Trang chủ Kiến thức Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Nano Power
536 views

Các hạt nano bạc đồng được tạo ra bằng cách khử hóa học muối nitrat tương ứng của chúng bằng axit ascorbic với sự có mặt của chitosan bằng cách sử dụng lò vi sóng, kích thước hạt tăng lên khi tăng nồng độ nitrat và giảm nồng độ chitosan.

Hoạt động kháng khuẩn của Ag, Cu, hỗn hợp  bạc (Ag) và đồng (Cu), và các hạt nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu) đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng Bacillus subtilis và Escherichia coli.

Khi so sánh trên cơ sở nồng độ bằng nhau, các hạt nano đồng (Cu) gây chết vi khuẩn hơn do diện tích bề mặt cao hơn. Hoạt tính kháng khuẩn cao nhất thu được với các hạt nano lưỡng kim Ag/Cu với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) là 0,054 và 0,076 mg/L đối với B. subtilis và E. coli tương ứng.

 

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Tổng hợp nano bạc đồng

1. Giới thiệu phương pháp tổng hợp nano bạc đồng

Các hạt nano bạc (Ag) đã được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng y sinh (Marambio-Jones & Hoek, 2010). Đồng (Cu) tương đối không độc đối với động vật có vú, (Flemming & Trevors, 1989) nhưng lại độc đối với nhiều vi sinh vật và điều này mang lại triển vọng mới cho các phương pháp điều trị bằng thuốc kháng sinh (Hsiao, Chen, Shieh, & Yeh, 2006).

Các hạt nano Ag đã được tổng hợp bằng cách sử dụng nước làm dung môi và tinh bột làm chất đóng nắp và chúng được chứng minh là có lợi thế hơn so với các phương pháp thông thường liên quan đến các tác nhân hóa học có liên quan đến độc tính môi trường (Sharma, Yngard, & Lin, 2009). Các phương pháp dựa trên giảm thiểu hóa chất mang lại cơ hội tốt nhất vừa có chi phí thấp vừa thân thiện với môi trường.

Việc tổng hợp các hạt nano bạc bằng cách sử dụng chitosan làm chất khử và đóng vai trò cũng đã được phát triển (Sanpui, Murugadoss, Prasad, Ghosh, & Chattopadhyay, 2008). Ngoài ra, các hạt nano bạc đồng đã được chế tạo bằng cách sử dụng alginate làm chất ổn định (Díaz-Visurraga và cộng sự, 2012).

Gần đây hơn, các hạt nano liên quan đến hợp kim của hai kim loại đã được sản xuất. Valodkar, Modi, Pal, & Thakore (2011) đã tổng hợp các hạt nano lưỡng kim bạc đồng Ag/Cu bằng cách sử dụng tinh bột và Said-Galiev et al. (2011) đã tổng hợp các hạt nano Ag và Cu bằng cách sử dụng chitosan.

Điểm hấp dẫn của việc sử dụng chitosan cho chức năng này so với tinh bột là nó có đặc tính kháng khuẩn (No, Park, Lee, & Meyers, 2002), và có thể dễ dàng hòa tan bằng cách sử dụng axit hữu cơ (Muzzarelli và cộng sự, 1984; Muzzarelli, 1985) . Chitosan có thể hình thành các liên kết hóa học khác nhau với các thành phần kim loại do đó tăng cường tính ổn định của các hạt nano (Muzzarelli, 2011).

Nó có độc tính thấp và do đó nó an toàn cho các ứng dụng của con người (Muzzarelli, 2010), mặc dù người ta thừa nhận rằng các hạt nano kim loại được tạo ra có thể có một số độc tính với môi trường (Li và cộng sự, 2010).

Trong nghiên cứu này, các hạt nano được tổng hợp ở các nồng độ chitosan khác nhau. Các hạt nano được tổng hợp được đặc trưng bởi phép đo quang phổ và bằng cách sử dụng một zetasizer. Tính chất kháng khuẩn của chúng đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng Bacillus subtilis và Escherichia coli.

2. Vật liệu và phương pháp tổng hợp nano bạc đồng

  2.1 Thuốc thử tổng hợp nano bạc đồng

Đồng (II) nitrat (Cu (NO3) 2. XH2O) (Sigma Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Đức), bạc nitrat (AgNO3) (BDH Ltd, Poole, Vương quốc Anh), axit L-ascorbic (Sigma Aldrich, Poole, Vương quốc Anh), axit axetic (Fisher Scientific, Loughborough, Vương quốc Anh) và chitosan (Sigma Aldrich, Poole, Vương quốc Anh) đã được sử dụng để tổng hợp các hạt nano bạc đồng.

2.2 Chuẩn bị dung dịch hóa chất tổng hợp nano bạc đồng

Tất cả các dung dịch sau đây đều được chuẩn bị bằng cách sử dụng nước cất: bạc nitrat (10, 30 và 50 mM), nitrat đồng (10, 30 và 50 mM), axit ascorbic (10% w/v). Dung dịch chitosan (1,2 và 3% w/v) được chuẩn bị bằng cách hòa tan chitosan trong dung dịch axit axetic 1% (v/v). Sau đó, chúng được để trong 3 ngày để cho phép chitosan tan hoàn toàn (Wei, Sun, Qian, Ye, & Ma, 2009).

2.3 Chuẩn bị các hạt nano để tổng hợp nano bạc đồng

 2.3.1 Hạt nano Ag và Cu

Để chuẩn bị dung dịch hạt nano bạc (Ag) hoặc đồng (Cu), 40 mL dung dịch bạc nitrat hoặc đồng nitrat (10, 30 hoặc 50 mM) được trộn với 40 ml dung dịch chitosan (1, 2 hoặc 3% w/v) và 4 mL Dung dịch axit ascorbic 10% (w/v). Phản ứng khử được thực hiện bằng cách gia nhiệt trong lò vi sóng (EM-SI067 Anh, Sanyo, Trung Quốc) ở công suất tối đa 800 W trong 4 phút (Valodkar, Modi, Pal, & Thakore, 2011).

2.3.2 Các hạt nano bạc (Ag)/ đồng (Cu) lưỡng kim

Để điều chế các hạt nano lưỡng kim sau đây được gọi là hạt nano “Ag/Cu”, 20 mL dung dịch bạc nitrat và 20 ml dung dịch đồng nitrat được trộn với 40 ml chitosan 3% (w/v) và 4 mL 10% (w / v) dung dịch axit ascorbic. Phản ứng sau đó được thực hiện trong lò vi sóng ở công suất tối đa 800 W trong 4 phút (Valodkar và cộng sự, 2011).

2.3.3 Hỗn hợp các hạt nano bạc (Ag) và  đồng (Cu)

Để điều chế hỗn hợp đơn giản của các hạt nano  bạc (Ag) và đồng (Cu), sau đó được gọi là hạt nano “Ag + Cu”, 40 ml hạt nano  bạc (Ag) và 40 ml hạt nano đồng (Cu) được tổng hợp riêng biệt trong 3% (w/v) chitosan như được mô tả trong phần 2.3.1 và sau đó trộn với nhau (Valodkar và cộng sự, 2011).

2.4 Đặc tính của các hạt nano bạc đồng

 2.4.1 Phép đo quang phổ hạt nano bạc đồng (Cu)

Phổ hấp thụ UV-vis của các dung dịch hạt nano  bạc (Ag), đồng (Cu), lưỡng kim bạc đồng bạc đồng (Ag/Cu) và bạc đồng (Ag + Cu) được thực hiện trên dải bước sóng 200 đến 800 nm bằng máy quang phổ UV-vis model UV mini-1240 (Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan).

2.4.2 Kích thước hạt nano bạc đồng và phân tích thế zeta

Kích thước hạt của các dung dịch nano  bạc (Ag), đồng (Cu),  bạc đồng (Ag/Cu)  và Ag + Cu được đo bằng thiết bị Zetasizer và sử dụng cuvet UV Grade sau khi xử lý trong bể nước siêu âm. trong 30 phút để chia nhỏ bất kỳ tập hợp nào có mặt (Ribeiro, Hussain, & Florence, 2005).  bằng mô hình Zetasizer 3000HS (Malvern Instrument Ltd, Malvern, Vương quốc Anh). Tất cả các phép đo đều được thực hiện trong ba lần.

 2.5 Phương pháp vi sinh tổng hợp nano bạc đồng

 2.5.1 Vi khuẩn dùng để tổng hợp nano bạc đồng

Vi khuẩn Gram dương, Bacillus subtilis ATCC 6633 được lấy từ Bộ sưu tập Quốc gia về Vi khuẩn Công nghiệp, Thực phẩm và Biển (NCIMB), Aberdeen, Scotland và vi khuẩn Gram âm, E. coli K12 do Tiến sĩ Jon Hobman ở Nottingham.

2.5.2 Nuôi cấy vi khuẩn tổng hợp nano bạc

Vi khuẩn được lấy từ kho đông lạnh (-80oC) và rải lên Tryptone Soy Agar (TSA) và ủ qua đêm ở 37oC. Một khuẩn lạc đơn lẻ được sử dụng để cấy 100 ml Tryptone Soy Broth (TSB) vào bình Erlen 500 ml, sau đó được đặt trong tủ ấm lắc ở 37oC với tốc độ 140 vòng/phút trong 12 giờ.

Tiếp theo, 100µL dịch cấy này được sử dụng để cấy 100 ml TSB tươi được ủ ở các điều kiện tương tự như mô tả ở trên cho đến khi đạt được pha giữa logarit. Việc nuôi cấy tại thời điểm này được pha loãng thích hợp trong dung dịch muối đệm phosphat (PBS) để tạo ra huyền phù chứa đơn vị hình thành khuẩn lạc (CFU) trên mỗi ml. Các quy trình giống hệt nhau đã được tuân theo đối với cả B. subtilis và E. coli.

2.5.3 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC)

Một loạt các dung dịch pha loãng của các hạt nano trong nước cất vô trùng đã được chuẩn bị và 4 ml dung dịch pha loãng được thêm vào 20 ml môi trường TSB với 20 mL vi khuẩn 108 CFU / mL và được ủ trong máy lắc lồng ấp (kiểu CERTOMAT® BS-1, Sartorius, Göttingen, Đức) ở 37 ° C qua đêm (Cao và cộng sự, 2010).

Phần mẫu pha loãng (100µL) của những mẫu không quan sát thấy sự phát triển của vi khuẩn đã được trải mạ bằng cách sử dụng TSB để xác định nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC).

Mẫu được ủ ở 37°C qua đêm và các khuẩn lạc hình thành được quan sát thấy. MIC được xác định là nồng độ thấp nhất ức chế sự phát triển có thể nhìn thấy của vi khuẩn được thử nghiệm (Wei và cộng sự, 2009).

2.6 Phân tích thống kê phương pháp tổng hợp nano bạc đồng

  • Dữ liệu từ các thí nghiệm ba lần được trình bày dưới dạng giá trị trung bình và sai số chuẩn của giá trị trung bình.
  • Phân tích thống kê các kết quả được thực hiện bằng ANOVA một chiều với thử nghiệm post hoc nhiều so sánh Bonferroni.
  • Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện bằng IBM SPSS Statistics 21.0 (SPSS UK Ltd., Surrey, United Kingdom).

3. Kết quả và thảo luận phương pháp tổng hợp nano bạc đồng

3.1 Đặc điểm vật lý

Sự hình thành huyền phù keo của các hạt nano được thấy rõ khi kiểm tra trực quan hỗn hợp thuốc thử sau khi gia nhiệt vi sóng.

Các hạt nano bạc (Ag) trước đây đã được báo cáo là có màu hơi vàng trong dung dịch nước. Màu sắc và phổ hấp thụ ở bước sóng 420 nm là do sự kích thích của dao động plasmon bề mặt của các nguyên tử Ag (Twu, Chen, & Shih, 2008).

Các hạt nano Cu (Hình 1b), có màu sắc thay đổi từ hồng nhạt đến đỏ đậm khi tăng nồng độ chitosan. Chúng đã được báo cáo là nằm trong khoảng 500 đến 600 nm (Mallick, Witcomb, & Scurrell, 2006).

Tương tự như vậy, người ta đã báo cáo rằng màu của hạt nano bạc đồng (Cu) mới tổng hợp được ổn định bằng cách sử dụng huyền phù nền aminoclay hòa tan trong nước là màu đỏ, đặc trưng của hạt nano Cu (Datta, Kulkarni, & Eswaramoorthy, 2010).

Phổ Ag + Cu cho thấy hai cực đại khác biệt ở bước sóng 420 và 550 nm, cho thấy hỗn hợp vật lý của các hạt nano Ag và Cu. Mặt khác, các hạt nano Ag / Cu cho thấy một đỉnh hấp thụ duy nhất ở một tỷ lệ trung gian xác nhận rằng một hợp kim lưỡng kim đã được hình thành (Valodkar và cộng sự, 2011).

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Khi cho bạc và đồng nitrat vào dung dịch chitosan, các ion Ag + và Cu2 + sẽ gắn vào các đại phân tử chitosan bằng tương tác tĩnh điện, vì các nguyên tử oxy giàu electron của các nhóm hydroxyl phân cực và ete của chitosan có khả năng tương tác với các cation kim loại nhiễm điện.

Cần có chất khử để cung cấp các điện tử tự do cần thiết để khử ion và hình thành các hạt nano (Tolaymat và cộng sự, 2010). Trong nghiên cứu này, axit ascorbic được sử dụng làm chất khử. Do đó, các hạt nano Ag và Cu được hình thành bằng cách khử các ion Ag + và Cu2 + tương ứng với lượng dư axit ascorbic (để chuyển đổi 100%).

Các hạt nano bạc  (Ag) và đồng (Cu) được ổn định bằng chitosan proton hóa để ngăn chặn sự kết tụ và kiểm soát kích thước của các hạt nano cuối cùng được tạo ra. Cơ chế tương tự cũng áp dụng cho việc tổng hợp các hạt nano Ag / Cu.

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

3.2 Kích thước hạt trung bình nano bạc đồng

Kích thước hạt trung bình của các hạt nano đồng (Ag) và đồng (Cu) được tổng hợp bằng dung dịch muối 10 mM ở các nồng độ chitosan khác nhau. Quan sát thấy rằng kích thước hạt trung bình của cả hai hạt nano bạc (Ag) và đồng (Cu) đều giảm khi tăng nồng độ chitosan và đối với cùng một nồng độ chitosan thì các hạt nano bạc Ag lớn hơn một chút so với các hạt nano đồng (Cu). Sự giảm này là do tác động bảo vệ của chitosan nhờ đó chitosan có thể ngăn chặn sự phát triển của các hạt nano bằng cách hấp phụ vào bề mặt của chúng (Esumi, Takei, & Yoshimura, 2003).

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Khi nồng độ của bạc và đồng nitrat tăng từ 10 đến 50 mM, kích thước của các hạt nano tăng lên gần như tương ứng. Ở cùng nồng độ chitosan, với nồng độ muối kim loại tăng lên, chitosan được proton hóa ít hơn được hấp thụ vào các hạt nano được hình thành trước, và do đó các hạt nano lớn hơn được hình thành (Leung, Wong, & Xie, 2010).

Phân tích thống kê cho thấy kích thước hạt trung bình của các hạt nano là khác nhau đáng kể và bị ảnh hưởng bởi nồng độ của chitosan và muối kim loại. Do đó, kích thước của các hạt nano có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ của các ion kim loại hoặc nồng độ của chitosan trong quá trình tổng hợp.

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

3.3 Điện thế Zeta

Điện thế zeta là một tham số quan trọng để xác định độ ổn định của huyền phù hạt nano. Để huyền phù hạt nano ổn định về mặt vật lý chỉ được ổn định bằng lực đẩy tĩnh điện, tối thiểu phải có thế zeta là ± 30 mV (Singare và cộng sự, 2010). Lực đẩy lẫn nhau của các hạt nano phụ thuộc vào việc có một thế zeta âm hoặc dương lớn.

Các hạt nano đồng (Cu) có điện tích bề mặt dương cao hơn một chút, dao động từ +26,4 mV ở 1% (w / v) đến +33,9 mV ở 3% (w / v), mặc dù về mặt thống kê không tìm thấy điện thế zeta của các hạt nano Ag và Cu khác nhau đáng kể.

Thế zeta của các hạt nano Ag, Cu, Ag + Cu và Ag / Cu được điều chế từ dung dịch muối kim loại 50 mM và dung dịch chitosan 3% (w / v) tương ứng. Trong trường hợp này, các hạt nano Ag có điện tích bề mặt cao hơn một chút (+37,8 mV) so với hạt nano Cu (+35,5 mV).

Kết quả thu được ở đây phù hợp với kết quả của Xiong et al. (2013), trong đó người ta báo cáo rằng thế zeta của các hạt nano Cu là +32 mV, cho thấy rằng giá trị đó đủ cao để duy trì sự phân tán keo ổn định.

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

3.4 Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc đồng

Kích thước hạt nhỏ hơn có xu hướng tăng cường tính chất kháng khuẩn vì khi kích thước giảm, có một số lượng lớn hơn các nguyên tử trên bề mặt có sẵn để tương tác với vi khuẩn (Marambio-Jones & Hoek, 2010). Hỗn hợp các hạt nano bạc (Ag) và đồng Cu ở 50 mM cho thấy hành vi trung gian mặc dù về mặt thống kê điều này tương tự như các hạt nano Ag đối với cả hai loại vi khuẩn. Các hạt nano lưỡng kim bạc đồng 50 mM cho thấy hiệu quả kháng khuẩn cao nhất.

Taner và cộng sự, 2011 đã báo cáo giá trị MIC chỉ > 150 mg / L đối với các hạt nano Ag và các giá trị giống hệt nhau đối với MIC và MBC của hạt nano bạc đồng là 0,5 mg / L so với nồng độ cao (108 CFU / mL) của E. coli . Các giá trị MIC / MBC được báo cáo ở đây thấp hơn so với giá trị đạt được của Valodkar và cộng sự, 2011 và Taner và cộng sự, 2011 cho thấy hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn và gợi ý rằng chitosan, đóng vai trò là chất ổn định cũng góp phần vào tác dụng kháng khuẩn.

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

Vì kích thước hạt sẽ ảnh hưởng đến hoạt động kháng khuẩn, do sự khác biệt về diện tích bề mặt cụ thể, các mẫu được so sánh với nhau trong Bảng 2 giữ cho kích thước hạt trung bình gần như không đổi trên tất cả các mẫu xấp xỉ 200 nm.Các hạt nano Cu thể hiện một cách thống kê cùng tác dụng kháng khuẩn như thu được với hỗn hợp Ag và Các hạt nano Cu hướng tới cả B. subtilis và E. coli. Vi khuẩn mang điện tích âm do dư thừa số lượng cacboxylic và các nhóm khác làm cho bề mặt tế bào trở nên âm tính (Stoimenov, Klinger, Marchin, & Klabunde, 2002). Huyền phù hạt nano được tạo ra ở đây có điện tích dương như được tiết lộ bởi các phép đo điện thế zeta.

Lực tĩnh điện giữa các hạt nano tích điện dương và tế bào vi khuẩn tích điện âm sẽ nâng cao tác dụng của hoạt tính kháng khuẩn. Sự bám dính của các hạt nano vào bề mặt của vi khuẩn làm thay đổi tính chất màng của nó, cuối cùng gây ra cái chết (Li và cộng sự, 2008).

Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu)

4. Kết luận về phương pháp tổng hợp nano bạc đồng

Quá trình tổng hợp diễn ra nhanh chóng, rẻ tiền, lành tính với môi trường, tiết kiệm năng lượng và không tạo ra chất thải độc hại. Nó chỉ ra rằng kích thước hạt nano có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ của chitosan và bạc và đồng nitrat được sử dụng trong quá trình tổng hợp chúng.

Thử nghiệm MIC và MBC cho thấy tác dụng diệt khuẩn mạnh với các hạt nano Ag cho thấy hiệu quả tiêu diệt cao hơn khi so sánh với các hạt nano Cu ở cùng kích thước hạt trung bình. Tất cả các hạt nano đều cho thấy các giá trị rất giống nhau đối với MIC và MBC, điều này cho thấy rằng các hạt nano có tác dụng diệt khuẩn chứ không phải kìm khuẩn trên hai loại vi khuẩn này.

Hiệu quả kháng khuẩn lớn nhất được thấy khi bạc (Ag) và đồng (Cu) được kết hợp trong quá trình tổng hợp để tạo thành các hạt hợp kim. Việc sử dụng thứ hai trong các ứng dụng y tế hiện đang được điều tra.

Quý khách hàng có thể tham khảo cách sử dụng Nano bạc cho hoa lan tại đây: https://nanovnn.com/nano-bac-1000-ppm-phong-ngua-va-tri-benh-cay-hoa-lan/

Nguồn tham khảo:

Green synthesis of silver and copper nanoparticles using ascorbic acid and chitosan for antimicrobial applications

N. MatZainabA.G.F.StapleyaG.Shamaa

Related Posts

Trang web này sử dụng cookie để cải thiện trải nghiệm của bạn. Chúng tôi sẽ cho rằng bạn đồng ý với điều này, nhưng bạn có thể chọn không tham gia nếu muốn. Chấp nhận Đọc thêm

error: Content is protected !!
0907 771 622