Tài liệu điều chế nano đồngchitosan và ứng dụng kháng khuẩn vibrio parahaemolyticus

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN NGỌC YẾN ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG/CHITOSAN VÀ ỨNG DỤNG KHÁNG KHUẨN VIBRIO PARAHAEMOLYTICUS Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học Mã số : 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN NGỌC YẾN ĐIỀU CHẾ NANO ĐỒNG/CHITOSAN VÀ ỨNG DỤNG KHÁNG KHUẨN VIBRIO PARAHAEMOLYTICUS Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học Mã số : 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Minh Viễn TS. Hoàng Anh Hoàng Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Đình Thành Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Huỳnh Ngọc Oanh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 18 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. TS. Nguyễn Quang Long Chủ tịch 2. PGS.TS Nguyễn Đình Thành Phản biện 1 3. TS. Huỳnh Ngọc Oanh Phản biện 2 4. TS. Nguyễn Tuấn Anh Ủy viên 5. TS. Đoàn Văn Thuần Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC TS. Nguyễn Quang Long GS.TS. Phan Thanh Sơn Nam i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Yến MSHV: 1570189 Ngày, tháng, năm sinh: 01/ 01/ 1992 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số : 60520301 I. TÊN ĐỀ TÀI Tổng hợp nano đồng/chitosan và ứng dụng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Tổng quan tài liệu về các phương pháp điều chế, tính chất của nano đồng và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của nano đồng lên vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus gây bệnh hoại tử gan tụy trên tôm. − Điều chế nano đồng từ muối đồng clorua, axit ascorbic và chitosan, đánh giá các tính chất đặc trưng của vật liệu bằng các phương pháp: UV – Vis, TEM, FTIR, EDX. − Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của nano đồng đối với vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus trong môi trường nước ao nuôi tôm đã tiệt trùng và nước ao nuôi tôm chứa vi khuẩn. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 06/02/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ 18/01/2018 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S Lê Minh Viễn T.S Hoàng Anh Hoàng Tp. HCM, ngày tháng 1 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA ii LỜI CẢM ƠN Tôi trân trọng gửi lời cảm ơn đến TS. Lê Minh Viễn − Bộ Môn Vô Cơ, TS. Hoàng Anh Hoàng − Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, hai Thầy đã kiên nhẫn, tận tình hướng dẫn, cung cấp những kiến thức chuyên môn để tôi được trau dồi thêm kinh nghiệm, cảm ơn vì đã tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi có thêm nhiều nghị lực để hoàn thành tốt luận văn. Tôi xin cảm ơn tất cả các Thầy/Cô của khoa Kỹ thuật Hóa học cũng như cảm ơn các anh/chị, các bạn sinh viên trong phòng thí nghiệm Hóa Vô Cơ và phòng thí nghiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học đại học Bách Khoa Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Trong quá trình học tập, làm việc và thực hiện luận văn tôi đã gặp rất nhiều trở ngại, nhưng khi khó khăn đều có người thân ở bên cạnh chia sẻ, ủng hộ. Tôi luôn cảm thấy hạnh phúc về điều này. Tôi mong muốn được được gửi những lời cảm ơn chân thành đối với những người đã luôn bên cạnh, là nguồn động viên, khích lệ khi tôi gặp khó khăn, giúp tôi có thêm nhiều niềm tin vào bản thân và cuộc sống. Vì hạn chế về thời gian nên luận văn còn nhiều thiếu sót. Tôi mong nhận được những góp ý từ thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn. Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018 Học viên thực hiện Nguyễn Ngọc Yến iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Dung dịch nano đồng được điều chế bằng phương pháp khử hóa học với tiền chất là đồng clorua, chất hoạt động bề mặt là chitosan và chất khử là axit ascorbic. Các yếu tố pH, hàm lượng chất hoạt động bề mặt, tỷ lệ muối đồng và chất khử được tiến hành khảo sát nhằm xác định điều kiện phù hợp để tổng hợp dung dịch nano đồng. Qua các thí nghiệm khảo sát, kết quả ghi nhận hạt vật liệu đạt kích thước nhỏ nhất (1 − 2 nm) tại pH = 7 ở 80°C trong 4h, phản ứng với tỷ lệ mol của Cu2+ và axit ascorbic là 1:1. Bên cạnh đó, khảo sát tìm ra nồng độ kháng khuẩn nano đồng đối với Vibrio parahaemolyticus, kết quả cho thấy nano đồng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus ở nồng độ 5ppm sau 4h trong môi nước nuôi tôm đã tiệt trùng và sau 2h trong môi trường nước ao nuôi tôm. Kết quả ghi nhận có khả năng ứng dụng vật liệu này làm hoạt chất kháng khuẩn cho ao tôm. iv ABSTRACT Copper nanoparticles are prepared by chemical reduction with copper chloride, chitosan and reducing agent is ascorbic acid. The pH, surfactant content, ratio of copper salt and reducing agent were investigated to determine suitable conditions for the synthesis of copper nanoparticles. In laboratory experiments, the results showed that the smallest particle size (1 − 2 nm) at pH = 7 at 80°C for 4 hours, reacted with molar ratio of Cu 2+ and ascorbic acid is 1:1. In addition, the study found the concentration of copper nanoparticles against Vibrio parahaemolyticus, which showed that copper nanoparticles antibacterial Vibrio parahaemolyticus was at 5 ppm after 4 hours in sterile water and after 2 hours in water shrimp pond. The results showed that it could be used as an antibacterial agent for shrimp ponds. v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu tham khảo từ các công trình khác đã được trích dẫn trong luận văn. Học viên thực hiện Nguyễn Ngọc Yến vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ..........................................................................ii TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ iv MỤC LỤC .................................................................................................................vii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... x DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................xii DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................................... xv MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ....................................................................................... 2 1.1 Giới thiệu về nano đồng và phương pháp điều chế ............................................. 2 1.1.1 Tính chất của nano đồng ............................................................................... 2 1.1.2 Ứng dụng của nano đồng .............................................................................. 4 1.1.3 Phương pháp điều chế nano đồng ................................................................. 5 1.1.4 Hoạt tính và cơ chế kháng khuẩn của nano đồng........................................ 11 1.2 Chitosan ............................................................................................................. 14 1.2.1 Tính chất của chitosan .................................................................................. 14 1.2.2 Ứng dụng của chitosan ................................................................................. 15 1.3 Hiện trạng nuôi tôm tại Việt Nam ..................................................................... 16 1.4 Vi khuẩn Vibrio Parahaemolyticus ................................................................... 18 1.4.1 Giới thiệu về Vibrio parahaemolyticus ........................................................ 18 1.4.2 Ảnh hưởng của Vibrio parahaemolyticus .................................................... 19 1.5 Tính cấp thiết và mục tiêu đề tài ....................................................................... 22 1.5.1 Tính cấp thiết................................................................................................ 22 1.5.2 Mục tiêu đề tài .............................................................................................. 23 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................ 24 2.1 Hóa chất và thiết bị ............................................................................................ 24 2.2 Phương pháp tổng hợp và phân tích tính chất dung dịch nano đồng/chitosan .. 25 2.3 Khảo sát các thông số ảnh hướng đến kích thước hạt nano đồng/chitosan ....... 26 2.3.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH ................................................................... 26 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol Cu2+/ axit ascorbic ................................ 27 vii 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt chitosan ........................... 27 2.3.4 Khảo sát độ bền của hệ dung dịch nano đồng/chitosan .............................. 28 2.4 Các phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu ...................................................... 28 2.4.1 Phương pháp quang phổ hồng ngoại Fourier (FT − IR) ............................. 28 2.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV – Vis)................................. 29 2.4.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................................. 29 2.4.4 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ...................................... 29 2.5 Khảo sát khả năng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus ............................... 30 2.5.1 Hóa chất và thiết bị...................................................................................... 30 2.5.2 Hoạt hóa Vibrio parahaemolyticus. ............................................................ 30 2.5.3 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn nano đồng với Vibrio parahaemolyticus trên nước ao đã tiệt trùng .................................................................................... 30 2.5.4 Khảo sát khả năng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus trên nước ao nuôi tôm không tiệt trùng .................................................................................... 34 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 35 3.1. Cơ chế hình thành dung dịch nano đồng/chitosan ............................................. 35 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt nano đồng ......................... 35 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH .............................................................. 35 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol của Cu2+ và axit ascorbic ..................... 39 3.1.3. Khảo sát khả năng hình thành dung dịch nano đồng/chitosan theo hàm lượng chitosan........................................................................................................ 41 3.1.4. Khảo sát độ bền của hệ nano đồng/chitosan ............................................... 44 3.2. Khảo sát khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của dung dịch nano đồng/chitosan trên nước ao tiệt trùng ................................................................ 45 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nano đồng/chitosan đến khả năng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus .................................................................. 45 3.2.2. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của nano đồng/chitosan và đối chứng ..... 46 3.3. Khảo sát khả năng kháng khuẩn của dung dịch nano đồng/chitosan đối với vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus trên nước ao không tiệt trùng ........................ 48 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 50 viii PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................... 56 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................... 79 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..................................................................................... 82 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO.......................................................................................... 82 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thiệt hại do dịch bệnh trên tôm nuôi nước lợ vùng ĐBSCL năm 2014 .... 17 Bảng 1.2 Đặc điểm sinh trưởng của Vibrio parahaemolyticus [40] ............................ 19 Bảng 1.3 Khả năng kháng kháng sinh của Vibrio parahaemolyticus trong nghiên cứu của Vengadesh và cộng sự [41] .................................................................................... 22 Bảng 2.1 Thông số các phản ứng trong khảo sát ảnh hưởng của pH......................... 27 Bảng 2.2 Thông số phản ứng trong quá trình khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol Cu2+:axit ascorbic ....................................................................................................................... 27 Bảng 2.3 Thông số phản ứng trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt chitosan ........................................................................................................... 28 Bảng 2.4 Bước sóng của các vạch phổ [42] ................................................................. 28 Bảng 2.5 Khảo sát khả năng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus theo nồng độ dung dịch nano Cu/CS ......................................................................................................... 31 Bảng 2.6 Nghiệm thức pha loãng vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus ....................... 31 Bảng 2.7 Các mẫu nano đồng ở các nồng độ khác nhau và đối chứng...................... 32 Bảng 2.8 Nghiệm thức pha loãng vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus ....................... 32 Bảng 3.1 Bước sóng và độ hấp thu của các mẫu theo giá trị pH ............................... 80 Bảng 3.2 Thế khử chuẩn của axit ascorbic ................................................................ 80 Bảng 3.3 Bước sóng và độ hấp thu của các mẫu theo tỷ lệ muối đồng và axit ascorbic .................................................................................................................................... 80 Bảng 3.4 Kết quả phổ EDX của dung dịch nano Cu/CS ........................................... 38 Bảng 3.5 Bước sóng và độ hấp thu của các mẫu theo hàm lượng chitosan ............... 81 Bảng 3.6 Bước sóng và cường độ hấp thu cực đại của dung dịch nano Cu/CS sau 2 tuần, 4 tuần, 8 tuần...................................................................................................... 81 Bảng A.1 Số liệu đếm khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng xử lý bằng nano Cu/CS ở các nồng độ khác nhau ........................................................... 59 Bảng A.2 Mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng xử lý bằng nano Cu/CS ở các nồng độ khác nhau ...................................................... 59 Bảng A.3 Khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng xử lý bằng nano Cu/CS ở các nồng độ khác nhau ............................................ 59 x Bảng A.4 Số liệu đếm khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN2) ............................................................. 60 Bảng A.5 Mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN2) ........................................................ 60 Bảng A.6 Khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN2)............................................... 61 Bảng A.7 Số liệu đếm khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN3) ........................................................ 62 Bảng A.8 Mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN3) .................................................. 63 Bảng A.9 Khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của nước ao tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN3) ........................................ 63 Bảng B.1 Số liệu đếm khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN1) .............................. 65 Bảng B.2 Mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN1) ..................... 65 Bảng B.3 Khả năng ức chế (%) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN1) ................................... 65 Bảng B.4 Số liệu đếm khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN2) .............................. 67 Bảng B.5 Mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN2) ..................... 67 Bảng B.6 Khả năng ức chế (%) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN2) ................................... 67 Bảng B.7 Số liệu đếm khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN3) .............................. 69 Bảng B.8 Mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN3) ..................... 69 Bảng B.9 Khả năng ức chế (%)Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN3) ................................... 69 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các sản phẩm nano đồng được thương mại hóa ........................................... 4 Hình 1.2 Ảnh TEM của nano đồng được điều chế bởi Jaqueline và cộng sự: a) scale 50 nm, b) scale 10 nm [8]............................................................................................... 5 Hình 1.3 Ảnh TEM của nano đồng điều chế theo quy trình của Zhang và cộng sự [19] .................................................................................................................................. 9 Hình 1.4 Ảnh TEM nano đồng được điều chế theo quy trình của Yu và cộng sự [17] . 9 Hình 1.5 Ảnh TEM nano đồng được điều chế theo quy trình của Cheng và cộng sự [21] .................................................................................................................................... 10 Hình 1.6 Ảnh TEM nano đồng được điều chế theo quy trình của Dung và cộng sự [22] .................................................................................................................................... 10 Hình 1.7 Ảnh TEM và phổ EDX của nano đồng điều chế theo phương pháp của Hariprasad và cộng sự [25] ........................................................................................... 11 Hình 1.8 a) cấu trúc vi khuẩn Gram dương b) cấu trúc vi khuẩn Gram âm .............. 13 Hình 1.9 Cơ chế kháng khuẩn của nano kim loại [32]................................................. 14 Hình 1.10 Cấu trúc của chitosan ................................................................................ 15 Hình 1.11 Vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus ........................................................... 18 Hình 1.12 A) tôm khỏe mạnh B) tôm mắc bệnh hoại tử gan tụy .............................. 21 Hình 2.1 a) Bột chitosan và b) dung dịch chitosan 1% ............................................. 25 Hình 2.2 Quy trình tổng hợp nano đồng/chitosan ..................................................... 26 Hình 2.3 Quy trình hoạt hóa khuẩn Vibrio parahaemolyticus................................... 30 Hình 2.4 Quy trình khảo sát khả năng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus trên nước ao đã tiệt trùng ............................................................................................................ 33 Hình 3.1 Cơ chế hình thành nano Cu/CS ................................................................... 35 Hình 3.2 Màu sắc của hệ nano Cu/CS theo pH = 4, 5, 6, 7 ....................................... 36 Hình 3.3 Phổ UV – Vis của dung dịch nano Cu/CS theo pH 4, 5, 6, 7 ..................... 36 Hình 3.4. Ảnh TEM mẫu nano Cu/CS pH = 4 và mẫu nano Cu/CS pH = 7 ............. 37 Hình 3.5 Phổ EDX của dung dịch nano Cu/CS pH = 7 ............................................. 38 Hình 3.6 Phổ FTIR của dung dịch AA/CS ................................................................ 79 Hình 3.7 Phổ FTIR của dung dịch nano Cu/CS......................................................... 79 xii Hình 3.8 Phổ FTIR của dung dịch nano Cu/CS và AA/CS ....................................... 39 Hình 3.9 Màu sắc của dung dịch nano Cu/CS theo tỷ lệ mol Cu2+:AA .................... 39 Hình 3.10 Phổ UV – Vis của dung dịch nano Cu/CS theo tỷ lệ mol Cu2+:AA ......... 40 Hình 3.11 Ảnh TEM của dung dịch nano Cu/CS tỷ lệ 1:1 và 1:4 ............................. 41 Hình 3.12 Màu sắc của hệ nano đồng theo hàm lượng chitosan ............................... 42 Hình 3.13 Phổ UV – Vis của dung dịch nano Cu/CS theo hàm lượng chitosan ....... 42 Hình 3.14 Ảnh TEM dung dịch nano Cu/CS với hàm lượng chitosan 0,5% và 1% . 43 Hình 3.15 Phổ UV – Vis dung dịch nano Cu/CS theo thời gian ............................... 44 Hình 3.16 Biểu đồ mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus xử lý bằng nano Cu/CS ................................................................................................................. 45 Hình 3.17 Biểu đồ khả năng ức chế (%) Vibrio parahaemolyticus của dung dịch nano Cu/CS trên nước ao tiệt trùng ở các thời điểm 0h, 2h và 4h ...................................... 46 Hình 3.18 Các mẫu khảo sát khả năng kháng khuẩn ................................................. 47 Hình 3.19 Biểu đồ khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus xử lý bằng nano đồng và các đối chứng ....................................................................................... 48 Hình 3.20 Biểu đồ khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm .................. 49 Hình A.1 Biểu đồ mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN2) .......................................................................... 61 Hình A.2 Biểu đồ khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN2) .......................................................................... 62 Hình A.3 Biểu đồ mật độ vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus khi xử lý bằng nano Cu/CS và các đối chứng (TN3) ................................................................................... 64 Hình A.4 Biểu đồ khả năng ức chế (%) vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus khi xử lý bằng nano Cu/CS các thời điểm 0h, 2h và 4h ............................................................ 64 Hình B.1 Biểu đồ mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN1) ........... 66 Hình B.2 Biểu đồ khả năng ức chế (%) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN1) ..................... 66 Hình B.3 Biểu đồ mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN2) ........... 68 xiii Hình B.4 Biểu đồ khả năng ức chế (%)Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN2) ..................... 68 Hình B.5 Biểu đồ mật độ vi khuẩn (CFU/mL) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN3) ........... 70 Hình B.6 Biểu đồ khả năng ức chế (%) Vibrio parahaemolyticus và Vibrio spp trong nước ao không tiệt trùng khi xử lý bằng nano Cu/CS ở 5 ppm (LTN3) ..................... 70 Hình B.7 Các đĩa khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus ở các thời điểm 0h, 2h và 4h (TN1) ........................................................................................................................... 71 Hình B.8 Các đĩa khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus ở các thời điểm 0h, 2h và 4h (LTN2) ........................................................................................................................ 73 Hình B.9 Các đĩa khuẩn lạc Vibrio parahaemolyticus ở các thời điểm 0h, 2h và 4h (TN3) ........................................................................................................................... 75 Hình B.10 Các đĩa khuẩn lạc của nước ao thực tế ở các thời điểm 0h, 2h và 4h (LTN1) .................................................................................................................................... 76 Hình B.11 Các đĩa khuẩn lạc của nước ao thực tế ở các thời điểm 0h, 2h và 4h (LTN1) .................................................................................................................................... 77 Hình B.12 Các đĩa khuẩn lạc của nước ao thực tế ở các thời điểm 0h, 2h và 4h (LTN3) .................................................................................................................................... 78 xiv DANH MỤC VIẾT TẮT EMS Early Mortality Syndrome AHPNS Acute Hepatopancreas Necrosis Syndromes SPR Surface Plasmon Resonance DH Diamond Nanoparticles SFS Sodium Formaldehyde Sulfoxylate CTAB Cetyltrimethylammonium bromide PVP Polyvinylpyrrolidone TSB Tryptone Soya Broth TCBS Thiosunfat Citrate Bile Salts Sucrose AA Axit ascorbic CS Chitosan Cu/CS đồng/chitosan ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long VASEP Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam xv MỞ ĐẦU Việt Nam là một trong những nước có thế mạnh về nông nghiệp, đặc biệt là nuôi trồng thủy hải sản. Trong năm 2017, Việt Nam có một thị trường xuất khẩu tôm đa dạng sang 68 khu vực. Tuy nhiên, khi tăng diện tích canh tác nhưng sản lượng vẫn không tăng vì các hộ nuôi tôm phải đối mặt với dịch bệnh. Một trong những bệnh gây tôm chết hàng loạt là hoại tử gan tụy cấp do Vibrio parahaemolyticus gây ra. Hiện nay, để kháng lại vi khuẩn này, các hộ nuôi tôm chỉ dùng kháng sinh độc hại. Vì thế, việc thúc đẩy các công cuộc nghiên cứu điều chế ra các hợp chất có khả năng kháng khuẩn thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế và nâng cao năng suất là vấn đề cấp thiết. Nano đồng là vật liệu được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực vì các tiền chất chứa đồng có chi phí đầu tư tương đối rẻ tiền. Một trong những ứng dụng được nghiên cứu gần đây là khả năng kháng khuẩn và nấm. Tuy nhiên, đồng lại có nhược điểm là dễ bị oxy hóa trong môi trường chứa oxi. Do đó, chitosan được lựa chọn đóng vai trò chất bảo vệ đồng khỏi các tác nhân oxy hóa vì tương tác tĩnh điện với đồng, ngăn cản quá trình oxy hóa. Phương pháp “xanh” sử dụng axit ascorbic là tác nhân khử và chống oxy hóa có thể điều chế nano đồng ứng dụng kháng khuẩn gây bệnh trên tôm. Vì vậy, chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Điều chế hạt nano đồng/chitosan và ứng dụng kháng khuẩn Vibrio parahaemolyticus”. Đề tài này sẽ cho chúng ta tìm hiểu rõ hơn về phương pháp điều chế nano đồng cũng như là các tính chất đặc trưng để đáp ứng được các nhu cầu đa dạng như hiện nay. 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nano đồng và phương pháp điều chế 1.1.1 Tính chất của nano đồng  Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nanomet, thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt: khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt… sẽ tăng cao so với vật liệu ở dạng khối, có thể ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác, kháng khuẩn... và nhiều lĩnh vực khác.[1]  Hiệu ứng kích thước Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu có nhiều tính chất đặc biệt hơn vật liệu truyền thống (dạng khối) vì kích thước các hạt nano (1 – 100nm) cũng nằm trong phạm vi kích thước tới hạn của các tính chất điện, từ, quang… của vật liệu. Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng của nhiều tính chất đều rơi vào kích thước nm. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn rất nhiều so độ dài đặc trưng do đó quy định các tính chất vật lí thông thường. Nhưng với vật liệu nano, kích thước của vật liệu tương đương với độ dài đặc trưng nên các tính chất của vật liệu thay đổi đáng kể.[2]  Tính chất quang học Tính chất quang học của các hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có màu sắc khác nhau. Các hiện tượng này bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (SPR) do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Tuy nhiên, sự hấp phụ này không bắt nguồn từ quá trình chuyển tiếp trạng thái năng lượng lượng tử mà là sự tập hợp chế độ di chuyển của các đám mây electron bị kích thích.[3] Tính chất quang của hạt nano có được là do sự dao động chung 2 của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các yếu tố về hình dáng, độ lớn hạt nano và môi trường xung quanh. Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng với hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.  Tính chất điện Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao. Đối với vật liệu nano, vì ở kích thước nhỏ, hiệu ứng lượng tử do giam hãm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb.  Tính chất từ Các kim loại quý như vàng, bạc có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sợ bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu ở kích thước nhỏ thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như kim loại chuyển tiếp sắt, coban, niken, thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển qua trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh mẽ khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi và lực kháng từ hoàn toàn bằng không. Vật liệu siêu thuận từ được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực vật lý và y sinh.  Tính chất nhiệt Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối trí. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối trí nhỏ hơn số phối trí của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ đang tái sắp xếp dễ có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy nếu kích thước của hạt nano giảm thì nhiệt độ nóng chảy của vật liệu sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng kích thước 2 nm sẽ có Tm = 500°C, khi kích thước hạt tăng đến 6 nm thì nhiệt độ nóng chảy sẽ tăng Tm = 950°C.[4] 3