Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Kỷ yếu khoa học

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIÊU DIỆT ESCHERICHIA COLI VÀ
SALMONELLA ENTERICA CỦA MÀNG LỌC POLYESTER
CÓ GẮN NANO ĐỒNG
Nguyễn Thu Quyên*
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
*Tác giả liên lạc:
TĨM TẮT
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp hóa học, thân thiện với môi trường để gắn
nano đồng lên màng lọc polyester (PET) bằng cách sử dụng acid ascorbic làm
chất khử, đồng thời là chất bao (capping agent). Tiến hành thay đổi điều kiện
ngâm màng PET trong dung dịch phức đồng [Cu(OH)4] 2- nhằm khảo sát khả
năng gắn các hạt nano đồng trên sợi PET. Nghiên cứu đánh giá khả năng tiêu
diệt vi khuẩn của nano đồng gắn trên màng PET trên hai chủng vi khuẩn
Escherichia coli và Salmonella enterica. Từ những thí nghiệm kiểm chứng, màng
lọc gắn nano đồng có phân bố kích thước nằm trong khoảng từ 1-300nm, chiếm
tỷ lệ nhiều nhất (71%) là các hạt nano nằm trong khoảng kích thước từ 50-150nm.
Bên cạnh đó, màng PET có gắn nano đồng khảo sát cũng cho thấy khả năng tiêu
diệt E.coli tốt hơn S. enterica. Cụ thể, khi cho dung dịch Phosphate Buffered
Saline (PBS) (pH = 7,4) lây nhiễm vi khuẩn đi qua màng lọc PET có gắn nano
đồng, kết quả E. coli bị tiêu diệt hoàn toàn khi mật độ vi sinh vật đạt log5
(CFU/ml) và giảm từ log6 (CFU/ml) xuống log0,45 (CFU/ml) đạt hiệu suất tiêu
diệt 99,9997%.
Từ khóa: Nano đồng, CuNPs, polyester.
APPLIED EVALUATING THE ABILITY TO DESTROY ESCHERICHIA
COLI AND SALMONELLA ENTERICA OF POLYESTER FILTER
INCORPORATED COPPER NANOPARTICLES
Nguyen Thu Quyen*

Ho Chi Minh City University of Technology and Education
*Corresponding Author:
ABSTRACT
This study used the chemical method which is friendly with enviroment to
incorporate copper nanoparticles on polyester fabric by ascorbic acid. Ascorbic
acid is not only used as a reducing agent, but also is used as a capping agent.
This study evaludated the ability to destroy Escherichia coli and Salmonella
enterica of polyester filter incorparated copper nanoparrticles. From the tests,
the polyester filter has the size of copper nanoparticles which range from 1 to
300nm. The size of copper nanoparticles which are from 50 to 150nm accounted
71% per total of copper nanoparticles. Besides, PET filter incorparated copper
nanoparrticles can destroy E. coli better than S. enterica. The desity of E. coli
decreased from log6 (CFU/ml) to log0,45 (CFU/ml). The bactericidal
performance is 99,9997%.
Keywords: Copper nanoparticles, CuNPs, polyester.

233


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

TỔNG QUAN
Trong công nghệ nano, nghiên cứu các
hạt nano kim loại như hạt nano Au, Ag,
Pt, Cu, ... là một khía cạnh quan trọng
và tiêu biểu. Các hạt nano kim loại thể
hiện những tính chất vật lý, hóa học,
sinh học khác biệt và vô cùng quý giá,
trong số đó là tính kháng khuẩn. Hạt
nano được sử dụng sớm và có nhiều

ứng dụng trong việc kháng khuẩn là
các hạt nano kim loại quý như vàng,
bạc. Tuy nhiên, với chi phí tổng hợp
tốn kém, giá thành cao thì việc sử dụng
nano vàng, bạc trên một quy mơ lớn là
khó có thể thực hiện được. Trong khi
đó đồng là một kim loại khá dồi dào,
phổ biến, rẻ tiền và dễ tìm thấy trong
tự nhiên. Các nghiên cứu đã nêu trên
cũng cho thấy các hạt nano đồng được
chế tạo ra mang những tính năng ưu
việt khơng kém gì các hạt nano vàng,
bạc, đặc biệt là tính kháng khuẩn. Cùng
với việc gia tăng không ngừng của các
loại vi khuẩn gây bệnh đang đe dọa
cuộc sống của con người và các sinh
vật khác thì việc nghiên cứu chế tạo
sản phẩm mới có thể kháng khuẩn là
hướng đi mới và cấp thiết. Có rất nhiều
phương pháp khác nhau để tổng hợp
các hạt nano đồng, nhưng chúng tôi
chọn phương pháp tổng hợp nano đồng
bằng tác nhân khử là acid ascorbic một loại acid không độc hại và có thể
sử dụng trong thực phẩm. Hiện nay, chỉ
có những nghiên cứu tạo hạt nano trên
giấy lọc như nghiên cứu của Theresa
A. Dankovich & James A. Smith
(2014) nghiên cứu tạo ra giấy lọc có
gắn nano đồng kháng E. coli nhằm mục
đích lọc nước. Trong một nghiên cứu

khác của Theresa A. Dankovich
(2014), nhóm tác giả nghiên cứu tạo
giấy có gắn nano bạc sử dụng bức xạ vi
sóng để kháng E. coli và Enterococci
faecalis nhằm mục đích lọc nước.
Chúng tơi chọn màng lọc PET để

Kỷ yếu khoa học

nghiên cứu vì những tính năng ưu việt
(ví dụ, khả năng chịu mài mịn cao
(Palova Santos, Sérgio Henrique
Pezzin, 2003), khả năng chống chịu tốt
trong nhiều môi trường (Li-na, 2013)
và sự phổ biến của màng lọc trong ứng
dụng lọc thực phẩm quy mô công
nghiệp.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
Vật liệu
Màng lọc PET, Escherichia coli
VTCC-B-482 và Salmonella enterica
VTCC-B-480.
Phương pháp nghiên cứu
Chuẩn bị màng lọc polyester có gắn
nano đồng
Phương pháp tổng hợp nano đồng dựa
theo phương pháp của Theresa A.
Dankovich & James A. Smith (2014)
với một số thay đổi.

Đánh giá khả năng tiêu diệt
Escherichia coli và Salmonella
enterica của màng lọc polyester
được gắn nano đồng
Phương pháp được dựa trên nghiên cứu
của N. Mat Zain và cộng sự (2014) với
một số thay đổi.
Các phương pháp khảo sát khác
Đo hàm lượng Cu2+ có trên màng bằng
phương pháp máy quang phổ phát xạ
ICP-OES (Inductively couple plasma –
optical emission spectrometry). Xác
định sự có mặt của nano đồng, hình
thái kính hiển vi điện tử quét (SEM)
kết hợp đo Energy Dispersive X-ray
(EDX) và phân bố kích thước hạt nano
đồng sử dụng phần mềm ImageJ
(Version 1,49u).
Phân tích thống kê số liệu
Sự khác biệt về mặt ý nghĩa thống kê
giữa các điều kiện thí nghiệm được xử
lý ANOVA bằng phần mềm SPSS
(Version 20.0, SPSS, Chicago, IL,
USA) và Excel 2013.

234


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018


Kỷ yếu khoa học

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

A

B

C

Hình 1. Mẫu màng lọc polyester qua các giai đoạn trong quá trình tổng hợp
nano đồng
(A) màng polyester ban đầu, (B) màng polyester sau khi ngâm trong dịch [Cu(OH)4] 2-,
(C) màng lọc polyester đã gắn nano đồng.

Ảnh hưởng của thời gian ngâm
trong dung dịch [Cu(OH)4]2- đến
hàm lượng đồng tạo thành gắn trên
màng lọc polyester
Khi tăng thời gian ngâm màng lọc PET
trong dung dịch [Cu(OH)4]2-, xét trong
khoảng thời gian từ 40 phút đến 120
phút, hàm lượng nano đồng gắn trên
màng lọc PET có xu hướng tăng. Kết
quả hàm lượng đồng tăng được giải
thích là do thời gian ngâm màng PET
càng lâu, màng PET bị dung dịch kiềm
bẻ gãy liên kết càng nhiều và gốc COO- được tạo ra càng nhiều làm Cu2+
liên kết tĩnh điện với màng PET tăng,
từ đó tạo ra nhiều hạt nano đồng. Trong

nghiên cứu của (Bharat H Patel &
Debapriya Chattopadhyay, 2015),
cũng cùng thí nghiệm cố định nano
đồng lên màng PET, hàm lượng đồng
tạo ra là 2×10-4 mg/cm2 thấp hơn
nhiều so với nghiên cứu này (960×104 mg/cm2) khi sử dụng acid ascorbic.
Hình thái, kích thước và sự phân bố
của nano đồng trên màng polyester
Phổ EDX cho thấy sự xuất hiện của
peak đồng tương tự nghiên cứu của
(Bharat H Patel & Debapriya
Chattopadhyay, 2015). Phổ EDX cũng
cho thấy ngoài sự hiện diện của đồng
cịn có carbon và oxy là do thành phần

cấu trúc màng PET vốn chứa hai
nguyên tố này. Phổ này chỉ đúng với vị
trí đo và khơng mang tính đại diện cho
tồn bộ màng PET có gắn nano đồng.

Kiểm tra khả năng tiêu diệt vi
khuẩn của màng lọc polyester có
gắn nano đồng trên Escherichia
coli và Salmonella enterica
Khả năng tiêu diệt trên hai chủng vi
khuẩn E. coli và S. enterica khá cao
cịn có thể được giải thích là do kích
thước hạt nano đồng nhỏ dễ xâm nhập
vào tế bào, diện tích bề mặt lớn tăng
khả năng tiếp xúc với tế bào cao hơn so

với các các đồng dạng khối (Laura
Tamayo, et al., 2016; Umer, et al.,
2012). Mặc khác, việc gắn nano đồng
trên màng lọc PET không chỉ là chất hỗ
trợ tạo nano đồng thời cũng góp phần
làm tăng hoạt tính kháng khuẩn (Laura
Tamayo, et al., 2016).
Khả năng kháng khuẩn của nano đồng
trên S. enterica yếu hơn trên E. coli
điều này có thể được giải thích là do
lớp màng sinh học (biofilm) gây ra. S.
enterica và E. coli đều có khả năng tạo
màng sinh học (Claire PrigentCombaret, et al., 2001). Theo nghiên
cứu Diana Rodrigues và cộng sự
(2011) chứng minh được rằng, khi mật
độ vi khuẩn đạt ≥ 105 log (CFU/ml) thì

235


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

mới có sự hình thành màng sinh học.
Do đó, sự khác biệt về khả năng diệt
khuẩn của nano đồng đối với E. coli và
S. enterica trong nghiên cứu của chúng
tôi là phù hợp với các nghiên cứu trước
đây.
KẾT LUẬN
Thông qua nghiên cứu này, chúng tôi

đưa ra một số kết luận:
Chúng tôi đã tổng hợp thành công nano
đồng và cố định được nano đồng lên
màng lọc PET bằng phương pháp hóa
học sử dụng acid ascorbic làm chất
khử, đồng thời là chất bao.

Kỷ yếu khoa học

Khi tăng thời gian ngâm màng lọc PET
trong dụng dịch [Cu(OH)4]2-, hàm
lượng nano đồng tạo thành trên màng
cũng tăng lên. Hàm lượng nano đồng
tổng hợp được cao nhất đạt được là
0,096mg/cm2. Các hạt nano đồng tạo
thành có phân bố kích thước rộng và
đường kính hạt nano đồng tạo thành từ
50-150nm chiếm cao nhất (71%).
Khả năng tiêu diệt E. coli cao, giảm
được 5,5 log (CFU/ml) (hiệu suất tiêu
diệt 99,9997%) và S. enterica giảm
được 2,3 log (CFU/ml) (hiệu suất tiêu
diệt 99,5%) đối với mẫu màng PET có
hàm lượng nano đồng cao nhất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
AMIRHOSEIN BERENDJCHI, RAMIN KHAJAVI & MOHAMMAD
ESMAEIL YAZDANSHENAS, 2011. Fabrication of superhydrophobic
and antibacterial surface on cotton fabric by doped silica-based sols with
nanoparticles of copper. Berendjchi et al; licensee Springer, pp. 1-8.

BHARAT H PATEL & DEBAPRIYA CHATTOPADHYAY, 2015. Nano metal
particles: Synthesis, characterization and application to textiles.
ResearchGate, pp. 184-215.
CAMPISI, S., SCHIAVONI, M., CHAN-THAW, C. E. & VILLA, A., 2016.
Untangling the Role of the Capping Agent in Untangling the Role of the
Capping Agent in. MDPI, pp. 1-21.
CLAIRE PRIGENT-COMBARET, ET AL., 2001. Complex Regulatory Network
Controls Initial Adhesion and Biofilm Formation in Escherichia coli via
Regulation of the csgD Gene. American Society for Microbiology, p.
7213–7223.
HUMBERTO PALZA, ET AL., 2010. Toward Tailor-Made Biocide Materials
Based on Poly(propylene)/Copper Nanoparticles. WILEY-VCH Verlag
GmbH & Co. KGaA, p. 563–567.

236