Hoạt tính kháng khuẩn E. coli của vật liệu composite N-TiO2-PMMA - Luận văn Thạc sĩ

Dưới đây là meta tags cho bài viết "Antimicrobial activity of escherichia coli using n tio2 pmma composite": { "ai_description": "Nghiên cứu về hoạt tính

• Tác giả: Lê Thùy Linh
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học và Quản lý Môi trường
• Đề tài: Hoạt tính kháng khuẩn của Escherichia coli sử dụng vật liệu tổ hợp N-TiO2-PMMA
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Khám phá N TiO2 PMMA Composite Giải pháp đột phá cho việc kháng khuẩn E

Vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) là một trong những tác nhân gây bệnh phổ biến, đặc biệt trong các trường hợp nhiễm trùng đường ruột và ô nhiễm môi trường nước. Sự phát triển của các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp diệt khuẩn mới, hiệu quả và bền vững hơn. Trong bối cảnh đó, vật liệu N-TiO2-PMMA Composite nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn, tận dụng khả năng quang xúc tác vượt trội của titan dioxide (TiO2) được biến đổi bằng nitơ (N-TiO2) và tích hợp vào nền polymer polymethyl methacrylate (PMMA). Nghiên cứu về hoạt tính kháng khuẩn của composite này đối với E. coli không chỉ mở ra cánh cửa cho các ứng dụng thực tiễn trong y tế, xử lý nước, và công nghiệp, mà còn góp phần vào cuộc chiến chống lại các mối đe dọa từ vi sinh vật gây bệnh. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích cơ chế hoạt động, hiệu quả thực nghiệm, và tiềm năng ứng dụng của N-TiO2-PMMA Composite trong việc kiểm soát và tiêu diệt E. coli một cách tối ưu. Việc tìm hiểu vật liệu nano composite này giúp độc giả nhận thức rõ hơn về tầm quan trọng của các tiến bộ khoa học trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

1.1. E. coli và những thách thức toàn cầu về sức khỏe cộng đồng

Vi khuẩn E. coli là một loại trực khuẩn Gram âm phổ biến, tồn tại tự nhiên trong đường ruột của người và động vật. Mặc dù đa số các chủng vô hại, một số chủng gây bệnh như E. coli O157:H7 có thể gây ra các bệnh nghiêm trọng như tiêu chảy cấp, viêm ruột xuất huyết, và hội chứng tan máu urê huyết, đe dọa tính mạng. Sự lây lan của E. coli thường qua đường nước và thực phẩm bị ô nhiễm, tạo ra những thách thức lớn trong an toàn vệ sinh thực phẩm và xử lý nước. Hơn nữa, việc gia tăng các chủng E. coli kháng kháng sinh khiến việc điều trị trở nên khó khăn, đòi hỏi phải có các chiến lược kiểm soát và diệt khuẩn đổi mới. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của các giải pháp như kháng khuẩn E. coli với N-TiO2-PMMA Composite để bảo vệ sức khỏe con người.

1.2. Vật liệu quang xúc tác và tiềm năng trong kiểm soát vi khuẩn

Vật liệu quang xúc tác đã thu hút sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực diệt khuẩn và xử lý môi trường. Trong số đó, titanium dioxide (TiO2) là một chất bán dẫn được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng tạo ra các gốc oxy hóa mạnh (ROS) dưới tác động của ánh sáng, có khả năng phân hủy chất hữu cơ và tiêu diệt vi sinh vật. Tuy nhiên, TiO2 truyền thống chủ yếu hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng cực tím (UV), hạn chế ứng dụng trong điều kiện ánh sáng nhìn thấy. Điều này đã thúc đẩy các nghiên cứu nhằm cải tiến TiO2, trong đó việc pha tạp nitơ (N-TiO2) được chứng minh là một phương pháp hiệu quả. N-TiO2 mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy, mang lại tiềm năng to lớn cho việc diệt khuẩn dưới ánh sáng nhìn thấy, đặc biệt trong các ứng dụng thực tiễn.

II. N TiO2 Bí quyết tăng cường khả năng diệt khuẩn dưới ánh sáng nhìn thấy hiệu quả

Nghiên cứu về vật liệu quang xúc tác đã chỉ ra rằng, việc biến đổi titanium dioxide (TiO2) bằng các nguyên tố khác có thể nâng cao đáng kể hiệu quả hoạt động của nó, đặc biệt là dưới điều kiện ánh sáng nhìn thấy. Trong đó, việc pha tạp nitơ (N-doping) vào cấu trúc tinh thể của TiO2 để tạo ra N-TiO2 được xem là một bước tiến quan trọng. Phương pháp này không chỉ khắc phục được hạn chế của TiO2 nguyên chất là chỉ hoạt động mạnh dưới tia UV, mà còn mở rộng phổ hấp thụ ánh sáng của vật liệu sang vùng ánh sáng nhìn thấy, vốn dồi dào hơn trong môi trường tự nhiên. Sự cải tiến này là yếu tố then chốt giúp N-TiO2 trở thành một tác nhân kháng khuẩn mạnh mẽ, đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý các mầm bệnh như E. coli mà không cần đến nguồn ánh sáng UV chuyên biệt, vốn có thể gây hại và tốn kém. Hiểu rõ cơ chế này giúp chúng ta đánh giá đúng tiềm năng của N-TiO2 trong các ứng dụng diệt khuẩn tiên tiến.

2.1. Cơ chế hoạt động của N TiO2 và khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy

N-TiO2 hoạt động dựa trên nguyên lý quang xúc tác, tương tự như TiO2 nguyên chất, nhưng với một cải tiến quan trọng. Khi các nguyên tử nitơ được đưa vào mạng tinh thể của TiO2, chúng tạo ra các khuyết tật trong vùng năng lượng của vật liệu, làm giảm năng lượng vùng cấm (band gap energy). Sự thay đổi này cho phép N-TiO2 hấp thụ photon từ phổ ánh sáng nhìn thấy, vốn không đủ năng lượng để kích thích electron trong TiO2 thông thường. Khi hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, các electron trong N-TiO2 được kích thích lên vùng dẫn, để lại các lỗ trống dương trong vùng hóa trị, tạo thành cặp electron-lỗ trống. Các cặp này sau đó phản ứng với oxy và nước trong môi trường để tạo ra các gốc tự do oxy hóa mạnh (reactive oxygen species - ROS) như •OH và O2•−, có khả năng tấn công màng tế bào, DNA và protein của vi khuẩn E. coli, dẫn đến sự bất hoạt và tiêu diệt chúng. Cơ chế này giúp N-TiO2 trở thành chất quang xúc tác hiệu quả cho việc khử trùng dưới ánh sáng tự nhiên.

2.2. So sánh N TiO2 và TiO2 truyền thống Ưu điểm vượt trội trong diệt khuẩn

So với titanium dioxide (TiO2) truyền thống, N-TiO2 thể hiện những ưu điểm vượt trội rõ rệt, đặc biệt trong ứng dụng kháng khuẩn. TiO2 nguyên chất là một chất quang xúc tác hiệu quả nhưng chủ yếu hoạt động dưới tia cực tím (UV), chiếm một phần nhỏ trong tổng phổ ánh sáng mặt trời. Điều này giới hạn ứng dụng của nó trong các môi trường không có nguồn UV mạnh hoặc nơi việc sử dụng UV là không mong muốn. Ngược lại, N-TiO2 được thiết kế để hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng nhìn thấy, phổ ánh sáng dồi dào hơn nhiều. Sự thay đổi trong cấu trúc điện tử do pha tạp nitơ không chỉ mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn có thể cải thiện khả năng phân tách các cặp electron-lỗ trống, từ đó tăng cường hiệu suất tạo ra các gốc oxy hóa mạnh. Nhờ vậy, N-TiO2 có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn trong điều kiện thực tế, làm cho nó trở thành một lựa chọn ưu việt hơn cho các giải pháp diệt khuẩn bền vững và tiết kiệm năng lượng, đặc biệt trong việc kháng khuẩn E. coli với N-TiO2-PMMA Composite.

III. Phương pháp tổng hợp và cơ chế hoạt động của N TiO2 PMMA Composite

Để tối ưu hóa hiệu quả kháng khuẩn và mở rộng khả năng ứng dụng của N-TiO2, việc kết hợp vật liệu này với một nền polymer phù hợp là điều cần thiết. Polymethyl methacrylate (PMMA) là một loại polymer trong suốt, có độ bền cơ học cao và dễ dàng gia công, được lựa chọn làm vật liệu nền lý tưởng. Việc chế tạo N-TiO2-PMMA Composite không chỉ giúp cố định các hạt N-TiO2, ngăn ngừa sự rửa trôi và tái sử dụng dễ dàng, mà còn có thể cải thiện phân tán và ổn định hoạt tính quang xúc tác của chúng. Quá trình tổng hợp thường sử dụng phương pháp nhúng phủ (dip-coating), một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả để tạo ra lớp phủ mỏng đồng đều chứa N-TiO2 trên bề mặt PMMA. Hiểu rõ quy trình và cơ chế này là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu composite này trong các ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là trong việc kháng khuẩn E. coli với N-TiO2-PMMA Composite.

3.1. Kỹ thuật nhúng phủ Tạo lớp N TiO2 trên bề mặt PMMA

Kỹ thuật nhúng phủ (dip-coating) là một phương pháp phổ biến và hiệu quả để tạo ra lớp màng mỏng N-TiO2 trên bề mặt các mảnh PMMA. Quy trình này bao gồm việc nhúng các miếng PMMA vào dung dịch chứa các hạt N-TiO2 đã được tổng hợp trước, sau đó rút lên với tốc độ kiểm soát. Khi dung môi bay hơi, một lớp màng N-TiO2 đồng đều sẽ được hình thành và bám chắc lên bề mặt PMMA. Phương pháp này cho phép điều chỉnh độ dày và cấu trúc của lớp phủ bằng cách thay đổi nồng độ dung dịch, số lần nhúng, và tốc độ rút. Việc cố định N-TiO2 lên nền PMMA không chỉ giúp vật liệu dễ dàng tái sử dụng mà còn tăng cường độ bền cơ học và khả năng chống mài mòn của lớp phủ, làm cho vật liệu nano composite này trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kháng khuẩn E. coli trong các môi trường khác nhau.

3.2. Cơ chế kháng khuẩn E. coli của N TiO2 PMMA Composite dưới ánh sáng

Khi N-TiO2-PMMA Composite tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy, các hạt N-TiO2 trong lớp phủ sẽ bị kích thích quang hóa. Các electron trong vùng hóa trị được đẩy lên vùng dẫn, tạo thành các cặp electron-lỗ trống (e-/h+). Các lỗ trống dương (h+) có hoạt tính oxy hóa mạnh, có thể phản ứng trực tiếp với nước (H2O) hoặc ion hydroxide (OH-) để tạo ra gốc hydroxyl (•OH). Đồng thời, các electron tự do (e-) có thể phản ứng với oxy phân tử (O2) để tạo ra gốc superoxide (O2•−). Cả gốc hydroxyl và superoxide đều là các chất oxy hóa mạnh (ROS) có khả năng tấn công và phá hủy màng tế bào, DNA và các protein thiết yếu của vi khuẩn E. coli. Quá trình này dẫn đến sự mất tính toàn vẹn của tế bào vi khuẩn, làm suy yếu chức năng sống và cuối cùng là tiêu diệt chúng. Do đó, N-TiO2-PMMA Composite thể hiện khả năng khử trùng hiệu quả, đóng vai trò quan trọng trong việc kháng khuẩn E. coli.

IV. Kết quả ấn tượng Hiệu quả kháng khuẩn E

Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rõ ràng hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ của N-TiO2-PMMA Composite đối với vi khuẩn E. coli. Điều này được thể hiện qua các thí nghiệm kiểm soát nồng độ vi khuẩn và quan sát tốc độ bất hoạt theo thời gian dưới tác động của ánh sáng nhìn thấy. Các phát hiện này không chỉ khẳng định tiềm năng của vật liệu composite trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm vi khuẩn mà còn cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn. Kết quả nghiên cứu cụ thể, như đã được trình bày trong luận văn tốt nghiệp của Le Thuy Linh (2017), là nền tảng vững chắc để phát triển các ứng dụng thực tiễn của vật liệu này. Việc phân tích chi tiết các kết quả này giúp xác định điều kiện tối ưu và tiềm năng ứng dụng rộng rãi của N-TiO2-PMMA Composite trong các lĩnh vực khác nhau, từ xử lý nước đến các bề mặt tự làm sạch, góp phần đáng kể vào việc kiểm soát E. coli.

4.1. Thực nghiệm kiểm soát và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn

Trong các thí nghiệm về kháng khuẩn E. coli với N-TiO2-PMMA Composite, nồng độ vi khuẩn E. coli ban đầu được pha loãng ở các mức 10^4 và 10^5 CFU/mL. Các mẫu PMMA được nhúng phủ N-TiO2 sau đó được đặt dưới cường độ ánh sáng nhìn thấy khoảng 990-1010 lux và nhiệt độ khoảng 27°C. Thí nghiệm kiểm soát (control experiment) không sử dụng N-TiO2 cho thấy sự biến động và không ổn định về số lượng vi khuẩn sống sót, thậm chí có xu hướng giảm nhẹ sau 360 đến 1440 phút nhưng không hiệu quả trong việc diệt khuẩn hoàn toàn. Ngược lại, sự hiện diện của N-TiO2 đã tạo ra sự khác biệt rõ rệt. Các yếu tố như nồng độ ban đầu của vi khuẩn, cường độ ánh sáng, và thời gian phơi sáng đều đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu nano composite này. Nghiên cứu này khẳng định N-TiO2 có khả năng hoạt động trực tiếp lên vi khuẩn.

4.2. Tốc độ bất hoạt E. coli và hiệu suất khử trùng của N TiO2 PMMA

Kết quả thí nghiệm cho thấy N-TiO2 có tác động đáng kể đến vi khuẩn E. coli. Theo nghiên cứu, "số lượng vi khuẩn tăng trưởng và phân hủy có sự khác biệt rõ rệt khi sử dụng N-TiO2 với các tỷ lệ phần trăm khác nhau". Điều này chứng tỏ khả năng tối ưu của N-TiO2 trong việc trực tiếp hoạt động trên vi khuẩn. Đặc biệt, N-TiO2-PMMA Composite có khả năng "giảm sự phát triển của vi khuẩn và khử trùng hoàn toàn sau khoảng 24 giờ" khi tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy. Hiệu suất khử trùng này được đánh giá cao, đặc biệt khi so sánh với nhóm đối chứng không có N-TiO2. Tốc độ bất hoạt vi khuẩn thể hiện sự hiệu quả của cơ chế quang xúc tác, nơi các gốc oxy hóa mạnh được tạo ra liên tục để tấn công và tiêu diệt E. coli. Những phát hiện này khẳng định N-TiO2-PMMA Composite là một giải pháp tiềm năng cho các ứng dụng diệt khuẩn dưới ánh sáng nhìn thấy.

V. Ứng dụng và tầm nhìn tương lai của N TiO2 PMMA Composite trong diệt khuẩn hiệu quả

Tiềm năng ứng dụng của N-TiO2-PMMA Composite không chỉ dừng lại ở phòng thí nghiệm mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực trong đời sống. Với khả năng kháng khuẩn E. coli hiệu quả dưới ánh sáng nhìn thấy, vật liệu này hứa hẹn sẽ trở thành một công cụ quan trọng trong việc cải thiện vệ sinh và an toàn. Từ các bề mặt tự làm sạch đến hệ thống xử lý nước tiên tiến, N-TiO2-PMMA Composite có thể mang lại những lợi ích đáng kể, góp phần vào việc giảm thiểu các bệnh truyền nhiễm và bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí sản xuất và đánh giá tính an toàn lâu dài của vật liệu, mở ra những hướng đi mới cho công nghệ diệt khuẩn bền vững. Việc phát triển các vật liệu nano composite như N-TiO2-PMMA là một bước tiến quan trọng trong cuộc chiến chống lại vi sinh vật gây bệnh và nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.1. Tiềm năng ứng dụng rộng rãi của N TiO2 PMMA Composite

Với hoạt tính kháng khuẩn hiệu quả đối với E. coli và khả năng hoạt động dưới ánh sáng nhìn thấy, N-TiO2-PMMA Composite có tiềm năng ứng dụng đa dạng. Trong y tế, vật liệu này có thể được sử dụng để tạo ra các bề mặt kháng khuẩn cho thiết bị y tế, dụng cụ phẫu thuật hoặc lớp phủ cho tường bệnh viện, giảm nguy cơ lây nhiễm chéo. Trong lĩnh vực xử lý nước, N-TiO2-PMMA Composite có thể tích hợp vào các hệ thống lọc hoặc làm lớp phủ cho bể chứa nước, giúp khử trùng nước uống và nước thải một cách hiệu quả. Ngoài ra, vật liệu này còn có thể ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng, sơn, hoặc vải dệt để tạo ra các sản phẩm có khả năng tự làm sạch và kháng khuẩn, nâng cao vệ sinh môi trường sống và làm việc. Tiềm năng này mở ra cơ hội lớn cho việc kiểm soát E. coli trong nhiều môi trường khác nhau.

5.2. Hướng phát triển và nghiên cứu trong tương lai

Để tối đa hóa hiệu quả của N-TiO2-PMMA Composite, các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào một số hướng chính. Thứ nhất, việc tối ưu hóa tỷ lệ pha tạp nitơ và phương pháp tổng hợp N-TiO2 để đạt được hiệu suất quang xúc tác cao nhất dưới ánh sáng nhìn thấy. Thứ hai, cần nghiên cứu sâu hơn về các kỹ thuật kết hợp N-TiO2 với PMMA để cải thiện độ bền, độ bám dính và khả năng tái sử dụng của vật liệu. Thứ ba, các nghiên cứu cần đánh giá toàn diện tính an toàn và độc tính của N-TiO2-PMMA Composite đối với môi trường và sức khỏe con người trong các ứng dụng lâu dài. Cuối cùng, việc phát triển các quy trình sản xuất quy mô lớn, tiết kiệm chi phí sẽ là yếu tố quyết định để vật liệu nano composite này có thể được ứng dụng rộng rãi, đóng góp vào các giải pháp kháng khuẩn E. coli bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY LE THUY LINH ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF ESCHERICHIA COLI USING N-TiO2- PMMA COMPOSITE BACHELOR THESIS Study Mode : Full-time Major: Environmental Science and Management Faculty: International Programs Office Batch : 2013-2017 Thai Nguyen, 2017 Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Degree Program Bachelor of Environmental Science and Management Student Name Le Thuy Linh Student ID DTN1353110171 Thesis Title Antimicrobial activity of E. coli using N-TiO2-PMMA Composite Assoc. Nguyen The Hung Supervisor Prof. Yao Tung-Lin Abstract: Titanium dioxide (TiO2) is a semiconductor and photocatalyst in the decomposition and disinfection of bacteria.

In particular, TiO2 were work under ultraviolet light and visible light. It also had capable of producing a pair of electron holes due to exposure to ultraviolet and visible light. From that Titanium dioxide can be used in combination with nitrogen (Nitrogen doped titanium dioxide) to create a substance that inhibits the activity and growth of bacteria in which clarify ability to inactivate, especially bacterial Escherichia Coli. This experiment would use the dip- coating method with antibacterial by Nitrogen doped titanium dioxide (N-TiO2) and then saw the disinfection activity of E.coli for 24 hours by N-TiO2 0.

During experiment took polymethyl methacrylate (PMMA) pieces dip-coating with N- TiO2 and put PMMA under visible light with the amount 990 to 1010 lux. In all experiments process, E.coli concentration was dilution by 104 and 105 CFU/ mL. The results of the experiment showed that E.coli was affected by N-TiO2 antibacterial. The number of growth and decomposition bacteria has a distinct gap when using N- i TiO2with different percentages.

It would reduce the growth of bacteria and cough complete disinfection around 24 hours. Antibacterial by N-TiO2 has showed as the optimum one to directly active on bacterial. Titanium dioxide, Nitrogen doped titanium dioxide, Keywords Escherichia coli, Polymethyl Methacrylate. Number of Pages 43 Date of Submission 20/09/2017 Supervisor’s signature ii ACKNOWLEDGMENTS From bottom of my heart, I would like to express my deepest appreciation to all those who provided me the opportunity to complete this research.

First and foremost, I would like to express my sincere gratitude and deep regards to my supervisor: Pro. Yao Tung-Ling of National Chung Hsing University, Taichung, Taiwan, who guided me wholeheartedly when I implemented this research. He is always willing to give suggestions on scientific problems and personal issues. He is very supportive and a good listener.

Under his instruction with patience, knowledge and talent, I’m able to fulfill to my thesis. I also want to express my thanks to Assoc. Nguyen The Hung, the second supervisor, for his supervision, encouragement, advice, and guidance in writing this thesis. In addition, formal thanks should be offered to the Rector of National Chung Hsing University for granting my internship acceptance.

I want to thank all of my colleagues in the ENM ( Environmental Nano Material) Laboratory, Miss. Jing-Hua Tzeng, Mr. Chakkrit Poonpakdee, Miss. Li-Ting Yen, Miss.

Ya-Zhen Huang, Mr. Le Quoc Anh, Miss. Kai-Fen, Mr. Che-Chien, Miss.

Than Thi Nhu Anh. They are very generous and supportive. It was a great pleasure to work with them. I want to express my sincerest appreciation to my parents, my friends and my team for their love and support me everytime.

Thai Nguyen, 20thSeptember, 2017 Student Le Thuy Linh iii TABLE OF CONTENT CHAPTER I: INTRODUCTION .2Objective of the study .3 CHAPTER II: Literiature Review .3 Visible light responsive .8 CHAPTER III: Material & methods.1 Material and equipment .2 Dip-coating of PMMA .1 Dosage bacteria without N-TiO2 .16 CHAPTER IV: Result &Discussion .1 Control experiment to E.2 N-TiO2 dosage effect .3 Compare N-TiO2 dosage effect .4 Compare control and N-TiO2 dosage effect .41 iv LIST OF TABLES Table 1: The bacteria used in experiment…………………………………………….11 Table 2: Some of nutrient used in experiment……………………………………….11 Table 3: Some of chemical used in experiment………………………………………12 Table 4: Some of equipments used in experiment ……………………………………13 v LIST OF FIGURES Figure 1: Bacterial Escherichia coli ( E.4 Figure 2: The Polymethyl methacrylate plastic ( PMMA)……………………………8 Figure 3: Flow chart of work…………………………………………………………10 Figure 4:Show the Dip-coating process…………………………………………….15 Figure 5:Dosage effect without N-TiO2…………………………………………….19 Figure 6: Another control experiment……………………………………………….5% dosage effect with visible light intensity 2.2x10-4 lux: a, survival of bacteria ; b. amount of bacteria………………………………………….5% dosage effect with visible light intensity 3.09x10-4 lux: a, survival of bacteria ; b. amount of bacteria………………………………………….5% dosage effect with visible light intensity 1019 lux: a, survival of bacteria; b. amount of bacteria…………………………………………………….23 Figure 10:N -TiO2 1% dosage effect with visible light intensity 2.91x10-4-1006 lux: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial………………………………………….25 Figure 11:N-TiO2 1% dosage effect with visible light intensity 2.95x10-4, 1000 lux in Box A: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………….26 Figure 12:N-TiO2 1% dosage effect with visible light intensity 2.95x10-4, 1000 lux in Box B: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………….27 vi Figure 13:N-TiO2 1% dosage effect with visible light intensity 1004 lux : a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………………………………28 Figure 14:N-TiO2 1% dosage effect with visible light intensity 1007 lux: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial………………………………………………….29 Figure 15:N-TiO2 2% dosage effect with visible light intensity 2.96x10-4- 1007 lux in Box A: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………….30 Figure 16: N-TiO2 2% dosage effect with visible light intensity 2.95x10-4-1000 lux in Box B: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………….31 Figure 17: N-TiO2 2% dosage effect with visible light intensity 1005lux in Box A: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial………………………………………….32 Figure 18: N-TiO2 2% dosage effect with visible light intensity 1005 lux in Box A: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………………….33 Figure 19: Compare N-TiO2 dosage effect: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………………………………………………………….35 Figure 20: N-TiO2 dosage effect to S.aureus: a, survival or bacterial; b, amount of bacterial……………………………………………………………………………….36 vii CHAPTER I: INTRODUCTION 1.1 Introduction Organizations and governments around the world especially interested in the issues of human health.

In particular, infections and microbial contamination are one of the most prevalent diseases in society which government and people take care. Social development along with the development of medicine and biotechnology should be able to research and find the release minimize infectious diseases and infections. Follow the World Health Organization (WHO), medical infections can occur anywhere in the world. In particular, all developed countries and poor countries around the world are affected by microbes and bacteria.

According to the statistics released, there are 8.7% of about 1, 4 million people infected in 55 health facilities in 14 countries every year. The number is not small, the consequences of the infection are very serious, it can lead to death, prolonged work time, increased use of antibiotics and the cost of treating the disease. Currently, in the world has emerged resistant bacteria to most antibiotics, also known as super-resistant bacteria. Antibiotics were not long effective and prevent bacteria as it will be dangerous and effect directly to people healthy.

In fact, Vietnam has the highest bacteria of antibiotic resistant most clinics were facing the speed of spreading bacteria resistant to many antibiotics, the level and rate of drug resistance is increasing at an alarming rate. According to the statistics of Bach Mai Hospital in southern of Vietnam, the rate of E.coli (enterobacteria) antibiotic resistance was up to 74.6%;the resistance rate of bacteria causing infection K.pneumoniae up to nearly 60%; A.baumannii bacteria (infection of the hospital) has the rates antibiotic resistance 1 of over 90% and the carbapenem antibiotic group, the strongest antibiotic group currently has a 50% rate, especially gram-negative bacteria bearing resistance genes such as Beta lactamase. Thus, finding a new alternative to the use of antibiotics in the world as well as Vietnam is a necessity. From the statistics above to find new ways to prevent the infection of bacteria using semiconductor photocatalyst.

Used a catalyst cause it accelerates a chemical reaction without being consumed as a reactant. As know as photocatalysis is considered accelerated photoreaction by the presence of a catalyst and Titanium dioxide (TiO2) is one of the best photocatalysts because TiO2 has a high chemical stability when exposed to inorganic and basic compounds, non-toxic properties, low cost and high oxidation capacity. In case, TiO2 had using in many applications in a wide variety of applications, the properties of TiO2 can be cleaned, decomposed in air and especially sterilized. This chemical great in preventing the spread of infection in the world.(Castellote & Bengtsson, 2011) In our life, infected quite dangerous for our healthy, it also is common cause of death.coli is a bacteria causes primarily infected in humans.

To solve and solution that problem trying to research and learn new chemical from photocatalysts. That is N-TiO2 (Nitrogen doped titanium dioxide) while PMMA (methyl methacrylate plastic) will dip-coating with N-TiO2 and improving old methods to use more efficient.2 Objective of the study • To synthesis visible light- responsive N-TiO2- PMMA composite. • To investigate the key parameters of photodisinfection using N-TiO2- PMMA. • To study the kinetic of photodisinfection for bacteria.

• To clarify the mechanisms of photodisinfection. 3 CHAPTER II LITERATURE REVIEW 2.coli is one of the bacteria that causes diseases of intestinal tract of humans and animals. coli usually parasitic in the large intestine.coli can easily be found in the environment of facal, warmth and can survive for a long time.coli also have biochemical characteristics as sugar fermentation, vaporization and denitrification of nitrate become nitrite in humans and animals ( Donnenberg MS, 2010). Figure 1: Bacterial Escherichia coli ( E.coli) In addition, E.coli belongs to the family Enterobacteriaceae, similar with Escherichia.

On the morphology of this bacteria, it is bacillus and gram negative with no stomach and tissue.coli external structure, it had fur around. The typical size of an E.coli is about 0.5 um to 2 or 3 um, depending on the development of each individual. 4 During the experiment used nutrient agar to grow E. Bacterial usually grow and development at temperatures about 15 to 40 degrees.

But the most suitable temperature for grow up E.coli is 37 degrees, which similar to the body temperature. PH levels generally range from 6. After 24 hours culturing in Nutriant Agar, E.coli form round peanut bacteria and white color (about 2-3mm).2 Photocatalysis Catalyst is a chemical that accelerates a chemical reaction without losing the reagent. Therefore, to reduce the amount of enthalpy triggered by the free reaction, it need a compound and it is called a catalyst.

Thus, photocatalysis is defined as a catalyst in the process of accelerating photoreaction(Castellote & Bengtsson, 2011).Photocatalysis is the process of converting solar energy into chemical energy. Also chemically converted through metal oxide nanostructures. Including metal such as TiO2, ZnO, CeO2 and SnO2, and there have great potential for oxidation as well as catalysts for organic pollutants. TiO2 is almost used for high stability as well as photocatalytic activity, non-toxic and biocompatibility.(Sajid Ali Ansari, Khan, Ansari, & Cho, 2016) Titanium dioxide (TiO2) is the most widely used white pigment and also high brightness and a very high refractive index.

The light passes through the crystal slowly and its path is substantially altered compared to air. Titanium dioxide (TiO2) photocatalyst can be applied in many different fields. It had advantage of high chemical stability , exposure to other compounds acidic, non- toxic, low cost and highly oxidizable.TiO2 photocatalysis is almost used in products and applications for the environment and 5 energy. They used in self-cleaning surfaces, air and water filtration systems, disinfection.

And also an important factor in the evolution of hydrogen and photoelectric conversion.3 Visible light responsive 2.1 What is Visible light In fact, most human eyes can see visible light as the wavelengths and visible light also is a form of electromagnetic (EM) radiation. At different wavelengths and frequencies, EM radiation can transmitted through waves or particles as the electromagnetic spectrum. The spectrum divided into seven regions follow the decreasing wavelength which increasing energy and frequency as radio waves, microwaves, infrared (IR), visible light, ultraviolet (UV), X-rays and gamma-rays.