Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano zno sử dụng dịch chiết lá trầu không và ứng dụng trong chỉ khâu phẫu thuật

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRẦN THỊ QUỲNH MAI

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ZnO
SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT LÁ TRẦU KHÔNG VÀ ỨNG
DỤNG TRONG CHỈ KHÂU PHẪU THUẬT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã chuyên ngành: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN CƯỜNG
Người phản biện 1: PGS.TS Trần Ngọc Quyển
Người phản biện 2: TS. Lê Thị Thanh Trân
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường
Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 17 tháng 10 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS Lê Văn Tán - Chủ tịch Hội đồng
2. PGS.TS Trần Ngọc Quyển - Phản biện 1
3. TS. Lê Thị Thanh Trân - Phản biện 2
4. TS. Phạm Thị Hồng Phượng - Ủy viên
5. TS. Cao Xuân Thắng - Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN THỊ QUỲNH MAI

MSHV: 17112501

Ngày, tháng, năm sinh: 12/05/1992

Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Mã chuyên ngành: 60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO sử dụng dịch chiết lá trầu không và ứng

dụng trong chỉ khâu phẫu thuật
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Tổng quan tài liệu về ZnO, lá trầu không và các vấn đề nghiên cứu
Tổng hợp nano ZnO sử dụng dịch chiết lá trầu không
Xác định cấu trúc vật liệu nano ZnO bằng các phương pháp phân tích hiện đại
Khảo sát khả năng kháng khuẩn và hiệu lực kháng khuẩn của nano ZnO và chỉ khâu
phẫu thuật phủ nano ZnO
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo quyết định số 1118/QĐ-ĐHCN về việc giao
đề tài và cử người hướng dẫn LVThS của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghiệp
TPHCM ngày 14/06/2019
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/08/2020
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Văn Cường
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô ở Trường Đại học Công nghiệp
Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và khoa Cơng nghệ Hóa học nói riêng, đã tận
tình giảng dạy, cung cấp những kiến thức cần thiết cho việc nghiên cứu đề tài này.
Đặc biệt, tôi luôn biết ơn quý Thầy, Cô trong khoa Cơng nghệ Hóa học đã tạo điều
kiện cho tơi được sử dụng phịng thí nghiệm, thiết bị phân tích cũng như luôn ủng
hộ và cho tôi những lời khuyên quý báu trong khoảng thời gian tôi thực hiện nghiên
cứu đề tài.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy hướng dẫn của tôi PGS.TS.
Nguyễn Văn Cường, Thầy đã ln quan tâm, đợng viên, và đóng góp ý kiến trong

quá trình học tập cũng như nghiên cứu và thực nghiệm để tơi có thể hồn thành tốt
luận văn này.
Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên,
giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn.

i


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Việt Nam là mợt trong những nước có tỷ lệ nhiễm khuẩn vết mổ (NKVM) cao (510%). Mặc dù các biện pháp phòng ngừa đã và đang được áp dụng chặt chẽ tại các
bệnh viện nhưng hiệu quả không đáng kể. Một trong những nguyên nhân làm gia
tăng tỷ lệ NKVM là việc xâm nhập vi khuẩn từ bên ngồi trong q trình phẫu
thuật, đặc biệt là từ chỉ khâu phẫu thuật (CKPT). Nano kẽm oxit (ZnO NPs) là mợt
trong số ít các kim loại/ oxit kim loại được FDA xếp vào danh sách oxit kim loại an
tồn với sức khỏe con người vì nó có khả năng phân hủy sinh học và đợc tính thấp.
Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu trong và ngồi nước đã chứng minh được khả năng
kháng khuẩn tuyệt vời của nano ZnO. Hiện nay, tổng hợp hạt nano kim loại bằng
phương pháp xanh được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực y tế.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp ZnO NPs sử dụng dịch chiết lá trầu
khơng. Các đặc tính của hạt ZnO NPs được phân tích bằng các phương pháp hóa lý
hiện đại như FT-IR, SEM-EDX, XRD, DLS, v.v. Kết quả nghiên cứu cho thấy, kích
thước và hình thái của hạt nano ZnO phụ tḥc vào thể tích dịch chiết sử dụng.
Nano ZnO có khả năng kháng được chủng vi khuẩn gây nhiễm khuẩn vết mổ là
E.coli và S.aureus. Bên cạnh đó, hiệu quả kháng khuẩn của ZnO NPs có thể kéo dài
đến năm ngày. CKPT được phủ ZnO NPs cũng cho khả năng kháng khuẩn. Kết quả
từ nghiên cứu này sẽ giúp giảm gánh nặng y tế và góp phần vào sự phát triển của
ngành sản xuất thiết bị y tế kháng khuẩn tại Việt Nam.

ii

ABSTRACT
Vietnam is one of countries with high incidence of surgical site infection (SSI) (510%). Despite the many decades of the application of preventions, infection at the
surgical site remains a too common event. The invasion of bacteria from outside,
especially from surgical sutures (CKPT) increase the SSI rate. Zinc oxide
nanoparticles (ZnO NPs), which are biodegradable and low toxicity, has been
approved as a safe metal oxide for human use. Other than that, worldwide studies
proved the antibacterial property of ZnO NPs on various bacteria. Recently, green
synthesis plays an important role in many domains, especially in the health care. In
this study, ZnO NPs were synthesized using the extract from Piper betel leaves. The
characteristics of ZnO NPs were measured by FT-IR, SEM-EDX, XRD, and DLS.
The the volume of extract plays role in controlling morphology and size of ZnO.
Other than that, the results proved ZnO NPs against S.aureus and E.coli and its
effectiveness is up to 5 days. The ZnO-nanoparticle-coated sutures also exhibit
good results on antibacterial properties. The results of study will contribute to the
ease of medical burden, the development of the medical device field in Viet Nam.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có)
đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Học viên
(Chữ ký)

TRẦN THỊ QUỲNH MAI

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... xii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN ..................................................................................4

Nhiễm khuẩn vết mổ (NKVM) ........................................................................4

1.1.1 Nhiễm khuẩn vết mổ và nguyên nhân dẫn đến nhiễm khuẩn vết mổ ..............4
1.1.2 Ảnh hưởng của nhiễm khuẩn vết mổ đến bệnh nhân và đất nước ...................4
1.1.3 Các biện pháp phòng ngừa nhiễm khuẩn vết mổ .............................................5
1.2

Tổng quan về nano kẽm oxit (ZnO NPs) .........................................................6

1.2.1 Cấu trúc của nano kẽm oxit ..............................................................................6
1.2.2 Phương pháp tổng hợp ZnO NPs .....................................................................8
1.2.3 Ứng dụng của nano kẽm oxit .........................................................................12
1.2.4 Cơ chế kháng khuẩn của ZnO NPs ................................................................15
1.3

Tổng quan về lá trầu không ...........................................................................19

1.3.1 Giới thiệu ........................................................................................................19
1.3.2 Tính khử và tính kháng khuẩn của dịch chiết lá trầu không ..........................20
1.3.3 Phương pháp chiết xuất lá trầu không ...........................................................22
CHƯƠNG 2
2.1

THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............24

Hóa chất, thiết bị, dụng cụ..............................................................................24

2.1.1 Hóa chất, nguyên vật liệu ...............................................................................24
v


2.1.2 Thiết bị, dụng cụ.............................................................................................24
2.2

Tổng hợp ZnO NPs ........................................................................................24

2.2.1 Chuẩn bị dịch chiết (DC) ...............................................................................24
2.2.2 Tổng hợp ZnO NPs ........................................................................................26
2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình hình thành ZnO NPs........27
2.3

Quy trình phủ ZnO NPs lên CKPT ................................................................28

2.3.1 Không xử lý bề mặt CKPT .............................................................................28

2.3.2 Xử lý bề mặt CKPT ........................................................................................29
2.4

Đánh giá khả năng kháng khuẩn và hiệu lực kháng khuẩn của vật liệu ........29

2.5

Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu .....................................................31

2.5.1 Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-Vis).............................31
2.5.2 Xác định liên kết trong cấu trúc vật liệu bằng phổ hồng ngoại (FTIR) .........32
2.5.3 Xác định hình thái bề mặt vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi điện từ
quét (SEM) và phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) .......................32
2.5.4 Xác định cấu trúc vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ............33
2.5.5 Xác định đường kính vật liệu bằng phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS)
........................................................................................................................33
2.6

Đánh giá ảnh hưởng của quy trình phủ đến cơ tính của sợi CKPT ...............34

CHƯƠNG 3
3.1

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................36

Chuẩn bị dịch chiết .........................................................................................36

3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn-lỏng.........................................................................37
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................................39
3.2

Kết quả tổng hợp ZnO NPs ............................................................................40

vi


3.3

Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình hình thành ZnO NPs và
phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu ........................................................42

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối kẽm ................................................................42
3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng-lỏng (thể tích dịch chiết) đến sự hình thành của
ZnO NPs .........................................................................................................45
3.3.3 Kết quả phân tích phổ FT-IR .........................................................................49
3.3.4 Kết quả phân tích phổ XRD ...........................................................................50
3.4

Đánh giá khả năng kháng khuẩn và hiệu lực kháng khuẩn của vật liệu ........51

3.4.1 Xác định vai trò của DC và ZnO NPs đến khả năng kháng khuẩn ................51
3.4.2 Đánh giá hiệu lực kháng khuẩn của ZnO NPs ...............................................54
3.5

Đánh giá khả năng kháng khuẩn của CKPT phủ nano kẽm oxit ...................57

3.5.1 Khả năng kháng khuẩn của CKPT không xử lý bề măt trước khi phủ nano .57
3.5.2 Khả năng kháng khuẩn của CKPT được xử lý bề mặt trước khi phủ nano ...58
3.6

Đánh giá ảnh hưởng của quy trình phủ lên đợ bền kéo đứt của CKPT .........59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62
PHỤ LỤC ..................................................................................................................71
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................74

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Ảnh chụp SEM cấu trúc sợi của (a) CKPT đơn sợi và (b) CKPT đa sợi .....6
Hình 1.2 Hình mơ phỏng cấu trúc tinh thể wurtzite lục giác (hexagonal wurtzite)
của ZnO NPs. Trong đó : hình cầu màu xám là các nguyên tử Oxi (oxygen
atom) và các hình cầu màu đen là các nguyên tử kẽm (Zn atom) ...............8
Hình 1.3 Mối tương quan giữa (a) ảnh hưởng của các thông số của ZnO-NPs đến
khả năng kháng khuẩn của nó và (b) các cơ chế kháng khuẩn có thể có của
ZnO-NPs: tương tác tĩnh điện; sự di chuyển của ZnO-NPs vào trong tế
bào vi khuẩn; sự giải phóng Zn2+ và sự hình thành ROS. .........................17
Hình 1.4 Hình tổng hợp các tương tác vật lý khác nhau giữa ZnO NPs và các tế bào
vi khuẩn dẫn đến hiệu ứng gây chết vi khuẩn. ..........................................18
Hình 1.5 Hình thái của lá trầu khơng ........................................................................19
Hình 1.6 Cấu trúc phân tử của mợt số hợp chất hữu cơ có trong lá trầu khơng .......20
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chuẩn bị dịch chiết lá trầu khơng .....................................26
Hình 2.2 Quy trình tổng hợp nano kẽm oxit từ dịch chiết lá trầu không ..................27
Hình 2.3 Sơ đồ quy trình phủ ZnO NPs lên CKPT ...................................................29
Hình 2.4 Hình mơ tả vị trí các mẫu thử và mẫu đối chứng trên đĩa petri .................30
Hình 2.5 Hình mơ tả vị trí các mẫu ZnO NPs và mẫu đối chứng trên đĩa petri .......30
Hình 2.6 Hình mơ tả vị trí các mẫu PS và mẫu đối chứng trên đĩa petri ..................31
Hình 3.1 Hình ảnh dịch chiết lá trầu không: (a) trước khi lọc; (b) sau khi lọc và (c)

sau khi sấy .................................................................................................36
Hình 3.2 Phổ hấp thụ quang học của dịch chiết ........................................................37

viii


Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ rắn-lỏng và thời gian đến hiệu suất
chiết xuất lá trầu khơng .............................................................................39
Hình 3.4 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt đợ đến hiệu śt chiết x́t ..............40
Hình 3.5 Sự hình thành của nano kẽm oxit trong hỗn hợp dung dịch phản ứng ......41
Hình 3.6 Phổ hấp thụ UV-Vis của DC và ZnO NPs .................................................41
Hình 3.7 Sự thay đổi màu sắc của ZnO NPs (a) trước khi nung và (b) sau khi nung
...................................................................................................................42
Hình 3.8 Kết quả ngoại quan của khảo sát: ảnh hưởng của nồng độ muối kẽm đến
sự hình thành ZnO NPs .............................................................................43
Hình 3.9 Kết quả phân tích DLS của ZnO NPs nồng đợ 0.001 M............................44
Hình 3.10 Ảnh chụp SEM của hạt ZnO NPs trước khi nung với các thể tích dịch
chiết khác nhau ..........................................................................................46
Hình 3.11 Hình thái hạt ZnO NPs với tỷ lệ lỏng-lỏng 1 :1 khi nung ở 600 °C trong
2h qua ảnh chụp SEM tại các đợ phóng đại (a) 20k, (b) 30k, (c) 60k và (d)
150k ...........................................................................................................47
Hình 3.12 Phổ EDX của mẫu ZnO NPs (a) trước và (b) sau khi nung tại 600 °C....48
Hình 3.13 Phổ FT-IR của (a) dịch chiết (DC) và (b) ZnO NPs ................................49
Hình 3.14 Phổ XRD của ZnO NPs ...........................................................................50
Hình 3.15 Kết quả thử kháng khuẩn của DC (kí hiệu mẫu: 280), ZnO NPs (kí hiệu
mẫu: 279) và đối chứng (kí hiệu mẫu: ĐK) ..............................................52
Hình 3.16 Cấu trúc thành tế bào của (a) vi khuẩn Gram dương và (b) vi khuẩn Gram
âm ..............................................................................................................53
Hình 3.17 Kết quả đo thế điện cực của mẫu ZnO NPs vừa được tổng hợp ..............54
ix

Hình 3.18 Kết quả đánh giá hiệu lực kháng khuẩn của ZnO NPs trên hai chủng
khuẩn E.coli và S.aureus sau 48, 72 và 120 giờ ni cấy. Trong đó: ĐC:
đối chứng, hai vòng tròn còn lại trên đĩa thạch là ZnO NPs .....................55
Hình 3.19 Sự phá hủy tế bào vi khuẩn (a) Gram âm và (b) Gram dương thông qua
sự hình thành ROS ....................................................................................56
Hình 3.20 Kết quả kháng khuẩn của các loại CKPT với số lần phủ khác nhau .......57
Hình 3.21 Ảnh chụp SEM của sợi CKPT chưa xử lý bề mặt tại đợ phóng đại ........58
Hình 3.22 ZOI của CKPT trên hai chủng khuẩn E.coli và S.aureus, trong đó PS là
CKPT phủ ZnO NPs, ĐC là đối chứng .....................................................58
Hình 3.23 Ảnh chụp SEM bề mặt sợi CKPT sau khi xử lý bề mặt ..........................59

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng tóm tắt mợt số cấu trúc của ZnO NPs dựa trên phương pháp và điều
kiện tổng hợp ...............................................................................................7
Bảng 1.2 Bảng tóm tắt mợt số cây được sử dụng để tổng hợp hạt nano ZnO ..........12
Bảng 1.3 Thành phần hóa học mang tính tham khảo có trong dịch chiết lá trầu
khơng (chiết trong dung mơi nước) được phân tích bằng phương pháp sắc
kí khí ghép khối phổ GC/MS ....................................................................21
Bảng 2.1 Giới hạn chấp nhận của giá trị lực kéo đứt theo USP ...............................35
Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm của q trình chuẩn bị dịch chiết lá trầu không, sử
dụng dung môi nước. .................................................................................38
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết xuất ......................................39
Bảng 3.3 Thông số khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối kẽm đến quá trình hình
thành ZnO NPs ..........................................................................................42
Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết quả phân tích sự phân bố kích thước hạt của ZnO NPs

tại các điều kiện khác nhau........................................................................44
Bảng 3.5 Thông số phản ứng và kết quả thu được từ khảo sát ảnh hưởng của thể tích
dịch chiết đến khả năng hình thành ZnO NPs ...........................................45
Bảng 3.6 Tỷ lệ phần trăm khối lượng nguyên tử trong hợp chất ZnO NPs trước và
sau khi nung ...............................................................................................48
Bảng 3.7 Dữ liệu góc nhiễu xạ, FWHM và đường kính tinh thể trung bình của ZnO
NPs tính tốn theo phương trình Schererr .................................................51
Bảng 3.8 Vùng kháng khuẩn (ZOI) (mm) của ZnO NPs và CKPT phủ ZnO NPs ...56
Bảng 3.9 Kết quả lực kéo đứt của CKPT trước và sau khi phủ ZnO NPs ................59
xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
(Xếp theo thứ tự A, B, C của chữ cái đầu viết tắt)
CKPT

Chỉ khâu phẫu thuật

DC

Dịch chiết

ĐC

Đối chứng

FDA

Cục quản lý dược phẩm và thực phẩm Hoa Kỳ

NKVM

Nhiễm khuẩn vết mổ

PDI

Chỉ số phân bố kích thước

PS

Chỉ khâu phẫu thuật phủ ZnO NPs

SDS

Sodium Dodecyl Sulfate

TCS

Triclosan

TEA

Triethanolamin

TLTK

Tài liệu tham khảo

ZnO NPs

Nano kẽm oxit

ZOI

Vùng kháng khuẩn

xii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một trong những nước có tỷ lệ nhiễm khuẩn vết mổ (NKVM) cao (510%). Một số nghiên cứu tại Việt Nam cho thấy NKVM làm tăng thời gian nằm
viện và chi phí điều trị ít nhất 2 lần, đó là chưa kể đến việc làm tăng nguy cơ tử
vong cho bệnh nhân.
Mặc dù các biện pháp phòng ngừa đã và đang được áp dụng chặt chẽ tại các bệnh
viện nhưng hiệu quả không cao. Một trong những nguyên nhân làm gia tăng tỷ lệ
NKVM là việc xâm nhập vi khuẩn từ bên ngoài, đặc biệt là từ chỉ khâu phẫu thuật
(CKPT). Theo đánh giá từ các nghiên cứu thì CKPT đa sợi có nguy cơ gây NKVM
cao hơn so với các loại CKPT khác. Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu phát
triển các chất kháng khuẩn để phủ lên sợi CKPT. Triclosan (TCS) là một trong
những chất kháng khuẩn được cục quản lý dược phẩm và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA)
cấp phép lưu hành trên thị trường. Song, vẫn còn nhiều tranh cãi về ảnh hưởng của
TCS đối với sức khỏe con người mà các nhà khoa học vẫn chưa giải đáp được.
Nano bạc là một trong số các vật liệu nano đã được sử dụng từ rất lâu để làm vật
liệu khử khuẩn, kháng khuẩn. Tuy nhiên, tương tự như TCS, vì cơ thể con người
khơng thể đào thải bạc/ion bạc kết quả là chúng tích tụ trong cơ thể làm phá hủy
DNA, cũng như tế bào hồng cầu. Bên cạnh đó, hiện nay chưa có bất kì Luật định
nào được đề ra để kiểm soát nano bạc cũng như an toàn sử dụng trong y tế, đặc biệt
là các thiết bị y tế cấy ghép.
Nano kẽm oxit (ZnO) là mợt trong số ít các kim loại/ oxit kim loại được FDA xếp

vào danh sách oxit kim loại an toàn với sức khỏe con người vì nó có khả năng phân
hủy sinh học và đợc tính thấp. Ngồi ra, Zn2+ là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ
thể. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu trong và ngồi nước đã chứng minh được khả
năng kháng khuẩn tuyệt vời của nano ZnO. Nano ZnO đã được nghiên cứu hướng

1


đến ứng dụng làm chất kháng khuẩn trong kem chống nắng, trên kính, gạch, bao bì
đóng gói thực phẩm, và công nghệ sơn, mục in v.v.
Hiện nay, tổng hợp vật liệu bằng phương pháp xanh được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y tế vì hạn chế/ khơng sử dụng hóa chất hoặc dung mơi
đợc hại. Ngồi ra, quy trình tổng hợp đơn giản cũng là một trong những ưu điểm
của phương pháp này. Lá trầu khơng được trồng rất nhiều tại Việt Nam. Ngồi việc
sử dụng lá trầu khơng để nhai, thì tiềm năng ứng dụng trong y sinh của nó cũng rất
được quan tâm nhờ vào các hợp chất hữu cơ chứa nhiều gốc –OH, cacbonyl, v.v, có
khả năng kháng ung thư, kháng nấm, chống oxi hóa, v.v. Bên cạnh đó, các hợp chất
này cịn có tiềm năng như chất bảo vệ bề mặt trong quá trình tổng hợp hạt nano kim
loại. Gần đây, có nhiều nghiên cứu sử dụng dịch chiết lá trầu không để tổng hợp hạt
nao bạc, nano vàng, nano đồng oxit, v.v.
Vì vậy, chúng tơi đã chọn và tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp
vật liệu nano ZnO sử dụng dịch chiết lá trầu không và ứng dụng trong chỉ khâu
phẫu thuật”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo vật liệu nano ZnO và ứng dụng phủ lên CKPT
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
-

Dịch chiết lá trầu không, nano ZnO

-

Vi khuẩn Gram âm và/hoặc Gram dương.

-

Chỉ khâu phẫu thuật (CKPT) đa sợi

3.2 Phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu thực hiện trong phạm vi quy mơ phịng thí nghiệm

-

Mẫu CKPT đa sợi được mua trên thị trường.

2


4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu
Phương pháp oxi hóa-khử
4.2 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu
Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (Ultraviolet–visible spectroscopy, UV – Vis);
Phương pháp tán xạ ánh sáng động (Dynamic light scattering, DLS)
Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Powder Diffraction, XRD);
Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM)
Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (Energy Dispersive X-Ray Analysis, EDX);

Phương pháp hấp thu hồng ngoại (Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Việc tìm ra các chất kháng khuẩn an tồn và phù hợp để phủ lên các thiết bị y tế đặc
biệt là thiết bị y tế cấy ghép đang nhận được sự quan tâm và hỗ trợ của các cơ quan
chức năng tại Việt Nam. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp nano ZnO làm chất
kháng khuẩn, phủ lên CKPT là rất cần thiết. Các kết quả của đề tài sẽ được ứng
dụng hoặc mở ra định hướng tiếp theo trong việc sử dụng các vật liệu kim loại trong
y tế.

3


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Nhiễm khuẩn vết mổ (NKVM)
1.1.1 Nhiễm khuẩn vết mổ và nguyên nhân dẫn đến nhiễm khuẩn vết mổ
Nhiễm khuẩn vết mổ (NKVM) là quá trình nhiễm khuẩn xảy ra trong vòng 30 ngày
đầu tiên sau phẫu thuật và ảnh hưởng đến các mơ tại vị trí vết mổ hoặc tại các mô
sâu nơi thực hiện phẫu thuật [1]–[3]. Theo trung tâm kiểm soát dịch bệnh (Center
of Disease Control, CDC), có 3 loại nhiễm khuẩn vết mổ gồm: nhiễm khuẩn vết mổ
nông (superficial incisional SSI), nhiễm khuẩn vết mổ sâu (deep incisional SSI) và
nhiễm khuẩn cơ quan (Organ/ space SSI) [3], [4].
Vi khuẩn (bacteria) được xem là nguyên nhân chính gây NKVM [2], [5], [6] tiếp
theo là nấm [7]. Trong số các vi khuẩn gây NKVM như Staphylococcus aureus,
Staphylococcus epidermidis, Gram negative bacilli, Streptococcus spp, Enterococci
và Clostridium perfringens thì hơn 50% NKVM gây ra bởi vi khuẩn đa kháng thuốc
như S.aureus và E.coli [1], [6], [7]. Vi khuẩn này có thể bắt nguồn từ chính cơ thể
người bệnh (endogeneous infection), đặc biệt là vùng da, màng tế bào… hoặc xâm

nhập từ mơi trường (exogeneous infection) bên ngồi trong q trình phẫu thuật
hoặc sau phẫu thuật. Thơng thường, NKVM xảy ra do sự xâm nhập của vi khuẩn
trong quá trình phẫu thuật để lại hậu quả nghiêm trọng hơn, và thường diễn ra tron
vòng 5 – 7 ngày sau phẫu thuật [8].
1.1.2 Ảnh hưởng của nhiễm khuẩn vết mổ đến bệnh nhân và đất nước
Nhiễm khuẩn vết mổ là mợt trong 10 ngun nhân chính dẫn đến tử vong tại Mỹ
[9]. Nhiễm khuẩn vết mổ gây áp lực lớn về chi phí điều trị cũng như sức khỏe của
bệnh nhân. Theo ước tính, NKVM làm tăng chi phí điều trị lên 20,842 đô la Mỹ và
kéo dài thời gian điều trị từ 1-2 tuần [1], [3], [9]. Badia và cộng sự đã tiến hành tổng
kết tác động của NKVM đến 6 quốc gia châu Âu: Pháp, Đức, Hà Lan, Ý, Tây Ban
Nha, và Anh. Kết quả cho thấy, NKMV làm kéo dài thời gian điều trị, ảnh hưởng
đến công việc và sức khỏe của bệnh nhân, tăng áp lực lên bệnh viện và tăng chi phí
4


điều trị lên 17,434 euro tại Pháp; khoảng 20 nghìn euro tại Đức; 32,000 euro tại Ý;
gần 1 triệu euro tại Tây Ban Nha và hơn 10 nghìn euro tại Anh [10]. Đối với các
nước khu vực châu Á như Ấn Độ, Thái Lan và các nước Châu Phi, tỷ lệ người bệnh
bị NKVM có thể lên đến 8-24% [7], một con số khá cao.
Việt Nam cũng là một trong những nước có tỷ lệ NKVM cao (5-10%) và hơn 90%
NKVM thuộc loại nông và sâu [7], [11]. Một số nghiên cứu tại Việt Nam cho thấy
NKVM tăng thời gian nằm viện và chi phí điều trị ít nhất 2 lần, đó là chưa kể đến
việc làm tăng nguy cơ tử vong cho bệnh nhân.
1.1.3 Các biện pháp phòng ngừa nhiễm khuẩn vết mổ
Để giảm tỷ lệ NKVM, Bộ Y tế quốc gia đã đưa ra các biện pháp phòng ngừa dựa
trên 2 nguyên tắc chính: giảm rủi ro vi khuẩn xâm nhập và tăng cường khả năng
kháng vi khuẩn của cơ thể [1], [2], [5], [7]. Các biện pháp phòng ngừa NKVM gồm:
chuẩn bị trước phẫu thuật, sử dụng kháng sinh dự phịng trong phẫu thuật, kiểm sốt
vơ khuẩn trong q trình phẫu thuật và chăm sóc vết mổ sau phẫu thuật.
Mặc dù các biện pháp phòng ngừa đã và đang được áp dụng chặt chẽ tại các bệnh

viện nhưng khơng đạt được hiệu quả cao vì điều kiện môi trường cũng như cơ sở
vật chất tại các bệnh viện nước nhà. Các nghiên cứu cho thấy rằng, chỉ khâu phẫu
thuật (CKPT) đặc biệt là loại CKPT đa sợi là nguồn lây nhiễm vi sinh vật từ bên
ngoài trong q trình phẫu thuật [2]. Hình 1.1 mơ phỏng cấu trúc sợi của CKPT đơn
sợi và đa sợi. Có thể thấy, cấu trúc của CKPT đa sợi có nhiều lỗ trống, là nơi mà vi
khuẩn có thể bám lên và phát triển. Vì vậy, các nhà sản xuất đã cho ra đời dòng
CKPT kháng khuẩn. Sản phẩm nổi bật được kể đến là sản phẩm CKPT phủ chất
kháng khuẩn của cơng ty Ethicon tḥc tập đồn Johnson & Johnson của Mỹ [12].
Tuy nhiên, gần đây có mợt số tranh cãi về ảnh hưởng của TCS đối với sức khỏe con
người. Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của công nghệ nano đã giúp tạo ra các vật
liệu kháng khuẩn tiềm năng, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nổi bật là nano bạc.
Nano bạc được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực vật liệu kháng
khuẩn. Hạn chế của nano bạc trong lĩnh vực y tế là khả năng phân hủy sinh học. Vì
5


cơ thể chúng ta không thể tự đào thải được các ion kim loại/ oxit kim loại, khó mà
ứng dụng được vào lĩnh vực y tế, đặc biệt là thiết bị y tế cấy ghép.
(a)

(b)

Hình 1.1 Ảnh chụp SEM cấu trúc sợi của (a) CKPT đơn sợi và (b) CKPT đa sợi
1.2 Tổng quan về nano kẽm oxit (ZnO NPs)
1.2.1 Cấu trúc của nano kẽm oxit
Cấu trúc của nano kẽm oxit rất đa dạng và được ứng dụng vào các lĩnh vực khác
nhau. ZnO NPs có thể tồn tại ở cấu trúc 1D, 2D hoặc 3D, trong đó cấu trúc 1D
chiếm nhiều nhất gồm cấu trúc que (nanorods), cấu trúc dạng kim (-needles), cấu
trúc dạng xoắn (-lixes), dạng lò xo (-springs), dạng vòng (-rings), dạng ruy băng (ribbons), dạng ống (-tubes), dạng đai (-belts), dạng sợi (-wires) và dạng lược (combs). Cấu trúc 2D thường là cấu trúc đĩa nano hoặc mảng nano
(nanoplate/nanosheet) dạng viên nano (nanopellets). Cấu trúc 3D của ZnO NPs

thường gặp như cấu trúc hoa (flower), hoa tuyết (snowflakes), bồ cơng anh
(dandelion) và nhím lá kim (conciferous urchin-like) [13], [14]. Có thể nói ZnO
NPs là vật liệu nano có nhiều cấu trúc nhất, và cấu trúc của nó phụ tḥc vào
phương pháp và điều kiện tổng hợp. Bảng 1.1 tóm tắt mợt số cấu trúc của ZnO NPs
dựa trên phương pháp và điều kiện tổng hợp.

6


Bảng 1.1 Bảng tóm tắt mợt số cấu trúc của ZnO NPs dựa trên phương pháp và điều
kiện tổng hợp
STT

Phương pháp
tổng hợp

Tiền chất

Điều kiện

Tính chất và

tổng hợp

ứng dụng

TLTK

Cấu trúc lục giác
Nung trong 2 giờ ở

1
NaCl,
Hóa cơ

600 °C

2

Kích thước hạt :

[15]

21-25 nm

ZnCl2,
Na2CO3

(hexagonal)

Cấu trúc lục giác
Nung trong 2 giờ ở
400-800 °C

(hexagonal)
Kích thước hạt :

[16]

18-35 nm

Nung trong 2 giờ ở
3

Zn(NO3)2

600 °C
Già hóa trong 240
giờ ở 320 °C

4

Kết tủa

Zn(NO3)2,
NaOH

Tổng hợp : 2 giờ
Làm khô : 2 giờ ở
100 °C

Zn(NO3)2,
5

NaOH,
SDS,

Kết tủa : 50-55
phút, 101 °C

TEA

Cấu trúc
wurtzite, kích

[17]

thước hạt 50 nm

Hạt cầu khoảng
40 nm

[18]

Cấu trúc
wurtzite, dạng

[19]

que, hạt gạo

ZnO NPs có hai (2) dạng cấu trúc tinh thể chính, mợt là cấu trúc wurtzite lục giác
(hexagonal wurtzite) và một là cấu trúc zincblende lập phương (cubic zincblende)
[14] trong đó cấu trúc wurtzite lục giác là cấu trúc bền ở điều kiện thường. Hình 1.2
minh họa cho cấu trúc wurtzite lục giác của ZnO NPs (loại B4) là mặt mạng lục
giác (hexagonal lattice) tḥc nhóm khơng gian P63mc, đặc trưng bởi hai (2) mặt
7


phụ Zn2+ và O2- kết nối với nhau (interconnecting sublattices) mà tại đó, mỗi ion Zn
được bao quanh bởi bốn (4) ion O2- và ngược lại. Sự phối hợp này làm phát sinh đối

xứng cực dọc theo trục lục giác. Sự phân cực này là nguyên nhân dẫn đến một số
tính chất của ZnO, bao gồm tính điện phân và sự phân cực tự phát của nó, và cũng
là yếu tố chính trong sự phát triển tinh thể, ăn mịn và tạo ra khuyết tật. Bốn mặt kết
thúc của cấu trúc tinh thể ZnO wurtzite thường là mặt phân cực Zn (0001) và O
(000.1) (định hướng trục c, c-axis), mặt không phân cực (11.20) (trục a, a-axis) và
(10.10) thường chứa số nguyên tử Zn và O bằng nhau. Các mặt phân cực có các đặc
tính vật lý và hóa học khác nhau, cịn mặt có tận cùng là ‘O’ sở hữu cấu trúc điện tử
khác một chút so với ba mặt ‘O’ cịn lại.

Hình 1.2 Hình mơ phỏng cấu trúc tinh thể wurtzite lục giác (hexagonal wurtzite)
của ZnO NPs. Trong đó : hình cầu màu xám là các ngun tử Oxi (oxygen atom) và
các hình cầu màu đen là các nguyên tử kẽm (Zn atom) [14]
1.2.2 Phương pháp tổng hợp ZnO NPs
Vì hoạt tính sinh học của hạt nano phụ tḥc vào hóa học bề mặt, kích thước hạt,
hình thái hạt cũng như tương tác của hạt trong dung dịch. Vì vậy, việc phát triển các
phương pháp tổng hợp hạt nano ổn định nói chung và ZnO NPs nói riêng là rất cần
8


thiết. Có rất nhiều phương pháp tổng hợp hạt nano kẽm oxit đã và đang được phát
triển nhưng nổi bật là phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp sol-gel, phương
pháp hóa cơ khơng dung mơi (solution-free mechanochemical method) và phương
pháp xanh.
1.2.2.1 Phương pháp hóa cơ
Phương pháp hóa cơ là phương pháp đơn giản và rẻ tiền để thu được hạt nano với
quy mô lớn [13]. Nguyên liệu đầu vào của quy trình này thường là kẽm clorua khan
(ZnCl₂) và natri cacbonat (Na₂CO₃) được cho vào thiết bị nghiền năng lượng cao
(high-energy dry milling), tại đây phản ứng xảy ra dưới tác động của các bi nghiền
(ball mill) ở nhiệt đợ thấp. Muối natri clorua (NaCl) được thêm vào đóng vai trị
mơi trường phản ứng và giúp tránh tình trạng kết tụ của các hạt nano. Sản phẩm sau

phản ứng được nung ở 400-800 °C để tạo ra ZnO. Phản ứng minh họa được thể hiện
trong chuỗi phản ứng sau:
(1) ZnCl2 + Na2CO3 → ZnCO3 + 2NaCl
(2) ZnCO3 → ZnO + CO2
Nhược điểm của phương pháp này là khó kiểm sốt đợ đồng nhất của các hạt sau
khi nghiền và khó kiểm sốt kích thước hạt mong muốn.
1.2.2.2 Phương pháp kết tủa hóa học
Hiện nay, đa số hạt nano ZnO đều được tổng hợp bằng phương pháp hóa học vì
phương pháp này có đợ lặp lại cao và dễ điều khiển các thông số phản ứng hơn [13].
Phương pháp này dựa trên quá trình khử nhanh và tự phát của muối kẽm như muối
kẽm nitrat [Zn(NO3)2], kẽm acetat [Zn(CH3COO)2] hoặc kẽm sunfat (ZnSO4) nhờ
việc sử dụng chất tạo kết tủa như NaOH hoặc NH4OH [13], [20]. Thông thường,
chất tạo kết tủa được nhỏ giọt vào dung dịch muối kẽm đến khi pH = 8. Sau đó,
dung dịch được khuấy liên tục thu được sản phẩm trung gian Zn(OH)2. Sau khi
nung sản phẩm trung gian, ta sẽ thu được ZnO.

9


Có khá nhiều các nghiên cứu tổng hợp hạt nano ZnO dựa trên phương pháp này
[21], [22], [23], và các nhà nghiên cứu đã rút ra kết luận về các thông số cần quan
tâm trong phương pháp này là nồng độ muối kẽm và nồng độ của chất tạo kết tủa, tỷ
lệ giữa hai (2) tiền chất và nhiệt độ nung.
Bên cạnh các ưu điểm nổi bật, phương pháp này vẫn cịn tồn đọng mợt số vấn đề
cần xem xét như tính đợc hại của dung mơi sử dụng hoặc độ tinh khiết của sản
phẩm [24].
1.2.2.3 Phương pháp sol-gel
Phương pháp này được giới thiệu đầu tiên bởi Spanhel và Anderson [20], gồm 3
bước:
Bước 1-Chuẩn bị tiền chất phản ứng: thường là muối kẽm acetat được hịa tan vào

dung mơi ethanol hoặc methanol, nạp liệu vào thiết bị chưng cất (distillation
apparatus) và ngưng tụ trong vài giờ. Dung dịch sau ngưng tụ được đun ở 80 °C và
khuấy đến khi đạt được hỗn hợp phản ứng đậm đặc và khan.
Bước 2-Tạo cụm ZnO: hỗn hợp khan ở bước 1 được pha lỗng trong dung dịch
ethanol trong sự có mặt của LiOH.H2O. Dưới tác động của bể siêu âm, huyền phù
chuyển từ trắng sang trong suốt. Quy trình này có thể tăng khả năng giải phóng ion
OH và tạo ra dung dịch ZnO.
Bước 3-Phát triển tinh thể: giai đoạn này là bước tự phát và xảy ra ở nhiệt độ
thường. Tuy nhiên, lượng LiOH ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phát triển mầm, hình
dạng và kích thước mầm.
Về mặt lý thuyết, phương pháp này có thể tạo được hạt nano kích thước nhỏ nhưng
việc sử dụng dung môi methanol và LiOH cũng như việc đòi hỏi nhiều thiết bị đắt
tiền là những hạn chế của phương pháp này.

10