nghiên cứu và chế tạo nano bạc ứng dụng trong sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Minh Hải
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO NANO BẠC ỨNG
DỤNG TRONG SINH HỌC
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Vật lý kỹ thuật
HÀ NỘI - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trần Minh Hải
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO NANO BẠC ỨNG
DỤNG TRONG SINH HỌC
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Vật lý kỹ thuật
Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Đăng Khoa
HÀ NỘI - 2011
Lời cảm ơn
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Trần Đăng Khoa đã tận tình chỉ
bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để thực hiện khóa luận tốt
nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Hoài Hà, Viện Vi sinh vật và Công
nghệ Sinh học, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã nhận xét, góp ý cho khóa luận của tôi.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn KS. Phạm Thị Bích Đào, Viện Vi sinh vật và
Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc Gia Hà Nội. CN. Nguyễn Thị Hòa, Khoa Vật lý kỹ
thuật và Công nghệ nano, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hướng dẫn,
tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện khóa luận này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tập thể các Thầy, Cô giáo và cán bộ của Khoa Vật lý
kỹ thuật và Công nghệ nano, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã cung cấp
các kiến thức tiền đề để tôi hoàn thành khóa luận này.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi rất
nhiều trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Tóm tắt nội dung
Trong những năm gần đây việc nghiên cứu hạt nano rất được quan tâm bởi những
tính chất đặc biệt và lý thú của nó. Trong số các loại hạt nano được nghiên cứu, ứng
dụng thì hạt nano bạc đã gây được sự chú ý đặc biệt bởi tính chất kháng khuẩn vượt trội.
Trên thế giới nano bạc đã được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng trong rất nhiều các sản
phẩm gần gũi với đời sống như: tẩm trên băng cứu thương, phủ lên các loại sợi vải, sử
dụng để chống nhiễm khuẩn nước sinh hoạt, các đồ dùng cho trẻ em Ở Việt Nam, việc
nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano nói chung, nano bạc nói riêng vẫn còn khá mới mẻ và
mới được tiến hành trong thời gian gần đây.
Với mục đích nghiên cứu những tính chất lý thú của keo nano bạc, tôi đã thực
hiện chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp hóa khử bọc PVP và PEG. Nghiên cứu,
khảo sát tính chất của hạt nano bạc bằng UV-vis và FE-SEM, tiến hành thử nghiệm khả
năng kháng khuẩn và tương tác của nano bạc chế tạo với nấm mốc và vi tảo.
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, với sự hướng dẫn của
TS. Trần Đăng Khoa. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Những
nội dung khóa luận có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên
các tác phẩm, tạp chí và các trang web được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo
của khóa luận.
Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011
Sinh viên thực hiện khóa luận
Trần Minh Hải
Mục Lục
Trang\
HÀ NỘI - 200<số cuối của năm bảo vệ KLTN> 1
Mục Lục 6
8

MỞ ĐẦU 9
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10
1.1. Khái quát về công nghệ nano 10
1.1.1. Lịch sử hình thành của công nghệ nano 10
1.1.2. Cơ sở khoa học 10
1.1.3. Các nghiên cứu về hạt nano trong và ngoài nước 11
1.2. Khái quát về keo nano bạc 12
1.2.1. Sơ lược về tính chất và đặc tính của bạc 12
1.2.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano bạc 13
1.2.3. Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP và PEG 16
1.2.4. Ứng dụng của keo nano bạc 18
1.3. Khái quát về vi khuẩn 20
1.3.1. Khái niệm chung về vi khuẩn 20
1.3.2. Vi khuẩn E.coli 20
1.3.3. Vi khuẩn Staphylococcus 21
1.3.4. Tính diệt khuẩn của keo nano bạc 22
1.4. Khái quát về nấm mốc 24
1.5. Khái quát về tảo 25
1.5.1. Khái niệm chung về tảo lục 25
1.5.2. Vi tảo Chlorella 25
Chương 2. VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
VÀ THỰC NGHIỆM 27
2.1. Vật liệu, trang thiết bị sử dụng 27
2.1.1. Các dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 27
2.1.2. Các hoá chất sử dụng 28
2.1.3. Các đối tượng nghiên cứu 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm 28
2.2.1. Chế tạo keo nano bạc 28
2.2.2. Phân tích bằng máy quang phổ hấp thụ UV-vis 30
2.2.3. Phân tích hạt bằng FE-SEM 30

2.2.4. Khảo sát hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc 31
2.2.5. Thử nghiệm sự tương tác giữa keo nano bạc với nấm mốc 31
2.2.6. Nuôi cấy vi tảo 32
2.2.7. Sự tương tác giữa keo nano bạc với tảo vi tảo 34
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. Chế tạo keo nano bạc 35
3.2. Phân tích hạt bằng tia UV-vis 37
3.3. Phân tích hạt bằng FE-SEM 38
3.4. Khả năng kháng khuẩn của các dung dịch keo nano bạc 39
3.5. Sự tương tác giữa keo nano bạc với nấm mốc 41
3.6. Lựa chọn môi trường nuôi cấy vi tảo 41
3.7. Sự tương tác giữa keo nano bạc với vi tảo 44
3.7.1. Đường cong chuẩn hóa giữa mật độ quang với mật độ tảo 44
3.7.2. Khả năng tương tác của keo nano bạc với vi tảo trong dung dịch 45
3.7.3. Khả năng tương tác của keo nano bạc với vi tảo khi tẩm lên màng xốp 48
KẾT LUẬN 49
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 50
PHỤ LỤC 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Danh mục chữ viết tắt
Da Đơn vị khối lượng Danton
E.coli Vi khuẩn E.coli Escherichia Coli
FE-SEM Kính hiển vi trường điện tử quét Field emission scanning
electron microscopy
PVP Polyvinyl pyrrolidon
PEG polyethylene Glycol
UV - vis Quang phổ hấp thụ trắc quang UV - vis Ultraviolet-visible
spectroscopy
MỞ ĐẦU

Khoa học, công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ mới, phát
triển rất nhanh chóng. Vật liệu được chế tạo bằng công nghệ này thể hiện nhiều tính
chất mới lạ do hiệu ứng kích thước. Khoa học và công nghệ nano trên cơ sở kết hợp đa
ngành đã tạo nên cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật. Hiện nay, nhiều quốc gia trên
thế giới xem công nghệ nano là mục tiêu mũi nhọn để đầu tư phát triển. Ước tính tổng
đầu tư cho lĩnh vực công nghệ nano trên toàn thế giới xấp xỉ 3 tỷ đôla và đã có hàng
trăm sản phẩm của công nghệ nano được thương mại, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
như điện tử, hóa học, y sinh, môi trường….[5,10].
Trong công nghệ nano thì hạt nano là một vật liệu quan trọng. Một trong những
hạt nano được sử dụng sớm và rộng rãi nhất là hạt nano bạc. Ở kích thước nano bạc
thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt và vô cùng quý giá, đặc
biệt là tính kháng khuẩn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano, hoạt tính
sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50.000 lần so với bạc ion [15,9]. Nhờ khả năng
kháng khuẩn tuyệt vời mà nano bạc đã được ứng dụng trong rất nhiều sản phẩm như:
tẩm trên băng cứu thương, phủ lên các loại sợi vải, sử dụng để khử trùng nước, các đồ
dùng cho trẻ em
Trong những năm gần đây, việc gia tăng vi khuẩn siêu kháng thuốc kháng sinh,
các loại nấm gây bệnh thiếu thuốc đặc trị thì việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm chứa
nano bạc để tiêu diệt chúng là hướng đi mới và cấp thiết [17].
Đó là lý do mà tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu và chế tạo nano bạc ứng
dụng trong sinh học”. Các nội dung của đề tại như sau:
+ Chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp hóa khử, sử dụng NaBH
4
làm
tác nhân khử, hạt được bọc bởi PVP và PEG.
+ Nghiên cứu, khảo sát tính chất của keo bạc nano chế tạo bằng phân tích
quang phổ hấp thụ UV-vis, và chụp ảnh bằng FE-SEM.
+ Ứng dụng để nghiên cứu khả năng diệt khuẩn và khả năng tương tác với
nấm mốc, vi tảo của keo bạc nano.
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Khái quát về công nghệ nano
1.1.1. Lịch sử hình thành của công nghệ nano
Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ những năm 70 của
thế kỷ XX, chỉ 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. Chúng có độ
chính xác rất cao 0,1 - 100nm, tức là chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử.
Tiền tố nano xuất hiện trong tài liệu khoa học lần đầu tiên vào năm 1908, khi
Lohman sử dụng nó để chỉ các sinh vật rất nhỏ với đường kính 200nm. Năm 1974,
Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano hàm ý sự liên kết các vật
liệu cho kỹ thuật chính xác trong tương lai. Hiện tại trong khoa học, tiền tố nano biểu
thị con số 10
-9
tức kích thước 1 phần tỷ mét. Cho tới nay, vẫn chưa có được một định
nghĩa thống nhất về công nghệ nano. Theo cơ quan Hàng Không Vũ trụ Hoa Kỳ
(NASA), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ
thống chức năng với kích thước đo bằng (khoảng từ 1 đến 100nm) và khai thác ứng
dụng các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này. Công nghệ nano cũng có thể hiểu
là ngành công nghệ dựa trên các hiểu biết về các quy luật, hiện tượng, tính chất của
cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng ở thang nano [4].
Có thể nói, trong thời điểm hiện tại, tiềm năng phát triển của một công nghệ
hay kỹ thuật mới rõ nhất qua nguồn ngân sách nghiên cứu hàng năm và doanh thu đem
lại từ các sản phẩm thương mại của nó. Được toàn thế giới nghiên cứu và đầu tư phát
triển, ngân sách đầu tư cho công nghệ nano của các tổ chức thuộc chính phủ đã tăng
khoảng 7 lần từ 430 triệu năm 1997 lên 3 tỉ USD năm 2003 [12,23].
1.1.2. Cơ sở khoa học
Công nghệ nano dựa trên ba cơ sở khoa học chính:
+ Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: khác với vật liệu
khối, khi ở kích thước nano thì các tính chất lượng tử được thể hiện rất rõ ràng. Vì vậy
khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các thăng giáng ngẫu nhiên. Càng ở
kích thước nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể hiện một cách rõ ràng hơn. Ví dụ

một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng
giống như một nguyên tử [25].
+ Hiệu ứng bề mặt: Cùng một khối lượng nhưng khi ở kích thước nano
chúng có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với khi chúng ở dạng khối. Điều này,
có ý nghĩa rất quan trọng trong các ứng dụng của vật liệu nano có liên quan tới khả
năng tiếp xúc bề mặt của vật liệu, như trong các ứng dụng vật liệu nano làm chất diệt
khuẩn. Đây là một tính chất quan trọng làm nên sự khác biệt của vật liệu có kích thước
nanomet so với vật liệu ở dạng khối [8].
+ Kích thước tới hạn: Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ
nguyên các tính chất về vật lý, hóa học khi ở dạng khối. Nếu kích thước vật liệu mà
nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Nếu ta giảm kích
thước của vật liệu đến kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của vùng ánh sáng thấy được (400 -
700 nm), theo Mie hiện tượng "cộng hưởng plasmon bề mặt" xảy ra và ánh sáng quan
sát được sẽ thay đổi phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng xảy ra hiện tượng cộng hưởng.
Hay như tính dẫn điện của vật liệu khi tới kích thước tới hạn thì không tuân theo định
luật Ohm nữa. Mà lúc này điện trở của chúng sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Mỗi
vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bạn thân trong một vật liệu
cũng có nhiều kích thước tới hạn ứng với các tính chất khác nhau của chúng. Bởi vậy
khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất sẽ nghiên cứu là gì.
Chính nhờ những tính chất lý thú của vật liệu ở kích thước tới hạn nên công nghệ nano
có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự chú ý đặc biệt của các nhà nghiên cứu [24].
1.1.3. Các nghiên cứu về hạt nano trong và ngoài nước
 Tình hình nghiên cứu trong nước:
Tại Việt Nam trong những năm gần đây công nghệ nano bắt đầu được đầu tư và
thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Tuy nhiên cho đến nay số lượng công trình
nghiên cứu về kim loại nano được công bố trên tạp trí khoa học trong nước còn rất hạn
chế. Đề tài nghiên cứu về vàng và platin nano để xúc tác chuyển hóa CO thành CO
2
được tác giả Nguyễn Thiết Dũng Viện khoa học Vật liệu ứng dụng – Viện khoa học và
công nghệ Việt Nam thực hiện (2009 – 2010). Về bạc, nhóm tác giả Nguyễn Đức

Nghĩa, Hoàng Mai Hà công bố trên Tạp chí hóa học (2001) đã chế tạo được hạt nano
bạc bằng phương pháp khử các ion bạc sử dụng tác nhân oleate trong polyme ổn định,
thu được các hạt bạc có kích thước từ 4 – 7nm.
Các nhà khoa học Việt Nam cũng bắt đầu triển khai ứng dụng công nghệ nano
trong chế tạo thuốc hướng đích và kết hoạch nghiên cứu ứng dụng của các hạt nano
trong y - sinh học để chẩn đoán và chữa bệnh. Bài báo “chế tạo và ứng dụng hạt nano
từ tính trong y sinh học” của nhóm tác giả Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Hoài Hà, Trần
Mậu Danh Bộ môn Vật liệu và Linh kiện từ tính nano, khoa Vật lý kỹ thuật và Công
nghệ nano, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội và Trung tâm Khoa
học Vật liệu, trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội báo cáo tại
hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI (2005). Tuy nhiên, công nghệ nano vẫn là một
điều gì đó mới lạ ở Việt Nam. Nói chung, công nghệ nano tại Việt Nam hiện chỉ mới
đang đặt những viên gạch móng đầu tiên.
 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:
Phương pháp chế tạo hạt kim loại nano nói chung và chế tạo nano bạc nói riêng
đã được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu. Phương pháp thường được sử
dụng chủ yếu là: điện hóa, khử hóa học, khử nhiệt, sinh học, khử do bức xạ ion hóa…
Nguyên tắc chung của các phương pháp này là khử ion kim loại trong dung dịch thành
nguyên tử kim loại, sau đó các nguyên tử liên kết với nhau thành tập hợp rồi phát triển
kích thước thành các hạt nano và sử dụng polyme để ổn định hạt. Hướng nghiên cứu
ứng dụng chính của nano bạc tập trung vào khả năng kháng lại các loại vi khuẩn, virut,
các ứng dụng trong các thiết bị y tế và trong các thiết bị diệt khuẩn, lọc nước.v.v
Theo nhận định của nhiều chuyên gia, công nghệ nano sẽ tạo nên một cuộc
cách mạng đột phá trong nhiều ngành khoa học và đời sống, tạo tiền đề cho một “thế
giới nhỏ hơn và thông minh hơn” [7].
1.2. Khái quát về keo nano bạc
1.2.1. Sơ lược về tính chất và đặc tính của bạc
Từ thời Alexander Đại Đế (năm 356-323 trước công nguyên), con người đã biết
sử dụng các dụng cụ bằng bạc để đựng thức ăn và đồ uống góp phần làm giảm nguy cơ
gây độc. Qua thời gian những đặc tính quý giá của bạc đã được con người khai thác và

sử dụng tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích.
• Tính chất vật lý:
+ Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính dẫn điện
và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại.
+ Nhiệt độ nóng chảy là 961.93
0
C [18].
• Tính chất hóa học:
+ Bạc có ký hiệu là Ag, số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lượng phân tử là 107.868 (đơn vị C).
+ Cấu hình electron [Kr]4
d10
5
s1
, có số oxi hóa là +1 và +2, phổ biến nhất là trạng
thái oxi hóa +1.
+ Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là Ag-107(52%) và Ag-
109(48%). Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan
trong một số axit mạnh như axit nitric, sufuric đặc nóng .v.v.
Ngày nay những thuộc tính quý của kim loại này được thể hiện tối đa khi chúng
được chế tạo bằng công nghệ nano. Và trên thị trường cũng đã xuất hiện nhiều sản
phẩm chứa nano bạc như băng gạc y tế, nước tẩy trùng bề mặt, hay hiện diện ngay
trong gia đình bạn như tủ lạnh, máy gặt .v.v.
1.2.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano bạc
Có 2 phương pháp để điều chế hạt nano kim loại bạc: phương pháp từ dưới lên
và phương pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên “bottom-up” là phương pháp
tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ trên
xuống “top-down” là phương pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với
hạt nano bạc, người ta thường điều chế bằng phương pháp từ dưới lên. Nguyên tắc là
khử ion Ag

+
thành Ag. Các ion này sau đó liên kết với nhau tạo thành hạt nano và các
hạt nano này sẽ được bọc bởi các chất ổn định như PVP, PVE, chitosan.v.v. Các
phương pháp từ trên xuống ít được sử dụng vì nano bạc chế tạo bằng phương pháp này
thường có kích thước hạt lớn và không đồng đều. Hiện nay các vật liệu kim loại nano
như vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dưới dạng bột hay dung dịch keo được
chế tạo chủ yếu bằng các phương pháp sau:
 Phương pháp bay hơi vật lý
Bay hơi vật lý là phương pháp từ trên xuống, đó là một công cụ góp phần cho
sự phát triển của công nghệ nano. Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuật ngưng tụ khí trơ,
đồng ngưng tụ và ngưng tụ dòng hơi phun trên bia bắn.
+ 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 và được làm lạnh bởi nitơ
lỏng.
+ Kỹ thuật đồng ngưng tụ: tương tự như ngưng tụ khí trơ nhưng quá trình
hình thành và phát triển hạt xảy ra trên lớp bằng dung môi thích hợp.
Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ và đồng ngưng tụ được thực hiện ở nhiệt độ cao
(>2.000
0
C), sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao, kích thước hạt nano bạc trung bình
75nm(phương pháp ngưng tụ khí trơ), 12nm (phương pháp đồng ngưng tụ) [9].
 Phương pháp ăn mòn laze
Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt
trong một dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser dạng xung có buớc
sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10Hz, năng lượng mỗi xung là 90mJ,
đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1nm - 3nm. 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 hóa bề mặt C
n

H
2n+1
SO
4
Na (với n = 8, 10, 12, 14) nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M
[16].
 Phương pháp khử hóa học
Khử hóa học là một phương pháp được sử dụng phổ biến để chế tạo nano bạc
theo phương thức từ dưới lên.
+ Cơ chế của quá trình khử hóa học:
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion bạc thành
bạc kim loại. Thông thường, phản ứng được thực hiện trong dung dịch lỏng nên còn
gọi là phản ứng hóa ướt.
Ag
+
+ e
-
→ Ag
0
Thông thường, nguồn cung cấp ion Ag
+
là các muối của bạc như AgNO
3
. Các
tác nhân khử thường dùng là: natri bohydrua, focmandehyt, xitrat, etylen glyxerol,
NaBH
4
, ethanol,…. Gần đây có một số công trình nghiên cứu chế tạo keo nano bạc và
bột nano bạc từ bạc nitrat nhưng sản phẩm trung gian là oxit bạc (Ag
2

O) rồi từ Ag
2
O
tiếp tục khử về Ag
0
nhằm thu được keo bạc có nồng độ cao. Để các hạt nano bạc phân
tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta bao phủ hạt nano bạc
bằng một lớp polyme, điều này giúp cho các hạt được bảo vệ tốt hơn tránh hiện tượng
kết tủa, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có tính chất cần
thiết.
+ Các tác nhân khử:
Tác nhân khử Sodium citrate “C
6
H
5
O
7
Na
3”
Trong quá trình khử, bề mặt của hạt
nano bạc hấp thụ các ion Ag
+
tạo ra lớp ion dương trên bề mặt. Tiếp đó các ion âm
citrate có nghiệm vụ bám xung quanh các hạt nano bằng lực hút tĩnh điện ngăn không
cho chúng kết hợp lại với nhau. Nhờ vậy mà bề mặt của hạt nano bạc có một lớp keo
citrate giúp chúng lơ lửng và phân tán đều trong dung dịch. Citrate trong quá trình vừa
đóng vai trò làm tác nhân khử ion Ag
+
để tạo thành hạt nano bạc, vừa đóng vai trò làm
chất ổn định cho hạt nano bạc.

Tác nhân khử NaBH
4
khác với phương pháp sử dụng Sodium citrate, ở phương
pháp này sau khi kết thúc phản ứng khử, người ta sử dụng các polyme như PVP, PVA,
PEG, Chitosan…, làm tác nhân ổn định. Các polyme này bao bọc hạt nano bạc, ngăn
chúng kết tụ với nhau, vì vậy mà hạt nano được bảo vệ tốt và tránh kết tủa.
 Phương pháp hóa siêu âm
Phương pháp hóa siêu âm là các phản ứng hóa học được hỗ trợ bởi sóng siêu
âm cũng được dùng để tạo hạt nano. Hóa siêu âm là một chuyên ngành của hóa học,
trong đó các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm như một dạng
xúc tác. Sóng siêu âm là sóng dọc, là quá trình truyền sự co lại và giãn nở của chất
lỏng. Tần số thường sử dụng trong các máy siêu âm là 20 kHz cao hơn ngưỡng nhận
biết của tai người (từ vài Hz đến 16 kHz). Khi sóng siêu âm đi qua một chất lỏng, sự
giãn nở do siêu âm gây ra áp suất âm trong chất lỏng kéo các phân tử chất lỏng ra xa
nhau. Nếu cường độ siêu âm đủ mạnh thì sự giãn nở này sẽ tạo ra những lỗ hổng trong
chất lỏng. Sự phát triển của các lỗ hổng phụ thuộc vào cường độ siêu âm. Khi cường
độ siêu âm cao, các lỗ hổng nhỏ có thể phát triển rất nhanh. Sự giãn nở của các lỗ
hổng đủ nhanh trong nửa đầu chu kì của một chu kì sóng siêu âm, nên đến nửa sau chu
kì thì nó không có đủ thời gian để co lại nữa. Dưới các điều kiện này, kích thước của
một lỗ hổng sẽ dao động theo các chu kì giãn nở và co lại. Trong khi dao động như thế
lượng khí hoặc hơi khuyếch tán vào hoặc ra khỏi lỗ hổng phụ thuộc vào diện tích bề
mặt. Diện tích bề mặt sẽ lớn hơn trong quá trình giãn nở và nhỏ hơn trong quá trình co
lại. Do đó, sự phát triển của lỗ hổng trong quá trình giãn nở sẽ lớn hơn trong quá trình
co lại. Sau nhiều chu kì siêu âm, lỗ hổng sẽ phát triển. Lỗ hổng có thể phát triển đến
một kích thước tới hạn mà tại kích thước đó lỗ hổng có thể hấp thụ hiệu quả năng
lượng của sóng siêu âm. Kích thước này gọi là kích thước cộng hưởng, nó phụ thuộc
vào tần số của sóng âm. Ví dụ, với tần số 20 kHz, kích thước này khoảng 170 mm.
Lúc này, lỗ hổng có thể phát triển rất nhanh trong một chu kì duy nhất của sóng siêu
âm. Một khi lỗ hổng đã phát triển quá mức, ngay cả trong trường hợp cường độ siêu
âm thấp hay cao, nó sẽ không thể hấp thụ năng lượng siêu âm một cách có hiệu quả

được nữa. Và khi không có năng lượng tiếp ứng, lỗ hổng không thể tồn tại lâu được.
Chất lỏng ở xung quanh sẽ đổ vào và lỗ hổng bị suy sụp. Sự suy sụp của lỗ hổng tạo ra
một môi trường đặc biệt cho các phản ứng hoá học - các điểm nóng (hot spot). Hóa
siêu âm được ứng dụng để chế tạo rất nhiều loại vật liệu nano như vật liệu nano xốp,
nano dạng lỏng, hạt nano, ống nano.
1.2.3. Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP và PEG
 Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP
Hình 1. 1. Công thức cấu tạo PVP
PVP được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp các vinyl pyrolidon, là các polyme
ưa nước và hòa tan trong nước, không độc, được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế
[20].
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, các hạt bạc hấp thụ mạnh lên bề mặt của PVP,
chuỗi polyvinyl pyrolidon tạo ra hiệu ứng không gian, ngăn cản sự kết hợp giữa các
hạt [20]. Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP gồm các giai đoạn:
+ Đầu tiên, PVP chuyển một cặp electron từ nguyên tử oxi và nitơ trên
mạch sang các orbital s và p các ion bạc tạo nên kiên kết phối trí với ion bạc.
+ PVP thúc đẩy sự hình thành nhân của kim loại bạc do phức ion Ag
+
-
PVP dễ bị khử hơn so với ion Ag
+
tự do trong dung dịch vì ion Ag
+
nhận điện tử từ
PVP.
+ Chuỗi PVP ngăn cản sự kết tụ của các hạt bạc do hiệu ứng không gian.
Hình 1.2. Cơ chế ổn định hạt nano bạc của PVP [20]
 Cơ chế ổn định hạt bạc của PEG
PEG có công thức phân tử là (C
4

H
10
O
3
)
m,
là một polymer trơ, hòa tan trong
nước, không gây độc, được tạo ra bằng cách kết nối nhiều tiểu đơn vị ethylene oxide.
PEG hòa tan trong nước, methanol, benzen, diclorometan và không hòa tan trong ete
diethyl và hexane. Nó cùng với các phân tử kỵ nước dùng để sản xuất bề mặt không
ion. Các phân tử PEG hiện có khác nhau về hình thể (ở dạng thẳng hoặc phân nhánh)
và trọng lượng phân tử. PEG có trọng lượng khác nhau sẽ khác nhau về đặc tính sinh
lý. Thí dụ như PEG ở dạng tinh khiết, không kết hợp, nhỏ là dạng đầu (như PEG 200
Da), trong khi PEG lớn hơn (như PEG 8000 Da) có dạng rắn như sáp [24].
Hình 1.3. Công thức cấu tạo PEG
PEG có nhiều ứng dụng hữu ích trong y sinh do PEG có nhiều đặc tính cốt lõi
liên quan đến những lợi ích đối với các protein sử dụng trong điều trị và còn rất nhiều
ứng dụng khác trong các lĩnh vực khác nhau. PEG được sử dụng như một chất khử cho
việc chuẩn bị các hạt kim loại ở nhiệt độ cao (>170
0
C) và không hoạt động để giảm
lượng Ag
+
ở 80
0
C. Đáng ngạc nhiên hơn, Ag
+
có thể được giảm xuống đều đặn để tạo
hạt nano bạc tại cùng một điều kiện trong PEG 2000 Da. Nghiên cứu sâu hơn đã
chứng minh rằng tỷ lệ giảm của Ag

+
để tạo thành hạt nano bạc được tăng cường đáng
kể với sự gia tăng chiều dài chuỗi polymer của PEG. Kích cỡ hạt nano phụ thuộc vào
nhiệt độ phản ứng và nồng độ của tiền chất và sự gia tăng nhiệt độ ảnh hưởng đến sự
thay đổi của phạm vi kích thước hạt từ 10-80nm.

1.2.4. Ứng dụng của keo nano bạc
 Trong dân dụng
Việc sản xuất các mặt hàng tiêu dùng bằng kim loại bạc nguyên chất hoặc phủ
chúng bằng bạc là rất đắt. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, pha các
nguyên liệu khác với hạt nano bạc là một phương pháp thích hợp để khai thác tính chất
của bạc. Các hạt nano siêu nhỏ làm cho các hạt có diện tích bề mặt lớn cân đối với
khối lượng của chúng. Trường hợp bạc ở dạng hạt nano, cho phép chúng tương tác dễ
dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả kháng khuẩn. Hiệu quả này lớn tới mức 1 gam
hạt nano bạc có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm mét vuông chất nền.
Hình 1.4. Bình sữa nano silver
Hiện nay, trên thế giới đã sản xuất nhiều sản phẩm tiêu dùng có chứa nano bạc
như hộp đồ đựng thức ăn, bình sữa trẻ em làm bằng nhựa có pha thêm nano bạc, hay
các thiết bị gia đình như mấy giặt, tủ lạnh.v.v. đếu sử dụng nano bạc để diệt khuẩn.
 Ứng dụng trong y tế
Trong lĩnh vực y tế nano bạc được sử dụng để tẩm vào các loại băng, gạc băng
bó vết thương nhằm tránh nhiễm trùng. Hay như việc chế tạo khẩu trang có tẩm nano
bạc dùng để diệt vi khuẩn, bảo vệ con người.
Hình 1.5. Khẩu trang nano bạc
 Ứng dụng trong công nghiệp
Sơn kháng khuẩn: Bột nano bạc được trộn với sơn và phủ lên các phím điện
thoại di động, tường nhà và các bề mặt cần được bảo vệ. Với khả năng kháng khuẩn
tuyệt vời nano bạc sẽ giữ cho bề mặt không bị nhiễm khuẩn cũng như tiêu diệt nấm
mốc làm tăng tính thẩm mỹ và tuổi thọ công trình.
Hình 1.6. Sơn nano

Thiết bị điện tử: Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu ứng dụng nano bạc để
sản xuất linh kiện điện tử phục vụ nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Các
thiết bị điện tử ứng dụng công nghệ nano sẽ có kích thước nhỏ gọn hơn nhưng lại có
tốc độ xử lý và tuổi thọ cao hơn các thiết bị sử dụng các công nghệ truyền thống
1.3. Khái quát về vi khuẩn
1.3.1. Khái niệm chung về vi khuẩn
Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào, có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân
(Prokaryote – sinh vật nhân sơ). Vi khuẩn hiện diện ở khắp mọi nơi trong đất, nước,
không khí, kể cả những nơi có điều kiện sống khắc nghiệt như trên miệng núi lửa hay
trên băng tuyết.v.v. Có rất nhiều chủng vi khuẩn, và mỗi chủng vi khuẩn đều có sự
khác nhau về đặc tính và hình thái.
Vi khuẩn có nhiều hình dáng: vi khuẩn có nhiều hình dáng khác nhau và được
gọi với tên gọi theo hình dạng của chúng như trực khuẩn (bacillus), hình cầu, xoắn
khuẩn (spirillum), hình que, cầu khuẩn (coccus)… hình dáng vi khuẩn là một đặc điểm
quan trọng để nhận dạng các chi được đặt tên theo hình dạng.
Vi khuẩn có ích hoặc có hại cho môi trường, thực vật và động vật bao gồm cả
con người. Một só tác nhân gây bệnh như bệnh uốn ván (tetanus), sốt thương hàn
(typhoid fover), giang mai (syphilis), tả (cholera), lao (tuberculosis)…
1.3.2. Vi khuẩn E.coli
 Phân loại khoa học:
Ngành: Proteobacteria
Lớp: Gamma Proteobacteria
Bộ : Enterobacteriales
Họ : Enterobacteriaceae
Chi : Escherichia
Loài: E. coli
Hình 1.7. Vi khuẩn E.coli [25]
 Đặc điểm:
E.coli hay còn gọi là vi khuẩn đại tràng, là một trong những loài vi khuẩn chính
ký sinh trong đường ruột của người và động vật máu nóng. Chúng được phát hiện đầu

tiên vào năm 1885 do Escherich phát hiện, thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae.
Chúng là các trực khuẩn Gram âm. Kích thước trung bình (2-3µm) x 0.5 µm. Trong
những điều kiện không thích hợp vi khuẩn có thể dài như sợi chỉ.
1.3.3. Vi khuẩn Staphylococcus
 Phân loại khoa học:
Giới: Bacteria
Ngành: Firmicutes
Lớp: Bacilli
Bộ: Bacillales
Họ: Staphylococcaceae
Chi: Staphylococcus

Hình 1.8. Vi khuẩn Staphylococcus [11]
 Đặc điểm:
Staphylococcus hay tụ cầu khuẩn là những vi khuẩn hình cầu, có đường kính từ
0.8 – 1.0 µm, và thường tập trung thành từng chùm như những chùm nho, bắt màu
Gram dương [3]. Tụ cầu khuẩn có ba loại có ý nghĩa với y học là tụ cầu vàng
(S.aureus), tụ cầu da (S. epidermidis) và S. saprophyticus. Hai trong ba loại này có thể
gây ra các bệnh nhiễm trùng cơ hội: S.epidermidis gây nhiễm khuẩn da và viêm nội
tâm mạc, S.saprophyticus gây nhiễm khuẩn tiết niệu. Sự cư trú trong cơ thể và môi
trường bệnh viện giữa các loại tụ cầu khuẩn tiết niệu dẫn tới sự truyền cho nhau khả
năng kháng thuốc, làm cho sự kháng kháng sinh tăng lên, nhất là trong bệnh viện, càng
làm cho việc điều trị chúng bằng kháng sinh khó khăn hơn.
1.3.4. Tính diệt khuẩn của keo nano bạc
 Cơ chế diệt khuẩn của keo nano bạc
Hiện nay, do vi khuẩn ngày càng kháng thuốc kháng sinh nên các nhà khoa học
đang tập trung đi tìm các tác nhân mới để diệt chúng và bạc là một trong những chất
được tập trung nghiên cứu mạnh nhất.
Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc là
kháng sinh tự nhiên và không gây tác dụng phụ. Nano bạc không gây phản ứng phụ,

không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt
khuẩn (khoảng nồng độ <100ppm) [17].
Tuy nhiên cho tới nay, cơ chế kháng vi sinh vật của nano bạc vẫn chưa được
hiểu biết rõ ràng. Bằng các kỹ thuật chụp ảnh kính hiển vi điện tử có độ phóng đại cao
(FE-SEM, FE-SEM…), kết quả nghiên cứu cho thấy, hạt nano bạc bám dính với các
thành phần điện tích âm trên bề mặt tế bào vi khuẩn, virut làm thay đổi tính thấm và sự
hô hấp của màng tế bào. Đồng thời các hạt bạc có kích thước nhỏ chui vào trong tế
bào, kết hợp với các enzym hay DNA có chứa nhóm sun phua hặc phốt phát gây bất
hoạt enzym hay DNA dẫn đến gấy chết tế bào [14]. Trước sự gia tăng của dòng vi
khuẩn kháng thuốc kháng sinh điển hình là Staphylococcus aureus hay các loại vi nấm
gây bệnh thực vật thiếu thuốc đặc trị thì việc lựa chọn các chế phẩm chứa nano bạc
đang rất được quan tâm.
Thông thường nồng độ bạc sử dụng cho việc kháng khuẩn và sát trùng rất thấp,
ví dụ như khoảng 5ppm cho việc diệt vi khuẩn Esherichia Coli hiệu quả đến 999% và
khuẩn Staphylococcus aureus là hơn 99%. Vì vậy, nano bạc rất hữu ích cho việc sử
dụng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm bệnh phục vụ cho nhu cầu cuộc sống con người.
 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn của keo nano bạc
Kích thước, hình dạng hạt, nồng độ và sự phân bố là các yếu tố ảnh hưởng trực
tiếp đến tính kháng khuẩn của keo nano bạc.
+ Kích thước hạt nano bạc là yếu tố quan trọng quyết định khả năng diệt
khuẩn của chúng. Hạt nano bạc có kích thước càng nhỏ thì khả năng diệt khuẩn của
chúng càng mạnh, vì khi ở kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa diện tích bề mặt và thể
tích càng lớn và hạt cũng có thể dễ dàng tương tác với vi khuẩn hơn. Tuy nhiên các
hạt có kích thước nhỏ lại có khuynh hướng liên kết với nhau trong quá trình lưu trữ
tạo thành các hạt lớn hơn gây ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn và bảo quản keo
nano bạc. Do đó trong quá trình chế tạo chúng ta phải tìm ra các phương pháp vừa tạo
ra hạt nano bạc có kích thước nhỏ vừa bền vững.
+ Các hạt nano có thể có rất nhiều hình dạng khác nhau như hình que,
hình cầu, hình tam giác,… Và sự thể hiện của các hạt nano bạc với cùng nồng độ, sự
phân bố nhưng với các hình dạng khác nhau là không giống nhau. Các hạt nano bạc có

hình tam giác cụt tính kháng khuẩn cao hơn các hạt hình cầu và các hạt nano que có
tính kháng khuẩn thấp nhất.
+ Keo nano bạc có nồng độ càng cao và sự phân bố đều thì khả năng diệt
khuẩn càng tốt. Tuy nhiên khi nồng độ quá cao, do năng lượng bề mặt hạt nano lớn,
nên các hạt nano bạc sẽ va chạm vào nhau và phá vỡ cấu trúc nano. Vì vậy chúng ta
cũng cần tìm nồng độ thích hợp để các hạt phân bố đồng đều, và tránh kết tủa.
1.4. Khái quát về nấm mốc
Nấm mốc là vi sinh vật chân hạch, ở thể tản, tế bào không có diệp lục tố, sống
dị dưỡng (hoại sinh, ký sinh, cộng sinh). Một số ít nấm ở thể đơn bào có hình trứng, đa
số có hình sợi, sợi có ngăn vách (đa bào) hay không có ngăn vách (đơn bào). Sợi nấm
thường là một ống hình trụ dài có kích thước lớn nhỏ khác nhau tùy loại. Đường kính
của sợi nấm thường từ 3-5µm, chiều dài của sợi nấm có thể tới vài chục centimet, Các
sợi nấm phát triển dài theo kiểu tăng trưởng ngọn. Trên môi trường đặc và trên một số
cơ chất trong tự nhiên, bào tử nấm, tế bào nấm hoặc một đoạn sợi nấm có thể phát
triển thành một hệ sợi nấm có hình dạng nhất định gọi là khuẩn lạc nấm.
Hầu hết các loại nấm mốc không cần ánh sáng trong quá trình sinh trưởng.
Nhiệt độ tối ưu để nấm mốc phát triển là 25-28
0
C và pH tốt nhất từ 5-6.5. Nấm mốc
nói chung có hai hình thức sinh sản là sinh sản vô tính, nấm hình thành bào tử, hoặc
sinh sản hữu tính hình thành giao tử đực và giao tử cái.
Nấm mốc có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người một cách trực tiếp như làm
hư hỏng, giảm phẩm chất thực phẩm. Nấm mốc còn gây hư hại vật dụng, quần áo…
hay gây bệnh cho người, động vật và cây trồng. Tuy nhiên, các quy trình chế biến thực
phẩn có liên quan đến lên men đều cần tới sự có mặt của vi sinh vật trong đó có nấm
mốc. Nấm mốc cũng giúp tổng hợp kháng sinh, một số enzym và các hoạt chất khác
dùng trong công nghiệp thực phẩm, y dược và sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.
Hình 1.9. Chủng nấm mốc Aspergillus niger [28]
Chủng nấm mốc được sử dụng để nghiên cứu là Aspergillus còn gọi là mốc
tương. Sợi nấm có vách ngăn, cuống mang bào tử bụi phồng lên ở ngọn. Các chuổi

bào tử bụi từ đầu phồng mọc tỏa khắp mọi hướng. Bào tử bụi có thể màu vàng
(Aspergillus flavus), màu đen (Aspergillus niger). Nấm Aspergillus oryzae là loài mốc
chính trong quá trình chế tạo tương. Hai loài không độc làm tương là Aspergillus
oryzae và Aspergillus sojae có hình thái và màu sắc rất giống với 2 loài rất nguy hiểm
là Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus sản sinh ra độc tố Aflatoxin gây bệnh
ung thư.
1.5. Khái quát về tảo
1.5.1. Khái niệm chung về tảo lục
Tảo là những thực vật bậc thấp, cơ thể chưa có sự phân hoá thành rễ, thân, lá
(những dấu hiệu của thực vật bậc cao) nên cơ thể chúng được gọi chung là tản. Cơ thể
chúng có chứa sắc tố quang hợp, chúng có khả năng quang tự dưỡng, sử dụng năng
lượng ánh sáng mặt trời, để tổng hợp nên các chất hữu cơ từ các hợp chất vô cơ đơn
giản.
Tảo lục có khoảng 6.000 loài [27]. Tảo lục phân biệt với các ngành tảo khác ở
đặc điểm đầu tiên là màu lục thuần khiết của cơ thể giống như màu lục của cây cối
xung quang chúng ta . Tảo lục gồm các tế bào sống đơn độc, các tế bào sống thành tập
đoàn, đa dạng. Cấu trúc tế bào vi tảo lục có tốc độ tiến hoá khác nhau. Chúng phân bố
rộng khắp từ nước ngọt nghèo dinh dưỡng đến nước lợ, nước biển. Một số bộ chỉ sống
trên vật ẩm hay sống ngay dưới mặt đất. Hình dạng cấu trúc chung của tế bào vi tảo
lục rất đa dạng, có thể có dạng đơn độc hay tập đoàn: có dạng sợi, dạng hạt, dạng ống,
dạng màng, Phần lớn tảo lục có dạng hình cầu, hình bầu dục, hình vuông, hình chữ
nhật, hay hình lưỡi liềm.
Tảo lục có vai trò quan trọng trong tự nhiên và đời sống nhân loại [6]. Tảo lục
là nguồn thực phẩm giàu chất dinh dưỡng cho người và động vật, chúng có khả năng
xử lý ô nhiễm môi trường, dùng làm chất chỉ thị sinh học.v.v.
1.5.2. Vi tảo Chlorella
+ Phân loại khoa học:
Ngành: Chlorophyta