Thiết kế quy trình xử lý khuẩn sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại và vùng nhìn thấy.pdf

NTTU-NCKH-04 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2021 Tên đề tài: “Thiết kế qui trình xử lý khuẩn sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại vùng nhìn thấy” Số hợp đồng: 2021.01.119 /HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: TS Huỳnh Trần Mỹ Hịa Đơn vị cơng tác: Viện Kỹ thuật Công nghệ cao – Đại học Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: tháng 05/2021 đến tháng 10/2021 TP Hồ Chí Minh, tháng 03/2022 TP Hồ Chí Minh, năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2021 Tên đề tài: “Thiết kế qui trình xử lý khuẩn sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại vùng nhìn thấy” Số hợp đồng: 2021.01.119 /HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: TS Huỳnh Trần Mỹ Hịa Đơn vị cơng tác: Viện Kỹ thuật Công nghệ cao – Đại học Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: tháng 05/2021 đến tháng 10/2021 Các thành viên phối hợp cộng tác: STT Họ tên Chun ngành Cơ quan cơng tác Nguyễn Hồng Hưng Vật Lý Chất Rắn Viện Kỹ thuật Công nghệ cao – ĐH NTT Ký tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 16 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT LEDs Light Emitting Diodes ROS Reactive Oxygen Species PS Photosensitizer DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Bảng 1: Các nghiên cứu aPDT bệnh nhiễm trùng tiền lâm sàng mơ hình động vật Bảng 2: Các nghiên cứu tác dụng kháng khuẩn ống nghiệm ánh sáng xanh Bảng 3: Thông số modul LEDs xây dựng đề tài Hình 1: Cơ chế phá hủy DNA tia UVC Hình 2: Hình ảnh (a) Module LEDs, (b) Bộ cấp nguồn cho modul LEDs Hình 3: Sơ đồ thực nghiệm khảo sát xử lý khuẩn Hình 4: Ảnh chụp tổng quan thiết kế hệ ánh sáng chụp từ xuống (a), chụp từ lên (b) Hình 5: a) Hệ đo quang học Apogee PS-300, b) Giao diện phần mềm SpectraWiz Hình 6: Hiệu diệt khuẩn kết hợp ánh sáng R&B với ánh sáng 277 nm: Hình ảnh checkerboard (a) (d); Tỷ lệ sống sót khuẩn theo thời gian xử lý (b), (c), (e), (f), (g) Hình 7: Hiệu diệt khuẩn S aureus theo thời gian, tác dụng ánh sáng: blue (a), (b); red (c), (d) R&B (e), (f) Hình 8: Hiệu diệt khuẩn E coli theo thời gian, tác dụng ánh sáng blue mốc TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU STT Kết đạt Cơng việc thực Mức độ hồn thành + Hệ thống đèn LEDs có bước sóng Thiết kế hệ ánh sáng vùng tử ngoại (277 nm, 380 nm), ánh sáng với nhiều bước sóng nhìn thấy (405 nm, 450 nm, 470 nm, 520 cho qui trình xử lý nm, 660 nm) 100% + Bộ điều chỉnh tăng giảm cường độ phát khuẩn quang đèn LEDs STT Hiệu diệt khuẩn tăng cường Khảo sát xử lý khuẩn sử dụng kết hợp ánh sáng: sử dụng lúc 02 + Ánh sáng 450 nm 660 nm kết hợp 03 ánh sáng với ánh sáng 277 nm + Ánh sáng 660 nm kết hợp với ánh sáng đơn sắc 450 nm Sản phẩm đăng ký 100% Sản phẩm đạt + Hệ thống đèn LEDs phát ánh sáng đơn sắc: 277 nm, 380 nm, 405 nm, 450 nm, 470 nm, 520 nm, 660 nm với cường độ điều Qui trình xử lý khuẩn sử dụng chỉnh Hệ thống đèn hoạt động ổn định ánh sáng vùng tử ngoại vùng thời gian dài, phù hợp với đặc thù nhìn thấy khảo sát vi sinh + Các bước tiến hành thực nghiệm cho khảo sát diệt khuẩn sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại vùng nhìn thấy Thời gian thực hiện: tháng Thời gian nộp báo cáo: MỞ ĐẦU Theo ước tính tổng thiệt hại kinh tế tồn cầu hậu việc kháng thuốc kháng sinh 100 nghìn tỷ la vào năm 2050, không hành động kịp thời [1] Các kỹ thuật tiếp cận kháng sinh dựa ánh sáng trở thành phần thiết yếu phương pháp điều trị chống nhiễm trùng thời đại vi khuẩn kháng thuốc Phương pháp dựa ánh sáng đánh giá cao với hai ưu điểm quan trọng sau: - Một chúng có chất phổ rộng tiêu diệt hiệu nhiều loại vi khuẩn bao gồm vi khuẩn (Gram dương, Gram âm), nấm (nấm men nấm sợi), vi rút (DNA RNA), ký sinh trùng - Hai hiệu việc tiêu diệt vi sinh vật theo phương pháp dường không bị ảnh hưởng tình trạng kháng kháng sinh loại vi sinh cụ thể Đồng thời nhận thấy rằng, để tối ưu hóa hiệu diệt khuẩn dựa liệu pháp ánh sáng sử dụng đồng thời nhiều vùng bước sóng ánh sáng khác với mong muốn kết hợp ưu điểm diệt khuẩn vùng ánh sáng vào qui trình xử lý Chúng đề xuất đề tài “Thiết kế qui trình xử lý khuẩn sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại vùng nhìn thấy”, sử dụng hệ thống đèn LEDs phát ánh sáng đơn sắc với bước sóng phù hợp cho chế diệt khuẩn Sản phẩm đề tài hứa hẹn công cụ nghiên cứu hiệu để hỗ trợ triển khai nghiên cứu lĩnh vực xử lý diệt khuẩn dùng liệu pháp ánh sáng nhóm nói riêng Viện cơng nghệ cao trường ĐH Nguyễn Tất Thành nói chung CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU Bức xạ điện từ (ánh sáng) mang lại hướng đầy hứa hẹn, dạng liệu pháp kháng khuẩn phi sinh học cho thấy tiềm lớn chống lại nhiều mầm bệnh Việc sử dụng ánh sáng có bước sóng phù hợp có thể: (i) kích thích chất cảm quang nội bào chất cảm quang cung cấp ngoại sinh để gây độc hại cho tế bào tạo thành chất trung gian oxy phản ứng, (ii) xâm nhập trực tiếp phá hủy cấu trúc DNA (đối với xạ điện từ có lượng lớn tia UV), trình làm chết vi sinh vật Các phương pháp tiên tiến kết hợp với sử dụng ánh sáng sử dụng rộng rãi trình tiêu diệt loài vi sinh vật gây hại đặc biệt loài kháng thuốc kháng sinh, ứng dụng để điều trị bệnh nhiễm trùng khu trú gồm có: a) Liệu pháp quang động học kháng khuẩn (aPDT – antibacterial photodynamic therapy) trình sử dụng chất cảm quang (PS – photosensitizer) cung cấp ngoại sinh, chiếu xạ ánh sáng có bước sóng thích hợp để tạo tương tác trạng thái kích thích với oxy xung quanh Các gốc oxy phản ứng (ROS – reactive oxygen species) tạo kích hoạt quang công mục tiêu lân cận, bao gồm protein, lipid axit nucleic có bề mặt tế bào bên tế bào vi sinh vật Trước áp dụng aPDT vào thử nghiệm lâm sàng người, nhiều nghiên cứu in-vivo thực cách sử dụng mơ hình động vật bệnh nhiễm trùng khác nhau, bao gồm vết thương, bỏng, nhiễm trùng tai giữa, nhiễm trùng nội nha, nhiễm trùng miệng, viêm tủy xương, nhiễm trùng mũi, Helicobacter pylori, bệnh leishmaniasis, bệnh lao bệnh nhiễm nấm khác (Bảng 1) [2] Bảng 1: Các nghiên cứu aPDT bệnh nhiễm trùng tiền lâm sàng mơ hình động vật Trong nghiên cứu khác nhóm tác giả Cheng Lian [1], kết hợp ánh sáng có bước sóng 669-737 nm phát từ thiết bị diot phát quang hữu (organic lightemitting diodes -OLED) với chất nhạy quang Methylene Blue tiêu diện 99% khuẩn Staphylococcus aureus sau chiếu sáng Cũng tương tự, nhóm tác giả Larissa Costa-Santos [3] sử dụng ánh đỏ với bước sóng 660 nm kết với chất nhạy quang Papacarie MB để điều trị bệnh sâu cách hiệu b) Liệu pháp ánh sáng xanh Ánh sáng xanh có vùng bước sóng từ 400 – 450 nm, chiếm phần lớn trọng tâm nghiên cứu kể từ năm 1980 [4] Các nghiên cứu cho thấy ánh sáng xanh phù hợp cho kích thích phân tử cảm quang nội bào trở thành chất kháng khuẩn hiệu cao, gây chết nhiều lồi nấm, bao gồm nấm sợi, … hiệu phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, mức lượng chi loài vi sinh vật nghiên cứu Hiệu diệt khuẩn ống nghiệm ánh sáng xanh vi khuẩn Escherichia coli, MRSA, P aeruginosa, Staphylococcus aureus, … báo cáo tóm tắt bảng [5] Một yếu tố quan trọng định hiệu diệt khuẩn phương pháp sử dụng ánh sáng xanh tế bào sắc tố chủng vi khuẩn khác tạo chất nhạy cảm quang (PS) khác nhau, cần sử dụng ánh sáng có bước sóng tương thích hấp thụ tốt PS Cho đến nay, loại tế bào sắc tố đề xuất chịu trách nhiệm tiêu diệt diệt khuẩn phương pháp gồm có: coproporphyrin, flavin mononucleotide staphyloxanthin 10 ... phát khuẩn quang đèn LEDs STT Hiệu diệt khuẩn tăng cường Khảo sát xử lý khuẩn sử dụng kết hợp ánh sáng: sử dụng lúc 02 + Ánh sáng 450 nm 660 nm kết hợp 03 ánh sáng với ánh sáng 277 nm + Ánh sáng. .. diệt khuẩn dựa liệu pháp ánh sáng sử dụng đồng thời nhiều vùng bước sóng ánh sáng khác với mong muốn kết hợp ưu điểm diệt khuẩn vùng ánh sáng vào qui trình xử lý Chúng đề xuất đề tài ? ?Thiết kế. .. 2.2 Khảo sát xử lý khuẩn sử dụng lúc 02 03 ánh sáng đơn sắc Để ? ?ánh giá hiệu hoạt động ổn định modul LEDs bước đầu khảo sát khả xử lý khuẩn việc kết hợp ánh sáng vùng tử ngoại vùng nhìn thấy Trong