Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng dịch chiết nước lá chè xanh và khả năng kháng khuẩn của nó trên vật liệu cacbon hoạt tính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.04 MB, 97 trang )
B GIÁO D"C VÀ $ÀO T%O
!I H#C À N%NG
VÕ TH& TI(P
NGHIÊN C*U T-NG H.P NANO B!C
T0 DUNG D&CH AgNO3 B2NG
D&CH CHI(T N+3C LÁ CHÈ XANH
VÀ KH4 N6NG KHÁNG KHU8N C9A NĨ
TRÊN V;T LI
LU;N V6N TH!C S= KHOA H#C
à N?ng - NBm 2014
B GIÁO D"C VÀ $ÀO T%O
!I H#C À N%NG
VÕ TH& TI(P
NGHIÊN C*U T-NG H.P NANO B!C
T0 DUNG D&CH AgNO3 B2NG
D&CH CHI(T N+3C LÁ CHÈ XANH
VÀ KH4 N6NG KHÁNG KHU8N C9A NĨ
TRÊN V;T LI
Chun ngành : Hóa hCu cE
Mã sF
: 60.44.27
LU;N V6N TH!C S= KHOA H#C
NgDIi hDJng dKn khoa hLc: PGS.TS. LÊ TM H4I
à N?ng - NBm 2014
LNI CAM OAN
Tơi xin cam oan ây là cơng trình nghiên c!u c$a riêng tôi.
Các s& li)u k+t qu, nêu trong lu.n v/n là trung th1c và ch"a t2ng "4c ai
cơng b& trong b6t kì cơng trình nào khác.
Tác gi' lu)n v+n
Võ ThO TiQp
MSC LSC
MT UU .............................................................................................................. 1
1. Lý do ch-n /0 tài..................................................................................... 1
2. M2c tiêu nghiên c4u ............................................................................... 2
3. $7i t58ng và ph:m vi nghiên c4u .......................................................... 2
4. Ph59ng pháp nghiên c4u ........................................................................ 2
5. Ý ngh;a khoa h-c và th>c ti?n cAa /0 tài................................................ 3
6. B7 c2c cAa lu)n v+n ................................................................................ 3
CH+/NG 1: T-NG QUAN............................................................................... 4
1.1. KHÁI QUÁT VB CÔNG NGHD NANO ...................................................... 4
1.1.1. LEch sG hình thành cAa cơng nghH nano............................................ 4
1.1.2. V)t liHu nano ..................................................................................... 5
1.1.3. C9 sI khoa h-c.................................................................................. 7
1.1.4. Tình hình nghiên c4u v0 h:t nano trong và ngoài n5Jc ................... 9
1.1.5. Kng d2ng cAa v)t liHu nano ............................................................ 10
1.1.6. Các ph59ng pháp tMng h8p v)t liHu nano ....................................... 13
1.2. H%T NANO B%C........................................................................................ 16
1.2.1. GiJi thiHu v0 b:c kim lo:i .............................................................. 16
1.2.2. $Oc tính kháng khuPn cAa b:c ........................................................ 17
1.2.3. C9 chQ kháng khuPn cAa b:c .......................................................... 18
1.2.4. GiJi thiHu v0 h:t nano b:c .............................................................. 20
1.2.5. Các ph59ng pháp chQ t:o h:t nano b:c .......................................... 21
1.2.6. Tính chRt cAa h:t nano b:c ............................................................. 26
1.2.7. Snh h5Ing cAa nano b:c /Qn s4c khTe con ng5Ui......................... 29
1.2.8. Kng d2ng cAa nano b:c .................................................................. 30
1.3. TWNG QUAN VB CÂY CHÈ ..................................................................... 33
1.3.1. GiJi thiHu chung.............................................................................. 33
1.3.2. $Oc /iXm cây chè ............................................................................ 34
1.3.3. Thành phYn hóa h-c........................................................................ 37
1.3.4. Tác d2ng d58c lý - Công d2ng ....................................................... 37
1.4. KHÁI QUÁT VI KHUZN ........................................................................... 38
1.4.1. Khái niHm chung v0 vi khuPn ......................................................... 38
1.4.2. S9 l58c v0 vi khuPn ESCHERICHIA COLI (E. coli) ..................... 39
1.4.3. Tính chRt ni cRy........................................................................... 40
1.4.4. Kh' n+ng gây bHnh ........................................................................ 40
1.4.5. TriHu ch4ng nhi?m khuPn và cách phịng ng[a.............................. 40
1.5. CACBON HO%T TÍNH (THAN HO%T TÍNH)......................................... 41
1.5.1. TMng quan v0 than ho:t tính ........................................................... 41
1.5.2. Các d:ng than ho:t tính .................................................................. 41
1.5.3. Cơng d2ng cAa than ho:t tính ......................................................... 42
CH+/NG 2: NGUYÊN LI
2.1. NGUYÊN LIDU, D"NG C" VÀ HÓA CH\T .......................................... 44
2.1.1. Nguyên liHu..................................................................................... 44
2.1.2. D2ng c2 và hóa chRt........................................................................ 44
2.2. XÁC $]NH THƠNG S_ HĨA LÝ ............................................................. 45
2.2.1. Xác /Enh /` Pm ............................................................................... 45
2.2.2. Xác /Enh hàm l58ng tro .................................................................. 46
2.3. KHSO SÁT CÁC YaU T_ SNH HLbNG $aN QUÁ TRÌNH CHIaT LÁ
CHÈ ..................................................................................................................... 47
2.3.1. Kh'o sát td lH ren/lTng..................................................................... 47
2.3.2. Kh'o sát thUi gian chiQt .................................................................. 47
2.4. $]NH DANH THÀNH PHfN NHÓM CH\T HÓA HgC TRONG D]CH
CHIaT LÁ CHÈ.................................................................................................. 48
2.5. KHSO SÁT CÁC YaU T_ SNH HLbNG $aN QUÁ TRÌNH T%O
NANO B%C ........................................................................................................ 50
2.5.1. Kh'o sát nhng /` dung dEch b:c nitrat ........................................... 50
2.5.2. Kh'o sát td lH thX tích dEch chiQt...................................................... 50
2.5.3. Kh'o sát pH mơi tr5Ung t:o nano b:c ............................................ 50
2.5.4. Kh'o sát nhiHt /` t:o nano b:c ....................................................... 51
2.6. PHLcNG PHÁP NGHIÊN CKU H%T NANO B%C ................................ 51
2.6.1. Ph59ng pháp phM tG ngo:i và phM kh' kiQn (UV-VIS) .................. 51
2.6.2. Kính hiXn vi /iHn tG truy0n qua (TEM) .......................................... 53
2.6.3. PhM tán sec n+ng l58ng tia X (EDX) .............................................. 55
2.6.4. PhM nhi?u x: tia X (XRD)............................................................... 56
2.7. KHS NiNG KHÁNG KHUZN CjA NANO B%C TRÊN CACBON
HO%T TÍNH ....................................................................................................... 57
2.7.1. Mơi tr5Ung ni vi khuPn E. coli................................................... 57
2.7.2. HRp ph2 nano b:c trên than ho:t tính ............................................. 58
2.7.3. $ánh giá kh' n+ng kháng khuPn cAa nano b:c tPm trên than ho:t
tính ............................................................................................................ 58
2.8. Sc $k QUY TRÌNH THlC NGHIDM TWNG HmP NANO B%C VÀ
KHS NiNG KHÁNG KHUZN CjA NĨ TRÊN CACBON HO%T TÍNH .... 58
CH+/NG 3: K(T QU4 VÀ TH4O LU;N................................................... 60
3.1. KaT QUS XÁC $]NH CÁC THƠNG S_ HĨA LÍ................................... 60
3.1.1. Xác /Enh /` Pm ............................................................................... 60
3.1.2. Xác /Enh hàm l58ng tro .................................................................. 60
3.2. KaT QUS KHSO SÁT CÁC YaU T_ SNH HLbNG $aN QUÁ TRÌNH
CHIaT LÁ CHÈ.................................................................................................. 61
3.2.1. Kh'o sát td lH ren/lTng..................................................................... 61
3.2.2. Kh'o sát thUi gian chiQt .................................................................. 63
DANH MSC CÁC CHX VI(T TYT
BHA
Butylated hydroxyanisole
BHT
Butylated hydroxytoluene
E. coli
Vi khuPn Escherichia coli
EDX
PhM tán sec n+ng l58ng tia X
DNA
Deoxyribonucleic acid
HIV/AIDS
H`i ch4ng suy gi'm mi?n dEch mec ph'i
MHH
Men ho:t hóa
MTD
Men th2 /`ng
PVA
Polyvinyl alcohol
PVP
Polyvinylpyrrolidone
TEM
Kính hiXn vi /iHn tG truy0n qua
UV
Tia c>c tím
UV-Vis
Quang phM hRp th2 phân tG
XRD
PhM nhi?u x: tia X
DANH MSC CÁC B4NG
SF hiZu
Tên bWng
Trang
1.1
$` dài tJi h:n cAa m`t s7 tính chRt cAa v)t liHu
8
1.2
M`t s7 hong s7 v)t lý cAa b:c
16
2.1
Môi tr5Ung nuôi cRy vi khuPn n5Jc mem - peptin
57
3.1
KQt qu' xác /Enh /` Pm trong lá chè
60
3.2
KQt qu' xác /Enh hàm l58ng tro trong lá chè
60
3.3
KQt qu' hiHu suRt kháng khuPn cAa nano b:c tPm trên
79
than ho:t tính
3.4
KQt qu' hiHu suRt kháng khuPn cAa than ho:t tính
79
DANH MSC CÁC HÌNH
SF
Tên hình
Trang
Mơ phTng v)t liHu kh7i (3D), màng nano (2D), dây nano (1D)
6
hiZu
1.1
và h:t (0D) nano
1.2
Robot nano giúp lo:i bT tQ bào ung th5
10
1.3
Tác /`ng cAa ion b:c lên vi khuPn
18
1.4
C9 chQ phá vp màng tQ bào vi khuPn cAa nano b:c
19
1.5
Ion b:c vơ hiHu hóa enzym chuyXn hóa oxy cAa vi khuPn
20
1.6
Ion b:c liên kQt vJi các base cAa DNA
20
1.7
M`t s7 4ng d2ng nano b:c trong /Ui s7ng
30
1.8
Kng d2ng cAa nano b:c vào s9n và xG lí n5Jc th'i
32
1.9
KhPu trang tPm nano b:c
33
1.10
S'n phPm thu7c tr[ bHnh MIFUM có ch4a nano b:c
33
1.11
Cây chè và /hi chè
35
1.12
Búp trà và s'n phPm chQ biQn t[ búp trà
36
1.13
Hoa và qu' chè xanh
37
1.14
Hình 'nh vi khuPn E.coli
39
1.15
Hình d:ng cAa than ho:t tính
42
2.1
Nguyên liHu chè t59i và lá chè /ã xG lí
44
2.2
Máy /o UV-Vis cary 100
52
2.3
Snh UV-VIS cAa các h:t nano b:c
53
2.4
HH th7ng hiXn vi /iHn tG truy0n qua JEM-1400
54
2.5
Kính hiXn vi /iHn tG quét JMS 5410 có kèm thêm ph2 kiHn
56
EDX
2.6
Máy XRD D8 Advance
57
2.7
S9 /h quy trình th>c nghiHm
59
3.1
$h thE biXu di?n 'nh h5Ing cAa td lH ren/ lTng /Qn quá trình t:o
62
nano b:c
3.2
S> thay /Mi màu sec cAa các dung dEch nano b:c theo td lH
62
ren/lTng
3.3
$h thE biXu di?n 'nh h5Ing cAa thUi gian chiQt
64
/Qn quá trình t:o nano b:c
3.4
S> thay /Mi màu sec cAa các dung dEch nano b:c theo thUi gian
64
chiQt
3.5
Mqu dEch chiQt lá chè thu /58c I /i0u kiHn t7i 5u
65
3.6
S> thay /Mi màu sec trong quá trình t:o nano b:c vJi s> biQn
68
thiên nhng /` dung dEch AgNO3
3.7
Snh h5Ing cAa nhng /` dung dEch AgNO3
68
3.8
S> thay /Mi màu sec trong quá trình t:o nano b:c vJi s> biQn
70
thiên thX tích dEch chiQt
3.9
Snh h5Ing cAa td lH thX tích dEch chiQt /Qn q trình t:o nano
70
b:c
3.10
S> thay /Mi màu sec trong quá trình t:o nano b:c vJi s> biQn
72
thiên pH môi tr5Ung
3.11
Snh h5Ing cAa pH mơi tr5Ung /Qn q trình t:o nano b:c
72
3.12
S> thay /Mi màu sec trong quá trình t:o nano b:c vJi s> biQn
74
thiên nhiHt /`
3.13
Snh h5Ing cAa nhiHt /` /Qn quá trình t:o nano b:c
75
3.14
Snh TEM cAa mqu nano b:c tMng h8p
76
3.15
Hình 3.15. PhM EDX cAa mqu nano b:c tMng h8p
77
3.16
PhM XRD cAa mqu nano b:c tMng h8p
78
3.17
HH th7ng l-c khuPn E. coli
79
1
MT UU
1. Lý do chLn [\ tài
Ngày nay công nghH nano phát triXn m:nh mr và /58c 4ng d2ng trong
nhi0u l;nh v>c nh5: y h-c, sinh h-c, công nghH xúc tác, cơng nghH thơng tin,
dHt may, ms phPm…trong /ó cơng nghH nano b:c /58c các nhà nghiên c4u
/Oc biHt quan tâm.
b kích th5Jc nano, b:c t+ng ho:t tính sát khuPn lên gRp 50000 lYn so
vJi I kích th5Jc ion. Các h:t nano b:c có thX tiêu diHt /58c 650 lồi vi khuPn
khác nhau chd trong vòng m`t phút. TRt c' các vi khuPn /0u không bE lUn vJi
kháng sinh b:c và vì thQ các h:t nano b:c khơng bE mRt tác d2ng. Ngoài ra,
các h:t nano b:c sr giúp t:o ra các oxygen ho:t tính t[ trong khơng khí hoOc
trong n5Jc và t[ /ó phá hAy các tQ bào cAa vi khuPn. Các h:t nano b:c /58c
/5a vào trong m-i chRt duo và 4ng d2ng khá r`ng rãi trong /Ui s7ng. Nano
b:c /5a vào các polimer nh5 polietylen (PE), polipropylen (PP), các lo:i giRy,
v'i…có kh' n+ng diQt chQt ba lo:i vi khuPn: t7 c8u khu9n vàng, Bacillus và E.
coli.
$i0u chQ b:c nano có rRt nhi0u ph59ng pháp khác nhau, nh5ng ph59ng
pháp sinh h-c /58c xem là ru ti0n và ít rAi ro nhRt. T+ng c5Ung m7i quan tâm
/Qn vRn /0 môi tr5Ung, trong /0 tài này, sG d2ng ph59ng pháp tMng h8p h:t
nano b:c bong cách sG d2ng các chRt chiQt xuRt t[ th>c v)t. Quá trình /i0u chQ
h:t nano là lành tính, khơng sG d2ng bRt kv hóa chRt /`c h:i nào.
b ViHt Nam cwng nh5 trên thQ giJi, cây chè /58c biQt /Qn t[ rRt lâu bIi
nhxng công d2ng tuyHt vUi cAa nó. Cây chè có tên khoa h-c là Camellia
sinensis thu`c h- Theaceae. Là loài cây mà lá và chhi cAa chúng /58c dùng /X
s'n xuRt trà. Cây chè có nguhn g7c t[ khu v>c $ơng Nam Á, nh5ng ngày nay
2
/58c trhng phM biQn I nhi0u n9i trên thQ giJi, trong các khu v>c nhiHt /Ji và
c)n nhiHt /Ji. Nó là lo:i cây xanh lâu n+m m-c thành b2i hoOc các cây nhT,
thông th5Ung /58c xén tda /X thRp h9n 3 mét khi /58c trhng /X lRy lá.
ViHt Nam là n5Jc nhiHt /Ji gió mùa, khí h)u nóng Pm là /i0u kiHn
thu)n l8i cho viHc sinh sôi và phát triXn cAa các loài vi khuPn gây bHnh 'nh
h5Ing /Qn s4c khTe con ng5Ui. ViHc tìm m`t biHn pháp h:n chQ ng+n ng[a
các vi khuPn có h:i /X b'o vH c`ng /hng là rRt cYn thiQt và /ang /58c xã h`i
quan tâm.
VJi nhxng lý do trên, chúng tôi ch-n /0 tài nghiên c4u vJi n`i dung
"Nghiên c u t#ng h'p nano b)c t+ dung d-ch AgNO3 b/ng d-ch chi1t n!3c
lá chè xanh và kh4 n5ng kháng khu6n c7a nó trên v9t li:u cacbon ho)t
tính".
2. M]c tiêu nghiên c_u
- Xây d>ng quy trình /i0u chQ h:t nano b:c t[ dung dEch AgNO3 bong
dEch chiQt n5Jc lá chè xanh.
- ThG tác d2ng kháng khuPn cAa h:t nano b:c tMng h8p /58c trên v)t
liHu cacbon ho:t tính.
3. Fi tD`ng và pham vi nghiên c_u
Lá chè xanh /58c thu hái t:i $à Nyng.
4. PhDEng pháp nghiên c_u
Nghiên c!u lý thuy+t
- Thu th)p các thông tin tài liHu liên quan /Qn /0 tài.
- XG lý các thông tin v0 lý thuyQt /X /5a ra các vRn /0 cYn th>c hiHn
trong quá trình th>c nghiHm.
Ph"5ng pháp th1c nghi)m
3
- Ph59ng pháp chiQt tách: ph59ng pháp ch5ng ninh sG d2ng dung môi
là n5Jc.
- Ph59ng pháp xác /Enh các thông s7 hóa lý: xác /Enh /` Pm, hàm
l58ng tro.
- Ph59ng pháp phân tích cơng c2: ph59ng pháp quang phM hRp th2
phân tG (UV-Vis), TEM, EDX, XRD.
- KiXm tra tính kháng khuPn cAa nano b:c trên v)t liHu cacbon ho:t tính
vJi vi khuPn E. coli.
5. Ý nghba khoa hLc và thdc tien cfa [\ tài
- Nghiên c4u này giúp cho chúng ta hiXu biQt rõ h9n v0 ph59ng pháp
/i0u chQ h:t nano b:c bong ph59ng pháp sinh h-c, lành tính, ít /`c h:i.
- T)n d2ng nguhn nguyên liHu syn có rRt nhi0u I n5Jc ta là lá chè, /X
tMng h8p h:t nano b:c.
- So vJi các ph59ng pháp khG trùng truy0n th7ng, nano b:c có tính
kháng khuPn cao, khơng t:o s'n phPm ph2 gây /`c vJi mơi tr5Ung và con
ng5Ui. Có kh' n+ng 4ng d2ng trong xG lí mơi tr5Ung.
6. BF c]c cfa lugn vBn
Ngoài phYn mI /Yu (3 trang), kQt lu)n và kiQn nghE (2 trang) và 35 tài
liHu tham kh'o, lu)n v+n ghm có 7 b'ng, 40 hình và 3 ch59ng nh5 sau:
Ch59ng 1 – TMng quan
Ch59ng 2 – Nguyên liHu và ph59ng pháp nghiên c4u
Ch59ng 3 – KQt qu' và th'o lu)n
4
CH+/NG 1
T-NG QUAN
1.1. KHÁI QUÁT VV CÔNG NGH< NANO
1.1.1. LOch sh hình thành cfa cơng nghZ nano
Thu)t ngx cơng nghH nano (nanotechnology) xuRt hiHn t[ nhxng n+m
70 cAa thQ kz XX, chd viHc thiQt kQ, phân tích, chQ t:o và 4ng d2ng các cRu
trúc, thiQt bE và hH th7ng bong viHc /i0u khiXn hình dáng, kích th5Jc trên quy
mơ nanomet. Chúng có /` chính xác rRt cao 0,1 - 100nm, t4c là chính xác /Qn
t[ng lJp nguyên tG, phân tG [2].
Ti0n t7 nano xuRt hiHn trong tài liHu khoa h-c lYn /Yu tiên vào n+m
1908, khi Lohman sG d2ng nó /X chd các sinh v)t rRt nhT vJi /5Ung kính
200nm. N+m 1974, Tanigushi lYn /Yu tiên sG d2ng thu)t ngx công nghH nano
hàm ý s> liên kQt các v)t liHu cho ks thu)t chính xác trong t59ng lai. HiHn t:i
trong khoa h-c, ti0n t7 nano biXu thE con s7 10-9 t4c kích th5Jc 1 phYn tz mét.
Cho tJi nay, vqn ch5a có /58c m`t /Enh ngh;a th7ng nhRt v0 cơng nghH nano.
Công nghH nano /ã thn t:i trong t> nhiên m`t thUi gian dài. M`t ví d2
/iXn hình là nhxng chiQc long siêu mEn trên bàn chân cAa th:ch sùng cho phép
nó bám vào t5Ung và th)m chí là I mOt d5Ji cAa tRm kính nom ngang.
Theo c9 quan Hàng Không Vw tr2 Hoa Kv (NASA), công nghH nano là
công nghH chQ t:o ra các cRu trúc, v)t liHu, thiQt bE và hH th7ng ch4c n+ng vJi
kích th5Jc /o bong nanomet (kho'ng t[ 1 /Qn 100nm) và khai thác 4ng d2ng
các /Oc tính /`c /áo cAa nhxng s'n phPm này. Cơng nghH nano cwng có thX
hiXu là ngành cơng nghH d>a trên các hiXu biQt v0 các quy lu)t, hiHn t58ng,
tính chRt cAa cRu trúc v)t lý có kích th5Jc /Oc tr5ng I thang nano [4].
Công nghH nano là khoa h-c liên ngành, là s> kQt tinh cAa nhi0u thành
5
t>u khoa h-c trên nhi0u l;nh v>c khác nhau (bao ghm tốn h-c, v)t lý, hóa
h-c, y-sinh h-c,…).
Có thX nói, trong thUi /iXm hiHn t:i, ti0m n+ng phát triXn cAa m`t công
nghH hay ks thu)t mJi rõ nhRt qua nguhn ngân sách nghiên c4u hàng n+m và
doanh thu /em l:i t[ các s'n phPm th59ng m:i cAa nó. $58c tồn thQ giJi
nghiên c4u và /Yu t5 phát triXn, ngân sách /Yu t5 cho công nghH nano cAa các
tM ch4c thu`c chính phA /ã t+ng nhi0u lYn.
1.1.2. Vgt liZu nano
a. Khái ni:m
Khi nói /Qn v)t liHu nano là /Qn m`t phYn tz cAa cái gì /ó. Ví d2,
m`t nano giây là m`t kho'ng thUi gian bong m`t phYn tz cAa giây. Cịn nano
mà chúng ta dùng I /ây có ngh;a là nanomet, m`t phYn tz cAa m`t met. Nói
m`t cách rõ ràng h9n là v)t liHu chRt ren có kích th5Jc nanomet vì yQu t7
quan tr-ng nhRt mà chúng ta sr làm viHc là v)t liHu I tr:ng thái ren. V)t liHu
nano là m`t thu)t ngx rRt phM biQn, tuy v)y khơng ph'i ai cwng có m`t khái
niHm rõ ràng v0 thu)t ngx /ó [5].
V)t liHu nano có thX là nhxng t)p h8p cAa các nguyên tG kim lo:i hay
phi kim (/58c g-i là Cluster) hay phân tG cAa các oxit, sunfua, nitrua,
borua… có kích th5Jc trong kho'ng t[ 1 /Qn 100nm. $ó cwng có thX là
nhxng v)t liHu x7p vJi /5Ung kính mao qu'n nom trong giJi h:n t59ng t>
(zeolit, photphat, cacbonxylat kim lo:i…) [8].
V)t liHu nano là /7i t58ng cAa cơng nghH nano, kích th5Jc cAa v)t liHu
nano /58c tr'i r`ng. $X có m`t con s7 d? hình dung, nQu ta có m`t qu' cYu có
bán kính bong qu' bóng bàn thì thX tích /ó /A /X làm ra rRt nhi0u h:t nano có
kích th5Jc 10nm. NQu ta xQp các h:t /ó thành m`t hàng dài kQ tiQp nhau thì
/` dài cAa chúng bong m`t ngàn lYn chu vi trái /Rt [8].
6
b. Các lo)i v9t li:u nano
V)t liHu nano là v)t liHu trong /ó có ít nhRt m`t chi0u có kích cp
nanomet. V0 tr:ng thái v)t liHu có thX là ren, lTng, hoOc khí [5], [12]. V0 hình
d:ng v)t liHu nano có thX chia thành các lo:i :
-V)t liHu nano ba chi0u (c' ba chi0u có kích cp nanomet hay cịn g-i là
v)t liHu nano không chi0u) nh5 /ám nano, dung dEch keo nano, h:t nano…
- V)t liHu nano hai chi0u là v)t liHu có hai chi0u là kích th5Jc nanomet,
ví d2 nh5 màng mTng.
- V)t liHu nano m`t chi0u là v)t liHu trong /ó chd có m`t chi0u là kích
th5Jc nanomet. Ví d2 nh5 dây nano, 7ng nano,…
Hính 'nh mơ phTng v)t liHu nano thX hiHn trong hình 1.1.
Hình 1.1. Mô ph;ng v.t li)u kh&i (3D), màng nano (2D), dây nano (1D)
và h
nano hoOc cRu trúc cAa nó có nano khơng chi0u, m`t chi0u và hai chi0u /an
xen lqn nhau. Cwng theo cách phân lo:i theo hình dáng cAa v)t liHu, m`t s7
ng5Ui /Ot tên s7 chi0u bE giJi h:n I kích th5Jc nano. NQu nh5 thQ thì h:t nano
là v)t liHu nano 3 chi0u, dây nano là v)t liHu nano 2 chi0u và màng mTng là
v)t liHu nano 1 chi0u.
Phân lo:i theo tính chRt v)t liHu thX hiHn s> khác biHt I kích th5Jc nano
+ V)t liHu nano kim lo:i.
7
+ V)t liHu nano bán dqn.
+ V)t liHu nano t[ tính.
+ V)t liHu nano sinh h-c.
Nhi0u khi ng5Ui ta ph7i h8p hai cách phân lo:i vJi nhau, hoOc ph7i h8p
hai khái niHm nhT t:o ra các khái niHm mJi. Ví d2, /7i t58ng cAa chúng ta sau
/ây là ‘’h:t nano kim lo:i’’ trong /ó ‘’h:t’’ /58c phân lo:i theo hình dáng,
‘’kim lo:i’’ /58c phân lo:i theo tính chRt.
1.1.3. CE si khoa hLc
Công nghH nano d>a trên ba c9 sI khoa h-c chính [33]:
- Chuyjn tiQp tk tính chlt cm [ijn [Qn tính chlt lD`ng th: Khác vJi
v)t liHu kh7i, khi I kích th5Jc nano thì các tính chRt l58ng tG /58c thX hiHn
rRt rõ ràng. Vì v)y khi nghiên c4u v)t liHu nano chúng ta cYn tính tJi các
th+ng giáng ngqu nhiên. b kích th5Jc càng nhT thì các tính chRt l58ng tG
càng thX hiHn m`t cách rõ ràng h9n. Ví d2 m`t chRm l58ng tG có thX /58c coi
nh5 m`t /:i nguyên tG, nó có các m4c n+ng l58ng gi7ng nh5 m`t nguyên tG.
- HiZu _ng b\ mnt: Cùng m`t kh7i l58ng nh5ng khi I kích th5Jc nano
chúng có diHn tích b0 mOt lJn h9n rRt nhi0u so vJi khi chúng I d:ng kh7i.
$i0u này có ý ngh;a rRt quan tr-ng trong các 4ng d2ng cAa v)t liHu nano có
liên quan tJi kh' n+ng tiQp xúc b0 mOt cAa v)t liHu, nh5 trong các 4ng d2ng
v)t liHu nano làm chRt diHt khuPn. $ây là m`t tính chRt quan tr-ng làm nên s>
khác biHt cAa v)t liHu có kích th5Jc nanomet so vJi v)t liHu I d:ng kh7i .
-
o dài tJi han: Kích th5Jc tJi h:n là kích th5Jc mà I /ó v)t gix
ngun các tính chRt v0 v)t lý, hóa h-c khi I d:ng kh7i. NQu kích th5Jc v)t
liHu mà nhT h9n kích th5Jc này thì tính chRt cAa nó hồn tồn bE thay /Mi.
NQu ta gi'm kích th5Jc cAa v)t liHu /Qn kích cp nhT h9n b5Jc sóng cAa vùng
ánh sáng thRy /58c (400 - 700nm), theo Mie hiHn t58ng "c`ng h5Ing
plasmon b0 mOt" x'y ra và ánh sáng quan sát /58c sr thay /Mi ph2 thu`c vào
b5Jc sóng ánh sáng x'y ra hiHn t58ng c`ng h5Ing. Hay nh5 tính dqn /iHn cAa
8
v)t liHu khi tJi kích th5Jc tJi h:n thì khơng tuân theo /Enh lu)t Ohm nxa. Mà
lúc này /iHn trI cAa chúng sr tuân theo các quy tec l58ng tG. M{i v)t liHu /0u
có nhxng kích th5Jc tJi h:n khác nhau và b'n thân trong m`t v)t liHu cwng có
nhi0u kích th5Jc tJi h:n 4ng vJi các tính chRt khác nhau cAa chúng. BIi v)y
khi nghiên c4u v)t liHu nano chúng ta cYn xác /Enh rõ tính chRt sr nghiên c4u
là gì. Chính nhU nhxng tính chRt lý thú cAa v)t liHu I kích th5Jc tJi h:n nên
cơng nghH nano có ý ngh;a quan tr-ng và thu hút /58c s> chú ý /Oc biHt cAa
các nhà nghiên c4u.
B,ng 1.1. =? dài t@i h
Tính chRt
B5Jc sóng /iHn tG
Tính chRt /iHn Qng /5Ung t> do trung bình
HiHu 4ng /5Ung ngYm
$` dày vách /ơmen
Tính chRt t[
Quãng /5Ung tán x: spin
H7 l58ng tG
Tính chRt quang $` dài suy gi'm
$` sâu b0 mOt kim lo:i
$` dài liên kQt cOp Cooper
Tính siêu dqn
$` thPm thRu Meisner
T59ng tác bRt /Enh x4
Biên h:t
Tính chRt c9
Bán kính khIi /`ng /4t vp
Sai hTng mYm
$` nh+n b0 mOt
Xúc tác
Hình h-c topo b0 mOt
$` dài Kuhn
Siêu phân tG CRu trúc nhE cRp
CRu trúc tam cRp
Mi?n dEch
Nh)n biQt phân tG
$` dài tJi h:n
10-100
1-100
1-10
10-100
1-100
1-100
10-100
10-100
0,1-100
1-100
1-1000
1-10
1-100
0,1-10
1-10
1-10
1-100
1-10
10-1000
1-10
9
1.1.4. Tình hình nghiên c_u v\ hat nano trong và ngoài nDJc
Ngày nay trên thQ giJi cwng nh5 trong n5Jc, khoa h-c và công nghH
nano /ang phát triXn rRt m:nh mr và /58c 4ng d2ng r`ng rãi trong các ngành
khoa h-c khác nhau nh5 /iHn tG, v)t lý, hóa h-c, sinh h-c, y h-c, mơi
tr5Ung… trong /ó nMi b)t là các 4ng d2ng cAa nó trong viHc xG lí nhi?m
khuPn, không gây /`c h:i cho con ng5Ui và không gây kích 4ng da.
Do các 4ng d2ng kì diHu cAa cơng nghH nano, ti0m n+ng kinh tQ cwng
nh5 t:o ra s4c m:nh v0 quân s> nên hiHn nay trên thQ giJi /ang x'y ra cu`c
ch:y /ua sôi /`ng v0 phát triXn và 4ng d2ng công nghH nano. Hoa Kv, Nh)t
B'n, Trung Qu7c, $4c là nhxng c5Ung qu7c /ang chiQm l;nh thE tr5Ung công
nghH nano.
b ViHt Nam, tuy chd mJi tiQp c)n vJi công nghH nano trong nhxng n+m
gYn /ây nh5ng cwng có nhxng b5Jc chuyXn t:o ra s4c hút mJi. Nhà n5Jc
cwng dành m`t kho'ng ngân sách khá lJn cho ch59ng trình nghiên c4u cơng
nghH nano cRp qu7c gia vJi s> tham gia cAa nhi0u tr5Ung $:i h-c và ViHn
nghiên c4u.
Ph59ng pháp chQ t:o h:t nano kim lo:i nói chung và chQ t:o nano b:c
nói riêng /ã /58c rRt nhi0u nhà khoa h-c trên thQ giJi nghiên c4u. Ph59ng
pháp th5Ung /58c sG d2ng chA yQu là: /iHn hóa, khG hóa h-c, khG nhiHt, sinh
h-c, khG do b4c x: ion hóa… Nguyên tec chung cAa các ph59ng pháp này là
khG ion kim lo:i trong dung dEch thành nguyên tG kim lo:i, sau /ó các nguyên
tG liên kQt vJi nhau thành t)p h8p rhi phát triXn kích th5Jc thành các h:t nano
và sG d2ng polyme /X Mn /Enh h:t. H5Jng nghiên c4u 4ng d2ng chính cAa
nano b:c t)p trung vào kh' n+ng kháng l:i các lo:i vi khuPn, virut, các 4ng
d2ng trong các thiQt bE y tQ và trong các thiQt bE diHt khuPn, l-c n5Jc.v.v
Theo nh)n /Enh cAa nhi0u chuyên gia, công nghH nano sr t:o nên m`t
10
cu`c cách m:ng /`t phá trong nhi0u ngành khoa h-c và /Ui s7ng, t:o ti0n /0
cho m`t “thQ giJi nhT h9n và thông minh h9n’’ [11].
1.1.5. *ng d]ng cfa vgt liZu nano
V)t liHu nano là m`t trong nhxng l;nh v>c nghiên c4u /dnh cao sôi
/`ng nhRt trong thUi gian gYn /ây. $i0u /ó /58c thX hiHn bong s7 các cơng
trình khoa h-c, s7 các bong phát minh sáng chQ, s7 các cơng ty có liên quan
/Qn khoa h-c, cơng nghH nano t+ng theo cRp s7 mw. S'n phPm t[ v)t liHu nano
có nhi0u 5u viHt, trong /ó có hai 5u viHt chính /ó là:
- Vì kích th5Jc cRu trúc nano rRt nhT do /ó tiêu t7n ít v)t liHu, ít n+ng
l58ng, ít gây ơ nhi?m mơi tr5Ung và giá thành gi'm.
- S'n phPm cơng nghH nano có nhi0u tính n+ng mJi, khơng thX thay thQ
bong các v)t liHu khác /58c.
Vì v)y cơng nghH nano /ã nhanh chóng thâm nh)p các ngành công
nghiHp và m-i l;nh v>c /Ui s7ng, các 4ng d2ng /iXn hình nh5:
a. Cơng ngh: nano v3i v;n <= s c kho> và y t1
ViHc 4ng d2ng thành t>u cAa công nghH nano vào y tQ, b'o vH s4c khou
sr t:o ra b5Jc nh'y v-t mJi cAa thE tr5Ung dEch v2 y tQ và thiQt bE y tQ. Nó
làm t+ng t7c /` và hiHu qu' trong chuPn /oán, /i0u trE bHnh. VJi công nghH
này, ng5Ui ta /ã chQ t:o /58c các thiQt bE siêu nhT và /A “thông minh” /X /5a
thu7c /Qn /úng /Ea chd cYn thiQt trong c9 thX, hay có thX can thiHp lên các tM
ch4c tQ bào trong c9 thX /X có thX /'m b'o thu7c không 'nh h5Ing /Qn
nhxng tQ bào khou m:nh gây tác d2ng ph2 nguy hiXm [5], [12], [35].
M`t l;nh v>c mJi cAa công nghH nano /ang /58c phát triXn là chQ t:o
các v)t liHu nano có tính chRt mơ phTng sinh h-c, t[ /ó có thX thay thQ, sGa
chxa /58c các mô hTng trong c9 thX con ng5Ui.
HiHn nay, y tQ nano /ang t)p trung vào nhxng m2c tiêu b4c xúc nhRt
11
/7i vJi s4c khTe con ng5Ui, /ó là bHnh do di truy0n có nguyên nhân t[ gen,
các bHnh nan y hiHn nay nh5: HIV/AIDS, ung th5, tim m:ch, các bHnh /ang
lan r`ng nh5: béo phì, tiXu /5Ung, liHt rung (Parkinson), mRt trí nhJ
(Alzheimer)… Robot nano gúp lo:i bT tQ bào ung th5 /58c mơ t' I hình 1.2.
Hình 1.2. Robot nano giúp lob. Công ngh: nano v3i v;n <= n5ng l!'ng và môi tr!?ng [5], [35]
$X gi'i quyQt vRn /0 n+ng l58ng - m`t thách th4c nghiêm tr-ng trong
thQ kd này, ng5Ui ta /ã thu /58c nhi0u kQt qu' kh' quan t[ công nghH nano.
Các lo:i pin mOt trUi vJi hiHu suRt cao, giá thành gi'm, chRt xúc tác nano /X
nâng cao hiHu suRt chuyXn n+ng l58ng cAa hy/rocacbon thành nhiHt n+ng, v)t
liHu nano /X chQ t:o các lo:i v)t liHu /iHn t[ mJi, các thiQt bE /i0u khiXn mJi
nhom tiQt kiHm n+ng l58ng /ã xuRt hiHn.
Các chRt làm s:ch môi tr5Ung cwng /ang là vRn /0 /58c quan tâm. Các
lo:i h:t nano ho:t tính cao có thX hRp th2 hoOc v)n chuyXn chRt gây ô nhi?m
thành d:ng keo huy0n phù hoOc sol khí. Các h:t này cwng có thX tham gia vào
các q trình hố h-c ph4c t:p trong khí quyXn hoOc trong /Rt mà ta có thX
l>a ch-n /X khec ph2c hoOc làm gi'm nh| các th'm h-a ô nhi?m môi tr5Ung.
c. Công ngh: nano v3i công ngh: thông tin
S> ra /Ui cAa máy tính /iHn tG /ã mI ra cu`c Cách M:ng khoa h-c
12
công nghH thông tin vJi nhxng b5Jc phát triXn /`t phá trong nhxng th)p niên
cu7i thQ kd XX cho /Qn nay. Tuy nhiên, các linh kiHn máy tính sG d2ng công
nghH này /ã tiHm c)n giJi h:n lý thuyQt và tiQp t2c phát triXn, chúng trI nên
quá /et /T. NQu khơng tìm ra /58c biHn pháp thay thQ hxu hiHu các linh kiHn
cw này thì sr khơng thX /áp 4ng /58c nhu cYu cAa b` nhJ ngày càng lJn theo
t7c /` phát triXn rRt nhanh cAa công nghH thông tin. T[ /ây công nghH nano ra
/Ui, /ã /5a ra m`t gi'i pháp tuyHt vUi cho bài tốn hóc búa này. $ó chính là
chRm l58ng tG. ChRm l58ng tG là m`t h:t (bán dqn, kim lo:i, polyme) có bán
kính cp vài nanomet. Ng5Ui ta /ã nghiên c4u và chQ t:o /58c các chíp máy
tính vJi các chRm l58ng tG g-i là chíp nano có /` tích h8p rRt cao, triXn v-ng
cho phép t+ng dung l58ng b` nhJ cAa máy tính lên có thX ch4a thơng tin t[ tRt
c' các th5 viHn trên thQ giJi trong thiQt bE nhT nh5 m`t viên /5Ung.
d. Cơng ngh: nano trong c( khí, v9t li:u
Cơng nghH nano hiHn nay t)p trung nghiên c4u m:nh trong l;nh v>c v)t
liHu. ViHc tìm ra nhxng v)t liHu mJi vJi tính n+ng c9-lí-hố /Oc biHt /X 4ng
d2ng trong c9 khí, xây d>ng /ang là l;nh v>c nghiên c4u m:nh nhRt trong
ngành khoa h-c này.
Các 7ng nanocacbon là lo:i v)t liHu nano có rRt nhi0u 4ng d2ng quý.
Do cRu trúc /Oc biHt, nên các 7ng nanocacbon vơ cùng b0n vxng, có /` b0n
c9 h-c gRp 10 lYn thép và có tính b0n nhiHt rRt cao. Chúng /58c dùng vào làm
nguyên liHu s'n xuRt cho xe h9i, máy bay, tàu vw tr2…
Các nhà khoa h-c Ms cwng /ang chQ t:o ra các phịng thí nghiHm siêu
nhT có thX nom g-n trong lịng bàn tay nhU cơng nghH nano. Nhxng phịng thí
nghiHm này có thX cho ngay kQt qu' phân tích I n9i A bHnh.
$Oc biHt, cơng nghH nano trong t59ng lai cịn có thX cho phép t:o ra
nhxng v)t liHu gYn gi7ng vJi v)t liHu trong c9 thX con ng5Ui nhom thay thQ
13
nhxng phYn c9 thX bE hTng cAa con ng5Ui.
e. Công ngh: nano v3i an ninh qu@c phòng
Qu7c phòng cwng là m`t l;nh v>c /ang rRt chú ý /Qn nghiên c4u công
nghH nano. GiJi quân s> Ms giU /ây /Oc biHt quan tâm /Qn công nghH này.
$i0u d? hiXu là nhxng thiQt bE ks thu)t siêu nhT có thX trI thành vw khí nguy
hiXm h9n c' bom nguyên tG. VJi m`t /`i qn vơ hình và s> nhân b'n, robot
siêu nhT có thX tiêu diHt ku thù trong chJp nhống.
HiHn nay, công nghH nano /ang là m`t thách th4c /7i vJi chiQn l58c
phát triXn khoa h-c I nhi0u n5Jc, /Oc biHt là nhxng n5Jc có n0n khoa h-c
phát triXn nh5 Ms, $4c, Pháp và Nh)t B'n.
Ngoài nhxng 4ng d2ng c9 b'n trên, cơng nghH nano cịn có nhi0u 4ng
d2ng quan tr-ng trong nhi0u ngành ngh0 khác nhau nh5 th>c phPm, nông
nghiHp,… Trên c9 sI khoa h-c và th>c ti?n /ã thu /58c, ta có thX thRy rong
chec chen cơng nghH nano sr t:o nên m`t cu`c cách m:ng ch5a t[ng có trong
khoa h-c và /Ui s7ng.
1.1.6. Các phDEng pháp tmng h`p vgt liZu nano
Có hai ph59ng pháp c9 b'n /X tMng h8p v)t liHu nano là ph59ng pháp
/i t[ trên xu7ng và ph59ng pháp /i t[ d5Ji lên.
a. Ph!(ng pháp Ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng là ph59ng pháp t:o h:t kích th5Jc nano
t[ các h:t có kích th5Jc lJn h9n. Nguyên lý cAa ph59ng pháp là dùng ks
thu)t nghi0n hoOc biQn d:ng /X biQn các v)t liHu /Qn kích th5Jc lJn v0 kích
th5Jc nano [5].
* Ph"5ng pháp nghiAn
V)t liHu I d:ng b`t /58c tr`n lqn vJi nhxng viên bi /58c làm t[ các v)t
liHu rRt c4ng và /Ot trong c7i. Máy nghi0n có thX là nghi0n lec, nghi0n rung,
14
nghi0n quay. Các viên bi c4ng va ch:m vào nhau và phá vp b`t /Qn kích
th5Jc nano. KQt qu' thu /58c là v)t liHu nano không chi0u.
* Ph"5ng pháp bi+n d
có thX /58c /i0u chdnh tuv thu`c vào t[ng tr5Ung h8p c2 thX. NQu nhiHt /`
lJn h9n nhiHt /` phịng thì g-i là biQn d:ng nóng, cịn nhiHt /` nhT h9n nhiHt
/` phịng thì g-i là biQn d:ng ngu`i. KQt qu' thu /58c là các h:t nano m`t
chi0u (dây nano) hoOc hai chi0u (lJp có chi0u dày nm).
Nhìn chung ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng là ph59ng pháp /9n gi'n,
khá hiHu qu', có thX chQ t:o /58c m`t l58ng lJn v)t liHu. Tuy nhiên tính /hng
nhRt cAa v)t liHu không cao, t7n nhi0u n+ng l58ng cwng nh5 trang thiQt bE và
do v)y ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng ít /58c dùng /X /i0u chQ v)t liHu nano
so vJi ph59ng pháp /i t[ d5Ji lên.
b. Ph!(ng pháp Ng58c vJi ph59ng pháp /i t[ trên xu7ng, ph59ng pháp /i t[ d5Ji lên
hình thành v)t liHu nano t[ các nguyên tG hoOc ion.
Lu /iXm cAa ph59ng pháp này là tMng h8p /58c v)t liHu nano vJi kích
th5Jc nhT, /hng /0u. PhYn lJn các v)t liHu nano hiHn nay /58c /i0u chQ t[
ph59ng pháp này. Nó có thX là ph59ng pháp v)t lý, hố h-c hoOc kQt h8p c'
hai ph59ng pháp.
* Ph"5ng pháp v.t lý [5]
$ây là ph59ng pháp t:o v)t liHu nano t[ nguyên tG hoOc chuyXn pha.
- Ph59ng pháp chuyXn pha
V)t liHu /58c /un nóng rhi làm ngu`i vJi t7c /` nhanh /X thu /58c
tr:ng thái vơ /Enh hình. Sau /ó tiQn hành xG lý nhiHt /X x'y ra q trình
chuyXn pha t[ vơ /Enh hình sang tinh thX (ph59ng pháp làm ngu`i nhanh).
