Luận văn Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano bạc nhằm ứng dụng trong diệt khuẩn

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU . i

DANH MỤC HÌNH VẼ. ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT . v

MỞ ĐẦU. 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN. 4

1.1. Tổng quan về các hạt nano. 4

1.1.1. Các hạt vi cầu.4

1.1.2. Chấm lượng tử .5

1.1.3. Các hạt kim loại .6

1.2. Hạt nano bạc. 6

1.2.1. Sơ lược về tính chất và đặc tính của bạc .6

1.2.2. Tính chất vật lý của Ag.7

1.2.3 Tính chất quang của nano bạc.7

1.2.3.1. Phổ hấp thụ plasmon (absorption plasmon spectra) .7

1.2.3.2. Hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt.9

1.2.3.3. Sự phụ thuộc các tính chất quang vào kích thước hạt .9

1.2.3.4. Sự phụ thuộc các tính chất quang vào hình dạng hạt –lý thuyết Gans .12

1.2.4. Một số phương pháp chế tạo hạt nano bạc .14

1.2.4.1. Phương pháp khử hóa học .14

1.2.4.2. Phương pháp khử sinh học .16

1.2.4.3. Phương pháp khử vật lý.16

1.2.4.4. Phương pháp quang hóa chế tạo nano Ag sử dụng đèn LED xanh. .18

1.3. Ứng dụng các hạt nano bạc . 22

1.3.1. Ứng dụng trong diệt khuẩn .22

1.3.2. Các ứng dụng khác .24

1.3.2.1. Trong y tế, mỹ phẩm.24

1.3.2.2. Vật dụng, trang thiết bị .25

1.3.2.3. Xử lý môi trường: Màng lọc nước thải nano bạc.25

CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. 26

2.1. Hóa chất và dụng cụ. 26

pdf69 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 28/02/2022 | Lượt xem: 76 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano bạc nhằm ứng dụng trong diệt khuẩn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ên tử kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ dưới lên bao gồm các phương pháp sau: Phương pháp khử hóa học, Phương pháp khử vật lí, Phương pháp khử hóa lí, Phương pháp khử sinh học. Đối với hạt nano bạc thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên. Nguyên tắc là khử ion Ag+ để tạo thành các nguyên tử Ag0. Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano. 1.2.4.1. Phương pháp khử hóa học Phương pháp Hóa học là phương pháp truyền thống và được ứng dụng nhiều nhất trong tổng hợp nano bạc. Ưu thế của phương pháp hóa học là dễ thực hiện, không cần thiết bị phức tạp, có thể điều khiển được kích thước các hạt nano bạc bằng cách thay đổi linh hoạt các hóa chất sử dụng về nồng độ, hàm lượng các chất tham gia phản ứng, loại hóa chất khử với độ khử mạnh yếu khác nhau, loại chất ổn định... Ngoài ra, kích thước các hạt nano bạc tạo ra cũng có thể được điều khiển bằng cách thay đổi các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn, tốc độ nhỏ giọt hay thời gian khử... Phương pháp hóa học cũng có thể được kết hợp với một số kỹ thuật vật lý như sử dụng tia bức xạ hay sử dụng kỹ thuật điện hóa trong quá trình thực hiện giúp tối ưu và điều khiển được sự hình thành các hạt nano bạc. 15 Phương pháp khử hóa học: Là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong nghiên cứu cũng như trong thực tế để tổng hợp dung dịch chứa nano bạc và vật liệu chứa nano bạc. Đây cũng là phương pháp được sử dụng xuyên suốt trong luận văn này. Phương pháp này dùng các tác nhân hóa học để khử bạc ion thành bạc kim loại. Thông thường, phản ứng được thực hiện trong dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt. Các chất khử thường dùng là: natribohidrua, natrixitrat, focmandehit, glyxerol, etylenglycol, hydrazin, axit ascorbic Khi sử dụng chất khử mạnh như natribohydrua hay hydrazin, phản ứng xảy ra nhanh, tạo ra các phân tử rất nhỏ. Tuy nhiên, khi nồng độ bạc tương đối cao, sự khuếch tán của ion bạc trên các chất bảo vệ, ví dụ các phân tử PVP (polyvinylpyrolidon), bị hạn chế, cùng với tốc độ khử cao, có thể dẫn đến kết quả là độ chuyển hóa cao, tuy nhiên sự phân bố kích thước hạt rộng. Khi sử dụng tác nhân khử vừa phải như focmandehyt, có thể thu được các phân tử bạc có kích thước trung bình cỡ 30 nm với nồng độ bạc ban đầu khoảng 0,1M. Với chất khử yếu ví dụ như glucozo, phân tử nano bạc tạo ra có kích thước khoảng 20 nm, nhưng sản phẩm thu được không đồng đều. Cũng với chất khử là glucozo, khi sử dụng nguồn bạc là Ag2O, các phân tử bạc thu được có kích thước nằm trong khoảng từ 10 – 50 nm [10]. Trong phương pháp khử hóa học, tỷ lệ chất khử, nồng độ ion Ag+, pH của dung dịch, nồng độ polymer ảnh hưởng đến hiệu suất khử và kích thước hạt bạc [11]. Thông thường kim loại bạc được điều chế từ muối bạc (thường là AgNO3) bằng phản ứng khử. Với tác nhân khử là andehit RCHO, phản ứng xảy ra như sau: 3 2 4 4RCHO 2Ag 3NH H O 2Ag RCOONH 2NH         (1.10) 3 3 2 4 4 3RCHO 2AgNO 3NH H O 2Ag RCOONH 2NH NO       (1.11) Nếu tác nhân khử là andehit focmic, phản ứng xảy ra như sau: 3 3 2 4 2 3 4 3HCHO 4AgNO 6NH H O 4Ag (NH ) CO 4NH NO       (1.12) Nếu tác nhân khử là natri bohydrua (NaBH4), phản ứng khử xảy ra như sau: 16 3 4 2 2 6 3AgNO NaBH Ag H B H NaNO     (1.13) 1.2.4.2. Phương pháp khử sinh học Phương pháp khử sinh học gây phản ứng khử ion bạc thành nguyên tử bạc nhờ các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn: nấm Verticillium, vi khuẩn Pseudomonas stutzeri, Lactobacillus (có trong sữa) . 1.2.4.3. Phương pháp khử vật lý Xét về khía cạnh kỹ thuật phương pháp vật lý rất hiệu quả trong việc chế tạo nano bạc, sử dụng các kỹ thuật vật lý ở các điều kiện điều khiển chính xác. Vì vậy các hạt nano bạc tạo ra có độ tinh khiết cao, kích thước khá đồng đều. Xét về khía cạnh kinh tế, các phương pháp vật lý cần đầu tư các thiết bị yêu cầu khá cao do các điều kiện cho việc chế tạo nano bạc bằng phương pháp vật lý khá nghiêm ngặt. Vì vậy, giá thành chế tạo nano bạc so với các phương pháp chế tạo khác còn khá cao. Các phương pháp kỹ thuật trong phương pháp vật lý bao gồm: Phương pháp ăn mòn laser: thường được sử dụng để tổng hợp dung dịch chứa nano bạc Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có một lớp chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser dạng xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 nm, tần số là 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng là 1 - 3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hoá bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8; 10; 12; 14 và nồng độ từ 0,001 - 0,1 M [12]. Phương pháp bay hơi vật lý: Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn. Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: Cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độ cao trong điều kiện chân không, sau đó dòng hơi bạc nguyên tử quá bão hòa được ngưng tụ và phát triển thành hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli được làm lạnh bởi nitơ lỏng. 17 Kỹ thuật đồng ngưng tụ: Quá trình phát triển hạt xảy ra trên lớp bằng dung môi thích hợp đồng ngưng tụ (thường là iso-propanol). Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ và đồng ngưng tụ được thực hiện ở nhiệt độ cao (>2000oC), sản phẩm có độ tinh khiết cao, kích thước hạt nano bạc trung bình 75 nm (phương pháp ngưng tụ khí trơ) và 15 nm (phương pháp đồng ngưng tụ). Ngoài ra lớp mỏng hạt nano bạc có kích thước trung bình từ 15 - 50 nm lắng đọng trên nền thạch anh hay thủy tinh được làm lạnh sâu cũng được tạo ra bằng kỹ thuật ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn ở nhiệt độ và áp suất cao [12]. Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ: Thường được sử dụng để tổng hợp dung dịch chứa nano bạc. Dung dịch hỗn hợp ban đầu gồm bạc ion, chất khử và chất ổn định được chiếu xạ vi sóng điện từ. Dưới tác dụng của sóng ngắn và nhiệt nóng phân bố đều trong dung dịch sẽ xúc tiến quá trình khử và phát triển thành hạt bạc kim loại nhanh chóng. Dung dịch keo bạc thu được có kích thước hạt trung bình khoảng 15 nm, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng [13]. Phương pháp phân hủy nhiệt: Được sử dụng để tổng hợp nano bạc dạng rắn. Các hạt nano bạc có thể được hình thành bằng phương pháp phân hủy nhiệt các hợp chất phức bạc hữu cơ. Hạt nano bạc kích thước trung bình 10 nm được tổng hợp bằng phương pháp gia nhiệt phức bạc oleat đến 2900C, ổn định 1 giờ, sau đó hạ nhiệt độ đến nhiệt độ phòng [14]. Các phương pháp vật lý thường được nghiên cứu để tổng hợp một trong hai đối tượng là dung dịch chứa nano bạc hoặc vật liệu chứa nano bạc. Không có phương pháp nào cho thấy có thể đáp ứng được cả hai đối tượng nêu trên. Qua phân tích các phương pháp chế tạo nano bạc khác nhau, có thể thấy được ưu điểm của phương pháp khử hóa học nói riêng so với các phương pháp hóa học còn lại cũng như so với phương pháp vật lý, trên phương diện ưu điểm dễ thực hiện, sự đa dạng trong lựa chọn các đối tượng khác nhau để đạt được mục đích tổng hợp nano bạc ở cả hai dạng dung dịch chứa nano bạc và vật liệu chứa nano bạc. 18 1.2.4.4. Phương pháp quang hóa chế tạo nano Ag sử dụng đèn LED xanh. Phương pháp quang hóa là một phương pháp hoá lí, phản ứng khử ion bạc xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng. Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu chế tạo nano Ag bằng phương pháp cảm ứng quang (dùng LED, λ  532nm), xảy ra với sự có mặt của Tri- natriumcitrat-dihydrat (C6H5Na3O7 .2H2O) còn gọi là citrate. Hình 1.6. Cấu trúc hóa học của citrate. Theo một số tài liệu, cơ chế của phương pháp quang xúc tác xảy ra là do ảnh hưởng của biến đổi citrate. Hình dạng nanoprisms sẽ không được quan sát nếu trong phản ứng không có mặt của citrate hoặc thay thế bằng một hợp chất chứacarboxylate khác. Do vậy, citrate đóng vai trò quyết định trong việc có hình thành dạng đĩa nanoprisms hay không [15]. Các phản ứng xảy ra như sau: Quá trình tạo mầm: Tiền chất chứa Ag là dung dịch muối AgNO3 cung cấp ion Ag+. Các ion Ag+ bị khử thành nguyên tử Ag0 bằng sodium borohydride (NaBH4). Kết quả được kiểm tra bằng phương pháp đo độ hấp thụ của dung dịch sau phản ứng (Hình 1.7). Phản ứng xảy ra theo phương trình: 3 4 2 2 6 3AgNO NaBH Ag H B H NaNO     (1.14) 19 Hình 1.7. Phổ hấp thụ của dung dịch tiền chất Ag trước và sau khi thêm NaBH4. Citrate có ba nhóm carboxylic và được Munro và cộng sự chỉ ra rằng chủ yếu hai trong số 3 nhóm đó sẽ liên kết với bề mặt bạc, để lại thứ ba ở bên ngoài bề mặt hạt bạc để chịu trách nhiệm về sự ổn định của dung dịch keo bạc thông qua lực đẩy tĩnh điện [16]. Citrate trong quá trình tạo mầm đóng vai trò là chất ổn định bề mặt hạt, giữ cho kích thước hạt mầm trong khoảng 3nm với đỉnh hấp thụ ở bước sóng 405nm. Dung dịch mầm tạo thành ở dạng hình cầu và có màu vàng nhạt. Quá trình biến đổi citrate do chiếu xạ LED: Trong dung dịch mầm sau phản ứng còn chứa AgNO3, citrate dư và các hạt Ag mầm. Dung dịch AgNO3 và citrate không hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (Hình 1.8). [15] Hình 1.8. Phổ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp gồm AgNO3, citrate và BSPP. 20 Nhiều nghiên cứu cho rằng O2 trong H2O là cần thiết cho quá trình phát triển hình dạng của các hạt Ag nano mầm. O2 có thể oxi hóa Ag tạo ra Ag + cung cấp cho quá trình phát triển hạt. Phản ứng xảy ra theo phương trình: Ag+ + ½ O2 +H2O  Ag + + 2OH- (1.15) Ở nhiệt độ phòng phản ứng của citrate là không đáng kể. Khi chiếu sáng bằng đèn LED (bước sóng 532nm), các hạt Ag mầm hấp thụ sánh sáng tạo ra dao động plasmon bề mặt kích thích phản ứng hóa học của citrate, các phân tử citrate trên bề mặt hạt nano Ag bị oxi hóa này thành acetonedicarboxylate và nhường lại 2 điện tử trên bề mặt hạt Ag mầm. Các ion Ag+ sẽ bị khử trên bề mặt của các hạt Ag mầm. Qua đó, kích thước hạt mầm sẽ phát triển lớn hơn. Hình 1.9. Mô hình oxi hóa citrate theo đề xuất của Redmond, Wu và Brus. Khi bắt đầu phản ứng, các hạt nano mầm hình cầu hấp thụ ánh sáng đẳng hướng, tạo nên các dao động plasmon lưỡng cực. Nhưng sau khi phản ứng của citrate xảy ra thì các hạt Ag mầm không phát triển dạng cầu nữa. Khi tiếp tục chiếu sáng, ánh sáng kích thích ưu tiên kích thích plasmon dao động lưỡng cực dọc. Dao động lưỡng cực dọc ưu tiên phát triển theo những góc. Do vậy, các hạt hình cầu phát triển dị hướng dẫn đến sự hình thành các dạng nano đĩa tam giác. Khi các đĩa tam giác Ag được tạo ra bởi các dao động lưỡng cực dọc đủ lớn và có bước sóng dao động plasmon lớn hơn bước sóng kích thích thì quá trình 21 phát triển tạo đĩa tam giác chậm lại (ánh sáng kích thích không còn kích thích dao động lưỡng cực dọc nữa). Tiếp tục chiếu sáng thì ánh sáng kích thích dao động tứ cực trên mặt phẳng đĩa làm cho kích thước đĩa lớn hơn trong khi quá trình phát triển chóp rất chậm dẫn đến sự hình thành các dạng đĩa tam giác cụt. Nếu trong phản ứng có sự tham gia của quá trình khử nhiệt và nó nhanh hơn quá trình khử quang thì sẽ phát triển thành các đĩa tròn. Hình 1.10. Tổng quát quá trình phát triển nano Ag dạng đĩa tam giác từ Ag dạng cầu [9]. Bằng cách thay đổi các điều kiện phản ứng thì các hình dạng khác của đĩa bạc nano cũng được tổng hợp thành công (Hình 1.11). Ưu điểm của phương pháp cảm quang: - Điều khiển phản ứng bằng ánh sáng; - Phản ứng sẽ dừng lại khi không còn chiếu sáng. 22 Hình 1.11. Một số hình dạng tiêu biểu của quá trình chuyển đổi hình thái học theo Ref [9]. 1.3. Ứng dụng các hạt nano bạc 1.3.1. Ứng dụng trong diệt khuẩn Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có nhiều hình thái, kích thước và cách sắp xếp khác nhau. Đường kính của phần lớn vi khuẩn nằm trong khoảng 0.2 đến 2.0µm, chiều dài cơ thể khoảng 2.0 đến 8.0µm [17]. Những hình dạng chủ yếu của vi khuẩn là hình cầu, hình que, hình dấu phẩy, hình xoắn, hình có cuống, hình có sợiVí dụ như trực khuẩn đại tràng Escherichiacoli (E. coli) có kích thước 2.5×0.5µm (1 tỷ vi khuẩn E. coli nặng 1mg) và thường có dạng hình que. Vì vi khuẩn có kích thước nhỏ bé mà thường trong suốt, nên rất khó soi tươi (quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi). Năm 1884, nhà vi khuẩn học Đan Mạch Hans Christian Gram đã phát minh ra phương pháp nhuộm màu Gram [17]. Với phương pháp này, người ta đã chia vi khuẩn làm hai nhóm lớn là Gram âm và Gram dương. Hình 1.12. Cấu trúc tế bào. Cấu tạo cơ bản của tế bào vi khuẩn gồm có: thành tế bào (cell wall), màng tế bào chất (cytoplasmic membrane), tế bào chất (cytoplasm), thể nhân (nuclear body), bao nhầy, tiên mao, khuẩn mao, bào tử. 23 Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn của hạt bạc Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ chủ yếu sự tấn công của hạt bạc đến vi khuẩn tập trung vào lớp peptidoglycan của thành tế bào vi khuẩn [18][19][20]. Do đó, hạt bạc không có khả năng tấn công đến các tế bào của động vật bậc cao, đặc biệt là con người. Đây là lí do khiến hạt bạc được sử dụng làm tác nhân diệt khuẩn. Với các vi khuẩn khác nhau, thành tế bào có chiều dày khác nhau, và thành phần trên màng tế bào khác nhau ở một số điểm nào đó khiến chúng có thể dễ hay khó bị tấn công bởi các tác nhân diệt khuẩn như hạt bạc. Hình 1.13. là ảnh chụp TEM cho thấy sự tấn công của các nguyên tử bạc tới màng tế bào vi khuẩn E. coli. Nhiều nghiên cứu khác cũng đã khẳng định sự tấn công vào các enzim bên trong tế bào chất của vi khuẩn qua phân tích sản phẩm tạo thành xung quanh vi khuẩn sau khi nó tiếp xúc với hạt bạc. Theo Sondi và Salopek – Sondi, khả năng diệt khuẩn của hạt bạc tới các vi khuẩn Gram âm là do sự hình thành các “pits” bên trong thành tế bào vi khuẩn [18]. Sau đó, bạc được gom lại trong màng tế bào làm tế bào trở nên thẩm thấu tốt tất cả các chất, tức là mất khả năng kháng nguyên và sẽ chết. Theo Amro [18], hạt kim loại tấn công vào tế bào gây ra sự hình thành các “pits” có hình dạng lộn xộn ở bên trong màng tế bào và thay đổi khả năng thẩm thấu của nó, và giải phóng ra các phân tử lipopolisaccarit và protein. Hình 1.13. Ảnh TEM của tế bào vi khuẩn E. coli không tiếp xúc với hạt bạc (a) và tiếp xúc với hạt bạc (b) và hình ảnh phóng đại (c và d). 24 Danilczuk và cộng sự đã khẳng định khả năng diệt khuẩn của hạt bạc là do hình thành các gốc tự do có gắn hạt bạc (Ag – generated free radicals) qua nghiên cứu ESR của hạt bạc [18]. Ion bạc cũng được chứng minh là có khả năng diệt khuẩn [20]. Cơ chế diệt khuẩn của ion bạc được giải thích là do lực hút tĩnh điện của các ion bạc mang điện tích dương với thành tế bào mang điện tích âm. Đối với cơ chế vật lý, hạt nano bạc với kích thước nhỏ có thể đâm xuyên qua màng tế bào dẫn đến sự phá hủy màng tế bào và gây ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của tế bào [21]. Hạt nano bạc cũng có thể tương tác với các hợp chất chứa lưu huỳnh hay phốt pho và làm mất hoạt tính của chúng [22]. Đối với cơ chế hóa học, các ion Ag+ giải phóng từ hạt nao bạc bên trong tế bào có thể tương tác với DNA của tế bào làm mất khả năng tái tạo của chúng [22][21]. 1.3.2. Các ứng dụng khác 1.3.2.1. Trong y tế, mỹ phẩm Bạc đã được sử dụng khá thành công trong chiến tranh thế giới thứ nhất để ngăn ngừa sự truyền nhiễm trước khi có kháng sinh. Dung dịch bạc nitrat được dùng như dung dịch chuẩn để bôi những vết bỏng nặng và sau này được thay thế bằng kem silver sulfadiazine (SSD Cream) mãi đến những năm cuối thập kỷ 90. Hiện nay, gạc phủ bạc hoạt hóa, được dùng kèm với kem SSD và tác dụng giảm đau và thuận lợi trong việc điều trị tại gia. Hình 1.14. Ứng dụng của nano bạc vào khẩu trang y tế và thuốc bôi khử trùng. 25 Việc phổ biến sử dụng bạc trong điều trị đã giảm hẳn vì sự phát triển của nhiều loại thuốc kháng sinh hiện đại. Tuy nhiên gần đây, bạc lại được tái quan tâm vì có phổ sát khuẩn rộng. Đặc biệt, khi nó được sử dụng chung với alginate, một loại polymer sinh học tự nhiên chiết xuất từ rong biển. Một số sản phẩm bạc alginate được điều chế nhằm ngăn ngừa việc nhiễm khuẩn trong quá trình điều trị vết thương, đặc biệt là đối với bệnh nhân phỏng. Ngày này nano bạc còn được ứng dụng rất nhiều trong các sản phẩm y tế ví dụ như: Găng tay kháng khuẩn, khẩu trang kháng khuẩn, các loại vải kháng khuẩn trong bệnh viện... 1.3.2.2. Vật dụng, trang thiết bị Samsung đưa ra loại máy giặt có lần xả cuối cùng chứa ion bạc để có thể giúp áo quần kháng khuẩn trong nhiều ngày. Kohler đã giới thiệu một dòng sản phẩm bồn cầu có phủ ion bạc để diệt khuẩn. Hình 1.15. Ứng dụng của nano bạc vào thiết bị công nghệ. 1.3.2.3. Xử lý môi trường: Màng lọc nước thải nano bạc Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ nano bạc cho việc xử lý nước thải, xử lý những ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh hoạt và các khu công nghiệp Bạc hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, giảm mùi hôi và giảm thiểu rủi ro nhiễm khuẩn và nấm. Áo quần, nhất là tất vớ có sử dụng bạc giúp chúng có thể sử dụng nhiều ngày hơn mà ít bị bốc mùi. 26 CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và dụng cụ 2.1.1. Thiết bị - Cân phân tích; - Các dụng cụ đo lấy mẫu chính xác: pipet, micropipet, nhiệt kế; - Máy đo độ pH; - Máy khuấy từ gia nhiệt; - Máy rung siêu âm; - Máy quay li tâm; - Bộ đèn LED ánh sáng xanh. 2.1.2. Hóa chất - Silver nitrate AgNO3 - Tri-natriumcitrat-dihydrat (C6H5Na3O7.2H2O) (TSC) - Sodium borohydride NaBH4 - Natri hiđroxit NaOH ( 10mM) - Nước cất H2O Các hóa chất được sử dụng trực tiếp từ nhà sản xuất, không chưng cất lại. 2.2.. Chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp quang hóa (Chiếu bằng đèn LED) 2.2.1. Chuẩn bị - Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ: Rửa sạch các chai lọ, đồ dùng để dùng đựng mẫu và làm thực nghiệm có sử dụng máy rung siêu âm làm sạch. Chuẩn hóa các dụng cụ đo như cân điện tử chính xác, máy đo độ pH - Cân hóa chất và pha chế các dung dịch theo đúng nồng độ và tỷ lệ yêu cầu. 27 Bảng 2.1: Danh mục dung dịch các hóa chất dùng trong thực nghiệm STT Hóa chất Nồng độ dung dịch (mM) Thể tích dung dịch (ml) Ghi chú 1 Silver nitrate AgNO3 2,5 mM 10 Pha trộn với nước cất theo tỷ lệ chính xác 2 Tri-natriumcitrat- dihydrat (C6H5Na3O7.2H2O) (TSC) 2,5 mM 10 3 Sodium borohydride NaBH4 10 mM 10 Được giữ ở nhiệt độ 00C 4 Natri hiđroxit NaOH 10 mM 10 2.2.2. Các bước tiến hành thực nghiệm Quá trình chế tạo hạt nano bạc hình thù khác nhau bằng phương pháp quang hóa gồm có 2 bước cơ bản: Bước 1: Tạo mầm - Chuẩn bị nước cất 100ml H2O cho vào bình cầu đã được làm sạch. Thêm 2ml dung dịch AgNO3 (2,5 mM) + 4 ml dung dịch TSC (2,5 mM). Cho vào hộp xốp đá lạnh và khuấy từ trong thời gian 30 phút. Sau một giờ nhỏ giọt từ từ 0,2ml dung dịch NaBH4 (10 mM) được giữ lạnh ở 0 0C. Khuấy từ 60 phút. 28 Hình 2.1. Sơ đồ tạo mầm. Bước 2: Chiếu LED lên mầm đã tạo theo các thời gian chiếu khác nhau. - Lấy 20 ml mầm đã tạo đựng trong lọ thủy tinh sau đó dùng hệ thống chiếu LED gồm 7 đèn LED ánh sáng xanh để chiếu và thu được các mẫu theo các thời gian chiếu khác nhau 29 Hình 2.2. Hệ thống chiếu LED tạo hạt nano bạc. 2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến quá trình hình thành hạt nano bạc. Như đã miêu tả trong Chương 1, hình thái bề mặt của các hạt nano bạc phụ thuộc vào các yếu tố tham gia quá trình phản ứng tạo và phát triển hạt mầm bạc như: nồng độ ion Ag+, hoạt động bề mặt, thời gian chiếu LED, loại chất khử, nồng độ chất khử, độ pH, vận tốc khuấy từ. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng quy trình chế tạo hạt nano bạc có hình thù khác nhau với chất khử Sodium borohydride NaBH4. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến quá trình hình thành hạt như nồng độ chất khử, thời gian chiếu LED, độ pH. 2.2.3.1. Thay đổi độ pH dung dịch mầm Khảo sát chế tạo các hạt nano bạc hình dạng khác nhau với sự thay đổi độ pH của dung dịch mầm theo như bảng sau: 30 Bảng 2.2: Thay đổi độ pH của dung dịch mầm Mầm H2O (ml) Dung dịch AgNO3 TSC (N3C6H5O7) Dung dịch NaBH4 Dung dịch NaOH pH C (mM) V (ml) C (mM) V (ml) C (mM) V (ml) C (mM) V (ml) S1 100 2,5 2 2,5 4 10 0,2 0 0 6.0 S2 100 2,5 2 2,5 4 10 0,2 10 0,2 7.4 S3 100 2,5 2 2,5 4 10 0,2 10 0,3 8.5 S4 100 2,5 2 2,5 4 10 0,2 10 0,4 9.4 2.2.3.2. Thay đổi nồng độ chất khử NaBH4 dung dịch mầm Khảo sát chế tạo các hạt nano bạc hình dạng khác nhau với sự thay đổi nồng độ chất khử NaBH4 của dung dịch mầm theo như bảng sau: Bảng 2.3: Thay đổi nồng độ chất khử NaBH4 của dung dịch mầm Mầm H2O (ml) Dung dịch AgNO3 TSC (N3C6H5O7) Dung dịch NaBH4 Dung dịch NaOH t0C pH C (mM) V (ml) C (mM) V (ml) C (mM) V (ml) C (mM) V (ml) S5 50 2,5 2 2,5 4 10 0,1 10 0,2 0 7,4 S6 50 2,5 2 2,5 4 10 0,2 10 0,2 0 7,4 S7 50 2,5 2 2,5 4 10 0,3 10 0,2 0 7,4 S8 50 2,5 2 2,5 4 10 0,4 10 0,2 0 7,4 S9 50 2,5 2 2,5 4 10 0,5 10 0,2 0 7,4 2.2.3.3. Thay đổi thời gian chiếu LED, nhiệt độ Khảo sát quá trình hình thành các hạt nano bạc hình dạng khác nhau với sự thay đổi của thời gian chiếu LED và nhiệt độ theo bảng sau: 31 Bảng 2.4: Thay đổi thời gian chiếu LED với mẫu pH=6,0 Mẫu Mầm Độ pH Thể tích Nhiệt độ Thời gian chiếu LED M1 S1 6,0 20 (ml) 800C 0,5h M2 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 1h M3 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 1,5h M4 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 2h M5 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 2,5h M6 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 3h M7 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 3,5h M8 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 4h M9 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 5h M10 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 6h M11 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 7h M12 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 8h M13 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 9h M14 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 10h M15 S1 6,0 20 (ml) 80 0C 12h 32 Bảng 2.5: Thay đổi thời gian chiếu LED với mẫu pH=7,4 Mẫu Mầm Độ pH Thể tích Nhiệt độ Thời gian chiếu LED M16 S2 7,4 20 (ml) 800C 0,5h M17 S2 7,4 20 (ml) 800C 1h M18 S2 7,4 20 (ml) 800C 1,5h M19 S2 7,4 20 (ml) 800C 2h M20 S2 7,4 20 (ml) 800C 2,5h M21 S2 7,4 20 (ml) 800C 3h M22 S2 7,4 20 (ml) 800C 3,5h M23 S2 7,4 20 (ml) 800C 4h M24 S2 7,4 20 (ml) 800C 5h M25 S2 7,4 20 (ml) 800C 6h M26 S2 7,4 20 (ml) 800C 7h M27 S2 7,4 20 (ml) 800C 8h M28 S2 7,4 20 (ml) 800C 9h M29 S2 7,4 20 (ml) 800C 10h M30 S2 7,4 20 (ml) 800C 12h 33 Bảng 2.6: Thay đổi thời gian chiếu LED với mẫu pH=8,5 Mẫu Mầm Độ pH Thể tích Nhiệt độ Thời gian chiếu LED M31 S3 8,5 20 (ml) 800C 0,5h M32 S3 8,5 20 (ml) 800C 1h M33 S3 8,5 20 (ml) 800C 1,5h M34 S3 8,5 20 (ml) 800C 2h M35 S3 8,5 20 (ml) 800C 2,5h M36 S3 8,5 20 (ml) 800C 3h M37 S3 8,5 20 (ml) 800C 3,5h M38 S3 8,5 20 (ml) 800C 4h M39 S3 8,5 20 (ml) 800C 5h M40 S3 8,5 20 (ml) 800C 6h M41 S3 8,5 20 (ml) 800C 7h M42 S3 8,5 20 (ml) 800C 8h M43 S3 8,5 20 (ml) 800C 9h M44 S3 8,5 20 (ml) 800C 10h M45 S3 8,5 20 (ml) 800C 12h M46 S3 8,5 20 (ml) 800C 36h M47 S3 8,5 20 (ml) 800C 76h 34 Bảng 2.7: Thay đổi thời gian chiếu LED với mẫu pH=9,4 Mẫu Mầm Độ pH Thể tích Nhiệt độ Thời gian chiếu LED M48 S4 9,4 20 (ml) 800C 0,5h M49 S4 9,4 20 (ml) 800C 1h M50 S4 9,4 20 (ml) 800C 1,5h M51 S4 9,4 20 (ml) 800C 2h M52 S4 9,4 20 (ml) 800C 2,5h M53 S4 9,4 20 (ml) 800C 3h M54 S4 9,4 20 (ml) 800C 3,5h M55 S4 9,4 20 (ml) 800C 4h M56 S4 9,4 20 (ml) 800C 5h M57 S4 9,4 20 (ml) 800C 6h M58 S4 9,4 20 (ml) 800C 7h M59 S4 9,4 20 (ml) 800C 8h M60 S4 9,4 20 (ml) 800C 9h M61 S4 9,4 20 (ml) 800C 10h M62 S4 9,4 20 (ml) 800C 12h 35 Bảng 2.8: Thay đổi thời gian chiếu LED và thay đổi tỷ lệ nồng độ [NaBH4]:[AgNO3] Mẫu Mầm Độ pH Tỷ lệ nồng độ [NaBH4] :[AgNO3] Thể tích (ml) Nhiệt độ Thời gian chiếu LED M63 S5 7,4 5:1 20 400C 1h M64 S5 7,4 5:1 20 40 0C 2h M65 S5 7,4 5:1 20 40 0C 3h M66 S5 7,4 5:1 20 40 0C 4h M67 S6 7,4 5:2 20 400C 1h M68 S6 7,4 5:2 20 40 0C 2h M69 S6 7,4 5:2 20 40 0C 3h M70 S6 7,4 5:2 20 40 0C 4h M71 S7 7,4 5:3 20 40 0C 1h M72 S7 7,4 5:3 20 40 0C 2h M73 S7 7,4 5:3 20 40 0C 3h M74 S7 7,4 5:3 20 40 0C 4h M75 S8 7,4 5:4 20 40 0C 1h M76 S8 7,4 5:4 20 40 0C 2h M77 S8 7,4 5:4 20 40 0C 3h M78 S8 7,4 5:4 20 40 0C 4h M79 S9 7,4 5:5 20 40 0C 1h M80 S9 7,4 5:5 20 40 0C 2h M81 S9 7,4 5:5 20 40 0C 3h M82 S9 7,4 5:5 20 40 0C 4h 36 2.3. Khảo sát tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc với khuẩn Escherichia coli (E. coli) và Salmonella Các mẫu nano bạc chế tạo được ở trên đem thử nghiệm kháng khuẩn với chủng vi khuẩn Gram âm-vi khuẩn E. coli và vi khuẩn Salmonella. Các thí nghiệm được tiến hành trên đĩa Petri đã được khử trùng. Phương pháp đục lỗ được sử dụng để xác định đường kính vô khuẩn bởi đây là phương pháp dễ thực hiện và phù hợp với điều kiện trong phòng thí nghiệm. Các bước tiến hành thí nghiệm: Phương pháp đục lỗ được tiến hành trong box nuôi cấy: 3 mL môi trường nuôi dưỡng được đổ vào các đĩa Petri vô trùng (như một lớp cơ bản). Lấy 15 μL dịch huyền phù của chủng vi khuẩn để thử nghiệm có số lượng khoảng 79 tế bào nhỏ t

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_van_che_tao_va_nghien_cuu_tinh_chat_quang_cua_cac_hat_n.pdf
Tài liệu liên quan