Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của Escherichia coli với vật liệu tổng hợp n-TiO2 PMMA

Khám phá hoạt tính kháng khuẩn của Escherichia coli khi sử dụng vật liệu composite n-TiO2 PMMA trong nghiên cứu luận văn chuyên sâu.

• Tác giả: Le Thuy Linh
• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyen The Hung
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Environmental Science and Management
• Đề tài: Antimicrobial activity of Escherichia coli using N-TiO2-PMMA Composite
• Loại tài liệu: Bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGMENTS
• 1. CHAPTER I: INTRODUCTION
• 1.1. Introduction
• 1.2. Objective of the study
• 2. CHAPTER II: LITERATURE REVIEW
• 2.1. coli is one of the bacteria that causes diseases of intestinal tract of humans and animals
• 2.2. Photocatalysis
• 2.3. Visible light responsive
• 2.3.1. What is Visible light
• 2.3.2. Visible light Photocatlysis oxide under visible light
• 2.4. N-TiO2
• 2.5. Polymethyl methacrylate (PMMA)
• 3. CHAPTER III: MATERIAL & METHODS
• 3.1. Material and equipment
• 3.1.1. Bacterial
• 3.1.2. Nutrient
• 3.1.3. Chemical
• 3.1.4. Equipment
• 3.2. Dip-coating of PMMA
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Escherichia coli và vật liệu tổng hợp n TiO2 PMMA

Escherichia coli (E. coli) là một vi khuẩn gram âm, thường ký sinh trong đường ruột của người và động vật. E. coli có khả năng gây bệnh đường tiêu hóa và tồn tại lâu trong môi trường. Vật liệu tổng hợp n-TiO2 PMMA là sự kết hợp giữa Nitrogen doped titanium dioxide (n-TiO2) và Polymethyl methacrylate (PMMA), được sử dụng để kháng khuẩn. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tính kháng khuẩn của E. coli khi sử dụng vật liệu tổng hợp này.

1.1. Escherichia coli và tác hại của nó

E. coli là một trong những vi khuẩn gây bệnh phổ biến, đặc biệt là các bệnh liên quan đến đường tiêu hóa. Vi khuẩn này có khả năng kháng nhiều loại kháng sinh, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe con người. Theo thống kê, tỷ lệ kháng kháng sinh của E. coli tại Việt Nam lên tới 74.6%, đòi hỏi các giải pháp thay thế hiệu quả hơn.

1.2. Vật liệu tổng hợp n TiO2 PMMA

n-TiO2 là một chất bán dẫn có khả năng quang xúc tác, được sử dụng để phân hủy và khử trùng vi khuẩn. Khi kết hợp với PMMA, một loại nhựa trong suốt và bền, vật liệu tổng hợp này có tiềm năng lớn trong việc ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, đặc biệt là E. coli.

II. Tính kháng khuẩn của n TiO2 và PMMA

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tính kháng khuẩn của n-TiO2 khi kết hợp với PMMA. Phương pháp dip-coating được sử dụng để phủ n-TiO2 lên bề mặt PMMA, sau đó đánh giá khả năng khử trùng E. coli dưới ánh sáng nhìn thấy.

2.1. Phương pháp dip coating

Phương pháp dip-coating được sử dụng để phủ n-TiO2 lên bề mặt PMMA. Quá trình này bao gồm việc nhúng PMMA vào dung dịch chứa n-TiO2 và kéo lên với tốc độ chậm để đảm bảo dung dịch bám đều trên bề mặt. Sau đó, PMMA được giữ trong dung dịch trong 10 giây trước khi kéo lên.

2.2. Đánh giá tính kháng khuẩn

Kết quả thí nghiệm cho thấy n-TiO2 có khả năng ức chế sự phát triển của E. coli. Số lượng vi khuẩn bị phân hủy tăng lên đáng kể khi sử dụng n-TiO2 với các tỷ lệ khác nhau. n-TiO2 đã chứng minh là một chất kháng khuẩn hiệu quả, có thể tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trong vòng 24 giờ.

III. Ứng dụng của n TiO2 trong kháng khuẩn

n-TiO2 không chỉ có khả năng kháng khuẩn mà còn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác như làm sạch không khí, nước và bề mặt. Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của n-TiO2 trong việc thay thế các loại kháng sinh truyền thống.

3.1. Ứng dụng trong y tế

n-TiO2 có thể được sử dụng trong các thiết bị y tế để ngăn chặn sự lây lan của vi khuẩn kháng kháng sinh. Vật liệu tổng hợp n-TiO2 PMMA có thể được ứng dụng trong các bề mặt tiếp xúc với bệnh nhân, giúp giảm thiểu nguy cơ nhiễm trùng.

3.2. Ứng dụng trong môi trường

n-TiO2 cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống lọc nước và không khí, giúp loại bỏ vi khuẩn và các chất ô nhiễm khác. Vật liệu tổng hợp n-TiO2 PMMA có thể được sử dụng trong các thiết bị gia dụng để tăng cường khả năng kháng khuẩn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nhiễm khuẩn y tế và sự lây lan của các vi sinh vật gây bệnh là một trong những thách thức nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng toàn cầu. Theo số liệu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) được trích dẫn trong công trình, nhiễm khuẩn y tế có thể xảy ra ở mọi quốc gia; ước tính hàng năm có khoảng 8,7% trong tổng số khoảng 1,4 triệu bệnh nhân tại 55 cơ sở y tế thuộc 14 quốc gia bị nhiễm khuẩn bệnh viện. Hậu quả của tình trạng này dẫn đến gia tăng tỷ lệ tử vong, kéo dài thời gian điều trị, tăng chi phí y tế và gia tăng liều lượng sử dụng kháng sinh.

Thực trạng đáng báo động hiện nay là sự xuất hiện của các chủng vi khuẩn siêu kháng thuốc (super-resistant bacteria). Tại Việt Nam, mức độ và tốc độ lan rộng của vi khuẩn kháng thuốc thuộc nhóm cao. Dữ liệu thống kê từ Bệnh viện Bạch Mai được nêu trong tài liệu cho thấy:

• Tỷ lệ kháng thuốc của trực khuẩn đường ruột Escherichia coli (E. coli) lên tới 74,6%.
• Tỷ lệ kháng thuốc của vi khuẩn gây nhiễm trùng Klebsiella pneumoniae đạt gần 60%.
• Vi khuẩn nhiễm khuẩn bệnh viện Acinetobacter baumannii có tỷ lệ kháng thuốc trên 90%.
• Nhóm kháng sinh cực mạnh Carbapenem ghi nhận tỷ lệ kháng khoảng 50%, đặc biệt ở các chủng vi khuẩn Gram âm mang gen kháng thuốc như Beta-lactamase.

Trước nhu cầu cấp thiết về việc tìm kiếm giải pháp thay thế thuốc kháng sinh truyền thống, công nghệ quang xúc tác sử dụng chất bán dẫn đã được lựa chọn. Titan dioxide ($TiO_2$) là chất quang xúc tác phổ biến nhờ độ bền hóa học cao, không độc hại, giá thành thấp và khả năng oxy hóa mạnh. Tuy nhiên, $TiO_2$ thông thường chủ yếu hoạt động dưới bức xạ tử ngoại (UV). Bằng cách pha tạp nitơ ($N-TiO_2$), vùng hấp thụ năng lượng quang học được thu hẹp, cho phép vật liệu hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến (visible light). Kết hợp phủ $N-TiO_2$ lên chất nền nhựa poly(methyl methacrylate) (PMMA) tạo ra vật liệu composite có khả năng tự khử trùng bề mặt.

Khóa luận xác định 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Tổng hợp vật liệu composite $N-TiO_2\text{--}PMMA$ có khả năng đáp ứng dưới ánh sáng khả kiến.
2. Khảo sát các thông số chính ảnh hưởng đến quá trình quang khử trùng sử dụng $N-TiO_2\text{--}PMMA$.
3. Nghiên cứu động học khử trùng vi khuẩn bằng quang xúc tác.
4. Làm rõ cơ chế của quá trình quang khử trùng vi khuẩn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Escherichia coli (ATCC 8789) và mở rộng so sánh với Staphylococcus aureus (S. aureus); vật liệu quang xúc tác $N-TiO_2$ với các hàm lượng 0,5%, 1% và 2% được phủ trên tấm nền nhựa PMMA.
• Phạm vi thực nghiệm: Thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật liệu Nano Môi trường (ENM Laboratory), Đại học Quốc gia Chung Hsing (National Chung Hsing University, Đài Loan) phối hợp với Khoa Quốc tế - Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên; thời gian theo dõi thực nghiệm khử trùng kéo dài 24 giờ (1440 phút) dưới cường độ ánh sáng khả kiến từ 990 đến 1030 lux ở nhiệt độ phòng khoảng 26–27°C.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết

• Vi sinh vật chỉ thị (E. coli): Là trực khuẩn Gram âm thuộc họ Enterobacteriaceae, kích thước điển hình từ 0,5 µm đến 2–3 µm, thường ký sinh trong đường ruột người và động vật. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 37°C và pH thích hợp từ 6,0 đến 8,0. Trên môi trường thạch dinh dưỡng (Nutrient Agar), khuẩn lạc E. coli có màu trắng đục, hình tròn đường kính khoảng 2–3 mm.
• Quá trình quang xúc tác (Photocatalysis): Là quá trình chuyển hóa quang năng thành hóa năng thông qua các cấu trúc oxit kim loại kích thước nano ($TiO_2$, $ZnO$, $CeO_2$, $SnO_2$). Khi hấp thụ photon ánh sáng có năng lượng thích hợp, các cặp điện tử - lỗ trống ($e^- / h^+$) được tạo ra, khuếch tán ra bề mặt và kích hoạt các phản ứng oxy hóa khử để phân hủy chất hữu cơ và tiêu diệt vi khuẩn.
• Pha tạp Nitơ ($N-TiO_2$): Bổ sung phi kim nitơ vào mạng lưới tinh thể $TiO_2$ giúp thu hẹp vùng cấm (band gap), mở rộng dải hấp thụ quang học sang vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng từ 380 nm đến 740 nm, tần số $4 \times 10^{14}$ đến $8 \times 10^{14}\text{ Hz}$).
• Vật liệu nền PMMA: Nhựa poly(methyl methacrylate) có độ truyền qua ánh sáng cao, bền thời tiết, chống chịu tia cực tím, có thể tái chế, trơ với axit và kiềm yếu, đóng vai trò làm giá mang cố định cho màng quang xúc tác $N-TiO_2$.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp phủ nhúng (Dip-coating): Sử dụng máy nhúng tự động Bungard RDC 15 để phủ huyền phù $N-TiO_2$ (hòa tan trong isobutyl alcohol - IBA, rung siêu âm 15 phút) lên bề mặt tấm PMMA. Tấm PMMA được ngâm giữ trong dung dịch 10 giây rồi kéo lên theo phương thẳng đứng với tốc độ ổn định (~0,8 cm/phút), sau đó sấy khô trong tủ sấy ở 80°C trong 1 phút.
• Phương pháp xác định hoạt tính kháng khuẩn (Photodisinfection assay):
  • Nồng độ vi khuẩn ban đầu được pha loãng ở các mức $10^4$ và $10^5\text{ CFU/mL}$.
  • Nhỏ dịch vi khuẩn thành 9 điểm trên bề mặt tấm PMMA (mẫu trắng đối chứng hoặc mẫu phủ $N-TiO_2$), phủ màng nhựa mỏng để dàn đều và giữ ẩm bằng nước khử ion (DI water).
  • Chiếu sáng khả kiến (990–1010 lux) trong buồng phản ứng ở nhiệt độ khoảng 27°C.
  • Thu hồi vi khuẩn ở các mốc thời gian (0, 60, 180, 360, 720, 900, 1080, 1200, 1320, 1440 phút) bằng dung dịch môi trường SCDLP (Soybean Casein Lecithin Polysorbate 80 Medium).
  • Pha loãng bậc phân (serial dilutions từ 3 đến 5 lần) và cấy trang/đổ đĩa trên môi trường Nutrient Agar (NA), ủ ở 37°C trong 18 giờ để đếm số lượng khuẩn lạc (CFU/mL).

Hóa chất và thiết bị sử dụng

Hạng mục	Tên hóa chất / Thiết bị	Xuất xứ / Hãng sản xuất	Thông số kỹ thuật / Đặc điểm
Chủng vi sinh	Escherichia coli ATCC 8789	FIRDI, Đài Loan	Môi trường NB 11634, NA
Môi trường nuôi cấy	Nutrient Agar (NA), Nutrient Broth (NB), TSB	BD Difco, Hoa Kỳ	Bột môi trường tiêu chuẩn
Môi trường trung hòa	SCDLP	Tự pha chế	TSB + Lecithin đậu nành + Tween 80
Hóa chất tổng hợp	Titanium isopropoxide (TTIP)	97% / 500 mL	Tiền chất tổng hợp $TiO_2$
	Isobutyl alcohol (IBA), Urea, HCl, NaOH	Hóa chất tinh khiết	Dung môi và chất điều chỉnh
Thiết bị đo quang	Spectrophotometer Prema PRO-779	Đức	Đo mật độ quang dịch vi khuẩn ($OD_{600}$)
Thiết bị phủ màng	Dip-coating machine Bungard RDC 15	Đức	Phủ màng dung dịch nano lên PMMA
Thiết bị môi trường	Tủ cấy vô trùng Thermo 1300 Series A2	Hoa Kỳ	Thao tác cấy vi sinh
	Tủ ấm YIHDER LM-570RD	Đài Loan	Duy trì nhiệt độ nuôi ủ vi khuẩn 37°C
	Đồng hồ đo cường độ sáng TES-1334	Đài Loan	Đo cường độ ánh sáng (lux)
	Nồi hấp tiệt trùng SUNTEX, Tủ sấy DENG YNG	Đài Loan	Khử trùng môi trường (121°C/150°C), sấy khô

---

Nội dung chính theo từng chương

CHAPTER I: INTRODUCTION

Chương này đặt nền móng cho nghiên cứu thông qua việc tổng hợp tình hình nhiễm khuẩn và tình trạng vi khuẩn kháng kháng sinh trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả nhấn mạnh số liệu của WHO và số liệu từ Bệnh viện Bạch Mai về tỷ lệ kháng thuốc của các chủng vi khuẩn phổ biến. Từ việc phân tích các hạn chế của liệu pháp kháng sinh, chương giới thiệu nguyên lý của chất quang xúc tác bán dẫn $TiO_2$ biến tính với nitơ ($N-TiO_2$), tiềm năng ứng dụng phủ màng lên chất nền PMMA nhằm tạo bề mặt kháng khuẩn tự làm sạch, và nêu rõ 4 mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

CHAPTER II: LITERATURE REVIEW

Chương tổng quan tài liệu gồm 5 nội dung chính:

• 2.1 Đặc điểm vi khuẩn Escherichia coli: Cấu trúc tế bào Gram âm, hình thái hình que, điều kiện phát triển tối ưu (37°C, pH 6,0–8,0) và các đặc tính sinh hóa.
• 2.2 Quang xúc tác (Photocatalysis): Cơ chế chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học qua các oxit kim loại bán dẫn ($TiO_2$, $ZnO$, $CeO_2$, $SnO_2$).
• 2.3 Khả năng đáp ứng ánh sáng khả kiến (Visible light responsive): Cấu trúc phổ điện từ, đặc tính của vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng 380–740 nm), cơ chế tạo cặp electron - lỗ trống khi kích hoạt quang học.
• 2.4 Vật liệu $N-TiO_2$: Các phương pháp tổng hợp $N-TiO_2$ (phương pháp phún xạ, nung $TiO_2$ hoặc $Ti(OH)_4$ trong khí quyển chứa nitơ, phương pháp sol-gel kết hợp xử lý nhiệt với urê).
• 2.5 Nhựa Poly(methyl methacrylate) (PMMA): Cấu trúc polyme trong suốt, tính chất cơ lý, khả năng tái chế, độ bền quang hóa và khả năng tương thích hóa học làm chất nền cho lớp phủ nano.

CHAPTER III: MATERIAL & METHODS

Chương mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị và thực nghiệm:

• Chuẩn bị vật liệu và môi trường: Khử trùng dụng cụ, pha chế môi trường thạch dinh dưỡng NA (9,2 g NA/400 mL nước cất hoặc 4,6 g NA/200 mL nước cất) và môi trường SCDLP (chứa TSB, 0,03 g lecithin và Tween 80).
• Quy trình phủ nhúng PMMA: Tấm PMMA được làm sạch, nhúng vào hỗn hợp $N-TiO_2$ - isobutyl alcohol (đã rung siêu âm 15 phút), giữ 10 giây và rút lên với tốc độ chuẩn, sấy khô tại 80°C trong đúng 1 phút để tránh làm biến dạng hoặc hỏng bề mặt nền PMMA, sau đó chiếu xạ UV để làm sạch vô trùng.
• Quy trình thực nghiệm kiểm soát (Control) và thực nghiệm kháng khuẩn: Bố trí 6 đến 10 đĩa mẫu cho mỗi đợt thử nghiệm kéo dài 24 giờ. Đo nồng độ quang phổ của huyền phù vi khuẩn ban đầu (~0,4 đơn vị OD), nhỏ dịch vi khuẩn $10^4\text{--}10^5\text{ CFU/mL}$ lên mẫu thử, chiếu sáng khả kiến cường độ 990–1010 lux ở 27°C, thu hồi tế bào sống bằng SCDLP sau các mốc thời gian và xác định tỷ lệ sống sót bằng phương pháp đếm khuẩn lạc.

CHAPTER IV: RESULT & DISCUSSION

Chương trình bày toàn bộ số liệu và đồ thị thực nghiệm:

• Thí nghiệm đối chứng (Control experiment to E. coli): Thử nghiệm với tấm PMMA trắng không phủ màng quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến 1026–1030 lux ở 27°C. Số lượng vi khuẩn $E. coli$ duy trì mật độ cao ($10^5\text{--}10^7\text{ log}$), tăng trưởng không ngừng hoặc dao động nhẹ mà không bị bất hoạt trong suốt 24 giờ (1440 phút).
• Ảnh hưởng của liều lượng $N-TiO_2$ 0,5%: Khảo sát tại các điều kiện cường độ ánh sáng khả kiến khác nhau ($2,2 \times 10^{-4}\text{ lux}$, $3,09 \times 10^{-4}\text{ lux}$, $1019\text{ lux}$). Vi khuẩn có xu hướng gia tăng sinh khối trong giai đoạn đầu (0–900 phút), sau đó giảm mạnh và đạt mức tiêu diệt hoàn toàn tại mốc 1200–1440 phút.
• Ảnh hưởng của liều lượng $N-TiO_2$ 1%: Thử nghiệm tại các hộp phản ứng A và B dưới cường độ sáng 1000–1007 lux. Tỷ lệ sống sót của vi khuẩn dao động trong khoảng 0–1080 phút, sau đó giảm đột ngột từ mức $10^6\text{ log}$ xuống còn khoảng 1 log hoặc bất hoạt hoàn toàn tại mốc 1440 phút.
• Ảnh hưởng của liều lượng $N-TiO_2$ 2%: Tỷ lệ sống sót của $E. coli$ được khống chế ở mức thấp hơn đáng kể (tỷ lệ tăng trưởng cực đại chỉ đạt khoảng 20–40% so với mức ban đầu, thấp hơn khoảng 4 lần so với mẫu 0,5%). Mật độ vi khuẩn giảm dần về 0 log và đạt mức tiêu diệt hoàn toàn trong khoảng thời gian từ 1200 đến 1440 phút.
• So sánh tổng hợp giữa các hàm lượng $N-TiO_2$: Khẳng định nồng độ $N-TiO_2$ 2% là tối ưu nhất về tốc độ và hiệu suất ức chế, tiêu diệt $E. coli$.
• Thử nghiệm trên vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus (S. aureus): Dưới tác dụng của màng phủ $N-TiO_2$ 2% (cường độ sáng 1008 lux, 27°C), tỷ lệ sống sót của S. aureus giảm nhanh chóng từ 100% xuống khoảng 20% chỉ sau 60 phút, tiếp tục giảm mạnh sau 180 phút và bị tiêu diệt hoàn toàn từ mốc 360 phút đến 1440 phút. Kết quả chứng minh S. aureus nhạy cảm và bị bất hoạt nhanh hơn nhiều so với E. coli.

CHAPTER V: CONCLUSION

Tóm tắt các kết quả đạt được về mặt chế tạo vật liệu nano quang xúc tác hoạt động dưới ánh sáng khả kiến, xác định các thông số động học khử trùng, ảnh hưởng của mật độ tế bào ban đầu ($10^4$ và $10^5\text{ CFU/mL}$) và làm rõ cơ chế quang khử trùng vi sinh vật của màng composite $N-TiO_2\text{--}PMMA$.

---

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp kết quả thực nghiệm quang khử trùng

Mẫu thử nghiệm	Nồng độ khuẩn ban đầu	Cường độ sáng (lux)	Tỷ lệ sống cực đại (%)	Thời điểm bất hoạt hoàn toàn (phút)	Mật độ khuẩn sau 24h (log)
Đối chứng (Blank PMMA)	$10^4\text{ CFU/mL}$	1026–1030	Tăng liên tục (>500%)	Không bị tiêu diệt	$10^5\text{--}10^7$
$N-TiO_2$ 0,5%	$10^5\text{ CFU/mL}$	1019	~20%–600% (tùy pha)	1200–1440	$\le 10^1\text{--}10^3$
$N-TiO_2$ 1,0%	$10^5\text{ CFU/mL}$	1000–1007	~20%–60%	1440	$\le 10^0\text{--}10^1$
$N-TiO_2$ 2,0%	$10^5\text{ CFU/mL}$	1000–1007	~20%–40%	1200–1440	0 (Tiêu diệt hoàn toàn)
$N-TiO_2$ 2,0% (với S. aureus)	$10^5\text{ CFU/mL}$	1008	Giảm ngay từ đầu	360	0 (Tiêu diệt hoàn toàn)

Đóng góp của nghiên cứu

• Về mặt công nghệ: Đã chế tạo thành công màng phủ composite $N-TiO_2\text{--}PMMA$ bằng kỹ thuật nhúng phủ đơn giản, có độ ổn định và khả năng kích hoạt quang hóa dưới nguồn sáng khả kiến thông thường (không cần đèn chiếu tia UV chuyên dụng).
• Về mặt thực nghiệm vi sinh: Xác lập bộ dữ liệu thực nghiệm chi tiết về động học bất hoạt vi khuẩn đường ruột E. coli theo thời gian 24 giờ; chứng minh nồng độ $N-TiO_2$ 2% mang lại hiệu quả diệt khuẩn vượt trội.
• Về tính tương đối giữa các chủng vi khuẩn: Chứng minh sự khác biệt rõ rệt về khả năng kháng quang xúc tác giữa vi khuẩn Gram âm (E. coli với cấu trúc thành tế bào phức tạp hơn) và vi khuẩn Gram dương (S. aureus bị tiêu diệt nhanh hơn gấp nhiều lần, hoàn tất sau 360 phút).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận từ phạm vi nghiên cứu

• Quy trình nhiệt luyện sau khi nhúng phủ bị giới hạn ở 80°C trong tối đa 1 phút do chất nền PMMA nhạy cảm với nhiệt độ cao; điều này hạn chế khả năng gia nhiệt ở mức cao hơn để tăng cường độ bám dính tinh thể $N-TiO_2$.
• Thí nghiệm được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm khép kín trong điều kiện cố định (nhiệt độ duy trì ~27°C, cường độ sáng quanh mức 1000 lux), chưa khảo sát biến thiên môi trường phức tạp ngoài thực tế.
• Khảo sát giới hạn trên hai đối tượng vi sinh vật chỉ thị (E. coli và S. aureus) trong thời gian tối đa 24 giờ cho mỗi mẻ thử nghiệm.

Hướng mở rộng tiếp theo

• Khảo sát độ bền bỉ cơ học và tuổi thọ của lớp phủ $N-TiO_2$ trên nền PMMA sau nhiều chu kỳ rửa và tái sử dụng.
• Thử nghiệm mở rộng trên các chủng vi khuẩn siêu kháng thuốc thu thập trực tiếp từ môi trường bệnh viện.
• Nghiên cứu tối ưu hóa thông số phủ màng và cải tiến chất nền polymer chịu nhiệt tốt hơn.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên và học viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường: Tham khảo quy trình thiết kế thí nghiệm đánh giá hoạt tính kháng khuẩn quang xúc tác và phương pháp thu hồi, pha loãng, đếm khuẩn lạc vi sinh.
• Người nghiên cứu về Vật liệu Nano và Kỹ thuật Hóa học: Tham khảo quy trình chế tạo màng composite $N-TiO_2$ trên nền polymer hữu cơ PMMA bằng phương pháp phủ nhúng (Dip-coating) kết hợp dung môi isobutyl alcohol và xử lý nhiệt ngắn hạn.
• Các nghiên cứu xử lý nước và bề mặt y tế: Cung cấp thông số đối sánh về liều lượng $N-TiO_2$ và thời gian chiếu sáng khả kiến cần thiết để khử trùng hoàn toàn các chủng vi khuẩn Gram âm và Gram dương.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao màng composite $N-TiO_2\text{--}PMMA$ chỉ được sấy ở 80°C trong vòng 1 phút?

Trong quy trình chế tạo, chất nền poly(methyl methacrylate) (PMMA) là một loại nhựa nhiệt dẻo nhạy cảm với nhiệt. Việc gia nhiệt ở 80°C quá 1 phút sẽ làm hỏng hoặc biến dạng chất nền PMMA, khiến mẫu thử không thể sử dụng cho các bước thực nghiệm tiếp theo. Do đó, thời gian sấy 1 phút được kiểm soát nghiêm ngặt nhằm làm bay hơi dung môi isobutyl alcohol mà vẫn bảo toàn cơ tính của tấm nền.

2. Hàm lượng $N-TiO_2$ nào cho hiệu quả khử trùng tối ưu trong nghiên cứu?

Nồng độ $N-TiO_2$ 2% mang lại hiệu quả cao nhất. Kết quả thực nghiệm cho thấy tỷ lệ sống sót của $E. coli$ khi sử dụng $N-TiO_2$ 2% thấp hơn khoảng 4 lần so với mẫu $N-TiO_2$ 0,5%, và mật độ vi khuẩn giảm triệt để về mức bất hoạt hoàn toàn (0 log) trong khoảng thời gian từ 1200 đến 1440 phút.

3. Hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn Staphylococcus aureus khác biệt như thế nào so với Escherichia coli?

S. aureus (vi khuẩn Gram dương) bị tiêu diệt nhanh hơn đáng kể so với E. coli (vi khuẩn Gram âm). Dưới cùng điều kiện màng $N-TiO_2$ 2% và cường độ sáng khoảng 1008 lux, tỷ lệ sống sót của S. aureus giảm xuống 20% chỉ sau 60 phút và đạt mức bất hoạt hoàn toàn sau 360 phút; trong khi đó, E. coli cần tới 1200–1440 phút mới bị tiêu diệt hoàn toàn.

4. Môi trường SCDLP có vai trò gì trong các bước thực nghiệm?

SCDLP (Soybean Casein Lecithin Polysorbate 80 Medium) là môi trường chứa TSB kết hợp lecithin đậu nành và Tween 80. Môi trường này đóng vai trò chất trung hòa và rửa giải, giúp thu hồi toàn bộ vi khuẩn bám dính trên bề mặt tấm PMMA và màng nhựa sau các mốc thời gian chiếu sáng, đồng thời ngăn chặn hoạt tính quang xúc tác dư thừa tiếp tục tác động trong quá trình pha loãng và đổ đĩa.

5. Dữ liệu kháng kháng sinh tại Bệnh viện Bạch Mai được tác giả nêu ra nhằm mục đích gì?

Tác giả dẫn chứng số liệu thực tế tại Bệnh viện Bạch Mai (tỷ lệ $E. coli$ kháng thuốc 74,6%, K. pneumoniae gần 60%, A. baumannii trên 90%) để nhấn mạnh tính cấp bách của cuộc khủng hoảng kháng kháng sinh tại Việt Nam, qua đó khẳng định sự cần thiết phải nghiên cứu các giải pháp vật liệu quang xúc tác không phụ thuộc vào kháng sinh để tiêu diệt mầm bệnh.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thùy Linh đã nghiên cứu và chế tạo thành công vật liệu composite $N-TiO_2\text{--}PMMA$ có hoạt tính quang khử trùng hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến. Các kết quả thực nghiệm định lượng khẳng định màng phủ chứa 2% $N-TiO_2$ đạt hiệu suất diệt khuẩn tối ưu, có khả năng bất hoạt hoàn toàn $E. coli$ trong vòng 24 giờ và tiêu diệt nhanh chóng S. aureus sau 360 phút. Công trình cung cấp quy trình công nghệ chi tiết cùng cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, đóng góp giải pháp vật liệu mới hỗ trợ kiểm soát vi sinh vật gây bệnh trong lĩnh vực y tế và môi trường.

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 n n 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 n 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 n 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 n 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 n 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 n 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.