Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano Ag/CuO

Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 65 - 69 65 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO Ag/CuO Nguyễn Thị Ngọc Linh*, Trịnh Ngọc Hoàng, Nguyễn Thị Hồng Hoa Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Trong công trình này, nano Ag/CuO được tổng hợp từ bạc nitrat, đồng nitrat, và natricacbonat theo phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm với các tỉ lệ khối lượng khác nhau của sản phẩm Ag:CuO là (0:100), (2:100), (6:100) và (10:100). Đánh giá đặc tính cấu trúc tinh thể của sản phẩm bằng phương pháp XRD và SEM đồng thời khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của chúng với chủng Escherichia coli bằng phương pháp khối thạch. Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu tổng hợp được có dạng hạt, hình cầu, với phương pháp đồng kết tủa cho chất lượng tinh thể tốt hơn phương pháp tẩm và tốt nhất là vật liệu (6:100). Các sản phẩm thu được đều có khả năng kháng khuẩn tuy nhiên vật liệu (6:100) theo phương pháp đồng kết tủa có khả năng kháng khuẩn tốt nhất. Từ khóa: Công nghệ nano, vật liệu, nano Ag/CuO, hoạt tính kháng khuẩn. MỞ ĐẦU* Bạc và các sản phẩm từ bạc đã được sử dụng trong đời sống và y học từ xa xưa. Hiện nay, công nghệ nano phát triển đã mở ra những triển vọng ứng dụng mới cho các sản phẩm từ bạc [3]. Hạt nano bạc có những tính chất vô cùng độc đáo mà bạc khối và bạc ion không có được như: độ bền cơ học cao, hoạt tính xúc tác cao, tính siêu thuận từ, tính diệt khuẩn[1]. Điều chế bạc kim loại có kích thước nano có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau [4]. Trong nghiên cứu này chúng tôi đề cập đến phương pháp tổng hợp vật liệu nano bạc gắn trên các hạt CuO theo phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm, đồng thời khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu. THỰC NGHIỆM Tổng hợp vật liệu nano Ag/CuO Vật liệu nano Ag/CuO được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm từ các chất ban đầu là bạc nitrat AgNO3, đồng nitrat Cu(NO3)2 natricacbonat Na2CO3 (đều của Đức). Quy trình tổng hợp sản phẩm được trình bày theo các sơ đồ (hình 1 và 2) như sau: * Tel: 0984 792522 Hình 1. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano Ag/CuO theo phương pháp đồng kết tủa Lượng AgNO3 và Cu(NO3)2 được sử dụng để đạt các tỉ lệ về khối lượng khác nhau của sản phẩm Ag:CuO là (0:100), (2:100), (6:100) và (10:100). Lượng Na2CO3 được lấy dư nhằm đảm bảo quá trình phản ứng xảy ra hoàn toàn. Trong quá trình điều chế với phương pháp đồng kết tủa, dung dịch S2 được bổ sung từ từ (10ml/5phút) vào dung dịch S1. Sau đó khuấy trộn hỗn hợp thu được bằng máy khuấy từ trong 1 giờ để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Thu kết tủa, rửa sạch, sấy ở 700C trong 10 giờ và nung ở 5000C trong 4 giờ. Với phương pháp tẩm, dung dịch S4 được bổ sung từ từ Na2CO3 + H2O (Ký hiệu S2) Ag2CO3↓, Cu2(OH)2CO3↓ Sấy ở 700C, 10 giờ Nung ở 5000C, 4 giờ AgNO3 + Cu(NO3)2 + H2O (Ký hiệu S1) Ag/CuO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 65 - 69 66 (10ml/5phút) vào dung dịch S3. Sau đó khuấy trộn hỗn hợp thu được bằng máy khuấy từ trong 1 giờ. Thu kết tủa, rửa sạch rồi trộn với dung dịch S5 (lượng nước trong dung dịch S5 chỉ dùng vừa đủ tan tinh thể AgNO3. Sấy sản phẩm ở 700C trong 10 giờ và nung ở 5000C trong 4 giờ. Hình 2. Sơ đồ quy trình tổng hợp nano Ag/CuO theo phương pháp tẩm Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano Ag/CuO Các mẫu Ag/CuO được thử hoạt tính kháng khuẩn với chủng vi khuẩn Escherichia coli bằng phương pháp khối thạch cải tiến [5], [6], [7]. Cân 0,15g vật liệu pha loãng trong cốc thủy tinh 100ml chứa thạch nóng chảy (nồng độ 2%) để tạo khối thạch. Đợi thạch đông dùng khoan nút chai khoan các khối thạch có đường kính 0,5 cm. Cấy gạt vi khuẩn Escherichia coli lên các đĩa petri chứa môi trường MPA để nuôi vi khuẩn. Chuyển các khối thạch cần thử hoạt tính đặt lên trên các đĩa petri đã cấy vi khuẩn kiểm định trên. Để các đĩa petri vào trong tủ lạnh từ 2 – 4h, sau đó để vào tủ ấm 28 – 30oC cho đến khi vi khuẩn mọc. Sau 24 - 48h đọc kết quả. Thí nghiệm được lặp lại 5 lần để lấy kết quả trung bình qua các lần thử. Hoạt tính kháng khuẩn được xác định theo công thức D - d (mm), trong đó D là kích thước vòng vô khuẩn và d là đường kính khối thạch. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc trưng vật liệu nano Ag/CuO Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu được ghi trên máy D8 Advanced Brucker (Đức). Kết quả (hình 3 và 4) cho thấy mẫu (0:100) chỉ xuất hiện các pic của CuO ở 2θ = 32,550, 38,70, 390, 48,90; các mẫu (2:100), (6:100), (10:100) ngoài các pic của CuO còn xuất hiện các pic đặc trưng của Ag ở 2θ = 38,20, 44,30, 64,450. Qua kết quả tính toán (bảng 1) chúng tôi thấy rằng với cùng hàm lượng Ag trong các mẫu thì phương pháp đồng kết tủa cho kích thước hạt Ag là nhỏ hơn trong đó mẫu (6:100) cho kích thước hạt là nhỏ nhất (25,28 nm). Kết quả phân tích các mẫu Ag/CuO bằng phương pháp SEM (thiết bị FESEM S-4800) cho thấy cả hai quy trình tổng hợp đều cho vật liệu có cấu trúc dạng hạt, hình cầu. Sự phân bố các hạt Ag và CuO của các mẫu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa đồng đều hơn các mẫu tổng hợp theo phương pháp tẩm. Đồng thời phương pháp đồng kết tủa cũng cho vật liệu có độ xốp cao hơn điển hình là mẫu (6:100) (hình 5c). Trong khi đó phương pháp tẩm thường thấy hiện tượng kết cụm thành khối, khi hàm lượng bạc trong vật liệu càng cao thì sự kết cụm càng lớn (hình 6). Qua các kết quả phân tích trên chúng tôi thấy rằng vật liệu Ag/CuO với tỉ lệ khối lượng tương ứng là 6:100 được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa cho chất lượng tinh thể tốt hơn các mẫu còn lại. Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu Ag/CuO theo phương pháp đồng kết tủa với các tỉ lệ khối lượng Ag:CuO là (a) 0:100; (b) 2: 100; (c) 6: 100; (d) 10: 100 AgNO3 + H2O (Ký hiệu S5) AgNO3/Cu2(OH)2CO3 Na2CO3 + H2O (Ký hiệu S4) Cu2(OH)2CO3↓ Sấy ở 700C, 10 giờ Nung ở 5000C, 4 giờ Cu(NO3)2 + H2O (Ký hiệu S3) Ag/CuO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 65 - 69 67 Hình 4. Giản đồ XRD của mẫu Ag/CuO theo phương pháp tẩm với các tỉ lệ khối lượng Ag:CuO là (a) 0:100; (b) 2: 100; (c) 6: 100; (d) 10: 100 Bảng 1. Kích thước hạt Ag trong các mẫu Mẫu Ag:Cu O Kích thước Ag (nm) Phương pháp đồng kết tủa Phương pháp tẩm 2:100 28,1 29,72 6:100 25,28 28,7 10:100 26,74 29,3 Hình 5. Ảnh SEM các mẫu Ag/CuO theo phương pháp đồng kết tủa (a) 0:100; (b) 2: 100; (c) 6: 100; (d) 10: 100 Hình 6. Ảnh SEM các mẫu Ag/CuO theo phương pháp tẩm (a) 2: 100; (b) 6: 100; (c) 10: 100 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano Ag/CuO Hình 7. Hình ảnh khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Ag/CuO theo phương pháp đồng kết tủa (a) 0:100; (b) 2:100; (c) 6: 100; (d) 10:100 và phương pháp tẩm (e) 2:100; (g) 6: 100; (h) 10:100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 65 - 69 68 Bảng 2. Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano Ag/CuO Phương pháp tổng hợp Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu Ag/CuO (mm) 0:10 0 2:100 6:100 10:100 Đồng kết tủa 0 6,85 8,70 6,35 Tẩm 0 6,55 7,00 6,05 Khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano Ag/CuO chúng tôi thấy rằng mẫu (0:100) chỉ có một vòng, đó là vòng ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Điều đó chứng tỏ vật liệu CuO chỉ có khả năng ức chế vi khuẩn. Các mẫu còn lại chứa Ag đều có hai vòng: vòng trong là vòng kháng khuẩn, còn vòng ngoài là vòng ức chế (hình 7). Kết quả khảo sát cũng cho thấy, các mẫu vật liệu được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa có kích thước vòng vô khuẩn lớn hơn các mẫu vật liệu được tổng hợp theo phương pháp tẩm, trong đó mẫu (6:100) cho kích thước vòng vô khuẩn lớn nhất (8,70 mm). Điều này có thể được giải thích là do các mẫu vật liệu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa có độ xốp cao hơn, các hạt nhỏ đồng đều (đặc biệt mẫu 6:100) nên có khả năng khuếch tán ra môi trường tốt hơn. Còn những mẫu tổng hợp theo phương tẩm thường thấy xuất hiện sự kết cụm thành khối nên giảm khả năng khuếch tán ra môi trường, dẫn đến vòng vô khuẩn nhỏ. Kết quả này cũng chứng tỏ rằng vật liệu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa cho chất lượng tinh thể tốt hơn theo phương pháp tẩm. KẾT LUẬN 1. Vật liệu nano Ag/CuO với các tỉ lệ khối lượng Ag:CuO khác nhau được điều chế từ bạc nitrat, đồng nitrat, và natricacbonat theo phương pháp đồng kết tủa và phương pháp tẩm. Kết quả phân tích đặc tính vật liệu cho thấy vật liệu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa cho độ xốp cao hơn, sự phân bố các hạt Ag và CuO đồng đều, kích thước hạt Ag nhỏ hơn phương pháp tẩm. Trong đó mẫu cho chất lượng tinh thể tốt nhất ở tỉ lệ khối lượng Ag:CuO là 6:100. 2. Các vật liệu tổng hợp được đều có hoạt tính kháng khuẩn cao, vật liệu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa cho kích thước vòng vô khuẩn lớn hơn vật liệu được tổng hợp theo phương pháp tẩm, trong đó mẫu (6:100) cho kích thước vòng vô khuẩn lớn nhất. Điều này cũng cho thấy khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu nano Ag/CuO là rất cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Thị Trâm Anh (2006), Tổng hợp và khảo sát các hoạt tính SERS và kháng khuẩn của bạc nano trên chất mang silica, luận văn thạc sĩ, Đại học sư phạm Hà Nội. [2]. Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý trong hóa học, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội. [3]. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano, Nxb Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội. [4]. Long – Shuo Wang, Jian – Cheng Deng, Yang, Ting Chen (2008), Preparation and catalytic properties of Ag/CuO – composites via a new method, Meterials Chemistry and Physics 108, 165-169. [5]. Nguyễn Thanh Hà (1991), Phương pháp kỹ thuật khoanh giấy kháng sinh khuếch tán. Kỹ thuật xét nghiệm vi sinh vật Y học, Nxb Y học, Hà Nội. [6]. Nguyễn Xuân Thành, (2007), Thực tập vi sinh vật chuyên ngành, ĐH Nông nghiệp I Hà Nội. [7]. Trần Thanh Thủy, (1998), Hướng dẫn thực hành vi sinh vật học, Nxb Giáo dục, Hà Nội. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Ngọc Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93(05): 65 - 69 69 SUMMARY STUDY ON SYNTHESIS AND ANTIBIOTIC ACTIVITY INVESTIGATION OF Ag/CuO NANOMATERIALS Nguyen Thi Ngoc Linh*, Trinh Ngoc Hoang, Nguyen Thi Hong Hoa College of Sciences – TNU In this research, Ag/CuO were synthesized from silver nitrate, copper nitrate and sodium carbonate by copper precipitate method and soak method. Proportions of silver/copper mono-oxide by quantity are (0:100), (2:100), (6:100) and (10:100). We appraised product crystal structure by XRD and SEM methods, at the same time we surveyed material antibiotic activity with Escherichia coli strain by agar streak method. The result showed that, materials are seed, ball shape. Copper precipitate method is better than soak method. Copper precipitate method have good crystal structure, best at proportion of 6:100. All product had antibiotic activity, but material was created with 6:100 proportion showed best antibiotic activity against Escherichia coli. Key words: nano technology, material, Ag/CuO nano, antibiotic activity. Ngày nhận bài: 11/4/2012, ngày phản biện: 23/5/2012, ngày duyệt đăng: * Tel: 0984 792522 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên