ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TẠO BẠC NANO THEO PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC BẰNG Fusarium oxysporum CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CƠ QUAN CHỦ QUẢN CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) (Ký tên/đóng dấu xác nhận) , 07/2014 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU ỉnh sửa của Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TẠO BẠC NANO THEO PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC BẰNG Fusarium oxysporum CHỦ 1 2 07/2014 i Các phƣơng pháp tổng hợp và giữ ổn định hạt kim loại nano đang đƣợc công nghệ nano quan tâm nghiên cứu, đặc biệt là các phƣơng pháp tổng hợp “xanh”, thân thiện với môi trƣờng. Bằng sự phối hợp giữa 2 lĩnh vực công nghệ sinh học và công nghệ nano, các tế bào sinh vật có thể đƣợc sử dụng để sinh tổng hợp các hạt nano thông qua quá trình chuyển hóa sinh học.Trong khoảng 1 thập kỷ qua, quá trình tổng hợp nano kim loại ngoại bào hoặc nội bào của vi nấm và vi khuẩn đƣợc phát hiện và đang tiếp tụcđƣợc nghiên cứu. Fusariumoxysporum là loài vi nấm với lợi thế sinh tổng hợp ngoại bào và hiệu suất tạo sinh khối cao, đã đƣợc quan tâm nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp bạc nano từ rất sớm.Tuy nhiên, quá trình tổng hợp bac nano bằng phƣơng pháp sinh học gặp nhiều trở ngại, tiêu biểu là thời gian tạo sản phẩm kéo dài và nồng độ bạc nano chƣa cao. Chúng tôi đã thử nghiệm phƣơng pháp sinh tổng hợp bạc nano bằng chủng F. oxysporum dựa trên phƣơng pháp nuôi cấy bề mặt và qua đó rút ngắn đƣợc thời gian và công sức thu bạc nano. INTRODUCTION Research in nanotechnology mostly deals with the synthesis and stabilization of various nanoparticles by physical and chemical processes. Currently, there is a growing need to develop an eco-friendly process for nanoparticle synthesis and hence the focus turned towards “green” chemistry and bioprocesses. As a result, researchers in the field of nanoparticles synthesis and assembly have turned to biological systems for inspiration. This is not surprising given that many organisms, both unicellular and multicellular, are known to produce inorganic materials either intracellularly or extracellularly.In recent decade, the extracellular or intracellular biosynthesis of metal nanoparticles in fungi and bacteria have been explored and are being investigated. Fusariumoxysporum, a fungus with the advantage of extracellular biosynthesis and high-efficiency biomass, is attracting studying the biosynthesis of silver nanoparticles.However, the biosynthesis of silver nanoparticles is impeded because of the time-consuming process and the low concentration of silver nanoparticles. We investigated the new method of biosynthesis silver nanoparticles by culturing F. oxysporum on agar surface and hence shortened the time and effort collecting. ii MỤC LỤC i 1 DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT v DANH SÁCH BẢNG vi DANH SÁCH HÌNH vii DANH SÁCH ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ viii Phần mở đầu 1 Thông tin đề tài 0 Mục tiêu 0 Nội dung 0 Sản phẩm của đề tài 1 1 Tổng quan tài liệu Error! Bookmark not defined. 1.1 Lịch sử ứng dụng tính kháng khuẩn của hạt bạc 4 1.2 Tính chất hạt kim loại nano 5 1.2.1 Hiệu ứng bề mặt 6 1.2.2 Hiệu ứng kích thƣớc 7 1.2.3 Tính chất quang 8 1.2.4 Tính chất điện 9 1.2.5 Tính chất từ 9 1.2.6 Tính chất nhiệt 9 1.2.7 Tính kháng khuẩn của hạt bạc nano 10 1.3 Các ứng dụng của bạc nano 11 1.3.1 Trong công nghiệp điện máy 11 iii 1.3.2 Trong y dƣợc 12 1.3.3 Trong nông nghiệp 13 1.3.4 Trong các sản phẩm gia dụng 15 1.3.5 Trong công nghệ xử lý nƣớc 16 1.3.6 Trong xúc tác 16 1.4 Phƣơng pháp tạo bạc nano 17 1.4.1 Phƣơng pháp khử hóa học 17 1.4.2 Phƣơng pháp vật lý 18 1.4.3 Phƣơng pháp polyol hỗ trợ bởi nhiệt vi sóng (hóa-lý kết hợp) . 19 1.4.4 Phƣơng pháp sinh học 20 1.5 Sơ lƣợc về F. oxysporum 24 1.5.1 Phân loại học 24 1.5.2 Đặc điểm sinh lý, sinh dƣỡng 24 1.5.3 Cơ chế sinh tổng hợp 25 1.6 Phƣơng pháp xác định tính chất và kích thƣớc hạt bạc nano 27 1.6.1 Phƣơng pháp quét phổ – UV-Vis 27 1.6.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua 27 1.6.3 Kính hiển vi điện tử quét 28 2 Nội dung nghiên cứu 30 2.1 Thu nhận sinh khối F. oxysporum 30 2.1.1 Hoạt hóa, làm thuần giống 30 2.1.2 Khảo sát hình thái F. oxysporum 31 2.1.3 Nuôi cấy lỏng và thu sinh khối 31 2.2 Khảo sát các phƣơng pháp sinh tổng hợp bạc nano 31 2.2.1 Phƣơng pháp tổng hợp bạc nano trên môi trƣờng lỏng 31 iv 2.2.2 Phƣơng pháp tổng hợp bạc nano trên bề mặtagar 32 2.3 Nghiên cứu phƣơng pháp sinh tổng hợp môi trƣờng rắn 33 2.3.1 Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng 33 2.3.2 Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO 3 33 2.3.3 Khả năng ổn định của dung dịch bạc nano 34 2.3.4 Hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch bạc nano 34 2.4 Mô hình máng nghiêng sinh tổng hợp bạc nano 36 2.4.1 Cấu tạo và hoạt động 36 2.4.2 37 3 Kết quả - Thảo luận 39 3.1 Quan sát hình thái F. oxysporum 39 3.2 Các phƣơng pháp sinh tổng hợp bạc nano khác nhau 41 3.3 Nghiên cứu phƣơng pháp sinh tổng hợp môi trƣờng rắn 44 3.3.1 Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng 44 3.3.2 Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch AgNO 3 45 3.3.3 Khả năng ổn định của dung dịch bạc nano 47 3.3.4 Hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch bạc nano 49 3.4 Mô hình máng nghiêng sinh tổng hợp bạc nano 51 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 53 4 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 54 4.1 Kết luận 54 4.2 Đề nghị 55 PHỤ LỤC i TÀI LIỆU THAM KHẢO vii v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT AOAC Association of Official Analytical Chemists CFU Colony Form Unit EDTA Ethylen Diamine Tetra Acetic Acid Tetra Sodium Salt EPA Environmental Protection Agency FCC Fluid Catalytic Cracking FDA Food and Drug Administration FITI Testing and Research Institute NADH Nicotinamide Adenine Dinucleotide NADPH Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate PVA Poly Vinyl Alcohol PVP Poly Vinyl Pyrrolidone SEM Scanning Electron Microscopy SIAA Singapore Industrial Automation Association TEM Transmission Electron Microscopy UV-Vis Ultraviolet-Visible vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu 7 Bảng 1.2 Độ dài đặc trƣng một số tính chất của vật liệu 8 Bảng 2.1 Các dung dịch bạc nano thử nghiệm kháng khuẩn với các hàm lƣợng bạc khác nhau 35 Bảng 3.1 Bảng đỉnh hấp thu và cƣờng độ hấp thu của dung dịch bạc nano đƣợc sinh tổng hợp trên môi trƣờng Malt-Yeast với các phƣơng pháp khác nhau 42 Bảng 3.2 Bảng đỉnh hấp thu và cƣờng độ hấp thu của dung dịch bạc nano đƣợc sinh tổng hợp với các nồng độ dung dịch AgNO 3 khác nhau 45 Bảng 3.3 Hiệu suất kháng khuẩn của các dung dịch bạc nano 49 Bảng 3.4 Đánh giá phƣơng pháp sinh tổng hợp nuôi trong chai và máng nghiêng 52 vii DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Các hạt bạc nano với kích thƣớc khác nhau [4] 5 Hình 1.2 Quá trình co nguyên sinh kích thích bởi bạc nano 0,1 ppm trong 1 giờ ở Escherichia coli qua ảnh chụp TEM bên phải, ảnh trái là đối chứng [22] 10 Hình 1.3 Các sản phẩm điện máy ứng dụng công nghệ bạc nano [27] 12 Hình 1.4 Băng gạc y tế có tẩm bạc nano [24] 13 Hình 1.5 Thuốc trừ sâu MIFUM 0,6 DD [26] 14 Hình 1.6 Bình sữa Mummybear có tráng lớp bạc nano [30] 15 Hình 1.7 Thiết bị xử lý nƣớc uống nhiễm khuẩn với cột lọc PU@Ag Polyurethan xốp tẩm bạc nano 16 Hình 1.8 Hình TEM và sự phân bố kích thƣớc hạt bạc nano đƣợc chế tạo bằng xung laser ở 120 fs và 8 ns [1] 19 Hình 1.9 Tinh thể bạc nano trong vi khuẩn Pseudomonas stutzeri AG259 22 Hình 1.10 Cơ chế tổng hợp bạc nano ở vi khuẩn B.licheniformis [16] 23 Hình 1.11 Sợi nấm F. oxysporum trên môi trƣờng agar [31] 24 Hình 1.12 Hình thái sợi đa bào, bào tử hình liềm và bào tử hình cầu của nấm F.oxysporum 25 Hình 1.13 Giả thuyết về cơ chế quá trình sinh tổng hợp bạc nano ở F. oxysporum] 26 Hình 2.1 Mô hình hoạt động của hệ thống máng nghiêng 36 Hình 3.1 Hình thái khuẩn lạc F. oxysporum nuôi trên môi trƣờng rắn Malt-Yeast (A) và hình từ Internet (B) [31] 39 Hình 3.2 Hình thái F. oxysporum dƣới kính hiển vi 40 Hình 3.3 Dung dịch AgNO 3 các phƣơng pháp sinh tổng hợp bạc nano khác nhau 41 Hình 3.4 Ảnh TEM của hạt bạc nano đƣợc sinh tổng hợp với AgNO 3 8mM và đồ thị sự phân bố hạt bạc nano 47 Hình 3.5Mô hình sinh tổng hợp bạc nano trên môi trƣờng agar dạng máng nghiêng sau khi lắp ráp (A) và phủ agar (B), trải nấm F. oxysporum lên bề mặt và cho AgNO 3 chảy qua (C) 51 viii DANH SÁCH ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ Đồ thị 1.1 Phổ UV-Vis của phƣơng pháp gia nhiệt bằng lò vi sóng và phƣơng pháp gia nhiệt thông thƣờng 20 Đồ thị 3.1 Phổ UV-Vis của dung dịch bạc nano với các phƣơng pháp sinh tổng hợp khác nhau 42 Đồ thị 3.2 Phổ UV-Vis của dung dịch thu đƣợc theo thời gian phản ứng 44 Đồ thị 3.3 Phổ UV-Vis của dung dịch bạc nano với các nồng độ AgNO 3 khác nhau . 45 Đồ thị 3.4 Phổ UV-Vis để kiểm tra khả năng ổn định của dung dịch bạc nano 48 Đồ thị 3.5 Đồ thị biểu diễn hiệu suất kháng khuẩn theo hàm lƣợng Ag 50 Đồ thị 3.6 Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc sinh tổng hợp trên hệ thống máng nghiêng theo thời gian lƣu 52 [...]... dịch bạc nano 1 Yêu cầu khoa học, kinh tế Kích thƣớc trung bình 50nm, kháng 90% E.coli, S.aureus, hàm lƣợng >=40ppm Quy trình tạo bạc nano Trình bày chi tiết từ khâu nuôi cấy đến thu hoạch theo phƣơng pháp sinh học 2 dung dịch bạc nano bằng F oxysporum Báo cáo Nghiệm thu đề tài 3 Hoàn thành mục tiêu đăng ký  Nghiên cứu sinh tổng - Kỷ yếu Hội Nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc hợp bạc nano bằng Khu... Đại học Copenhaghen - Đan Mạch đã nghiên cứu nano sinh học, đƣợc gọi là “nanobiotic”, đặc biệt là những nghiên cứu về bạc nano (Nanobiotic Silver) ứng dụng trong ngành chăn nuôi gia cầm Những nghiên cứu này là công trình hợp tác của Đại học Copenhaghen với Đại học Warsaw từ năm 2007 Công nghệ nano đã tạo ra đƣợc những hạt bạc có kích thƣớc nano (Nanobiotic-Ag) không những có tính tƣơng hợp sinh học, ... tài:NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TẠO BẠC NANO THEO PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC BẰNG F oxysporum Chủ nhiệm đề tài/dự án: NGUYỄN HOÀNG NGỌC PHƢƠNG Cơ quan chủ trì: Trung tâm Phát triển Khoa học và Công nghệ Trẻ Thời gian thực hiện: 11/2010 – 11/2011 Kinh phí đƣợc duyệt: 80 triệu đồng Kinh phí đã cấp: 72 triệu đồng theo: 225 HĐ-SKHCN ngày 02/02/2010 Hợp đồng số - y 30/12/2010 Mục tiêu Quy trình tạo bạc nano theo. .. phƣơng pháp dùng sản xuất trong công nghiệp hiện nay chủ yếu là phƣơng pháp hóa học, vật lý, hoặc hóa-lý kết hợp 1.4.1 Phƣơng pháp khử hóa học Trong phƣơng pháp này, sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion bạc tạo thành bạc kim loại và sau đó chúng kết tụ lại tạo các hạt bạc kim loại nano Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp khử hóa học đƣợc trình bày một cách tổng quát trong quá trình hình thành dung dịch bạc. .. điều chế hạt bạc nano bằng phƣơng pháp hóa học cần lựa chọn thật kỹ lƣỡng hóa chất sử dụng 1.4.2 Phƣơng pháp vật lý Đây là phƣơng pháp sử dụng các tác nhân vật lý nhƣ điện tử, sóng điện từ nhƣ tia UV, gamma, tia laser để khử ion bạc tạo thành hạt bạc nano Sơ đồ thể hiện qui trình tạo ra hạt bạc nano bằng phƣơng pháp vật lý: ħ٧ Ag + → Ag 0 Dƣới tác dụng của các tác nhân vật lý, có nhiều quá trình biến... vi sóng chúng ta có thể tạo ra hạt bạc nano có kích thƣớc khoảng 10nm[2] Đồ thị1.1Phổ UV-Vis của phương pháp gia nhiệt bằng lò vi sóng và phương pháp gia nhiệt thông thường 1.4.4 Phƣơng pháp sinh học Để tổng hợp các hạt nano kim loại với hình dạng và kích thƣớc mong muốn, các phƣơng pháp vật lý và hóa học đã đƣợc xây dựng Mặc dù các phƣơng pháp trên đã sản xuất thành công hạt nano, nhƣng chúng vẫn còn... phƣơng pháp có trƣớc  Dựa trên phƣơng pháp cải tiến (C): - Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng, nồng độ Ag+ lên quá trình sinh tổng hợp - Xác định kích thƣớc và nồng độ của bạc nano sinh tổng hợp - Kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch bạc nano sinh tổng hợp - Xây dựng mô hình sản xuất dung dịch bạc nano bán liên tục quy mô phòng thí nghiệm Sản phẩm của đề tài TT Tên sản phẩm Mẫu dung dịch bạc. .. theo phƣơng pháp sinh học bằng F oxysporum đáp ứng mục tiêu: hạt bạc nano kích thƣớc trung bình nồng độ 50nm, kháng 90% E.coli và S.aureus, 40ppm Nội dung  Thực hiện sinh tổng hợp bạc nanobằng 3 cách: (A) khử Ag cho tiếp xúc trực tiếp với sinh khối F oxysporum; (B) gián tiếp thông qua các chất vận chuyển electron ngoại bào do F oxysporum tiết ra môi trƣờng nuôi; (C) sử dụng phƣơng pháp sinh tổng hợp... của hạt bạc nano tạo ra bằng phƣơng pháp laser phụ thuộc vào chiều dài bƣớc sóng và cƣờng độ của laser [4] Phƣơng pháp vật lý có nhiều ƣu điểm nhƣ: đơn giản hơn phƣơng pháp hóa học, tuy nhiên để tạo tác nhân vật lý cần thiết bị hiện đại và mắc tiền 18 Chương 1: Tổng quan tài liệu Hình 1.8Hình TEM và sự phân bố kích thước hạt bạc nano được chế tạo bằng xung laser ở 120 fs và 8 ns [1] 1.4.3 Phƣơng pháp. .. có tẩm bạc nano [24] Trong một nghiên cứu của Honori et.al (64), sử dụng bạc nano cho thấy tỉ lệ lây nhiễm ngẫu nhiênlà 0% so với 5,2% trong việc sử dụng của sulfadiazine bạc trên những bệnh nhân bỏng Một nghiên cứu khác trên bề mặt vết bỏng, việc sử dụng nano bạc cho thấy giảm 50% trong các nhiễm trùng tại chỗ so với gạc xeroform, một phƣơng pháp điều trị phổ biến cho bỏng bề mặt Một nghiên cứu ở những . HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TẠO BẠC NANO THEO PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC BẰNG Fusarium oxysporum. TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU ỉnh sửa của Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TẠO BẠC NANO THEO PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC BẰNG Fusarium oxysporum. phƣơng pháp sinh tổng hợp bạc nano 31 2.2.1 Phƣơng pháp tổng hợp bạc nano trên môi trƣờng lỏng 31 iv 2.2.2 Phƣơng pháp tổng hợp bạc nano trên bề mặtagar 32 2.3 Nghiên cứu phƣơng pháp sinh