Mở ĐầU 1.Tính cấp thiết Những thập kỷ gần đây, ngành trồng trọt trên thế giới ngày càng có xu hướng thay thế phân vi lượng dạng muối vô cơ hoặc phức chelate bằng các chế phẩm có nguồn gốc là các hạt kim loại siêu nhỏ. Kết quả bước đầu cho thấy các chỉ số sinh lý, sinh hóa và năng suất thu hoạch của sản phẩm cây trồng được tăng lên đáng kể so với các chế phẩm phân vi lượng dưới dạng muối kim loại hoặc các chelate. Cho đến nay, hầu hết nghiên cứu đều chú trọng đánh giá hiệu quả sử dụng các hạt kim loại có kích thước nano trong việc làm tăng năng suất cây trồng. Trong khi đó các nghiên cứu về việc sử dụng các hạt nano kim loại đến sự biến động của quần thể vi sinh vật chưa có nhiều.
Một số nghiên cứu trên thế giới đã đánh giá tác động của các hạt nano kim loại trong việc ức chế các nhóm vi sinh vật ở mức đơn lẻ. Những ảnh hưởng độc hại cho môi trường cần có những nghiên cứu đầy đủ hơn, bao gồm các khía cạnh: Các ảnh hưởng trực tiếp đến vi sinh vật; Sự thay đổi khả năng sử dụng dinh dưỡng của vi sinh vật khi có mặt các chế phẩm trên; Tác động gián tiếp đến hệ sinh thái do sự tương tác của các hợp chất trong tự nhiên khi có mặt các hạt nano kim loại siêu phân tán; Sự tương tác của các hạt nano kim loại với các hợp chất độc tố có trong môi trường. Đã có nhiều nghiên cứu đã công bố việc sử dụng các hạt nano kim loại có khả năng ức chế các nhóm vi sinh vật được nghiên cứu một cách rõ ràng. Cơ chế của quá trình ức chế và tiêu diệt các nhóm vi sinh vật này có thể bao gồm: ức chế quá trình tổng hợp màng tế báo, oxy hóa các phân tử protein, hình thành các phản ứng oxy hóa,… trên các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis, một số nhóm vi khuẩn gây bệnh khác như Escherichia coli, Staphylococcus epidermis, hoặc một số nhóm vi khuẩn có ích trong đất như Pseudomonas sp.
liên quan đến các hạt nano kim loại Ag, Zn, Fe,. Nguyễn Việt Long 1 K19 CNSH 1203 và các hợp chất oxit của một số kim loại Ti, Cu, Co-Zn-Fe. Đây là các kim loại được sử dụng nhiều để tạo thành các dạng phân bón lá vi lượng. Sự có mặt của chúng có thể gây ra những ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật có lợi trong đất, chúng có thể gây rối loạn chu trình chuyển hóa trong đất, hoặc ảnh hưởng đến quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ.
Bởi đây là những vật liệu có kích thước siêu nhỏ và diện tích bề mặt lớn, sự có mặt của chúng trong đất sẽ làm thay đổi điện tích của đất. Từ những sự thay đổi điện tích có thể làm biến đổi hệ vi sinh vật có lợi trong đất, làm biến đổi chất đất, độ mùn hóa của đất do các vi sinh vật này tạo ra. Tuy nhiên, các tác giả cũng khẳng định mức độ ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào liều lượng sử dụng. Ngoài ra còn có các yếu tố khác như cách thức sử dụng, thành phần đất và loại kim loại sử dụng.
Do vậy chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá nano kim loại vi lượng đến chủng vi khuẩn Bacillus sp. Tao2 có trong đất nông nghiệp”. Mục tiêu nghiên cứu Xác định được ảnh hưởng của các chế phẩm phân bón lá nano kim loại vi lượng (Cu, ZnO, Co) lên chủng vi khuẩn Bacillus sp.Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus sp. Xác định một số đặc điểm của các hạt nano kim loại (Cu, ZnO, Co) sử dụng trong chế tạo phân bón lá.
Nghiên cứu một số ảnh hưởng của chế phẩm phân lá nano kim loại lên chủng vi khuẩn Bacillus sp. Tao2 Nguyễn Việt Long 2 K19 CNSH 1203 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.Hạt nano kim loại Hạt nano kim loại để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo thành từ các kim loại. Người ta biết rằng hạt nano kim loại như hạt nano vàng, nano bạc được sử dụng từ hàng nghìn năm nay. Nổi tiếng nhất có thể là chiếc cốc Lycurgus được người La Mã chế tạo vào khoảng thế kỉ thứ tư trước Công nguyên và hiện nay được trưng bày ở Bảo tàng Anh [30].
Chiếc cốc đó đổi màu tùy thuộc vào cách người ta nhìn nó. Nó có màu xanh lục khi nhìn ánh sáng phản xạ trên cốc và có màu đỏ khi nhìn ánh sáng đi từ trong cốc và xuyên qua thành cốc. Các phân tích cho thấy trong chiếc cốc đó có các hạt nano vàng và bạc có kích thước 70 nm và với tỉ phần mol là 14:1. Tuy nhiên, phải đến năm 1857, khi Michael Faraday nghiên cứu một cách hệ thống các hạt nano vàng thì các nghiên cứu về phương pháp chế tạo, tính chất và ứng dụng của các hạt nano kim loại mới thực sự được bắt đầu.
Khi nghiên cứu, các nhà khoa học đã thiết lập các phương pháp chế tạo và hiểu được các tính chất thú vị của hạt nano. Một trong những tính chất đó là màu sắc của hạt nano phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và hình dạng của chúng. Ví dụ, ánh sáng phản xạ lên bề mặt vàng ở dạng khối có màu vàng. Tuy nhiên, ánh sáng truyền qua lại có màu xanh nước biển hoặc chuyển sang màu da cam khi kích thước của hạt thay đổi.
Hiện tượng thay đổi màu sắc như vậy là do một hiệu ứng gọi là cộng hưởng plasmon bề mặt. Chỉ có các hạt nano kim loại, trong đó các điện tử tự do mới có hấp thụ ở vùng ánh sáng khả kiến làm cho chúng có hiện tượng quang học thú vị như trên. Ngoài tính chất trên, các hạt nano bạc còn được biết có khả năng diệt khuẩn. Hàng ngàn năm trước người ta thấy sữa để trong các bình bạc thì để được lâu hơn.
Ngày nay người ta biết đó là do bạc đã tác động lên enzym liên quan đến quá trình hô hấp của các sinh vật đơn bào. Nguyễn Việt Long 3 K19 CNSH 1203 1.Tính chất của hạt nano kim loại a) Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ giữa hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3.
Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4/n1/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán kính của hạt nano. Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f tăng lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể.
Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Chúng ta cần lưu ý đặc điểm này trong nghiên cứu và ứng dụng. Khác với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập đến sau, hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Ở đây không có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ có điều hiệu ứng này nhỏ thường bị bỏ qua.
Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano tương đối dễ dàng. b) Hiệu ứng kích thước Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nm.
Chính điều này đã làm nên cái tên "vật liệu nano" mà ta thường nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu Nguyễn Việt Long 4 K19 CNSH 1203 lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Ở đây không có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano.
Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính chất này thì thấy khác lạ so với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính chất khác thì lại không có gì khác biệt cả. Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thước nào. Ví dụ, đối với kim loại, quãng đường tự do trung bình của điện tử có giá trị vài chục nm.
Khi chúng ta cho dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại, nếu kích thước của dây rất lớn so với quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại này thì chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây dẫn. Định luật cho thấy sự tỉ lệ tuyến tính của dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây. Bây giờ chúng ta thu nhỏ kích thước của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa dòng và thế không còn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn là e2/ħ, trong đó e là điện tích của điện tử, ħ là hằng đó Planck. Lúc này hiệu ứng lượng tử xuất hiện.
Có rất nhiều tính chất bị thay đổi giống như độ dẫn, tức là bị lượng tử hóa do kích thước giảm đi.