Dung dịch nano lai Fe3O4-Ag 0h (2), 5h (3) và 24h (4) được thử nghiệm khả năng kháng vi khuẩn gây bệnh đường ruột (E.coli) khi so sánh với nano
-20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 M(e mu /g) H(Oe) Fe3O4 Fe3O4-Ag 5h
Kết quả cho thấy tất cả các mẫu nano lai đều có tính kháng khuẩn. Tuy nhiên, khả năng kháng mạnh nhất tìm thấy ở mẫu Fe3O4-Ag 0h (2) và giảm dần đối với mẫu Fe3O4-Ag 5h và 24h. Trong đó, nano Ag vẫn có tính kháng khuẩn mạnh nhất.
Hình 3.14: Vi khuẩn E.coli dưới kính hiển vi điện tử truyền qua (a) và thử
nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của nano lai Fe3O4-Ag 0h, 5h và 24h (b).
Kết quả thực nghiệm cho thấy, vùng ức chế vi khuẩn của nano lai Fe3O4- Ag đã xuất hiện với các đường kính khác nhau tương ứng với từng dung dịch nano lai (Hình 3.14). Khi khoanh giấy tẩm nano lai Fe3O4-Ag tiếp xúc với bề mặt thạch, sẽ khuyếch tán xung quanh khoanh giấy và ức chế khả năng mọc của vi khuẩn.
Đường kính vòng tròn kháng khuẩn của các mẫu thử nghiệm trên hình 3.14b được thể hiện trong bảng 3.1 sau khi lặp lại 3 lần.
Số thứ tự Tên mẫu thử Đường kính vòng tròn kháng khuẩn d (mm) Sai số d (mm) 0 Nước cất 0 0 1 Ag 10 2 2 Fe3O4-Ag 0h 8 1 3 Fe3O4-Ag 5h 7 1 4 Fe3O4-Ag 24h 6 1
Bảng 3.1: Đường kính vòng tròn kháng khuẩn của các mẫu: nước cất, nano
Ag và nano lai 0h, 5h, 24h
Kết quả này cũng góp phần chứng minh đã chế tạo thành công vật liệu nano lai Fe3O4-Ag. Bởi các mẫu nano lai lai Fe3O4-Ag 0h, 5h và 24h đã được lọc, rửa để loại bỏ hoàn toàn hạt nano bạc không kết dính. Chỉ có các hạt nano bạc kết dính với nano từ mới được thu lại nhờ dùng nam châm hút thành.
Như đã đề cập trong chương 1, cơ chế diệt khuẩn của nano lai Fe3O4-Ag được cho là do khi các hạt nano lai tiếp xúc với vi khuẩn, chúng gắn vào bề mặt của màng tế bào. Sự giải phóng mạnh mẽ của ion Ag+ và Fe2+ làm cho các hạt nano lai tích điện dương. Trong khi đó, các thành tế bào vi khuẩn được tích điện âm, vì vậy chúng hút nhau bằng tương tác tĩnh điện, dẫn đến các hạt nano lai dễ dàng tiếp cận và gắn trên bề mặt của màng tế bào. Diện tích bề mặt của hạt nano Fe3O4-Ag tăng, dẫn đến vùng tiếp xúc lớn giữa màng tế bào vi khuẩn và hạt nano lai. Khi tiếp xúc với màng tế bào vi khuẩn, hạt nano lai hòa tan vỏ ngoài của thành tế bào vi khuẩn làm phá vỡ các thành phần tế bào, dẫn đến chết tế bào [63].
Tóm lại, nano bạc cũng như nano lai Fe3O4 – Ag có khả năng tiếp cận với vi khuẩn và phá vỡ màng tế bào của chúng, làm cho tế bào chết [64]. Tuy
nhiên nano lai Fe3O4 – Ag còn có khả năng điều khiển được nên chúng có thể được nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực đa dạng hơn.
3.7 Kết luận
Chương này đã chứng minh rằng có thể tạo ra được nano lai giữa Fe3O4 và Ag sau khi chế tạo bằng phương pháp điện hóa. Đây là một phương pháp hiệu quả, đơn giản và thân thiện với môi trường để tổng hợp nano lai Fe3O4-Ag tại nhiệt độ phòng. Hơn nữa các tính chất quang học cũng như hình thái, cấu trúc và thành phần của hệ vật liệu này cũng đã khảo sát theo yếu tố thời gian mọc mầm của nano bạc, cũng như nghiên cứu các đặc tính quang của hệ. Kết quả cho thấy nano lai Fe3O4-Ag 5h tổng hợp được có dạng quả tạ với kích thước của hạt nano bạc trong khoảng 12-15 nm và hạt nano từ Fe3O4 là 7-10 nm. Dung dịch nano lai Fe3O4-Ag tinh khiết, có khả năng kháng khuẩn E.coli. Vật liệu nano lai Fe3O4 – Ag còn có lợi thế hơn các hạt nano bạc thông thường, đó là khả năng điều khiển được, để có thể tái chế và thu hồi nhằm làm giảm sự tồn dư của hạt nano trong môi trường.
KẾT LUẬN CHUNG
Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn đã đạt được những thành quả nhất định như sau:
1. Đã đưa ra được quy trình tổng hợp nano lai Fe3O4-Ag trên cơ sở Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa và Ag chế tạo bằng kỹ thuật điện hóa ở nhiệt độ phòng. Đây là phương pháp đơn giản và thân thiện với môi trường. Phương pháp này đã được nhóm nghiên cứu công bố trên Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2017.
2. Tổng hợp thành công nano lai Fe3O4-Ag ở thời gian 0h, 5h và 24h. Sự hình thành đã được chứng minh bởi các phép đo UV-vis, EDX, TEM, X-ray và kết quả thử nghiệm khả năng kháng vi khuẩn E.coli. Mẫu nano lai Fe3O4 - Ag 5h đã được chứng minh có độ ổn định khá tốt trong dung dịch với thế Zeta tuyệt đối là 30,7 mV; có hình dạng quả tạ với kích thước của hạt nano bạc trong khoảng 12-15 nm và hạt nano từ Fe3O4 7-10 nm; từ độ 32,3 emu/g tại từ trường 20000 Oe.
3. Đã nghiên cứu được các tính chất quang của hệ vật liệu lai được chế tạo ở một số thời điểm khác nhau sau khi quá trình điện hóa Ag hoàn tất. Đỉnh phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-vis dịch về phía có bước sóng ngắn so với đỉnh hấp thụ của nano bạc ở cùng thời điểm lai hóa của nano Ag sau khi chế tạo.
4. Đã thử nghiệm được khả năng kháng khuẩn của nano lai Fe3O4-Ag đối với vi khuẩn E.coli. Kết quả cho thấy khả năng kháng khuẩn tốt nhất đối với mẫu Fe3O4-Ag 0h, và giảm dần đối với các mẫu Fe3O4-Ag 5h, Fe3O4-Ag 24h.
Mặc dù luận văn đã đưa ra được phương pháp mới, thân thiện với môi trường để tổng hợp nano lai Fe3O4-Ag. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và khuôn khổ luận văn, nên nghiên cứu mới dừng lại ở những kết quả khảo sát ban đầu ở quy mô phòng thí nghiệm. Một số vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu như:
1. Khảo sát sâu hơn về sự tạo thành nano lai giữa Fe3O4 và Ag ở thời điểm 0 giờ ngay sau khi hoàn tất quá trình điện hóa. Với kỳ vọng chứng minh được sự tạo thành cấu trúc lõi-vỏ giữa Fe3O4 và Ag.
2. Thử nghiệm khả năng ứng dụng của hệ vật liệu đã chế tạo để xử lí môi trường, dựa trên các đặc trưng quang học của hệ, như khả năng quang xúc tác.
3. Thử nghiệm thêm khả năng kháng khuẩn với một số chủng vi khuẩn gây bệnh khác, để xác định rõ phổ kháng khuẩn của dung nano lai Fe3O4-Ag. Đồng thời, thử nghiệm độc tính (tính an toàn) của nano lai Fe3O4-Ag chế tạo bằng phương pháp này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Reddy A.L.M., Gowda S.R., Shaijumon M.M., Ajayan P.M., Hybrid nanostructures for energy storage applications, Adv. Mat., 2012, 24(37), 5045-64.
[2] Ren Z., Guo Y., Liu CH., et al, Hierarchically nanostructured materials for sustainable environmental applications, Front Chem., 2013, 1, 18. [3] Costi R., Saunders E., Banin U., Colloidad hybrid nanostructures, a new
type of functional materials, Angew Chem. Int. Ed. Engl., 2010, 49(29), 4878-4897
[4] Rawalekar S., Mokari T., Rational design of hybrid nanostructures for advanced photocatalysis, Adv. Energ. Mat., 2013, 3(1), 12-27.
[5] Yazdani A., Ghazanfari M., Johar F., Light trapping effect in plasmonic blockade at the interface of Fe3O4@Ag core/shell, RSC Adv., 2015, 5, 40989-40996.
[6] Jung J.H., Lee J.H. , Shinkai S., Functionalized magnetic nanoparticles as chemosensors and adsorbents for toxic metal ions in environmental and biological fields, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 4464–4474.
[7] Tung L.M., Cong N.X., Huy L.T., et al, Synthesis, Characterizations of Superparamagnetic Fe3O4-Ag Hybrid Nanoparticles and Their Application for Highly Effective Bacteria Inactivation, J. Nanosci. Nanotechnol., 2016, 16(6),5902-12.
[8] Roco M.C., The long view of nanotechnology development, the national nanotechnology Initiative at 10 Years, J. Nanopart. Res., 2011, 13(2), 427–4511.
[9] Park J., Joo J., Kwon SG., et al, Synthesis of monodisperse spherical nanocrystals, Angew Chem. Int. Ed. Engl., 2007, 46(25),4630-60.
[10] Mahmudin L., Suharyadi E., Bambang A., Utomo S., Abraha K., Optical Properties of Silver Nanoparticles for Surface Plasmon Resonance (SPR)-Based Biosensor Applications, J. Modern Phys., 2015, 6, 1071- 1076.
[11] Ghaffari-Moghaddam M., Eslahi H., Synthesis, characterization and antibacterial properties of a novel nanocomposite based on polyaniline/polyvinyl alcohol/Ag, Arabian J. Chem., 2014, 7(5), 846– 855.
[12] Tran Q.H., Nguyen V.Q., Le A.T., Silver nanoparticles, synthesis, properties, toxicology, applications and perspectives, Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotech., 2013, 4, 033001.
[13] Center for food, "Available"., Available from, http,//www.center- forfoodsafety.org/files/nano-silver_product_inven-tory-, p. 121614_66105.pdf.
[14] Durán N., Marcato P.D., Conti RD., et al., Potential use of Silver Nanoparticles on pathogenic bacteria, their toxicity and possible mechanisms of action, J. Braz. Chem. Soc., 2010, 21(6), 949-959.
[15] Mohseniazar M., Barin M., Zarredar H., et al, Potential of microalgae and lacto-bacilli in biosynthesis of silver nanoparticles, Bio-Impacts, 2011, 1(3), 149– 152.
[16] Morones J.R., Elechiguerra J.L., Camacho A., et al, The bactericidal effect of silver nanoparticles, Nanotechnology, 2005, 16, 2346–53. [17] Pal S., Tak YK., Song J.M., Does the Antibacterial Activity of Silver
Nanoparticles Depend on the Shape of the Nanoparticle? A Study of the Gram-Negative Bacterium Escherichia coli, Appl. Env. Microbiol., 2007, 73(6), 1712–9.
[18] Pal A., Pal T., Pradhan N., Silver nanoparticle catalyzed reduction of aromatic nitro compounds, Colloid. Surf. A, 2002, 196, 247-257.
[19] Zhang Z., Pothukuchi S., Wong CP., Moon JK., Variable Frequency Microwave Synthesis of Silver Nanopraticles, J Nanopart Res, 2006, 8,
117 – 124.
[20] Pradeep T., Anshup., Noble metal nanoparticles for water purification: A critica lreview, Thin Solid Films, 2009, 517, 6441-6478.
[21] Yakub I., Soboyejo WO., Adhesion of E. coli to silver- or copper-coated porous clay ceramic surfaces, J. Appl. Phys, 2012, 111, 124324.
[22] Gangadharan D., Harshvardan K., Gnanasekar G., et al, Polymeric microspheres containing silver nanoparticles as a bactericidal agent for water, Water Res., 2010, 44, 5481-87.
[23] Li DM., Hong YL., Li ZY., et al, Preparation of charecterization of APAN nano fibers containing silver nanoparticles via electroping, Synthetic Metals, 2003, 137, 973 – 974
[24] Kokura S., Handa O., Takagi T., et al , Silver nanoparticles as a safe preservative for use in cosmetics, Nanomedicine, 2010,6(4), 570-574. [25] Noorbakhsh F., Antifungal Effects of Silver Nanoparticle Alone and with
Combination of Antifungal Drug on Dermatophyte Pathogen Trichophyton Rubrum, International Conference on Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics IPCBEE, 2011, 5, 364-367.
[26] Kim SW., Kim KS., Lamsal K., An in vitro study of the antifungal effect of silver nanoparticles on oak wilt pathogen Raffaelea sp, J. Microbiol Biotechnol., 2009, 19(8), 760–764.
[27] Vulicevic L.j., Ivanovic N., Maricic A., et al, Hydrothermal Treatment of ElectrochemicallySynthesised Nanocrystalline Magnetic Iron Oxide
[28] Truong V.C., Le Q.T.D., Synthesis of Nano Titanium Dioxide and Its Application in Photocatalysis, J. Korean Phys. Soc., 2008, 52(5), 1526- 1529.
[29] Salaba E.L., Schüth F., Lu A.H., Magnetic Nanoparticles, Synthesis, Protection, Functionalization, and application, Angewandte Chemie International Edition,2007, 46(8),1222–1244.
[30] Nguyen C., Nguyen H.L., Nguyen T.V.A., et al, Applications of Magnetite Nanoparticles for Water Treatment and for DNA and Cell Separation, J. Korean Phys. Soc.,2008, 53(3),1601-1606.
[31] Yantasee W., Warner C.L., Sangvanich T., et al, Removal of heavy metals from aqueous systems with thiol functionalized superparamagnetic nanoparticles, Env. Sci. Technol., 2007, 41, 5114-5119.
[32] Singh S., Barick K.C., Bahadur D., Surface engineered magnetic nanoparticles for removal of toxic metal ions and bacterial pathogens, J. Hazard Mat., 2011, 192,1539-1547.
[33] Hadjipanayis G.C., Dale B., Sorensen C.M., Magnetic properties of ultrafine iron particles, Phys. Rev. B, 1992, 45, 9778.
[34] Pramanik N., Mukherjee S., Ghosh S., A simple synthesis of amine- derivatised superparamagnetic iron oxide nanoparticles for bioapplications, J. Mater. Sci., 2007, 42, 7566.
[35] Ozkay T., Toprak M.S., Baykal A., Synthesis of Fe3O4 nanoparticles at 100°C and its magnetic characterization, J. Alloys Compounds, 2009, 472, 18–23.
[36] Berquo T.S., Fonseca F.C., Goya G.F., Static and dynamic magnetic properties of spherical magnetite nanoparticles, J. Appl. Phys., 2003, 94, 3520-3525.
[37] Makhlouf S.A., Berkowitz A.E., Kodama R.H., Finite size effects in antiferromagnetic NiO nanoparticles, Phys. Rev. Lett., 1997, 79, 1393 - 1396.
[38] Widder K., Czerlinski C., Senyei A., Magnetic guidance of drug carrying microspheres, J. Appl. Phys, 1978, 49, 3578–83.
[39] Liu J.F., Zhao Z.S., Jiang G., Coating Fe3O4 Magnetic Nanoparticles with Humic Acid for High Efficient Removal of Heavy Metals in Water, Environ. Sci. Technol., 2008, 42, 6949-6954.
[40] Shishehbore MR., Afkhami A., Bagheri H., Salicylic acid functionalized silica-coated magnetite nanoparticles for solid phase extraction and preconcentration of some heavy metal ions from various real samples, Chem. Cent. J., 2011, 5, 41.
[41] Trang V.T., Tam L.T., Quy N.V., et al, Functional Iron Oxide–Silver Hetero-Nanocomposites, Controlled Synthesis and Antibacterial Activity, J. Electron. Mat., 2017, 46(6), 3381-3389.
[42] Feng Y.G., Wang X, Li T.C., Zhang J.Y., Qian D.J., Chen M., Silver nanoparticles capped by oleylamine, formation, growth, and self- organization, Langmuir, 2007, 23(10), 5296-304. 70.
[43] Zhang H., Chen S.F., et al, Dtermination of critical coagulation concentration of silicon nanoparticles, Adv. Nat. Sci., Nanosci. Nanotethnol., 2012, 3, 035-006.
[44] Hao D., Cheng-Min S., Chao H., et al, Synthesis and properties of Au- Fe3O4 and Ag- Fe3O4 heterodimeric nanoparticles, Chin. Phys. B, 2010, 19(6), 066102.
[45] Akduman B., Uygun M., Uygun D.A., Antalík M., Fe3O4 magnetic core coated by silver and functionalized withN-axetyl cysteine as novel
[46] Prucek R., Tuček J., Kilianová M., et al, The targeted antibacterial and antifungal properties of magnetic nanocomposite of iron oxide and silver nanoparticles, Biomaterials, 2011, 32(21),4704-4713.
[47] Tien D.-C., Tseng K.-H., Liao C.Y., et al., Discovery of ionic silver in silver nanoparticle suspension fabricated by arc discharge method, Alloys Compounds, 2008, 463, 463- 408.
[48] Lee D.K., Kang Y.S., Synthesis of silver nanocrystallites by a new thermal decomposition method and their characterization, ETRI J, 2004, 252-256.
[49] Nguyen N.T., Nguyen H.B., Duong T.B., et al, Microwave-assisted synthesis of silver nanoparticles using Chitosan, A novel Approach., Mater Manuf Process, 2014, 29(4), 418-421.
[50] Nguyen N.T., Tran D.L., Nguyen D.C., et al, Facile synthesis of multifunctional Ag/Fe3O4-CS nanocomposites for antibacterial and hyperthermic applications, Cur. Appl. Phys., 2015, 15(11), 1482 - 1487. [51] Chudasama B., Vala AK., Andhariya N., et al, Enhanced antibacterial
activity of bifunctional Fe3O4-Ag core-shell nanostructures, Nano Res., 2010, 2(12), 955-965.
[52] Sun S.., Zeng H., Size-controlled synthesis of magnetite nanoparticles, J. Am. Chem. Soc, 2002, 124, 8204- 8205.
[53] Sun S., Zeng H., et al, Monodisperse MFe2O4 (M = Fe, Co, Mn) nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 273 - 279.
[54] Thuc DT., Huy TQ., Hoang LH., et al, Green synthesis of colloidal silver nanoparticles through electrochemical method and their antibacterial activity, Mat. Lett., 2016 ,181, 173–177.
[55] Bùi Công Tiến, Nghiên cứu chế tạo nano bạc bằng phương pháp lí-hóa, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 2016.
[56] Nguyễn Văn Sơn, Nghiên cứu chế tạo hạt bạc có cấu trúc nano trên nền than hoạt tính và định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 2011.
[57] Ghaseminezhad S.M., Shojaosadati S.A., Evaluation of the antibacterial activity of Ag/Fe3O4 nanocomposites synthesized using starch,
Carbohydr. Polym., 2016, 25(144), 454-63.
[58] Puchalski M., Dabrowski P., Olejniczak W., et al, The study of silver nanoparticles by scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray analysis and scanning tunnelling microscopy, Mater. Sci. Poland, 2007,
25, 473-478.
[59] Hebeish A., El-Rafie MH., El-Sheikh MA., El-Naggar ME.,
Nanostructural Features of Silver Nanoparticles Powder Synthesized through Concurrent Formation of the Nanosized Particles of Both Starch and Silver, J. Nanotechnol., 2013, 201-057.
[60] Zhang X., Jiang W., Gong X., Zhang Z., Sonochemical synthesis and characterization of magnetic separable Fe3O4/Ag composites and its catalytic properties, J. Alloys Compd., 2010, 508,400–405.
[61] Du J., Jing C., Preparation of Fe3O4@Ag SERS substrate and its application in environmental Cr(VI) analysis, J. Colloid Interface Sci., 2011, 358, 54–61.
[62] Lei SC., Ren Y., Cook RE., Peng YS., Plasmonic/magnetic bifunctional nanoparticles, Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(14), 3158-3163.
[63] Brollo M.E.F., López-Ruiz R., Muraca D., et al, Compact Ag@Fe3O4
Core-shell Nanoparticles by Means of Single-step Thermal Decomposition Reaction, Scientific Report, 2014, 4, 6839.
[64] Park H.H., Park S.J., Ko G.P., Woo K., Magnetic hybrid colloids decorated with Ag nanoparticles bite away bacteria and chemisorb viruses, J. Mater. Chem B., 2013, 1, 2701-2709.
[65] Mafune F., Kohno J., Takeda Y., et al, Formation and Size Control of Silver Nanoparticles by Laser Ablation in Aqueous Solution, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 9111–9117.
[66] Patri A., Clogston J., Zeta potential measurement. In: McNeil, SE., editor. Characterization of nanoparticles intended for drug delivery, Humana Press, 2011, 63-70.
[67] Lin S., Wang PC., Sridhar R., Lin PC., Techniques for physicochemical characterization of nanomaterials, Biotechnol. Adv., 2014, 32(4), 711- 26.
[68] Khaydarov R.A., Rashid A., et al, Electrochemical method for the