Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Nanocomposite NiO/Chitosan Ứng Dụng Làm Vật Liệu Kháng Khuẩn

• Tác giả: Phạm Hà Ngân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hƣơng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ nanocomposite NiO/Chitosan ứng dụng làm vật liệu kháng khuẩn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sự nhiễm khuẩn trong môi trường
• 1.2. Giới thiệu chung về các phế phẩm nông nghiệp
• 1.2.1. Phế phẩm nông nghiệp
• 1.2.2. Vỏ quả măng cụt
• 1.2.3. Vật liệu nano NiO và nano composit NiO/Chitosan
• 1.2.3.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano NiO
• 1.2.3.2. Ứng dụng của vật liệu NiO
• 1.2.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite
• 1.2.4.1. Tổng hợp vật liệu nano composite bằng phương pháp vật lý
• 1.2.4.2. Tổng hợp vật liệu nano composite bằng phương pháp hóa học
• 1.2.4.3. Tổng hợp vật liệu nanocomposite bằng phương pháp xanh
• 1.2.5. Chitosan và nanocomposite trên nền oxit kim loại và chitosan
• 1.2.5.1. Tổng quan về chitosan
• 2. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Tổng hợp nano NiO
• 2.3.2. Chế tạo hệ nanocomposite NiO/Chitosan
• 2.3.3. Đánh giá đặc trưng tính chất của vật liệu NiO/CS
• 2.3.4. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của hệ vật liệu NiO/Chitosan
• 2.3.5. Đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu
• 2.3.6. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của vật liệu NiO/CS
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp vật liệu nano NiO bằng phương pháp xanh sử dụng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi chiết đến hình thái học của hạt nano NiO
• 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 3.4. Ảnh hưởng của thời gian nung
• 3.5. Kết quả nghiên cứu tổng hợp hệ nanocomposite NiO/CS
• 3.6. Ảnh hưởng nồng độ chitosan đến tính chất từ và hình thái bề mặt của vật liệu NiO/CS
• 3.7. Đánh giá tính chất cấu trúc đặc trưng của hệ nano nanocomposite NiO/CS
• 3.8. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu nanocomposite NiO/CS
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nanocomposite NiO Chitosan Giới Thiệu Tổng Quan 55 Ký Tự

Thực trạng ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Việc đề xuất các giải pháp phòng ngừa, ngăn chặn ô nhiễm là vấn đề cấp bách. Trong lĩnh vực chế tạo vật liệu, đặc biệt là vật liệu mới sử dụng tác nhân tự nhiên (phế phẩm nông nghiệp) đang được quan tâm. Xu hướng nghiên cứu nano oxit kim loại bằng phương pháp xanh, sử dụng dịch chiết cây quả làm tác nhân khử-oxi hóa ứng dụng làm vật liệu kháng khuẩn, vật liệu hấp phụ, cảm biến, và trong y học đang được quan tâm. Đối tượng nghiên cứu chính của những vật liệu này tập trung vào dải kích thước từ 1nm tới 100nm, có tính chất từ hoặc là các oxit kim loại có tính chất quang. Nano oxit NiO có tính chất độc đáo về quang học và từ tính, hoạt động như một chất bán dẫn, được ứng dụng trong nhiều công nghệ như cảm biến, pin lithium-ion, xúc tác quang. Khi kết hợp oxit NiO với một polymer sinh học như Chitosan (khả năng kháng khuẩn sẵn có), sẽ tạo ra một loại vật liệu nanocomposite có nhiều ứng dụng.

1.1. Vật Liệu Nanocomposite NiO Chitosan Định Nghĩa và Ưu Điểm

Nanocomposite NiO/Chitosan là vật liệu tổ hợp từ hai thành phần chính: NiO Nanoparticles và Chitosan. Nickel Oxide Nanoparticles đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hoạt tính xúc tác và tính chất từ tính. Chitosan, một polysaccharide tự nhiên có nguồn gốc từ chitin, đóng vai trò như một ma trận để phân tán các hạt nano NiO và cung cấp khả năng tương thích sinh học cũng như khả năng phân hủy sinh học. Sự kết hợp này mang lại vật liệu có tiềm năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực.

1.2. Tổng Quan Ứng Dụng Tiềm Năng Nanocomposite NiO Chitosan

Nanocomposite NiO/Chitosan hứa hẹn nhiều ứng dụng tiềm năng nhờ sự kết hợp độc đáo giữa tính chất của NiO và chitosan. Trong lĩnh vực y sinh, vật liệu này có thể được sử dụng làm vật liệu kháng khuẩn trong băng gạc vết thương, hệ thống phân phối thuốc, và vật liệu cấy ghép. Trong nông nghiệp, nó có thể được ứng dụng trong bảo quản thực phẩm và kiểm soát dịch bệnh cây trồng. Trong môi trường, Nanocomposite NiO/Chitosan có tiềm năng sử dụng trong xử lý nước thải và lọc không khí. Nghiên cứu tiếp tục là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn khi sử dụng vật liệu nanocomposite này.

II. Tại Sao Cần Nghiên Cứu Chế Tạo NiO Chitosan Kháng Khuẩn 58

Thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng đòi hỏi các giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. Sự lạm dụng kháng sinh dẫn đến tình trạng kháng kháng sinh của vi khuẩn, đe dọa sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc tìm kiếm vật liệu kháng khuẩn mới là vô cùng cần thiết. Nanocomposite NiO/Chitosan nổi lên như một ứng cử viên sáng giá nhờ khả năng kháng khuẩn tiềm năng, tính tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học. Nghiên cứu và phát triển vật liệu này góp phần giải quyết các vấn đề cấp bách về ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng đồng, hướng tới phát triển bền vững.

2.1. Vấn Đề Kháng Kháng Sinh và Nhu Cầu Vật Liệu Kháng Khuẩn Mới

Sự gia tăng của các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh là một thách thức lớn đối với y học hiện đại. Việc sử dụng rộng rãi kháng sinh đã tạo ra áp lực chọn lọc, dẫn đến sự phát triển của các vi khuẩn có khả năng chống lại tác dụng của thuốc. Do đó, cần thiết phải nghiên cứu và phát triển các vật liệu kháng khuẩn mới với cơ chế hoạt động khác biệt, giảm thiểu nguy cơ kháng thuốc. Nanocomposite NiO/Chitosan có thể cung cấp một giải pháp tiềm năng cho vấn đề này.

2.2. Ô Nhiễm Môi Trường và Yêu Cầu Vật Liệu Thân Thiện Môi Trường

Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường truyền thống thường sử dụng hóa chất độc hại, gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. Do đó, việc phát triển các vật liệu xử lý ô nhiễm thân thiện với môi trường là rất quan trọng. Nanocomposite NiO/Chitosan có khả năng phân hủy sinh học và có thể được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo, làm cho nó trở thành một lựa chọn bền vững cho các ứng dụng môi trường.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Nanocomposite NiO Chitosan Hiệu Quả 59

Có nhiều phương pháp tổng hợp Nanocomposite NiO/Chitosan, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, và phương pháp thủy nhiệt. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như tính chất mong muốn của vật liệu, chi phí sản xuất, và tính khả thi về mặt kỹ thuật. Phương pháp xanh sử dụng dịch chiết vỏ măng cụt đang được quan tâm bởi tính thân thiện môi trường và khả năng tạo ra vật liệu nano có kích thước nhỏ và phân bố đồng đều.

3.1. Tổng Hợp NiO Chitosan Bằng Phương Pháp Xanh Ưu Điểm Vượt Trội

Phương pháp xanh sử dụng dịch chiết vỏ măng cụt để tổng hợp Nanocomposite NiO/Chitosan mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống. Dịch chiết vỏ măng cụt chứa các hợp chất có khả năng khử ion kim loại Ni2+ thành Ni0, đồng thời ổn định các hạt nano NiO, ngăn ngừa sự kết tụ. Phương pháp này không sử dụng hóa chất độc hại, giảm thiểu tác động đến môi trường và chi phí sản xuất.

3.2. Tối Ưu Hóa Quy Trình Chế Tạo Nanocomposite NiO Chitosan

Để tối ưu hóa quy trình chế tạo Nanocomposite NiO/Chitosan, cần xem xét các yếu tố như tỷ lệ NiO/Chitosan, pH của dung dịch phản ứng, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Việc điều chỉnh các thông số này có thể ảnh hưởng đến kích thước hạt nano NiO, sự phân bố của chúng trong ma trận chitosan, và khả năng kháng khuẩn của vật liệu. Các phương pháp phân tích như SEM, TEM, XRD, và FTIR có thể được sử dụng để đánh giá đặc tính của vật liệu và tối ưu hóa quy trình tổng hợp.

IV. Đặc Trưng Tính Chất Kháng Khuẩn NiO Chitosan Phân Tích 57

Việc xác định đặc trưng và đánh giá tính chất kháng khuẩn của Nanocomposite NiO/Chitosan là bước quan trọng để hiểu rõ cơ chế hoạt động và tiềm năng ứng dụng của vật liệu. Các phương pháp phân tích như XRD, TEM, SEM, và FTIR được sử dụng để xác định cấu trúc, hình thái, và thành phần của vật liệu. Khả năng kháng khuẩn được đánh giá bằng các thử nghiệm in vitro trên các chủng vi khuẩn khác nhau. Kết quả phân tích giúp xác định mối quan hệ giữa cấu trúc vật liệu và khả năng kháng khuẩn.

4.1. Phân Tích Cấu Trúc và Hình Thái Nanocomposite NiO Chitosan

Các phương pháp XRD, TEM, và SEM được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, và hình thái bề mặt của Nanocomposite NiO/Chitosan. Kết quả XRD cho thấy sự hình thành của pha NiO trong ma trận chitosan. Ảnh TEM cho thấy các hạt nano NiO có kích thước nhỏ và phân bố đồng đều. Ảnh SEM cho thấy cấu trúc bề mặt của vật liệu, sự liên kết giữa NiO và chitosan.

4.2. Đánh Giá Hoạt Tính Kháng Khuẩn Thử Nghiệm và Kết Quả

Hoạt tính kháng khuẩn của Nanocomposite NiO/Chitosan được đánh giá bằng các thử nghiệm in vitro trên các chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Phương pháp khuếch tán đĩa được sử dụng để xác định vùng ức chế của vật liệu đối với sự phát triển của vi khuẩn. Kết quả cho thấy Nanocomposite NiO/Chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn, chứng minh tính chất kháng khuẩn tiềm năng của vật liệu.

V. Ứng Dụng Nanocomposite NiO Chitosan Tiềm Năng Thực Tiễn 59

Nanocomposite NiO/Chitosan có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng kháng khuẩn, tính tương thích sinh học, và khả năng phân hủy sinh học. Trong lĩnh vực y sinh, vật liệu này có thể được sử dụng làm băng gạc kháng khuẩn, hệ thống phân phối thuốc, và vật liệu cấy ghép. Trong nông nghiệp, nó có thể được ứng dụng trong bảo quản thực phẩm và kiểm soát dịch bệnh cây trồng. Trong môi trường, Nanocomposite NiO/Chitosan có tiềm năng sử dụng trong xử lý nước thải và lọc không khí.

5.1. NiO Chitosan trong Y Sinh Băng Gạc Kháng Khuẩn và Hơn Thế

Trong lĩnh vực y sinh, Nanocomposite NiO/Chitosan có thể được sử dụng để tạo ra các loại băng gạc kháng khuẩn giúp ngăn ngừa nhiễm trùng vết thương. Vật liệu này cũng có thể được sử dụng trong hệ thống phân phối thuốc, giúp đưa thuốc đến đúng vị trí cần thiết và tăng hiệu quả điều trị. Ngoài ra, Nanocomposite NiO/Chitosan có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu cấy ghép, giúp tăng cường tính tương thích sinh học và giảm nguy cơ nhiễm trùng.

5.2. Ứng Dụng Nông Nghiệp Bảo Quản Thực Phẩm Kiểm Soát Dịch Bệnh

Trong nông nghiệp, Nanocomposite NiO/Chitosan có thể được sử dụng để bảo quản thực phẩm, kéo dài thời gian sử dụng và giảm lãng phí. Vật liệu này cũng có thể được ứng dụng trong kiểm soát dịch bệnh cây trồng, giúp bảo vệ cây trồng khỏi các tác nhân gây bệnh. Ứng dụng Nanocomposite NiO/Chitosan có thể góp phần tăng năng suất và chất lượng nông sản.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển NiO Chitosan Tương Lai 55

Nanocomposite NiO/Chitosan là một vật liệu nanocomposite đầy hứa hẹn với nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu tiếp tục là cần thiết để tối ưu hóa quy trình tổng hợp, đánh giá độc tính, và mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm nghiên cứu ứng dụng y sinh, ứng dụng nông nghiệp, và ứng dụng môi trường và việc phát triển các phương pháp sản xuất Nanocomposite NiO/Chitosan quy mô lớn với chi phí thấp.

6.1. Tổng Kết Nghiên Cứu và Thành Tựu Nanocomposite NiO Chitosan

Nghiên cứu về Nanocomposite NiO/Chitosan đã đạt được những thành tựu đáng kể trong việc tổng hợp, xác định đặc trưng, và đánh giá tính chất kháng khuẩn của vật liệu. Các nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong các lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để đưa vật liệu vào ứng dụng thực tế.

6.2. Triển Vọng và Hướng Nghiên Cứu Nanocomposite NiO Chitosan

Triển vọng phát triển của Nanocomposite NiO/Chitosan là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu về các giải pháp bền vững ngày càng tăng. Hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm: (1) Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động kháng khuẩn của vật liệu. (2) Phát triển các phương pháp sản xuất vật liệu quy mô lớn với chi phí thấp. (3) Đánh giá độc tính của vật liệu trên các hệ sinh học khác nhau. (4) Mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu trong các lĩnh vực khác nhau, như năng lượng và điện tử.

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí đang trở thành vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng và sự phát triển bền vững. Theo báo cáo của Viện Y học Lao động và Vệ sinh môi trường, các mẫu đất tại bãi rác Nam Sơn bị ô nhiễm trứng giun và coliform, đồng thời tỷ lệ mắc các bệnh da liễu, viêm phế quản, đau xương khớp của người dân sống gần bãi rác cao hơn từ 1,1 đến 2 lần so với khu vực khác. Trong bối cảnh đó, việc phát triển các vật liệu kháng khuẩn thân thiện môi trường, sử dụng nguyên liệu tự nhiên và phế phẩm nông nghiệp là hướng đi cấp thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo hệ nanocomposite NiO/Chitosan ứng dụng làm vật liệu kháng khuẩn, sử dụng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt làm tác nhân phản ứng trong phương pháp tổng hợp xanh. Mục tiêu chính là tổng hợp và đánh giá đặc trưng cấu trúc của hệ vật liệu nanocomposite NiO/Chitosan, đồng thời khảo sát khả năng kháng khuẩn đối với các chủng vi khuẩn Gram âm (E. coli), Gram dương (Bacillus subtilis) và nấm men Saccharomyces cerevisiae. Nghiên cứu được thực hiện trong 8 tháng tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, góp phần phát triển vật liệu kháng khuẩn có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực môi trường và y học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết vật liệu nano oxit kim loại và lý thuyết polymer sinh học chitosan. NiO là oxit kim loại bán dẫn loại p với cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt, có tính chất quang học và từ tính đặc trưng, được ứng dụng rộng rãi trong xúc tác quang, pin lithium-ion và vật liệu cảm biến. Chitosan là polymer sinh học không độc hại, có khả năng kháng khuẩn nhờ mang điện tích dương, giúp tương tác với bề mặt vi khuẩn tích điện âm.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào tổng hợp vật liệu nanocomposite NiO/Chitosan bằng phương pháp đồng kết tủa xanh, sử dụng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt làm tác nhân khử và bền hóa. Các khái niệm chính bao gồm: kích thước hạt nano, tính chất từ tính, đặc trưng cấu trúc (XRD, FT-IR), hình thái bề mặt (FESEM, TEM), và hoạt tính kháng khuẩn (đường kính vòng kháng khuẩn, nồng độ ức chế tối thiểu MIC).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp và đánh giá vật liệu tại phòng thí nghiệm Viện Hóa học - Vật liệu. Cỡ mẫu vật liệu gồm các hệ nanocomposite NiO/Chitosan với hàm lượng chitosan từ 3% đến 20% khối lượng. Phương pháp chọn mẫu là tổng hợp đồng kết tủa với sự hỗ trợ của sóng siêu âm nhằm đảm bảo phân tán đồng đều và kích thước hạt nano nhỏ.

Phân tích cấu trúc vật liệu sử dụng phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), kính hiển vi điện tử truyền (TEM), và đo từ kết mẫu rung (VSM). Khả năng kháng khuẩn được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán đĩa, đo đường kính vòng kháng khuẩn và xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC đối với ba chủng vi sinh vật: E. coli, Bacillus subtilis và Saccharomyces cerevisiae. Thời gian nghiên cứu kéo dài 8 tháng, từ tháng 01/2022 đến 08/2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp nano NiO bằng phương pháp xanh: Sử dụng dịch chiết vỏ quả măng cụt với tỷ lệ dung môi nước:ethanol 1:1 cho kết quả tốt nhất về hình thái học hạt nano NiO, kích thước hạt đồng đều trong khoảng 14-30 nm. Nhiệt độ nung tối ưu là 450°C trong 4 giờ, tạo ra hạt nano có cấu trúc tinh thể lập phương với độ từ tính bão hòa 12,8 emu/g.

2. Ảnh hưởng hàm lượng chitosan đến đặc tính vật liệu: Khi tăng hàm lượng chitosan từ 3% đến 20%, hình thái bề mặt nanocomposite thay đổi rõ rệt. Ở 10% chitosan, các hạt NiO phân bố đồng đều trên màng chitosan, tạo thành cấu trúc xốp với kích thước hạt nano khoảng 14,6 nm. Ở 20%, các hạt có xu hướng kết tụ, giảm diện tích bề mặt tiếp xúc.

3. Đặc trưng cấu trúc nanocomposite NiO/Chitosan: Phổ FT-IR xác nhận sự hiện diện đồng thời của các nhóm chức năng chitosan và liên kết Ni-O trong vật liệu. Độ từ hóa bão hòa của nanocomposite giảm gần về 0, cho thấy sự ảnh hưởng của chitosan đến tính chất từ tính của NiO.

4. Khả năng kháng khuẩn: Hệ nanocomposite NiO/Chitosan 10% thể hiện hoạt tính kháng khuẩn vượt trội so với chitosan đơn thuần, với đường kính vòng kháng khuẩn lớn hơn đối với cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương. Nồng độ ức chế tối thiểu MIC của nanocomposite đối với E. coli và Bacillus subtilis lần lượt là khoảng 0,4 mg/mL và 0,2 mg/mL, thấp hơn nhiều so với chitosan nguyên chất.

Thảo luận kết quả

Kích thước hạt nano NiO nhỏ và đồng đều nhờ sử dụng phương pháp tổng hợp xanh với dịch chiết vỏ măng cụt, tận dụng các hợp chất polyphenol và xanthone làm tác nhân khử và bền hóa. Điều này giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện tính chất quang học, từ tính của vật liệu. Việc bổ sung chitosan không chỉ tạo màng bao bọc ổn định mà còn tăng cường khả năng kháng khuẩn nhờ tương tác điện tích giữa chitosan và màng tế bào vi khuẩn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, nanocomposite NiO/Chitosan tổng hợp bằng phương pháp xanh cho hiệu quả kháng khuẩn tương đương hoặc vượt trội, đồng thời thân thiện môi trường và tiết kiệm chi phí. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường kính vòng kháng khuẩn và bảng so sánh MIC giữa các mẫu vật liệu, minh họa rõ ràng sự cải thiện hoạt tính kháng khuẩn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng vật liệu nanocomposite NiO/Chitosan trong xử lý nước thải: Khuyến nghị triển khai thử nghiệm quy mô pilot tại các khu vực có nguồn nước thải nhiễm khuẩn cao, nhằm giảm tải vi sinh vật gây bệnh, cải thiện chất lượng nước. Thời gian thực hiện dự kiến 12 tháng, do các đơn vị môi trường và doanh nghiệp xử lý nước phối hợp.

2. Phát triển vật liệu kháng khuẩn trong y tế: Đề xuất nghiên cứu tiếp tục ứng dụng nanocomposite NiO/Chitosan làm lớp phủ kháng khuẩn trên bề mặt thiết bị y tế, giảm nguy cơ nhiễm khuẩn bệnh viện. Thời gian nghiên cứu 18 tháng, phối hợp với các bệnh viện và trung tâm nghiên cứu y sinh.

3. Tăng cường sản xuất vật liệu bằng phương pháp tổng hợp xanh: Khuyến khích mở rộng sử dụng phế phẩm nông nghiệp như vỏ quả măng cụt làm nguyên liệu đầu vào, góp phần giảm thiểu chất thải và chi phí sản xuất. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ vật liệu, trong vòng 24 tháng.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật tổng hợp và ứng dụng nanocomposite cho cán bộ kỹ thuật và doanh nghiệp, thúc đẩy ứng dụng rộng rãi vật liệu mới. Thời gian thực hiện 6-12 tháng, do các trường đại học và viện nghiên cứu chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường, vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp vật liệu nanocomposite xanh, phương pháp phân tích cấu trúc và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu và thiết bị y tế: Tham khảo để ứng dụng công nghệ tổng hợp vật liệu kháng khuẩn thân thiện môi trường, nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng thị trường.

3. Cơ quan quản lý môi trường và y tế công cộng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, hướng dẫn sử dụng vật liệu kháng khuẩn trong xử lý môi trường và phòng chống dịch bệnh.

4. Các tổ chức phát triển nông nghiệp bền vững: Khai thác tiềm năng phế phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu sản xuất vật liệu công nghệ cao, góp phần phát triển kinh tế tuần hoàn và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Nanocomposite NiO/Chitosan có ưu điểm gì so với vật liệu kháng khuẩn truyền thống?
   Nanocomposite này kết hợp tính kháng khuẩn của chitosan và tính chất quang học, từ tính của NiO, tạo ra vật liệu có hiệu quả cao, thân thiện môi trường và dễ tổng hợp bằng phương pháp xanh.

2. Phương pháp tổng hợp xanh sử dụng dịch chiết vỏ măng cụt có lợi ích gì?
   Phương pháp này tận dụng các hợp chất tự nhiên làm tác nhân khử và bền hóa, giảm sử dụng hóa chất độc hại, tiết kiệm chi phí và giảm ô nhiễm môi trường.

3. Kích thước hạt nano ảnh hưởng thế nào đến hoạt tính kháng khuẩn?
   Kích thước hạt nhỏ tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với vi khuẩn, nâng cao hiệu quả kháng khuẩn. Nghiên cứu cho thấy kích thước hạt nano NiO khoảng 14-30 nm là tối ưu.

4. Nanocomposite có thể ứng dụng trong lĩnh vực nào ngoài kháng khuẩn?
   Ngoài kháng khuẩn, vật liệu có thể ứng dụng trong xử lý nước thải, cảm biến môi trường, pin lithium-ion và xúc tác quang học.

5. Làm thế nào để xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của vật liệu?
   MIC được xác định bằng phương pháp khuếch tán đĩa, đo nồng độ thấp nhất của vật liệu ức chế hoàn toàn sự phát triển vi sinh vật trên môi trường nuôi cấy.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công hệ nanocomposite NiO/Chitosan sử dụng dịch chiết vỏ quả măng cụt theo phương pháp tổng hợp xanh, với kích thước hạt nano đồng đều từ 14-30 nm.
• Vật liệu nanocomposite NiO/Chitosan 10% thể hiện khả năng kháng khuẩn vượt trội đối với vi khuẩn Gram âm, Gram dương và nấm men, với nồng độ MIC thấp.
• Phân tích cấu trúc và tính chất từ tính cho thấy sự tương tác hiệu quả giữa NiO và chitosan, tạo nên vật liệu có tính ổn định và hoạt tính cao.
• Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng vật liệu nanocomposite trong xử lý môi trường và y tế, đồng thời góp phần phát triển công nghệ tổng hợp xanh thân thiện môi trường.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và chuyển giao công nghệ trong vòng 1-2 năm tới nhằm thúc đẩy phát triển bền vững.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm ứng dụng thực tế và mở rộng quy mô sản xuất vật liệu nanocomposite NiO/Chitosan nhằm đáp ứng nhu cầu xử lý môi trường và y tế hiện đại.