Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu kháng khuẩn từ bạc trong kỹ thuật hóa học

Luận án tiến sĩ kỹ thuật hóa học nghiên cứu tổng hợp vật liệu kháng khuẩn Ag, khám phá ứng dụng và tiềm năng trong y tế và công nghiệp.

• Tác giả: Lê Huỳnh Tuyết Anh
• Người hướng dẫn: Huỳnh Kỳ Phương Hạ
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Kháng Khuẩn Từ Bạc Trong Kỹ Thuật Hóa Học
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.5.1. Tính mới của đề tài
• 1.5.2. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.3. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Một số vật liệu kháng khuẩn tiêu biểu
• 2.1.1. Cơ sở lý thuyết về kim loại bạc
• 2.1.2. Giới thiệu chung về vật liệu kháng khuẩn ZnTiO3
• 2.1.3. Giới thiệu chung về vật liệu kháng khuẩn Zn2TiO4
• 2.2. Cơ chế kháng khuẩn của các vật liệu kháng khuẩn
• 2.2.1. Cơ chế kháng khuẩn của các hạt nano bạc
• 2.2.2. Cơ chế kháng khuẩn của TiO2
• 2.2.3. Cơ chế kháng khuẩn của ZnTiO3 và Zn2TiO4
• 2.2.4. Cơ chế kháng khuẩn của các vật liệu Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4
• 2.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp kết tủa
• 2.3.2. Phương pháp Sol-gel
• 2.3.3. Phương pháp nhũ tương (emulsion method)
• 2.3.4. Phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal method)
• 2.3.5. Phương pháp dung nhiệt (solvothermal method)
• 2.3.6. Lựa chọn phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.4. Kỹ thuật tạo màng ứng dụng vật liệu kháng khuẩn lên men gạch
• 2.4.1. Kỹ thuật phủ nhúng
• 2.4.2. Kỹ thuật phủ quay
• 2.4.3. Kỹ thuật phủ phun
• 2.4.4. Kỹ thuật phủ chảy dòng
• 2.4.5. Kỹ thuật in lưới (lụa)
• 2.4.6. So sánh các kỹ thuật tạo màng
• 2.5. Tình hình nghiên cứu về các vật liệu kháng khuẩn ZnTiO3, Zn2TiO4, Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 và về lĩnh vực gạch men kháng khuẩn
• 2.5.1. Tình hình nghiên cứu về các vật liệu kháng khuẩn ZnTiO3, Zn2TiO4, Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4
• 2.5.2. Tình hình nghiên cứu về lĩnh vực gạch ốp lát kháng khuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Tổng hợp vật liệu kháng khuẩn ZnTiO3 và Zn2TiO4
• 3.3. Nguyên liệu và thiết bị để tổng hợp các loại vật liệu kháng khuẩn ZnTiO3, Zn2TiO4, Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4
• 3.4. Các phương pháp phân tích đặc tính của các vật liệu kháng khuẩn dạng bột
• 3.5. Các yếu tố khảo sát
• 3.6. Các phương pháp nghiên cứu, phân tích đánh giá thử nghiệm vật liệu
• 3.6.1. Thử nghiệm tính kháng của vật liệu dạng bột và gạch men kháng khuẩn
• 3.6.2. Phương pháp pha loãng đa nồng độ để xác định nồng độ ức chế vi khuẩn nhỏ nhất
• 3.6.3. Phương pháp trải đĩa đếm sống để xác định nồng độ diệt khuẩn nhỏ nhất (MBC)
• 3.6.4. Phương pháp thử nghiệm khả năng ức chế của các mẫu gạch
• 3.7. Phương pháp xác định độ bền bề mặt gạch men
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Tổng hợp vật liệu kháng khuẩn ZnTiO3
• 4.1.1. Khảo sát nhiệt độ nung bằng phương pháp phân tích nhiệt TGA/DTA
• 4.1.2. Ảnh hưởng tỷ lệ tiền chất và EDTA đến sản phẩm được tạo thành
• 4.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và tính chất của ZnTiO3
• 4.1.4. Xác định kích thước và hình thái vật liệu bằng phân tích SEM
• 4.2. Tổng hợp vật liệu kháng khuẩn Zn2TiO4
• 4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tạo sol đến sản phẩm được tạo thành
• 4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và tính chất của Zn2TiO4
• 4.2.3. Xác định tính chất vật lý của vật liệu ZnTiO3 và Zn2TiO4
• 4.2.4. So sánh hoạt tính kháng khuẩn của Ag/ZnTiO3 và Zn2TiO4
• 4.3. Tổng hợp vật liệu kháng khuẩn Ag/ZnTiO3
• 4.3.1. Xác định thành phần, hình thái cấu trúc và kích thước hạt của vật liệu ZnTiO3 và Ag/ZnTiO3
• 4.3.2. Xác định kích thước và hình thái vật liệu bằng phân tích TEM
• 4.3.3. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu dạng bột Ag/ZnTiO3
• 4.4. Tổng hợp vật liệu kháng khuẩn Ag/Zn2TiO4
• 4.4.1. Xác định hình thái cấu trúc và kích thước hạt của vật liệu Ag/Zn2TiO4
• 4.4.2. Kết quả XPS – Trạng thái bạc trong vật liệu
• 4.4.3. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của Ag/Zn2TiO4
• 4.4.4. Xác định tính chất vật lý các của vật liệu Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4
• 4.4.5. So sánh hoạt tính kháng khuẩn của bốn loại vật liệu kháng khuẩn
• 4.5. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu khi đưa lên bề mặt gạch men
• 4.5.1. Kết quả thử nghiệm đối với mẫu gạch kháng khuẩn
• 4.5.2. Kết quả thử nghiệm mẫu gạch tại viện kiểm nghiệm dược TP.
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu kháng khuẩn

Vật liệu kháng khuẩn từ bạc đã trở thành một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu kháng khuẩn có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả, đặc biệt là trong bối cảnh ô nhiễm môi trường và sự gia tăng các bệnh truyền nhiễm. Bạc được biết đến với tính chất kháng khuẩn mạnh mẽ, có thể hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện không có ánh sáng. Việc tổng hợp các vật liệu như Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 không chỉ giúp cải thiện tính kháng khuẩn mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong sản xuất gạch men. Những vật liệu này không chỉ có khả năng kháng khuẩn mà còn có tính năng cơ học tốt, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1 Tính chất kháng khuẩn của bạc

Bạc đã được chứng minh là một trong những vật liệu kháng khuẩn hiệu quả nhất. Các hạt nano bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm việc phá hủy màng tế bào và can thiệp vào quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Nghiên cứu cho thấy rằng tính năng kháng khuẩn của bạc không chỉ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của hạt mà còn vào nồng độ và cách thức sử dụng. Việc kết hợp bạc với các vật liệu khác như ZnTiO3 và Zn2TiO4 có thể tạo ra các sản phẩm có tính kháng khuẩn vượt trội hơn, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong thực tiễn.

II. Phương pháp tổng hợp vật liệu kháng khuẩn

Phương pháp tổng hợp vật liệu kháng khuẩn từ bạc được thực hiện thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau, trong đó phương pháp Sol-gel là một trong những phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều và tính chất vật lý ổn định. Việc sử dụng các tiền chất như AgNO3, Zn(NO3)2 và (C4H9O)4Ti kết hợp với tác nhân tạo phức như EDTA giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Các yếu tố như nhiệt độ nung và tỷ lệ các thành phần cũng ảnh hưởng lớn đến tính chất của sản phẩm cuối cùng. Kết quả cho thấy rằng với tỷ lệ Ag+:Zn2+:Ti4+:EDTA là 0.1:1:1:1, Ag/ZnTiO3 có hoạt tính kháng khuẩn tốt nhất.

2.1 Kỹ thuật Sol gel

Kỹ thuật Sol-gel là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp các vật liệu nano kháng khuẩn. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt, từ đó ảnh hưởng đến tính chất kháng khuẩn của vật liệu. Quá trình này bao gồm việc hòa tan các tiền chất trong dung môi, sau đó tạo ra sol và gel thông qua các phản ứng hóa học. Việc điều chỉnh các điều kiện như pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng có thể dẫn đến sự hình thành các cấu trúc khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu cho thấy rằng các hạt nano Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 có kích thước đồng đều từ 30-50nm, cho thấy tính khả thi của phương pháp này trong việc tạo ra các vật liệu kháng khuẩn hiệu quả.

III. Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn

Hoạt tính kháng khuẩn của các vật liệu Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 được đánh giá thông qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp trải đĩa đếm sống và xác định nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC). Kết quả cho thấy rằng Ag/ZnTiO3 có khả năng tiêu diệt 99.99% vi khuẩn S.aureus trong vòng 2 giờ và hoàn toàn trong 4 giờ. Tương tự, Ag/Zn2TiO4 cũng cho thấy hiệu quả kháng khuẩn cao, với khả năng tiêu diệt vi khuẩn trong thời gian ngắn. Những kết quả này chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu kháng khuẩn từ bạc không chỉ có tiềm năng trong nghiên cứu mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong việc sản xuất các sản phẩm kháng khuẩn như gạch men.

3.1 Phương pháp xác định MBC

Phương pháp xác định nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) là một trong những phương pháp quan trọng để đánh giá hiệu quả của các vật liệu kháng khuẩn. MBC được xác định bằng cách nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường có chứa các nồng độ khác nhau của vật liệu kháng khuẩn. Kết quả cho thấy rằng nồng độ 20 mg/mL của Ag/ZnTiO3 có thể tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn S.aureus trong vòng 4 giờ, trong khi Ag/Zn2TiO4 cũng cho kết quả tương tự trong thời gian ngắn hơn. Những phát hiện này không chỉ khẳng định tính hiệu quả của các vật liệu kháng khuẩn mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm ứng dụng trong thực tiễn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu kháng khuẩn

Vật liệu kháng khuẩn từ bạc có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành xây dựng và sản xuất gạch men. Việc phủ lớp kháng khuẩn lên bề mặt gạch men không chỉ giúp cải thiện tính năng kháng khuẩn mà còn nâng cao tính chất cơ học của sản phẩm. Các nghiên cứu cho thấy rằng gạch men được phủ lớp Ag/Zn2TiO4 có khả năng kháng khuẩn tốt đối với cả vi khuẩn S.aureus và E.coli. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm gạch men kháng khuẩn, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.1 Ứng dụng trong sản xuất gạch men

Gạch men kháng khuẩn được sản xuất từ các vật liệu như Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 có thể mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng. Những sản phẩm này không chỉ có tính năng kháng khuẩn mà còn có khả năng chống bám bẩn và dễ dàng vệ sinh. Việc sử dụng gạch men kháng khuẩn trong các không gian công cộng như bệnh viện, trường học và nhà hàng có thể giúp giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm vi khuẩn, từ đó bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng. Nghiên cứu cho thấy rằng lớp phủ kháng khuẩn không chỉ cải thiện tính năng kháng khuẩn mà còn nâng cao độ bền và tính thẩm mỹ của sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Sự bùng nổ dân số và các dịch bệnh hiểm nghèo là những vấn đề cấp thiết của nhân loại hiện nay. Đây là những vấn đề đã và đang diễn ra một cách phổ biến trên toàn thế giới (mang tính toàn cầu) và hậu quả của những vấn đề này rất nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt, đời sống, sự tồn tại, phát triển, sự sống còn của con người và sinh vật trên Trái đất. Bùng nổ dân số đã trở thành nỗi lo của nhiều nước trên thế giới, làm cạn kiệt tài nguyên, suy thoái trầm trọng nền kinh tế quốc dân, dịch bệnh và ô nhiễm môi trường… Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Từ hiện trạng này, sức khỏe con người ngày càng bị nhiều mối nguy hiểm đe dọa từ các bệnh tật, các vi khuẩn, virus có hại, thậm chí các chủng vi khuẩn biến dị.

Trong những năm gần đây, Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức lớn do tình trạng tăng nhanh dân số mà gây quá tải ở các thành phố, điều kiện sống rất tệ và dẫn tới những vấn đề nghiêm trọng về sức khoẻ. Những vùng đô thị lớn như Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, vấn đề này càng trở nên nghiêm trọng. Dân cư đông đúc, môi trường sống chật hẹp, ẩm thấp đã tạo điều kiện thuận lợi cho các vi khuẩn, virus gây hại sinh sôi và phát triển, cũng như có khả năng tạo thành nhiều dịch bệnh liên quan đến hệ hô hấp, đường ruột, da… Hiện nay, tỷ lệ tử vong do da tiếp xúc với các vi sinh vật có khả năng gây bệnh (vi khuẩn, nấm, vi rút…) trong môi trường lâm sàng, công nghiệp và hộ gia đình là đáng kể. Môi trường sống quanh ta luôn tiềm ẩn các vi khuẩn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và sinh hoạt của mọi người.

Nhiễm trùng bệnh viện và các bệnh da liễu khác nhau là một trong những nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe [17]. Việc giữ môi trường sống xung quanh trong sạch là điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống của mọi người. Trước tình hình trên, chúng ta cần tập trung nghiên cứu để tổng hợp nên loại vật liệu bề mặt kháng khuẩn cho sàn và tường trong các không gian lâm sàng, công nghiệp và gia dụng chứa 1 các tác nhân có khả năng ức chế giúp ngăn ngừa hiểm họa lây nhiễm vi khuẩn và làm giảm sự phát triển của vi sinh vật nhằm nâng cao chất lượng sống của con người và thời góp phần bảo vệ môi trường sống… Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu tổng quát Phương pháp phức chất trung gian dựa trên cơ sở phương pháp Sol-gel được sử dụng để tổng hợp các vật liệu ZnTiO3, Zn2TiO4 và Ag/ZnTiO3, Ag/Zn2TiO4 có kích thước nano. Sau khi tổng hợp được các vật liệu này, chúng ta tiến hành khảo sát các đặc tính hóa lý, khả năng kháng khuẩn và định hướng ứng dụng vào gạch men kháng khuẩn.2 Mục tiêu cụ thể Tổng hợp các vật liệu ZnTiO3, Zn2TiO4, Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 có kích thước nano: - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp các vật liệu kháng khuẩn này để tìm được điều kiện tổng hợp vật liệu tốt nhất.

- Khảo sát tính kháng khuẩn của các vật liệu kháng khuẩn bằng phương pháp pha loãng đa nồng độ để xác định nồng độ ức chế vi khuẩn tối thiểu, phương pháp trải đĩa đếm sống để xác định nồng độ diệt khuẩn tối thiểu. Tổng hợp gạch men kháng khuẩn được phủ các lớp kháng khuẩn ZnTiO3, Zn2TiO4, Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4: - Nghiên cứu phương pháp phủ vật liệu kháng khuẩn trên bề mặt gạch men. - Thử nghiệm khả năng ức chế vi khuẩn của các mẫu gạch men kháng khuẩn bằng phương pháp tiếp xúc trực tiếp. - Thử nghiệm tính kháng khuẩn trên bề mặt gạch men.

Nội dung nghiên cứu  Nghiên cứu tổng quan, thiết kế thí nghiệm. 2  Nghiên cứu tổng hợp các loại vật liệu kháng khuẩn như: vật liệu nano ZnTiO3 với cấu trúc perovskite và Zn2TiO4 với cấu trúc spinel (vật liệu được tổng hợp tại Phòng thí nghiệm của Bộ môn Hóa Vô Cơ – Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM).  Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu như ảnh hưởng của tỷ lệ tiền chất và lượng EDTA, thời gian tạo sol, pH, thời gian nung và nhiệt độ nung đến sản phẩm được tạo thành.  Nghiên cứu cấu trúc và các tính chất của vật liệu thu được (các tính chất: tỷ trọng (d), BET, SEM, TEM, XRD, TGA, XPS…).

 Khảo sát tính khử khuẩn của ZnTiO3 và Zn2TiO4 trong điều kiện in vitro. So sánh với một số vật liệu tương tự khác (được thử nghiệm phòng Phòng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh – Đại học Y Dược TPHCM).  Nghiên cứu tổng hợp các loại các vật liệu nano composite Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 với kích thước nhỏ hơn 50nm.  Nghiên cứu tính chất lý hóa (như tỷ trọng, pH, kích thước hạt, độ xốp.) của sản phẩm phụ thuộc điều kiện phản ứng.

 Nghiên cứu ảnh hưởng các nồng độ và tỷ lệ Ag+/Zn2+ khác nhau của các vật liệu như Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4, điều kiện ánh sáng và pH đến khả năng kháng khuẩn S.  Khảo sát tính kháng khuẩn của vật liệu pha tạp Ag trong điều kiện in vitro (được thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh – Đại học Y Dược TPHCM).  Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của gạch kết hợp vật liệu kháng khuẩn trên bề mặt (được thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh – Viện Kiểm Nghiệm thuốc TPHCM).  Trên cơ sở kết quả kháng khuẩn, so sánh tính kháng khuẩn của các vật liệu trên và đề nghị quy trình đưa vật liệu lên gạch men.

 Đề xuất quy trình chế tạo ZnTiO3, Zn2TiO4 và quy trình pha tạp bạc và vật liệu gạch men được phủ vật liệu kháng khuẩn. 3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Vật liệu nano kháng khuẩn: ZnTiO3, Zn2TiO4 và các vật liệu nano composite Ag/ZnTiO3, Ag/Zn2TiO4 dạng bột được tổng hợp bằng phương pháp Sol-gel và gạch men kháng khuẩn được phủ bởi các vật liệu kháng khuẩn trên.2 Phạm vi nghiên cứu  Quy trình điều chế các vật liệu nano ZnTiO3, Zn2TiO4 và các vật liệu nano composite Ag/ZnTiO3, Ag/Zn2TiO4 được đánh giá dựa trên tỷ lệ tiền chất và lượng EDTA, thời gian tạo sol, pH, thời gian nung và nhiệt độ nung đến sản phẩm được tạo thành.  Nghiên cứu các tính chất hóa lý của các vật liệu như: tỷ trọng (d), BET, SEM, TEM, XRD, TGA, XPS…  Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của các vật liệu trên được đánh giá trong phạm vi:  Khả năng kháng khuẩn S.aureus trong môi trường dung dịch với các vật liệu kháng khuẩn dạng bột dựa trên các yếu tố ảnh hưởng các nồng độ, tỷ lệ Ag+/Ti4+ khác nhau, điều kiện ánh sáng và pH.  Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn đối với S.coli của gạch men ceramic kết hợp với các loại vật liệu kháng khuẩn trên bề mặt.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.1 Tính mới của đề tài Các vật liệu kháng khuẩn nano Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 là những loại vật liệu rất có tiềm năng với hoạt tính kháng khuẩn cao ngay khi có hoặc không có mặt ánh sáng. Bằng phương pháp phức chất trung gian dựa trên cơ sở phương pháp Sol-gel, vật liệu nano Ag/ZnTiO3 có cấu trúc perovskite (với tỷ lệ Zn2+: Ti4+: EDTA=1:1:1) được hình thành. Khi tăng tỷ lệ EDTA lên gấp 6 lần, vật liệu nano Ag/Zn2TiO4 có cấu trúc spinel được tạo thành tại nhiệt độ nung 650oC thấp hơn rất nhiều so với những công trình nghiên cứu trước đây. Trước đây, vật liệu ZnTiO3 có cấu trúc perovsite chỉ biến đổi thành vật liệu Zn2TiO4 với cấu trúc spinel Zn2TiO4 ở nhiệt độ trên 950oC [18-21].

Tuy nhiên, trong Luận án này, tại nhiệt độ 650oC, với tỷ lệ 4 EDTA tăng lên gấp 6 lần, vật liệu ZnTiO3 có cấu trúc perovsite sẽ chuyển thành vật liệu Zn2TiO4 có cấu trúc spinel Zn2TiO4. Vì thế, đây chính là điểm mới của Luận án này. Ngoài ra, trước tình hình cấp bách hiện nay là cả thế giới đang phải đối mặt với dịch bệnh diễn ra hết sức phức tạp, vì thế chúng ta cần tập trung nghiên cứu để chế tạo các vật liệu kháng khuẩn như gạch men có hoạt tính kháng khuẩn cao khi có hoặc không có mặt ánh sáng khả kiến mà được sử dụng trong bệnh viện và nhà bếp nhằm giúp hạn chế tình trạng nhiễm khuẩn, ngăn ngừa sự lây lan và góp phần đẩy lùi bệnh tật và dịch bệnh. Nước ta hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào để đưa những loại vật liệu Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 với hoạt tính kháng khuẩn cao trong điều kiện có hoặc không mặt của ánh sáng lên bề mặt gạch men ceramic.

Hơn nữa, ngay cả các công trình nghiên cứu thành công của Thầy Đặng Mậu Chiến và các sản phẩm gạch men kháng khuẩn thương mại hiện nay như gạch men Đồng Tâm, Taicera và Viglacera…, cũng chỉ mới đưa TiO2 lên men gạch thôi. Những công trình trước đây cho thấy các hạt nano TiO2 có khả năng kháng khuẩn tuyệt vời, tuy nhiên chúng chỉ đạt hiệu quả cao khi có mặt của bức xạ UV nhưng khả năng kháng khuẩn của chúng giảm đi rất nhiều và gần như không có dưới ánh sáng khả kiến hoặc trong bóng tối. Hơn nữa, phương pháp sử dụng để đưa vật liệu kháng khuẩn lên men gạch bằng cách trộn trực tiếp TiO2 vào trong men, rồi nung lên ở nhiệt độ cao 1150oC. Với phương pháp này, một phần lớn vật liệu sẽ bị che phủ bởi men gạch và nhiệt độ nung quá cao làm giảm phần nào hoạt tính của vật liệu kháng khuẩn.

Còn một số sản phẩm gạch men kháng khuẩn thương mại của nước ngoài hiện nay như gạch men Ariostea, Irisceramica… vật liệu Ag/TiO2 được vào trong men gạch. Mặc dù, Ag/TiO2 có hoạt tính kháng khuẩn cao ngay khi không có mặt của ánh sáng khả kiến, nhưng cấu trúc của chúng không bền bằng cấu trúc của Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4, hơn nữa vật liệu Ag/TiO2 phải được nung ở nhiệt độ nung cao từ 890 đến 980oC nên phần nào hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Ag/TiO2 bị giảm. Vì thế, nghiên cứu khả năng ứng dụng các vật liệu kháng khuẩn Ag/ZnTiO3 và Ag/Zn2TiO4 trên bề mặt gạch men bằng cách trộn trực tiếp các loại vật liệu này vào men nhẹ độ và được nung ở nhiệt độ 700oC là hướng nghiên cứu mới.