6. Bố cục luận văn
1.2.7. Ứng dụng của hạt nano bạc
Với sự phát triển của công nghệ nano, bạc nano là một đối tượng nhận được nhiều chú ý của các nhà khoa học cũng như các doanh nghiệp. Vì bạc không những mang lại những đặc tính đáng quý của vật liệu nano mà còn có
những tính chất riêng khác biệt ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt nano bạc để tiêu diệt tế bào ung thư.
a. Ứng dụng của nano bạc trong y học và sức khỏe con người
Trong lĩnh vực y học, bạc nano sử dụng rất phổ biến, không chỉ làm các dung dịch có tính sát trùng cao trên cơ thể, người ta còn tìm ra phương pháp khử bạc nano lên các dụng cụ y tế để vô trùng tuyệt đối, nhất là các thiết bị hoạt động bên trong cơ thể khi mổ nội soi, tim, phổi, làm khớp xương nhân tạo, những bộ phận giả,… Gần đây người ta phát hiện việc dùng nano bạc như một chất kháng sinh thiên nhiên có nhiều ưu điểm so với chất kháng sinh tổng hợp. Thứ nhất, các kháng sinh tổng hợp thường có hiệu ứng phụ là diệt cả những enzyme và vi sinh vật có ích trong cơ thể nên khi dùng chúng thường làm cho cơ thể thiếu vitamin và có thể gây tiêu chảy. Bạc tránh được hiện tượng này vì bạc diệt vi trùng có hại nhưng không đụng đến các tế bào và vi khuẩn có ích. Bạc còn diệt được nhiều virus mà kháng sinh tổng hợp không làm được. Thứ hai, sau một thời gian sử dụng kháng sinh tổng hợp, nhiều vi sinh vật gây bệnh sống sót, và qua vài đời, ở chúng xuất hiện tính đề kháng với các loại kháng sinh. Nhưng bạc diệt hoàn toàn mầm bệnh theo một cơ chế khác hẳn, can thiệp vào hoạt động sống của vi khuẩn gây hại để làm chết chúng nên chúng không thể tự thích nghi để chống lại bạc.
Một vài ứng dụng của bạc trong y học như:
+ Khẩu trang nano bạc: Được thiết kế với 3-4 lớp gồm 2 lớp vải, một lớp vật liệu tẩm nano bạc và than hoạt tính ở giữa, loại khẩu trang này có khả năng diệt khuẩn, diệt virus, lọc không khí rất tốt. Lớp vải tẩm nano bạc có chức năng diệt vi khuẩn, virus, nấm bị giữ lại trên khẩu trang đồng thời có tác dụng khử mùi.
Hình 1.7. Khẩu trang nano bạc do viện môi trường sản xuất
+ Sản xuất thuốc chữa bệnh
Hình 1.8. Các dược phẩm sử dụng nano bạc
+ Màng hô hấp: Đó là một tấm màng mỏng có thể cho khí và hơi nước qua nhưng không thể cho chất lỏng đi qua, có vô số những lỗ khí nhỏ tồn tại trong tấm film. Các hạt nano bạc gần đây đã được kết hợp với film polyolefin với đặc tính kháng khuẩn rất tốt.
Hình 1.9. Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film polyolefin
b. Ứng dụng nano bạc trong sản suất hàng tiêu dùng
Một số tính chất đặc trưng của nano bạc được ứng dụng trong sản xuất hàng tiêu dùng:
Vì nano bạc ở trạng thái keo (colloid), không phải dạng ion như thường gặp, mà tồn tại ở dạng bạc nguyên tố nên không bị thất thoát trong khi chùi rửa. Trong khi ứng dụng sản phẩm chỉ cần một phần bạc rất nhỏ để kháng khuẩn. Khả năng kháng khuẩn có tác dụng suốt quá trình tồn tại của sản phẩm. Ứng dụng của Nano bạc vào sản phẩm ở nồng độ rất thấp. Ngay khi chúng ta ăn các sản phẩm có chứa Nano bạc, thì hàm lượng nano bạc cũng không thể cao hơn định mức WHO đã đưa ra. Hàm lượng nano bạc tiết ra ngoài dùng diệt khuẩn so ra thấp hơn định mức của WHO ở vào cấp lũy thừa nên rất an toàn khi sử dụng.
Sản phẩm có chứa Nano bạc được đưa vào sản phẩm qua qui trình nóng chảy của nhựa, điều khiển sự thất thoát qua sự chà sát (vật lý) không thể xảy ra. Mọi tác động chà sát bào mòn gây thất thoát ở cấp độ lớn hơn cấp nano.
Nano bạc ở dạng colloid có tính chất làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm. Thí dụ sản phẩm trắng trong sẽ trở nên hơi có màu beige, trắng tự nhiên, hoặc màu như rượu champagne. Đối với các màu vàng, cam, xanh lợt,… thì không bị ảnh hưởng. Có thể xảy ra hiện tượng màu cơ bản bị biến
đổi, tuy nhiên không nhất thiết phải xảy ra hiện tượng này. Bù lại sản phẩm sẽ không bị vàng ố, tức là không có sự thay đổi màu qua ánh sáng hoặc qua các qui trình giặt giũ,...
Lệ thuộc vào diện tích lớn của các sản phẩm sợi, như micro fiber,... chúng ta cần cho mỗi sản phẩm những thông số khác nhau, tuy nhiên hàm lượng nano bạc sẽ vẫn thấp hơn 0,05 – 0,5 phần ngàn. Đối với các thùng chứa, chai, bình, thông số lại hoàn toàn khác hẳn. Nồng độ nano bạc từ 0,2 - 0,5 phần ngàn là chuẩn, tuy nhiên vẫn còn lệ thuộc các yếu tố sản xuất khác.
Việc sản xuất các mặt hàng tiêu dùng bằng kim loại bạc nguyên chất hoặc phủ chúng bằng bạc là rất đắt. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, pha các nguyên liệu khác với hạt nano bạc là một phương pháp thích hợp để khai thác tính chất của bạc. Các hạt nano siêu nhỏ thể hiện các tính chất khác biệt hoặc nổi bật hơn so với nguyên liệu dạng macro. Các hạt nano siêu nhỏ làm cho các hạt có diện tích bề mặt lớn cân đối với khối lượng của chúng. Trường hợp bạc ở dạng hạt nano, cho phép chúng tương tác dễ dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả kháng khuẩn. Hiệu quả này lớn tới mức 1 gam hạt nano bạc có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm mét vuông chất nền. Hiện nay, các sản phẩm làm bằng những hạt nano bạc đã được các cơ quan FDA, EPA của Mỹ, SIAA của Nhật Bản,... chính thức phê chuẩn.
Hiện nay, các nhà sản xuất đã sản xuất các hàng tiêu dùng sử dụng tính chất kháng khuẩn của các hạt nano bạc như tủ lạnh, điều hòa và máy giặt. Ngoài ra các loại đồ chơi, quần áo, hộp đựng thực phẩm, chất tẩy quần áo cũng đã sử dụng nano bạc. Một số ứng dụng tiềm năng khác của các hạt nano bạc cũng đang được xem xét áp dụng trong mô cấy sinh học, băng vết thương,...
Ngoài ra, hiện nay nano bạc còn ứng dụng sản xuất sợi nhân tạo dùng dệt vải, khăn quần áo có chức năng kháng khuẩn, chống hôi. Trong lĩnh vực hóa
học polimer để sản xuất PET, PP, PA, các hạt nhựa sẽ được trộn chung vào các hạt nhựa không chứa nano bạc khác trong quá trình sản xuất, kéo sợi. Nano bạc không chỉ tẩm, phủ lên bề mặt mà được đưa vào trong sản phẩm qua qui trình nóng chảy dùng sản xuất tấm ra trải giường, khăn lau chén, bát, thảm trải nền nhà, túi bọc tấm đệm giường, quần áo (tạp dề, vớ (tất), t- shirts,…) cũng như các sản phẩm vệ sinh khác như quần áo cho bệnh viện, quần áo bảo vệ, khẩu trang. Ngoài ra, nano bạc còn dùng trong các qui trình sản xuất khác như sản xuất nhựa nhiệt dẻo, qui trình phun ép các bộ phận, các bình chứa, chai,... hoặc ống nhựa dẫn chất lỏng, nước.
Một số hàng tiêu dùng có chứa nano bạc
Hình 1.10. Bình sữa làm bằng nhựa có pha thêm nano bạc
Hình 1.12. Thiết bị gia dụng sử dụng công nghệ Nano Silver để diệt khuẩn.
Hình 1.13. Các đồ dùng gia dụng chứa nano bạc
c. Ứng dụng của hạt nano bạc trong xúc tác
Nano bạc với diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt cao rất hữu ích cho việc làm xúc tác. Khi được làm xúc tác thì các hạt nano được phủ lên các chất mang như silica phẳng,… chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano bạc bám trên các chất mang. Đồng thời, có thể làm tăng độ bền, tăng tính chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi quá nhiệt cũng như kết khối cục bộ giúp kéo dài thời gian hoạt động của chất xúc tác. Ngoài ra, hoạt tính xúc tác có thể điều khiển bằng kích thước của các hạt nano bạc dùng làm xúc tác.
Xúc tác nano bạc được ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa ethylen thành ethylen oxit [15], [24] dùng cho các phản ứng khử các hợp chất nitro, làm chất phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí CO của
xúc tác FCC. Ngoài ra, xúc tác nano bạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng NaBH4.
d. Ứng dụng của bạc nano trong lĩnh vực may mặc [6], [10]
Các nhà nghiên cứu đại học Clemson(Mỹ) vừa chế tạo một loại chất phủ mới, giúp con người có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử dụng các hạt nano bạc có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc người. Hạt nano tạo ra các bướu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polymer làm bướu vĩnh viễn bám vào vải. Khi vải tiếp xúc với nước, chẳng hạn dưới trời mưa, chất bẩn sẽ tự cuốn trôi dễ dàng. Brown nói “Người mặc vẫn cần một ít nước để loại bỏ chất bẩn. Tuy nhiên quá trình giặt sẽ nhanh hơn và không phải giặt thường xuyên như quần áo hiện nay”.
Có thể gắn lớp phủ vào mọi loại vải, từ polyester, bông cho tới lụa. Chất phủ mới cũng có tiềm năng được phủ lên quần áo trẻ em, quần áo bệnh viện, đồ thể thao, quân phục và áo mưa …
Với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ nano, trong thời gian tới người ta còn khám phá ra nhiều đặc tính ưu việt hơn nữa của bạc nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lượng cuộc sống và tiến bộ xã hội.
e. Ứng dụng của bạc nano- Hoạt tính diệt khuẩn
Vật liệu bạc nano vừa kết hợp được những tính chất ưu việt của vật liệu nano, vừa kết hợp được những tính chất quý báu của Ag kim loại nên có rất nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, một ứng dụng quan trọng của bạc nano đó là hoạt tính diệt khuẩn của nó.
Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu giải thích hoạt tính diệt khuẩn của bạc. Tuy nhiên cơ chế chính xác của bạc và ion Ag+ tấn công vào vi sinh vật như thế nào thì không thực sự rõ ràng. Hiện nay, các nhà khoa học
đưa ra 3 giả thiết về cơ chế diệt khuẩn này:
- Các nhóm thiol (-SH) trong thành tế bào của các vi sinh vật, virus đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và năng lượng của chúng. Ion Ag+ có khả năng liên kết tạo các chất không tan với các nhóm thiol này và do vậy vô hiệu hoá khả năng hoạt động của chúng.
- Ag+ ngăn cản quá trình hô hấp của các vi sinh vật, virus do Ag+ có khả năng ức chế các enzim tham gia vào quá trình hô hấp như xitocrom, oxidaza, các muối của sucxinat dehydrogenaza…
- Ag+ tấn công vào các AND của tế bào vi khuẩn, phá huỷ các mạch nucleotit bằng cách chuyển chỗ, làm đảo lộn các liên kết Hidro giữa các nhóm purin và các nhóm pyrimidin liền kề nhau.
- Tuy là chất độc đối với các loài vi khuẩn, virus nhưng Ag lại không độc hại với các tế bào sống của cơ thể con người và động thưc vật. Chính vì vậy mà Ag là một vật liệu kháng khuẩn lý tưởng [17], [25].
Hình 1.14. Hình minh họa hạt nano bạc tấn công và phá vỡ tế bào vi khuẩn