Nghiên cứu tính chất cơ lý và khả năng kháng khuẩn của vật liệu nanocomposit trên cơ sở polylactic acid và Ag/TiO2

Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Thế Hữu, giảng viên Khoa Công nghệ Hóa, nhóm sinh viên thuộc Khoa Công nghệ Hóa - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã chế tạo thành công vật liệu tổ hợp nanocomposit kháng khuẩn trên cơ sở hạt lai nano Ag/TiO2 và PLA. Vật liệu chế tạo được đã được thử nghiệm các tính chất cơ lý và khả năng kháng khuẩn.

Vật liệu nano(nano materials) là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,...có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanomet 100 nanomet. Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài.

Hiện nay, trong đời sống, nano bạc được biết đến nhiều nhất vì khả năng diệt khuẩn của vật liệu này. Nhiều lĩnh vực từ y tế đến sản xuất hàng tiêu dùng đã sử dụng nano bạc như một tác nhân giúp cho các sản phẩm tạo ra có được khả năng chống khuẩn, giúp chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con người.

Ngoài ra để cải thiện tính diệt khuẩn của nano bạc, tiến hành kết hợp nano bạc với các oxit khác, như hạt lai nano Ag-ZnO, nanosilverferrite composite, hạt nano lai Fe₃O₄-Ag dạng lõi- vỏ hay quả tạ đôi...

Vật liệu nanocomposit là composit với vật liệu gia cường có kích thước nanomet. Tính chất đặc biệt của loại vật liệu này là sự kết hợp thành công các tính chất riêng nổi trội của mỗi vật liệu riêng rẽ trong hiệu ứng kích thước lượng tử. Polyme composit là vật liệu quan trọng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ lĩnh vực yêu cầu cao như máy bay, tầu vũ trụ đến những ứng dụng thông thường trong cuộc sống hàng ngày. Trong những năm gần đây, những tính chất tối ưu của vật liệu composit sử dụng chất gia cường với kích thước micro đã đạt đến mức tới hạn do tính chất chung của composit luôn là sự hài hoà của các tính chất riêng biệt.

Chính vì vậy việc nghiên cứu tổng hợp, tổ hợp, phối trộn để chế tạo ra những sản phẩm, vật liệu mới, ưu việt hơn, phục vụ đời sống con người cũng như ứng dụng trong các ngành công nghiệp, hàng tiêu dùng, dụng cụ chứa đựng thực phẩm. Một loại vật liệu vừa có khả năng kháng khuẩn nhưng đồng thời cũng phổ biến và giá thành sản phẩm thấp sẽ là một vật liệu nanocomposit được quan tâm.

Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thế Hữu, nhóm sinh viên: Hoàng Hữu Huy, Phùng Quốc Linh, Trần Quốc Toản (lớp Đại học Công nghệ Hóa 1 K12) và Đào Ngọc Công, Mai Văn Tuấn (lớpĐại học Công nghệ Hóa dầu 1 K11) đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học: "Nghiên cứu tính chất cơ lý và khả năng kháng khuẩn của vật liệu nanocomposit trên cơ sở polylactic acid và Ag/TiO₂". Kết quả nghiên cứu thu được:

1. Đã tổng hợp thành công hạt lai nano Ag/TiO₂ bằng phương pháp sử dụng tác nhân khử là NaBH₄. Điều kiện tổng hợp: nhiệt độ: 25⁰C; thời gian tiến hành tổng hợp: 6 giờ; nồng độ của AgNO₃: 0,02 M; nồng độ NaBH₄: 0,01 M. Hình ảnh TEM (hình 1) cho thấy rằng các hạt nano Ag đã phân tán và bám đều trên bề mặt chất mang nan TiO₂.

Hình 1: Ảnh TEM của hạt lai Ag/TiO₂

2. Tiến hành thử khả năng kháng khuẩn của hạt lai cho thấy mẫu hạt lai có khả năng kháng khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium.

3. Chế tạo thành công vật liệu tổ hợp nanocomposit kháng khuẩn trên cơ sở hạt lai nano Ag/TiO₂ và PLA. Mẫu vật liệu nano composit giữa PLA và hạt lai nano Ag/TiO₂ được chụp SEM bề mặt cho thấy các hạt lai đã được bao bọc và phân tán trong nhựa PLA (Hình 2). Khi thêm hạt lai vào thì tính chất cơ lý của vật liệu thay đổi không nhiều.

Hình 2: Ảnh SEM vật liệu nano composit của PLA và hạt lai nano Ag/TiO₂

4. Thử khả năng diệt khuẩn của vật liệu nano composit thấy rằng: Ở hàm lượng hạt lai nano Ag/TiO₂ trong mẫu là 0,005g, thì hiệu suất diệt đối với S.aureus ATCC 25923 là 20%, còn đối với Salmonella typhimurium (ATCC 14028) và E.coli ATCC 25922 thì hiệu suất cao hơn, là 29% và 34%. Sau đó hiệu suất diệt đối với các chủng tăng nhanh khi nồng độ hạt lai nano Ag/TiO₂, và tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100%.

Salmonella typhimurium (ATCC 14028) và E.coli ATCC 25922 có hiệu suất diệt khuẩn khá giống nhau. Trong khi đó S.aureus ATCC 25923 chỉ bị diệt hoàn toàn khi nồng độ hạt lai nano Ag/TiO₂ là 0,025g. Qua đó cho thấy hiệu suất diệt khuẩn của S.aureus ATCC 25923 yếu hơn.

Với các kết quả thu được, nhóm nghiên cứu đã bảo về thành công trước Hội đồng nghiệm thu đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học thuộc phân ban Công nghệ Hóa. Kết quả báo cáo được Hội đông nghiệm thu đánh giá rất cao và đạt giải Nhì.

Kết quả này là thành quả xứng đáng cho sự nỗ lực và say mê khoa học của các em và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thế Hữu. Mong muốn của các em sẽ tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng vật liệu chế tạo được tạo ra những sản phẩm hữu ích phục vụ đời sống.

.