5. Ý ng ha thực tiễn của đề tài
1.2.3 Chức hóa GO và phản ứng Diels-Alder
Sự chức hóa của ống GO hiện đang là chủ đề nhận đƣợc sự tích cực quan tâm từ các nhà nghiên cứu ởi vì những quá trình sửa đổi, iến tính hóa học GO sẽ mở ra những hƣớng ứng dụng thiết thực trong công nghệ nano. Vì sự kết hợp tuyệt vời của các tính ch t cơ khí, nhiệt, hóa học, điện tử, GO đƣợc coi là vật liệu với r t nhiều hứa hẹn ứng dụng trong tƣơng lai, đặc iệt là trong l nh vực công nghệ nano, điện tử, và vật liệu composite.
Chức hoá GO là một quá trình ổ sung các nhóm chức mới vào ề mặt car on thông qua các quá trình tác động hoá học hoặc vật lý. Chức hoá đƣợc phân thành hai loại, cộng hoá trị (covalent) và không cộng hoá trị (noncovalent). So với phƣơng pháp không cộng hoá trị, phƣơng pháp cộng hoá trị mang lại những lợi ích lớn trong việc đạt đƣợc sự ổn định và lâu dài cho GO với hiệu su t vƣợt trội. Một số nghiên cứu trƣớc đây về phƣơng pháp chức hoá dạng cộng hoá trị để iến tính GO đƣợc phát triển và thúc đẩy mạnh mẽ các ứng dụng của GO. Tuy nhiên, các phƣơng pháp trên thƣờng đòi hỏi những điều kiện phản ứng khắc nghiệt nhƣ sử dụng ch t oxy hóa
13
mạnh (COCl2, SOCl2,…) trong điều kiện yếm khí, nhiệt độ cao và qua nhiều ƣớc tiến hành phức tạp. Vì vậy, việc chức hóa GO ằng một phƣơng pháp đơn giản, chi phí th p và hiệu quả là điều vô cùng cần thiết.
Trong số những phản ứng sử dụng trong quá trình chức hoá GO, phản ứng Diels- Alder có tiềm n ng lớn khi điều kiện phản ứng ôn hòa, không sử dụng t kỳ ch t xúc tác nào, và có thể thực hiện trong dung môi ―xanh‖ nhƣ nƣớc, ch t lỏng ion.
1.3 Tổng quan về nano bạc
1.3.1 Giới thiệu về kim loại bạc và nano bạc
Bạc là tên một nguyên tố hóa học trong ảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu (Ag) và số hiệu nguyên tử ằng 47. Là một kim loại chuyển tiếp màu trắng, mềm, nó có tính dẫn điện cao nh t trong t kỳ nguyên tố nào và có độ dẫn nhiệt cao nh t trong t t cả kim loại. Kim loại ạc xu t hiện trong tự nhiên ở dạng nguyên ch t, nhƣ ạc tự sinh, và ở dạng hợp kim với vàng và các kim loại khác, và ở trong các khoáng vật nhƣ argentit và chlorargyrit. Hầu hết ạc đƣợc sản xu t là một sản phẩm phụ của điều chế đồng, vàng, chì, và kẽm [60].
Hình 1.2 Kim loại ạc
Bạc là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng hơn vàng một chút), có hóa trị một, để đúc tiền, có màu trắng óng ánh kim nếu ề mặt có độ đánh óng cao. Bạc có độ dẫn điện tốt nh t trong các kim loại, cao hơn cả đồng, nhƣng do giá thành cao nên nó không đƣợc sử dụng rộng rãi để làm dây dẫn điện nhƣ đồng. Bạc nguyên ch t có độ
14
dẫn nhiệt cao nh t, màu trắng nh t, độ phản quang cao nh t (mặc dù nó là ch t phản xạ tia cực tím r t kém), và điện trở th p nh t trong các kim loại. Các muối halogen của ạc nhạy sáng và có hiệu ứng rõ nét khi ị chiếu sáng. Kim loại này ổn định trong không khí sạch và nƣớc, nhƣng ị mờ xỉn đi trong ozone, chlorhydric acid, hay không khí có chứa lƣu huỳnh. Trạng thái oxi hóa ổn định nh t của ạc là +1 [60, 61].
Các hạt ạc sau khi đã chuyển sang dạng ion (Ag+) thì có khả n ng t n công vào nhiều vị trí trong tế ào vi sinh vật, vô hiệu hóa các chức n ng của tế ào y và làm ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp của tế ào, quá trình vận chuyển qua màng tế ào, quá trình phiên mã, dịch mã các RNA, DNA.
Ion Bạc có lực r t mạnh đối với các nhóm chức mang điện tích âm trong cơ thể phân tử sinh học nhƣ nhóm –SH, -COOH… cũng nhƣ các nhóm chức tích điện âm khác trong khắp tế ào vi khuẩn. Chính phản ứng liên kết đó đã làm thay đổi c u trúc của các đại phân tử sinh học, làm chúng trở nên m t tác dụng trong tế ào. Vì vậy, hầu nhƣ các vi sinh vật không thể có khả n ng chống lại tính sát khuẩn của ạc. Tuy nhiên tác dụng ảo vệ của Ag chỉ đƣợc tận dụng đến mức cao nh t khi công nghệ nano ra đời [62].
Nano ạc ao gồm các hạt ạc có kích thƣớc nano, khoảng từ 1-100 nanomet. Thông thƣờng kích thƣớc đo đƣợc khoảng 25 nanomet. Các hạt nano ạc có diện tích mặt r t lớn giúp gia t ng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn hoặc n m. Cho nên với tính n ng khử vi khuẩn của nano ạc, có thể nói đó là công nghệ kháng khuẩn mạnh và an toàn nh t hiện nay - nano ạc sở hữu khả n ng tuyệt vời để tiêu diệt vi khuẩn g p hàng tr m lần so với ạc kim loại và giúp chữa lành các vết thƣơng thông qua công nghệ nano [63].
Thông thƣờng, các hạt nano ạc đƣợc điều chế theo phƣơng pháp hóa học sử dụng các hóa ch t có thành phần là ạc nên dung dịch nano ạc thu đƣợc hay ị nhiễm tạp ch t, ngoài ra cần phải sử dụng dung dịch ổn định kích thƣớc nano khi lƣu trữ,
15
nên hiệu quả diệt khuẩn sẽ không cao ằng nano đƣợc sản xu t trực tiếp từ ạc nguyên ch t.
1.3.2 Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc
Khả n ng diệt khuẩn của hạt nano bạc là kết quả của quá trình iến đổi (giải phóng liên tục) các nguyên tử bạc kim loại trên ề mặt hạt nano bạc thành các ion Ag+
tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi khuẩn và diệt khuẩn theo cơ chế sau:
Hình 1.3 Cơ chế diệt khuẩn của nano ạc Cơ chế thứ nh t: Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+
và Сa2+ qua màng tế ào, ng n cản quá trình trao đổi ch t (Hình1.3A).
Cơ chế thứ hai: Phá vỡ màng tế ào, oxy hóa nguyên sinh ch t của tế ào vi khuẩn, phá hủy nguyên sinh ch t ởi oxy hòa tan trong nƣớc với vai trò xúc tác của bạc (Hình 1.3B).
Cơ chế thứ a: Tác động gián tiếp lên phân tử DNA ằng cách t ng số lƣợng các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp ch t chứa oxy hoạt động, làm rối loạn các quá trình oxy hóa cũng nhƣ phosphoryl hóa trong tế ào vi khuẩn (Hình 1.3C).
Cơ chế thứ tƣ: vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ cân ằng áp su t thẩm th u, hoặc tạo phức với acid nucleic dẫn đến làm thay đổi c u trúc DNA của tế ào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến c u trúc DNA Hình 1.3D).
16
Màng ảo vệ của tế ào vi khuẩn là một c u trúc gồm các glycoprotein đƣợc liên kết với nhau ằng cầu nối acid amin để tạo độ cứng cho màng. Các ion ạc vừa mới đƣợc giải phóng ra từ ề mặt các hạt nano ạc tƣơng tác và ức chế vi khuẩn. Các tế ào động vật thuộc nhóm sinh vật ậc cao (sinh vật đa ào: động vật nói chung ao gồm cả con ngƣời là động vật ậc cao) có lớp màng ảo vệ hoàn toàn khác so với tế ào vi sinh vật đơn ào (n m, vi khuẩn và virus). Tế ào của động vật ậc cao có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đôi ền vững có khả n ng cho điện tử do đó không cho phép các ion ạc xâm nhập, vì vậy tế ào không ị tổn thƣơng khi tiếp xúc với các ion ạc. Điều này có ngh a nano ạc hoàn toàn không gây hại đến con ngƣời và động vật nói chung, do c u trúc màng tế ào ền vững và dày hơn các vi sinh vật đơn ào gây ệnh nhƣ n m, vi khuẩn và virus [64].
1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong nước về vật liệu nano bạc
N m 2009, tác giả Nguyễn Thị Phƣơng Phong cùng cộng sự đã chế tạo vật liệu mút xốp polyurethane mang các hạt nano ạc kích thƣớc 6-12 nm ằng phƣơng pháp polyol, sử dụng để lọc nƣớc uống nhiễm khuẩn E. coli và B.subtillis với hiệu quả diệt khuẩn 100% [65].
N m 2020, tác giả Mai Ngọc Tu n Anh cùng cộng sự tổng hợp vật liệu nano ạc hình cầu kích thƣớc trung ình 21-85 nm và dạng thanh ằng phƣơng pháp polyol. Vật liệu nano ạc cho th y diệt E. coli tốt hơn S. aureus. Kích thƣớc và hình dạng của vật liệu nano ạc ảnh hƣởng đến khả n ng diệt khuẩn của chúng [66].
N m 2010, tác giả Nguyễn Cửu Khoa và Cao V n Dƣ tổng hợp vật liệu nano ạc trên polyamidoamin. Kích thƣớc của vật liệu nano ạc trung ình 10-50 nm phụ thuộc vào lƣợng AgNO3 và PAMAM [67].