Tiến Sĩ TOÀN VĂN BÁO CÁO NÓI ORAL Tiểu ban KHOA HỌC VẬT LIỆU

ISBN: 978-604-82-1375-6 3

IX-O-1.1
TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC SỬ DỤNG DỊCH CHIẾT LÁ TRÀ VÀ ỨNG DỤNG DIỆT
KHUẨN
Nguyễn Lâm Xuân Hương, Trần Văn Phú, Lê Văn Hiếu, Nguyễn Phước Trung Hòa
Khoa Khoa Học Vật Liệu – Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG TPHCM.
Email: [email protected]
TÓM TẮT
Chúng tôi thực hiện việc tổng hợp hạt nano bạc với tiền chất là bạc nitrat và tác nhân khử là dịch
chiết lá trà. Chúng tôi đã khảo sát thời gian phản ứng và tỉ lệ chất phản ứng để tìm ra điều kiện tối ưu.
Sản phẩm được đánh giá qua phổ UV-Vis và ảnh TEM. Hạt nano bạc tạo thành có kích thước 5-7 nm.
Sản phẩm tổng hợp được đem thử nghiệm diệt khuẩn trên hai dòng vi khuẩn E.Coli và S.Aureus, và
đồng thời kiểm tra khả năng diệt nấm Candidas Albicans.
Từ khóa: nano bạc, chiết lá, trà, diệt khuẩn
GIỚI THIỆU
Theo công bố của Trung tâm Woodrow Wilson [1], hiện tại có hơn 1600 sản phẩm dân dụng ứng dụng
công nghệ nano. Trong đó có khoảng 23% sản phẩm là ứng dụng từ nano bạc. Các ứng dụng của nano bạc bao
gồm dược phẩm, mỹ phẩm, đồ chứa thức ăn, dụng cụ y khoa, quần áo, xử lý nước . được dựa trên tính chất diệt
khuẩn tuyệt vời của hạt nano bạc.
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+ [2] [3]. Ion này có khả
năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên màng tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận
chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn.
Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng tế bào vi khuẩn, nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm
thiol (–SH) của phân tử enzym. Các enzym này bị vô hiệu hóa dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi
khuẩn.
Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc
phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA.
Các hạt bạc tương tác với vi khuẩn khi chúng ở kích thước nano. Kích thước đó hầu như phụ thuộc vào hợp
chất của hạt, khả năng phản ứng, thâm nhập màng tế bào. Được biết các hạt kim loại nhỏ khoảng 5nm xuất hiện
những hiệu ứng điện tử, chúng được xác định như sự thay đổi ở trong vùng cấu trúc điện tử của bề mặt. Đó là
những hiệu ứng làm tăng khả năng phản ứng của các hạt nano bề mặt. Qua nghiên cứu cho thấy, do sự tăng lên
của nguyên tử bề mặt nên so với bạc khối, tác dụng sát khuẩn của các hạt bạc siêu nhỏ có kích thước nano được
nhân lên gấp bội, 1 gam nano bạc có thể sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền.
Chính từ những ứng dụng đã đề cập ở trên, nhu cầu về nguồn vật liệu nano bạc ngày càng nhiều. Tuy việc
tổng hợp hạt nano bạc tương đối dễ nhưng không ngừng có những nghiên cứu hoàn thiện quy trình tổng hợp. Đã
có nhiều phương pháp được sử dụng thành công bao gồm: khử hóa học [4], khử có hỗ trợ của vi sóng, nhiệt, ánh
sáng[5] phóng điện hồ quang [6], chiếu xạ [7], phương pháp vi nhũ tương [8] . Các phương pháp này có thể cho
kết quả sai khác về kích thước, hình thái, hiệu suất tạo hạt nano nhưng thường có chung một khuyết điểm là hóa
chất tổng hợp độc hại, không thân thiện với thực thể sinh học, cơ thể sống. Chính vì vậy hạt nano bạc tạo thành
dù dễ dàng được áp dụng vào lĩnh vực điện tử [9] [10] [11], xúc tác [12] nhưng khi ứng dụng vào y sinh, ứng
dụng trên cơ thể sống thì cần phải có một quy trình phụ kèm theo để loại bỏ các hóa chất độc hại.
Để giải quyết vấn đề hóa chất không thân thiện khi tổng hợp hạt nano bạc, các nhà khoa học thời gian gần
đây tìm đến những phương pháp tổng hợp xanh, thân thiện môi trường, thân thiện với cá thể sống, trong đó có
việc tổng hợp hạt nano từ chiết xuất lá cây.
Vào năm 2006 , xuất hiện các công trình nghiên cứu đầu tiên về việc sử dụng nước chiết lá để tổng hợp hạt
nano bạc. Chandran SP và cộng sự ở Phòng Thí Nghiệm Hóa học Quốc gia Ấn Độ sử dụng nước chiết lá nha
đam để tổng hợp hạt nano bạc và hạt nano vàng [13]. Họ cho khử ion bạc trong 24 giờ, kích thước hạt nano bạc
vào khoảng 15nm.
Năm 2010, C. Krishnaraj và cộng sự ở đại học Madras, Ấn Độ công bố nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc
từ lá Acalypha Indica [14]; họ thực hiện việc tổng hợp ở nhiệt độ 370C; hạt nano tạo thành có kích thước 20-
30nm.
Sau đó, liên tục từ năm 2010 đến 2013, các nhà khoa học ở các quốc gia triển khai nghiên cứu việc tổng
hợp hạt nano bạc sử dụng nước chiết lá từ nguồn lá sẵn có của địa phương. Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 4

Năm 2010, Asmathunisha Nabikhan và cộng sự ở Ấn Độ sử dụng lá Sesuvium portulacastrum [15]. Shashi
Prabha Dubey và cộng sự ở Phần Lan sử dụng lá Sorbus aucuparia [16]. Ravichandran Veerasamy và cộng sự ở
Đại học AIMST Malaysia công bố nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ nước chiết lá măng cụt [17].
Năm 2011, M. Yilmaz và cộng sự ở Thổ Nhĩ Kỳ sử dụng lá Stevia rebaudiana [18].
Năm 2012, Ponarulselvam S và cộng sự ở Ấn Độ sử dụng lá Catharanthus roseus [19]. Trong cùng năm,
Pantelis Kouvaris và cộng sự ở Tây Ban Nha sử dụng lá dâu tây[20].
Năm 2013, Yongqiang Zhang và cộng sự ở Trung Quốc sử dụng lá nha đam [21].
Lá trà (Camellia sinensis) có chứa nhiều catechin, flavanoid và các polyphenol [22]. Chúng những thành
phần khử hiệu quả các ion bạc và cũng là chất ổn định hệ nano bạc tạo thành.


Hình 1.1. Công thức của catechin và dẫn xuất catechin.

Hình 1.2. Công thức của glycoside flavonol.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ cho thấy lá trà xanh là một tác nhân khử và ổn định hệ nano bạc hiệu
quả thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nước chiết trà, tỉ lệ chất khử và tiền chất cũng như thời gian
phản ứng.
THỰC NGHIỆM
Vật liệu
AgNO 3 (độ tinh khiết > 99.8%, Guangdong Guanghua Ltd, Trung Quốc), NH 3 (nồng độ 25%, Guangdong
Guanghua Ltd, Trung Quốc), nước cất 2 lần, lá trà xanh (cơ sở Đức Nguyên, Bảo Lộc, Lâm Đồng, Việt Nam).
Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 5

Qui trình thực nghiệm
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nước chiết lá
Dung dịch bạc nitrat được cho phản ứng với nước chiết lá có tỉ lệ khối lượng lá trà (g) : thể tích nước (mL)
khác nhau (1:5; 1:10; 1:15; 1:20). Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng trong môi trường kiềm (có NH 3 ), được
khuấy từ với tốc độ 400 vòng/phút. Sản phẩm được lưu trữ trong bình thủy kinh ở điều kiện bình thường và được
đem đi đo phổ hấp thụ UV-Vis.
Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ về thể tích giữa tiền chất và chất khử
Dung dịch bạc nitrat và nước chiết lá được trộn theo tỉ lệ 2:1; 4:1; 6:1. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng
trong môi trường kiềm (có NH 3 ), được khuấy từ với tốc độ 400 vòng/phút. Sản phẩm được lưu trữ trong bình
thủy kinh ở điều kiện bình thường.
Khảo sát thời gian phản ứng
Thời gian tiền chất và chất khử được cho phản ứng trên máy khuấy từ thay đổi từ 10 phút đến 150 phút.
Đánh giá khả năng diệt khuẩn: sản phẩm được đem kiểm tra khả năng diệt khuẩn đối với hai dòng khuẩn
E.coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 25923 và nấm Candida albicans ATCC 10231. Thời gian
tiếp xúc : 3 phút, 5 phút, 10 phút
Thời gian nuôi cấy : 24h(E.coli), 5 ngày(Candida albicans), 48h (Staphylococcus aureus).
Môi trường nuôi cấy : TBX/ ủ 440C/24h(E.coli), DG18/ ủ 250C/5 ngày(Candida albicans, Baird-packer
(48h).
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Ảnh hưởng của nồng độ nước chiết lá trà
Ở tỉ lệ 1:20, trên phổ UV-Vis chúng ta đã thấy đỉnh hấp thụ đặc trưng của hạt nano bạc (405nm). Tuy
nhiên, cường độ đỉnh yếu và chưa rõ ràng. Lượng chất khử có trong nước chiết lá ở tỉ lệ này (loãng nhất) không
đủ để khử hết các ion bạc trong điều kiện khảo sát. Khi tăng tỉ lệ lên 1:15 và 1:10, cường độ đỉnh hấp thụ cực đại
mạnh và bước sóng tương ứng dịch về phía phải của phổ (phía bước sóng dài). Như vậy, có một xu hướng là
tăng nồng độ chất khử thì tốc độ phản ứng xảy ra nhanh hơn và hạt nano bạc được tạo thành nhiều hơn. Ở tỉ lệ
cao nhất 1:5, chúng ta thấy rằng ngoài vùng phổ được mở rộng, còn xuất hiện thêm một vùng hấp thụ xung
quang bước sóng 5601 nm. Điều này có thể được giải thích là các hạt nano tạo thành có kích thước lớn, sự
phân bố kích thước không đều, đỉnh 560nm tương ứng đỉnh hấp thụ của các cụm hạt nano. Kết hợp với việc
quan sắc màu sắc (nâu đen) và độ ổn định của hệ nano bạc tạo thành (hạt nano kết cục và lắng đọng sau 2 giờ),
chúng tôi cho rằng tỉ lệ 1:5 là giới hạn trên cho việc tổng hợp hạt nano bạc theo điều kiện đã khảo sát.

Hình 3.1. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc với tỉ lệ số g lá trà/ thể tích nước khác nhau Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 6



Hình 3.2. Màu của dung dịch nano bạc với tỉ lệ số g lá trà/ thể tích nước khác nhau.
Bảng 3.1. Bước sóng hấp thụ của dung dịch nano bạc với nồng độ chất khử khác nhau
Nồng độ nước chiết
lá trà (g)/nước (mL)
1:20 1:15 1:10 1:5
Bước sóng hấp thụ cực đại (nm)
405 432 445 484
Ảnh hưởng của tỉ lệ tiền chất so với chất khử
Khi tăng tỉ lệ tiền chất trên chất khử, một xu hướng thú vị xảy ra là cường độ đỉnh hấp thụ cực đại giảm
xuống, bước sóng hấp thụ cực đại dịch về phía bước sóng ngắn (bảng 3.2). So với kết quả của nhóm Jae Yong
Song [23] (thực nghiệm trên lá thông, lá một lan) thì kết quả của chúng tôi có sự tương đồng. Và nhóm của Song
vẫn coi đó là một điều không giải thích được. Chúng tôi cho rằng, khi tăng nồng độ tiền chất, tốc độ phản ứng
chậm lại. Các hạt nano bạc hình thành ít hơn và cũng không được bảo vệ tốt nên lắng đọng. Tuy nhiên giả thiết
này cần được kiểm chứng một cách có hệ thống với số lượng thí nghiệm đầy đủ hơn. Trong điều kiện khảo sát
hiện tại, tỉ lệ 2:1 được xem là tối ưu. Lượng hạt nano bạc tạo thành với tỉ lệ này nhiều thể hiện ở đỉnh hấp thụ
cao. Đồng thời, độ ổn định của mẫu tổng hợp với tỉ lệ 2:1 cũng rất tốt. Hệ nano bạc tạo thành có thể tồn trữ ở
điều kiện bình thường với thời gian hơn 4 tháng.


Hình 3.3. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc tổng hợp với tỉ lệ thể tích bạc nitrat/ thể tích chiết khác nhau

1/20 1/15 1/10a) 1/5b) Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 7



Hình 3.4. Màu của dung dịch nano bạc tổng hợp với tỉ lệ thể tích bạc nitrate và chiết khác nhau
Bảng 3.2. Bước sóng hấp thụ của dung dịch nano bạc tổng hợp với tỉ lệ thể tích bạc nitrate và chiết khác nhau
Tỉ lệ
6:1 4:1
2:1
Bước sóng hấp thụ (nm)
410 422
440
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Hình 3.5. Phổ UV-Vis của hệ nano bạc với thời gian tổng hợp 30 - 150 phút.
Bảng 3.3. Bước sóng hấp thụ cực đại của hệ nano bạc với thời gian tổng hợp 30 -150 phút.
Thời gian 30 phút 60 phút 90 phút 120 phút 150 phút
Bước sóng hấp thụ nm 443 441 441 440 438
Hình 3.5 cho thấy, khi tăng thời gian phản ứng, bước sóng cũng như cường độ hấp thụ của dung dịch có xu
hướng giảm nhẹ. Tiếp đến, chúng tôi sẽ khảo sát ở khung thời gian thấp hơn để quan sát sự biến đổi rõ ràng hơn
về cường độ hấp thụ cũng như bước sóng hấp thụ của dung dịch trong quá trình phản ứng.
2:1 4:1 6:1 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 8


Hình 3.7. Phổ UV-Vis của dung dịch với thời gian tổng hợp lúc mới nhỏ, 10 phút, 15 phút, 16 phút, 18 phút.

Hình 3.8. Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc với thời gian tổng hợp khác nhau
Từ phổ UV-Vis hình 3.7 và hình 3.8, ứng với khoảng thời gian từ lúc vừa trộn xong hai chất phản ứng đến
15 phút, cường độ đỉnh hấp thụ cực đại của dung dịch tăng dần chứng tỏ quá trình tạo bạc nano vẫn tiếp tục diễn
ra. Khoảng thời gian 15 phút trở về sau, bước sóng hấp thụ của dung dịch khá ổn đinh, cường độ hấp thụ có
giảm, tuy nhiên không đáng kể. Có thể nói rằng, khoảng thời gian phản ứng sau 15 phút, mẫu nano bạc đã được
tạo thành và ổn định. Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 9


Hình 3.9. Kết quả TEM của mẫu nano bạc
Ảnh TEM cho thấy các hạt nano tạo thành có dạng hình cầu, kích thước khoảng 5-10nm. Các hạt nano bạc
phân bố khá đều, điều này chứng tỏ polyphenol trong lá trà đóng vai trò tốt với chức năng là chất khử và là chất
ổn định hạt nano bạc. Đây là kết quả rất tốt khi đối chiếu với kết quả của nhóm Jae Yong Song [23] hay
Yongqiang Zhang [21] hạt nano bạc của họ tạo thành có kích thước từ 20nm đến vài trăm nm.
Kết quả kiểm tra độ diệt khuẩn của dung dich nano bạc
Bảng 3.4. Kết quả độ diệt khuẩn của chiết lá và mẫu dung dịch nano bạc

Chủng


Mẫu
Thời gian tiếp xúc
3 phút 5 phút 10 phút
Tỉ lệ diệt Tỉ lệ diệt Tỉ lệ diệt
E.coli
Chiết lá 0% 0% 0,001%
Nano bạc 100% 100% 100%
Nấm Candida
albicans
Chiết lá 0%
Nano bạc 0% 0% 0%
Staphylococus
aureus
Chiết lá 0% 0% 0%
Nano bạc 100% 100% 100%
Mẫu chiết lá trà không có khả năng diệt khuẩn E.coli, Staphylococcus aureus và nấm Candida albicans
trong khoảng thời gian ngắn 3 phút, 5 phút, 10 phút. Trong khi đó mẫu nano bạc tạo bởi phương pháp khử hóa
học với chất khử từ chiết lá cây cho thấy khả năng diệt khuẩn tốt trên 2 loại vi khuẩn là E.coli và Staphylococcus
aureus chỉ trong 3 phút, 5 phút, 10 phút. Trái lại, mẫu nano bạc này lại không có khả năng diệt nấm Candida
Albicans trong khoảng thời gian như trên.
Tuy vậy khả năng diệt hiệu quả 2 loại vi khuẩn E.coli và Staphylococcus aureus trong thời gian ngắn này
(3 phút) hoàn toàn phù hợp với nhiều ứng dụng thực tế như là trong dung dịch vệ sinh phụ nữ hay thuốc rửa vết
thương. Tuy nhiên, để hiện thực hóa ý tưởng này cần rất nhiều thời gian, và nhiều thử nghiệm kiểm chứng.
KẾT LUẬN
Chúng tôi đã tổng hợp thành công hạt nano bạc với chất khử là nước chiết lá trà. Lá trà được chứng tỏ là
một tác nhân khử hiệu quả đồng thời là chất bảo vệ tốt. Kết quả tối ưu trong các điều kiện khảo sát cho hạt nano
bạc với kích thước nhỏ, hình cầu (5-10nm), tương đối đều. Mẫu nano bạc tạo thành có thể bảo quản với thời gian
hơn 4 tháng mà không bị lắng đọng. Hơn nữa, khả năng kháng hai dòng vi khuẩn E.coli và S.aureus của nano
bạc cũng tuyệt vời trong thời gian tiếp xúc rất ngắn (3 phút). Các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi sẽ làm rõ ảnh
hưởng của tỉ lệ tiền chất trên chất khử đồng thời tìm các giải pháp để giữ ổn định hệ nano bạc ở các nồng độ
nano bạc khác nhau.
Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 10

SYNTHESIS OF SILVER NANOPARTICLES USING TEA LEAF EXTRACT AND THEIR
ANTIBACTERIAL APPLICATIONS
Nguyen Lam Xuan Huong, Tran Van Phu, Le Van Hieu, Nguyen Phuoc Trung Hoa
University of Science, VNU-HCM
ABSTRACT
We synthesized silver nanopartiles using silver nitrate as precursor and tea leaf extract as
reductant. We studied the effects of reacting time and ratio of reactants to find the optimal process.
The products were analysed with UV-Vis spectra and TEM images. The synthesized silver
nanoparticles are 5-7nm in diameter. The products exhibited excellent antibacterial properties against
E.Coli and S.Aureus although they showed no affection against Candidas Albicans fungi within 10
minutes.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Woodrow Wilson Center 2014, tại địa chỉ web http://www.nanotechproject.org/cpi/
[2]. Nguyễn Hoàng Hải, ―Các hạt nano kim loại‖, tạp chí Vật lí Việt Nam, tập 1, số 1, trang 10, 2007
[3]. Solanki J. N., Murthy Z.V.P., ―Highly monodisperse and sub-nano silver particles synthesis via
microemulsion technique‖, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 359, pp. 31 – 38,
2010.
[4]. Xu Guang-nian, Qiao Xue-liang, Qiu Xiao-lin, Chen Jian-guo, Colloids and Surfaces A: Physicochem.
Eng. Aspects 320, 222–226, 2008.
[5]. Takeshi Tsujia, Kenzo Iryob, Norihisa Watanabeb, Masaharu Tsujia, Preparation of silver nanoparticles
by laser ablation in solution: influence of laser wavelength on particle size, Applied Surface Science,
Volume 202, Issues 1–2, 15, Pages 80–85, 2002.
[6]. D.V.Phú, B.D.Du, N.Triệu, V.T.K.Lăng, N.Q.Hiển, B.D.Cam, Chế tạo keo bạc nano bằng phương pháp
chiếu xạ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Tập 46, số 3, 81-86, 2008.
[7]. Wanzhong Zhanga, Xueliang Qiao, Jianguo Chen, Synthesis of silver nanoparticles—Effects of
concerned parameters in water/oil microemulsion, Materials Science and Engineering B 142, 1–15, 2007.
[8]. Jignasa N. Solanki, Highly monodisperse and sub-nano silver particles synthesis via microemulsion
technique - Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 359, 31–38, 2010.
[9]. Wong, C.P.; Moon, Kyoung-Sik; Li, Yi, Nano-Bio-Electronic, Photonic and MEMS Packaging, Chapter
2, Nano-conductive Adhesives for Nano-electronics Interconnection, Springer: New York, 2010.
[10]. Krishna Balantrapu, Dan V. Goia, Silver nanoparticles for printable electronics and biological
applications, Journal of Materials Research / Volume 24 / Issue 09 / pp 2828-2836, 2009.
[11]. Y. Watanabe, G. Namikawa, T. Onuki, K. Nishio and T. Tsuchiya, Appl. Phys. Lett. 78(15), pp. 2125–
2127, 2001.
[12]. Y. Shiraishi, N. Toshima, Colloidal silver catalysts for oxidation of ethylene, J.Mol. Catal. A: Chem. 141,
187–192, 1999.
[13]. Chandran SP et al, Synthesis of gold nanotriangles and silver nanoparticles using Aloe vera plant extract,
Biotechnol Prog.;22 (2):577-83, 2006 Mar-Apr.
[14]. C. Krishnaraj et al, Synthesis of silver nanoparticles using Acalypha indica leaf extracts and its
antibacterial activity against water borne pathogens, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 76 50–56,
2010.
[15]. Asmathunisha Nabikhan et al, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 79 488–493, 2010.
[16]. Shashi Prabha Dubey et al, Bioprospective of Sorbus aucuparia leaf extract in development of silver and
gold nanocolloids, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 80 26–33, 2010.
[17]. Ravichandran Veerasamy et al, Biosynthesis of silver nanoparticles using mangosteen leaf extract and
evaluation of their antimicrobial activities, Journal of Saudi Chemical Society 15, 113–120, 2010.
[18]. M. Yilmaz et al, Biosynthesis of silver nanoparticles using leaves of Stevia rebaudiana, Materials
Chemistry and Physics 130 1195– 1202, 2011.
[19]. Ponarulselvam S et al, Synthesis of silver nanoparticles using leaves of Catharanthus roseus Linn. G. Don
and their antiplasmodial activities, Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine 574-580, 2012.
[20]. Pantelis Kouvaris et al, Green synthesis and characterization of silver nanoparticles produced using
Arbutus Unedo leaf extract, Materials Letters; 76: 18, 2012 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 11

[21]. Yongqiang Zhang et al, Biosynthesis of silver nanoparticles at room temperature using aqueous aloe leaf
extract and antibacterial properties, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 423 63– 68,
2013.
[22]. Matthew E.Harbowy and Douglas A.Balentine, Tea chemistry,1997
[23]. Jae Yong Song et al, Rapid biological synthesis of silver nanoparticles using plant leaf extracts,
Bioprocess Biosyst Eng (2009) 32:79–84







Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 12

IX-O-1.3
TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO AG VÀ TIO 2 :AG NHẰM ỨNG DỤNG DIỆT KHUẨN
Huỳnh Nguyễn Thanh Luận (1) , Huỳnh Chí Cường (2) , Lâm Quang Vinh (2) ,
Hà Thúc Chí Nhân (1) , Lê Văn Hiếu (1)
(1) Khoa Khoa học vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

(2) Khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM
Email: [email protected]
TÓM TẮT
Vật liệu nano Ag được tổng hợp ở nhiệt độ thấp với tác nhân khử là Sodium Borohydrid và màng
TiO 2 :Ag được tạo thành trên đế thủy tinh bằng phương pháp sol – gel. Kích thước và hình dạng của
vật liệu được khảo sát bằng các phương pháp phân tích ảnh TEM và SEM. Kết quả cho thấy, các hạt
Ag được gắn trên bề mặt của vật liệu nền TiO 2 với kích thước trung bình khoảng 30 – 60 nm. Ngoài
ra, sự ức chế phát triển của vi khuẩn ở nồng độ bạc thấp và sự phân tố tốt của nano Ag trên nền TiO 2
thông qua các kết quả của phổ EDX, giản đồ XRD và khả năng diệt khuẩn E.coli tốt của vật liệu đã
chứng tỏ TiO 2 là chất nền thích hợp đối với tác nhân chống khuẩn TiO 2 :Ag.
Từ khóa: Nano Ag, TiO 2, màng TiO 2 :Ag, diệt khuẩn
MỞ ĐẦU
Trong môi trường sống hiện nay tồn tại rất nhiều loại vi sinh vật mang nhiều mầm bệnh khác nhau nhất là
tại các bệnh viện, phòng máy lạnh v.v . Do đó, hàng năm có rất nhiều người bị nhiễm khuẩn và virus từ môi
trường sống. Những virus, nấm, men, protein, phân tử hữu cơ được hình thành và tăng sinh trên bề mặt vật liệu
tạo thành màng sinh học. Màng sinh học này cũng có chức năng nuôi dưỡng và bảo vệ các vi khuẩn hay nấm
mốc [1,2]. Để loại bỏ màng sinh học nhiễm khuẩn trên bề mặt vật liệu, phương pháp thường dùng là tẩy rửa vật
lý, nhưng không có hiệu quả tốt. Sau khi tẩy rửa vài giờ, các chất bẩn lại bám trên vật liệu. Nhằm khắc phục điều
này, chúng ta cần chế tạo vật liệu có khả năng tự kháng khuẩn.
Bạc được biết đến là một chất có khả năng kháng độc và diệt khuẩn. Bạc phá hủy enzym vận chuyển chất
dinh dưỡng của tế bào vi khuẩn; làm yếu màng, thành tế bào và tế bào chất cũng như làm rối loạn quá trình trao
đổi chất dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn [3]. Bên cạnh đó, vật liệu TiO 2 cũng được ứng dụng trong việc xử lý môi
trường do nó không độc và có tính chất xúc tác quang hóa mạnh [4]. Nhiều kết quả nghiên cứu mới đây đã
chứng tỏ nano Ag có vai trò quan trọng trong việc tăng hiệu suất khử khuẩn của vật liệu TiO 2 khi pha tạp nano
Ag vào chất nền TiO 2. Cụ thể, A.Hebeisha đã sử dụng sợi TiO 2 pha tạp nano Ag ứng dụng trong vải chống
khuẩn và quang xúc tác [5], Hem Raj Panta đã ứng dụng vật liệu hỗn hợp TiO 2 :Ag trong màng lọc nước cho thấy
đạt hiệu quả kinh tế cao, thân thiện môi trường và có hoạt tính quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến [6]
và Mungkalasiri đã chế tạo thành công màng TiO 2 – nano Ag trên đế Si, thủy tinh và sắt không rỉ bằng phương
pháp MOCVD, kết quả cho thấy màng có tính chất kháng khuẩn cao gấp nhiều lần so với nano Cu:TiO 2 và
không cần chiếu đèn tử ngoại, mặt khác màng có tính năng tự làm sạch tại bước sóng trong vùng ánh sáng khả
kiến [7]. Các kết quả nghiên cứu này cho thấy sự ức chế phát triển của vi khuẩn ở nồng độ bạc thấp và sự phân
bố tốt của nano Ag trên nền TiO 2 . Điều này chứng tỏ TiO 2 là chất nền thích hợp đối với tác nhân khử khuẩn
TiO 2 :Ag [5,8]. Ngoài ra, trên thị trường hiện nay cũng đã xuất hiện nhiều sơn khử khuẩn có chứa nano Ag và
TiO 2 . Loại vật liệu này có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong y sinh học và đã trở thành đối tượng nghiên cứu
hết sức thú vị nhưng phức tạp.
Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa nano Ag và TiO 2 có khả năng diệt khuẩn và thân thiện với
môi trường nhằm ứng dụng trong y tế và đời sống hằng ngày của con người là vấn đề mang tính thời sự, có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Ngoài ra, với công nghệ chế tạo đơn giản và giá thành sản phẩm chấp nhận
được sẽ mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong khoa học cũng như đời sống. Trong nghiên cứu này, chúng tôi
thực hiện việc tổng hợp vật liệu TiO 2 pha tạp nano Ag và từ đó, tạo màng TiO 2 :Ag với khả năng khử khuẩn được
khảo sát cụ thể.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Vật liệu
Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm: Muối ba ̣c Nitrat (AgNO 3 ) và Tetraisopropyl
orthotitanate (Ti(OC 3 H 7 ) 4 ) của hãng Merck - Đức, Trisodiumcitrate (Na 3 C 6 H 5 O 7 ), Sodium Borohydrid (NaBH 4 ),
Hydrogen peroxid (H 2 O 2 ), axít acetic (CH 3 COOH), Isopropanol ((CH 3 ) 2 CHOH) và Methanol (CH 3 OH) có xuất
xứ từ Trung Quốc.
Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 13

Phương pháp
Tổng hợp vật liệu TiO 2 pha tạp nano Ag
Tổng hợp dung dịch nano Ag: Hỗn hợp gồm 25 ml AgNO 3 0,1 mM; 1,5 ml Trisodium citrate 30 mM; 1,5
ml PVP 0,7 mM và 60 µl H 2 O 2 30% khuấy ở nhiệt độ phòng trong 15 phút. Sau đó, cho 70 µl NaBH 4 100mM
vào hỗn hợp trên và khuấy trong vòng 15 phút, dung dịch sẽ chuyển từ không màu sang màu vàng, đó là dung
dịch nano Ag dạng hình cầu. Để tạo được nano Ag dạng hình tam giác, chúng tôi đã sử dụng đèn LED màu đỏ
chiếu vào dung dịch tạo thành với thời gian chiếu được khảo sát trong nghiên cứu này [9].
Tổng hợp dung dịch TiO 2 : Cho 5,8 ml Acid acetic và 5,0 ml Tetraisopropyl orthotitanate vào lọ, khuấy ở
nhiệt độ phòng trong 30 phút. Sau đó, cho 1,7 ml Isopropanol vào hỗn hợp trên và khuấy khoảng 30 phút. Cuối
cùng, cho 4,8 ml Methanol vào hỗn hợp trên. Sau khi khuấy được 30 phút dung dịch tạo thành có màu trong
suốt.
Tổng hợp dung dịch TiO 2 :Ag: Cho từ từ dung dịch nano Ag vào dung dịch TiO 2 và khuấy ở nhiệt độ phòng
trong 1h. Dung dịch tạo thành đem nung ở 500
o C thu được bột TiO 2 – nano Ag [8].
Tạo màng TiO 2 :Ag
Tạo màng bằng phương pháp phủ nhúng: Lấy đế thủy tinh nhúng vào dung dịch TiO 2 :Ag với vận tốc 4
cm/ph. Sau đó, đem mẫu sấy ở 90
o
C trong 3 phút rồi tiếp tục nung mẫu ở 200
o
C trong 20 phút, tạo thành màng 1
lớp. Tiếp tục nhúng theo quy trình trên sẽ được màng có độ dày theo ý muốn.
Phương pháp phân tích
Nồng độ của các chất được xác định thông qua độ hấp thu của dung dịch bằng phương pháp đo phổ tử
ngoại – khả kiến (UV – Vis). Phổ UV – Vis của mẫu được ghi trên máy Cary 100 Conc – Variant, giới hạn của
bước sóng từ 350 – 900 nm.
Thành phần pha, hằng số mạng, kích thước hạt được xác định thông qua vị trí và cường độ của đỉnh trên
giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Mẫu được ghi trên máy D8 – Advance 5005 với các điều kiện đo như sau: ống
phát tia X bằng Cu có bước sóng λ = 0,154064 nm, nhiệt độ ghi 25
0 C, góc 2θ = 20 0
ư 70
0
, tốc độ quét 0,02 độ/s.
Hình thái học của mẫu được chụp trên máy hiển vi điện tử quét (SEM), Jeol 6600 và kính hiển vi điện tử
truyền qua (TEM), JEM – 1400, độ phân giải 0,2 nm. Mẫu được phân tán trong ethanol, sấy khô, đưa lên đế bản
dưới dạng lớp mỏng sau đó được phủ lên bề mặt một lớp vàng mỏng trước khi chụp.
Thành phần phần trăm các chất Ag và TiO 2 có trong mẫu được xác định bằng phổ tán xạ năng lượng tia X
(EDX), JOEL JSM 7401F.
Khảo sát khả năng diệt khuẩn của dung dịch nano Ag và màng TiO 2 :Ag
Khảo sát khả năng diệt khuẩn của dung dịch nano Ag và màng TiO 2 :Ag trên đối tượng vi khuẩn đại diện là
E.coli trong môi trường LB theo phương pháp JIS Z 2801:2006 [6].
KẾT QUẢ THẢO LUẬN
Khảo sát vật liệu nano Ag
Chúng tôi khảo sát sự hình thành các hạt keo nano Ag theo thời gian chiếu đèn [9]. Đèn chiếu là LED màu
đỏ được chiếu vào dung dịch với thời gian chiếu thay đổi từ 1 giờ đến 36 giờ. Từ phổ UV – Vis của dung dịch
nano Ag ứng với thời gian chiếu đèn khác nhau (hình 1) và ảnh TEM của dung dịch nano Ag (hình 2) chứng tỏ
rằng, việc chiếu đèn đã ảnh hưởng đến hình dáng và kích thước của hạt nano Ag cũng như phổ hấp thu của dung
dịch hạt keo nano Ag. Kết quả nhận được phù hợp tốt với kết quả của Mirkin [9]. Trong đó, đỉnh hấp thu tại vị
trí khoảng 400 nm ứng với đỉnh cộng hưởng plasmon của hạt nano Ag dạng hình cầu, đỉnh hấp thu tại vị trí
khoảng 470 nm ứng với đỉnh cộng hưởng plasmon của hạt nano Ag dạng đĩa tròn và đỉnh hấp thu tại vị trí từ 500
nm trở lên ứng với đỉnh cộng hưởng plasmon của hạt nano Ag dạng tam giác. Ngoài ra, khi thời gian chiếu sáng
càng lâu thì độ hấp thu của dung dịch càng tăng, nghĩa là lượng hạt nano Ag hình thành càng nhiều và gần như
không đổi khi thời gian chiếu đèn lớn hơn 36 giờ. Bên cạnh đó, độ hấp thu tại đỉnh 700 nm tăng cao hơn so với
đỉnh 470 nm và 400 nm chứng tỏ sự hình thành hạt nano Ag dạng tam giác chiếm ưu thế so với dạng đĩa và dạng
cầu. Ngoài ra, sự dịch chuyển của các đỉnh về phía bước sóng dài chứng tỏ kích thước hạt tăng theo thời gian
chiếu đèn. Để khẳng định sự hình thành các hạt nano Ag trong mẫu chúng tôi tiến hành khảo sát giản đồ XRD
(hình 3). Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 14




Từ giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bột nano Ag, được sấy khô từ dung dịch ở nhiệt độ 100
o
C (hình 3), cho
thấy có sự xuất hiện các đỉnh đặc trưng của Ag, thể hiện qua các đỉnh nhiễu xạ 2θ = 37,8 o
; 44,2
o
; 64,4
o
tương
ứng với các mặt mạng (111), (200), (220), điều này chứng tỏ nano Ag đã được hình thành. Như vậy, chúng tôi đã
tổng hợp được hạt nano Ag có kích thước và hình dạng khác nhau.
20 30 40 50 60 70
0
20
40
60
80
100
- (220)
- (200)
Cuong do
2
Ag
- (111)

Hình 3. Giản đồ XRD của mẫu bột nano Ag.
Khảo sát vật liệu TiO 2
Từ phổ UV – Vis của dung dịch TiO 2 (hình 4) có thể xác định được độ rộng vùng cấm quang E g = 3,32 eV.
Điều này chứng tỏ dung dịch TiO 2 đã được hình thành.
300 400 500 600 700 800 900 1000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Do hap thu
Buoc Song(nm)
1h
2h
3h
4h
7h
24h
36h
Hình 1. Phổ UV – Vis của dung dịch nano Ag
theo thời gian chiếu đèn.
Hình 2. Ảnh TEM của dung dịch nano Ag. Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 15

2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0
0
2
4
6
8
10
Dd TiO2
h

h

Hình 4. Xác định độ rộng vùng cấm của TiO 2
Từ giản đồ XRD của các mẫu bột TiO 2 được nung ở nhiệt độ khác nhau (hình 5) cho thấy, ở cả 3 mẫu bột
đều xuất hiện các đỉnh đặc trưng của TiO 2 ở pha Anatase, thể hiện qua các đỉnh nhiễu xạ 2θ = 25,5 o
; 38,1
o
; 47,8
o
;
54,8
o
; 63,3
o
tương ứng với các mặt mạng (101), (004), (200), (105), (204), chứng tỏ đã hình thành TiO 2 ở pha
Anatase. Ngoài ra, đối với mẫu bột nung ở 900
o
C có sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ 2θ = 27,4 o
; 35,9
o
; 39,1
o
;
41,2
o
; 44,1
o
; 54,2
o
; 56,6
o
; 69,7
o
tương ứng với các mặt mạng (110), (101), (200), (111), (210), (211), (220), (112)
đặc trưng cho TiO 2 ở pha Rutile. Như vậy, mẫu bột nung ở 900
o
C có sự chuyển pha từ Anatase sang Rutile.

20 30 40 50 60 70
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
A(204)
R(112)
Cuong do
2 
300
0
C
400
0
C
900
0
C
A: Anatase
R: Rutile
300
0
C
500
0
C
900
0
C
A: Anatase
R: Rutile
A
R(110)
R(101)
A
R
R(111)
R(210)
A
R(211)
R(220)
A
A(101)
A
A(004) A(200) A(105)
A
A
A

Hình 5. Giản đồ XRD của các mẫu bột TiO 2 được nung ở nhiệt độ khác nhau
Khảo sát vật liệu TiO 2 :Ag
Từ phổ UV-Vis của dung dịch TiO 2 :Ag (hình 6), trong đó nano Ag được pha tạp với các nồng độ khác
nhau (0,5%; 1%; 1,5% và 2%), cho thấy, độ rộng vùng cấm E g của TiO 2 giảm khi nồng độ pha tạp nano Ag tăng
từ 0,5% đến 1% và khi nồng độ pha tạp tăng từ 1,5% đến 2% thì độ rộng vùng cấm E g lại tăng. Ngoài ra, cũng dễ
dàng nhận thấy sự có mặt của nano Ag với nồng độ 1,0% trong cấu trúc của TiO 2 đã làm giảm đáng kể năng
lượng vùng cấm (từ 3,32 eV xuống 3,12 eV), nghĩa là bờ hấp thụ dịch chuyển về vùng bước sóng dài. Điều này
cho thấy hiệu ứng quang xúc tác (diệt khuẩn, tự làm sạch) của TiO 2 trong vùng ánh sáng khả kiến sẽ được nâng
cao khi có mặt của nano Ag trong cấu trúc vật liệu.
Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 16


Hình 6. Phổ UV-Vis của dung dịch TiO 2 :Ag với nồng độ pha tạp nano Ag khác nhau
Từ ảnh SEM của mẫu màng TiO 2 :Ag (1% Ag) nung ở 500
o
C (hình 7) cho thấy các hạt vật liệu có dạng
hình cầu với kích thước trung bình trong khoảng 30 – 60 nm nhưng không phân biệt rõ hạt nano Ag và TiO 2 . Đối
với ảnh TEM của mẫu bột TiO 2 :Ag nung ở 500
o
C (hình 8) cho thấy sự tồn tại của các hạt Ag được gắn trên bề
mặt của vật liệu nền TiO 2 với kích thước trung bình khoảng 30 – 60 nm. Việc gắn kết này sẽ được khẳng định
thông qua giản đồ nhiễu xạ XRD.










2.5 3.0 3.5
0
4
8
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
0
2
4
6
8
10
Ag:TiO2 (1.0%)
TiO2
h
h
Eg=3.32 eV Eg=3.12 eV
h
h

TiO
2
0,5 %
1,0 %
1,5 %
2,0 %
Hình 7. Ảnh SEM của mẫu màng TiO 2 :Ag (1% Ag)
nung ở 500
o
C.
Hình 8. Ảnh TEM của mẫu bột TiO 2 :Ag (1% Ag)
nung ở 500
o
C. Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
ISBN: 978-604-82-1375-6 17

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
keV
001
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
2700
3000
3300
Counts
OKa
NaKa
NaKsum
MgKa
AlKa
SiKa
ClLl
ClKesc
ClKa
ClKb
CaKa
CaKb
TiKa
TiKb
TiKsum
AgLa
AgLb
Ảnh TEM của mẫu bột TiO 2 :Ag (1% Ag) chưa cho thấy rõ tỷ lệ nồng độ của hạt nano Ag trên TiO 2 là bao
nhiêu nên chúng tôi đo phổ EDX của màng TiO 2 :Ag (1% Ag). Kết quả của phổ EDX (hình 9) cho thấy tỉ lệ của
Ag:TiO 2 = 1,1% vẫn giữ khá tốt so với tỉ lệ trong dung dịch TiO 2 :Ag.


























Hình 9. Phổ EDX của màng TiO 2 :Ag (1% Ag)
Acquisition Parameter
Instrument : 6490(LA)
Acc. Voltage : 15.0 kV
Probe Current: 1.00000 nA
PHA mode : T4
Real Time : 60.46 sec
Live Time : 50.00 sec
Dead Time : 16 %
Counting Rate: 1818 cps
EnergyRange : 0 - 20 keV

ZAF Method Standardless Quantitative Analysis
Fitting Coefficient : 0.7454
Element (keV) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K
O K 0.525 78.13 1.14 91.56 74.2442
Ti K 4.508 21.31 2.48 8.34 25.1507
Ag L* 2.983 0.56 3.20 0.10 0.6051
Total 100.00 100.00

Hình 10 là giản đồ XRD của bột TiO 2 , bột TiO 2 :Ag (nồng độ 2% Ag) được nung ở 500
o
C và bột nano Ag.
Nhận thấy, trong mẫu TiO 2 :Ag xuất hiện thêm pha Rutile (có sự chuyển pha Anatase thành pha Rutile, cụ thể là
có sự xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ 2θ = 27,4 o
; 36,0
o tương ứng với các mặt mạng (110), (101)) so với các đỉnh đặc
trưng của pha Anatase đối với vật liệu TiO 2 nguyên chất ở 500
o
C. Mặt khác, đối với vật liệu TiO 2 :Ag, đỉnh nhiễu
xạ tại góc đặc trưng cho mặt mạng (200) của nano Ag đã bị dịch về phía góc nhỏ so với đỉnh nhiễu xạ của nano
Ag nguyên chất (2θ= 44,2 o
). Chúng tôi cho rằng, nguyên tử Ag có khả năng đã thay thế vào các nút mạng Ti
hoặc O. Hay nói cách khác, nguyên tử Ag đã ―gắn kết‖ vào trong cấu trúc của TiO 2 .