ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN LÂM THÁI
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG VI KHUẨN GRAM DƯƠNG
CỦA CHẾ PHẨM PHỐI HỢP CHITOSAN – NANO BẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2010 - 2014

Thái Nguyên, năm 2014


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN LÂM THÁI
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG VI KHUẨN GRAM DƯƠNG
CỦA CHẾ PHẨM PHỐI HỢP CHITOSAN – NANO BẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2010 - 2014

Giảng viên hướng dẫn : 1. ThS. Lương Hùng Tiến
2. ThS. Nguyễn Thị Đoàn
Khoa CNSH - CNTP - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên


Thái Nguyên, năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của
bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ các cá nhân và tập thể.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn, thầy
Lương Hùng Tiến và cô Nguyễn Thị Đoàn giảng viên Khoa CNSH – CNTP, đã tin
tưởng giao đề tài, tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá
trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo làm việc và quản lí tại phòng Thì
nghiệm vi sinh đã thường xuyên giúp đỡ em thực hiện và hoàn thành kháo luận tốt
nghiệp này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn toàn thể người thân trong gia đình cùng bạn bè đã
quan tâm, ủng hộ và tạo điều kiện để em hoàn thành tốt khóa luận này.
Dù đã cố gắng nhiều, xong bài khóa luận vẫn còn những thiếu xót và hạn chế.
Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý kiến đóng góp quý báu của thầy, cô
giáo và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên ngày 29 tháng 5 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Lâm Thái


MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU....................................................................................................1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................1
1.2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI .........................................................2
1.2.1. Mục đích............................................................................................................2

1.2.2. Yêu cầu..............................................................................................................2
1.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................................2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học ..............................................................................................2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...............................................................................................2
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.........................................................................3
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN .............................................................3
2.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan ....................................................3
2.1.2. Tính chất cơ bản của chitosan ...........................................................................5
2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt
động kháng khuẩn của chitosan ..................................................................................8
2.1.4. Các ứng dụng của chitosan trong cuộc sống ...................................................13
2.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NANO BẠC ...........................................................14
2.2.1. Lịch sử hình thành của công nghệ nano ..........................................................14
2.2.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ...............................................................14
2.2.3. Giới thiệu về hạt nano bạc...............................................................................15
2.2.4. Ứng dụng của nano bạc trong cuộc sống ........................................................20
2.3. GIỚI THIỆU VỀ VI KHUẨN ...........................................................................22
2.3.1. Khái niệm chung về vi khuẩn .........................................................................22
2.3.2. Vi khuẩn Staphylococcus aureus ....................................................................22
2.3.3. Vi khuẩn Bacillus cereus ................................................................................24
2.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .............................26
2.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................26
2.4.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................27
PHẦN 3: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........29
3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ...............................................................................29
3.1.1. Vật liệu ............................................................................................................29


3.1.2. Chủng vi sinh vật thí nghiệm ..........................................................................29
3.1.3. Dụng cụ, thiết bị và môi trường sử dụng thí nghiệm ......................................29

3.2. ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN NGHIÊN CỨU .........................................................29
3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................30
3.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................30
3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm........................................................................30
3.4.2. Phương pháp phân tích ....................................................................................31
3.4.3. Phương pháp bảo quản giống vi sinh vật ........................................................32
PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................33
4.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ỨC CHẾ TỐI THIỂU CỦA NANO BẠC
ĐỐI VỚI VI KHUẨN GRAM DƯƠNG ..................................................................33
4.2. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ỨC CHẾ TỐI THIỂU CỦA CHITOSAN
ĐỐI VỚI VI KHUẨN GRAM DƯƠNG ..................................................................34
4.3. LỰA CHỌN CÔNG THỨC PHỐI TRỘN CHITOSAN VỚI NANO BẠC .....36
4.3.1. Xác định khả năng kháng B. cereus của phức chất chitosan/nano bạc ...........36
4.3.2. Xác định khả năng kháng S. aureus của phức chất chitosan/nano bạc ...........37
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................39
5.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................39
5.2. ĐỀ NGHỊ ...........................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................40


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano bạc .............................19
Bảng 3.1. Công thức phối trộn chitosan và nano bạc ...............................................31
Bảng 4.1. Kết quả kháng B. cereus và S. aureus của nano bạc ................................34
Bảng 4.2: Kết quả kháng B. cereus và S. aureus của các nồng độ ...........................35
Bảng 4.3: Hiệu quả kháng vi khuẩn B. cereus của công thức phối trộn chitosan và
nano bạc.....................................................................................................................36
Bảng 4.4: Hiệu quả kháng vi khuẩn S. aureus của công thức phối trộn chitosan và
nano bạc.....................................................................................................................38



DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Một số loài giáp xác chứa chitin ................................................................. 4
Hình 2.2: Công thức cấu tạo của chitin ....................................................................... 4
Hình 2.3: Cấu trúc hóa học của chitosan .................................................................... 5
Hình 2.4: Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hạt hình cầu .................................. 17
Hình 2.5: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ....................... 19
Hình 2.6. Nồng độ khác nhau của dung dịch hạt nano bạc ....................................... 21
Hình 2.7: Vi khuẩn Staphylococcus aureus .............................................................. 23
Hình 2.8 : Vi khuẩn Bacillus cereus ......................................................................... 25
Hình 4.1: Khả năng kháng ....................................................................................... 36
Hình 4.2: Khả năng kháng ....................................................................................... 36
Hình 4.3: Khả năng kháng ...................................................................................... 38
Hình 4.4: Khả năng kháng chitosan khác nhau ......................................................... 35
Hình 4.5: Khả năng kháng B. cereus của phức chất ................................................. 36
Hình 4.6: Khả năng kháng S. aureus của phức chất ................................................. 37


BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tên đầy đủ

Từ viết tắt
DD

Degree of deacetylation

MIC

Minimum inhibitory concentration


TSC

Trisodium Citrate

UV-Vis

Ultraviolet-Visible

DI

Deionized

PVA

Polyvinyl acetat


1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Chitosan là chế phẩm sinh học, được hình thành từ quá trình deacetyl hóa
chitin, có nhiều ở các loại giáp xác. Sản xuất chitosan không những góp phần làm
giảm ảnh hưởng đến môi trường từ các phế liệu thủy sản mà còn tạo giá trị kinh tế
lớn hơn. Chitosan có các tính chất quan trọng, như là chất phụ gia thực phẩm, tạo
màng bao gói, khả năng kháng khuẩn, làm giảm quá trình thoát hơi nước của sản
phẩm ở mọi điều kiện trong bảo quản và đặc biệt không gây ảnh hưởng đến sức
khỏe người sử dụng, vì thế chitosan đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Bạc được biết đến như một trong những nguyên tố có khả năng khử trùng
mạnh tồn tại trong tự nhiên. Các đây 200 năm các nhà khoa học đã xem huyết thanh

người như là một dịch keo, vì vậy keo bạc đã được sử dụng làm chất kháng khuẩn
ngay trong cơ thể con người. Kể từ đó keo bạc được sử dụng rộng rãi để chữa các
bệnh nấm trên da, điều trị các vết thương, vết bỏng, các bệnh răng miệng, làm thuốc
nhỏ mắt. Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh được phát minh (giữa thế kỉ 20) với
hiệu lực khử trùng mạnh hơn, keo bạc đã bị thay thế dần. Nhưng chỉ 30 năm sau đó
người ta đã nhận ra rằng có rất nhiều loài vi khuẩn có khả năng chống lại những tác
dụng của thuốc kháng sinh và vấn đề này ngày càng trở nên đáng lo ngại. Lúc này
tính năng kháng khuẩn của bạc lại được chú ý do có phổ tác dụng rộng và không bị
hạn chế bởi hiệu ứng kháng thuốc [31, 23]. Ngày nay, việc tạo ra các vật thể kích
thước nano đã trở nên phổ biến, ở kích thước này các hạt vật chất thể hiện nhiều
tính chất lý-hóa khác thường so với khi vật chất đó ở trạng thái khối, khả năng
kháng khuẩn của nó cao hơn 20-60 ngàn lần so với ion Ag+ [10]. Các hạt nano bạc
với năng lượng bề mặt lớn có khả năng giải phóng từ từ các ion bạc vào trong dung
dịch, nhờ vậy nano bạc có hiệu lực khử khuẩn mạnh hơn rất nhiều lần và kéo dài
hơn so với các bạc ở dạng keo, dạng ion hay dạng rắn [31, 24]. Chính những tính
chất lượng tử đặc biệt này nên nano bạc sẽ bị biến thể trong gian bảo quản, để ổn
định được nó cần phải có một phương pháp chế tạo đặc biệt giúp cho khả năng sử
dụng được triệt để hơn.
Dựa vào đặc tính quý giá trên, ý tưởng kết hợp hai loại vật liệu đã được hình
thành. Chitosan loại chế phẩm có khả năng kháng khuẩn, không gây độc và có khả
năng tạo thành lớp màng mỏng bao quanh thực phẩm. Nano bạc, là vật liệu có khả


2
năng kháng khuẩn cực mạnh chỉ với nồng độ rất nhỏ, nhưng lại dễ bị oxi hóa. Khi
sử dụng kết hợp với nhau sẽ cho ra 1 hỗn hợp dung dịch bền vững có hoạt tính
mạnh để ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.
Vi khuẩn Bacillus cereus và Staphylococcus aureus đều là vi khuẩn Gram
dương là hai loài vi khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên (Đất, nước, cơ thể người,
động vật …), loài vi khuẩn tồn tại rất phổ biến trong nông sản và thực phẩm. Chúng

là những tác nhân gây ra các vụ ngộ độc trong thực phẩm trên khắp cả nước trong
thời gian qua. Chính vì sự phổ biến và tác hại nguy hiểm của nó đối với con người nên
chúng tôi đã tập trung toàn bộ thời gian làm khóa luận của mình “Nghiên cứu khả
năng kháng vi khuẩn Gram dương của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc”.
1.2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục đích
- Xác định được nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của nano bạc đối với vi
khuẩn Bacillus cereus và Staphylococcus aureus.
- Xác định được nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của chitosan đối với vi
khuẩn Bacillus cereus và Staphylococcus aureus.
- Nghiên cứu kết hợp được chế phẩm phối hợp Chitosan – nano bạc kháng
vi khuẩn Bacillus cereus và Staphylococcus aureus.
1.2.2. Yêu cầu
- Tìm ra sự kết hợp tối ưu kháng vi khuẩn Bacillus cereus và
Staphylococcus aureus của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc.
- Đánh giá kết quả kháng vi khuẩn Bacillus cereus và Staphylococcus
aureus của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc.
1.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận với các thao tác kỹ thuật trong thực tế.
Qua đó kết hợp với các kiến thức lý thuyết đã được học sinh viên sẽ có những hiểu
biết chuyên sâu và cái nhìn tổng quát hơn.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Hiện nay nano bạc và chitosan được ứng dụng nhiều trong y học, thực
phẩm, nông nghiệp, xử lí môi trường…
- Chế phẩm phối hợp Chitosan – nano bạc ứng dụng trong bảo quản các loại
thực phẩm.


3


PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN
2.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan
2.1.1.1. Lịch sử và nguồn gốc chitin/chitosan
Về mặt lịch sự, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1811,
trong cặn dịch chiết từ một loài nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi
nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1923, Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng
mà ông gọi là “chitin” hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông
không phát hiện ra sự có mặt của nitơ. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến
kết luận chitin có dạng công thức giống với cellulose. Sự xuất hiện của nitơ trong
chitin đã được Lassaige chứng minh vào năm 1843, từ đó nhân loại bắt đầu nghiên
cứu và ứng dụng lâu dài hợp chất này và các dẫn xuất của nó [25].
Ở động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng trong vỏ một số
động vật không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn. Ở động
vật bậc cao, monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da giúp cho sự
tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Ở thực vật, chitin có trong thành tế bào nấm,
các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo,…[6].
Chitosan là sản phẩm biến tính của chitin, là chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có
thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Chitosan – dẫn xuất của chitin được xem
là polymer tự nhiên quan trọng, nhiều thứ hai sau cellulose, các nghiên cứu đã cho
thấy chitosan có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược
phẩm,… Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thực vật,
chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất cấu trúc quang học,… Chitosan còn
là chất cao phân tử mang điện tích dương duy nhất trong tự nhiên, nó có khả năng
kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và axit.
Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính
tương thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm, các polymer có nguồn gốc từ chitin
đặc biệt là chitosan được coi như một vật liệu mới có ứng dụng đặc biệt trong công
nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm như là tác

nhân kết hợp, gel hóa, ổn định hay tác nhân kháng khuẩn,…


4

Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin
– chitosan chiếm khá cao, dao động từ 14 – 34% so với trọng lượng khô [35]. Vì
vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.

Hình 2.1. Một số loài giáp xác chứa chitin
2.1.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan
Công thức cấu tạo của chitin:

Hình 2.2: Công thức cấu tạo của Chitin
Chitosan thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin, thay thế nhóm N-acetyl
thành nhóm amin ở vị trí C2.
Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta qui ước nếu độ
deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50%
gọi là chitin [3].
Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các

đơn vị 2-amino-2-deoxy-β-D-

glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit.
Công thức cấu tạo của chitosan:


5

H


C H 2O H
O
H
H
OH

H
O

C H 2O H
O
H
H
OH

H
H

NH2

O
H

m

H

N H C O C H3


n

Hình
2.3:

Cấu trúc hóa học của Chitosan
Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucose; poly(1-4)-2amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose.
Công thức phân tử: [C6H11O4N]n
Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n
Trong thực tế các mạch chitin - chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều
sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp [1].
2.1.2. Tính chất cơ bản của chitosan
2.1.2.1. Tính chất vật lý
a. Đặc tính bề ngoài: Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, màu trắng ngà,
không mùi, không vị, có thể xay nhỏ ở các kích thước khác nhau.
b. Nhiệt độ nóng chảy: Nóng chảy ở 309 - 311oC tùy vào trọng lượng phân tử
và mức độ deacetyl hóa.
c. Mức độ deacetyl hóa: Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm
acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt
động hóa học cao. Mức độ deacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản
xuất chitosan bởi nó ảnh hưởng đến tính chất lý hóa, khả năng ứng dụng của
chitosan [6].
Mức độ deacetyl hóa vào khoảng 70 - 100% phụ thuộc vào loài giáp xác,
phương pháp sử dụng. Có nhiều phương pháp để xác định mức độ deacetyl hóa của
chitosan như: Thử ninhydrin, chuẩn độ theo điện thế, quang phổ hồng ngoại, chuẩn
độ pH…. Trong đó phương pháp sử dụng hồng ngoại thường được sử dụng để thiết lập
các giá trị mức độ deacetyl hóa của chitosan. Khi ở mức độ deacetyl hóa thấp, chitosan
có khả năng hút ẩm lớn do vậy trước khi phân tích chitosan cần phải sấy [26].



6

d. Trọng lượng phân tử: Chitosan là polyme sinh học có khối lượng phân tử
cao khoảng 10000-1200000Da tùy theo điều kiện sản xuất. Thông thường khi nhiệt
độ cao, sự có mặt của oxy và sức kéo có thể dẫn đến phân hủy chitosan. Trọng
lượng phân tử khác nhau dẫn đến đặc tính của từng loại chitosan là khác nhau,
người ta thường phân loại chitosan dựa vào trọng lượng phân tử. Trọng lượng phân
tử có thể xác định bằng phương pháp sắc ký, phân tán ánh sáng hoặc đo độ nhớt
[37, 29].
e. Độ nhớt: Độ nhớt là nhân tố quan trọng dể xác định khối lượng phân tử của
chitosan [1, 36]. Chitosan có phân tử lượng lớn làm cho dung dịch có độ nhớt cao.
Một số nhân tố trong quá trình sản xuất như mức độ deacetyl hóa, khối lượng phân
tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH, nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt
của chitosan. Ví dụ: Độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoáng tăng. Độ
nhớt của chitosan trong dung dịch acid acetic tăng khi pH của dung dịch này giảm,
tuy nhiên độ nhớt lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm. Độ nhớt của chitosan
cũng bị ảnh hưởng bởi các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng,
siêu âm), hóa học (xử lý bằng ozon), độ nhớt sẽ giảm khi thời gian và nhiệt độ xử lý
tăng. Dung dịch chitosan bảo quản ở 4oC được cho là ổn định nhất [27].
f. Tính tan: Chitosan không tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc
nhưng tan trong dung dịch đệm hoặc axit yếu có pH<6. Các acid hữu cơ: Acetic,
formic, lactic thường được sử dụng để hòa tan chitosan. Chitosan cũng tan trong
dung dịch HCl 1% nhưng không tan trong H2SO4 và H3PO4. Dung dịch acid acetic
nồng độ cao tại nhiệt độ cao có thể dẫn đến depolyme hóa chitosan. Ở pH cao, có
thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ nguyên nhân là do hình thành hỗn hợp
với chất keo anion. Tính tan của chitosa còn bị ảnh hưởng của mức độ acetyl hóa,
mức độ acetyl hóa trên 85% để đạt được tính tan mong muốn [27].
g. Tỷ trọng: Tỷ trọng của chitosan trong động vật giáp xác rất cao khoảng
0,39g/lít phụ thuộc vào loài giáp xác, phương pháp chế biến, mức độ deacetyl hóa
[37].

h. Khả năng kết hợp với nước và khả năng kết hợp với chất béo: Sự hấp thụ
nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với cellulose hay chitin. Thông thường khả
năng hấp thụ nước của chitosan khoảng 581-1150%. Sự thay đổi trong thứ tự sản
xuất như quá trình khử khoáng, khử protein cũng ảnh hưởng đến khả năng giữ nước


7

và giữ chất béo. Khả năng kết hợp với chất béo của các chế phẩm chitosan trong
khoảng 370,2-665,4% [24].
i. Khả năng tạo màng: Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo
quản thực phẩm.
Khi sử dụng màng chitosan dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ, độ thoáng khí cho
thực phẩm, màng chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số
chất dẻo vẫn được dùng để bao gói [27].
2.1.2.2. Tính chất hóa học
- Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức –OH, -NHCOCH3 trong các
mắt xích N-acetyl-D-glucosamine và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích Dglucosamine có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin và amit. Phản ứng hóa học có
thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N- hoặc dẫn xuất
thế O-,N- [38].
- Chitosan là những polysaccharide mà các đơn phân được nối với nhau bởi
các liên kết β1-4-glucoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hóa học
như: Acid, base, tác nhân oxi - hóa và các enzyme thủy phân [1].
- Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử
oxy và nitơ của nhóm chức có cặp electron chưa sử dụng nên chúng có khả năng
tạo phức với kim loại như: Hg2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+…. Tùy nhóm chức trên
mạch polyme mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau [32].
- Ngoài ra chitosan còn có một số phản ứng đặc trưng như:
Phản ứng Van-Wisselingh: Chitosan tác dụng với Lugol tạo dung dịch màu nâu.
Phản ứng Alternative: Chitosan tác dụng với H2SO4 tạo tinh thể hình cầu.

Chitosan tác dụng với Iod trong môi trường H2SO4 cho phản ứng tạo màu
tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan [6].
2.1.2.3. Tính chất sinh học và độc tính của chitosan
a. Tính chất sinh học của chitosan
- Chitosan là hợp chất tự nhiên không độc, dùng an toàn cho người. Chúng
có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân huỷ sinh học [35].
- Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: Có khả năng hút nước,
giữ ẩm, tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại vi sinh vật khác


8

nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào
trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u [6].
- Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, hạ
huyết áp [32], điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [20].
- Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit - insulin, kích thích việc
tiết ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường.
Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ
thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung
thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa… của chitosan [28].
b. Độc tính của chitosan
Vào năm 1968, K. Arai và cộng sự đã xác định chitosan hầu như không độc,
chỉ số LD50 = 16g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên súc vật thực nghiệm và
người, không gây độc tính trường diễn [30].
Dùng chitosan loại trọng lượng phân tử trung bình thấp để tiêm tĩnh mạch,
không thấy có tích luỹ ở gan. Loại chitosan có DD ≈ 50%, có khả năng phân huỷ
sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ dàng, nhanh chóng
qua thận và nước tiểu, chitosan không phân bố tới gan và lá lách[30].
Nhiều tác giả đã chỉ rõ những ưu điểm của chitosan: tính chất cơ học tốt,

không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hòa hợp sinh học không
những đối với động vật mà còn đối với các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm
mau liền vết thương [22].
2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt
động kháng khuẩn của chitosan
2.1.3.1. Đặc tính kháng vi sinh vật
- Gần đây những nghiên cứu về tính kháng khuẩn của chitosan đã chỉ ra rằng
chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật [33]:
a. Khả năng kháng virus, kháng nấm
Khả năng kháng virus:
- Chitosan ức chế hệ thống sinh sản của virus thực vật đã được nghiên cứu
[34], mức độ ngăn cản sự truyền nhiễm virus khác nhau theo trọng lượng phân tử


9

của chitosan, có nhiều nghiên cứu kết luận rằng chitosan có khả năng kháng lại
virus khoai tây, thuốc lá, dưa chuột,… [33].
Khả năng kháng nấm:
- Hoạt tính kháng nấm của chitosan được chứng minh qua các nghiên cứu với
nhiều loại nấm khác nhau: Saccharomycodes ludwigii, Pseudomonas fragi,
Candida, zygosaccharomyces bailii, Pyricularia grisea,…
Sự ức chế và làm ngưng hoạt động của nấm men, nấm mốc phụ thuộc vào
nồng độ chitosan, pH, nhiệt độ, đặc điểm dinh dưỡng [35].
b. Khả năng kháng vi khuẩn
Chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của rất nhiều vi khuẩn như E.coli,
Samonella, Vibiro parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus,
Staphylococcus aureus,…
Ngoài ra các thí nghiệm cũng cho thấy có rất nhiều ion kim loại có thể ảnh
hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như: K+, Na+, Mg2+, Ca2+…

Nói chung các kết luận cơ chế chính xác về hoạt động kháng khuẩn của
chitosan vẫn chưa được nghiên công bố rõ ràng, những cơ chế chính đã được đề
xuất như sau [5]:
-

Tương tác giữa các ion tích điện dương trên các phân tử chitosan và các điện

tích âm trên màng tế bào vi sinh vật dẫn đến thay đổi trong cấu trúc màng tế bào,
thay đổi khả năng thẩm thấu gây rò rỉ protein và các thành phần khác trong tế bào,
làm giảm chức năng sinh lý và sinh hóa của vi khuẩn dẫn đến mất khả năng bảo vệ,
trao đổi chất của tế bào.
-

Chitosan đóng vai trò như chất chọn lọc liên kết với các ion kim loại, sau đó

ức chế các chất độc và sự phát triển của vi khuẩn.
-

Chitosan liên kết với nước, ức chế các enzyme khác nhau.

-

Chitosan thâm nhập vào bào tương của các vi khuẩn và thông qua các liên

kết với ADN, ngăn cản sự tổng hợp ARN và protein.
-

Chitosan tạo thành một lớp cao phân tử không thấm nước trên bề mặt tế bào

làm thay đổi tính thấm của tế bào bà ngăn các chất dinh dưỡng vào tế bào.

-

Chitosan có liên kết với các điện tích âm trong tế bào, làm chúng kết dính

thành từng mảng, gây nhiễu loạn các hoạt động sinh lý của các vi sinh vật dẫn đến
phá hủy tế bào.


10

Một số cơ chế được giải thích:
- Chitosan là polyme tích điện dương trong khi màng tế bào vi sinh vật đa số
tích điện âm, do đó xảy ra tương tác tĩnh điện làm cho màng tế bào vi sinh vật bị
thay đổi, ngăn cản quá trình trao đổi chất qua màng đồng thời xuất hiện các lỗ
hổng trên thành tế bào tạo điều kiện cho protein và các thành phần khác cấu tạo
nên thành tế bào bị thoát ra ngoài từ đó dẫn đến tiêu diệt vi sinh vật [7].
- Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan đối với vi khuẩn Gram âm mạnh hơn vi
khuẩn Gram dương. Trong khi đó vi khuẩn Gram dương lại nhạy cảm hơn, có thể
do vi khuẩn Gram âm có lớp màng chắn bên ngoài. Theo một số nghiên cứu tất cả
các vi khuẩn Gram âm đều có lớp màng ngoài là lipopolysaccharide (LPS), trong đó
đóng góp vào sự ổn định của lớp LPS thông qua tương tác tĩnh điện với các cation,
chitosan loại bỏ các cation đó. Việc giải phóng LPS làm mất sự ổn định của màng
ngoài [7].
- Cơ chế hoạt động kháng khuẩn của chitosan khác nhau ở vi khuẩn Gram âm
và Gram dương. Trong nghiên cứu này họ phân biệt tác động của chitosan lên
Staphylococcus aureus (Gram dương) và E.coli (Gram âm). Đối với Staphylococcus
aureus hoạt động kháng khuẩn tăng khi tăng trọng lượng phân tử chitosan, chitosan
trên bề mặt tế bào có thể hình thành màng polyme ức chế các chất dinh dưỡng đi
vào tế bào. Đối với E.coli hoạt động kháng khuẩn tăng khi giảm trọng lượng phân
tử khi đó chitosan sẽ đi vào tế bào thông qua sự lan tỏa [6].

Các phân tử chitosan khi phân tán xung quanh tế bào vi sinh vật sẽ tạo ra
các tương tác làm thay đổi ADN ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp mARN, tổng
hợp protein ngăn cản sự hình thành bào tử, ngăn cản sự trao đổi chất và hấp thu các
chất dinh dưỡng của vi sinh vật [33]. Trong quá trình bảo quản nông sản, chitosan
tiếp xúc với mô thực vật và kích thích tiết ra các enzyme bảo vệ như: Chitinase,
chitosanase, 1,3-glucanase, từ đó tiêu diệt vi sinh vật. Tuy nhiên cơ chế này không
còn đúng trong trường hợp sử dụng màng bao chitosan cho các sản phẩm bảo quản
nguyên quả, vì khi đó chitosan bao bọc bên ngoài lớp vỏ thực vật, không có điều
kiện tiếp xúc với các mô thực vật nên không thể kích thích tiết enzyme tiêu diệt vi
sinh vật.


11

2.1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động kháng khuẩn của chitosan
Khả năng kháng vi sinh vật của chitosan bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên
trong và bên ngoài như khối lượng phân tử, độ deacetyl, pH, nhiệt độ, độ hòa tan,
nguồn gốc và vi sinh vật đích. Để các ứng dụng của hợp chất chitosan có hiệu quả
cần phải nắm rõ các yếu tố này [17].
a. Trọng lượng phân tử
- Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan đến hoạt động kháng khuẩn đã
được nghiên cứu. Chỉ có một vài nghiên cứu về hoạt động diệt khuẩn của chitosan
có thể so sánh được tùy thuộc vào vi khuẩn thử nghiệm, điều kiện thử nghiệm và
trọng lượng phân tử của chitosan, nhưng ngay cả các kết quả thu được không hoàn
toàn tương thích, có sự khác biệt. Tăng trọng lượng phân tử đến giảm hoạt tính
kháng E.coli của chitosan trong một số nghiên cứu. Ngược lại với kết quả được đề
cập ở trên không có sự khác biệt trong hoạt động kháng khuẩn của chitosan có trọng
lượng phân tử khác nhau đối với E.coli và Bacillus subtilis [11, 12].
- Shimojoh cùng cộng sự [13] tìm thấy chitosan 220000 Dalton là hiệu quả
nhất, tuy nhiên hoạt động kháng khuẩn của chitosan 70000 Dalton tốt hơn 426000

Dalton đối với một số vi khuẩn, nhưng đối với các nghiên cứu khác, hiệu quả ngược
lại. Yalpani [14] báo cáo rằng chitosan có trọng lượng phân tử trung bình cho thấy
hoạt động kháng B.circulans tốt hơn chitooligosaccharides. Từ những kết quả của
Shimojoh và Yalpani có thể nhận thấy rằng mối quan hệ giữa trọng lượng phân tử
của chitosan và tính kháng khuẩn có thể bị ảnh hưởng bởi các vi sinh vật thử
nghiệm. Nhiều nhà nghiên cứu đã thong báo rằng hoạt tính kháng khuẩn của
chitosan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử. Hwang cùng cộng sự [15] kết luận
rằng với chitosan trọng lượng phân tử lớn hơn 30000 Dalton cho hiệu quả cao nhất
diệt khuẩn E.coli từ nghiên cứu của họ khảo sát trong phạm vi trọng lượng phân tử
chitosan 10000 – 170000 Dalton. Jeon [17] cho rằng trọng lượng phân tử của
chitosan rất quan trọng cho sự ức chế vi sinh vật và kết luận với trọng lượng phân tử
cao hơn 10000 Dalton cho hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn.
- Rất khó để tìm được mối tương quan rõ rang giữa hoạt tính kháng khuẩn và
trọng lượng phân tử của chitosan. Tuy nhiên hoạt tính này giảm so với một trọng
lượng phân tử cao nhất định. Sự khác biệt giữa kết quả của các nghiên cứu có thể là
so độ deacetyl và trọng lượng phân tử khác nhau của chitosan. Việc đánh giá sự phụ


12

thuộc đòi hỏi phải khảo sát phạm vi trọng lượng phân tử chitosan rộng với độ
deacetyl là như nhau, điều này gặp khó khăn vì chitosan là một polymer tự nhiên.
Như vậy, khó có thể xác định trọng lượng phân tử tối ưu nhất cho hoạt động tính
kháng khuẩn tốt nhất. Việc lựa chọn trọng lượng phân tử của chitosan phụ thuộc
vào ứng dụng của nó.
b. Độ deacetyl (DDA)
- Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan tỷ lệ thuận với DDA của chitosan [32,
26, 12]. Sự gia tăng DDA có nghĩa là số lượng các nhóm amin trên chitosan tăng
lên, kết quả là trong môi trường có tính axit làm gia tăng sự tương tác giữa chitosan và
các điện tích âm trên màng tế bào vi sinh vật [10]. Simpson và các cộng sự [5] báo cáo

rằng chitosan với DDA là 92,5% hiệu quả hơn so với chitosan có DDA 85%.
c. Độ pH
- Hoạt động kháng khuẩn của chitosa bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi pH [32, 34,
9, 3]. pH thấp hơn làm tăng hoạt tính kháng khuẩn được giải thích bởi nhiều lí do,
ngoài hiệu ứng ức chế vi sinh vật mục tiêu của các axit. Tsai và Su [4] kiểm tra hoạt
động kháng khuẩn của chitosan (DDA 98%) đối với E.coli giá trị pH khác nhau là
5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0. Các hoạt động kháng khuẩn tốt nhất quan sát được ở pH = 5,0
và chitosan có rất ít hoạt tính kháng khuẩn ở pH = 9,0. Các nhà nghiên cứu khác
[32, 1] kết luận rằng chitosan không có hoạt tính kháng khuẩn ở pH = 7,0 do nhóm
amin và độ hòa tan của chitosan ở pH này rất kém. Điều này cho thấy hoạt tính
kháng khuẩn còn phụ thuộc bản chất cation của chitosan.
d. Nhiệt độ
- Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của chitosan. Nhiệt
độ cao hơn 37oC làm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn của chitosan so với nhiệt độ
lạnh. Tuy nhiên, ảnh hưởng lớn nhất về hoạt động kháng khuẩn là môi trường xung
quanh. Tsai và Su [11] kiểm tra tác động của nhiệt độ đến hoạt động kháng E.coli
của chitosan. Huyền phù tế bào trong đệm phosphate (pH = 6) có chứa chitosan với
nồng độ 150ppm được nuôi ở 4, 15, 25, 37oC trong các khoảng thời gian khác nhau
và định lượng tế bào còn sống sót. Các hoạt tính kháng khuẩn được tìm thấy có tỷ lệ
thuận với nhiệt độ. Ở nhiệt độ 25 và 37oC, các tế bào E.coli đã hoàn toàn bị giết
chết trong vòng 1 giờ. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp hơn (4 và 15oC) số lượng E.coli


13

giảm trong vòng 5h đầu tiên và sau đó ổn định. Các tác giả kết luận rằng hoạt động
chống vi khuẩn giảm do tỷ lệ tương tác giữa chitosan và các tế bào ở nhiệt độ thấp hơn.
e. Cation và polyanion
- Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng các cation tạo phức hợp với chitosan và làm
giảm số nhóm amin dẫn đến giảm hiệu quả diệt khuẩn của chitosan.

2.1.4. Các ứng dụng của chitosan trong cuộc sống
Chitosan có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau:
Trong mỹ phẩm: Dùng làm phụ gia để tăng độ bám dính, tăng độ hòa hợp
sinh học với da, chống tia cực tím, làm mềm da, làm kem lột mặt…Trong công
nghiệp: Các kỹ nghệ làm giấy, chế biến gỗ, điện tử, mực in, phim ảnh: chitosan
dùng làm phụ gia để tăng cường chất lượng sản phẩm. Trong xử lý nước: Chitosan
dùng để xử lý nước thải công nghiệp (tạo phức với các kim loại nặng độc hại) để lọc
trong nước sạch tiêu dùng. Trong nông nghiệp: Chitosan chống lại các nấm và vi
khuẩn gây bệnh của môi trường xung quang, để bảo vệ thực vật, còn dùng làm chất
kích thích sinh trưởng cây tròng, thuốc chống bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa. Trong
công nghiệp thực phẩm: Để bảo quản đóng gói thức ăn, bảo quản thực phẩm, hoa
quả, rau tươi… Vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta đã tạo màng chitosan
trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây,
cà chua, quả vải, xoài, nho… dùng để lọc trong các loại nước ép quả, bia, rượu
vang, nước giải khát …[33]. Trong công nghệ sinh học: Dùng để cố định enzyme
và các tế bào vi sinh vật, làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc. Trong y tế:
Đây là ứng dụng quan trọng nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao của chitosan như
làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm (Tá dược độn, tá dược dính, tá dược
dẫn thuốc, màng bao phim, viên nang mềm, nang cứng…), làm chất mang sinh học
để gắn thuốc, tạo ra thuốc polyme tác dụng chậm kéo dài. Ngoài ra còn làm hoạt
chất chính để chữa bệnh như: thuốc điều trị liền vết thương, vết bỏng, vết mổ vô
trùng, thuốc bổ dưỡng cơ thể: hạ lipid và cholesterol máu, thuốc chữa đau dạ dày…
Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (US EPA) đã cho phép chitosan không
những được dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước
uống. Còn ngay từ năm 1983 Bộ Thuốc và Thực phẩm Mỹ (US FDA) đã chấp nhận
chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm [33].


14


2.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NANO BẠC
2.2.1. Lịch sử hình thành của công nghệ nano
Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ những năm 70 của
thế kỷ XX, chỉ việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và
hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét. Chúng có độ
chính xác rất cao 0,1 - 100nm, tức là chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử.
Tiền tố nano xuất hiện trong tài liệu khoa học lần đầu tiên vào năm 1908, khi
Lohman sử dụng nó để chỉ các sinh vật rất nhỏ với đường kính 200nm. Năm 1974,
Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano hàm ý sự liên kết các vật
liệu cho kỹ thuật chính xác trong tương lai. Hiện tại trong khoa học, tiền tố nano
biểu thị con số 10-9 tức kích thước 1 phần tỷ mét. Cho tới nay, vẫn chưa có được
một định nghĩa thống nhất về công nghệ nano. Theo cơ quan Hàng Không Vũ trụ
Hoa Kỳ (NASA), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu,
thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng (khoảng từ 1 đến 100nm) và
khai thác ứng dụng các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này. Công nghệ nano
cũng có thể hiểu là ngành công nghệ dựa trên các hiểu biết về các quy luật, hiện
tượng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng ở thang nano [4].
Có thể nói, trong thời điểm hiện tại, tiềm năng phát triển của một công nghệ
hay kỹ thuật mới rõ nhất qua nguồn ngân sách nghiên cứu hàng năm và doanh thu
đem lại từ các sản phẩm thương mại của nó. Được toàn thế giới nghiên cứu và đầu
tư phát triển, ngân sách đầu tư cho công nghệ nano của các tổ chức thuộc chính phủ
đã tăng khoảng 7 lần từ 430 triệu năm 1997 lên 3 tỉ USD năm 2003 [12,23].
2.2.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano dựa trên ba cơ sở khoa học chính [27]:
- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: Khác với vật liệu
khối, khi ở kích thước nano thì các tính chất lượng tử được thể hiện rất rõ ràng. Vì
vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các thăng giáng ngẫu nhiên.
Càng ở kích thước nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể hiện một cách rõ ràng
hơn. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các
mức năng lượng giống như một nguyên tử.

- Hiệu ứng bề mặt: Cùng một khối lượng nhưng khi ở kích thước nano chúng
có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với khi chúng ở dạng khối. Điều này, có ý


15

nghĩa rất quan trọng trong các ứng dụng của vật liệu nano có liên quan tới khả năng
tiếp xúc bề mặt của vật liệu, như trong các ứng dụng vật liệu nano làm chất diệt
khuẩn. Đây là một tính chất quan trọng làm nên sự khác biệt của vật liệu có kích
thước nanomet so với vật liệu ở dạng khối [4].
- Kích thước tới hạn: Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ
nguyên các tính chất về vật lý, hóa học khi ở dạng khối. Nếu kích thước vật liệu mà
nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Nếu ta giảm kích
thước của vật liệu đến kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của vùng ánh sáng thấy được
(400-700 nm), theo Mie hiện tượng "cộng hưởng plasmon bề mặt" xảy ra và ánh
sáng quan sát được sẽ thay đổi phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng xảy ra hiện tượng
cộng hưởng. Hay như tính dẫn điện của vật liệu khi tới kích thước tới hạn thì không
tuân theo định luật Ohm nữa. Mà lúc này điện trở của chúng sẽ tuân theo các quy
tắc lượng tử. Mỗi vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bạn thân
trong một vật liệu cũng có nhiều kích thước tới hạn ứng với các tính chất khác nhau
của chúng. Bởi vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất
sẽ nghiên cứu là gì. Chính nhờ những tính chất lý thú của vật liệu ở kích thước tới
hạn nên công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự chú ý đặc biệt
của các nhà nghiên cứu.
2.2.3. Giới thiệu về hạt nano bạc
2.2.3.1. Sơ lược về tính chất và đặc tính của bạc
Từ thời Alexander Đại Đế (năm 356-323 trước công nguyên), con người đã biết
sử dụng các dụng cụ bằng bạc để đựng thức ăn và đồ uống góp phần làm giảm nguy
cơ gây độc. Qua thời gian những đặc tính quý giá của bạc đã được con người khai
thác và sử dụng tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích.

Tính chất vật lý:
- Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính dẫn
điện và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại.
- Nhiệt độ nóng chảy là 961.930C
Tính chất hóa học:
- Bạc có ký hiệu là Ag, số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lượng phân tử là 107.868 (đơn vị C).


16

- Cấu hình electron [Kr]4d105s1 , có số oxi hóa là +1 và +2, phổ biến nhất là
trạng thái oxi hóa +1.
- Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là Ag-107(52%) và Ag109(48%). Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan
trong một số axit mạnh như axit nitric, sufuric đặc nóng .v.v.
Ngày nay, những thuộc tính quý của kim loại này được thể hiện tối đa khi
chúng được chế tạo bằng công nghệ nano. Và trên thị trường cũng đã xuất hiện
nhiều sản phẩm chứa nano bạc như băng gạc y tế, nước tẩy trùng bề mặt, hay hiện
diện ngay trong gia đình bạn như tủ lạnh, máy gặt…
2.2.3.2. Hạt nano bạc
Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện
tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật
liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn [34].
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này
tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với
các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.
2.2.3.4. Tính chất lý học của hạt nano bạc
a. Tính chất quang
• Phổ hấp thụ của hạt nano bạc:
Phổ hấp thụ của hạt nano bạc nằm trong khoảng từ 400 - 460 nm[29]. Phổ

hấp thụ của hạt nano bạc phụ thuộc vào kích thước của hạt nano bạc. Khi kích thước
hạt tăng thì cường độ đỉnh tăng và dịch về phía bước sóng dài. Kích thước hạt nano
bạc phụ thuộc vào các yếu tố trong quá trình chế tạo hạt nano bạc.
Với cùng một điều kiện, phương pháp chế tạo khác nhau thì đỉnh hấp thụ
của hạt nano bạc cũng khác nhau.
Với cùng một phương pháp, khi thay đổi điều kiện phản ứng như nồng độ
chất tham gia phản ứng, tỉ lệ chất bao phủ, thời gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng
thì phổ hấp thụ cũng có sự thay đổi.
• Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt:
Tính chất quang học của hạt nano bạc trong thủy tinh làm cho các sản phẩm
từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng
cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) là hiện tượng khi hạt ở


17

kích thước nano, các điện tử tự do trong hạt nano bạc tương tác với trường điện từ
ngoài dẫn đến sự hình thành các dao động đồng pha với một tần số cộng hưởng nhất
định. Các hạt nano bạc sẽ hấp thụ mạnh photon tới ở đúng tần số cộng hưởng này.

Hình 2.4: Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hạt hình cầu
Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới tác
dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao động bị
dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể
trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước.
Nhưng khi kích thước của hạt nano bạc nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì
hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng
kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano bạc có được do sự dao động tập thể
của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao
động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano bạc làm cho hạt nano bạc bị

phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng
hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt
nano bạc và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất.
Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM_transmission electron
microcope) để quan sát hình dạng và kích thước hạt nano bạc và sử dụng thiết bị đo
phổ hấp thụ UV-VIS để quan sát hiệu ứng cộng hưởng plasmon của hạt nano bạc.
Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật
độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến
ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.
b. Tính chất điện
Bạc là một kim loại dẫn điện tốt nhất trong các kim loại. Bạc có mật độ điện
tử tự do cao nên điện trở của bạc rất nhỏ.