Tài liệu Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ gamma Co-60 và vài ứng dụng của chúng trong y học và nông nghiệp

IX DANH MỤC CAÙC KYÙ HIEÄU, CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT ADN Phân tử mang thông tin di truyền ADN ASTM Kính hiển vi lực nguyên tử CFU Đơn vị hình thành lạc khuẩn Colony forming unit Chitosan tan trong nước Water soluble chitosan CTS tan trong nước Acid Deoxyribonucleic Atomic scanning Tunneling Micrscope Da Đơn vị khối lượng Danton Dbh Liều xạ bão hoà (kGy) Determination dose (kGy) ĐĐA Độ đề axetyl Degree of deacetylation dtb Kích thước hạt trung bình Average particle diameter E.Coli Vi khuẩn E.coli Escherichia Coli ED50 Nồng độ ức chế 50% Effective dose 50 FE-SEM Kính hiển vi trường điện tử quét FE-TEM Kính hiển vi trường điện tử truyền qua ffc Lập phương tâm diện GC-MS Sắc ký khí khối phổ ICP – MS Khối phổ plasma ICP– AES Field emission scanning electron microscopy Field emission transmision electron microscopy Face centered cubic Gas Chromatography Mass Spectroscopy Inductively coupled plasma - Mass Spectroscopy Quang phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng Inductively coupled plasma plasma atomic emission spetroscopy X KLPT Khối lượng phân tử LSD Sự khác biệt nhỏ nhất có ý nghĩa thống kê Molecular weight Least significant difference MEA Môi trường malt agar nuôi cấy vi sinh Malt extract agar Mw Khối lượng phân tử trung bình trọng Molecular mass PVA Polyvinyl alcohol PVP Polyvinyl pyrrolidon S.aureus Vi khuẩn S. aureus Staphylococcus aureus TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua UV Bức xạ cực tím UV – vis Quang phổ hấp thụ trắc quang UV-vis XRD Phổ nhiễu xạ tia X X-Ray Diffraction γ.Co - 60 Bức xạ gamma Cobalt – 60 Gamma ray irradiation Co-60 ξ Thế điện động zeta Zeta potential Tranmision Electron Microscopy Ultraviolet Ultraviolet-visible spectroscopy XIV DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVA. Hình 1.2 Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVP. Hình 1.3 Cơ chế ổn định hạt bạc nano của CTS. Hình 1.4 Phổ hấp thụ UV-vis của keo bạc nano/PVA. Hình 1.5 Phổ hấp thụ UV-vis của keo bạc nano, liều xạ 47,6kGy. Hình 1.6 Ảnh TEM của hạt bạc nano. Hình 1.7 Phổ nhiễu xạ XRD của bạc nano. Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu keo bạc nano. Hình 3.1 Phổ hấp thụ UV-vis của dung dịch ion bạc và polyme trước chiếu xạ. Hình 3.2 Phổ UV-vis của keo bạc nano và sự phụ thuộc mật độ quang (E) theo liều xạ của keo bạc nano/PVA. Hình 3.3 Sự phụ thuộc kích thước hạt bạc trung bình (dtb) theo nồng độ PVA (nồng độ Ag+ 20mM). Hình 3.4 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano theo nồng độ PVA khác nhau (Ag+ 20mM). Hình 3.5 Phổ UV-vis tại Dbh của keo bạc nano với nồng độ ion bạc khác nhau. Hình 3.6 Sự thay đổi E theo liều xạ của keo bạc nano với nồng độ bạc khác nhau. Hình 3.7: Sự phụ thuộc Dbh vào nồng độ ion bạc ban đầu. Hình 3.8 Sự phụ thuộc giữa dtb của hạt bạc nano theo nồng độ ion bạc ban đầu. Hình 3.9 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVA theo nồng độ Ag+ khác nhau ( PVA 2%). XV Hình 3.10 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano 10mM/PVA và etanol có nồng độ khác nhau. Hình 3.11 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVA theo thời gian lưu giữ (Ag+ 20mM/PVA 2%). Hình 3.12 Phổ XRD của bạc nano/PVA và PVA. Hình 3.13 Phổ UV-vis tại Dbh của keo bạc nano/PVP với nồng độ bạc khác nhau. Hình 3.14 Sự thay đổi E theo liều xạ của keo bạc nano/PVP với nồng độ bạc khác nhau (PVP-K90 2%/etanol 10%). Hình 3.15 Sự tương quan kích thước hạt bạc nano/PVP theo nồng độ ion bạc ban đầu. H ình 3.16 Sự tương quan giữa Dbh của keo bạc nano/PVP với nồng độ ion bạc ban đầu (1-50mM). Hình 3.17 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVP với nồng độ bạc khác nhau. Hình 3.18 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVP (PVP-K30 2%/etanol 10%) với nồng độ bạc khác nhau). Hình 3.19 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVP theo nồng độ etanol khác nhau (PVP-K90 2%/Ag- 10mM). Hình 3.20 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVP (mẫu PVPK90 2%/Ag+ - 10mM/izopropanol hoặc etanol 1M). Hình 3.21 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/PVP theo thời gian lưu giữ (Ag 20mM/PVP-K90 2%/etanol 10%). Hình 3.22 Phổ XRD của bạc nano/PVP và PVP. Hình 4.1 Phổ UV-vis của các dung dịch pha loãng bằng nước 1/50 (v/v). Hình 4.2 Phổ UV-vis của mẫu CTS70 2%, Ag 5mM theo các liều xạ khác nhau. XVI Hình 4.3 Cường độ hấp thụ E của keo bạc nano/CTS theo liều xạ (CTS70 2%/Ag 5mM pha loãng bằng nước 1/50). Hình 4.4 Phổ UV-vis của keo bạc nano/CTS theo nồng độ bạc khác nhau (CTS70 1% -Mw 120kDa/etanol 5%). Hình 4.5 Phụ thuộc của Dbh của keo bạc nano/CTS vào nồng độ ion bạc ban đầu. Hình 4.6 Phụ thuộc của dtb của keo bạc nano/CTS vào nồng độ ion bạc ban đầu. Hình 4.7 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS ở nồng độ Ag+ khác nhau (CTS70 1% ). Hình 4.8 Phổ UV-vis của keo bạc nano/CTS theo liều xạ khác nhau (Ag 5mM/CTS 1%). Hình 4.9 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS (Ag 5Mm/CTS70 1%, không có etanol). Hình 4.10 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano 5mM/CTS ở hai giá trị pH khác nhau. Hình 4.11 Phổ UV-vis của keo bạc nano/CTS với nồng độ CTS khác nhau (Ag 5mM/CTS70). Hình 4.12 Sự phụ thuộc dtb của keo bạc nano/CTS theo nồng độ CTS khác nhau (Ag 5mM/CTS 70). Hình 4.13 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS ở các nồng độ CTS khác nhau (Ag 5mM/CTS 70). Hình 4.14 Phổ UV-vis của keo bạc nano/CTS với KLPT khác nhau của CTS (Ag 5mM/CTS70 1%). Hình 4.15 Sự phụ thuộc dtb của keo bạc nano/CTS theo Mw của CTS (Ag+ 5mM/CTS70 1% , Mw=3,5-460kDa). Hình 4.16 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano (Ag 5mM/CTS 70 1%) theo KLPT khác nhau của CTS. XVII Hình 4.17 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano trong chất ổn định CTS có ĐĐA 70 và 90 (Ag+ 5mM/CTS 1%). Hình 4.18 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS ở suất liều bức xạ khác nhau (Ag 5mM/CTS70 1%-Mw 120kDa ). Hình 4.19 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS sau 3 tháng lưu trữ (CTS70 2%/Ag 5mM). Hình 4.20 Phổ XRD của CTS70 và bạc nano/CTS70. Hình 4.21 Phổ UV-vis của keo bạc nano/CTS tan trong nước có nồng độ khác nhau (Ag 10mM). Hình 4.22 Sự thay đổi E theo liều xạ của keo bạc nano/CTS tan trong nước có nồng độ khác nhau (Ag 10mM). Hình 4.23 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS tan trong nước có nồng độ khác nhau. Hình 4.24 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS tan trong nước có nồng độ bạc khác nhau. Hình 4.25 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của keo bạc nano/CTS tan trong nước sau 3 tháng lưu trữ (Ag 10mM/CTS tan trong nước 1%). Hình 4.25 Phổ XRD của CTS tan trong nước, bạc nano/CTS tan trong nước và bạc khối. Hình 5.1 Hiệu quả diệt vi khuẩn E.coli và S.aureus của keo bạc nano/PVA theo nồng độ bạc. Hình 5.2 Hiệu quả diệt vi khuẩn S. aureus tại cùng nồng độ pha loãng của bạc nano/PVP, CTS, PVP+CTS. Hình 5.3 Hiệu quả diệt vi khuẩn S. aureus của keo bạc nano (CTS70 1%/Ag 5mM) theo nồng độ bạc nano. XVIII Hình 5.4 Tương quan giữa nồng độ bạc nano với mức độ ức chế sự phát triển khuẩn lạc nấm C. salmonicolor sau 8 ngày nuôi cấy. Hình 5.5 Sự phát triển kích thước khuẩn lạc nấm C. salmonicolor sau thời gian nuôi cấy. XI DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Ảnh hưởng của C2H5OH đến E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/PVA. Bảng 3.2 Giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/PVA ở hai suất liều bức xạ khác nhau (Ag 5mM). Bảng 3.3 Sự thay đổi E, λmax và dtb của keo bạc nano/PVA theo thời gian lưu trữ (Ag 20mM/PVA 2%). Bảng 3.4 Thế zeta của keo bạc nano (20mM/PVA 2%) theo pH khác nhau (pha loãng 1000lần). Bảng 3.5 Các thông số đặc trưng của keo bạc nano/PVP 2% trên hai loại PVP có khối lượng phân tử khác nhau. Bảng 3.6 Sự thay đổi Giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/PVP theo nồng độ etanol. Bảng 3.7 Các thông số đặc trưng của keo bạc nano/PVP (Ag 10mM/PVP-K90) khi sử dụng etanol hoặc izopropanol 1M làm chất bắt gốc tự do. Bảng 3.8 Giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/PVP ở hai suất liều bức xạ khác nhau (Ag 5mM/PVP-K90 2%/etanol 10%). Bảng 3.9 Sự thay đổi các giá trị E, λmax và dtb của keo bạc nano/PVP theo thời gian lưu giữ (mẫu Ag+ 20mM/PVP-K90 2%/Etanol 10%). Bảng 3.10 Thế zeta của keo bạc nano 10mM/PVP-K90 2%/Etanol 10% theo pH khác nhau (pha loãng 500lần). Bảng 3.11 dtb và Dbh của keo bạc nano/ PVA, PVP với nồng độ bạc khác nhau. Bảng 3.12 Độ ổn định của keo bạc nano/PVA,PVP theo thời gian lưu trữ. Bảng 3.13 Kết quả xác định hiệu suất chuyển hóa Ag+ thành Ag0 và hàm lượng NO3-, CH3CHO của keo bạc nano /PVA, PVP. XII Bảng 4.1 Sự phụ thuộc của E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/CTS (CTS70 1%-Mw 120kDa) vào nồng độ Ag+. Bảng 4.2 Sự phụ thuộc của E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano (Ag 5mM/CTS70 1%, pH dung dịch 5,5) vào etanol. Bảng 4.3 Các giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano 5mM, CTS70 có Mw 120kDa ở hai giá trị pH khác nhau. Bảng 4.4 Sự phụ thuộc các giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/CTS (Ag 5mM/CTS70) vào nồng độ CTS. Bảng 4.5 Sự phụ thuộc các giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/CTS vào KLPT của CTS (Ag 5mM/CTS70 1%). Bảng 4.6 Các giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/CTS có ĐĐA khác nhau (Ag 5mM/CTS 1%). Bảng 4.7 Sự thay đổi giá trị E, λmax, và dtb của keo bạc nano/CTS theo suất liều bức xạ. Bảng 4.8 Sự thay đổi các giá trị dtb, E và λmax của keo bạc nano/CTS theo thời gian lưu trữ (Ag 5mM/CTS70( Mw 120kDa) 2%). Bảng 4.9 Thế zeta của keo bạc nano/CTS ở các giá trị pH khác nhau (pha loãng 2000lần bằng nước) (CTS70 2%/Ag 5mM). Bảng 4.10 Sự phụ thuộc các giá trị E, λmax, Dbh và dtb của keo bạc nano/CTS tan trong nước vào nồng độ CTS tan trong nước (Ag 10mM, CTS tan trong nước có ĐĐA 50%, Mw 25kDa). Bảng 1.11 Các thông số đặc trưng của keo bạc nano/CTS tan trong nước 2 % phụ thuộc nồng độ ion bạc ban đầu. Bảng 4.12 Sự thay đổi các thông số đặc trưng của keo bạc nano được pha loãng bằng nước tỉ lệ 1/100 (v/v) theo thời gian lưu trữ (Ag 10mM/CTS tan trong nước 1%). XIII Bảng 4.13 Xác định hiệu suất chuyển hóa và hàm lượng các chất độc hại của quá trình chế tạo keo bạc nano Ag/CTS, CTS tan trong nước. Bảng 5.1 Hiệu quả diệt khuẩn (%) E.coli và S.aureus của bạc nano/PVA. Bảng 5.2 Hiệu quả diệt vi khuẩn S. aureus của CTS70 2% và keo bạc nano Ag+ 5mM/PVA,CTS,PVP+CTS tại cùng nồng độ pha loãng 1/50 (5ppm bạc nano dtb=7-9nm). Bảng 5.3 Hiệu quả diệt vi khuẩn S. aureus của keo bạc nano ở các nồng độ khác nhau (CTS70 2%/Ag 5mM). Bảng 5.4 Đường kính khuẩn lạc (d, cm) nấm C. salmonicolor theo thời gian, trên môi truờng nuôi cấy có bạc nano với nồng độ khác nhau (CTS70 2%/Ag 5mM). Bảng 5.5 Kích thước khuẩn lạc d của C. salmonicolor sau 8 ngày nuôi cấy, trên môi trường có 27,16ppm bạc nano và dung dịch CTS70 2% cùng nồng độ pha loãng. Bảng 5.6 Ảnh hưởng của nồng độ bạc nano đến tỉ lệ và chỉ số bệnh đối với bệnh đạo ôn lá trên lúa (A: tỉ lệ cổ bông bị hại, %; B: chỉ số bệnh, %). Bảng 5.7 Ảnh hưởng của nồng độ bạc nano đến tỉ lệ và chỉ số bệnh đối với bệnh đạo ôn cổ bông trên lúa. Bảng 5.8 Ảnh hưởng của nồng độ bạc nano đến tỉ lệ và chỉ số bệnh đối với bệnh lem lép hạt trên lúa. III MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa……………………………………………………………………… Lời cam đoan……………………………………………………………………….I Lời cảm ơn…………………………………………………………………………II Mục lục……………………………………………………………………………III Các chữ viết tắt………………………………………………………………...…IX Danh mục bảng…………………………………………………………………...XI Danh mục hình………………………………………………………………….XIV MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN............................................................................... 4 1.1 Bạc và vai trò của bạc ...................................................................................... 4 1.2 Các kết quả nghiên cứu vật liệu bạc nano trong và ngoài nước.................. 5 1.2.1 Các phương pháp chế tạo keo bạc nano ....................................................... 7 1.2.1.1 Phương pháp bay hơi vật lý ................................................................ 7 1.2.1.2 Phương pháp ăn mòn Laze ................................................................. 8 1.2.1.3 Phương pháp phân huỷ nhiệt ............................................................... 8 1.2.1.4 Phương pháp điện hóa ......................................................................... 8 1.2.1.5 Phương pháp quang hóa...................................................................... 9 1.2.1.6 Phương pháp siêu âm.......................................................................... 9 1.2.1.7 Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ .................................................. 9 1.2.1.8 Phương pháp polyol............................................................................ 9 1.2.1.9 Phương pháp phản ứng thế ................................................................. 10 1.2.1.10 Phương pháp khử hóa học ................................................................ 10 1.2.1.11 Phương pháp khử hóa bức xạ ........................................................... 11 1.2.2 Thuyết gốc tự do về phân ly bức xạ nước ..................................................... 11 1.2.2.1 Cơ chế về phân ly bức xạ nước............................................................ 11 1.2.2.2 Các sản phẩm phân ly bức xạ nước và tính chất của chúng ................ 12 IV 1.2.3 Quá trình khử hóa bức xạ chế tạo bạc nano ............................................... 14 1.2.3.1 Cơ chế của quá trình khử hóa bức xạ .................................................. 14 1.2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến động học phản ứng và kích thước hạt bạc 15 1.2.4 Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVA, PVP và Chitosan........................... 16 1.2.4.1 Cấu tạo và cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVA............................... 16 1.2.4.2 Cấu tạo và cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVP................................ 17 1.2.4.3 Cấu tạo và cơ chế ổn định hạt bạc nano của CTS................................ 18 1.2.5 Các tính chất của keo bạc nano .................................................................... 20 1.2.5.1 Tính kháng khuẩn, kháng nấm của keo bạc nano................................ 20 1.2.5.2 Các tính chất hóa lý của keo bạc nano................................................. 22 1.2.6 Tính chất quang học của keo bạc nano tổng hợp bằng phương pháp bức xạ γ -Co-60............................................................................................................ 24 1.3. Độ bền của hệ keo nano .................................................................................. 27 1.3.1 Độ bền của hệ keo................................................................................... 27 1.3.2 Tác dụng keo tụ của chất điện ly ............................................................ 29 1.3.3 Lý thuyết bền của keo kỵ nước DLVO................................................... 29 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM........................................................................................ 32 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất................................................................................. 32 2.2. Thiết bị dụng cụ............................................................................................... 33 2.3 Phương pháp thực nghiệm ............................................................................. 34 2.3.1. Xác định ĐĐA% và Mw của Chitosan.................................................. 34 2.3.2 Chế tạo mẫu keo bạc nano ...................................................................... 34 2.3.3 Đo phổ Uv-vis........................................................................................ 35 2.3.4 Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)........................................... 36 2.3.5 Đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD)................................................................ 37 2.3.6 Đo thế Zeta của keo bạc nano................................................................ 38 2.3.7 Xác định hàm lượng bạc tổng số ............................................................ 39 V 2.3.8 Phân tích lượng Ag+ vết bằng phương pháp kích hoạt nơtron ............. 39 2.3.9 Xác định hàm lượng nitrat theo TCVN 4562-88................................... 41 2.3.10 Xác định hàm lượng axetandehyt (CH3CHO) ...................................... 41 2.3.9 Khảo sát hiệu quả diệt vi khuẩn Staphylococcus aureus và hiệu lực kháng nấm Corticium salmonicolor của keo bạc nano ........................... 42 2.3.10. Khảo sát hiệu lực diệt nấm bệnh trên cây trồng .................................. 43 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỨC XẠ SỬ DỤNG PVA VÀ PVP LÀM CHẤT Ổ ĐỊNH................................ 44 3.1 Phổ hấp thụ Uv-vis của dung dịch bạc ion trước khi chiếu xạ……………. 44 3.2 Nghiên cứu sử dụng PVA làm chất ổn định keo bạc nano............................ 45 3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ PVA đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano..................................................................................................................... 45 3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ ion bạc đến tính chất quang học, Dbh, dtb của keo bạc nano/PVA.. ............................................................................................ 49 3.2.3 Ảnh hưởng của chất bắt gốc tự do etanol đến đặc trưng của keo bạc nano/PVA .......................................................................................................... 52 3.2.4 Ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến các thông số đặc trưng keo bạc nano/PVA ........................................................................................................... 54 3.2.5 Độ ổn định theo thời gian của keo bạc nano /PVA ................................... 55 3.2.6 Xác định thế điện động (ξ) của keo bạc nano/PVA .................................. 57 3.2.7 Nghiên cứu phổ XRD của bạc nano/PVA và PVA ................................... 57 3.3 Nghiên cứu sử dụng PVP làm chất ổn định keo bạc nano ........................... 58 3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ ion bạc đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/PVP. ........................................................................................................... 58 3.3.2 Ảnh hưởng khối lượng phân tử của PVP đến các thông số đặc trưng keo bạc nano .............................................................................................................. 61 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, loại chất bắt gốc tự đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/PVP .............................................................................. 63 VI 3.3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ etanol đến đặc trưng của keo bạc nano/PVP 63 3.3.3.2 Khảo saùt ảnh hưởng của loaïi chaát baét goác töï do khaùc nhau (etanol, isopropanol) đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/PVP ......................66 3.3.4 Ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến các thông số đặc trưng keo bạc nano/PVP ............................................................................................................ 68 3.3.5 Độ ổn định theo thời gian của keo bạc nano/PVP .................................... 69 3.3.6 Thế điện động (ξ) và phổ XRD của bạc nano/PVP................................... 71 3.4 Nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của loại polyme (PVA và PVP) đến dtb và Dbh của keo bạc nano ........................................................................................ 73 3.5 Xác định hiệu suất chuyển hoá và các chất độc hại của quá trình chế tạo keo bạc nano /PVA, bạc nano /PVP ................................................................ 74 CHƯƠNG 4 : NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BẠC NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỨC XẠ SỬ DỤNG CHITOSAN VÀ CHITOSAN TAN NƯỚC LÀM CHẤT ỔN ĐỊNH.................................................................................................... 78 4.1 Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano sử dụng CTS làm chất ổn định ............. 78 4.1.1 Phổ Uv-vis của dung dịch chitosan (CTS), CTS/Ag+ và keo bạc nano/CTS ............................................................................................................................ 78 4.1.2 Ảnh hưởng nồng độ ion bạc đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/CTS ............................................................................................................ 79 4.1.3 Ảnh hưởng của chất bắt gốc tự do (etanol) đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/CTS............................................................................................... 83 4.1.4. Ảnh hưởng của pH dung dịch trước chiếu xạ đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/CTS ........................................................................................ 85 4.1.5. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano..................................................................................................................... 86 4.1.6 Ảnh hưởng khối lượng phân tử (Mw) của chitosan đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano ....................................................................................... 89 VII 4.1.7 Ảnh hưởng độ đề axetyl (ĐĐA, %) của chitosan đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/CTS .............................................................................. 92 4.1.8 Ảnh hưởng của suất liều bức xạ đến các thông số đặc trưng của keo bạc nano/CTS ............................................................................................................ 94 4.1.9 Độ ổn định của keo bạc nano/CTS theo thời gian ................................... 96 4.1.10 Thế zeta và phổ XRD của keo bạc nano/CTS ...................................... 98 4.2 Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano sử dụng CTS tan trong nước làm chất ổn định..................................................................................................................... 99 4.2.1 Ảnh hưởng nồng độ CTS tan nước đến các tính chất đặc trưng của keo bạc nano ..............................................................................................................99 4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ ion bạc đến các đặc trưng của keo bạc nano/CTS tan trong nước....................................................................................................102 4.2.3 Độ ổn định của keo bạc nano/CTS tan trong nước theo thời gian lưu giữ ..........................................................................................................................104 4.3.4 Phổ XRD của CTS tan trong nước, bạc nano/CTS tan trong nước và bạc khối ...................................................................................................................105 4.3 Xác định hiệu suất chuyển hóa, nồng độ nitrat và axetandehyt khi chế tạo bạc nano/CTS, CTS tan trong nước..............................................................106 CHƯƠNG 5 : NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA KEO BẠC NANO ....................................................................................................................109 5.1. Nghiên cứu độc tính của keo bạc nano (Phương pháp Behrens-Kaber) .109 5.2 Nghiên cứu hiệu quả ức chế vi khuẩn E.coli và S.aureus của keo bạc nano/PVA ........................................................................................................109 5.3. Nghiên cứu hiệu ứng kháng khuẩn và kháng nấm của bạc nano/CTS và bạc nano/PVP..................................................................................................111 5.3.1. Hiệu quả diệt vi khuẩn Staphylococcus aureus......................................111 5.3.2. Hiệu lực kháng nấm Corticium salmonicolor ........................................114 VIII 5.3.3 Khảo sát hiệu lực kháng nấm Piricularia ozyaza (đạo ôn) và Pseudomonas glumae. Kuria et. Tabei (lem lép hạt) trên lúa của bạc nano/CTS tan trong nước ..........................................................................................................................116 KẾT LUẬN ...........................................................................................................121 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN LUẬN ÁN ĐƯỢC CÔNG BỐ ..........................................................................................................................123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................124 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Khoa học và công nghệ nano là lĩnh vực khoa học và công nghệ mới, phát triển rất nhanh chóng tạo ra các vật liệu có kích thước trong khoảng 0,1-100nm. Vật liệu được chế tạo bằng công nghệ nano đã thể hiện nhiều tính chất mới lạ do hiệu ứng kích thước. Khoa học và công nghệ nano trên cơ sở liên hợp đa ngành đã tạo nên cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới xem công nghệ nano là mục tiêu mũi nhọn để đầu tư phát triển. Ước tính tổng đầu tư cho lĩnh vực công nghệ nano trên toàn thế giới xấp xỉ 2 tỷ đôla và đã có hàng trăm sản phẩm của công nghệ nano được thương mại, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, hóa học, sinh y, môi trường…[5, 18, 30]. Có hai cách tiếp cận chủ yếu chế tạo vật liệu nano: - Từ trên xuống : phân chia từ vật liệu khối đến kích thước cỡ nanomet. - Từ dưới lên : xây dựng từ kích cỡ phân tử thành vật liệu kích cỡ nano thông qua các tập hợp nhỏ [30, 58, 86]. Phương pháp từ dưới lên được quan tâm nghiên cứu chế tạo hạt nano (kim loại, oxit, sunphua kim loại...) do tính nhanh chóng, tiện lợi và chi phí thấp. Ví dụ như hạt nano kim loại thường được chế tạo từ dung dịch muối tương ứng bằng phương pháp khử hóa học, quang hóa, điện hóa và bức xạ ion hóa. Chế tạo hạt kim loại nano có kích thước theo yêu cầu và độ phân bố hẹp là mục tiêu của nhiều công trình nghiên cứu. Đối với vật liệu kim loại nano, kích thước hạt là thông số quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính của chúng do sự thay đổi diện tích tiếp xúc bề mặt. Điển hình là bạc, khi ở kích thước nano, hoạt tính sát khuẩn tăng lên khoảng 50.000 lần so với bạc ion. Khả năng sát khuẩn cao của bạc nano đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu [54, 78, 90]. Trong nước, lĩnh vực công nghệ nano đang được quan tâm đầu tư phát triển. Mặc dù vậy, cho đến thời điểm thực hiện luận án này mới chỉ có một số ít công 1 trình chế tạo bạc nano trong đó có phương pháp chiếu xạ với sự tham gia của nhóm chúng tôi đăng trên Tạp chí Hóa học và Ứng dụng [1]. Dung dịch keo bạc nano đã được Bộ Y tế cho phép đăng ký sử dụng làm chất kháng khuẩn trong y tế và gia dụng (Bộ Y tế: 09/2006/QĐ-BYT) [13]. Ngày nay, trước sự gia tăng các loại vi sinh vật gây bệnh kháng thuốc kháng sinh, các loại nấm gây bệnh thực vật thiếu thuốc đặc trị thì việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm chứa bạc nano để tiêu diệt chúng là hướng đi mới và cấp thiết [78, 86]. Nhiều kết quả nghiên cứu chế tạo bạc nano bằng bức xạ gamma Co-60 đều xác nhận phương pháp này có nhiều ưu điểm như: quá trình xảy ra ở nhiệt độ thường, sản phẩm có độ tinh khiết cao, kích thước hạt đồng đều và có khả năng sản xuất với khối lượng lớn [27, 28, 58, 71]. Từ những thông tin ở trên, chúng tôi tiến hành chọn và thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ gamma Co-60 và một số ứng dụng của chúng trong y học và nông nghiệp”. Đề tài được tiến hành dựa trên các kết quả nghiên cứu chế tạo keo bạc nano và thử nghiệm hiệu lực diệt vi khuẩn, nấm bệnh của chúng trên cơ sở tham khảo một số các công trình đã công bố [27, 28, 58, 71]. Bằng phương pháp tiếp cận hệ thống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chế tạo bạc nano bằng phương pháp bức xạ gamma Co-60, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến các thông số đặc trưng và tính chất keo bạc. Từ kết quả nghiên cứu, tìm điều kiện thích hợp chế tạo vật liệu bạc nano để ứng dụng làm chất sát khuẩn trong y tế và trừ nấm bệnh trong nông nghiệp. Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm: - Nghiên cứu sự phụ thuộc của liều xạ chuyển hóa bão hòa (Dbh) vào nồng độ ion Ag+ ban đầu, nồng độ và khối lượng phân tử (KLPT) polyme ổn định, nồng độloại chất bắt gốc tự do. 2 - Nghiên cứu mối liên quan giữa kích thước trung bình (dtb) và phân bố kích thước hạt bạc vào các yếu tố ảnh hưởng. - Nghiên cứu tính chất điện hóa và độ bền của keo bạc nano. - Khảo sát độc tính, hiệu ứng diệt khuẩn và nấm bệnh của keo bạc nano nhằm ứng dụng trong y tế và nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học cho những nghiên cứu tiếp theo cho việc chế tạo keo kim loại nano bằng phương pháp bức xạ. Từ kết quả của luận án, cho phép xây dựng quy trình công nghệ sản xuất keo bạc nano với số lượng lớn đáp ứng nhu cầu sử dụng làm chất sát khuẩn trong y tế, môi trường, xúc tác…và chất trừ nấm bệnh trong nông nghiệp. 3 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Bạc và vai trò của bạc Bạc là kim loại quý, cổ xưa nhất, được con người biết đến, khai thác và sử dụng. Bạc có ký hiệu Ag, số nguyên tử 47, nguyên tử khối 107,87 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, cấu hình electron [Kr]4d105s1, có số oxi hóa +1 và +2, phổ biến là trạng thái oxi hóa +1, bán kính nguyên tử 1,442 Ao, thế ion hóa thứ nhất 7,576 eV. Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền Ag107 (52%) và Ag-109 (48%), có 29 đồng vị phóng xạ số nguyên tử khối từ 94-106, 108, 110-124 [77]. Bạc là kim loại sáng trắng, dễ dát mỏng, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện (face-centrered cubic, fcc), tỷ trọng ~ 10g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 9620C, nhiệt độ bay hơi 21620C, không tan trong nước, không bị tác dụng bởi oxi trong không khí, hoà tan trong axít HNO3 và H2SO4 đậm đặc [3, 19, 77]. Trong tự nhiên bạc thường có mặt trong hỗn hợp với vàng, chì và quặng đồng. Trong lớp vỏ trái đất, bạc kim loại chiếm khoảng 0,075ppm, trung bình trong nước biển khoảng 0,014µg/L, trong nước ngọt khoảng 0,13µg/L, trong động vật biển khoảng 3-10ppm, động vật trên cạn khoảng 6ppm, thực vật từ 3-10ppm. Đặc biệt, ngay trong cơ thể người, máu chứa khoảng < 2,7µg/L, xương 1,1ppm,.. [85]. Các sản phẩm như đồng thau, hợp kim, chất hàn, tiền đúc, nhiều chất xúc tác, kính, hỗn hống răng, pin... và các thiết bị điện đều chứa bạc nên nhu cầu về bạc kim loại là rất lớn [77, 85]. Ngoài ra, bạc còn có tính chất sát khuẩn, chống mùi hôi, được con người biết đến từ nhiều thế kỷ qua, nhưng cơ chế tác dụng chưa được hiểu biết đầy đủ [77, 91]. Từ lâu bạc đã được biết đến như một nguyên tố có tính năng kháng khuẩn, nó có khả năng hạn chế và tiêu diệt sự phát triển của nấm mốc, vi khuẩn. Bạc còn có khả năng phá hủy enzym vận chuyển chất dinh dưỡng của tế bào vi khuẩn, làm yếu 4