể một cách chính xác bằng cách sử dụng các hạt nano nhằm tăng hiệu quả, tốc độ điều trị, tiết kiệm thuốc và tránh tác dụng phụ lên các tế bào khác

+ Mô kỹ thuật: công nghệ nano đang nghiên cứu chế tạo và phát triển các vật liệu nano có tính chất mô phỏng sinh học, có thể giúp tái sản xuất hoặc sửa chữa các mô bị hư hỏng trong cơ thể con người, bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăng trưởng

+ Điều trị ung thư: sử dụng hạt nano vàng 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 đề có thể tiêu diệt các khối u Công nghệ nano trong tương lai không xa sẽ giúp con người chống lại những căn bệnh ung thư quái ác mà không cần sử dụng đến các trị liệu độc hại và nguy hiểm [6]

- Năng lượng và môi trường: Giải quyết vấn đề về năng lượng và môi trường là một thách thức to lớn trong thế kỉ này Trong những năm gần đây, công nghệ nano đã giúp thu được nhiều kết quả khả quan trong lĩnh vực này Pin mặt trời sử dụng chất xúc tác nano để nâng cao hiệu suất chuyển năng lượng của hydrocacbon thành nhiệt năng, tiết kiệm được nhiều chi phí Các chất làm sạch môi trường cũng đang là vấn đề được quan tâm Các loại hạt nano hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm thành dạng keo huyền phù hoặc sol khí Các hạt này cũng có thể tham gia vào các quá trình hoá học phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất mà ta có thể lựa chọn để khắc phục hoặc làm giảm nhẹ các thảm họa ô nhiễm môi trường [7] Ngoài những ứng dụng trên, công nghệ nano còn có rất nhiều ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, may mặc,… Trên cơ sở khoa học và thực tiễn đã thu được, có thể thấy rằng chắc chắn công nghệ nano sẽ tạo nên một cuộc cách mạng chưa từng có trong khoa học và đời sống

2.1.3 Phân loại vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet Về trạng thái, vật liệu nano được chia thành ba loại: rắn, lỏng, khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn, sau

đó mới tới lỏng và khí Phân loại dựa trên tính chất vật liệu thì có các loại như: vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano sinh học,… Chia theo cấu trúc vật liệu thì có: cụm (cluster), chất keo (colloid), hạt nano (nanoparticles), tinh thể nano (nanocrystal) Về hình dáng, vật liệu nano được phân chia 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: hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự

do trên một chiều, ví dụ: dây nano, ống nano

- Vật liệu nano hai chiều: một chiều có kích thước nano, điện tử được tự

do trên hai chiều, ví dụ: màng mỏng

- Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano, tức là trong đó chỉ có một phần vật liệu có kích thước nanomet, hay cấu trúc nanocomposite có cả nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

Người ta có thể phối hợp hai cách phân loại, ví dụ như “hạt nano kim loại”, trong đó “hạt” là phân loại theo hình dáng, còn “kim loại” là phân loại theo tính chất vật liệu [8]

2.1.4 Chế tạo vật liệu nano

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

2.1.4.1 Phương pháp từ trên xuống

Nguyên lý: 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 các phương pháp đơn giản, ít tốn kém nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu có kích thước khá lớn

- Phương pháp nghiền: vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên

bi làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hay nghiền quay 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 (các hạt nano)

- Phương pháp biến dạng: sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra

sự biến dạng cực lớn mà không làm phá hủy vật liệu 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 gọi

là biến dạng nguội Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (màng mỏng có chiều dày nanomet)

2.1.4.2 Phương pháp từ dưới lên

Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion Phương pháp này được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Phần lớn các vật liệu nano hiện nay đều được chế tạo bằng phương pháp này Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, phương pháp hóa học hoặc kết hợp cả hai

- Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý là bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha là đun nóng vật liệu rồi làm nguội với tốc độ nhanh

để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình – tinh thể Phương pháp vật lý thường được dùng để chế tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính

- Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, phương pháp hóa học vẫn có thể được phân chia thành hai loại chính: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel) và từ pha khí (nhiệt phân) Phương pháp này có thể tạo ra các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,…

- Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc hóa lý như điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này có thể tạo ra các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,… [9]

2.2 Nano bạc

2.2.1 Giới thiệu về kim loại bạc

Kí hiệu hóa học của bạc là Ag, có nguồn gốc từ chữ Argentum trong tiếng Latinh Bạc là một kim loại chuyển tiếp, trạng thái rắn, màu trắng bóng ánh kim, mềm, dẻo, dễ uốn Bạc bền trong không khí, không tan trong nước và môi trường kiềm nhưng tan trong một số axit mạnh như axit nitric, sunfuric

đặc nóng… Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt thăng hoa của bạc cao hơn nhiều so với hầu hết các kim loại khác Về độ dẫn điện và dẫn nhiệt, bạc đứng đầu tất cả các kim loại Bạc cũng vượt xa các kim loại khác về tính dẻo,

dễ dát mỏng và dễ kéo sợi Về mặt hoá học bạc là kim loại rất kém hoạt động Bạc không tác dụng với oxi không khí kể cả khi đun nóng, nên bạc được xem

là một kim loại quý điển hình Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là 107Ag (52%) và 109Ag (48%), hiện diện ở dạng nguyên chất, như bạc tự sinh, hoặc dạng hợp kim với vàng hay các kim loại khác, hoặc ở trong các khoáng vật như argentit, chlorargyrit

Hình 2.1 Cấu trúc tinh thể bạc

Số hiệu nguyên tử: Z = 47

Khối lượng phân tử: 107,868 đơn vị carbon

Phân nhóm, chu kì : IB, 5

2.2.2 Ứng dụng của kim loại bạc

Bạc là kim loại quý có giá trị lâu dài, được sử dụng như một khoản đầu

tư dạng nén, làm đồ trang sức và các đồ dùng trong gia đình Khoa học và công nghệ ngày càng phát triển, con người càng phát hiện ra nhiều tính chất

ưu việt của bạc như tính quang, tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhất trong số các kim loại…Vì vậy, bạc đã được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật điện tử, quang học, làm chất dẫn, chất xúc tác, chất điện phân,…

Bạc thể hiện tính độc đối với nhiều loại vi khuẩn, virus, tảo, nấm Nhưng khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân), bạc không để lại ảnh hưởng

rõ ràng tới sức khỏe và sự sống của các động vật bậc cao Từ xa xưa, con người đã biết tận dụng đặc tính vượt trội này của bạc để phòng bệnh Ở thời cổ đại, người ta thường thấy nhiều đồng bạc ở dưới các giếng nước, muc đích là khử trùng nước Những năm trước công nguyên, con người đã biết sử dụng các dụng cụ bằng bạc để đựng thức ăn và đồ uống góp phần làm giảm nguy cơ gây ngộ độc Trong thế kỷ XX, người ta thường đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tươi của sữa Từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX, bạc và các hợp chất của bạc được sử dụng để điều trị các vết bỏng và khử trùng vết thương [10]

Sau khi nhiều loại thuốc kháng sinh ra đời và được đưa vào ứng dụng đạt hiệu quả cao, tác dụng kháng khuẩn của bạc dần bị lãng quên Tuy nhiên, thực trạng những năm gần đây cho thấy hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, các nhà khoa học đã quan tâm trở lại với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc Một số loại hợp chất của bạc được bán như là thuốc điều trị một số bệnh Bạc được sử dụng cùng với đồng

để loại bỏ các loại tảo trong bể bơi ở Mỹ bằng cách sử dụng các chất điện giải

2.2.3 Hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc

Bạc kim loại từ lâu đã được sử dụng làm chất diệt khuẩn, nhưng khi ở trạng thái phân tán với kích thước nanomet thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên gấp bội Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hạt nano bạc cho hiệu quả diệt khuẩn rất cao (khoảng 99%) chỉ với liều lượng nhỏ

Ưu điểm của nano Ag so với thuốc kháng sinh: nano bạc giết chết vi khuẩn ngay lập tức bằng cơ chế ức chế hô hấp nên vi khuẩn không có khả năng kháng lại nano bạc Các tế bào của con người ở dạng mô nên không bị ảnh hưởng bởi quá trình này Không như các thuốc kháng sinh bị hấp thụ trong quá trình diệt khuẩn, nano bạc hoạt động như chất xúc tác mà không bị hấp thụ hoặc hấp thụ lượng rất nhỏ và không ảnh hưởng xấu đến sức khỏe [11]

Theo GS.Ts Phan Đình Khôi, Chủ Tịch Hội Vật lý Học Việt Nam, viện khoa học vật liệu, nano là công nghệ của thế kỉ XXI, giúp bảo vệ và nâng cao chất lượng cuộc sống Nano bạc là một ứng dụng hoàn thiện của khoa học và công nghệ nano đối với kim loại bạc để tăng tính năng diệt khuẩn, sát trùng, tiêu độc và khử mùi, được ứng dụng trong một số sản phẩm như các dụng cụ bảo quản thực phẩm, sơn, các vật liệu may mặc, mỹ phẩm… Những năm gần đây, các nhà sản xuất thiết bị điện lạnh như Toshiba, Panasonic, Samsung đã

ứng dụng công nghệ nano bạc trong tủ lạnh, máy điều hòa, máy giặt với mục đích diệt khuẩn

2.2.4 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+ Hiện nay tồn tại một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn của hạt nano bạc được nhiều người ủng hộ như sau:

- Các nhà khoa học Hàn Quốc cho rằng: Các ion Ag+ vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc sẽ tương tác với các nhóm peptidoglycan (thành phần cấu tạo nên màng tế bào của vi khuẩn) và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn Các

tế bào động vật thuộc nhóm sinh vật đa bào (con người và động vật bậc cao)

có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật đơn bào (nấm, vi khuẩn và virus) Tế bào động vật có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đôi bền vững có khả năng cho điện tử, do đó không cho phép các ion Ag+ xâm nhập,

vì vậy chúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion Ag+ Điều này có nghĩa nano bạc hoàn toàn không gây hại đến con người và động vật nói chung,

do cấu trúc màng tế bào bền vững và dày hơn các vi sinh vật đơn bào [12]

Hình 2.2 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn

- Các nhà khoa học Trung Quốc mô tả cơ chế như sau: khi ion Ag+ tương tác với lớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh, nó sẽ phản ứng với nhóm Sunphohydril (–SH) của phân tử enzym vận chuyển oxy và vô hiệu hóa enzym này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn [13]

Hình 2.3 Ag+ kết hợp với nhóm – SH của enzyme vận chuyển oxi

- Ngoài ra, ion Ag+ hút mạnh các nhóm mang điện tích âm trong các phân tử sinh học như sulfohydryl, carboxyl, phosphate phân bố ở khắp nơi trên các tế bào vi khuẩn Phản ứng ràng buộc này làm thay đổi cấu trúc phân tử của các phân tử lớn, tạo ra các lỗ hổng làm thay đổi tính thấm và sự hô hấp của tế bào Đồng thời, ion Ag+

tấn công vào rất nhiều vị trí trong tế bào làm mất khả năng hoạt động của các chức năng như sự tổng hợp thành tế bào, màng vận chuyển, sự tổng hợp các axit nucleic, gây bất hoạt enzyme và làm rối loạn quá trình sao mã DNA Không có các chức năng này, các vi sinh vật bị kiềm chế hoặc bị chết [11]

Hình 2.4 Ag+ liên kết với DNA

bề mặt [14]

- Phương pháp khử hóa học: đây là phương pháp chế tạo từ dưới lên, sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion bạc thành bạc kim loại Các tác nhân hóa học thường ở dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt Nguồn cung cấp ion bạc thường là dung dịch muối của bạc, như AgNO3 Tác nhân khử thường là Sodium borohydride, Ethanol, Ethylene Glycol,… 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 bằng chất hoạt động bề mặt Các hạt nano bạc tạo thành bằng phương pháp này có kích thước từ 10 nm đến 100

nm [15]

- Phương pháp khử hóa lý: đây là phương pháp trung gian giữa hóa học

và vật lí, cũng là phương pháp chế tạo từ dưới lên Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano bạc Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại Trước khi xảy ra

sự hình thành màng, các nguyên tử bạc sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bạc bám lên điện cực âm Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano bạc sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [16]

- Phương pháp tổng hợp xanh: đây là phương pháp chế tạo từ dưới lên, chủ yếu liên quan đến quá trình oxy hóa khử Muối bạc sẽ được khử thành các hạt nano bạc bởi các tác nhân khử có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm, men hay dịch chiết thực vật, có thể sử dụng thêm chất ổn định không độc hại Hình dạng, kích cỡ và sự phân bố của hạt nano bạc phụ thuộc vào độ mạnh yếu của chất nền hữu cơ để khử muối bạc Phương pháp này đem lại hiệu quả tốt và rất thân thiện với môi trường [17]

2.2.6 Ứng dụng của nano bạc trong đời sống

Đặc trưng với tính chất kháng khuẩn tốt nên hạt nano bạc được sử dụng làm chất khử trùng, khử mùi,… Có thể kể đến một số sản phẩm trên thị trường hiện nay như:

- Những đồ dùng bằng nhựa dùng để đựng thực phẩm có pha thêm hạt nano bạc có tác dụng khử trùng

Hình 2.7 Tủ lạnh sử dụng bộ lọc khí nano bạc

Hình 2.8 Lồng máy giặt có chứa nano bạc

- Nano bạc cũng đƣợc ứng dụng vào lĩnh vực mỹ phẩm, dƣợc phẩm

Hình 2.9 Kem dƣỡng da thành phần nano bạc

- Trong lĩnh vực môi trường:

+ Để xử lý những ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh hoạt và các khu công nghiệp gây ra, hiện nay trên thế giới cũng như trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ nano bạc cho việc xử lý nước thải Nano bạc khi phân tán trong môi trường ao nuôi sẽ phòng và diệt nguồn bệnh trong ao nuôi, ổn định màu nước, khử mùi hôi tanh của nước, đặc biệt đối với những ao có chất thải hữu cơ từ phân gia súc và gia cầm, hạn chế các bệnh như đốm đỏ, đốm trắng, nấm mang, nấm bào tử…

+ Sử dụng dung dịch nano bạc sẽ giúp cải thiện môi trường nước thủy sản bị ô nhiễm và tiêu diệt hầu hết các mầm bệnh, tạo điều kiện thuận lợi cho thủy sản sinh trưởng phát triển tốt [18]

- Trong nông nghiệp:

+ Phòng và trị bệnh do nấm, khuẩn và virus gây ra, thay thế hoàn thoàn thuốc bảo vệ thực vật hóa học dùng để phòng trị bệnh trên cây trồng Sử dụng nano bạc thường xuyên định kỳ theo các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây giúp cây trồng ngăn ngừa chủ động từ xa dịch bệnh, giảm chi phí trong việc bảo vệ thực vật, tăng giá trị nông sản

+ Nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng cho bộ lá cây trồng qua đó làm

tăng hiệu suất quang hợp của cây trồng, tăng cường vận chuyển dinh dưỡng về các cơ quan dự trữ, giúp cây trồng tăng năng suất, sản lượng

+ Sử dụng nano bạc trong việc sản xuất giá đỗ và rau mầm làm tăng chất lượng giá đỗ, giảm quá trình gây mùi hôi trong quá trình trồng rau mầm và sản xuất giá đỗ, tăng thời gian bảo quản,tiêu diệt vi khuẩn và nấm gây bệnh thối nhũn…

+ Bổ sung nano bạc vào nước cắm hoa, giúp hoa tươi lâu, kéo dài thời gian chơi hoa, giảm mùi hôi thối và các bệnh thối nhũn hoa [19]

Chắc chắn rằng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ, chúng ta còn khám phá ra nhiều tính chất hữu dụng hơn nữa của bạc nano cũng như các vật liệu nano khác để nâng cao chất lượng cuộc sống và sự tiến

bộ của loài người

2.2.7 Nano bạc đối với sức khỏe con người

Ảnh hưởng của bạc đối với sức khỏe con người vẫn đang là vấn đề gây tranh cãi trong thời gian gần đây Một kết quả nghiên cứu lâm sàng đối với bệnh nhân được cho uống nước ion bạc điện hóa thay nước uống với nồng độ 30-50 mg/lít trong thời gian 7-8 năm, cho thấy hiện tượng tích tụ bạc dưới da làm cho da bệnh nhân có màu xám, gọi là bệnh Argiria, là hậu quả của quá trình khử quang hóa của các ion bạc Tuy nhiên không phát hiện được ở các bệnh nhân này bất kỳ thay đổi nào về chức năng của các cơ quan nội tạng, không những thế các bệnh nhân còn thể hiện tính đề kháng đối với nhiều loại

vi khuẩn và virut Argiria có thể không làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người, song nó làm mất thẩm mỹ Dù vậy, bệnh argyria chỉ có thể xuất hiện khi hấp thụ một lượng lớn nano bạc trong một khoảng trong khoảng thời gian rất dài Không có nghiên cứu nào cho thấy nano bạc ảnh hưởng tới mạch máu, bàng quang, dạ dày của người Khảo sát liều độc cấp tính trên chuột nhắt trắng của dung dịch nano bạc 20-25 nm theo phương pháp hóa học nồng độ 5000 ppm cho thấy liều sử dụng lên tới 1,5ml/10g cũng không thấy chuột bị chết sau 72

giờ [20]

Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization - WHO) đã xác định liều lượng bạc tối đa không gây ảnh hưởng đối với sức khỏe con người là 10 gam Nghĩa là, nếu một người trong toàn bộ cuộc đời của mình (70 tuổi) hấp thụ từ từ vào cơ thể 10 gam bạc vẫn đảm bảo không có vấn đề gì về sức khỏe

Tổ chức EPA (Environmental Protection Agency - Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ) xác lập liều chuẩn RfD (Reference Dose) - lượng bạc được phép hấp thụ mỗi ngày mà không có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe trong suốt cuộc đời là

5 mg/kg/day [21] Nhà sinh vật học Robert O Becker- tác giả của The Body Electric năm 1970 - cho rằng hàm lượng bạc trong người mà thấp hơn mức chuẩn thì khả năng miễn dịch kém Tổ chức FDA (Food and Drug Administration - Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ) cũng công nhận rằng bạc là kháng sinh tự nhiên và không có tác dụng phụ [22]

Thông tin về độc tính của nano bạc rất ít, chủ yếu là các thí nghiệm trong ống nghiệm với kích thước hạt 1-100 nm Hiện vẫn chưa xác định được chính xác nồng độ nano bạc tối đa được phép sử dụng mà không hại đến sức khỏe Các sản phẩm ứng dụng công nghệ nano bạc chỉ sử dụng lượng nano bạc ở nồng độ rất thấp để kháng khuẩn và khả năng kháng khuẩn này có tác dụng trong suốt quá trình tồn tại của sản phẩm Nên khi chúng ta ăn uống, sử dụng các sản phẩm chứa nano bạc thì hàm lượng nano bạc hấp thụ vào cơ thể rất ít

và không đáng lo ngại về sức khỏe

2.2.8 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) [23]

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 [24]

2.3 Cây hạnh

2.3.1 Giới thiệu chung về cây hạnh

Hạnh hay còn gọi là Tắc, Quất, thuộc họ cam Rutaceae, có tên khoa học

là Citrus microcarpa (Hassk) Bunge Tiếng Anh, Pháp gọi là Kumquat, Clementine Có nguồn gốc từ châu Á nhiệt đới, Trung Quốc, Nhật Bản Phổ biến là loại Citrus japonica Thumb (Fortunella jabonica Swing) được trồng từ lâu ở nước ta nhất là ở Cái Mơn, để lấy quả làm nước uống, làm mứt ăn hoặc làm cây cảnh để trang trí vào những dịp Tết

Cây hạnh là cây nhỏ, cao cỡ 1-1,5 m, thân dẻo màu xanh xám, phân nhiều cành nhánh, lá đơn hình bầu dục, màu xanh thẫm, cuốn có cánh rất nhỏ,

có đốt ở đầu Hoa thường đơn độc, nở xòe năm cánh màu trắng tươi, rất thơm, chùm nhụy rất ngắn Hoa đậu thành quả hình cầu, lúc còn non màu xanh bóng, khi già chín đổi thành màu vàng cam, rất đẹp Bên trong ruột có nhiều múi màu vàng nhạt, chứa nhiều nước chua gắt nên thường dùng để làm nước uống với đường rất đã khát hoặc làm mứt để ăn… [25]

Hình 2.10 Cây hạnh, trái hạnh Quả hạnh được thu hái quanh năm, vỏ có thể ở dạng vỏ khô, tươi hoặc vào mùa đông lạnh để tách lấy tinh dầu là một thuận lợi lớn trong nghiên cứu

và trong sản xuất đại trà thu tinh dầu Citrus Quả hạnh có mùi thơm, vị ngọt, chua và tinh dầu thơm cay của vỏ Quả hạnh được dùng dưới dạng quả còn non hoặc đã chín Theo Đông y, quả hạnh vị ngọt chua, tính ấm, vào các kinh phế, vị, can Nó có công năng hóa đảm, trị ho, giải uất, tiêu thực, giải rượu Vỏ

có tác dụng mạnh hơn Hạnh để càng lâu càng tốt Hạt có tác dụng giảm ho, cầm máu, chống nôn, lá hạnh có nhiều tinh dầu, có tác dụng chữa cảm mạo phong hàn rất tốt [26]

2.3.2 Thành phần dinh dưỡng của hạnh

Về thành phần dinh dưỡng của hạnh gồm có vitamin C, chất đường, chất

xơ, một số muối khoáng

Bảng 2.1 Thành phần dinh dưỡng của hạnh trong 100g phần ăn được [27]

Thành phần dinh dưỡng

(Nutrients)

ĐV (Unit)

Hàm lượng (Value)

- Theo IUPAC: 2-oxo-L-threo-hexono-1,4- lactone-2,3-enediol

- Tên thông thường: vitamin C, Ascorbic acid

Công thức hóa học: C6H8O6

Phân tử khối: 176,14 g/mol

Nhiệt độ nóng chảy: 190-192 °C (374-378 °F)

Công thức cấu tạo: cho thấy Ascorbic acid là một dẫn xuất của đường

Hình 2.11 Công thức cấu tạo của Ascorbic acid Tính chất khử của Ascorbic acid phụ thuộc vào nhóm dienol trong phân

tử của nó

Ascorbic acid tồn tại trong thiên nhiên dưới ba dạng chủ yếu: Ascorbic acid – dạng khử; Dehydroascorbic acid – dạng oxi hóa; và Ascorbigen – dạng liên kết với polypeptide, bền với chất oxi hóa hơn nhưng hoạt tính chỉ bằng nửa so với Ascorbic acid tự do, dạng này chiếm khoảng 70% tổng hàm lượng Ascorbic acid trong thực vật [28]

Ascorbic acid (hay Vitamin C) có nhiều trong các loại rau quả như: thanh trà, đu đủ, bưởi, cam, chanh, hạnh, bông cải xanh, cà chua, ớt, Từ đó, phương pháp chiết tách Ascorbic acid từ các loại thực vật và tận dụng chúng làm tác nhân khử trong các phản ứng hóa học là một phương pháp thân thiện với môi trường, phù hợp với mục tiêu của hóa học xanh mà thế giới đang hướng tới

2.4 Vi khuẩn

2.4.1 Coliform và Escherichia coli

Coliform là những trực khuẩn Gram âm không sinh bào tử, hiếu khí hoặc

kỵ khí tùy tiện Nhóm coliform gồm 4 giống là: Escherichia với một loại duy

nhất là E.coli, Citrobacter, Klebsiella và Enterobacter, hiện diện rộng rãi trong

tự nhiên, trong ruột người và động vật

Escherichia coli (thường được viết tắt là E coli) hay còn được gọi là vi

khuẩn đại tràng E.coli là vi sinh vật hiếu khí tùy tiện hiện diện trong đường ruột của người và các loại động vật máu nóng Hầu hết E.coli không gây hại

và đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định sinh lí đường ruột Tuy nhiên có bốn dòng có thể gây bệnh cho người và một số loại động vật là:

Eterohaemorrhagic E.coli (EPEC) và Verocytoxin E.coli (VTEC) Trong các

thành viên của nhóm faecal coliform thì E.coli là loài được sự quan tâm nhiều

nhất về vệ sinh an toàn thực phẩm Các loài E.coli hiện diện rộng rãi trong môi trường bị nhiễm phân hay chất thải hữu cơ, phát triển và tồn tại lâu trong

môi trường Do sự phân bố rộng rãi trong tự nhiên nên E.coli dễ dàng nhiễm

vào thực phẩm từ nguyên liệu hay thông qua nguồn nước trong quá trình sản

xuất, chế biến Các dòng E.coli gây bệnh gây ra các triệu chứng rối loạn

đường tiêu hóa Biểu hiện lâm sàng thay đổi từ nhẹ đến rất nặng, có thể gây chết người phụ thuộc vào mức độ nhiễm dòng gây bệnh và khả năng đáp ứng của từng người [29]