Tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano lai trên cơ sở hạt nano bạc và nano carbon định hướng ứng dụng trong kháng khuẩn và cảm biến quang sers.tóm tắt luận án

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ nano, các nhà khoa học và các nhà công nghệ đang tập trung nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của vật liệu nano trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: y sinh, điện tử, năng lượng và môi trường. Trong đó, do hiệu ứng kích thước lượng tử và hiệu ứng bề mặt nên vật liệu dạng hạt nano như hạt nano kim loại quý (Au, Ag, Pt…) đang thu hút được sự quan tâm chú ý của các nhóm nghiên cứu trên thế giới bởi những tiềm năng ứng dụng của chúng trong y sinh. Bên cạnh đó, do khả năng tương thích sinh học và tương thích điện tử mạnh nên các vật liệu nano carbon bao gồm ống nano carbon (CNTs) và tinh thể 2 chiều graphene oxit (GO) cũng đang được nghiên cứu ứng dụng trong việc chế tạo các linh kiện điện tử tiên tiến như cảm biến, điốt phát quang (LED). Với một ý tưởng nhằm kết hợp các đặc tính ưu việt của từng vật liệu bao gồm khả năng kháng vi sinh vật của hạt nano bạc (Ag) với khả năng tương thích sinh học và tương thích điện tử của vật liệu nano carbon (CNTs hoặc GO), cấu trúc nano lai giữa hạt nano bạc và vật liệu nano carbon (AgnC) đã được đề xuất nghiên cứu, trong đó phần nền là vật liệu nano carbon và phần trên là hạt nano bạc. Các hệ vật liệu nano lai này được kỳ vọng sẽ có nhiều đặc tính vật lý và sinh học tiên tiến ưu việt mới mở ra triển vọng ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau. Trên cơ sở đó, định hướng nghiên cứu của luận án là “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano lai trên cơ sở hạt nano bạc và nano carbon định hướng ứng dụng trong kháng khuẩn và cảm biến quang SERS”. 2. Mục tiêu của luận án Với đề tài nghiên cứu dự kiến ở trên, mục tiêu của luận án đặt ra là: - Nghiên cứu chế tạo được các vật liệu nano lai Ag-nC và khảo sát các tính chất của chúng - Thử nghiệm khả năng ứng dụng của các hệ vật liệu nano lai chế tạo trong kháng khuẩn và cảm biến quang 3. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu xây dựng các quy trình công nghệ chế tạo và khảo sát đặc trưng hóa- lý của các vật liệu nano bao gồm: Hạt nano bạc kim loại Ag-NPs; Vật liệu nano lai Ag/MWCNTs; Vật liệu nano lai Ag/GO Nội dung 2: Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn và nghiên cứu cơ chế kháng khuẩn của các hệ vật liệu nano đối với 2 chủng vi khuẩn Escherichia coli và Staphylococcus aureus. Nội dung 3: Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng của hai hệ vật liệu nano lai Ag/MWCNTs, Ag/GO cho cảm biến quang SERS (cảm biến dựa trên hiệu ứng tăng cường tán xạ Raman bề mặt) phát hiện chất màu hữu cơ trong nước. 4. Đối tượng nghiên cứu - Hạt nano bạc kim loại (Ag-NPs), vật liệu nano lai Ag/MWCNTs và Ag/GO 1 - Các loại vi khuẩn như Escherichia coli (E. coli), Staphylococcus aureus (S. aureus) - Chất màu xanh methylene (MB) 5. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu o Cách tiếp cận trong quá trình nghiên cứu là từ kết quả thực nghiệm kết hợp với lý thuyết, các kết quả tham khảo từ các công bố của các nhóm nghiên cứu trước đó nhằm giải thích, đánh giá, tối ưu quy trình thực nghiệm. o Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm. Một số các phương pháp thực nghiệm và phân tích đề tài sử dụng gồm: - Phương pháp tổng hợp vật liệu nano lai: phương pháp khử quang hóa, phương pháp thủy nhiệt. - Phương pháp khảo sát đặc trưng hóa lý của vật liệu nano lai: phổ nhiễu xạ tia X (X-ray), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM), phổ hấp thụ UV-vis, phổ tán xạ Raman, phổ hồng ngoại (FTIR). - Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học của vật liệu nano lai: phương pháp khuếch tán đĩa (disc diffusion method) 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Làm chủ được các công nghệ chế tạo các loại vật liệu nano lai Ag/MWCNTs và Ag/GO. Đã - đưa ra quy trình công nghệ phù hợp để chế tạo các hệ vật liệu (Ag-NPs, Ag/MWCNTs, Ag/GO) bằng phương pháp hóa học ướt. - Phân tích siêu cấu trúc về sự tương tác của các hệ vật liệu nano lai Ag-nC với hai chủng vi khuẩn E. coli và S. aureus đã góp phần làm rõ hơn thêm các hiểu biết về cơ chế kháng khuẩn của các hệ vật liệu nano lai này. Cấu trúc nano lai cho khả năng tăng cường cường độ tán xạ Raman bề mặt do đó chúng có hệ - số tăng cường lớn hơn so với từng vật liệu nano đơn lẻ. Ý nghĩa thực tiễn: - Hoạt tính kháng khuẩn của các hệ vật liệu nano lai có khả năng ức chế vi khuẩn tốt hơn so với hạt nano bạc đơn lẻ. Do vậy vật liệu nano lai có thể ứng dụng hiệu quả trong các công nghệ diệt khuẩn. - Kết quả thử nghiệm ứng dụng của các hệ vật liệu nano trong cảm biến quang SERS cho thấy các hệ vật liệu nano lai thể hiện sự tăng cường hiệu suất SERS so với hạt nano bạc đơn lẻ. Kết quả khảo sát cũng cho thấy các đế SERS sử dụng vật liệu nano lai có khả năng phát hiện MB trong nước tốt với độ nhạy cao. Đây là tiền đề phát triển các loại cảm biến quang nhằm phát hiện nhanh các chất ô nhiễm trong nước. 7. Những đóng góp mới của luận án - Điều khiển kích thước và hình dạng hạt nano bạc trên cơ sở thay đổi nguồn bức xạ (Bức xạ UV, bức xạ mặt trời) và chất hoạt động bề mặt (axit oleic, polyvinyl pyrrolidone, Tween 80). Đặc biệt, 2 việc sử dụng bức xạ mặt trời cho phép tiết kiệm năng lượng, giảm thời gian chế tạo và nâng cao chất lượng tinh thể của vật liệu nano. - Xây dựng thành công quy trình chế tạo vật liệu nano lai Ag/MWCNTs, Ag/GO bằng phương pháp hóa học. Vật liệu nano lai tổng hợp được có kích thước hạt nano bạc nhỏ (8-10 nm) và khả năng phân tán trong nước tốt. Khả năng kháng khuẩn (E. coli, S. aureus) của các hệ vật liệu nano lai Ag-nC chế tạo theo phương pháp này tốt hơn so với hạt nano bạc ở cùng nồng độ. - Đã đề xuất mô hình tổng hợp nhằm cung cấp các hiểu biết về cơ chế kháng khuẩn của các hệ vật liệu nano lai. - Thử nghiệm thành công hệ vật liệu nano lai trong cảm biến SERS phát hiện chất màu MB trong nước. Cảm biến dựa trên vật liệu nano lai có khả năng phát hiện MB trong khoảng 1-70 ppm với hệ số tăng cường tán xạ Raman cao 2,41.107. Cấu trúc của luận án Luận án được chia thành 4 phần, gồm: Chương 1: Tổng quan; Chương 2: Vật liệu nano lai Ag/MWCNTs; Chương 3: Vật liệu nano lai Ag/GO;.Chương 4: Đánh gia khả năng ứng dụng của hệ vật liệu trong kháng khuẩn và cảm biến quang SERS; Kết luận và kiến nghị 8. Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Hạt nano bạc kim loại (Ag-NPs) Trong số các hạt nano kim loại quý, hạt nano bạc kim loại được quan tâm nghiên cứu nhiều do chúng thể hiện các tính chất hóa lý đặc biệt như độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, sự tăng cường tán xạ Raman bề mặt, ổn định hóa học, hoạt tính xúc tác và đặc biệt là hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, diệt virus cao. Bên cạnh đó hạt nano bạc với nồng độ nhỏ cho phép được minh chứng là an toàn với các tế bào của con người nhưng là độc tố đối với các loại vi khuẩn, nấm và virus. Bởi vậy, hạt nano bạc kim loại là vật liệu hứa hẹn cho các ứng dụng diệt khuẩn, diệt virus, cảm biến…. 1.1.1. Tính chất của hạt nano bạc kim loại a, Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, diệt virus Hạt nano bạc là vật liệu có hoạt lực diệt vi sinh vật mạnh. Phổ diệt vi sinh vật của hạt nano bạc rất rộng với nhiều loại vi sinh vật khác nhau bao gồm cả vi khuẩn, nấm, virut... Đặc tính diệt vi sinh vật của hạt nano bạc phụ thuộc mạnh vào hình dạng, kích thước, độ phân tán và nồng độ của hạt nano bạc. b,. Tính chất quang Hạt nano bạc có khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng rất mạnh. Các tính chất đặc biệt này của hạt nano bạc là do các điện tử dẫn (điện tử tự do) trên bề mặt hạt kim loại dao động tập thể khi bị kích thích bởi ánh sáng ở một bước sóng cụ thể. Các tính chất quang này của hạt nano bạc phụ thuộc mạnh vào hình dạng, kích thước, sự kết tụ và môi trường bao quanh chúng. 1.1.2. Một số ứng dụng của hạt nano bạc kim loại Với các đặc tính ưu việt đã thể hiện, hạt nano bạc là vật liệu được nghiên cứu cho nhiều ứng dụng như: công nghệ diệt vi sinh vật, cảm biến, xúc tác.... Trong mục này, chúng tôi tập trung giới thiệu các ứng dụng của hạt nano bạc liên quan đến công nghệ diệt vi sinh vật và cảm biến SERS. 3 a, Ứng dụng cho các màng lọc nước, lọc khí và khử trùng Hạt nano bạc vừa đóng vai trò diệt khuẩn, diệt vi sinh vật vừa đóng vai trò chất chống sự kết tụ của các lớp màng sinh học (bio-films) lên các màng lọc. Để chế tạo các màng lọc, hạt nano bạc thường được phủ lên các vật liệu nền như: vật liệu gốm, polymer... b,. Ứng dụng trong cảm biến Do khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng mạnh nên hạt nano bạc cũng được nghiên cứu ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực cảm biến. Nguyên tắc hoạt động của các loại cảm biến này là dựa trên hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt định xứ (Localized Plasmon Surface Resonance LPSR) và hiệu ứng tăng cường tán xạ Raman bề mặt (SERS). 1.2. Các vật liệu nano carbon 1.2.1. Ống nano carbon (CNTs) Ống nano carbon (CNTs) là vật liệu nano carbon dạng ống với đường kính ở kích thước nm (120 nm). Vật liệu ống CNTs có chiều dài từ vài nm đến μm. Ống nano carbon được phát hiện vào năm 1991 bởi Lijima. Với cấu trúc tinh thể đặc biệt và các tính chất cơ học quý (nhẹ, độ cứng rất lớn), tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện từ mạnh… Ống nano carbon đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ 1.2.2. Graphene oxit (GO) Việc bóc tách graphite oxit (một vật liệu được khám phá bởi Brodie vào năm 1859) tạo ra một tấm graphene oxit bề dày một nguyên tử có thể phân tán tốt trong các dung môi. GO có cấu trúc 2D tương tự của dải graphene với nhiều nhóm chức chứa oxy trên bề mặt (-OH, -COOH). Với cấu trúc đặc biệt này, GO có diện tích bề mặt lớn và khả năng phân tán tốt trong nước. Bởi vậy chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như lọc nước, cảm biến, y sinh… 1.3. Vật liệu nano lai giữa hạt nano bạc và nano carbon (Ag-nC) 1.3.1. Giới thiệu Cấu trúc vật liệu nano lai giữa hạt nano bạc với vật liệu nano carbon (Ag-nC) đã được nghiên cứu nhằm kết hợp các đặc tính ưu việt của hai loại vật liệu đồng thời khắc phục những hạn chế của hạt nano bạc. 1.3.2. Tính chất và tiềm năng ứng dụng của vật liệu nano lai Ag-nC 1.3.2.1. Tính chất diệt vi sinh vật và ứng dụng trong khử trùng Các nghiên cứu cho thấy tính diệt vi sinh vật của hệ vật liệu nano lai tăng cường so với hạt nano bạc ở cùng nồng độ nano bạc. Đặc biệt, hệ vật liệu này cho thấy nồng độ tối thiểu diệt vi khuẩn MICs thấp hơn so với hạt nano bạc. Ngoài ra, vật liệu nano carbon còn được coi như đế để gắn hay cố định vật liệu lên các màng lọc dùng trong công nghệ diệt vi sinh vật. 1.3.2.2. Tính chất quang và ứng dụng cho cảm biến SERS Bên cạnh khả năng diệt vi sinh vật vượt trội so với từng vật liệu riêng lẻ. Vật liệu nano lai AgnC cũng cho thấy sự tăng cường tính chất quang của hệ vật liệu. Đặc biệt, hệ vật liệu lai cho thấy khả năng tăng cường tán xạ Raman bề mặt mạnh hơn so với từng vật liệu đơn lẻ . Điều này làm tăng khả năng ứng dụng của hệ vật liệu cho lĩnh vực cảm biến quang SERS. Các cảm biến dựa trên hiệu ứng tăng cường tán xạ Raman bề mặt có thể sử dụng để phát hiện chất màu, ion kim loại nặng, DNA … 4 Chương 2. Vật liệu nano lai Ag/MWCNTs 2.1. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu 2.1.1. Chế tạo hạt nano bạc (Ag-NPs) theo phương pháp quang hóa Hạt nano bạcAg-NPs được chế tạo theo phương pháp quang hóa sử dụng phản ứng Tollens (Hình 2.1). Quy trình chế tạo hạt nano bạc được trình bày chi tiết theo các điều kiện thí nghiệm dưới đây (Bảng 2.1). Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo hạt nano bạc Bảng 2.1. Tổng hợp các điều kiện chế tạo mẫu Ag-NPs Mẫu Ag-UV Ag-AS (pH=9) Ag-pH7 Ag-pH13 Ag-PVP Ag-Teen 80 AgNO3 1,7 g (0,01 mol) 1,7 g (0,01 mol) 1,7 g (0,01 mol) 1,7g (0,01 mol) 1,7 g (0,01 mol) 1,7 g (0,01 mol) NaOH 0,62 g (0,015mol) 0,62 g (0,015 mol) 0,62 g (0,015 mol) 0,62 g (0,015 mol) 0,62 g (0,015 mol) 0,62 g (0,015 mol) NH3 7 ml 7 ml 5 ml 10 ml Chất hoạt động bề mặt 2,5 ml axit oleic (0,089 mol) 2,5 ml axit oleic (0,089 mol) 2,5 ml axit oleic (0,089 mol) 2,5 ml axit oleic (0,089 mol) 7 ml 0,2 g PVP 7 ml 2,5 ml Tween 80 Glucose 2g (0,011 mol) 2g (0,011 mol) 2g (0,011 mol) 2g (0,011 mol) 2g (0,011 mol) 2g (0,011 mol) Bức xạ Bức xạ UV Ánh sáng Mặt trời Ánh sáng Mặt trời Ánh sáng Mặt trời Ánh sáng Mặt trời Ánh sáng Mặt trời 2.1.2. Chế tạo Ag/MWCNTs theo quy trình 2 bước sử dụng phương pháp hóa học Vật liệu nano lai Ag/MWCNTs được tổng hợp bằng phương pháp khử ion phức bạc trên bề mặt của ống nano carbon đã biến tính. Các thông số chế tạo mẫu chi tiết được chỉ ra ở bảng 2.2. Quy trình chế tạo mẫu được mô tả theo sơ đồ dưới đây: 5 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình biến tính MWCNTs Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano lai Ag/MWCNT Bảng 2.2 Tổng hợp các điều kiện chế tạo mẫu của Ag-CNTs NaOH NH3 Chất hoạt động bề Glucose mặt 2,5 ml axit oleic 2g (0,089 mol) (0,011 mol) Mẫu AgNO3 Ag/MWCNTs pH 7 1,7 g (0,01 mol) 0,62 g (0,015 mol) 5 ml Ag/MWCNTs pH 9 1,7 g (0,01 mol) 0,62 g (0,015 mol) 7 ml 2,5 ml axit oleic (0,089 mol) 2g (0,011 mol) Ag/MWCNTs pH 13 1,7 g (0,01 mol) 0,62 g (0,015 mol) 10 ml 2,5 ml axit oleic (0,089 mol) 2g (0,011 mol) Ag/MWCNTs PVP Ag/MWCNTs Teen 80 1,7 g (0,01 mol) 1,7 g (0,01 mol) 0,62 g (0,015 mol) 0,62 g (0,015 mol) 7 ml 0,2g PVP 7 ml 2,5 ml Tween 80 2g (0,01 mol) 2g (0,011 mol) 2.2. Cấu trúc và tính chất của hạt nano bạc kim loại (Ag-NPs) 2.2.1. Ảnh hưởng của nguồn bức xạ Các kết quả TEM và HRTEM của các mẫu cho thấy hạt nano bạc chế tạo sử dụng bức xạ mặt trời có kích thước nhỏ (5 nm), dạng cầu, còn hạt nano bạc chế tạo sử dụng bức xạ UV có kích thước (10 nm), dạng bán cầu. Bởi vậy, nguồn sáng có ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước hạt. Bên cạnh đó phổ SAED của các mẫu cũng xác nhận sự tạo thành tinh thể bạc kim loại với cấu trúc lập phương tâm mặt. Các kết quả này cũng được xác nhận bởi phổ UV-vis của các mẫu. 6 Hình 2.1. (A) Ảnh TEM; (B) phổ kích thước; (C,D) Ảnh TEM và SAED;(E) HRTEM; (F) ảnh phân tích FFT của hạt nano bạc chế tạo sử dụng ánh sáng mặt trời (Ag-AS). Hình 2.2. Phổ UV-vis của hạt nano bạc (a) sử dụng ánh sáng mặt trời (Ag-AS) và (b) bức xạ UV (Ag-UV) ở pH=9 Hình 2.3. (A) Ảnh TEM; (B) SAED; (C) HRTEM và phân tích FFT của hạt nano bạc chế tạo sử dụng bức xạ UV (Ag-UV); Hình chèn trong hình A là phổ phân bố kích thước của hạt nano bạc. 2.2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch Hình 2.7 là kết quả phân tích X-ray của các mẫu Ag sử dụng bức xạ mặt trời với các điều kiện pH = 7, 9, 13. Kết quả phân tích X-ray chỉ ra sự hình thành của tinh thể bạc kim loại trong các mẫu. Kết quả cũng chỉ ra độ kết tinh thấp của mẫu Ag tại pH = 13. Bên cạnh đó, tính toán kích thước hạt trung bình theo công thức Scherrer cho kết quả lần lượt là 7 nm, 15 nm, 13 nm ứng với pH = 7, pH = 9 và pH = 13. Hình 2. 8 là kết quả phân tích phổ hấp thụ của các mẫu bạc ở pH = 7, 9, 13. Kết quả cho 7 thấy sự thay đổi kích thước hạt nano bạc khi pH thay đổi. Kết quả này phù hợp với kết quả tính toán từ phổ X-ray của các mẫu. Kết quả phân tích X-ray và UV của các mẫu ở điều kiện pH khác nhau cho thấy hạt nano bạc chế tạo ở độ pH=9 cho kích thước hạt nhỏ và độ kết tinh tốt nhất. Hình 2.7. Phổ XRD của hạt nano Ag chế tạo ở các điều kiện pH = 7, pH = 9, pH = 13 sử dụng bức xạ mặt trời Hình 2.4. Phổ UV-vis của hạt nano Ag chế tạo ở các điều kiện (a) pH = 7, (b) pH = 9, (c) pH = 13 sử dụng bức xạ mặt trời 2.2.3. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt Chúng tôi khảo sát sự ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt lên cấu trúc và tính chất hạt nano bạc, chúng tôi sử dụng 3 chất hoạt động bề mặt là axit oleic, PVP, Tween 80 và khống chế điều kiện pH =9. Hình 2.5. Ảnh TEM của Ag-NPs (PVP) (A); Ag-NPs (Tween 80) (B) Hình 2.11. Phổ XRD của hạt nano Ag chế tạo với các chất ổn định khác nhau sử dụng bức xạ mặt trời (pH = 9) Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu hạt nano bạc chế tạo với các chất ổn định bề mặt khác nhau được chỉ ra ở hình 2.10. Các đỉnh nhiễu xạ được xác định với các mặt tinh thể (111), (200), (220) của mạng tinh thể lập phương tâm mặt của Ag kim loại. Điều này chứng tỏ hạt nano bạc được tổng hợp thành công bằng phương pháp quang hóa sử dụng bức xạ mặt trời và các chất hoạt động bề mặt như oleic, PVP, Tween 80. Từ kết quả trên, chúng ta có thể thấy chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của hạt nano bạc. Hạt nano bạc khi sử dụng chất hoạt động bề mặt là axit oleic có kích thước hạt nano bạc thu được là nhỏ nhất (cỡ 5-7 nm). Cơ chế ổn định của các chất hoạt động bề mặt được chỉ ra ở các hình 2.11, 2.12, 2.13. 8 Dựa trên các kết quả phân tích ở trên, chúng ta có thể điều khiển kích thước và hình dạng hạt nano bạc dựa vào các điều kiện thí nghiệm. Từ đó tìm ra điều kiện tối ưu để tổng hợp hạt nano bạc. Thứ nhất, pH=9 là điều kiện tối ưu cho chế tạo hạt nano bạc với kích thước nhỏ và độ kết tinh tốt. Thứ hai, kích thước và hình dạng hạt nano bạc có thể được điều khiển thông qua thay đổi chất hoạt động bề mặt. Với axit oleic hạt nano bạc chế tạo được có dạng cầu và kích thước nhỏ, với PVP hạt có kích thước lớn hơn và có dạng lập phương ở cùng điều kiện chế tạo mẫu, đối với Tween hạt nano bạc có dạng bán cầu và có kích thước lớn hơn. Ngoài ra, nguồn sáng kích thích cũng ảnh hưởng mạnh tới hình dạng và kích thước hạt nano bạc. Hình 2.11 Sự hình thành lớp ổn định của ion oleate trên bề mặt hạt nano bạc [78] Hình 2.12. Sự hình thành lớp bảo vệ PVP trên bề mặt hạt nano bạc [59] Hình 2.13 Sự hình thành lớp bảo vệ Tween trên bề mặt hạt nano bạc [83] Hình 2.14 Cơ chế hình thành hạt nano Ag với kích thước và hình dáng thay đổi 2.3. Cấu trúc và tính chất của vật liệu nano lai Ag/MWCNTs 2.3.1. Sự hình thành của hạt nano bạc trên ống nano carbon đã biến tính (f-MWCNTs) Quy trình chế tạo vật liệu nano lai Ag/MWCNTs theo phương pháp hóa học ướt được tiến hành theo hai bước như trình bày ở trong hình 2.15. Hình 2.16A, B là ảnh SEM và ảnh TEM của MWCNTs-biến tính và Ag/MWCNTs. Như quan sát ở trên hình 2.A các ống nano MWCNTs sau biến tính trong axit đã được phân tách khá tốt. Kết quả quan sát cũng đã cho thấy trên bề mặt của MWCNTs một lượng lớn các hạt nano bạc đã được hình thành sau phản ứng khử ion bạc như chỉ ra ở hình 2.16 B. Các hạt nano bạc có dạng hình bán cầu và 9 phân bố trên bề mặt hoặc bên trong của ống nano carbon. Kích thước trung bình của hạt nano bạc trên MWCNTs vào khoảng 8-10 nm. Hình 2.15. Quy trình chế tạo vật liệu nano lai Ag-MWCNTs theo phương pháp hóa ướt (2 bước) Hình 2.16 (A) Ảnh SEM của MWCNTs biến tính, (B) Ảnh TEM của Ag-MWCNTs, (C) Ảnh HRTEM của AgMWCNTs, (D) phổ EDX của Ag-MWCNTs Hình 2.17. Phổ nhiễu xạ tia X của hạt nano Ag-NPs, MWCNTs và Ag-MWCNTs Phổ XRD của mẫu MWCNTs, Ag-NPs và Ag/MWCNTs được chỉ ra ở Hình 2.17. Phổ XRD của mẫu MWCNTs thể hiện các đỉnh đặc trưng tại các góc 2θ = 26,2o, 44,8o, và 54,3o tương ứng với các mặt tinh thể (002), (100), (004) của ống nano carbons (JC PDS No. 01-0646). Sau khi đã phủ hạt nano bạc, phổ XRD của Ag/MWCNTs xuất hiện ba đỉnh đặc trưng tại các góc 2θ = 38,2o, 44,4o, và 64,5o tương ứng với các mặt tinh thể (111), (200), (220) của bạc kim loại (JC PDS No. 04-0783). Hình 2.18 trình bày kết quả phân tích phổ FTIR của 2 mẫu MWCNTs-biến tính và Ag/MWCNTs. Kết quả phân tích FTIR cho thấy sự xuất hiện của dải hấp thụ tại 3447 cm-1 tương ứng với dao động kéo của liên kết O-H. Liên kết đôi C=C của cấu trúc vòng thơm trong CNTs được tìm thấy tại 1624 cm-1. Sự biến dạng của liên kết O-H trong nhóm chức –COOH được tìm thấy ở 1383 cm-1.[9][2]. Các kết quả phân tích phổ FTIR đã chỉ ra rằng có sự xuất hiện của các nhóm chức hydroxyl (OH) và carboxyl (COOH) trên bề mặt của ống MWCNTs sau khi biến tính. Quan sát phổ FTIR của Ag/MWCNTs cho thấy sự biến đổi mạnh về cường độ dải hấp thụ của các nhóm chức chứa oxy. Điều này chứng tỏ có sự xuất hiện của các hạt nano bạc trên bề mặt của MWCNTs và sự khử nhẹ các nhóm chức trong quá trình tổng hợp bạc. Sự thay đổi cường độ dải hấp thụ của dao động kéo O-H được cho là do sự tương tác giữa hạt nano bạc kim loại với nhóm chức –OH của MWCNTs. Sự dịch chuyển của các đỉnh (1600, 1400 cm-1) và sự xuất hiện của đỉnh 1063 cm-1 trong phổ FTIR của Ag/MWCNTs chứng minh rằng tương tác giữa hạt nano bạc với các nhóm chức thông qua sự hình thành liên kết phối chí hoặc tương tác tĩnh điện. 10 Hình 2.18 Phổ FTIR của MWCNT biến tính và Ag-MWCNTs Hình 2.19. Phổ Raman của (a) MWCNT-biến tính và (b) Ag-MWCNT Hình 2.19 chỉ ra phổ Raman của MWCNTs-biến tính và Ag/MWCNTs được kích thích bởi nguồn laser với bước sóng 632,8 nm. Trong phổ Raman của MWCNTs xuất hiện các đỉnh tại 1326 cm-1 (band D) và tại 1572 cm-1 (band G). Band D đặc trưng cho các sai hỏng và sự mất trật tự của nguyên tử carbon do sự dao động của liên kết sp3 giữa nguyên tử carbon và tạp chất, trong khi band G đặc trưng cho mode trung tâm E2g được giải thích do các nguyên tử carbon liên kết trật tự sp2 [67]. Đối với phổ Raman của Ag/MWCNTs cũng xuất hiện các đỉnh tương ứng tại 1315 cm-1 và 1592 cm-1 phù hợp với các đỉnh đặc trưng của MWCNTs. Tuy nhiên, ở đây đã có sự dịch nhẹ band D về phía số sóng nhỏ hơn so với MWCNTs-biến tính. Kết quả này chỉ ra sự mất trật tự ở mức độ cao của lớp carbon và sự gia tăng của các sai hỏng trong quá trình khử phức bạctrên MWCNTs. Điều này chứng tỏ rằng khung carbon của MWCNTs đã bị biến đổi sau khi phủ hạt nano bạc lên trên bề mặt của chúng. Các kết quả phân tích trên cho thấy vật liệu lai Ag/MWCNTs được chế tạo thành công bằng phương pháp quang hóa. 2.3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự hình thành của vật liệu nano lai Ag-MWCNTs Kết quả phân tích phổ XRD của các mẫu nano lai Ag/MWCNTs ở các điều kiện pH khác nhau đều cho thấy sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các mặt tinh thể (111), (200), (220) của tinh thể Ag kim loại (JC PDS No. 04-0783). Đỉnh nhiễu xạ tại 26,2o tương ứng với mặt tinh thể (002) của ống nano carbon. Kết quả này đã khẳng định về sự hình thành của tinh thể nano bạc kim loại trên MWCNTs. Ngoài ra với mẫu ở độ pH cao (pH=13) các đỉnh nhiễu xạ kém sắc nét hơn so với các đỉnh nhiễu xạ của các mẫu ở độ thấp hơn (pH=7, pH=9). 11 Hình 2.20. Phổ nhiễu xạ tia X của Ag/MWCNTs chế tạo sử dụng bức xạ UV ở các điều kiện pH dung dịch thay đổi pH = 7, pH = 9, pH = 13 Hình 2.22. Phổ UV-vis của Ag/MWCNTs chế tạo sử dụng bức xạ UV ở các điều kiện pH thay đổi (a) pH = 7, (b) pH = 9, (c) pH = 13 Hình 2.22. chỉ ra kết quả phân tích phổ hấp thụ của các mẫu ở điều kiện pH khác nhau. Kết qua cho thấy sự dịch đỉnh phổ hấp thụ điều này cho thấy kích thước hạt nano bạc bị thay đổi. Cường độ đỉnh hấp thụujcuar mẫu pH=13 cho thấy chất lượng tính thể của mẫu thấp. Kết quả này phù hợp với kết quả X-ray. Các quan sát cho thấy mẫu vật liệu lai có xu hướng biến đổi tương tự hạt nano bạc khi thay đổi pH. Hình 2.21. Ảnh hiển vi điện tử của vật liệu nano lai Ag/MWCNTs chế tạo sử dụng đèn bức xạ UV và chất ổn định bề mặt axit oleic và pH = 9. 2.3.3. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến sự hình thành của vật liệu nano lai Ag-CNTs Chúng tôi nghiên cứu sự ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến sự hình thành hạt nano bạc trên ống nano carbon. Các mẫu Ag/MWCNTs được chế tạo bằng phương pháp khử ion phức bạc sử dụng chất ổn định là axit oleic, PVP, Tween 80. Kết quả phân tích phổ XRD cho thấy sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ tại 38,2o, 44,4o, 64,5o Hình (2.23). Các đỉnh này tương ứng với các mặt tinh thể (111), (200), (220) của tinh thể Ag kim loại (JC PDS No. 04-0783). Đỉnh nhiễu xạ tại 26,2o tương ứng với mặt tinh thể (002) của ống nano carbon. Điều này chứng tỏ sự hình thành của tinh thể bạc kim loại trên bề mặt ống nano carbon. Tính toán kích thước hạt trung bình theo công thức Scherrer cho thấy các mẫu sử dụng axit oleic, PVP, Tween 80 có kích thước lần lượt 12 nm, 19 nm, 30 nm. Kết quả này phù hợp với kết quả ảnh TEM của mẫu sử dụng axit oleic. Ngoài ra sự biến đổi kích thước hạt nano bạc cũng có xu hướng tương tự với trường hợp các mẫu nano bạc sử dụng các chất hoạt động bề mặt chế tạo bằng phương pháp quang hóa. 12 Hình 2.23. Phổ X-ray của Ag/CNTs với các chất hoạt động bề mặt khác nhau sử dụng bức xạ UV (pH = 9) Hình 2.24. Phổ UV-vis của (a) Ag/MWCNTs (oleic); (b) Ag/MWCNTs (PVP); (c) Ag/MWCNTs (Tween 80) 2.4. Kết luận chương 2 Hạt nano bạc được chế tạo thành công bởi phương pháp quang hóa. Kích thước và hình dáng của hạt nano bạc có thể điều khiển được nhờ nguồn sáng kích thích, độ pH của phản ứng khử và các chất hoạt động bề mặt. Bức xạ mặt trời, pH = 9, axit oleic là điều kiện tối ưu cho tổng hợp hạt nano bạc có dạng cầu với kích thước nhỏ. Hạt nano Ag tổng hợp sử dụng bức xạ ánh sáng mặt trời đạt kích thước khoảng 5 nm có dạng hình cầu với phân bố kích thước đều và phân tán tốt trong dung dịch nước. Vật liệu nano lai Ag/MWCNTs được tổng hợp thành công bằng quy trình hai bước. Đã đưa ra được các điều kiện tối ưu cho việc tổng hợp vật liệu nano lai Ag/MWCNTs với hạt nano bạc có kích thước phân bố đều ( 10 nm) như độ pH = 9, chất hoạt động bề mặt: axit oleic. Chương 3. Vật liệu lai Ag/GO 3.1. Cấu trúc và tính chất của Ag/GO chế tạo theo phương pháp quang hóa (2 bước) 3.1.1. Thực nghiệm Dựa trên những điều kiện tối ưu đã khảo sát cho hệ vật liệu Ag/MWCNTs, vật liệu nano lai Ag/GO được tổng hợp bằng phương pháp quang hóa với điều kiện pH=9, dùng axit oleic làm chất hoạt động bề mặt (hình 3.2). Hình 3.1. Quy trình chế tạo GO theo phương pháp Hummer 13 Hình 3.2. Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu lai Ag/GO theo phương pháp hóa Hình 3.3. Sơ đồ quy trình 2 bước tổng hợp Ag/GO 3.1.2. Đặc trưng cấu trúc và tính chất của Ag/GO Vật liệu nano lai Ag/GO được tổng hợp bằng phương pháp quang hóa sử dụng phản ứng Tollens (Hình 3.3). Đặc trưng cấu trúc của vật liệu được khảo sát bởi kết quả nhiễu xạ tia X, ảnh TEM. Sự gắn kết của hạt nano Ag lên bề mặt của GO được khảo sát bởi phổ FTIR và phổ UV. Hình 3.4 Chỉ ra phổ X-ray của các mẫu GO, Ag-NPs và Ag/GO. Từ phổ X-ray của GO, xuất hiện một định rộng tại 2θ=10,9o tương ứng với mặt tinh thể (002) của graphite với khoảng cách giữa các lớp là 0,81 nm. Điều này chỉ ra rằng cấu trúc graphite đã được tách lớp và các nhóm chức đã được đưa vào khoảng không gian giữa các lớp. Quan sát phổ X-ray của mẫu Ag/GO ta thấy sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ ở 38,2o, 44,4o, 64,5o tương ứng với các mặt tinh thể (111), (200), (220) của tinh thể Ag kim loại (JC PDS No. 04-0783). Điều này xác nhận sự hình thành của tinh thể bạc kim loại trên bề mặt của GO. Hình 3.4. Phổ X-ray của các mẫu GO, AgNPs, Ag/GO chế tạo theo phương pháp hóa học Hình 3. 1. Ảnh TEM của (a) hạt nano bạc Ag-NPs và (b,c,d) vật liệu nano lai Ag/GO ở các độ phóng đại khác nhau. Hình 3.5 A cho thấy các hạt nano bạc với kích thước khoảng 5 nm được phân tán đều trong nước thể hiện vai trò của bức xạ mặt trời trong quá trình điều khiển sự phân tán của các hạt nano bạc. Hình 3.5 b-d cho thấy sự xuất hiện một lượng lớn các hạt nano bạc trên bề mặt của GO. Kết quả tính toán từ ảnh TEM cho thấy hầu hết các hạt nano bạc có dạng hình cầu có kích thước tập trung ở khoảng 7 nm. Hình 3.6 chỉ ra phổ FTIR của GO và Ag/GO. Kết quả phân tích FTIR của GO cho thấy sự xuất hiện của dải hấp thụ tại 3493 cm-1 tương ứng với dao động kéo của liên kết O-H. Một đỉnh khác 14 của nhóm chức chứa oxy cũng đã được phát hiện bao gồm cả nhóm CO2 tại 2359 cm-1. Liên kết đôi C=C của cấu trúc vòng thơm trong cấu trúc nền carbon của GO được tìm thấy tại 1647 cm-1. Sự biến dạng của liên kết O-H trong nhóm chức –COOH được tìm thấy ở 1383 cm-1. Phổ FTIR của Ag/GO cho thấy sự thay đổi về cường độ dải hấp thụ của các nhóm chức chứa oxy. Điều này chứng tỏ có sự xuất hiện của các hạt nano bạc trên bề mặt của GO và sự khử nhẹ các nhóm chức trong quá trình tổng hợp bạc bằng glucose. Sự thay đổi cường độ dải hấp thụ của dao động kéo O-H được cho là do sự tương tác giữa ion bạc kim loại với nhóm chức hydroxyl của GO. Sự dịch chuyển của các đỉnh khác trong phổ FTIR của Ag/GO và sự xuất hiện của đỉnh 1071 cm-1 trong phổ FTIR của Ag/GO chứng minh rằng tương tác giữa ion bạc với các nhóm chức thông qua sự hình thành liên kết phối chí hoặc tương tác tĩnh điện. Hình 3.7 chỉ ra phổ raman của GO và Ag/GO được kích thích bởi bước sóng 632,8 nm. Trong phổ raman của GO xuất hiện các đỉnh tại 1360 cm-1 (band D) và tại 1591 cm-1 (band G).. Đối với phổ raman của Ag/GO cũng xuất hiện các đỉnh tương ứng tại 1338 cm-1 và 1594 cm-1 phù hợp với các đỉnh đặc trưng của GO. Tuy nhiên, ở đây đã có sự dịch đỉnh band D (22 cm-1) về phía số sóng nhỏ hơn so với GO. Hình 3.8 là phổ UV-vis của GO, Ag-NPs, và vật liệu lai Ag/GO. Phổ UV-vis của GO chỉ ra hai đỉnh hấp thụ tại 305 nm, 393 nm tương ứng với sự chuyển mức    trong liên kết C=O của miền lai hóa sp3 và liên kết C-OH. Phổ UV-vis của Ag và Ag/GO xuất hiện đỉnh hấp thụ mạnh tai 428 và 435 nm do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano bạc. Sự xuất hiện của đỉnh hấp thụ đặc trưng này cũng xác nhận sự hình thành của hạt nao bạc trên GO. Tuy nhiên xuất hiện sự dịch đỉnh hấp thụ về phía bước sóng dài khi nồng độ Ag-NPs tăng lên (hình 3.9). Điều này chứng tỏ có sự hình thành các hạt nano bạc với kích thước lớn hơn khi nồng độ bạc tăng. * Hình 3.7. Phổ Raman của GO và Ag/GO Hình 3.6. Phổ RTIR của GO và Ag/GO Hình 3.8. Phổ UV của (a) GO,(b) Ag-NPs và (c) Ag/GO 15 Hình 3.9. Phổ UV của các mẫu GO và Ag/GO với tỉ lệ GO:Ag thay đổi 3.2. Cấu trúc và tính chất của vật liệu lai Ag/GO chế tạo theo phương pháp thủy nhiệt. 3.2.1. Thực nghiệm Vật liệu nano lai Ag/GO được tổng hợp bằng phương pháp khử ion phức bạc trên bề mặt của GO bằng PVP ở nhiệt độ, và áp suất cao (hình 3.10). Hình 3.10. Quy trình chế tạo vật liệu Ag/GO theo phương pháp thủy nhiệt Bảng 3.1 Bảng tổng hợp điều kiện chế tạo mẫu Ag/GO bằng phương pháp thủy nhiệt Mẫu Ag/GO pH1 Ag/GO pH2 Ag/GO pH3 Ag/GO 1 Ag/GO 2 Ag/GO 3 Ag/GO 4 Nhiệt độ, thời gian 160 oC, 90 phút 160 oC, 90 phút 160 oC, 90 phút 160 oC, 90 phút 160 oC, 90 phút 160 oC, 90 phút 160 oC, 90 phút AgNO3 (mol/L) 10 mM NH3 (ml) 0,5 ml AgNO3/PVP (m/m)* 1:1 GO (mg/ml) 0,5 10 mM 0,8 ml 1:1 0,5 10 mM 2,1 ml 1:1 0,5 50 mM 4 ml 1:1 0,5 100 mM 8 ml 1:1 0,5 10 mM 0,8 ml 2:1 0,5 10 mM 0,8 ml 1:2 0,5 3.2.2. Đặc trưng cấu trúc và tính chất của Ag/GO chế tạo theo phương pháp thủy nhiệt a, Ảnh hưởng của pH dung dịch Hình 3.11. (A) Phổ Xray và (B) phổ UV-vis của các mẫu Ag-GO ở điều kiện pH=7, 9, 13 Hình 3.11 a trình bày kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của vật liệu nano lai Ag/GO chế tạo ở các điều kiện pH=7, pH=9, pH=13. Có ba đỉnh nhiễu xạ ở 38,2o, 44,4o, 64,5o được quan sát tương ứng 16 với các mặt tinh thể (111), (200), (220) của tinh thể Ag kim loại (tra theo mã thể chuẩn JC PDS No. 04-0783). Điều này đã chứng tỏ sự tạo thành của các nano tinh thể bạc kim loại trên bề mặt của GO. Kết quả phân tích phổ hấp thụ của các mẫu Ag/GO chế tạo ở các điều kiện pH=7, pH=9, pH=13 được trình bày ở hình 3.11b. Phổ UV-vis của các mẫu cho thấy đỉnh hấp thụ tại 294 nm và 435 nm. Trong đó đỉnh 435 nm là dải hấp thụ đặc trưng của hạt nano bạc do hiệu ứng plasmon bề mặt gây ra, đặc trưng này xác nhận tinh thể nano bạc đã hình thành. b, Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng AgNO3:PVP Hình 3.12 A trình bày kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu. Kết quả cho thấy sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của bạc kim loại ứng với các mặt (111), (200), (220). Kết quả UV-vis của các mẫu với tỉ lệ Ag:PVP 1:0,5, 1:1, và 1:2 được trình bày ở hình 3.12B. Kết quả cho thấy trong phổ UV-vis của các mẫu xuất hiện đỉnh hấp thụ cực đại đặc trưng cho nano bạc tại các giá trị là 438, 434, 429 nm tương ứng với các mẫu có tỉ lệ AgNO3:PVP lần lượt là 1:0,5, 1:1, và 1:2. Bên cạnh đó, sự dịch đỉnh phổ về phía bước sóng ngắn khi lượng PVP tăng là do kích thước hạt nano bạc trên bề mặt GO giảm, Hình 3.13A chỉ ra kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu Ag/GO với nồng độ Ag+ đầu vào lần lượt là 10 mM, 50 mM, 100 mM. Kết quả cho thấy sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của bạc kim loại ứng với các mặt (111), (200), (220). Chứng tỏ sự hình thành tinh thể bạc kim loại trên GO. Kết quả X-ray và UV-vis chỉ ra nồng độ AgNO3 10 mM điều kiện tối ưu để chế tạo Ag/GO. Hình 3.12. (A) Phổ X-ray và (B) phổ UV-vis của các mẫu AgGO với tỉ lệ PVP khác nhau Hình 3.13. (a) Phổ X-ray và (b) phổ UV-vis của các mẫu Ag-GO với nồng độ ion Ag+ khác nhau 3.3. Kết luận chương 3 Đã xây dựng thành công quy trình công nghệ chế tạo vật liệu nano lai Ag/GO theo phương pháp quang hóa. Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu đã tổng hợp được. Vật liệu nano lai với hạt nano bạc có kích thước phân bố đều ~ 7-10 nm được chế tạo ở điều kiện pH=9, sử dụng bức xạ UV, axit oleic làm chất hoạt động bề mặt. Đây là phương pháp sử dụng các hóa chất thân thiện môi trường. Các mẫu chế tạo được có khả năng phân tán tốt trong nước. Tổng hợp thành công vật liệu nano lai Ag/GO theo phương pháp thủy nhiệt. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành của hạt nano bạc trên bề mặt GO. Đã đưa ra được các điều kiện tối ưu 17 cho việc tổng hợp vật liệu nano lai Ag/GO như độ pH=9, tỉ lệ AgNO3:PVP là 1:2 , nồng độ ion Ag+ đầu vào là 10 mM. Đây là phương pháp đơn giản, ít sử dụng hóa chất, thời gian chế tạo ngắn, thuận lợi cho việc chế tạo mẫu bột và có thể chế tạo với số lượng lớn. Chương 4. Đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu nano lai trong diệt khuẩn và cảm biến quang SERS 4.1. Thử nghiệm ứng dụng vật liệu nano lai trong diệt khuẩn 4.1.1. Phương pháp thực nghiệm a, Phương pháp khoanh giấy (vòng vô khuẩn) Các bước tiến hành như sau: Bước 1: Chuẩn bị khoanh giấy thấm (Whatman No 1) sấy vô trùng. Bước 2: Sử dụng giấy thấm ngâm vào các nồng độ Ag (30, 50 μg/ml), Ag/MWCNTs (10, 20, 30, 50 μg/ml), Ag/GO (20, 50 μg/ml) khác nhau sau đó đặt lên trên bề mặt của đĩa thạch nơi đã phết vi khuẩn (Đĩa thạch đã nuôi vi khuẩn (E.Coli và S.aureus ) nồng độ 105-106 CFU/ml). Bước 3: Các đĩa được ủ tại nhiệt độ 37o trong thời gian 24h Bước 4: Quan sát và chụp ảnh sau 24 giờ dựa trên vành lan tỏa xung quanh khoanh giấy thấm về khả năng mọc của vi khuẩn. b, Kĩ thuật lát cắt siêu mỏng trong hiển vi điện tử Kĩ thuật được trình bày theo quy trình như chỉ ra ở hình 4.1. Hình 4.1 Sơ đồ quy trình của kĩ thuật lát cắt siêu mỏng 4.1.2. Hoạt tính diệt khuẩn Hình 4.2 chỉ ra ảnh kết quả thử nghiệm kháng khuẩn của Ag-NPs (mẫu số 1) và Ag/MWCNTs với các nồng độ từ 10 μg/ml đến 50 μg/ml đối với vi khuẩn E. coli (mẫu số 21, 22, 23, 24) và vi khuẩn S. aureus (các mẫu số 29, 30, 31, 32). Các mẫu Ag-NPs và Ag/MWCNTs đều cho thấy khả năng ức chế vi khuẩn E. coli và S. aureus tốt. Hình 4.2. Hoạt tính kháng khuẩn của Ag-NPs và Ag/MWCNTs thử nghiệm đối với vi khuẩn E. coli và S. aureus 18 Hình 4.3 chỉ ra thử nghiệm kháng khuẩn của Ag-NPs nồng độ 50 μg/ml (mẫu số 5), GO nồng độ 50 μg/ml (mẫu số 6) và Ag/GO ở các nồng độ 20 μg/ml, 50 μg/ml (mẫu số 7, 8) với cả hai loại vi khuẩn E.coli và S. aureus. Kết quả cho thấy vật liệu lai Ag/GO có khả năng ức chế vi khuẩn tốt. Mẫu GO không thấy xuất hiện vòng vô khuẩn. Hình 4.3. Hoạt tính kháng khuẩn của Ag-NPs, GO và Ag/GO thử nghiệm đối với vi khuẩn E. coli và S. aureus Hình 4.4 Bán kính vòng vô khuẩn của Ag-NPs, GO và Ag/GO thử nghiệm đối với 2 chủng vi khuẩn E. coli và S. aureus Các kết quả tính toán bán kính vòng vô khuẩn đã chỉ ra vật liệu lai có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với hạt nano bạc (hình 4.4). Đặc biệt là đối với khuẩn E. coli. 4.1.3. Cơ chế diệt khuẩn a,. Tương tác của Ag-NPs với tế bào vi khuẩn Hình 4.5 là ảnh TEM của các giai đoạn tương tác của Ag-NPs với vi khuẩn tại 0 phút, 15 phút và 30 phút. Có thể thấy rằng các hạt nano Ag liên kết với các màng tế bào và xuyên phá màng tế bào. Hình 4.6 chỉ ra cơ chế kháng khuẩn của Ag-NPs. Nhìn chung, cho đến nay cơ chế diệt khuẩn của hạt nano bạc chủ yếu được giải thích là do phương thức tương tác của nó với các vi sinh vật. Trong đó sự ức chế màng tế bào, mất cân bằng oxy hóa (ROS) và sự giải phóng ion Ag1+ là ba cơ chế chủ yếu để giải thích về hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano bạc Hình 4.5. Ảnh TEM các giai đoạn tương tác của Ag-NPs với 2 chủng vi khuẩn E.coli và S.aureus tại các thời điểm ban đầu 0 phút, và sau khi tương tác 15 phút và 30 phút. Hình 4.6. Mô hình cơ chế kháng khuẩn của hạt nano bạc Ag-NPs 19 b, Tương tác của Ag/MWCNTs với tế bào vi khuẩn Phân tích siêu cấu trúc của chúng tôi chỉ ra xuất hiện một lượng lớn vật liệu nano lai Ag/MWCNTs gắn kết với lớp thành các tế bào gây ra sự phá vỡ của các màng tế bào, làm gián đoạn chức năng của chúng do đó dẫn tới tiêu diệt tế bào (hình 4.7). Sự tăng cường hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano lai Ag/MWCNTs so với Ag-NPs cho thấy vai trò quan trọng của MWCNTs trong tương tác với tế bào vi khuẩn. Hình 4.8. Mô hình cơ chế diệt khuẩn của vật liệu nano lai Ag/MWCNTs Hình 4.7. Ảnh TEM các giai đoạn tương tác của Ag/MWCNTs với 2 chủng vi khuẩn E.coli và S.aureus c, Tương tác của GO và Ag/GO với tế bào vi khuẩn Hình 4.9 và 4. 10 là ảnh TEM các giai đoạn tương tác so sánh của tấm GO, hạt nano Ag-NPs và vật liệu nano lai Ag/GO với 2 chủng vi khuẩn E.coli và S. aureus tại 0 phút, 15 phút và 30 phút. Có thể quan sát được ở hình 4.9 các kết quả siêu cấu trúc của chúng tôi chi ra rằng các tấm GO nhỏ có thể bao bọc các tế bào vi khuẩn trong khi sự kết tụ dải GO lớn có thể bẫy các tế bào vi khuẩn. Nhìn chung, vật liệu nano lai Ag-nC thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với hạt nano bạc và vật liệu nano carbon. Cơ chế kháng khuẩn của hệ vật liệu có sự đóng góp của cả Ag-NPs và vật liệu nano carbon. Đối với cơ chế tương tác vật lý vai trò của từng vật liệu được thể hiện rõ như hình 4.12 Hình 4.1. Ảnh TEM các giai đoạn tương tác của GO với vi khuẩn E. coli và S. aureus tại 0 phút, 15 phút và 30 phút. Hình 4.2. Mô hình cơ chế kháng khuẩn của vật liệu GO 20