Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, các hạt nano kim loại đã thu hút được nhiều sự quan tâm bởi những tính chất đặc biệt về quang học, điện, từ và hóa học từ hiệu ứng bề mặt và kích thước nhỏ của chúng. Trong các hạt nano kim loại, nano đồng (Cu) được chú ý bởi khả năng dẫn điện và nhiệt, tính chất từ, quang học và hoạt tính xúc tác … Với các tính chất trên nên nano đồng có nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như: sử dụng làm chất gia cường trong công nghệ polymer, keo hay lớp phủ kim loại, công nghiệp điện, điện tử, xúc tác, quang học, hay trong lĩnh vực sinh học – y học do hoạt tính diệt nấm – khuẩn mạnh… Có nhiều phương pháp tổng hợp nano đồng đã được áp dụng và công bố như: phương pháp khử muối kim loại có sự hổ trợ của vi sóng, phương pháp hóa ướt, phương pháp siêu tới hạn, khử bằng sóng siêu âm, phương pháp khử nhiệt, khử điện hóa. Ngoài ra theo các tài liệu tham khảo nano đồng còn được tổng hợp bằng các phương pháp: ăn mòn laser, phương pháp polyol, phương pháp bốc bay, khử bằng phóng xạ. Những phương pháp hóa lý được xem là mang lại hiệu quả nhất.
Nhưng vì quan tâm đến một sản phẩm thân thiện với môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng hợp nano đồng bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ thực vật làm tác nhân khử. Cây ổỉ có danh pháp khoa học là Psidium guajava chứa nhiều hợp chất được xem là có giá trị cao trong y học có khả năng kháng viêm và diệt khuẩn tốt. Việc sản xuất nano đồng với tác nhân khử là dịch chiết từ lá cây ổi mang hy vọng sẽ là một sản phẩm an toàn, hiệu quả cao và tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong nông nghiệp. Chính vì những lý do trên mà chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng kháng nấm, khuẩn của nano đồng bằng chất khử dịch chiết lá ổi”.2 Mục tiêu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano đồng bằng tác nhân khử là dịch chiết lá ổi nhằm sử dụng trong việc kháng các nấm, khuẩn gây hại.3 Yêu cầu ác định điều kiện thích hợp để tổng hợp nano đồng.
ác định khả năng kháng khuẩn của dung dịch nano đồng tổng hợp đối với các chủng Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa. ác định khả năng kháng nấm của dung dịch nano đồng tổng hợp đối với các chủng Fusarium ambrosium, Phytophthora capsici, Sclerotium rolfsii.1 Giới thiệu về công nghệ nano 2.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanometer (nm, 1 nm = 10-9 m). Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài. Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa.
Nhưng thuật ngữ công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano [8] Công nghệ nano dựa trên những cơ sở khoa học chủ yếu sau: Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Hiệu ứng bề mặt: khi vật liệu có kích thước nanometer, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanometer khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
Kích thước tới hạn: các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn ` 4 bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu.1 Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu Độ dài tới ĩnh vực Tính chất hạn (nm) Bước sóng điện tử 10-100 Quãng đường tự do trung bình Tính chất điện 1-100 không đàn hồi Hiệu ứng đường ngầm 1-10 Độ dày vách đômen 10-100 Tính chất từ Quãng đường tán xạ spin 1-100 Hố lượng tử 1-100 Tính chất quang Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100 Tính siêu dẫn Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Tính chất cơ Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Độ dài Kuhn 1-100 Siêu phân tử Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10 guồn http://vi.3 Ý nghĩa của khoa học nano và công nghệ nano Khoa học và công nghệ nano có ý nghĩa rất quan trọng và cực kỳ hấp dẫn vì các lý do sau đây: - Tương tác của các nghuyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano.
Do đó, khi làm thay đổi cấu hình ở thang nano của vật liệu ta có thể điều khiển” được các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà không phải thay đổi thành phần hóa học của nó. Ví dụ thay đổi kích thước của hạt nano sẽ làm cho chúng đổi màu ánh sáng phát ra hoặc có thể thay đổi các hạt nano từ tính để chúng trở thành hạt một đomen thì tính chất từ của nó sẽ thay đổi hẳn. - Vật liệu nano có diện tích bề mặt ngoài rất cao nên chúng rất lý tưởng để dùng vào chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hóa học, hấp phụ, nhả thuốc chữa bệnh từ từ trong cơ thể, lưu trữ năng lượng và cả trong liệu pháp thẩm mỹ. - Vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn, nhưng lại bền hơn so với cùng vật liệu đó mà không hàm chứa các cấu trúc nano.
Các hạt nano phân tán trên một nền thích hợp có thể tạo ra các vật liệu compozit siêu cứng. - Tốc độ tương tác và truyền tính hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơn giữa các cấu trúc micro rất nhiều và có thể sử dụng tính chất siêu việt này để chế tạo các hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn. - Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nên nếu các bộ phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thì chúng sẽ dễ tương hợp sinh học. Điều này cực kỳ quan trọng cho việc bảo vệ sức khỏe.4 Ứng dụng của công nghệ nano trong sinh học và y học Do có nhiều tính năng độc đáo và kích thước tương đương với các phân tử sinh học nên hiện nay, công nghệ nano đang được đầu tư nghiên cứu đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh.
Các ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là: ` 6 - Chẩn đoán: Sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử…) để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào cơ chế bắt cặp bổ xung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể. - Vận chuyển thuốc: Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể bằng cách sử dụng các hạt nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ. - Mô kỹ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa các mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăng trưởng.2 Giới thiệu về hạt nano đồng 2.1 Giới thiệu đồng kim loại [24] - Số nguyên tử: 29 - Khối lượng nguyên tử chuẩn: 63,546 - Nhóm, phân lớp: 11, d - Chu kỳ: 4 - Cấu hình electron của đồng:1s22s22p63s23d104s1 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ.
Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho các loài động vật, thực vật bậc cao. Đồng được tìm thấy trong một số enzyme, bao gồm nhân đồng của cytochrome c oxidase, enzyme chứa Cu-Zn zuperoxide dismutase, và nó là kim loại trung tâm của chất chuyên chở oxy hemocyanine. Mọi hợp chất của đồng là những chất độc.
Đồng kim loại ở dạng bột là một chất dễ cháy. 30g sulphate đồng có khả năng gây chết người. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với con người trong khoảng 1. Mức cao nhất có thể chịu được về đồng theo DRI trong chế độ ăn uống đối với người lớn là 10 mg/ngày.2 Đặc tính kháng nấm – khuẩn của đồng [24] Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm, dùng để kiểm soát tảo và tảo sợi thân lớn.
Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn; với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng dối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao hơn.3 Giới thiệu về hạt nano đồng Hạt nano đồng có các tính chất: Quang học: hiện tượng cộng hưởng trên bề mặt nhờ các electron tự do, λMax = 595 ± 5 nm, úc tác: thúc đẩy quá trình phân hủy các hợp chất, Nhiệt: kích thước hạt nano nhỏ, nhiệt độ nóng chảy giảm.