Phương pháp chế tạo Nano bạc là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học. Nano bạc có thể được tổng hợp theo nhiều cách khác nhau. Vậy đâu là phương pháp chế tạo Nano bạc tối ưu để có thể tạo ra các hạt Nano bạc tốt nhất?
Mục lục
Các phương pháp chế tạo Nano bạc
Các nguồn Nano bạc hiện nay được tổng hợp chính theo 3 con đường: vật lý, hóa học và qua tác nhân sinh học. Với mỗi phương pháp chế tạo Nano bạc vấn đề chính là cần kiểm soát thông số về phân bố kích thước hạt đồng nhất, hình thái, chất ổn định của hạt nano cũng như cấu trúc tinh thể.
Chế tạo Nano bạc bằng phương pháp vật lý
Phương pháp chế tạo Nano bạc bằng phương pháp vật lý gồm 2 cách: bay hơi-ngưng tụ và kỹ thuật ăn mòn laser. Cả hai phương pháp này đều có thể tổng hợp lượng lớn hạt Nano bạc với độ tinh khiết cao.
Ưu- nhược điểm của phương pháp chế tạo:
- Ưu điểm: Phương pháp chế tạo Nano bạc này rất thân thiện với môi trường khi không sử dụng hóa chất nên đảm bảo độ an toàn về tồn dư hóa chất trong thành phẩm hay nguy cơ giải phóng chất độc hại trong gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và môi trường.
- Nhược điểm: Tuy nhiên vì chỉ sử dụng tác nhân vật lý như sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại, tia laser…để phân tách các nguyên tử bạc mà phương pháp chế tạo Nano bạc này cho thành phẩm với độ ổn định thấp. Vì không sử dụng hóa chất ổn định nên các hạt Nano bạc rất dễ kết tụ lại với nhau. Ngoài ra, chi phí sản xuất khá cao do tiêu thụ điện năng lớn cũng như thiết bị, quy trình sản xuất phức tạp cũng hạn chế phạm vị ứng dụng rộng rãi chảu phương pháp chế tạo Nano bạc bằng tác nhân vật lý.
Phương pháp bay hơi- ngưng tụ
Kỹ thuật bay hơi-ngưng tụ được thực hiện trong lò ống dưới áp suất khí quyển. Nguồn kim loại được đặt ở trung tâm lò sau đó được làm bay hơi thành khí để tổng hợp thành hạt bạc mang kích thước nano. Tùy theo thiết ké của lò phản ứng mà phương pháp chế tạo Nano bạc này cho kích thước, hình dạng cũng như tổng sản lượng của hạt Nano bạc khác nhau. Chi phí đầu tư sản xuất khá cao do lò ống chiếm diện tích khá lớn và cần năng lượng lớn để làm tăng nhiệt độ thanh kim loại và duy trì độ ổn định nhiệt.
Phương pháp cắt laser
Phương pháp chế tạo Nano bạc bằng laser thực hiện theo nguyên lý sử dụng chùm tia laze với bước sóng ngắn bắn lên vật liệu khối đặt trong dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Các hạt nano được tạo thành với kích thước khoảng 10 nm và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt. Quá trình tổng hợp sử dụng tía laser rất tinh khiết và không bị nhiễm tạp chất, vì phương pháp này sử dụng các chất hoạt động bề mặt nhẹ trong dung môi mà không liên quan đến bất kỳ thuốc thử hóa học nào khác.
Chế tạo Nano bạc bằng phương pháp hóa học
Phương pháp chế tạo Nano bạc hóa học được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất. Bằng cách sử dụng tác nhân khử hóa học, ion Ag+ có trong dung dịch muối bạc được khử hóa thành nguyên tử Ag, biến đổi tạo hạt nano. Các hạt Nano được tạo thành phân tán ở dạng keo trong dung dịch nước hoặc dung môi hữu cơ. Các tác nhân hóa học thường được sử dụng là glucose (C 6 H 12 O 6 ), hydrazine (N 2 H 4 ), hydrazine hydrate, ascorbate (C 6 H 7 NaO 6 ), ethylene glycol ( C 2 H 6 O 2), N-dimethylformamide (DMF), hydro, dextrose, ascorbate, citrate (phương pháp Turkevich), và natri borohydride (phương pháp BSS)…
Việc ổn định hệ phân tán trong quá trình tổng hợp rất quan trọng. Có thể sử dụng lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt mang cùng điện tích dương hay dùng chất hoạt hóa bề mặt bao phủ trên bên ngoài hạt Nano bạc để giảm tương tác khi các hạt đến gần nhau. Trong phương pháp chế tạo Nano bạc hóa học, các hạt Nano bạc thường được bao bọc bởi các chất như chitosan, acid oleylamine gluconic, cellulose hoặc polyme. Sự ổn định tĩnh điện tạo thành thông qua các loại anion, chẳng hạn như citrat, halogenua, cacboxylat hoặc polyoxoanion hấp phụ hoặc tương tác với hạt Nano bạc để tạo thành lớp điện tích âm trên bề mặt của hạt. Hình thái, kích thước cũng như đặc tính của hạt nano tạo thành từ phương pháp chế tạo Nano bạc hóa học có thể điều chỉnh nhờ thay đổi các chất khử cũng như chất bảo vệ bên ngoài.
Ưu- nhược điểm của phương pháp chế tạo Nano bạc
- Ưu điểm: Quy trình sản xuất đơn giản với nguồn nguyên liệu dễ kiếm.
- Nhược điểm: Phương pháp chế tạo Nano bạc bằng tác nhân hóa học trải qua nhiều phản ứng biến đổi nên hiệu suất tổng hợp không cao. Dung dịch bạc có độ tinh khiết không cao khi lẫn nhiều muối bạc. Điều đó không những ảnh hưởng đến khả năng tiêu diệt vi khuẩn, virus của Nano bạc mà còn lo ngại về độc tính có thể xảy ra do tích tụ nhiều Ag+.Đây cũng là nhược điểm cần khắc phục nhất của phương pháp chế tạo Nano bạc hóa học.
Chế tạo Nano bạc bằng phương pháp sinh học
Nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp “xanh” dần thay thế cho phương pháp chế tạo Nano bạc hóa học. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường, không có hóa chất độc hại cũng như các sản phẩm phụ nguy hiểm.
Sử dụng vi sinh vật trong phương pháp chế tạo Nano bạc
Trong phương pháp chế tạo Nano bạc, sử dụng tác nhân vi sinh vật để tổng hợp. Các vi sinh vật có khả năng thay đổi và giảm độc tính tế bào của kim loại để thích nghi với môi trường. Qua quá trình tiếp xúc ion Ag+ bị khử hóa làm giảm độc tính- lợi dụng quá trình đó của vi sinh vật, dẫn đến hình thành hạt Nano bạc. Có thể coi Nano bạc là “sản phẩm phụ” của cơ chế đề kháng của vi sinh vật chống lại Ag + tự do. Nhiều loài vi sinh vật đã cho thấy tiềm năng tổng hợp Nano bạc trong nội bào, trong đó các thành phần nội bào đóng vai trò vừa là chất khử vừa là chất ổn định. Người ta cấy một số loài nấm như Verticillium, vi khuẩn Bacillus licheniformis, Pseudomonas stuzeri…hay vào trong dung dịch có chứa ion bạc, nhờ các quá trình khử diễn ra trong nội bào của tế bào nấm, vi khuẩn thu được các hạt Nano bạc được tiết ra ở khoảng ngoại bào.
Sử dụng chiết xuất thực vật trong phương pháp chế tạo Nano bạc
Tổng hợp qua trung gian thực vật có thể khử Ag + thành nguyên tử bạc nhờ hoạt tính khử của các nhóm chức O-H và = C-H trong phân tử sinh học có ở dịch chiết các bộ phận của cây như vỏ, lá, hoa, quả, thân, hạt và thân rễ. Những chất chiết xuất từ các bộ phận khác nhau của thực vật chứa các thành phần hữu cơ như enzym, cồn , flavonoid, alkaloid, quinin, dầu, terpenoit và các hợp chất phenolic có các nhóm chức khác nhau hydroxyl, cacbonyl, amidogen,..khử Ag + thành Ag0. Các dẫn xuất khác trong thực vật như tinh bột, cellulose, kitin, dextran và alginate cũng đồng thời vừa là tác nhân khử vừa là chất ổn định giúp Nano bạc tránh lắng đọng.
Ưu- nhược điểm của phương pháp chế tạo nano bạc
- Ưu điểm: Phương pháp chế tạo Nano bạc sinh học thân thiện với môi trường khi không sử dụng hóa chất tổng hợp. Nhiều hợp chất sinh học có hoạt tính riêng có thể ứng dụng trong điều trị bệnh.
- Nhược điểm: Do sử dụng vi sinh vật hay dịch chiết thực vật trong phương pháp chế tạo Nano bạc nên hiệu suất phản ứng phụ thuộc nhiều vào yếu tố tự nhiên như chủng vi sinh vật, môi trường phản ứng, hàm lượng chất mang hoạt tính trong dịch chiết… dẫn đến khó kiểm soát được biến đổi có thể xảy ra
Công nghệ Plasma- Phương pháp chế tạo Nano bạc siêu tinh khiết
Phương pháp chế tạo Nano bạc bằng công nghệ Plasma đang dẫn đầu xu thế hiện nay, tạo ra nguồn nguyên liệu với độ tinh khiết cao ứng dụng tốt nhất trong lĩnh vực y tế.
Công nghệ Plasma chế tạo Nano là gì?
Công nghệ Plasma tạo những vật liệu với đặc tính vượt trội hơn bất các phương pháp chế tạo Nano bạc khác tạo nguồn nguyên liệu với độ an toàn cao. Khả năng ứng dụng của Nano bạc plasma ngày cảng rộng rãi đặc biệt trong các chế phẩm chăm sóc ngoài da như kem điều trị bỏng, viêm da, vật liệu trong nha khoa, ung thư…
Theo Viện Công nghệ Plasma Việt Nam- đơn vị dẫn đầu về ứng dụng phương pháp chế tạo Nano bạc bằng năng lượng Plasma trong khoa học công nghệ thì Nano bạc được sản xuất theo phương pháp Plasma hóa siêu tinh khiết. Quy trình thực hiện khá đơn giản so với các phương pháp hóa học hay vật lý khác.
Cơ chế hình thành hạt Nano bạc Plasma hóa:
- Các hạt Nano bạc được tạo ra nhờ dòng Plasma điện hóa tạo ra giữa 2 điện cực trong môi trường nước trung tính. Một điện cực được chế tạo bằng bạc tạo ra các hạt Nano bạc theo hiện tượng ăn mòn điện cực.
- Dòng Plasma khử gần như toàn bộ các ion Ag+ từ các điện cực giải phóng ra để tạo Nano bạc, đồng thời cũng tạo ra lớp electron tích điện âm xung quanh hạt Nano bạc khiến cho chúng tích điện cùng dấu đẩy nhau tránh hiện tượng sa lắng và kết tụ lại trong suốt quá trình bảo quản, sử dụng.
- Trong quá trình Plasma hóa, các chất bảo vệ có hoạt tính như acid Tannic, Chitosan… được thêm vào đến gia tăng hoạt tính cho hạt nano. Kích thước, hình dạng các hạt Nano bạc được điều chỉnh bằng pH môi trường, cường độ của dòng Plasma tham gia.
Ưu điểm phương pháp chế tạo Nano bạc Plasma
Quá trình sản xuất Nano bạc bằng công nghệ Plasma hóa mang nhiều ưu điểm vượt trội khi sử dụng dòng plasma tinh khiết chứ không sử dụng các tác nhân hóa học để khử muối bạc thành bạc nguyên tử.Các ưu điểm có thể kể đến như:
- Dung dịch Nano bạc có độ tinh khiết cao, tỉ lệ hạt nano/tổng lượng bạc > 99%
- Không sử dụng chất khử hóa học, sử dụng rất ít chất ổn định
- Hạt Nano kích thước đồng đều, phân tán tốt độ ổn định cao tránh kết tụ
- Không chứa muối bạc nên giảm khả năng gây độc tính- bệnh da xanh khi dư thừa quá mức ion Ag+ trong cơ thể.
Độ an toàn của công nghệ plasma trong phương pháp chế tạo Nano bạc
Vẫn có rất nhiều hoài nghi về độ an toàn của công nghệ Plasma và liệu Nano bạc Plasma khi vào trong cơ thể có gây tác động bất lợi đến hoạt động trong cơ thể người hay không?
Việc tạo ra nano bạc bằng dòng điện hóa cũng giống như tia sét tạo dòng điện trong nước- là hiện tượng hoàn toàn tự nhiên, không có gì gây hại cho sức khỏe con người. FDA- Cơ quan quản lý Thuốc và Thực phẩm Hoa Kì không đưa ra khuyến cáo về độc tính của Nano bạc khi ứng dụng trong các chế phẩm dùng ngoài da hau niêm mạc. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xác định liều lượng bạc tối đa không gây ảnh hưởng đối với sức khỏe con người là 10g (nếu hấp thụ từ từ). Nghĩa là, nếu một người trong toàn bộ cuộc đời của mình (70 tuổi) ăn và uống vào 10g bạc, đảm bảo không có vấn đề gì về sức khỏe. Hơn nữa phương pháp chế tạo Nano bạc bằng công nghệ Plasma mang đến nguồn Nano bạc có độ ổn định tuyệt đối nhất, các hạt Nano bạc ít bị biến đổi, do đó đảm bảo độ an toàn khi sử dụng.
Ứng dụng Nano bạc Plasma trong y dược
Phương pháp chế tạo Nano bạc Plasma hóa cho nguồn nguyên liệu đảm bảo độ tinh khiết và tính an toàn cao. Nano bạc plasma là dạng nano bạc phù hợp nhất để sử dụng trong lĩnh vực y tế với yêu cầu cao về hiệu quả điều trị và độ an toàn khi sử dụng.
Nano bạc plasma đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Nhờ vào độ tinh khiết cao khi sử dụng phương pháp chế tạo Nano bạc tiên tiến mà hoạt tính kháng khuẩn được tăng lên vượt trội Nó được tẩm trên các băng gác để điều trị vết thương hở cho thấy hiệu quả kháng khuẩn và nhanh liền vết loát. Nano bạc plasma được sử dụng để ngăn ngừa nguy cơ nhiễm khuẩn trong các dụng cụ cấy ghép cần độ vô trùng tuyệt đối như van tim, ống thông động mạch….Dung dịch vệ sinh, nước súc miệng, kem đánh răng… cho thấy khả năng diệt khuẩn vượt trội hơn khi so sánh với Nano bạc chế tạo theo phương pháp truyền thống.
Tại Việt Nam, các dòng sản phẩm mang thương hiệu PlasmaKare được sản xuất từ nguồn nguyên liệu từ phương pháp chế tạo Nano bạc Plasma như xịt chống muỗi, xịt rửa tay kháng khuẩn, nước súc miệng, súc họng…Các sản phẩm trên cho thấy hiệu quả tốt hơn so với các sản phẩm khác chỉ sử dụng dòng Nano bạc thường. PlasmaKare cam kết luôn trao tay người tiêu dùng những sản phẩm Nano bạc plasma với chất lượng vượt trội nhất.
