Nghiên cứu chế tạo hạt Nano Bạc và khả năng sát khuẩn của nóKhóa luận

MỤC LỤC

Tóm tắt nội dung khóa luận - 1 -
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO BẠC VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG
TRONG SINH HỌC - 2 -
1.1 Giới thiệu về công nghệ nano - 2 -
1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano - 2 -
1.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano - 2 -
1.1.3 Ứng dụng của công nghệ nano trong sinh học và y học - 4 -
1.2 Hạt nano bạc - 5 -
1.2.1 Giới thiệu về bạc kim loại - 5 -
1.2.2 Đặc tính kháng khuẩn của bạc - 6 -
1.2.3 Cơ chế kháng khuẩn của bạc - 6 -
1.2.4 Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại - 8 -
1.2.5 Giới thiệu về hạt nano bạc - 9 -
1.2.5.1 Các phương pháp phân tích hạt nano bạc - 9 -
1.2.5.2 Ứng dụng của nano bạc - 11 -
1.3 Sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn - 15 -
1.3.1 Đường cong sinh trưởng - 15 -
1.3.1.1 Giai đoạn Tiềm phát (Lag phase) - 15 -
1.3.1.2 Giai đoạn logarit (Log Phase) hay Pha Chỉ số (Exponential Phase) - 16 -
1.3.1.3 Giai đoạn tử vong (Death Phase) - 17 -
1.3.2 Xác định sự sinh trưởng của vi khuẩn - 17 -
1.3.2.1 Xác định số lượng tế bào - 17 -
1.3.2.2 Xác định khối lượng tế bào - 18 -
Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - 20 -
2.1 Phương pháp chế tạo hạt nano bạc - 20 -
2.1.1 Quy trình công nghệ chế tạo dung dịch nano bạc sử dụng kỹ thuật khử hóa học
với bức xạ UV kích thích. - 20 -
2.1.1.1 Hóa chất thí nghiệm sử dụng: - 20 -
2.1.1.2 Thiết bị sử dụng - 20 -

2.1.1.3 Quy trình tổng hợp - 20 -
2.1.2 Cơ chế hình thành hạt nano bạc - 22 -
2.2 Ảnh hưởng của nano bạc lên sự phát triển của vi khuẩn - 23 -
2.2.1 Phương pháp đo OD - 23 -
2.2.2 Các trang thiết bị - 24 -
2.2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm - 24 -
2.2.3.1 Chuẩn bị môi trường - 24 -
2.2.3.2 Cấy vi khuẩn - 25 -
2.2.3.3 Đo OD - 25 -
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - 26 -
3.1 Phân tích dung dịch nano bạc - 26 -
3.2 Kết quả theo dõi sự phát triển của vi khuẩn khi có mặt của dung dịch nano bạc - 28 -
3.3 So sánh với phương pháp đo bán kính vòng vô khuẩn - 34 -
Chương 4: KẾT LUẬN - 35 -
- 1 -

Tóm tắt nội dung khóa luận

Từ xa xưa, con người đã sử dụng bạc làm các dụng cụ chứa đồ ăn, nước uống để trị bệnh.
Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, người ta thậm chí còn sử dụng các sản phẩm từ bạc
để điều trị nhiễm trùng trước khi thuốc kháng sinh ra đời. Ngày nay, cùng với sự ra đời
và phát triển của công nghệ nano, con người đã chế tạo được bạc ở kích thước nano. Điều
này làm tăng đáng kể số ứng dụng của bạc. Ở kích thước nano, bạc thể hiện khả năng
kháng khuẩn mạnh mà không gây ảnh hưởng tới con người và môi trường. Chính vì vậy,
giới khoa học đang đầu tư nghiên cứu bạc để phục vụ cho các ứng dụng trong y học, nhất
là khi hiện tượng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng phổ biến như ngày nay.
Chính vì vậy, trong khóa luận này, chúng tôi tập trung vào các nhiệm vụ sau:
1. Nghiên cứu quy trình công nghệ và tham gia thử nghiệm chế tạo hạt nano bạc
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hạt nano bạc lên sự phát triển (khả năng ức chế sự phát
triển) của vi khuẩn gây bệnh đường ruột E. coli

3. Đánh giá hiệu quả ức chế của nano bạc với E. coli











- 2 -


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO BẠC VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG
TRONG SINH HỌC

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo
và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước
trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10
-9
m)
[3]
. Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những
tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước
và việc tăng diện tích mặt ngoài.

Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ
Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc
vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ “công nghệ
nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu
tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi
điện tử
[4]
.
1.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano dựa trên những cơ sở khoa học chủ yếu sau:
- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: Đối với vật liệu vĩ
mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất
nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng
giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính
chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.
- Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên
bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu
ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng
làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở
dạng khối.

- 3 -

- Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một
giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất
của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu
nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích
thước tới hạn của các tính chất của vật liệu
[3]
.

Bảng 1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu
[3]
.
Lĩnh vực
Tính chất
Độ dài tới hạn
(nm)
Tính chất điện
Bước sóng điện tử
10-100
Quãng đường tự do trung bình không đàn hồi
1-100
Hiệu ứng đường ngầm
1-10
Tính chất từ
Độ dày vách đômen
10-100
Quãng đường tán xạ spin
1-100
Tính chất
quang
Hố lượng tử
1-100
Độ dài suy giảm
10-100
Độ sâu bề mặt kim loại
10-100
Tính siêu dẫn
Độ dài liên kết cặp Cooper
0,1-100

Độ thẩm thấu Meisner
1-100
Tính chất cơ
Tương tác bất định xứ
1-1000
Biên hạt
1-10
Bán kính khởi động đứt vỡ
1-100
Sai hỏng mầm
0,1-10
Độ nhăn bề mặt
1-10
Xúc tác
Hình học topo bề mặt
1-10
Siêu phân tử
Độ dài Kuhn
1-100
Cấu trúc nhị cấp
1-10
Cấu trúc tam cấp
10-1000
Miễn dịch
Nhận biết phân tử
1-10

- 4 -

1.1.3 Ứng dụng của công nghệ nano trong sinh học và y học
Do có nhiều tính năng độc đáo và kích thước tương đương với các phân tử sinh
học nên hiện nay, công nghệ nano đang được đầu tư nghiên cứu đặc biệt là trong lĩnh vực
y sinh. Các ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là:
- Chẩn đoán: Sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử…)
để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào
cơ chế bắt cặp bổ xung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng
thể.
- Vận chuyển thuốc: Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể bằng cách sử dụng
các hạt nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ.
- Mô kỹ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa
các mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu
tố tăng trưởng
[7]
.

Hình 1: Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc.
- 5 -

1.2 Hạt nano bạc
1.2.1 Giới thiệu về bạc kim loại
Cấu hình electron của bạc: 1s
2
2s
2
2p

6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
4p
6
4d
10
5s
1

Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm

Bán kính ion bạc: 0,23 nm

Bảng 2: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích
[14]
.

Kích thước của hạt
nano Ag (nm)

Số nguyên tử chứa
trong đó
1

31
5

3900
20

250000

Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính độc đáo
sau
[14]
:

- Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi
xa, chống tĩnh.

- Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao, không có
phụ gia hóa chất.

- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các
dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như
benzene, toluene).

- Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác
nhân oxy hóa khử thông thường.

- Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.

- Ổn định ở nhiệt độ cao.

- 6 -

1.2.2 Đặc tính kháng khuẩn của bạc
Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và nấm .
Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc không thể hiện tính
độc với con người.
Từ xa xưa, người ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh. Người cổ đại
sử dụng các bình bằng bạc để lưu trữ nước, rượu dấm. Trong thế kỷ 20, người ta thường
đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tươi của sữa. Bạc và các hợp chất của bạc
được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và
khử trùng
[10]
.
Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao
người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa. Tuy nhiên, từ
những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc,
người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng
khác của bạc, đặc biệt là dưới dạng hạt có kích thước nano.
1.2.3 Cơ chế kháng khuẩn của bạc

Hình 2: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn.