Untitled 49 KH&CN nước ngoài Số 12 năm 2020 định hướng phát triển lớp phủ kháng virus sars CoV 2 Khởi nguồn tại thành phố Vũ Hán từ cuối tháng 12/2019, đại dịch COVID 19 với tác nhân là virus SARS CoV[.]
kh&cnKH&CN nướcnước ngoài Chế tạo hệ vật liệu màng mỏng ức chế virus sars-CoV-2 Trước thiệt hại đại dịch COVID-19 gây giới, nhiều nghiên cứu triển khai nhằm tìm giải pháp hữu hiệu ngăn ngừa lây lan virus SARS-CoV-2 Một giải pháp đề xuất tìm cách rút ngắn thời gian sống virus bề mặt vật dụng cơng cộng Gần đây, nhóm nghiên cứu GS William A Ducker (Khoa Kỹ thuật hóa học vật lý sinh học, Đại học Virginia Tech, Hoa Kỳ) phát triển hệ màng mỏng dựa kết hợp hạt Cu2O polyurethane nhằm phủ lên bề mặt vật liệu rắn, từ đem đến khả ức chế hiệu virus SARS-CoV-2 Nghiên cứu thu hút ý cộng đồng khoa học giới hứa hẹn sớm đưa vào ứng dụng tương lai gần mỏng mong chờ giúp ức chế mầm bệnh hiệu nhờ sở hữu mật độ điện tích cao, có khả làm gián đoạn trình tự lắp ráp nhiều loại virus vi khuẩn [3, 4] Đáng tiếc, virus SARS-CoV-2, kết thử nghiệm không mong đợi định hướng phát triển lớp phủ kháng virus sars-CoV-2 Khởi nguồn thành phố Vũ Hán từ cuối tháng 12/2019, đại dịch COVID-19 với tác nhân virus SARS-CoV-2 (hình 1) lan rộng gần khắp giới, gây bệnh tật tử vong người, kéo theo khủng hoảng kinh tế - xã hội nhân loại Theo nhiều báo cáo khoa học gần đây, virus SARS-CoV-2 tồn lên đến tuần bề mặt nhiều vật liệu rắn [1, 2] Điều gây nguy lây nhiễm tiềm ẩn đáng lo ngại người vơ tình tiếp xúc với bề mặt vật dụng công cộng, chẳng hạn tay nắm cửa, nút bấm máy rút tiền ATM hay vỏ điện thoại di động… Chính vậy, nhiều nhà khoa học cho rằng, phương pháp góp phần giúp hạn chế mức độ lây lan virus tìm cách giảm thiểu thời gian sống chúng bề mặt vật liệu Xuất phát từ quan điểm trên, nhóm nghiên cứu GS William A Ducker (Khoa Kỹ thuật hóa học vật lý sinh học, Đại học Virginia Tech, Hoa Kỳ) tiến hành nghiên cứu tổng hợp lớp phủ có khả kháng virus SARS-CoV-2 Cụ thể, lớp phủ phải có khả năng: (i) ức đặc tính kháng virus Cu2o Hình ảnh minh họa virus SArSCoV-2 chế hoạt động virus cách nhanh chóng, (ii) dễ dàng phủ lên nhiệt bề mặt rắn khác (iii) đủ mạnh để trì khả kháng virus thời gian sử dụng Khi đó, lớp phủ ứng dụng khơng cho đồ gia dụng mà cho vật liệu y tế, thương mại… Tuy nhiên, tại, nhà khoa học chưa biết nhóm hợp chất có khả ức chế SARS-CoV-2 Do đó, GS William A Ducker cộng thử nghiệm số màng mỏng có chất đơn lớp polymer cationic Những màng Kết thúc đẩy nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm nhiều loại vật liệu màng mỏng khác Một số nghiên cứu trước SARSCoV-2 có thời gian sống ngắn bề mặt kim loại đồng [1], mà nhiều lớp nguyên tử Cu bề mặt dễ dàng bị oxy hóa thành Cu2O Từ lâu, Cu2O sử dụng chất hoạt tính thuốc trừ sâu xếp vào nhóm độc chất thứ III Cơ quan Bảo vệ môi trường (EPA), tương ứng với hợp chất gây độc nhẹ [5] Oxit sử dụng sơn vỏ tàu biển nhờ đặc tính ngăn ngừa bám dính làm chậm phát triển sinh vật biển vỏ tàu [6, 7] Điều thú vị nghiên cứu lâm sàng gần đây, Cu2O báo cáo không gây tác hại đáng kể da người [8] Ngoài Số 12 năm 2020 49 KH&CN nước tổng hợp màng mỏng Cu2o/pu Quy trình chế tạo màng mỏng Cu2O/PU thực qua giai đoạn Đầu tiên, lớp mỏng PU quét phủ lên bề mặt kính để khơ vịng phút để đóng rắn phần Tại thời điểm này, polymer lỏng đủ để gần không lưu dấu dùng tay chạm vào Mặt khác, hệ huyền phù Cu2O (10% khối lượng) ethanol chuẩn bị đánh siêu âm phút Sau ml huyền phù phủ lên lớp phim PU, để khô phút nhiệt độ phòng Đến giai đoạn thứ 2, lớp màng mỏng nung lò 120oC để hồn tất q trình đóng rắn, thổi mạnh với N2 nén, rửa với nước khử ion sấy khơ khí N2 Ở giai đoạn cuối, mẫu đặt vào buồng chân khơng, thổi khí argon 10 phút trải qua trình xử lý với plasma argon phút công suất 100 W áp suất nhỏ 200 mTorr nhằm loại bỏ phần PU dư Hình thể ảnh kính hiển vi điện tử (chụp bề mặt (A) 50 (B) Khảo sát khả ức chế virus sarsCoV-2 màng mỏng Cu2o/pu Hình ảnh hiển vi điện tử quét vật liệu màng mỏng Cu2o/Pu: (A) chụp bề mặt (B) Mặt cắt ngang mặt cắt ngang (B) mẫu Cu2O/ PU) Dễ dàng nhận thấy, vật liệu màng phủ có bề mặt gồ ghề với hạt Cu2O đa diện, phân bố ngẫu nhiên Các hạt có kích thước dao động từ 100 đến 200 nm chồng lấp lên nhau, tạo thành màng phim với độ dày khoảng 10-16 μm Thành phần nguyên tố kiểm định thông qua phổ quang điện tử tia X (XPS) Cụ thể, phổ XPS Cu 2p (hình 3A) cho thấy peak Cu 2p3/2 cường độ cao định vị 932,7 eV, vốn lượng liên kết đặc trưng Cu2O Tỷ lệ hợp thức oxit Để khảo sát khả kháng virus SARS-CoV-2, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp Chin cộng [2] Cụ thể, trước tiếp xúc với virus, màng mỏng Cu2O/PU khử trùng với dung dịch ethanol 70%, làm khô 37oC qua đêm Virus SARSCoV-2 sau cô lập nuôi tế bào Vero E6 môi trường Eagle bổ sung 2% huyết bào thai bò 1% penicillinstreptomycin 37°C Tiếp theo, μl dung dịch chứa 6,2×107 (107,8) TCID50/ml SARS-CoV-2 nhỏ lên bề mặt lớp phủ với độ ẩm 60-70% 22-23oC làm khô khoảng 30 phút Sau thời gian định, vật liệu phủ Cu2O/ PU ngâm 300 μl dung dịch Eagle bổ sung 0,5% albumin huyết bò 0,1% glucose, pH 7,4 nhiệt độ phịng để pha lỗng virus Lượng virus xác định thực nghiệm đo TCID50 (lượng gây chết 50% tế Cường độ (lần đếm/giây) Chính vậy, nhóm nghiên cứu GS Ducker đề nghị tổng hợp hệ vật liệu dạng composite với hạt Cu2O phân tán màng mỏng polyurethane (PU, dày 10-16 μm) thông qua phương pháp quét phủ đơn giản Hệ vật liệu sau kiểm tra đặc tính kháng virus với SARS-CoV-2 lập từ Hong Kong đồng kiểm tra từ tỷ lệ diện tích peak O 1s (hình 3B) Cu 2p Theo đó, tỷ lệ O/Cu đạt giá trị 1,8:1, gần với tỷ lệ hợp thức Cu2O Kết chứng tỏ phương pháp quét phủ xử lý với plasma Ar không ảnh hưởng nhiều đến mơi trường hóa học hạt Cu2O cản trở phân bố hạt Cu2O màng phim PU (A) Cường độ (lần đếm/giây) ra, theo báo cáo EPA năm 2009, lượng Cu thuốc trừ sâu không cho thấy nguy cộng đồng Phản ứng miễn dịch thể Cu hiếm, bất chấp việc tiếp xúc với đồng tiền Cu diễn thường xuyên nhiều đất nước (A) Năng lượng liên kết (eV) (B) Năng lượng liên kết (eV) Hình Phổ XPS mẫu Cu2o/Pu: (A) vùng cu 2p, (B) vùng o 1s Số 12 năm 2020 KH&CN nước bào) tế bào Vero E6 Kết so sánh kính khơng phủ có phủ Cu2O/PU cho thấy trình ức chế virus lớp phủ Cu2O/PU diễn ấn tượng: gần 99,99% virus bị tiêu diệt bề mặt Cu2O/PU vịng (hình 4), ngược lại, lượng virus giảm bề mặt kính thủy tinh chậm Thậm chí, thử nghiệm thép không gỉ, màng mỏng Cu2O/PU cho kết xử lý đạt 99,90% virus SARSCoV-2 vòng Như vậy, thơng qua việc kết hợp Cu2O với PU, nhóm nghiên cứu GS Ducker thành công việc tạo hệ màng mỏng Cu2O/PU với chi phí thấp thể khả kháng virus SARS-CoV-2 hiệu Đặc biệt, nhờ đặc tính đơn giản, cần quét lớp polymer PU lên bề mặt bổ sung huyền phù chứa Cu2O, phương pháp tổng hợp cịn cho phép nhóm nghiên cứu dễ dàng ứng dụng lên nhiều bề mặt vật dụng khác nhau, chẳng hạn tay nắm cửa hay nút bấm máy đọc thẻ ATM… (hình 5), qua góp phần giúp hạn chế mức độ lây lan virus SARS-CoV-2 thông qua việc tiếp xúc với bề mặt vật dụng sử dụng chung ? Lê Tiến Khoa (tổng hợp) tài liỆu thaM Khảo Hàm lượng virus (log10(TCID50/ml)) [1] N van Doremalen, N.T Bushmaker, D.H Morris, M.G Holbrook, A Gamble, B.N Williamson, A Tamin, J.L Harcourt, N.J Thornburg, S.I Gerber, J.O Lloyd-Smith, E de Wit, V.J Munster (2020), “Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARSCoV-1”, N Engl J Med., 382, pp.1564-1567 Không phủ Phủ Thủy tinh [2] A.W.H Chin, J.T.S Chu, M.R.A Perera, K.P.Y Hui, H.L Yen, M.C.W Chan, M Peiris, L.L.M Poon (2020), “Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions”, Lancet Microbe, 1, p.e10 Giới hạn phát Thời gian (giờ) Hình Biến thiên hàm lượng virus SArS-CoV-2 theo thời gian bề mặt kính khơng phủ có phủ Cu2o/Pu Nắm cửa bình thường Nắm cửa phủ Cu2O/PU [3] J Haldar, D An, L.A de Cienfuegos, J Chen, A.M Klibanov (2006), “Polymeric coatings that inactivate both influenza virus and pathogenic bacteria”, Proc Natl Acad Sci U.S.A., 103, pp.17667-17671 [4] S.Y Wong, Q Li, J Veselinovic, B.S Kim, A.M Klibanov, P.T Hammond (2010), “Bactericidal and virucidal ultrathin films assembled layer by layer from polycationic N-alkylated polyethylenimines and polyanions”, Biomaterials, 31, pp.4079-4087 [5] EPA Reregistration Eligibility Decision (RED) for Coppers, https://www3.epa gov/pesticides/chem_search/reg_actions/ reregistration/red_G-26_26-May-09.pdf 2009 Máy đọc thẻ ATM [6] D Chen, D Zhang, J.C Yu, K.M Chan (2011), “Effects of Cu2O nanoparticle and CuCl2 on zebrafish larvae and a liver cellline”, Aquat Toxicol., 105, pp.344-354 Máy đọc thẻ ATM phủ Cu2O/PU nút Enter [7] I Amara, W Miled, R.B Slama, N Ladhari (2018), “Antifouling processes and toxicity effects of antifouling paints on marine environment: a review”, Environ Toxicol Pharmacol., 57, pp.115-130 [8] G Borkow (2012), “Safety of using copper oxide in medical devices and consumer products”, Curr Chem Biol., 6, pp.86-92 Hình ảnh chụp số vật dụng trước sau phủ màng mỏng Cu2o/Pu Số 12 năm 2020 51