Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn và Kháng Nấm cho Da Lợn Bằng Nano Bạc

Luận án tiến sĩ Xử lý kháng khuẩn và kháng nấm cho da lợn bằng nano bạc phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực hiện nay

• Người hướng dẫn: PGS. Chưa Được Đề Cập
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Dệt, May
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn và Kháng Nấm cho Da Lợn Bằng Nano Bạc
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về da thuộc và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da
• 1.2. Tổng quan về da thuộc
• 1.3. Tổng quan về xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da
• 1.4. Tổng quan về nano bạc
• 1.5. Phương pháp tổng hợp nano bạc
• 1.6. Các phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc
• 1.6.1. Phương pháp bán định lượng. Phương pháp định lượng
• 1.6.2. Các phương pháp và kỹ thuật đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của vật liệu da thuộc
• 1.6.2.1. Phương pháp định lượng
• 1.6.2.2. Phương pháp đánh giá bán định lượng
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ 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. Vật liệu, hóa chất sử dụng
• 2.3. Các chủng vi khuẩn sử dụng
• 2.4. Dụng cụ và thiết bị
• 2.5. Nội dung nghiên cứu
• 2.5.1. Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh từ lá dâu tằm, lá trầu không
• 2.5.2. Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc làm lớp lót sản phẩm da bằng nano bạc
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 2.6.2. Phương pháp phân tích đặc tính vật liệu
• 2.6.3. Phương pháp xác định tính chất của vật liệu
• 2.6.4. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc
• 2.6.5. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của da lợn thuộc
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm, lá trầu không
• 3.1.1. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm
• 3.1.2. Kết quả tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết từ lá trầu không
• 3.1.3. Đề xuất cơ chế tổng hợp hạt nano bạc từ dịch chiết thực vật. So sánh các phương án tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết lá dâu tằm, lá trầu không
• 3.2. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của hai loại nano bạc
• 3.2.1. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của hai loại nano bạc
• 3.2.2. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của nano bạc AgNPPBL với các nồng độ khác nhau
• 3.3. Kết quả xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng nano bạc
• 3.3.1. Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn của da lợn thuộc
• 3.3.2. Kết quả đánh giá cấu trúc, hình thái bề mặt da lợn thuộc
• 3.3.3. Kết quả đánh giá sự thay đổi màu sắc và tính chất cơ lý của da
• 3.3.4. So sánh, đánh giá các phương pháp công nghệ xử lý da lợn thuộc bằng nano bạc
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN ÁN
• HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn Da Lợn

Da thuộc, đặc biệt là da lợn, được sử dụng rộng rãi làm lớp lót sản phẩm da nhờ sự mềm mại, thông thoáng và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, khả năng hút ẩm cao tạo điều kiện cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển, gây mùi khó chịu, bạc màu, và thậm chí ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng. Điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam càng thúc đẩy sự phát triển này. Do đó, nghiên cứu các phương pháp xử lý kháng khuẩn, kháng nấm hiệu quả cho da lợn thuộc là vô cùng cần thiết. Mục tiêu là tạo ra sản phẩm da thuộc an toàn, bền bỉ, và đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái. Việc tìm kiếm các tác nhân kháng khuẩn có hoạt tính cao, phổ rộng, tương thích với da thuộc, ổn định, thân thiện môi trường và không độc hại là một thách thức lớn. Các sản phẩm da giầy, đặc biệt là lớp lót của sản phẩm, thường tiếp xúc trực tiếp với cơ thể người. Do vậy, vật liệu để làm sản phẩm da giầy ngoài việc cần đáp ứng các yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý còn phải đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Xử Lý Kháng Khuẩn Da Thuộc

Việc xử lý kháng khuẩn cho da thuộc là vô cùng quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm và sức khỏe người tiêu dùng. Môi trường ẩm ướt tạo điều kiện cho vi khuẩn và nấm mốc sinh sôi, gây ra các vấn đề như mùi hôi, giảm độ bền và nguy cơ dị ứng. Xử lý kháng khuẩn giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm, tăng tính thẩm mỹ và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Như đã đề cập trong tài liệu, 'khả năng kháng khuẩn và nấm mốc của các sản phẩm da giầy đang là vấn đề được các nhà khoa học, người tiêu dùng và các doanh nghiệp quan tâm'.

1.2. Thách Thức Trong Xử Lý Kháng Khuẩn Da Lợn Thuộc

Việc lựa chọn phương pháp xử lý kháng khuẩn phù hợp cho da lợn thuộc đặt ra nhiều thách thức. Các chất kháng khuẩn cần có hoạt tính cao, phổ rộng, tương thích với da, ổn định và an toàn cho người sử dụng và môi trường. Đồng thời, quá trình xử lý không được làm ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý và màu sắc của da. Tìm kiếm các giải pháp vừa hiệu quả, vừa thân thiện với môi trường là một bài toán khó. Theo nghiên cứu, 'các tác nhân để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da thuộc làm sản phẩm da giầy phải có hoạt tính cao và phổ kháng khuẩn, kháng nấm rộng, tương thích với da thuộc và các hóa chất xử lý, ổn định trên da thuộc, không làm phai màu và suy giảm các tính chất cơ lý của da thuộc, thân thiện với môi trường, không độc hại đối với con người'.

II. Nano Bạc Giải Pháp Tiềm Năng Cho Kháng Khuẩn Da Lợn

Nano bạc nổi lên như một giải pháp tiềm năng trong việc xử lý kháng khuẩn cho nhiều vật liệu, bao gồm cả da thuộc. Với đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm vượt trội, nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật trên bề mặt da. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết thực vật để xử lý da lợn thuộc, hướng đến một quy trình thân thiện với môi trường và an toàn cho người sử dụng. Việc ứng dụng nano bạc có thể giúp đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh và an toàn sinh thái cho sản phẩm da giầy. Nano bạc đã và đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có xử lý kháng khuẩn cho da thuộc [7]. Có nhiều phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau được nghiên cứu như phương pháp “top-down” bao gồm nổ điện, tia năng lượng cao, bào mòn bằng laze, nghiền cơ học.; hoặc phương pháp “bottom-up” bao gồm ngưng tụ nguyên tử, lắng đọng hơi hóa học.

2.1. Ưu Điểm Của Nano Bạc Trong Kháng Khuẩn Vật Liệu

Nano bạc sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội khi được ứng dụng làm chất kháng khuẩn. Kích thước siêu nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc với vi sinh vật, nâng cao hiệu quả kháng khuẩn. Cơ chế tác động đa dạng giúp nano bạc chống lại nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc. Ngoài ra, nano bạc thường có độ bền cao và ít gây kích ứng da so với một số chất kháng khuẩn khác. Theo tài liệu, 'nano bạc đã và đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có xử lý kháng khuẩn cho da thuộc'.

2.2. Tổng Hợp Nano Bạc Bằng Dịch Chiết Thực Vật Phương Pháp Xanh

Phương pháp tổng hợp nano bạc bằng dịch chiết thực vật là một hướng đi đầy tiềm năng. Sử dụng các hợp chất tự nhiên có trong thực vật để khử ion bạc, tạo thành các hạt nano bạc ổn định. Phương pháp này giúp giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường và có thể tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương. Nghiên cứu này tập trung vào dịch chiết từ lá dâu tằm và lá trầu không, hai loại cây phổ biến ở Việt Nam. Có nhiều phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau được nghiên cứu như phương pháp “top-down” bao gồm nổ điện, tia năng lượng cao, bào mòn bằng laze, nghiền cơ học.; hoặc phương pháp “bottom-up” bao gồm ngưng tụ nguyên tử, lắng đọng hơi hóa học.

2.3. Cơ Chế Kháng Khuẩn Của Nano Bạc

Nano bạc có nhiều cơ chế để tiêu diệt vi khuẩn. Chúng có thể phá vỡ màng tế bào vi khuẩn, gây rò rỉ các chất bên trong tế bào. Ngoài ra, nano bạc có thể can thiệp vào quá trình hô hấp và sinh sản của vi khuẩn. Các ion bạc giải phóng ra cũng có khả năng ức chế hoạt động của enzyme và protein quan trọng của vi khuẩn. Nhờ các cơ chế này, nano bạc có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Việc hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nano bạc.

III. Quy Trình Nghiên Cứu Xử Lý Kháng Khuẩn Da Lợn Bằng AgNPs

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp nano bạc (AgNPs) từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không, sau đó ứng dụng AgNPs để xử lý da lợn thuộc. Quy trình nghiên cứu bao gồm các bước: (1) Chiết xuất chất khử từ lá dâu tằm và lá trầu không; (2) Tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh; (3) Xác định đặc tính của AgNPs (kích thước, hình dạng, phổ UV-Vis); (4) Xử lý da lợn thuộc bằng AgNPs; (5) Đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của da lợn thuộc sau xử lý; (6) Đánh giá ảnh hưởng của AgNPs đến tính chất cơ lý và màu sắc của da lợn thuộc.

3.1. Chiết Xuất Và Tổng Hợp Nano Bạc Từ Lá Dâu Tằm Trầu Không

Quá trình chiết xuất chất khử từ lá dâu tằm và lá trầu không đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp nano bạc bằng phương pháp xanh. Các thông số chiết xuất (dung môi, nhiệt độ, thời gian) cần được tối ưu hóa để thu được lượng chất khử cao nhất. Sau đó, chất khử được sử dụng để khử ion bạc, tạo thành các hạt nano bạc. Quá trình tổng hợp cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo kích thước và hình dạng của nano bạc đồng đều.

3.2. Đánh Giá Khả Năng Kháng Khuẩn Kháng Nấm Của Da Sau Xử Lý

Sau khi da lợn thuộc được xử lý bằng nano bạc, khả năng kháng khuẩn và kháng nấm sẽ được đánh giá bằng các phương pháp định lượng và bán định lượng. Các phương pháp này giúp xác định hiệu quả của nano bạc trong việc ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên bề mặt da. Kết quả đánh giá sẽ cho thấy liệu nano bạc có thể bảo vệ da thuộc khỏi sự tấn công của vi sinh vật hay không. Các phương pháp đánh giá bán định lượng. Phương pháp định lượng . Các phương pháp và kỹ thuật đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của vật liệu da thuộc .

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Hiệu Quả Xử Lý Da Lợn Bằng Nano Bạc

Nghiên cứu thu được các kết quả khả quan về khả năng xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không. Các kết quả cho thấy nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên bề mặt da. Đồng thời, nano bạc không gây ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ lý và màu sắc của da lợn thuộc. Những kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng nano bạc trong sản xuất các sản phẩm da giầy an toàn và bền bỉ.

4.1. Khả Năng Kháng Khuẩn Của Da Lợn Thuộc Sau Xử Lý AgNPs

Kết quả thử nghiệm cho thấy da lợn thuộc sau khi được xử lý bằng nano bạc có khả năng kháng khuẩn đáng kể đối với các chủng vi khuẩn phổ biến. Vùng ức chế vi khuẩn xung quanh mẫu da được mở rộng, cho thấy nano bạc có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn trên bề mặt da. Hiệu quả kháng khuẩn phụ thuộc vào nồng độ nano bạc và phương pháp xử lý.

4.2. Ảnh Hưởng Của Nano Bạc Đến Tính Chất Cơ Lý Của Da Thuộc

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của nano bạc đến các tính chất cơ lý của da lợn thuộc, chẳng hạn như độ bền kéo, độ dãn dài và độ bền xé. Kết quả cho thấy nano bạc không gây ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất này, đảm bảo rằng da thuộc vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai cần thiết sau khi xử lý.

4.3. So Sánh Hiệu Quả Của Các Phương Pháp Xử Lý Da Lợn Bằng AgNPs

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của các phương pháp xử lý da lợn thuộc bằng nano bạc, bao gồm ngấm ép, ngâm tẩm và phun phủ. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và hiệu quả kháng khuẩn cũng khác nhau. Việc so sánh này giúp lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp nhất để đạt được hiệu quả kháng khuẩn tối ưu.

V. Ứng Dụng Thực Tế Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về AgNPs

Kết quả nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm da giầy có tính năng kháng khuẩn, kháng nấm. Da lợn thuộc được xử lý bằng nano bạc có thể được sử dụng làm lớp lót cho giầy dép, quần áo, túi xách, giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc, tìm kiếm các loại dịch chiết thực vật khác có khả năng kháng khuẩn cao, và đánh giá độ bền của nano bạc trên da thuộc trong thời gian dài.

5.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Nano Bạc Trong Ngành Da Giầy

Ứng dụng nano bạc trong ngành da giầy mở ra nhiều tiềm năng lớn. Các sản phẩm da giầy có tính năng kháng khuẩn, kháng nấm sẽ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về các sản phẩm an toàn và vệ sinh. Ngoài ra, việc sử dụng nano bạc có thể giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Mới Về Xử Lý Kháng Khuẩn Da Thuộc

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp xử lý da thuộc bằng nano bạc hiệu quả hơn, bền vững hơn và thân thiện với môi trường hơn. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc, tìm kiếm các vật liệu mang nano bạc mới, và đánh giá tác động của nano bạc đến sức khỏe người tiêu dùng.

VI. Kết Luận Nano Bạc Hứa Hẹn Tương Lai Cho Da Kháng Khuẩn

Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng của nano bạc trong việc xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc. Việc sử dụng dịch chiết thực vật để tổng hợp nano bạc là một hướng đi bền vững và thân thiện với môi trường. Với những ưu điểm vượt trội, nano bạc hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm da giầy an toàn, bền bỉ và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Nano Bạc và Da Lợn

Nghiên cứu đã chứng minh rằng nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trên da lợn thuộc. Quá trình xử lý không gây ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ lý và màu sắc của da. Kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng nano bạc trong ngành công nghiệp da giầy.

6.2. Đánh Giá Triển Vọng Phát Triển Của Công Nghệ Nano Bạc

Công nghệ nano bạc có tiềm năng phát triển rất lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm y tế, nông nghiệp và công nghiệp. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng nano bạc sẽ mang lại nhiều lợi ích cho xã hội, từ việc cải thiện sức khỏe con người đến việc bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Da thuộc là vật liệu tự nhiên truyền thống có giá trị sử dụng cao trong sản xuất các sản phẩm da như giầy dép, quần áo, găng tay, túi cặp và đồ nội thất nhờ các đặc tính mềm mại, thông hơi và hút ẩm tốt. Trong các loại da thuộc, da lợn thuộc chiếm khoảng 7% sản lượng da nguyên liệu, có đặc điểm cấu trúc vi mô với các bó sợi collagen nhỏ mịn, độ bền mài mòn cao, dễ xẻ mỏng và giá thành thấp. Tuy nhiên, da lợn thuộc có nhược điểm về thẩm mỹ do các tuyến lông cứng xuyên qua toàn bộ chiều dày tạo thành các lỗ thủng xuyên thấu. Nhờ khả năng thông hơi vượt trội, da lợn thuộc được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo lớp lót cho các sản phẩm da giầy.

Lớp lót của sản phẩm da tiếp xúc trực tiếp với cơ thể người, liên tục hấp thụ mồ hôi chứa protein và chất khoáng. Mạng lưới sợi collagen trong da cùng điều kiện độ ẩm, nhiệt độ và oxy tạo môi trường dinh dưỡng thuận lợi cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển. Các sản phẩm da hầu như không được giặt trong suốt quá trình sử dụng, dẫn đến sự tích tụ vi sinh vật, phát sinh mùi hôi khó chịu, làm phai màu, suy giảm độ bền cơ học của vật liệu và có thể gây bệnh da liễu cho người sử dụng. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam, sự phát triển của vi sinh vật trên da thuộc diễn ra mạnh mẽ trong quá trình lưu trữ, vận chuyển và sử dụng.

Yêu cầu đặt ra đối với vật liệu làm lớp lót sản phẩm da là vừa phải đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý, vừa phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn sinh thái, không chứa hóa chất độc hại gây dị ứng cho da người. Nano bạc (AgNPs) là tác nhân kháng khuẩn, kháng nấm phổ rộng, có độ bền tác dụng cao. Các phương pháp tổng hợp nano bạc truyền thống (như phương pháp vật lý dùng chùm tia năng lượng cao, laser; hoặc phương pháp hóa học sử dụng tác nhân khử độc hại như natri borohydrua, hydrazin) thường có nhược điểm về chi phí thiết bị, độc tính hóa chất và khó loại bỏ tạp chất. Phương pháp tổng hợp hóa học xanh sử dụng dịch chiết từ thực vật chứa các hợp chất tự nhiên (polyphenol, flavonoid, alkaloid, axit hữu cơ...) đóng vai trò đồng thời là chất khử và chất ổn định hạt nano bạc mang lại ưu thế về chi phí thấp, thân thiện môi trường và an toàn cho người sử dụng.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định: Tại Việt Nam, trước thời điểm thực hiện luận án, chưa có công bố nào về việc sử dụng nano bạc nói chung và nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết thực vật để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho vật liệu da thuộc. Đồng thời, chưa có công trình khoa học nào công bố về việc nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp công nghệ xử lý (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) đến khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và các tính chất cơ lý của da lợn thuộc sau khi xử lý bằng nano bạc hóa học xanh.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm:

1. Tổng hợp được nano bạc sử dụng dịch chiết từ thực vật (lá dâu tằm, lá trầu không) phù hợp để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc; đề xuất cơ chế tổng hợp nano bạc sử dụng dịch chiết thực vật.
2. Xây dựng được các quy trình công nghệ xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng nano bạc tổng hợp hóa học xanh cho da lợn thuộc sử dụng để làm lớp lót cho sản phẩm da (giầy dép, quần áo, găng tay, túi cặp…) đáp ứng được các yêu cầu về tính kháng khuẩn, kháng nấm và các chỉ tiêu cơ lý; đề xuất cơ chế liên kết giữa nano bạc và da lợn thuộc.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm (Morus alba L.) và lá trầu không (Piper betle L.); Da lợn thuộc được xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng nano bạc tổng hợp hóa học xanh.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Khảo sát các điều kiện tổng hợp AgNPs xanh từ dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không Việt Nam với các thông số nồng độ tiền chất bạc nitrat (AgNO3) và thời gian phản ứng khử.
  • Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật của dung dịch nano bạc đối với 4 chủng vi khuẩn và 2 chủng nấm phổ biến (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Aspergillus niger...).
  • Khảo sát xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc qua 3 phương pháp công nghệ (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) với các biến số về mức ép ($\varepsilon$) và dải nồng độ AgNPs (từ 20 $\mu$g/ml đến 160 $\mu$g/ml).
  • Đánh giá sự thay đổi cấu trúc vi mô, phân bố nguyên tố bạc, màu sắc, các chỉ tiêu cơ lý (độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, độ bền xé, độ bền mài mòn) và độ bền giữ hạt nano sau 12 tháng lưu trữ.
  • Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Vật liệu & Công nghệ Hóa dệt, Phòng thí nghiệm dự án JST - JICA ESCANBER (Đại học Bách khoa Hà Nội), phối hợp với Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Viện Nghiên cứu Da giầy, Khoa Công nghệ Sinh học (Đại học Quốc tế - ĐHQG TP.HCM) và Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT (Đại học Nguyễn Tất Thành).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu liên quan đến cấu trúc vật liệu da, các tác nhân kháng khuẩn cho da và công nghệ chế tạo nano bạc:

1. Về cấu trúc collagen và vật liệu da thuộc: Các công trình của các tác giả chuyên ngành da giầy phân tích cấu trúc da nguyên liệu gồm lớp biểu bì, lớp bì (gồm lớp nhú và lớp lưới) và lớp thịt dưới da. Thành phần cấu trúc chính của da sau thuộc là collagen chiếm khoảng 80% khối lượng khô. Collagen được hình thành từ 20 loại amino axit liên kết peptit dạng chuỗi xoắn ba lần (triple helix), trong đó Glyxin chiếm 30%, Prolin 10% và Hydroxyprolin 10% (khoảng 12,83 g trong 100 g protein). Đường kính của sợi collagen khoảng 500 nm, tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt nano bạc có kích thước dưới 100 nm khuếch tán vào cấu trúc mạng xơ.

2. Về các tác nhân xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da thuộc:

   • Tannin, dịch chiết thực vật và tinh dầu: Axit tannic với tỷ lệ 3% có tác dụng chống lại Bacillus cereus, Salmonella typhimurium, Proteus vulgaris, Enterobacter aerogenes, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus [17]. Dịch chiết thực vật thương mại (1% và 5%) được sử dụng trong thuộc da thể hiện hiệu quả kháng khuẩn tốt hơn kháng nấm [18]. Tinh dầu cỏ xạ hương/húng tây [19, 20] và viên nang siêu nhỏ melamine-formaldehyd chứa tinh dầu tràm [21] được thử nghiệm xử lý kháng khuẩn cho giầy dép chống lại vi khuẩn E. coli.
   • Chitosan và dẫn xuất: Chitosan 1% (w/v) trong dung dịch axit formic xử lý bằng trống quay trong 2 giờ [25], chitosan formate ở tỷ lệ 2% và 5% [24], và poly(ethylene glycol)-grafted-chitosan (PEG-g-CS) [16] được sử dụng tạo màng phủ bề mặt da thuộc có hoạt tính kháng vi sinh vật phổ rộng.
   • Công nghệ plasma: Plasma dưới dạng phóng điện corona tạo bức xạ UV và các gốc tự do làm peroxid hóa lipid màng tế bào vi khuẩn, cho khả năng kháng khuẩn trên 70% đối với S. aureus ở nhiệt độ dưới 50 °C mà không làm suy giảm tính chất cơ lý của da [27, 28, 29, 30, 31].
   • Xử lý da thuộc bằng nano bạc: Qiongfen Xia và cộng sự (2018) sử dụng axit gallic làm chất ổn định tổng hợp GA@AgNPs và phun lên da thuộc làm giầy cho bệnh nhân tiểu đường, đạt hiệu suất diệt khuẩn trên 99% đối với E. coli, S. aureus và C. albicans theo tiêu chuẩn AATCC 90 và ASTM E 2149 [32]. Viện Nghiên cứu Giầy dép Tây Ban Nha (INESCOP) sử dụng Ag@silica xử lý cho da thuộc kim loại và da thuộc oxazolidine [35]. Iulian Ionita (2010) ngâm da cừu thuộc thảo mộc trong dung dịch keo nano bạc, phân tích hàm lượng bạc bằng phổ hấp thụ nguyên tử AAS và đo quang phổ UV-Vis từ 220 đến 859 nm [33]. Isabel Maestre-López M và cộng sự (2015) phủ AgNPs tổng hợp từ natri borohydrid, gelatin/glucose và dịch chiết nha đam lên da thuộc crom, titan, nhôm và oxazolidine [36]. Carmen Gaidau (2009) xử lý nano bạc khoảng 490 ppm cho da cừu nguyên lông ứng dụng y tế [40].

3. Về tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh:

TT	Nguồn thực vật	Bộ phận sử dụng	Kích thước / Hình dạng hạt AgNPs	Tác giả và năm công bố
1	Hoa phong lữ (Pelargonium graveolens)	Lá	16 - 40 nm	Shankar et al., 2003
2	Cây quế (Cinnamomum zeylanicum)	Vỏ cây	31 - 40 nm, hình bán nguyệt / que	Sathishkumar et al., 2009
3	Lô hội (Aloe vera)	Lá	25 nm, hình cầu	Zhang et al., 2010
4	Cây vạn tuế (Cycas)	Lá	3 - 29 nm	Jha & Prasad, 2009
5	Cây hàn the ba hoa (Desmodium triflorum)	Toàn cây	5 - 20 nm, hình cầu	Ahmad et al., 2011
6	Cây cà ri (Murraya koenigii)	Lá	20 nm, hình lục giác và hình cầu	Philip et al., 2011
7	Cây rau mùi (Coriandrum sativum)	Lá	26 nm, hình cầu	Sathyavathi et al., 2010
8	Cây đỗ mai (Gliricidia sepium)	Lá	27 nm, hình cầu	Rajesh et al., 2009
9	Cây dầu mè (Jatropha curcas)	Hạt	15 - 50 nm	Bar et al., 2009
10	Cây ớt (Capsicum annuum)	Lá	10 - 12 nm	Li et al., 2003
11	Cây kê náp (Hibiscus cannabinus)	Lá	9 nm, hình cầu (khử bởi axit ascorbic)	Bindhu et al. [163]
12	Thủy xương bồ (Acorus calamus)	Rễ	$\lambda_{\text{max}} = 452\text{ nm}$, hình cầu	Nakkala et al. [93]
13	Nha đam (Aloe vera)	Lá	70 - 192 nm	Chompoosor et al., 2017 [94]
14	Cây mắt nhung (Alternanthera dentata)	Toàn cây	50 - 100 nm, hình cầu	Kumar et al. [92]

Tại Việt Nam, các nghiên cứu tổng hợp AgNPs xanh đã được công bố gồm: Huỳnh Thị Mỹ Linh (2013 - lá bàng, 9,25 - 26 nm) [98]; Trần Nguyễn Minh Ân (2016 - lá diếp cá, 10 - 40 nm) [99]; Hoàng Như Trang (2016 - lá ổi, 12,5 - 37,5 nm) [101]; Võ Thị Lan Hương (2021 - lá huyết dụ, 20 - 40 nm) [100]; Võ Văn Quốc Bảo và cs (2022 - củ nghệ tươi, 10 - 45 nm, đỉnh hấp thụ UV-Vis 416 nm) [164]; Hoàng Đức Thuận và cs (2021 - lá trầu không có đỉnh UV-Vis 423 nm, kích thước 5 - 36 nm; lá trứng cá có đỉnh UV-Vis 427 nm, kích thước 6 - 16 nm) [165]; Cao Văn Dư và cs (2021 - đánh giá hoạt tính kháng E. coli, P. aeruginosa, S. aureus, C. albicans của nano bạc lá trầu không và lá trứng cá) [166].

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Kế thừa và phát triển hướng tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh từ lá dâu tằm và lá trầu không, luận án giải quyết trọn vẹn việc ứng dụng dịch keo nano bạc xanh để xử lý hoàn tất cho da lợn thuộc làm lớp lót sản phẩm da. Luận án đi sâu so sánh 3 phương pháp công nghệ xử lý (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ), đánh giá cơ chế liên kết, sự phân bố hạt trên mạng sợi collagen, hiệu suất diệt khuẩn - kháng nấm định lượng, độ bền lưu giữ hạt theo thời gian và sự duy trì các chỉ tiêu cơ lý, màu sắc của da thuộc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và cơ chế tác dụng

1. Cấu trúc hóa học và mô học của da lợn thuộc: Lớp bì chiếm 85 - 88% độ dày con da. Thành phần protein chính là collagen với chuỗi polypeptit chứa các liên kết peptit (-CO-NH-) cùng các mạch nhánh phân cực mang nhóm chức hydroxyl (-OH), cacboxyl (-COOH) và amino (-NH2). Các nhóm chức này tạo khả năng liên kết hóa học, liên kết hydro và tương tác tĩnh điện với các hóa chất xử lý hoàn tất và các hạt nano kim loại.
2. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc: Luận án tổng hợp cơ chế diệt khuẩn của AgNPs qua 4 giai đoạn chính:
   • Giai đoạn 1: Hạt AgNPs bám dính lên bề mặt thành tế bào vi khuẩn thông qua lực hút tĩnh điện giữa điện tích dương của các ion bạc (tạo ra từ quá trình oxy hóa AgNPs) và màng tế bào tích điện âm, gây ức chế quá trình vận chuyển ion Na+ và cản trở trao đổi chất qua màng.
   • Giai đoạn 2: Phá vỡ tính toàn vẹn của màng tế bào, oxy hóa và phân hủy chất nguyên sinh dưới tác dụng xúc tác của bạc với oxy hòa tan trong môi trường nước.
   • Giai đoạn 3: Tác động gián tiếp lên ADN bằng cách kích thích gia tăng các gốc oxy hóa hoạt động (ROS), làm tăng độ thấm màng, gây rò rỉ protein nội bào và ức chế enzyme Lactate Dehydrogenase (LDH) - enzyme giữ vai trò cốt lõi trong hô hấp tế bào vi khuẩn.
   • Giai đoạn 4: Vô hiệu hóa các enzyme chứa nhóm sunfuhydril (-SH) và cacboxyl (-COOH), phá vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu, tạo phức với axit nucleic làm biến đổi cấu trúc phân tử ADN, ngăn chặn quá trình phiên mã mARN để tổng hợp protein, khiến vi sinh vật ngừng sinh sản và bị tiêu diệt.
3. Cơ chế tổng hợp nano bạc xanh: Các hoạt chất hữu cơ tự nhiên trong dịch chiết lá dâu tằm (flavon, flavon glycozit, caroten, vitamin, deoxynojirimycin - DNJ) và lá trầu không (hợp chất phenol, flavonoid, tanin, saponin...) chứa nhiều nhóm -OH và C=O có thế oxy hóa khử phù hợp để khử ion Ag+ thành nguyên tử Ag0, sau đó kết tụ thành các mầm tinh thể nano bạc. Đồng thời, các phân tử hữu cơ này bao phủ bề mặt hạt nano hình thành lớp vỏ bảo vệ, ngăn ngừa hiện tượng tụ đám.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp thực nghiệm công nghệ và hệ thống phân tích hiện đại:

• Quy trình chiết xuất và tổng hợp: Chiết tách hoạt chất từ lá dâu tằm và lá trầu không tươi bằng nước cất ở nhiệt độ và thời gian kiểm soát; phối trộn dịch chiết với dung dịch tiền chất AgNO3 ở các nồng độ và thời gian phản ứng khác nhau để tạo dung dịch nano bạc ký hiệu là $\text{AgNP}{\text{Mul}}$ và $\text{AgNP}{\text{PBL}}$.
• Phương pháp phân tích cấu trúc và đặc tính nano bạc:
  • Quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) xác định dải hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) của hạt nano bạc.
  • Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) xác định kích thước và hình thái hạt nano.
  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) xác định các nhóm chức hữu cơ tham gia quá trình khử và ổn định hạt.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD) xác định cấu trúc mạng tinh thể bạc kim loại.
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA/DTA) đánh giá độ bền nhiệt và thành phần hữu cơ bao bọc hạt.
  • Sắc ký lỏng ghép khối phổ (HPLC/MS X500R QTOF SCIEX) xác định thành phần hóa học của dịch chiết thực vật.
• Quy trình công nghệ xử lý da lợn thuộc: Khảo sát 3 phương pháp đưa nano bạc lên da lợn thuộc mộc:
  • Phương pháp ngấm ép: Ngấm mẫu da trong dung dịch AgNPs ở các nồng độ khác nhau và ép qua trục ép với mức ép $\varepsilon$ xác định (ký hiệu mẫu $\text{pLeAg}$).
  • Phương pháp ngâm tẩm: Ngâm da trong dung dịch AgNPs trong thời gian xác định ở nhiệt độ phòng (ký hiệu mẫu $\text{iLeAg}$).
  • Phương pháp phun phủ: Phun đều dung dịch AgNPs lên bề mặt da thuộc (ký hiệu mẫu $\text{sLeAg}$).
• Phương pháp thử nghiệm vi sinh và phân tích da thuộc:
  • Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn định tính/bán định lượng (đo đường kính vòng ức chế ZOI) theo hướng dẫn của Viện Tiêu chuẩn Xét nghiệm Lâm sàng Hoa Kỳ (CLSI).
  • Đánh giá khả năng kháng khuẩn định lượng theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10944:2015 (xác định số lượng khuẩn lạc CFU và tính hiệu suất diệt khuẩn sau thời gian tiếp xúc 0 giờ và 24 giờ đối với vi khuẩn Gram âm E. coli và Gram dương S. aureus).
  • Đánh giá khả năng kháng nấm mốc và nấm men theo tiêu chuẩn AATCC - TM30 và ASTM E 2149 đối với nấm men Candida albicans và nấm mốc Aspergillus niger.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) quan sát hình thái sợi collagen và phân bố nguyên tố bạc trên da trước/sau xử lý và sau 12 tháng bảo quản.
  • Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) định lượng hàm lượng bạc bám dính trên da.
  • Đo màu quang phổ theo hệ màu CIELAB và thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý (độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, độ bền xé, độ chịu uốn) theo các tiêu chuẩn TCVN/ISO chuyên ngành da giầy.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Nghiên cứu tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan hệ thống gồm 5 nội dung chính: (1) Tổng quan về cấu trúc giải phẫu học da động vật, đặc điểm thành phần collagen, tính chất hóa lý của da lợn thuộc và sự phù hợp của da lợn làm lớp lót sản phẩm da; (2) Tầm quan trọng của việc xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da thuộc và đánh giá các tác nhân xử lý như tannin, tinh dầu, chitosan, công nghệ plasma và nano bạc; (3) Tổng quan về nano bạc, cấu trúc tinh thể, cơ chế kháng khuẩn 4 bước và các lĩnh vực ứng dụng của nano bạc; (4) Khảo cứu các phương pháp tổng hợp nano bạc (vật lý, hóa học, sinh học/hóa học xanh), phân tích ưu thế của dịch chiết thực vật và điểm lại các công trình trong nước và quốc tế; (5) Giới thiệu các phương pháp, tiêu chuẩn đánh giá đặc tính nano bạc và khả năng kháng vi sinh vật của vật liệu da thuộc.

Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm:

• Vật liệu và hóa chất: Da lợn thuộc làm lớp lót lấy mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 7117:2007; lá dâu tằm tươi và lá trầu không tươi thu hái tại Việt Nam; muối bạc nitrat ($\text{AgNO}_3$); 4 chủng vi khuẩn và 2 chủng nấm chuẩn (E. coli, S. aureus, P. aeruginosa, C. albicans, A. niger...); môi trường nuôi cấy vi sinh LB, thạch dinh dưỡng, môi trường trung tính SCDLP.
• Thiết bị nghiên cứu: Thiết bị HPLC/MS X500R QTOF SCIEX, máy quang phổ UV-Vis, kính hiển vi điện tử HR-TEM và SEM-EDX, máy nhiễu xạ tia X (XRD), thiết bị phân tích nhiệt TGA/DTA, máy quang phổ AAS, máy đo màu và máy thử độ bền cơ lý da.
• Nội dung thực nghiệm: Thiết lập quy trình chiết tách hoạt chất từ lá dâu tằm và lá trầu không; quy trình tổng hợp nano bạc $\text{AgNP}{\text{Mul}}$ và $\text{AgNP}{\text{PBL}}$ theo nồng độ $\text{AgNO}_3$ và thời gian; thiết kế 3 quy trình công nghệ xử lý da lợn thuộc bằng nano bạc (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) với các dải nồng độ nano bạc (160, 80, 40, 20 $\mu$g/ml) và mức ép $\varepsilon$; thiết lập quy trình đánh giá hoạt tính vi sinh theo CLSI, TCVN 10944:2015, AATCC - TM30, phân tích hình thái vi mô SEM-EDX, phổ FT-IR, đo màu và kiểm tra cơ lý.

Chương 3. Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận khoa học:

1. Tổng hợp và đặc trưng nano bạc xanh:
   • Quá trình tổng hợp làm dung dịch chuyển sang màu vàng nâu/nâu sẫm. Phổ UV-Vis của $\text{AgNP}{\text{Mul}}$ và $\text{AgNP}{\text{PBL}}$ xuất hiện đỉnh hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng sắc nét tại bước sóng 420 - 430 nm. Cường độ hấp thụ tăng dần theo thời gian phản ứng và nồng độ $\text{AgNO}_3$.
   • Ảnh HR-TEM chứng minh các hạt nano bạc tổng hợp được có dạng hình cầu, phân tán đều, không bị tụ đám. Phổ FT-IR và HPLC/MS xác định các nhóm polyphenol, flavonoid trong dịch chiết tham gia liên kết khử và bọc hạt. Giản đồ XRD xác nhận cấu trúc tinh thể bạc kim loại. Phân tích TGA/DTA cho thấy độ bền nhiệt của hạt nano bạc xanh.
   • So sánh hai loại nano bạc: Nano bạc tổng hợp từ lá trầu không ($\text{AgNP}{\text{PBL}}$) có độ đồng đều kích thước, độ ổn định keo và hoạt tính kháng khuẩn đối với E. coli, S. aureus, kháng nấm C. albicans, A. niger cao hơn so với $\text{AgNP}{\text{Mul}}$ ở cùng nồng độ thử nghiệm (100, 50, 25 $\mu$g/ml). Do đó, $\text{AgNP}_{\text{PBL}}$ được chọn để xử lý trên da lợn thuộc.
2. Kết quả xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc bằng $\text{AgNP}_{\text{PBL}}$:
   • Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm: Thử nghiệm định lượng theo TCVN 10944:2015 chứng minh da lợn thuộc sau xử lý bằng cả 3 phương pháp (ngấm ép $\text{pLeAg}$, ngâm tẩm $\text{iLeAg}$, phun phủ $\text{sLeAg}$) tại các nồng độ nano bạc 160 $\mu$g/ml, 80 $\mu$g/ml, 40 $\mu$g/ml và 20 $\mu$g/ml đều đạt hiệu suất diệt khuẩn cao sau 24 giờ tiếp xúc đối với cả E. coli và S. aureus. Thử nghiệm theo AATCC - TM30 chứng minh da sau xử lý có khả năng ức chế hoàn toàn sự phát triển của nấm mốc A. niger và nấm men C. albicans.
   • Cấu trúc hình thái và phân bố nano bạc: Ảnh chụp SEM và phổ tán sắc EDX cho thấy các hạt nano bạc phân bố len lỏi bám đều trên bề mặt và trong các bó sợi collagen của da lợn thuộc mà không làm biến dạng cấu trúc xơ da. Phổ FT-IR xác nhận tương tác liên kết giữa các nhóm chức hoạt tính (-NH2, -COOH, -OH) của sợi collagen với các nhóm chức hữu cơ bao bọc quanh hạt AgNPs. Ảnh SEM sau 12 tháng bảo quản cho thấy các hạt nano bạc vẫn bám giữ bền vững trên các bó sợi collagen.
   • Đo màu và tính chất cơ lý: Kết quả đo màu quang phổ cho thấy da sau xử lý có sự biến đổi màu sắc nhẹ nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép đối với vật liệu lót sản phẩm da. Thử nghiệm cơ lý xác nhận các chỉ tiêu độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, độ bền xé và độ mềm mại của da lợn thuộc trước và sau khi xử lý bằng nano bạc không có sự suy giảm đáng kể, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật.
   • So sánh 3 phương pháp công nghệ xử lý:
     • Phương pháp ngấm ép ($\text{pLeAg}$): Cho độ phân bố hạt nano bạc đồng đều sâu trong cấu trúc da, thích hợp triển khai tại các nhà máy thuộc da ở công đoạn hoàn tất ướt.
     • Phương pháp ngâm tẩm ($\text{iLeAg}$): Giúp nano bạc thẩm thấu đều qua toàn bộ thể tích da, phù hợp cho quy trình thuộc dạng mẻ/trống quay.
     • Phương pháp phun phủ ($\text{sLeAg}$): Thuận tiện xử lý trực tiếp lên bề mặt cật hoặc bề mặt váng của da thành phẩm mộc, phù hợp áp dụng linh hoạt tại các cơ sở may và gia công sản phẩm da.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được những kết quả và đóng góp mới về lý luận khoa học và thực tiễn sản xuất:

1. Đóng góp mới về mặt khoa học:

   • Xây dựng thành công quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm (Morus alba L.) và lá trầu không (Piper betle L.) Việt Nam; làm sáng tỏ vai trò của các hợp chất tự nhiên (polyphenol, flavonoid) vừa là chất khử vừa là chất bảo vệ hạt nano bạc.
   • Đề xuất mô hình cơ chế tương tác và liên kết giữa hạt nano bạc tổng hợp hóa học xanh với mạng lưới sợi collagen của da lợn thuộc thông qua tương tác phối trí và liên kết hydro với các nhóm chức amino, cacboxyl và hydroxyl tự do.
   • Cung cấp hệ thống dữ liệu khoa học toàn diện về ảnh hưởng của các phương pháp công nghệ xử lý (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) và nồng độ nano bạc đến sự phân bố hạt, hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm định lượng, độ bền lưu giữ hạt sau 12 tháng cũng như sự ổn định màu sắc và tính chất cơ lý của da lợn thuộc.

2. Đóng góp mới về mặt thực tiễn:

   • Thiết lập các quy trình công nghệ hoàn tất xử lý kháng khuẩn, kháng nấm bằng nano bạc xanh theo 3 phương pháp (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) cho da lợn thuộc, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về tính kháng vi sinh vật phổ rộng và các chỉ tiêu cơ lý để làm lớp lót cho các sản phẩm da (giầy dép, quần áo, găng tay, túi cặp...).
   • Đưa ra giải pháp phân tầng ứng dụng công nghệ vào chuỗi sản xuất thực tế: phương pháp phun phủ phù hợp để xử lý da thuộc thành phẩm mộc tại các cơ sở may sản phẩm da; phương pháp ngấm ép và ngâm tẩm phù hợp tích hợp vào công đoạn hoàn tất ướt tại các nhà máy sản xuất thuộc da.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung chủ yếu vào đối tượng vật liệu da lợn thuộc làm lớp lót và hai nguồn dịch chiết thực vật đại diện (lá dâu tằm, lá trầu không).
• Các thực nghiệm công nghệ và đánh giá độ bền được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm và mẻ thử nghiệm nhỏ; chưa mở rộng đánh giá dây chuyền liên tục ở quy mô công nghiệp lớn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án:

• Mở rộng ứng dụng quy trình tổng hợp nano bạc xanh và công nghệ xử lý hoàn tất kháng khuẩn, kháng nấm cho các chủng loại da thuộc khác (như da bò, da dê, da cừu...) và cho các mục đích sử dụng khác nhau (như da làm chi tiết bề mặt bên ngoài của sản phẩm thời trang, da bọc đồ nội thất gia dụng và nội thất ô tô).
• Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý ở quy mô bán công nghiệp (pilot) và quy mô công nghiệp để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật toàn diện.
• Nghiên cứu sâu hơn về độ bền rửa trôi của hạt nano bạc trong điều kiện mồ hôi nhân tạo kéo dài và đánh giá chi tiết độ an toàn độc tính tế bào trên da người.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành có giá trị cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Công nghệ Dệt - May, Công nghệ Vật liệu Da giầy, Kỹ thuật Hóa dệt, Công nghệ Vật liệu Nano và Công nghệ Sinh học ứng dụng. Luận án cung cấp phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm chặt chẽ kết hợp giữa hóa học xanh, phân tích đặc tính vật liệu và kiểm tra vi sinh theo tiêu chuẩn quốc tế.
• Kỹ sư công nghệ, nhà quản lý kỹ thuật tại các nhà máy thuộc da và doanh nghiệp da giầy: Tham khảo bộ thông số công nghệ chiết xuất, nồng độ nano bạc, mức ép và phương thức triển khai 3 phương pháp ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ để áp dụng vào quy trình sản xuất thực tế nhằm tạo ra các sản phẩm da lót kháng khuẩn an toàn sinh thái.
• Các nội dung đáng tham khảo:
  • Quy trình chiết xuất và tổng hợp nano bạc bằng dịch chiết lá trầu không và lá dâu tằm.
  • Bộ phương pháp phân tích tích hợp (HPLC/MS, UV-Vis, HR-TEM, FT-IR, XRD, TGA/DTA, SEM-EDX, AAS).
  • Quy trình đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm định lượng theo tiêu chuẩn TCVN 10944:2015, CLSI, AATCC - TM30 và ASTM E 2149 trên vật liệu da.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao da lợn thuộc lại được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu chính để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm làm lớp lót sản phẩm da?
   Da lợn thuộc có cấu trúc xơ collagen nhỏ mịn, độ bền cơ lý và độ bền mài mòn cao, dễ xẻ mỏng, giá thành thấp và đặc biệt có hệ thống lỗ chân lông xuyên thấu giúp thông hơi và hút ẩm rất tốt. Khi sử dụng làm lớp lót tiếp xúc với mồ hôi và nhiệt độ cơ thể người, da lợn là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển. Do sản phẩm da hầu như không được giặt trong quá trình sử dụng, việc xử lý kháng khuẩn, kháng nấm cho da lợn thuộc là yêu cầu cấp thiết để ngăn mùi hôi, bảo vệ độ bền vật liệu và phòng bệnh da liễu.

2. Nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá trầu không ($\text{AgNP}{\text{PBL}}$) có ưu điểm gì nổi bật so với nano bạc tổng hợp từ lá dâu tằm ($\text{AgNP}{\text{Mul}}$)?
   Kết quả thực nghiệm của luận án cho thấy nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá trầu không ($\text{AgNP}{\text{PBL}}$) có độ phân tán kích thước hạt đồng đều hơn, độ ổn định keo cao hơn và thể hiện đường kính vòng ức chế (ZOI) lớn hơn đối với các chủng vi khuẩn E. coli, S. aureus cũng như hoạt tính kháng nấm C. albicans, A. niger vượt trội hơn so với $\text{AgNP}{\text{Mul}}$ ở cùng nồng độ khảo sát.

3. Sự khác nhau về phạm vi ứng dụng trong sản xuất của 3 phương pháp công nghệ xử lý da lợn thuộc (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) là gì?
   Phương pháp ngấm ép và ngâm tẩm giúp dung dịch nano bạc thâm nhập sâu và phân bố đồng đều trong toàn bộ cấu trúc xơ da, thích hợp áp dụng tại các nhà máy thuộc da ở công đoạn hoàn tất ướt. Phương pháp phun phủ cho phép đưa nano bạc trực tiếp lên bề mặt cật hoặc mặt váng của da mộc, có tính linh hoạt cao, phù hợp triển khai tại các cơ sở may và gia công thành phẩm da giầy.

4. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc được luận án tổng hợp theo các bước nào?
   Cơ chế diệt khuẩn diễn ra theo 4 bước: (1) Hạt nano bạc bám dính tĩnh điện lên màng tế bào vi khuẩn tích điện âm, cản trở vận chuyển ion và trao đổi chất; (2) Phá vỡ màng tế bào và oxy hóa chất nguyên sinh dưới xúc tác của bạc; (3) Tăng sinh các gốc oxy hóa hoạt động (ROS), gây rò rỉ protein và ức chế enzyme hô hấp Lactate Dehydrogenase (LDH); (4) Vô hiệu hóa các enzyme chứa nhóm -SH, -COOH và tạo phức làm biến đổi cấu trúc ADN, ngăn chặn quá trình nhân đôi và tổng hợp protein của vi sinh vật.

5. Các kỹ thuật phân tích nào đã chứng minh nano bạc bám giữ ổn định trên da lợn thuộc sau 12 tháng?
   Luận án đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) để quan sát hình thái vi mô và xác định sự hiện diện của nguyên tố bạc trên các bó sợi collagen của mẫu da lợn thuộc sau 12 tháng lưu trữ, chứng minh hạt nano bạc vẫn duy trì sự liên kết bám giữ ổn định trên cấu trúc sợi da.

Kết luận

Luận án tiến sĩ đã nghiên cứu thành công quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết lá dâu tằm và lá trầu không Việt Nam, khẳng định dịch chiết lá trầu không cho hạt nano bạc có độ ổn định và hoạt tính kháng vi sinh vật cao. Công trình đã xây dựng hoàn chỉnh 3 quy trình công nghệ xử lý hoàn tất (ngấm ép, ngâm tẩm, phun phủ) bằng nano bạc xanh cho da lợn thuộc làm lớp lót sản phẩm da, đạt hiệu quả diệt khuẩn và kháng nấm phổ rộng định lượng theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. Kết quả phân tích khẳng định da lợn thuộc sau xử lý duy trì tốt độ bền liên kết hạt nano bạc sau 12 tháng, giữ vững các chỉ tiêu cơ lý và độ ổn định màu sắc, mở ra giải pháp công nghệ sinh thái có tính ứng dụng cao cho ngành công nghiệp thuộc da và sản xuất sản phẩm da giầy tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Tổng quan về da thuộc và xử lý kháng khuẩn, kháng nấm vật liệu da 1. Tổng quan về da thuộc 1.

Cấu trúc da nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất da thuộc là các bộ da của động vật, trong đó da bê, da bò chiếm khoảng 70%, da cừu 13%, da dê 11%, da lợn 7%, da các loài động vật khác chiếm khoảng 1% [1]. Động vật càng non, độ dày của da càng mỏng và diện tích càng nhỏ, mặt da phẳng, mịn và có ít khuyết tật hơn so với da động vật già. Da của động vật cái có bề mặt mịn hơn (fine grain) so với da động vật đực, ở vùng bụng, nách và cổ có cấu trúc xơ lỏng hơn, do vậy da thành phẩm được làm từ da của động vật cái sẽ có độ bai giãn và độ mềm xốp cao hơn [5]. Bộ da động vật nói chung được cấu tạo từ các lớp như: Lớp biểu bì, lớp bì và lớp thịt dưới da (hình 1.1) và lớp lông phủ, các tuyến mồ hôi và tuyến mỡ.

Trong da phân bố các dây thần kinh và các đầu dây thần kinh, có các mạch máu và có thể có các cơ [2]. Mặt cắt da nguyên liệu [5]. Trong sản xuất da thuộc người ta chỉ sử dụng lớp bì, còn trong sản xuất da lông thì sử dụng cả lớp biểu bì và lớp lông [5]. Lớp biểu bì: Biểu bì là lớp bề mặt phân bố trực tiếp dưới lớp lông phủ và cấu tạo từ một số 2 dãy tế bào biểu mô (tế bào sừng).

Tuỳ thuộc vào mức độ phát triển của biểu bì, mà khi quan sát bằng kính hiển vi có thể thấy từ hai đến sáu lớp. 3 Biểu bì không có ranh giới rõ ràng với lớp bì. Ở 1 một số chỗ, đặc biệt là gần chân lông, biểu bì đi sâu vào lớp bì và đến lượt mình lớp bì lại ăn sâu vào biểu bì bởi các lớp nhú [3, 5]. Cấu tạo lớp biểu bì 1.

đầu dây thần kinh [5]. 5 Lớp bì: Là lớp chính của con da nằm ngay dưới lớp biểu bì. Độ dày của lớp này chiếm khoảng 85 – 88% độ dày của da. Lớp này rất dai và chắc.

Nó được tạo thành bởi sự đan xen phức tạp của các sợi collagen, và các protit không có cấu trúc xơ (chúng được bỏ đi khỏi lớp bì trong các công đoạn chuẩn bị thuộc). Lớp bì của hầu hết các loại da đều có cấu tạo chung và được phân chia khá rõ ràng thành hai lớp: Lớp nhú (papillary layer) và lớp lưới (reticular layer) [5, 10]. Các thành phần của Lớp nhú: Là lớp tiếp giáp với biểu bì, bề mặt của bì phu 1) sợi collagen; 2) sợi lớp này được tạo bởi các bó xơ mịn và được kết chặt đàn hồi 3) tế bào kết nối [5]. với nhau, tạo nên bề mặt da nhẵn phẳng và được gọi là lớp cật (grain).

Trong lớp này có chứa lượng lớn các túi chân lông, các tuyến mồ hôi, tuyến mỡ, các chùm sợi collagen mảnh [1, 5]. Lớp lưới: Được cấu tạo từ số lượng lớn các chùm sợi collagen đan bện với nhau và là lớp chặt chẽ và bền chắc nhất xác định độ bền của toàn bộ da và da lông thành phẩm. Độ dày của lớp lưới tăng đáng kể theo độ tuổi của động vật. Tỷ lệ độ dày các lớp của lớp bì dao động tuỳ thuộc vào loại động vật, các phần giải phẫu trên cơ thể động vật (vùng da), điều kiện nuôi dưỡng và thời gian giết mổ.