Nghiên cứu tổng hợp nano đồng oxit đồng từ dung dịch CuSO4 bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá cây húng quế

Với tình hình thực tế trên, nghiên cứu chiết tách, ứng dụng các phương pháp hiện đại để xác định tìm hiểu hạt nano đồng và ứng dụng của nó có nhiều triển vọng, có ý nghĩa khoa học và thự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

-o0o -

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO ĐỒNG/ OXIT ĐỒNG TỪ DUNG DỊCH CuSO4 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ CÂY HÚNG QUẾ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Sinh viên thực hiện : Võ Thị Duyên

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Lê Tự Hải

Đà Nẵng – Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nano đồng- oxit đồng từ dung dịch CuSO4

bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế

2 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị

a Nguyên liệu: Lá cây húng quế

b Dụng cụ: Bình cầu 250 ml, bình tam giác 100 ml; cốc thủy tinh 100 ml; bình định mức 1000 ml; bình định mức 100ml; pipet 2 ml, 5 ml, 10ml; giấy lọc, đĩa petri và các loại dụng cụ thủy tinh khác

c Các thiết bị: Bếp điện, bếp cách thủy cân phân tích, máy khuấy từ gia nhiệt, máy đo pH, máy đo UV-VIS, máy đo EDX, XRD, TEM, máy quay

li tâm, tủ sấy, nồi hấp

3 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp nano đồng- oxit đồng từ dung dịch CuSO4

bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế

- Nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của dung dịch keo nano đồng

4 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải

5 Ngày giao đề tài: 27/10/2017

6 Ngày hoàn thành đề tài: 20/4/2018

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng….năm 2018 Kết quả điểm đánh giá

Đà nẵng, ngày … tháng…… năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo nhà trường, quý Thầy Cô của Khoa Hóa Học trường Đại học Sư phạm- Đại học Đà Nẵng, PGS.TS Lê Tự Hải – người trực tiếp hướng dẫn để tôi hoàn thành Báo Cáo Khóa luận Tốt nghiệp và cùng toàn thể bạn bè, người thân của tôi đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện Khóa luận này

Trong quá trình thực hiện Khóa luận Tốt nghiệp, không thể không có sai sót, kính mong Thầy Cô, cùng toàn thể các bạn đọc và góp thêm ý kiến để tôi hoàn thành Khóa luận này tốt nhất và rút kinh nghiệm cho các công tác báo cáo sau Tôi xin chân thành cảm ơn!!!

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện

Võ Thị Duyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi, với sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Tự Hải Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.Những nội dung khóa luận có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện khóa luận

Võ Thị Duyên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 1

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1.Giới thiệu về công nghệ nano 3

1.1.1.Nguồn gốc công nghệ nano 3

1.1.2.Khái niệm công nghệ nano 3

1.1.2.1.Khái niệm vật liệu nano 4

1.1.2.2.Phân loại vật liệu nano 4

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ nano 5

1.1.4.Ý nghĩa khoa học của công nghệ nano 6

1.1.5 Chế tạo vật liệu nano 6

1.1.6.Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống 8

1.2.Nano đồng 9

1.2.1.Giới thiệu sơ lược về đồng kim loại 9

1.2.3.Khả năng diệt khuẩn của nano đồng 10

1.2.3.1.Vi khuẩn 10

1.2.3.2.Đặc tính kháng khuẩn của nano đồng 11

1.2.3.3.Cơ chế kháng khuẩn của nano đồng 11

1.2.4.Các phương pháp điều chế nano đồng 12

1.2.4.1 Phương pháp hóa ướt 12

1.2.4.2 Phương pháp phân hủy nhiệt 13

1.2.4.3 Phương pháp vi nhũ 13

1.2.4.4 Phương pháp có hỗ trợ nhiệt vi sóng 13

1.3.Ứng dụng của nano đồng 14

1.3.1 Ứng dụng của nano đồng trong nông nghiệp 14

1.3.2 Ứng dụng của nano đồng trong y học 14

1.3.3 Ứng dụng của nano đồng trong công nghiệp 14

1.4.Giới thiệu về cây húng quế 14

1.4.1.Đặc điểm chung của cây húng quế 14

1.5 Khái quát về vi khuẩn 15

1.5.1 Vi khuẩn Salmonella 15

1.5.2 Vi khuẩn Escherichia coli 17

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 19

2.1.Hóa chất và dụng cụ 19

2.1.1.Hóa chất 19

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 19

2.2 Phương pháp nghiên cứu 19

2.2.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá húng quế 19

2.2.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano đồng 19

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu hạt nano đồng 20

2.2.3.1 Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) 20

2.2.3.2 Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) 21

2.2.3.3 Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) 23

2.2.3.4 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 24

2.2.4.Ứng dụng diệt khuẩn của nano đồng trên vỏ tôm 26

2.2.5 Phương pháp thăm dò khả năng kháng vi sinh vật 26

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá húng quế 28

3.1.1 Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng 28

3.1.2 Khảo sát thời gian chiết 29

3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano đồng 30

3.2.1 Khảo sát nhiệt độ tạo nano đồng 31

3.3 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ dịch chiết và môi trường pH đến quá trình tạo nano đồng ở những nồng độ khác nhau của dung dịch CuSO4 32

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ dịch chiết lá húng quế đến quá trình tạo nano đồng ở những nồng độ khác nhau 32

3.3.1.1.Đối với dung dịch CuSO 4 100ppm 32

3.3.1.2.Đối với dung dịch CuSO 4 200ppm 33

3.3.1.3 Đối với dung dịch CuSO 4 500ppm 35

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng môi trường pH đến quá trình tạo nano đồng ở những nồng độ khác nhau 36

3.3.2.1.Đối với dung dịch CuSO 4 100ppm 36

3.3.2.2 Đối với dung dịch CuSO 4 200ppm 37

3.3.2.3.Đối với dung dịch CuSO 4 500ppm 39

3.4 Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano đồng 40

3.5.Thử khả năng kháng khuẩn của nano đồng trên vỏ tôm 42

3.6 Kết quả thăm dò hoạt tính kháng khuẩn vi sinh vật của dung dịch keo nano đồng 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

KẾT LUẬN 46

KIẾN NGHỊ 46

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

3.3 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo nhiệt độ tạo

3.4 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo tỉ lệ dịch chiết

3.5 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo tỉ lệ dịch chiết

3.6 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo tỉ lệ dịch chiết

3.7 Giá trị mật độ quang đo được ở các mẫu theo pH tại dung

DANH MỤC HÌNH

1.1

Hình ảnh chụp các hạt nano đồng tương tác lên tế bào vi

khuẩn, phá vỡ cấu trúc màng ngoài của tế bào vi khuẩn và

tiêu diệt chúng

12

2.6

Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất

rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai

trò như một cách tử nhiễu xạ

24

3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình

3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết đến quá

3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết đến quá

3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết đến quá

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay ngành khoa học công nghệ đang trên đà phát triển không chỉ ở trên Thế giới nói chung mà còn cả Việt Nam nói riêng Trong đó, Khoa học và công nghệ nano trên cơ sở kết hợp đa ngành đã tạo nên cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật.Đồng thời công nghệ nano đang là ngành công nghiệp mũi nhọn, đang phát triển với tốc độ chóng mặt và làm thay đổi diện mạo của ngành khoa học Việc phát triển ngành khoa học này đang là bước tiến khởi đầu mang lại nhiều ứng dụng hữu ích cho các ngành như y học, điện tử, năng lượng

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 nano bạc, ngoài ra vật liệu nano còn được biết đến với nhiều loại nano như nano vàng, nano đồng Nano đồng có nhiều tính chất vượt trội trong việc ứng dụng công nghiệp điện, điện tử, xúc tác, Với tình hình thực tế trên, nghiên cứu chiết tách, ứng dụng các phương pháp hiện đại để xác định tìm hiểu hạt nano đồng và ứng dụng của nó có nhiều triển vọng, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn Vì vậy tôi chọn đề tài: “Nghiêncứu tổng hợp nano đồng- oxit đồng từ

văn tốt nghiệp của mình

2 Mục tiêu nghiên cứu

-Xây dựng quy trình điều chế hạt nano đồng từ dịch chiết lá húng quế

-Nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của nano đồng

-Đóng góp thêm những thông tin, tư liệu khoa học về lá húng quế và phương pháp điều chế nano đồng từ dịch chiết lá húng quế tạo sơ sở khoa học cho các nghiên cứu sâu hơn về điều chế và ứng dụng của nano đồng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Lá húng quế thu mua trên địa bàn tại thành phố Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết:

-Thu thập, tổng hợp tài liệu, tư liệu về nguồn nguyên liệu, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng của lá húng quế

-Tìm hiểu thông tin tư liệu về nano đồng, công nghệ nano đồng và các vấn đề liên quan đến đề tài

-Xử lý thông tin tư liệu, đề ra các bước, xây dựng quy trình thực hiện trong quátrình thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm:

-Phương pháp chiết tách: phương pháp chưng ninh với dung môi là nước

-Các phương pháp phân tích công cụ: Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử UV-VIS

-Dùng phương pháp đo TEM, EDX, XRD để nghiên cứu hạt nano đồng

-Phương pháp cảm quan thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của dịch chiết trên vỏ tôm

- Phương pháp đục lỗ để khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch keo nano đồng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

-Những kết quả nghiên cứu sẽ góp phần cung cấp các thông tin có ý nghĩa khoa

học về quy trình điều chế nano đồng từ nguyên liệu thiên nhiên

-Khảo sát, ứng dụng thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của nano đồng được điều chế từ dịch chiết lá húng quế

Ý nghĩa thực tiễn:

-Tận dụng nguồn nguyên liệu dễ kiếm, gần gũi để tổng hợp nano đồng bằng phương pháp thân thiện, không độc hại

-Đem lại ứng dụng từ tính kháng khuẩn của dịch chiết lá trên vỏ tôm

6 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Những nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

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

1.1.1.Nguồn gốc công nghệ nano

Công nghệ nano được biết đến lần đầu tiên với sự hiểu biết của kỹ thuật thu nhỏ qua câu chuyện được kể bởi Tiến sĩ Richard Feynman (1918-1988) từng đoạt giải Nobel Vật lý năm 1965 Mục đích bài nói chuyện của Feynman không phải chỉ dừng lại ở kỹ thuật thu nhỏ (miniaturization) mà còn phác họa khả năng hình thành một nền công nghệ mới trong đó con người có thể di chuyển, chồng chất các loại nguyên tử, phân tử để thiết kế một dung cụ cực kỳ nhỏ ở thang vi mô (microscopic) hay thiết kế một dụng cụ to ngay từ cấu trúc phân tử của nó Phương pháp đó ở thế

kỷ 21 được gọi là “ công nghệ nano” với cách thiết kế từng nguyên tử một “ từ dưới lên” (bottom-up-method) Đến 15 năm sau đó, giáo sư Norio Tanuguchi mới đưa ra định nghĩa rõ ràng hơn về công nghệ nano 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”[1] Nhờ những phát hiện và phát biểu to lớn ấy, các nhà khoa học đã ứng dụng nghiên cứu và đưa ra nhiều phát kiến như phát minh thiết bị kính hiển vi quét đường hầm có thể “nhìn” nguyên tử, việc tạo ống than nano với cấu trúc nano và chấm lượng tử silicon là những cấu trúc nano được phát minh cơ sở cho công nghệ nano để phát triển hơn nữa, phục vụ ứng dụng cho cuộc sống.[6]

1.1.2.Khái niệm công nghệ nano

Công nghệ nano (tiếng Anh: 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 nanomet(nm,1nm=10-9) 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 quy mô nanomet, chế tạo vật liệu nano, ứng dụng vật liệu nano.[2]

1.1.2.1.Khái niệm vật liệu nano

Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng, có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanomet đến 100 nanomet Vật liệu nano là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, có liên kết hai lĩnh vực trên với nhau Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng, vào cỡ nanomet, đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu thông thường.[3] Đây là lý do mang lại tên gọi cho vật liệu Kích thước vật liệu nano nằm khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc vào bản chất vật liệu và tính chất cần nghiên cứu

1.1.2.2.Phân loại vật liệu nano

Phân loại theo trạng thái vật liệu, người ta chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng, khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay chủ yếu là vật liệu rắn, sau đến chất lỏng, khí Về hình dáng vật liệu người ta phân thành loại sau:

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

Vật liệu nano không chiều: là vật liệu trong đó cả ba chiều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử, ví dụ: đám nano, hạt nano,…

Ngoài ra có vật liệu có cấu trúc nano hay nano composite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

ví dụ: sợi nano, ống nano, hạt nano,

Ngoài những cách phân loại trên, người ta còn có thể phân loại dựa trên tính chất của vật liệu nano bao gồm[7]:

-Vật liệu nano kim loại

-Vật liệu nano bán dẫn

-Vật liệu nano sinh học

-Vật liệu nano từ tính

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano:

-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 (1µm3 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.[7] -Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nm(nanomet), các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy, các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.[7]

-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 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 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 Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu.[7]

Các tính chất khác nhau như tính chất điện, tính chất vật lý, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm Vì thế mà người

ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano

Bảng 1.1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

Quãng đường tự do trung 1-100

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

1.1.4.Ýnghĩa khoa học của công nghệ nano

Khoa học và công nghệ nano là lĩnh vực khoa học và công nghệ mới, hiện đại

và liên ngành Khoa học và công nghệ nano hình thành trong quá trình tích lũy nhiều thành tựu khoa học công nghệ như kĩ thuật đầu dò quét nano mà điển hình là hiển vi lực nguyên tủ (AFM), hiển vi quét xuyên hầm (STM), hiển vi quang học trường gần (NOM), các kĩ thuật điện tử,… Tóm lại, Khoa học và công nghệ nano đem lại nhiều ứng dụng cho ngành công nghiệp nghiên cứu.[1]

1.1.5 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 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, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc 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 (các hạt nano) Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn (có thể >10) mà không làm phá hủy vật liệu, nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy theo 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 biến dạng nguội Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngoài ra hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo các cấu trúc nano.[7]

1.1.5.2.Phương pháp từ dưới lên

Nguyên lý: Vật liệu nano được hình thành từ các nguyên tử hoặc ion Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Hiện nay, đa phần các vật liệu nano đều được chế tạo từ phương pháp này Phương pháp từ dưới lên bao gồm: phương pháp vật lí, phương pháp hóa học, phương pháp kết hợp, phương pháp vi sinh và phương pháp vi nhũ a) 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: bốc bay nhiệt ( đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho 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 (kết tinh)(phương

pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.[7]

b) 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 người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: 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 các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,…[7]

c) Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí,… Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano,bột nano,…[7]

d) Phương pháp sinh học: là phương pháp sử dụng các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn, vi rút có khả năng khử để khử ion về dạng kim loại Dưới tác dụng của những tác nhân này, ion sẽ chuyển thành hạt nano.[7]

1.1.6.Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống

Trong ngành công nghiệp điện tử hiện nay, những bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên trị thường, một số sản phẩm như chuột, bàn phím cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn Công nghệ nano cũng đóng góp không nhỏ trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là công nghệ năng lượng như việc chế tạo pin nano trong tương lai có thể có diện tích bề mặt lớn hơn nhiều lần và lưu trữ được nhiều điện năng hơn

Bên cạnh đó, công nghệ nano còn ứng dụng trong may mặc với ý tưởng quần

áo có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi nhờ áp dụng nano bạc Một ứng dụng khác của công nghệ nano là tận dụng các nguồn năng lượng như gió, năng lượng mặt trời và công nghệ nano có thể biến chiếc áo trở nên sạc điện cho chiếc điện thoại thông minh, đây thực sự là ý tưởng đang trong quá trình thử nghiệm này chắc hẳn sẽ là bước đánh dấu bước phát triển to lớn của công nghệ nano.Công nghệ nano còn giúp lưu trữ, bảo quản thức ăn tốt hơn nhờ việc tạo các vật liệu thực phẩm có khả năng diệt khuẩn

Những ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano hiện nay cho thấy việc phát

triển ứng dụng nano trong tương lai đem lại nhiều lợi ích trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, đồng thời nhận định ứng dụng công nghệ nano là vô hạn.[8]

1.2.Nano đồng

1.2.1.Giới thiệu sơ lược về đồng kim loại

Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và

số hiệu nguyên tử bằng 29 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao.[12] Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn, bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau

Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại

có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng của nó khoảng 5000 năm TCN, kim loại đầu tiên được đúc thành khối vào khoảng 4000 năm TCN và kim loại đầu tiên được tạo thành hợp kim với các loại khác, là thiếc để tạo ra đồng đỏ vào khoảng 3500 năm TCN

Kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu của kim loại này là cyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là cuprum Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng(II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm Các công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo

ra màu xanh lục

Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vị chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao hơn Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương Cơ thể người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1mg đồng trên mỗi kg cân nặng

Đồng nằm trong nhóm I của bảng tuần hoàn: chúng có 1 electron trong phân lớp s1 nằm sau d10 và được đặc trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao Các orbital được lấp đầy các electron trong các nguyên tố này không đóng góp nhiều vào các tương

tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng bởi các electron phân lớp s thông qua các liên kết kim loại Trái ngược với các kim loại mà phân lớp d không được lấp đầy bởi các electron, các liên kết kim loại trong đồng thiếu các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu Điều này giải thích tại sao các tinh thể như ranh giới hạt,

sẽ làm cản trở dòng vật liệu dưới áp lực nén từ đó làm tăng độ cứng của nó Ví dụ, đồng thường được đưa ra thị trường ở dạng hạt mịn Độ cứng thấp của đồng giúp giải thích một phần tính dẫn điện cao của nó và cũng như tính dẫn nhiệt cao, các tính chất này được xếp hạng thứ 2 trong số những kim loại nguyên chất có tính chất tương tự ở nhiệt độ phòng (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ

có bạc có độ dẫn điện cao hơn) Đặc điểm này là do điện trở suất đối với sự vận chuyển electron trong các kim loại ở nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn từ sự tán xạ của electron đối với dao động nhiệt của mạng tinh thể, mà điện trở suất này tương đối yếu đối với cho một kim loại mềm Đồng tinh khiết có màu đỏ cam và tạo ra màu lam ngọc khi tiếp xúc với không khí

Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái oxy hóa +1,+2 Nó không phản ứng với nước, nhưng phản ứng chậm với oxy trong không khí tạo thành một lớp oxit đồng màu nâu đen Ngược lại với sự oxy hóa của sắt trong không khí

ẩm, lớp oxit này sau đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn Trong trường hợp phản ứng với sulfua, ăn mòn đồng diễn ra khi đồng tiếp xúc vớikhông khí có chứa các hợp chất sulfua Các dung dịch amoni chứa oxy có thể tạo ra một phức chất hòa tan trong nước với đồng, khi phản ứng với oxy và axit clohydric để tạo thành đồng clorua và hydro peroxit bị axit hóa để tạo thành các muối đồng (II) Đồng(II) clorua và đồng phản ứng với nhau tạo thành đồng(I) clorua.[12]

1.2.3.Khả năng diệt khuẩn của nano đồng

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 trong sinh giới Chúng hiện diện khắp nơi trong đất, nước, chất thải phóng xạ, suối nước nóng, và ở dạng cộng sinh và ký sinh với các sinh vật khác, và được biết là phát triển mạnh mẽ trong các tàu không gian có người lái.[5]

1.2.3.2.Đặc tính kháng khuẩn của nano đồng

Theo nghiên cứu, dung dịch diệt khuẩn nano đồng là dung dịch chứa các ion đồng ( Cu2+) được nghiên cứu và sản xuất bằng công nghệ nano, một trong các công nghệ tiên tiến nhất hiện nay mang nguyên lý kháng khuẩn, tiệt trùng siêu mạnh Dưới tác dụng của các hạt nano (kích thước 10-9m), các tế bào của hơn 650 loại vi khuẩn bị phá hủy và tiêu diệt, ngoài ra dung dịch diệt khuẩn nano đồng còn có tính năng ngăn mùi hôi Dung dịch diệt khuẩn nano đồng có đặc tính kháng khuẩn và ngăn ngừa vi khuẩn phát sinh tới 99 %, có ích lợi hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm kháng khuẩn khác Khi cho tiếp xúc với dung dịch diệt khuẩn nano đồng trong 3-24 giờ thì hầu hết những vi khuẩn sống, nấm đều bị tiêu diệt

Cơ chế diệt khuẩn của nano đồng: dung dịch diệt khuẩn nano đồng với kích cỡ nanomet, tác dụng trực tiếp với vi khuẩn gây hại Nó bao lấy trực tiếp tế bào của vi khuẩn, nấm và phá vỡ cấu trúc tế bào, vô hiệu hóa sự phát triển và sinh trưởng của chúng Dung dịch diệt khuẩn nano đồng tiêu diệt virut bằng cách chuyển động cắt đứt DNA, RNA của virus Dung dịch diệt khuẩn nano đồng sở hữu khả năng tuyệt vời để tiêu diệt vi khuẩn gấp hàng trăm lần so với đồng kim loại thông qua công nghệ nano.[9]

1.2.3.3.Cơ chế kháng khuẩn của nano đồng

Các hạt nano đồng giải phóng liên tục các ion đồng, chính các ion đồng này tác động trực tiếp lên tế bào vi khuẩn theo các cơ chế đặc thù Hoạt động giải phóng các ion đồng này được tăng cường hơn khi các hạt nano đồng ở kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn cho phép nó tương tác gần với các màng tế bào vi khuẩn Hoạt động kháng khuẩn của nano đồng là do xu hướng của nó thay thế giữa dạng Cu(I)

và dạng Cu(II) Sự khác nhau giữa Cu với các kim loại dạng vết khác là tạo nên các gốc hydroxyl liên kết với các phân tử DNA và tạo thành sự mất trật tự của cấu trúc

xoắn ốc nhờ các liên kết ngang trong và giữa các axit nucleic và làm hỏng các proteins quan trọng nhờ liên kết với các nhóm carboxyl và amino sulfhydryl của các axit amin Điều này làm cho protein tạo enzymes không hiệu quả Nó làm cho các proteins bề mặt tế bào không hoạt động, các protein này cần cho việc chuyển các vật chất đi qua màng tế bào, do đó ảnh hưởng lên sự bền vững của màng tế bào và các lipids màng tế bào Các ion đồng bên trong tế bào vi khuẩn cũng ảnh hưởng đến các quá trình sinh học Dựa trên tất cả những nghiên cứu này, có thể thấy ion Cu có ảnh hưởng lên proteins và các enzymes trong các vi khuẩn và tạo cho Cu đặc tính kháng khuẩn.[9]

Hình 1.1.Hình ảnh chụp các hạt nano đồng tương tác lên tế bào vi khuẩn, phá vỡ

cấu trúc màng ngoài của tế bào vi khuẩn và tiêu diệt chúng

Như vậy có thể nói các nano đồng xâm nhập qua thành tế bào và tương tác với các cấu trúc nội bào nhờ kích thước hạt nhỏ và độ hoạt động bề mặt lớn, các hạt nano đồng tác động trực tiếp lên màng tế bào vi khuẩn và phá vỡ cấu trúc di truyền

của tế bào vi khuẩn từ đó làm cho vi khuẩn mất sức sống

1.2.4.Các phương pháp điều chế nano đồng

Nano đồng được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phân hủy nhiệt, khử muối kim loại, nhiệt vi sóng, phương pháp bức xạ, kỹ thuật vi nhũ, kỹ thuật siêu tới hạn, dùng lase, phương pháp polyol, phương pháp solvothermal, phóng điện hồ quang, phương pháp khử nhiệt và khử bằng sóng siêu âm Hiện nay các phương pháp chế tạo nano đồng được nghiên cứu như sau:

1.2.4.1 Phương pháp hóa ướt

Phương pháp này dùng các tác nhân khử để khử ion Cu2+ thành Cu0 trong môi trường lỏng Con đường tổng hợp này rất thích hợp bởi vì nó có thể được tạo trong nhiều pha phân tán khác nhau với việc kiểm soát tính chất của hạt bằng cách thay

đổi các thông số thí nghiệm Những thông số chính là loại tác chất và nồng độ tác chất, khả năng oxy hóa khử và tốc độ cho vào của tác chất, loại và nồng độ của chất bảo vệ, nhiệt độ, pH.[13]

1.2.4.2 Phương pháp phân hủy nhiệt

Phân hủy nhiệt là một trong những phương pháp phổ biến để chế tạo ra trạng thái huyền phù đơn phân tán ổn định với khả năng tự kết hợp cao Trên thế giới chỉ

có duy nhất công trình của Masoud Salavati- Niasari trình bày quá trình phân hủy nhiệt hỗn hợp đồng oxalate/oleylamin Nhiệt độ phân hủy là 2400C Kích thước hạt nano đồng chế tạo được 28nm.[14]

1.2.4.3 Phương pháp vi nhũ

Phương pháp vi nhũ là một trong những phương pháp hứa hẹn vì có khả năng kiểm soát các phản ứng hóa học xảy ra Tỉ lệ phản ứng khử kim loại được điều chỉnh bằng tiến trình phân bố kích thước hạt nano tạo thành Tuy nhiên kết quả của phương pháp micelle đảo cho hạt nano kim loại có kích thước trong khoảng 2-20nm, có thể thể hiện những đặc tính của kích thước nano

Dung dịch micelle đảo rất sạch, nhiệt động học ổn định, bao gồm pha nước, chất hoạt động bề mặt và pha dầu, cũng có thể gọi là vi nhũ Trong những vi nhũ này, những giọt nước kích thước nano được bao bởi những đầu ưa nước của chất hoạt động bề mặt trong khi đuôi kị nước được solvate hóa bởi pha dầu Nước chứa trong những micelle đảo có chức năng như những thiết bị phản ứng rất nhỏ cho những phản ứng có liên quan đến phân hủy ion Kích thước của những giọt nước qua thí nghiệm cho thấy là hàm của tỉ lệ khối lượng của nước và chất hoạt động bề mặt, chứng tỏ với cùng tỉ lệ có thể định tính kích thước của những hạt nano tổng hợp được.[15]

1.2.4.4 Phương pháp có hỗ trợ nhiệt vi sóng

Vi sóng là những sóng có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại nhưng ngắn hơn sóng radio, bước sóng tử 1-10-3 m (tần số 0,3GHz tới 300GHz) Sự đốt nóng điện môi vi sóng là một kỹ thuật hứa hẹn cho việc tổng hợp những cấu trúc nano kim loại có thể điều khiển kích thước vì tốc độ đun nóng và xuyên thấu nhanh của nó.[16]

1.3.Ứng dụng của nano đồng

1.3.1 Ứng dụng của nano đồng trong nông nghiệp

Trong lĩnh vực nông nghiệp, nano đồng có khả năng diệt nấm khuẩn gây bệnh hại cây trồng Việc ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực nông nghiệp có nhiều

ưu điểm nổi trội trên cả phương diện lý thuyết và thực tế Những khả năng chống khuẩn, chống nấm mốc có hiệu quả của hạt nano đồng trong nông nghiệp đã thu hút các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học nano Đồng thời, hiệu quả của đồng nano đã được nghiên cứu trên một số loại cây trồng ở những thời ký sinh trưởng khác nhau và đã đem lại hiệu quả khác biệt, vượt trội hơn so với các loại thuốc BVTV hóa học truyền thống

Nano đồng có ứng dụng cao trong việc diệt hầu hết các loại nấm bệnh gây hại cây trồng, nó được xem như một loại thuốc bảo vệ thực vật trị nấm.[10]

1.3.2 Ứng dụng của nano đồng trong y học

Nano đồng được nghiên cứu trong ứng dụng làm mất ổn định khối u và tế bào ung thư Các hạt nano đồng có thể đóng vai trò như các tác nhân sàng lọc các bệnh

về hồng cầu, như β-thalassemia, vì các nhóm này kết tụ với một đột biến hemoglobin ở người.[17]

1.3.3 Ứng dụng của nano đồng trong công nghiệp

Mực dẫn và bột nhão có chứa hạt nano đồng có thể được sử dụng để thay thế các kim loại quý, giá thành cao và được sử dụng trong các thiết bị điện tử in, màn hình

Các hạt nano đồng còn được ứng dụng trong thiết bị cảm biến, hạt nano đồng

có kích thước từ 10-20 nm được phủ lên một tấm cacbon mỏng tạo nên hỗn hợp nanocomposite Hỗn hợp nanocomposite này được dùng làm cảm biến độ ẩm

1.4.Giới thiệu về cây húng quế

1.4.1.Đặc điểm chung của cây húng quế

Ngành: Ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta)

Lớp: Lớp Ngọc Lan ( Maganoliopsida)

Phân lớp: Phân lớp Hoa Môi (Lamiidae)

Bộ: Bộ Hoa môi ( Lamiales)

Hình 1.2.Cây húng quế

Họ: Họ Hoa Môi (Lamiaceae)

Chi:Chi Ocimum

Tên khác: Húng chó, Húng giồi, Rau é, É quế

Tên khoa học: Ocimum basilicum L

Húng quế là cây mọc hàng năm, thân thảo, cao khoảng 40 – 50cm, có khi cao hơn tùy chất đất và khoảng cách trồng

Lá hình xoan, mọc đối, các chồi thường hay đâm ra từ các nách lá nên cành húng quế thường xum xuê Lúc xanh lá có loại màu tím đen nhạt Hoa nhỏ màu trắng hay tía, mọc thành chùm đơn hay phân nhánh với những hoa mọc thành vòng

Do trong húng quế có khoảng 0,4- 0,8% tinh dầu màu vàng nhạt, thơm nhẹ, dễ chịu nên nhân dân thường dùng trong các bài thuốc Nam trị một vài bệnh thông thường như viêm họng, ho gà, chống táo bón,… Các nước khác còn dùng cây húng quế sắc uống chữa sốt, làm cho ra mồ hôi, chữa đau dạ dày, ăn uống không tiêu, thông tiểu, nấu nước súc miệng và ngậm chữa đau sâu răng.[4]

1.5 Khái quát về vi khuẩn

1.5.1 Vi khuẩn Salmonella

Vi khuẩn Salmonella được nhóm nghiên cứu dưới quyền bác sĩ thú y Daniel Elmer Salmon tìm thấy vi khuẩn gây ra bệnh “dịch tả cho heo” và tên vi khuẩn được đặt theo tên của ông năm 1889

Giới: Bacteria

Ngành: Proteobacteria

Hình 1.3 Vi khuẩn Salmonella

b Đặc điểm nuôi cấy

Vi khuẩn Samonela là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi, nhưng có thể sinh trưởng ở

thích hợp nhất là 37oC và phổ pH rộng từ 3.5 – 9,5[5]

Vi khuẩn Salmonella phát triển dễ dàng trên các môi trường dinh dưỡng thông thường trong khoảng 24 giờ, nhưng trên môi trường thạch BSA (Bismuth Sulfite Agar) thì phải nuôi cấy trong 48 giờ Khi nuôi cấy trên các môi trường, để trong tủ

ấm ở 37oC và sau 24 giờ vi khuẩn sẽ phát triển:

Môi trường thạch thường: Hình thành những khuẩn lạc dạng S tròn, lồi, trơn láng, thường không màu hay màu trắng xám, đường kính từ 2-4 mm

Môi trường thạch SS (Shigella Salmonella Agar) : Salmonella hình thành những khuẩn lạc tròn, bóng không màu hay có màu hồng và có tâm đen ở giữa

Môi trường MacConkey: Vi khuẩn Salmonella mọc thành những khuẩn lạc tròn, đường kính 2-3mm, trong suốt, không màu, sáng, nhẵn bóng và hơi lồi ở giữa Môi trường thạch XLD (Xylose Lysine Desoxycholate Agar): Salmonella cho khuẩn lạc trong suốt, không màu hay có màu hơi nhuốm đỏ đôi khi có tâm đen, thường xuất hiện vùng đỏ hồng xung quanh khi khuẩn lạc Salmonella phát triển mạnh ướt[19]

Môi trường thạch BLPS (Brilliant Green Phenol Red Lactose Agar): Salmonella cho khuẩn lạc tròn, màu trắng hồng, môi trường xung quanh đỏ hồng

c Khả năng gây bệnh của vi khuẩn Salmonella

Tùy theo từng loài, Salmonella có thể chỉ gây bệnh cho người, chỉ gây bệnh cho động vật, nhưng cũng có thể vừa gây bệnh cho người vừa gây bệnh cho vật Nhiều loài Salmonella có khả năng gây bệnh cho người được quan tâm nhiều hơn

cả là: Salmonella typhi là loài chỉ gây bệnh cho người, vi khuẩn quan trọng nhất trong các nguyên nhân gây bệnh thương hàn Salmonella paratyphi A là loài chủ yếu gây bệnh ở người, cũng là căn nguyên của bệnh thương hàn Salmonella paratyphi B chủ yếu gây bệnh ở người nhưng cũng có thể gây bệnh cho vật Salmonella C là loài vừa có khả năng gây bệnh thuiwng hàn nhưng có thể gây bệnh viêm dạ dày – ruột và nhiểm khuẩn huyết Thường gặp ở các nước Đông Nam Châu Á[5]

1.5.2 Vi khuẩn Escherichia coli

Escherichia coli (E.coli) được tìm thấy bởi bác sĩ nhi khoa Theodor Escherich qua những thí nghiệm lâm sàng về bệnh tiêu chảy năm 1885 Escherichia coli thuộc phân loại khoa học sau:

Hình 1.4 Vi khuẩn Escherichia coli