NGHIÊN cứu TỔNG hợp NANO bạc và KHẢO sát KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM LONG QUANG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC VÀ KHẢO
SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

CHUYÊN NGÀNH: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
MÃ SỐ: 60.44.0119

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS. TS. TRẦN THÁI HÒA

Huế, 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Tác giả luận văn

Phạm Long Quang


LỜI CẢM ƠN
Những lời đầu tiên trong luận văn này, tôi xin được bày tỏ
lòng biết ơn chân thành đến GS. TS. Trần Thái Hòa đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi về cả vật chất lẫn tinh thần để tôi
có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Đức Cường với những
giúp đỡ, hướng dẫn quý báu trong suốt thời gian tôi làm thực
nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa lý
thuyết và hóa lý, phòng thí nghiệm Hóa học Ứng dụng đã tận tình
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn NCS. Phan Hà Nữ Diễm đã tận tình
chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn gia đình và bạn bè tôi đã
động viên và giúp đỡ cả vật chất lẫn tinh thần trong thời gian thực
hiện luận văn.
Huế, tháng 09 năm 2015
Học viên

Phạm Long Quang


MỤC LỤC
- Trang phụ bìa
- Lời cam đoan
- Lời cám ơn
- Mục lục
- Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
- Danh mục các bảng
- Danh mục các hình vẽ, đồ thị

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATP

Adenosine triphosphate

CTS

Chitosan

CMC

Carboxymethyl cellulose

DDA

Độ deacetyl (Degree of Deacetylation)

DNA

Deoxyribo Nucleic Acid

E. coli

Escheria coli

FT-IR

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ( Fourier Transfer - Infrared
Spectroscopy)

NB

Natri Bohidrua

NC

Natri citrate

nm

nano mét

SEM

Hiển vi điển tử quét (Scanning Electron Microscopy)

SPR

Cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance)


Sta. aureus Staphylococcus aureus
TEM

Hiển vi điển tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)

UV-Vis

Ultra Violet-Visible (Tử ngoại - khả kiến)

XRD

Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

Tên bảng

Trang

bảng
1.1

Các thông số lý hóa của bạc

4

3.1

Khả năng kháng khuẩn của nano bạc trong CTS

38


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình vẽ
Trang
hình vẽ

1.1
Các dạng cấu trúc của bạc nano
5
1.2
Sự tạo thành dao động cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR)
6
1.3
Công thức cấu tạo của chitin và CTS
11
Sơ đồ quy trình tổng hợp nano bạc sử dụng NB làm chất khử
14
2.1
NC làm chất ổn định.
Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp thủy nhiệt tại phòng thí
14
2.2
nghiệm
Sơ đồ quy trình tổng hợp nano bạc sử dụng CTS làm chất 15
2.3
khử đồng thời làm chất ổn định.
2.4
Sơ đồ nguyên lý hoạt động kính hiển vi điện tử truyền qua
18
2.5
Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên bề mặt tinh thể
19
Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng NB làm chất khử và NC làm
21
3.1
chất ổn định khi thay đổi nồng độ Ag+.

Các ảnh TEM và giãn đồ phân bố kích thước hạt của nano bạc
23
3.2

sử dụng NB làm chất khử và NC làm chất ổn định khi thay đổi

3.3

nồng độ Ag+: (A) 1 %; (B) 0,1 %; (C) 0,05 %; (D) 0,025 %.
Mô hình minh họa sự phát triển hạt mầm của nano bạc sử dụng

23


3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19

3.20
3.21
3.22
3.23

NB làm chất khử và NC làm chất ổn định.
Giãn độ nhiễu xạ XRD của nano bạc sử dụng NB làm chất khử

24

và NC làm chất ổn định.
Phổ FT-IR của NC và nano bạc sử dụng NB làm chất khử và

24

NC làm chất ổn định.
Phổ UV-Vis độ bền của nano bạc trong NC với [Ag+] = 0,05 %
Phổ UV-Vis của nano bạc khi thay đổi nồng độ CTS
Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng CTS khi thay đổi nồng độ

25
26
27

Ag+
Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng CTS ở nhiệt độ 90 oC theo

28

thời gian

Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng CTS ở nhiệt độ 105 oC theo

28

thời gian
Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng CTS ở nhiệt độ 120 oC theo

29

thời gian
Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng CTS ở nhiệt độ 135 oC theo

29

thời gian
Phổ UV-Vis của nano bạc sử dụng CTS ở nhiệt độ 150 oC trong

30

6 giờ
Các ảnh TEM và giãn đồ phân bố kích thước hạt của nano khi

31

thay đổi nồng độ CTS: (E) 1 %; (F) 0,1 %; (G) 0,003 %
Các ảnh TEM của nano bạc trong CTS khi thay đổi nồng độ

32

Ag+ : (H) 4 %; (I) 1 %; (K) 0,2 %

Mô hình minh họa sự phát triển hạt mầm trong trường hợp:

33

không có dư Ag+ trong dung dịch (a) và có dư Ag + trong dung
dịch (b)
Các ảnh TEM của nano bạc trong CTS khi thay đổi nhiệt độ (12

34

giờ): (L) 90 oC; (M) 105 oC; (N) 120 oC; (O) 135 oC.
Giãn độ nhiễu xạ XRD của nano bạc trong CTS.
Phổ FT-IR của CTS và nano bạc trong CTS
Sơ đồ minh họa sự mở vòng của mạch CTS
Sơ đồ minh họa tương tác hút điện tử trong dung dịch của CTS

35
36
37
37

và Ag+
Phổ UV-Vis độ bền của nano bạc trong CTS của mẫu 135 oC,

37

12 giờ
Các vòng kháng khuẩn của Ag+ và nano bạc trong CTS với vi

39

3.24
3.25

khuẩn E. coli và Sta. aureus
Cơ chế phá hủy màng tế bào vi sinh vật của ion Ag+
Tương tác giữa các ion Ag+ với các nhóm thiol

40
41


9
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Bạc từ lâu đã được biết tới là một chất diệt khuẩn hiệu quả và được sử dụng
để làm các dụng cụ sinh hoạt. Từ khi công nghệ nano ra đời thì ứng dụng của bạc
mới phát triển lên một tầm cao mới. 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 độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ
diệt khuẩn (khoảng nồng độ < 100 ppm). Ở dạng phân tán với kích thước nanomet
thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên gấp bội nhờ diện tích bề mặt riêng
(m2/g) tăng nhanh. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ 1-100 nm),
hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như
vậy 1 g bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm m 2 chất nền. Điều này sẽ giúp cho
khối lượng bạc sử dụng trong các sản phẩm sẽ giảm rất mạnh nên tỷ trọng của bạc
trong giá thành trở nên không đáng kể. 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 (TEM, 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. Ngoài ra, các hạt bạc có
kích thước nhỏ chui vào trong tế bào, kết hợp với các enzym hay DNA có chứa
nhóm sunfua hoặc phosphate gây bất hoạt enzym hay DNA dẫn đến gây chết tế bào.
Hơn nữa, bạc nano có khả năng giải phóng Ag + làm tăng hiệu quả diệt khuẩn của
bạc nano [25].
Điều chế bạc kim loại có kích thước nano có thể tiến hành bằng nhiều
phương pháp khác nhau, nhưng phương pháp hóa học được xem là rẻ tiền và ít rủi
ro nhất. Theo phương pháp hóa học, thông thường nano bạc kim loại được điều chế
trong dung dịch bằng cách hoàn nguyên bạc từ bạc cơ nguyên tố hay trực tiếp từ bạc
nitrat trong môi trường có mặt chất hữu cơ và các chất phân tán (các polyme tan
trong nước). Việc sử dụng các polyme có vai trò làm chất ổn định dung dịch các hạt
nano kim loại đã được công bố, đáng chú ý là sử dụng các polyme tự nhiên như


10
CTS, alignate, CMC tiện cho liên kết với các chất khác [9], [10], [20], [24], [28],
[29], [41].
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano
bạc và khảo sát khả năng ứng dụng”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu nano bạc sử dụng hai chất khử khác nhau.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và khả năng ứng dụng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano bạc tổng hợp từ NB làm chất khử và
NC làm chất ổn định và CTS vừa làm chất khử vừa làm chất ổn định.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Phương pháp, điều kiện tổng hợp tương đối đơn giản.
+ Sử dụng chất khử NB và CTS, không sử dụng các dung môi hữu cơ độc
hại.

+ Khảo sát ở nhiệt độ cao khi sử dụng CTS.
Trong nghiên cứu này chúng tôi chủ yếu tập trung vào CTS.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng một số phương pháp đặc trưng hóa lý để xác định hình thái, kích
thước và cấu trúc vật liệu bằng phương pháp đo TEM, XRD, UV–Vis, FT-IR.
- Sử dụng phương pháp khuếch tán trên thạch đĩa để khảo sát khả năng
kháng khuẩn của nano bạc trong CTS.
- Phương pháp xử lý số liệu sử dụng phần mềm Excel 2007, OriginPro 8.0,
ImageJ.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: cung cấp thông tin về các mẫu nano bạc tổng hợp sử dụng
NB, NC và CTS ở điều kiện nhiệt độ cao.
- Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài này mở ra một hướng mới cho việc chế tạo các hạt
nano bạc bằng dung môi “xanh” (CTS) thân thiện với môi trường. Bên cạnh đó, sản
phẩm của đề tài có khả năng ứng dụng và an toàn cao.


11
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn chia thành các chương sau:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Chương 4. Kết luận và kiến nghị


12
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về khoa học nano và công nghệ nano
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp

vào vật liệu ở các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính
chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn [36].
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc chế tạo, thiết kế,
phân tích cấu trúc và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, hệ thống bằng việc điều khiển
hình dáng, kích thước trên cấp độ nm [36].
Người ta dùng khái niệm công nghệ nano là để chỉ lĩnh vực khoa học và
công nghệ mà đối tượng nghiên cứu cũng như thao tác của nó có kích thước và
dung sai trong dải từ 0,1 nm tới 100 nm. Với công nghệ này, cho phép chế tạo các
thiết bị mới dựa trên các tính chất vật lý quen thuộc của nguyên tử và phân tử.
Những thiết bị chế tạo bằng công nghệ nano có các đặc tính siêu việt như nhỏ hơn,
nhanh hơn, bền hơn hoặc thêm nhiều đặc tính hoàn toàn mới so với các thiết bị
được chế tạo trên nền tảng công nghệ cũ. Công nghệ nano là sự kết tinh của nhiều
thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau và là công nghệ có tính khả thi.
Nhiều nhà nghiên cứu dự báo rằng, công nghệ nano sẽ đem lại một cuộc cách mạng
mới, mà tiềm năng ứng dụng của nó mới chỉ đang được thảo luận ở mức độ sơ khai
[43].
1.2. Tổng quan về nano bạc
1.2.1. Giới thiệu về nano bạc
Bạc tinh khiết (dạng khối) là một kim loại màu trắng, mềm, rất dễ dát mỏng,
kết tinh thành hình lập phương và hình tám mặt. Bạc tồn tại trong tự nhiên ở nhiều
dạng khác nhau, phổ biến nhất là ở dạng khoáng quặng Argentine (đá bạc) Ag 2S
[27]. Bảng 1.3 mô tả các thông số lý hóa cơ bản của bạc.
Bảng 1.1. Các thông số lý hóa của bạc
Số nguyên tử
Trọng lượng nguyên tử
Bán kính nguyên tử Ag
Bán kính ion bạc

47
107,868

0,288 nm
0,23 nm


13
Trọng lượng riêng
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi
Các trạng thái oxi hóa

10,49 g/cm3
960,5 0C
2152 0C
Ag+, Ag2+, Ag3+ (không ổn định)

Bạc ở kích thước nm tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc, tùy thuộc vào các điều
kiện hình thành cấu trúc bạc nano như: nguyên liệu ban đầu, các chất khử để khử
các ion Ag+, các chất ổn định, các hạt kim loại thêm vào và thời gian thực hiện phản
ứng [38].
Hình 1.1 là các dạng cấu trúc của bạc nano:
- Thanh nano, dây nano (nanorod, nanowire) (hình 1.1. a).
- Tấm nano, đĩa nano (nanosheet, nanoplate) (hình 1.1. b).
- Hạt nano hình cầu, tinh thể nano lập phương (spherical nanoparticle, cubic
nanocrystal) (hình 1.1. c).

Hình 1.1. Các dạng cấu trúc của bạc nano
1.2.2. Tính chất dao động cộng hưởng plasmon bề mặt
Đặc điểm chung của các kim loại quý là sự hiện hữu dày đặc của các điện tử
tự do. Đây chính là nguyên nhân gây nên hiện tượng bóng loáng bề mặt, tính chất
truyền điện và truyền nhiệt ưu việt của kim loại. Khi kích thước của hạt kim loại

giảm xuống đến một kích thước tới hạn nào đó, thì hiện tượng “dao động cộng
hưởng plasmon bề mặt” sẽ xảy ra [42].
Bạc nano có mật độ điện tử tự do lớn nên các tính chất thể hiện có những đặc
trưng riêng khác với các hạt không có mật độ điện tử tự do cao.


14

Hình 1.2. Sự tạo thành dao động cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR)
Hiện tượng “dao động cộng hưởng plasmon bề mặt” được giải thích là: điện
trường của sóng điện từ tác động lên các điện tử tự do trên bề mặt hạt nano, làm
điện tử bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực (hình 1.2). Sau đó, dưới tác dụng của
lực phục hồi Coulombic, các điện tử sẽ trở lại vị trí ban đầu. Vì có bản chất sóng,
nên điện trường dao động làm cho sự phân cực này dao động theo. Sự dao động này
được gọi là “plasmon”. Khi tần số dao động của đám mây điện tử trùng với tần số
của một bức xạ điện từ nào đó, sẽ gây ra sự dao động hàng loạt của các electron tự
do. Hiện tượng này gọi là “dao động cộng hưởng plasmon bề mặt”. Như vậy, hiện
tượng cộng hưởng plasmon bề mặt tức là dao động của các electron trên bề mặt của
các hạt, dẫn tới sự tương tác mạnh với bức xạ điện từ tại một tần số cộng hưởng.
Đối với hạt nano bạc, dao động cộng hưởng plasmon dẫn tới sự hấp thụ mạnh của
ánh sáng vùng khả kiến. Điều này dẫn tới sự thay đổi lớn về màu sắc của dung dịch
nano bạc. Số lượng và vị trí của dãi plasmon phụ thuộc chủ yếu vào kích thước và
hình thái của hạt nano. Vì vậy, đỉnh cộng hưởng có thể xuất hiện trong vùng khả
kiến đến vùng hồng ngoại gần. Ngoài ra, hằng số điện môi của vật liệu cấu trúc
nano, chỉ số khúc xạ của môi trường xung quanh, trạng thái của bề mặt (dung môi,
chất ổn định) hay khoảng cách giữa các hạt cũng ảnh hưởng đến vị trí và hình dạng
của dao động cộng hưởng plasmon bề mặt [34].
1.2.3. Các phương pháp tổng hợp bạc nano
Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano là phương pháp từ trên xuống (top down): sử dụng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến các vật liệu khối kim loại có kích

15
thước lớn để tạo ra các vật liệu có kích thước nm và phương pháp từ dưới lên (bottom up): đây là phương pháp khá phổ biến hiện nay để chế tạo hạt nano kim loại. Nguyên
lý phương pháp này dựa trên việc hình thành các hạt nano kim loại từ các nguyên tử
hay ion, các nguyên tử hay ion khi được xử lý bởi các tác nhân như vật lý, hóa học sẽ
kết hợp với nhau tạo các hạt kim loại có kích thước nm [8].
Trong phần này, chúng tôi chỉ trình bày một số phương pháp chế tạo bạc
nano điển hình đã được biết khá rộng rãi trên thế giới.
1.2.3.1. Phương pháp ăn mòn laser
Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt
trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser xung có
bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90
mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 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 hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001
đến 0,1 M [22].
1.2.3.2. Phương pháp vi sóng
Vi sóng (microwave) là một kỹ thuật cấp nhiệt bằng việc tạo dao động phân
tử ở tốc độ rất cao, khả năng cấp nhiệt nhanh và đồng nhất, giống như quá trình
thủy nhiệt ở nhiệt độ cao. Dung dịch ban đầu là dung dịch AgNO 3, tác nhân khử là
các dung môi hữu cơ, chất ổn định là PVP hoặc PVA. Dưới tác dụng của vi sóng thì
các hạt nano, dây nano, tấm nano... được hình thành [37].
1.2.3.3. Phương pháp khử vật lý
Phương pháp khử vật lý dùng các tác nhân vật lý như sóng điện từ năng
lượng cao như tia gamma [26], [33], tia tử ngoại [13], tia laser [5] khử ion kim loại
thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, có nhiều quá trình biến đổi
của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng
khử ion thành kim loại. Ví dụ, người ta dùng chùm laser xung có bước sóng 500
nm, độ dài xung 6ns, tần số 10 Hz, công suất 12-14 mJ [5] chiếu vào dung dịch có
chứa AgNO3 như là nguồn ion kim loại và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) như là

16
chất hoạt hóa bề mặt để thu được hạt nano bạc.
1.2.3.4. Phương pháp khử hóa lý
Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý. Nguyên lý là dùng
phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện
phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự
hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano
bám lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với
xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [17].
1.2.3.5. Phương pháp khử sinh học
Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại. Người ta cấy vi khuẩn MKY3
vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc. Phương pháp này
đơn giản, thân thiện với môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn [19].
1.2.3.6. Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại
thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên còn
gọi là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có
chứa các muối của kim loại như AgNO3... Tác nhân khử ion kim loại Ag+ thành Ago
thông dụng là các chất hóa học như vitamin C, natri bohidrua, formaldehyde,
hydzazine, muối tactrate, muối citrate, các polyol (ethylene glycol, glycerol,
sorbitol,…) (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức như thế này còn có một
cái tên khác là phương pháp polyol) [18]. Để các hạt phân tán tốt trong dung môi
mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng chất bảo vệ (chất ổn định). Nó có
vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thước hạt bạc. Các chất bảo vệ thường là
các polyme và các chất hoạt động bề mặt như: polyvinyl pyrrolidone (PVP),
polyvinyl ancol (PVA), polyethylene glycol (PEG), cellulose acetate,…
Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quy
trình sản xuất ra nano bạc khá đơn giản, không đòi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ

khống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn


17
đồng thời có thể tổng hợp với lượng lớn. Vì vậy phương pháp khử hóa học với
những ưu điểm nổi bật sẽ là sự lựa chọn tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu này.
1.2.4. Ứng dụng của nano bạc [14]
Với sự phát triển của công nghệ nano, bạc nano là một đối tượng nhận được
nhiều chú ý của các nhà khoa học cũng như các doanh nghiệp. Vì bạc nano không
những mang lại những đặc tính đáng quý của vật liệu nano mà còn có những tính
chất riêng khác biệt ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
1.2.4.1. Ứng dụng của nano bạc đối với sức khoẻ và y học
Do con người luôn phải chịu sự tấn công của các loại vi khuẩn độc hại có
trong môi trường, chính vì vậy mà khoa học luôn phải tìm kiếm, tổng hợp nên các
vật liệu có khả năng diệt trừ vi khuẩn.
Dù không quá lâu khi thế giới phát hiện ra công nghệ nano bạc có những tính
năng tuyệt vời với khả năng bảo vệ sức khoẻ con người, nhưng chỉ hơn một năm trở
lại đây Việt Nam mới xuất hiện dòng sản phẩm ứng dụng công nghệ được coi là
cuộc cách mạng của thế kỉ XXI này.
Công nghệ nano bạc được biết phù hợp với điều kiện khí hậu, môi trường và
văn hoá tiêu dùng của nước ta. Với những ưu thế vượt trội, công nghệ nano - công
nghệ siêu nhỏ đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong lĩnh vực sử dụng sản
phẩm thiết yếu phục vụ đời sống con người và được coi là tiêu chí cạnh tranh hàng
đầu giữa các nhà sản xuất trên thị trường.
Với diện tích bề mặt lớn, chỉ cần dùng một lượng nhỏ nano bạc mà tác dụng
diệt khuẩn đã tăng lên rất nhiều. Bởi vậy mà rất nhiều vật dụng được tráng một lớp
nano bạc để diệt khuẩn như máy điều hoà nhiệt độ, tủ lạnh, bình lọc nước,… nhằm
kháng khuẩn và tiêu độc. Bên cạnh đó không thể không nhắc tới một nhãn hiệu
được tin dùng trong suốt thời gian qua đó là bình sữa tiệt khuẩn và các dụng cụ
đựng thức ăn cho trẻ nhỏ của Mummy Bear. Loại bình sữa tráng nano bạc này đang

được thu hút bởi tính năng ưu việt của nó như kháng khuẩn, tiêu độc, khử mùi, diệt
được 99,9% vi khuẩn E. coli và Sta. aureus gây bệnh tiêu chảy ở trẻ, ngoài ra khăn


18
ướt, hộp đựng thức ăn, quần áo trẻ em cũng đều được tráng một lớp bạc nano để
kháng khuẩn và tiêu độc.
Trong y học, người ta dùng hạt nano bạc để làm các loại bông gạc y tế, các
dụng cụ phẫu thuật, dung dịch tẩy trùng và thành phần của một số dược phẩm,…
1.2.4.2. Ứng dụng của nano bạc trong công nghiệp điện tử
Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano lại có ảnh hưởng nhiều như
điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông. Bạc nano là một trong những vật liệu
được ứng dụng nhiều nhất trong lĩnh vực này. Chúng không chỉ mang trong mình
những tính chất ưu việt của vật liệu nano mà còn có hoạt tính xúc tác, tính điện, tính
quang, tính từ,… rất cao so với các vật liệu khác. Do vậy nano bạc được ứng dụng
trong lĩnh vực điện tử để sản xuất những linh kiện, những vi mạch có thể truyền tải,
ghi nhận, lưu trữ thông tin nhanh hơn và nhiều hơn. Nhờ thế mà kích thước của các
thiết bị giảm xuống đáng kể mà chất lượng còn tăng thêm nhiều so với trước đây.
1.2.4.3. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực may mặc
Các nhà nghiên cứu đại học Clemson (Mỹ) vừa chế tạo một loại chất phủ
mới, giúp con người có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử
dụng các hạt nano bạc có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc người. Hạt nano tạo ra các
bướu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polyme làm bướu vĩnh viễn bám vào vải. Khi
vải tiếp xúc với nước, chẳng hạn dưới trời mưa, chất bẩn sẽ tự cuốn trôi dễ dàng.
Có thể gắn lớp phủ vào mọi loại vải như: polyester, bông, lụa,… Chất phủ
mới cũng có tiềm năng được phủ lên quần áo trẻ em, quần áo bệnh viện, đồ thể
thao, quân phục và áo mưa…
Với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ nano,
trong thời gian tới người ta còn khám phá ra nhiều đặc tính ưu việt hơn nữa của bạc
nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lượng cuộc sống và đẩy

nhanh tiến bộ xã hội.


19
1.3. Giới thiệu về chitosan (CTS)
CTS là một polysaccharide mạch thẳng cấu tạo từ các mắt xích Dglucosamine liên kết tại vị trí β-(1-4) là sản phẩm deacetyl hóa của chitin. CTS là
dẫn xuất deacetyl hóa của chitin trong đó nhóm (-NH 2) thay thế nhóm (-NHCOCH3)
ở vị trí C số 2. [30], [46].

Hình 1.3. Công thức cấu tạo của chitin và CTS
Tên gọi: Poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucose hay poly(1-4)-2-amino-2deoxy-β-D-glucopyranose. Các tên gọi khác: Polyglusam; Deacetylchitin; Poly-(D)
glucosamine.
Công thức phân tử: [C6H11O4N]n; Phân tử lượng: MCTS = (161,07)n
Trong phân tử CTS có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH 3 trong các mắt
xích N-acetyl-D-glucozamin và nhóm -OH, nhóm -NH 2 trong các mắt xích Dglucozamine có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hoá
học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc
dẫn xuất thế O-, N-. Mặt khác CTS là những polyme mà các monome được nối với
nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glycozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các tác
nhân như: axit, chất oxi hóa và các enzim thuỷ phân [45].
1.3.1. Tính chất vật lý của CTS
CTS là chất rắn màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng vảy, không mùi
không vị, có cấu trúc phân tử bền vững, là một base nên dễ dàng tác dụng với các


20
dung dịch acid để tạo thành muối hình thành chất điện ly cao phân tử, mà tính tan
của các phân tử này hình thành phụ thuộc vào bản chất của các ion có trong nó [47].
1.3.2. Độ deacetyl hóa
Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử
chitin và hình thành phân tử CTS với nhóm amin hoạt động hóa học cao. Độ

deacetyl hóa là một tính chất quan trọng của CTS bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất
lý hóa và khả năng ứng dụng của CTS sau này. Độ deacetyl hóa của CTS vào
khoảng 56 - 99 % (nhìn chung là 80%) phụ thuộc vào loại giáp xác và phương pháp
deacetyl hóa.
Có rất nhiều phương pháp để xác định độ deacetyl hóa của CTS như sử dụng
thuốc thử ninhydrin, chuẩn độ theo điện thế, quang phổ hồng ngoại, chuẩn độ bằng
HI, chuẩn độ acid - base [47].
1.3.3. Phân tử lượng [12]
CTS là một polyme sinh học có phân tử lượng cao. Tùy theo nguồn nguyên
liệu và phương pháp chế biến, phân tử lượng của chitin thường lớn hơn 1 triệu
Dalton trong khi các sản phẩm CTS thương mại có khối lượng khoảng 100.000 –
1.200.000 Dalton.
Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định phân tử lượng của CTS. CTS
phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao. Độ nhớt phụ thuộc
vào nhiệt độ và khối lượng phân tử của CTS.
Phân tử lượng của CTS được xác định thông qua độ nhớt đặc trưng.
Mối quan hệ giữa độ nhớt đặc trưng và phân tử lượng của polyme được biểu
thị bằng phương trình Mark – Houwink:
[η] = KMvα

(1.1)

Trong đó: [η] là độ nhớt đặc trưng, M v khối lương phân tử trung bình độ nhớt,
K và α là hằng số. Hằng số k và α không phụ thuộc vào khối lượng phân tử polyme
trong một khoảng rộng, được xác định đối với từng cặp đôi: polyme-dung môi.


21
1.3.4. Ứng dụng của CTS [47]
- Trong y dược: Từ CTS vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất glucosamin, một

dược chất quý dùng để chữa khớp. Chúng thường được dùng làm các tác nhân hạ
cholesterol, vật liệu vá vết thương, vật liệu chữa bỏng, vật liệu y sinh học và dược
phẩm, chất chống đông máu, chống ung thư và làm kính áp tròng.
- Trong công nghiệp: CTS được dùng trong nhiếp ảnh, trong ngành giấy và
trong xử lý dệt nhuộm và in.
- Trong nông nghiệp: CTS được dùng làm phân bón kích thích sinh trưởng
cây trồng, bảo quản rau quả, hạt giống mang lại hiệu quả cao, dùng như một thành
phần chính trong thuốc trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn…), làm thuốc kích thích sinh
trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây trồng, cây ăn quả.
- Trong công nghệ thực phẩm: Dùng làm sản phẩm bảo quản hoa quả tươi và
thực phẩm chức năng cho con người.
- Trong mỹ phẩm: Dùng làm sản phẩm chăm sóc da, chăm sóc tóc.
- Trong xử lý môi trường: Dùng đề xử lý kim loại nặng trong nước thải, xử
lý nước thải dệt nhuộm (trừ nước thải chứa thuốc nhuộm base).


22
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
2.1.1. Tổng hợp nano bạc sử dụng NB làm chất khử và NC làm chất ổn định
Chúng tôi tổng hợp nano bạc sử dụng dựa trên quy trình của Yu Wan và
cộng sự [40]. Quy trình điều chế nano bạc được trình bày trên hình 2.1.
20 mL NC 1 % + 75 mL H2O cất 2 lần
1. Khuấy từ mạnh, nhiệt độ 70 oC trong 15 phút.
2. Thêm 1,7 mL Ag+ 1 %.
3. Thêm nhanh 2mL NaBH4 0.2 %, khuấy trong 1 giờ.

Dung dịch nano bạc

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano bạc sử dụng NB làm chất khử và NC làm

chất ổn định

Hình 2.2. Tổng hợp nano bạc sử dụng NB và NC tại phòng thí nghiệm


23
- Dung dịch Ag+ được chuẩn bị như sau: Cân 1,574 gam AgNO 3 (M =
169,874 đvC) pha trong nước cất 2 lần và định mức đến 100 mL thu được dung dịch
Ag+ nồng độ 1 % (dung dịch gốc 1). Pha loãng dung dịch gốc 1 thành các nồng độ
Ag+ cần khảo sát.
- Dung dịch natri citrat (NC) 1 %: Cân 2,5 g NC, định mức 250 mL bằng
nước cất 2 lần.
- Dung dịch NaBH4 (NB) 0,2 %: Cân 0,02 g NB định mức 10 mL bằng nước
cất 2 lần lạnh (khoảng 10 oC) và sử dụng ngay.
2.1.2. Tổng hợp nano bạc sử dụng CTS làm chất khử đồng thời làm chất ổn định
Quy trình tổng hợp nano bạc dựa trên quy trình của Dongwei Wei và cộng sự
[11]. Tuy nhiên chúng tôi có thay đổi một số yếu tố và điều kiện thí nghiệm.
5 mL Chitosan 0,1 % + 2 mL AgNO3 0,1 %

Ống COD dung tích
10 mL, đậy kín
1. Siêu âm 2 phút
2. Để yên và sấy ở 105 oC trong 12 giờ
Dung dịch nano bạc

Hình 2.3. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano bạc sử dụng CTS làm chất khử đồng thời
làm chất ổn định
- Dung dịch CTS được chuẩn bị như sau: Hòa tan 15 g CTS trong 490 ml
dung dịch axit axetic 1 %, lọc bỏ phần không tan thu được dung dịch CTS khoảng
3% (dung dịch gốc 2). Pha loãng từ dung dịch gốc 2 thành các nồng độ CTS cần

khảo sát.
- Dung dịch Ag+ được chuẩn bị tương tự như mục 2.1.1 tuy nhiên nồng độ
dung dịch gốc là 4 %.


24
2.1.3. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano bạc trong CTS .
Khả năng kháng khuẩn của nano bạc được thử trên hai loại vi khuẩn E. coli
(vi khuẩn gram âm) ATCC 25922 và vi khuẩn Sta. aureus (vi khuẩn gram dương)
ATCC 25923 do khoa Sinh - Trường Đại học Khoa học cung cấp.
Chúng tôi sử dụng phương pháp khuếch tán trên thạch đĩa [15]. Tiến hành
nuôi cấy vi sinh vật kiểm định trên môi trường thạch đĩa có thành phần: 6 g peptone
+ 4 g cao thịt + 20 g agar + 1000 mL H 2O cất 1 lần, pH khoảng từ 6 - 7 được nấu
đến khi dung dịch đồng nhất. Dung dịch làm môi trường được chia vào các bình
tam giác vô trùng (100 mL hoặc 250 mL tùy số đĩa Petri nuôi vi sinh vật kiểm
định). Sau đó hấp khử trùng trong 15 phút ở 1 atm. Để nguội khoảng 40 - 50 oC, cấy
một loại vi sinh vật bằng que vào một bình (một vòng que cấy trong 75 mL môi
trường), lắc đều rồi rót ra đĩa Petri (75 mL cho 1 đĩa). Chờ khoảng 2 giờ cho dung
dịch đông lại, dùng khoan nút chai để đục một lỗ chính giữa đĩa (đường kính 1,2
cm) rồi nhỏ mẫu cần khảo sát vào lỗ. Cho các đĩa vào tủ lạnh ở 4 oC trong 15 - 18
giờ để kháng sinh đủ khuếch tán ra xung quanh trước khi vi sinh vật kiểm định phát
triển, sau đó cho vào tủ ấm (30 oC) trong 24 giờ và quan sát nếu có vòng vô khuẩn
thì chứng tỏ mẫu tổng hợp được có khả năng kháng khuẩn.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) [2], [4]
Phổ UV-Vis là loại phổ electron, ứng với mỗi electron chuyển mức năng
lượng ta thu được một vân phổ rộng, là một phương pháp định lượng xác định nồng
độ của các chất thông qua độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch.
Nguyên tắc: Cho chùm ánh sáng có độ dài bước sóng xác định trong vùng
khả kiến (Vis) hay trong vùng tử ngoại gần (UV) đi qua vật thể hấp thụ (thường ở

dạng dung dịch). Dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thụ bởi dung dịch mà suy ra
nồng độ (hàm lượng) của dung dịch đó.
Cường độ tia tới:

I0 = IA + Ir + I

(2.1)


25
Trong đó: Iolà cường độ ban đầu của nguồn sáng; I là cường độ ánh sáng sau
khi đi qua dung dịch; IA là cường độ ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch và I r là
cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch, giá trị này được loại bỏ
bằng cách lặp lại 2 lần đo.
Cường độ hấp thụ bức xạ của 1 chất được xác định dựa trên sự giảm cường
độ chùm bức xạ khi chiếu qua dung dịch chứa chất khảo sát và được chứng minh
bởi định luật hấp thụ ánh sáng của Bouguer-Lambert-Beer.
I0
A = lgεlC
=
I

(2.2)

Trong đó: A là độ hấp thụ hoặc mật độ quang; C là nồng độ mol chất ban đầu
(mol/L); l là bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua (cm); ε là hệ số hấp thụ (nếu
C = 1 mol/L, l = 1 cm thì ε được gọi là hệ số hấp thụ phân tử gam; nếu C = 1%, l =
1 cm thì ε được gọi là hệ số hấp thụ riêng (E)).
Như vậy, độ hấp thụ của dung dịch tỷ lệ với nồng độ (C) và bề dày (l) của
lớp chất khảo sát. Trong luận văn này, phổ UV-Vis được ghi nhận từ thiết bị Jasco

V-630 tại khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Huế. Trong luận văn này, chúng tôi
tiến hành đo UV-Vis tất cả các mẫu tổng hợp được mà không pha loãng và mỗi mẫu
đo độ lặp lại ít nhất là hai lần.
2.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [2], [3], [4]
Kính hiển vi điện tử truyền qua là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn,
sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử
dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần),
ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên màng quang học, hay ghi nhận
bằng các máy chụp kỹ thuật số.
Phương pháp TEM cho bức ảnh chân thực về kích thước hạt của vật liệu.
Nhờ cách tạo ảnh nhiễu xạ, vi nhiễu xạ và nano nhiễu xạ, kính hiển vi điện tử
truyền qua còn cho biết nhiều thông tin chính xác về cách sắp xếp các nguyên tử
trong mẫu, theo dõi được cách sắp xếp đó trong chi tiết từng hạt, từng diện tích cỡ