Đặt vấn đề Bạc được biết đến như một nguyên tố có khả năng khử trùng mạnh tồn tại trong tự nhiên. Các đây 200 năm các nhà khoa học đã xem huyết thanh người như là một dịch keo, vì vậy keo bạc đã được sử dụng làm chất kháng khuẩn ngay trong cơ thể con người. Kể từ đó keo bạc được sử dụng rộng rãi để chữa các bệnh nấm trên da, điều trị các vết thương, vết bỏng, các bệnh răng miệng, làm thuốc nhỏ mắt. Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh được phát minh (giữa thế kỉ 20) với hiệu lực khử trùng mạnh hơn, keo bạc đã bị thay thế dần.
Nhưng chỉ 30 năm sau đó người ta đã nhận ra rằng có rất nhiều loài vi khuẩn có khả năng chống lại những tác dụng của thuốc kháng sinh và vấn đề này ngày càng trở nên đáng lo ngại. Lúc này tính năng kháng khuẩn của bạc lại được chú ý do có phổ tác dụng rộng và không bị hạn chế bởi hiệu ứng kháng thuốc [18], [ 3]. Ngày nay, việc tạo ra các vật thể kích thước nano đã trở nên phổ biến, ở kích thước này các hạt vật chất thể hiện nhiều tính chất lý-hóa khác thường so với khi vật chất đó ở trạng thái khối, khả năng kháng khuẩn của nó cao hơn 20-60 ngàn lần so với ion Ag+ [3]. Các hạt nano bạc với năng lượng bề mặt lớn có khả năng giải phóng từ từ các ion bạc vào trong dung dịch, nhờ vậy nano bạc có hiệu lực khử khuẩn mạnh hơn rất nhiều lần và kéo dài hơn so với các bạc ở dạng keo, dạng ion hay dạng rắn [18], [19].
Chính những tính chất lượng tử đặc biệt này nên nano bạc sẽ bị biến thể trong gian bảo quản, để ổn định được nó cần phải có một phương pháp chế tạo đặc biệt giúp cho khả năng sử dụng được triệt để hơn. Vi khuẩn Salmonella (Gram âm) và Bacillus cereus (Gram dương) là hai loài vi khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên (đất, nước, cơ thể người, động vật …), là loài vi khuẩn tồn tại rất phổ biến trong nông sản và thực phẩm [19]. Theo các báo cáo của cục vệ sinh an toàn thực phẩm (năm 2012) vi khuẩn Salmonella và vi khuẩn Bacillus cereus là nguyên nhân của 70% vụ ngộ độc thực phẩm từ vi sinh vật. Hiện nay, để hạn chế sự phát triển của vi n 2 sinh vật trong thực phẩm, đặc biệt là hai vi khuẩn Salmonella và Bacillus cereus các nhà sản xuất thường sử dụng các kỹ thuật bảo quản, các vật liệu để bao gói như: Kỹ thuật bảo quản lạnh, lạnh đông, kỹ thuật sấy thực phẩm, kỹ thuật sử dụng khí plasma, kỹ thuật chiếu xạ, hay các màng bao polimer, các chất kháng vi sinh vật (nisin,…).
Tuy nhiên, các kỹ thuật, hay các vật liệu nêu trên thường có hạn chế là chỉ xử lý được đối với từng loại thực phẩm, ví dụ, thực phẩm tươi sống, thực phẩm từ động vật, thực vật do sự khác nhau về cấu trúc, tính chất. Hơn nữa, các kỹ thuật nêu trên thường có chi phí đầu tư thiết bị cao, hoặc có giá thành cao, chưa tự sản xuất trong nước được,… Vấn đề cấp thiết đặt ra là tìm được các kỹ thuật, hoặc vật liệu có khả năng ức chế mạnh mẽ sự phát triển của các vi sinh vật gây độc thực phẩm với giá thành chi phí thấp, có thể chủ động sản xuất trong nước, để sử dụng trong bảo quản thực phẩm. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu tiến hành đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất nano bạc tạo chế phẩm kháng vi sinh vật”. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu được quy trình chế tạo hạt nano bạc tạo chế phẩm kháng vi sinh vật.
Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu được quy trình chế taọ hạt nano bạc. - Khảo sát được tính chất của dung dịch nano bạc chế tạo bằng phân tích quang phổ hấp thụ UV-Vis và chụp ảnh bằng FE-SEM, TEM. - Xác định được khả năng đối kháng của sản phẩm nano bạc đối với vi khuẩn Salmonella và vi khuẩn Bacillus cereus. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả của đê tài sẽ là cơ sở khoa học cho những nghiên cứu tiếp theo của việc chế tạo hạt nano kim loại bằng phương pháp hóa học.
Các kết quả của đề tài cũng là cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo của nano bạc như chất sát khuẩn trong y tế, môi trường, thực phẩm, xúc tác hóa học, chất trừ nấm bệnh trong công nghiệp… n 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu chung về nano bạc 2. Giới thiệu về công nghệ nano 2. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano Công nghệ nano là nghành 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 nanomet (nm, 1nm = 10-9 m) [21].
Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có tính năng đặc biệt mà vật liệu khác không có được đó chính là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích bề 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 [21]. Phân loại vật liệu nano Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano.
Sau đây là một cách phân loại dựa vào hình dáng vật liệu [2]: - Vật liệu không chiều là vật liệu mà ba chiều đều có kích thước nano, ví dụ: chấm lượng tử. - Vật liệu một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví dụ: dây nano, ống nano,… - Vật liệu hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví dụ: màng mỏng,…(Chiều ở đây có nghĩa là chiều chuyển động không bị hạn chế bởi kích thước của phần tử tải điện). n 4 Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có các phần không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau [24]. Cơ sở khoa học của công nghệ nano Công nghệ nano dựa trên ba cơ sở khoa học chính [14]: a.
Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: Khác với vật liệu khối, khi ở kích thước nano thì các tính chất lượng tử được thể hiện rất rõ ràng. Vì vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các thăng giáng ngẫu nhiên. Càng ở kích thước nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể hiện một cách rõ ràng hơn. Ví dụ, một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
Hiệu ứng bề mặt: Cùng một khối lượng nhưng khi ở kích thước nano chúng có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với khi chúng ở dạng khối. Điều này, có ý nghĩa rất quan trọng trong các ứng dụng của vật liệu nano có liên quan tới khả năng tiếp xúc bề mặt của vật liệu, như trong các ứng dụng vật liệu nano làm chất diệt khuẩn. Đây là một tính chất quan trọng làm nên sự khác biệt của vật liệu có kích thước nanomet so với vật liệu ở dạng khối [1]. Kích thước tới hạn: Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ nguyên các tính chất về vật lý, hóa học khi ở dạng khối.
Nếu kích thước vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu đến kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của vùng ánh sáng thấy được (400-700 nm), theo Mie hiện tượng "cộng hưởng plasmon bề mặt" xảy ra và ánh sáng quan sát được sẽ thay đổi phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Hay như tính dẫn điện của vật liệu khi tới kích thước tới hạn thì không tuân theo định luật Ohm nữa. Mà lúc này điện trở của chúng sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử.
Mỗi vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bản thân trong một vật liệu cũng có nhiều kích thước tới hạn n 5 ứng với các tính chất khác nhau của chúng [11]. Bởi vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất sẽ nghiên cứu là gì. Chính nhờ những tính chất lý thú của vật liệu ở kích thước tới hạn nên công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự chú ý đặc biệt của các nhà nghiên cứu. 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: - 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 [26]. - 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 [22].1: Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc. (Nguồn: http://www.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/vat-lieu- moi/2-hat-nano-kim-loai.html) n 6 - 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 [23]. Hạt nano bạc 2.
Giới thiệu về bạc kim loại - Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 - Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm - Bán kính ion bạc: 0,23 nm Bảng 2.1: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích [10]. Kích thước của hạt Số nguyên tử chứa nano Ag (nm) trong đó 1 31 5 3900 20 250000 Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính độc đáo sau [10], [13]: - Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa, chống tĩnh. - Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao.