Luận văn thạc sĩ sinh học thực nghiệm nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá cây và gai leo solanum procumbens lour

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng kháng khuẩn của nano bạc từ dịch chiết lá cây và gai leo Solanum procumbens.

• Tác giả: Võ Thị Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Mộng Điệp
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Kháng Khuẩn Của Nano Bạc Từ Dịch Chiết Lá Cây Cà Gai Leo
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Quy Nhơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu về nano bạc
• 1.2. Các phương pháp điều chế nano bạc
• 1.2.1. Phương pháp vật lý
• 1.2.2. Phương pháp hóa học
• 1.2.3. Phương pháp sinh học (tổng hợp xanh hạt nano)
• 1.3. Hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs
• 1.4. Giới thiệu về cây Cà gai leo
• 1.5. Ứng dụng của nano bạc
• 1.5.1. Ứng dụng làm vật liệu kháng khuẩn
• 1.5.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực y tế
• 1.5.3. Ứng dụng trong nông nghiệp
• 1.5.4. Ứng dụng trong công nghiệp
• 1.5.5. Ứng dụng trong xử lý môi trường
• 1.6. Tình hình nghiên cứu chế tạo nano bạc bằng phương pháp sinh học từ thực vật trên thế giới và Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Nghiên cứu quy trình tổng hợp AgNPs từ dịch chiết lá cây cà gai leo (Solanum procumbens Lour.)
• 2.5. Đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu AgNPs tổng hợp từ dịch chiết lá cây cà gai leo (Solanum procumbens Lour.)
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6.1. Phương pháp chiết xuất
• 2.6.2. Tổng hợp hạt AgNPs
• 2.6.3. Phương pháp xác định đặc tính AgNPs
• 2.6.4. Phương pháp khuếch tán giếng thạch xác định khả năng kháng khuẩn của AgNPs
• 2.6.5. Phương pháp xử lý các số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp AgNPs và phân tích phổ UV–Vis
• 3.2. Phân tích thành phần và cấu trúc của AgNPs thông qua kết quả FTIR, XRD, ảnh SEM của AgNPs
• 3.2.1. Phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3.2.2. Nhiễu xạ tia X (XRD) và xác định hình dạng, kích thước AgNPs thông qua ảnh chụp SEM
• 3.2.3. Phổ XRD hiển thị nhóm chức năng liên quan trong AgNPs
• 3.2.4. Ảnh SEM thể hiện hình dạng và kích thước của AgNPs
• 3.3. Quy trình tổng hợp nano bạc từ dịch chiết lá cà gai leo
• 3.4. Hiệu suất kháng khuẩn của AgNPs
• 3.4.1. Xét nghiệm hoạt tính kháng khuẩn chống lại Escherichia coli bằng phương pháp khuếch tán trên thạch
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nano bạc

Nano bạc (AgNPs) là dạng vật chất kim loại bạc có kích thước nano, thường nằm trong khoảng từ 1 - 100 nm. Đặc điểm nổi bật của AgNPs là diện tích bề mặt lớn, tạo điều kiện cho hoạt tính kháng khuẩn hiệu quả ngay cả với nồng độ thấp. AgNPs không chỉ tồn tại dưới dạng dung dịch mà còn có thể được gọi là keo bạc. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch AgNPs từ vàng sang đỏ sẫm tùy thuộc vào nồng độ cho thấy tính chất quang học độc đáo của chúng. Cấu trúc của AgNPs bao gồm lõi bạc, lớp điện tích trên bề mặt và chất bảo vệ, giúp tăng cường tính ổn định cũng như khả năng kháng khuẩn của hạt nano. Theo các nghiên cứu, AgNPs có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, virus, và nấm thông qua việc giải phóng ion bạc khi tiếp xúc với các bề mặt có tính oxi hóa. Điều này làm cho AgNPs trở thành một ứng cử viên tiềm năng trong việc phát triển các vật liệu kháng khuẩn mới.

II. Các phương pháp điều chế nano bạc

Có hai phương pháp chính để điều chế nano bạc: phương pháp từ trên xuống và từ dưới lên. Phương pháp từ trên xuống thường tạo ra hạt lớn và không đồng đều, trong khi phương pháp từ dưới lên cho phép tổng hợp hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion. Các phương pháp hóa học và sinh học được ưa chuộng hơn do tính hiệu quả và thân thiện với môi trường. Trong đó, phương pháp sinh học sử dụng các chiết xuất từ thực vật như lá cây cà gai leo để tổng hợp AgNPs, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tạo ra các sản phẩm an toàn cho sức khỏe. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất có trong lá cây có khả năng khử ion bạc thành AgNPs, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu nano kháng khuẩn.

III. Đánh giá khả năng kháng khuẩn của AgNPs

Khả năng kháng khuẩn của AgNPs được đánh giá thông qua các thử nghiệm như phương pháp khuếch tán trên thạch. Kết quả cho thấy AgNPs tổng hợp từ dịch chiết lá cây cà gai leo có hiệu quả cao trong việc ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh như Escherichia coli. Các thí nghiệm cho thấy hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs phụ thuộc vào nồng độ của chúng. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng AgNPs không chỉ mang lại hiệu quả kháng khuẩn mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y tế và công nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh gia tăng tình trạng kháng kháng sinh hiện nay.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu này không chỉ bổ sung thêm quy trình tổng hợp AgNPs từ dịch chiết lá cây cà gai leo mà còn cung cấp những dẫn chứng khoa học về vai trò kháng khuẩn của AgNPs. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài thể hiện ở việc phát triển một phương pháp tổng hợp xanh, thân thiện với môi trường và chi phí thấp. Điều này có giá trị lớn trong ngành khoa học vật liệu và y sinh, đặc biệt trong việc tạo ra các sản phẩm hạn chế tình trạng kháng thuốc ở các loài vi sinh vật. Việc áp dụng AgNPs trong các lĩnh vực như y tế, nông nghiệp, và xử lý môi trường có thể mang lại những lợi ích thiết thực cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ nano phát triển mạnh mẽ, nano bạc (AgNPs) đã trở thành vật liệu quan trọng với nhiều ứng dụng trong y sinh, công nghiệp và môi trường. Theo định nghĩa của FDA, AgNPs là các hạt bạc có kích thước từ 1 đến 100 nm, với diện tích bề mặt lớn và đặc tính vật lý, hóa học độc đáo. Tính kháng khuẩn của AgNPs được ứng dụng rộng rãi trong việc chống lại các vi khuẩn đa kháng thuốc, một vấn đề nghiêm trọng toàn cầu. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã cảnh báo về sự gia tăng vi khuẩn kháng thuốc như Escherichia coli, Staphylococcus aureus, thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả.

Luận văn tập trung nghiên cứu quy trình tổng hợp AgNPs từ dịch chiết lá cây cà gai leo (Solanum procumbens Lour.), một dược liệu quý có chứa flavonoid, saponin, sterol và alkaloid, có khả năng khử ion bạc và ổn định hạt nano. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Quy Nhơn, trong khoảng thời gian từ tháng 12/2022 đến 7/2023. Mục tiêu chính là phát triển quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp sinh học xanh, thân thiện môi trường, đồng thời đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu tổng hợp đối với vi khuẩn E. coli.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung quy trình tổng hợp nano bạc mới từ nguồn thực vật đặc hữu Việt Nam, đồng thời cung cấp bằng chứng về hiệu quả kháng khuẩn của AgNPs. Về mặt thực tiễn, đề tài mở ra hướng đi cho sản xuất vật liệu nano bạc chi phí thấp, an toàn và ứng dụng trong y sinh, góp phần hạn chế tình trạng kháng thuốc kháng sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết tổng hợp nano bạc (AgNPs): AgNPs được tổng hợp bằng phương pháp từ dưới lên (bottom-up), trong đó ion Ag+ được khử thành nguyên tử Ag0 và kết tụ tạo hạt nano. Các hợp chất sinh học trong dịch chiết thực vật đóng vai trò chất khử và chất ổn định, giúp kiểm soát kích thước và hình dạng hạt.

• Mô hình hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs: AgNPs tác động lên vi khuẩn qua nhiều cơ chế như phá hủy màng tế bào, tạo gốc tự do oxy hóa (ROS), ức chế enzyme và làm tổn thương DNA vi khuẩn. Kích thước, hình dạng và bề mặt hạt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kháng khuẩn.

• Khái niệm chính:

  • Cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR): Hiện tượng hấp thụ ánh sáng đặc trưng của AgNPs, thể hiện qua đỉnh hấp thụ UV-Vis.
  • Phương pháp khuếch tán giếng thạch (MHA): Kỹ thuật đánh giá hoạt tính kháng khuẩn bằng cách đo vùng ức chế vi khuẩn.
  • Phổ FTIR, XRD, SEM: Các kỹ thuật phân tích đặc tính hóa học, cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của AgNPs.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dịch chiết lá cây cà gai leo thu thập tại Việt Nam, sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp AgNPs. Vi khuẩn Escherichia coli được chọn làm đối tượng đánh giá hoạt tính kháng khuẩn.

• Phương pháp chiết xuất: Lá cà gai leo rửa sạch, đun sôi với nước cất ở 80°C trong 90 phút, tán nhuyễn và lọc qua giấy Whatmann để thu dịch chiết.

• Tổng hợp AgNPs: Dịch chiết trộn với dung dịch AgNO3 ở các nồng độ 1 mM, 3 mM, 5 mM, 10 mM và 15 mM. Quá trình tổng hợp được theo dõi bằng sự thay đổi màu sắc và phổ UV-Vis trong khoảng bước sóng 350-700 nm.

• Phân tích đặc tính AgNPs:

  • Phổ UV-Vis xác định đỉnh SPR.
  • Phổ FTIR xác định nhóm chức năng liên quan đến sự ổn định hạt.
  • Phân tích XRD xác định cấu trúc tinh thể.
  • Ảnh SEM quan sát hình thái và kích thước hạt.

• Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn: Phương pháp khuếch tán giếng thạch trên môi trường Mueller-Hinton agar, đo vùng ức chế vi khuẩn (ZOI) sau 24 giờ ủ ở 37°C.

• Xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm GraphPad Prism, kiểm định Anova, mức ý nghĩa p < 0,05. Kết quả biểu diễn dưới dạng trung bình ± sai số chuẩn.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 12/2022 đến tháng 7/2023, bao gồm các giai đoạn chiết xuất, tổng hợp, phân tích đặc tính và đánh giá kháng khuẩn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp AgNPs thành công với đỉnh hấp thụ SPR ở 465 nm: Quá trình tổng hợp AgNPs từ dịch chiết lá cà gai leo được xác nhận qua sự thay đổi màu sắc từ vàng nhạt đến nâu sẫm và phổ UV-Vis với đỉnh hấp thụ đặc trưng tại 465 nm, cho thấy sự hình thành hạt nano bạc đa phân tán.

2. Đặc tính hóa học và cấu trúc AgNPs: Phổ FTIR cho thấy các nhóm chức năng như N-H, O-H, C=O và O-C=O liên quan đến protein và hợp chất thực vật đóng vai trò ổn định hạt nano. Phân tích XRD xác nhận cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt của bạc với các đỉnh Bragg tại 38,04°, 44,22°, 27,21°, 64,39° và 32,11°, khẳng định sự tổng hợp thành công AgNPs.

3. Hình thái và kích thước hạt: Ảnh SEM cho thấy AgNPs có kích thước từ 3 đến 100 nm, hình cầu và bầu dục, với sự tập hợp và kết tụ tăng theo nồng độ AgNO3. Nồng độ 1 mM, 3 mM và 5 mM cho phân tán hạt tốt hơn so với 10 mM và 15 mM.

4. Hiệu quả kháng khuẩn chống E. coli: AgNPs tổng hợp ở nồng độ 1 mM, 3 mM và 5 mM thể hiện vùng ức chế vi khuẩn lớn hơn đáng kể so với nồng độ cao hơn (10 mM, 15 mM) và dịch chiết lá cà gai leo đơn thuần. Kết quả cho thấy hiệu quả kháng khuẩn phụ thuộc vào kích thước và sự ổn định của hạt nano.

Thảo luận kết quả

Sự hình thành AgNPs được thúc đẩy bởi các hợp chất phytochemical trong dịch chiết lá cà gai leo như flavonoid, phenol, saponin và alkaloid, vừa làm chất khử ion Ag+, vừa ổn định hạt nano, hạn chế kết tụ. Đỉnh SPR tại 465 nm phù hợp với các nghiên cứu tổng hợp nano bạc sinh học khác, chứng tỏ hạt có kích thước nano đồng đều.

Phổ FTIR và XRD cho thấy sự tương tác giữa các nhóm chức năng thực vật và bề mặt AgNPs, tạo nên lớp vỏ bảo vệ giúp hạt ổn định trong dung dịch. Hình thái hạt qua SEM cho thấy kích thước nhỏ và hình dạng đa dạng, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn.

Hiệu quả kháng khuẩn cao ở nồng độ AgNO3 thấp (1-5 mM) có thể do hạt nano nhỏ, diện tích bề mặt lớn, tăng khả năng tiếp xúc và thâm nhập vào tế bào vi khuẩn. Ngược lại, nồng độ cao hơn dẫn đến kết tụ hạt, giảm diện tích bề mặt tiếp xúc và hiệu quả kháng khuẩn giảm. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của kích thước và hình dạng hạt nano đến hoạt tính sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ UV-Vis thể hiện đỉnh SPR, hình ảnh SEM minh họa kích thước và hình thái hạt, cùng biểu đồ vùng ức chế vi khuẩn (ZOI) so sánh hiệu quả kháng khuẩn ở các nồng độ AgNPs khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp AgNPs: Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu các thông số như nồng độ AgNO3, thời gian ủ và tỷ lệ dịch chiết để đạt kích thước hạt nano nhỏ, phân tán tốt, tối ưu hiệu quả kháng khuẩn. Thời gian thực hiện dự kiến 6-12 tháng, do phòng thí nghiệm công nghệ sinh học chủ trì.

2. Mở rộng đánh giá hoạt tính kháng khuẩn: Đề xuất thử nghiệm AgNPs trên nhiều chủng vi khuẩn khác nhau, bao gồm vi khuẩn gram dương và gram âm, cũng như các vi sinh vật gây bệnh khác để xác định phổ tác dụng rộng hơn. Thời gian 6 tháng, phối hợp với các trung tâm vi sinh y học.

3. Nghiên cứu độc tính và an toàn sinh học: Khuyến nghị đánh giá độc tính tế bào và tác động môi trường của AgNPs tổng hợp nhằm đảm bảo an toàn khi ứng dụng trong y sinh và môi trường. Thời gian 12 tháng, phối hợp với các viện nghiên cứu sinh học phân tử.

4. Phát triển sản phẩm ứng dụng: Đề xuất nghiên cứu ứng dụng AgNPs trong sản xuất vật liệu kháng khuẩn như băng gạc, dung dịch sát khuẩn, hoặc vật liệu phủ bề mặt thiết bị y tế, góp phần hạn chế kháng thuốc. Thời gian 1-2 năm, phối hợp với doanh nghiệp công nghệ sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Sinh học thực nghiệm, Công nghệ sinh học: Luận văn cung cấp quy trình tổng hợp nano bạc sinh học mới, kỹ thuật phân tích đặc tính vật liệu nano và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu nano xanh.

2. Chuyên gia y sinh và dược học: Thông tin về khả năng kháng khuẩn của AgNPs tổng hợp từ dược liệu quý giúp phát triển các liệu pháp điều trị mới, vật liệu y tế kháng khuẩn, giảm thiểu tình trạng kháng thuốc.

3. Doanh nghiệp công nghệ sinh học và sản xuất vật liệu y tế: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển sản phẩm nano bạc ứng dụng trong y tế, nông nghiệp và công nghiệp, hướng tới sản phẩm thân thiện môi trường, chi phí thấp.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Luận văn góp phần cung cấp dữ liệu khoa học về vật liệu nano bạc sinh học, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển công nghệ xanh, kiểm soát an toàn vật liệu nano trong sản xuất và sử dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Nano bạc là gì và tại sao nó quan trọng?
   Nano bạc (AgNPs) là các hạt bạc có kích thước từ 1-100 nm, có diện tích bề mặt lớn và đặc tính vật lý, hóa học độc đáo. Chúng quan trọng vì khả năng kháng khuẩn mạnh, ứng dụng trong y tế, công nghiệp và môi trường.

2. Tại sao chọn lá cây cà gai leo để tổng hợp AgNPs?
   Lá cà gai leo chứa nhiều hợp chất sinh học như flavonoid, saponin, alkaloid có khả năng khử ion bạc và ổn định hạt nano, giúp tổng hợp AgNPs hiệu quả, thân thiện môi trường và chi phí thấp.

3. Phương pháp tổng hợp nano bạc trong nghiên cứu này có ưu điểm gì?
   Phương pháp sinh học sử dụng dịch chiết thực vật là phương pháp xanh, không dùng hóa chất độc hại, dễ thực hiện, tiết kiệm chi phí và có thể mở rộng quy mô sản xuất.

4. AgNPs tổng hợp có khả năng kháng khuẩn như thế nào?
   AgNPs tác động lên vi khuẩn qua nhiều cơ chế như phá hủy màng tế bào, tạo gốc tự do oxy hóa, ức chế enzyme và làm tổn thương DNA, giúp tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả, đặc biệt là E. coli trong nghiên cứu này.

5. Có những thách thức nào khi ứng dụng AgNPs trong thực tế?
   Thách thức gồm kiểm soát kích thước, hình dạng hạt để tối ưu hiệu quả, đánh giá độc tính và an toàn sinh học, cũng như phát triển quy trình sản xuất ổn định, thân thiện môi trường.

Kết luận

• Đã phát triển thành công quy trình tổng hợp nano bạc từ dịch chiết lá cây cà gai leo với các nồng độ AgNO3 khác nhau, xác nhận qua phổ UV-Vis, FTIR, XRD và ảnh SEM.
• AgNPs tổng hợp có kích thước từ 3 đến 100 nm, hình cầu và bầu dục, với sự ổn định nhờ các hợp chất thực vật.
• Hiệu quả kháng khuẩn chống lại Escherichia coli cao nhất ở nồng độ AgNO3 1-5 mM, thấp hơn ở nồng độ cao hơn do kết tụ hạt.
• Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho tổng hợp vật liệu nano bạc xanh, thân thiện môi trường, ứng dụng trong y sinh và công nghiệp.
• Đề xuất tiếp tục tối ưu quy trình, mở rộng đánh giá hoạt tính kháng khuẩn và nghiên cứu độc tính để phát triển sản phẩm ứng dụng thực tiễn.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai nghiên cứu sâu hơn, phát triển sản phẩm nano bạc ứng dụng trong y tế và công nghiệp, góp phần giải quyết vấn đề kháng thuốc và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan tài liệu - Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu - Chương 3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo 5.

Những đóng góp mới của đề tài Tính mới hấp dẫn trong nghiên cứu này là tổng hợp AgNPs từ dịch chiết lá cây cà gai leo (Solanum procumbens Lour.) trồng tại Việt Nam. Nghiên cứu trên đối trượng này chưa được nghiên cứu ở Việt Nam và trên thế giới 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về nano bạc Theo định nghĩa của Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), Nano bạc (AgNPs) là dạng vật chất kim loại bạc ở kích thước nano với đường kính nằm trong khoảng từ 1 – 100nm.

Do kích thước nhỏ như vậy nên diện tích bề mặt tiếp xúc của AgNPs lớn hơn rất nhiều so với nguyên tử bạc thông thường. Chỉ với một hàm lượng nhỏ trong dung dịch ở nồng độ phần triệu (ppm), AgNPs cũng thể hiện hoạt tính một cách hiệu quả. AgNPs là một dạng hạt tồn tại của kim loại bạc. Các hạt này có kích thước nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được.

AgNPs có tỉ lệ diện tích bề mặt lớn hơn hàng triệu lần so với kim loại bạc. Vì vậy, tính chất đặc hiệu của bạc được tăng lên đáng kể. AgNPs có kích thước phổ biển nằm trong khoảng từ 10 – 100nm.3 AgNPs tồn tại dưới dạng dung dịch. Các sản phẩm AgNPs thường được gọi với tên gọi khác là keo bạc.

Điều này khiến nhiều người lầm tưởng dung dịch AgNPs có độ nhớt như dạng keo. Thực tế, dung dịch AgNPs sẽ có độ nhớt tương đương với nước nếu quan sát bằng mắt thường. Màu của dung dịch là màu của AgNPs. Trong khi các dung dịch chất thông thường luôn cố định chỉ thay đổi độ đậm – nhạt màu tùy theo nồng độ thì dung dịch AgNPs thay đổi màu sắc từ vàng tới đỏ sẫm phụ thuộc nồng độ AgNPs.

Dung dịch có màu vàng nhạt với nồng độ 50pp, chuyển sang màu đỏ với nồng độ 500pp và có thể chuyển sang xanh đen khi đạt nồng độ 5000pp. Tính chất đặc biệt này chỉ riêng AgNPs mới có. Do đó, các dung dịch AgNPs trong suốt được quảng cáo trên thị trường thường không chứa các hạt nano hoặc nồng độ rất thấp. AgNPs không tồn tại ở thể rắn nên các loại bột bán trên thị trường đều không hề chứa hạt nano.3 6 AgNP có cấu trúc 3 phần gồm lõi bạc, lớp điện tích trên bề mặt hạt và chất bảo vệ.

Lớp điện tích cùng với chất bảo vệ giúp cấu trúc nano bền hơn đồng thời tạo ra những đặc điểm mà chỉ ở bạc với kích thước nano mới có được. Cấu trúc hạt nano bạc Phần lõi gồm các nguyên tử bạc sắp xếp dạng tinh thể khối với số lượng tùy thuộc vào kích thước và hình dáng hạt AgNPs. Ví dụ 1 hạt AgNPs hình cầu, kích thước hạt là 20nm có thể chứa đến 125.000 hạt nguyên tử bạc. Như vậy chỉ với một kích thước nhỏ cỡ nano mà tập trung được một lượng lớn hoạt chất cho thấy chỉ cần ở nồng độ thấp các hạt AgNPs thể hiện được hoạt tính của mình.

Bề mặt hạt AgNPs là các nguyên tử bạc và ion bạc Ag+ xen kẽ nhau. Tại đó liên tục diễn ra quá trình cân bằng động chuyển đổi giữa các nguyên tử Ag và ion Ag+. Khi gặp các bề mặt có tính oxi hóa như bề mặt virus, vi khuẩn thì ion Ag+ sẽ được tạo ra liên tục từ hạt AgNPs cho hiệu quả tiêu diệt virus, vi khuẩn và nấm cao. Lớp vỏ hạt AgNPs được bao quanh là các phân tử bảo vệ giúp ổn định bề mặt hạt, giữ hạt AgNPs ở kích thước quy định tránh sa lắng và kết tụ.

Ngoài ra, một số loại hạt AgNPs đặc biệt có lớp vỏ bảo vệ có hoạt tính sinh học giúp 7 điều biến tính chất của hạt nano. Ví dụ TSN – phức hợp của hạt AgNPs có chứa lớp vỏ là Tannic acid có ái lực mạnh với các loại virus do đó tăng khả năng bám dính của khối AgNPs vào virus, tạo điều kiện giải phóng nhiều ion Ag+ và tiêu diệt virus. Thành phần cấu tạo hạt AgNPs 1. Các phƣơng pháp điều chế nano bạc Vật liệu nano bạc có thể được điều chế bằng hai phương thức cơ bản: Phương pháp từ trên xuống (top – down) là phương pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu.

Vật liệu khối được chia thành các hạt nhỏ bằng cách giảm kích thước bằng các kỹ thuật vật lý và hóa học khác nhau. Các phương pháp từ trên xuống ít được sử dụng, vì AgNPs chế tạo bằng phương pháp này thường có kích thước hạt lớn và không đồng đều. Phương pháp từ dưới lên (bottom-up) là phương pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau. Đối với hạt AgNPs, người ta thường điều chế bằng phương pháp này.

Nguyên tắc là khử ion Ag thành Ag. Các ion này sau đó liên kết với nhau tạo thành hạt nano và các hạt nano này 8 được bọc bởi các chất ổn định như PVP, PVE, chitosan. Cách tiếp cận này bao gồm các phương pháp sản xuất hóa học và sinh học. Phương pháp vật lý 1.

Kỹ thuật ăn mòn bằng tia laser Bào chế AgNPs bằng phương pháp vật lý RF plasma. Kỹ thuật này sử dụng tia laser với bước sóng ngắn để cắt bỏ kim loại trong dung dịch mà không có thuốc thử hóa học. Phương pháp này cho phép thu được hạt AgNPs tinh khiết. Nồng độ và hình thái của các hạt nano bị ảnh hưởng bởi số lượng chùm tia laser.

Hạt nano thu được thường có kích thước khoảng 10nm. Ngoài ra, có thể sử dụng sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại để khử ion kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân này, các chất phụ gia trong dung môi được biến đối để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. Kỹ thuật hóa lý tạo AgNPs tinh khiết Theo các nghiên cứu gần đây, phương pháp điện phân kết hợp siêu âm có thể dùng để sản xuất ra hạt AgNPs tinh khiết mà không cần sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chất ổn định.

Bình thường phương pháp điện phân chỉ tạo ra lớp màng kim loại trên bề mặt điện cực. Nhờ có siêu âm, các hạt sẽ rời điện cực và đi vào trong dung môi nước. Kỹ thuật Plasma điện hóa Nguyên lý của phương pháp là sử dụng một dây bạc làm điện cực, nhúng trong dung môi nước. Trong quá trình phóng điện, lớp bề mặt của dây bạc bị ăn mòn và được khử ngay bởi plasma tạo ra các hạt AgNPs.

Ngoài ra, plasma còn giải phóng các electron tích điện âm khiến các hạt AgNPs đẩy 9 nhau, tránh kết tụ. Phương pháp này có thể khử triệt để các ion bạc nên dung dịch AgNPs ổn định lâu dài và an toàn. Các hạt AgNPs tạo ra có kích thước từ 20 – 30 nm. Bào chế AgNPs bằng phƣơng pháp vật lý RF plasma 1.

Phương pháp hóa học Để tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học cần sử dụng muối bạc, chất khử và chất ổn định để kiểm soát sự hình thành các hạt nano. Muối bạc nitrat được sử dụng để tạo ra hạt nano do chi phí thấp và ổn định hóa học hơn các muối khác. Các chất khử được sử dụng là borohydrid, citrat, ascorbate và khí hydro. Trong đó borohydrid là một chất khử mạnh có thể tạo ra hạt có kích thước nhỏ với tốc độ khử nhanh.

Đồng thời nó có vai trò như chất ổn định để tránh kết tụ trong quá trình phân hủy. * Phương pháp khử hóa học: Nguyên tắc của phương pháp này là chuyển electron lên ion Ag + để đưa ion về nguyên tử Ag0. Các nguyên tử Ag0 này kết dính với nhau tạo ra hạt Ag có kích thước lớn hơn. Theo phương pháp này, các chất sử dụng gồm nguyên liệu đầu vào chứa ion Ag+ như Ag2SO4, AgNO3 hay AgClO4, và chất khử như muối citrate, borohydride, 10 ascorbic acid, glucose, formaldehyde, ethylene glycol hay dung dịch chiết từ cây.

Phương trình khử Ag + bằng các chất khử NaBH4 , ascorbic acid và citrate có thể được viết gọn như sau: AgNO3 + NaBH4 → Ag + ½ H2 + ½ B2H6 + NaNO3 (1) 2 Ag + + C6H8O6 → 2 Ag0 + C6H6O6 + 2H+ (2) 4 Ag + + Na3C6H5O7 → 4 Ag0 + C6H5O7H3 + 3 Na + + O2 (3) Sự hình thành hạt nano Ag diễn ra theo trình tự từ ion Ag+ đến nguyên tử Ag0 và kết dính lại tạo ra hạt Ag có kích thước vài nm. Ngoài ra để các hạt nano phân tán tốt trong môi trường, người ta có thể sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt tĩnh điện trái dấu sẽ đẩy nhau, tránh kết tụ. Mặt khác có thể sử dụng các chất hoạt động bề mặt để bọc các hạt nano. Kích thước hạt AgNPs tạo ra nhờ phương pháp này nằm trong khoảng từ 10nm -100nm.

Phương pháp sinh học (tổng hợp xanh hạt nano) Trong các nghiên cứu gần đây, người ta đã chứng minh rằng vi sinh vật và thực vật có thể được sử dụng để tổng hợp các hạt nano theo cách vừa thân thiện với môi trường vừa an toàn khi sử dụng. Vi khuẩn và thực vật có khả năng hấp thụ và lưu trữ các ion kim loại vô cơ từ môi trường. Do đặc tính hấp dẫn của chúng, nhiều sinh vật sống là nhà máy sinh học hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm đồng thời thu hồi kim loại từ chất thải công nghiệp. Khả năng một sinh vật sống sử dụng các quá trình trao đổi chất để biến đổi các ion kim loại vô cơ thành các hạt nano kim loại đã mở ra cánh cửa cho một lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới và chủ yếu chưa được khai thác rộng rãi.14 Kể từ khi phát hiện ra khả năng tương tác, loại bỏ và thu thập các nguyên tố kim 11 loại từ môi trường xung quanh của vi khuẩn, một số ứng dụng công nghệ sinh học, chẳng hạn như xử lý sinh học và lọc sinh học đã được phát triển.

15 Chúng có thể tương tác với môi trường nhờ màng lưỡng tính dựa trên lớp lipid kép, cho phép diễn ra nhiều quá trình oxy hóa-khử khác nhau và thúc đẩy các biến đổi sinh hóa.16 Các vi sinh vật phát triển trong những môi trường cụ thể cũng có thể đẩy nhanh quá trình oxy hóa và khử liên kết trong quá trình hình thành hạt nano.17 Tuy nhiên, cơ chế oxy hóa - khử vẫn chưa được con người biết đến.