3.3.1. Cơ chế diệt khuẩn của Ag nanô
Cơ chế lọc nước của bộ lọc gốm:
Các lỗ xốp trong bộ lọc gốm có kích thước trong khoảng từ 33 – 52 µm. Trong khi đó các vi sinh vật có kích thước tương ứng là: vi rút (0,02 – 0,3 µm), vi khuẩn (0,3 – 100 µm), các sinh vật đơn bào (từ vài µm đến vài mm) (Hình 3.13).
Hình 3.12. Ảnh TEM của Ag nanô khi dùng dung môi khử là DMF và
chất ổn định là APS (AgNO3 0,5 mM; APS 0,5 mM).
Hình 3.13. Thang kích thước nanơmét so sánh giữa
Như vậy, các bộ lọc gốm khơng chỉ đóng vai trị là “màng chắn” thuần túy ngăn chặn các vi sinh vật, mà khả năng lọc nước của bộ lọc gốm còn do sự kết hợp của các quá trình và các cơ chế khác như: sự đóng cặn, sự đơng lại, sự kết tụ, sự khuếch tán, sự ngăn cơ học, sự nhiễu loạn, sự hấp phụ, cơ chế trọng lực, mức quán tính, cơ chế thủy động lực học [16].
Ngăn cơ học là quá trình lọc do sự di chuyển của các vật chất lơ lửng có kích thước lớn khi đi ngang qua các lỗ của bộ lọc gốm có kích thước nhỏ hơn nên chúng bị giữ lại ở các lỗ này.
Sự khuếch tán là quá trình chuyển động tự do của các vật chất lơ lửng do va chạm với các hạt xung quanh, kết quả là các hạt này bị hấp phụ bởi vật liệu của bộ lọc gốm.
Hình 3.14. Vi khuẩn E.Coli kích thước 0,5 x 1-3 µm.
Hình 3.15. Cơ chế lọc nước trong bộ lọc gốm.
Sự khuếch tán
Sự ngăn cơ học Sự đóng cặn
Khi các vi sinh vật và các vật chất lơ lửng (gọi chung là các hạt) có mặt trong nước tự lắng xuống một cách tự nhiên gọi là sự đóng cặn. Nếu các hạt này chậm lắng xuống hoặc không lắng xuống, chúng sẽ đông lại. Các hạt được đông lại này sẽ phản ứng với các hạt thừa khác có mặt trong nước để tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn gọi là sự kết tụ.
Cơ chế diệt khuẩn của Ag nanô:
Cơ chế diệt khuẩn của Ag nanô rất phức tạp và cần được tiếp tục nghiên cứu. Tuy nhiên có 3 thơng số quan trọng có ảnh hưởng đến tính hiệu quả diệt khuẩn của Ag nanơ là: nồng độ của ion Ag+, diện tích bề mặt tiếp xúc và thời gian tiếp xúc.
Các ion Ag+ khi tiếp xúc với các vi sinh vật, chúng kết hợp mạnh với các gốc: –SH, –COOH, –OH của các vi sinh vật, làm phá hủy màng vi sinh vật và làm rối loạn các chức năng của chúng.
Mặt khác, các ion Ag+ còn kết hợp với oxi tạo thành các trạng thái khơng bền. Vì vậy, để đạt trạng thái bền vững, chúng kết hợp với oxi trong các vi sinh vật, do đó làm ngừng q trình hình thành protein của các vi sinh vật. Như vậy, ion Ag+ đóng vai trị là chất xúc tác để biến đổi oxi thành oxi hoạt động (O2-, O2+, O), làm phá vỡ cơ chế chuyển hóa oxi và làm ngăn chặn q trình sinh trưởng của vi sinh vật [19].
Cơ chế diệt khuẩn của Ag nanơ có liên quan mật thiết đến q trình tương tác giữa các ion Ag+ với các nhóm thiol (sulphydryl: –SH) của vi sinh vật như các
Hình 3.16. Cơ chế phá hủy màng tế bào vi sinh vật của ion Ag+.
Hạt Ag nanơ
axít amin và các thành phần chứa nhóm thiol khác như Natri thioglycolate. Các axít amin khơng chứa liên kết sulphur như Cysteine và các axít amin chứa liên kết sulphur như cystathiolne, axít cysteic, L-methionine, taurine, natri bisulphate, natri thiosulphate. Như vậy sự tương tác giữa các ion Ag+ với các nhóm thiol có trong các enzyme và protein đóng vai trị đặc biệt trong hoạt động diệt vi sinh. Các ion Ag+ làm tách các ion K+ của vi khuẩn và gắn vào màng tế bào chất, huyết tương và nhiều enzyme quan trọng khác và tạo thành Ag, AgNO3, bạc acetate, bạc protein, bạc sulphadiazine. Ngồi ra các liên kết hydro có trong thành phần tế bào vi sinh cũng có liên quan đến q trình này [18].
Hình 3.17. Ảnh TEM hình dạng bên ngồi của E.Coli
a: E.Coli chưa bị diệt; b, c, d: E.Coli bị diệt bởi dung dịch ion Ag 0,2 ppm.
Hình 3.18. Ảnh TEM cấu trúc bên trong của E.Coli
Như vậy, có 3 cơ chế chính trong hoạt động diệt vi sinh của Ag nanơ:
+ Ag tác động lên các nhóm thiol, các nhóm cấu trúc và các nhóm enzyme có trong tế bào vi sinh vật.
+ Cấu trúc của các sản phẩm Ag thay đổi trong màng tế bào vi sinh vật. + Ag tương tác với các axít nucleic.