Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn trên silica dùng làm chất kháng khuẩn bằng phương pháp chiếu xạ gamma co 60

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH PTN CÔNG NGHỆ NANO NGUYỄN THỊ KIM LAN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO GẮN TRÊN SILICA DÙNG LÀM CHẤT KHÁNG KHUẨN BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60 Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC HIẾN Thành phố Hồ Chí Minh - 2012 ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu nano: 1.2.Hạt nano kim loại 1.3 Ứng dụng vật liệu nano 1.4 Giới thiệu sơ lược công nghệ xạ 1.5 Silica (Silic dioxide - SiO2) CHƢƠNG NGHIÊN CỨU - THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị dụng cụ 2.2 Phương pháp CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Phổ hấp thụ UV-Vis Ag nano/SiO2 sau chiếu xạ 3.2 Ảnh hưởng nồng độ Ag+ đến kích thước hạt Ag nano 3.3 Khảo sát kích thước hạt cấu trúc đặc trưng Ag nano 3.4 Hoạt tính kháng nấm Ag nano/SiO2 3.5 Độ ổn định kích thước Ag nano/SiO2 phối trộn sơn nước 3.6 Hoạt tính kháng nấm Aspergillus niger var Tieghn sơn nước pha trộn với Ag nano/SiO2 KẾT LUẬN DANH MỤC BÀI BÁO, BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN VĂN 3 3 9 10 13 13 13 15 15 17 19 19 21 22 MỞ ĐẦU Khoa học công nghệ nano lĩnh vực phát triển nhanh chóng Những thành tựu nghiên cứu công nghệ nano ứng dụng nhiều lĩnh vực điện tử, lý, hóa, sinh học, y dược, mơi trường, Vật liệu thang đo nano có tính chất đặc biệt thu nhỏ kích thước tăng diện tích bề mặt Một số đó, bạc kim loại kích thước nano thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu Bạc nano có vai trò quan trọng quy trình sản xuất thủy tinh, gốm sứ, xúc tác xử lý vấn đề nhiễm khuẩn bạc nano có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm cao Trên giới có nhiều nghiên cứu chế tạo ứng dụng bạc nano thực Một số phương pháp áp dụng để chế tạo bạc nano khử hóa học, khử quang học, sol-gel, chiếu xạ, Phương pháp chiếu xạ sử dụng phổ biến sản phẩm trình phân ly xạ nước tác nhân khử mạnh, khử bạc ion thành bạc nguyên tử Trong trình chế tạo cần sử dụng chất ổn định để hạt bạc tạo thành kích thước nano hạn chế q trình kết tụ Nhiều nghiên cứu sử dụng polyme polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidon (PVP), chitosan (CTS), alginat, polyacrylate, làm chất ổn định hạt bạc nano Sản phẩm tạo thành dung dịch keo bạc nano ứng dụng làm nước rửa vết thương, trang y tế, dung dịch khử mùi thể Mặt khác, số cơng trình nghiên cứu sử dụng vật liệu vô silica (SiO2), zeolit, titannia (TiO2), alumina (Al2O3), để chế tạo bạc nano ứng dụng lĩnh vực xúc tác, cảm biến, tán xạ Raman, xử lý nước Trong SiO2 sử dụng phổ biến để gắn bạc nano SiO2 có tính bền nhiệt, bền hóa học, tạo hệ phân tán suốt, kháng kết khối 2 Ở nước, nghiên cứu chế tạo bạc nano kim loại gắn hạt SiO2 chưa thực Xuất phát từ vấn đề trình bày trên, với mong muốn tạo sản phẩm Ag nano gắn SiO2 pha vào sơn nước ứng dụng mơi trường có nhiều vi khuẩn, vi nấm gây bệnh bệnh viện, trường học, trạm xe công cộng, tiến hành thực đề tài “ Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn silica dùng làm chất kháng khuẩn phương pháp chiếu xạ gamma Co-60” MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu: Ứng dụng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 để chế tạo bạc nano gắn SiO2 (Ag nano/SiO2) để làm hoạt chất kháng nấm vi khuẩn dùng sơn nước Nội dung nghiên cứu: - Chế tạo mẫu Ag nano/SiO2 - Khảo sát liều xạ chuyển hóa bão hòa Ag+ → Ag0 cấu trúc đặc trưng Ag nano phương pháp phổ UV-Vis, TEM XRD - Đánh giá hoạt tính kháng nấm Ag nano/SiO2 - Khảo sát độ ổn định kích thước Ag nano/SiO2 phối trộn sơn chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) theo thời gian - Đánh giá hoạt tính kháng nấm sơn pha trộn với Ag nano/SiO2 phương pháp gây độc môi trường nuôi cấy, đổ đĩa phun dịch sinh khối nấm lên màng sơn 3 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu nano: 1.1.1 Tính chất chung vật liệu nano 1.1.1.1 Hiệu ứng bề mặt Hiệu ứng bề mặt có tác dụng với tất giá trị kích thước, hạt bé hiệu ứng lớn, diện tích bề mặt tăng ngược lại 1.1.1.2 Hiệu ứng kích thƣớc Thuật ngữ nano áp dụng cho vật có kích thước khoảng từ 0,1 đến 100 nm Hiệu ứng kích thước làm cho vật liệu có tính chất khác biệt so với vật liệu khối 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.1.2.1 Phân loại theo hình dáng vật liệu Đặt tên theo số chiều bị giới hạn kích thước nano: hạt nano vật liệu nano chiều, dây nano vật liệu nano chiều màng mỏng vật liệu nano chiều 1.1.2.2 Phân loại theo tính chất vật liệu thể khác biệt kích thƣớc nano  Vật liệu nano kim loại  Vật liệu nano bán dẫn  Vật liệu nano từ tính  Vật liệu nano sinh học 1.2 Hạt nano kim loại Hạt nano kim loại khái niệm để hạt có kích thước nano tạo thành từ kim loại 4 1.2.1 Tính chất hạt nano kim loại Hạt kim loại kích thước nano thể đầy đủ tính chất quang, điện, từ, nhiệt 1.2.2 Chế tạo hạt nano kim loại  Từ xuống (top-down approach)  Từ lên (bottom-up approach) Bao gồm phương pháp laser, khử hóa học, sinh học, hóa lý, vật lý 1.3 Ứng dụng vật liệu nano 1.3.1 Ứng dụng vật liệu nano nói chung Vật liệu nano có nhiều ứng dụng lĩnh vực y dược, vật liệu, sinh học 1.3.2 Ứng dụng bạc nano tính chất kháng khuấn 1.3.2.1 Ứng dụng bạc nano Bạc nano chất tập trung nghiên cứu khả kháng khuẩn cao, thân thiện môi trường, tương hợp sinh học, Nhiều sản phẩm chứa bạc nano thương mại hóa máy giặt, tủ lạnh, máy điều hồ khơng khí, mỹ phẩm, sản phẩm dành cho trẻ em bình sữa, ca uống nước, 1.3.3.2 Tính chất kháng khuấn Phóng thích ion Phá hủy DNA Oxi hoá protein Sự phá vỡ màng tế bào Tạo gốc oxi phản ứng (ROS) Sự gián đoạn chuyển điện tử Hình 1.6: Minh họa chế kháng khuẩn Ag nano Ag nano kháng nhiều loại vi khuẩn, vi nấm vi rút Hoạt tính kháng khuẩn Ag nano tương tác Ag nano với màng vi khuẩn gây thay đổi phá hủy cấu trúc màng tế bào dẫn đến làm chết tế bào vi khuẩn 1.4 Giới thiệu sơ lƣợc công nghệ xạ Hóa học xạ lĩnh vực nghiên cứu tương tác xạ ion hóa (γ, X, dòng điện gia tốc ) lên hệ hóa học Do lượng xạ cao nên qua môi trường vật chất làm cho nhiều hạt bị ion hóa kích thích phát sinh gốc tự từ xảy phản ứng hóa học theo phương hướng khác 1.4.1 Một số khái niệm định nghĩa 1.4.2 Công nghệ xạ lĩnh vực xạ 1.4.3 Nguồn xạ Nguồn xạ dùng thông thường nguồn gamma phát từ đồng vị phóng xạ Co60 (Co60 điều chế lò phản ứng hạt nhân) đồng vị phóng xạ Cs-137 (Cs-137 tách từ nguồn nhiên liệu cháy lò phản ứng hạt nhân) nguồn xạ khơng hạt nhân dòng điện tử gia tốc phát từ máy gia tốc điện tử 1.4.4 Các điều kiện ảnh hƣởng đến trình biến tính xạ Các giải thích q trình xảy dung dịch nước dựa sở lý thuyết gốc tự phân ly xạ nước 1.4.4.1 Thuyết tự phân ly xạ nƣớc H2O ^^^ H2, H2O2, H•, •OH, e-aq, H3O+ 1.4.4.2 Các sản phẩm phân ly xạ nƣớc tính chất chúng Trừ H2 sản phẩm phân ly xạ nước hoạt động đặc biệt H, OH, e-aq 1.4.4.3 Cơ chế Ag+ + e-aq → Ago Ag+ + H  Ago (1.19) + H+ (1.20) e-aq H tạo trình xạ ly nước tác nhân khử mạnh khử ion bạc (Ag+) thành bạc nguyên tử (Ago) Những nguyên tử tạo thành dạng dimmer kết hợp với Ag+, trình kết tụ theo bậc tiếp tục kết tụ thành cluster bạc lớn Ago + Ago  Ag2 (1.21) Ago + Ag+  Ag+2 (1.22) Agn + Ag+  Ag+n+1 (1.23) Ag+n+1 + e-aq  Agn+1 (1.24) Nguyên tử bạc tạo thành có xu hướng bị gốc OH oxi hố trở lại thành bạc ion Vì vậy, alcohol (etanol, iso-propanol ) có vai trò quan trọng bắt gốc OH ngăn cản q trình oxi hóa bạc ngun tử thành bạc ion  OH + CH3CH2OH  CH3CHOH + H2O (1.25)  H + CH3CH2OH  CH3CHOH (1.26) + H2 Gốc thứ cấp CH3CHOH gốc khử, tiếp tục khử Ag+n+1 thành dạng Agon+1 Ag+2 + CH3CHOH  Ag2 + CH3CHO + H+ (1.27) Bạc nguyên tử tạo thành kết hợp với thành cụm tiếp tục phát triển thành hạt lớn Để hạn chế nguyên tử bạc kết tụ, sử dụng chất ổn định có tính chất hố lý phù hợp chế tạo bạc nano thơng qua liên kết phối hợp hiệu ứng không gian Khi đưa Ag+ vào dung dịch keo SiO2 tạo nên cân Ag+ hấp thụ bề mặt SiO2 (Ag+ad) Ag+ dung dịch Ag+ + (SiO2) ↔ SiO2 Ag+ (=Ag+ad) (1.28) Cơ chế trình khử Ag+ hệ phân tán SiO2 xảy theo bước: e-aq e-aq a) b) Hình1.11: Cơ chế trình khử Ag+ bề mặt hạt SiO2 - Sự khuếch tán e-aq đến hạt SiO2 (a) - Sự khuếch tán e-aq dọc theo bề mặt hạt để tác dụng với Ag+ hấp thu (b) Hệ keo SiO2 tạo thành hạt mang điện tích âm Khi thêm AgNO3, Ag+ hấp thu hạt SiO2 hệ phân tán chiếu xạ, Ag+ bề mặt SiO2 bị khử tạo thành cluster kim loại bạc bao bọc bề mặt hạt SiO2 Mơi trường dung dịch Hạt keo Hình 1.12: Phản ứng bề mặt hạt SiO2 1.5 Silica (Silic dioxide - SiO2) 1.5.1 Giới thiệu chung SiO2 SiO2 tự nhiên dạng cát thạch anh, vật liệu dồi bề mặt trái đất SiO2 sử dụng chủ yếu để sản xuất thủy tinh, sợi quang học, gốm sứ, xi măng, kem đánh răng, sợi chịu nhiệt, mỹ phẩm 1.5.2 Cấu trúc tinh thể SiO2 Hình 1.13: Cấu trúc tinh thể SiO2 1.5.2.1 Dạng kết tinh Trong tinh thể, nguyên tử Si tạo bốn liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử oxi nằm đỉnh tứ diện Mỗi nguyên tử O lại liên kết với hai nguyên tử Si hai tứ diện khác 1.5.2.2 Dạng vơ định hình SiO2 dạng vơ định hình có lắp ghép cách ngẫu nhiên đơn vị SiO4, tạo cấu trúc khơng 1.5.3 Tính chất SiO2 1.5.3.1 Tính chất vật lý Cơng thức phân tử SiO2, khối lượng mol 60,084 (g/mol), dạng bột màu trắng, tỉ trọng 2,634 (g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 1650 ( 75) C, độ tan nước 0,012 (g/100ml) o 1.5.3.2 Tính chất hóa học SiO2 hợp chất tương đối trơ, khơng bị axit hòa tan trừ axit flohydric (HF) Dung dịch kiềm tác dụng chậm với SiO2 kể đun sôi 1.5.4 Ứng dụng SiO2 1.5.4.1 Vai trò SiO2 lớp phủ SiO2 có hình thái học hạt dạng chuỗi (chain-like particle morphology) Trong dung dịch, chuỗi liên kết với theo liên kết hydro tạo mạng lưới chiều, tạo thành bẫy phân tử chất lỏng làm tăng độ nhớt 1.5.4.2 SiO2 chất rắn, bột Khi thêm vào bột, SiO2 giúp tạo dòng ngăn kết khối CHƢƠNG NGHIÊN CỨU - THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị dụng cụ 2.1.1 Nguyên vật liệu, hóa chất  Bạc nitrat (AgNO3) etanol tinh khiết phân tích, Trung Quốc  Silica (SiO2): kích thước hạt 0,2-0,3m (diện tích bề mặt ~ 200 m2/g), cơng ty Cabot - Mỹ  Nước cất lần  Môi trường nuôi cấy vi nấm: Sabourou, Himedia, Ấn Độ  Chủng vi nấm phân lập từ tường nhà định danh là: Aspergillus niger var Tieghn Penicillium citrinum Thom 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ 10  Máy đo phổ quang học UV-2401PC, Shimadzu, Nhật Bản Nguồn gamma Co-60 (SVST Co-60) với suất liều 1,3 kGy/h Cân phân tích, máy khuấy từ, tủ sấy nhiều thiết bị dụng cụ phòng thí nghiệm khác, Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp HCM  Máy đo TEM: JEM-1400, JEOL, Nhật bản, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia Vật liệu Polymer Composite, Đại học Bách khoa, Tp HCM  Máy đo FE-SEM S4800 HITACHI, Nhật bản, Khu công nghệ cao, Tp HCM  Máy đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD): X Pert' Pro, Panalytical, Hà Lan, Trung tâm Hạt nhân Tp 2.2 Phƣơng pháp 2.2.1 Chế tạo Ag nano/SiO2 phƣơng pháp chiếu xạ gamma Co-60 Khảo sát nồng độ SiO2 tối ƣu: cho SiO2 vào etanol, nồng độ SiO2 thấp có tượng tách lớp SiO2 etanol, tăng dần hàm lượng SiO2 để đạt hệ phân tán dạng paste (bột nhão) nồng độ SiO2 khảo sát tối ưu 9% Chế tạo mẫu Ag nano/SiO2 (M1, M2, M3) theo nồng độ Ag+ có cơng thức: SiO2 9% / Etanol 80% / Ag+ từ 5mM đến 20 mM SiO2 cho vào etanol, ngâm trương, khuấy giờ, nồng độ SiO2 9% Hòa tan AgNO3 nước cất, cho từ từ dung dịch AgNO3 vào hệ phân tán SiO2 đạt nồng độ 5, 10 20 mM, khuấy 30 phút Đưa hỗn hợp Ag+/SiO2 vào lọ thủy tinh có nắp đậy 11 chiếu xạ nguồn gamma Co-60 Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ, TP HCM 2.2.2 Xác định đặc trƣng tính chất Ag nano/SiO2 2.2.2.1 Đo phổ UV-Vis Mẫu Ag+/SiO2 sau chiếu xạ, pha loãng nước cất đến nồng độ 0,1 mM, cho vào cuvet thạch anh (1 cm), quét phổ dải bước sóng từ 200-800 nm 2.2.2.2 Tạo mẫu Ag nano/SiO2 dạng bột Mẫu M1, M2 M3 sau đạt liều xạ chuyển hóa bão hòa dạng bột nhão (paste), đổ đĩa thủy tinh, sấy nhiệt độ 60oC nghiền bi tạo thành bột mịn 2.2.2.3 Chụp ảnh TEM Ag nano/SiO2 chế tạo liều xạ bão hòa chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua 2.2.2.4 Đo phổ XRD Mẫu bột Ag nano/SiO2 với hàm lượng bạc ~ 1,8% (10 mM) đo nhiễu xạ tia X, phổ quét vùng 2 = 10-80o Từ phổ XRD tính kích thước tinh thể trung bình hạt bạc nano (t) theo phương trình Debye-Scherrer: t (Ao) = 0,9   / (  cos) Trong đó:  = 1,54 Ao, : góc Bragg, : độ rộng nửa chiều cao đỉnh cực đại (Radian) 2.2.2.5 Xác định hàm lƣợng bạc mẫu Hàm lượng bạc mẫu xác định máy đo quang phổ hấp thu nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric AAS) Trung tâm Phân tích Dịch vụ Thí nghiệm Tp HCM 12 2.2.2.6 Khảo sát độ ổn định kích thƣớc Ag nano/SiO2 phối trộn sơn Ag nano/SiO2 dạng bột với hàm lượng Ag+ ban đầu 10 mM hòa vào sơn nước (chưa có chất kháng nấm) đạt nồng độ 100 ppm, khấy 1h, tốc độ khuấy 1000 vòng/phút Khảo sát độ ổn định kích thước Ag nano/SiO2 trộn sơn ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) theo thời gian: vừa pha xong, sau tháng sau tháng 2.2.2.7 Khảo sát hoạt tính kháng nấm Ag nano/SiO2 2.2.2.7.1 Phƣơng pháp đếm khuẩn lạc Phương pháp đếm khuẩn lạc cho phép xác định số lượng tế bào vi sinh vật sống diện mẫu Tế bào sống tế bào có khả phân chia tạo thành khuẩn lạc môi trường chọn lọc 2.2.2.7.2 Mô tả trình thực nghiệm vi sinh Hoạt tính kháng nấm Ag nano/SiO2 đánh giá phương pháp gây độc môi trường nuôi cấy: Xác định phần trăm ức chế phát triển nấm Aspergillus ( ~ 106 CFU/ml) Penicillium ( ~ 104 CFU/ml) bột Ag nano/SiO2 theo dãy nồng độ là: 30, 50, 70, 100 150 ppm Ag nano Phương pháp kiểm tra tổng số bào tử nấm mốc % ức chế nấm theo công thức sau: η (%) = 100  ( N1 – N2 ) / N1 (2.2) N1: số khuẩn lạc đĩa đối chứng (khơng có Ag nano/SiO2) N2: Số khuẩn lạc đĩa mẫu khảo sát (có Ag nano/SiO2) 2.2.2.8 Đánh giá khả kháng nấm Aspergillus niger var Tieghn sơn đƣợc pha trộn với Ag nano/SiO2 13 - Khảo sát điều kiện nhiệt độ thường nhiều ẩm Sơn nước có khơng có Ag nano/SiO2 sơn lên đan, cấy nấm Aspergillus lên màng sơn Các đan đặt môi trường khơng khí có nhiều ẩm, tưới nước ngày quan sát theo thời gian - Khảo sát điều kiện phòng thí nghiệm Sơn nước có khơng có Ag nano/SiO2 sơn lên vải PE, để khơ sau ngày tiến hành thí nghiệm đánh giá khả ức chế nấm Aspergillus niger var Tieghn màng sơn có chứa Ag nano/SiO2 (nồng độ Ag nano 100 ppm) với số khuẩn lạc nấm dung dịch nước 103 CFU/mL CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Phổ hấp thụ UV-Vis Ag nano/SiO2 sau chiếu xạ Hình 3.1: Phổ UV-Vis mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ 5mM theo liều xạ, a) kGy, b) kGy, c) kGy, d) 12 kGy, e) 16 kGy, f) 20 kGy 14 Phổ UV-Vis Ag nano/SiO2 sau chiếu xạ xuất đỉnh hấp thụ đặc trưng max ~ 411 nm phổ trước chiếu xạ khơng có Khi liều xạ tăng, mật độ quang (OD) tăng max 408-426 nm khoảng liều xạ tương ứng từ 4-20 kGy Khảo sát liều xạ chuyển hóa (Ag+  Ag0) bão hòa Đối với mẫu Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+ ban đầu mM, OD tăng đến liều xạ 12 kGy đạt giá trị ổn định.Vì 12 kGy liều xạ cần thiết để chuyển mM Ag+ thành Ago Khảo sát tương tự, kết hình 5a cho thấy Dbh mẫu Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+ 10 20 mM tương ứng 24 36 kGy a) b) Hình 3.2: Phổ UV-Vis mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ 10 mM (a) 20 mM (b) theo liều xạ mM 10 mM OD 1.5 20 mM 0.5 0 20 40 60 L iỊu x¹ (k Gy) Hình 3.3: Đồ thị OD theo liều xạ mẫu sau chiếu xạ Khảo sát tương tự hình 3.2 3.3 cho thấy Dbh mẫu Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+ 10 20 mM tương ứng 24 36 kGy 15 3.2 Ảnh hƣởng nồng độ Ag+ đến kích thƣớc hạt Ag nano Hình 3.4: Phổ UV-Vis Dbh Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+ 5, 10 20 mM Bảng 3.1: OD, max Ag nano/SiO2 Nồng độ Ag+ (mM) 10 20 OD 1,42 1,13 0,49 max, nm 418,5 439,0 447,5 Kết hình 3.4, bảng 3.1 cho thấy tăng nồng độ Ag+ max Ag nano/SiO2 (dạng paste) tăng OD giảm hay nồng độ Ag+ cao, Ag nano tạo thành có kích thước hạt lớn 3.3 Khảo sát kích thƣớc hạt cấu trúc đặc trƣng Ag nano a) mM 12 kGy 10 mM 24 kGy 20 mM 36 kGy b) Hình 3.5: Phổ UV-Vis (a) ảnh chụp (b) mẫu Ag nano/SiO2 dạng bột khô So sánh max OD Ag nano/SiO2 trước sau sấy khô thấy sau sấy khô max tăng, OD giảm liên kết 16 hạt Ag nano/SiO2 sau sấy khô Các mẫu Ag nano/SiO2 dạng bột sử dụng phân tích kích thước hạt, hình dạng tinh thể thơng qua chụp ảnh TEM phổ XRD Kết phân tích hàm lượng bạc mẫu Ag nano/SiO2 (nồng độ Ag+ ban đầu 10 mM) khoảng 11.360 ppm a) b) c) d ~5-20 (nm) d ~15-30 (nm) d ~20-40 (nm) Hình 3.6: Ảnh TEM mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ ban đầu a) mM, b) 10 mM c) 20 mM Kích thước hạt bạc nhỏ 40 nm ba nồng độ, mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ ban đầu 5, 10 20 mM có kích thước hạt tương ứng khoảng 5-20, 15-30 20-40 nm Hình 3.7: Phổ XRD SiO2 (a), Ag nano/SiO2 (nồng độ Ag+ ban đầu 10 mM) (b) Phổ XRD SiO2 (hình 3.7 a) có đỉnh vị trí 2 = 21,9o, chứng tỏ hạt SiO2 có cấu trúc vơ định hình Trong phổ XRD Ag nano/SiO2 (hình 3.7 b), ngồi đỉnh đặc trưng SiO2 có 17 đỉnh đặc trưng bạc kim loại vị trí 2 = 37,96o; 44,23o; 64,22o 77,23o tương ứng với mặt phẳng tinh thể (111), (200), (220) (311) chứng tỏ bạc nano tạo thành có cấu trúc lập phương tâm mặt Ag nano/SiO2 nồng độ Ag+ 10 mM có kích thước tinh thể trung bình hạt bạc nano 23 nm tính theo cơng thức Debye-Scherrer Tính tốn tương tự mẫu Ag nano/SiO2 nồng độ Ag+ 20 mM có kích thước tinh thể trung bình Ag nano tương ứng 19,9 25,4 nm 3.4 Hoạt tính kháng nấm Ag nano/SiO2 Nồng độ Ag nano cao hiệu kháng nấm mạnh Hiệu kháng nấm Aspergillus đạt 64, 71, 81, 82, 96% nấm Penicillium 26, 59, 86, 91, 92% tương ứng với nồng độ Ag nano 30, 50, 70, 100, 150 ppm Hiệu kháng nấm Ag nano/SiO2 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng hạt Ag nano, cấu trúc tế bào nấm thời gian tiếp xúc Ag nano với vi sinh vật Bảng 3.2: Hoạt tính kháng nấm Ag nano/SiO2 theo nồng độ Ag nano Tên mẫu ĐC 30 ppm 50 ppm 70 ppm 100 ppm 150 ppm CFU/ml Aspergillus Penicillium 1,8×106 2,7×104 6,4×10 2,0×104 5,2×105 1,1×104 3,4×10 3,7×103 3,1×10 2,5×103 7,1×104 2,0×103 η (%) Aspergillus Penicillium 0 64 26 71 59 81 86 82 91 96 92 (CFU/ml)  105 18 20 18 16 14 12 10 Nấm Aspergillus 0% 64% 71% 81% 82% 96% 30 50 70 100 150 Nồng độ Ag nano (ppm) (CFU/ml)  103 Hình 3.8: Hoạt tính kháng nấm Aspergillus Ag nano 30 25 20 15 10 0% Nấm Penicillium 26% 59% 30 50 86% 91% 92% 70 100 150 Nồng độ Ag nano (ppm) Hình 3.9: Hoạt tính kháng nấm Penicillium theo nồng độ Ag nano ĐC 30 ppm 50 ppm 70 ppm 100 ppm 150 ppm Hình 3.10: Kích thước khuẩn lạc nấm Penicillium theo nồng độ Ag nano 19 Kích thước khuẩn lạc nấm Penicillium citrinum Thom giảm dần tăng nồng độ Ag nano Ở nồng độ Ag nano 100 ppm kích thước vòng nấm 2,5 mm tương tự nồng độ Ag nano 150 ppm Bảng 3.3: Kích thước khuẩn lạc nấm Penicillium citrinum Thom theo nồng độ Ag nano Nồng độ Ag nano (ppm) ĐC 30 50 70 100 150 Kích thước vòng nấm (mm) 14 10 2,5 2,5 3.5 Độ ổn định kích thƣớc Ag nano/SiO2 phối trộn sơn nƣớc Độ ổn định kích thước Ag nano/SiO2 phối trộn sơn nước theo thời gian khơng thấy có khác biệt Điều hàm lượng Ag nano/SiO2 không đáng kể so với hàm lượng sơn a) b) c) Hình 3.11: Ảnh SEM Ag nano/SiO2 sơn nước pha a), sau tháng b) sau tháng c) 3.6 Hoạt tính kháng nấm Aspergillus niger var Tieghn sơn nƣớc đƣợc pha trộn với Ag nano/SiO2 3.6.1 Khảo sát điều kiện nhiệt độ thƣờng nhiều ẩm 20 a/ ĐC (sơn) b/ Agnano/SiO2/sơn Hình 3.12: Nấm Aspergillus sơn sau tháng, a/ ĐC (chỉ có sơn), b/ Sơn chứa SiO2/Ag nano 30 ppm 3.6.2 Khảo sát điều kiện phòng thí nghiệm a) ĐC (vải PE) b) ĐC (Vải PE + sơn) c)Vải+sơn+Ag nano (paste) d) Vải + sơn + Ag nano (bột) Hình 3.13: Hoạt tính kháng nấm màng sơn có Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag nano 100 ppm điều kiện phòng thí nghiệm Nấm mộc lan bề mặt mẫu ĐC ĐC 2, nấm khơng mọc bề mặt mẫu vải PE có sơn pha Ag nano 100 ppm/SiO2 dạng paste Ag nano 100 ppm/SiO2 dạng bột Chứng tỏ sơn nước có chứa Ag nano/SiO2 thể hiệu kháng nấm Aspergillus tốt so với mẫu sơn khơng có Ag nano/SiO2 Như vậy, Ag nano/SiO2 cho thấy hoạt tính kháng nấm Aspergillus, Penicillium hiệu điều kiện nghiên cứu mở khả ứng dụng phối trộn vào sơn nước tạo sơn kháng khuẩn, nấm mốc mơi trường có nhiều vi khuẩn gây bệnh trường học, trạm xe công cộng 21 KẾT LUẬN Đã nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn bề mặt silica (Ag nano/SiO2) phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 Liều xạ chuyển hóa bão hòa mẫu có nồng độ Ag+ 5, 10 20 mM 12, 24 36 kGy Ag nano có kích thước hạt khoảng 5-40 nm tương ứng nồng độ bạc ion sử dụng ban đầu 5-20 mM Hạt Ag nano tạo thành có cấu trúc lập phương tâm mặt, kích thước tinh thể trung bình hạt Ag nano 23 nm nồng độ Ag+ ban đầu 10 mM Số tế bào nấm Aspergillus giảm bậc log CFU/ml (96%) nồng độ Ag nano 150 ppm số tế bào nấm Penicillium giảm bậc log CFU/ml (91%) nồng độ Ag nano 100 ppm từ dung dịch nấm có nồng độ ban đầu tương ứng ~  106 ~  104 CFU/ml Độ ổn định kích thước Ag nano/SiO2 phối trộn sơn nước chụp ảnh kính hiển vi điện tử qt (SEM) theo thời gian khơng thấy có khác biệt đáng kể Trong điều kiện phòng thí nghiệm sơn nước có chứa Ag nano/SiO2 với hàm lượng Ag nano 100 ppm cho hiệu kháng nấm Aspergillus cao so với mẫu sơn khơng có Ag nano/SiO2 Trong điều kiện nhiệt độ thường nhiều ẩm, màng sơn có chứa Ag nano/SiO2 cho thấy có hiệu ứng kháng nấm Aspergillus so với mẫu khơng có Ag nano/SiO2 tiếp tục theo dõi theo thời gian Ag nano/SiO2 có triển vọng để ứng dụng làm chất kháng khuẩn, kháng nấm sản phẩm sơn, kem đánh răng, bao bì thực phẩm 22 DANH MỤC BÀI BÁO, BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn silica phương pháp chiếu xạ gamma Co-60, Tạp chí Hóa học, 2011 (đã gửi đăng) Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn silica dùng làm chất kháng nấm phương pháp chiếu xạ gamma Co-60, Hội nghị KH&CN Hạt nhân Toàn quốc lần 9, Phan Rang, 8/2011 Synthesis of silver nanoparticles deposited on silica by irradiation and preparation of PE/Ag nano compound masterbatchs, Proceeding of The 3rd International Workshop on Nanotechnology and Application 2011, Vung Tau, 11/2011  ... Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn silica phương pháp chiếu xạ gamma Co- 60, Tạp chí Hóa học, 2011 (đã gửi đăng) Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn silica dùng làm chất kháng nấm phương pháp chiếu xạ. .. Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn silica dùng làm chất kháng khuẩn phương pháp chiếu xạ gamma Co- 60 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu: Ứng dụng phương pháp chiếu xạ gamma Co- 60 để chế tạo bạc. .. kháng khuẩn, kháng nấm cao Trên giới có nhiều nghiên cứu chế tạo ứng dụng bạc nano thực Một số phương pháp áp dụng để chế tạo bạc nano khử hóa học, khử quang học, sol-gel, chiếu xạ, Phương pháp chiếu