CHẾ TẠO NANO BẠC – ALGINATE ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT RAU SẠCH BẰNG CANH TÁC THỦY CANH

 
 

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHẾ TẠO NANO BẠC – ALGINATE ỨNG DỤNG
TRONG SẢN XUẤT RAU SẠCH BẰNG
CANH TÁC THỦY CANH
Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: LÊ THỊ NHƯ THẢO

Niên khóa

: 2006 – 2010

Tháng 07 năm 2010


 
 

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHẾ TẠO NANO BẠC – ALGINATE ỨNG DỤNG
TRONG SẢN XUẤT RAU SẠCH BẰNG
CANH TÁC THỦY CANH

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS. LÊ QUANG LUÂN

LÊ THỊ NHƯ THẢO

Tháng 07-2010


 
 

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên con muốn nói lời cảm ơn đến ba má, chị, anh và hai em thật nhiều
đã luôn động viên, ủng hộ con đường mà con đã chọn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ
Chí Minh – Bộ môn Công nghệ Sinh học đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em
những kiến thức khoa học, kiến thức chuyên ngành và những kinh nghiệm quý báu
trong suốt quá trình học tại trường. Giúp chúng em có những kiến thức bước vào đời.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy TS. Lê Quang Luân người đã

định hướng đề tài, hướng dẫn và luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành tốt
khóa luận tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn PGS TS. Nguyễn Quốc Hiến và chị Kim Lan trung tâm
VINAGAMMA đã hướng dẫn và tạo điều kiện cho em trong quá trình làm việc tại
trung tâm.
Em xin gửi lời cảm ơn đến cô Thu Hà, chị Phương Uyên Phòng Sinh học Trung
tâm Hạt nhân Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đề tài này. Em
cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị đang làm việc tại Công ty Cổ Phần Sài gòn
Thủy canh đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất và giúp đỡ cho em trong quá trình thực
tập tại Công ty.
Xin cảm ơn bạn Thanh, bạn Khôi, bạn Lộc và các bạn lớp DH06SH đã giúp đỡ
tôi trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.
Do hạn chế về thời gian và kiến thức nên khóa luận sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để
khóa luận được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2010
Sinh viên
Lê Thị Như Thảo.

i


 
 

TÓM TẮT

Nhiều nghiên cứu gần đây đã chứng minh được Alginate xử lý cắt mạch bằng
phương pháp bức xạ là một chất kích thích tăng trưởng an toàn và hiệu quả đối với cây
trồng. Bên cạnh đó, Nano Bạc có tác dụng kháng khuẩn cao ở nồng độ rất thấp. Nếu

như chế tạo được Alginate và Nano Bạc ứng dụng trong canh tác thủy canh sản xuất
rau sạch không những có tác dụng tăng trưởng cho cây trồng do tác dụng Alginate cắt
mạch bức xạ mà còn có tác dụng hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do sự hiện diện
của Nano Bạc.
Trong đề tài này, Nano Bạc được chế tạo bằng kỹ thuật bức xạ với nguồn xạ
gamma Co-60. Đồng thời, sử dụng Alginate làm chất ổn định với suất liều 1,3 kGy/h.
Nano Bạc – Alginate có kích thước hạt Bạc Nano 4 nm sau khi chế tạo được sẽ được
sử dụng để khảo sát nồng độ sử dụng trên rau mầm cải củ và rau thủy canh. Khi đã xác
định được nồng độ tối ưu nhất cho cây chúng tôi tiếp tục xác định sự ảnh hưởng của
kích thước hạt Nano lên sự phát triển của cây trồng.
Đã chế tạo được Nano Bạc bằng phương pháp chiếu xạ sử dụng Alginate làm
chất ổn định có kích thước hạt là 4 nm bằng phương pháp chiếu xạ Co-60.Tìm được
nồng độ Nano Bạc – Alginate tối ưu bổ sung cho mục đích trồng rau mầm là 1 ppm và
rau thủy canh là 0,5 ppm. Sản phẩm Nano Bạc – Alginate chế tạo được rất có triển
vọng trong sản xuất rau sạch bằng canh tác thủy canh.
Từ khóa: Nano Bạc – Alginate, Thủy canh, Kỹ thuật bức xạ, Công nghệ Nano.

ii


 
 

SUMMARY
Name of study: Preparation silver Nano particles by γ-irradiation using Alginate
stabilizer its application for clean vegetable production using hydroponic culture.
Several recent researches indicated that Alginate dedrated by irradiation methol
was a safe and effective plant growth promoter. In addition, Silver Nano has ability of
antimicrobial at very low concentration. If the silver Nano – Alginate can be prepare
and applied in hydroponics, the product not only promote the growth of plant due to

the present of Alginate, but also inhibite the growth of microbial due to the effect of
silver Nano.
In this study, silver Nano – Alginate particles was prepared by γ-irradiation
using Alginate stabilizer with a dose of rate 1.3 kGy/h. Silver Nano – Alginate has size
of silver Nano particles about 4 nm after preparing was used for testing of the effect
concentration on the growth vegetable seeding and vegetable hydroponics the selected
optimal concentration was use to test size effect of Nano particles on the growth and
development of plants.
The Silver Nano particles with diameter 4 nm by γ-irradiation Co-60 was
successfully prepared Alginate stabilizer.The optimal concentrations of prepared
Silver Nano particles were found about 1 ppm for vegetable seeding and 0.5 ppm for
vegetable in hydroponics culture.The Silver Nano particles prepare by γ- irradiation
using Alginate stabilizer is a potential material for clean vegetable production using
hydroponics techniques.
Keywords: Nano Bạc – Alginate, Hydroponic, Radiation processing, Nanotechnology.

iii


 
 

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn ..............................................................................................................……..i
Tóm tắt .............................................................................................................................ii
Summary ........................................................................................................................ iii
Mục lục ........................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt .............................................................................................vii
Danh sách các bảng ..................................................................................................... viii

Danh sách các hình ......................................................................................................... ix
Chương 1 Mở đầu .......................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................... 2
1.3. Nội dung thực hiện ................................................................................................... 2
Chương 2 Tổng quan tài liệu ........................................................................................ 3
2.1. Công nghệ Nano ....................................................................................................... 4
2.1.1. Xu hướng của khoa học ứng dụng hiện nay .......................................................... 4
2.1.2. Các khái niệm về khoa học, công nghệ và vật liệu Nano...................................... 4
2.1.3. Cơ sở khoa học của Công nghệ Nano ................................................................... 5
2.1.4. Phương pháp chế tạo vật liệu Nano ....................................................................... 6
2.1.5. Ứng dụng của công nghệ Nano ............................................................................. 7
2.2. Nano Bạc – Alginate ............................................................................................... 8
2.2.1. Khái niệm về Nano Bạc ........................................................................................ 8
2.2.2. Alginate ................................................................................................................ 9
2.2.3. Công nghệ bức xạ .................................................................................................. 9
2.2.4. Chế tạo keo Nano Bạc bằng phương pháp khử hóa bức xạ ................................ 11
2.2.5. Ứng dụng của Nano Bạc .................................................................................... 11
2.3. Công nghệ nuôi trồng Thủy canh ........................................................................... 12
2.3.1. Khái niệm thủy canh ............................................................................................ 12
2.3.2. Lịch sử phát triển ................................................................................................. 13
iv


 
 

2.3.3. Những yêu cầu cơ bản của kỹ thuật thủy canh ................................................... 14
2.3.4. Phân loại thủy canh ............................................................................................. 14
2.3.4.1. Kỹ thuật thủy canh dịch lỏng............................................................................ 15

2.3.4.2. Thủy canh có sử dụng giá thể rắn ..................................................................... 20
2.4.5. Ưu và nhược điểm trong sản xuất bằng phương pháp thủy canh ........................ 23
2.4.5.1. Ưu điểm ............................................................................................................ 23
2.4.5.2. Nhược điểm ...................................................................................................... 24
2.4.6. Tình hình phát triển Công nghệ thủy canh trên thế giới và tại Việt Nam ........... 24
Chương 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ...... ................................................ 27
3.1. Thời gian và địa điểm ............................................................................................. 27
3.2. Vật liệu thí nghiệm ................................................................................................. 27
3.2.1. Giống ................................................................................................................... 27
3.2.2. Giá thể trồng cây ................................................................................................. 27
3.2.3. Hóa chất ............................................................................................................... 27
3.2.4. Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................................. 30
3.2.5. Điều kiện thí nghiệm .......................................................................................... 30
3.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 30
3.3.1. Chế tạo Nano Bạc -Alginate bằng phương pháp chiếu xạ Co-60 ....................... 30
3.3.2. Xác định đặc trưng của Nano Bạc – Alginate ..................................................... 31
3.3.3. Khảo sát hiệu ứng của Nano Bạc – Alginate trên rau thủy canh........................ 31
3.3.3.1. Khảo sát hiệu ứng của Nano Bạc – Alginate trên rau mầm cải củ ................... 32
3.3.3.2. Khảo sát hiệu ứng của Nano Bạc – Alginate trên rau thủy canh...................... 34
3.4. Pháp xử lý số liệu ................................................................................................... 38
Chương 4 Kết quả và thảo luận ................................................................................. 39
4.1.1. Chế tạo Nano Bạc – Alginate bằng kỹ thuật bức xạ Co-60 ................................ 39
4.1.2. Hiệu ứng tăng trưởng.......................................................................................... 41
4.1.2.1. Hiệu ứng tăng trưởng của Nano Bạc ................................................................ 41
4.1.2.2. Hiệu ứng tăng trưởng của Nano Bạc – Alginate .............................................. 46
4.2.1. Sản phẩm Nano Bạc ........................................................................................... 58
4.2.2. Hiệu ứng tăng trưởng của Nano Bạc – Alginate trên rau thủy canh ................... 60
v

 
 

4.2.2.1. Hiệu ứng tăng trưởng........................................................................................ 60
4.2.2.2. Hiệu ứng tăng trưởng của Nano ....................................................................... 60
Chương 5 Kết luận và đề nghị .................................................................................... 65
5.1. Kết Luận ................................................................................................................. 65
5.2. Đề nghị ................................................................................................................... 65
Tài liệu tham khảo .............................................................................................................

vi


 
 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
λmax

: Bước sóng hấp thụ cực đại

ATVSTP

: Vệ sinh an toàn thực thực phẩm

BVTV

: Bảo vệ thực vật

CNNN

: Công nghệ Nano

CNSH

: Công nghệ sinh học

ĐC

: Đối chứng

EPA

: Environmental protection agency

FDA

: Food and drug administration

NLNT

: Năng lượng nguyên tử

SIAA

: Society of industrial technology

SVĐC

: So với đối chứng

TEM

: Transmission electron microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua)

vii


 
 

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Các nghiệm thức trong thí nghiệm ................................................................ 33
Bảng 3.2 Các nghiệm thức trong thí nghiệm ảnh hưởng .............................................. 34
Bảng 3.3 Các nghiệm thức trong thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ ............................... 36
Bảng 3.4 Các nghiệm thức trong thí nghiệm ảnh của kích thước hạt Nano Bạc .......... 37
Bảng 4.1 Đặc trưng của Nano Bạc – Alginate trước và sau khi chiếu xạ..................... 41
Bảng 4.2 Sự sinh trưởng của rau mầm .......................................................................... 42
Bảng 4.3 Sự ảnh hưởng của ra mầm Cải củ .................................................................. 44
Bảng 4.4 Hàm lượng chất khô ...................................................................................... 51
Bảng 4.5 Chỉ tiêu về chất lượng vi sinh ........................................................................ 58 

viii


 
 

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT) ....................................................... 16
Hình 2.2 Mô hình kỹ thuật dòng sâu ............................................................................ 17
Hình 2.3 Kỹ thuật dòng sâu (DFT) theo kiểu zigzag .................................................... 18
Hình 2.4 Mô hình kỹ thuật ngâm rễ .............................................................................. 19
Hình 2.5 Mô hình kỹ thuật nổi ...................................................................................... 19
Hình 2.6 Mô hình kỹ thuật mao dẫn ............................................................................. 20
Hình 2.7 Mô hình kỹ thuật khí canh ............................................................................. 20
Hình 2.8 Mô hình kỹ thuật túi treo ............................................................................... 21
Hình 2.9 Mô hình kỹ thuật túi tăng trưởng ................................................................... 20
Hình 2.10 Mô hình kỹ thuật rảnh.................................................................................. 23
Hình 2.11 Mô hình kỹ thuật chậu ................................................................................. 23
Hình 3.1 Phổ UV – VIS của mẫu Ag+/Alginate ........................................................... 28
Hình 3.2 Đặc trưng về kích thước của hạt Nano Bạc .................................................. 39
Hình 3.3 Mô hình thủy canh tĩnh .................................................................................. 35
Hình 4.1 Phổ UV-Vis của mẫu Ag+/Alginate trước khi .............................................. 39
Hình 4.2 Ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt Nano Bạc ...................................... 40  
Hình 4.3 Ảnh hưởng của Nano Bạc – Alginate ........................................................... 43 
Hình 4.4 Ảnh hưởng của Nano Bạc – Alginate có kích thước ..................................... 45
Hình 4.5 Ảnh hưởng của nồng độ Nano Bạc – Alginate ............................................ 47 
Hình 4.6 Cây Cải xanh sau 12 ngày trồng .................................................................... 48 
Hình 4.7 Cải xanh sau 35 ngày gieo trồng.................................................................... 48
Hình 4.8 Ảnh hưởng của nồng độ Nano Bạc – Alginate lên ....................................... 49
Hình 4.9 Cải ngọt sau 35 ngày ..................................................................................... 49 
Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ Nano Bạc – Alginate ............................................ 50
ix


 
 

Hình 4.11 Xà lách sau 35 ngày gieo trồng.................................................................... 51
Hình 4.12 Ảnh hưởng của kích thước hạt Nano Bạc .................................................... 53
Hình 4.13 Cây Cải xanh ............................................................................................... 54
Hình 4.14 Ảnh hưởng của kích thước........................................................................... 55
Hình 4.15 Cây Cải ngọt ................................................................................................ 55
Hình 4.16 Ảnh hưởng của ích thước hạt ....................................................................... 56
Hình 4.17 Cây Xà lách sau 35 ngày gieo trồng ............................................................ 57

x


 
 

Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Rau – quả là một trong các loại thực phẩm không thể thiếu trong khẩu phần ăn
hàng ngày của mỗi người, đặc biệt là người dân Châu Á. Khi đời sống người dân được
nâng cao thì nhu cầu về thực phẩm nói chung không những đa dạng, có màu sắc và
mùi vị đặc trưng dễ nhận thấy mà còn quan tâm đến chất lượng bên trong. Riêng về
rau không chỉ phải tươi, ngon, hấp dẫn mà còn phải an toàn. Điều này đòi hỏi nhà sản
xuất phải đổi mới tập quán sản xuất, thay đổi công nghệ và thiết bị để tạo ra các sản
phẩm phù hợp với nhu cầu người tiêu dùng. Rau không sạch – mất an toàn, nghĩa là dư
lượng thuốc bảo vệ thực vật, các hoá chất bất lợi và các vi sinh vật gây bệnh trong rau
vượt ngưỡng cho phép gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của người tiêu dùng.
Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa đang dần dần làm thu hẹp diện tích đất
dành cho canh tác nông nghiệp, đặc biệt là tại các khu đô thị và khu vực đông dân cư.
Nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng rau của người tiêu dùng, người trồng rau thường tìm
cách tăng năng suất và sản lượng bằng nhiều biện pháp khác như: dùng phân bón hóa
học, chất kích thích sinh trưởng thực vật vượt mức cho phép hoặc thuốc trừ sâu để

kiểm soát sâu bệnh, v.v.
Trong những thập kỷ gần đây, nông nghiệp Việt Nam có bước phát triển mạnh
mẽ và đạt được những thành tựu đáng kể về năng suất, sản lượng, chủng loại và quy
mô sản xuất, v.v.; đã tạo ra một khối lượng sản phẩm nông nghiệp rất lớn đảm bảo tiêu
dùng trong nước và xuất khẩu. Tuy nhiên, nền nông nghiệp nước ta đang đứng trước
những thách thức đó là: vấn đề ô nhiễm môi trường, đất đai bạc màu, suy giảm đa
dạng sinh học, ngộ độc thuốc bảo vệ thực vật ở người, bùng phát sâu bệnh do sự phá
hủy hệ sinh thái do sử dụng quá nhiều hóa chất.
Để khắc phục những nhược điểm trên, nông nghiệp nước ta đang từng bước
chuyển dịch sản xuất nông nghiệp sang sản xuất nông nghiệp an toàn, nông nghiệp
hữu cơ. Trên thị trường, người dân đã biết đến và đang làm quen dần với các sản phẩm
nông sản như: rau, quả và thực phẩm an toàn. Hiện nay, vấn đề thực phẩm sạch được
người dân đặc biệt chú ý quan tâm, vì nó liên quan trực tiếp đến sức khoẻ con người.
1


 
 

Vệ sinh an toàn thực phẩm (VSATTP) đối với nông sản nhất là rau xanh đang
được xã hội đặc biệt quan tâm. Vì rau là thực phẩm không thể thiếu trong mỗi bữa ăn
hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, chất khoáng, vi lượng, chất xơ, v.v. cho cơ thể
con người. Việc ô nhiễm vi sinh vật, hóa chất độc hại, kim loại nặng và thuốc bảo vệ
thực vật (BVTV) tồn dư trên rau, đặc biệt là rau ăn lá đã gây ảnh hưởng không nhỏ
trước mắt cũng như lâu dài đối với sức khỏe cộng đồng. Để đáp ứng nhu cầu của
người dân thì rau an toàn phải đảm bảo các yêu cầu về chất lượng như tiêu chuẩn về
hóa chất bảo vệ thực vật, NO-3, kim loại nặng, chỉ tiêu vi sinh, ký sinh trùng và chỉ tiêu
hình thái.
Nhiều nước tiên tiến trên thế giới và một số nước trong khu vực (Đài Loan,
Trung Quốc, Thái Lan, Hàn Quốc, v.v.) đã và đang sử dụng công nghệ sản xuất rau –

quả sạch bằng nhiều biện pháp khác nhau như trồng trong nhà kính hoặc nhà lưới, thủy
canh. Thủy canh được đánh giá là phương pháp hiệu quả và an toàn. Tuy nhiên, môi
trường sử dụng trong thủy canh là môi trường tối ưu cho cây phát triển, không chỉ bao
gồm đầy đủ các nguyên tố đa lượng và vi lượng mà cả yếu tố pH cũng được điều chỉnh
cho phù hợp, và do đó vi sinh vật cũng dễ phát triển nếu như ta không có phương pháp
hạn chế chúng. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy Alginate được xử lý cắt mạch bằng
phương pháp bức xạ được khẳng định là một chất kích thích tăng trưởng an toàn và
hiệu quả đối với cây trồng. Bên cạnh đó, Nano Bạc có tác dụng kháng khuẩn cao ở
nồng độ rất thấp. Vì vậy nếu như chế tạo được Alginate và Nano Bạc ứng dụng trong
canh tác thủy canh sản xuất rau sạch không những có tác dụng tăng trưởng cho cây
trồng do tác dụng Alginate cắt mạch bức xạ mà còn có tác dụng hạn chế sự phát triển
của vi sinh vật do sự hiện của Nano Bạc .
Vấn đề đặt ra hiện nay là tìm kiếm nguồn vật liệu thay thế cho thuốc bảo vệ và
nguồn vật liệu này vẫn đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm. Đây là vấn đề
đang được các nhà khoa học rất chú trọng hiện nay. Điều đó cho thấy việc sử dụng
Nano Bạc – Alginate là nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao do Nano Bạc – Alginate
không chỉ có hoạt tính sát khuẩn cao, mà còn là chất kích thích tăng trưởng giúp cây
trồng phát triển nhanh chóng. Sản phẩm nếu thành công sẽ là vật liệu có tính ưu việt
cao, có khả năng kháng vi sinh vật trùng cao dùng trong hệ thống thuỷ canh, nếu
2


 
 

chúng ta sử dụng hệ thống lọc cặn khử trùng bằng UV hoặc hoá chất thì rất là tốn kém,
độc hại và bất lợi.
Trên tinh thần tìm hiểu về chất sát khuẩn và kích thích tăng trưởng Nano Bạc –
Alginate được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ Gamma Co-60, cũng như nhận thấy
khả năng ứng dụng thực tiễn cao của nghiên cứu này, và dưới sự hướng dẫn của TS.

Lê Quang Luân – Trung tâm Hạt nhân Tp. Hồ Chí Minh, tôi thực hiện đề tài: “Chế tạo
Nano Bạc – Alginate ứng dụng trong sản xuất rau sạch bằng canh tác thủy canh ”.
1.2. Yêu cầu của đề tài
− Tạo ra chế phẩm Nano Bạc – Alginate vừa có khả năng kích thích tăng trưởng thực
vật vừa có khả năng hạn chế vi sinh vật gây bệnh.
− Đưa ra được quy trình chung ứng dụng Nano Bạc trong sản xuất rau sạch bằng canh
tác thủy canh.
1.3. Nội dung thực hiện
− Chế tạo Nano Bạc – Alginate bằng kĩ thuật bức xạ.
− Đánh giá các đặc trưng của Nano Bạc – Alginate (đo phổ tử ngoại UV_VIS, chụp
ảnh TEM).
− Khảo sát hiệu ứng sinh học của Nano Bạc trên cây rau trong cây trồng thủy canh về
các chỉ tiêu như: chiều cao cây, độ dài rễ, sinh khối (sinh khối tươi và sinh khối khô),
bệnh bằng 2 hiệu ứng :
+ Hiệu ứng theo nồng độ Nano Bạc – Alginate để tìm ra nồng độ tối ưu.
+ Hiệu ứng theo kích thước hạt Nano Bạc để tìm ra kích thước tối ưu.
− Đánh giá chất lượng của sản phẩm: Kiểm tra vi sinh trên mẫu rau (một số vi sinh
vật gây bệnh như E.Coli, Salmonella, Coliforms).

3


 
 

Chương 2 TỔNG QUAN CHUNG
2.1. Công nghệ Nano
2.1.1. Xu hướng của công nghệ Nano
Xu hướng của khoa học ứng dụng hiện nay là kết hợp chặt chẽ các thành tựu vĩ
đại giữa các ngành khoa học: vật lý, hóa học, khoa học vật liệu, toán học, tin học, v.v.

để cùng nghiên cứu các đối tượng nhỏ bé có kích thước của nguyên tử.
Công nghệ Sinh học (CNSH) hiện nay đang có xu hướng nghiên cứu các quá
trình, cơ chế ở mức độ phân tử. Sinh học phân tử càng phát triển càng cần các công cụ,
vật liệu mới nhằm thâm nhập sâu vào thế giới hiển vi của những quá trình, cấu trúc
sinh học.
Sự phát triển vượt bậc của Công nghệ Nano (CNNN) và CNSH làm cho các nhà
khoa học tìm mối liên kết giữa chúng. Bởi vì, CNNN có thể mang đến cho sinh học
những công cụ mới trong khi sinh học cho phép CNNN đạt được các hệ thống có chức
năng mới (Whitesides, 2003). Sự kết hợp này đã và đang mang lại nhiều thành quả
trong công nghệ sinh học y dược, nông nghiệp như sản phẩm khẩu trang diệt khuẩn,
bình sữa cho em bé ứng dụng công nghệ Nano Bạc, v.v.
Cùng với xu hướng chung của xã hội CNNN và CNSH cũng đang kết hợp với
nhau để tạo ra các công cụ, các chất ít gây ảnh hưởng đến môi trường nhất.
2.1.2. Các khái niệm về khoa học, công nghệ và vật liệu Nano
Nano là thuật ngữ dùng để chỉ một phần tỷ của vật nào đó, có nguồn gốc từ tiếng
Hy lạp có nghĩa là lùn, nhỏ bé (J. Uldrich and D. Newberry, 2006). Tiền tố Nanos xuất
hiện trong tài liệu khoa học đầu tiên vào năm 1908 khi Lohmann sử dụng để chỉ các vi
sinh vật nhỏ bé có kích thước 200 nm.
Khoa học Nano: là ngành khoa học nghiên cứu các hiện tượng và sự can thiệp
vào vật liệu tại 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.
Công nghệ Nano: là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng cấu
trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô
Nanomet.
4


 
 

Vật liệu Nano: là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích thước nm. Vật
liệu Nano bao gồm ba trạng thái: rắn, lỏng, khí. Dựa vào hình dáng của vật liệu Nano
người ta chia thành dạng chủ yếu như: không chiều (hạt Nano), một chiều (dây Nano),
hai chiều (màng Nano) và Nanocomposit (Đặng Văn Phú, 2008).
2.1.3. Cơ sở khoa học của Công nghệ Nano
a. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ
đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt,
gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích
thước Nanomét khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
b. Hiệu ứng kích thước
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước.
Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước giới hạn này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay
đổi. Chính vì tính chất này đã làm cho vật liệu Nano có tính chất kỳ lạ hơn so với vật
liệu truyền thống.
Ở vật liệu khối, kích thước của vật liệu lớn hơn rất nhiều lần độ dài đặc trưng của
vật liệu, điều này đã quy định những tính chất vật lý của vật liệu như chúng ta đã biết.
Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được với độ dài đặc trưng của vật
liệu thì tính chất của vật liệu có những thay đổi đột ngột và khác hẳn so với những tính
chất mà ta đã biết trước đó. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở
kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ
hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ
vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật
có kích thước Nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào
có kích thước Nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó
được nghiên cứu.
2.1.4. Phương pháp chế tạo vật liệu Nano
Vật liệu Nano chủ yếu được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên
xuống và phương pháp từ dưới lên. Đối với các hạt Nano kim loại như hạt Nano vàng,
Bạc, Bạch kim, v.v. thì phương pháp từ dưới lên thường được áp dụng.

5


 
 

a. Phương pháp từ trên xuống
Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu có kích thước Nano từ
vật liệu khối ban đầu, hay là tạo hạt có kích thước Nano từ hạt có kích thước lớn hơn.
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ
chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước Nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền
nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn
(ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Tuy nhiên, sản phẩm thu được có độ tinh khiết và độ
đồng nhất không cao, chất lượng vật liệu Nano còn nhiều hạn chế. Trong phương pháp
nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất
cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc
nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và
phá vỡ bột đến kích thước Nano. Kết quả thu được là vật liệu Nano không chiều (các
hạt Nano).
b. Phương pháp từ dưới lên:
Phương pháp từ dưới lên hình thành vật liệu Nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng
của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu Nano mà chúng ta dùng hiện nay như tủ
lạnh, máy điều hòa, bình sữa đều được chế tạo từ phương pháp này.
Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả
hai phương pháp hóa – lý.
2.1.5. Ứng dụng của công nghệ Nano
Công nghệ Nano thuộc vào lĩnh vực khoa học và công nghệ ở quy mô Nano của
các nguyên tử và phân tử. Những tính chất của vật chất trong lĩnh vực này có thể được
quan sát và khảo sát ở quy mô vi mô hoặc vĩ mô và được ứng dụng để phát triển các

nguyên liệu, dụng cụ với chức năng và tính năng mới.
Hiện tại, ước tính có hàng trăm sản phẩm của CNNN đã được thương mại ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực: vật lý, tin học, khoa học vũ trụ, hàng tiêu dùng và khoa học
vật liệu, v.v.
Cuộc cách mạng khoa học và công nghệ Nano thật sự lan tỏa đến mọi lĩnh vực
khoa học và đời sống. Các công ty luôn tăng cường đầu tư và hoàn thiện quy trình
6


 
 

CNNN nhằm chiếm lĩnh thị trường đầy tiềm năng này. Năm 2001, tập đoàn Toyota
sản xuất bộ chắn chống va đập từ vật liệu Nanocomposit dùng cho xe hơi, nó nhẹ hơn
60 % nhưng khả năng chống va đập và xây xát gấp đôi so với loại chắn trước đây.
Công ty Mitsibitsi, năm 2007 sản xuất 6000 tấn vật liệu các fullerene dùng trong y tế,
mỹ phẩm và pin. Và nhiều công ty khác như Samsung, Siemens, v.v. cũng đang chú ý
vào CNNN.
Y dược là thị trường lớn nhất tiêu thụ vật liệu Nano, các ứng dụng hạt Nano để
dẫn truyền thuốc đến vị trí nào đó trên cơ thể là một trong những ứng dụng của hạt
Nano. Một trong những khối cấu trúc Nano được sử dụng phổ biến nhất trong chiến
lược phân phối, dẫn truyền thuốc là dendrimer bởi tính chất hướng đích của nó.
Trong nông nghiệp, CNNN cũng có những bước tiến mới. Sản phẩm thuốc trừ
nấm bệnh phổ rộng MIFUM 0,6 DD đã được nghiên cứu bởi TS. Bùi Huy Du. Sản
phẩm thuốc trừ bệnh được khảo nghiệm trừ bệnh đạo ôn, lem lép hạt trên lúa thuộc địa
bàn tỉnh Lâm Đồng và đã đạt những kết quả rất khả quan.
Vật liệu Nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước Nano so sánh
được với kích thước tế bào (10 – 100 nm), virus (20 – 450), protein (5 – 50 nm). Với
kích thước nhỏ bé cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và
có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus. Ứng dụng của vật liệu từ Nano trong sinh

học có rất nhiều, những ứng dụng đang được nghiên cứu sôi nổi và có triển vọng phát
triển đó là phân tích tế bào, dẫn truyền thuốc, thân nhiệt cao cục bộ và tăng độ nét hình
ảnh trong cộng hưởng từ hạt nhân.
2.2. Nano Bạc – Alginate
2.2.1. Khái niệm Nano Bạc
Nano Bạc là những hạt Bạc có kích thước trong khoảng 0,1 đến 100 nm. Nano
Bạc thường ở dưới dạng dung dịch keo với các chất bảo vệ là các polyme giúp cho các
hạt Bạc không bị kết tụ. Bạc ở kích cỡ Nano thể hiện một số đặc tính ưu việt so với
Bạc bình thường, đó là một kháng sinh tự nhiên có khả năng phòng ngừa sự truyền
nhiễm và vô hiệu hoá các enzyme trọng yếu tham gia trao đổi oxygen của vi khuẩn, vi
rút và vi nấm, từ đó phá hủy các màng tế bào của vi sinh vật. Vi khuẩn không thể phát

7


 
 

triển bất kỳ khả năng miễn dịch nào đối với Bạc. Bạc không độc, không dị ứng, không
tích tụ và do đó kim loại nay vô hại đối với cả động vật hoang dã và môi trường.
Các hạt Nano có kích thước 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.
Hiện nay, các sản phẩm làm bằng những hạt Nano Bạc đã được các cơ quan
FDA, EPA của Mỹ, SIAA của Nhật Bản, v.v. chính thức phê chuẩn.
Ở nước ta, Bộ y tế đã đưa keo Bạc (colloidal silver) vào danh mục các hóa chất
diệt khuẩn được phép đăng ký để sử dụng trong lĩnh vực gia dụng và y tế.
2.2.2. Alginate

Alginate là một loại polysaccharide có nhiều trong các loại tảo nâu, được ứng
dụng rất nhiều trong công nghiệp thực phẩm, một số ngành kỹ nghệ, y dược, các
ngành công nghiệp ứng dụng quan trọng khác.
Muối Alginate cả dạng hòa tan và không hòa tan có nhiều công dụng khác nhau.
Amonium Alginate sử dụng trong các kết cấu chống lửa. Trong thực phẩm, kem, bia,
sause, sữa có Alginate sẽ ngon hơn. Trong kỹ nghệ mỹ phẩm, Alginate rất quan trọng,
được dùng trong thuốc nhuộm, thuốc thoa tóc, các kem, v.v. Trong công nghiệp ứng
dụng các đặc tính của Alginate rất quý trong kỹ nghệ giấy, dệt, trong kỹ nghệ cao su
Alginate được sử dụng rất nhiều, vải hồ với Alginate có thể tan được, ngâm vào muối
nhôm sẽ không thấm nước, đó là phương pháp tạo vải bố không thấm nước, nếu tẩm
vào gỗ thì các Alginate làm chúng lâu mục, Alginate đã được khảo cứu làm sợi dệt
(với formol), nhất là sợi chỉ khâu phẫu thuật.
Gần đây, Alginate chiếu xạ được phát hiện như là chất kích thích tăng trưởng đối
với cây trồng. Hoạt chất này được xem là một triển vọng rất hiệu quả trong công
nghiệp sản xuất rau an toàn bởi lẽ nhiều nghiên cứu cho thấy Alginate chiếu xạ không
những có tác dụng kích thích tăng trưởng mà còn hoạt động như một Elecitor có tác
dụng kích thích quá trình gây tạo các Phytoalexin giúp cây trồng kháng lại các tác
nhân gây bệnh.
8


 
 

2.2.3. Công nghệ bức xạ
Công nghệ bức xạ là một trong những nghiên cứu và ứng dụng rất hiệu quả của
ngành hạt nhân Việt Nam và thế giới. Công nghệ bức xạ là sử dụng nguồn bức xạ làm
nguồn năng lượng trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng. Công nghệ bức xạ hiện tại
chủ yếu sử dụng các nguồn bức xạ gamma phát ra từ đồng vị Co-60 và Cr-157, chùm
điện tử gia tốc điện tử (Electron Beam) và chùm tia ion phát ra từ các máy gia tốc ion

(Ion Beam). Theo số liệu năm 1996, toàn thế giới có hơn 180 nguồn chiếu xạ gamma
Co-60 và khoảng 700 – 800 máy gia tốc điện từ hoạt động phục vụ cho mục đích ứng
dụng công nghiệp, trong đó bao gồm ứng dụng trong lĩnh vực sinh học (Nguyễn Quốc
Hiến, 1997).
Các ứng dụng thành công nổi bật của công nghệ bức xạ ở nước ta tập trung chủ
yếu trong lĩnh vực nông nghiệp, như chiếu xạ để bảo quản thực phẩm (gia vị, trái cây,
thực phẩm đông lạnh, v.v.) nhằm giảm thiểu số lượng vi sinh vật trong sản phẩm, biến
tính các loại polymer tự nhiên (bao gồm ghép mạch, khâu mạch và cắt mạch) nhằm tạo
ra các sản phẩm mới có tính ưu việt cao trong nông nghiệp. Bên cạnh đó chếu xạ kích
thích và gây đột biến tạo các giống cây trồng mới (lúa, đậu tương, hoa cúc, v.v.), chiếu
xạ gây bất dục côn trùng gây hại, chiếu xạ phế thải nông nghiệp, chiếu xạ gây biến tính
vật liệu tạo chế phẩm mới (chế phẩm gel giữ nước, chế phẩm phòng và trị bệnh thực
vật từ chitosan chiếu xạ v.v.), v.v.
Phương pháp chiếu xạ có nhiều ưu điểm nổi bật như: phản ứng ở nhiệt độ bình
thường, dễ dàng điều chỉnh quá trình, sản phẩm không cần tinh chế, tạo vật liệu mới,
thuận lợi cho quá trình ứng dụng ở quy mô lớn, hiệu quả kinh tế cao, v.v. và chính nhờ
những đặc tính ưu việt đó mà hiện nay nhiều nước trên thế giới đang tăng cường hợp
tác nhằm phát triển mạnh lĩnh vực này. Ở Việt Nam, công nghệ bức xạ cũng đã được
nghiên cứu và triển khai ứng dụng nhiều vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp.
2.2.4. Chế tạo keo Nano Bạc bằng phương pháp khử hóa bức xạ
Nghiên cứu ứng dụng bức xạ để tổng hợp hạt Nano kim loại phân tán trong dung
dịch được bắt đầu vào khoảng cuối những năm 1970.
Nhiều nhóm nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu chế tạo Nano
kim loại bằng phương pháp chiếu xạ Co-60 và đã xác nhận tính hiệu quả của phương
9


 
 

pháp này (Shin và ctv, 2004; Chen và ctv, 2007, v.v.) trích dẫn bởi Nguyễn Đức Châu
(2009). Ở trong nước, nhóm nghiên cứu Nguyễn Thị Kim Lan và ctv (2009), Trung
Tâm Nghiên Cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Viện NLNT Việt Nam đã nghiên
cứu chế tạo keo Bạc Nano bằng phương pháp chiếu xạ sử dụng chất ổn định là
Alginate.
Phương pháp khử hóa bức xạ ion hóa để chế tạo vật liệu Nano kim loại đã thu hút
nhiều sự quan tâm nghiên cứu do có nhiều tính ưu việt:
- Không sử dụng các hóa chất khử độc hại, thân thiện môi trường, sản phẩm thu được
có độ tinh khiết cao.
- Tác nhân khử tự sinh trong quá trình chiếu xạ và phân tán đều trong toàn hệ phản
ứng. Chuyển hóa hoàn toàn Bạc ion thành Bạc kim loại khi chiếu xạ dung dịch muối
Bạc.
- Dễ dàng kiểm soát kích thước và độ phân bố kích thước thông qua việc chủ động
hiệu chỉnh suất liều và liều hấp thụ.
- Phản ứng thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường. Có thể sử dụng các
chất ổn định (stabilizer) không bền với nhiệt.
- Phương pháp chế tạo đơn giản, có khả năng sản xuất khối lượng lớn (mass
production), hiệu quả kinh tế và an toàn môi trường (theo Hornebecq, 2003 trích dẫn
bởi Đặng Văn Phú, 2008)
Cơ chế tạo hạt kim loại từ ion kim loại tương ứng chỉ cần tạo ra điều kiện khử
trong quá trình chiếu xạ. Gốc tự do OH- có tính oxi hóa sẽ được chuyển thành gốc tự
do có tính khử bằng việc thêm vào hệ chất hữu cơ bắt gốc tự do thường sử dụng là các
alcohol.
Quá trình chế tạo Nano Bạc – Alginate:
− Hòa tan Alginate vào nước cất ở nhiệt độ khoảng 50 oC, nồng độ Alginate tùy thuộc
vào kích thước ta muốn nhận được.
− Cân một lượng AgNO3 cần thiết pha vào dung dịch Alginate.
− Khử ion Ag+ thành Ag có thể tiến hành bằng cách hòa tan các muối Bạc vào trong
nước có sự hiện diện của chất khử, chất ổn định cũng như chất bắt gốc tự do.

10


 
 

− Đưa dung dịch ion Bạc vào ống nghiệm có nút vặn kín khí, sục khí nitơ vào để loại
bỏ khí O2 và chiếu xạ trên nguồn gamma Co-60, suất liều 1,3 kGy/h ở điều kiện áp
suất khí quyển và nhiệt độ phòng.
Sản phẩm phân ly bức xạ nước eaq- và H+ là tác nhân khử với
E0 ( H2O/ eaq-) = 2,87 V, E0 (H+/H.) = -2,3 V, trong khi đó E0 ( Ag+/Ag0) = -1,8 V
Alginate đóng vai trò vừa là chất ổn định vừa là chất bắt gốc tự do OH¾ Vai trò của chất bắt gốc tự do
Trong quá trình bức xạ nước sẽ sinh ra OH- có tính oxi hóa mạnh, có khả năng
oxi hóa nguyên tử kim loại Ag0 vừa mới tạo thành trở thành ion Ag+. Để hạn chế điều
này, ta thường dùng các chất bắt gốc tự do như methanol, etanol, isopropanol, v.v. Gốc
tự do mới tạo thành hầu như không phản ứng với electron bị sovat (eaq-).
¾ Vai trò chất ổn định
Nano Bạc được tạo ra bằng phương pháp chiếu xạ hay bất cứ phương pháp nào
khác cũng có thể có khuynh hướng bị kết tụ trong nước thành những hạt có kích thước
lớn hơn nếu chúng không được bảo vệ. Đã có nhiều tác giả tìm ra các polymer có khả
năng ổn định keo Bạc như polyvinyl pirrolidone (PVP), polyvivyl alcol (PVA),
polyacrylate, polyacrymide (PAM). Các nhóm chức trên polymer tương tác với kim
loại tạo điều kiện để gắn các phân tử polymer lên bề mặt của đám kim loại. Khi đó
chuỗi polymer sẽ ngăn cản sự keo tụ của các đám kim loại nhờ lực đẩy tĩnh điện hoặc
do sự cản trở bề mặt không gian. Các polymer này có vai trò quyết định trong việc
kiểm soát kích thước cũng như độ phân tán kích thước của các hoạt kim loại Nano.
Sau khi chế tạo Nano Bạc thành công tiến hành đo phổ tử ngoại (UV_VIS) mẫu
Bạc để xác định mật độ quang của mẫu Bạc.
Chụp ảnh TEM: chụp ảnh TEM các mẫu dung dịch keo Nano Bạc để xác định
kích thước của nó.

2.2.5. Ứng dụng của Nano Bạc
Hàng loạt các sản phẩm khác nhau từ Nano được sản xuất và thương mại trong
số đó đặc biệt là băng gạt chữa bỏng của hãng Smith và Nephew, UK được chế tạo
bằng cách phủ Nano Bạc lên PE. Tại Việt Nam hai năm nay phòng thí nghiệm Nano
của Đại Học Khoa học Tự nhiên cũng đang tập trung sản xuất một số kit thử nhanh,
11


 
 

thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) từ Nano Bạc và tạo nên những sản phẩm trừ bệnh trừ
nấm phổ rộng không độc hại cho người, động vật và môi trường, không tạo nên các
dòng khuẩn, nấm, virus kháng nấm được xem là bước đột phá của ngành hóa lý Việt
Nam. Như sản phẩm thuốc trừ bệnh cây MIFUM 0,6 DD được sản xuất với nồng độ
Bạc 1000 ppm và chitosan là 5000 ppm.
Sản phẩm khử mùi hôi cơ thể có tên thương mại là “Hi Hi”, số đăng ký CBTC:
217/07/QLD-MP, của Công ty Dược phẩm Quang Minh, Việt Nam chứa thành phần
hoạt hóa chất sát khuẩn là keo Nano Bạc cũng đã được thương mại trên thị trường Việt
Nam.
2.3. Công nghệ nuôi trồng Thủy canh
2.3.1. Khái niệm thủy canh
Theo tiếng Hy lạp thì hydroponics (thủy canh), được ghép từ hai chữ hydro
(nước) và ponos (lao động), là hình thức canh tác trên các giá thể không phải là đất
Thủy canh có thể sử dụng hoặc không sử dụng giá thể, cây trồng được cung cấp đầy
đủ dinh dưỡng và nước cho cây sinh trưởng và phát triển.
2.3.2. Lịch sử phát triển
Thủy canh đã được thực hiện từ nhiều thế kỉ trước ở vùng Amazon, Babylon, Ai
Cập, Trung Quốc và Ấn Độ. Người xưa đã sử dụng phân bón hòa tan để trồng dưa
chuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác ở các lòng sông đầy cát. Sau đó, các nhà sinh

lý thực vật bắt đầu trồng các loại cây trên những môi trường dinh dưỡng đặc biệt vì
mục đích thí nghiệm, họ gọi đó là nuôi cấy dinh dưỡng (nutriculture).
Những ứng dụng thực nghiệm của ‘nuôi cấy dinh dưỡng’ bắt đầu được chú ý vào
năm 1925, khi kỹ thuật nhà kính đặt ra nhiều vấn đề cần được quan tâm đặc biệt. Đất
trong nhà kính phải được thay thế thường xuyên để khắc phục các vấn đề về cấu trúc
đất, phân bón và sâu bọ. Kết quả là các nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến ưu thế
của nuôi cấy dinh dưỡng so với nuôi cấy trong đất theo kiểu truyền thống.
Thuật ngữ thủy canh (hydroponics) lần đầu tiên được Gericke (1937) giới thiệu
để mô tả tất cả các phương pháp nuôi trồng thực vật trong môi trường lỏng cho mục
đích thương mại. Gericke (1929) cũng là người đầu tiên khảo sát, phát triển một

12


 
 

phương pháp nuôi trồng thực vật trong nước (dịch dinh dưỡng) khả thi về mặt kinh tế
cho mục đích thương mại.
Ngoài Gericke, nhiều nhà khoa học khác cũng đã đưa ra nhiều kỹ thuật và
phương pháp nuôi trồng thực vật không cần đất (soiless culture) trên qui mô thương
mại trong thập niên 1930 (Withorow và Biebel, 1936; Mllard và Stoughton, 1939).
Mặc dù các tiêu chuẩn khoa học công nghệ thời kỳ đó đã có thể đáp ứng với việc trồng
trọt không cần đất, song họ vẫn không thể thành công khi tính về hiệu quả kinh tế. Tuy
kết quả khảo sát trên qui mô thương mại chưa khả quan, nhưng thủy canh vẫn thu hút
được rất nhiều sự quan tâm. Ý tưởng trồng các loại cây có sức sống tốt, sản xuất rau
quả, trái cây và hoa không cần đất hấp dẫn với nhiều người. Do đó, bên cạnh những
người canh tác chuyên nghiệp, nhiều nhà vườn nghiệp dư cũng cố gắng trồng nhiều
loại cây khác nhau trong hệ thống thủy canh.
Trong và ngay sau thế chiến thứ II, thủy canh được quân đội Hoa kỳ sử dụng khá

rộng rãi để trồng rau quả ở một số nơi mà đất bị nhiễm độc do chiến tranh. Trong suốt
hai thập niên 1950 và 1960, diện tích canh tác thủy canh trên toàn thế giới vẫn chưa có
ý nghĩa quan trọng và những nghiên cứu về chúng còn rất ít. Tuy nhiên, một số tài liệu
có liên quan đến thành phần dịch dinh dưỡng cho hệ thống thủy canh đã được xuất bản
từ giai đoạn này (Jacobson, 1951; Steiner, 1961; và Hewitt, 1966). Đến cuối thập niên
1960, mối quan tâm về áp dụng thủy canh trong qui mô thương mại tăng lên, thể hiện
rõ ở khối liên hiệp Anh, Hà Lan và các quốc gia Scandinavie.
Đến năm 1975, Cooper đưa ra kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT – nutrient film
technique), là kỹ thuật thủy canh đầu tiên được sử dụng trên qui mô lớn.
Trong tương lai, kỹ thuật thủy canh sẽ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh
vực sản xuất thương mại. Mặc dù là một phương pháp còn rất mới mẻ, mới chỉ cơ bản
được áp dụng cho sản xuất thương mại khoảng 40 năm, thủy canh đã cho thấy tiềm
năng phát triển cực kỳ to lớn của nó. Do không sử dụng đất khi trồng nên kỹ thuật thủy
canh có thể thích hợp với nhiều điều kiện khác nhau, từ vùng hải đảo đến cao nguyên,
từ vùng khô hạn đến vùng ẩm ướt. Điều này cho thấy tính hiệu quả và khả năng phổ
biến của kỹ thuật thủy canh là rất cao.
2.3.3. Những yêu cầu cơ bản của kỹ thuật thủy canh
13