- CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU NANO BẠC VỚI HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC KHÁC NHAU. - Trong bài báo này, vật liệu nano bạc có hình dạng và kích thước khác nhau được tổng hợp bằng phương pháp polyol. - Tính chất quang và cấu trúc vật liệu nano bạc tạo thành được phân tích bằng các phương pháp UV-Vis, FE-SEM và XRD. - Kết quả cho thấy trong môi trường ethylene glycol (EG)/ poly vinylpyrollidone (PVP), vật liệu nano bạc tạo thành có hình dạng hạt cầu với kích thước trung bình 21 nm và 85 nm tùy thuộc vào lượng bạc nitrat, tuy nhiên khi có sự hiện diện của ion Cl-, vật liệu nano bạc tạo thành hầu hết có dạng thanh nano. - Chế tạo và khảo sát khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano bạc với hình dạng và kích thước khác nhau. - Vật liệu nano bạc là đối tượng nghiên cứu hấp dẫn cho nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới bởi những tính năng khác biệt so với vật liệu bạc dạng khối. - Hai tính chất của vật liệu nano bạc được quan tâm nhiều nhất là tính chất quang với hiện tượng plasmon bề mặt và tính diệt khuẩn (Zhao et al., 2010. - Helmlinger et al., 2016. - Khodashenas et al., 2019). - Vật liệu nano bạc có thể ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cảm biến, điện tử, xúc tác, y học, làm các đế tăng cường tán xạ Raman bề mặt (Zhao et al., 2010. - Fievet et al., 2018) hay vật liệu diệt khuẩn dùng trong mỹ phẩm (Agnihotri et al., 2014). - Trong một thập kỷ gần đây, nhiều nhóm nghiên cứu đã thực hiện chế tạo có kiểm soát hình dạng và kích thước để có những ứng dụng hiệu quả nhất (Khodashenas et al., 2019). - Pal et al. - coli) của nano bạc hạt cầu và dạng thanh, kết quả cho thấy nano bạc dạng hạt cầu có thể diệt hoàn toàn loại vi khuẩn này ở nồng độ 50 µg/mL trong khi dạng thanh hầu như không có tác dụng. - Một nhóm nghiên cứu đã khảo sát tính diệt khuẩn của nano bạc hình cầu với kích thước khác nhau và báo cáo rằng nano bạc với kích thước 15 – 50 nm cho hiệu quả diệt E. - Tuy nhiên nghiên cứu này chỉ thực hiện phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch đo vòng kháng khuẩn, chưa nghiên cứu về nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) để có ứng dụng hiệu quả nhất (Raza et al., 2015). - Hơn nữa trong nghiên cứu này các hạt nano bạc hình cầu được chế tạo với kích thước không đồng đều.. - Một trong những phương pháp phổ biến nhất để chế tạo vật liệu nano bạc là khử hóa học với chất khử mạnh NaBH 4 và chất bảo vệ Trisodium citrate (TSC), tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là không thể chế tạo nano bạc ở nồng độ cao, thường dưới 100 µg/mL và vật liệu nano bạc có độ bền kém.. - Agnihotri et al. - (2014) đã kiểm soát kích thước vật liệu nano bạc bằng phương pháp này, kết quả cho thấy nano bạc hình cầu có kích thước dưới 10 nm cho hiệu quả diệt E. - Gần đây, nano bạc còn được tổng hợp trong các dịch chiết thực vật, tuy nhiên độ chuyển. - hóa Ag + thành Ag 0 để tạo nano bạc trong phương pháp này thường không cao, dẫn đến dễ bị oxi hóa;. - bên cạnh đó loại nano bạc tạo thành từ phương pháp này khó đồng đều về kích thước (Ameen et al., 2019. - Behravan et al., 2019). - Phương pháp polyol với ethylene glycol (EG) hay propylene glycol (PG) và chất bảo vệ poly vinylpyrollidone (PVP) được sử dụng để kiểm soát kích thước và hình dạng vật liệu nano bạc bởi đây được xem là phương pháp tổng hợp xanh và không sử dụng chất khử mạnh như NaBH 4 , vật liệu nano bạc tạo thành có độ bền cao (Fievet et al., 2018). - I - để tác động lên quá trình phát triển tinh thể của vật liệu nano bạc (Chen et al., 2011).. - Trong báo cáo này, vật liệu nano bạc được chế tạo bao gồm hình cầu với kích thước trung bình 21 nm và 85 nm, nano bạc dạng thanh bằng phương pháp polyol và tiến hành thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn trên E. - Kết quả cho thấy MIC của các loại vật liệu nhỏ hơn các nghiên cứu đã tham khảo, nano bạc với kích thước 21 nm cho hiệu quả tốt nhất. - Mặt khác nano bạc dạng thanh cũng có tác dụng diệt E. - Hóa chất dùng để chế tạo vật liệu nano bạc bao gồm: silver nitrate (AgNO 3 , Sigma-Aldrich, >99. - 2.2 Chế tạo vật liệu nano bạc. - Vật liệu nano bạc được chế tạo bằng phương pháp polyol dựa theo qui trình của Chen et al (2011) và có cải tiến. - Bảng 1: Công thức chế tạo vật liệu nano bạc. - Nâng nhiệt độ của hệ đang khuấy lên 160 o C và giữ trong 2 giờ, dung dịch sẽ chuyển từ trong suốt sang màu vàng đặc trưng của vật liệu nano bạc dạng hạt cầu.. - Nâng nhiệt độ lên 160 o C và để trong 2 giờ, dung dịch sẽ chuyển từ trong suốt sang màu xám bạc chứng tỏ sự hình thành của các thanh nano bạc.. - 2.4 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc bằng phương pháp khuếch tán qua thạch.. - Hút 100 µL các mẫu dung dịch nano bạc cho vào các giếng và 1 giếng đối chứng với 100 µL nước cất vô trùng (4. - 2.5 Xác định nồng độ ức chế vi khuẩn tối thiểu (MIC) của nano bạc. - Bổ sung mẫu nano bạc khảo sát vào dịch khuẩn đã được chuẩn bị theo tỷ lệ 9:1 (v/v) thành các nồng độ khảo sát tương ứng với nồng độ vi khuẩn đạt 10 4 cfu/mL. - 3.1 Khảo sát tính chất quang và cấu trúc vật liệu nano bạc. - Trong nội dung nghiên cứu này, vật liệu nano bạc được chế tạo bằng phương pháp polyol với tiền chất AgNO 3 , PVP K30 đóng vai trò là chất bảo vệ và EG vừa là môi trường vừa là chất khử dưới tác dụng của nhiệt độ. - Phản ứng xảy ra như sau (Meléndrez et al., 2015):. - Khi ở 160 o C, phân tử EG sẽ tách nước tạo CH 3 CHO theo như phản ứng (1), sau đó CH 3 CHO sẽ khử Ag + tạo thành mầm Ag 0 , các mầm này tiếp tục phát triển với sự bảo vệ của phân tử PVP, phát triển mầm tạo vật liệu nano bạc. - Bằng cách thay đổi tỷ lệ PVP:AgNO 3 , nồng độ tác chất (Helmlinger et al., 2016), nhiệt độ phản ứng và thứ tự nạp chất (Kim et al., 2006) sẽ tạo thành vật liệu nano bạc với hình dạng và kích thước khác nhau.. - Chúng tôi cho tỷ lệ PVP:AgNO3 =10:1 không thay đổi vì đây là tỷ lệ thích hợp để bảo vệ hạt nano bạc đã được chúng tôi báo cáo trước đó (Mai Ngọc Tuấn Anh và ctv., 2016), bằng cách thay đổi nồng độ tác chất và thêm vào Cl- chúng tôi sẽ kiểm soát được kích thước và hình dạng vật liệu nano bạc. - Kết quả chế tạo vật liệu nano bạc như sau:. - Hình 1: Phổ UV-Vis của các mẫu S1, S2 và S3 Kết quả UV-Vis các các mẫu nano bạc được chế. - Phổ UV-Vis của mẫu S1 và S2 cho thấy 1 đỉnh hấp thu cực đại tại vị trí bước sóng lần lượt là 426 nm và 419 nm, chứng tỏ sự tồn tại của các hạt nano bạc hình cầu (Zhao et al., 2010. - Chen et al., 2011;. - Agnihotri et al., 2014). - Mặt khác, khi kích thước hạt nano bạc càng lớn thì vị trí hấp thu cực đại sẽ dịch chuyển về phía có bước sóng lớn hơn (Agnihotri et al., 2014), do đó chúng tôi cho rằng kích thước trung bình của hạt nano bạc trong mẫu S1 lớn hơn so với S2. - Vật liệu nano bạc có hình dạng không đối xứng như thanh nano sẽ có nhiều hơn 1 đỉnh hấp thu cực đại (Chen et al., 2011;. - Khodashenas et al., 2019), chúng tôi cho rằng đỉnh ở bước sóng 409 nm đặc trưng cho dao động plasmon lưỡng cực theo phương ngang của vật liệu nano dạng thanh và đỉnh còn lại ở 360 nm với cường độ yếu hơn đặc trưng cho dao động tứ cực. - Do đó chúng tôi cho rằng trong mẫu S3 có tồn tại vật liệu nano bạc dạng thanh nano, phù hợp với nghiên cứu của Dapeng Chen đã báo cáo trước đó (Chen et al., 2011).. - Ảnh FE-SEM và giản đồ phân bố kích thước của mẫu S1 ở hình 2a và 2b cho thấy tồn tại hạt nano bạc có hình dạng gần như cầu, độ phân bố kích thước lớn từ 20 nm đến 120 nm trong đó tập trung nhiều ở kích thước 60 – 100 nm. - Đường kính trung bình của hạt nano bạc là 85 nm. - Trong khi đó, ảnh FE- SEM và giản đồ phân bố kích thước của mẫu S2 ở hình 2c và 2d cho thấy tồn tại các hạt nano bạc có hình dạng cầu với độ đồng đều cao, đường kính trung bình của hạt nano bạc là 21 nm. - Đường kính trung bình của hạt nano bạc trong mẫu S1 lớn hơn 4 lần so với mẫu S2, nguyên nhân là do ảnh hưởng của nồng độ AgNO 3 , mẫu S1 được chế tạo ở nồng độ cao hơn gần 10 lần (1080 µg/mL so với 108 µg/mL ) trong khi tỷ lệ PVP:AgNO 3 là như nhau, do đó các hạt mầm nano bạc mới thành với số lượng nhiều hơn, tiếp xúc và phát triển tạo thành hạt nano bạc có kích thước lớn hơn nhưng với độ phân bố kích thước rộng hơn. - được báo cáo trước đó (Alagumuthu et al., 2012;. - Agnihotri et al., 2014. - Raza et al., 2015).. - Ảnh FE-SEM của mẫu S3 ở hình 3a cho thấy trong mẫu tồn tại vật liệu nano bạc hầu hết có dạng hình thanh, phù hợp với kết quả UV-Vis đã trình bày ở trên. - Các thanh nano bạc có chiều dài dao động từ 500 nm đến 3 µm, đường kính từ 100 – 300 nm. - Ảnh FE-SEM của mẫu S3 ở hình 3b với độ phóng đại 150.000 lần cho thấy trong mẫu vẫn tồn tại vật liệu nano bạc dạng khối vuông và gần cầu với kích thước từ 30 – 50 nm nằm xem kẽ các thanh nano bạc nhưng số lượng không đáng kể so với dạng thanh. - Sự hình thành vật liệu nano bạc dạng thanh là do ảnh hưởng của ion Cl. - kết hợp với ion Ag + tạo thành hạt keo AgCl tham gia vào quá trình phát triển tinh thể vật liệu nano bạc để tạo thành các hình dạng như thanh, khối vuông hay sợi…(Chen et al., 2011). - Hàm lượng ion Cl - sử dụng trong mẫu S3 là phù hợp để tạo thành vật liệu nano bạc dạng thanh.. - 64,70 o tương ứng với mặt (220) và 77,40 o tương ứng với mặt (311), đặc trưng vật liệu nano bạc có cấu trúc lập phương tâm mặt. - Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu các tác giả đã báo cáo (Chen et al., 2011. - Behravan et al., 2019).. - 3.2 Kết quả kháng khuẩn của nano bạc bằng phương pháp khuếch tán qua đĩa thạch. - aureus (phải) của nano bạc: A-mẫu S1, B-. - Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc dựa vào khả năng liên kết và bám dính, xâm nhập, phá vỡ cấu trúc màng tế bào, liên kết và gây tổn thương DNA.. - Đặc tính này phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và cách thức tổng hợp ra nano bạc (Pal et al., 2007;. - Một số nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng tương tác với tế bào của vi khuẩn có mối liên hệ với hình dạng của nano bạc, nano bạc có kích thước nhỏ hơn sẽ cho hoạt tính kháng khuẩn cao hơn các hạt có kích thước lớn vi hạt có kích thước nhỏ hơn với tổng diện tích bề mặt riêng lớn sẽ diệt khuẩn hiệu quả hơn (Choi et al, 2008. - Li et al., 2009. - Agnihotri et al., 2016). - Trong nghiên cứu này, mẫu S2 với các đặc tính như dạng hình cầu, kích thước đồng đều, trung bình khoảng 21 nm cũng đã cho thấy hiệu quả kháng khuẩn cao hơn mẫu S2 (dạng gần hình cầu, kích thước trung bình 85 nm, phân bố kích thước không đều). - Mẫu S3 ở dạng hình thanh lẫn khối lập phương cầu với kích thước 100 – 300 nm, dài đến 3 µm, với đặc điểm hình học như vậy nano bạc có thể khó bám dính và xâm nhập được vào màng tế bào vi khuẩn khi sử dụng phương pháp khuếch tán qua thạch nên không ghi nhận được vòng vô khuẩn.. - aureus của 3 mẫu nano bạc S1, S2 và S3 được thể hiện lần lượt ở hình 5, hình 6 và hình 7.. - Hình 5: Tỷ lệ diệt khuẩn theo nồng độ của mẫu S1. - khử hóa học trong các nghiên cứu đã tham khảo (Pal et al., 2007. - vi khuẩn E. - Từ những kết quả trên một lần nữa khẳng định nano bạc hình cầu, kích thước càng nhỏ thì hiệu quả diệt khuẩn càng cao do diện tích bề mặt lớn hơn.. - Như vậy, nano bạc dạng thanh vẫn có khả năng diệt khuẩn nhưng hiệu quả kém hơn so với dạng cầu.. - aureus) trong tất cả các mẫu nano bạc. - lớp ở vi khuẩn Gram âm), vì vậy quá trình xâm nhập của các ion Ag + do các nano bạc phóng thích vào tế bào vi khuẩn Gram dương sẽ khó khăn hơn (Qing et al., 2018). - Mặt khác, một trong những cơ chế diệt khuẩn của nano bạc đối với E. - coli được nhiều nhà khoa học chấp nhận là nano bạc tiếp xúc và gây hại trực tiếp màng vi khuẩn, tạo thành lỗ thủng và diệt chúng (Mai Ngọc Tuấn Anh và ctv., 2017), chính vì vậy nano bạc có kích thước càng nhỏ sẽ có diện tích bề mặt lớn hơn, bám vào thành vi khuẩn nhiều hơn.. - Vật liệu nano bạc hình cầu với kích thước trung bình 21 nm, 85 nm và dạng thanh đã được chế tạo. - bằng phương pháp polyol. - Kích thước của hạt nano bạc hình cầu có thể kiểm soát bằng cách thay đổi nồng độ tác chất, theo xu hướng nồng độ càng cao kích thước hạt nano bạc càng lớn nhưng ít đồng đều hơn. - Để chế tạo nano bạc dạng thanh cần có tác nhân Cl. - Vật liệu nano bạc cho thấy diệt E. - Kích thước và hình dạng vật liệu nano bạc ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của chúng.. - et al., 2019. - et al., 2018. - et al., 2016. - Tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano bạc dạng phiến được chế tạo bằng phương pháp khử trực tiếp. - et al., 2018, Potential antibacterial mechanism of silver nanoparticles and the optimization of orthopedic implants by advanced modification technologies, International journal of nanomedicine. - et al., 2010