Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu xây dựng một số chỉ tiêu kiểm nghiệm và đánh giá tác dụng diệt khuẩn ...

Tài liệu Nghiên cứu xây dựng một số chỉ tiêu kiểm nghiệm và đánh giá tác dụng diệt khuẩn của một số sản phẩm nano bạc

.PDF
106
268
86

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI VÕ VIẾT HÙNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ CHỈ TIÊU KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG DIỆT KHUẨN CỦA MỘT SỐ SẢN PHẨM NANO BẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC HÀ NỘI 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI VÕ VIẾT HÙNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ CHỈ TIÊU KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG DIỆT KHUẨN CỦA MỘT SỐ SẢN PHẨM NANO BẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC CHUYÊN NGÀNH: KIỂM NGHIỆM THUỐC – ĐỘC CHẤT MÃ SỐ: 60720410 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Thị Hƣờng Hoa GS.TS. Thái Nguyễn Hùng Thu HÀ NỘI 2017 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các chuyên gia trong nhiều lĩnh vực, các anh chị kỹ thuật viên, cùng đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TS. Thái Nguyễn Hùng Thu và TS. Lê Thị Hƣờng Hoa đã trực tiếp hƣớng dẫn, dành nhiều thời gian và tâm huyết giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trần Việt Hùng đã cho tôi nh ng lời khuyên quí báu và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị trong khoa Nghiên cứu & phát triển, khoa Mỹ phẩm, khoa Vi sinh – Viện Kiểm nghiệm Thuốc Trung ƣơng đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, phòng Sau đại học, bộ môn Hóa phân tích - Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội, cùng các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè - nh ng ngƣời luôn động viên, khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập! Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2017 Học viên Võ Viết Hùng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...................….............................. DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU .............................................................................. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................... ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................2 1.1. TỔNG QUAN VỀ BẠC VÀ NANO BẠC ..................................................... 2 1.1.1. Tính chất của kim loại bạc .....................................................................2 1.1.1.1. Tính chất vật lý ................................................................................2 1.1.1.2. Tính chất hóa học ............................................................................2 1.1.2. Công nghệ nano, đặc tính và phƣơng pháp điều chế nano bạc ..........2 1.1.2.1. Công nghệ nano ...............................................................................2 1.1.2.2. Đặc tính của hạt nano bạc ...............................................................3 1.1.2.3. Phƣơng pháp điều chế nano bạc ....................................................4  Phƣơng pháp khử vật lý ......................................................................4  Phƣơng pháp ăn mòn laze ...................................................................4  Phƣơng pháp khử hóa học ..................................................................5  Phƣơng pháp khử hóa lý .....................................................................5  Phƣơng pháp khử sinh học .................................................................5 1.1.3. Tác dụng diệt khuẩn của nano bạc .......................................................6 1.1.4. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc .......................................................8 1.1.5. Ứng dụng nano bạc ...............................................................................10 1.1.5.1. Lĩnh vực y tế ...................................................................................10 1.1.5.2. Công nghiệp mỹ phẩm ..................................................................11 1.1.5.3. Công nghiệp thực phẩm, gia dụng ...............................................11 1.1.5.4. Lĩnh vực môi trƣờng .....................................................................11 1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HẠT NANO BẠC .... 12 1.2.1. Phân tích phổ UV-VIS ..........................................................................12 1.2.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua ..........................................................13 1.2.2.1. Giới thiệu ........................................................................................13 1.2.2.2. Nguyên lý hoạt động và sự tạo ảnh trong TEM ..........................14 1.2.2.3. Ƣu điểm và hạn chế của TEM ......................................................14  Điểm mạnh của TEM........................................................................14  Điểm yếu của TEM ...........................................................................15 1.2.3. Kính hiển vi điện tử quét ......................................................................15 1.2.3.1. Giới thiệu ........................................................................................15 1.2.3.2. Nguyên lý hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM ..........................15 1.2.3.3. Ƣu điểm của kính hiển vi điện tử quét ........................................16 1.2.4. Phƣơng pháp tán xạ ánh sáng động ....................................................16 1.2.5. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử......................................17 1.2.5.1. Nguyên tắc ......................................................................................17 1.2.5.2. Cấu tạo chính của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ..............17 1.2.5.3. Phƣơng pháp AAS với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa................................................................................................................18 1.2.6. Các phƣơng pháp định lƣợng bạc.......................................................19 1.3. TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG DIỆT KHUẨN CỦA NANO BẠC......................................................................................................................20 1.3.1. Nguyên tắc………………………………………………………….....20 1.3.2. Đặc điểm hình thái, sinh lý và khả năng gây bệnh của một số loài VSV dùng trong nghiên cứu..........................................................................20 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................23 2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU...................................................................... 23 2.2. PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ................................................................ 24 2.2.1. Chất chuẩn.............................................................................................24 2.2.2. Chủng chuẩn .........................................................................................24 2.2.3. Hóa chất, dung môi ...............................................................................24 2.2.4. Môi trƣờng nuôi cấy VSV ....................................................................24 2.2.5. Thiết bị, dụng cụ ...................................................................................25 2.2.5.1. Thiết bị ............................................................................................25 2.2.5.2. Dụng cụ ...........................................................................................25 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 26 2.3.1. Nghiên cứu xây dựng một số chỉ tiêu kiểm nghiệm ...........................26 2.3.1.1. Kiểm nghiệm hình dạng và kích thƣớc nano bạc bằng SEM ....26 2.3.1.2. Định tính, định lƣợng nano bạc bằng AAS .................................26  Khảo sát các điều kiện tối ƣu cho định tính, định lƣợng nano bạc bằng AAS .................................................................................................26  Đánh giá phƣơng pháp định tính, định lƣợng nano bạc bằng AAS ..................................................................................................................26 2.3.1.3. Đánh giá tác dụng diệt khuẩn.......................................................27 2.3.1.4. Xây dựng quy trình thử cho một số chỉ tiêu kiểm nghiệm ........28 2.3.2. Khảo sát một số ảnh hƣởng tới hình dạng, kích thƣớc hạt nano bạc ...........................................................................................................................28 2.3.2.1. Tỷ lệ nồng độ AgNO3 và PVP - K30.............................................28 2.3.2.2. Tốc độ khuấy dung dịch AgNO3 ...................................................28 2.3.2.3. Tốc độ bơm NaBH4 ........................................................................28 2.3.3. Áp dụng để kiểm nghiệm một số sản phẩm ........................................28 2.3.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu ....................................................................29 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..............................................................30 3.1. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ TRONG QUÁ TRÌNH BÀO CHẾ TỚI HÌNH DẠNG, KÍCH THƢỚC TIỂU PHÂN BẠC .. 30 3.1.1. Tỷ lệ nồng độ AgNO3 và PVP - K30 ....................................................31 3.1.2. Tốc độ khuấy dung dịch AgNO3 ..........................................................32 3.1.3. Tốc độ bơm NaBH4 ...............................................................................32 3.2. XÂY DỰNG MỘT SỐ CHỈ TIÊU KIỂM NGHIỆM ................................. 32 3.2.1. Kiểm nghiệm hình dạng và kích thƣớc nano bạc bằng SEM ...........32 3.2.1.1. Chuẩn bị mẫu .................................................................................33 3.2.1.2. Tiến hành đo...................................................................................33 3.2.1.3. Đánh giá ..........................................................................................34 3.2.1.4. Kết quả đo ......................................................................................34 3.2.1.5. Dự kiến chỉ tiêu về hình dạng và kích thƣớc các tiểu phân bạc 37 3.2.2. Định tính, định lƣợng nano bạc bằng AAS ........................................37 3.2.2.1. Khảo sát các điều kiện thích hợp cho phân tích bạc bằng AAS 37  Khảo sát lựa chọn nồng độ acid ........................................................37  Khảo sát lựa chọn độ rộng khe ........................................................38  Khảo sát lựa chọn tốc độ khí .............................................................39  Khảo sát chiều cao đầu đốt ..............................................................41 3.2.2.2. Quy trình thử .................................................................................42 3.2.2.3. Thẩm định phƣơng pháp phân tích bạc bằng AAS....................43  Tính thích hợp của hệ thống .............................................................43  Độ đặc hiệu của phƣơng pháp ..........................................................44  Khoảng tuyến tính..............................................................................47  Độ lặp lại .............................................................................................48  Độ đúng ...............................................................................................49 3.2.2.4. Định lƣợng bạc trong một số sản phẩm.......................................52 3.2.3. Đánh giá tác dụng diệt khuẩn của dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc.....................................................................................................................53 3.2.3.1. Chuẩn bị môi trƣờng và dung dịch pha loãng ............................53 3.2.3.2. Chuẩn bị chủng vi sinh vật thử nghiệm.......................................53 3.2.3.3. Tiến hành.........................................................................................54 3.2.3.4. Kết quả………………………………………...…………….........55 3.2.3.5. Dự kiến chỉ tiêu về tác dụng diệt khuẩn của dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm...............................................................................57 3.2.4. Dự thảo một số chỉ tiêu kiểm nghiệm đối với các sản phẩm nghiên cứu....................................................................................................................58 3.2.4.1. Hỗn dịch nano bạc 1000 ppm.......................................................58 3.2.4.2. Dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm...............................59 CHƢƠNG 4. BÀN LUẬN.......................................................................................60 4.1. VỀ ĐỊNH TÍNH VÀ ĐỊNH LƢỢNG BẠC BẰNG AAS..........................60 4.2. VỀ XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƢỚC TIỂU PHÂN NANO BẠC....................................................................................................................61 4.3. ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG DIỆT KHUẨN…………..……………………62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... PHỤ LỤC..................................................................................................................... DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic absorption spectroscopy) DĐVN IV Dƣợc điển Việt Nam, lần xuất bản thứ 4 DLS Tán xạ ánh sáng động (Dynamic light scattering) DNA 2’- deoxyribonucleic acid GLP Thực hành tốt phòng thí nghiệm (Good Laboratory Practice) ISO International Organization for Standardization MRSA Staphylococcus aureus kháng Methicillin MRSE Staphylococcus epidermidis kháng Methicillin PVP Polyvinylpyrrolidon SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope) SPR Cộng hƣởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance) TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscope) UV – VIS Tử ngoại – khả kiến (Ultraviolet – Visible) VSV Vi sinh vật WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization) DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Ký hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích 3 Bảng 2.2. Các mẫu nghiên cứu 23 Bảng 2.3. Công thức cho 3 lít hỗn dịch nano bạc 1000 ppm 23 Bảng 2.4. Công thức cho 1 lít nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm 23 Bảng 3.5. Kết quả kiểm nghiệm hình dạng và kích thƣớc nano bạc của 04 mẫu thử bằng SEM Độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm, pha trong dung dịch acid nitric có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm với độ rộng khe khác nhau Độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm với tốc độ khí khác nhau Độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm với các chiều 36 Bảng 3.6. Bảng 3.7. Bảng 3.8. Bảng 3.9. 38 39 40 41 cao đầu đốt khác nhau Bảng 3.10. Kết quả đánh giá tính thích hợp hệ thống 43 Bảng 3.11. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính 47 Bảng 3.12. 48 Bảng 3.16. Kết quả khảo sát độ lặp lại của hỗn dịch nano bạc 1000 ppm Kết quả khảo sát độ lặp của dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm Kết quả khảo sát độ đúng đối với hỗn dịch nano bạc 1000 ppm Kết quả khảo sát độ đúng đối với dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm Hàm lƣợng bạc của các mẫu nghiên cứu Bảng 3.17. Giới hạn nhiễm khuẩn của mẫu 55 Bảng 3.18. Số lƣợng vi sinh vật trong hỗn dịch gốc 55 Bảng 3.19. Pha chế hỗn dịch làm việc 56 Bảng 3.20. Số lƣợng vi sinh vật sau khi tiếp xúc 30 giây với mẫu thử 56 Bảng 3.21. Phần trăm vi sinh vật bị tiêu diệt sau khi tiếp xúc 30 giây với mẫu thử Dự thảo một số chỉ tiêu đối với hỗn dịch nano bạc 1000 57 Bảng 3.13. Bảng 3.14. Bảng 3.15. Bảng 3.22. 49 51 52 53 58 Bảng 3.23. ppm Dự thảo một số chỉ tiêu đối với dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm 59 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Ký hiệu Tên hình Trang Hình 1.1. Ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn 9 Hình 1.2. Ion bạc liên kết với các base của DNA 9 Hình 1.3. Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt 13 Hình 1.4. Phổ hấp thụ của các hạt nano bạc có kích thƣớc từ 10 -100 nm 13 ở nồng độ 0,02 mg/ml Hình 1.5. Ảnh TEM của các hạt nano bạc kích thƣớc 20 nm 14 Hình 3.6. Sơ đồ quy trình bào chế hỗn dịch nano bạc 1000 ppm 30 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình bào chế dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 31 ppm Hình 3.8. Ảnh SEM của hỗn dịch nano bạc 1000 ppm, (mẫu HD1) 34 Hình 3.9. Ảnh SEM của hỗn dịch nano bạc 1000 ppm, (mẫu HD2) 35 Hình 3.10. Ảnh SEM của nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm, (mẫu NSM1) 35 Hình 3.11. Ảnh SEM của nƣớc súc miệng nano bạc 5 ppm, (mẫu NSM2) 36 Hình 3.12. Biến thiên độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm pha 38 trong các nồng độ acid khác nhau Hình 3.13. Biến thiên độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm với các 39 độ rộng khe khác nhau Hình 3.14. Biến thiên độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm tại các 40 tốc độ khí khác nhau Hình 3.15. Biến thiên độ hấp thụ của dung dịch bạc chuẩn 2 ppm với 41 chiều cao đầu đốt khác nhau Hình 3.16. Độ hấp thụ của mẫu nền hỗn dịch nano bạc 1000 ppm theo thời 45 gian Hình 3.17. Độ hấp thụ của mẫu nền dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 45 ppm theo thời gian Hình 3.18. Độ hấp thụ của mẫu thử hỗn dịch nano bạc 1000 ppm (mẫu 46 HD1) Hình 3.19. Độ hấp thụ của mẫu thử dung dịch nƣớc súc miệng nano bạc 5 46 ppm (mẫu NSM1) Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc gi a cƣờng độ hấp thụ và nồng độ bạc 48 ĐẶT VẤN ĐỀ Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính kháng khuẩn mạnh. Khác với các kim loại nặng (chì, thủy ngân, arsen…) bạc không thể hiện độc tính với con ngƣời dù ở liều lƣợng tƣơng đối cao. Từ xa xƣa, con ngƣời đã sử dụng bạc làm các dụng cụ chứa đồ ăn, nƣớc uống để phòng bệnh. Từ đầu thế kỷ XIX đến gi a thế kỷ XX, bạc và các muối bạc đã đƣợc sử dụng rộng rãi để điều trị các vết bỏng và khử trùng. Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng dụng với hiệu quả cao ngƣời ta ít còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc n a. Gần đây, do hiện tƣợng các vi khuẩn ngày càng trở nên kháng thuốc, ngƣời ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dƣới dạng hạt có kích thƣớc nano. Trong lĩnh vực y tế, thị trƣờng ngày càng xuất hiện nhiều sản phẩm có chứa nano bạc nhƣ: gel rửa tay nano bạc, dung dịch rửa xoang, dung dịch rửa vết thƣơng, nƣớc súc miệng, khẩu trang chứa nano bạc… Các sản phẩm này đã góp vai trò tích cực trong công tác phòng chống một số dịch bệnh nguy hiểm nhƣ: dịch tay chân miệng, dịch tiêu chảy, dịch cúm gia cầm, dịch sởi. Tại Việt Nam, đã có một số nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn đối với gel rửa tay nano bạc [9] [12]. Tuy nhiên, đối với một số sản phẩm nano bạc khác nhƣ dạng: hỗn dịch nano bạc, dung dịch nƣớc súc miệng thì trong nƣớc hiện nay chƣa có phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cũng nhƣ chƣa có phƣơng pháp đánh giá tác dụng diệt khuẩn của chúng. Để góp phần đánh giá chất lƣợng của nh ng sản phẩm này, đề tài: “Nghiên cứu xây dựng một số chỉ tiêu kiểm nghiệm và đánh giá tác dụng diệt khuẩn của một số sản phẩm nano bạc” đƣợc thực hiện với các mục tiêu sau: 1. Xây dựng và thẩm định một số chỉ tiêu kiểm nghiệm của một số sản phẩm có chứa nano bạc (hỗn dịch nano bạc 1000 ppm và dung dịch nước súc miệng nano bạc 5 ppm). 2. Áp dụng để kiểm nghiệm các sản phẩm có chứa nano bạc trên. 3. Đánh giá tác dụng diệt khuẩn của các sản phẩm có chứa nano bạc. -1- Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ BẠC VÀ NANO BẠC 1.1.1. Tính chất của kim loại bạc 1.1.1.1. Tính chất vật lý Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại [29]. Nhiệt độ nóng chảy là: 961,93oC. 1.1.1.2. Tính chất hóa học - Bạc có ký hiệu là Ag, số hiệu nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lƣợng phân tử là 107,868 (đơn vị C); - Cấu hình electron [Kr]4d105s1, có số oxi hóa là +1 và +2, phổ biến nhất là trạng thái oxi hóa +1; - Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm; - Bán kính ion bạc: 0,23 nm; - Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là 107 Ag (52%) và 109 Ag (48%). Bạc không tan trong nƣớc, môi trƣờng kiềm nhƣng có khả năng tan trong một số acid mạnh nhƣ: acid nitric, acid sufuric đặc nóng... 1.1.2. Công nghệ nano, đặc tính và phƣơng pháp điều chế nano bạc 1.1.2.1. Công nghệ nano Thuật ng công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ nh ng năm 70 của thế kỷ XX, chỉ việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thƣớc cỡ nanomet (1 – 100 nm), tức là chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử. Theo cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thƣớc đo khoảng từ 1 đến 100nm và khai thác ứng dụng các đặc tính độc đáo của nh ng sản phẩm này. Công nghệ nano cũng -2- có thể hiểu là ngành công nghệ dựa trên các hiểu biết về các quy luật, hiện tƣợng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thƣớc đặc trƣng ở thang nano [12]. 1.1.2.2. Đặc tính của hạt nano bạc Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thƣớc từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều Ag hơn. Các hạt nano bạc có hiện tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt. Hiện tƣợng này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thƣớc hạt nano. Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích Kích thƣớc của hạt nano Ag (nm) 1 Số nguyên tử Ag có trong hạt 31 5 3900 20 250000 Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt rất lớn, có nh ng đặc tính độc đáo sau: - Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi. - Có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa. - Không có hại cho sức khỏe con ngƣời với liều lƣợng tƣơng đối cao, không có phụ gia hóa chất. - Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (cả trong các dung môi phân cực nhƣ nƣớc lẫn trong các dung môi không phân cực nhƣ benzen, toluen). - Độ bền hóa học cao, ít bị biến đổi dƣới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thƣờng. - Chi phí cho quá trình sản xuất thấp. - Ổn định ở nhiệt độ cao. -3- 1.1.2.3. Phương pháp điều chế nano bạc Có 2 phƣơng pháp để điều chế hạt nano kim loại: phƣơng pháp từ dƣới lên và phƣơng pháp từ trên xuống. Phƣơng pháp từ dƣới lên “bottom-up” là phƣơng pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau. Phƣơng pháp từ trên xuống “top-down” là phƣơng pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với hạt nano bạc, ngƣời ta thƣờng điều chế bằng phƣơng pháp từ dƣới lên. Nguyên tắc là khử ion Ag+ thành Ag. Các hạt Ag mới hình thành sẽ đƣợc bọc bởi các chất ổn định nhƣ PVP, chitosan... Các phƣơng pháp từ trên xuống ít đƣợc sử dụng vì nano bạc chế tạo bằng phƣơng pháp này thƣờng có kích thƣớc hạt lớn và không đồng đều. Hiện nay các vật liệu kim loại nano nhƣ vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dƣới dạng bột hay dung dịch keo đƣợc chế tạo chủ yếu bằng các phƣơng pháp sau: - Phƣơng pháp khử vật lý - Phƣơng pháp ăn mòn laze - Phƣơng pháp khử hóa học - Phƣơng pháp khử hóa lý - Phƣơng pháp khử sinh học  Phương pháp khử vật lý Phƣơng khử vật lí dùng các tác nhân vật lí nhƣ điện tử [23], sóng điện từ năng lƣợng cao nhƣ tia gamma [44], tia tử ngoại, tia laser [20] khử ion kim loại thành kim loại. Dƣới tác dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại.  Phương pháp ăn mòn laze Đây là phƣơng pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc đƣợc đặt trong một dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser dạng xung có buớc sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lƣợng mỗi xung là 90mJ, đƣờng kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1 nm – 3 nm. Dƣới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thƣớc khoảng 10 nm đƣợc hình thành và -4- đƣợc bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na (với n = 8, 10, 12, 14) nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M [51].  Phương pháp khử hóa học Khử hóa học là một phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến để chế tạo nano bạc theo phƣơng thức từ dƣới lên. Cơ chế của quá trình khử hóa học: Phƣơng pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion bạc thành bạc kim loại. Phản ứng thƣờng đƣợc thực hiện trong dung dịch lỏng nên còn gọi là phản ứng hóa ƣớt. Thông thƣờng, nguồn cung cấp ion Ag+ là các muối của bạc nhƣ AgNO3. Các tác nhân khử thƣờng dùng là: formandehyd, NaBH4, ethanol,…. Gần đây có một số công trình nghiên cứu chế tạo keo nano bạc và bột nano bạc từ bạc nitrat nhƣng sản phẩm trung gian là oxid bạc (Ag2O) rồi từ Ag2O tiếp tục khử về Ag0 nhằm thu đƣợc keo bạc có nồng độ cao. Để các hạt nano bạc phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, ngƣời ta bao phủ hạt nano bạc bằng một lớp polyme, điều này giúp cho các hạt đƣợc bảo vệ tốt hơn tránh hiện tƣợng kết tủa, hơn n a phƣơng pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có tính chất cần thiết [37].  Phương pháp khử hóa lý Đây là phƣơng pháp trung gian gi a hóa học và vật lí. Nguyên lý là dùng phƣơng pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phƣơng pháp điện phân thông thƣờng chỉ có thể tạo đƣợc màng mỏng kim loại. Trƣớc khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi đƣợc điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm. Lúc này ngƣời ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [59].  Phương pháp khử sinh học Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại. Ngƣời ta cấy vi khuẩn chuyển hóa nitrat hay phân giải NADPH vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu đƣợc hạt nano bạc. Phƣơng pháp này đơn giản, thân thiện với môi trƣờng và có thể tạo hạt với số lƣợng lớn [36]. -5- 1.1.3. Tác dụng diệt khuẩn của nano bạc Từ xa xƣa, ngƣời ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh. Ngƣời cổ đại sử dụng các bình bằng bạc để lƣu tr nƣớc, rƣợu dấm. Bạc và các hợp chất của bạc đƣợc sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến gi a thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng. Trong thế kỷ XX, ngƣời ta thƣờng đặt một đồng bạc trong chai s a để kéo dài độ tƣơi của s a. Sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng dụng với hiệu quả cao ngƣời ta ít quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc. Tuy nhiên, từ nh ng năm gần đây, do hiện tƣợng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, ngƣời ta quan tâm trở lại việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dƣới dạng hạt có kích thƣớc nano. Các nghiên cứu đã khẳng định bạc có khả năng tiêu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gây bệnh cho ngƣời. Mặt khác, nguyên tố bạc không có hại với cơ thể con ngƣời với liều lƣợng tƣơng đối cao. Vì vậy, ngày nay bạc ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khoa học sản xuất. Ngƣời ta cũng chứng minh đƣợc trong thiên nhiên bạc không tạo ra nh ng hợp chất tổn hại đến môi trƣờng và hệ sinh thái. Mặt khác, đặc tính quý với vai trò là chất sát trùng là bạc không bị các chủng vi sinh vật thích nghi nhƣ nhiều hóa chất sát trùng khác. Gần đây các kết quả nghiên cứu mới nhất về tính sát trùng của bạc đã khẳng định bạc ở kích thƣớc nano có hiệu quả sát khuẩn cao hơn bạc ở kích thƣớc macro nhiều lần. Điều này đã thúc đẩy nhiều hƣớng nghiên cứu chế tạo và sử dụng nano bạc khử trùng trong y tế và đời sống trên thế giới. Các hạt nano siêu nhỏ thể hiện các tính chất khác biệt hoặc nổi bật hơn so với nguyên liệu dạng macro. Các hạt nano siêu nhỏ làm cho các hạt có diện tích bề mặt lớn, cân đối với khối lƣợng của chúng. Trƣờng hợp bạc ở dạng hạt nano, cho phép chúng tƣơng tác dễ dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả kháng khuẩn. Hiệu quả này lớn tới mức 1 gam hạt nano bạc có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm mét vuông chất nền. -6- Bản thân kim loại bạc dạng khối khả năng kháng khuẩn không cao, nhƣng khi chịu một tác động hóa học nhƣ sự oxy hóa nó sẽ tạo ra ion bạc có hoạt tính kháng khuẩn. Phản ứng hóa học này diễn ra trên bề mặt khối bạc khi tiếp xúc với độ ẩm và mồ hôi ngƣời, nhƣng với tốc độ diễn ra rất chậm [32]. Vì vậy để có tốc độ oxy hóa lớn đòi hỏi bạc phải có kích thƣớc nano với diện tích bề mặt lớn. Với 1g bạc khối hình cầu có diện tích là 1,06 cm2 trong khi 1 gam bạc kích thƣớc 10 nm có diện tích bề mặt là 600000 cm2. Với diện tích bề mặt lớn nhƣ vậy phản ứng oxy hóa của các hạt nano bạc diễn ra dễ dàng cho phép liên tục giải phóng ra các ion bạc. Nhiều tài liệu cho thấy bạc nano có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus: - Nghiên cứu so sánh hiệu quả kháng khuẩn của bạc nano với đồng nano cho thấy bạc nano cho hiệu quả kháng khuẩn cao hơn [46]. - Nghiên cứu so sánh hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc, nano platin và nano vàng trên chủng Staphylococcus aureus (S. aureus) và Escherichia coli (E. coli), kết quả cho thấy chỉ có nano bạc cho hoạt tính kháng khuẩn với 2 chủng này, trong khi platin và vàng dạng nano không có hiệu quả [27]. - Boe cement là vật liệu tạo hình mô xƣơng dùng trong phẫu thuật tạo hình, đƣợc ƣa chuộng và dùng rất nhiều ở Mỹ. Việt Nam bắt đầu đƣợc sử dụng vào năm 2003 ở bệnh viện Chợ Rẫy. Một nghiên cứu cho thấy boe cement có kết hợp bạc nano có độ kháng khuẩn cao, kháng cả nh ng chủng Staphylococcus epidermidis (MRSE), Staphylococcus aureus (MRSA) kháng methicillin (in vitro), trong khi đó cement có chứa getamicin cũng không kháng đƣợc 2 chủng này và cetment không chứa kháng sinh thì hoàn toàn không có khả năng diệt bất kỳ chủng nào. Nghiên cứu này cũng cho thấy độ an toàn của nhóm bone cement có chứa bạc nano tƣơng đƣơng với nhóm chứng [22]. - Bạc nano với kích thƣớc tiểu phân rất nhỏ nên làm tăng diện tích tiếp xúc với môi trƣờng bên ngoài. Do đó, bạc nano cho hiệu quả diệt khuẩn cao chỉ với một lƣợng nhỏ [42]. -7-
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu vừa đăng