CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
1.2. Hạt nano bạc
Các hạt nano kim loại quý (Au, Ag, Pt) đang thu hút sự nghiên cứu của các nhà khoa học cơ bản cũng như của các kĩ sư vật liệu do chúng có những ứng dụng rải khắp các lĩnh vực của đời sống từ hàng hóa, thực phẩm tiêu dùng, sản phẩm chăm sóc sức khỏe, xử lý mơi trường đến y sinh học [46]. Trong các hạt nano kim loại liên quan đến ứng dụng trong y sinh học thì hạt nano kim loại bạc Ag là một trong những vật liệu nano quan trọng và hấp dẫn nhất. Hạt nano bạc được quan tâm nghiên cứu bởi các tính chất đặc biệt như tính chất diệt khuẩn, độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, bền về mặt hóa học, hiện tượng cộng hưởng Plasmon, tán xạ Raman tăng cường bề mặt và khả năng tương thích sinh học tốt [9].
1.2.1. Tổng quan về hạt nano bạc
Hạt nano bạc có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (ngồi ra còn tồn tại ở dạng cấu trúc lục giác) bán kính ion 0,23 nm, bán kính ngun tử 0,288 nm và có cấu hình 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1. Các thơng số ơ cơ sở là a = b = c = 4,08 Å. Mỗi ơ cơ sở có 4 nguyên tử.
Khác với các kim loại nặng khác như chì, thủy ngân… hạt nano bạc có tính độc với vi khuẩn thơng thường, kháng sinh, virut, nấm nhưng không độc với cơ thể người. Đặc biệt, khả năng kháng khuẩn của hạt nano bạc cao gấp khoảng 5000 lần
so với kim loại bạc. Ngồi ra hạt nano bạc cịn có một số ưu điểm nổi trội như tính ổn định nhiệt cao, chi phí sản xuất thấp, độ bền hóa học tốt, phân tán đều và ổn định trong nhiều dung môi khác nhau (dung môi phân cực – nước, dung mơi khơng phân cực – benzene).
Hình 1.6. Ảnh TEM của hạt nano bạc có cấu trúc ngũ giác [41]. 1.2.2. Tính chất của hạt nano bạc
Tính chất điện – nhiệt – xúc tác
Hạt nano bạc có tính chất dẫn điện rất tốt, được coi là tốt nhất trong các kim loại. Đặc trưng I-U không là đường tuyến tính như các vật liệu khối kim loại do xuất hiện hiệu ứng chắn Coulomb làm cho đường đặc trưng bị nhảy bậc.
Các hạt nano có diện tích bề mặt lớn, do đó có rất nhiều nguyên tử trên bề mặt vật liệu. Mà các ngun tử trên bề mặt thường có ít các ngun tử lân cận liên kết mạnh so với các nguyên tử bên trong vật liệu do đó nhiệt độ nóng chảy của các hạt nano cao hơn vật liệu khối.
Hạt nano bạc có số lượng nguyên tử hoạt động bề mặt lớn hơn so với kim loại khối do đó nó có hoạt tính xúc tác mạnh hơn. Ví dụ, một hạt nano bạc kích thước 3 nm có 1000 ngun tử thì có tới 400 ngun tử trên bề mặt.
Tính chất quang (Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt)
Hình 1.7. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano bạc [35].
Hiện tượng cộng hưởng Plasmon là hiện tượng xảy ra khi chiếu ánh sáng kích thích tới các hạt nano kim loại thì chúng sẽ hấp thụ ánh sáng này.Trong kim loại có nhiều điện tử tự do, khi có ánh sáng chiếu tới các điện tử này sẽ dao động dưới tác dụng của điện từ trường tạo thành dao động plasma bề mặt. Tuy nhiên các dao động này nhanh chóng dập tắt do sai hỏng mạng hay do quãng đường tự do trung bình nhỏ hơn kích thước điện tử trong tinh thể kim loại. Khi kích thước kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình (cỡ kích thước của bước sóng ánh sáng tới), các điện tử tự do sẽ dao động với tần số cộng hưởng với ánh sáng kích thích tạo thành các đỉnh hấp thụ cao quan sát được trong phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến. Lúc này hạt nano bị phân cực điện và tạo thành một lưỡng cực điện. Các đỉnh cộng hưởng plasmon và bề rộng đỉnh cộng hưởng phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của hạt nano, bản chất của kim loại và môi trường xung quanh.
Tính chất diệt khuẩn
Ion bạc liên kết với peptidoglycan – thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn gây bệnh. Sau đó các ion này đi vào bên trong và phản ứng với nhóm Sunfuahydrin –SH của phân tử enzyme và vơ hiệu hóa enzyme này, làm ức chế quá
Trường điện từ Quả cầu bạc Đám mây điện tử Thời gian
trình vận chuyển oxy vào bên trong dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn [42].
Ngoài ra, các ion bạc liên kết với bazo của DNA và trung hịa điện tích gốc phosphate từ đó ngăn chặn q trình sao chép DNA đối với các vi khuẩn có hại.
Hình 1.8. (a) Hình ảnh các vi khuẩn được ni cấy có chứa hạt nano bạc;
Ảnh HAADF STEM của hạt nano bạc với (b) vi khuẩn E.Coli, (c) vi khuẩn S.typhus, (d) vi khuẩn P.Aeruginosa và (e) vi khuẩn V.Choclrae [42].