Tóm tắt luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn trên Silica dùng làm chất kháng khuẩn bằng phương pháp chiếu xạ Gamma Co-60

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ KIM LAN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO GẮN TRÊN
SILICA DÙNG LÀM CHẤT KHÁNG KHUẨN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP CHIẾU XẠ GAMMA Co-60

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC HIẾN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2012


ii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu vật liệu nano:
1.2.Hạt nano kim loại
1.3. Ứng dụng của vật liệu nano

1.4. Giới thiệu sơ lược về công nghệ bức xạ
1.5. Silica (Silic dioxide - SiO2)
CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU - THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị và dụng cụ
2.2. Phương pháp
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Phổ hấp thụ UV-Vis của Ag nano/SiO2 sau chiếu xạ
3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Ag+ đến kích thước hạt Ag nano
3.3. Khảo sát kích thước hạt và cấu trúc đặc trưng của Ag
nano
3.4. Hoạt tính kháng nấm của Ag nano/SiO2
3.5. Độ ổn định kích thước của Ag nano/SiO2 khi phối trộn
trong sơn nước
3.6. Hoạt tính kháng nấm Aspergillus niger var Tieghn của
sơn nước đã được pha trộn với Ag nano/SiO2
KẾT LUẬN
DANH MỤC BÀI BÁO, BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN
QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN VĂN

1
3
3
3
3
4
5
8
9

9
9
10
13
13
13
15
15
17
19
19
21
22


1
MỞ ĐẦU
Khoa học và công nghệ nano là lĩnh vực đang phát triển nhanh
chóng hiện nay. Những thành tựu trong nghiên cứu và công nghệ
nano được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, lý, hóa, sinh
học, y dược, môi trường,.. .
Vật liệu ở thang đo nano có những tính chất đặc biệt do sự thu
nhỏ kích thước và tăng diện tích bề mặt. Một trong số đó, bạc kim
loại kích thước nano thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu. Bạc nano
có vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất thủy tinh, gốm sứ, xúc
tác và xử lý các vấn đề nhiễm khuẩn do bạc nano có hoạt tính kháng
khuẩn, kháng nấm cao. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu chế tạo
và ứng dụng bạc nano được thực hiện.
Một số phương pháp được áp dụng để chế tạo bạc nano như
khử hóa học, khử quang học, sol-gel, chiếu xạ,.. . Phương pháp chiếu

xạ được sử dụng khá phổ biến do sản phẩm của quá trình phân ly bức
xạ nước là tác nhân khử mạnh, khử bạc ion thành bạc nguyên tử.
Trong quá trình chế tạo cần sử dụng các chất ổn định để hạt bạc tạo
thành ở kích thước nano và hạn chế quá trình kết tụ. Nhiều nghiên
cứu sử dụng polyme polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidon
(PVP), chitosan (CTS), alginat, polyacrylate,.. làm chất ổn định hạt
bạc nano. Sản phẩm tạo thành là dung dịch keo bạc nano ứng dụng
làm nước rửa vết thương, khẩu trang y tế, dung dịch khử mùi cơ thể.
Mặt khác, một số công trình nghiên cứu sử dụng vật liệu vô cơ
như silica (SiO2), zeolit, titannia (TiO2), alumina (Al2O3),.. để chế tạo
bạc nano ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác, cảm biến, tán xạ
Raman, xử lý nước. Trong đó SiO2 được sử dụng phổ biến để gắn bạc
nano do SiO2 có tính bền nhiệt, bền hóa học, tạo hệ phân tán trong
suốt, kháng kết khối.


2
Ở trong nước, nghiên cứu chế tạo bạc nano kim loại gắn trên
hạt SiO2 hầu như chưa được thực hiện. Xuất phát từ những vấn đề
như đã trình bày ở trên, cùng với mong muốn tạo sản phẩm Ag nano
gắn trên SiO2 có thể pha vào sơn nước ứng dụng trong các môi
trường có nhiều vi khuẩn, vi nấm gây bệnh như bệnh viện, trường
học, trạm xe công cộng,.. chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “
Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn trên silica dùng làm chất kháng
khuẩn bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60”.
MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Mục tiêu: Ứng dụng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 để chế
tạo bạc nano gắn trên SiO2 (Ag nano/SiO2) để làm hoạt chất kháng
nấm và vi khuẩn dùng trong sơn nước.
2. Nội dung nghiên cứu:

- Chế tạo mẫu Ag nano/SiO2.
- Khảo sát liều xạ chuyển hóa bão hòa Ag+ → Ag0 và cấu trúc
đặc trưng của Ag nano bằng phương pháp phổ UV-Vis, TEM và
XRD
- Đánh giá hoạt tính kháng nấm của Ag nano/SiO2.
- Khảo sát độ ổn định kích thước của Ag nano/SiO2 khi phối trộn
trong sơn bằng chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) theo thời
gian.
- Đánh giá hoạt tính kháng nấm của sơn đã được pha trộn với Ag
nano/SiO2 bằng phương pháp gây độc môi trường nuôi cấy, đổ đĩa và
phun dịch sinh khối nấm lên màng sơn.


3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu vật liệu nano:
1.1.1. Tính chất chung của vật liệu nano
1.1.1.1. Hiệu ứng bề mặt
Hiệu ứng bề mặt có tác dụng với tất cả các giá trị kích thước, hạt
càng bé thì hiệu ứng càng lớn, diện tích bề mặt tăng và ngược lại.
1.1.1.2. Hiệu ứng kích thƣớc
Thuật ngữ nano chỉ áp dụng cho những vật có kích thước trong
khoảng từ 0,1 đến 100 nm. Hiệu ứng kích thước làm cho vật liệu có
những tính chất khác biệt so với vật liệu khối.
1.1.2. Phân loại vật liệu nano
1.1.2.1. Phân loại theo hình dáng của vật liệu
Đặt tên theo số chiều bị giới hạn ở kích thước nano: hạt nano là
vật liệu nano 3 chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng
mỏng là vật liệu nano 1 chiều.

1.1.2.2. Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở
kích thƣớc nano
 Vật liệu nano kim loại
 Vật liệu nano bán dẫn
 Vật liệu nano từ tính
 Vật liệu nano sinh học
1.2. Hạt nano kim loại
Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước
nano được tạo thành từ các kim loại.


4
1.2.1. Tính chất của hạt nano kim loại
Hạt kim loại kích thước nano thể hiện đầy đủ các tính chất như
quang, điện, từ, nhiệt.
1.2.2. Chế tạo hạt nano kim loại
 Từ trên xuống (top-down approach)
 Từ dưới lên (bottom-up approach)
Bao gồm các phương pháp như laser, khử hóa học, sinh học, hóa
lý, vật lý.. .
1.3. Ứng dụng của vật liệu nano
1.3.1. Ứng dụng của vật liệu nano nói chung
Vật liệu nano có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y dược, vật liệu,
sinh học.. .
1.3.2. Ứng dụng của bạc nano và tính chất kháng khuấn
1.3.2.1. Ứng dụng của bạc nano
Bạc nano là một trong những chất được tập trung nghiên cứu do
khả năng kháng khuẩn cao, thân thiện môi trường, tương hợp sinh
học,.. . Nhiều sản phẩm chứa bạc nano đã được thương mại hóa như
máy giặt, tủ lạnh, máy điều hoà không khí, mỹ phẩm, các sản phẩm

dành cho trẻ em như bình sữa, ca uống nước,.. .
1.3.3.2. Tính chất kháng khuấn
Phóng thích ion

Phá hủy DNA

Oxi hoá
protein
Sự phá vỡ màng tế bào
Tạo gốc oxi phản ứng
(ROS)

Sự gián đoạn chuyển điện tử

Hình 1.6: Minh họa cơ chế kháng khuẩn của Ag nano


5
Ag nano kháng được nhiều loại vi khuẩn, vi nấm và vi rút. Hoạt
tính kháng khuẩn của Ag nano có thể là do tương tác của Ag nano
với màng vi khuẩn gây ra sự thay đổi và phá hủy cấu trúc màng tế
bào dẫn đến làm chết tế bào vi khuẩn.
1.4. Giới thiệu sơ lƣợc về công nghệ bức xạ
Hóa học bức xạ là một lĩnh vực nghiên cứu về tương tác của bức
xạ ion hóa (γ, X, dòng điện gia tốc...) lên các hệ hóa học. Do năng
lượng bức xạ cao nên khi đi qua môi trường vật chất làm cho nhiều
hạt bị ion hóa và kích thích phát sinh ra gốc tự do... từ đó xảy ra các
phản ứng hóa học theo những phương hướng khác nhau.
1.4.1. Một số khái niệm và định nghĩa
1.4.2. Công nghệ bức xạ và các lĩnh vực bức xạ

1.4.3. Nguồn bức xạ
Nguồn bức xạ được dùng thông thường nhất là nguồn gamma
phát ra từ đồng vị phóng xạ Co60 (Co60 được điều chế trong các lò
phản ứng hạt nhân) và đồng vị phóng xạ Cs-137 (Cs-137 được tách
từ nguồn nhiên liệu đã cháy của lò phản ứng hạt nhân) và nguồn bức
xạ không hạt nhân là dòng điện tử gia tốc phát ra từ máy gia tốc điện
tử.
1.4.4. Các điều kiện ảnh hƣởng đến quá trình biến tính bức xạ
Các giải thích về quá trình xảy ra trong dung dịch nước đều
dựa trên cơ sở lý thuyết gốc tự do của sự phân ly bức xạ nước.
1.4.4.1. Thuyết tự do về sự phân ly bức xạ nƣớc
H2O ^^^ H2, H2O2, H•, •OH, e-aq, H3O+


6
1.4.4.2. Các sản phẩm phân ly bức xạ nƣớc và tính chất của
chúng
Trừ H2 các sản phẩm phân ly bức xạ nước rất hoạt động đặc biệt
là H, OH, e-aq.
1.4.4.3. Cơ chế
Ag+

+

e-aq

→ Ago

Ag+

+

H



Ago

(1.19)
+ H+

(1.20)

e-aq và H được tạo ra trong quá trình xạ ly nước là tác nhân khử
mạnh sẽ khử ion bạc (Ag+) thành bạc nguyên tử (Ago). Những
nguyên tử này tạo thành dạng dimmer khi kết hợp với Ag+, quá trình
kết tụ theo từng bậc và tiếp tục kết tụ thành cluster bạc lớn hơn.
Ago

+

Ago



Ag2

(1.21)

Ago

+

Ag+



Ag+2

(1.22)

Agn + Ag+ 

Ag+n+1

(1.23)

Ag+n+1 + e-aq 

Agn+1

(1.24)

Nguyên tử bạc tạo thành luôn có xu hướng bị gốc OH oxi hoá
trở lại thành bạc ion. Vì vậy, alcohol (etanol, iso-propanol...) có vai
trò quan trọng trong bắt gốc OH ngăn cản quá trình oxi hóa bạc
nguyên tử thành bạc ion.


OH + CH3CH2OH  CH3CHOH + H2O

(1.25)



H + CH3CH2OH  CH3CHOH

(1.26)

+ H2

Gốc thứ cấp CH3CHOH là gốc khử, tiếp tục khử Ag+n+1 thành
dạng Agon+1.
Ag+2 + CH3CHOH  Ag2 + CH3CHO + H+

(1.27)


7
Bạc nguyên tử tạo thành kết hợp với nhau thành cụm và tiếp tục
phát triển thành hạt lớn hơn. Để hạn chế các nguyên tử bạc kết tụ, sử
dụng chất ổn định có những tính chất hoá lý phù hợp chế tạo bạc
nano thông qua liên kết phối hợp và hiệu ứng không gian.
Khi đưa Ag+ vào dung dịch keo SiO2 tạo nên sự cân bằng giữa
Ag+ hấp thụ ở bề mặt SiO2 (Ag+ad) và Ag+ trong dung dịch.
Ag+ + (SiO2)

↔ SiO2 Ag+ (=Ag+ad)

(1.28)

Cơ chế quá trình khử Ag+ trong hệ phân tán SiO2 có thể xảy ra
theo 2 bước:
e-aq
e-aq
a)

b)

Hình1.11: Cơ chế của quá trình khử Ag+ ở bề mặt hạt SiO2
- Sự khuếch tán của e-aq đến hạt SiO2 (a)
- Sự khuếch tán e-aq dọc theo bề mặt hạt để tác dụng với Ag+
được hấp thu (b)
Hệ keo SiO2 được tạo thành bởi các hạt mang điện tích âm. Khi
thêm AgNO3, Ag+ có thể hấp thu trên hạt SiO2 và khi hệ phân tán
được chiếu xạ, Ag+ trên bề mặt SiO2 bị khử tạo thành cluster kim loại
bạc bao bọc bề mặt hạt SiO2.
Môi trường
dung dịch

Hạt keo

Hình 1.12: Phản ứng bề mặt trên hạt SiO2


8
1.5. Silica (Silic dioxide - SiO2)
1.5.1. Giới thiệu chung về SiO2
SiO2 trong tự nhiên ở dạng cát và thạch anh, là vật liệu dồi dào
trên bề mặt trái đất. SiO2 được sử dụng chủ yếu để sản xuất thủy tinh,

sợi quang học, gốm sứ, xi măng, kem đánh răng, sợi chịu nhiệt, mỹ
phẩm.
1.5.2. Cấu trúc tinh thể SiO2

Hình 1.13: Cấu trúc tinh thể SiO2
1.5.2.1. Dạng kết tinh
Trong tinh thể, một nguyên tử Si tạo bốn liên kết cộng hóa trị với
bốn nguyên tử oxi nằm ở các đỉnh của tứ diện. Mỗi nguyên tử O lại
liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diện khác nhau.
1.5.2.2. Dạng vô định hình
SiO2 dạng vô định hình có sự lắp ghép một cách ngẫu nhiên các
đơn vị SiO4, tạo ra cấu trúc không tuần tự.
1.5.3. Tính chất của SiO2
1.5.3.1. Tính chất vật lý
Công thức phân tử SiO2, khối lượng mol 60,084 (g/mol), dạng
bột màu trắng, tỉ trọng 2,634 (g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 1650 ( 75)
C, độ tan trong nước 0,012 (g/100ml).

o

1.5.3.2. Tính chất hóa học


9
SiO2 là một hợp chất tương đối trơ, không bị các axit hòa tan trừ
axit flohydric (HF).
Dung dịch kiềm tác dụng rất chậm với SiO2 kể cả khi đun sôi.
1.5.4. Ứng dụng SiO2
1.5.4.1. Vai trò của SiO2 trong lớp phủ
SiO2 có hình thái học hạt dạng chuỗi (chain-like particle

morphology). Trong dung dịch, các chuỗi liên kết với nhau theo liên
kết hydro tạo mạng lưới 3 chiều, tạo thành bẫy phân tử chất lỏng và
làm tăng độ nhớt.
1.5.4.2. SiO2 trong chất rắn, bột.
Khi thêm vào bột, SiO2 giúp tạo dòng và ngăn kết khối.
CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU - THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị và dụng cụ
2.1.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
 Bạc nitrat (AgNO3) và etanol tinh khiết phân tích, Trung Quốc.
 Silica (SiO2): kích thước hạt 0,2-0,3m (diện tích bề mặt ~ 200

m2/g), công ty Cabot - Mỹ.
 Nước cất 1 lần.
 Môi trường nuôi cấy vi nấm: Sabourou, Himedia, Ấn Độ.
 Chủng vi nấm phân lập từ tường nhà được định danh là:

Aspergillus niger var Tieghn và Penicillium citrinum Thom.
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ


10
 Máy đo phổ quang học UV-2401PC, Shimadzu, Nhật Bản.

Nguồn gamma Co-60 (SVST Co-60) với suất liều 1,3 kGy/h. Cân
phân tích, máy khuấy từ, tủ sấy và nhiều thiết bị dụng cụ phòng thí
nghiệm khác, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức
xạ, Tp. HCM.
 Máy đo TEM: JEM-1400, JEOL, Nhật bản, Phòng thí nghiệm

trọng điểm quốc gia Vật liệu Polymer và Composite, Đại học Bách
khoa, Tp. HCM.
 Máy đo FE-SEM S4800 HITACHI, Nhật bản, Khu công nghệ

cao, Tp. HCM.
 Máy đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD): X Pert' Pro, Panalytical, Hà
Lan, Trung tâm Hạt nhân Tp.
2.2. Phƣơng pháp
2.2.1. Chế tạo Ag nano/SiO2 bằng phƣơng pháp chiếu xạ gamma
Co-60
Khảo sát nồng độ SiO2 tối ƣu: khi cho SiO2 vào etanol, ở nồng
độ SiO2 thấp có hiện tượng tách lớp SiO2 và etanol, tăng dần hàm
lượng SiO2 để đạt được hệ phân tán dạng paste (bột nhão) và nồng độ
SiO2 khảo sát tối ưu là 9%.
Chế tạo 3 mẫu Ag nano/SiO2 (M1, M2, M3) theo nồng độ Ag+ có
công thức: SiO2 9% / Etanol 80% / Ag+ từ 5mM đến 20 mM
SiO2 cho vào etanol, ngâm trương, khuấy đều trong 1 giờ, nồng
độ SiO2 là 9%. Hòa tan AgNO3 trong nước cất, cho từ từ dung dịch
AgNO3 vào hệ phân tán SiO2 đạt nồng độ 5, 10 và 20 mM, khuấy đều
trong 30 phút. Đưa hỗn hợp Ag+/SiO2 vào lọ thủy tinh có nắp đậy và


11
chiếu xạ trên nguồn gamma Co-60 tại Trung tâm Nghiên cứu và
Triển khai Công nghệ Bức xạ, TP HCM.
2.2.2. Xác định các đặc trƣng tính chất của Ag nano/SiO2
2.2.2.1. Đo phổ UV-Vis
Mẫu Ag+/SiO2 sau khi chiếu xạ, pha loãng bằng nước cất đến
nồng độ 0,1 mM, cho vào cuvet thạch anh (1 cm), quét phổ trong dải
bước sóng từ 200-800 nm.

2.2.2.2. Tạo mẫu Ag nano/SiO2 dạng bột
Mẫu M1, M2 và M3 sau khi đạt được liều xạ chuyển hóa bão hòa
ở dạng bột nhão (paste), đổ ra đĩa thủy tinh, sấy ở nhiệt độ 60oC và
nghiền bi tạo thành bột mịn.
2.2.2.3. Chụp ảnh TEM
Ag nano/SiO2 chế tạo được tại liều xạ bão hòa được chụp ảnh
kính hiển vi điện tử truyền qua.
2.2.2.4. Đo phổ XRD
Mẫu bột Ag nano/SiO2 với hàm lượng bạc ~ 1,8% (10 mM)
được đo nhiễu xạ tia X, phổ quét trong vùng 2 = 10-80o. Từ phổ
XRD tính kích thước tinh thể trung bình của hạt bạc nano (t) theo
phương trình Debye-Scherrer: t (Ao) = 0,9   / (  cos). Trong đó:
 = 1,54 Ao, : góc Bragg, : độ rộng một nửa chiều cao đỉnh cực
đại (Radian).
2.2.2.5. Xác định hàm lƣợng bạc trong mẫu
Hàm lượng bạc trong mẫu được xác định bằng máy đo quang
phổ hấp thu nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric AAS) tại Trung tâm Phân tích Dịch vụ Thí nghiệm Tp. HCM.


12
2.2.2.6. Khảo sát độ ổn định kích thƣớc của Ag nano/SiO2 khi
phối trộn trong sơn
Ag nano/SiO2 dạng bột với hàm lượng Ag+ ban đầu 10 mM được
hòa vào sơn nước (chưa có chất kháng nấm) đạt nồng độ 100 ppm,
khấy trong 1h, tốc độ khuấy 1000 vòng/phút. Khảo sát độ ổn định
kích thước Ag nano/SiO2 khi trộn trong sơn bằng ảnh chụp kính hiển
vi điện tử quét (SEM) theo thời gian: vừa pha xong, sau 3 tháng và
sau 6 tháng.
2.2.2.7. Khảo sát hoạt tính kháng nấm của Ag nano/SiO2
2.2.2.7.1. Phƣơng pháp đếm khuẩn lạc

Phương pháp đếm khuẩn lạc cho phép xác định số lượng tế bào
vi sinh vật còn sống hiện diện trong mẫu. Tế bào sống là tế bào có
khả năng phân chia tạo thành khuẩn lạc trên môi trường chọn lọc.
2.2.2.7.2. Mô tả quá trình thực nghiệm vi sinh
Hoạt tính kháng nấm của Ag nano/SiO2 được đánh giá bằng
phương pháp gây độc môi trường nuôi cấy: Xác định phần trăm ức
chế sự phát triển nấm Aspergillus ( ~ 106 CFU/ml) và Penicillium ( ~
104 CFU/ml) của bột Ag nano/SiO2 theo dãy nồng độ là: 30, 50, 70,
100 và 150 ppm Ag nano. Phương pháp kiểm tra tổng số bào tử nấm
mốc và % ức chế nấm theo công thức sau:
η (%) = 100  ( N1 – N2 ) / N1

(2.2)

N1: số khuẩn lạc trong đĩa đối chứng (không có Ag nano/SiO2)
N2: Số khuẩn lạc trong đĩa của mẫu khảo sát (có Ag nano/SiO2)
2.2.2.8. Đánh giá khả năng kháng nấm Aspergillus niger var
Tieghn của sơn đã đƣợc pha trộn với Ag nano/SiO2


13
- Khảo sát ở điều kiện nhiệt độ thường nhiều hơi ẩm
Sơn nước có và không có Ag nano/SiO2 được sơn lên các tấm
đan, cấy nấm Aspergillus lên màng sơn. Các tấm đan đặt trong môi
trường không khí có nhiều hơi ẩm, được tưới nước hằng ngày và
quan sát theo thời gian.
- Khảo sát trong điều kiện phòng thí nghiệm
Sơn nước có và không có Ag nano/SiO2 được sơn lên vải PE, để
khô sau 2 ngày và tiến hành thí nghiệm đánh giá khả năng ức chế
nấm Aspergillus niger var Tieghn của màng sơn có chứa Ag

nano/SiO2 (nồng độ Ag nano 100 ppm) với số khuẩn lạc nấm trong
dung dịch nước là 103 CFU/mL.

CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Phổ hấp thụ UV-Vis của Ag nano/SiO2 sau chiếu xạ

Hình 3.1: Phổ UV-Vis mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ 5mM
theo liều xạ, a) 0 kGy, b) 4 kGy, c) 8 kGy, d) 12 kGy, e) 16 kGy, f)
20 kGy


14
Phổ UV-Vis của Ag nano/SiO2 sau chiếu xạ xuất hiện đỉnh hấp
thụ đặc trưng max ~ 411 nm trong khi phổ trước chiếu xạ không có.
Khi liều xạ tăng, mật độ quang (OD) tăng và max là 408-426 nm
trong khoảng liều xạ tương ứng từ 4-20 kGy.
Khảo sát liều xạ chuyển hóa (Ag+  Ag0) bão hòa
Đối với mẫu Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+ ban đầu 5 mM, OD
tăng đến liều xạ 12 kGy thì đạt giá trị ổn định.Vì vậy 12 kGy là liều
xạ cần thiết để chuyển 5 mM Ag+ thành Ago. Khảo sát tương tự, kết
quả hình 5a cho thấy Dbh của các mẫu Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+
10 và 20 mM tương ứng là 24 và 36 kGy.

a)

b)

Hình 3.2: Phổ UV-Vis mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ 10 mM
(a) và 20 mM (b) theo liều xạ

5 mM

2

10 mM

OD

1.5

20 mM

1
0.5
0
0

20

40

60

L iÒu x¹ (k Gy)

Hình 3.3: Đồ thị OD theo liều xạ của các mẫu sau chiếu xạ
Khảo sát tương tự hình 3.2 và 3.3 cho thấy Dbh của các mẫu Ag
nano/SiO2 có nồng độ Ag+ 10 và 20 mM tương ứng là 24 và 36 kGy.

15
3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ Ag+ đến kích thƣớc hạt Ag nano

Hình 3.4: Phổ UV-Vis tại Dbh của Ag nano/SiO2 có nồng độ Ag+ 5,
10 và 20 mM
Bảng 3.1: OD, max của Ag nano/SiO2
Nồng độ Ag+ (mM)
5
10
20

OD
1,42
1,13
0,49

max, nm
418,5
439,0
447,5

Kết quả hình 3.4, bảng 3.1 cho thấy khi tăng nồng độ Ag+ thì
max của Ag nano/SiO2 (dạng paste) tăng và OD giảm hay nồng độ
Ag+ càng cao, Ag nano tạo thành có kích thước hạt càng lớn.
3.3. Khảo sát kích thƣớc hạt và cấu trúc đặc trƣng của Ag nano
a)

5 mM
12 kGy

10 mM
24 kGy

20 mM
36 kGy

b)

Hình 3.5: Phổ UV-Vis (a) và ảnh chụp (b) của mẫu Ag
nano/SiO2 dạng bột khô.
So sánh max và OD của Ag nano/SiO2 trước và sau khi sấy khô
thấy rằng sau khi sấy khô max tăng, OD giảm có thể là do sự liên kết


16
giữa các hạt Ag nano/SiO2 sau khi sấy khô. Các mẫu Ag nano/SiO2
dạng bột được sử dụng phân tích kích thước hạt, hình dạng tinh thể
thông qua chụp ảnh TEM và phổ XRD.
Kết quả phân tích hàm lượng bạc trong mẫu Ag nano/SiO2 (nồng
độ Ag+ ban đầu 10 mM) là khoảng 11.360 ppm.
a)

b)

c)

d ~5-20 (nm)

d ~15-30 (nm)

d ~20-40 (nm)

Hình 3.6: Ảnh TEM mẫu Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ ban
đầu a) 5 mM, b) 10 mM và c) 20 mM.
Kích thước hạt bạc nhỏ hơn 40 nm đối với cả ba nồng độ, mẫu
Ag nano/SiO2 với nồng độ Ag+ ban đầu 5, 10 và 20 mM có kích
thước hạt tương ứng khoảng 5-20, 15-30 và 20-40 nm.

Hình 3.7: Phổ XRD SiO2 (a), Ag nano/SiO2 (nồng độ Ag+ ban đầu 10
mM) (b)
Phổ XRD của SiO2 (hình 3.7 a) có 1 đỉnh ở vị trí 2 = 21,9o,
chứng tỏ hạt SiO2 có cấu trúc vô định hình. Trong khi đó phổ XRD
của Ag nano/SiO2 (hình 3.7 b), ngoài đỉnh đặc trưng của SiO2 còn có


17
4 đỉnh đặc trưng của bạc kim loại ở vị trí 2 = 37,96o; 44,23o; 64,22o
và 77,23o tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (111), (200), (220)
và (311) chứng tỏ bạc nano tạo thành có cấu trúc lập phương tâm
mặt. Ag nano/SiO2 nồng độ Ag+ 10 mM có kích thước tinh thể trung
bình hạt bạc nano là 23 nm tính theo công thức Debye-Scherrer. Tính
toán tương tự mẫu Ag nano/SiO2 nồng độ Ag+ 5 và 20 mM có kích
thước tinh thể trung bình Ag nano tương ứng là 19,9 và 25,4 nm.
3.4. Hoạt tính kháng nấm của Ag nano/SiO2
Nồng độ Ag nano càng cao hiệu quả kháng nấm càng mạnh.
Hiệu quả kháng nấm Aspergillus đạt được là 64, 71, 81, 82, 96% và
đối với nấm Penicillium là 26, 59, 86, 91, 92% tương ứng với nồng
độ Ag nano 30, 50, 70, 100, 150 ppm. Hiệu quả kháng nấm của Ag
nano/SiO2 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng hạt Ag nano, cấu trúc
tế bào nấm và thời gian tiếp xúc của Ag nano với vi sinh vật.

Bảng 3.2: Hoạt tính kháng nấm của Ag nano/SiO2 theo nồng
độ Ag nano
Tên mẫu
ĐC
30 ppm
50 ppm
70 ppm
100 ppm
150 ppm

CFU/ml
Aspergillus Penicillium
1,8×106
2,7×104
5
6,4×10
2,0×104
5,2×105
1,1×104
5
3,4×10
3,7×103
5
3,1×10
2,5×103
7,1×104
2,0×103

η (%)
Aspergillus Penicillium

0
0
64
26
71
59
81
86
82
91
96
92


(CFU/ml)  105

18
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

Nấm Aspergillus

0%

64%

71%

81% 82%
96%

0

30

50

70

100

150

Nồng độ Ag nano (ppm)

(CFU/ml)  103

Hình 3.8: Hoạt tính kháng nấm Aspergillus của Ag nano

30
25
20

15
10
5
0

0%

Nấm Penicillium
26%
59%

0

30

50

86%

91%

92%

70

100

150

Nồng độ Ag nano

(ppm)
Hình 3.9: Hoạt tính kháng nấm Penicillium theo nồng độ Ag nano

ĐC

30 ppm

50 ppm

70 ppm

100 ppm

150 ppm

Hình 3.10: Kích thước khuẩn lạc nấm Penicillium theo nồng độ Ag
nano


19
Kích thước khuẩn lạc nấm Penicillium citrinum Thom giảm dần
khi tăng nồng độ Ag nano. Ở nồng độ Ag nano 100 ppm kích thước
vòng nấm là 2,5 mm tương tự như ở nồng độ Ag nano 150 ppm.
Bảng 3.3: Kích thước khuẩn lạc nấm Penicillium citrinum Thom theo
nồng độ Ag nano
Nồng độ Ag nano (ppm)

ĐC

30

50

70

100

150

Kích thước vòng nấm (mm)

14

10

7

4

2,5

2,5

3.5. Độ ổn định kích thƣớc của Ag nano/SiO2 khi phối trộn trong
sơn nƣớc
Độ ổn định kích thước của Ag nano/SiO2 khi phối trộn trong sơn
nước theo thời gian không thấy có sự khác biệt. Điều này có thể là do
hàm lượng Ag nano/SiO2 không đáng kể so với hàm lượng sơn.
a)

b)

c)

Hình 3.11: Ảnh SEM Ag nano/SiO2 trong sơn nước khi mới pha
a), sau 3 tháng b) và sau 6 tháng c)
3.6. Hoạt tính kháng nấm Aspergillus niger var Tieghn của sơn
nƣớc đã đƣợc pha trộn với Ag nano/SiO2
3.6.1. Khảo sát ở điều kiện nhiệt độ thƣờng nhiều hơi ẩm


20

a/ ĐC (sơn)

b/ Agnano/SiO2/sơn

Hình 3.12: Nấm Aspergillus trên nền sơn sau 8 tháng, a/ ĐC
(chỉ có sơn), b/ Sơn chứa SiO2/Ag nano 30 ppm
3.6.2. Khảo sát trong điều kiện phòng thí nghiệm

a) ĐC 1 (vải
PE)

b) ĐC 2 (Vải
PE + sơn)

c)Vải+sơn+Ag
nano (paste)

d) Vải + sơn +
Ag nano (bột)

Hình 3.13: Hoạt tính kháng nấm của màng sơn có Ag nano/SiO2 với
nồng độ Ag nano 100 ppm trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Nấm mộc lan trên bề mặt mẫu ĐC 1 và ĐC 2, trong khi đó nấm
không mọc được trên bề mặt mẫu vải PE có sơn pha Ag nano 100
ppm/SiO2 dạng paste và Ag nano 100 ppm/SiO2 dạng bột. Chứng tỏ
rằng sơn nước có chứa Ag nano/SiO2 thể hiện hiệu quả kháng nấm
Aspergillus tốt hơn so với mẫu sơn không có Ag nano/SiO2.
Như vậy, Ag nano/SiO2 đã cho thấy hoạt tính kháng nấm
Aspergillus, Penicillium hiệu quả trong điều kiện nghiên cứu và mở
ra khả năng ứng dụng phối trộn vào sơn nước tạo sơn kháng khuẩn,
nấm mốc trong các môi trường có nhiều vi khuẩn gây bệnh như
trường học, trạm xe công cộng.. .


21
KẾT LUẬN
Đã nghiên cứu chế tạo được bạc nano gắn trên bề mặt silica (Ag
nano/SiO2) bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60.
Liều xạ chuyển hóa bão hòa đối với mẫu có nồng độ Ag+ 5, 10 và
20 mM lần lượt là 12, 24 và 36 kGy.
Ag nano có kích thước hạt trong khoảng 5-40 nm tương ứng
nồng độ bạc ion sử dụng ban đầu là 5-20 mM.
Hạt Ag nano tạo thành có cấu trúc lập phương tâm mặt, kích
thước tinh thể trung bình của hạt Ag nano là 23 nm khi nồng độ Ag+
ban đầu là 10 mM.
Số tế bào nấm Aspergillus giảm 2 bậc log CFU/ml (96%) ở nồng

độ Ag nano 150 ppm và số tế bào nấm Penicillium giảm 1 bậc log
CFU/ml (91%) ở nồng độ Ag nano 100 ppm từ dung dịch nấm có
nồng độ ban đầu tương ứng là ~ 2  106 và ~ 3  104 CFU/ml.
Độ ổn định kích thước của Ag nano/SiO2 khi phối trộn trong sơn
nước bằng chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) theo thời gian
không thấy có sự khác biệt đáng kể.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm sơn nước có chứa Ag
nano/SiO2 với hàm lượng Ag nano 100 ppm cho hiệu quả kháng nấm
Aspergillus cao hơn so với mẫu sơn không có Ag nano/SiO2.
Trong điều kiện nhiệt độ thường nhiều hơi ẩm, màng sơn có chứa
Ag nano/SiO2 cho thấy có hiệu ứng kháng nấm Aspergillus so với
mẫu không có Ag nano/SiO2 và tiếp tục được theo dõi theo thời gian.
Ag nano/SiO2 rất có triển vọng để ứng dụng làm chất kháng
khuẩn, kháng nấm trong các sản phẩm như sơn, kem đánh răng, bao
bì thực phẩm.


22
DANH MỤC BÀI BÁO, BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN QUAN
ĐẾN NỘI DUNG LUẬN VĂN

1. Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn trên silica bằng phương pháp
chiếu xạ gamma Co-60, Tạp chí Hóa học, 2011 (đã gửi đăng).

2. Nghiên cứu chế tạo bạc nano gắn trên silica dùng làm chất kháng
nấm bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60, Hội nghị KH&CN
Hạt nhân Toàn quốc lần 9, Phan Rang, 8/2011.

3. Synthesis of silver nanoparticles deposited on silica by irradiation and preparation of PE/Ag nano compound masterbatchs,
Proceeding of The 3rd International Workshop on Nanotechnology

and Application 2011, Vung Tau, 11/2011.


iii

TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ KHOA HỌC
:

Hiệu quả diệt khuẩn, %

Co-60:

Bức xạ gamma Cobalt-60

max:

Bước sóng hấp thụ quang phổ UV-Vis cực đại

Ag+:

Bạc ion

Ag0:

Bạc nguyên tử

CFU/ml:

Số lượng tế bào sống có khả năng hình thành khuẩn lạc/ml

Cluster:

Tập hợp khối của các nguyên tử bạc dưới dạng cụm

CNBX:

Công nghệ bức xạ

d:

Kích thước hạt (nm)

Dbh:

Liều xạ chuyển hóa bão hòa (Ag+  Ag0), kGy

E.coli:

Vi khuẩn gram (-) Escherichia coli

KH&CNNN: Khoa học và công nghệ nano
LB:

Luria-Bertani, môi trường nuôi cấy vi khuẩn

nm:

Nano mét = 10-9 mét

OD:

Mật độ quang phổ UV-Vis

ppm:

Nồng độ một phần triệu (part per million)

S.aureus:

Vi khuẩn gram (+) Staphylococcus aureus

SiO2:

Silica

t (nm):

Kích thước tinh thể trung bình của hạt bạc nano

VLNN:

Vật liệu nano