Vật liệu nano là đối tượng nghiên cứu chung của khoa học nano và công
nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực này với nhau. Vật liệu nano có kích thước
trong khoảng từ một vài đến vài trăm nano mét, tùy thuộc vào bản chất vật liệu
và tính chất cần nghiên cứu. Ở kích thước nano mét vật liệu nano đạt tới kích
thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu truyền thống.
2.1.2 Quá trình phát triển của công nghệ nano trên thế giới và tại Việt Nam:
2.1.2.1 Trên thế giới:
Công nghệ nano là ngành công nghệ mới nhưng tiềm năng ứng dụng của
nó là rất lớn, nó có khả năng làm thay đổi toàn diện bộ mặt cuộc sống của chúng
ta. Chính vì vậy, ngay từ khi ra đời nó nhận được sự ủng hộ rất nhiệt tình của
toàn thế giới. Hầu hết các quốc gia và các khu vực kinh tế trên thế giới đã và
đang không ngừng chi ra những khoản tài chính khổng lồ để có thể đạt được
những mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng nền công nghệ mới mẻ này. Cùng với
công nghệ thông tin và công nghệ sinh học, công nghệ nano sẽ là công nghệ của
thế kỷ 21, nó được xem là đòn bẩy để thay đổi nền kinh tế thế giới.
Hình 1. Bản đồ phân bố công nghệ nano trên thế giới
http://www.nanonet.go.jp/english/mapinfo/flmap/nanomap.html )
5
Đi tiên phong trong phong trào đầu tư cho công nghệ nano là Mỹ.
Bằng việc đầu tư một lượng lớn tài chính để xây dựng những trung tâm và
phòng thí nghiệm, viện nghiên cứu đào tạo về công nghệ nano, ngay từ
những ngày đầu Mỹ đã thu được nhiều thành quả từ ngành công nghệ này.
Liên minh châu Âu với tiềm lực kinh tế to lớn của mình cũng đã tiếp
theo Mỹ đầu tư cho sự phát triển ngành công nghệ nano. Tại châu Á, một
loạt các quốc gia cũng đang tham gia đầu tư vào công nghệ này, trong đó
Nhật Bản, Trung Quốc là các quốc gia dẫn đầu. Trong khi đó các quốc gia
như Hàn Quốc, Ấn Độ, Đài Loan cũng đang không ngừng đầu tư và phát
triển công nghệ nano trên đất nước mình.
Hình 2. Tổng số vốn đầu tư vào công nghệ nano tại một số quốc gia trên
thế giới năm 2003 (Theo vietsicience)
6
Bảng 1: Ước tính đầu tư vào nghiên cứu và phát triển (R&D) công nghệ
nano giai đoạn 1997 - 2005 của các Chính phủ
(triệu USD)(Theo vietsicence)
Khu vực 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
EU 126 151 179 200 225 400 650 950 1050
Nhật Bản 120 135 157 245 465 720 800 900 950
Mỹ 116 190 255 270 465 697 862 989 1081
Những nước khác 70 83 96 110 380 550 800 900 1000
Tổng 432 559 687 825 1535 2350 3100 3700 4100
Tỷ lệ % so với năm 1997 100 129 159 191 355 547 720 866 945
Nhìn vào bảng tổng kết trên ta thấy rằng số vốn đầu tử cho công nghệ
nano trên thế giới không ngừng tăng lên với tốc độ rất cao.
2.1.2.2 Tại Việt Nam:
Tiềm năng của công nghệ nano là rất lớn, vì vậy cũng như hầu hết các
nước trên thế giới thì Việt Nam coi đây là một trong những lĩnh vực cần đầu
tư và phát triển. Hiện nay, nước ta đã có một số phòng thí nghiệm nghiên
cứu về khoa học, công nghệ Nano như : Viện Vật lý và Ðiện tử, Viện Khoa
học Vật liệu, Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Ðào tạo
quốc tế về khoa học vật liệu, Viện Vật lý kỹ thuật và một số trường như
Ðại học Bách khoa Hà Nội, Ðại học Khoa học Tự nhiên, Ðại học Quốc gia
Hà Nội, Ðại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Ðại học Khoa học Huế Sản
phẩm ống than nano lỏng, bằng sáng chế thuộc về tiến sĩ Nguyễn Chánh Khê
đã giúp Việt Nam ghi tên mình lên bản đồ công nghệ nano thế giới. Con số
các nhà máy có sản phẩm ứng dụng công nghệ nano đang không ngừng tăng
lên. Có thể nói, tuy là hơi muộn nhưng Việt Nam đã bắt kịp sự phát triển của
công nghệ nano và đây là lĩnh vực hứa hẹn sẽ đem lại nhiều thay đổi lớn cho
nền kinh tế đất nước.
2.1.3. Các ứng dụng của công nghệ nano
7
Tuy mới ra đời chưa lâu, khoảng từ năm 1981 đến nay, nhưng công
nghệ nano đã không ngừng phát triển, các sản phẩm ứng dụng công nghệ
nano có mặt trên tất cả mọi lĩnh vực đánh dấu sự phát triển vượt bậc của nó.
Chúng ta có thể tổng kết được một số lĩnh vực mà công nghệ nano đang có
nhiều ứng dụng cũng như là tiềm năng của nó như sau:
- Điện tử và cơ khí: Máy tính và bóng đèn nano
Rất nhiều hãng máy tính lớn trên thế giới đang nghiên cứu chế tạo ra
các linh kiện máy tính nano. Những máy tính này có các linh kiện được thiết
kế thông qua việc xắp xếp các nguyên tử mới có khả nằng lưu giữ và xử lý
thông tin lớn gấp rất nhiều lần so với các máy tính hiên nay. Trên thị trường
hiện này đã xuất hiện những con chíp máy tính được thiết kế ở mức độ này.
Ngoài ra, những sản phẩm liên quan đến điện tử như máy nghe nhạc ipod,
điện thoại di động ứng dụng công nghệ nano cũng đã được tung ra thị
trường như là một cơn sốt công nghệ.
Các bóng đèn, các bảng hiển thị thông tin, các loại màn hình máy tính
có sợi tóc là ống nano carbon ngày càng có mặt nhiều trên thị trường.
Trong lĩnh vực cơ khí thì công nghệ nano hiện nay đã xâm nhập và
phát triển nhiều nhất trong nghành công nghiệp ô tô. Những sản phẩm như
gương kính ô tô, sơn phủ… tất cả đang tạo ra một cuộc chạy đua công nghệ.
- Y dược:
Chẩn đoán ung thư và các bệnh truyền nhiễm: Các thiết bị chẩn đoán
bệnh điển hình như kính hiển vi lực nguyên tử, các chíp điện tử ứng dụng
công nghệ nano đã được đưa vào sử dụng. Bằng các thiết bị này các bác sỹ
có thể chẩn đoán chính xác bệnh sớm nhất, đây có thể coi là một bước đột
phá của y học hiện đại. Ngoài ra người ta cũng đang nghiên cứu và đưa vào
thử nghiệm các robot nano có khả năng mang thuốc đến mô bệnh để tiêu diệt
căn bệnh một cách triệt để.
- Năng lượng: Pin nano và nguồn năng lượng sạch
8
Năng lượng là một vấn đề toàn cầu, nó càng trở nên bức xúc khi nhu
cầu sử dụng của con người ngày càng tăng trong khi các nguồn năng lượng
truyền thống ngày càng cạn kiệt.Công nghệ nano ra đời đang góp phần giải
quyết vấn đề toàn cầu này. Nhờ công nghệ này chúng ta có thể tạo ra các
loại pin với năng lượng cao, thời gian sử dụng dài nó đang là chìa khóa cho
vấn đề năng lượng.Những loại pin này có khả năng quang hợp nhân tạo do
đó tao ra được một nguồn năng lượng sạch. Ngoài ra các ứng dụng nano với
kích thước nhỏ gọn nên sự tiêu hao năng lượng ít cũng góp phần tiết kiệm
được năng lượng cho chúng ta. Hơn nữa với các màng mỏng bằng công nghệ
nano sẽ hấp thụ được nhiều năng lượng mặt trời hơn so với các loại pin
quang điện hiện nay, do đó nó có thể khởi động cho cuộc cách mạng sử dụng
năng lượng mặt trời hiện nay.
- Môi trường: Màng lọc nước thải
Người ta đã chế tạo được những màng lọc nước thải thông minh có
khả năng lọc các phần tử rất nhỏ có trong nước thải. Công nghệ này hiện
đang được áp dụng rất phổ biến tại Pháp. Ngoài ra các thiết bị lọc nước nano
cũng đã được chế tạo với nhiều tính năng lọc mà các máy lọc truyền thống
không có được.
- Quốc phòng
Các cuộc chạy đua vũ trang luôn diễn ra trên thế giới. Các nước lớn
như Nga, Mỹ không ngừng áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật vào việc
sản xuất các loại vũ khí, trang thiết bị dùng cho quân đội. Công nghệ nano
cũng không phải ngoại lệ của xu thế đó.Bằng công nghệ nano người ta có
thể chế tạo ra các đội quân vô hình, các robot siêu nhỏ có khả năng tiêu diệt
đối phương một cách chớp nhoáng.
9
2.2 HIỂU BIẾT VỀ NANO BẠC
2.2.1.Khái niệm
Hạt nano kim loại đã trở thành một mảng quan trọng trong hóa học,
vật lí, công nghệ sinh học hiện đại. Việc chế tạo, ứng dụng hạt nano bạc đã
thu hút nhiều sự quan tâm của khoa học và công nghệ thế giới. Nano bạc
(nanosilver) trở thành một mảng vô cùng hấp dẫn trong công nghệ nano .
Từ hàng ngàn năm nay, người dân trên toàn thế giới đã sủ dụng bạc
như một tác nhân để giết hoặc chống lại vi khuẩn.Minh chứng cho điều này
là việc sử dụng các dụng cụ y học, dụng cụ bảo quản thực phẩm bằng bạc
của đế quốc Hi Lạp và La Mã cổ đại. Bạc đã được công nhận và sử dụng
như một chất sát khuẩn từ khoảng hơn 100 năm nay .
Nano bạc nói đến khả năng hoạt động ở cấp độ phân tử, nhõm nguyên
tử sử dụng các hạt nano bạc (các hạt bạc có kích thước nanomet), để đạt
được hiệu quả kháng khuẩn vượt trội của bạc.
Ở dạng cấu trúc hạt nano bạc được xem là an toàn và là tác nhân sinh
học chống lại và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn. Mối hạt nano bạc có kích thước
từ 1-100 nm, chúng bao gồm một tập hợp nhất định các nguyên tử bạc, số
lượng tùy thuộc vào kích thước của hạt nano.Mỗi hạt nano bạc có kích thước
9 nm có chứa khoảng 2400 nguyên tử bạc. Các hạt nano bạc có thể được
hoặc không được tích điện trên bề mặt của nó và có thể giải phóng ra các ion
bạc. Một số tài liệu đã chứng minh rằng khả năng diệt khuẩn của bạc có liên
quan trực tiếp đến số lượng ion bạc được giải phóng.
2.2.2. Các ứng dụng của nano bạc
Nano bạc hiện nay được áp dụng trong rất nhiều các lĩnh vực.
Hầu như tất cả các ứng dụng này đều liên quan đến tính chất kháng
khuẩn của kim loại bạc. Ở kích thước nano hiệu quả diệt khuẩn của bạc
tăng lên nên đây là một ưu thế lớn của các hạt nano bạc so với các sản
phẩm sát khuẩn khác.
10
- Trong lĩnh vực hàng tiêu dùng: Các sản phẩm như tủ lạnh, máy điều
hòa, đồ dùng trẻ em, quần áo…với nhiều nhãn mác khác nhau nhưng đều
được quảng cáo khả năng diệt khuẩn đang được bầy bán trên thị trường với
số lượng rất lớn.
- Trong y học: Bạc được sử dụng trong y tế từ rất lâu trong lịch sử
nhân loại. Ngay tử thời xa xưa, Hipocrat đã công nhận bạc có tính chất ngăn
chặn được một số bếnh cho con người. Bạc được sử dụng như một kháng
sinh tự nhiên dưới dạng muối bạc nitrat trước khi con người phát minh ra
các kháng sinh như hiện nay.
Do bạc có tính sát khuẩn tự nhiên đặc biệt khi sử dụng như một chất
sát khuẩn thì bạc không có tác dụng phụ khi nó không tác dụng với các
enzyme hay các vi khuẩn có lợi, chính vì đặc điểm này mà nano bạc
được sử dụng rất nhiều trong y học. Các sản phẩm như bột bạc kháng
khuẩn, khẩu trang ngừa cúm hay một loạt các sản phẩm vô trùng tuyệt
đối khi được phủ lên bề mặt lớp hạt nano bạc như bông gạc vệ sinh, dao
kéo phẫu thuật, tất cả những sản phẩm này hiện đang rất phổ biền ở các
bệnh viện lớn trên thế giới.
2.3 HIỂU BIẾT VỀ BÌNH SỮA NANO BẠC
2.3.1.Giới thiệu về bình sữa
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại bình sữa khác nhau dành cho
trẻ em. Công dụng chung của nhưng bình này là dùng để pha các loại sữa
cho trẻ em bú bình. Do người dùng là trẻ em, là đối tượng mà hệ miễn dịch
chưa hoàn thiện mẫn cảm với các loại vi khuẩn gây bệnh thông thường đặc
biệt là các vi khuẩn đường ruột. Theo kết quả điểu tra thì hàng năm Việt
Nam có một lượng lớn trẻ em nhập viện do các bệnh tiêu chảy, mà nguyên
nhân trực tiếp là do sự nhiễm khuẩn từ dụng cụ vào trong thực phẩm. Để hạn
chế các bệnh đường ruột từ việc sử dụng các sản phẩm từ sữa thì bình sữa
tiệt trùng đóng vai trò rất quan trọng. Bình sữa nano ra đời nhằm cung cấp
11
cho các bà mẹ sản phẩm có khả năng tiệt trùng cao giúp các bà mẹ tốn ít
công vệ sinh mà vẫn đảm bảo vô trùng.
2.3.2. Cơ chế kháng khuẩn của bình sữa nano bạc
Hiệu quả kháng khuẩn của bình sữa đạt được là do 2 tác dụng: Tác
dụng ngay trên bề mặt của các hạt nano được gắn trên bề mặt trong của bình
sữa. Tác dụng thứ 2 có được do các ion bạc được giải phóng trong môi
trường có nước.
Cơ chế kháng khuẩn của hạt nano :
Cơ chế gây ức chế sinh trưởng của các hạt nano đối với các vi sinh vật
chưa được hiểu rõ. Một khả năng có thể xảy ra đó là sự ức chế sinh trưởng
của vi khuẩn có liên quan đến sự hình thành các điện tử tự do trên bề mặt
của bạc. Các điện tử tự do được sinh ra một cách không kiểm soát có thể tấn
công các phân tử lipid màng và dẫn tới sự phá hủy các chức năng của màng
tế bào.
Tác dụng của hạt nano đối với vi khuẩn E.coli:
Các vi khuẩn có cấu trúc màng khác nhau, đó là cơ sở để phân ra hai
nhóm vi khuẩn gram (-) và (+). Sự khác nhau về cấu trúc nằm trong sự tổ
chức các nhóm peptidoglycan (là các trùng hợp chứa các acidamin và các
nhóm đường nằm bên ngoài màng sinh chất và tạo nên cấu tạo thành tế bào),
là yếu tố quan trọng tạo nên cấu trúc màng tế bào. Các vi khuẩn gram (-)
chứa một lớp peptidoglycan mỏng (2-3nm), chiếm 5-20% khối lượng khô
của thành tế bào, nằm giữa màng tế bào chất và thành tế bào bên ngoài. Lớp
màng ngoài của tế bào vi khuẩn E.coli được tạo nên chủ yếu từ tập hợp các
phân tử Lipopolysaccharride (LPS) xếp sát lại với nhau, tạo ra một lớp màng
có hiệu quả thấm.
12
Nguồn:http://vietsciences.fr
ee.fr/khaocuu/nguyenlandung/cautructebaovk.htm .
Tổng điện tích tế bào vi khuẩn ở giá trị pH sinh học là âm do sự thừa
các nhóm carboxylic, chúng phân ly tạo ra bề mắt tích điện âm của tế bào.
Sự trái ngược về điện tích làm cho vi khuẩn và các hạt nano dính chặt vào
nhau và có tác dụng sinh học do có lực hút tĩnh điện. Điều này phù hợp với
trạng thái gắn chặt của các hạt nano với tế bào vi khuẩn phụ thuộc vào diện
tích bề mặt có hiệu lực tác dụng. Hạt nano bạc có diện tích bề mặt có hiệu
quả phản ứng lớn nên nó tăng hiệu quả kháng khuẩn so với các hạt có kích
cỡ lớn hơn, vì vậy mà chúng tác dụng độc với các vi sinh vật. Mặt khác do tế
bào vi khuẩn gram (+) có lớp peptidolycan dày hơn ở tế bào vi khuẩn
gram(-) nên nó cho phép các hạt bạc xâm nhập ít hơn, theo đó các vi khuẩn
gram (+) cũng ít nhạy cảm hơn các vi khuẩn gram (+).Cơ chế diệt khuẩn do
sự xâm nhập của các hạt nano vào bên trong tế bào vẫn chưa được hiểu hoàn
toàn. Nhưng các nghiên cứu chỉ ra rằng: Khi E.coli được xử lý với bạc có sự
thay đổi cấu trúc hình thái học trên màng tế bào và nó gây ra sự tăng tính
thấm qua màng một cách đáng kể, điều này ảnh hưởng đến sự vận chuyển
chính xác các chất qua màng tương bào, các tế bào mất khả năng tự điều
chỉnh sự vận chuyển các chất qua màng, kết quả dẫn đến sự chết của tế bào.
Nghiên cứu này còn nhận xét rằng các hạt nano đã xâm nhập vào bên trong
tế bào và người ta cho rằng nó phá hủy tế bào bằng việc kết hợp với các hợp
13
chất chứa phosphor và sulfur chẳng hạn như DNA. Bạc có khuynh hướng có
ái lực cao để phản ứng với những hợp chất như vậy. Và như thế, người ta
cho rằng khi hạt nano tác dụng vơi DNA nó làm mất khả năng tự nhân lên
của DNA và các protein tế bào sẽ trở nên vô hoạt.
Tác dụng do ion bạc: Trong môi trường nước một lượng ion bạc (Ag
+
)
nhất định luôn được giải phóng ra, hàm lượng các ion được giải phóng phụ
thuộc vào nguồn chứa ion đó và môi trường nó giải phóng.
Trong bề mặt bình sữa, một lượng ion bạc nhất định luôn được
giải phóng. Các ion này góp phần làm tăng hiệu quả kháng khuẩn của
các hạt nano.
Cơ chế kháng khuẩn của ion bạc:
Cơ chế tác động kháng khuẩn của ion bạc có liên quan chặt chẽ tới
tương tác của chúng với nhóm thiol (sulfhydryl) cho dù vùng đích khác vẫn
duy trì được chức năng Acid amino, chẳng hạn như cystein, các hợp chất
chứa nhóm thiol như Natri thiolglycolate bị trung hoà bởi tác dụng kháng
khuẩn của bạc. Ngược lại, các axit amin có chứa liên kết disulfide, không
chứa nhóm sulfur,và có chứa nhóm sulfur như cystathiol, acid cysteic, L-
methionine, taurinem natri bisulfate và natri thiolsulfate đều không thể làm
mất hiệu lực kháng khuẩn của các ion bạc. Những phát hiện này và những
phát hiện khác đã gợi ý rằng tương tác của các ion bạc với nhóm thiol trong
enzyme và protein đóng 1 vai trò vô cùng quan trọng trong tác dụng kháng
khuẩn của nó, mặc dù những thành phần khác của tế bào như cầu nối
hydrogen cũng có thể liên quan đến. Ngoài ra các ion bạc có xu hướng tác
dụng thông qua sự liên kết với các nhóm chức chức năng của các enzyme.
Các ion bạc gây ra sự giải phóng các ion K
+
từ vi khuẩn. Vì vậy, tương bào
hay màng tương bào là nơi liên quan đến nhiều enzyme quan trọng là vùng
đích tác dụng quan trọng của các ion bạc.
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét