Nano đồng oxit (CuO) là gì? Cơ chế diệt khuẩn, cơ chế diệt nấm và tảo của nano đồng oxit
- Nano đồng oxit (CuO) là gì?
Nano đồng oxit (CuO) là các hạt đồng oxit có kích thước từ 1–100 nm, mang lại nhiều tính chất đặc biệt so với CuO thông thường nhờ hiệu ứng kích thước nano, bao gồm:
- Diện tích bề mặt lớn → hoạt tính hóa học và xúc tác mạnh.
- Khả năng hấp thụ UV và phát xạ đặc trưng.
- Tính chất kháng khuẩn, diệt nấm và tảo hiệu quả.
Ứng dụng chính của nano CuO:
- Vật liệu kháng khuẩn trong y tế, dệt may.
- Xúc tác trong xử lý môi trường.
- Cảm biến sinh học, pin, vật liệu composite.
- Cơ chế diệt khuẩn của nano CuO
Nano CuO tiêu diệt vi khuẩn thông qua nhiều cơ chế phối hợp:
- Sản sinh ion Cu²⁺
- Nano CuO hòa tan từ từ giải phóng ion Cu²⁺, gây tổn thương màng tế bào vi khuẩn.
- Ion Cu²⁺ liên kết với nhóm -SHcủa protein và enzyme, làm biến tính chúng → phá hủy chuyển hóa tế bào.
- Tạo ROS (Reactive Oxygen Species)
- Nano CuO xúc tác tạo ra các gốc tự do oxy hóa (ROS)như OH, H₂O₂, O₂⁻.
- ROS oxy hóa lipid màng tế bào, DNA và protein → gây chết vi khuẩn.
- Phá hủy màng tế bào
- Hạt nano CuO bám dính lên màng tế bào nhờ tương tác tĩnh điện → gây rò rỉ tế bào chất.
- Ức chế enzyme và DNA
- Ion Cu²⁺ xâm nhập vào tế bào, gắn vào DNA → ngăn cản sao chép và phiên mã.
Vi khuẩn bị ảnh hưởng mạnh: E. coli, S. aureus, P. aeruginosa…
- Cơ chế diệt nấm và tảo
- Diệt nấm
- Tương tự vi khuẩn, nano CuO phá hủy màng tế bào nấm (chứa chitin và glucan).
- ROS oxy hóa ty thể và DNA → ức chế hô hấp tế bào.
- Ức chế enzyme tham gia tổng hợp ergosterol (thành phần màng tế bào nấm).
Nấm nhạy cảm: Candida albicans, Aspergillus niger…
- Diệt tảo
- Ion Cu²⁺ ức chế quang hợp bằng cách phá hủy diệp lục và lục lạp.
- ROS gây tổn thương màng tế bào tảo → rò rỉ ion, mất cân bằng áp suất thẩm thấu.
- Ngăn cản quá trình cố định CO₂ và tổng hợp protein.
Ứng dụng: Xử lý nước hồ bị tảo nở hoa.
- Phổ hấp thu của nano CuO
Nano CuO có phổ hấp thu UV-Vis đặc trưng do hiệu ứng lượng tử kích thước:
- Vùng UV (200–400 nm): Hấp thụ mạnh do chuyển dịch điện tử từ vùng hóa trị (VB) lên vùng dẫn (CB).
- Vùng khả kiến (400–800 nm): Có thể xuất hiện peak rộng do hiệu ứng plasmon bề mặt hoặc sai hỏng mạng tinh thể.
Phân tích bằng UV-Vis:
- Peak hấp thụ thường nằm trong khoảng 250–350 nm(tùy kích thước hạt).
- Hạt nhỏ hơn → peak dịch về bước sóng ngắn hơn (hiệu ứng blue-shift).
Ứng dụng phổ hấp thu:
- Định lượng nồng độ nano CuO trong dung dịch.
- Nghiên cứu tính chất quang xúc tác (ví dụ: phân hủy chất hữu cơ dưới ánh sáng).
- Nano đồng oxit (CuO) là gì?
Nano đồng oxit (CuO) là các hạt đồng oxit có kích thước từ 1–100 nm, mang lại nhiều tính chất đặc biệt so với CuO thông thường nhờ hiệu ứng kích thước nano, bao gồm:
- Diện tích bề mặt lớn → hoạt tính hóa học và xúc tác mạnh.
- Khả năng hấp thụ UV và phát xạ đặc trưng.
- Tính chất kháng khuẩn, diệt nấm và tảo hiệu quả.
Ứng dụng chính của nano CuO:
- Vật liệu kháng khuẩn trong y tế, dệt may.
- Xúc tác trong xử lý môi trường.
- Cảm biến sinh học, pin, vật liệu composite.
- Cơ chế diệt khuẩn của nano CuO
Nano CuO tiêu diệt vi khuẩn thông qua nhiều cơ chế phối hợp:
- Sản sinh ion Cu²⁺
- Nano CuO hòa tan từ từ giải phóng ion Cu²⁺, gây tổn thương màng tế bào vi khuẩn.
- Ion Cu²⁺ liên kết với nhóm -SHcủa protein và enzyme, làm biến tính chúng → phá hủy chuyển hóa tế bào.
- Tạo ROS (Reactive Oxygen Species)
- Nano CuO xúc tác tạo ra các gốc tự do oxy hóa (ROS)như OH, H₂O₂, O₂⁻.
- ROS oxy hóa lipid màng tế bào, DNA và protein → gây chết vi khuẩn.
- Phá hủy màng tế bào
- Hạt nano CuO bám dính lên màng tế bào nhờ tương tác tĩnh điện → gây rò rỉ tế bào chất.
- Ức chế enzyme và DNA
- Ion Cu²⁺ xâm nhập vào tế bào, gắn vào DNA → ngăn cản sao chép và phiên mã.
Vi khuẩn bị ảnh hưởng mạnh: E. coli, S. aureus, P. aeruginosa…
- Cơ chế diệt nấm và tảo
- Diệt nấm
- Tương tự vi khuẩn, nano CuO phá hủy màng tế bào nấm (chứa chitin và glucan).
- ROS oxy hóa ty thể và DNA → ức chế hô hấp tế bào.
- Ức chế enzyme tham gia tổng hợp ergosterol (thành phần màng tế bào nấm).
Nấm nhạy cảm: nấm đồng tiền, nấm chân chó, các chủng nấm gây bệnh trên nông nghiệp
- Diệt tảo
- Ion Cu²⁺ ức chế quang hợp bằng cách phá hủy diệp lục và lục lạp.
- ROS gây tổn thương màng tế bào tảo → rò rỉ ion, mất cân bằng áp suất thẩm thấu.
- Ngăn cản quá trình cố định CO₂ và tổng hợp protein.
Ứng dụng: Xử lý nước hồ bị tảo lam, tảo giáp
- Phổ hấp thu của nano CuO
Nano CuO có phổ hấp thu UV-Vis đặc trưng do hiệu ứng lượng tử kích thước:
- Vùng UV (200–400 nm): Hấp thụ mạnh do chuyển dịch điện tử từ vùng hóa trị (VB) lên vùng dẫn (CB).
- Vùng khả kiến (400–800 nm): Có thể xuất hiện peak rộng do hiệu ứng plasmon bề mặt hoặc sai hỏng mạng tinh thể.
Phân tích bằng UV-Vis:
- Peak hấp thụ thường nằm trong khoảng 250–350 nm(tùy kích thước hạt).
- Hạt nhỏ hơn → peak dịch về bước sóng ngắn hơn (hiệu ứng blue-shift).
Ứng dụng phổ hấp thu:
- Định lượng nồng độ nano CuO trong dung dịch.
- Nghiên cứu tính chất quang xúc tác (ví dụ: phân hủy chất hữu cơ dưới ánh sáng).
So sánh nano CuO và CuO thông thường
Đặc điểm | Nano CuO | CuO thông thường |
Kích thước hạt | 1–100 nm | Trên 1 µm (micromet) |
Diện tích bề mặt | Rất lớn (50–150 m²/g) | Nhỏ (<10 m²/g) |
Hoạt tính hóa học | Cao do diện tích bề mặt lớn và hiệu ứng bề mặt | Thấp hơn |
Khả năng kháng khuẩn | Mạnh (do giải phóng ion Cu²⁺ và tạo ROS) | Yếu hoặc không đáng kể |
Tính chất quang học | Hấp thụ UV mạnh, có thể phát quang | Hấp thụ ánh sáng thông thường |
Phương pháp tổng hợp | Sol-gel, thủy nhiệt, kết tủa, laser ablation | Nung đồng trong không khí, kết tủa đơn giản |
Ứng dụng chính | – Kháng khuẩn (y tế, dệt may, thủy sản, chăn nuôi, nông nghiệp) | – Chất tạo màu (gốm, thủy tinh) |
– Xúc tác (xử lý ô nhiễm) | – Phụ gia công nghiệp | |
– Cảm biến, pin, composite | – Phân bón | |
Giá thành | Cao hơn do quy trình sản xuất phức tạp | Thấp hơn |
Độc tính | Cần kiểm soát liều lượng do hoạt tính mạnh | Ít độc hại hơn |
Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria