Hoạt lực diệt khuẩn của dung dịch nano bạc đối với các vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm môi trường là E.coli và Coliform. Các chủng vi sinh vật E.coli, Coliform sử dụng trong những nghiên cứu này là chủng chuẩn ATCC (American Type Culture Collection) được nhập từ ngân hàng chủng giống quốc tế của Mỹ. Chúng đã được giải mã bộ gen và đã loại đi khả năng gây độc. Việc này đặc biệt quan trọng bởi lẽ trong quá trình thử nghiệm phải sử dụng việc tăng sinh khối lên mật độ rất cao 104 - 106 cfu/mL do vậy nếu chúng gây độc thì rất nguy hiểm cho kiểm nghiệm viên và môi trường.
Vật liệu gạch, kính đã được phủ nano bạc trên bề mặt đã chế tạo trong nghiên cứu được sử dụng để đánh giá khả năng diệt khuẩn và khả năng chống lây nhiễm vi khuẩn trên bề mặt vật liệu. Những vật liệu trong nghiên cứu được gắn nano bạc trên bề mặt với cùng một nồng độ nano bạc và với phương pháp gắn nano bạc trên bề mặt vật liệu khác nhau. 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất a) Thiết bị chính. - Tủ cấy vô trùng - Nồi hấp tiệt trùng - Nồi cách thuỷ
- Tủ cấy nuôi ủ vi sinh 50 oC - Tủ sấy
- Lò nung Namertherm - Cân điện tử
27 - Máy lắc (vortex) - Lưới in lụa b) Dụng cụ - Đĩa peptri - Ống nghiệm - Pipetman - Bình tam giác
- Các loại que cấy, que trang
- Đèn cồn, bông thấm và không thấm… c) Môi trường - Chromocult (Merck) - Pepton (Merck) - NaCl (China) - Cồn (Việt Nam) d) Vật liệu và sinh phẩm
- Vật liệu gạch và kính đã được phủ lớp nano bạc lên bề mặt - Chủng E.coli ATCC25922
- Chủng Coliform ATCC 35029 2.2. Khảo sát tỉ lệ hỗn hợp màng phủ
Đề tài thực hiện nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của vật liệu gạch, kính có phủ nano bạc. Lớp phủ nano bạc được trộn theo các tỉ lệ khác nhau sau đó phủ lên bề mặt vật liệu.
Hỗn hợp tạo màng nano bạc phủ lên bề mặt gạch trong thí nghiệm bao gồm: men bóng loại men được sử dụng để phủ bóng bề mặt vật liệu gạch men có nhiệt
28
độ nung là 600 oC, dầu được sử dụng trong thí nghiệm được lấy từ làng nghề gốm Bát Tràng, và nano bạc nồng độ 4.000 ppm được điều chế theo phương pháp dung dịch nước tại Viện Công nghệ môi trường.
Hỗn hợp phủ bề mặt gạch với vật liệu gạch đối chứng được phối trộn bao gồm: men, dầu và nước cất với tỉ lệ phối trộn các thành phần trong hỗn hợp phủ tương đương với tỉ lệ trộn cho vật liệu thí nghiệm. Tỉ lệ phối trộn các thành phần trong hỗn hợp sao cho hỗn hợp tạo được dạng huyền phù đảm bảo có thể đưa được hỗn hợp lên bề mặt vật liệu.
29
Hỗn hợp tạo màng nano bạc phủ lên bề mặt kính trong thí nghiệm bao gồm: kính được sử dụng trong thí nghiệm là kính thông thường ngoài thị trường, dầu được sử dụng trong thí nghiệm là dầu được lấy từ nhà máy kính Đáp Cầu, dầu với tác dụng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của kính, và nano bạc nồng độ 4.000 ppm được điều chế theo phương pháp dung dịch nước tại Viện Công nghệ môi trường.Hỗn hợp được sử dụng tạo màng phủ lên vật liệu, hỗn hợp có tỉ lệ trộn sao cho hỗn hợp có dạng huyền phù.
Hỗn hợp phủ bề kính với vật liệu kính đối chứng được phối trộn bao gồm: dầu và nước cất với tỉ lệ phối trộn các thành phần trong hỗn hợp phủ tương đương với tỉ lệ trộn cho vật liệu thí nghiệm. Tỉ lệ phối trộn các thành phần trong hỗn hợp sao cho hỗn hợp tạo được dạng huyền phù đảm bảo có thể đưa được hỗn hợp lên bề mặt vật liệu.
30 2.3. Phương pháp tạo lớp phủ nano bạc
2.3.1. Phương pháp phủ quét
a. Đối với vật liệu gốm sứ
Mẫu vật liệu gạch là mẫu gạch thường được sử dụng ngoài thị trường. Bề mặt vật liệu được rửa sạch và đem sấy khô.
Chuẩn bị men sử dụng để phủ bề mặt gạch. Hỗn hợp men bao gồm men bóng được sử dụng phủ lấy độ bóng cho gạch, trộn với dung dịch HNO3 và dung dịch methanol CH3OH. Hỗn hợp này được trộn đều và sấy khô tại nhiệt độ 60 oC đến khô. Men sau khi khô hoàn toàn được trộn với dung dịch nano bạc 4.000 ppm và dầu được lấy từ làng gốm Bát Tràng. Hỗn hợp được trộn đều, sử dụng chổi quét, quét đều hỗn hợp trên lên bề mặt của gạch. Đưa gạch đang quét hỗn hợp trên vào tủ sấy, sấy đến khô.
Gạch sau khi được sấy khô, đem nung gạch ở các nhiệt độ khác nhau trong 30 phút bằng lò nung Namertherm. Vật liệu gạch sau khi nung được đánh giá cảm quan như sau: loại bỏ những vật liệu gạch mà lớp men bị bong tróc, vỡ vụn, hoặc men chưa chảy.
b. Đối với vật liệu kính
Vật liệu kính được sử dụng trong đề tài là kính thường được sử dụng ngoài thị trường. Bề mặt mẫu vật liệu được rửa sạch và đem sấy khô.
Chuẩn bị hỗn hợp xử lý bề mặt vật liệu kính: hỗn hợp dung dịch bao gồm dung dịch axit nitrit HNO3 và dung dịch methanol CH3OH với tỷ lệ khác nhau. Đưa mẫu kính đã được rửa sạch sấy khô vào hỗn hợp dung dịch trên ngâm tại nhiệt độ 60 oC trong 45 phút. Khi ngâm kính phải được ngâm hoàn toàn trong hỗn hợp dung dịch. Sau khi đủ thời gian ngâm lấy kính ra và đem sấy khô kính.
31
Chuẩn bị hỗn hợp dung dịch phủ bề mặt: hỗn hợp bao gồm dung dịch dầu (có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của kính) và dung dịch nano bạc hàm lượng 4.000 ppm. Hỗn hợp dung dịch được trộn với tỉ lệ 1:1. Trộn đều hỗn hợp dung dịch trên. Kính sau khi được xử lý bề mặt và sấy khô, sử dụng chổi quét quét đều hỗn hợp trên lên bề mặt kính. Kính sau khi phủ được đem sấy đến khô ở nhiệt độ 120 oC.
Khi kính khô đem nung kính ở nhiệt độ khác nhau trong 30 phút bằng lò nung Namertherm. Vật liệu sau khi nung được đánh giá cảm quan như sau: loại bỏ những vật liệu bị vỡ vụn.
2.3.2. Phương pháp ngâm
a. Vật liệu gốm sứ
Mẫu vật liệu gạch là mẫu gạch thường được sử dụng ngoài thị trường. Bề mặt vật liệu được rửa sạch và đem sấy khô.
Chuẩn bị men sử dụng để phủ bề mặt gạch. Hỗn hợp men bao gồm men bóng được sử dụng phủ lấy độ bóng cho gạch, trộn với dung dịch HNO3 và dung dịch methanol CH3OH. Hỗn hợp này được trộn đều và sấy khô tại nhiệt độ 60 oC đến khô. Men sau khi khô hoàn toàn được trộn với dung dịch nano bạc 4.000 ppm và dầu được lấy từ làng gốm Bát Tràng. Hỗn hợp được trộn đều, đổ hỗn hợp trên ra một đĩa peptri láng cho hỗn hợp trên trải đều trông đĩa, đặt gạch vào đĩa sao cho bề mặt gạch gọn trong đĩa và ngập trong hỗn hợp men. Đưa gạch đang ngâm trong hỗn hợp trên vào tủ sấy, sấy đến khô.
32
Hình 2.3: Bề mặt vật liệu gạch được ngâm trong hỗn hợp phủ
Gạch sau khi được sấy khô, đem nung gạch ở các nhiệt độ khác nhau trong 30 phút bằng lò nung Namertherm. Vật liệu gạch sau khi nung được đánh giá cảm quan như sau: loại bỏ những vật liệu gạch mà lớp men bị bong tróc, vỡ vụn, hoặc men chưa chảy.
b. Vật liệu kính
Vật liệu kính được sử dụng trong đề tài là kính thường được sử dụng ngoài thị trường. Bề mặt vật liệu kính được rửa sạch và đem sấy khô.
Chuẩn bị hỗn hợp xử lý bề mặt kính: hỗn hợp dung dịch bao gồm dung dịch axit nitrit HNO3 và dung dịch methanol CH3OH. Đưa mẫu kính đã được rửa sạch sấy khô vào hỗn hợp dung dịch trên ngâm tại nhiệt độ 60 oC trong 45 phút. Khi ngâm kính phải được ngâm hoàn toàn trong hỗn hợp dung dịch. Sau khi đủ thời gian ngâm lấy kính ra và đem sấy khô kính.
33
Chuẩn bị hỗn hợp dung dịch phủ bề mặt: hỗn hợp bao gồm dung dịch dầu (có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của kính) và dung dịch nano bạc hàm lượng 4.000 ppm. Hỗn hợp dung dịch được trộn với tỉ lệ 1:1. Trộn đều hỗn hợp dung dịch trên. Kính sau khi được xử lý bề mặt và sấy khô, cho kính ngâm ngập bề mă ̣t với hỗn hơ ̣p trên. Kính sau khi ngâm được đem sấy đến khô ở nhiệt độ 120 oC.
Hình 2.4: Bề mặt vật liệu kính được ngâm trong hỗn hợp phủ nano bạc
Khi kính khô đem nung kính ở nhiệt độ khác nhau trong 30 phút bằng lò nung Namertherm. Vật liệu sau khi nung được đánh giá cảm quan như sau: loại bỏ những vật liệu bị vỡ vụn.
2.3.3. Phương pháp in lưới
a. Vật liệu gốm sứ
Mẫu vật liệu gạch là mẫu gạch thường được sử dụng ngoài thị trường. Bề mặt vật liệu được rửa sạch và đem sấy khô.
Chuẩn bị men sử dụng để phủ bề mặt gạch. Hỗn hợp men bao gồm men bóng được sử dụng phủ lấy độ bóng cho gạch, trộn với dung dịch HNO3 và dung dịch methanol CH3OH. Hỗn hợp này được trộn đều và sấy khô tại nhiệt độ 60 oC đến
34
khô. Men sau khi khô hoàn toàn được trộn với dung dịch nano bạc 4.000 ppm và dầu được lấy từ làng gốm Bát Tràng. Hỗn hợp được trộn đều, đổ hỗn hợp trên , sử dụng lưới in lụa, in hỗn hợp phủ lên bề mặt kính, sử dụng gạt gạt đều lượng hỗn hợp phủ lên bề mặt gạch. Đưa gạch đã được in lớp phủ màng hỗn hợp trên vào tủ sấy, sấy đến khô.
Gạch sau sau khi được sấy khô, đem nung gạch ở các nhiệt độ khác nhau trong 30 phút bằng lò nung Namertherm. Vật liệu gạch sau khi nung được đánh giá cảm quan như sau: loại bỏ những vật liệu gạch mà lớp men bị bong tróc, vỡ vụn, hoặc men chưa chảy.
b. Vật liệu kính
Vật liệu kính được sử dụng trong đề tài là kính thường được sử dụng ngoài thị trường. Bề mặt vật liệu kính được rửa sạch và đem sấy khô.
Chuẩn bị hỗn hợp xử lý bê mặt kính: hỗn hợp dung dịch bao gồm dung dịch axit nitrit HNO3 và dung dịch methanol CH3OH với tỷ lệ khác nhau. Đưa mẫu kính đã được rửa sạch sấy khô vào hỗn hợp dung dịch trên ngâm tại nhiệt độ 60 oC trong 45 phút. Khi ngâm kính phải được ngâm hoàn toàn trong hỗn hợp dung dịch. Sau khi đủ thời gian ngâm lấy kính ra và đem sấy khô kính.
Chuẩn bị hỗn hợp dung dịch phủ bề mặt: hỗn hợp bao gồm dung dịch dầu (có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của kính) và dung dịch nano bạc hàm lượng 4000 ppm. Hỗn hợp dung dịch được trộn với tỉ lệ 1:1. Trộn đều hỗn hợp dung dịch trên. Kính sau khi được xử lý bề mặt và sấy khô, sử dụng lưới in lụa, in hỗn hợp phủ lên bề mặt kính, sử dụng gạt gạt đều lượng hỗn hợp phủ lên bề mặt kính. Kính sau khi phủ được đem sấy đến khô ở nhiệt độ 120 oC.
35
Hình 2.5: Lưới in sử dụng để in hỗn hợp màng phủ lên bề mặt vật liệu
Khi kính khô đem nung kính ở nhiệt độ khác nhau trong 30 phút bằng lò nung Namertherm. Vật liệu sau khi nung được đánh giá cảm quan như sau: loại bỏ những vật liệu bị vỡ vụn.
2.4. Phương pháp phân tích
2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Phương pháp hiển vi điện tử quét được phát triển lần đầu tiên vào năm 1942 và thiết bị có giá trị thương mại được giới thiệu vào năm 1965. Phương pháp này được phát triển muộn hơn so với TEM là do khó khăn về mặt điện tử trong việc quét dòng electron.
36
Nhưng phương pháp SEM tỏ ra phổ biến hơn so với TEM do SEM có thể thu được những bức ảnh có chất lượng ba chiều cao, có sự rõ nét hơn và không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu, tuy nhiên phương pháp TEM lại cho hình ảnh có độ phóng đại lớn hơn. Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi tử 10 đến 100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt.
Tthiết bị SEM có nguyên tắc hoạt động là chùm electron từ ống phóng được đi qua một vật kính và được lọc thành một dòng hẹp. Vật kính chứa một số cuộn dây (cuộn lái electron) được cung cấp với điện thế thay đổi, cuộn dây tạo nên một trường điện từ tác động lên chùm electron trên bề mặt mẫu. Khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu tạo thành một tập hợp các hạt thứ cấp đi tới detector, tại đây nó được chuyển thành tín hiệu điện được khuyếch đại. Tín hiệu điện được gửi tới ống tia catôt và được quét lên màn hình tạo nên ảnh. Độ nét của ảnh được xác định bởi số hạt thứ cấp đập vào ống tia catôt, số hạt này lại phụ thuộc vào góc bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu, tức là phụ thuộc vào mức độ lồi lõm bề mặt. Vì thế ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo bề mặt của vật liệu.
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Mặc dù phát triển trước nhưng đến bây giờ TEM mới tỏ ra có ưu thế hơn SEM trong lĩnh vực vật liệu mới. Nó có thể dễ dàng đạt được độ phóng đại 400.000 lần với nhiều vật liệu, và với các nguyên tử nó có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu lần. Cấu trúc của thiết bị TEM khá giống với một máy chiếu (projector), một chùm sáng được phóng qua xuyên phim (slide) và kết quả thu được sẽ phản ánh những chủ đề được thể hiện trên đó, hình ảnh sẽ được phóng to và hiển thị lên màn hình chiếu.
37
Các bước của ghi ảnh TEM cũng tương tự: chiếu một chùm electron qua một mẫu vật, tín hiệu thu được sẽ được phóng to và chuyển lên màn huỳnh quang cho người sử dụng quan sát. Mẫu vật liệu chuẩn bị cho TEM phải mỏng để cho phép electron có thể xuyên qua giống như tia sáng có thể xuyên qua vật thể kính hiển vi quang học, do đó việc chuẩn bị mẫu sẽ quyết định tới chất lượng của ảnh TEM.
o Một chùm electron được tạo ra từ nguồn cung cấp
o Chùm electron này được tập trung lại thành dòng electron hẹp bởi các thấu kính hội tụ điện từ.
o Dòng electron đập vào mẫu và một phần sẽ xuyên qua mẫu.
o Phần truyền qua sẽ được hội tụ bởi một thấu kính và hình thành ảnh. o Ảnh được truyền từ thấu kính đến bộ phận phóng đại.
o Cuối cùng tín hiệu tương tác với màn hình huỳnh quang và sinh ra ánh sáng cho phép người dùng quan sát được ảnh. Phần tối của ảnh đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu dày hoặc có mật độ cao). Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có mật độ thấp).
Tuy có độ phóng đại và độ phân giải cao hình ảnh của TEM không thể hiện đuọc tính lập thể của vật liệu. Nhiều trường hợp người ta sử dụng kết hợp phương pháp SEM và TEM để khai thác những ưu điểm của hai phương pháp này.
Trong các phương pháp hiển vi điện tử, khi các electron va chạm với hạt nhân nguyên tử của mẫu sẽ xảy ra hàng loạt các hiệu ứng khác nhau và dựa trên những hiệu ứng này người ta có thể kết hợp hiển vi điện tử với các phương pháp phân tích định tính cũng như định lượng.
38
2.4.3. Phương Pháp EDX
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở đó, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng