Nghiên cứu điều chế dung dịch Ag nano mật độ cao và khảo sát khả năng diệt khuẩn của chúng

hước nhỏ như vậy, vật liệu nano có những tính chất vô cùng độc đáo mà những vật liệu có kích thước lớn hơn không thể có được như độ bền cơ học cao, hoạt tính xúc tác cao, các tính chất điện quang nổi trội…Chính những tính chất ưu việt này mà đã mở ra cho các vật liệu nano những ứng dụng vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghệ điện tử - viễn thông, sức khoẻ - y tế, năng lượng và môi trường [1]. Các chuyên gia báo cáo rằng công nghệ nano là một trong 5 ngành công nghệ đột phá có tác dụng tích cực nhất trong vòng 25 năm tới, đối với kinh tế thế giới [2,3]. Tuy là một ngành còn non trẻ, song tốc độ phát triển và những thành tựu nghiên cứu nổi bật gần đây, công nghệ nano có thể làm thay đổi một cách toàn diện và sâu sắc mọi mặt trong đời sống. Nhận thức được vai trò, tầm quan trọng của công nghệ nano và để không bị tụt hậu so với các nước phát triển, từ năm 2004, nhà nước ta đã coi sự phát triển công nghệ nano như một mũi nhọn về khoa học công nghệ để phục vụ cho các ngành khoa học khác. Trong những năm gần đây, công nghệ nano nước ta đã thu hút được một số thành tựu bước đầu đáng khích lệ như đã điều chế được các vật liệu nano TiO2, Cu2O, Ag, các oxit phức hợp…và đang nghiên cứu để đưa các sản phẩm này vào ứng dụng trên quy mô công nghiệp [1]. Trong khuôn khổ một bài khoá luận tốt nghiệp này, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu điều chế dung dịch Ag nano mật độ cao và khảo sát khả năng diệt khuẩn của chúng”. Đây là phương pháp mới hứa hẹn cho hiệu quả cao trong việc điều chế vật liệu nano để diệt khuẩn trong môi trường. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. CÔNG NGHỆ NANO VÀ VẬT LIỆU NANO 1.1.1. Công nghệ nano Thuật ngữ “công nghệ nano” được biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX. Có rất nhiều cách để định nghĩa công nghệ nano. Theo giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo, công nghệ nano được định nghĩa như sau: “Công nghệ nano bao gồm các quá trình của phân tách, làm bền và biến dạng của vật liệu bằng một nguyên tử hoặc phân tử”. Theo Website United Stales National Nanotechnology Initiative đưa ra định nghĩa như sau: “Công nghệ nano là xử lý thông tin và kiểm soát vật chất ở các chiều xấp xỉ từ 1 đến 100nm, nơi mà những hiện tượng khác thường xảy ra có khả năng cho phép những ứng dụng mới lạ”. Một cách khác công nghệ nano được định nghĩa như sau: [1,6] “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 nanomét”. Công nghệ nano là một khoa học liên ngành, là sự kết tinh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau (bao gồm toán học, vật lý, hoá học, y-sinh học…) và là một ngành công nghệ có nhiều tiềm năng [1,4,5]. Toán học Vật lý Y- sinh học Công nghệ nano Hoá học Công nghệ thông tin Hình 1. Mối liên quan của công nghệ nano với các ngành khoa học khác. 1.1.2. Vật liệu Nano a. Khái niệm: Khi nói đến vật liệu nano là đến một phần tỷ của cái gì đó. Ví dụ, một nano giây là một khoảng thời gian bằng một phần tỷ của giây. Còn nano mà chúng ta dùng ở đây có nghĩa là nanomét, một phần tỷ của một mét. Nói một cách rõ ràng hơn là vật liệu chất rắn có kích thước nanomét vì yếu tố quan trọng nhất mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn. Vật liệu nano là một thuật ngữ rất phổ biến, tuy vậy không phải ai cũng có một khái niệm rõ ràng về thuật ngữ đó. [2] Vật liệu nano có thể là những tập hợp của các nguyên tử kim loại hay phi kim (được gọi là Cluster) hay phân tử của các oxit, sunfua, nitrua, borua… có kích thước trong khoảng từ 1 đến 100nm. Đó cũng có thể là những vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm trong giới hạn tương tự ( zeolit, phot phat, cacbonxylat kim loại…). [2,5] Vật liệu nano là đối tượng của công nghệ nano, kích thước của vật liệu nano được trải rộng. Để có một con số dễ hình dung, nếu ta có một quả cầu có bán kính bằng quả bóng bàn thì thể tích đó đủ để làm ra rất nhiều hạt nano có kích thước 10nm. Nếu ta xếp các hạt đó thành một hàng dài kế tiếp nhau thì độ dài của chúng bằng một ngàn lần chu vi trái đất. [2] b. Các loại vật liệu nano Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích cỡ nanomét. Về trạng thái vật liệu có thể là rắn, lỏng, hoặc khí [2,6]. Về hình dạng vật liệu nano có thể chia thành các loại : -Vật liệu nano ba chiều (cả ba chiều có kích cỡ nanomét hay còn gọi là vật liệu nano không chiều) như đám nano, dung dịch keo nano, hạt nano… - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu có hai chiều là kích thước nanomét, ví dụ như màng mỏng. - Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó chỉ có một chiều là kích thước nanomét. Ví dụ như dây nano, ống nano,… -Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposit trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều và hai chiều đan xen như Ag/silica... 1.1.3. Cơ sở của công nghệ nano Một trong những đặc điểm quan trọng của vật liệu nano là kích thước vô cùng nhỏ do vậy số nguyên tử nằm trên bề mặt của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều so với vật liệu có kích thước lớn hơn. Như vậy nếu ở vật liệu thường, chỉ có một số ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các nguyên tử còn lại nằm sâu phía bên trong, bị các lớp ngoài che chắn thì trong cấu trúc của vật liệu nano, hầu hết các nguyên tử đều được phơi ra bề mặt hoặc bị che chắn không đáng kể. Do vậy diện tích bề mặt của vật liệu nano tăng lên rất nhiều so với vật liệu thông thường. Hay nói một cách khác, ở các vật liệu có kích thước nanomét, mỗi nguyên tử được tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình trong tương tác với môi trường xung quanh. Điều này đã làm xuất hiện nhiều đặc tính nổi trội, đặc biệt là các tính điện, quang, từ, xúc tác. [6] 1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano [2] 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 tăng theo cấp số mũ. Sản phẩm từ vật liệu nano có nhiều ưu việt, trong đó có hai ưu việt chính đó là: . Vì kích thước trúc nano rất nhỏ do đó tiêu tốn ít vật liệu, ít năng lượng, ít gây ô nhiễm môi trường và giá thành giảm. . Sản phẩm công nghệ nano có nhiều tính năng mới, không thể thay thế bằng các vật liệu khác được. Vì vậy công nghệ nano đã nhanh chóng thâm nhập các ngành công nghiệp và mọi lĩnh vực đời sống, các ứng dụng điển hình như: a. Công nghệ nano với vấn đề sức khoẻ và y tế [4] Việc ứng dụng thành tựu của công nghệ nano vào y tế, bảo vệ sức khoẻ sẽ tạo ra bước nhảy vọt mới của thị trường dịch vụ y tế và thiết bị y tế. Nó làm tăng tốc độ và hiệu quả trong chuẩn đoán, điều trị bệnh. Với công nghệ này, người ta đã chế tạo được các thiết bị siêu nhỏ và đủ “thông minh” để đưa thuốc đến đúng địa chỉ cần thiết trong cơ thể, hay có thể can thiệp lên các tổ chức tế bào trong cơ thể để có thể đảm bảo thuốc không ảnh hưởng đến những tế bào khoẻ mạnh gây tác dụng phụ nguy hiểm. Một lĩnh vực mới của công nghệ nano đang được phát triển là chế tạo các vật liệu nano có tính chất mô phỏng sinh học, từ đó có thể thay thế, sửa chữa được các mô hỏng trong cơ thể con người. b. Công nghệ nano với vấn đề năng lượng và môi trường [4] Để giải quyết vấn đề năng lượng - một thách thức nghiêm trọng trong thế kỉ này, người ta đã thu được nhiều kết quả khả quan từ công nghệ nano. Các loại pin mặt trời với hiệu suất cao, giá thành giảm, chất xúc tác nano để nâng cao hiệu suất chuyển năng lượng của hyđrocacbon thành nhiệt năng, vật liệu nano để chế tạo các loại vật liệu điện từ mới, các thiết bị điều khiển mới nhằm tiết kiệm năng lượng đã xuất hiện. Các chất làm sạch môi trường cũng đang là vấn đề được quan tâm. Các loại hạt nano hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm thành dạng keo huyền phù hoặc sol khí. Các hạt này cũng có thể tham gia vào các quá trình hoá học phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất mà ta có thể lựa chọn để khắc phục hoặc làm giảm nhẹ các thảm họa ô nhiễm môi trường. c. Công nghệ nano với công nghệ thông tin [6,7] Sự ra đời của máy tính điện tử đã mở ra cuộc Cách Mạng khoa học công nghệ thông tin với những bước phát triển đột phá trong những thập niên cuối thế kỉ XX cho đến nay. Tuy nhiên, các linh kiện máy tính sử dụng công nghệ này đã tiệm cận giới hạn lý thuyết và tiếp tục phát triển, chúng trở nên quá đắt đỏ. Nếu không tìm ra được biện pháp thay thế hữu hiệu các linh kiện cũ này thì sẽ không thể đáp ứng được nhu cầu của bộ nhớ ngày càng lớn theo tốc độ phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin. Từ đây công nghệ nano ra đời, đã đưa ra một giải pháp tuyệt vời cho bài toán hóc búa này. Đó chính là chấm lượng tử. Chấm lượng tử là một hạt (bán dẫn, kim loại, polyme) có bán kính cỡ vài nanomét. Người ta đã nghiên cứu và chế tạo được các chíp máy tính với các chấm lượng tử gọi là chíp nano có độ tích hợp rất cao, triển vọng cho phép tăng dung lượng bộ nhớ của máy tính lên đến có thể chứa thông tin từ tất cả các thư viện trên thế giới trong thiết bị nhỏ như một viên đường. d. Công nghệ nano trong cơ khí , vật liệu [6,7] Công nghệ nano hiện nay tập trung nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực vật liệu. Việc tìm ra những vật liệu mới với tính năng cơ-lí-hoá đặc biệt để ứng dụng trong cơ khí, xây dựng đang là lĩnh vực nghiên cứu mạnh nhất trong ngành khoa học này. Các ống nanocacbon là loại vật liệu nano có rất nhiều ứng dụng quý. Do cấu trúc đặc biệt, nên các ống nanocacbon vô cùng bền vững, có độ bền cơ học gấp 10 lần thép và có tính bền nhiệt rất cao. Chúng được dùng vào làm nguyên liệu sản xuất cho xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ… Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phòng thí nghiệm siêu nhỏ có thể nằm gọn trong lòng bàn tay được nhờ công nghệ nano. Những phòng thí nghiệm này có thể cho ngay kết quả phân tích ở nơi ủ bệnh. Đặc biệt, công nghệ nano trong tương lai còn có thể cho phép tạo ra những vật liệu gần giống với vật liệu trong cơ thể con người nhằm thay thế những phần cơ thể bị hỏng của con người. e. Công nghệ nano với an ninh quốc phòng [6,7] Công nghệ nano cũng đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng. Những thiết bị kỹ thuật siêu nhỏ có thể trở thành vũ khí nguy hiểm hơn cả bom nguyên tử. Với một “đội quân” nhỏ bé không thể phát hiện bằng mắt thường và có khả năng tự nhân bản, rôbôt siêu nhỏ có thể tiêu diệt được kẻ thù chỉ trong chớp nhoáng. Đây cũng là một vấn đề hết sức thận trọng trong việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ nano. Ngoài những ứng dụng cơ bản trên, công nghệ nano còn có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành nghề khác nhau như thực phẩm, nông nghiệp,… Trên cơ sở khoa học và thực tiễn đã thu được, ta có thể thấy rằng chắc chắn công nghệ nano sẽ tạo nên một cuộc cách mạng chưa từng có trong khoa học và đời sống. 1.1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano [1,6] Có hai phương pháp cơ bản để tổng hợp vật liệu nano là phương pháp đi từ dưới lên và phương pháp đi từ trên xuống. 1.1.5.1. Phương pháp đi từ trên xuống Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp dùng kỹ thuật nghiền hoặc biến dạng để biến các vật liệu đến kích thước nano. - Phương pháp nghiền Vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung, nghiền quay. Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều. - Phương pháp biến dạng Phương pháp biến dạng có thể là đùn thuỷ lực, tuốt, cán ép. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ phòng thì gọi là biến dạng nóng, còn nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phòng thì gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các hạt nano một chiều hoặc hai chiều. Nhìn chung phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng hiệu quả, có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên tính đồng nhất của vật liệu không cao và do vậy phương pháp đi từ trên xuống ít được dùng để điều chế vật liệu nano so với phương pháp đi từ dưới lên. 1.1.5.2.Phương pháp đi từ dưới lên Ngược với phương pháp đi từ trên xuống, phương pháp đi từ dưới lên hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Ưu điểm của phương pháp này là tổng hợp được vật liệu nano với kích thước nhỏ, đồng đều. Phần lớn các vật liệu nano hiện nay được điều chế từ phương pháp này. Nó có thể là phương pháp vật lý, hoá học hoặc kết hợp cả hai phương pháp. a. Phương pháp vật lý Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. - Phương pháp chuyển pha Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình. Sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vô định hình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh). -Phương pháp bốc bay nhiệt Vật liệu được đốt “phương pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng điện hồ quang làm cho bay hơi. Sau khi ngưng tụ hơi ta sẽ thu được các hạt bột mịn có kích thước nano. b. Phương pháp hoá học Phương pháp hoá học là phương pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion hoặc nguyên tử. Đây là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano. Ưu điểm của phương pháp này là có thể tổng hợp được tất cả các dạng của vật liệu nano như dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là cả các cấu trúc nano phức tạp mô phỏng sinh học. Hơn nữa, phương pháp này còn cho phép can thiệp để tạo ra các vật liệu nano với kích thước nhỏ như mong muốn với độ đồng đều cao. - Phương pháp khử hoá học Ở phương pháp khử hoá học, muối của kim loại tương ứng được khử với sự có mặt của các tác nhân làm bền để khống chế sự lớn lên của các hạt và ngăn cản sự keo tụ của chúng. Ưu điểm của phương pháp này là quy trình thực hiện đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị đắt tiền, có thể điều khiển kích thước hạt như mong muốn và cho phép tổng hợp vật liệu với khối lượng lớn. Phương pháp này chủ yếu để tạo ra các hạt nano kim loại. - Phương pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên Các chất có sẵn trong tự nhiên như zoelit, các hạt sét, các phân tử sinh học,… có rất nhiều các lỗ nhỏ với kích thước nanomét. Các chất này vì thế có thể làm khuôn phản ứng tổng hợp vật liệu nano, … 1.1.6. Giới thiệu về kim loại Bạc 1.1.6.1. Vị trí nguyên tố, đặc điểm cấu tạo và tính chất của bạc kim loại [8] Bạc được kí hiệu là Ag, nằm ở ô thứ 47 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, thuộc phân nhóm phụ nhóm IB. Cấu hình electron của nguyên tố bạc ở lớp ngoài cùng là 4d105s1. Bạc kim loại kết tinh ở dạng lập phương tâm diện, có bán kính nguyên tử là 1.44A0. Bạc là kim loại nặng, mềm, có ánh kim, màu trắng(màu nguyên thuỷ của bạc là màu xám), có hai đồng vị bền là 107Ag(51.9%) và 109Ag(48.1%). Dưới đây là một số hằng số vật lý của Ag. Bảng 1. Một số hằng số vật lý của Ag Nhiệt nóng chảy(0C) Nhiệt độ sôi(0C) Nhiệt thăng hoa(KJ/mol) Tỷ khối Độ cứng thang Moxo Độ dẫn điện Hg=1 Độ dẫn nhiệt Hg=1 960 2167 283,6 10,50 2,7 59 49 Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt thăng hoa của bạc cao hơn nhiều so với hầu hết các kim loại khác. Về độ dẫn điện và dẫn nhiệt, bạc đứng đầu tất cả các kim loại. Bạc cũng vượt xa các kim loại khác về tính dẻo, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi. Về mặt hoá học bạc là kim loại rất kém hoạt động. Bạc không tác dụng với ôxi không khí kể cả khi đun nóng, nên bạc được xem là một kim loại quý điển hình. 1.1.6.2. Ứng dụng của kim loại bạc.[2] Bạc là một kim loại có nhiều ứng dụng to lớn phục vụ cho lợi ích của con người. Chúng ta dùng bạc để trang trí, để kị gió, bảo vệ sức khoẻ vì bạc là kháng sinh tự nhiên không có tác dụng phụ. Khoa học và công nghệ ngày càng phát triển, con người càng phát hiện ra nhiều tính chất ưu việt của bạc như tính quang, tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhất trong số các kim loại…nên bạc đã được sử dụng nhiều trong kỹ thuật điện tử, quang học. 1.1.6.3. Khả năng diệt khuẩn của Bạc kim loại Cách đây hàng trăm năm, các nhà khoa học thế giới sau nhiều năm nghiên cứu đã chứng minh được rằng bạc có tính năng diệt khuẩn và các dụng cụ như cốc, chén, ấm, bình, lọ,… bằng bạc đã được sử dụng trong giới hoàng tộc, vua chúa thời xa xưa để khử độc và chống bệnh ung thư. Nhà sinh vật học Robert O. Becker- tác giả của The Body Electric năm 1970- cho rằng hàm lượng bạc trong người mà thấp hơn mức chuẩn thì khả năng miễn dịch kém. Tổ chức FDA của Mỹ cũng công nhận rằng Bạc là kháng sinh tự nhiên và không có tác dụng phụ. Bạc có tính chất sát khuẩn và hiệu quả đặc thù với sự thay đổi chất. Bạc hạn chế sự thay đổi chất và điện của các ion âm(Ag) bắn ra hạn chế sự sinh sản của vi khuẩn đơn bào gây hại. [9] 1.2. Vật Liệu Nano Bạc Bạc kim loại từ lâu đã được sử dụng làm chất diệt khuẩn, nhưng khi ở trạng thái phân tán với kích thước nanomét thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên gấp bội. Theo GS.TS Phan Đình Khôi, Chủ Tịch Hội Vật lý Học Việt Nam, viện khoa học vật liệu, nano là công nghệ của thế kỉ XXI, giúp bảo vệ và nâng cao chất lượng cuộc sống. Bạc nano là một ứng dụng hoàn thiện của khoa học và công nghệ nano đối với bạc để tăng tính năng diệt khuẩn, sát trùng, tiêu độc và khử mùi, được ứng dụng trong một số sản phẩm như các dụng cụ bảo quản thực phẩm, sơn, các vật liệu may mặc, mỹ phẩm… Chắc chắn rằng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ, chúng ta còn khám phá ra nhiều tính chất hữu dụng hơn nữa của bạc nano cũng như các vật liệu nano khác để nâng cao chất lượng cuộc sống và sự tiến bộ của loài người. [9] 1.2.1. Các phương pháp điều chế nano bạc Người ta có thể sử dụng các quy trình khác nhau cũng như các điều kiện khác nhau: chất đầu, phương pháp, điều kiện lọc, rửa, sấy, nung,… để điều chế Ag nano kích cỡ khác nhau phục vụ cho những mục đích khác nhau. Nói chung, cũng giống như các vật liệu nano khác, Ag nano chủ yếu được tổng hợp bằng hai phương pháp chính là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số phương pháp điển hình đã được biết khá rộng rãi trên thế giới. 1.2.1.1. Phương pháp vật lý Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. a: Phương pháp chuyển pha b: Phương pháp bốc bay nhiệt Các phương pháp vật lý để điều chế vật liệu nano như trên thường yêu cầu những thiết bị phức tạp, trong những điều kiện khá khắt khe và khó điều chỉnh được kích thước hạt. 1.2.1.2. Các phương pháp hóa học Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu nano bạc, trong đó phương pháp hóa học là một phương pháp có nhiều ưu điểm. Ưu điểm nổi trội nhất phải kể đến là mức độ đồng nhất hóa học rất tốt do đó có thể trộn lẫn các chất khác nhau ở cấp độ phân tử. Không những thiết bị đơn giản, mà với phương pháp hóa học người ta có thể kiểm soát được các điều kiện phản ứng, các điều kiện ảnh hưởng đến kích thước hạt và hơn nữa còn điều khiển được kích thước hạt như mong muốn. Dưới đây là một số phương pháp thường được sử dụng để điều chế vật liệu nano, đặt biệt là Ag nano. a. Phương pháp phân hủy nhiệt Phương pháp này người ta thường sử dụng một muối của bạc và axit hữu cơ ( thường là các axit béo mạch dài vì những axit này có tác dụng bảo vệ). Muối đó đem nung ở nhiệt độ <3000C trong vòng 2 giờ thu được tinh thể Ag nano kích cỡ nhỏ và có đường phân bố kích thước hẹp. b. Phương pháp sử dụng màng các chất đa điện li Các chất cao phân tử chứa các nhóm có khả năng ion hoá được gọi là các chất đa điện li. Trong dung dịch chất đa điện li có các ion lớn và ion tương ứng. Đặc điểm chính của các chất đa điện li đó là cấu hình của mạch cao phân tử tích điện, có sự phân bố các đối ion ở trong mạch và xung quanh mạch cao phân tử. Do đặc điểm của mạch cao phân tử các chất điện li nên chúng có thể tạo thành các “hố” kích thước nano mang điện tích âm và sẽ giữ các ion Ag+ trong đó. Sử dụng phương pháp này có thể tổng hợp được các hạt nano với kích thước khoảng 2 - 4nm và độ đồng đều cao. [5] c. Phương pháp polyol [12,13,14] Có thể dùng Etylenglycol và các diol làm chất khử, ở nhiệt độ cao với sự có mặt của chất làm bền để tạo ra các hạt Ag nano. Nhưng qua nghiên cứu người ta thấy rằng khả năng của poly etylenglycol (PEG) nhạy hơn, nó lại có mạch cacbon dài nên PEG vừa là chất khử, vừa là chất bảo vệ trong quá trình phản ứng. Trong công trình [13] đã tiến hành như sau: Đun PEG đến 800C, cho dung dịch AgNO3 vào, giữ nhiệt độ ở 800C và khuấy đều trong một giờ. Khi màu đỏ của dung dịch chuyển từ hồng sang màu xanh đen, chứng tỏ các hạt bạc nano đã được tạo thành. Các hạt này bền trong nhiều tháng, chứng tỏ PEG là một chất bảo vệ tốt. Phương trình phản ứng: RCH2CH2OH + 2Ag+ = RCH2CHO + 2Ag + 2 H+ Đây là một phương pháp mới và đơn giản để điều chế các hạt Ag nano. Khi sử dụng PEG không cần phải thêm dung môi, chất hoạt động bề mặt hay chất khử nữa. Hình dạng và kích thước của Ag nano phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất phản ứng. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Khi độ dài của mạch polyme tăng lên thì khả năng khử của PEG cũng tăng. Các hạt Ag nano thu được bằng phương pháp này có kích thước khá nhỏ và đồng đều, khoảng 8-10nm. d. Phương pháp khử hóa học [1,6,7,16] Vật liệu Ag nano chủ yếu được điều chế bằng phản ứng khử ion Ag+ trong dung dịch bởi các tác nhân khử êm dịu với sự có mặt của các chất làm bền. * Tác nhân khử Tác nhân khử là yếu tố có tính chất quyết định kích thước, hình dáng hạt tạo thành. Nếu chất khử quá mạnh, quá trình khử diễn ra quá nhanh, số lượng Ag sinh ra quá nhiều sẽ kết tụ lại với nhau tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn. Ngược lại, nếu chất khử quá yếu, quá trình tổng hợp sẽ đạt hiệu suất thấp, thời gian phản ứng quá dài làm làm phát sinh nhiều sản phẩm phụ không mong muốn. Các tác nhân khử rất đa dạng, thường là: fomandehit, hydzazin, muối tactrat, xitrat, NaBH4, các polyol… * Tác nhân bảo vệ Các chất bảo vệ này có vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thước hạt bạc, bằng cách khống chế sự lớn lên của các hạt Ag và ngăn cản sự keo tụ của chúng. Các chất bảo vệ thường là các polyme và các chất hoạt động bề mặt như polyvinylancol, polyetylenglycol, xenluloaxetat, silica… Cơ chế làm bền có thể được giải thích như sau: Phân tử các chất làm bền thường có các nhóm phân cực có ái lực mạnh với ion Ag+ và các phân tử Ag kim loại. Đó là nhóm -OH ở PVA, xenluloaxetat, silica,… nhóm chứa nguyên tử O, N trong PVP, nhóm -COO trong các axit béo, nhóm -SH trong các thiol Rn(SH) (OH). Trong quá trình phản ứng, do các ion Ag+ đã được gắn lên trên các polyme nên không thể lớn lên một cách tự do. Hơn nữa các hạt Ag nano khi vừa hình thành đã được ngăn cách với nhau bởi lớp vỏ polyme lớn và không thể kết tụ được với nhau. Điều này đã khống chế cả quá trình lớn lên và tập hợp của các hạt, do đó dễ tạo kích thước hạt nhỏ và đồng đều. Ngoài ra các hạt Ag nano còn được làm bền theo cơ chế làm bền của các hạt keo. Khi ion Ag+ chưa bị khử hoàn toàn, chúng được hấp phụ trên bề mặt hạt và tạo thành các mixen gồm nhân bạc, một lớp chất bảo vệ và lớp điện kép của Ag+ và NO-3. Nhờ lớp điện kép này mà các hạt Ag nano mang điện tích trái dấu và đẩy nhau, tránh hiện tượng keo tụ. Bên cạnh đó các yếu tố khác như: pH, nồng độ chất tham gia phản ứng, nhiệt độ của phản ứng, tốc độ, thời gian phản ứng… cũng ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm tạo thành. Ví dụ khi pH quá lớn sẽ xảy ra quá trình tạo thành Ag2O nên khó khống chế phản ứng, đặc biệt khi pH cao, ion OH- làm mỏng lớp điện kép bao ngoài hạt nano làm các hạt nano dễ tập hợp. Khi nồng độ thấp, tốc độ cung cấp chất phản ứng nhỏ, các hạt nano thường tạo thành nhỏ và đồng đều hơn. Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quy trình sản xuất ra Ag nano khá đơn giản, không đòi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ khống chế các điệu 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. 1.2.2. Ứng dụng của Bạc nano Với sự phát triển của công nghệ nano, bạc nano là một đối tượng nhận được nhiều chú ý của các nhà khoa học cũng như các doanh nghiệp. Vì bạc không những mang lại những đặc tính đáng quý của vật liệu nano mà còn có những tính chất riêng khác biệt ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. a. Ứng dụng của bạc nano đối với sức khoẻ và y học Do con người luôn phải chịu sự tấn công của các loại vi khuẩn độc hại có trong môi trường, chính vì vậy mà khoa học luôn phải tìm kiếm, tổng hợp nên các vật liệu có khả năng diệt trừ vi khuẩn. Dù không quá lâu khi thế giới phát hiện ra công nghệ bạc nano có những tính năng tuyệt vời với khả năng bảo vệ sức khoẻ con người, nhưng chỉ hơn một năm trở lại đây Việt Nam mới xuất hiện dòng sản phẩm ứng dụng công nghệ được coi là cuộc cách mạng của thế kỉ XXI này. Công nghệ Ag nano được biết phù hợp với điều kiện khí hậu, môi trường và văn hoá tiêu dùng của nước ta. 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 dụng sản phẩm thiết yếu phục vụ đời sống con người và được coi là tiêu chí cạnh tranh hàng đầu giữa các nhà sản xuất trên thị trường. [9] Với diện tích bề mặt lớn, chỉ cần dùng một lượng nhỏ bạc nano mà tác dùng diệt khuẩn lại tăng lên rất nhiều. Bởi vậy mà rất nhiều vật dụng được tráng một lớp bạc nano để diệt khuẩn như máy điều hoà nhiệt độ, tủ lạnh, bình lọc nước,… nhằm kháng khuẩn và tiêu độc. Bên cạnh đó không thể không nhắc tới một nhãn hiệu được tin dùng trong suốt thời gian qua đó là bình sữa tiệt khuẩn và các dụng cụ đựng thức ăn cho trẻ nhỏ của Mummybear. Loại bình sữa tráng Ag nano này đang được thu hút bởi tính năng ưu việt của nó như kháng khuẩn, tiêu độc, khử mùi, diệt được 99.9%vi khuẩn E.coli và Staphylococi gây bệnh tiêu chảy ở trẻ, ngoài ra khăn ướt, hộp đựng thức ăn, quần áo trẻ em cũng đều được tráng một lớp bạc nano để kháng khuẩn và tiêu độc. Hình 2. Bình sữa với công nghệ Nano Silver 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… [2] b. Ứng dụng của bạc nano trong công nghiệp điện tử Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano có ảnh hưởng nhiều như điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông, bạc nano là một tronh những vật liệu được ứng dụng nhiều nhất trong lĩnh vực này. Chúng không chỉ mang trong mình những tính chất ưu việt của vật liệu nano mà còn có hoạt tính xúc tác, tính điện, tính quang, tính từ… rất cao so với các vật liệu khác. Do vậy bạc nano 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 nhanh hơn và nhiều hơn. Nhờ thế mà kích thước của các thiết bị giảm xuống đáng kể mà chất lượng còn tăng thêm nhiều so với trước đây.[4, 11] c. Ứng dụng của bạc nano trong lĩnh vực may mặc[2,4] Các nhà nghiên cứu đại học Clemson(Mỹ) vừa chế tạo một loại chất phủ mới, giúp con người có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử dụng các hạt nano bạc có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc người. Hạt nano tạo ra các bướu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polymer làm bướu vĩnh viễn bám vào vải. Khi vải tiếp xúc với nước, chẳng hạn dưới trời mưa, chất bẩn sẽ tự cuốn trôi dễ dàng. Brown nói “Người mặc vẫn cần một ít nước để loại bỏ chất bẩn. Tuy nhiên quá trình giặt sẽ nhanh hơn và không phải giặt thường xuyên như quần áo hiện nay”. Có thể gắn lớp phủ vào mọi loại vải, từ polyester, bông cho tới lụa. Chất phủ mới cũng có tiềm năng được phủ lên quần áo trẻ em, quần áo bệnh viện, đồ thể thao, quân phục và áo mưa … Với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ nano, trong thời gian tới người ta còn khám phá ra nhiều đặc tính ưu việt hơn nữa của bạc nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lượng cuộc sống và tiến bộ xã hội. d. Ứng dụng của bạc nano- Hoạt tính diệt khuẩn Vật liệu bạc nano vừa kết hợp được những tính chất ưu việt của vật liệu nano, vừa kết hợp được những tính chất quý báu của Ag kim loại nên có rất nhiều ứng dụng quan trọng và thú vị, đặc biệt là trong lĩnh vực kháng khuẩn và xúc tác. Trong khuôn khổ bài khóa luận này, chúng tôi chỉ đề cập đến một ứng dụng quan trọng của bạc nano đó là hoạt tính diệt khuẩn của nó. Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu giải thích hoạt tính diệt khuẩn của bạc. Tuy nhiên cơ chế chính xác của bạc và ion Ag+ tấn công vào vi sinh vật như thế nào thì không thực sự rõ ràng. Hiện nay, các nhà khoa học đưa ra 3 giả thiết về cơ chế diệt khuẩn này: Các nhóm thiol (-SH) trong thành tế bào của các vi sinh vật, virus đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và năng lượng của chúng. Ion Ag+ có khả năng liên kết tạo các chất không tan với các nhóm thiol này và do vậy vô hiệu hoá khả năng hoạt động của chúng. Ag+ ngăn cản quá trình hô hấp của các vi sinh vật, virus do Ag+ có khả năng ức chế các enzim tham gia vào quá trình hô hấp như xitocrom, oxidaza, các muối của sucxinat dehydrogenaza… Ag+ tấn công vào các AND của tế bào vi khuẩn, phá huỷ các mạch nucleotit bằng cách chuyển chỗ, làm đảo lộn các liên kết Hidro giữa các nhóm purin và các nhóm pyrimidin liền kề nhau. Tuy là chất độc đối với các loài vi khuẩn, virus nhưng Ag lại không độc hại với các tế bào sống của cơ thể con người và động thưc vật. Chính vì vậy mà Ag là một vật liệu kháng khuẩn lý tưởng. Người ta đã nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của hạt bạc nano trên vi khuẩn Gam âm E.coli. Kết quả nghiên cứu cho thay rằng: Tác dụng diệt khuẩn của các hạt nano bạc là phụ thuộc vào kích thước. Chỉ các hạt bạc nano có đường kính khoảng 1-10nm với diện tích bề mặt rất lớn làm tăng hoạt tính hóa học của chúng là tương tác với vi khuẩn nhiều hơn cả. [15,16] 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmisson Electron Microscope – TEM) [6] Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là phương pháp cho phép sử dụng chùm tia electron năng lượng cao để quan sát các vật thể rất nhỏ. Độ phóng đại của TEM là 400.000 lần đối với nhiều vật liệu và thậm chí lên đến 15 triệu lần đối với các nguyên tử. Với ưu thế về độ phóng đại rất lớn, T._.