Nghiên Cứu Chế Tạo Màng Polymer Phân Hủy Sinh Học Kết Hợp Hạt Nano Bạc Từ Dịch Chiết Nha Đam

Màng bọc thực phẩm truyền thống, chủ yếu từ polyethylene và polyvinyl chloride, gây… 95 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2023.

• Tác giả: Huỳnh Quang Trung
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Nhung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Màng Polymer Phân Hủy Sinh Học Kết Hợp Hạt Nano Bạc Từ Nha Đam
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về màng polymer phân huỷ sinh học
• 1.2. Tình hình nghiên cứu về màng polymer phân huỷ sinh học
• 1.3. Tính chất của màng polymer phân huỷ sinh học
• 1.4. Các polymer thường dùng trong chế tạo màng polymer sinh học
• 1.5. Ứng dụng của màng polymer phân hủy sinh học
• 1.6. Tổng quan về vật liệu nano kim loại
• 1.7. Giới thiệu về vật liệu nano kim loại
• 1.8. Đặc điểm tính chất của vật liệu nano kim loại
• 1.9. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano
• 1.10. Tổng quan về cây nha đam
• 1.11. Giới thiệu chung về cây nha đam
• 1.12. Tổng quan về vi khuẩn Ecoli
• 1.13. Cấu tạo vi khuẩn Ecoli
• 1.14. Các phương pháp diệt khuẩn E
• 1.15. Liên hệ đề tài
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.3. Quy trình chiết xuất dung dịch từ lá nha đam
• 2.4. Quy trình tổng hợp màng polymer phân huỷ sinh học
• 2.5. Tổng hợp vật liệu composite (CS/AgNPs@Nha đam)
• 2.6. Chế tạo màng polymer phân huỷ sinh học (PVA/CS/AgNP)
• 2.7. Các phương pháp khảo sát tính chất màng
• 2.8. Phương pháp đo độ truyền qua
• 2.9. Phương pháp đo độ trương và độ hoà tan
• 2.10. Phương pháp đo độ bền kéo và độ giãn dài
• 2.11. Phương pháp đo góc thấm ướt
• 2.12. Phương pháp khảo sát khả năng kháng khuẩn
• 2.13. Phương pháp trải đĩa
• 2.14. Phương pháp đo vòng tròn khuếch tán
• 2.15. Phương pháp đo đường cong sinh trưởng
• 2.16. Khảo sát khả năng bảo quản thực phẩm
• 2.17. Các phương pháp phân tích
• 2.18. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)
• 2.19. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.20. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.21. Phương pháp phân tích XRD
• 2.22. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 2.23. Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp hạt nano bạc (AgNPs)
• 3.2. Các phương pháp tổng hợp hạt nano bạc (AgNPs)
• 3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng bạc
• 3.5. Phương pháp phân tích XRD
• 3.6. Chế tạo màng polymer phân huỷ sinh học (PVA/CS/AgNPs@Nha đam)
• 3.7. Hình ảnh bề mặt – Kết quả SEM
• 3.8. Sự phân bố thành phần hoá học - Kết quả EDX mapping
• 3.9. Độ truyền qua – Kết quả UV – Vis
• 3.10. Thành phần hóa học – Kết quả phổ dao động phân tử (FTIR)
• 3.11. Độ bền kéo và độ giãn dài
• 3.12. Độ trương và độ hoà tan trong nước
• 3.13. Phân tích nhiệt khối lượng – Kết qủa TGA
• 3.14. Khảo sát khả năng kháng khuẩn
• 3.15. Phương pháp trải đĩa
• 3.16. Phương pháp đo vòng tròn kháng khuẩn
• 3.17. Phương pháp đo đường cong sinh trưởng
• 3.18. Khảo sát khả năng bảo quản thực phẩm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Màng Polymer Phân Hủy Sinh Học Nha Đam

Màng bọc thực phẩm truyền thống, chủ yếu từ polyethylene và polyvinyl chloride, gây ra những thách thức lớn về môi trường do khả năng phân hủy kém. Do đó, sự phát triển của màng polymer phân hủy sinh học đã thu hút sự quan tâm đáng kể. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc tích hợp các polymer như chitosan, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acrylic, gelatin và tinh bột để tạo ra màng có cơ tính và khả năng bảo quản thực phẩm tốt hơn. Điều này hứa hẹn tiềm năng thay thế các loại màng bọc thực phẩm truyền thống, đồng thời mang lại khả năng phân hủy sinh học và kháng khuẩn. Thị trường màng phân hủy sinh học đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt ở Châu Á, Bắc Mỹ và Châu Âu, với giá trị dự kiến đạt hơn 37,3 triệu USD vào năm 2027. Giải pháp sử dụng màng polymer này có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra một hệ sinh thái xanh hơn.

1.1. Tình Hình Nghiên Cứu Màng Polymer Phân Hủy Sinh Học

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu polymer như Chitosan, PVA, gelatin và tinh bột giúp tạo ra màng polymer có cơ tính tốt và khả năng bảo quản thực phẩm hiệu quả. Những màng polymer này có khả năng phân hủy sinh học và khả năng kháng khuẩn, mở ra tiềm năng lớn để thay thế các loại màng bọc thực phẩm truyền thống. Chúng còn có thể ứng dụng để làm ống hút, chén đĩa và các sản phẩm khác. Hiện nay, việc ứng dụng các màng polymer phân hủy sinh học đã được triển khai trên toàn thế giới và đang có tốc độ phát triển vượt bậc.

1.2. Tính Chất Quan Trọng Của Màng Polymer Phân Hủy Sinh Học

Các tính chất cơ học như độ bền kéo, độ bền đâm thủng, lực tải, độ đàn hồi và độ giãn dài là những yếu tố quan trọng đối với màng polymer phân hủy sinh học. Trong đó, độ bền kéo và độ giãn dài đặc biệt quan trọng. Độ bền kéo cho biết tính linh động của màng, trong khi độ giãn dài thể hiện mức độ dẻo của màng. Khả năng phân hủy là một tính chất bắt buộc phải có đối với màng polymer sinh học, giúp bảo vệ môi trường. Ngoài ra, độ truyền hơi nước cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

II. Vấn Đề Cấp Bách Rác Thải Nhựa Giải Pháp Hạt Nano Bạc

Sự gia tăng rác thải nhựa từ bao bì thực phẩm đặt ra một thách thức môi trường nghiêm trọng. Các màng polymer tổng hợp thông thường không có khả năng phân hủy sinh học, dẫn đến ô nhiễm môi trường kéo dài. Việc sử dụng hạt nano bạc (AgNPs) kết hợp với màng polymer tự nhiên nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn. AgNPs có đặc tính kháng khuẩn tuyệt vời, giúp kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm bằng cách ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng. Hơn nữa, AgNPs không ảnh hưởng xấu đến đặc tính cảm quan của sản phẩm, tạo ra một lựa chọn hấp dẫn cho người tiêu dùng. Nghiên cứu tập trung vào việc tích hợp AgNPs vào vật liệu polymer sinh học để tạo ra màng bọc thực phẩm có khả năng phân hủy và kháng khuẩn, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

2.1. Ưu Điểm Vượt Trội Của Hạt Nano Bạc Trong Bảo Quản

Hạt nano bạc (AgNPs) có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ đối với nhiều loại vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn. Do đó, việc sử dụng AgNPs trong bảo quản thực phẩm đã thu hút được nhiều sự chú ý. Nó có thể kéo dài thời hạn sử dụng của các sản phẩm thực phẩm bằng cách ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng và bệnh tật. Ngoài ra, bao bì chứa AgNPs không ảnh hưởng đến đặc tính cảm quan của sản phẩm thực phẩm, giúp chúng dễ được người tiêu dùng chấp nhận hơn.

2.2. Tổng Hợp Hạt Nano Bạc Bằng Phương Pháp Xanh Từ Nha Đam

Phương pháp tổng hợp hóa học truyền thống để tạo ra hạt nano bạc thường sử dụng các hóa chất và dung môi độc hại. Do đó, phương pháp "tổng hợp xanh" đang ngày càng được ưa chuộng, đặc biệt trong lĩnh vực y sinh và bao bì thực phẩm. Nha đam chứa nhiều chất chống oxi hoá và có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ. Lá nha đam chứa các thành phần hoạt tính sinh học như lignin, hemiaellulose và pectin, có thể được sử dụng để khử ion Ag+ và cung cấp chất làm bền, tạo ra vật liệu polymer thân thiện với môi trường.

III. Phương Pháp Chế Tạo Màng Polymer Từ Nha Đam AgNPs

Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp mới để tạo ra màng polymer phân hủy sinh học (PVA/CS) kết hợp với AgNPs được tổng hợp bằng dịch chiết từ lá nha đam cho ứng dụng bảo quản thực phẩm. Mục tiêu chính là giải quyết vấn đề rác thải nhựa, ô nhiễm môi trường và hệ sinh thái. Quá trình bao gồm tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết nha đam, phân tích hình dạng và cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis). Tiếp theo, hạt nano bạc được phân tán vào màng polymer trên nền PVA và Chitosan. Màng được phân tích bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và đánh giá các tính chất như cơ tính, độ giãn dài, độ giữ nước và khả năng kháng khuẩn.

3.1. Quy Trình Chiết Xuất Dung Dịch Từ Lá Nha Đam Chi Tiết

Việc chiết xuất dung dịch từ lá nha đam là bước đầu tiên quan trọng trong quá trình tổng hợp hạt nano bạc. Quy trình bao gồm việc rửa sạch lá nha đam, loại bỏ lớp vỏ xanh bên ngoài, sau đó nghiền nát phần thịt bên trong. Hỗn hợp nghiền nát được pha loãng với nước cất và khuấy đều để đảm bảo các thành phần hoạt tính được hòa tan hoàn toàn. Cuối cùng, dung dịch được lọc để loại bỏ các cặn bã, thu được dịch chiết nha đam tinh khiết, sẵn sàng cho quá trình tổng hợp AgNPs.

3.2. Tổng Hợp Màng Polymer Phân Hủy Sinh Học PVA CS AgNPs

Sau khi tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết nha đam, chúng được phân tán vào màng polymer trên nền PVA và Chitosan. Quá trình này bao gồm việc hòa tan PVA và Chitosan trong dung môi phù hợp, sau đó thêm AgNPs vào hỗn hợp và khuấy đều để đảm bảo phân tán đồng đều. Hỗn hợp sau đó được trải lên bề mặt phẳng và để khô tự nhiên hoặc sấy nhẹ để tạo thành màng polymer phân hủy sinh học. Tỷ lệ PVA, Chitosan và AgNPs được điều chỉnh để tối ưu hóa các tính chất của màng.

3.3. Các Phương Pháp Khảo Sát Tính Chất Của Màng Polymer

Để đánh giá chất lượng và hiệu quả của màng polymer, nhiều phương pháp khảo sát được sử dụng. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để phân tích bề mặt màng, quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) được sử dụng để khảo sát độ truyền quang. Các phương pháp khác bao gồm đo độ bền kéo, độ giãn dài, độ giữ nước, độ tan trong nước, độ ưa nước và khảo sát khả năng kháng khuẩn. Những phương pháp này cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc, tính chất và hiệu quả bảo quản thực phẩm của màng.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Kháng Khuẩn Bảo Quản Thực Phẩm Hiệu Quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng polymer kết hợp AgNPs tổng hợp từ dịch chiết nha đam có khả năng kháng khuẩn tốt đối với vi khuẩn E. coli. Khả năng kháng khuẩn tăng khi hàm lượng hạt nano bạc tăng. Đặc biệt, màng polymer tích hợp AgNPs tổng hợp bằng dịch chiết nha đam thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với màng polymer kết hợp hạt nano bạc được khử bằng phương pháp hóa học thông thường. Trong các khảo sát về khả năng bảo quản thực phẩm, màng polymer này có khả năng giữ nước và hấp thụ tia UV tốt, giúp bảo quản trái mận cơm hiệu quả hơn. Nhìn chung, nghiên cứu này chứng minh tiềm năng của màng polymer phân hủy sinh học kết hợp AgNPs từ nha đam trong việc thay thế bao bì nhựa thông thường.

4.1. Đánh Giá Khả Năng Kháng Khuẩn Của Màng Polymer

Để đánh giá khả năng kháng khuẩn của màng polymer, ba phương pháp khác nhau đã được sử dụng: trải đĩa, đo vòng tròn khuếch tán và đo đường cong sinh trưởng. Kết quả cho thấy khả năng kháng khuẩn tăng khi hàm lượng hạt nano bạc tăng. Hiệu quả kháng khuẩn tốt nhất đạt được tại hàm lượng bạc là 0,05g. Điều này chứng tỏ AgNPs đóng vai trò quan trọng trong việc ức chế sự phát triển của vi khuẩn.

4.2. Khảo Sát Khả Năng Bảo Quản Thực Phẩm Với Trái Mận Cơm

Khả năng bảo quản thực phẩm của màng polymer được đánh giá thông qua việc sử dụng trái mận cơm. Độ mất nước, độ khác biệt màu sắc và vẻ bề ngoài của trái mận cơm khi được bọc bởi màng polymer dưới tác động của ánh sáng UV được theo dõi và so sánh. Kết quả cho thấy màng polymer tích hợp AgNPs tổng hợp bằng dịch chiết nha đam có khả năng bảo quản thực phẩm tốt nhờ vào khả năng giữ nước và hấp thụ tia UV.

V. Kết Luận Tiềm Năng Thay Thế Bao Bì Nhựa Từ Màng Nha Đam

Nghiên cứu đã chứng minh rằng màng polymer phân hủy sinh học tạo thành thông qua việc kết hợp hạt nano bạc tổng hợp từ dịch chiết nha đam lên trên khung polymer tạo thành từ PVA và Chitosan cho cơ tính cao, khả năng kháng khuẩn và bảo quản thực phẩm tốt. Điều này cho thấy tiềm năng to lớn của màng polymer này trong việc thay thế các loại bao bì bằng nhựa thông thường, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ hệ sinh thái. Cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất và đánh giá tính an toàn của màng polymer này trước khi đưa vào ứng dụng rộng rãi.

5.1. Ưu Điểm Vượt Trội Của Màng Polymer Từ Nha Đam

Màng polymer tạo thành từ sự kết hợp PVA và Chitosan, tích hợp hạt nano bạc tổng hợp từ dịch chiết nha đam, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Cơ tính cao, khả năng kháng khuẩn và khả năng bảo quản thực phẩm tốt là những yếu tố quan trọng giúp màng polymer này trở thành một lựa chọn thay thế tiềm năng cho bao bì nhựa thông thường.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Và Phát Triển Trong Tương Lai

Để đưa màng polymer phân hủy sinh học từ nha đam vào ứng dụng thực tế, cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm chi phí và đảm bảo tính an toàn. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện cơ tính, tăng cường khả năng kháng khuẩn, và đánh giá tác động của màng polymer đến sức khỏe con người và môi trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vấn đề rác thải nhựa khó phân hủy từ các loại bao bì thực phẩm truyền thống gốc dầu mỏ (như Polyethylene - PE, Polyvinyl chloride - PVC) đang gây ra những áp lực nghiêm trọng đối với môi trường và hệ sinh thái toàn cầu. Trước thực trạng đó, xu hướng nghiên cứu và ứng dụng màng polymer phân hủy sinh học (biopolymer) từ các nguồn tự nhiên như polysaccharides, proteins và lipids ngày càng được đẩy mạnh nhờ đặc tính thân thiện với môi trường, an toàn sinh học và khả năng tự phân hủy. Tuy nhiên, các màng biopolymer đơn thuần thường bộc lộ nhược điểm về độ bền cơ lý thấp. Để khắc phục, việc phối trộn biopolymer tự nhiên (như Chitosan) với polymer tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học (như Polyvinyl alcohol - PVA) nhằm hình thành hệ mạng lưới liên kết hydro và tương tác tĩnh điện là một giải pháp hiệu quả giúp gia tăng cơ tính của vật liệu.

Bên cạnh chức năng bao gói cơ bản, bao bì thực phẩm hiện đại đang chuyển dịch sang dạng bao bì chủ động (active packaging) tích hợp khả năng kháng khuẩn, ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây thối hỏng và kéo dài thời hạn bảo quản nông sản, thực phẩm. Hạt nano bạc (AgNPs) là tác nhân kháng khuẩn phổ rộng vượt trội, không làm biến đổi mùi vị cảm quan của thực phẩm như các loại tinh dầu thực vật thông thường. Tuy vậy, các phương pháp khử hóa học truyền thống để tạo AgNPs (sử dụng chất khử mạnh như $\text{NaBH}_4$) thường sử dụng hóa chất độc hại, kém an toàn khi tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. Do đó, việc ứng dụng con đường "tổng hợp xanh" sử dụng dịch chiết thực vật – cụ thể là lá cây nha đam (Aloe vera) chứa nhiều hợp chất tự nhiên có tính khử và làm bền (như lignin, hemicellulose, pectin, saponin, tannic acid, chrysin) – mở ra hướng đi bền vững và an toàn cho việc chế tạo màng bao gói thực phẩm kháng khuẩn.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể bao gồm 4 nội dung chính:

1. Xây dựng phương pháp tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết nha đam theo hướng tổng hợp xanh.
2. Chế tạo màng polymer phân hủy sinh học trên hệ nền Polyvinyl alcohol/Chitosan kết hợp hạt nano bạc tổng hợp từ dịch chiết nha đam (PVA/CS/AgNPs@Nha đam).
3. Phân tích, đánh giá các đặc trưng cấu trúc, hình thái, tính chất cơ lý và nhiệt học của hạt nano bạc và màng composite tạo thành.
4. Khảo sát khả năng kháng khuẩn đối với chủng vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) và đánh giá hiệu quả bảo quản thực phẩm thực tế của màng trên mô hình quả mận cơm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hạt nano bạc (AgNPs) tổng hợp xanh từ dịch chiết nha đam; màng phân hủy sinh học tổ hợp PVA/Chitosan tích hợp AgNPs; chủng vi khuẩn chỉ thị Escherichia coli; mô hình bảo quản thực phẩm thực tế (trái mận cơm).
• Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm được triển khai tại hệ thống phòng thí nghiệm thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; nguồn nguyên liệu nha đam được thu hái từ vùng trồng tại tỉnh Long An.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện và hoàn thành nghiệm thu vào tháng 8 năm 2023.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên các nền tảng lý thuyết chuyên ngành công nghệ hóa học, khoa học vật liệu polymer và công nghệ nano sinh học:

• Lý thuyết về polymer phân hủy sinh học: Cơ chế tạo màng, tương tác liên kết hydro và lực phân tử giữa polymer sinh học Chitosan (thu được từ quá trình khử acetyl của Chitin trong vỏ giáp xác) và polymer tổng hợp phân hủy sinh học Polyvinyl alcohol (PVA); vai trò của Glycerol như một chất hóa dẻo và chất tạo liên kết ngang.
• Lý thuyết về vật liệu nano kim loại: Các hiệu ứng kích thước, hiệu ứng bề mặt và hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR) của hạt nano bạc khi tương tác với bức xạ ánh sáng; cơ chế "tổng hợp xanh" đi từ ion $\text{Ag}^+$ sang $\text{Ag}^0$ nhờ các nhóm hoạt tính khử trong dịch chiết thực vật.
• Cơ chế kháng khuẩn sinh học: Tác động ức chế và tiêu diệt vi khuẩn Gram âm (E. coli) thông qua sự phá vỡ màng tế bào, ức chế enzyme hô hấp và cản trở quá trình nhân đôi ADN của hạt nano bạc kết hợp với các hoạt chất sinh học (saponin, tannic acid, chrysin) từ nha đam.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện đồng bộ từ khâu chế tạo đến phân tích đặc tính:

Nhóm nội dung	Phương pháp / Tiêu chuẩn áp dụng	Thiết bị / Dụng cụ đo lường chính	Thông số và điều kiện khảo sát
Chiết xuất & Tổng hợp nano	Phương pháp trích ly dịch chiết cơ học kết hợp tổng hợp xanh từ dưới lên (Bottom-up)	Máy khuấy từ gia nhiệt, cân phân tích, tủ bảo quản lạnh	Khảo sát các hàm lượng ion bạc tương ứng 0,0125 g; 0,025 g và 0,05 g Ag trong 25 mL dung dịch Chitosan 1% và 25 mL dịch chiết nha đam.
Chế tạo màng composite	Phương pháp đổ màng dung dịch (Solution casting)	Tủ sấy, đĩa petri vô trùng	Hòa tan PVA 14,28% ở $90^\circ\text{C}$ trong 2 giờ; phối trộn composite AgNPs/CS khuấy 3 giờ; thêm Glycerol khuấy 3 giờ; sấy khô màng ở nhiệt độ phòng trong 36 giờ.
Đặc trưng cấu trúc & hình thái	Phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis), kính hiển vi điện tử quét (SEM), truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)	Máy đo quang phổ UV-Vis UH-5300 Hitachi (190–1100 nm), kính hiển vi SEM tích hợp EDX mapping, TEM, thiết bị phân tích XRD, TGA, FTIR	Đánh giá đỉnh hấp thụ SPR, hình thái và phân bố kích thước hạt nano bạc, độ phân tán nguyên tố Ag trên bề mặt màng, liên kết hóa học và độ bền nhiệt của vật liệu.
Đánh giá cơ lý & hóa lý	Đo độ bền kéo (TS) và độ giãn dài (E); đo góc thấm ướt ($\theta$); đo độ trương ($W_a$) và độ hòa tan ($W_s$)	Máy phân tích kết cấu CT3 Texture Analyzer (tốc độ kéo 4 mm/s); phần mềm xử lý ảnh ImageJ; tiêu chuẩn ASTM D570-98	Xác định ứng suất kéo đứt, độ dãn dài tương đối, khả năng kháng nước và mức độ phân hủy sinh học trong nước cất.
Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn	Phương pháp trải đĩa đếm khuẩn lạc (CFU); phương pháp đo vòng kháng khuẩn khuếch tán; phương pháp đo đường cong sinh trưởng vi sinh	Tủ cấy vô trùng có đèn UV, nồi hấp tiệt trùng ($121^\circ\text{C}$, 20 phút), bể lắc ổn nhiệt $37^\circ\text{C}$ (150 rpm), máy đếm khuẩn lạc, máy đo mật độ quang $\text{OD}_{600}$	Chủng vi khuẩn chỉ thị E. coli; môi trường nuôi cấy Nutrient Broth (NB) và môi trường thạch Agar; theo dõi mật độ vi khuẩn theo thời gian.
Thử nghiệm bảo quản thực phẩm	Phương pháp đánh giá hao hụt khối lượng tự nhiên ($L%$) và đo biến đổi màu sắc	Tủ chiếu xạ UV chuyên dụng, máy đo màu công nghiệp, cân phân tích	Mẫu thử quả mận cơm bọc màng polymer, đặt trong buồng UV ở điều kiện nhiệt độ $31,5^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối 66% theo dõi định kỳ hàng ngày.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Chương I trình bày tổng quan hệ thống các cơ sở lý luận và tổng hợp tình hình nghiên cứu trong nước cũng như quốc tế liên quan đến đề tài:

• Màng polymer phân hủy sinh học: Phân tích thực trạng ô nhiễm từ nhựa dầu mỏ và xu hướng chuyển dịch sang vật liệu bao bì sinh học có thị trường dự kiến đạt trên 37,3 triệu USD vào năm 2027. Phân loại chi tiết hai nhóm polymer phân hủy sinh học: nhóm có nguồn gốc tự nhiên (Cellulose, Chitin/Chitosan, Carrageenan) và nhóm polymer tổng hợp (Axit polylactic - PLA từ nguồn tái tạo, Polyetylene glycol - PEG và Polyvinyl alcohol - PVA từ hóa dầu). Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật then chốt của màng bao gồm độ bền cơ lý, độ truyền hơi nước, tính kháng khuẩn và độ hòa tan sinh học, cùng tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải, tách khí $\text{CO}_2$, y sinh và bao bì đóng gói.
• Vật liệu nano kim loại: Trình bày bản chất vật lý của vật liệu kích thước nano (1–100 nm), phân tích ba hiệu ứng đặc trưng: hiệu ứng bề mặt (tăng tỷ lệ nguyên tử bề mặt và năng lượng tự do), hiệu ứng kích thước (sự thay đổi tính chất quang, điện, cơ khi đạt kích thước tới hạn) và hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR). So sánh hai hướng tổng hợp: "Top-down" (từ trên xuống) và "Bottom-up" (từ dưới lên), nhấn mạnh ưu thế thân thiện sinh thái của phương pháp tổng hợp hóa học "xanh".
• Cây nha đam và hoạt tính khử: Giới thiệu thành phần sinh hóa của cây nha đam với hơn 75 hoạt chất sinh học; giải thích vai trò của các hợp chất cao phân tử tự nhiên (lignin, hemicellulose, pectin) vừa đóng vai trò tác nhân khử ion kim loại, vừa tạo lực đẩy không gian ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt nano.
• Vi khuẩn Escherichia coli và cơ chế kháng khuẩn: Trình bày đặc điểm hình thái học, cấu tạo 5 lớp (vùng nhân mang ADN, ribosome, vỏ nhầy, thành tế bào, màng sinh chất) của vi khuẩn Gram âm E. coli. Luận giải cơ chế hiệp đồng diệt khuẩn khi hạt nano bạc kết hợp với các hoạt chất sinh học tự nhiên (saponin, axit tannic, chrysin) chiết từ nha đam.

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM

Chương II mô tả chi tiết toàn bộ các bước quy trình thao tác, danh mục hóa chất tinh khiết, dụng cụ và hệ thống trang thiết bị thí nghiệm:

• Quy trình chiết xuất dịch nha đam: Thu nhận lá nha đam Long An tươi, gọt sạch lớp vỏ xanh bên ngoài, rửa sạch 2 lần bằng nước cất, cắt nhỏ và đồng hóa cơ học bằng máy xay mịn để thu gel nha đam nguyên chất, sau đó pha loãng với nước cất và bảo quản lạnh.
• Tổng hợp composite AgNPs/CS@Nha đam: Hòa trộn 25 mL Chitosan 1% với dung dịch $\text{AgNO}_3$ 0,1 M theo các tỷ lệ tính toán nhằm đạt các hàm lượng bạc khảo sát: 0,0125 g; 0,025 g và 0,05 g Ag. Khuấy ổn định ở tốc độ 300 rpm trong 15 phút, bổ sung tiếp 25 mL dịch chiết nha đam (dung dịch chuyển sang màu trắng đục), sau đó gia nhiệt đến khi phản ứng hoàn tất và dung dịch chuyển sang màu đỏ rượu đặc trưng.
• Chế tạo màng PVA/CS/AgNPs@Nha đam: Hòa tan dung dịch PVA 14,28% ở nhiệt độ $90^\circ\text{C}$ trong 2 giờ. Phối trộn vật liệu composite AgNPs/CS@Nha đam vào dung dịch PVA, khuấy đều trong 3 giờ. Bổ sung Glycerol làm chất tạo liên kết ngang và tiếp tục khuấy đồng nhất trong 3 giờ. Hút chính xác 6 mL dung dịch trải đều trên đĩa petri, sấy khô tự nhiên trong môi trường không khí sạch trong 36 giờ để tạo màng.
• Phương pháp khảo sát đặc tính màng: Mô tả chi tiết quy trình đo độ truyền quang (UV-Vis); xác định độ trương ($W_a$) và độ hòa tan trong nước ($W_s$) theo tiêu chuẩn ASTM D570-98; thử nghiệm kéo đứt trên máy CT3 Texture Analyzer để tính độ bền kéo ($TS$) và độ giãn dài ($E$); đo góc thấm ướt ($\theta$) trên phần mềm ImageJ.
• Khảo sát vi sinh và bảo quản thực phẩm: Quy trình chuẩn bị môi trường dinh dưỡng Nutrient Broth (NB), môi trường thạch Agar, dung dịch pha loãng Peptone; thao tác hấp tiệt trùng dụng cụ ở $121^\circ\text{C}$ trong 20 phút; các bước triển khai 3 kỹ thuật kháng khuẩn (trải đĩa đếm CFU, đo đường kính vòng ức chế, đo đường cong sinh trưởng ở bước sóng $\text{OD}_{600}$); quy trình bao bọc quả mận cơm thử nghiệm trong tủ chiếu xạ tia cực tím UV ($31,5^\circ\text{C}$, 66% RH).

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Chương 3 công bố và phân tích chuyên sâu các số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

• Đặc trưng hạt nano bạc (AgNPs):
  • Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) xác nhận các hạt AgNPs tổng hợp bằng dịch chiết nha đam có dạng hình cầu đồng đều, kích thước hạt trung bình dao động trong khoảng từ 20 đến 40 nm, phân bố kích thước hạt hẹp và ít bị kết tụ nhờ lớp chất làm bền tự nhiên.
  • Phổ hấp thụ UV-Vis ghi nhận pic hấp thụ đặc trưng của hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) của nano bạc trong vùng bước sóng 400–450 nm; cường độ hấp thụ tăng rõ rệt theo thời gian phản ứng và nồng độ bạc sử dụng.
  • Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu composite AgNPs/CS khẳng định sự hình thành cấu trúc tinh thể của nano bạc kim loại xen cài trong nền polymer Chitosan.
• Tính chất màng composite PVA/CS/AgNPs@Nha đam:
  • Hình thái và liên kết bề mặt: Ảnh chụp SEM cho thấy màng có bề mặt tương đối nhẵn, đồng nhất. Phổ phân bố nguyên tố EDX mapping xác nhận hạt nano bạc phân tán đồng đều khắp nền polymer mà không xuất hiện các vùng kết tụ lớn. Phổ FTIR chứng minh có sự dịch chuyển pic và tương tác liên kết hydro mạnh mẽ giữa các nhóm hydroxyl (-OH) của PVA, nhóm amine ($-\text{NH}_2$) của Chitosan và các nhóm chức hữu cơ trong dịch chiết nha đam.
  • Độ truyền qua UV-Vis: Khi đưa hạt nano bạc vào nền polymer, độ truyền qua của màng trong vùng ánh sáng khả kiến giảm nhẹ nhưng khả năng cản/hấp thụ tia cực tím (UV) tăng lên đáng kể, tạo lợi thế ngăn ngừa quá trình oxy hóa quang hóa của thực phẩm khi bao bọc.
  • Cơ tính và tính chất hóa lý: Cơ tính của màng phụ thuộc chặt chẽ vào hàm lượng AgNPs. Màng đạt độ bền kéo ($TS$) và độ dẻo dai cơ học tối ưu tại hàm lượng 0,025 g Ag. Độ trương và độ hòa tan trong nước của màng biến thiên theo sự tương tác liên kết ngang; góc thấm ướt thể hiện tính chất kỵ nước/ưa nước phù hợp với màng bao sinh học. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) chứng minh màng nanocomposite duy trì độ ổn định nhiệt tốt qua nhiều giai đoạn phân hủy nhiệt.
• Hoạt tính kháng khuẩn đối với E. coli:
  • Phương pháp trải đĩa và đo đường kính vòng kháng khuẩn cho thấy hiệu lực ức chế vi khuẩn tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng hạt nano bạc. Hiệu suất diệt khuẩn cao nhất đạt được ở mẫu chứa 0,05 g Ag.
  • Đường cong sinh trưởng vi sinh ở bước sóng 600 nm ghi nhận sự kìm hãm mạnh mẽ mật độ quang của vi khuẩn E. coli khi có mặt màng chứa AgNPs@Nha đam.
  • Đáng chú ý, kết quả so sánh đối chứng cho thấy màng tích hợp AgNPs tổng hợp xanh từ dịch chiết nha đam thể hiện hoạt tính kháng khuẩn vượt trội hơn hẳn so với mẫu màng sử dụng nano bạc tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học truyền thống với $\text{NaBH}_4$.
• Khả năng ứng dụng bảo quản thực phẩm thực tế:
  • Thử nghiệm trên quả mận cơm trong điều kiện chiếu tia UV ($31,5^\circ\text{C}$, độ ẩm 66%) cho thấy: mẫu mận được bọc bằng màng PVA/CS/AgNPs@Nha đam có độ mất khối lượng ($L%$) thấp hơn rõ rệt (giữ ẩm tốt hơn), bề mặt vỏ quả hạn chế hiện tượng nhăn nheo, độ khác biệt màu sắc ($\Delta E$) ổn định và duy trì chất lượng cảm quan tốt hơn nhiều so với mẫu quả không bọc hoặc mẫu bọc màng polymer đối chứng không chứa nano bạc.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thực hiện thành công việc chế tạo và đánh giá toàn diện hệ màng nanocomposite phân hủy sinh học ứng dụng trong công nghệ sau thu hoạch.

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu đặc tính của màng polymer sinh học khảo sát

Mẫu vật liệu / Hàm lượng Ag	Hình thái & Kích thước hạt nano (TEM)	Khả năng cản quang UV	Cơ tính tổng hợp (Độ bền kéo / Độ giãn)	Hiệu suất kháng khuẩn E. coli	Hiệu quả bảo quản mận cơm (Độ giữ nước & cảm quan)
Màng đối chứng (PVA/CS)	Không có AgNPs	Thấp	Cơ tính trung bình	Không đáng kể	Hao hụt khối lượng nhanh, vỏ quả nhăn nheo sớm
PVA/CS/AgNPs 0,0125 g	Hình cầu, phân tán đều	Cải thiện nhẹ	Tăng cơ tính	Trung bình	Hạn chế mất nước ở mức vừa phải
PVA/CS/AgNPs 0,025 g	Dạng cầu, 20–40 nm, phân bố đồng đều	Hấp thụ UV tốt	Đạt giá trị tối ưu nhất	Tốt	Giữ ẩm tốt, hạn chế biến đổi màu sắc vỏ quả
PVA/CS/AgNPs 0,05 g	Dạng cầu, mật độ hạt cao	Hấp thụ UV rất tốt	Giảm nhẹ độ giãn dài	Đạt hiệu suất cao nhất	Giữ độ tươi và hạn chế thối hỏng tốt nhất dưới tác động của UV
PVA/CS/AgNPs khử bằng $\text{NaBH}_4$	Dạng hạt phân tán hóa học	Tương đương	Cơ tính trung bình	Thấp hơn mẫu tổng hợp từ nha đam	Kém ổn định hơn mẫu tổng hợp xanh

Đóng góp khoa học và giải pháp đề xuất

• Đóng góp mới về mặt khoa học - công nghệ: Khóa luận đã chuẩn hóa một quy trình "tổng hợp xanh" hoàn chỉnh để tạo hạt nano bạc kích thước 20–40 nm bằng dịch chiết lá nha đam, không sử dụng hóa chất khử độc hại. Nghiên cứu chứng minh được hiệu ứng hiệp đồng kháng khuẩn giữa các hợp chất tự nhiên có trong nha đam và hạt nano bạc, tạo ra hoạt tính diệt khuẩn cao hơn phương pháp khử hóa học truyền thống dùng $\text{NaBH}_4$.
• Giải pháp thực tiễn: Đề xuất công thức phối trộn vật liệu tối ưu (PVA 14,28% kết hợp Chitosan 1%, Glycerol và AgNPs@Nha đam ở hàm lượng 0,025–0,05 g Ag), mở ra tiềm năng sản xuất bao bì phân hủy sinh học chủ động, thay thế màng nhựa dầu mỏ trong bảo quản nông sản và trái cây tươi.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và các nội dung thực nghiệm được công bố trong văn bản khóa luận:

• Hạn chế:
  • Khảo sát hoạt tính kháng sinh học mới tập trung trên một chủng vi khuẩn chỉ thị Gram âm duy nhất là Escherichia coli, chưa mở rộng sang các chủng vi khuẩn Gram dương (như Staphylococcus aureus, Listeria) hay các chủng nấm men, nấm mốc gây thối hỏng nông sản.
  • Thử nghiệm bảo quản thực phẩm thực tế mới thực hiện trên một đối tượng nông sản đơn lẻ là trái mận cơm trong điều kiện môi trường phòng thí nghiệm có chiếu xạ tia cực tím gia tốc ($31,5^\circ\text{C}$, 66% RH).
  • Quy trình chế tạo màng thực hiện bằng phương pháp đổ khuôn dung dịch thủ công (solution casting) trên đĩa petri quy mô nhỏ, chưa tiến hành thử nghiệm gia công tạo màng liên tục quy mô bán công nghiệp (như đùn thổi màng).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Mở rộng đánh giá phổ kháng khuẩn và kháng nấm trên nhiều chủng vi sinh vật gây bệnh truyền qua thực phẩm khác.
  • Thử nghiệm khả năng bảo quản trên đa dạng các loại thực phẩm giàu protein, chất béo hoặc các loại rau củ quả có cơ chế hô hấp khác nhau.
  • Khảo sát mức độ thôi nhiễm của ion bạc từ màng vào thực phẩm theo các tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm quốc tế trước khi thương mại hóa.

---

Giá trị tham khảo

Công trình khóa luận mang lại giá trị học thuật và thực tiễn chuyên sâu cho nhiều nhóm đối tượng:

• Đối tượng thụ hưởng:
  • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm, Khoa học Vật liệu, Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Môi trường.
  • Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp đang phát triển các dòng sản phẩm bao bì sinh học, màng bọc thực phẩm thông minh tự phân hủy.
• Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
  • Quy trình chiết xuất và thông số tổng hợp xanh hạt nano bạc từ thực vật (Chương II).
  • Phương pháp phân tán hạt nano vào nền polymer kết hợp PVA/Chitosan và kỹ thuật đổ màng dung dịch.
  • Bộ phương pháp đánh giá toàn diện tính chất vật liệu bao gồm cơ lý (ASTM D570-98, Texture Analyzer), quang học, hóa lý (FTIR, TGA, XRD, SEM, TEM) và chuỗi 3 phương pháp thử nghiệm vi sinh chuẩn hóa.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vai trò của việc phối trộn Polyvinyl alcohol (PVA) với Chitosan trong nghiên cứu này là gì?
Chitosan là polymer sinh học có khả năng kháng khuẩn và phân hủy tự nhiên nhưng cơ tính màng đơn thuần tương đối giòn và yếu. Việc phối trộn PVA (một polymer phân hủy sinh học có khả năng tạo màng cao) tạo ra các liên kết hydro, tương tác Van der Waals và tương tác tĩnh điện giữa các nhóm chức của hai mạch polymer, từ đó cải thiện đáng kể độ bền kéo và độ dẻo dai của màng composite.

2. Hạt nano bạc (AgNPs) được tổng hợp bằng dịch chiết nha đam có đặc điểm hình thái và kích thước như thế nào?
Kết quả phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) chỉ ra rằng các hạt AgNPs tổng hợp bằng dịch chiết nha đam có dạng hình cầu, kích thước hạt trung bình nằm trong khoảng 20–40 nm với độ phân bố kích thước tương đối đồng đều và ít bị kết tụ nhờ các hợp chất cao phân tử trong nha đam đóng vai trò làm chất phân tán, làm bền tự nhiên.

3. Hàm lượng nano bạc nào mang lại cơ tính tốt nhất và hàm lượng nào cho hiệu quả kháng khuẩn cao nhất?
Theo kết quả đo đạc thực nghiệm, các tính chất cơ lý và hóa lý của màng (độ bền kéo, độ giãn dài) đạt trạng thái tối ưu nhất tại hàm lượng bạc 0,025 g. Trong khi đó, hiệu quả ức chế và tiêu diệt vi khuẩn E. coli tăng dần theo nồng độ hạt nano và đạt giá trị kháng khuẩn cao nhất tại hàm lượng 0,05 g Ag.

4. Vì sao màng tích hợp AgNPs tổng hợp từ nha đam lại có khả năng kháng khuẩn tốt hơn màng dùng chất khử hóa học $\text{NaBH}_4$?
Do dịch chiết lá nha đam chứa sẵn nhiều hoạt chất kháng sinh tự nhiên mạnh như saponin, axit tannic, chrysin... Trong quá trình tổng hợp xanh, các nhóm chức của những phân tử hoạt tính này được cố định trực tiếp lên bề mặt hạt nano bạc, tạo ra cơ chế hiệp đồng tác dụng giúp nâng cao hoạt tính kháng khuẩn tổng hợp của vật liệu cao hơn so với hạt nano bạc tổng hợp đơn thuần bằng chất khử hóa học $\text{NaBH}_4$.

5. Thử nghiệm bảo quản thực phẩm thực tế được thiết lập với quy trình và thông số như thế nào?
Thử nghiệm được thực hiện trên các quả mận cơm đồng đều về độ chín. Mỗi quả được bọc kín bằng một màng phim khảo sát và đặt trong tủ chiếu tia UV ở điều kiện nhiệt độ ổn định $31,5^\circ\text{C}$ và độ ẩm 66%. Hàng ngày, mẫu quả được kiểm tra độ hao hụt khối lượng ($L%$), đo mức độ biến đổi màu sắc bằng máy đo màu và quan sát trạng thái cảm quan bề mặt vỏ quả.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Huỳnh Quang Trung đã nghiên cứu thành công quy trình tổng hợp xanh hạt nano bạc dạng cầu (kích thước 20–40 nm) từ dịch chiết lá nha đam và phân tán hiệu quả vào hệ nền polymer phân hủy sinh học PVA/Chitosan. Màng composite thu được thể hiện các đặc tính cơ lý ưu việt tại hàm lượng 0,025 g Ag, khả năng kháng khuẩn E. coli vượt trội ở hàm lượng 0,05 g Ag và có hiệu quả cao hơn phương pháp khử hóa học truyền thống. Kết quả thử nghiệm bảo quản thực tế trên quả mận cơm dưới tác động của tia UV chứng minh màng có khả năng giữ ẩm, duy trì màu sắc và làm chậm quá trình hư hỏng của trái cây. Đây là công trình thực nghiệm có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp giải pháp vật liệu bao bì sinh học thân thiện với môi trường nhằm thay thế các loại nhựa truyền thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về màng polymer phân huỷ sinh học 1. Tình hình nghiên cứu về màng polymer phân huỷ sinh học Các màng bọc thực phẩm truyền thống thường được tạo thành từ các loại polymers như Polyethylene, Polyvinyl chloride,…Khi các rác thải nhựa này thải ra môi trường sẽ không có khả năng phân hủy, do đó chúng gây tác động nghiêm trọng đến hệ sinh thái và môi trường. Vì vậy, việc phát triển các màng bọc thực phẩm có khả năng tự phân hủy sinh học nhận được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tích hợp các polymer có như Chitosan, Polyvinyl acohol, Polyvinyl acrylic, galatine, tinh bột… có thể tạo ra các màng bọc với cơ tính tốt và khả năng bảo quản thực phẩm tốt, hứa hẹn tiềm năng thay thế các loại màng bọc thực phẩm truyền thống trong việc bảo quản thực phẩm, bên cạnh khả năng phân huỷ sinh học và kháng khuẩn của nó [9]. Hiện nay, màng bọc thực phẩm và các sản phẩm như ống hút, chén đĩa…làm từ các polymer có khả năng phân hủy sinh học đã được ứng dụng trên toàn thế giới và đang có tốc độ phát triển vượt bậc. Khu vực Châu Á, Bắc Mỹ và Châu Âu là những thị trường chủ yếu cho màng có khả năng phân hủy sinh học và giá trị của chúng được dự báo sẽ đạt hơn 37,3 triệu USD vào năm 2027 [16]. Tính chất của màng polymer phân huỷ sinh học 1.

Tính chất cơ học Tính chất cơ học là một trong những tính chất quan trọng của màng phân hủy sinh học, được thể hiện thông qua độ bền kéo, độ bền đâm thủng, lực tải, độ đàn hồi và độ giãn dài. Trong đó, độ bền kéo và độ giãn dài là hai thông số quan trọng nhất đối với tính chất cơ học của màng nhựa sinh học. Độ bền kéo cho biết tính linh động và độ giãn dài cho biết mức độ dẻo của màng. Hai thông số này cho biết phim có thể được kéo dài bao nhiêu, độ dẻo tối đa của màng là như thế nào để thông qua đó có thể đánh giá tính chất cơ học của màng có phù hợp với ứng dụng hướng đến hay không.

Khả năng phân huỷ sinh học Khả năng phân huỷ là tính chất bắt buộc phải có đối với màng bởi một trong những mục đích hướng tới của màng polymer sinh học là bảo vệ môi trường nhờ vào việc màng có thể tự phân huỷ. Độ hoà tan là thông số quan trọng để đánh giá tính chất này của màng, thông số này thể hiện khả năng phân huỷ của màng sinh học khi tiếp xúc với nước. Độ truyền hơi nước Độ truyền hơi nước là một tính chất để đánh giá tốc độ khuếch tán của các phân tử nước qua màng sinh học, tính chất này được đặc biệt quan tâm trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm, dược phẩm. Độ truyền hơi nước được đánh giá thông qua độ mất khối lượng của thực phẩm hoặc dược phẩm, điều này thể hiện khả năng giữ các phân tử nước của màng là cao hay thấp từ đó lựa chọn vật liệu bảo quản phù hợp.

Khả năng kháng khuẩn Khả năng kháng khuẩn của màng sinh học được đánh giá thông qua hiệu suất ngăn chặn các vi sinh vật gây hại và thường được quan tâm trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm. Hiệu suất kháng khuẩn càng cao càng thể hiện tính năng vượt trội của màng trong việc ngăn chặn và tiêu diệt vi khuẩn gây hại. Các polymer thường dùng trong chế tạo màng sinh học Các polymer thường được sử dụng trong chế tạo màng sinh học là các polymer có khả năng phân huỷ sinh học và được chia làm hai loại chính: polymer có nguồn gốc sinh học và polymer tổng hợp. Trong đó polymer tổng hợp được chia làm hai nhóm nhỏ: polymer tổng hợp từ hoá dầu và polymer được tổng hợp từ nguồn tái tạo.

1: Phân loại của polymer có khả năng phân huỷ sinh học 5 1. Polymer có nguồn gốc sinh học ❖ Cellulose và các dẫn xuất của nó Cellulose là một trong những nguyên liệu đầu tiên được sử dụng để chế tạo màng sinh học. Cellulose là một loại polysaccharides phổ biến có mặt trong các nguồn tự nhiên như cây cối và thực vật. Nhờ vào các đơn vị monome saccacharide trong phân tử cenllulose sắp xếp chủ yếu theo kiểu tuyến tính làm cho nó có tính chất cơ học cao và được sử dụng nhiều trong việc chế tạo màng sinh học.

2: Cấu trúc phân tử của cellulose Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã thực hiện biến tính cellulose nhằm tạo ra các màng sinh học với tính chất được cải thiện và đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp: tách dầu-nước [17], [18], hấp phụ kim loại nặng [19], chạy thận nhân tạo [20],… ❖ Chitin và chitosan Chitosan (CS), một loại polysaccharides thu được từ quá trình deacetyl hoá chitin có được từ vỏ của các loài giáp xác, là vật liệu thích hợp cho việc tạo màng sinh học bởi khả năng tạo màng tuyệt vời, đặc tính kháng khuẩn, không độc hại và khả năng tương thích sinh học của nó [8]. Chitosan được sử dụng để chế tạo màng sinh học và có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước thực hiện liên quan đến nó, trong đó nổi bật là nhóm nghiên cứu đến từ trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh với đề tài chế tạo màng film dựa trên nền Chitosan kết hợp với Nanocellulose với độ bền kéo và khả năng chống nước cao [21]. Trên thế giới, Chitosan cũng được sử dụng rộng rãi để tạo màng trong ứng dụng thực phẩm [22]. 3: Cấu trúc phân tử của Chitin và Chitosan ❖ Carrageenan Carrageenan là một polysaccharides tự nhiên có chứa các nhóm sunfat, có nhiều ở trong tảo đỏ.

Có ba loại carrageenan phụ thuộc vào mức độ sunfat hoá: kappa, iota và lambda. Carrageenan là thành phần chủ yếu để chế tạo màng siêu thấm dầu để loại bỏ thuốc nhuộm và kim loại nặng [23]. 4: Cấu trúc phân tử của kappa- carrageenan, lota- carrageenan và lambda- carrageenan 1. Polymer tổng hợp • Polymer tổng hợp từ nguồn tái tạo ❖ Axit polylactic Axit polylactic (PLA) là một polyester nhiệt dẻo được tổng hợp bằng cách ngưng tụ nhiều lần axit lactic hoặc trùng hợp mở vòng của diester-lactide.

Trong khi đó, axit lactic được sản xuất từ nguồn sinh học có thể tái tạo, chẳng hạn như mía, tinh bột hoặc bằng quá trình lên men hiếu khí. PLA được sử dụng rộng rãi để chế tạo màng sinh học để tách dầu-nước [24] và tái tạo mô [25]. 5: Cấu trúc phân tử của axit polylactic • Polymer tổng hợp từ nguồn hoá dầu ❖ Polyetylene glycol Polyetylen glycol (PEG) là một polyether tổng hợp có thể được sản xuất bằng nhiều cách khác nhau: từ etylen oxit, etylen glycol hoặc oligomer etylen glycol. PEG được chủ yếu để chế tạo các màng sinh học sử dụng cho các hệ thống giải phóng thuốc.

6: Cấu trúc phân tử của polyetylene glycol ❖ Polyvinyl alcohol Polyvinyl alcohol (PVA) là một loại polymer tổng hợp được sản xuất bằng cách thủy phân polyvinyl acetate. PVA thường được sử dụng để chế tạo màng sinh học cho các ứng dụng băng vết thương [26], [27]. 7: Cấu trúc phân tử của polyvinyl alcohol 1. Ứng dụng của màng polymer phân hủy sinh học 1.

Xử lý nước thải Màng sinh học được sử dụng rộng rãi để lọc và xử lý nước, khử mặn nước biển nhờ vào hiệu suất phân tách các chất vượt trội, tính ổn định tuyệt vời, độ bền, tính thấm, tính chọn lọc và hiệu quả năng lượng cao [28]. Tuỳ vào các loại nước thải, các loại 8 màng khác nhau được lựa chọn để phù hợp cho quá trình lọc, ví dụ như: các màng có đặc tính siêu thấm hoặc siêu kỵ nước được ưa chuộng trong xử lý dầu thải (tách dầu/nước),… Trong khi đó, các màng sinh học chứa các vật liệu ưa nước như PVA được sử dụng để loại bỏ thuốc nhuộm trong nước thải công nghiệp. Tách khí Tách khí là một ứng dụng của màng sinh học dựa trên cơ chế khuếch tán dung dịch của màng, trong đó tính thấm và tính chọn lọc của các thành phần trong màng đóng vai trò chủ yếu. Ví dụ, các nhóm amin trong màng phân hủy sinh học được chế tạo từ Chitosan và PVA có khả năng tách CO2 khỏi hỗn hợp khí [29],[30].

Vật liệu y sinh Các màng phân hủy sinh học ngày càng trở nên phổ biến nhờ các ứng dụng trong các lĩnh vực y sinh, bao gồm kỹ thuật mô, vận chuyển thuốc và chạy thận nhân tạo/lọc máu do độc tính thấp, tính dẫn điện, đặc tính kháng khuẩn, tính chất cơ học, tính linh hoạt và nhiều chức năng khác của chúng [31]–[33]. Bao bì thực phẩm Màng bọc thực phẩm phân huỷ sinh học là một chủ đề thu hút nhiều sự chú ý của các nhà khoa học trong hơn một thập kỷ gần đây nhờ vào khả năng phân huỷ sinh học, không độc hại, kháng khuẩn, kháng nấm,… Màng bọc kháng khuẩn là một ứng dụng đầy hứa hẹn để cải thiện độ an toàn của thực phẩm bằng cách ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh, vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm [34]. Pin nhiên liệu Pin nhiên liệu bao gồm một buồng anốt và catốt cũng như chất điện phân ngăn cách hai buồng để điều kiện các ion di chuyển. Màng được sử dụng làm chất điện phân được gọi là màng trao đổi proton, trong đó phổ biến nhất là màng Nafion có chi phí sản xuất cao và gây ra tác động xấu đến hệ sinh thái [35].

Vì vậy, sử dụng màng sinh học có thể là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho màng Nafion. Tổng quan về vật liệu nano kim loại 1. Giới thiệu về vật liệu nano kim loại Vật liệu nano với đa dạng hình dáng và cấu trúc khác nhau đã trở thành một đề tài được nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây nhờ vào tính chất độc đáo của chúng. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng (khoảng từ 1 nm đến 100 nm), điều này cho phép đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất của một vật liệu thông thường.

Đặc điểm tính chất của vật liệu nano kim loại 1. Hiệu ứng bề mặt Ở kích thước nano mét thì những nguyên tử nằm trên bề mặt của một vật liệu sẽ chiếm phần trăm lớn so với tổng số chúng có trong vật liệu. Tính chất của các nguyên tử ở bề mặt vật liệu là khác so với các nguyên tử khác vì vậy nên khi vật liệu càng nhỏ thì hiệu ứng bề mặt càng thể hiện rõ. Bên cạnh đó, các nguyên tử trên bề mặt có năng lượng cao hơn so với các nguyên tử còn lại có trong vật liệu, điều đó làm tăng khả năng và đặc tính của vật liệu.