Quy trình kháng khu n c a v t li u nanocomposite Ag/GO đ c th hi n hình 1.9.
Hình 1.9μ C ch kháng khu n c a Ag/GO
Quá trình di t khu n c a v t li u nanocomposite Ag/GO đ c th hi n qua hình 1.9, quá trình này chia làm b n giai đo n:
(1)Ion hóa các h t AgNPs đ gi i phóng Ag+;
(2)Ion Ag+bám lên các lipid tích đi n âm do l c hút t nh đi n trên màng t bào;
(3) GO đâm xuyên màng, làm t n th ng màng, Ag+thâm nh p vào t bào;
(4) S n sinh các g c t do (Reactive oxygen species–ROS), c ch và gây t n
16 1.2.3.4. ng d ng
V t li u nanocomposite Ag/GO đ c ng d ng nhi u nh t trong l nh v c kháng khu n, c AgNPs và GO đ u th hi n ho t tính kháng khu n nh ng khi s d ng riêng l thì ho t tính kháng khu n b h n ch nhi u. C th trong c u trúc GO do liên k t – khi n các t m GO x p ch ng, cịn AgNPs có xu h ng k t t l i. Khi k t h p hai v t li u này có th kh c ph c nh ng h n ch c a nhau d n đ n t ng
hi u su t kháng khu n. Ngoài tác d ng kháng khu n, v t li u nanocomposite Ag/GO
còn đ c ng d ng đ ch t o c m bi n quang h c phát hi n các phân t sinh h c, ch t xúc tác n đnh x lỦ màu n c th i, s n sinh dòng quang đi n, s n xu t siêu t đi n hi u n ng cao. Trong lu n v n này, Ag/GO đ c ph lên b m t v i polyester có kh n ng kháng khu n ng d ng trong l nh v c y t .
1.3. V i polyester ph v t li u Ag/GO 1.3.1. Gi i thi u v i PE 1.3.1. Gi i thi u v i PE
Ngày nay v i nhu c u cu c s ng ngày càng hi n đ i và phát tri n thì ngành d t may là m t trong nh ng l nh v c không th thi u trong cu c s ng. T các ngành ngh th i trang, m thu t, nông nghi p, công nghi p, v.v đ u ng d ng đ n các s n ph m c a ngành may m c, trong đó các lo i v i là m t y u t c n thi t, đ c bi t là trong
l nh v c y t .
V i polyester (PE) hay còn g i là polyethylene terephthalate là m t trong nh ng lo i s i t ng h p phát tri n nhanh nh t trong ngành công nghi p d t may do các đ c tính n i b t c a nó nh chi phí s n xu t th p, đ b n cao, ít b mài mịn do hóa ch t và
n c t y r a, n đ nh kích th c, ch ng nh n và khơ nhanh. Tuy nhiên, 100 % PE có
đ c tính gi m và hút m r t kém so v i các lo i s i t nhiên ch ng h n nh coton. PE có kh n ng gi m ch 0,42 % trong đi u ki n môi tr ng v i đ m t ng đ i là 65 % và 20 oC trong 24 gi trong khi v i coton có kh n ng gi m lên đ n 8,5 % [37]. Kh n ng th m n c và gi m kém c a PE làm cho lo i v i này tr thành m t trong s các lo i v i ít đ c a chu ng trong nhi u s n ph m d t may nh qu n áo th thao,
đ n i th t, đ b o h hay kh u trang y t . Vì th , c n có các bi n pháp ti n x lý v i hi u qu đ c i thi n kh n ng th m và bám dính c a Ag/GO lên v i PE.
17
1.3.2. Ph ng pháp ti n x lý b m t v i PE
Trong c u t o c a PE đ c đ c tr ng b i các nhóm ch c k n c thi u đi các
nhóm ch c a n c nh –OH, –NH2, –COOH, v.v. trên b khung n n là chu i polyme dài trong c u trúc PE. Khi s d ng PE đ ch t o qu n áo th thao v i m c đ v n đ ng cao hay s d ng làm kh u trang, hi n t ng đ m hơi x y ra thì PE có
xu h ng gi l i m hơi cho c th , khơng có đ thống khí hay v n chuy n h i n c ra bên ngồi, t o mơi tr ng m t r t d đ vi sinh v t phát tri n gây b nh. Ngồi ra, do tính ch t k n c m c đ tích t đi n tích c a s i PE c ng cao h n so v i lo i v i s i t nhiên. Tính ch t t nh đi n này c a v i PE r t khơng mong mu n vì s làm cho s i v i dính l i vào nhau nh h ng đ n hi u qu s d ng.
Có nhi u ph ng pháp khác nhau đ ti n x lý v i PE c i thi n hi u qu th m t gi m c a s i v i, trong đó ph i k đ n các ph ng pháp nh μ X lý hóa ch t và tia UV, nhi t k t h p v i ki m, cation hóa b m t v i b ng nanocellulose.
1.3.2.1. X lý hóa ch t và tia UV
Gia t ng n ng l ng b m t và đ nhám đ c bi t đ n là nh ng nguyên nhân chính d n đ n t ng kh n ng th m t b m t và c i thi n tính ch t bám dính [38]. c tính th m t và c ng đ bám dính ph thu c nhi u vào v t li u đ c s d ng và
đi u ki n x lý. Vi c t ng n ng l ng b m t t do b ng cách ghép các nhóm ch c phân c c lên l p trên cùng c a b m t polyme có th đ t đ c thông qua các k thu t x lý b m t khác nhau [39]. Trong đó ph ng pháp x lý hóa ch t t và ti p xúc v i b c x tia c c tím có ozone ho c khơng có ozone th ng đ c s d ng. C hai ph ng pháp này đ u có kh n ng làm h ng c u trúc liên k t hóa h c c a polyme do b m t ti pxúc v i photon, g c t do và ion. Do đó, đ kh c ph c nh c đi m khi s d ng hóa ch t và tia UV, nhi t k t h p ki m đ c s d ng thay th đ ti n x lý b m t v i PE.
1.3.2.2. X lý nhi t k t h p ki m
Là quá trình mài mòn b m t polyme c a PE trong dung d ch có tính axit ho c ki m,
đ c bi t đ c u tiên đ bi n tính polyme. Ph ng pháp này c i thi n đ c tính a n c c a v i PE ch y u do s thâm nh p sâu c a dung môi vào các l x p trên n n polyme
do đó cho phép x lý hồn tồn b m t polyme v i chi phí x lý r t th p [39]. Bên c nh
18
chi phí th p, thi t b đ n gi n và đi u ki n x lý d dàng. X lý nhi t k t h p ki m là
ph ng pháp đ n gi n nh t đ hình thành các nhóm ch c hydroxyl và cacboxylat trên b m t polyme, giúp c i thi n hi u qu các tính ch t th m t c a v i [40].
Tuy nhiên, ph ng pháp này làm s t gi m đáng k kh i l ng c a v i lên đ n 10–60 % v i m c đ mài mịn cao c a hóa ch t và nhi t đ . Ph ng pháp này làm thay đ i đ c tính b m t d a trên s hình thành các nhóm ch c ch a oxy nh
nhóm cacbonyl, hydroxyl và axit cacboxylic. Hi u qu x lý ph thu c vào n ng đ axit
c ng nh ch t oxy hóa, th i gian x lý, nhi t đ và b n ch t polyme [39]. Ngồi ra, q trình này có th làm thay đ i hình thái và t ng di n tích b m t. Do đó, cation hóa
b m t v i b ng nanocellulose đ c s d ng đ ti n x lý b m t PE thay th hai
ph ng pháp trên không làm nh h ng d n c u trúc s i v i. 1.3.2.3. Cation hóa b m t v i b ng nanocellulose
Sinh kh i d th a t các ngu n ph ph m nông nghi p sau quá trình thu ho ch nh thân, lá, bư mía, r m r , v tr u, v.v không đ c x lý hi u qu gây nên s lãng phí và gây nên m t ngu n rác th i l n gây ô nhi m môi tr ng. H ng n m s n l ng tr u
thu gom đ c lên t i 1,4–1,6 tri u t n, 55.000–60.000 t n mùn c a t vi c khai thác và ch bi n g . c bi t là ch t th i ra t các nhà máy mía đ ng, hi n t i trong c n c có đ n 10–15 % t ng s n l ng bã mía. Thành ph n ch y u c a bã mía là lignocellulose trong đó g m ba thành ph n chính x p theo th t t l gi m d n là cellulose, hemicellulose và lignin. Cellulose là h p ch t cao phân t đ c c u t o t
đ n phân glucose d ng vòng m ch th ng và có c u trúc gi ng nh d i b ng ph ng. C u trúc ch y u c a cellulose th hi n b i các đ n v D–anhydroglucopyranose liên k t v i nhau b i liên k t –(1–4)–glycosidic [41].
Nanocellulose (NCs) thu nh n t sinh kh i hay các ngu n ph ph m nông nghi p
đ c bi t là bã mía ngày càng thu hút s quan tâm c a nhi u nhà nghiên c u b i nh ng
đ c tính n i b t. Hình 1.10 th hi n c u trúc c a NCs t bã mía. Có th th y v i c u trúc nano d ng s i hình que ng n, đ ng kính t 2–20 nm và dài 100–500 nm, ch s k t tinh cao t o cho NCs các tính ch t đ c bi t. Ch s mô-đun Young đàn h i và đ b n kéo c a NCs có th lên đ n 145 và 7,5 GPa, n ng l ng b m t và t l di n tích b m t riêng
cao lên đ n vài tr m m2/g và đ c bi t trong c u trúc NCs có nhi u nhóm ch c ch a oxy ho t đ ng cung c p các v trí a n c khi g n lên trên b m t s i v i PE. Tuy nhiên,
19
đ có th d dàng g n các nhóm ch c a n c trên b m t v i PE, NCs c n đ c cation hóa v i ch t ho t đ ng b m t cetyltrimethyl amonium bromide (CTAB) nh đ c trình bày hình 1.11. CTAB là ch t ho t đ ng b m t amoni b c b n g m các ion đa phân t
tích đi n d ng có c u trúc NR4+, h p ch t này có vai trị nh c u n i m t đ u liên k t v i NCs đ u còn l i liên k t v i vòng th m b ng t ng tác t nh đi n trong c u trúc s i v i t o nên các nhóm ch c ch a oxy trên b m t s i.
Hình 1.10: C u trúc c a NCs t bã mía
Ph ng pháp ti n x lý PE s d ng nanocellulose k t h p cetyltrimethylamonium
bromide (NCs@CTAB hay NCC) là ph ng pháp hi u qu , đ n gi n và thân thi n
môi tr ng, đ m b o b m t c a v i không b bong tróc hay mài mòn cho kh n ng
th m t cao. Vì th , trong lu n v n NCs đ c t ng h p t bã mía k t h p CTAB và ph l p v t li u này lên trên b m t PE (NCC–PE) nh m nâng cao kh n ng bám dính
Ag/GO lên b m t, t đó làm t ng kh n ng kháng khu n c a v i.
20
1.3.3. Ph ng pháp ch t o Ag/GO/v i NCC–PE
Hi n nay, ph ng pháp ph bi n đ g n v t li u trên c s graphene lên v i là
ph ng pháp ph nhúng (dip–coating) đ c th hi n hình 1.12. ây là ph ng pháp đ n gi n, d th c hi n, chi phí th p, c th các v t li u m c tiêu s đ c hòa tan trong dung d ch đ c ph tr c ti p lên b m t ch t n n, sau đó l p ph t l ng đ ng tr m tích đ c làm bay h i đ thu đ c l p v t li u ph trên ch t n n [42, 43].
Hình 1.12: Quy trình th c hi n ph nhúng v t li u lên v i
dày l p ph là m t trong nh ng y u t quan tr ng quy t đ nh hi u qu c a
ph ng pháp ph nhúng. Các thông s khác nhau nh th i gian nhúng c a l p ph , t c đ rút, n ng đ dung d ch ph , thành ph n và nhi t đ có nh h ng l n đ n đ dày l p ph . D a theo hình 1.12, quy trình ph nhúng v t li u đ c th c hi n nh sauμ
(1) t l p v i vào dung d ch ph là Ag/GO đư đ c chu n b ;
(2) Nhúng chìm t m v i theo ph ng th ng đ ng và đ i đ n khi b m t dung d ch chuy n sang tr ng thái ngh ;
(3) Rút t m v i theo ph ng th ng đ ng v i t c đ thích h p;
(4) dày l p ph có th đ c ki m sốt theo t c đ rút t m v i và m t đ c a các h t trong dung d ch Ag/GO.
Có hai quy trình ph bi n đ ph nhúng huy n phù Ag/GO lên n n v i là: - Nhúng tr c ti p huy n phù Ag/GO lên n n v i;
- Nhúng l n l t GO lên n n v i sau đó ti p t c nhúng thêm AgNPs.
21
Trong nghiên c u này, PE đ c ti n x lý v i NCC và ph nhúng tr c ti p v i huy n phù Ag/GO (Ag/GO/v i NCC–PE) đ ch t o v i kháng khu n.
1.3.4. C ch kháng khu n c a Ag/GO/v i NCC–PE
C ch kháng khu n c a Ag/GO/v i NCC–PE đ c trình bày nh hình 1.13, g m ba giai đo n chính:
Giaiăđo n I: T m GO v i di n tích b m t riêng l n giúp b t gi vi khu n, các c nh
s c nh n c a GO t o nhi u v t c t và l h ng trên màng gây t n th ng ban đ u cho vi khu n;
Giaiăđo n II: Các nhóm ch c ch a oxy c a Ag/GO b t gi và t ng tác v i màng t bào, giúp c đnh vi khu n trên t m GO nh m thúc đ y s khu ch tán c a ion Ag+
gi i phóng t AgNPs. Bên c nh đó, t m GO bao trùm vi khu n, ng n cách vi khu n kh i ngu n dinh d ng trong mơi tr ng s ng t đó c ch s phát tri n và sinh tr ng;
Giaiăđo n III: AgNPs g n lên thành t bào vi khu n gi i phóng các ion Ag+ và g c t do t o các l h ng trên màng làm thay đ i tính th m, gi i phóng protein màng và lipopolysaccharide, t đó phá h y màng vi khu n [44]. Sau đó, ion Ag+ ti p t c khu ch tán vào bên trong t bào ch t gây r i lo n chu i hô h p c a vi khu n b ng cách
c ch các enzyme tham gia vào q trình hơ h p. Ngồi ra, Ag+ t n công vào deoxyribonucleic axit (DNA) c a t bào vi khu n, phá hu các m ch nucleotit b ng cách chuy n ch , làm đ o l n các liên k t hydro gi a các nhóm purin và các nhóm pyrimidin li n k nhau t đó tiêu di t vi khu n.
22
1.4. Bi n tính b m t v i 1.4.1. Ph ng pháp bi n tính
K n c là tính ch t quan tr ng c a v i kháng khu n vì nó quy t đ nh đ n kh n ng
ch ng bám dính c a vi khu n lên b m t đ ng th i nh h ng đ b n c a v i.
Môi tr ng m t là đi u ki n thu n l i cho vi sinh v t phát tri n gây nhi m khu n và nh ng t n th ng th c p nh h ng đ n vi c đi u tr và ch m sóc s c kh e c a
con ng i. Có nhi u ph ng pháp đ t o b m t k n c nh s d ng chi u tia UV,
phóng đi n corona, x lý plasma hay các ph ng pháp in phun, ép đùn t o vân trên b m t nh đ c trình bày hình 1.14. Nh ng ph ng pháp này đ u nh m m c đích làm t ng đ nhám b m t kích th c nano, gi m n ng l ng b m t, gi đ c
đ c tính k n c trong m t th i gian dài. Tuy nhiên, các nh c đi m nh trang thi t b
đ u t đ t ti n, ch áp d ng trên nh ng b m t nh t đnh, nh h ng đ n đ b n c h c c a v t li u đư làm gi i h n kh n ng ng d ng c a các ph ng pháp này trong
ch t o l p ph k n c trên v i. Ngoài ra, ph ng pháp ph nhúng, ph phun và nhúng cu n v i v i các h p ch t k n c nh polydimethylsiloxane, tetraethyl orthosilicate, polystyren, v.v. c ng đ c s d ng nh ng đang d n b thay th do tính ch t gây đ c, ô nhi m môi tr ng và nh h ng x u đ n s c kh e con ng i.
Graphene oxit d ng kh (rGO) có c u trúc m ng cacbon t ng t nh đ n l p GO
nh ng khơng có g n các nhóm ch c: Epoxy (C–O–C) và hydroxyl (–OH) trên b m t;