Luận văn thạc sĩ tổng hợp và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn kháng nấm của ag kích thước nanomet

Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của ag kích thước nanomet trong luận văn thạc sĩ, mang lại tiềm năng ứng dụng trong y học.

• Tác giả: Nguyễn Đình Đạt
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Ngọc Châu
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Khả Năng Kháng Khuẩn Của Bạc Nano Kích Thước Nanomet
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HẠT NANO
• 1.1. Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu, chế tạo các vật liệu có cấu trúc, hình dạng với kích thước nanômét (nm)
• 1.2. Hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước của vật liệu nano
• 1.3. Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano
• 1.4. Hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển - lượng tử trong các vật liệu nano
• 1.5. Hạt nano kim loại - bạc nano
• 1.5.1. Giới thiệu về bạc nano
• 1.5.2. Tính chất của hạt bạc nano
• 1.5.2.1. Đặc tính chung của bạc nano
• 1.5.2.2. Tính chất quang
• 1.5.2.3. Tính chất từ
• 1.5.2.4. Tính chất điện
• 1.5.2.5. Tính chất nhiệt
• 1.5.3. Các phương pháp chế tạo hạt bạc nano
• 1.5.3.1. Phương pháp từ dưới lên (bottom-up)
• 1.5.3.2. Phương pháp từ trên xuống (top-down)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng kháng khuẩn của bạc nano kích thước nanomet

Bạc nano, với kích thước nanomet, đã trở thành một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực khoa học vật liệu và y học. Khả năng kháng khuẩn của bạc nano được xác định bởi diện tích bề mặt lớn và khả năng giải phóng ion bạc. Các nghiên cứu cho thấy bạc nano có thể tiêu diệt hơn 650 loại vi khuẩn khác nhau chỉ trong vòng một phút. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong việc phát triển các sản phẩm kháng khuẩn an toàn cho sức khỏe con người.

1.1. Đặc điểm nổi bật của bạc nano trong kháng khuẩn

Bạc nano có khả năng kháng khuẩn vượt trội so với bạc khối nhờ vào diện tích bề mặt lớn hơn, cho phép giải phóng nhiều ion bạc hơn. Các ion này có khả năng tiêu diệt vi khuẩn bằng cách phá hủy màng tế bào và ức chế các enzym cần thiết cho sự sống của vi khuẩn.

1.2. Tính chất vật lý và hóa học của bạc nano

Bạc nano không chỉ có tính kháng khuẩn mà còn có các tính chất quang học đặc biệt như hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Điều này làm cho bạc nano có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào kích thước và nồng độ, đồng thời cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu bạc nano kháng khuẩn

Mặc dù bạc nano có nhiều ưu điểm, nhưng việc ứng dụng rộng rãi vẫn gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự ổn định của hạt nano trong môi trường khác nhau. Ngoài ra, việc xác định liều lượng an toàn cho con người và môi trường cũng là một thách thức lớn.

2.1. Sự ổn định của bạc nano trong môi trường

Bạc nano có thể bị phân hủy hoặc kết tụ trong môi trường nước hoặc các dung môi khác, làm giảm hiệu quả kháng khuẩn. Việc nghiên cứu các chất ổn định như PVP hay chitosan là cần thiết để duy trì tính ổn định của bạc nano.

2.2. Đánh giá an toàn và tác động môi trường

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về tác động của bạc nano đến sức khỏe con người và môi trường. Việc xác định liều lượng an toàn và khả năng tích tụ trong cơ thể là rất quan trọng để đảm bảo rằng các sản phẩm chứa bạc nano không gây hại.

III. Phương pháp chế tạo bạc nano kháng khuẩn hiệu quả

Có nhiều phương pháp để chế tạo bạc nano, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp vật lý và phương pháp sinh học. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến kích thước, hình dạng và tính chất kháng khuẩn của bạc nano.

3.1. Phương pháp hóa học trong chế tạo bạc nano

Phương pháp hóa học thường sử dụng các chất khử như ethyleneglycol để chuyển đổi ion bạc thành bạc nano. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano, từ đó tối ưu hóa khả năng kháng khuẩn.

3.2. Phương pháp sinh học trong sản xuất bạc nano

Phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật hoặc chiết xuất thực vật để tổng hợp bạc nano. Phương pháp này không chỉ an toàn mà còn thân thiện với môi trường, đồng thời có thể tạo ra các hạt nano với tính chất kháng khuẩn tốt.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bạc nano trong kháng khuẩn

Bạc nano đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghiệp và sản phẩm tiêu dùng. Từ việc chế tạo vải kháng khuẩn đến sản xuất các thiết bị y tế, bạc nano đang chứng minh được giá trị của mình trong việc bảo vệ sức khỏe con người.

4.1. Ứng dụng trong y học

Bạc nano được sử dụng trong các sản phẩm y tế như băng gạc kháng khuẩn, giúp ngăn ngừa nhiễm trùng và thúc đẩy quá trình lành vết thương. Nghiên cứu cho thấy bạc nano có thể tiêu diệt vi khuẩn gây nhiễm trùng hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong sản phẩm tiêu dùng

Nhiều sản phẩm tiêu dùng như khẩu trang, vải may mặc và đồ gia dụng đã được tích hợp bạc nano để tăng cường khả năng kháng khuẩn. Điều này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu bạc nano

Nghiên cứu về bạc nano vẫn đang tiếp tục phát triển với nhiều tiềm năng ứng dụng trong tương lai. Việc hiểu rõ hơn về cơ chế kháng khuẩn và tối ưu hóa quy trình sản xuất sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho bạc nano trong việc bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

5.1. Tương lai của nghiên cứu bạc nano

Với sự phát triển của công nghệ nano, nghiên cứu về bạc nano sẽ tiếp tục mở rộng, đặc biệt trong việc phát triển các sản phẩm mới và cải tiến quy trình sản xuất. Các nghiên cứu sâu hơn về tính an toàn và hiệu quả sẽ là chìa khóa cho sự phát triển bền vững của bạc nano.

5.2. Hướng đi mới trong ứng dụng bạc nano

Các ứng dụng mới của bạc nano trong lĩnh vực công nghệ sinh học và vật liệu thông minh đang được nghiên cứu. Sự kết hợp giữa bạc nano và các vật liệu khác có thể tạo ra những sản phẩm kháng khuẩn hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ nano đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, với ứng dụng đa dạng trong các ngành khoa học như điện tử, vật lý, hóa học, sinh học, y học và môi trường. Trong đó, bạc nano (Ag nano) nổi bật với tính chất kháng khuẩn vượt trội, có khả năng tiêu diệt hơn 650 loại vi khuẩn chỉ trong vòng một phút mà không gây hiện tượng kháng thuốc như các kháng sinh truyền thống. Nghiên cứu này tập trung vào tổng hợp và khảo sát khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của bạc kích thước nanomet, nhằm phát triển các vật liệu kháng khuẩn hiệu quả, đặc biệt ứng dụng trong ngành dệt may quân đội.

Mục tiêu chính của luận văn là điều chế dung dịch keo bạc nano bằng phương pháp khử hóa học sử dụng ethyleneglycol làm chất khử, polyvinyl pyrolidone (PVP) làm chất bảo vệ, với sự hỗ trợ nhiệt của lò vi sóng; khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như chất bảo vệ, thời gian và công suất gia nhiệt, tỉ lệ AgNO3:PVP đến kích thước hạt và tính ổn định của dung dịch; đánh giá khả năng bám dính của bạc nano trên các loại vải quân phục; và thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các mẫu vải tẩm keo bạc nano đối với các chủng vi sinh vật phổ biến.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2014, sử dụng các thiết bị hiện đại như kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM), máy quang phổ UV-Vis và máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng bạc nano trong sản xuất vật liệu kháng khuẩn, đặc biệt trong lĩnh vực quân sự và y tế, đồng thời mở rộng hiểu biết về cơ chế tác động và điều kiện tối ưu để tổng hợp bạc nano kích thước nhỏ, ổn định.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước trong vật liệu nano: Khi kích thước hạt giảm xuống nanomet, tỉ lệ nguyên tử trên bề mặt tăng lên đáng kể, làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học so với vật liệu khối. Hiệu ứng này giải thích sự gia tăng hoạt tính kháng khuẩn của bạc nano do diện tích bề mặt lớn hơn, tăng khả năng giải phóng ion Ag+.

• Cộng hưởng Plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR): Hiện tượng dao động tập thể của các electron tự do trên bề mặt hạt bạc nano khi bị kích thích bởi ánh sáng, tạo ra đặc tính quang học đặc trưng và ảnh hưởng đến màu sắc dung dịch keo bạc nano. Bước sóng hấp thụ đặc trưng trong khoảng 400-530 nm được dùng để xác định kích thước và phân bố hạt.

• Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano: Ion Ag+ liên kết với thành tế bào vi khuẩn, vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy, ức chế hô hấp và ngăn chặn sao chép DNA, dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn. Tính kháng khuẩn còn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, nồng độ và phân bố của hạt nano.

• Phương pháp khử hóa học trong tổng hợp bạc nano: Sử dụng ethyleneglycol làm chất khử, PVP làm chất bảo vệ để ngăn kết tụ hạt, kết hợp gia nhiệt bằng lò vi sóng nhằm tăng tốc phản ứng và kiểm soát kích thước hạt.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp dung dịch keo bạc nano, khảo sát ảnh hưởng các yếu tố điều chế, phân tích cấu trúc và kích thước hạt bằng TEM, FE-SEM, phổ UV-Vis, phổ hấp thụ nguyên tử AAS; thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn trên các mẫu vải tẩm keo bạc nano với các chủng vi khuẩn và nấm mốc phổ biến.

• Phương pháp phân tích: Phân tích phổ UV-Vis để xác định bước sóng hấp thụ cực đại, từ đó suy ra kích thước hạt; TEM và FE-SEM để quan sát hình thái, kích thước và phân bố hạt nano; AAS để đo hàm lượng bạc bám trên vải; phương pháp vòng vô khuẩn để đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm dựa trên đường kính vòng vô khuẩn.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình điều chế và khảo sát kéo dài trong nhiều đợt thí nghiệm với các biến số như công suất lò vi sóng (100W, 230W), thời gian gia nhiệt (1-4 phút), tỉ lệ AgNO3:PVP (1:5 đến 1:20), lựa chọn chất bảo vệ (PVP, SDS). Thử nghiệm hoạt tính sinh học được thực hiện sau khi tối ưu điều kiện tổng hợp.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Sử dụng các mẫu dung dịch keo bạc nano điều chế với các điều kiện khác nhau; mẫu vải quân phục được cắt thành miếng nhỏ 0,5cm x 0,5cm để ngâm tẩm và thử nghiệm; vi sinh vật kiểm định gồm các chủng vi khuẩn Gram dương, Gram âm và nấm mốc phổ biến.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chất bảo vệ PVP ưu việt hơn SDS: Dung dịch keo bạc nano điều chế với PVP có màu vàng đặc trưng, ổn định, trong khi SDS tạo dung dịch xám đen, kết tủa sau khi ly tâm. Điều này cho thấy PVP là chất bảo vệ hiệu quả hơn trong việc ổn định hạt bạc nano.

2. Ảnh hưởng của công suất lò vi sóng: Ở công suất 100W, dung dịch keo bạc nano có màu vàng đặc trưng, ổn định; ngược lại, công suất 230W tạo ra dung dịch màu xám đen, không đồng nhất do quá trình khử quá nhanh gây kết tụ hạt lớn. Kết quả này khẳng định công suất 100W là điều kiện tối ưu để tổng hợp bạc nano kích thước nhỏ và đồng đều.

3. Ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt: Khi tăng thời gian gia nhiệt từ 1 đến 4 phút ở công suất 100W, bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch keo bạc nano dịch chuyển từ khoảng 360 nm đến 430 nm, tương ứng với sự tăng kích thước hạt từ nhỏ đến lớn hơn. Thời gian 3 phút được xác định là tối ưu để tạo ra hạt bạc nano kích thước nhỏ, đồng đều với bước sóng hấp thụ khoảng 420 nm.

4. Tỉ lệ AgNO3:PVP ảnh hưởng đến kích thước hạt: Tỉ lệ 1:10 (AgNO3:PVP) cho kết quả dung dịch keo bạc nano ổn định với kích thước hạt nhỏ và phân bố đồng đều. Tỉ lệ quá thấp hoặc quá cao làm giảm chất lượng dung dịch do kết tụ hoặc kích thước hạt không đồng đều.

5. Khả năng bám dính và hoạt tính kháng khuẩn của vải tẩm keo bạc nano: Hàm lượng bạc nano bám trên vải đạt khoảng 0,1 mg/cm² sau khi ngâm tẩm và giặt sạch, đảm bảo độ bền của lớp phủ. Thử nghiệm vòng vô khuẩn cho thấy vải tẩm keo bạc nano có khả năng ức chế sự phát triển của các chủng vi khuẩn Escherichia coli, Bacillus cereus và nấm Aspergillus sp. với đường kính vòng vô khuẩn trung bình từ 12 đến 18 mm, vượt trội so với mẫu đối chứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp khử hóa học sử dụng ethyleneglycol kết hợp PVP làm chất bảo vệ và gia nhiệt bằng lò vi sóng công suất 100W trong 3 phút là điều kiện tối ưu để tổng hợp dung dịch keo bạc nano kích thước nhỏ, đồng đều và ổn định. Việc lựa chọn PVP giúp ngăn ngừa kết tụ hạt nhờ hiệu ứng không gian và liên kết phối trí với ion bạc, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của polyme trong ổn định hạt nano.

Sự dịch chuyển bước sóng hấp thụ UV-Vis theo thời gian gia nhiệt phản ánh hiệu ứng giam cầm lượng tử, khi kích thước hạt tăng thì bước sóng hấp thụ dịch chuyển về phía đỏ, phù hợp với các lý thuyết về quang học của hạt nano kim loại. Công suất lò vi sóng quá cao làm tăng tốc độ phản ứng quá mức, dẫn đến kết tụ hạt và giảm chất lượng dung dịch.

Khả năng bám dính bạc nano trên vải quân phục và hoạt tính kháng khuẩn cao sau nhiều lần giặt chứng tỏ tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong sản xuất vật liệu kháng khuẩn cho ngành quân đội và y tế. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với các báo cáo về hiệu quả kháng khuẩn của bạc nano trên các vật liệu polymer và vải.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ UV-Vis thể hiện sự dịch chuyển bước sóng hấp thụ theo thời gian và công suất gia nhiệt, bảng tổng hợp kích thước hạt từ ảnh TEM, cùng bảng kết quả đo đường kính vòng vô khuẩn của các mẫu vải tẩm keo bạc nano.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng phương pháp điều chế bằng lò vi sóng công suất 100W trong sản xuất công nghiệp: Khuyến nghị các đơn vị sản xuất vật liệu kháng khuẩn áp dụng phương pháp này để tạo ra dung dịch keo bạc nano ổn định, kích thước hạt nhỏ, nâng cao hiệu quả kháng khuẩn. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 6-12 tháng để tối ưu quy trình.

2. Phát triển sản phẩm vải kháng khuẩn tẩm keo bạc nano cho ngành quân đội và y tế: Đề xuất phối hợp với các nhà sản xuất vải và cơ quan quân đội để thử nghiệm và sản xuất các loại quân phục, khẩu trang, băng gạc có khả năng kháng khuẩn cao, giảm thiểu nguy cơ nhiễm khuẩn. Thời gian triển khai 12-18 tháng.

3. Nghiên cứu mở rộng về cơ chế kháng nấm của bạc nano: Do cơ chế diệt nấm chưa rõ ràng, cần tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu nhằm làm rõ cơ chế tác động, từ đó nâng cao hiệu quả ứng dụng trong kiểm soát nấm mốc trên vật liệu. Thời gian nghiên cứu dự kiến 1-2 năm.

4. Khảo sát ảnh hưởng của các loại polyme bảo vệ khác và điều kiện tổng hợp khác: Để đa dạng hóa sản phẩm và tối ưu hóa tính chất vật liệu, nên thử nghiệm các polyme khác như PVA, PEG, chitosan và các phương pháp gia nhiệt khác nhằm nâng cao độ bền và hiệu quả kháng khuẩn. Thời gian nghiên cứu 6-12 tháng.

5. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng và đánh giá độ bền sản phẩm trong điều kiện thực tế: Thiết lập các tiêu chuẩn kiểm tra hàm lượng bạc, kích thước hạt, khả năng kháng khuẩn sau nhiều lần giặt và sử dụng thực tế để đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định. Thời gian thực hiện 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Vật liệu nano: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp và đặc tính của bạc nano, phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất kháng khuẩn, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển vật liệu nano.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu kháng khuẩn và dệt may kỹ thuật cao: Thông tin về quy trình điều chế dung dịch keo bạc nano và ứng dụng trên vải giúp doanh nghiệp cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng và mở rộng thị trường.

3. Ngành y tế và quân đội: Các kết quả về khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của bạc nano trên vật liệu vải có thể ứng dụng trong sản xuất khẩu trang, băng gạc, quân phục kháng khuẩn, góp phần bảo vệ sức khỏe cán bộ, chiến sĩ và nhân viên y tế.

4. Cơ quan quản lý và phát triển công nghệ: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ nano trong nước, thúc đẩy ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất và đời sống.

Câu hỏi thường gặp

1. Bạc nano có an toàn cho sức khỏe con người không?
   Bạc nano ở liều lượng tương đối cao được chứng minh không gây độc hại hay kích ứng da, do ion Ag+ chủ yếu tác động lên vi khuẩn có thành tế bào, trong khi tế bào người không có thành tế bào nên ít bị ảnh hưởng.

2. Tại sao chọn PVP làm chất bảo vệ trong tổng hợp bạc nano?
   PVP tạo liên kết phối trí với ion bạc, ngăn ngừa kết tụ hạt nhờ hiệu ứng không gian, giúp hạt nano phân tán đều và ổn định trong dung dịch, phù hợp với các nghiên cứu về polyme bảo vệ hạt nano.

3. Làm thế nào để kiểm soát kích thước hạt bạc nano?
   Kích thước hạt được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian và công suất gia nhiệt trong lò vi sóng, tỉ lệ AgNO3:PVP, và lựa chọn chất bảo vệ. Thời gian gia nhiệt 3 phút, công suất 100W và tỉ lệ 1:10 được xác định là tối ưu.

4. Khả năng kháng khuẩn của bạc nano có bền sau nhiều lần giặt không?
   Nghiên cứu cho thấy vải tẩm keo bạc nano vẫn giữ được hoạt tính kháng khuẩn sau 5 lần giặt, với lượng bạc bám trên vải khoảng 0,1 mg/cm², đảm bảo độ bền và hiệu quả sử dụng lâu dài.

5. Ứng dụng thực tế của bạc nano trong đời sống và công nghiệp là gì?
   Bạc nano được ứng dụng trong sản xuất khẩu trang kháng khuẩn, băng gạc y tế, quần áo thể thao, quân phục, sơn kháng khuẩn, thiết bị điện tử và vật liệu lọc nước, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe.

Kết luận

• Đã phát triển thành công phương pháp điều chế dung dịch keo bạc nano bằng khử hóa học với ethyleneglycol, PVP làm chất bảo vệ, gia nhiệt bằng lò vi sóng công suất 100W trong 3 phút, tạo ra hạt bạc nano kích thước nhỏ, đồng đều và ổn định.
• Chất bảo vệ PVP hiệu quả hơn SDS trong việc ổn định hạt bạc nano, tránh kết tụ và tạo dung dịch keo có màu vàng đặc trưng.
• Kích thước hạt bạc nano và tính chất quang học được kiểm soát thông qua thời gian gia nhiệt và tỉ lệ AgNO3:PVP, với bước sóng hấp thụ UV-Vis khoảng 420 nm tương ứng kích thước hạt nhỏ và đồng đều.
• Vải tẩm keo bạc nano có khả năng bám dính tốt và thể hiện hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm hiệu quả đối với các chủng vi sinh vật phổ biến, giữ được hiệu quả sau nhiều lần giặt.
• Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng rộng rãi bạc nano trong sản xuất vật liệu kháng khuẩn cho ngành quân đội, y tế và các lĩnh vực công nghiệp khác.

Next steps: Triển khai ứng dụng quy mô công nghiệp, mở rộng nghiên cứu cơ chế kháng nấm, thử nghiệm các polyme bảo vệ khác và xây dựng tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng sản phẩm.

Call to action: Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý được khuyến khích hợp tác để phát triển và ứng dụng công nghệ bạc nano, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Khái quát về hạt nano Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu, chế tạo các vật liệu có cấu trúc, hình dạng với kích thước nanômét (nm) (1nm = 10-9 m). Các hạt nano (nanoparticles) có kích thước khoảng vài nm đến 100 nm, vật liệu nano là những vật liệu có kích thước từ vài nm đến vài trăm nm. Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt do sự thu nhỏ kích thước và tăng diện tích mặt ngoài [6], [12].

Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử. Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử. Khi vật liệu ở vào kích cỡ nanomet thì chúng có đặc điểm nổi bật là các đặc tính liên quan đến hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Trước tiên là về 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. 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 [6], [12].1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt nano hình cầu.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu Đường kính Số Tỉ số nguyên tử Năng lượng Năng lượng bề mặt hạt nano nguyên tử trên bề mặt (%) bề mặt trên năng lượng tổng (nm) (J/mol) (%) 10 30. 105 82,2 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thứ hai, về hiệu ứng kích thước. Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này có nhiều đặc điểm khác với các vật liệu truyền thống.

Mỗi một tính chất của vật liệu đều được quy định bởi một độ dài đặc trưng hay còn gọi là kích thước tới hạn. Các tính chất của vật liệu có độ dài đặc trưng đều ở kích thước nanomet mà ngày nay người ta thường nói là “vật liệu nano”. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần so với độ dài đặc trưng với các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh 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.

Không có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano. Khi nói đến vật liệu nano, người ta đã nghiên cứu đến tính chất đi kèm của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính chất này thì khác so với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính chất khác thì lại không có gì khác biệt. Tuy nhiên, 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 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. Nếu 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 số 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. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển - lượng tử trong các vật liệu nano do việc giam hãm các vật thể trong một không gian hẹp mang lại (giam hãm lượng tử). 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Hạt nano kim loại - bạc nano 1. Giới thiệu về bạc nano Nano kim loại là khái niệm dùng để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo thành từ các kim loại. Hạt bạc nano là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100nm. Cấu hình electron của bạc: 1s2 2s22p63s23p63d104s24p64d105s1 Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm.

Bán kính ion bạc: 0,23 nm.2: Số nguyên tử và kích thước của hạt bạc nano Kích thước của hạt nano Ag (nm) 1 5 20 Số nguyên tử 31 3900 250000 1. Tính chất của hạt bạc nano ❖ Đặc tính chung của bạc nano - Hạt bạc nano có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn nhờ có diện tích bề mặt lớn. - Các hạt bạc nano có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này làm cho các dung dịch có chứa hạt bạc nano có màu các màu sắc khác nhau phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.

- Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa. - Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao. - Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như benzene, toluene). - Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường.

- Ổn định ở nhiệt độ cao [6], [12]. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] ❖ Tính chất quang Ở kích thước nanomet, các hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại quý như vàng, bạc, đồng, platin có một hiệu ứng đặc biệt đó là “Cộng hưởng Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance - SPR), làm cho chúng có những màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua. Trong kim loại có một loại plasma là plasma khí điện tử được sinh ra do các electron trong kim loại tách ra khỏi liên kết với nguyên tử chuyển thành các electron dẫn chuyển động tự do. Khi có sự kích thích của ánh sáng, những chuyển động tự do này của electron trên bề mặt kim loại sẽ tạo ra sóng truyền dọc theo bề mặt kim loại, gọi là sóng điện từ bề mặt (surface electromagnetic waves) truyền đi theo phương song song với kim loại hay với bề mặt chung của môi trường điện môi như hình 1.

Hiện tượng này được gọi là “Plasmon bề mặt” của kim loại (surface plasmon - SPs) [33], [6].1: Plasmon bề mặt của kim loại Sự kích thích của plasmon bề mặt bởi ánh sáng gọi là “cộng hưởng Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance_SPR). Hiện tượng này có được khi tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số dao động plasma của các điện tử dẫn trên bề mặt kim loại. Hiện tượng trên được giải thích như sau: Khi có ánh sáng, tức là có điện từ trường tương tác với bề mặt kim loại, dao động của vec tơ điện trường và vectơ từ trường của ánh sáng làm cho điện tử tự do của kim loại dao động, các điện tử ở chỗ này bị nén lại, mật độ điện tử tăng lên; điện tử ở chỗ kia bị dãn ra, mật độ điện tử giảm xuống. Vì vậy, ánh sáng tạo ra sóng mật độ điện tử lan truyền trong plasma điện tử ở kim loại.

6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động chung của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vây, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện [6], [14].2: Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng Các hạt bạc nano có hiệu ứng hấp thụ và tán xạ ánh sáng rất mạnh do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt.

Màu sắc của dung dịch nano là do hiệu ứng Plasmon bề mặt gây ra. Hình dáng, độ lớn và mật độ của hạt nano sẽ ảnh hưởng đến tính chất quang của dung dịch nano. Các hạt nano vàng, bạc, đồng thể hiện bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt trong vùng ánh sáng khả kiến, sẽ có một phần ánh sáng đó bị hấp thụ, một phần phản xạ; phần ánh sáng phản xạ này quy định màu sắc của hạt nano kim loại. Ví dụ: Hạt bạc nano kích thước nhỏ sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng phổ màu từ tím đến màu lục (400nm-500nm) trong khi đó nó lại phản xạ ánh sáng vàng (600nm) nên dung dịch có màu vàng.

Khi kích thước hạt bạc nano tăng lên thì bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt lớn hơn, nếu kích thước hạt tiếp tục tăng tới gần mức giới hạn của vật liệu khối thì hiện tượng cộng hưởng plamon bề mặt sẽ di chuyển về vùng phổ gần hồng ngoại, hầu như tất cả ánh sáng khả 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] kiến bị phản xạ làm cho các hạt nano ở kích thước này có màu gần như trong suốt. ❖Tính chất từ Ở trạng thái khối, bạc có tính nghịch từ do sự bù trừ cặp điện tử. Khi thu nhỏ kích thước đến kích thước nano thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và hạt bạc nano có từ tính khá mạnh. ❖Tính chất điện Bạc là một trong những kim loại dẫn điện tốt nhất.

Khi kích thước của hạt giảm dần về kích cỡ nanomet, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng.