Ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp nano đồng (i) oxit đến khả năng kháng escherichia coli trong điều kiện in vitro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TỔNG
HỢP NANO ĐỒNG (I) OXIT ĐẾN KHẢ
NĂNG KHÁNG ESCHERICHIA COLI TRONG
ĐIỀU KIỆN IN VITRO

GVHD: TRỊNH KHÁNH SƠN
NGUYỄN VINH TIẾN
SVTH: TRẦN THỊ NGỌC HÂN
MSSV: 15116085
SVTH: TRẦN THỊ TƯỜNG VI
MSSV: 15116156

SKL 0 0 6 1 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM
NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÃ SỐ: 2019 – 15116156

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN
TỔNG HỢP NANO ĐỒNG (I) OXIT ĐẾN KHẢ
NĂNG KHÁNG ESCHERICHIA COLI
TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO

GVHD: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
TS. NGUYỄN VINH TIẾN
SVTH: TRẦN THỊ NGỌC HÂN

15116085

TRẦN THỊ TƯỜNG VI

15116156

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, đầu tiên chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến
gia đình đã chu cấp, động viên và ln là nguồn động lực để chúng tôi học tập, rèn luyện tại
trường cũng như hồn thành khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Cơng
nghệ Hóa học và Thực Phẩm, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh
đã truyền dạy kiến thức và tạo mọi điều kiện về thiết bị, cơ sở vật chất giúp chúng tơi hồn
thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn thầy TS. Trịnh Khánh Sơn và TS. Nguyễn Vinh Tiến đã tận
tình giúp đỡ, hướng dẫn, truyền dạy kiến thức, kinh nghiệm giúp chúng tơi hồn thành khóa
luận tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn cơ Nguyễn Thị Mỹ Lệ, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học đã tạo
điều kiện và giúp đỡ cho việc sử dụng dụng cụ và thiết bị đo tại PTN Kỹ Thuật Hóa học.
Xin chân thành cảm ơn cơ Hồ Thị Thu Trang, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã tạo
điều kiện và giúp đỡ cho việc sử dụng dụng cụ và thiết bị đo tại PTN Công nghệ Thực phẩm.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị và các bạn Khóa 2013, 2014 và 2015 đã động
viên và giúp đỡ chúng tơi hồn thành các thí nghiệm của khóa luận.


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của
riêng chúng tôi. Chúng tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt
nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định.
TP. HCM, ngày

tháng

Ký tên

năm 2019


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................................ i
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ iii
TÓM TẮT ............................................................................................................................. iv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 1
1.1. Công nghệ nano .............................................................................................................. 1
1.1.1. Định nghĩa ............................................................................................................ 1
1.1.2. Nguồn gốc ............................................................................................................ 2
1.1.3. Phân loại ............................................................................................................... 3
1.1.4. Tính chất vật liệu .................................................................................................. 3
1.1.5. Phương pháp tổng hợp.......................................................................................... 5
1.1.6. Ứng dụng của vật liệu nano trong các ngành công nghiệp ................................... 6
1.2. CuNP và Cu2O NP .......................................................................................................... 7
1.2.1. Giới thiệu về CuNP và Cu2O NP.......................................................................... 7
1.2.2. Hoạt tính và cơ chế kháng khuẩn của CuNP và Cu2O NP ................................... 8
1.3. Chất bao ........................................................................................................................ 12
1.4. Escherichia coli (E. coli) .............................................................................................. 15
1.4.1. Nguồn gốc .......................................................................................................... 15
1.4.2. Đặc điểm sinh học .............................................................................................. 16
1.4.3. Khả năng gây bệnh ............................................................................................. 16
1.5. Tình hình nghiên cứu .................................................................................................... 17
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................... 17
1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ....................................................................... 17
1.6. Mục tiêu khóa luận ....................................................................................................... 19
1.7. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP ........................................................................................... 20

2.1. Sơ đồ nghiên cứu .......................................................................................................... 20
2.2. Tổng hợp Cu2O NP ....................................................................................................... 21
2.2.1. Phương pháp 1 .................................................................................................... 21
2.2.2. Phương pháp 2 .................................................................................................... 23
2.2.3. Phương pháp 3 .................................................................................................... 25
2.3. Xác định cấu trúc tinh thể, hình thái và kích thước của Cu2O NP................................ 26


2.4. Kiểm tra hiệu quả tiêu diệt E. coli ................................................................................ 28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................................... 31
3.1. Cơ chế tổng hợp Cu2O NP ............................................................................................ 31
3.2. Sự có mặt, hình thái và kích thước Cu2O NP ............................................................... 32
3.2.1. Hình thái và kích thước Cu2O NP ...................................................................... 32
3.2.2. Cấu trúc và kích thước tinh thể của Cu2O NP trong mẫu ................................... 38
3.3. Đánh giá hiệu quả tiêu diệt E. coli của Cu2O NP theo các nồng độ, pH và thời gian tiếp
xúc khác nhau ...................................................................................................................... 41
3.3.1. Hiệu quả tiêu diệt của các mẫu Cu2O NP sau 1 giờ tiếp xúc ............................. 41
3.3.2. Hiệu quả tiêu diệt của các mẫu Cu2O NP sau 24 giờ tiếp xúc ........................... 44
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .......................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 47
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 52


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn cơ chế hoạt động giả thuyết cho CuNP...................................... 11
Hình 1.2.Các sự kiện dự kiến trong quá trình giết chết tiếp xúc. ........................................ 12
Hình 1.3. Các chất bao tiêu biểu được sử dụng trong tổng hợp hạt nano kim loại. ........... 13
Hình 1.4. Sơ đồ minh họa các tham số điều khiển phối tử rất quan trọng trong việc xác định
tính chất vật lý của các tổ hợp hạt nano hoặc hạt nano. ..................................................... 14
Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tổng hợp Cu2O NP đến hiệu quả

kháng Escherichia coli trong điều kiện in vitro ................................................................... 20
Hình 2.2a. Sơ đồ quy trình tổng hợp Cu2O NP theo phương pháp 1 (trộn nhanh dung dịch
PVA/CuSO4). ....................................................................................................................... 21
Hình 2.2b. Sơ đồ quy trình tổng hợp Cu2O NP theo phương pháp 2 (nhỏ giọt dung dịch
PVA/CuSO4). ........................................................................................................................ 23
Hình 2.2c. Sơ đồ quy trình tổng hợp Cu2O NP theo phương pháp 3................................... 25
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình chuẩn bị mẫu bột nano Cu2O NP cho phương pháp đo XRD và
FE-SEM. .............................................................................................................................. 27
Hình 3.1. Ảnh chụp FE-SEM các mẫu Cu2O NP pH 6,0 ở thang đo 5𝜇m và 500nm A1), A2):
Mẫu nano 1n; B1), B2): Mẫu nano 1c; C1), C2): Mẫu nano 2. .......................................... 33
Hình 3.2. Ảnh chụp FE-SEM các mẫu Cu2O N pH 8,0 ở thang đo 5𝜇m và 500nm A1), A2):
Mẫu nano 1n; B1), B2): Mẫu nano 1c; C1), C2): Mẫu nano 2. .......................................... 34
Hình 3.3. Các hạt nano hình khối có kích thước nhỏ phân bố giữa các hạt nano bị kết tụ. 35
Hình 3.4. Phân bố kích thước hạt tinh thể Cu2O NP A) Mẫu 1n6; B) Mẫu 1n8; C) Mẫu 1c6;
D) Mẫu 1c8; E) Mẫu 2pH6; F) Mẫu 2pH8 ......................................................................... 37
Hình 3.5. A) Cấu trúc lập phương tâm mặt, B) Cấu trúc lập phương tâm khối .................. 39
Hình 3.6. Phổ XRD của Cu2O NP A) Mẫu 1n6; B) Mẫu 1n8; C) Mẫu 1c6; D) Mẫu 1c8; E)
Mẫu 2pH6; F) Mẫu 2pH8 .................................................................................................... 39
Hình 3.7. Đồ thị thể hiện hiệu quả tiêu diệt E. coli của các mẫu nano ở pH 6,0 trong 1 giờ
tiếp xúc với huyền phù vi sinh vật*....................................................................................... 41
Hình 3.8. Đồ thị thể hiện hiệu quả tiêu diệt E. coli của các mẫu nano ở pH 8,0 trong 1 giờ
tiếp xúc với huyền phù vi sinh vật*....................................................................................... 42
Hình 3.9. Đồ thị thể hiện hiệu quả tiêu diệt E. coli của các mẫu nano ở pH 6,0 trong 24 giờ
tiếp xúc với huyền phù vi sinh vật*....................................................................................... 44
Hình 3.10. Đồ thị thể hiện hiệu quả tiêu diệt E. coli của các mẫu nano ở pH 8,0 trong 24 giờ
tiếp xúc với huyền phù vi sinh vật*. ..................................................................................... 44

i

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Định nghĩa về hạt nano và vật liệu nano của một số Tổ chức và Quốc gia .......... 2
Bảng 2.1. Bảng mã hóa mẫu. ............................................................................................... 29
Bảng 2.2. Hàm lượng nguyên tố đồng trong các mẫu. ........................................................ 29
Bảng 3.1. Kích thước trung bình của Cu2O NP dựa trên phân bố hạt ................................ 36
Bảng 3.2. Bảng kích thước tinh thể trung bình của tinh thể Cu2O NP thuộc nhiều mẫu khác
nhau ..................................................................................................................................... 40

ii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CuNP: Copper nanoparticle – hạt nano đồng
Cu2O NP: Cu2O nanoparticle – hạt nano đồng (I) oxit
SPM: Scanning Probe Microscope – kính hiển vi qt đầu dị
STM: Scanning Tunneling Microscope – kính hiển vi quét xuyên hầm, hay kính hiển vi quét
chui hầm
AFM: Atomic Force Microscope – kính hiển vi lực nguyên tử
ROS: Reactive oxygen species – các gốc tự do có oxy
FESEM: Field Emission Scanning Electron Microscopy – Kính hiển vi điện tử quét phát xạ
trường
XRD : X – Ray Diffraction – nhiễu xạ tia

iii


TÓM TẮT
Nano đồng (I) oxit (Cu2O NP) đang ngày càng được chú ý vì khả năng kháng khuẩn
của chúng. Trong nghiên cứu này, các mẫu Cu2O NP được tổng hợp bằng các phương pháp
khác nhau. Bên cạnh đó, các mẫu Cu2O NP cũng được khảo sát về khả năng kháng

Escherichia coli. Các dịch chứa Cu2O NP được điều chế bằng cách khử hóa học các cation
đồng (Cu2+) với chất bao được sử dụng là PVA. Sự có mặt của Cu2O NP được xác định bằng
phương pháp đo nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction: XRD). Đồng thời, hình thái và kích
thước của Cu2O NP được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (Field
Emission Scanning Electron Microscopy: FE-SEM). Khả năng kháng khuẩn của dịch Cu2O
NP được khảo sát bằng cách trộn các dung dịch có chứa Cu2O NP vào huyền phù E. coli với
các thời gian tiếp xúc khác nhau. Sau thời gian tiếp xúc, hỗn hợp chứa dịch nano và huyền
phù E. coli được xác định mật độ vi sinh vật còn lại bằng phương pháp đổ đĩa. Các dịch nano
được tổng hợp bằng phương pháp khử nhanh Cu2+ ở pH 8,0 cho thấy hoạt động kháng khuẩn
nhiều nhất (với hiệu suất tiêu diệt: 96,26 ± 0,6091 (%)) so với các dịch nano được tổng hợp
bằng phương pháp khác mà tại đó nồng độ được kiểm soát tương đương nhau.

iv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Công nghệ nano
1.1.1. Định nghĩa
Công nghệ nano là ngành công nghiệp liên quan đến việc thiết kế, chế tạo và ứng
dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng cách kiểm sốt hình dạng, kích thước trên quy
mơ nanomet (nm, 1nm = 10-9 m) (Lindquist, Mosher‐Howe, & Liu, 2010). Định nghĩa về
hạt nano và vật liệu nano của một số Tổ chức và Quốc gia được trình bày dưới bảng sau:

1


Bảng 1.1. Định nghĩa về hạt nano và vật liệu nano của một số Tổ chức và Quốc gia
(Darweesh, 2018; Lövestam et al., 2010)
Tổ chức/

Hạt nano

Quốc gia

Vật liệu nano

Là hạt có chiều kích thước nằm Một vật liệu có thể có ba chiều kích
ISO-CEN

trong giới hạn nano. Bao gồm cả thước lớn hơn 100 nm nhưng vẫn được
chất lỏng như giọt hoặc micelle coi là vật liệu nano nếu nó có các đặc
trong nhũ tương

điểm cấu trúc trong giới hạn nano

Một vật thể có ba chiều kích thước Bất kỳ hình thái của vật liệu bao gồm
EU

các bộ phận chức năng riêng biệt, và

nằm trong giới hạn nano

SCENIHR

trong số chúng có nhiều chiều kích
thước nằm trong giới hạn nano

ACC

Hạt có một, hai hoặc ba chiều

Đối với những hạt nano có kích thước

kích thước nằm trong giới hạn

nằm ngồi phạm vi 1-100 nm (trong

nano

khoảng 50-500 nm), khi có nhiều hơn
10% hạt nằm trong giới hạn nano thì
chúng vẫn được coi là vật liệu nano

Là hạt có ít nhất một chiều kích Vật liệu có ít nhất một chiều hoặc cấu
SCCP

thước nằm trong giới hạn nano

trúc bên trong nằm trong giới hạn nano,
có thể hiện những tính chất nano

Hạt có ít nhất một chiều kích Vật liệu có ít nhất một chiều nằm trong
thước nằm trong giới hạn nano. giới hạn nano, hoặc có thể lớn hơn ở cả
Canada

Có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn giới ba chiều nhưng phải thể hiện một hoặc
hạn nano nhưng thể hiện tính chất nhiều tính chất nano
nano

ISO-CEN: International Organisation for Standardisation và The European Standardisation Committee; EU

SCENNIHR: European Union Scientifc Committee on Emerging and Newly Identifed Health Risks; ACC:
Ametican Chemistry Council; SCCP: EU Scientific Committee on Comsumer Products;

1.1.2. Nguồn gốc
Thuật ngữ công nghệ nano lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1959 bởi nhà vật lý
học người Mỹ Richard P. Feynman, điều này đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học thời
bấy giờ trong việc khám phá ra nguyên tử cũng như vũ trụ. Theo ý tưởng của Feynman, công

2