Nghiên Cứu Khả Năng Kháng Khuẩn Của Một Số Cấu Trúc Nano Bạc Tại Trường Đại Học Quy Nhơn

Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của cấu trúc nano bạc Ag, ứng dụng trong y tế và công nghệ, mang lại giải pháp hiệu quả cho sức khỏe.

• Tác giả: Phan Thị Thanh Tuyền
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Nhật Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Chế Tạo Và Nghiên Cứu Khả Năng Kháng Khuẩn Của Một Số Cấu Trúc Nano Bạc (Ag)
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lí do chọn đề tài
• 0.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài
• 0.3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 0.6. Tổng quan về các hạt nano
• 0.6.1. Các hạt vi cầu
• 0.6.2. Chấm lượng tử
• 0.6.3. Các hạt kim loại
• 0.6.4. Giới thiệu hạt nano bạc
• 0.6.4.1. Cấu trúc của vật liệu nano bạc
• 0.6.4.2. Tính chất của vật liệu nano bạc
• 0.6.4.2.1. Tính chất quang
• 0.6.4.2.2. Tính chất điện
• 0.6.4.2.3. Tính kháng khuẩn
• 0.6.4.3. Ứng dụng của vật liệu nano bạc
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU
• 2.1. Quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp khử ion
• 2.2. Các dụng cụ và hóa chất sử dụng
• 2.3. Quy trình chế tạo bạc nano
• 2.4. Một số phương pháp khảo sát mẫu
• 2.4.1. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV – Vis
• 2.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.4.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.4. Kiểm tra đường kính vòng kháng khuẩn bằng phương pháp đục lỗ thạch
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát tính chất quang và cấu trúc vật liệu nano bạc
• 3.2. Khảo sát hình thái ảnh SEM
• 3.3. Khảo sát phổ XRD
• 3.4. Khảo sát tính chất quang học của vật liệu nano bạc dựa vào Phổ UV-Vis
• 3.5. Khảo sát thuộc tính kháng khuẩn
• 3.5.1. Khảo sát thuộc tính kháng nấm Aspergillus của nano bạc
• 3.5.2. Khảo sát thuộc tính kháng vi khuẩn E. coli của nano bạc
• 3.5.3. Khảo sát thuộc tính kháng vi khuẩn S. aureus của nano bạc
• KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Nano Bạc Khả Năng Kháng Khuẩn

Nghiên cứu về nano bạc và khả năng kháng khuẩn đang thu hút sự quan tâm lớn. Lý do là vì nano bạc thể hiện những đặc tính ưu việt so với vật liệu thông thường. Đặc biệt, tính kháng khuẩn phổ rộng, hiệu quả cao và an toàn đã mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Từ y tế, dược phẩm đến nông nghiệp, thực phẩm và mỹ phẩm, nano bạc hứa hẹn mang lại những giải pháp tiên tiến. Nghiên cứu này đi sâu vào khả năng kháng khuẩn của nano bạc, đánh giá hiệu quả và cơ chế hoạt động của nó đối với các loại vi khuẩn khác nhau. Mục tiêu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển và ứng dụng nano bạc một cách an toàn và hiệu quả.

1.1. Lịch sử và sự phát triển của nghiên cứu kháng khuẩn

Khả năng kháng khuẩn luôn là nhu cầu thiết yếu của con người. Từ thời cổ đại, bạc đã được sử dụng để bảo quản thực phẩm và nước uống nhờ đặc tính kháng khuẩn tự nhiên. Louis Pasteur đặt nền móng cho tư tưởng kháng khuẩn, kháng virus để bảo vệ sức khỏe. Ngày nay, nano bạc với kích thước siêu nhỏ và diện tích bề mặt lớn, đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực kháng khuẩn.

1.2. Tổng quan về nano bạc và các tính chất đặc biệt

Nano bạc là những hạt bạc có kích thước từ 1 đến 100 nanomet. Kích thước nhỏ bé mang lại cho nano bạc những tính chất đặc biệt, như diện tích bề mặt lớn, khả năng tương tác mạnh mẽ với môi trường xung quanh. Đặc biệt, nano bạc có khả năng diệt khuẩn, kháng virus, chống viêm và kháng nấm. Đây là những ưu điểm vượt trội so với các vật liệu kháng khuẩn truyền thống.

1.3. Ứng dụng tiềm năng của nano bạc trong nhiều lĩnh vực

Nano bạc có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong y tế, nó được sử dụng trong băng gạc vết thương, chất khử trùng và vật liệu cấy ghép. Trong nông nghiệp, nano bạc có thể giúp bảo vệ cây trồng khỏi bệnh tật. Trong thực phẩm, nó có thể kéo dài thời gian bảo quản. Và trong mỹ phẩm, nano bạc được sử dụng để diệt khuẩn và ngăn ngừa mụn trứng cá. Tuy nhiên, cần nghiên cứu kỹ lưỡng về tính an toàn trước khi ứng dụng rộng rãi.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Vi Khuẩn Kháng Thuốc và Giải Pháp Nano Bạc

Sự gia tăng của các chủng vi khuẩn kháng thuốc đang là một thách thức lớn đối với ngành y tế. Các loại thuốc kháng sinh truyền thống ngày càng trở nên kém hiệu quả. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế là vô cùng cần thiết. Nano bạc nổi lên như một ứng cử viên tiềm năng. Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá khả năng kháng khuẩn của nano bạc đối với các chủng vi khuẩn kháng thuốc. So sánh hiệu quả của nano bạc với các loại kháng sinh truyền thống. Mục tiêu là tìm ra giải pháp mới để chống lại sự kháng thuốc của vi khuẩn, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.1. Tình trạng vi khuẩn kháng thuốc hiện nay và hậu quả

Tình trạng vi khuẩn kháng thuốc đang trở nên nghiêm trọng trên toàn thế giới. Việc lạm dụng kháng sinh đã dẫn đến sự xuất hiện của các chủng vi khuẩn kháng lại nhiều loại thuốc. Hậu quả là thời gian điều trị kéo dài, chi phí tăng cao và tỷ lệ tử vong tăng lên. Cần có những biện pháp khẩn cấp để giải quyết vấn đề này, bao gồm việc sử dụng kháng sinh hợp lý và tìm kiếm các giải pháp thay thế.

2.2. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc so với kháng sinh

Nano bạc có cơ chế kháng khuẩn khác biệt so với kháng sinh. Kháng sinh thường tấn công vào một mục tiêu cụ thể trong tế bào vi khuẩn. Trong khi đó, nano bạc có thể tấn công nhiều mục tiêu cùng lúc, làm giảm khả năng vi khuẩn phát triển cơ chế kháng thuốc. Ion bạc (Ag+) có tác dụng diệt khuẩn theo hai cách: ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn thông qua sự cản trở các kênh dinh dưỡng ở màng tế bào và tiêu diệt vi khuẩn bằng cách phá hỏng màng tế bào của chúng.

2.3. Nghiên cứu về hiệu quả của nano bạc đối với vi khuẩn kháng thuốc

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của nano bạc đối với vi khuẩn kháng thuốc. Nano bạc có thể tiêu diệt các chủng vi khuẩn kháng lại nhiều loại kháng sinh, bao gồm cả MRSA và VRE. Kết quả cho thấy hoạt tính kháng nấm Aspergillus, kháng vi khuẩn E. Coli và kháng vi khuẩn S. aureus của nano bạc. Đây là một tín hiệu đầy hứa hẹn cho việc phát triển các liệu pháp điều trị mới.

III. Đại Học Quy Nhơn Phương Pháp Chế Tạo Nano Bạc Kháng Khuẩn

Nghiên cứu tại Đại học Quy Nhơn tập trung vào việc phát triển phương pháp chế tạo nano bạc có khả năng kháng khuẩn hiệu quả. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc khử ion bạc bằng các chất khử hóa học. Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp tổng hợp hóa học có nhiều ưu điểm phù hợp chế tạo vật liệu kháng khuẩn, kháng virus tại phòng thí nghiệm. Mục tiêu là tạo ra các hạt nano bạc có kích thước nhỏ, hình dạng đồng đều và độ ổn định cao. Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ, nhiệt độ và thời gian phản ứng đến tính chất của nano bạc.

3.1. Quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp khử hóa học

Quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp khử hóa học bao gồm các bước chính: chuẩn bị dung dịch tiền chất (thường là AgNO3), thêm chất khử (như natri borohydride hoặc acid citric), khuấy trộn và kiểm soát các yếu tố như nhiệt độ, pH và thời gian phản ứng. Các dụng cụ và hóa chất sử dụng. Quy trình chế tạo bạc nano. Nghiên cứu này tập trung vào tối ưu hóa các bước này để tạo ra nano bạc có chất lượng tốt nhất.

3.2. Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc và các thông số khác

Nồng độ của tiền chất, chất khử và chất ổn định có ảnh hưởng lớn đến kích thước, hình dạng và độ ổn định của nano bạc. Ảnh hưởng của nồng độ tiền chất và chất bảo vệ đến hình dạng các hạt nano bạc. Nghiên cứu này đánh giá tác động của các thông số này đến khả năng kháng khuẩn của nano bạc. Thông thường vật liệu kháng khuẩn gồm hai thành phần mạng nền và tâm kháng khuẩn. Trong đó mạng nền tương đối phong phú, đa dạng ở thể lỏng hoặc rắn. Tâm kháng khuẩn đòi hỏi đạt kích thước nano.

3.3. Đánh giá tính chất vật lý và hóa học của nano bạc tổng hợp

Sau khi tổng hợp, nano bạc được đánh giá các tính chất vật lý và hóa học bằng các phương pháp như UV-Vis, TEM, XRD và DLS. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV – Vis. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) . Kính hiển vi điện tử quét (SEM). Các phương pháp này giúp xác định kích thước, hình dạng, cấu trúc tinh thể và độ ổn định của nano bạc.

IV. Thử Nghiệm Kháng Khuẩn Kết Quả Nghiên Cứu Khoa Học Tại Quy Nhơn

Sau khi tổng hợp và đánh giá tính chất, nano bạc được sử dụng để thử nghiệm kháng khuẩn đối với các chủng vi khuẩn khác nhau. Thử nghiệm được thực hiện in vitro (trong ống nghiệm) bằng phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch hoặc phương pháp pha loãng. Mục tiêu là xác định khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn của nano bạc và so sánh với các loại kháng sinh truyền thống.

4.1. Phương pháp thử nghiệm kháng khuẩn in vitro

Các phương pháp thử nghiệm kháng khuẩn in vitro thường được sử dụng bao gồm phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch (agar diffusion) và phương pháp pha loãng (broth dilution). Phương pháp đục lỗ thạch kiểm tra khả năng kháng khuẩn của nano bạc được điều chế. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với các loại vi khuẩn khác nhau. Cần lựa chọn phương pháp phù hợp để đảm bảo kết quả chính xác.

4.2. Kết quả kháng khuẩn đối với các chủng vi khuẩn khác nhau

Kết quả thử nghiệm cho thấy nano bạc có khả năng kháng khuẩn hiệu quả đối với nhiều chủng vi khuẩn, bao gồm cả vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Kết quả hoạt tính kháng nấm Aspergillus của nano bạc. Kết quả hoạt tính kháng vi khuẩn E. Coli của nano bạc. Kết quả hoạt tính kháng vi khuẩn S. aureus của nano bạc. Tuy nhiên, hiệu quả có thể khác nhau tùy thuộc vào chủng vi khuẩn, nồng độ nano bạc và điều kiện thử nghiệm.

4.3. So sánh hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc và kháng sinh

So sánh hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc với các loại kháng sinh truyền thống cho thấy nano bạc có tiềm năng thay thế hoặc bổ sung cho kháng sinh trong một số trường hợp. Cần nghiên cứu thêm để xác định liều lượng và cách sử dụng tối ưu của nano bạc trong điều trị nhiễm trùng.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Tiềm Năng Của Nano Bạc Trong Y Tế

Với khả năng kháng khuẩn vượt trội, nano bạc có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y tế. Có thể sử dụng trong băng gạc vết thương, chất khử trùng, vật liệu cấy ghép và hệ thống phân phối thuốc. Cần nghiên cứu thêm về tính an toàn và hiệu quả khi sử dụng nano bạc trong cơ thể người.

5.1. Nano bạc trong điều trị vết thương và bỏng

Nano bạc có thể giúp ngăn ngừa nhiễm trùng, thúc đẩy quá trình lành vết thương và giảm sẹo. Đặc tính kháng khuẩn phổ rộng của nó, không độc hại với con người ở nồng độ thấp. Công nghệ nano giúp làm tăng thêm tỉ lệ bề mặt trên thể tích và hoạt tính xúc tác của nano bạc, dẫn đến tăng cường đáng kể hoạt tính kháng khuẩn của chúng. Băng gạc chứa nano bạc đã được sử dụng rộng rãi trong điều trị vết thương và bỏng.

5.2. Nano bạc trong chất khử trùng và vệ sinh

Nano bạc có thể được sử dụng trong chất khử trùng tay, bề mặt và thiết bị y tế. Các sản phẩm nano bạc được sử dụng để kiểm tra khả năng kháng khuẩn. Nó có hiệu quả trong việc tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn và virus, giúp ngăn ngừa sự lây lan của bệnh tật.

5.3. Nano bạc trong vật liệu cấy ghép và thiết bị y tế

Nano bạc có thể được tích hợp vào vật liệu cấy ghép và thiết bị y tế để ngăn ngừa nhiễm trùng. Điều này giúp giảm nguy cơ biến chứng và kéo dài tuổi thọ của vật liệu cấy ghép. Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc. Ion bạc (Ag+) có tác dụng diệt khuẩn theo hai cách: ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn thông qua sự cản trở các kênh dinh dưỡng ở màng tế bào và tiêu diệt vi khuẩn bằng cách phá hỏng màng tế bào của chúng.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Nano Bạc

Nghiên cứu tại Đại học Quy Nhơn đã góp phần làm sáng tỏ khả năng kháng khuẩn của nano bạc. Kết quả cho thấy nano bạc có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y tế và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về tính an toàn và hiệu quả lâu dài của nano bạc trước khi ứng dụng rộng rãi.

6.1. Tóm tắt các kết quả chính của nghiên cứu

Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo nano bạc bằng phương pháp khử hóa học. Kết quả thử nghiệm kháng khuẩn cho thấy nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều chủng vi khuẩn. So sánh với kháng sinh truyền thống cho thấy nano bạc có tiềm năng thay thế hoặc bổ sung.

6.2. Các hạn chế của nghiên cứu và đề xuất giải pháp

Nghiên cứu còn một số hạn chế, như chỉ thử nghiệm trên một số chủng vi khuẩn nhất định và chưa đánh giá đầy đủ tính an toàn của nano bạc. Cần mở rộng phạm vi nghiên cứu và tiến hành các thử nghiệm in vivo (trên cơ thể sống) để đánh giá đầy đủ tiềm năng của nano bạc.

6.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo về nano bạc và khả năng kháng khuẩn

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa phương pháp tổng hợp nano bạc, đánh giá cơ chế kháng khuẩn chi tiết, phát triển các ứng dụng mới của nano bạc trong y tế và các lĩnh vực khác, cũng như đảm bảo tính an toàn và bền vững của công nghệ nano bạc.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu kháng khuẩn ngày càng tăng trong y tế, nông nghiệp và công nghiệp, vật liệu nano bạc (AgNPs) nổi lên như một giải pháp tiềm năng nhờ tính kháng khuẩn phổ rộng và hiệu quả vượt trội. Theo báo cáo của ngành, từ năm 1980 đến 2010, thế giới đã ghi nhận khoảng 7.500 phát minh liên quan đến nano bạc, minh chứng cho tiềm năng ứng dụng rộng lớn của vật liệu này. Tuy nhiên, hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc phụ thuộc mạnh mẽ vào hình dạng, kích thước và cấu trúc tinh thể của các hạt nano. Đặc biệt, các cấu trúc nano bạc như hạt cầu, khối và dây có mức độ kháng khuẩn khác nhau, trong đó hạt cầu và khối thể hiện hiệu quả cao hơn so với dạng dây.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là chế tạo các cấu trúc nano bạc với hình dạng khác nhau, khảo sát tính chất quang học, cấu trúc tinh thể và đánh giá khả năng kháng khuẩn của chúng trên các chủng vi khuẩn E. coli, S. aureus và nấm Aspergillus. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm nano Trường Đại học Quy Nhơn trong khoảng thời gian năm 2023, tập trung vào việc tối ưu hóa nồng độ tiền chất AgNO3 và thời gian chiếu xạ vi sóng nhằm tạo ra sản phẩm nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn tối ưu.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp giải pháp vật liệu kháng khuẩn hiệu quả, thân thiện môi trường, góp phần nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe và phát triển nông nghiệp sạch. Các chỉ số đánh giá như đường kính vòng kháng khuẩn và phổ hấp thụ UV-Vis được sử dụng làm metrics chính để đo lường hiệu quả của sản phẩm nano bạc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

• Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR): Giải thích tính chất quang học đặc trưng của nano bạc, trong đó các electron tự do dao động cộng hưởng với ánh sáng, tạo ra phổ hấp thụ đặc trưng trong vùng tử ngoại đến khả kiến. Hiệu ứng này phụ thuộc vào kích thước và hình dạng hạt nano, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính kháng khuẩn.

• Cơ chế kháng khuẩn đa chiều của nano bạc: Ion Ag+ từ nano bạc tương tác với màng tế bào vi khuẩn, phá vỡ cấu trúc tế bào và ức chế các enzym quan trọng, dẫn đến cái chết của vi khuẩn. Cơ chế này bao gồm sự phá hủy màng tế bào, cản trở trao đổi chất và tổn thương DNA.

• Mô hình cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (Face-Centered Cubic - FCC): Cấu trúc tinh thể của bạc nano được xác định qua phổ nhiễu xạ tia X (XRD), với các mặt tinh thể {111}, {200}, {220}, {311} ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn do sự khác biệt về diện tích bề mặt và khả năng phản ứng.

Các khái niệm chính bao gồm: hạt nano bạc (AgNPs), hiệu ứng Plasmon bề mặt, ion bạc (Ag+), cấu trúc tinh thể FCC, và phương pháp tổng hợp khử ion bằng vi sóng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp thực nghiệm với các bước chính:

• Nguồn dữ liệu: Dung dịch tiền chất AgNO3 với các nồng độ 40 mM, 60 mM, 80 mM; chất bảo vệ PVP; dung môi ethylene glycol (EG); và NaCl để điều chỉnh cấu trúc hạt nano.

• Phương pháp tổng hợp: Khử ion bạc bằng phương pháp khử ion trong dung dịch AgNO3/NaCl/PVP/EG dưới tác dụng của vi sóng với công suất 400 W, thời gian chiếu xạ thay đổi từ 0,5 đến 2 phút nhằm điều chỉnh hình dạng và kích thước hạt nano bạc.

• Phương pháp phân tích:

  • Phổ hấp thụ UV-Vis để xác định sự hình thành và kích thước hạt nano qua đỉnh hấp thụ đặc trưng trong khoảng 385-420 nm.
  • Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể và các mặt tinh thể của nano bạc.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) để khảo sát hình thái và kích thước hạt nano.
  • Phương pháp đục lỗ thạch để đánh giá khả năng kháng khuẩn trên vi khuẩn E. coli, S. aureus và nấm Aspergillus.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu nano bạc được tổng hợp với 3 nồng độ AgNO3 và 4 thời gian chiếu xạ vi sóng, mỗi mẫu được kiểm tra ít nhất 3 lần để đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy của kết quả.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và khảo sát mẫu trong vòng 6 tháng, bao gồm giai đoạn tổng hợp, phân tích đặc tính vật liệu và thử nghiệm kháng khuẩn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến hình dạng và kích thước hạt nano:

   • Ở nồng độ 40 mM, hạt nano bạc chủ yếu có dạng hình cầu với kích thước nhỏ và mật độ thấp, thể hiện qua đỉnh hấp thụ UV-Vis nhọn tại 390 nm và cường độ hấp thụ yếu.
   • Ở 60 mM, hạt nano có mật độ cao hơn, kích thước đồng đều, dạng hạt cầu chiếm ưu thế, đỉnh hấp thụ dịch chuyển về 420 nm với cường độ hấp thụ mạnh hơn.
   • Ở 80 mM, xuất hiện đa dạng hình dạng (cầu, khối, dây), đỉnh hấp thụ rộng từ 390 đến 500 nm, cho thấy sự kết tụ và biến đổi cấu trúc hạt.

2. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ vi sóng:

   • 0,5 phút: Hạt nano chủ yếu dạng cầu, mật độ thấp, đỉnh hấp thụ tại 385 nm.
   • 1,5 phút: Hạt nano có mật độ cao nhất, hình dạng đa dạng gồm cầu, khối và dây, đỉnh hấp thụ mạnh tại 418 nm.
   • 2 phút: Dây nano chiếm ưu thế, xuất hiện hai đỉnh hấp thụ, bước sóng dịch chuyển dài hơn, thể hiện sự phát triển cấu trúc dây.

3. Khả năng kháng khuẩn:

   • Mẫu nano bạc chế tạo với nồng độ 60 mM AgNO3 và chiếu xạ 1,5 phút có hoạt tính kháng khuẩn tốt nhất với đường kính vòng kháng khuẩn khoảng 1,6 mm đối với E. coli và 1,7 mm đối với S. aureus.
   • Tất cả các mẫu đều thể hiện khả năng kháng khuẩn trên vi khuẩn E. coli và S. aureus, nhưng không có hiệu quả đáng kể trên nấm Aspergillus.

4. Cấu trúc tinh thể:

   • Phổ XRD xác nhận cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) của bạc với các đỉnh tại góc 2θ lần lượt là 38,10°, 44,20°, 64,20°, 77,20°, tương ứng với các mặt (111), (200), (220), (311).

Thảo luận kết quả

Kết quả SEM và UV-Vis cho thấy sự điều chỉnh nồng độ AgNO3 và thời gian chiếu xạ vi sóng có ảnh hưởng rõ rệt đến hình dạng và kích thước hạt nano bạc. Hạt cầu với kích thước đồng đều và mật độ cao tạo ra diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, từ đó nâng cao hiệu quả kháng khuẩn. Sự phát triển của cấu trúc dây nano làm giảm diện tích tiếp xúc hiệu quả, dẫn đến hoạt tính kháng khuẩn yếu hơn, phù hợp với các nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng hình dạng đến hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs.

Phổ XRD khẳng định sự hình thành tinh thể bạc nguyên chất, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của vật liệu. Đường kính vòng kháng khuẩn đo được qua phương pháp đục lỗ thạch phản ánh trực tiếp khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn, với mẫu 60 mM - 1,5 phút đạt hiệu quả tối ưu.

Việc nano bạc không thể kháng nấm Aspergillus có thể do kích thước lớn và cấu trúc phức tạp của nấm, khiến ion Ag+ khó thâm nhập và tác động hiệu quả. Điều này mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm tối ưu hóa kích thước và mật độ hạt nano để nâng cao khả năng kháng nấm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ UV-Vis so sánh các mẫu, ảnh SEM minh họa hình thái hạt nano, phổ XRD xác định cấu trúc tinh thể và bảng so sánh đường kính vòng kháng khuẩn giữa các mẫu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc:

   • Điều chỉnh nồng độ AgNO3 quanh mức 60 mM và thời gian chiếu xạ vi sóng khoảng 1,5 phút để tạo ra hạt nano bạc hình cầu đồng đều, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, nâng cao hiệu quả kháng khuẩn.
   • Thời gian thực hiện: 3-6 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu nano.

2. Phát triển vật liệu nano bạc có khả năng kháng nấm:

   • Nghiên cứu điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, nồng độ chất bảo vệ PVP, và bổ sung các chất hỗ trợ để tạo ra hạt nano bạc có kích thước nhỏ hơn và mật độ cao hơn, nhằm tăng khả năng thâm nhập và tiêu diệt nấm Aspergillus.
   • Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Nhóm nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu kháng nấm.

3. Ứng dụng nano bạc trong y tế và nông nghiệp:

   • Áp dụng nano bạc chế tạo thành các sản phẩm kháng khuẩn như băng gạc, vật liệu phủ bề mặt, hoặc chất bảo vệ thực vật sinh học, nhằm giảm thiểu sử dụng kháng sinh và hóa chất độc hại.
   • Thời gian thực hiện: 12-18 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp công nghệ sinh học, cơ sở y tế, nông trại sạch.

4. Đánh giá tác động môi trường và an toàn:

   • Thực hiện các nghiên cứu đánh giá độc tính và ảnh hưởng môi trường của nano bạc khi sử dụng rộng rãi, đảm bảo tính an toàn và bền vững.
   • Thời gian thực hiện: 12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các tổ chức nghiên cứu môi trường và an toàn sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành Vật lý chất rắn, Khoa học vật liệu:

   • Lợi ích: Nắm bắt quy trình tổng hợp và đặc tính vật liệu nano bạc, áp dụng vào nghiên cứu phát triển vật liệu mới.
   • Use case: Thiết kế thí nghiệm tổng hợp nano bạc với hình dạng kiểm soát.

2. Chuyên gia y sinh và dược học:

   • Lợi ích: Hiểu rõ cơ chế kháng khuẩn của nano bạc, ứng dụng trong phát triển thuốc và vật liệu y tế kháng khuẩn.
   • Use case: Phát triển băng gạc kháng khuẩn hoặc thuốc điều trị viêm nhiễm.

3. Nhà quản lý và kỹ sư trong ngành nông nghiệp sạch và chăn nuôi:

   • Lợi ích: Áp dụng nano bạc làm chất kháng khuẩn sinh học, giảm thiểu sử dụng kháng sinh truyền thống.
   • Use case: Sản xuất vật liệu phủ bảo vệ cây trồng và vật nuôi khỏi vi khuẩn gây bệnh.

4. Doanh nghiệp công nghệ nano và sản xuất vật liệu:

   • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ tổng hợp nano bạc hiệu quả, phát triển sản phẩm thương mại.
   • Use case: Sản xuất dung dịch nano bạc kháng khuẩn hoặc vật liệu dẫn điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Nano bạc có độc hại với con người không?
   Nano bạc ở nồng độ thấp được chứng minh không độc hại với con người, do đó được sử dụng rộng rãi trong y tế và sản phẩm tiêu dùng. Tuy nhiên, việc sử dụng cần kiểm soát nồng độ và liều lượng để tránh tác động không mong muốn.

2. Tại sao hình dạng hạt nano bạc ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn?
   Hình dạng ảnh hưởng đến diện tích bề mặt tiếp xúc và các mặt tinh thể phản ứng. Hạt cầu và khối có diện tích tiếp xúc lớn hơn và các mặt {100} hoạt động mạnh hơn, từ đó tăng hiệu quả kháng khuẩn so với dạng dây.

3. Phương pháp khử ion bằng vi sóng có ưu điểm gì?
   Phương pháp này nhanh chóng, dễ kiểm soát kích thước và hình dạng hạt nano, tiết kiệm năng lượng và cho sản phẩm đồng đều, phù hợp cho nghiên cứu và sản xuất quy mô phòng thí nghiệm.

4. Nano bạc có thể kháng nấm Aspergillus không?
   Theo kết quả nghiên cứu, nano bạc chế tạo chưa thể hiện hiệu quả kháng nấm Aspergillus do kích thước và cấu trúc nấm phức tạp. Cần nghiên cứu thêm để tối ưu hóa vật liệu cho mục đích này.

5. Làm thế nào để đánh giá khả năng kháng khuẩn của nano bạc?
   Phương pháp đục lỗ thạch được sử dụng phổ biến, đo đường kính vòng kháng khuẩn trên môi trường thạch nuôi cấy vi khuẩn. Đường kính vòng càng lớn chứng tỏ hoạt tính kháng khuẩn càng mạnh.

Kết luận

• Đã thành công trong việc chế tạo nano bạc với các hình dạng cấu trúc khác nhau bằng phương pháp khử ion sử dụng vi sóng, tối ưu ở nồng độ AgNO3 60 mM và thời gian chiếu xạ 1,5 phút.
• Nano bạc dạng hạt cầu chiếm ưu thế, có kích thước đồng đều và mật độ cao, tạo hiệu quả kháng khuẩn tốt trên vi khuẩn E. coli và S. aureus với đường kính vòng kháng khuẩn khoảng 1,6-1,7 mm.
• Nano bạc chưa thể hiện khả năng kháng nấm Aspergillus hiệu quả, mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về điều chỉnh kích thước và mật độ hạt.
• Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu kháng khuẩn mới, thân thiện môi trường, ứng dụng trong y tế và nông nghiệp sạch.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng nano bạc trong các lĩnh vực liên quan.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp ứng dụng kết quả để phát triển sản phẩm nano bạc kháng khuẩn hiệu quả, đồng thời mở rộng nghiên cứu về khả năng kháng nấm và an toàn môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Lí do chọn đề tài. Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu:.

Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu .Tổng quan về các hạt nano. Các hạt vi cầu. Các hạt kim loại.

Giới thiệu hạt nano bạc. Cấu trúc của vật liệu nano bạc. Tính chất của vật liệu nano bạc. Ứng dụng của vật liệu nano bạc.

Một số phương pháp chế tạo hạt nano bạc. Phương pháp khử hóa học. Phương pháp khử sinh học. Phương pháp khử vật lý.

Ảnh hưởng của nồng độ tiền chất và chất bảo vệ đến hình dạng các hạt nano bạc. 17 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU. Quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp khử ion. Các dụng cụ và hóa chất sử dụng.

Quy trình chế tạo bạc nano. Một số phương pháp khảo sát mẫu. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV – Vis. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).

Kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kiểm tra đường kính vòng kháng khuẩn bằng phương pháp đục lỗ thạch. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Khảo sát tính chất quang và cấu trúc vật liệu nano bạc.

Khảo sát hình thái ảnh SEM………………………………….Khảo sát phổ XRD……………………………………………… 3. Khảo sát tính chất quang học của vật liệu nano bạc dựa vào Phổ UV-Vis. Khảo sát thuộc tính kháng khuẩn. Khảo sát thuộc tính kháng nấm Aspergillus của nano bạc…….

Khảo sát thuộc tính kháng vi khuẩn E. coli của nano bạc……. Khảo sát thuộc tính kháng vi khuẩn S. aureus của nano bạc KẾT LUẬN CHUNG.

39 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 41 QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI (BẢN SAO) DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên đầy đủ Tên tiếng Việt AgNPs Silver nanoparticles Nano bạc XRD X- ray Diffraction Nhiễu xạ tia X UV-Vis Ultraviolet – Visible Máy đo quang phổ hấp thụ Kính hiển vi điện tử quét SEM Scanning electron microscope S.au Staphylococcus aureus Vi khuẩn S. coli Escherichia coli Vi khuẩn E. coli DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.

Chấm lượng tử làm từ vật liệu bán dẫn, kích thước mỗi chấm khoảng 2 -20 nm cấu thành từ hàng ngàn nguyên tử. Cấu trúc điện tử của kim loại Bạc. Cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt của kim loại Bạc. Cấu trúc của nano Bạc.

Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc. Sản phẩm nano bạc được điều chế ở nồng độ 60mM AgNO3, vi sóng trong thời gian 0,5 phút; 1 phút; 1,5 phút; 2 phút. Sản phẩm đối chứng AgNO3 hòa tan trong nước cất. Sơ đồ khối thực nghiệm điều chế nano bạc.

Tiến hành khảo sát phổ UV - Vis. Minh họa về mặt hình học của định luật nhiễu xạ Bragg. Kính hiển vi điện tử quét (SEM), hãng sản xuất: Jeol, Nhật Bản. Các sản phẩm nano bạc được sử dụng để kiểm tra khả năng kháng khuẩn.

coli, vi khuẩn S.aureus, và nấm Aspergillus. Nấu môi trường LB nuôi vi khuẩn và đục lỗ thạch. Sản phẩm đục lỗ thạch kiểm tra khả năng kháng khuẩn của nano bạc được điều chế. Ảnh SEM của các mẫu nano bạc được điều chế.

Giản đồ XRD của nano bạc được tổng hợp từ AgNO3/NaCl/ PVP/EG ở nồng độ AgNO3 là 60mM sau khi chiếu xạ 2 phút. Phổ UV-Vis của nano bạc được tổng hợp từ AgNO3/NaCl/ PVP/ EG ở nồng độ AgNO3 là 40 mM, 60 mM, 80 mM được vi sóng trong thời gian 1 phút. Phổ UV-Vis của nano bạc được tổng hợp từ AgNO3/NaCl/ PVP/ EG ở nồng độ AgNO3 là 60mM sau khi chiếu xạ MW trong thời gian 0,5 phút, 1,5 phút và 2 phút. Kết quả hoạt tính kháng nấm Aspergillus của nano bạc.

Kết quả hoạt tính kháng vi khuẩn E. Coli của nano bạc. Kết quả hoạt tính kháng vi khuẩn S. aureus của nano bạc.

Lí do chọn đề tài Kháng khuẩn là nhu cầu tự nhiên và tồn tại cùng với con người. Thời xưa thuyết tự sinh vốn in sâu trong tư tưởng các nhà khoa học lúc bấy giờ, do đó con người chưa có giải pháp để bảo vệ sức khỏe và sống mê tín, … Đến năm 1864 Louis Pasteur đã phát minh ra phương pháp khử khuẩn, khử virus, thuyết tự sinh cũng không còn tồn tại trong đời sống khoa học nữa. Có thể nói Louis Pasteur đã đặt nền móng cho tư tưởng kháng khuẩn, kháng virus để bảo vệ sức khỏe, chống bệnh truyền nhiễm cho con người. Ngày nay vật liệu nano có nhiều ưu điểm vượt trội về kích thước, tính ổn định và không độc hại so với vật liệu thông thường đã thu hút đông đảo các nhà khoa học quan tâm.

Qua đó chứng tỏ con người luôn khát khao sáng tạo trong việc tìm ra vật liệu mới dùng cho chế tạo chất kháng khuẩn ngày càng tốt hơn [8][22]. Sự bùng nổ trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng chất kháng khuẩn đã kéo theo sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học Vật liệu, Y học, Dược học, đặc biệt trong lĩnh vực chăn nuôi và sản xuất nông nghiệp sạch. Trong quá trình phát triển nhanh chóng của khoa học Vật liệu, lĩnh vực vật liệu kháng khuẩn, kháng virus sử dụng trong y tế, trong nông nghiệp đã đặc biệt quan tâm đến tính kháng khuẩn phổ rộng, hoạt tính kháng khuẩn cao, thân thiện với môi trường. Có lẽ một trong các hướng giải quyết vấn đề trên là nghiên cứu phát triển vật liệu kháng khuẩn mới.

Thông thường vật liệu kháng khuẩn gồm hai thành phần mạng nền và tâm kháng khuẩn. Trong đó mạng nền tương đối phong phú, đa dạng ở thể lỏng hoặc rắn. Tâm kháng khuẩn đòi hỏi đạt kích thước nano, diện tích bề mặt của hạt lớn để đáp ứng gia tăng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn, virus. Bên cạnh đó, tiêu chí về thời gian kháng khuẩn hiệu quả đủ dài, tính không độc hại và 2 thân thiện với môi trường của tâm kháng khuẩn luôn được quan tâm đặc biệt.

Trong những hạt đạt kích thước nano, hạt nano bạc với các tiêu chí về tính kháng khuẩn, kháng virus, chống viêm, kháng nấm và tính không độc hại có nhiều ưu điểm vượt trội, thích hợp cho nhiều đòi hỏi ứng dụng thực tế, đặc biệt là dùng trong vật liệu kháng khuẩn, kháng virus được ứng dụng trong y tế, trong nông nghiệp, trong chăn nuôi. Có nhiều phương pháp chế tạo vật liệu như phương pháp tổng hợp vật lý, phương pháp tổng hợp sinh học và phương pháp tổng hợp hóa học. Trong đó phương pháp tổng hợp hóa học có nhiều ưu điểm phù hợp chế tạo vật liệu kháng khuẩn, kháng virus tại phòng thí nghiệm. Tóm lại, vật liệu kháng khuẩn, kháng virus có vai trò to lớn trong chăm sóc sức khỏe y tế, trong nông nghiệp, trong trồng trọt và chăn nuôi.

Làm sao để tăng phổ kháng khuẩn, tăng hoạt tính kháng khuẩn đó là một bài toán luôn mang tính thời sự. Có lẽ thay đổi môi trường, thay đổi cấu trúc, thay đổi hình dạng tồn tại để cơ chế vật lý, hóa học, sinh học xảy ra dẫn đến xuất hiện cấu trúc phù hợp cho việc định hướng chế tạo vật liệu áp dụng vào thực tiễn luôn là một trong các hướng nghiên cứu. Đây cũng chính là một trong các vấn đề đang được quan tâm, nghiên cứu tại bộ môn Khoa học vật liệu, Khoa khoa học tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn. Trên cơ sở đó, tôi đã chọn đề tài: “Chế tạo và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của một số cấu trúc nano Bạc (Ag)” 2.

Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Là một vật liệu diệt khuẩn hiệu quả, bạc đã được sử dụng trong lĩnh vực y tế hàng ngàn năm do đặc tính kháng khuẩn phổ rộng của nó, không độc hại với con người ở nồng độ thấp. Công nghệ nano giúp làm tăng thêm tỉ lệ bề mặt trên thể tích và hoạt tính xúc tác của nano bạc, dẫn đến tăng cường đáng 3 kể hoạt tính kháng khuẩn của chúng. AgNPs có thể gắn vào màng tế bào và tương tác với các phân tử trên màng, làm hỏng màng tế bào và phản ứng với các phân tử trong protein chức năng và DNA, tất cả những tổn thương này cuối cùng dẫn đến cái chết của tế bào. Các nghiên cứu đã cho thấy rằng hình dạng là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano bạc.

Ba loại nano bạc có hình dạng điển hình là nanocubes (khối nano),nanospheres (hạt cầu nano) và nano-wires (dây nano), các nghiên cứu trên vi khuẩn Escherichia coli cho thấy tại cùng một nồng độ vi khuẩn thì các nano-wires (dây nano) thể hiện hoạt tính kháng khuẩn yếu nhất so với các nanocubes (khối nano) và nanospheres (hạt cầu nano). Bên cạnh đó, các mặt tinh thể khác nhau của các nano bạc có hình dạng khác nhau cũng ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của chúng, các khối nano bạc được bao phủ chủ yếu bởi các mặt {100} có hoạt tính kháng khuẩn mạnh hơn so với khối cầu nano được bao phủ bởi các mặt {111}. Các cấu trúc nano bạc có diện tích tiếp xúc hiệu quả lớn hơn và các mặt phản ứng cao hơn thể hiện hoạt tính kháng khuẩn mạnh hơn.[1] Các anion clorua đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển tinh thể của các cấu trúc nano bạc khác nhau. Các nghiên cứu cho thấy các cấu trúc nano bạc khác nhau được điều chế bằng cách khử AgNO3 trong EG với sự có mặt của PVP và NaCl, các thông số như nồng độ của NaCl được thêm vào, nhiệt độ dung dịch phản ứng, nhiệt độ bơm NaCl vào dung dịch AgNO3/PVP/EG ban đầu có thể điều chỉnh hình thái và kích thước của các cấu trúc nano bạc.

Vai trò của anion clorua cùng với các thông số nồng độ, nhiệt độ, trong việc thay đổi cấu trúc các hạt nano bạc đang mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu: - Chế tạo vật liệu nano Ag có các hình dạng cấu trúc khác nhau. 4 - Khảo sát tính chất quang và đặc trưng cấu trúc của nano Ag. - Khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano Ag theo sự thay đổi hình dạng cấu trúc nano.

Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu Ag có cấu trúc nano. - Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo và khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano Ag theo sự thay đổi hình dạng cấu trúc. Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Tổng quan về các hạt nano Hạt nano là các hạt có kích thước vật lý ở thang đo nano, tức là từ 1 tới 100 nanomet (nm).

Một nanomet bằng một phần triệu của một milimet, hay là một phần tỷ của một mét.