1.2. Hạt nano kim loại - bạc nano
1.2.6. Ứng dụng của hạt bạc nano
Trong những năm gần đây, bạc nano được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y–sinh đến những vật dụng tiêu dùng hằng ngày. Một số ứng dụng điển hình như sau:
• Trong chẩn đoán: nano Ag được sử dụng trong các đầu dò sinh học và hàng loạt các xét nghiệm mà nó đóng vai trò là các mũi sinh học trong chẩn đoán định lượng.
• Trong điều trị: bạc nano là tác nhân tiêu diệt các tế bào ung thư hữu hiệu. Người ta phát hiện ra rằng tại bước sóng hấp thụ mạnh được biến đổi
21
thành nhiệt năng trong khoảng thời gian rất ngắn cỡ pico giây. Như vậy nếu ta gắn các hạt bạc nano này vào các tế bào, sau đó chiếu laser tại bước sóng hấp thụ cực đại Plasmon thì các hạt bạc nano sẽ hấp thụ photon và ngay lập tức chuyển thành nhiệt năng, làm cho nhiệt độ xung quanh hạt bạc tăng lên nhanh chóng, phá vỡ vật chất xung quanh nó. Điều này có ứng dụng lớn trong điều trị ung thư.
• Ứng dụng quang học: nano Ag được sử dụng hiệu quả trong việc hội tụ ánh sáng, tăng phổ quang học bao gồm tăng độ phát huỳnh quang của kim loại (Metal- enhanced Fluorescence – MEF) và gia tăng tán xạ Raman bề mặt (surface-enhanced Raman scattering – SERS).
• Tuy nhiên, ứng dụng quan trọng của bạc nano là hoạt tính kháng khuẩn (antibacterial). Các hạt nano Ag có diện tích bề mặt rộng (hiệu ứng bề mặt) làm tăng khả năng tiếp xúc với vi khuẩn và nấm, phát huy mạnh hiệu quả diệt khuẩn và nấm. Khi tiếp xúc với vi khuẩn và nấm, hạt bạc nano có xu hướng lấy điện tử hoặc oxy từ cơ quan hô hấp của vi khuẩn để tạo ra oxit bạc, ngăn cản sự hô hấp, gây ảnh hưởng bất lợi đến sự trao đổi chất và ức chế sự phát triển của tế bào, do đó diệt được vi khuẩn.
Bằng các kỹ thuật chụp ảnh kính hiển vi điện tử có độ phóng đại cao (TEM, FE-SEM…), kết quả nghiên cứu cho thấy hạt bạc nano bám dính với các thành phần điện tích âm trên bề mặt tế bào vi khuẩn, virut làm thay đổi tính thấm và sự hô hấp của màng tế bào. Đồng thời các hạt bạc có kích thước nano chui vào trong tế bào, kết hợp với các enzym hay DNA có chứa nhóm sunphua hoặc phốt phát gây bất hoạt enzym hay DNA gây chết tế bào.
• Trong đời sống
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 bạc nano có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc người. Hạt nano tạo ra các bướu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polimer làm bướu vĩnh viễn bám vào vải. Khi vải tiếp xúc với nước, chẳng hạn dưới trời mưa, chất bẩn sẽ bị 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”
[12].
Có thể gắn lớp phủ vào mọi loại vải, từ polyester, bông cho tới lụa. Chất phủ
22
mới cũng có tiềm năng được phủ lên quần áo trẻ em, quần áo bệnh viện, đồ thể thao, quân phục và áo mưa. Các ứng dụng khác bao gồm vải bạt, vải phủ lên đồ gỗ ngoài bãi cỏ và mui xếp của ôtô.
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 hạt bạc nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lượng cuộc sống và tiến bộ xã hội.
Các mặt hàng tiêu dùng bằng kim loại bạc nguyên chất hoặc được phủ bạc là rất đắt. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, pha các nguyên liệu khác với hạt bạc nano là một phương pháp thích hợp để khai thác tính chất của bạc. Bạc ở dạng hạt nano tương tác dễ dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả kháng khuẩn, 1 gam hạt bạc nano có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm mét vuông chất nền [12].
Hình 1.10: Bình sữa bạc nano và tất bạc nano
Hiện nay, trên thế giới đã sản xuất nhiều sản phẩm tiêu dùng có chứa bạc nano như hộp đựng thức ăn, bình sữa trẻ em làm bằng nhựa có pha thêm bạc nano, hay các thiết bị gia đình như máy giặt, tủ lạnh, máy điều hoà,.v.v. đều sử dụng bạc nano để diệt khuẩn, hạt bạc nano được tẩm vào các loại sợi để diệt khuẩn và khử mùi.
23 (a)
(b)
Hình 1.11: Các sản phẩm gia dụng có khả năng kháng khuẩn (a) Mỹ phẩm kháng khuẩn.
(b) Hộp đựng thức ăn, chai đựng nước uống
❖Ứng dụng trong y tế
Trong lĩnh vực y tế, bạc nano được sử dụng để tẩm vào các loại băng, gạc băng bó vết thương nhằm tránh nhiễm trùng. Hay việc chế tạo khẩu trang có tẩm bạc nano dùng để diệt vi khuẩn, bảo vệ con người.
Hình 1.12: Các loại khẩu trang bạc nano
+ Khẩu trang bạc nano: Được thiết kế với 3 - 4 lớp gồm 2 lớp vải, một lớp vật liệu tẩm bạc nano 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 bạc nano có chức năng diệt vi khuẩn, virus, nấm bị giữ lại trên khẩu trang đồng thời có tác dụng khử mùi.
24
❖Ứng dụng trong công nghiệp
Sơn kháng khuẩn: Bột bạc nano được trộn với sơn và phủ lên các phím điện thoại di động, tường nhà và các bề mặt cần được bảo vệ. Với khả năng kháng khuẩn tuyệt vời bạc nano sẽ giữ cho bề mặt không bị nhiễm khuẩn cũng như tiêu diệt nấm mốc làm tăng tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình.
Thiết bị điện tử: Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu ứng dụng bạc nano để sản xuất linh kiện điện tử phục vụ nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Các thiết bị điện tử ứng dụng công nghệ nano sẽ có kích thước nhỏ gọn hơn nhưng lại có tốc độ xử lý và tuổi thọ cao hơn các thiết bị sử dụng các công nghệ truyền thống.