Nghiên cứu điều chế nano ag trong chitosan oligosaccharide (COS) ứng dụng trong kháng khuẩn và kháng nấm

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
….….

HOÀNG THỊ NGÂN HÀ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO BẠC
TRONG CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE
ỨNG DỤNG TRONG KHÁNG KHUẨN VÀ KHÁNG NẤM

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

Thừa Thiên Huế, năm 2017


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
….….

HOÀNG THỊ NGÂN HÀ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO BẠC
TRONG CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE
ỨNG DỤNG TRONG KHÁNG KHUẨN VÀ KHÁNG NẤM
CHUYÊN NGÀNH: HOÁ LÝ THUYẾT VÀ HOÁ LÝ
MÃ SỐ: 62 44 01 19

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS TRẦN THÁI HOÀ

Thừa Thiên Huế, năm 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và
kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép
sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Họ tên tác giả

Hoàng Thị Ngân Hà


LỜI CẢM ƠN

Những lời đầu tiên xin được bày tỏ lòng biết ơn chân
thành đến GS. TS. Trần Thái Hòa đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo và giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành luận văn thạc sĩ của
mình.
Tiếp theo gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Thanh Hải đã
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm, viết và
hoàn thành bài luận.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa lý
thuyết và hóa lý, các bạn cùng làm luận văn đã tận tình giúp đỡ,
tạo điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình làm thực nghiệm.

Xin chân thành cảm ơn !


MỤC LỤC
Trang phụ bìa .............................................................................................................. i
Lời cam đoan .............................................................................................................. ii

Lời cảm ơn ...............................................................................................................iii
Mục lục ....................................................................................................................... 1
Danh mục các bảng .................................................................................................... 4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị. .................................................................................... 4
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6
NỘI DUNG ................................................................................................................ 8
Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 8
1.1. Tổng quan về khoa học nano và công nghệ nano. .............................................. 8
1.2. Tổng quan về nano bạc ....................................................................................... 8
1.2.1. Giới thiệu về nano bạc ..................................................................................... 8
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp nano bạc ............................................................... 8
1.2.3. Tính chất dao động cộng hưởng plasmon bề mặt ............................................ 9
1.2.4. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ..................................................................... 10
1.2.5. Ứng dụng của nano bạc .................................................................................. 14
1.3. Giới thiệu nano silica ........................................................................................ 15
1.3.1. Tính chất......................................................................................................... 15
1.3.2. Ứng dụng ........................................................................................................ 15
1.4. Giới thiệu về chitosan, chitosan oligosaccharic (COS) .................................... 16
1.4.1. Giới thiệu về chitosan .................................................................................... 16
1.4.2. Giới thiệu về chitosan oligosacharide (COS)................................................. 18
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 20
2.1. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 20
2.1.1. Điều chế vật liệu đa chức năng AgNPs/silica/COS ....................................... 20
2.1.1.1. Điều chế nano Ag trên nền nano silica vô định hình .................................. 20
2.1.1.2. Điều chế vật liệu AgPNs/silica/COS. ......................................................... 21
2.1.2. Điều chế vật liệu đa chức năng AgNPs/alginate/COS ................................... 21
2.1.2.1. Điều chế dung dịch keo nano Ag trong alginate. ........................................ 21
Trang 1

2.1.2.2.Điều chế vật liệu AgPNs/alginate/COS. ...................................................... 22
2.1.3. Ứng dụng vật liệu nano trong kháng khuẩn và kháng nấm ........................... 22
2.1.3.1. Kháng khuẩn ............................................................................................... 22
2.1.3.2. Kháng nấm .................................................................................................. 23
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 23
2.2.1.Phương pháp đặc trưng vật liệu ..................................................................... 23
2.2.1.1.Nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................................................. 23
2.2.1.2.Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................... 24
2.2.1.3. Phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis [4], [5]........................................................ 24
2.2.1.4.Phương pháp đặc trưng cho khả năng kháng khuẩn, kháng khuẩn của vật
liệu nano ................................................................................................................... 25
2.3. 2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị. ..................................................................... 26
2.3.1. Hóa chất. ........................................................................................................ 26
2.3.2. Dụng cụ. ......................................................................................................... 26
2.3.3. Thiết bị. .......................................................................................................... 26
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 27
3.1. Tổng hợp vật liệu AgNPs/alginate. .................................................................. 27
3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ natri citrate. ............................................................ 27
3.1.2. Ảnh hưởng nồng độ bạc nitrat....................................................................... 30
3.1.3. Ảnh hưởng nồng độ alginate. ........................................................................ 32
3.1.4. Đặc trưng vật liệu AgNPs/Silica. .................................................................. 35
3.1.4.1. Ảnh TEM ................................................................................................... 37
3.1.4.2. Giản đồ nhiễu xạ XRD. .............................................................................. 37
3.1.5. Đặc trưng vật liệu AgNPs/alginate. .............................................................. 39
3.1.5.1. Ảnh TEM ................................................................................................... 39
3.2. Tổng hợp vật liệu AgNPs/Silica/COS.............................................................. 41
3.3. Tổng hợp vật liệu AgNPs/alginate/COS. ......................................................... 42
3.4. Khảo sát khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của vật liệu AgNPs/silica. .... 43
3.4.1. Khả năng kháng khuẩn. ................................................................................. 43
3.4.1.1. Sta (Sta. arueus , vi khuẩn gram dương). ................................................... 43

Trang 2


3.4.1.2. Vi khuẩn E.Coli. ......................................................................................... 44
3.4.1.3. Phương pháp đếm khuẩn lạc. ..................................................................... 45
3.4.2. Khả năng kháng nấm. .................................................................................... 48
3.4.2.1. Hiệu lực ức chế của AgNPs/Silica ở các nồng độ khác nhau đến sự phát
triển của hệ sợi nấm đạo ôn. .................................................................................... 48
3.4.2.2. Hiệu lực ức chế của AgNPs/Silica ở các nồng độ khác nhau đến sự sinh bào
tử nấm đạo ôn. ......................................................................................................... 50
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 51
4.1. Kết luận. ............................................................................................................ 51
4.2. Kiến nghị. ......................................................................................................... 51
Chương 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 52
5.1. Tiếng Việt. ........................................................................................................ 52
5.2. Tiếng Anh.......................................................................................................... 52

Trang 3


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sự tạo thành dao động cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR)
Hình 1.2. Cơ chế diệt nấm khuẩn của nano bạc- tương tác của ion bạc lên tế bào vi
khuẩn
Hình 1.3. Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn
Hình 1.4.Các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút tĩnh điện
và phá vỡ cấu trúc màng
Hình 1.5. Mô tả tổng quát cơ chế diệt khuẩn của nano bạc
Hình 1.6: Chitin và chitosan
Hình 1.7: Cắt mạch chitosan

Hình 2.1.Sơ đồ quy trình tổng hợp nano bạc trên nền nano silica
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình phân tán nano bạc trên nền nano silica vào dung dịch
COS
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình tổng hợp AgNPs/alginate.
Hình 2.4. Sơ đồ quy trình điều chế AgPNs/alginate/COS.
Hình 2.5. Sơ cấy vi khuẩn sử dụng đĩa Petri
Hình 2.6. Sơ đồ chuẩn bị môi trường MB dùng trong kháng khuẩn
Hình 2.7. Sơ đồ chuẩn bị môi trường PDA dùng cấy nấm
Hình 2.8. Sơ đồ cấy nấm
Hình 2.9. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên bề mặt tinh thể
Hình 3.1. Phổ UV-Vis của dung dịch keo bạc nano với các nồng độ natri citrate
khác nhau:
Hình 3.2. Phổ UV-Vis của keo nano bạc sau 75 phút phản ứng với các nồng độ
natri citrate khác nhau.
Hình 3.3. Phổ UV-Vis của dung dịch keo bạc nano với các nồng độ bạc nitrat khác
nhau
Hình 3.4. Phổ UV-Vis của keo nano bạc sau 75 phút phản ứng với các nồng độ bạc
nitrat khác nhau.
Hình 3.5. Phổ UV-Vis của dung dịch keo bạc nano với các nồng độ alginate khác
nhau
Trang 4


Hình 3.6. Phổ UV-Vis của keo nano bạc sau 75 phút phản ứng với các nồng độ
alginate khác nhau.
Hình 3.7. Ảnh TEM của các vật liệu: (a): AgNPs/silica (chất khử natri citrat) ; (b):
AgNPs/silica (chất khử hydrazine);
Hình 3.8. Giản đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu AgNPs/silica dùng natri citrat làm
chất khử
Hình 3.9. Giản đồ nhiễu xạ XRD của mầm AgNPs/silica dùng hydrazine làm chất

khử
Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu AgNPs/silica sau khi phát triển mầm
AgNPs/silica
Hình 3.11. Ảnh TEM của vật liệu AgNPs/alginate.
Hình 3.12. Giản đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu AgNPs/alginate
Hình 3.13. Ảnh TEM của các vật liệu:(a): AgNPs/silica/COS (chất khử natri citrat);
(b): AgNPs/silica/COS (chất khử hydrazine);
Hình 3.14. Ảnh TEM của vật liệu: AgNPs/alginate/COS
Hình 3.15. Hình ảnh mẫu đối chứng và mẫu chứa nano đối với khuẩn Sta.
Hình 3.16. Hình ảnh mẫu đối chứng và mẫu chứa nano đối với khuẩn E.Coli.
Hình 3.17. Hình ảnh khuẩn lạc trên đĩa (a): Sau 1 ngày cấy; (b): Sau 2 ngày cấy;
(c): Sau 3 ngày cấy.
Hình 3.18. Hình ảnh khuẩn lạc trên đĩa (a): Sau 1 ngày cấy; (b): Sau 2 ngày cấy;
(c): Sau 3 ngày cấy.
Hình 3.19. Hình ảnhđường kính nấm sau 3 ngày cấy trên 6 nồng độ AgNPs/Silica:
0 %, 2 %, 4 %, 6 %, 8 %, 10 %.

Trang 5


MỞ ĐẦU
Ngày nay vật liệu nano ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi do
đó việc điều chế nên vật liệu ngày càng được chú trọng.
Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao, sôi động
nhất trong thời gian gần đây. Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa
học, số các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học,
công nghệ nano gia tăng theo cấp số mũ. Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt
nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn
của một số tính chất. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và
tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất

nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng
nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này.
Vật liệu nano có thể có nhiều khả năng được sử dụng trong việc bảo vệ cây
trồng, đặc biệt là trong việc quản lý bệnh hại cây trồng. Các hạt nano có thể tác
động đến các mầm bệnh theo cách tương tự như thuốc trừ sâu, bệnh hóa học hoặc
các vật liệu nano có thể được sử dụng làm chất mang hoạt chất thuốc trừ sâu, bệnh,
hóa chất bảo vệ cây trồng, v.v… để tiêu diệt các tác nhân gây bệnh. Do kích thước
siêu nhỏ, các hạt nano có thể chạm các hạt virus và có thể mở ra một lĩnh vực mới
của kiểm soát vi khuẩn, virus ở thực vật.
Bạc được xem là một kim loại quý, không độc, không dị ứng, không tích tụ
và vô hại đối với cả động vật hoang dã và môi trường.Cho đến nay, việc nghiên cứu
các hoạt động kháng khuẩn của các hạt nano/micro đã rất thành công, chủ yếu là
cho các ứng dụng y sinh học. Bạc đã được thừa nhận khả năng ngăn chặn sự ảnh
hưởng của nhiều loại vi khuẩn và vi sinh vật thường có mặt trong y học và công
nghiệp. Là một trong những vật liệu có hoạt tính khử trùng, diệt khuẩn mạnh và ít
độc tính với mô động vật.
Ở kích thước nano, bạc tăng hoạt tính sát khuẩn lên gấp 50000 lần so với ở
kích thước ion. Do đó nano bạc được biết đến với một khả năng tiêu diệt nấm và vi
khuẩn hại cây trồng rất hiệu quả.
Chitosan có khả năng phân hủy sinh học, độc tính thấp và không độc với con
Trang 6


người, có tính bám dính, tạo màng cầm máu, chất xúc tiến hấp thu, hoạt động kháng
khuẩn chống lại virus, vi khuẩn và nấm, chất chống cholesterol, và oxy hóa. Tất cả
các đặc tính này làm cho chitosan có nhiều ứng dụng.
Chitosan oligosaccharide (COS) là sản phẩm cắt mạch từ chitosan. Nó có
nhiều hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng nấm, hoạt tính kháng khuẩn, hiệu ứng
tăng cường miễn dịch và các hiệu ứng bảo vệ chống lại nhiễm trùng. COS dễ dàng
hấp thu qua ruột, nhanh chóng đi vào dòng máu và có các hiệu ứng sinh học có hệ

thống. Trong công nghiệp thực phẩm, COS thu hút sự quan tâm lớn hơn như là tác
nhân kháng khuẩn, chống oxi hoá và nâng cao chất lượng dinh dưỡng của thực
phẩm. COS và nano bạc cũng có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm, do đó khi
kết hợp lại với nhau tăng thêm hoạt tính do hiệu ứng đồng vận.
Vì vậy, tôi chọn đề tài: Nghiên cứu điều chế nano bạc trong chitosan
oligosaccharide (COS) ứng dụng trong kháng khuẩn và kháng nấm.

Trang 7


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về khoa học nano và công nghệ nano.
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp
vào vật liệu ở các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính
chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn.
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc chế tạo, thiết kế, phân
tích cấu trúc và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, hệ thống bằng việc điều khiển hình
dáng, kích thước trên cấp độ nanomet.
1.2. Tổng quan về nano bạc.
1.2.1. Giới thiệu về nano bạc.
Bạc tinh khiết (dạng khối) là một kim loại màu trắng, mềm, rất dễ dát mỏng,
kết tinh thành hình lập phương và hình tám mặt. Bạc tồn tại trong tự nhiên ở nhiều
dạng khác nhau, phổ biến nhất là ở dạng khoáng quặng Argentine (đá bạc) Ag2S
[25].
Nano bạc – Nano Silver là những hạt bạc có kích thước nano (1nm = 10-9m),
gần với kích thước của phân tử bạc, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn.
Bảng 1.1. Các thông số lý hóa của bạc
Số nguyên tử

47

Trọng lượng nguyên tử

107,868

Bán kính nguyên tử Ag

0,288 nm

Bán kính ion bạc

0,23 nm

Trọng lượng riêng

10,49 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy

960,5 0C

Nhiệt độ sôi

2152 0C

1.2.2. Các phương pháp tổng hợp nano bạc [11].
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp:
❖ Phương pháp từ trên xuống (top-down): là phương pháp tạo hạt kích thước
nano từ các hạt có kích thước lớn hơn
Nguyên lý:sử dụng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến các vật liệu khối kim

loại có kích thước lớn để tạo ra các vật liệu có kích thước nm. Đây là các phương
Trang 8


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).
❖ Phương pháp từ dưới lên (bottom- up): là phương pháp hình thành hạt nano
từ các nguyên tử.
Nguyên lý: 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 được chế tạo từ
phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, phương
pháp hóa học hoặc kết hợp cả hai.
•

Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử

hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương
pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phương pháp
chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được
trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết
tinh) (phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các
hạt nano, màng nano.
•

Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.

Phương pháp này có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà
người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể
phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha

lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel,...) và từ pha khí (nhiệt phân,...). Phương pháp
này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...
•

Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các

nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí,... Phương pháp
này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...
1.2.3. Tính chất dao động cộng hưởng plasmon bề mặt.
Đặc điểm chung của các kim loại quý là sự hiện hữu dày đặc của các điện tử
tự do. Đây chính là nguyên nhân gây nên hiện tượng bóng loáng bề mặt, tính chất
truyền điện và truyền nhiệt ưu việt của kim loại. Khi kích thước của hạt kim loại
giảm xuống đến một kích thước tới hạn nào đó, thì hiện tượng “dao động cộng
Trang 9


hưởng plasmon bề mặt” sẽ xảy ra [35].
Bạc nano có mật độ điện tử tự do lớn nên các tính chất thể hiện có những đặc
trưng riêng khác với các hạt không có mật độ điện tử tự do cao.

Hình 1.1. Sự tạo thành dao động cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR).
Hiện tượng “dao động cộng hưởng plasmon bề mặt” được giải thích là: điện
trường của sóng điện từ tác động lên các điện tử tự do trên bề mặt hạt nano, làm
điện tử bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực (hình1.1). Sau đó, dưới tác dụng của
lực phục hồi coulombic, các điện tử sẽ trở lại vị trí ban đầu. Vì có bản chất sóng,
nên điện trường dao động làm cho sự phân cực này dao động theo. Sự dao động này
được gọi là “plasmon”. Khi tần số dao động của đám mây điện tử trùng với tần số
của một bức xạ điện từ nào đó, sẽ gây ra sự dao động hàng loạt của các electron tự
do. Hiện tượng này gọi là “dao động cộng hưởng plasmon bề mặt”. Như vậy, hiện
tượng cộng hưởng plasmon bề mặt tức là dao động của các electron trên bề mặt của

các hạt, dẫn tới sự tương tác mạnh với bức xạ điện từ tại một tần số cộng hưởng.
Đối với hạt nano bạc, dao động cộng hưởng plasmon dẫn tới sự hấp thụ mạnh của
ánh sáng vùng khả kiến. Điều này dẫn tới sự thay đổi lớn về màu sắc của dung dịch
nano bạc. Số lượng và vị trí của dãi plasmon phụ thuộc chủ yếu vào kích thước và
hình thái của hạt nano. Vì vậy, đỉnh cộng hưởng có thể xuất hiện trong vùng khả
kiến đến vùng hồng ngoại gần. Ngoài ra, hằng số điện môi của vật liệu cấu trúc
nano, chỉ số khúc xạ của môi trường xung quanh, trạng thái của bề mặt (dung môi,
chất ổn định) hay khoảng cách giữa các hạt cũng ảnh hưởng đến vị trí và hình dạng
của dao động cộng hưởng plasmon bề mặt [31].
1.2.4. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc.
Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc được diễn tả theo một số quan điểm sau:
Trang 10


❖ Các nhà khoa học Hàn Quốc cho rằng:
Bạc tác dụng trực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một
cấu trúc gồm các glycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối acid amin để tạo
độ cứng cho màng.
Các ion bạc vừa mới được giải phóng
ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tác với
các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng
vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế
bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Các tế
bào động vật thuộc nhóm sinh vật bậc cao
có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với
tế bào vi sinh vật đơn bào (nấm, vi khuẩn

Hình 1.2. Nano bạc tương tác của

và virus). Chúng có hai lớp lipoprotein giàu

ion bạc lên tế bào vi khuẩn.

liên kết đôi bền vững có khả năng cho điện tử do đó không cho phép các ion bạc
xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion bạc. Điều này
có nghĩa nano bạc hoàn toàn không gây hại đến con người và động vật nói chung,
do cấu trúc màng tế bào bền vững và dày hơn các vi sinh vật đơn bào gây bệnh như
nấm, vi khuẩn và virus.
❖ Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn được các nhà khoa học
Trung Quốc mô tả như sau:
Khi ion Ag+ tương tác với lớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ phản
ứng với nhóm sunphohydril - SH của phân tử enzyme vận chuyển oxy và vô hiệu
hóa enzyme này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn.

Hình 1.3. Phản ứng ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn.
Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vi
khuẩn bằng cách sản sinh ra oxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt nano
bạc:
Trang 11


2Ag+ + O2- => 2Ago + Oo
❖ Theo các nhà khoa học Nga:
Hiện nay có nhiều lý thuyết về cơ chế tác dụng diệt vi khuẩn của nano bạc đã
được đề xuất, trong đó lý thuyết hấp phụ được nhiều người chấp nhận hơn cả. Bản
chất của thuyết này là ở chỗ tế bào vi khuẩn bị vô hiệu hóa là do kết quả của quá
trình tương tác tĩnh điện giữa bề mặt mang điện tích âm của tế bào vi khuẩn và ion
Ag+ được hấp phụ lên đó, các ion này sau đó xâm nhập vào bên trong tế bào vi
khuẩn và vô hiệu hóa chúng.

Hình 1.4. Hình ảnh các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút
tĩnh điện và phá vỡ cấu trúc màng.
Cho đến nay, những gì liên quan đến cơ chế tác động của nano bạc lên tế bào
vi sinh vật (đơn bào), mới chỉ có một quan điểm được hầu hết các nhà khoa học
thừa nhận. Đó là khả năng diệt khuẩn của hạt nano bạc là kết quả của quá trình biến
đổi (giải phóng liên tục) các nguyên tử bạc kim loại trên bề mặt hạt nano bạc thành
các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi khuẩn và diệt khuẩn
theo những cơ chế đã nói ở trên. Tuy nhiên nếu dùng Ag+ thì lại không có hiệu quả
cao mà phải là hạt nano bạc, tức phân tử bạc.
Tóm lại các nhà khoa học đã đề xuất một số giả thiết về cơ chế diệt khuẩn
của nano bạc, bốn cơ chế được thể hiện bằng hình ảnh dưới đây.

Trang 12


Hình 1.5. Mô tả tổng quát cơ chế diệt khuẩn của nano bạc.
Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc: Hình A-B-C-D
Cơ chế thứ nhất: ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng
tế bào, ngăn cản quá trình trao đổi chất (Hình A).
Cơ chế thứ hai: phá vỡ màng tế bào, oxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi
khuẩn, phá hủy nguyên sinh chất bởi oxi hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của
bạc (Hình B).
Cơ chế thứ ba: tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng
các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn
các quá trình oxy hóa cũng như phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn (Hình C).
Cơ chế thứ tư: vô hiệu hóa enzyme có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá
vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với acid nucleic dẫn đến làm thay đổi
cấu trúc DNA của tế bào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến cấu trúc DNA) (Hình
D).
❖ Xét trên góc độ sinh học các nhà nghiên cứu đều có một quan điểm thống

nhất rằng nano bạc diệt khuẩn theo một trong những cơ chế sau:
-

Một là: nano bạc phá hủy chức năng hô hấp.

-

Hai là: nano bạc phá hủy chức năng của thành tế bào.

- Ba là: nano bạc liên kết với DNA của tế bào vi sinh vật và ức chế chức năng
sao chép của chúng, kìm hãm chúng, không cho chúng phát triển mạnh.
Một số phương pháp tổng hợp nano bạc sử dụng rộng rãi hiện nay:
-

Phương pháp ăn mòn laser [21].

-

Phương pháp vi sóng [34].

-

Phương pháp khử vật lý.
Trang 13


-

Phương pháp khử hóa lý [14].

-

Phương pháp khử sinh học [16].

-

Phương pháp khử hóa học.
Tuy nhiên phương pháp khử hóa học là phương pháp phổ biến hơn các

phương pháp còn lại. Phương pháp này dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim
loại thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên
còn gọi là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban
đầu có chứa các muối của kim loại như AgNO3... Tác nhân khử ion kim loại Ag+
thành Ago thông dụng là các chất hóa học như vitamin C, natri bohidrua,
formaldehyde, hydrazine, muối tactrate, muối citrate, các polyol (ethylene glycol,
glycerol, sorbitol,…) (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức như thế này
còn có một cái tên khác là phương pháp polyol) [15].Để các hạt phân tán tốt trong
dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng chất bảo vệ (chất ổn
định). Nó có vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thước hạt bạc. Các chất bảo
vệ thường là các polymer và các chất hoạt động bề mặt như: polyvinyl pyrrolidone
(PVP), polyvinyl ancol (PVA), polyethylene glycol (PEG), cellulose acetate…
Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quy
trình sản xuất ra nano bạc khá đơn giản, không đòi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ
khống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn
đồng thời có thể tổng hợp với lượng lớn. Vì vậy phương pháp khử hóa học với
những ưu điểm nổi bật sẽ là sự lựa chọn tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu này.
1.2.5. Ứng dụng của nano bạc [14].
Hiện nay với những ưu thế vượt trội, công nghệ nano - công nghệ siêu nhỏ
đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong lĩnh vực sử dụngnhư: y họcsức
khoẻ, trong lĩnh vực may mặc, thiết bị gia dụng, trong công nghệ điện tử…

-

Kháng sinh phổ rộng: diệt hơn 650 loại vi khuẩn, vi rút và nấm thường gặp.

-

Không độc hại, kể cả với nồng độ cao, an toàn cho người và động vật.

-

Có tiềm năng trong việc phòng bệnh.

-

Có thể sử dụng cả bên trong và ngoài cơ thể.

Trang 14


- Nano bạc hiệu quả hơn các loại kháng sinh truyền thống và các loại thuốc
khác.
- Tiết kiệm chi phí.
- Là một loại vật liệu nano có tác động diệt khuẩn, kháng khuẩn tốt nhất
trong các loại nano đồng, nano kẽm, nano titan dioxide... khử mùi nhanh chóng, có
hiệu quả cao, không độc, không kích thích, không dị ứng… lên các sản phẩm chăm
sóc sức khỏe, tiêu dùng, y tế, điện tử, gia dụng.
- Nano bạc được ứng dụng trong lĩnh vực điện tử để sản xuất những linh
kiện, những vi mạch có thể truyền tải, ghi nhận, lưu trữ thông tin...
- Trong y học, người ta dùng hạt nano bạc để làm các loại bông gạc y tế, các
dụng cụ phẫu thuật, dung dịch tẩy trùng và thành phần của một số dược phẩm.

- Hiện nay nano bạc còn ứng dụng sản xuất sợi nhân tạo dùng dệt vải, khăn
quần áo có chức năng kháng khuẩn, chống hôi...
- Ngoài ra, nano bạc còn dùng trong các quy trình sản xuất khác như sản xuất
nhựa nhiệt dẻo, quy trình phun ép các bộ phận, các bình chứa, chai... hoặc ống nhựa
dẫn chất lỏng, nước.
1.3. Giới thiệu nano silica.
Nano silica được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau
như một chất phụ gia, chất xúc tác hỗ trợ, hóa dầu, chất tẩy trắng, đại lý thảm, cao
su tăng cường đại lý, phụ nhựa, mực in chất làm đặc, kim loại mềm chất đánh bóng,
chất độn cách nhiệt cách nhiệt, mỹ phẩm cao cấp đóng gói các lĩnh vực khác nhau
và phun vật liệu, y học, bảo vệ môi trường.
Đối với lúa thì nhu cầu silica là rất cần thiết vì:
- Nano silica vô định hình có hoạt tính cao, cây dễ hấp thu.
- Cây hút nhiều silic thì có khả năng chống đỗ ngã tốt, chống sự xâm nhập của
sâu bệnh như sâu đục thân, cuốn lá.
- Cây được cung cấp đủ silica sẽ tạo chất diệp lục thuận lợi, tăng khả năng
quang hợp, tăng hiệu quả sử dụng N và P, giảm thiểu sự mất nước nên khả năng
chống hạn, chống nóng, chống úng tốt, tăng khả năng chống oxy hóa.
1.4. Giới thiệu về chitosan, chitosan oligosaccharic (COS).
Trang 15


1.4.1. Giới thiệu về chitosan.
Chitosan là một trong những dẫn xuất quan trọng nhất của chitin. Chitin là
polymer có trữ lượng lớn đứng thứ hai trong thiên nhiên chỉ sau cellulose.
Chitosan được tìm thấy như là một loại vật liệu hỗ trợ cấu trúc trong nhiều
cơ thể sống như động vật giáp xác, côn trùng và nấm.
Nó là một polymer cation mạch thẳng tạo thành bởi các đơn vị 2-amino-2deoxy-D-glucose và 2-acetamido-2-deoxy-D-glucose nối với nhau bởi liên kết 1-4.
Chitosan được tạo thành bởi deacetylation hóa học hoặc enzyme chitin.

Hình 1.6. Cấu trúc của chitosan (a) và chitin (b).
Chitosan có khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học, độc tính thấp
và không độc với con người,có tính bám dính, tạo màng cầm máu, chất xúc tiến hấp
thu, hoạt động kháng khuẩn chống lại virus, vi khuẩn và nấm, chất chống
cholesterol và oxy hóa.
Tính chất vật lí:
• Chitosan là chất rắn vô định hình, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành
các kích cỡ khác nhau.
• Chitosan có thể tan trong Ordimethylactamine (DMA) có chứa 8% lithium
choloride hoặc acid hữu cơ như acetic acid, citric acid, chlohydrite acid, không tan
trong nước, xút, cồn hoặc các dung môi hữu cơ khác.
• Bột chitosan có dạng hơi sệt trong tự nhiên và màu sắc của nó biến đổi từ
vàng nhạt đến trắng.

Trang 16


• Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, nhưng không giống chất xơ thực
vật, chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học…
• Chitosan có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với
những chất tích điện âm như chất béo, lipid và acid mật...
• Chitosan là chất có độ nhớt cao. Độ nhớt của chitosan phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ
mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ...
Tính chất hóa học:
• Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các
mắt xích N-acetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích Dglucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hoá học
có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn
xuất thế O-, N-.
• Mặt khác chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi

các liên kết β-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học
như: acid, base, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ phân.
Ứng dụng:
• Ứng dụng của chitosan trong công nghệ thực phẩm: chất làm trong, sử dụng
trong thực phẩm chức năng, thu hồi protein, phân tách rượu-nước, ứng dụng làm
màng bao (bảo quản hoa quả, thực phẩm).
• Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác:trong y dược, công nghiệp,
nông nghiệp.
1.4.2. Giới thiệu về chitosan oligosacharide (COS).
• COS là sản phẩm cắt mạch từ chitosan bởi các tác nhân:
- Cắt mạch bằng các enzyme như chitosanase, papain.
- Cắt mạch bằng tác nhân hóa học: H2O2, các peraxit, HCl, NaNO2/H+...
- Cắt mạch bằng chiếu xạ gamma Co-60.

Trang 17


Hình 1.7. Quy trình cắt mạch chitosan.
Tính chất của COS:
• Có nhiều hoạt tính sinh học như: kháng nấm, kháng khuẩn, hiệu ứng tăng
cường miễn dịch và các hiệu ứng bảo vệ chống lại nhiễm trùng.
• Độ đề acetyl (DD), sự phân bố điện tích và bản chất hoá học phân tử chi phối
mạnh mẽ các hoạt động sinh học của nó (Muzzarelli, 1996). Không giống như
chitosan trọng lượng phân tử cao, COS dễ dàng hấp thu qua ruột, nhanh chóng đi
vào dòng máu và có các hiệu ứng sinh học có hệ thống.
• COS có khả năng liên kết kim loại (Fe, Cu…) giúp tránh mầm bệnh xâm
nhập, gây ức chế quá trình sinh sản và tạo ra các độc tố tiêu diệt vi sinh vật.
• COS tạo phức với mycotoxin (độc tố do nấm tiết ra) giúp giảm tổn hại ở tế
bào cây.
• COS hoạt hóa quá trình tổng hợp và hình thành một loạt các protein PR và

các protein bảo vệ trong đó có phenylalanine ammonia-lyase và peroxidase. Hai
enzyme này giúp tổng hợp lignin và tyllose, những chất đóng vai trò quan trọng
trong làm lành vết thương.
Ứng dụng:
• Đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: nông nghiệp, môi trường,
dược phẩm và chế biến, bảo quản thực phẩm công nghiệp.
• Trong công nghiệp thực phẩm, COS thu hút sự quan tâm lớn hơn như là tác
nhân kháng khuẩn, chống oxi hoá và nâng cao chất lượng dinh dưỡng của thực
phẩm.
Trang 18


Cơ chế tác động của COS vào cây trồng.
• Thứ nhất: sau khi xâm nhập vào mô cây nano chitosan kích thích sự phản
ứng nhạy cảm giúp cây tiết ra H2O2 làm tăng cường thành tế bào và báo động cho
các tế bào bên cạnh.
• Thứ hai: chitosan liên kết các kim loại khác nhau và giúp kích hoạt nhanh
chóng quá trình làm lành vết thương.
• Thứ 3: chitosan có điện tích dương kết dính vi khuẩn có điện tích âm gây ra
quá trình rò rỉ protein trong các cơ quan nội bào của vi khuẩn, khiến vi khuẩn bị tổn
thương nghiêm trọng dẫn đến chết.
1.5. Giới thiệu về alginate.
Acid alginic với công thức tổng quát (C6H8O6)n là một polysaccharide làm
nguyên liệu cấu tạo thành tế bào của các loài rong biển thuộc ngành Phaeophyta.
Khi được chiết ra khỏi tế bào của rong biển thì polysaccharide này có thể ở dạng
acid hoặc dạng muối (alginate) tùy thuộc vào điều kiện chiết tách [24]. Alginate là
tên gọi chung họ các muối của acid alginic.
Alginate được khám phá đầu tiên ở Anh vào năm 1883 và đến năm 1896 mới
tách được ở dạng tinh khiết [1].
Alginate tồn tại khá phong phú trong tự nhiên, trong thành phần cấu trúc

trong rong nâu lên đến 40% khối lượng khô và dưới dạng các polysaccharide vỏ
ngoài của vi khuẩn đất. Gần đây đã có một số kết quả nghiên cứu theo hướng sản
xuất alginate bằng phương pháp vi sinh cũng như bằng phương pháp biến tính
polymer hóa phân tử alginate. Tuy nhiên, toàn bộ alginate thương mại hiện nay vẫn
lấy từ nguồn tách ra từ rong biển.
Alginate là một polysaccharide mạch thẳng có phân tử lượng lớn từ 105 106 Da tùy thuộc vào từng loại rong biển và phương pháp chiết tách. Người ta đã
thu được alginate thương phẩm có khối lượng phân tử lên đến 150.000 Da với độ
polymer hóa là 750 [27], [28].
Về mặt cấu trúc, alginate là co-polymer của acid  -D- mannuronic (ký hiệu
là M) và acid  -D-guluronic (ký hiệu là G) qua liên kết glycoside 14.
Cấu tạo của 2 polymer theo công thức cổ điển Haworth được chỉ ra trên hình
Trang 19


1.1, theo công thức này, 2 polymer chỉ khác nhau ở chỗ nhóm carboxyl nằm ở trên
và dưới mặt phẳng của vòng pyranose [8].

Acid β-D-mannuronic Acid α-D-mannuronic
Hình 1.8. Công thức Haworth của hai gốc polymer trong phân tử acid alginic
Hai polymer này gắn với nhau bằng các liên kết 14 glycoside. Nhưng sự
kết hợp này không phải là ngẫu nhiên mà thành 3 loại chuỗi như sau:
- Chuỗi homopolymannuronic: gồm các gốc mannuronic MMMMMM
- Chuỗi homopolyguluronic: gồm các gốc guluronic GGGGGG
- Chuỗi luân phiên: 2 gốc luân phiên nhau MGMGMGM.
Trong phân tử alginate, các gốc acid -D-mannuronic và acid -Dguluronic này có thể kết hợp với nhau tạo thành các block kiểu M-block, G-block
và MGblock. Thành phần và cấu trúc của các block này ảnh hưởng trực tiếp đến
tính chất alginate [27].
Ở dạng acid hay muối kết hợp với các ion kim loại hóa trị 2 trở lên,
polymernày không tan trong nước nhưng có khả năng hút nước rồi trương nở tạo
thành thểgel. Khi kết hợp với các cation hóa trị một như Na +, K+, NH4+, alginate tan

trongnước tạo thành các dung dịch có độ nhớt cao. Các muối alginate tan trong
nước đượcsử dụng như các chất làm tăng độ nhớt, các chất ổn định và các tác nhân
tạo màng...trong các ngành công nghiệp dược, thực phẩm, dệt và công nghiệp giấy
[3].

Trang 20


Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu.
2.1.1. Điều chế vật liệu đa chức năng AgNPs/silica/COS.
2.1.1.1. Điều chế nano Ag trên nền nano silica vô định hình (AgNPs/silica).
Chúng tôi tổng hợp nano bạc sử dụng phương pháp khử thông thường. Quy
trình điều chế nano bạc được trình bày trên hình 2.1.
nano silica + AgNO3+ H2O cất 2 lần.
1. Khuấy từ mạnh.
2. Nhỏ giọt natri citrate
Dung dịch nano bạc trên nền silica.
1. Ly tâm lấy phần lắng.
2. Sấy khô ở 600C.
AgNPs/silica
(a)
nano silica + AgNO3+ hydrazine + H2O cất 2 lần.
Khuấy từ mạnh.
Dung dịch nano bạc trên nền silica.
1. Ly tâm lấy phần lắng.
2. Sấy khô ở 600C.
AgNPs/silica
(b)
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp AgNPs/silica.

(a): Sử dụng natri citrat làm chất khử; (b): Sử dụng hydrazine làm chất khử
Trang 21