TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.) VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN HÓA

PHAN MINH PHỤC

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH
CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.)
VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGÀNH HÓA HỌC

2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN HÓA

PHAN MINH PHỤC

TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH
CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.)
VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGÀNH HÓA HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ts. TÔN NỮ LIÊN HƯƠNG

2017


Trường Đại Học Cần Thơ
Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Môn Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
----------

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hướng dẫn: Ts. Tôn Nữ Liên Hương
2. Tên đề tài:
“Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng nước
(Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn”
3. Sinh viên thực hiện: Phan Minh Phục

MSSV: B1303963

4. Nội dung nhận xét:
5. Nhận xét về hình thức của LVTN:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
a. Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị chi tiết và đầy đủ):


Đánh giá về nội dung thực hiện của đề tài:

..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
b. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
c. Kết luận kiến nghị và điểm:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày …. tháng …. năm 2017
Cán bộ hướng dẫn

Ts. Tôn Nữ Liên Hương

i


Trường Đại Học Cần Thơ
Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Môn Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
----------

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hướng dẫn: Ts. Tôn Nữ Liên Hương
2. Tên đề tài:

“Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng nước
(Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn”
3. Sinh viên thực hiện: Phan Minh Phục

MSSV: B1303963

4. Nội dung nhận xét:
5. Nhận xét về hình thức của LVTN:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
d. Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị chi tiết và đầy đủ):


Đánh giá về nội dung thực hiện của đề tài:

..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
e. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
f. Kết luận kiến nghị và điểm:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày …. tháng …. năm 2017
Cán bộ hướng dẫn

Ts. Tôn Nữ Liên Hương

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ,
dạy bảo to lớn từ các thầy, cô, bạn bè và gia đình. Vì vậy, em xin gửi lời cảm
ơn chân thành và sâu sắc nhất đến:
Quý thầy, cô Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là quý thầy, cô Bộ môn
Hóa – Khoa Khoa học Tự nhiên đã truyền đạt những kiến thức quý báu, những
kỹ năng bổ ích trong suốt bốn năm em học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn cô Tôn Nữ Liên Hương đã quan tâm, giúp đỡ,
theo dõi, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt luận
văn của mình.
Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong PTN Hóa dược 2 đã luôn đồng hành,
quan tâm, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến những thành viên trong
gia đình đã luôn luôn ủng hộ, quan tâm, chăm sóc và tạo mọi điều kiện để con
hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày .... tháng .... năm 2017

Phan Minh Phục

iii


TÓM TẮT
Trong đề tài này dung dịch nano bạc được tổng hợp theo phuơng pháp khử
hóa học với chất khử là dịch chiết lá bằng lăng nước

(Lagerstroemia speciosa L.), muối bạc được sử dụng là bạc nitrat (AgNO3).
Kích thước và hình thái của các hạt nano bạc có thể được kiểm soát bởi các
thông số như: môi trường pH, tỉ lệ thể tích dịch chiết với dung dịch bạc nitrat,
nồng độ bạc nitrat, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng.
Quang phổ hấp thụ UV-Vis được sử dụng để xác định sự hiện diện của
nano bạc trong dung dịch sau phản ứng. Đỉnh hấp thụ cực đại của nano bạc sẽ
nằm trong khoảng từ 400 - 420 nm. Kết quả chụp TEM giúp xác dịch được dạng
hình cầu và kích thước các hạt nano bạc từ 20 - 35 nm.
Dung dịch nano bạc có hoạt tính kháng khuẩn tốt với vi khuẩn
Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa.
Từ khóa: bằng lăng nước, Lagerstroemia speciosa L., nano bạc.

iv


Trường Đại Học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Bộ Môn Hóa Học

------

-----

Năm học 2016 – 2017

Đề tài:
TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG TÁC NHÂN KHỬ
DỊCH CHIẾT LÁ BẰNG LĂNG NƯỚC (Lagerstroemia speciosa L.)
VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên
cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận
văn cùng cấp nào khác.

Cần Thơ, ngày …. tháng …. năm 2017

Phan Minh Phục

v


MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN .......................... i
NHẬN XÉT CỦA ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ......................... ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... iii
TÓM TẮT ......................................................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. v
MỤC LỤC ........................................................................................................ vi
DANH SÁCH BẢNG ....................................................................................... ix
DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... xi
Chương 1: GIỚI THIỆU .................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 1

1.3 Nội dung nghiên cứu.................................................................................... 2
Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3
2.1 Sơ lươ ̣c tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới ........................... 3
2.2 Sơ lươ ̣c về công nghệ nano và vật liệu nano ............................................... 4
2.2.1 Sơ lươ ̣c về công nghệ nano ................................................................ 4
2.2.2 Vật liệu nano ...................................................................................... 6
2.2.3 Hạt nano bạc....................................................................................... 8
2.3 Tổng quan về cây bằng lăng nước ............................................................. 18
2.3.1 Phân loại ........................................................................................... 18
2.3.2 Đặc điểm .......................................................................................... 19
2.3.3 Công dụng và thành phần hóa học ................................................... 19
2.4 Phương pháp nghiên cứu nano bạc ............................................................ 21
2.4.1 Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến UV - Vis ..................... 21
2.4.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ........................................... 22
2.5 Giới thiệu vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas
aeruginosa ....................................................................................................... 24
2.5.1 Vi khuẩn Staphylococcus aureus ..................................................... 24

vi


2.5.2 Vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa................................................. 25
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................. 26
3.1 Dụng cụ và hóa chất................................................................................... 26
3.1.1 Dụng cụ và thiết bị ........................................................................... 26
3.1.2 Hóa chất ........................................................................................... 26
3.2 Nguyên liệu tổng hợp................................................................................. 26
3.2.1 Dung dịch ổn định hạt nano bạc ...................................................... 26
3.2.2 Dung dịch bạc nitrat (AgNO3) ........................................................ 27
3.2.3 Dịch chiết lá bằng lăng nước ........................................................... 27

3.3 Điều chế dịch chiết lá bằng lăng nước ....................................................... 27
3.3.1 Xác định độ ẩm ................................................................................ 27
3.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá bằng lăng nước
................................................................................................................... 28
3.4 Định tính các nhóm chức hóa học trong dịch chiết lá bằng lăng nước...... 29
3.4.1 Triterpenoid - steroid ....................................................................... 29
3.4.2 Alkaloid ............................................................................................ 30
3.4.3 Flavonoid ......................................................................................... 30
3.4.4 Saponin............................................................................................. 30
3.4.5 Tannin .............................................................................................. 30
3.5 Khảo sát các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc ...................... 31
3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................. 31
3.5.2 Khảo sát tỉ lệ Vchiết: VAgNO3 .............................................................. 31
3.5.3 Khảo sát nồng độ dung dịch AgNO3................................................ 32
3.5.4 Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc ........................................................ 32
3.5.5 Khảo sát thời gian tạo nano bạc ....................................................... 33
3.6 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc .......................... 33
3.7 Sơ đồ quy trình thực nghiệm tạo nano bạc từ dịch chiết lá bằng lăng nước
.......................................................................................................................... 35
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 36
4.1 Kết quả xác định độ ẩm ............................................................................. 36
4.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá bằng lăng
nước ................................................................................................................. 36

vii


4.2.1 Ảnh hưởng của thời gian chiết ........................................................ 36
4.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng .......................................................... 38
4.3 Kết quả định tính thành phần nhóm chất hóa học trong dịch chiết lá

bằng lăng nước ................................................................................................. 39
4.4 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc .......... 39
4.4.1 Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc ............................................. 39
4.4.2 Khảo sát tỉ lệ Vchiết: VAgNO3 .............................................................. 40
4.4.3 Khảo sát nồng độ dung dịch AgNO3................................................ 41
4.4.4 Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc ........................................................ 42
4.4.5 Khảo sát thời gian tạo nano bạc ....................................................... 44
4.5 Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano bạc ............................................... 45
4.6 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc .......................... 45
4.6.1 Khảo sát hoạt tính kháng vi khuẩn S.aureus của dung dịch nano bạc
................................................................................................................... 45
4.6.2 Khảo sát hoạt tính kháng vi khuẩn P.aeruginosa của dung dịch nano
bạc ............................................................................................................. 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 47
KẾT LUẬN...................................................................................................... 47
KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 48
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 50

viii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [14] ....... 5
Bảng 2.2 Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu [15] .................... 6
Bảng 2.3 Hằng số vật lý của bạc........................................................................ 8
Bảng 2.4 Tổng hợp nano bạc từ vi khuẩn và kích thước hạt tổng hợp [16] .... 15
Bảng 2.5 Tổng hợp nano bạc từ nấm và kích thước hạt nano tổng hợp [16] .. 15
Bảng 2.6 Tổng hợp từ dịch chiết thực vật và kích thước hạt nano tổng hợp [16]
.......................................................................................................................... 16

Bảng 3.1 Thực nghiệm kiểm tra tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc... 34
Bảng 4.1 Kết quả xác định độ ẩm trong lá bằng lăng nước ............................. 36
Bảng 4.2 Điều kiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng chiết lá bằng lăng nước .. 36
Bảng 4.3 Điều kiện khảo sát ảnh hường của thời gian chiết ........................... 36
Bảng 4.4 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng chiết lá bằng lăng
nước ................................................................................................................. 38
Bảng 4.5 Kết quả định tính các nhóm chức hóa học ....................................... 39
Bảng 4.6 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường tạo nano bạc ..... 39
Bảng 4.7 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ Vchiết: VAgNO3 ...................... 40
Bảng 4.8 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch AgNO3 .............. 41
Bảng 4.9 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tạo nano bạc....................... 42
Bảng 4.10 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của thời gian tạo nano bạc ............. 44
Bảng 4.11 Kết quả kháng vi khuẩn S.aureus của dung dịch nano bạc ............ 45
Bảng 4. 12 Kết quả kháng vi khuẩn P.aeruginosa của dung dịch nano bạc ... 46

ix


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Giản đồ về dao động plasmon cho một hạt nano hình cầu. ................ 9
Hình 2.2 Đặc điểm về hình thái cây và hoa bằng lăng nước ........................... 19
Hình 2.3 Công thức hóa học của một số hợp chất trong lá bằng lăng nước. ... 20
Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng cấu tạo của máy quang phổ .................................. 21
Hình 2.5 Phổ chuẩn của các hạt nano bạc với các đường kính khác nhau [18]
.......................................................................................................................... 22
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua. ...................... 23
Hình 2.7 Staphylococcus aureus ...................................................................... 24
Hình 2.8 Pseudomonas aeruginosa ................................................................. 25
Hình 3.1 Sơ đồ thực nghiệm ............................................................................ 35
Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình tạo nano bạc .... 37

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng đến quá trình tạo nano bạc. ..... 38
Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano bạc. ..................... 40
Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của thể tích dịch chiết đến quá trình tạo nano bạc
.......................................................................................................................... 41
Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 đến quá trình tạo
nano bạc. .......................................................................................................... 42
Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano bạc. ............. 43
Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tạo nano bạc. ............ 44
Hình 4.8 Ảnh TEM của hạt nano bạc (thang đo 100 nm). .............................. 45

x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
AAS
AgNPs
UV – Vis
TEM
SEM
XRD
S. aureus
P. aeruginosa
PVA
PVP
LB

Từ viết tắt
Atomic Absorption Spectrophotometric
Silver nanoparticles

Ultraviolet – Visible
Transmission Electron Microscopy
Scanning Electron Microscope
X – ray Diffraction
Staphylococcus aureus
Pseudomonas aeruginosa
polyvinylpyrrolidon
polyvinyl ancol
Luria - Bertani

xi


Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay công nghệ nano phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: y học, sinh học, công nghệ xúc tác, công
nghệ thông tin, quang học, dệt may, mỹ phẩm,… Trong đó công nghệ nano bạc
được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm.
Nano bạc có nhiều tính chất khác hẳn với bạc khối như tính chất quang,
từ, điện… Nhưng đặc trưng nhất của nano bạc là tính kháng khuẩn. Tất cả các
vi khuẩn không đề kháng với kháng sinh bạc, vì thế các hạt nano bạc không bị
mất tác dụng. Ngoài ra, các hạt nano bạc cũng giúp tạo ra các oxygen hoạt tính
từ không khí hoặc nước và từ đó phá hủy màng tế bào của vi khuẩn. Nano bạc
được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, chúng được đưa vào các polymer như
polyetylen (PE), polypropylen (PP), các loại giấy, vải…
Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng nhiều
phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, các phương pháp này lại tạo ra nhiều phụ
phẩm độc hại sau quá trình tổng hợp. Vì vậy, việc sử dụng phương pháp hóa
học xanh là cần thiết để giải quyết vấn đề về môi trường, chẳng hạn như việc

giảm thiểu chất phản ứng hoặc dung môi.
Đề tài “Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng
nước (Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn” nghiên
cứu tổng hợp hạt nano từ dung dịch bạc nitrat với dịch chiết lá bằng lăng nước
và phân tích một số đặc tính của hạt nano bạc tạo thành. Đề tài hướng tới việc
giảm thiểu sử dụng hóa chất và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có là lá bằng
lăng nước để tổ ng hợp nano bạc. Từ đó có thể nâng cao giá trị sử dụng cũng
như tiềm năng khai thác của cây bằng lăng nước.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài “Tổng hợp nano bạc bằng tác nhân khử dịch chiết lá bằng lăng
nước (Lagerstroemia speciosa L.) và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn” bao
gồm các mục tiêu sau:
- Xây dựng quy trình tạo nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân
khử dịch chiết lá bằng lăng nước (Lagerstroemia speciosa L.).
- Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc đối vi khuẩn
Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa.

1


1.3 Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết lá bằng lăng nước.
- Định tính các nhóm chức trong dịch chiết lá bằng lăng nước.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc.
- Xác định đặc tính của dung dịch nano bạc bằng UV – Vis và TEM
- Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc đối với vi khuẩn
Staphylococcus aureus và vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa.

2

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Sơ lươ ̣c tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới
Công nghệ nano là một khoa học mới đang phát triển rất nhanh chóng và
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống như điện tử, hóa
học, y sinh,... Trong đó, nano bạc rất được chú ý vì nano bạc có hoạt tính kháng
khuẩn cao, không độc hại với con người và môi trường.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng
nano bạc như: phân hủy nhiệt tạo ra hạt nano bạc [1], hoạt động kháng khuẩn
phụ thuộc vào hình dáng của nano bạc [2]; tổng hợp và khảo sát các đặc tính
diệt khuẩn của hạt nano bạc [3]; tổng hợp nano bạc từ Fusanrium oxysporium
[4]. Các nghiên cứu cho thấy nano bạc không thể phân biệt giữa các chủng vi
khuẩn khác nhau và do đó có thể tiêu diệt các cả các vi khuẩn có lợi [5]. Nano
bạc gây độc với tế bào hơn so với amiăng [6]. Nano bạc độc hại đối với các loài
thủy sản vì ion bạc có thể tương tác với mang cá và ức chế hoạt động basolateral
Na+, K+- ATPase, gây ức chế osmoregulation trong cá [7],… Mặc dù, những
nghiên cứu này cho rằng nano bạc có thể gây ra độc tính đối với sinh vật. Nhưng
các nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện in vitro là khác biệt so với trong
điều kiện cơ thể và ở nồng độ các hạt nano bạc khá cao.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực nano trên thế giới, trong
nước cũng có khá nhiều đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này. Các nghiên cứu khoa
học tiêu biểu như: chế tạo nano bạc bằng phương pháp hóa ướt ứng dụng diệt
khuẩn E.Coli [8], chế tạo nano bạc bằng phương pháp chiếu xạ, sử dụng
polyvinylpyrrolidone/ chitosan làm chất ổn định [9], nghiên cứu tổng hợp và
đánh giá khă năng khử khuẩn của vật liệu nano bạc mang trên than hoạt tính
[10], nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp Ag-nano/ carbon nanotubes (CNTs)/
cotton và ứng dụng trong xử lý nước nhiễm khuẩn [11], nghiên cứu chế tạo hạt
Ferit gatnet R3Fe5O12 (R=Y, Gd, Dy) có kích thước Nanomet [12], nghiên cứu
cấu trúc và tính chất của vật liệu nano – composite từ polyester bão hòa và đất
sét biến tính bằng poly (Ethylene Oxid) [13],…

3


2.2 Sơ lươ ̣c về công nghệ nano và vật liệu nano
2.2.1 Sơ lươ ̣c về công nghệ nano
2.2.1.1 Khái niệm
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 nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m). Ở kích thước nano,
vật liệu sẽ có những tính chất 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.
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.
2.2.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Khoa học và công nghệ nano là một trong những thuật ngữ được sử dụng
rộng rãi nhất trong khoa học vật liệu ngày nay. Bởi vì, đối tượng là vật liệu
nano. Vật liệu nano có những tính chất khác hẳn với các tính chất của vật liệu
khối đã được nghiên cứu trước đó. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano
so với vật liệu khối dựa trên 2 hiện tượng sau:
Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và
tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng.
Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu. Nếu gọi ns là số
nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ giữa hai con
số trên sẽ là: ns = 4n2/3
Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là:
f = ns/n = 4/n1/3 = 4ro/r
Trong đó: ro là bán kính của nguyên tử.

r là bán kính của hạt nano.

4


Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f tăng lên. Do
nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các
nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu
ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng
lên do tỉ số f tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng
lên đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không
có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một
hàm liên tục.
Qua Bảng 2.1 cho biết một số giá trị của hạt nano hình cầu. Với một hạt
nano có đường kính 5 nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 3000 nguyên tử, tỉ
số f là 40%, năng lượng bề mặt là 8,16×1011 và tỉ số năng lượng bề mặt trên
năng lượng toàn phần là 14,3%. Tuy nhiên, các giá trị vật lí giảm đi một nửa
khi kích thước của hạt nano tăng gấp hai lần lên 10 nm.
Bảng 2.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [14]
Đường kính
hạt nano
(nm)
10
5
2
1

Số nguyên tử
40.000
3.000

250
30

Tỉ số
nguyên tử
trên bề mặt
(%)
20
40
80
90

Năng
lượng trên
bề mặt
(erg/mol)
4,8.1011
8,6.1011
2,04.1011
9,23.1012

Năng lượng
bề mặt/ Năng
lượng tổng
(%)
7,6
14,3
35,3
82,2

Hiệu ứng kích thước
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích
thước, gọi là kích thước tới hạn. Nếu vật liệu nhỏ hơn kích thước này thì tính
chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. 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 vật
liệu. Các tính chất khác như tính chất điện, từ, quang và các tính chất hóa học
khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm.

5


Bảng 2.2 Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu [15]
Tính chất
Điện

Từ

Quang

Cơ
Xúc tác
Siêu phân tử
Miễn dịch

Thông số
Độ dài đặc trưng (nm)
Bước sóng điện từ
10 - 100
Quãng đường tự do trung bình không
1 - 100

đàn hồi
Hiệu ứng đường ngầm
1 - 10
Vách đômen, tương tác trao đổi
10 - 100
Quãng đường tán xạ pin
1 - 100
Giới hạn siêu thuận từ
5 - 10
Hố lượng tử (bán kính Bohr)
1 - 100
Độ dài suy giảm
10 - 100
Độ sâu bề mặt kim loại
10 - 100
Hấp thụ Plasmon bề mặt
10 - 500
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
Hình học topo bề mặt
1 - 10
Độ dài Kuhn

1 - 100
Cấu trúc nhị cấp
1 - 10
Cấu trúc tam cấp
10 - 1000
Nhận biết phân tử
1 - 10

2.2.2 Vật liệu nano
2.2.2.1 Khái niệm
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet.
Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano. Tính chất của vật liệu nano
phụ thuộc vào kích thước của chúng, cỡ nanomet đạt tới kích thước tới hạn của
nhiều tính chất lý hóa của vật liệu thông thường. Vật liệu nano có kích thước từ
vài nanomet đến vài trăm nanomet tùy thuộc vào phương pháp chế tạo và ứng
dụng của chúng.
2.2.2.2 Phân loại vật liệu nano
Có nhiều cách phân loại vật liệu nano, mỗi cách phân loại cho ra rất
nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn các khái niệm. Sau đây là một vài
cách phân loại thường dùng.

6


Phân loại theo hình dáng của vật liệu
Vật liệu nano không chiều là vật liệu mà cả ba chiều đều có kích thước
nano, ví dụ đám nano, hạt nano.
Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều tự do, hai chiều có
kích thước nano. Ví dụ dây nano, ống nano.
Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều tự do, một chiều có

kích thước nano, ví dụ màng mỏng (có chiều dày kích thước nano).
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nano composite trong đó chỉ
có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không
chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Phân loại theo tính chất vật liệu
Thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano như vật liệu nano kim loại, vật
liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học,…
Ngoài ra có thể phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai
khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ, với đối tượng là “hạt nano
kim loại”. trong đó “hạt” được phân loại theo hình dáng, “kim loại” được phân
loại theo tính chất hoặc “vật liệu nano từ tính sinh học” trong đó cả “từ tính” và
“sinh học” đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất.
2.2.2.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano
Phương pháp từ trên xuống (top - down): là phương pháp tạo vật liệu
nano từ vật liệu khối ban đầu.
Nguyên lý: phương pháp này sử dụng kỹ thuật nghiền hoặc biến dạng để
biến vật liệu có kích thước lớn về kích thước nano.
Ưu điểm: đơn giản, khá hiệu quả, có thể tạo ra một lượng lớn vật liệu nano
với hạt nano có kích thước tương đối nhỏ 10 – 100 nm.
Khuyết điểm: tính đồng nhất của các hạt nano không cao, có thể tạo nên
khuyết tật ở cấu trúc bề mặt hạt nano, tốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức
tạp.
Phương pháp từ dưới lên (bottom - up): tạo hạt nano từ các ion hoặc
các nguyên tử kết hợp lại với nhau. Đây là phương pháp 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 hoặc ion. Các nguyên tử hay ion khi được xử lí bởi các tác
nhân vật lý hoặc hóa học sẽ kết hợp với nhau tạo thành hạt nano.
7

Ưu điểm: tạo ra các hạt nano có tính đồng nhất cao, có kích thước tương đối
nhỏ và đồng đều. Tạo ra ít các khuyết tật trên cấu trúc bề mặt hạt nano và trang
thiết bị đơn giản.
Khuyế t điểm: Chỉ tạo ra được một lượng nhỏ vật liệu nano.
2.2.3 Hạt nano bạc
2.2.3.1 Giới thiệu về kim loại bạc
Bạc được sử dụng trong hàng nghìn năm để trang trí và như đồ dùng gia
đình, để buôn bán và làm cơ sở cho nhiều hệ thống tiền tệ. Trong một thời gian
dài nó được coi là kim loại quý thứ hai sau vàng bởi những đặc tính quý giá của
nó.
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] 4d105s1.
Trạng thái oxi hóa ổn định nhất của bạc là +1 (chẳng hạn như bạc nitrat:
AgNO3) và ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có số oxi hoá +2. Trong
tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là 107Ag (52%) và 109Ag (48%).
Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính
dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất, có giá trị điện trở thấp nhất trong các kim loại.
Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan trong một
số axit mạnh như acid nitric, acid sufuric đặc nóng,…
Bảng 2.3 Hằng số vật lý của bạc
Màu
Trắng

Nhiệt độ
nóng chảy
(ºC)
960

Nhiệt
độ sội
(ºC)
2167

Nhiệt độ
thăng hoa
(KJ/mol)
283,6

Tỷ
khối
10,50

Độ cứng
thang
moxo
2,7

Độ dẫn
điện
Hg =1
59

Độ dẫn
nhiệt
Hg = 1
49

Bạc là kim loại quý có giá trị lâu dài, được sử dụng làm đồng tiền xu, đồ

trang sức, chén đũa và các đồ dùng trong gia đình và như một khoản đầu tư ở
dạng tiền xu và nén. Kim loại bạc được dùng trong công nghiệp làm chất dẫn
và tiếp xúc, trong gương và trong điện phân của các phản ứng hóa học. Các hợp
chất của được dùng trong phim ảnh. Bạc nitrat pha loãng được dùng làm chất
tẩy khuẩn. Các ứng dụng trong y học của bạc đã và đang được nghiên cứu lâm
sàng.

8


2.2.3.2 Giới thiệu về nano bạc
Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện
tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các
bạc ở dạng khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn.
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng
này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano
bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.

Hình 2.1 Giản đồ về dao động plasmon cho một hạt nano hình cầu.
( />
Plasmon bề mặt là những sóng điện từ được truyền dọc theo giao diện kim
loại - điện môi. Đơn giản hơn, ta có thể định nghĩa: plasmon bề mặt là sự dao
động của điện tử tự do ở bề mặt của hạt nano với sự kích thích của ánh sáng tới.
Cường độ điện trường của plasmon bề mặt giảm theo hàm mũ khi xa dần giao
diện kim loại - điện môi.
Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích các electron tự
do bên trong vùng dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động đồng pha. Khi kích
thước của một tinh thể nano kim loại nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới, hiện
tượng cộng hưởng plasmon bề mặt xuất hiện.
Nano bạc có đặc tính kháng khuẩn và ngăn ngừa vi khuẩn phát sinh tới

99,99%, lợi ích hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm kháng khuẩn khác. Nano
bạc sẽ kết hợp với các bức tường tế bào của vi khuẩn gây bệnh, sau đó sẽ trực
tiếp nhận được bên trong vi khuẩn và nhanh chóng kết hợp với sulphydryl
(-SH) của enzyme chuyển hóa oxi để diệt chúng, để chặn đường hô hấp và quá
trình trao đổi chất và làm nghẹt thở vi khuẩn.

9


2.3.3.3 Tính chất hạt nano bạc
Hạt nano kim loại có hai tính chất khác biệt so với vật liệu khối đó là hiệu
ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Tuy nhiên, do đặc điểm các hạt nano có tính
kim loại, tức là có mật độ điện tử tự do lớn thì các tính chất thể hiện có những
đặc trưng riêng khác với các hạt không có mật độ điện tử tự do cao.
a. Tính chất quang học
Nano bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các
màu sắc khác nhau đã từ rất lâu. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng
cộng hưởng Plasmon bề mặt do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ ánh sáng
chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động
dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các
dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút
mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ
hơn kích thước.
Ngược lại, khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường thì hiện
tượng ngắt điện không còn mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng
kích thích. Vì vậy, tính chất quang của hạt nano là do sự dao động của các điện
tử dẫn đến quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động các điện
tử sẽ phân bố trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực tạo thành điện lưỡng
cực. Xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các yếu tố
về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài

ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì
hạt dạng tự do.
b. Tính chất điện
Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật
độ điện tử tự do cao. Đối với vật liệu khối, độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng
lượng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các
sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng
(phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác
dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR,
trong đó R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm cho thấy đường I - U là một
đường tuyến tính. Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do
giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng
tử hóa này đối với hạt nano là I - U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một
hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường
I - U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và
10


e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng
nối hạt nano với điện cực.
c. Tính chất từ
Các kim loại có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự cho nhận cặp điện
tử. Khi vật liệu kích thước nhỏ thì sự cho nhận trên sẽ không bền và vật liệu có
tính từ tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các
kim loại chuyển tiếp sắt, côban, niken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự
sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ.
d. Tính chất nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa
các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một
số các nguyên tử lân cận nhất định có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên

tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở
bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn.
Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.
e. Tính chất xúc tác
Hạt nano có số lượng nguyên tử hoạt động trên bề mặt lớn hơn so với kim
loạị. Vì vậy, hạt nano sử dụng trong xúc tác sẽ tốt hơn so với các chất rắn thông
thường. Hạt nano có cấu trúc chặt chẽ về kích thước với lượng lớn các nguyên
tử có trên bề mặt. Xác định sự tập trung các nguyên tử bằng công thức:
Ps = 4N(-1/3)×100
Trong đó: Ps: tỉ số của số nguyên tử trên bề mặt
N: Tổng số nguyên tử trong hạt vật liệu
Một hạt nano với 13 nguyên tử ở cấu hình lớp vỏ ngoài thì có tới 12 nguyên
tử trên bề mặt và chỉ một ở phía trong. Hạt nano bạc 3 nm có chứa khoảng 1000
nguyên tử thì có 40% tổng số nguyên tử trên bề mặt. Hạt có đường kính 150 nm
chứa khoảng 107 nguyên tử thì có khoảng 1% nguyên tử trên bề mặt.
Với hiệu ứng bề mặt, sự thay đổi khả năng phản ứng của hạt nano từ hiệu
ứng điện tử. Sự thay đổi này trong cấu trúc điện tử có thể làm tăng hoạt tính xúc
tác đặc biệt trong hạt nano mà khác rất nhiều so với hiệu ứng ở vật liệu khối.

11


Phổ quang học chỉ ra rằng cấu trúc điện tử của kim loại nhỏ hơn khoảng 5
nm so với vật liệu khối. Một lượng nhỏ các nguyên tử kéo theo kết quả của sự
thành lập các dải electron với phạm vi của các electron hóa trị lớn hơn, và trong
vùng nhỏ hơn của dải hóa trị. Sự biến đổi năng lượng và cấu trúc điện tử được
phát ra bởi độ cong bề mặt của hạt nano kim loại làm tăng độ co bóp của hàng
rào so với vật liệu khối. Hằng số hàng rào nhỏ hơn là nguyên nhân làm thay đổi
trung tâm của dải d tới những năng lượng cao hơn, làm tăng khả năng phản ứng
của bề mặt chất bị hút bám.

Có sự gia tăng một số cạnh và góc trong hàng rào kim loại và điều này có
thể làm cho phản ứng khác so với bề mặt phẳng của kim loại. Sự gia tăng phản
ứng tại những vị trí sắp xếp hụt của các hạt có thể rất lớn, nó quyết định một
mức độ rất lớn hoạt tính xúc tác của vật liệu, mặc dù sự tập trung này là rất thấp.
Những hạt nano của một dãy lớn của sự chuyển tiếp giữa kim loại và oxit
kim loại đã được tìm thấy những hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào kích thước hạt.
Điều này đang được nghiên cứu. Hình dạng, sự ổn định và sắp xếp của các hạt
đã được chứng minh có ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác. Trong các ứng dụng cụ
thể của hạt nano, hoạt tính xúc tác cần đến một chất nền phù hợp để ổn định,
bảo vệ, ngăn ngừa sự kết tụ và có thể thu hồi lại. Hiện nay, sự quan tâm trong
việc tìm kiếm các phương pháp có hiệu quả để chế tạo vật liệu xúc tác có hạt
nano với các chất nền như các oxit vô cơ, nhôm, silica và titan hay các polyme.
f. Tính kháng khuẩn của nano bạc
Vật liệu nano bạc vừa kết hợp được những tính chất ưu việt của vật liệu
nano, vừa kết hợp được những tính chất quý báu của Ag kim loại nên có rất
nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, một ứng dụng quan trọng của nano bạc
đó là hoạt tính diệt khuẩn của nó. Nhiều công trình khoa học nghiên cứu giải
thích hoạt tính diệt khuẩn của bạc. Tuy nhiên, cơ chế chính xác của bạc và ion
Ag+ tấn công vào vi sinh vật như thế nào thì không thực sự rõ ràng. Hiện nay,
các nhà khoa học đưa ra 3 giả thiết về cơ chế diệt khuẩn:
- Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh,
đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin (-SH) của enzym
chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa enzyme làm ức chế quá trình hô hấp của vi
khuẩn.
- Ag+ ngăn cản quá trình hô hấp của các vi sinh vật, virus do Ag+ có khả
năng ức chế các enzim tham gia vào quá trình hô hấp như xitocrom, oxidaza,
các muối của sucxinat dehydrogenaza…

12